2. Получистовое обтачивание

3. чистовое обтачивание )

Для оценки возможности применения намеченной последова­тельности обработки поверхности 1 определим величину уточнения выбранного маршрута обработки поверхности:

Сравнение (14,39 > 11,5) показывает, что намеченный маршрут обработки поверхности 1 обеспечивает достижение задан­ных на нее конструктором показателей точности.

Для поверхности 4 можно предложить следующую последователь­ность обработки:

1. черновое обтачивание

2. получистовое обтачивание

3. чистовое обтачивание

4. тонкое обтачивание

Для обработки поверхности 6 достаточно однократной обработки в условиях одной технологической системы путем чернового торцевого точения 1,15.

7.2. Достижение показателей точности взаимного расположения поверхностей, выбор технологических баз и обоснование плана изготовления детали

На данном этапе необходимо, исходя из показателей точности, определяющих взаимное расположение поверхностей детали, наме­тить пути их технологического обеспечения и на этой основе опреде­лить последовательность обработки поверхностей детали, называе­мую планом изготовления детали. К этим показателям точности детали относятся расстояние между двумя поверхностями и поворот одной поверхности относительно другой (угловой размер). Техноло­гическим комплексом (ТК) называется совокупность поверхностей, на которые чертежом установлены жесткие допуски на взаимное рас­положение или на координатную связь. При этом одна из связанных между собой размерами поверхностей использована конструктором в качестве конструкторской размерной базы. Под конструкторской размерной базой (КРБ) понимают поверхность, ее ось или точку, от­носительно которой определено положение на детали другой повер­хности.

Для обеспечения этих показателей точности в технологическом процессе изготовления детали применяются два способа:

1. копирование на детали соответствующего размера инструмен­та, комплекта инструмента или станка;

2. соответствующий выбор технологических баз, связанных при обработке размерами взаимного расположения поверхностей.

При первом способе точность взаимного расположения двух по­верхностей решается до начала их обработки на стадии создания этого (или этих) размера в инструменте при его изготовлении, в комплекте инструментов многоинструментальной наладки или в технологичес­ком оборудовании при настройке и определяется последующим его переносом (копированием) на деталь во время обработки связанных между собой поверхностей (рис. 10). Однако в силу различных причин конструктивного, технологи­ческого и экономического характера применение этого способа ог­раничено, а иногда и невозможно.

Рис. 10. Схемы получения копированием размеров взаимного расположения поверхностей деталей

Более широко в технологии изготовления деталей применяется способ, основанный на выборе технологических баз. Под технологи­ческой базой (ТБ) понимают поверхность, ось или точку, посредством которой устанавливается деталь в процессе обработки и определяет­ся положение детали относительно инструмента. При выборе техно­логических баз технолог должен руководствоваться двумя основополагающими принципами построения технологических процессов из­готовления деталей:

• принципом совмещения баз;

• принципом единства технологических баз.

Суть принципа совмещения баз заключается в том, что для дости­жения наиболее высокой точности конструкторских размеров распо­ложения поверхностей следует в качестве технологических баз для каждой из них использовать конструкторско-размерную базу. Техни­ко-экономическую эффективность принципа совмещения баз про­иллюстрируем на примере получения при обработке корпуса (рис. 11, а) заданного конструктором размера К, описывающего по­ложение оси отверстия относительно плоскости основания лапок.

Связанные размером К поверхности обрабатываются в двух технологических системах: фрезерной, схема которой показана на рис. 11, б, и расточной, возможные варианты которой даны на рис. 11, в, г. Требуемые показатели точности отверстия (диаметр, шероховатость) обеспечиваются выбранным методом обработки, на­пример, чистовым растачиванием; условия достижения этих показа­телей и результат одинаковы в обоих вариантах выполнения расточ­ной операции. Различие в вариантах заключается в используемых в каждом случае технологических баз: в варианте на рис. 11, в в каче­стве ТБ технолог использует конструкторскую размерную базу – плоскость основания лапок, а в варианте на рис. 11, г – верхнюю плоскость корпуса, т. е. поверхность, отличную от КРБ, не совпада­ющую с ней. Появление в ТП обработки детали первого или второго вариантов расточной операции определяется выбором технологом разных схем базирования заготовки для обработки отверстия. Други­ми словами, технолог выбором технологической базы для обработки отверстия сам себя может поставить в одну из двух ситуаций, и эти ситуации различаются по признаку совпадения для обрабатываемой поверхности технологической базы с конструкторской размерной базой. Покажем, что различие в организации одной и той же опера­ции приводит к существенным последствиям для достижимой точности заданного конструктором размера К.

Рис. 11. Варианты достижения точности конструкторского размера К при различных схемах базирования корпуса на операции растачивания отверстия

В первом варианте (при совмещении ТБ с КРБ) конструкторский размер К’ получается равным технологическому размеру расточной операции Т_р. Под технологическим размером понимают размер, опре­деляющий во время обработки детали положение обрабатываемой поверхности относительно используемой технологической базы. Ве­личина и погрешность такого размера определяются только исполь­зуемой для обработки ТС и условиями ее работы. Технологический размер, получаемый на данной операции (переходе), и его погреш­ность не зависят от предшествующей или последующей обработок, можно считать, что он формируется как замыкающее звено некото­рой размерной цепи технологической системы, составляющими зве­ньями которой являются ее внутренние размеры. Эта цепь условно показана некоторой дугой, а размер Т является хордой этой дуги. Та­ким образом, при совмещении ТБ с КРБ:

и . (6)

В рассматриваемом на рис. 11, в примере

(7)

где Т_р – технологический размер на операции растачивания отверстия;

Т_р = – погрешность технологического размера, равная погрешности ТС расточного станка.

