9. Проектирование единичных технологических процессов обработки заготовки

9.1. Стадии разработки техпроцесса

Все операции технологического процесса взаимосвязаны. Например, изменяя количество поверхностей, обрабатываемых в данной операции, надо соответственно изменять его в другой или других операциях.

Вследствие такой взаимосвязи операций задачи, решаемые как в масштабе всего процесса, так и внутри его операций, всегда являются задачами комплексными. Вследствие сложности комплексной задачи приблизиться к правильному ее решению можно лишь постепенно, посредством ряда попыток.

Для уменьшения объема различных направлений, особенно трудоемких, когда они связаны с цифровым материалом (операционные размеры, режимы обработки и нормирование), проектирование процесса разделяют на две стадии:

1. составление плана процесса,

2. разработка операций процесса.

На обоих стадиях принимают во внимание одни и те же факторы, влияющие на технологический процесс, но с разными целями, что придает каждой стадии свой характер.

На первой стадии решают лишь, из каких основных этапов должен состоять процесс и каким образом разделить всю потребную обработку детали на операции. Определение целесообразных границ между операциями является главной целью составления плана обработки. Решение на этой стадии работы принимают главным образом на основании общих соображений.

Основной задачей второй стадии является подробная разработка каждой операции; одновременно корректируется план процесса.

9.2. Связи между чертежом и технологическим процессом

Между рабочим чертежом и необходимым технологическим процессом существуют тесные связи. Можно усмотреть, что главные из них идут по следующим трем направлениям:

1. точность поверхностей - это необходимые методы обработки в технологическом процессе,

2. взаимная координация поверхностей в чертеже - базы, способы установки, последовательность операций в технологической процессе,

3. термическая обработка в чертеже - этапы в технологическом процессе.

Уже первое ознакомление с чертежом детали позволяет получит общее, но достаточно отчетливое представление о необходимом технологическом процессе.

1. материал, общие размеры и конфигурация детали позволяют судить о возможном способе получения заготовки.

2. вместе с этим становится ясным примерный объем механической обработки, а также основной типаж потребных станков,

3. присутствие сложных поверхностей указывает на необходимость использования тех или иных станков определенного назначения (например, копировальных).

Изучение чертежа легко обнаруживает связь между заданной точностью поверхностей детали и необходимыми в технологическом процессе методами их обработки, потому что каждый метод располагает определенными возможностями в отношении точности размеров и шероховатости поверхностей.

Если бы каждую из обработок, необходимых для каждой поверхности детали, выполнять как отдельную операцию (максимальная дифференциация процесса), то оказалось бы, что рабочий чертеж полностью предопределил все операции техпроцесса. В действительности для лучшего использования станков по соображениям, связанным с точностью обработки (учитывая, что наилучшая взаимная концентричность, перпендикулярность и параллельность поверхностей получается при обработке их в одной операции - при одной установке) и другим причинам, во многих операциях обрабатывают несколько поверхностей.

Столь же тесными, только более сложными и поэтому внешне менее заметными, являются связи принятой на чертеже взаимной координации поверхностей детали с технологическими базами, способами установки и последовательностью операции.

9.3. Методика составления плана процесса

План технологического процесса в виде операционных эскизов составляют по рабочему чертежу детали. Такой план является результатом решения всех основных технологических задач. Им устанавливаются границы между операциями и последовательность операций в процессе, степень концентрации операций, технологические базы, места закрепления детали и т.д.

В плане процесса операционные эскизы делают от руки, выделяя обрабатываемые поверхности красными линиями, указывая технологические базы и необходимый станок.

Операционные припуски не рассчитывают.

При составлении плана процесса руководствуются, главным o6разом, общими соображениями и принимают лишь решения, без которых нельзя установить границы между операциями, и последовательность операций. Методическую сторону этой работы можно описать следующей примерной схемой.

1. Выявляют наиболее ответственные (точные) поверхности детали и другие поверхности, требующие многократной обработки. Намечают виды операций, которые должна пройти каждая из поверхностей. Все эти поверхности разделяют на две группы:

а) поверхности, которые лучше (или возможно, но не в любом случае необходимо) обрабатывать совместно (в одной операции) с другими - обычно это соосные поверхности вращения, прилегающие к ним торцы и др.,

б) поверхности или комплексы поверхностей, явно требующие обработки в отдельной операции, например, зубья зубчатого венца; комплексы - группа отверстий и т.п.

2. Выявляют поверхности, допускающие обработку сразу окончательно. Эти поверхности разделяют на такие же две группы:

а) поверхности, допускающие совместную обработку с другими,

б) поверхности или комплексы, явно требующие отдельной операции.

