2013_Book_Industrial_engineering_technologies_Valetov_Pompeev

151

баз на все предполагаемые операции обработки.

Одновременно с этим разрабатывается последовательность операций, т.е. технологический маршрут обработки заготовки. При низкой точности исходных заготовок технологический процесс начинается с черновой обработки поверхностей, имеющих наибольшие припуски. При этом в самую первую очередь снимается припуск с тех поверхностей, на которых возможны литейные раковины, трещины и другие дефекты, с целью скорейшего отсеивания возможного брака или устранения обнаруженных дефектов заваркой, наплавлением металла и т.п. Дальнейший маршрут строится по принципу обработки сначала грубых, затем более точных поверхностей. Наиболее точные поверхности обрабатываются в последнюю очередь. В конце маршрута выполняются второстепенные операции (сверление мелких отверстий, нарезание крепежных резьб, прорезка пазов, снятие фасок и заусенцев). Наиболее легко повреждаемые поверхности (наружные резьбы, особо точные шлифованные и доведенные поверхности) обрабатываются в заключительной стадии технологического процесса. Ответственные и сложные корпусные заготовки часто обрабатываются с разделением технологического процесса на стадии черновой и чистовой обработки. На первой стадии снимаются основные припуски на обработку; в результате этого возникают погрешности заготовки, связанные с перераспределением внутренних напряжений, вызванных черновой механической обработкой. В наиболее ответственных случаях после черновых операций проводится дополнительная термическая обработка заготовок (отжиг и нормализация), способствующая более полному протеканию деформаций и релаксации (снятию остаточных напряжений). На второй стадии обработки (при чистовых операциях) устраняются погрешности, возникшие при черновой обработке, и обеспечивается достижение требуемых точностей обработки, шероховатостей и предписанного чертежом состояния поверхностного слоя.

При обработке сравнительно небольших поверхностей достаточно жестких заготовок удается избежать дифференциации операций на черновые и чистовые, технологический процесс строится по принципу концентрации операций. В этом случае первые операции стремятся построить наиболее концентрированными.

При проектировании заготовок, подвергающихся термической обработке, в составе технологического процесса предусматриваются дополнительные операции, связанные с особенностями термической обработки (операция меднения или снятия дополнительного припуска для устранения цементованного слоя на поверхностях, не подлежащих закалке после цементации; снятия дополнительного припуска для устранения коробления длинных и тонких заготовок после их закалки и т.п.).

Рассмотрим процесс проектирования единичных ТП с системных

152

позиций.

В соответствии с системным подходом, описанным в [7], любое изделие, выпускаемое на промышленном предприятии, можно представить в виде так называемой технической системы «Изделие» (ТСИ), в структуру которой входят технические системы «Сборочные единицы» (ТССЕ) и «Детали» (ТСД). Нижним уровнем ТСИ является техническая система «Заготовка» (ТСЗ), которая описывает существование технической системы «Деталь» в течение технологического процесса ее изготовления. Различие между этими системами заключается в наличии временного фактора, в ходе которого изменяются свойства элементов ТСЗ при технологическом процессе обработки заготовки.

Таким образом, из всех указанных технических систем наибольшие структурные изменения происходят в ТСЗ. В ходе выполнения технологического процесса каждый элемент ТСЗ проходит последовательно все состояния, начиная от исходного состояния в заготовке до конечного, соответствующего требованиям чертежа. Каждое состояние элемента характеризуется определенными параметрами (точность размера, качество поверхности, требования взаимного расположения и т.п.), соответствующими этому состоянию [7].

При этом важной количественной характеристикой проектируемой системы «Заготовка» является уточнение, под которым понимают отношение величины допуска (IТзаг) на рассматриваемую характеристику точности элемента в исходной заготовке к величине допуска (IТдет) на ту же характеристику элемента детали

технологического процесса, определяемое по формуле (7.1), будет равно ξ = 1,4 / 0,016 = 87,5.

Такое уточнение, при соблюдении требований экономичности, невозможно получить одноразовой обработкой. Поэтому превращение грубых по форме, размерам и качеству поверхностей элементов заготовок в готовые детали экономически целесообразно осуществлять на нескольких последовательно выполняемых ступенях обработки, проводимых на одной или нескольких операциях. После выполнения каждой ступени обработки изменяется состояние элементов (их размеры, точность, шероховатость поверхности и т.п.), то есть можно говорить, что каждая ступень обработки характеризуется своим фактическим уточнением

где IТi-1 – допуск на рассматриваемую характеристику точности элемента в состоянии поставки на рассматриваемую ступень обработки;

153

IТi – допуск на ту же характеристику элемента после выполнения рассматриваемой ступени обработки.