Для обеспечения заданной точности размера К на операции растачивания необходимо обеспечить выполнение условия (1):

(8)

Во втором варианте (при несовмещении ТБ с КРБ, как на рис. 11, г) после растачивания отверстия детали также образуется размер К, однако его величина формируется уже как замыкающее звено П₀ некоторой внешней по отношению к ТС расточного станка размерной цепи П. Технологический размер Т_р = П₁ в этом случае от­личается от К и, оставаясь замыкающим для внутренней размерной цепи ТС расточного станка, теперь уже входит первым составляющим звеном в размерную цепь П. Вторым составляющим звеном цепи П, как это видно из рис. 11, г, является размер П₂ между вы­бранной ТБ (верхней плоскостью корпуса) и КРБ (плоскостью осно­вания лапок). В соответствии с теорией размерных цепей погреш­ность конструкторского размера К в этом случае равна:

(9)

Размер П₂ получен на детали ранее, при выполнении фрезерной операции (см. рис. 11, б) и являлся технологическим размером для этой операции, т.е.:

. (10)

С учетом (9) достигаемая во втором варианте точность конструк­торского размера определяется погрешностью

(11)

равной сумме погрешностей ТС, используемых на двух операциях: фрезерной и расточной .

Сопоставление результатов двух вариантов (см. (7) и (9)) показы­вает, что достижимая точность размера во втором варианте при прочих равных условиях выполнения операций фрезерования и рас­тачивания (за исключением различия в схеме базирования на рас­точной операции) во втором варианте значительно, по крайней мере, на порядок, ниже, чем в первом. Это означает, что для дости­жения заданной конструктором точности размера во втором вари­анте необходимо будет назначить особые, более жесткие допуски на технологические размеры обеих операций, отвечающие уравнению (9), записанному в полях допусков, т. е.

Т = ТТ_р + ТТ_ф, (12)

и при выполнении операций фрезерования и растачивания обеспе­чить выполнение условий

(13)

Конечно же, выполнение условий (12) и (13) во втором варианте с тех­нической и экономической точек зрения представляет технологу го­раздо больше трудностей, чем условия (8) в первом варианте.

Принцип единства баз представляет собой правило выбора техно­логических баз, которое рекомендует использовать в качестве ТБ при обработке всех или возможно большего количества поверхностей де­тали в разных или одной технологической системе одну и ту же – единую технологическую базу. Целесообразность такого подхода рассмотрим на примере организации обработки корпусной детали с тре­мя отверстиями, представленной на рис. 12.

Рис. 12. Варианты технологического обеспечения конструкторских

размеров расположения поверхностей

Размерное описа­ние положений отверстий конструктором может быть задано цепным способом (рис. 12, а, б) или координатным (рис. 12, в, г). Рассмотрим варианты технологического обеспечения конструкторских размеров располо­жения отверстий:

В варианте I каждый конструкторский размер оказывается техно­логическим за счет перехода для обработки каждого следующего отверстия на новую технологическую базу. Погрешность каждого конструкторского размера последующих операций, т.е:

С технической точки зрения достижимая точность определяется лишь возможностями используемых при расточке отверстий техно­логической системы. Однако организация такого ТП требует переу­становок заготовки на новые ТБ, а это несет необходимость иметь специальные приспособления для установки детали на ТБ1, ТБ2 и ТБ3.При этом усложняется и удорожается технологическое осна­щение ТП, увеличиваются затраты на установку заготовок, удорожа­ется вся обработка детали.

В варианте II конструкторский размер К₁ получается по-прежнему, следуя принципу совмещения баз, однако размеры К₂ и К₃ уже не являются технологическими, так как при расточке и второго, и тре­тьего отверстий не совмещаются ТБ с КРБ2 и КРБЗ. Эти размеры образуются как замыкающие звенья размерных цепей, в которые со­ставляющими звеньями входят технологические размеры Т₁, Т₂ и Т₂, Т₃. Тогда:

Таким образом, погрешности конструкторских размеров К₂, К₃,..., К_n (если нужно обработать N отверстий) представляют собой суммы погрешностей двух технологических размеров. Это означает, что при назначении допусков технологических размеров придется их ужесто­чить (уменьшить) в среднем вдвое по отношению к допускам конст­рукторских размеров, что, конечно же, потребует дополнительных затрат на их достижение при обработке детали. Однако за счет исполь­зования одной и той же ТБ при обработке всех отверстий, которую называют в этом случае единой (постоянной) технологической базой, уменьшается число переустановок детали, сокращается номенклату­ра приспособлений и затраты на их проектирование, изготовление и обслуживание. Получаемая при этом экономия времени и матери­альных средств обеспечивает чаще всего существенную выгоду по сравнению с вариантом I при одной и той же точности заданных конструкторских размеров.

Вместе с тем, в использовании варианта II имеются ограничения как технического, так и экономического характера. Технические ог­раничения возникают тогда, когда конструктором задана такая высокая точность размеров К₂, К₃,..., К_n, которая при ужесточении ее вдвое на размерах Т₁, Т₂,... К_n уже не может быть получена существую­щими методами обработки и (или) в соответствующих технологичес­ких системах. Экономическое ограничение наступает тогда, когда дополнительные затраты на достижение более высокой точности технологических размеров превысят экономию от сокращения но­менклатуры приспособлений, объема и сложности работ по установ­кам заготовки в используемых ТС.

