Технологические основы машиностроения Типы производства

Кафедра технологии и организации машиностроительного производства

Дисциплина

"Технологические основы машиностроения" (ТОМ)

Конспект лекций

Э.П. Выскребенцев

Для студентов специальности "Металлургическое оборудование"

3-й курс дневного обучения

4-й курс заочного обучения

Объём - 120 с .

Алчевск

Дон ГТУ

2006

Рекомендуемая литература

Основная

1. Ковшов А.Н. Технология машиностроения: учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1987

Дополнительная.

2. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. – Минск: Вышейша школа, 1985.

3. Воробьев А.Н. Технология машиностроения и ремонт машин: Учебник. – М.: Высшая школа, 1981.

4. Корсаков В.С. Технология машиностроения. – М.: Машиностроения, 1987.

5. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 кн. под. ред. Косиловой А. Г, – 3-е изд. – М.: Машиностроение, 1985.

6. Балабанов А.Н. Краткий справочник технолога-машиностроителя. – М.:

Изд. стандарт. 1992.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1 ТИПЫ ПРОИЗВОДСТВА, ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ И ВИДЫ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 6

1.1 Типы производства 6

1.2 Виды технологических процессов 9

1.3 Структура технологического процесса и его основные

характеристики 11

1.3.1 Характеристики технологического процесса 15

1.4 Трудоёмкость технологической операции 16

1.5 Основные принципы технологического проектирования 21

2 ТОЧНОСТЬ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ 23

2.1 Точность и её определяющие факторы 23

3 ОСНОВЫ БАЗИРОВАНИЯ И БАЗЫ ЗАГОТОВКИ 27

3.1 Погрешность закрепления εз
, 36

3.2 Погрешность положения заготовки εпр
, вызываемая

неточностью приспособления 37

3.3 Базирование заготовки в приспособлении 38

4 КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И

ЗАГОТОВОК 41

4.1 Влияние технологических факторов на величину

шероховатости 41

4.2 Методы измерения и оценки качества поверхности 46

5 ЗАГОТОВКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН 49

5.1 Выбор исходной заготовки и методов ее изготовления 49

5.2 Определение припусков на механическую обработку 51

6 ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ 60

6.1 Общие положения разработки технологических

процессов 60

6.2 Выбор технологического оборудования 63

6.З. Выбор технологической оснастки 64

6.4. Выбор средств контроля 65

6.5. Формы организации технологических процессов и их

разработка 65

6.6. Разработка групповых технологических процессов 67

6.7. Разработка типовых технологических процессов 70

7 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ 72

7.1 Технология производства валов 72

7.2 Технология производства корпусных деталей 82

7.2.1 Технологический маршрут обработки заготовок

корпусов 84

7.3 Технология производства цилиндров 92

7.4 Обработка зубчатых колёс 94

7.4.1 Конструктивные особенности и технические требования к зуб-

чатым колёсам 94

7.4.2 Обработка заготовок зубчатых колёс с центральным отверстием. 95

7.4.3 Нарезание зубьев 97

7.4.4 Изготовление крупногабаритных зубчатых колёс 100

7.4.5 Обработка заготовок до нарезания зубьев 101

7.5 Технология изготовления рычагов 102

8. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ СБОРКИ 111

ВВЕДЕНИЕ

Технология машиностроения — наука, занимающаяся изучением закономерностей процессов изготовления машин, с целью использования этих закономерностей для обеспечения выпуска машин заданного качества, в установленном производственной программой количестве и при наименьших народнохозяйственных затратах.

Технология машиностроения развивалась с развитием крупной промышленности, накапливая соответствующие методы и приемы для изготовления машин. В прошлом технология машиностроения получила наибольшее развитие в оружейных мастерских и заводах, где изготовлялось оружие в больших количествах.

Так, на Тульском оружейном заводе еще в 1761 г. впервые в мире было разработано и внедрено изготовление взаимозаменяемых деталей и их контроль с помощью калибров.

Технология машиностроения создавалась трудами российских ученых: А.П. Соколовского, Б.С. Балакшина, В.М. Кована, B.C. Корсакова и др,

К технологии машиностроения относятся следующие области производства: технология литья; технология обработки давлением; технология сварки; технология механической обработки; технология сборки машин, т. е. технология машиностроения охватывает все этапы процесса изготовления машиностроительной продукции.

Однако под технологией машиностроения обычно понимают научную дисциплину, изучающую преимущественно процессы механической обработки заготовок и сборки машин к попутно затрагивающие вопросы выбора заготовок методы их изготовления. Это объясняется тем, что в машиностроении заданные формы деталей с требуемой точностью и качеством их поверхностей достигаются в основном механической обработкой. Сложность процесса механической обработки и физической природы, происходящих при этом явлений, вызвана трудностью изучения всего комплекса вопросов в пределах одной технологической дисциплины и обусловила образование нескольких таких дисциплин: резание металлов; режущие инструменты; металлорежущие станки; конструирование приспособлений; проектирование машиностроительных цехов и заводов; взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения; технология конструкционных материалов; автоматизация и механизация технологических процессов и др.

1 ТИПЫ ПРОИЗВОДСТВА, ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ И ВИДЫ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

1.1 Типы производства

Тип производства
— классификационная категория производства, выделяемая по признакам широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска изделий.

Объем выпуска изделий — количество изделий определенных наименования, типоразмера и исполнения, изготовленных или ремонтируемых объединением, предприятием или его подразделением в течение планируемого интервала времени.

Реализуют следующие типы производства: единичное; серийное; массовое. Одной из основных характеристик типа производства является коэффициент закрепления операций. Коэффициент закрепления операций – отношение числа всех различных технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест.

Единичное производство

— производство, характеризуемое широкой номенклатурой изготовляемых или ремонтируемых изделий и малым объемом выпуска изделий.

В единичном производстве изделия изготовляются единичными экземплярами, разнообразными по конструкции или размерам, причем повторяемость этих изделий редка или совсем отсутствует (турбостроение, судостроение). В этом типе производства, как правило, используется универсальные оборудование, приспособления и измерительный инструмент, рабочие имеют высокую квалификацию, сборка производится с использованием слесарнопригоночных работ, т. е. по месту и т. п. Станки располагаются по признаку однородности обработки, т. е. создаются участки станков, предназначенных для одного вида обработки — токарных, строгальных, фрезерных и др.

Коэффициент закрепления операций > 40.

Серийное производство

— производство, характеризуемое ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями выпуска.

В зависимости от количества изделий в партии или серии и значение коэффициента закрепления операций различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производство.

Коэффициент закрепления операций в соответствии со стандартом принимают равным:

а) для мелкосерийного производства — свыше 20 до 40 включительно;

б) для среднесерийного производства — свыше 10 до 20 включительно;

в) для крупносерийного производства — свыше 1 до 10 включительно.

Основные признаки серийного производства: станки применяются разнообразных типов: универсальные, сспециализированные, специальные, автоматизированные; кадры различной квалификации;

работа может производиться на настроенных станках; применяется и разметка, и специальные приспособления; сборка без пригонки и т. д.

Оборудование располагается в соответствии с предметной формой организации работы.

Станки располагаются в последовательности технологических операций для одной или нескольких деталей, требующиходинакового порядка выполнения операций. В той же последовательности, очевидно, образуется и движение деталей (так называемые, предметно-замкнутые участки). Обработка заготовок производится партиями. При этом время выполнения операций на отдельных станках может быть не согласовано с временем операций на других станках.

Изготовленные детали хранятся во время работы у станков и затем транспортируются всей партией.

Массовое производство

— производство, характеризуемое узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготовляемых или ремонтируемых в течение продолжительного времени.

Коэффициент закрепления операций для массового производства принимают равным единице.

Таким образом, изделия изготовляются в большом количестве длительное время, конструкция изделия меняется плавно. Рабочая сила низкой квалификации при наличии настройщиков, оборудование автоматизированное, полная взаимозаменяемость при сборке.

Массовому производству присуща поточная форма организации производства, при которой операции обработки или сборки машины закреплены за определенным оборудованием или рабочими местами, оборудование расположено в порядке выполнения операций, а изготовляемая деталь передается с одной операции на следующую сразу после выполнения предшествующей операции, как правило, с помощью специальных транспортных устройств.

Формы организации технологических процессов

В соответствии со стандартами СРПП устанавливается две формы организации технологических процессов: групповая; поточная.

Групповая форма организации техпроцессов характеризуется однородностью конструктивно-технологических признаков изделий, единством средств технологического оснащения одной или нескольких технологических операций и специализацией рабочих мест.