После выполнения всех (k) ступеней обработки фактическое общее уточнение будет

состояний отдельных ступеней обработки в приборостроении и машиностроении принимают допуски размеров или параметры шероховатости поверхностей, соответствующие среднеэкономическим значениям этих параметров для различных методов обработки. Под среднеэкономическим значением параметра обработки (точность обеспечиваемого размера или обработанной поверхности, шероховатость обработанной поверхности) будем понимать, такое его значение, обработка выше которого приводит к существенному увеличению ее стоимости, а обработка ниже которого не приводит к существенному снижению ее стоимости. Поскольку среднеэкономические значения параметров приняты при определенной и обязательной последовательности методов обработки (чистовое точение после чернового, шлифование после чистового точения, развертывание после зенкерования и т.п.), то можно говорить о расчетных (формализованных) значениях уточнений различных методов обработки.

Например, для приведенного выше примера обработки по 6-му

квалитет, IТ5 = 0,016 мм).

Тогда фактические уточнения каждой ступени обработки будут иметь следующие значения:

1ф = 1,4 / 0,39 = 3,58;

2ф = 0,39 / 0,16 = 2,44;

3ф = 0,16 / 0,039 = 4,1;

4ф = 0,039 / 0,016 = 2,44.

Уточнение всего технологического процесса обработки вала, согласно уравнению (7.3)

ф = 1ф 2ф 3ф 4ф = 3,58 2,44 4,1 2,44 = 87,5.

В ряде случаев последовательность выполняемых методов обработки регламентирована весьма жестко (например, при обработке отверстий мерным инструментом их наименование и число для заданного квалитета точности и вида заготовки является вполне определенным и регламентировано справочником).

Однако во многих случаях отступления от средних общемашиностроительных характеристик методов обработки, не только

154

допустимы, но и экономически оправданы. Например, при высоких точностных характеристиках и высокой жесткости системы «Обработка» возможно при черновом точении получить 11-й квалитет от заготовки однократным точением и достичь уточнения 7…10.

Таким образом, если при проектировании технической системы «Заготовка» об отличительных особенностях применяемых систем «Обработка» ничего неизвестно, то используют общемашиностроительные набор и последовательность методов обработки при переводе каждого элемента из состояния в исходной заготовке в состояние готовой детали. При наличии достоверной информации о повышенных (или пониженных) точностных характеристиках используемого оборудования принимают иной набор методов обработки.

Важно отметить, что во всех случаях назначение метода получения исходной заготовки, определение методов обработки, их последовательности, значений точностных характеристик и качества поверхности при переводе каждого элемента из состояния в заготовке в состояние готовой детали выполняют на первом этапе проектирования технической системы «Заготовка», то есть при проектировании принципиальной схемы технологического процесса.

Разработку принципиальной схемы технологического процесса начинают с определения метода получения исходной заготовки и ее конфигурации, исходя из физико-механических свойств материала детали, серийности производства и возможностей оборудования заготовительного производства на предприятии. После этого для элементов детали в отдельности определяют необходимое количество промежуточных этапов обработки и получаемые ими состояния – точность и шероховатость для элементов вращения и шероховатость для плоскостных элементов. Это целесообразно выполнять, начиная с окончательного состояния элемента, двигаясь по направлению к исходной заготовке, используя данные, которые представлены в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Точность и шероховатость при обработке поверхностей на выполняемом и предшествующем этапах обработки

155

Например, у детали «Фланец», изображенной на рис. 7.1, имеется 80h8, параметр шероховатости

156

Для этой поверхности, используя данные табл. 7.1, можно назначить следующие состояния и методы обработки:

80h8, Ra = 2,5 мкм – чистовое точение; …h11, Ra = 5 мкм – получистовое точение; …h14, Ra = 20 мкм – черновое точение;

… 10,,05 , RZ 320 мкм – штамповка ГКМ.

Принципиальную схему технологического процесса изготовления детали «Фланец» в условиях среднесерийного производства можно представить таблично (табл. 7.2), предварительно разбив деталь (рис. 7.2) на элементы вращения (ЭВi) и плоскостные элементы (ЭПj).