Вариант III объединяет в себе технические и экономические дос­тоинства первых двух рассмотренных выше вариантов, т.е. за счет использования принципа совмещения баз , но вся обработка, в отличие от варианта I, ведется в од­ном и том же приспособлении за счет использования единой ТБ.

Вариант IV объединяет в себе и усиливает технические и эконо­мические недостатки первых двух рассмотренных выше вариантов. За счет использования при обработке очередного отверстия новой ТБ, во-первых, нарушается принцип совмещения баз и размеры К₂, К₃,... К_n получаются как замыкающие звенья соответствующих раз­мерных цепей, содержащих цепные технологические размеры Т₁, Т₂,..., Т_n причем, чем больше номер размера К_i тем большее количе­ство составляющих звеньев имеет размерная цепь, описывающая его образование:

;

;

;

…………………………..........

.

и, во-вторых, всякий переход на новую ТБ несет дополнительные расходы, связанные с переустановкой заготовки.

Сравнивая между собой все четыре варианта, можно сформули­ровать следующие рекомендации по выбору технологической базы на операциях технологического процесса:

1. Никогда не следует строить ТП обработки детали по варианту IV.

2. Наиболее предпочтительным с технической и экономической точ­ки зрения является вариант III.

3. Если конструкторские размеры образуют цепь, то предпочти­тельнее использовать вариант II с единой ТВ как дающий значи­тельные организационные и экономические выгоды.

4. Вариант I следует использовать только в тех случаях, когда требуе мую точность цепных конструкторских размеров невоз­можно устойчиво обеспечивать по варианту II.

Принцип единства баз позволяет выработать стратегический под­ход к проектированию нового технологического процесса с высокими техническими и организационно-экономическими показателями.

Порядок разработки плана изготовления детали с использованием принципа единства баз заключается в следующем:

1. вначале необходимо выработать и сформировать на детали со­вокупность поверхностей, которые могли бы служить единой ТБ, и рассмотреть возможность их окончательной обработки на первой (или первых) операции;

2. наметить поверхности на заготовке, которые могли бы быть приняты в качестве технологических баз на первой (или пер­вых) операции;

3. исходя из конструкции детали и технологических соображе­ний, наметить для обработки поверхности, которые могут быть обработаны на первой операции совместно с обработкой по­верхностей единой ТБ;

4. определить поверхности, которые могут быть выполнены при установке детали на единую ТБ;

5. определить порядок обработки отдельных поверхностей, точ­ность положения которых невозможно обеспечить при уста­новке на единую ТБ;

6. при ответе на вопросы 1...5 сформировать план изготовления детали, схематично увязав в нем последовательность обработки групп поверхностей с выбранными для ее обработки техноло­гическими базами.

Рассмотрим более подробно методологические подходы в реше­нии задач 1...5, стоящих перед технологом при выборе плана изго­товления детали.

Приступая к формированию единой ТБ детали, следует отметить, что строгих правил выбора ТБ, обеспечивающих однозначное реше­ние задачи для каждой конкретной детали нет. Однако в работе [5] предложен ряд рекомендаций, которые позволяют технологу найти для каждой детали возможно лучшее решение этой задачи.

Первая рекомендация заключается в том, чтобы включить в еди­ную ТБ в каждом координатном направлении такие поверхности, их оси или точки, от которых конструктором задано положение воз­можно большего количества поверхностей.

Вторая рекомендация заключается в том, что каждая поверхность, включаемая в единую ТБ, должна отвечать признакам той базы, фун­кцию которой ей предстоит выполнять с точки зрения числа отнима­емых у заготовки степеней свободы. Так, установочная база должна иметь наибольшую протяженность в двух координатных направле­ниях и лишать заготовку трех степеней свободы; направляющая база должна иметь наибольшую возможную протяженность в одном ко­ординатном направлении, лишая заготовку двух степеней свободы, и так далее.

Третья рекомендация заключается в том, что в единую ТБ следует включать наиболее точные поверхности детали.

К сожалению, технолог достаточно часто встречается с ситуация­ми, когда имеющиеся на детали поверхности не вполне отвечают признакам той или иной базы либо не обладают необходимой точно­стью, и тогда для использования принципа единства баз технолог вынужден вносить в конструкцию детали некоторые изменения, не ухудшающие выполнение ею своего служебного назначения. Так, на­пример, у корпуса на рис. 13 отверстия в лапках являются крепеж­ными, и с точки зрения служебного назначения высокой точности их диаметров и межосевого расстояния не требуется (главное, чтобы че­рез них прошли крепежные болты при установке редуктора в прибор). Но при установке заготовки корпуса во время обработки таким отверстием на палец в схеме базирования возникает неопределен­ность, т.е. возможность смещения заготовки корпуса в пределах за­зора между базовым отверстием и пальцем. Это смешение порождает дополнительную составляющую погрешности установки, что резко снижает точность получаемых при такой установке размеров распо­ложения поверхностей в партии обработанных деталей.

Рис. 13. Корпус редуктора и возможная единая технологическая база для технологического процесса его обработки

Поэтому технолог вынужден в этих случаях повышать точность отверстий, включаемых в единую ТБ, как правило, до H7 или H8. Широкие до­пуски на межосевые расстояния крепежных отверстий требуют су­щественного уменьшения диаметра одного из пальцев для обеспече­ния возможности установки любой заготовки из партии на два пальца, а это увеличивает зазор между отверстием и вторым пальцем и, следовательно, возможный угол поворота всей детали вокруг оси первого базового отверстия во время установки. Для уменьшения этой составляющей погрешности установки технолог существенно повышает точность межосевого расстояния отверстий; включенных в единую ТБ. Внесенные в размерное описание корпуса изменения, конечно же, не ухудшают выполнение им своего служебного назна­чения, но позволяют технологу построить ТП с использованием принципа единства баз.