Или иначе, групповая форма — это форма организации производства, характеризуемая совместным изготовлением или ремонтом групп изделий различной конфигурации на специализированных рабочих местах.

Основой при групповой форме организации техпроцессов должно быть группирование изделий по конструктивно-технологическим признакам. По результатам анализа классификационных групп изделий и показателей относительной трудоемкости устанавливается профиль специализации каждого структурного подразделения (цеха, участка) и т. д.

Поточная организация производства характеризуется расположением технологического оснащения в последовательности выполнения операций технологического процесса и специализации рабочих мест.

Поточную форму организации техпроцессов в зависимости от номенклатуры одновременно обрабатываемых изделий подразделяют

на однономенклатурную поточную линию; многономенклатурную поточную линию.

Примеры способов расположения оборудования в поточных линиях показаны на рис. 1.2.

1.2 Виды технологических процессов

По степени унификации различают следующие виды технологических процессов: единичный; типовой; групповой.

Вид технологического процесса определяется количеством изделий, охватываемых процессом (одно изделие, группы однотипных изделий).

Наименование процессов устанавливают по стандартам СРПП.

Единичный технологический процесс
— технологический процесс, относящийся к изделиям одного наименования, типоразмера и исполнения, независимо от типа производства (применяется для изготовления изделий одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от типа производства). Типовой технологический процесс
— технологический процесс, характеризуемый единством содержания и последовательности большинства технологических операций и переходов для группы изделий с общими конструктивными признаками.

Типовой процесс применяется:

а) как информационная основа при разработке рабочего технологического процесса;

б) как рабочий технологический процесс при наличии всей необходимой информации для изготовления детали, или как база для разработки стандартов на типовые технологические процессы.

Типовой технологический процесс может являться совокупностью типовых технологических операций, которые характеризуются единством содержания и последовательности технологических переходов для группы изделий с общими конструктивными признаками.

Групповой технологический процесс
— технологический процесс, характеризуемый единством методов обработки с использованием однородных и быстро переналаживаемых приспособлений для групп изделий даже с разными конструктивными признаками.

Групповой технологический процесс может состоять из групповых технологических операций, которые являются общими для групп различных деталей с определенной групповой оснасткой на данном оборудовании.

Таким образом, групповой технологический процесс — это совокупность групповых технологических операций, обеспечивающих изготовление различных деталей группы (или нескольких групп) по общему технологическому маршруту.

Каждый вид технологических процессов характеризуется следующими признаками:

а) основным назначением процесса: рабочий, перспективный;

б) степенью детализации содержания процесса: маршрутный, операционный, маршрутно-операционный.

Рабочий технологический процесс
— технологический процесс, выполняемый по рабочей и (или) конструкторской документации (применяется: для изготовления в соответствии с требованиями рабочей технической документации).

Перспективный технологический процесс
— технологический процесс, соответствующий современным достижениям науки и техники, методы и средства осуществления которого полностью или частично предстоит освоить на предприятии (используются как информационная основа для разработки рабочих технологических процессов при техническом и организационном перевооружении производства; рассчитан на применение более совершенных методов обработки, более производительных и экономически эффективных средств технологического оснащения и изменения принципов организации производства).

Маршрутный технологический процесс
— технологический процесс, выполняемый по документации, в которой содержание операций приводится без указания переходов и режимов обработки (технологический маршрут — последовательность прохождения заготовки,

детали или сборочной единицы по подразделениям предприятия при выполнении технологического процесса изготовления или ремонта).

Операционный технологический процесс
— технологический процесс, выполняемый по документации, в которой содержание операций излагается с указанием переходов и режимов обработки.

Маршрутно-операционный технологический процесс — технологический процесс, выполняемый по документации, в которой содержание отдельных операций излагается без указания переходов и режимов обработки.

1.3 Структура технологического процесса и его основные

характеристики

Готовые изделия (детали, сборочные единицы, комплексы и комплекты) получают из материалов и полуфабрикатов в результате осуществления отдельных процессов, совокупность которых составляет процесс производственный — совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления или ремонта продукции.

Все определения, касающиеся структуры технологического процесса, даны ниже в соответствии со стандартом ГОСТ 3.1109—82 (Процессы технологические, основные термины и определения).

Технологический процесс — часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) последующему определению состояния предмета труда; таким образом, при реализации технологического процесса происходит изменение качественного состояния объекта производства (химических и физических свойств материала, форм, размеров, качества поверхности, внешнего вида объекта и т. д.; в техпроцесс включен также контроль качества);

Операция
— законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте (или с использованием одной технологической системы).

Установ
— часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки или собираемой сборочной единицы. Технологический переход — законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установке.

Вспомогательный переход —
законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением формы, размеров и шероховатости поверхности, но необходимы для выполнения технологического перехода.

Рабочий ход —
законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров, качества поверхности и свойств заготовки.

Вспомогательный ход —
законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, но необходимая для выполнения рабочего хода.

Позиция —
фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной заготовкой или собираемой сборочной единицей совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования для выполнения определенной части операции.

При разработке маршрута изготовления детали и его структуры рекомендуется следующая последовательность работы:

– выбрать тип заготовки;

– произвести технологическую разметку чертежа, пронумеровав все поверхности, подвергаемые механической обработке;

– в соответствии с рекомендациями таблиц среднеэкономических достижимых точностей обработки выбрать для каждой из пронумерованных поверхностей требуемое количество операций (переходов);

– составить из выбранных таким образом операций маршрут изготовления детали и представить его в виде табл. 1.1;

Таблица 1.1– Маршрут изготовления вала

Номер операции	Наименование операции и их краткое содержание	Оборудование
005 010 015 020 025	Фрезерно-центровальная. Фрезеровать торцы 1 и 2 и сверлить центровые отверстия 3и 4 Токарная Точить поверхности 5, 6 и 7. Вертикально-фрезерная Фрезеровать шпоночный паз 8 Круглошлифовальная Шлифовать поверхности 5, 6 и	Фрезерно-центровальный ста- нок Токарный станок Вертикально-фрезерный станок. Круглошлифовальный станок Контрольный стол
	7 Контрольная Контролировать требования согласно чертежа

Примечание: В таблице приведена только номенклатура необходимых операций, а не их количество, которое зависит от точности каждой обрабатываемой поверхности.

– в соответствии с примером можно разработать структурную схему маршрута изготовления детали (рис. 1.1).

Необходимо отметить, что для упрощения маршрута изготовления вала на его эскизе не полностью приведены его элементы и технические требования.

Название и краткое содержание операций, представленных в таблице, соответствуют требованиям стандарта ЕСТД (Правила записи операций и переходов. Обработка резанием).

При построении структурной схемы, для расчета количества рабочих ходов можно воспользоваться следующими ориентировочными значениями максимальных глубин резания:

– при токарной обработке наружных, внутренних цилиндрических и торцовых поверхностей —4 мм;

– при фрезеровании плоскостей —5 мм;

– при зенкеровании —2 мм;

– при развертывании —0,2 мм;

– при шлифовании —0,3 мм (при поперечной подаче шлифовального круга 0,005...0,015 мм) на двойной ход или оборот.

1.3.1 Характеристики технологического процесса

Стандарты ЕСТД устанавливают следующие основные характеристики технологических процессов:

– цикл технологической операции – интервал календарного времени от начала до конца периодически повторяющейся технологической операции независимо от числа одновременно изготовляемых или ремонтируемых изделий; – такт выпуска – интервал времени, через который периодически производится выпуск изделий определенного наименования типоразмера и исполнения;

–ритм выпуска – количество изделий определенного наименования типоразмера и исполнения, выпускаемых в единицу времени;

–норма времени – регламентируемое время выполнения некоторого объема работ в определенных производственных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации;

– норма выработки – регламентированное количество деталей, которое должно быть изготовлено в единицу времени;

– штучное время – интервал времени, равный отношению цикла технологической операции к числу одновременно изготовляемых или ремонтируемых изделий или равный календарному времени сборочной операции;

— технологическая себестоимость изготовления детали по всем операциям технологического процесса (цеховая себестоимость)

Соб
= L + Z,

где L —
основная заработная плата производственных рабочих; Z— сумма всех остальных цеховых расходов.

1.4 Трудоёмкость технологической операции

Трудоемкость выполнения технологических операций является критерием эффективности технологического процесса и определяется на основе технически обоснованных норм рабочего времени (ГОСТ 3.1109—82).

Норма времени
— регламентированное время выполнения некоторого объема работ в определенных производственных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации.