Как видно из табл. 7.2 технологический процесс изготовления детали «Фланец» будет состоять из следующих этапов:

заготовительного (штамповочного); токарного чернового; токарного получистового; токарного чистового; сверлильного.

При этом можно принять указанную последовательность выполнения этапов с объединением чернового и получистового этапов в один, исходя из технологических возможностей токарных станков с ЧПУ, широко применяемых в условиях среднесерийного производства.

Таблица 7.2

Принципиальная схема технологического процесса изготовления детали «Фланец»

159

Общий припуск можно определить как сумму припусков на отдельные ступени обработки

k i

Припуски на отдельные ступени обработки в технической литературе называются по-разному: промежуточные, межпереходные, межоперационные, операционные.

Промежуточный припуск – слой материала, удаляемый с заготовки при выполнении одной ступени обработки (операции или перехода, или рабочего хода).

Операционный (межоперационный) припуск – слой материала, удаляемый с заготовки при выполнении одной операции.

Межпереходный припуск – слой материала, удаляемый с заготовки при выполнении одного перехода.

При проектировании маршрутного технологического процесса мы будем использовать термин операционный припуск, хотя он и не является наиболее объективным из перечисленных выше. Принимая термин «операционный припуск», будем иметь в виду его условность для тех случаев, когда на одной операции выполняют несколько ступеней обработки рассматриваемого элемента. Если каждую ступень обработки выполняют на отдельной операции (крупносерийное, массовое производство, а в некоторых случаях и в среднесерийном производстве), то понятия «операционный припуск» и «припуск на i-ю ступень обработки» полностью идентичны.

Так как размеры, получаемые на каждой ступени обработки, имеют допуски, в пределах которых они могут менять свои значения, то эти значения обуславливают изменения величин припуска. В технической литературе и в заводской практике различают следующие значения припуска: номинальный, максимальный, минимальный.

Выберем систему отсчета припуска, которая должна удовлетворять ряду требований: объективно отражать физическую сущность процесса многоступенчатой обработки элемента заготовки, соответствовать стандартизированной системе допусков и посадок и теории размерных цепей. Указанным требованиям отвечает система, в которой за начало отсчета принято номинальное значение размера. Построенные на основе такой системы отсчета схемы связей между операционными размерами, припусками на обработку и допусками приведены на рис. 7.4.

В дальнейшем будем оперировать величинами минимального припуска (как наиболее частого) и максимального. Знать величину номинального припуска необходимо лишь в тех случаях, когда на основе нее необходимо выбрать какие-либо данные из справочной литературы (например, определить величину глубины резания и по ней величину подачи при определении режимов однократной обработки).

160

Рис.7.4. Схема связей операционных припусков на обработку с операционными размерами и допусками

Анализируя указанную выше схему, можно сделать вывод, что именно минимальный припуск является слоем материала, необходимым и достаточным для осуществления заданной обработки элемента, и не зависит от допусков на размеры предшествующей и выполняемой ступеней обработки.

Вот почему минимальное значение припуска является обоснованной расчетной величиной с точки зрения теории и практики технологии машино- и приборостроения.

Рассмотрим структуру минимального расчетного операционного припуска.

Задачей каждой ступени обработки является уточнение всех параметров обрабатываемого элемента. Для этого необходимо при выполнении рассматриваемой ступени обработки удалить погрешности предшествующих ступеней обработки. Такими погрешностями являются микронеровности (RZi–1) и дефектный слой (hi–1), оставшиеся от предшествующей ступени обработки, а также погрешность установки заготовки относительно базы системы «Обработка», погрешности формы и положения обрабатываемого элемента, которые обуславливают неравномерность припуска. Для иллюстрации сказанного рассмотрим рис. 7.5.

На рис. 7.5,а изображена схема обработки вала на токарном станке. Ось Oi на схеме изображает ось вала после выполнения данной ступени обработки, она же является базой системы «Обработка», то есть осью вращения шпинделя станка. Ось Oi–1 заготовки, как правило, не совпадает с осью вращения из-за погрешности установки заготовки в патроне. Вследствие этого возникает несоосность e.

При обработке наружных цилиндрических поверхностей величина припуска на обработку между двумя соседними (предыдущим i-1 и рассматриваемым i) состояниями одной и той же поверхности определится по формуле