Иногда технолог вынужден вносить свои изменения не только в размерное описание, но и в конструкцию детали для придания по­верхности возможности служить той или иной ТБ. Так, например, при обработке консольных направляющих каретки (рис. 14, а) необходимо в качестве ус­тановочной базы использовать нижнюю плоскость детали, но она не имеет достаточной протяженности и не обеспечивает ни точности установки, ни жесткости детали во время обработки. Для придания верхней плоскости необходимых признаков установочной базы тех­нолог вводит в заготовку дополнительные конструктивные элемен­ты – приливы «в», которые искусственно удлиняют эту плоскость на время обработки детали (см. рис. 14, б) и удаляются в конце после обработки всех поверхностей за ненадобностью для служебного на­значения каретки в устройстве.

Рис. 14. Каретка револьверного суппорта и схема ее базирования для обработки направляющих

Иногда ни одна поверхность детали не может выполнять функции той или иной технологической базы и тогда технологу приходится создавать специальные поверхности для выполнения этой функции. Типичным примером такой ситуации может служить обработка лю­бого ступенчатого вала, все ступени которого должны быть соосны с общей осью подшипниковых шеек. Использовать эти шейки или любые другие для установки заготовки вала на токарных, шлифо­вальных и других станках невозможно, и поэтому на валах создаются специальные поверхности – конические центровые отверстия, об­щая ось которых и выполняет функцию единой ТБ на большинстве операций ТП. Схема базирования вала на центровых отверстиях приведена на рис. 15, а. При такой установке технологическими размерами при обработке любой ступени является несоосность Н₁, H₂, ..., H_i этой ступени с общей осью конических отверстий центро­вых гнезд, что с точки зрения служебного назначения вала не имеет никакого значения. Требуемая же соосность двух любых ступеней С (см. рис. 15, б), заданная конструктором, формируется при таком базировании по варианту II, т. е. как замыкающее звено размерной цепи, составляющими звеньями которой являются технологические размеры – несоосности H₁, и Н₂ каждой из этих двух ступеней с еди­ной ТБ – осью А центровых отверстий.

Рис. 15. Схема базирования ступенчатого вала на единой

технологической базе: центровые отверстия (а) и размерная цепь

обеспечения соосности C_o ступеней 1 и 2 (б)

Таким образом, формируя единую технологическую базу, техно­лог может включать в этот комплект либо имеющиеся на детали ре­альные поверхности, могущие служить базовыми, либо внести в кон­струкцию детали технологические изменения, не ухудшающие ее служебного назначения, целью которых может быть либо улучшение базирующих свойств имеющихся поверхностей, либо создание спе­циальных поверхностей для использования их только во время обра­ботки в качестве ТБ.

При разработке технологического процесса выбирают теорети­ческую схему базирования и в общем случае в качестве ТБ выбирают поверхности, отвечающие следующим основным условиям:

1. эти поверхности должны быть достаточно протяженными, что­бы обеспечить минимальную погрешность базирования;

2. поверхность, выбранная в качестве ТБ, должна обеспечить дос­туп к возможно большему числу поверхностей, обрабатывае­мых от этой базы;

3. поверхности, используемые в качестве базовых, должны при­надлежать элементам детали, имеющим достаточную жест­кость;

4. поверхности, используемые в качестве базовых, должны иметь по возможности высокую точность и чистоту обработки.

По стадиям обработки ТБ разделяются на чистые (чистовые) и черные (черновые).

Чистые базы – это предварительно обработанные поверхности, на которые базируется деталь на всех этапах обработки.

Черные базы – это комплект необработанных поверхностей в со­стоянии поставки заготовки, используемых в качестве базовых толь­ко на первой операции.

Распределение чистых и черных баз между поверхностями детали следует вести от конечного результата.

Правила выбора чистых баз:

Эти правила противоречат одно другому. В качестве чистых баз выбирают поверхности, отвечающие следующим требованиям:

1. они должны соответствовать всем требованиям к базам (см. выше);

2. чистые ТБ должны обеспечить обработку наиболее точных, чи­стых и точно расположенных поверхностей детали;

3. при наличии у деталей технологических комплексов поверхно­стей чистая база должна либо входить в один из этих комплек­сов, либо обеспечивать обработку всех поверхностей, входящих в эти комплексы;

4. из прочих равных поверхностей в качестве чистой ТБ выбира­ют ту, которая может служить единой технологической базой для обработки всех прочих поверхностей детали.

Требования к черным базам:

1. Все общие требования к базам.

2. В качестве основной черной базы (установочной или двойной направляющей) выбирается поверхность, лишенная заготовочных напусков (уклонов), поэтому у тел вращения большой протяженности вдоль оси в качестве главной выбирается цилиндрическая поверхность – двой­ная направляющая база; детали же, имеющие короткие цилиндрические поверхности (типа дисков), в качестве основной базы должны иметь торец – уста­новочная база.

3. (противоречит требованию 1) В качестве черных баз должны выбираться поверхности, которые в обработанной детали являются наиболее ответственными, например, в кор­пусах редукторов в качестве черной базы желательно выби­рать ось основного литого отверстия (обепечивает равномерное распределение припуска при последующей обработке литого отверстия).

Отступление от этого требования вызывает повышенную погреш­ность на последующих этапах обработки и требует лишних операций и переходов для достижения соответствующего уточнения.