Норма выработки
— регламентированный объем работы, которая должна быть выполнена в единицу времени в определенных организационно-технических условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации.

Имеются три метода установления норм времени: на основе изучения затрат рабочего времени наблюдением; по нормативам; сравнением и расчетом по типовым нормам. При первом методе норму времени устанавливают путем изучения затрат времени непосредственно в производственных условиях на рабочих местах. Этот метод используют для обобщения передового опыта и для разработки нормативов. При втором методе производят расчет длительности операции, используя нормативы длительности выполнения отдельных элементов работы (операции). При третьем методе нормирование операции осуществляется приближенно с использованием типовых норм. Первые два метода нормирования применяют в серийном и массовом производствах, третий — в единичном и мелкосерийном.

Штучное время
есть интервал времени, равный отношению цикла технологической операции к числу одновременно изготовляемых или ремонтируемых изделий или равный календарному времени сборочной операции.

Различают подготовительно-заключительное время, основное время, вспомогательное время, оперативное время, время обслуживания рабочего места и время на личные потребности.

Подготовительно-заключительное время
— интервал времени, затрачиваемый на подготовку исполнителя и средств технологического оснащения к выполнению технологической операции и приведению последних в порядок после окончания смены.

Основное время
— часть штучного времени, затрачиваемая на изменение и последующее определение состояния предмета труда.

Вспомогательное время
— часть штучного времени, затрачиваемая на выполнение приемов, необходимых для обеспечения изменения и последующего определения состояния предмета труда.

Время обслуживания рабочего места
— часть штучного времени, затрачиваемая исполнителем на поддержание средств технологического оснащения в работоспособном состоянии и уход за ними и рабочим местом.

Время на личные потребности
— часть штучного времени, затрачиваемая человеком на личные потребности и, при утомительных работах, на дополнительный отдых.

Штучное время tm

для неавтоматизированного производства состоит из элементов:

tш
= t
о
+ t
в
+ t
т
+ t
орг
+ t
п

где t
о
– основное (технологическое) время; t
в
– вспомогательное время; t
т
–время технического обслуживания рабочего места; t
орг
– время организационного обслуживания рабочего места; t
п
– время перерывов.

Основное время t
о
затрачивается на непосредственное изменение размеров, формы, физико-механических свойств или внешнего вида обрабатываемой заготовки (станочная, кузнечная, слесарная и другая обработка) или на соединение деталей при сборочных работах. При обработке на станках основное время определяют расчетным методом по формуле

t
о
= ℓ
р
i
/Sм
,

где ℓ
р
— расчетная длина обработки, мм (длина хода инструмента в направлении подачи); i
– число рабочих ходов инструмента; Sм
– минутная подача инструмента, мм/мин.

При ручном подводе инструмента расчетная длина обработки представляет собой сумму собственно длины обработки ℓ
, размера врезания инструмен-

та ℓ
в
и размера схода (сбега) инструмента ℓсх
:

ℓ
р
= ℓ +ℓ
в
+ ℓ
сх

Схема определения расчетной длины обработки для продольного точения показана на рис. 1.2, а.

При автоматическом цикле обработки резанием следует учитывать путь подхода ℓ
п
инструмента к заготовке для облегчения работы инструмента в начале резания. На рис. 1.2, б
показан путь ℓ
п
при точении на многорезцовом токарном полуавтомате, на рис. 1.2, в — при продольном фрезеровании, на рис. 1.2, г — при сверлении. Расчетная длина

ℓ
р
= ℓ + ℓ
п
+ ℓ
в
+ℓ
сх

Значения величин ℓп
, ℓв
и ℓ
сх
берут по нормативным таблицам . Значение ℓ
в
можно определить и расчетным путем. Например, при продольном точении по схеме (см. рис. 1.2, а
) ℓ
в
= t
ctg φ, где t
— глубина резания; при фрезеровании паза (см. рис. 1.5, в) ℓ
в
=

= t
(d
−t
) ,
где t
П
— глубина паза, d
– диаметр фрезы; при сверлении отверстия стандартным сверлом

Рисунок 1.2. Схема определения (см.рис.1.2,г) ℓ
в = 0,3 d
где d
— диаметр

сверла. расчетной длины обработки

Вспомогательное время tB

— время,

затрачиваемое на различные действия, обеспечивающие выполнение элементов работы, относящихся к основному времени. Например, на установку и снятие заготовки или собираемого узла, на пуск и останов станка или подъемника, на переключение режимов обработки в процессе выполнения операции, на измерения заготовок или контроль качества сборки узла и др.

Вспомогательное время может быть не перекрываемым и перекрываемым. Если вспомогательные работы выполняют не в процессе обработки (например, снятие обработанной заготовки и установка другой), то такое вспомогательное время называют не перекрываемым. Если же часть вспомогательных работ производят в процессе выполнения основной работы, то эта часть вспомогательного времени называется перекрываемой. При расчете нормы времени учитывают лишь ту часть вспомогательного времени, которая не может быть перекрыта машинным временем. Вспомогательное время рассчитывают в соответствии с действующими на данном предприятии нормативами по эмпирическим
формулам или на основании хронометражных наблюдений.

Часть штучного времени, равная сумме основного t
о
и вспомогательного времени t
в
,
называется оперативным временем t
оп

t
оп
= t
о
+ t
в

Оперативное время затрачивается на выполнение каждой операции и представляет собой основную часть технической нормы.

Время обслуживания рабочего места t
об
включает затраты времени на уход за рабочим местом в течение смены (смазка и чистка механизмов, раскладка и уборка инструмента в начале и в конце смены, уборка рабочего места).

Время обслуживания рабочего места устанавливают на основании нормативов и во многих случаях определяют в процентах (до 4—8 %) к оперативному времени t
оп
.

Время на личные потребности t
п
на отдых, производственную гимнастику регламентируют законодательством и исчисляют в процентах к оперативному времени. Для механических цехов t
п
≈ 2,5 % от оперативного времени.

В серийном производстве при расчете норм времени на партию необходи-

мо учитывать подготовительно-заключительное время.

Подготовительно-заключительное время t
п
.з
затрачивается рабочим перед началом обработки партии заготовок и после окончания задания. К подготовительной работе относится: получение задания, ознакомление с работой, наладка оборудования, в том числе установка инструмента, специального приспособления; к заключительной работе относится: сдача выполненной работы, снятие специального приспособления и режущего инструмента, приведение в порядок оборудования и т. д. Подготовительно-заключительное время зависит от сложности задания, в частности от сложности налаживания оборудования, и не зависит от размера партии.

В массовом производстве, в силу повторяемости одной и той же операции, необходимость в работах, выполняемых в подготовительно-заключительное время, отпадает.

В единичном производстве подготовительно-заключительное время включается в штучное время.

В серийном производстве норму времени на обработку партии заготовок или сборку партии сборочных единиц рассчитывают по формуле

t
п
=t
ш
n + t
п.з

где п
— размер партии.

Штучное время и подготовительно-заключительное время на выполнение операции над одной деталью образуют норму штучно-калькуляционного времени

t
ш-к
= t
ш
+
(t
п-з
/n
)

На основе норм времени определяют расценки выполняемых операций, рассчитывают необходимое количество оборудования для выполнения программы, осуществляют планирование производственного процесса.

1.5 Основные принципы технологического проектирования

1.5.1 Принцип технологичности конструкции заключается в том, что при разработке конструкции детали учитываются как условия ее эксплуатации в машине, так и технологические требования при ее производстве.

После разработки изделия технологами производится анализ технологичности деталей, входящих в это изделие.

Ниже приведены некоторые критерии технологичности машины в целом:

– отношение количества стандартных деталей к общему количеству;

– наличие в машине унифицированных узлов;

– преемственность конструкции;

– возможность осуществления сборки машины из отдельных узлов;

– соответствие применяемых методов изготовления заготовки условиям данного производства (выбор метода сборки для данного объема выпуска и типа производства должен производиться на основании расчета и анализа размерных цепей; расчет размерных цепей следует проводить используя методы max — min или вероятностный [max — min при количестве звеньев n
≤ 5, при п > 5 —
вероятностный]);

– конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых и стандартных технологических процессов ее изготовления.

1.5.2 Принцип деления обработки на стадии. При черновой обработке основной задачей является быстрое удаление максимально возможного припуска, при этом деталь подвергается значительным силовым и тепловым деформациям.

На стадии чистовой обработки закладывается, в основном, требуемая точность детали.

Отделочная обработка обеспечивает получение требуемых шероховатости и физико-механических свойств поверхностного слоя.

В настоящее время отступают от этого принципа на основе использования жесткого и точного оборудования, жестких и точных заготовок, позволяющих за один ход получать высокую точность.