3. В появившийся в виде первого наброска план процесса помещают операции для поверхностей по п.1б.

4. Размещают в плане операции, необходимые для поверхностей по п. 2б..

5. Окончательно оценивают все принятые решения, вносят необходимые исправления.

6. Включают в план опущенные слесарные операции (зачистка заусенцев, округление кромок и т.п.), а также немеханические (контроль, промывка и т.п.).

Описанная общая схема не охватывает подробностей, всего многообразия конкретных условий, но она достаточно характерна.

С этого момента работу начинают фиксировать операционными эскизами.

Одним из наиболее сложных разделов проектирования техпроцесса механической обработки является назначение технологических баз, базирующих поверхностей и определения первой операции.

Вопрос о выборе технологических баз решается в самом начале проектирования техпроцесса одновременно с вопросом о последовательности и методах обработки отдельных поверхностей детали. При этом следует руководствоваться рекомендациями и правилами, и одним из таких правил, наиболее общих и важных, является принцип совмещения баз.

Кроме того необходимо придерживаться также следующих рекомендаций.

1. Во избежание релаксации внутренних напряжений, а следовательно, деформации заготовки (это существенно для отливок и штамповок) обработку рекомендуется начинать с наименее точных поверхностей при снятии с них наибольших припусков.

2. В случае опасности появления раковин и трещин в первую очередь необходимо снимать наибольший припуск с тех поверхностей, где подобные дефекты чаще всего обнаруживаются. Иногда может быть выполнена даже чистовая обработка подобных поверхностей. Это позволяет забраковать заготовку в самом начале ее обработки.

9.4. Назначение первой операции и выбор баз для первой обработки .

Назначение технологических баз начинается с выбора технологической базы для выполнения первой операции.

Базы, используемые для первой обработки детали, называются черновыми технологическими базами.

В качестве черновой технологической базы должна выбираться поверхность или совокупность поверхностей, относительно которых при первой операции могут быть обработаны поверхности, используемые в следующих операциях в качестве баз. Таким образом, черновая база должна всегда использоваться для обработки других технологических баз.

Для обеспечения точности ориентировки и надежности закрепления детали в приспособлении черновая база должна иметь достаточные размеры и возможно более высокую степень точности и наименьшую шероховатость поверхности. Черновая база должна использоваться при обработке детали только один раз, при выполнении первой операции. Все последующие операции должны выполняться на обработанных поверхностях.

В качестве черновой технологической базы целесообразно выбирать совокупность поверхностей, остающихся необработанными.

Вопросы выбора первой базы тесно связаны с выбором первой обрабатываемой поверхности, которую выбирают, пользуясь правилом первоочередности обработки лучшей из двух технологических баз.. Оно заключается в том, что из двух взаимно связанных поверхностей детали должна быть, в первую очередь, обработана та. которая более пригодна для роли технологической базы. Правило основано на том, что из двух операций обработки двух взаимосвязанных поверхностей последующая всегда ответственнее (точнее) предшествующей; следовательно, она более нуждается в лучшей технологической базе.

Иллюстрируя это правило (как и другие описываемые ниже), будем иметь в виду обработку каждой поверхности сразу начисто.

У детали, показанной на рис.1а обрабатываются связанные размером С плоскость В и поверхность М отверстия, причем отверстие точнее плоскости. В соответствии с приведенным выше правилом требуется, чтобы в первую очередь была обработана плоскость В. В этом случае первой базой может быть или плоскость D или плоскость А (рис.1б, первая операция). Отверстие будет обрабатываться во второй операции (рис.1в), и плоскость В будет использоваться как технологическая база. Размер С выдерживается в этой операции.

	Рис.1 Схемы, поясняющие правило выбора лучшей из 2-х технологических баз

9.5. Принцип совмещения баз и последовательность операций

В основе решения задач о целесообразной последовательности операций технологического процесса также лежит принцип совмещения баз. Оказывается, что для избежания погрешности от несовмещения баз, последовательность операций должна быть согласована с взаимной координацией поверхностей на чертеже детали. Это вытекает из следующих рассуждений.

1. Каждая из двух поверхностей, связанных на чертеже детали одним размером, является, конструкторской базой по отношения к другой. Следовательно, при обработке одной из них роль технологической и исходной базы должна выполнять другая (принцип совмещения баз).

2. Поверхность, уже обработанная (в данной операции), имеет точность большую, чем любая из еще не обрабатывавшихся. Следовательно, именно она должна служить технологической и исходной базами на следующей операции. Но, согласно положению 1, в этой последующей операции обязана быть обработана не любая поверхность, а та, с которой обработанная поверхность непосредственно связана,

3. На основании изложенных положений 1 и 2, третьей по счету может обрабатываться лишь поверхность, связанная с одной из двух уже обработанных, четвертой - связанная с третьей или с одной из двух ранее обработанных и т.д. для всех поверхностей детали.