4. Поверхность в качестве черной базы может использоваться только один раз на первой операции.

5. На первой операции, где используется черная база, обязательно должна быть обработана чистая, желательно единая ТБ.

6. При наличии многофункционального технологического обору­дования (обрабатывающие центры, автоматические линии, исполь­зуемое приспособление — спутник) в качестве черной базы, являю­щейся одновременно единой, может быть выбрана поверхность, остающаяся необработанной, при условии, что вся обработка осуще­ствляется за одну операцию.

Методически выбор и обоснование единой технологической базы осуществляется по алгоритму, который предусматривает следующую последовательность работы технолога.

1. Оценить роль основной базы в координации других поверхнос­тей и комплектов поверхностей, для этого необходимо подсчитать количество (выписать) всех поверхностей и комплектов поверхнос­тей, координированных (связанных размерами) от основной базы.

2. Оценить роль каждого комплекта вспомогательных баз в коор­динации других поверхностей, для этого необходимо подсчитать ко­личество поверхностей (размеров), координированных от каждой вспомогательной базы детали.

3. Оценка возможности использования свободной поверхности в качестве единой технологической базы при обработке без переуста­новки детали. На данном этапе необходимо проанализировать кон­струкцию детали с точки зрения возможности обработки всех ее по­верхностей с необходимой точностью и шероховатостью с одной установки. Такая возможность появляется при обработке простых по конфигурации деталей типа «рычаг», «кронштейн» с небольшим ко­личеством обрабатываемых поверхностей, либо при обработке более сложных деталей на агрегатных станках, станках с ЧПУ или типа «обрабатывающий центр». Если такая возможность имеется, то в качестве единой технологической базы необходимо использовать сво­бодные поверхности детали, отвечающие трем основным признакам баз: установочная – должна быть наибольших габаритных размеров, направляющая – наибольшей протяженности, опорная – наимень­ших габаритных размеров (и далее приступить к выполнению этапа 8).

4. Если нет возможности обрабатывать данную деталь с одной ус­тановки, то на основании результатов, полученных на первом, вто­ром этапах, выбрать комплект поверхностей, от которых координи­ровано наибольшее количество других поверхностей (комплектов). Причем безразлично, является ли этот комплект основной или вспо­могательной базой.

4. Оценить возможность использования в качестве единой техно­логической базы комплекта поверхностей, от которых координиро­вано наибольшее количество других поверхностей, с точки зрения трех основных признаков баз. Если данный комплект баз отвечает этим признакам, то их выбирают в качестве единой технологической базы;

5. Если данный комплект баз не отвечает трем основным призна­кам баз, то оценивается возможность и целесообразность (с эконо­мической и физической точек зрения) внесения изменения в конст­рукцию детали с целью придания рассматриваемому комплекту отсутствующих признаков (после внесения изменений комплект должен отвечать трем признакам баз). Если изменения конструкции возможны и целесообразны, то этот комплект баз с конструктивны­ми изменениями выбирают в качестве единой технологической базы. И далее выполняется этап 8.

Примечание. После окончания обработки искусственно созданные элементы обычно удаляют.

Если внесение изменений в конструкцию деталей невозможно или нецелесообразно, то рассматриваемый комплект поверхностей не может служить единой технологической базой. В этом случае сле­дует вернуться к этапу 5 и приступить к рассмотрению следующего комплекта поверхностей из числа оставшихся, по отношению к ко­торому задано положение большего числа поверхностей. Такой воз­врат повторяется до тех пор, пока для какого-либо очередного комп­лекта появится возможность перехода к этапу 8.

7. Если при переборе всех компонентов в пункте 5 не оказалось компонентов баз, пригодных для использования в качестве единой технологической базы, то в конструкцию детали необходимо внести изменения с целью создания искусственного комплекта единой технологической базы. На практике такими деталями, в большинстве случаев, являются детали типа «вал» или «труба». Для подобных дета­лей целесообразно в качестве единой технологической базы исполь­зовать специальные искусственно созданные в конструкции базы в виде конических центровых отверстий или фасок.

8. Составить список поверхностей, принятых в качестве единой технологической базы.

9. Рассортировать все поверхности детали на две группы по признаку соответствия условий их обработки принципу совмещения баз при установке на выбранную единую технологическую базу.

10. Составить список каждой классификационной группы поверх­ностей согласно результату выполнения предшествующего шага.

Следующий немаловажный вопрос, требующий разрешения тех­нологом при формировании плана изготовления детали – как уста­навливать заготовку при обработке поверхностей, включенных в единую ТБ, т.е. на первой (первых) операции. Для ответа на этот вопрос, результатом которого должен быть выбор конкретных не­обработанных (черных) поверхностей заготовки в качестве техноло­гических баз на первой операции, требуется провести размерный анализ вариантов базирования по каждому конструктивному пара­метру, зависящему от взаимного расположения обработанных и нео­бработанных поверхностей. На основе анализа следует выбрать по каждому параметру тот, который обеспечивает одновременное дос­тижение требуемой точности всех параметров, а если таких вариан­тов несколько, то предпочтение следует отдать тому, при котором обеспечивается наибольшая точность наиболее важного параметра служебного назначения детали.

Выбор технологической базы на первой операции осуществляется в следующем порядке.

1. Изучение размерных связей между поверхностями.

2. Выбор критерия оценки технологической базы на первой операции.

Необходимо определить, какой из двух критериев оценки вы­брать:

• требуемая точность расположения необработанной поверхнос­ти относительно поверхностей, подлежащих обработке;

• равномерность припуска, снимаемого при обработке с поверх­ности (поверхностей).