1.5.3 Принцип независимости обработки, требующий такого построения технологического процесса, при котором исключается необходимость дополнительной обработки при сборке. Это не всегда выполнимо. Бывает, что взаимозаменяемость неэкономична и тогда прибегают к неполной (ограниченной) взаимозаменяемости: а) обработка в сборе; б) работа по формуляру и пр.

1.5.4 Принцип концентрации технологических операций предусматривает концентрацию операций, объединение простых операций в одну сложную, выполнение всех операций на одном рабочем месте.

Это усложнение операции может производиться за счет повышения квалификации рабочего (в единичном и мелкосерийном производствах); усовершенствования, автоматизации станков, использования многошпиндельных автоматов и полуавтоматов, агрегатных, многопозиционных и многорезцовых станков (в массовом и крупносерийных производствах).

Концентрация операций упрощает планирование, резко повышает производительность труда за счет сокращения времени обработки.

1.5.5 Принцип дифференциации операций.

Технологический процесс дифференцируется (расчленяется) на элементарные операции. Естественно простые операции требуют более низкой квалификации рабочего, упрощают возможность механизации и автоматизации их. Дифференциация экономически целесообразна в массовом производстве.

В современном производстве машин эти две тенденции концентрация и дифференциация существуют параллельно. Используются также и комбинированные решения.

2 ТОЧНОСТЬ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

2.1. Точность и её определяющие факторы

Под точностью в технологии машиностроения понимается степень соответствия производимых изделий их заранее установленным параметрам. Она в большей мере определяется точностью изготовления отдельных деталей и сборочных единиц.

Точность в машиностроении – понятие комплексное. Оно характеризует не только геометрические параметры машин и их элементы, но и единообразие различных свойств изготовляемых изделий (упругих, динамических, магнитных, электрических и др.).

Понятие точности детали включает в себя следующие параметры:

– точность размеров; точность формы поверхностей;

– точность относительного расположения поверхностей; шероховатость поверхностей;

– волнистость;

– физико-механические свойства поверхностного слоя.

Количественные показатели точности и допускаемые отклонения регламентируются Единой системой допусков и посадок и ее стандартами. Задачи обеспечения необходимой точности изделия решаются на этапах их конструирования, разработки и внедрения технологии изготовления.

Любой технологический процесс реализуется в определенной технологической системе (системе СПИД – станок, приспособление, инструмент, деталь), включающей в себя средства технологического оснащения и заготовку.

С момента начала механической обработки заготовки технологическая система действует как многофакторная автоматическая система.

Входными параметрами этой системы являются:

характеристики металлорежущего станка – тип, модель, мощность, диапазоны частот вращения и подач, точность, жесткость, виброустойчивость; характеристики технологической оснастки – приспособлений, устройств механизации и автоматизации, промышленных роботов;

характеристики заготовки – материал, его химический состав, механические свойства, погрешность размеров, формы, взаимного расположения, качество поверхностного слоя;

технологическая схема обработки поверхности;

эксплуатационные свойства режущего инструмента – прочность, стойкость, размерный износ;

режимы резания – V, S, t;
начальный размер наладки.

К возмущающим воздействиям, нарушающим начальные условия обработки, относятся:

упругие деформации элементов технологической системы; размерный износ режущего инструмента;

тепловые деформации элементов технологической системы; погрешность установки заготовок;

погрешность корректирования первичного наладочного размера;

погрешность измерений;

погрешности профильного и мерного режущего инструмента; погрешность от перераспределения внутренних остаточных напряжений; колебания элементов технологической системы.

Выходными параметрами являются:

качество механической обработки — точность размеров, формы, взаимного расположения и качество обработанной поверхности; производительность механической обработки;

экономические критерии процесса обработки.

Из этого видны возможные пути управления технологическими процессами:

управление по выходным параметрам;

управление по внешним возмущающим воздействиям.

На общую суммарную погрешность обработки может оказывать влияние совокупность любых из перечисленных выше параметров (входных, возмущающих и выходных). К элементарным составляющим суммарной погрешности относятся:

неточность технологической схемы обработки; геометрическая погрешность станков; погрешность приспособлений;

погрешность мерного и профильного режущего инструмента; погрешности

измерений; погрешность от упругих деформаций элементов технологической системы; тепловые деформации элементов технологической системы; размерный из-

нос режущего инструмента; погрешность начальной размерной наладки; погрешность подналадки; погрешность установки заготовок;

погрешность от перераспределения остаточных внутренних напряжений; шероховатость обработанной поверхности;

погрешность, вызываемая колебаниями элементов технологической сис-

темы; погрешность, определяемая конструктивными особенностями системы

управления технологическим процессом.

В технологии машиностроения под технологической наследственностью понимается перенесение на готовое изделие в процессе его изготовления погрешностей, механических и физико-химических свойств исходной заготовки или свойств и погрешностей, сформировавшихся у заготовки на отдельных операциях изготовления изделия.

Проявление технологической наследственности может привести как к улучшению, так и к ухудшению эксплуатационных свойств деталей.

Технологический процесс изготовления деталей должен разрабатываться с учетом технологической наследственности так, чтобы сохранить у детали положительные качества (наклеп поверхностного слоя, высокую поверхностную твердость, остаточные напряжения сжатия и др.) или, наоборот, устранить отрицательные качества – дефектный слой, отклонения формы и расположения поверхностей и др.

Для целесообразного использования явления технологической наследственности необходимо установить непосредственные связи между эксплуатационными характеристиками деталей и режимами обработки заготовок.

Технологическая наследственность проявляется на всех этапах реализации технологических процессов.

В технологии машиностроения принято различать следующие виды элементарных погрешностей обработки по воздействию на технологическую систему:

систематические постоянные погрешности, вызываемые, например, неточно-

стью мерного инструмента;

систематические погрешности, закономерно изменяющиеся по течению тех-

нологического процесса, вызываемые, например, размерным износом режущего инструмента; случайные погрешности, которые, появившись при обработке одной заготов-

ки, необязательно появляются при обработке других заготовок, а их значения для различных заготовок изменяются в определенных пределах от ∆min
до ∆max
. Предсказать момент появления и величину этих погрешностей возможно только с определенной вероятностью.

Систематические погрешности обработки изучаются с помощью теоретических или экспериментальных исследований закономерностей, которым они подчиняются.

Случайные погрешности изучаются с применением теории вероятностей и математической статистики.

Для исследований точности механической обработки используются следующие основные методы: расчетно-аналитический; вероятностностатистический и расчетно-статистический.

Раснетно-аналитическая модель
предполагает полную детерминированность процесса, для которого точно известны как начальная точность, так и влияние сопутствующих факторов. Путем решения систем уравнений, описывающих закономерности переноса погрешностей технологического процесса, однозначно определяется искомая точность. Факт детерминированности означает, что при одном и том же комплексе исходных условий при каждом последующем расчете получается один и тот же результат. Однако реальные процессы не всегда правильно отображаются детерминированными моделями, и правомерность их применения в таких случаях зависит от детальности изучения исследуемого процесса. Математическое описание процессов в этом случае заключается в последовательном определении начальных (исходных) погрешностей заготовки; далее устанавливается в аналитическом виде их влияние на окончательную точность готовой детали, и наконец, решается полученная система уравнений.

Вероятностно-статистическая модель
применяется при изготовлении достаточно больших партий деталей. Она позволяет без раскрытия физической сути явлений решать ряд задач по оценке и исследованию точности обработки, сборки, контроля и анализу точности оборудования. При этом определяются как первичные, так и суммарные погрешности.

Расчетно-статистические модели
сочетают положительные стороны обоих, вышерассмотренных методов. Они пригодны для различных условий производства и являются весьма гибкими, так как позволяют рассчитывать первичные и суммарные погрешности, оценивая их отдельные составляющие статистически или расчетным путем. При недостатке данных модель носит в большей мере вероятностно-статистический характер. В то же время, применяя детерминированный подход, можно определить поле рассеивания случайных погрешностей и отдельные погрешности расчетно-аналитическим методом.

3 ОСНОВЫ БАЗИРОВАНИЯ И БАЗЫ ЗАГОТОВКИ

Основные понятия по базированию, основанные на межгосударственном стандарте ГОСТ 21495—76* «Базирование и базы в машиностроении», приведены ниже.

Базирование —
придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат.

База —
поверхность или выполняющее ту же функцию сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке или изделию и используемая для базирования (рис. 3.1...3.4). На этих рисунках цифрами 1,2, 3 и
4обозначены соответственно базы, заготовки и элементы станочных приспособлений.