Таким образом, порядок обработки поверхностей не может быть произвольным, а должен соответствовать координации поверхностей на чертеже детали. На рис.2а показан один из возможных способов взаимной координации пяти поверхностей детали и несколько: соответствующих ему порядков обработки этих поверхностей (начиная с поверхности 1).

Координаций одной и той же поверхности много. Интересен случай, когда одна поверхность детали связана не с одной, а с несколькими другими, например, А на рис.2б.

Из положения 1 вытекает, что базами при ее обработке должны служить одновременно все эти другие поверхности (а₁, а₂ и а₃). Однако, это невозможно. Технологической и исходной базами может служить лишь какая-либо одна из них. При этом неизбежно нарушение принципа совмещения баз по отношению к остальным. Последствия этого тем менее существенны, чем большие припуски имеют упомянутые остальные базы.

Рис.2. Последовательность обработки поверхностей детали

Отсюда вытекает одно из главных правил построения процесса: в совокупности взаимосвязанных поверхностей должна быть обработана в первую очередь та поверхность, с которой связано наибольшее число других.

После обработки такой поверхности (А) все другие, с ней связанные (а₁, а₂, а₃) могут обрабатываться в произвольном порядке. При этом технологической и исходной базами для каждой из них должна служить поверхность, обработанная в первую очередь (т.е. А).

9.6. Выбор главной базы (ГБ)

Главная база - самая важная из технологических баз. Ее выбирают раньше других - самой первой.

В общем виде можно так сформулировать условия, которыми руководствуются при выборе главной базы:

1. Главной базой должна служить та поверхность, относительно которой в чертеже детали координирована обрабатываемая поверхность (совмещение технологической и конструкторской баз)„

2. Точность, форма и размеры главной базы должна обеспечивать хорошую устойчивость детали на установочных элементах приспособления и простоту закрепления детали.

Таким образом, выбирая главную базу, прежде всего выясняют, пригодна ли для такой роли конструкторская база. Положительный ответ означает, что задача решена - главная база выбрана. Остается указать эту базу в операционной карте и проставить от нее исходный размер, т.е. совместить с ней исходную базу.

Рис.3.Пример выбора главной базы

Однако, такое наилучшее и простое решение возможно не всегда, так как конструкторская база не всегда пригодна для выполнения функций главной. Такой пример показан на рис.3. Отверстие координировано от плоскости К (рис.3а). Базы будут совмещены при базировании детали по схеме рис.3б. Однако осуществить установку по такой схеме трудно (устойчивость детали получается плохой). Отказ от совмещения баз (рис.3в) позволит применить приспособление значительно более простое. Приняв такое решение, технолог тем самым ставит перед собой новую задачу: выбрать установочную базу из числа других поверхностей детали.

9.7. Выбор баз в условиях отказа от совмещения баз

В таких условиях погрешность от несовмещения баз становится неизбежной. Выбирая базу, всегда руководствуются одной и той же целью - уменьшить, вредные последствия несовмещения баз. Ниже приводятся некоторые правила и общие положения, которыми пользуются при несовмещении баз.

1. Условие наименьшей погрешности от несовмещения баз. Это самое общее (наиболее широкое) условие, которым руководствуются, выбирая технологическую базу при невозможности совместить ее с конструкторской.

После отказа от совмещения баз нужно использовать в качестве технологической базы ту из поверхностей детали, которая наиболее точно расположена относительно конструкторской базы.

Например, отказываясь использовать в качестве технологической базы в операции обработки отверстия (рис.4) конструкторскую базу (поверхность К), нужно воспользоваться для этой цели поверхностью М ( = 0,2 мм), но не поверхностью N ( = 0,4 мм).

Рис.4.Схемы, поясняющие условие наименьшей погрешности

2. Правило единой технологической базы. Правило состоит в том, что две поверхности - данную и поверхность, являющуюся по отношению к ней конструкторской базой – обрабатывают, пользуясь единой (одной и той же) установочной базой.

Правило учитывает одну из общих закономерностей образования погрешностей в условиях несовмещения баз. Она состоит в том, что в случае обработки двух любых поверхностей детали на разных технологических базах, погрешность взаимного положения обработанных поверхностей, получается большей, чем после обработки их на одной базе, на величину погрешности взаимного расположения баз. Отсюда следует, что для получения наименьшей погрешности от несовмещения баз в размере, связывающем поверхности, необходимо обе их обрабатывать относительно единой базы.