3. Определение технологического перехода, на котором формируется выбранный критерий. Требуемое положение необработанной поверхности относительно подлежащей обработке обеспечивается на том технологическом переходе, где обрабатывается поверхность. Неравномерность припуска также проявляется только при обработке интересующей нас поверхности на одном из технологических переходов. Таким образом, в любом случае необходимо отыскать в марш­рутном технологическом процессе тот технологический переход, где формируется выбранный критерий.

4. Описание условий формирования выбранного критерия раз­мерной цепью и ее уравнения. После того как определен технологи­ческий переход, на котором формируется выбранный критерий не­обходимо представить графически этот критерий и принять его за замыкающее звено. Составляющими звеньями размерной цепи будут являться размер заготовки, который получается после обработки ее на первой операции, и настроенный размер инструмента; из анализа размерной цепи определяется размер, с которым заготовка приходит с первой операции на операцию, где формируется выбранный нами критерий.

5. Разработка схемы базирования на первой операции в соответ­ствии с принципом единства баз. Найденный на этапе 4 размер, ко­торый должен получиться в результате обработки на первой опера­ции, необходимо нанести на эскиз первой операции маршрутного технологического процесса. И на основании этого выбрать техноло­гическую базу на первой операции.

В случае совмещения конструкторской и технологической баз по­грешность размера, найденного на этапе 4, будет минимальной, так как зависит только от погрешности обработки.

6. Оценка технической, организационной и экономической целесообразности разработанной схемы.

Оценку целесообразности выбранной схемы проводить по следу­ющим критериям:

• отвечает ли выбранная технологическая база на первой опера­ции трем общим признакам: установочная база – поверхность с наибольшими габаритными размерами; направляющая база – поверхность с наибольшей длиной; опорная – поверх­ность с малым размерами;

• сложность оснастки;

• сложность эксплуатации (конструкция оснастки должна пре­дусматривать возможность автоматизации).

При оценке возможны два случая:

– выбранная технологическая база соответствует выбранным критериям оценки. В этом случае необходимо перейти к вы­полнению этапа 11;

– выбранная технологическая база не соответствует выбранным критериям оценки. В этом случае целесообразно рассмотреть другие схемы базирования.

7. Разработка других возможных схем базирования на первой опе­рации с нарушением принципа единства баз. Для нахождения реше­ния достижения точности обработки деталей необходимо проанали­зировать различные схемы базирования детали путем выявлении воз­никающих технологических размерных связей. Для этого следует найденный на этапе 4 размер, который должен получиться в резуль­тате обработки на первой операции, нанести на эскиз первой опера­ции технологического процесса при выбранной схеме базирования. То же самое необходимо проделать и для всех других возможных ва­риантов базирования детали на первой операции.

8. Описание на базе теории размерных цепей условий формиро­вания на первой операции размера, выявленного на этапе 4, т. е. раз­мера, получаемого на первой операции и оказывающего влияние на определенном этапе технологического процесса на выбранный кри­терий точности при различных схемах базирования. С этой целью необходимо построить технологические размерные цепи для воз­можных вариантов базирования. Замыкающим звеном является раз­мер, получаемый при обработке; составляющими звеньями размер­ных цепей определяется размер (или размеры), с которым заготовка приходит на первую операцию.

9. Анализ условий получения в технологическом процессе заго­товки размеров, выявленных на этапе 8, т. е. размеров, с которыми заготовка приходит на первую операцию. Возможны два случая:

• размер заготовки не оказывает влияние на погрешность обра­ботки на первой операции;

• размеры заготовки оказывают влияние на погрешность обра­ботки на первой операции.

10. Описание на базе теории размерных цепей условии формирования размеров, выявленных на этапе 8, в технологическом процессе получения заготовки.

Необходимо построить технологическую размерную цепь, в кото­рой замыкающим звеном будет размер, выявленный на этапе 8, со­ставляющими звеньями – размеры заготовки, оказывающие влия­ние на точность данного размера в процессе получения заготовки.

11. Получение расчетных структурных формул погрешности выб­ранного на этапе 2 критерия, определенного путем рассмотрения различных схем базирования. Необходимо проанализировать раз­личные схемы базирования детали путем выявления технологичес­ких размерных цепей с использованием результатов этапов 4, 8, 10 и схем базирования на первой операции, разработанных на этапах 5, 7, 9. Приняв в качестве замыкающего звена размер критерия, опреде­ленного на шаге 2 выявить составляющие звенья всех технологичес­ких размерных цепей, т.е. найти межпереходные размеры и размеры заготовки, которые влияют на точность замыкающего звена.

12. Расчет количественных значений критерия по формулам, по­лученным на этапе 11. По таблицам экономической точности [3] определить погрешность всех составляющих звеньев (межпереход­ные размеры технологического процесса и размеры заготовки). Под­ставив в расчетные формулы полученные на этапе 11 значения полей рассеяния, определить количественные значения погрешности кри­терия при различных вариантах базирования.

13. Сравнение полученных значений критерия и выбор варианта базирования на первой операции, обеспечивающего заданную точ­ность детали. На основании анализа количественных значений кри­терия выбрать вариант базирования детали на первой операции, ко­торый позволит обеспечить заданную точность обработки с учетом технической, организационной и экономической целесообразности данной схемы базирования.

14. Построение теоретической схемы базирования детали, нане­сение опорных точек на поверхности, выбранные в качестве техно­логической базы.

Используя вышеизложенную методику, рассмотрим пример вы­бора технологической базы на первой операции при обработке кор­пуса (рис. 16, а).