Действительная база
— база, фактически используемая в конструкции, изготовлении, эксплуатации или ремонте изделия.

Комплект баз —
совокупность трех баз, образующих систему координат заготовки или изделия (рис. 3.5).

Конструкторская база — база,
используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии.

Основная база —
конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения ее положения в изделии

(рис. 3.6, а).

Рисунок 3.1 – База – поверхность Рисунок 3.2 – База – сочетание поверхностей

Рисунок 3.3 – База – ось Рисунок 3.4 – База – точка

а
– основные базы шестерни (I,II,III); б
– вспомогательные базы вала (I,II,III) с присоединяемой деталью (I); в
– измерительная база (А); г
– двойная направляющая база (I) детали; д
– двойная опорная база (I) детали; е
– установочная явная база (I) заготовки (7), направляющая скрытая база (II), опорная скрытая база (III), 1…6 – опорные точки, 8 – губки самоцентрирующих тисков; Рисунок 3.6 – Виды баз

Вспомогательная база —
конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения положения присоединяемого к ним изделия (рис. 3.6,б
).

Технологическая база —
база (/, //, III),
используемая для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления или ремонта.

Измерительная база –
база, служащая для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения (см. рис. 3.6, в
).

Установочная база –
база, лишающая заготовку или изделие трех степеней свободы: перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух других осей (см. рис. 3.6, е
).

Направляющая база –
база, лишающая заготовку или изделие двух степеней свободы: перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой оси (см. рис. 3.6, е
).

Опорная база –
база, лишающая заготовку или изделие одной степени свободы: перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси (см. рис. 3.6, е
).

Двойная направляющая база —
база, лишающая заготовку или изделие четырех степеней свободы: перемещения вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих осей (см. рис. 3.6, г).

Двойная опорная база —
база, лишающая заготовку или изделие двух степеней свободы: перемещения вдоль двух координатных осей (см. рис. 3.6, д
).

Скрытая база
— база заготовки или изделия в виде воображаемой плоскости, оси, точки (см. рис. 3.6, е
)

Явная база –
база заготовки или изделия в виде реальной поверхности, разме- точной риски или точки пересечения рисок (см. рис.3.6, а
).

Опорная точка —
точка, символизирующая одну из связей заготовки или изде- лия с избранной с системой координат (см. рис. 3.6, е
).

Примечания.1. Для обеспечения неподвижности заготовки или изделия в избранной системе координат на них необходимо наложить шесть двусторонних геометрических связей, для создания которых необходим комплект баз.

2. Если в соответствии со служебным назначением изделие должно иметь определенное число степеней свободы, то соответствующее число связей снимается.

Схема базирования —
схема расположения опорных точек на базах заготовки или изделия (рис. 3.7).

Примечания. 1. Все опорные точки на схеме базирования означаются условными знаками и порядковыми номерами, начиная с базы, на которой располагается наибольшее количество опорных точек.

2. При наложении в какой-либо проекции опорной точки на другую, изображается одна точка и около нее проставляются номера совмещенных точек.

3. Число проекций заготовки или изделия на схеме базирования должно быть достаточным для представления о размещении опорных точек.

а – спереди и сбоку; б – в плане; в – схема базирования призматической детали с комплектом баз

Рисунок 3.7 – Условные обозначения опорных точек на видах

Погрешность базирования
— отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при базировании от требуемого. Однако необходимо особо подчеркнуть, что погрешность базирования имеет место только при работе на настроенных станках, т. е. когда партия заготовок обрабатывается при неизменном (заранее установленном) относительном положении инструмента и заготовок.

Закрепление —
приложение сил и пар сил к заготовке или изделию для обеспечения их положения, достигнутого при базировании.

Установка —
процесс базирования и закрепления заготовки или изделия.

Погрешность установки —
отклонение фактически достигнутого -сложения заготовки или изделия при установке от требуемого.

Выбор технологических баз имеет цель наметить как сами базы, так и порядок их смены (если это необходимо). От правильности решения вопроса о технологических базах в значительной степени зависят точность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей, точность размеров, степень сложности и конструкция приспособлений, производительность обработки.

Исходными данными для выбора баз являются: чертеж детали со всеми необходимыми требованиями, вид и точность заготовки, условие расположения и работы детали в машине.

Основные принципы, которыми целесообразно руководствоваться при выборе технологических баз.

1. Использовать принцип совмещения баз, когда в качестве технологических баз, принимают основные, т. е. конструкторские базы, используемые для определения положения детали в изделии. В случае несовпадения конструкторских и технологических баз возникают погрешность базирования и необходимость перерасчета допусков, заданных конструктором в сторону их ужесточения.

При этом рассматриваются и решаются технологические размерные цепи.

Погрешность базирования равна сумме погрешностей размеров, соединяющих конструкторские и технологические базы. Формулы для расчета погрешности базирования для некоторых схем установки при- ведены на рис. 3.8.

Для других схем формулы приведены в справочниках технолога. следует отметить, что погрешность базирования (как, впрочем, и любая другая погрешность) рассчитывается для конкретных размеров.

Погрешность базирования равна нулю в следующих случаях:

при совмещении технологических баз с конструкторскими ; для размеров, получаемых мерным инструментом или блоком инструментов; для диаметральных размеров;

при работе методом пробных промеров и рабочих ходов, т. е. когда на-

стройка положения инструмента производится для каждой заготовки (случай работы на ненастроенном станке).

а,б – на плоские поверхности; в – на оправку; г – в призму; д – в центрах

Рисунок 3.8 – Погрешности базирования при различных схемах ус-

тановки

2.Соблюдать принцип постоянства базы, т. е. использовать на всех основных операциях одни и те же базы. Для выполнения этого принципа часто создают базы, не имеющие конструкторского назначения (например, центровые гнезда у валов и др.).

3.Базы должны обеспечивать хорошую устойчивость и надежность установки заготовки.

Основные рекомендации о порядке выбора баз и о задачах, решаемых при этом, представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1– Основные рекомендации о порядке выбора баз и решаемые при этом задачи

Порядок выбора баз	Рекомендации по выбору баз	Задачи, решаемые правильным выбором баз
Выбор баз для завершающих операций техпроцесса	При анализе чертежа найти поверхность и элементы, относительно которых задано и наиболее строго лимитировано положение большинства других поверхностей и элементов. Как правило, именно эти поверхности и элементы, обозначенные на чертеже зачернённым треугольником и принимаются за базы	Применение схемы установки, соответствующей положению детали в изделии в процессе эксплуатации, исключающей появление погрешности базирования и обеспечивающей выполнение конструкторских требований
Выбор баз для первой операции	1.Поверхности, остающиеся необработанными (черные поверхности) и связанные размерами с обработанными поверхностями, принимаются как базы на первой операции 2.Поверхности, принимаемые в качестве баз должны иметь	1. Обеспечивается правильность взаимного расположения системы обработанных поверхностей детали относительно необработанных 2. Подготавливаются базы для дальнейших опера-
	достаточные размеры, более высокую степень точности и наименьшую шероховатость 3.На поверхностях, принимаемых в качестве баз, не должны быть расположены прибыли, литники, швы 4.Необработанные поверхности в качестве баз должны использоваться только один раз на первой операции	ций 3.Обеспечиваются возможно малые и равномерные припуски
Выбор баз для промежуточных операций	Базы должны быть связаны с обрабатываемой поверхностью кратчайшей размерной цепью	Подготовка баз для заключительных операций

Материализация схемы базирования заключается в выборе типа опор, их количества и расположения относительно заготовки в соответствии со схемой базирования, разрабатываемой технологом.

Конструктором выбираются также тип и место расположения зажимов. При разработке схемы установки используются условные обозначения по ГОСТ 3.1107—81. «Графические обозначения опор, зажимов и установочных устройств».

Схема базирования является техническим заданием на проектирование установочного приспособления. При этом на операционном эскизе на поверхностях и элементах заготовки могут указываться как опорные точки по ГОСТ 21495-76, так и условные обозначения по ГОСТ 3.1107-81.

3.1 Погрешность закрепления εз
,

Погрешность закрепления ε3
возникает из-за нестабильности смещений отдельных заготовок под действием силы зажима. Погрешность закрепления численно равна разности предельных смещений измерительной базы в направлении получаемого размера под действием силы зажима заготовки.

Схема появления погрешности закрепления при обработке углового паза показана на рис. 3.9.