Рис.5.К понятию единой технологической базы

Применение правила единой технологической базы рассмотрим на примере обработки поверхностей А и В кронштейна аэрофотоаппарата (рис.5а), на котором конструктором оговорена параллельность этих поверхностей. Принцип совмещения баз диктует, например, такую последовательность обработки: обрабатывается поверхность А, затем поверхность В на базе А. Однако такая схема обработки потребует приспособления, в котором поверхность А детали надо подводить снизу к установочным элементам приспособления, что усложняет его конструкцию. В условиях отказа от совмещения баз можно предложит два варианта обработки поверхностей А и В: на разных базах (рис.5б и 5в) в две операции и на единой базе (рис.5г и 5д) тоже в две операции. При равных условиях точность обработки по второму варианту будет выше, чем по первому. на величину δ допуска размера "С", соединяющего базы детали.

3. Принцип постоянства технологической базы. В наиболее полной форме принцип состоит в том, что обработку всех поверхностей детали выполняют, пользуясь на всех операциях одной и той же (постоянной) технологической базой.

Практически этот принцип применяют только для группы поверхностей в зависимости от конкретных условий, и эффективен он при соблюдении особых требований к точности технологической базы. Принцип оправдывает себя, если выполняется одной из двух условий:

1) обеспечивать на каждой операции погрешность установки постоянной базы, близкую к нулю,

2) допускать погрешность установки как угодно большую, но одинаковую по величине и знаку при каждой новой установке детали (нельзя, например, базировать отверстием по пальцу).

В таких условиях, независимо от числа операций для всех обрабатываемых поверхностей детали, создаются такие же условиях, как если бы все они обрабатывались при одной установке детали (как если бы все исходные размеры стали внутрикомплексными).

9.7. Разработка операций процесса

На этой второй стадии проектирования процесса решения, принятые при составлении плана процесса, оцениваются еще раз, при необходимости корректируются и доводятся до конца. Результатом этой стадии работы являются операционные карты техпроцесса.

Выбор станков. Наиболее краткую характеристику станка дает его паспорт. Выбирая станок, руководствуются следующими основными соображениями.

Соответствие рабочей зоны станка габаритным размерам детали. Деталь должна свободно размещаться на станке, но использовать более крупный станок, чем это необходимо, нецелесообразно.

Возможность обеспечить нужную точность обработки. Это соображение приобретает особое значение при выборе станков для чистовых и окончательных операций. При этом, зная требуемую точность, ориентируются по величине так называемой экономической точности метода обработки, характерную для данного станка.

Понятие об экономической точности связано с тем, что для каждого станка существует некоторый интервал точности обработки Б (рис.6), характерный тем, что при выходе из него в сторону высших точностей (участок А) стоимость обработки начинает быстро возрастать, а при выходе в сторону низших (участок В) она уменьшается очень медленно. Этот средний интервал Б определяет границы, в которых лежит некая средняя "нормальная" для данного станка (экономическая) точность обработки.

Рис.6.Зависимость точности обработки от ее стоимости

Соответствие мощности, жесткости и кинематических возможностей станка наивыгоднейшим режимам обработки. Станок должен быть достаточно мощным и жестким при черновых операциях (не ограничивается сечение стружки), и достаточно жестким и быстроходным при чистовых операциях (не снижать скорость резания).

Соответствие производительности станка заданному объему выпуска деталей. В случае малой производительности для операции может потребоваться несколько станков. Соответственно увеличится число необходимых приспособлений и инструментов, количество рабочих, станки занимают большую площадь и т.д.

С другой стороны, станок чрезмерно производительный не будет загружен.

Выбор приспособлений. Первый шаг к выбору приспособления всегда состоит в том, что выясняют возможность обойтись без специального приспособления. Однако и форма детали, и требуемая точность обработки по второй характеристике точности, и нужная производительность могут требовать специального приспособления. Чем больше объем выпуска, тем шире пользуются специальными приспособлениями. При этом имеют в виду, что с их помощью можно не только повышать производительность станков, но и расширять их технологические возможности.

Таким образом, выбор станков и приспособлений, как и многие элементы из которых складывается проектирование процесса, это не изолированные друг от друга этапы работы, а лишь разные стороны решения одной и той же задачи, подчиненные одной цели - экономическому построению операций.

Выбор инструментов. Выбирая режущие инструменты, ориентируются, прежде всего, на ГОСТы и заводские нормали. В необходимых случаях предусматривают специальный инструмент. Заботясь о полном использовании режущих свойств инструментов, марки материалов для них подбирают в соответствии со свойствами обрабатываемого материала и условиями операции.

Выбор режима обработки. Режимы устанавливают на основании нормативов режимов, но учитывая также требуемую точность обработки поверхности.

Конец главы