В качестве единой технологической базы при обработке корпуса приняты плоскость основания и два отверстия (см. рис. 16, б). Этот комплект технологических баз получается при фрезеровании плос­кости на первой операции и сверлении двух отверстий.

Рис. 16. Корпус подшипника

Для получения точного отверстия в корпусе с меньшим числом переходов, на более высоких режимах резания необходимо иметь равномерный припуск при обработке отверстия. Поэтому в качестве критерия выбираем равномерность припуска, снимаемого при обра­ботке с поверхности.

Равномерность припуска при обработке отверстия в корпусе дол­жна быть обеспечена при его расточке. Графически этот критерий – неравность припуска при расточке – представляет смещение «е» оси полученного отверстия относительно оси отверстия в заготовке (рис. 17, а). На рис. 17, б представлена технологическая размер­ная цепь, описывающая формирование этого критерия, где А₀ – не­совпадение осей; А₁ – размер после обработки на 1-й операции; А₂ – размер после расточки.

Рис. 17. Обеспечение равномерности припуска отверстия

Руководствуясь принципом единства баз, разработали схему бази­рования корпуса на 1-й операции (рис. 18). Выбранная таким обра­зом технологическая база (базирование по отверстию) позволяет со­вместить конструкторскую и технологическую базы и обеспечить погрешность размера А₁ полученного в результате фрезерования, равную только погрешности технологического размера обработки. Кроме того, выбранная технологическая база представляет собой со­четание установочной базы (боковая поверхность корпуса, поверх­ность с наибольшими габаритными размерам) и двойной опорной базы (поверхность отверстия).

Рис. 18. Схема базирования корпуса на первой операции

с учетом принципа единства баз

Однако следует отметить, что выбранный вариант базирования по отверстию усложняет конструкцию оснастки и автоматизацию процесса. В этой связи рассмотрим другие возможные схемы базирова­ния корпуса на первой операции (рис. 19).

Так, по варианту II (см. рис. 19, а) базирование осуществляется по боковой поверхности корпуса – установочная база, по заплечи­кам – направляющая и по поверхности торца – опорная база. По варианту III (см. рис. 19, б) базирование осуществляется по боко­вой поверхности корпуса – установочная база, поверхности головки корпуса – направляющая база и поверхности торца корпуса – опор­ная база.

Рис. 19. Другие схемы базирования корпуса на первой операции

Описание на базе теории размерных цепей условий формирования на первой операции размера А₁, являющегося замыкающим звеном Б_о или В_о технологических размерных цепей, показывает, что

• по варианту II

А₁ = Б₀ = Б₁ + Б₂,

где Б₁ – размер заготовки после обработки на 1-й операции; Б₂ — размер заготовки;

• по варианту III

А₁= В₀ = В₁ – В₂,

где В₁ – размер заготовки после обработки на 1-й операции; В₂ – размер заготовки.

Анализ условий получения в технологическом процессе заготовки размера Б₂, с которым заготовка приходит на первую операцию, дан на рис. 20.

Рис. 20. Анализ условий получения размера заготовки

На основании выявленных технологических размерных цепей за­пишем структурные формулы погрешности выбранного критерия оценки технологической базы на первой операции для каждого вари­анта:

А₀ = А₁ – А₂; А₀ = А₁ + А₂.

Для варианта I:

А₁ = 0; А₀ = А₂,

Для варианта II:

А₁ = Б₀ = Б₁ + Б₂, А₀ = Б₁ +Б₂ +А₂.

Для варианта III:

А₁ = В₀ = В₁ – В₂ ; А₀ = В₁ + В₂ +А₂.

Сравнительный анализ полученных формул погрешности крите­рия – равномерность припуска при растачивании отверстия – свидетельствует, что базирование на первой операции по вариан­ту I (см. рис. 18) обеспечивает получение заданного размера А₀ са­мым коротким путем. Смещение оси обработанного отверстия относительно оси отверстия в заготовке – погрешность А₀ равна погрешности обработки. При базировании по вариантам II и III (см. рис. 19) имеет место трехзвенная технологическая цепь, куда входят размеры заготовки Б₂ и В₂. В результате этого поле рассеяния А₀ получается значительно больше, чем при варианте I. Кроме того, с точки зрения материаль­но-технического оснащения варианты II и III не менее трудоемки, чем вариант I.

На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что заданную точность обработки детали с учетом технической целесообразности обеспечивает I вариант базирования заготовки на первой операции.

Если главным критерием оценки технологической базы на первой операции выбрать требуемую точность расположения необработанной поверхнос­ти относительно поверхностей, подлежащих обработке: одинаковая толщина заплечиков корпуса, то вариант II предпочтителен. Этот же вариант установки используется при обработке заготовок в единичном производстве на универсальном оборудовании и оснастке.

Выявление поверхностей, которые могут быть обработаны при установке на единую ТБ, и определение порядка их обработки осу­ществляется на основе анализа размерного описания детали, задан­ного конструктором. Рекомендуется вначале выделить те поверхнос­ти, для которых при установке на единую ТБ выдерживается прин­цип совмещения баз, т. е. те поверхности и заданные конструктором размеры их расположения в каждом координатном направлении, для которых выбранная единая ТБ совпадает с конструкторско-размерной базой; а технологический размер и его допуск, согласно условию (8), равен конструкторскому. Затем выявить поверхности, для кото­рых принцип совмещения баз при установке на единую ТБ в каком-либо координатном направлении не выдерживается, установить для них технологический размер, определить его величину и допуск. Рас­чет технологических размеров и назначение их допусков, обеспечи­вающих достижение заданных конструктивных размеров, осуществ­ляется на основе выявления размерных цепей, аналогичных цепи П (см. рис. 11, г). По рассчитанным и назначенным по условиям (8–13) допускам и выбранным для достижения показателей точности каждой поверхности методам обработки выбираются подходящие тех­нологические системы для обработки каждой поверхности.