Под действием силы зажима W измерительная база 1смещается. В силу различных причин, о которых будет сказано ниже, это смещение будет разным для каждой заготовки. Положение измерительной базы, соответствующее наименьшему смещению, обозначено 1
, а наибольшему 1”.
В результате этого, при обработке заготовки на на строенном станке появляется погрешность закрепления εз
= (γmax
–γmin
)cos α где α — угол между направлением действия силы зажима и направлением

получаемого размера. При расчете погрешности ε, учитываются, как правило, только смещения из-за контактных деформа-

ций в стыках заготовка — установочные элементы. Величина этих смещений определяется по экспериментальной зависимости: γ = cNW
n

Рисунок 3.9 – Схема появления погрешности закрепления

где Nw
—
сила зажима, приходящаяся на опору (
нагрузка на опору); с
— коэффициент, характеризующий вид контакта, материал,
шероховатость поверхности и верхний слой заготовки; п
— показатель степени (определяется экспериментально).

Экспериментальные зависимости между нормальной нагрузкой NW
и смещением у
для различных опор приведены в справочной литературе.

3.2 Погрешность положения заготовки
εпр
, вызываемая неточностью

приспособления

Эта погрешность возникает из-за неточности изготовления и сборки деталей приспособления, их износа и ошибок установки приспособления на станке.

Погрешность εпр
численно равна разности предельных состояний измерительной базы относительно установленного на размер инструмента, возникающей вследствие перечисленных причин.

В общем случае погрешность положения заготовки, вызываемая неточностью приспособления, рассчитывается по формуле εпр = εус
2 +εиз
2 +εду
2 +εи
2 +εс
2,

где εус
— погрешность установочных элементов, вызываемая неточностью их изготовления и сборки; εиз
— погрешность положения направляющих элементов, вызываемая неточностью их изготовления и сборки; εду
— погрешность, возникающая в результате неточности изготовления и сборки делительных устройств; εи
– погрешность, возникающая в результате износа детали приспособления (в основном установочных и направляющих элементов);

εс
— погрешность установки приспособления на станке.

В качестве примера рассмотрим мечет погрешности установки, определяющей отклонение от соосности отверстий D2
и D3
для детали, приведенной на рис. 3.10.

Обработка производится в следующем порядке. На первом этапе за один установ растачиваются отверстия D1
и D2
. Затем при базировании на жёсткий палец отверстием D1
обрабатывается поверхность D3
.

В данном случае погрешность базиро вания равна несоосности между отверстиями и , погрешность закрепления отсутствует, наибольшая часть погрешности составляет максимально возможный зазор между пальцем и отверстием

Рисунок 3.10 – Установка

втулки на торец и жёсткий палец

3.3 Базирование заготовки в приспособлении

Базирование заготовки в приспособлении производится, как правило, двумя или тремя базами, причем оно сводится, по существу, к базированию ее отдельных баз. Обнаружено, что в группе баз значимость каждой из них для данной операции неодинакова. Среди них выделяется основная база. Заготовка, устанавливаемая этой базой в приспособление, получает почти полную ориентацию, лишаясь трех или четырех степеней свободы. Для лишения заготовки остальных степеней свободы используются другие, вспомогательные базы. Основную базу необходимо выделять из группы баз еще и потому, что способ ее базирования принципиально отличается от способа базирования остальных баз. Например, если в качестве баз на операции используют два отверстия, причем одно из них принято за основную базу, то схема базирования по первому отверстию принципиально отличается от схемы базирования по второму отверстию, выполняющему роль дополнительной базы.

Вместе с тем обнаружено, что для разных заготовок может быть использована одна и та же схема базирования основной

базы, если в качестве нее приняты одинаковые по форме поверхности. Таким образом, способ базирования основной базы определяется в основном ее формой. Например, если у заготовок различной конфигурации в качестве основной базы принята нижняя обработанная поверхность, то при проектировании приспособлений для всех заготовок может быть предусмотрен один и тот же способ базирования — на две опорные пластины.

В связи с этим представляется возможным рассматривать типовые способы базирования основной базы определенной формы безотносительно к форме и размерам заготовок, тем более что круг поверхностей, используемых в качестве основной базы, ограничен тремя видами — плоской поверхностью, цилиндрическим отверстием и цилиндрической наружной поверхностью.

Основную базу выбирает конструктор приспособления. Иногда это делает технолог при разработке технологического процесса, проставляя на операционном эскизе значками тип опорного элемента и число опорных точек. За основную базу предпочтительно брать поверхность, которая обеспечивает заготовке устойчивое положение в приспособлении даже при базировании только одной этой базы. Наиболее полно такому требованию отвечает плоская поверхность заготовки, располагающаяся снизу и обладающая достаточной протяженностью. Если у заготовки такой поверхности нет, выбирают другую поверхность достаточной протяженности — боковую плоскую поверхность, цилиндрическое отверстие либо цилиндрическую наружную поверхность.

На выбор основной базы влияет также точность исходных размеров и допускаемых отклонений расположения обрабатываемой поверхности. За основную следует принимать базу, от которой заданы наиболее точные исходные размеры. На первой операции, когда у заготовки еще нет ни одной обработанной поверхности, за основную базу приходится принимать необработанную поверхность, на последующих операциях — обработанную с наименьшей шероховатостью.

Примеры, иллюстрирующие выбор основной базы, приведены на рис. 3.11, где ОБ — основная база, А
и В —
вспомогательные базы, а обработанная поверхность изображена утолщенной линией.

Из двух баз, представленных на рис. 3.11, а,
за основную принята нижняя поверхность. Из трех баз (см. рис. 3.11, б) за основную принята нижняя поверхность, имеющая два участка, один из которых устанавливается на два опорных штыря, а другой — на сблокированную опору. На рис. 3.11, в
за основную базу принята обработанная наружная цилиндрическая поверхность, которой заготовка устанавливается на призму, а на рис. 3.11, г —
точно обработанное цилиндрическое отверстие, которым заготовка надевается на цилиндрическую оправку, закрепленную на корпусе приспособления.

4 КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ЗАГОТОВОК

4.1 Влияние технологических факторов на величину шероховатости

На шероховатость поверхности заготовок и деталей оказывают влияние многие технологические факторы. При обработке резанием величина, форма и направление неровностей зависят от методов, режимов и схемы обработки. Каждому методу соответствует определенный диапазон шероховатостей. Из параметров режимов резания наиболее существенное влияние на величину шероховатости оказывают скорость главного движения резания и подача.

Влияние скорости главного движения резания на шероховатость зависит от наростообразования на режущей кромке инструмента, а также от захвата и отрыва слоев, расположенных под режущей кромкой (для стали), и хрупкого выламывания частиц материала (для серого го чугуна и твердых цветных сплавов). Зависимость величины шероховатости от скорости главного движения резания представлена на рис. 4.1, а.

График показывает, что при скоростях порядка 15...30 м/мин имеет место увеличение шероховатости. Причиной является наростообразование на резце.

Рисунок 4.1. Влияние технологических факторов на величину микроне- ровностей: а
—скорости резания; б—
подачи; в
—радиуса закругления резца При скорости главного движения резания более 30 м/мин из-за возрастания температуры в зоне резания наростообразование прекращается и величина шероховатости уменьшается. При обработке резанием материалов не склонных к образованию нароста величина шероховатости не зависит от изменения скорости главного движения резания.

При шлифовании шероховатость снижается с увеличением скорости главного движения резания и уменьшением его подачи во всех трех направлениях.

Влияние подачи на шероховатость при точении можно приближенно определить из сопоставления двух смежных положений резца, смещенных на величину подачи S
(рис. 4.1, б, в)
по формуле

Rz
= S
8r
2

При точении и строгании резцами с широкой режущей кромкой, при сверлении, зенкеровании, развертывании величина подачи оказывает мало заметное влияние на шероховатость.

Глубина резания при достаточной жесткости не оказывает существенного влияния на шероховатость. При снятии корки у отливок и наклепанного слоя у стальных заготовок должна быть назначена глубина резания, обеспечивающая полное снятие такого слоя.

Геометрическая форма режущего инструмента оказывает влияние на шероховатость. Передний угол γ, угол наклона режущей кромки λ,
задний угол α мало влияют на величину шероховатости. Большее значение оказывают радиус закругления при вершине, углы в плане — главный φ и вспомогательный φ1
. При увеличении радиуса закругления величина шероховатости уменьшается (рис. 4.1, в).
С увеличением угла φ и φ1
величина шероховатости увеличивается.

Свойства и структура обрабатываемого материала оказывают влияние на шероховатость поверхности. Более вязкие и пластичные материалы (например, низкоуглеродистая сталь), склонные к пластическим деформациям, дают при их обработке резанием большую шероховатость.

При увеличении хрупкости материала величина шероховатости уменьшается. При резании хрупких материалов зависимость Rz =f(ν)
не имеет «горба» и выражается горизонтальной линией. Стали с повышенным содержанием серы (автоматные) и стали с присадкой свинца после обработки резанием имеют меньшую шероховатость, чем углеродистая сталь, обработанная в одинаковых с ними условиях. С увеличением твердости обрабатываемого материала величина шероховатости снижается.

Как уже отмечалось, одним из основных параметров качества поверхностного слоя являются физико-механические свойства, которые характеризуются твердостью; структурой; величиной, знаком и глубиной распространения остаточных напряжений; глубиной деформации слоя; наличием или отсутствием внешних дефектов (микротрещин, ликвации и т. п.).

Физико-механические свойства поверхностного слоя отличаются от исходного материала. Это связано с воздействием силовых и тепловых факторов при изготовлении и обработке заготовок.

Материал поверхностного слоя испытывает упрочнение (наклеп) или разупрочнение; изменяется его структура, микротвердость; образуются остаточные напряжения.

После механической обработки стальной заготовки в поверхностном слое выделяют три зоны (рис. 4.2, а):

I
— зона резко выраженной деформации; характеризуется большими искажениями кристаллической решетки металла, раздроблением зерен, высокой твердостью;

//— зона деформации; в этой зоне наблюдается вытягивание зерен, наволакивание одних зерен на другие, понижение твердости;

/// — переходная зона; в этой зоне состояние слоя постепенно приближается к состоянию исходного материала.

Глубина поверхностного слоя зависит от метода и режимов обработки и составляет от 5 мкм при тонкой обработке до сотен мкм — при черновой.

а —
структура; б
— напряжения в поверхностном слое после абразивной обработки; в
— напряжения в поверхностном слое после лезвийной обработки

Рисунок 4.2.– Поверхностный слой детали из стали

Физико-механические свойства поверхностного слоя определяются применяемыми методами и режимами изготовления и обработки заготовок.

При обработке лезвийным инструментом имеет место взаимодействие в основном силовых, а также тепловых факторов. Вследствие этого поверхностный слой имеет, как правило, сжимающие (отрицательные) напряжения

(рис. 4.2, в).

Однако при высоких скоростях главного движения резания остаточные напряжения могут быть растягивающими.

При шлифовании большее влияние оказывают тепловые факторы, меньшее — силовые. Характерные для шлифования высокие температуры в поверхностном слое вызывают структурную неоднородность и, вследствие этого, поверхностные прижоги, микротрещины, цвета побежалости. В поверхностном слое при шлифовании возникают остаточные напряжения растяжения, т. е. положительные (рис. 4.2, б).

При накатывании обработанных поверхностей роликами и шариками обеспечивается пластическая деформация поверхностного слоя, снижение шероховатости и получение сжимающих напряжений. Чрезмерный наклеп при накатывании приводит к разрушению («шелушению») поверхностного слоя.

Остаточные напряжения распространяются на глубину 0,05.. .0,15 мм.

Воздействие силовых и тепловых факторов также зависит от варьирования режимами резания и условий обработки.

Уменьшение остаточных напряжений в поверхностном слое может быть достигнуто:

— снижением интенсивности теплообразования;

— уменьшением скорости главного движения резания;

— уменьшением глубины резания;

— применением более «мягких» кругов и выхаживания при шлифовании; — применением обильного охлаждения.

Кроме остаточных напряжений в поверхностном слое изготавливаемой детали образуется наклеп. Он возникает в результате больших перепадов температур и больших деформаций, приводящих поверхностные слои к упрочнению. Интенсивность и глубина распространения наклепа возрастают с увеличением сил и продолжительности их воздействия и с повышением степени пластической деформации металла поверхностного слоя. Одновременно с упрочнением из-за нагрева зоны резания в металле поверхностного слоя протекает разупрочнение, возвращающее металл в его первоначальное не наклепанное состояние. Конечное состояние металла поверхностного слоя определяется соотношением :скоростей протекания процессов упрочнения и разупрочнения, зависящим от преобладания действий в зоне резания силового или теплового фактора.

Состояние поверхностного слоя существенно влияет на работоспособность поверхности. Наклеп поверхности в несколько раз уменьшает ее износ, способствует созданию сжимающих напряжений, повышающих предел выносливости, прочность деталей. Растягивающие напряжения увеличивают износ, снижают прочность и приводят к появлению микротрещин на рабочих поверхностях. От остаточных напряжений зависит первоначальная и последующая эксплуатационная точность деталейи машин.

Целенаправленное формирование поверхностного слоя заданного качества, исходящего из требований длительной и надежной эксплуатации деталей, обеспечивается путем применения обычных методов, т. е. рационального выбора последовательности режимов и условий обработки, упрочнения поверхностей закалкой, химико-термической обработкой (цементация, азотирование, цианирование, сульфидирование и др.); наплавкой; гальваническими покрытиями хромирование, никелирование, цинкование и др.), а также применением специальных методов.

К специальным методам повышения качества поверхностей может быть отнесены упрочняющие методы пластического деформирования без снятия стружки, создающие наклеп и сжимающие напряжение 400...700 Н/мм2
. К ним относятся: вибрационное обкатывание, дробеструйное упрочнение, чеканка, обкатывание и раскатывание голиками и шариками, дорнование и калибрование, алмазное выглаживание, электрохимическая обработка и др.

4.2 Методы измерения и оценки качества поверхности

Шероховатость поверхностей оценивают при контроле и приемке деталей, а также при исследованиях в лабораторных условиях. Применяемые методы оценки можно разделить на прямые и косвенные. Для прямой оценки шероховатости применяют щуповые (профилометры и профилографы) и оптические (двойной и интерференционный микроскопы) приборы. Для косвенной оценки используют эталоны шероховатости и интегральные методы.

Профилометры выпускают стационарного и переносного типов; они позволяют измерять шероховатость в пределах 0,02—5 мкм. Действие профилометра основано на ощупывании поверхности алмазной иглой, движущейся по ней по заданной траектории. Колебания иглы вызывают в электрической системе прибора соответствующую ЭДС. Наиболее распространены индукционные профилометры (201, 253 завода «Калибр», приборы Филлипс, Тейлор-Гобсон, Браш). На шкале профилометра оценка шероховатости дается по параметрам Ra
или Hск
(среднее квадратичное отклонение высоты микронеровностей от средней линии профиля).

Профилографы применяют для записи микропрофиля поверхности (Rz
= от 0,025 до 80 мкм) в виде профилограмм. При последующей обработке снятой профилограммы могут быть получены значения Ra
и Rz
для данной поверхности. Профилографы предназначены для лабораторных исследований и не пригодны для цехового контроля деталей. В оптико-механических профилографах профилограмма записывается световым лучом на фотопленке или пером самопишущего устройства на бумажной ленте. Вертикальное увеличение при снятии профидограмм значительно больше, чем горизонтальное. При измерении шероховатости поверхностей деталей из мягких материалов щуповыми приборами наблюдается царапанье поверхности деталей, несмотря на малое давление на иглу. Радиус закругления иглы (10—12 мкм) не позволяет ей проникнуть в узкие и глубокие впадины и отразить их на профилограмме.

Двойной микроскоп ПСС-2 и МИС-11 предназначен для измерения шероховатости поверхностей Rz
= 0,8 -—
80 мкм. В этом приборе микронеровности освещают световым лучом, направленным под некоторым углом к контролируемой поверхности. Микронеровности измеряют с помощью окулярного микрометра или фотографируют. Сменными объективами достигают увеличения в 517 раз. На приборе определяют шероховатость поверхности по показателю Rz.
Недостаток метода — необходимость измерений и подсчетов результатов измерений. Микроскоп ПОС-2 применяют при лабораторных исследованиях и выборочном контроле.

Микроинтерферометры (МИИ-4) используют для измерения шероховатости поверхностей Rz —
0,025…0,6 мкм. Интерференционные полосы искривляются соответственно профилю микронеровностей на рассматриваемом участке поверхности. Высоту этих искривлений измеряют окулярным микрометром при увеличении в 490 раз. Фотографирование производят при увеличении в

290 раз. Микроинтерферометры применяют при лабораторных исследованиях и производственном контроле прецизионных деталей.

Метод сравнения поверхности контролируемой детали с аттестованными эталонами шероховатости поверхности является наиболее простым. Эталоны должны быть изготовлены из тех же материалов, что и контролируемые детали, так как отражательная способность материала (стали, чугуна, цветных сплавов и др.) влияет на оценку шероховатости поверхности. Эталоны необходимо обрабатывать теми же методами, которыми обрабатывают контролируемые детали.