Порядок обработки поверхностей, точность положения которых невозможно обеспечить при установке на единую ТБ, определяется технологом исходя из конструктивных особенностей детали. Для чего выбираются вначале технологические базы, обеспечивающие обработку всех или группы таких поверхностей. Затем для каждой из этих поверхностей устанавливаются технологические размеры, опре­деляются их величины и допуски, обеспечивающие достижение за­данных конструктором размеров и отвечающие или условию (8), если соблюдается принцип совмещения баз, или условию (10), если таковой не соблюдается. В последнем случае величина и допуск тех­нологического размера выявляется на основе построения размерной цепи, аналогичной цепи П (см. рис.11, г).

Синтезирующим этапом решения рассмотренных в этом разделе вопросов, предопределяющим построение технологического марш­рута изготовления детали, является построение общего плана обра­ботки заготовки.

Следует подчеркнуть, что планы обработки весьма многообразны и зависят от конфигурации детали, ее размеров, точности, наличия термической обработки, программы выпуска и других факторов. Вместе с тем для качественного проектирования маршрута изготов­ления можно сформулировать общую структуру построения плана об­работки, характерную для всех классов обрабатываемых деталей:

1. Обработка поверхностей, которые будут использоваться в каче­стве технологических баз на всех или большинстве операций технологического процесса.

2. Обработка остальных поверхностей, составляющих основной контур детали в последовательности, обратной их степени точ­ности, т. е. чем точнее должна быть поверхность, тем позже она обрабатывается. Целесообразно при этом выделять технологи­ческие комплексы поверхностей, предусматривающие обработ­ку с одной установки.

3. Обработка зубьев, шлиц, групп отверстий или пазов.

3. Обработка вспомогательных поверхностей (мелкие отверстия, фаски, галтели, пазы и др.).

Рассмотрим синтез маршрута обработки заготовки.

Первый шаг синтеза маршрута обработки заготовки – распреде­ление отобранных переходов обработки типовых поверхностей заго­товки по этапам типовой схемы изготовления деталей соответствую­щего класса (или подкласса). Типовая схема обработки является вариантом полного типового решения. Главный признак этапа типо­вой схемы – уровень точности, достигаемой по его завершении.

Как показывает практика, наращивание точности формы, разме­ров и относительного расположения поверхностей детали, повыше­ние качества ее поверхностей должно осуществляться одновременно по всем основным элементам детали. Для этого сначала следует до­стигнуть одного уровня точности заготовки для основных поверхно­стей, затем начать их повторную обработку, стремясь к следующему уровню точности, и так до тех пор, пока не будут обеспечены точнос­тные требования, заданные чертежом детали.

Причиной разделения ТП изготовления детали на этапы служит необходимость включения внестаночных операций – химико-тер­мической обработки и нанесения покрытий. В зависимости от целей и назначения внестаночных операций оп­ределяются их место в ТП и требования к обработке, предшествую­щей этим операциям.

Количество этапов и их содержание зависит от конструктивной особенности той группы деталей, для которой разработана типовая схема изготовления. Это уровень жесткости, возможность базирова­ния и закрепления заготовки без повреждения уже обработанных по­верхностей, требования к уровню и виду внутренних остаточных на­пряжений (например, при изготовлении точных ходовых винтов необходимо назначать шесть термических операций: отжиг обычный и стабилизирующий, закалку и три стабилизирующих отпуска).

Поскольку количество этапов зависит от точности заготовки, ти­повая схема обработки должна учитывать тип производства. В массо­вом производстве стремятся уменьшить количество этапов и, если это позволяет конструкция и требования к точности детали, совме­щать в одной операции обработку поверхностей с существенно раз­ными уровнями точности.

При выборе порядка выполнения переходов внутри этапа нужно руководствоваться следующими рекомендациями:

1. Вначале обрабатываются поверхности комплекта технологи­ческой базы (в порядке уменьшения числа налагаемых связей), от которых будет выполняться большинство переходов этапа.

1. Переходы обработки поверхностей, составляющих основной контур детали, выполняются раньше, чем переходы обработки поверхностей, представляющие собой уступы, пазы и т. д.

2. В заготовке детали, не являющейся телом вращения, перед об­работкой отверстий должны быть обработаны плоскости.

3. Порядок обработки пересекающихся поверхностей устанавли­вается таким, чтобы уменьшить увод инструмента и вероят­ность его поломки, снизить дополнительные затраты на сле­сарную обработку (удаление заусенцев). Например, если оси отверстий пересекаются под прямым углом, то первым обраба­тывается отверстие большего диаметра.

2. На окончательном этапе поверхности обрабатываются в поряд­ке, обратном их точности, т.е. чем точнее должна быть данная поверхность, тем позже она обрабатывается.

4. Порядок обработки поверхностей должен обеспечить наимень­шее количество переустановок и минимум затрат времени на вспомогательные перемещения инструмента (или заготовки).

3. Порядок обработки поверхностей должен учитывать специаль­ные требования к точности относительного расположения, если они указаны на чертеже или оговорены техническими тре­бованиями.

В заключение следует отметить, что если в соответствии с техно­логическим классификатором изделий деталь имеет технологичес­кий код, то для нее может быть взят за основу типовой план обработ­ки, рекомендуемый для данного типа изделий.