Визуальная оценка по эталонам субъективна. При обработке деталей с малой шероховатостью рекомендуется использовать переносные или стационарные сравнительные микроскопы, в которых изображения контролируемой поверхности и эталона совмещены в поле одного и того же окуляра, разделенном на две равные части, и увеличены в 10—50 раз,

Интегральные методы позволяют косвенно оценить шероховатость поверхности по расходу воздуха, проходящего через щели, образуемые впадинами микропрофиля и торцовой поверхностью сопла пневматической измерительной головки, опирающейся на исследуемую поверхность. Настройку пневматических приборов производят по эталонным деталям. Шероховатость поверхности может быть косвенно оценена на определенной площади методом измерения электрической емкости конденсатора, образующейся между деталью и накладываемой на нее металлической пластинкой, разделенными диэлектриком; по износу графитовой палочки, прижимаемой к контролируемой поверхности с определенной силой; по количеству отраженного света, падающего на деталь, и другими методами.

Волнистость поверхностей можно измерять на профилографах при большой базовой длине и применении ощупывающих игл с большим радиусом округления острия.

Погрешности формы и волнистость измеряют на приборах завода «Калибр» и фирмы Тейлор-Гобсон. Запись производят в полярных координатах при увеличении в 50—10 000 раз.

5 ЗАГОТОВКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
5.1. Выбор исходной заготовки и методов ее изготовления

При выборе заготовки необходимо решить следующие вопросы:

— установить способ получения заготовки;

— рассчитать припуски на обработку каждой поверхности;

— рассчитать размеры и указать допуски на заготовку; — разработать чертеж заготовки.

Основными видами заготовок для деталей являются заготовки, полученные литьем; обработкой давлением; резкой сортового и профильного проката; комбинированными методами; специальными методами.

Согласно ГОСТ 2664-85,точность отливки характеризуется четырьмя показателями:

— классом размерной точности (22 класса);

— степенью коробления (11 степеней);

— степенью точности поверхностей (22 степени); — классом точности массы (22 класса).

Обязательному применению подлежат классы размерной точности и точности массы отливок.

Стандартом предусмотрено 18 рядов припуска отливок.

В технических требованиях чертежа отливки должны быть указаны нормы точности отливки в следующем порядке:

— класс размерной точности;

— степень коробления;

— степень точности поверхностей;

— класс точности массы;

— допуск смещения отливки.

Пример условного обозначения точности отливки 8-го класса размерной точности, 5-й степени коробления, 4 -й степени точности поверхностей, 7-го класса точности массы с допуском смещения 0,8 мм:

Точность отливки 8 — 5 — 4 — 7 См 0,8 ГОСТ 26645-85.

Допускается указывать сокращенную номенклатуру норм точности отливки, при этом указание классов размерной точности и массы отливки является обязательным; ненормируемые показатели точности заменяют нулями, а обозначение смещения опускают. Например:

Точность отливки 8 – 0 – 0 – 7 ГОСТ 26645-85.

В технических требованиях чертежа отливки должны быть указаны в нижеприведенном порядке значения номинальных масс детали, припусков на обработку, технологических напусков и массы отливки.

Пример обозначения номинальных масс, равных для детали-20,35 кг, для припусков на обработку-3,15 кг, для технологических напусков-1,35 кг, для отливки - 24,85 кг:

Масса 20,35 - 31,5 - 1,35 - 24,85 ГОСТ 26645-85.

Для необрабатываемых отливок или при отсутствии напусков соответствующие величины обозначают «0». Например:

Масса 20,35 - 0 - 0 - 20,35 ГОСТ 26645-85.

На выбор заготовки влияют следующие показатели: назначение детали, материал, технические условия, объем выпуска и тип производства, тип и конструкция детали; размеры детали и оборудования, на котором они изготовляются; экономичность изготовления заготовки, выбранной по предыдущим показателям. Все эти показатели должны учитываться одновременно, так как они тесно связаны. Окончательное решение принимают на основании экономического расчета с учетом стоимости метода получения заготовки и механической обработки.

Упрощенное сравнение возможных вариантов получения заготовки предполагает два этапа:

– сравнение методов получения заготовки по коэффициенту использования материала K=gд
/gn
,
где gд

— масса детали, кг;

gH

–норма расхода материала, кг. При этом учитываются следующие екомендации:

массовом производстве К≥
0,85; серийном производстве К≥
0,5...0,6;

– сравнение методов получения заготовки на основании расчета стоимости заготовки с учетом ее черновой обработки См =
gн
Цм
– gо
Цо
+ Сзч
Т(1 + Сн
/ 100)

где Сзч
— средняя часовая заработная плата основных рабочих по тарифу, руб/чел.ч; Цо

— цена 1 кг отходов, руб.; Цм
, — оптовая цена на материал в зависимости от метода получения заготовки (из проката, свободной ковкой, штамповкой, литьем); g0
—
масса отходов материала; кг; Т—
время черновой обработки заготовки, ч; Сн
— ценовые накладные расходы (для механического цеха могут быть приняты 60...80 %).

5.2 Определение припусков на механическую обработку

Припуском
называют слой материала, удаляемый в процессе механической обработки заготовки для достижения требуемой точности и качества обрабатываемой поверхности.

Различают припуски промежуточные (Zi
)
и общие (Z
O
).

Промежуточный припуск
(припуск на данную операцию или переход) это слой металла, который должен быть удален во время данной операции или перехода. Промежуточный припуск определяют как разность размеров заготовки полученных на смежном предшествующем переходе. При обозначении припусков используются следующие индексы: (i
–1) – индекс для предшествующего перехода; i
– индекс для выполняемого перехода.

При этом промежуточные припуски для наружных и внутренних поверхностей (рис. 5.1) рассчитываются по следующим формулам:

Zi
=di-1

— di
, Z
i= d
i — d
i-1.

Припуски измеряются по нормали к обработанной поверхности. Они могут быть несимметричные
(на одну сторону) при изготовлении призматических деталей и симметричные
(на обе стороны) чаще всего на диаметр при обработке тел вращения.

Общий припуск
равен сумме промежуточных припусков по всему технологическому маршруту механической обработки данной поверхности.

n

Z
0
=∑Z
i

i
=1

Общий припуск определяют как разность размеров заготовки и готовой детали.

Рис. 5.1. Схемы расположения припусков для наружной (в) и внутренней (б) поверхностей

Выбор общих и операционных припусков и допусков имеет большое техникоэкономическое значение.

Чрезмерно большие припуски
снижают экономическую эффективность процесса за счет потерь металла переводимого в стружку. Удаление лишних слоев металла требует введения дополнительных технологических переходов, увеличивает трудоемкость процессов обработки, расход энергии и режущего инструмента, повышает себестоимость обработки. При увеличенных припусках в некоторых случаях удаляют наиболее износостойкий поверхностный слой обрабатываемой детали (наклеп).

Чрезмерно малые припуски
также нежелательны. Они не обеспечивают удаление дефектных поверхностных слоев и получение требуемой точности и шероховатости обработанных поверхностей, а в некоторых случаях создают неприемлемые условия для работы режущего инструмента по литейной корке или окалине.

Чрезмерно малые припуски требуют повышения точности заготовок, затрудняют их разметку и выверку на станках и, в конечном счете, увеличивают вероятный процент брака.

Правильно выбранный припуск обеспечивает:

1) устойчивую работу оборудования при достижении высокого качества продукции;

2) минимальную себестоимость продукции.

В машиностроении применяют два метода определения припуска: опытностатистический и расчетно-аналитический.

При использовании опытно-статистического метода
общие и промежуточные припуски назначаются по таблицам, которые составлены на основе обобщения и систематизации производственных данных передовых заводов.

Недостатком этого метода является назначение припусков без учета конкретных условий построения технологических процессов и поэтому создаются ненужные повышенные запасы надежности, в предположении наихудших условий для каждой из обрабатываемых поверхностей. Поэтому опытно-статистические припуски необоснованно завышены.

Расчетно-аналитический метод

определения припусков разработан профессором Кованом В.М. Согласно этому методу, промежуточный припуск должен быть таким, чтобы при его снятии устранялись погрешности обработки и дефекты поверхностного слоя, полученные на предшествующих технологических переходах, а также погрешности установки обрабатываемой заготовки, возникающие на выполняемом переходе.

Рисунок 5.2. Схема для определения минимального операционного пуска В соответствии с этим методом минимальный промежуточный припуск Zimin
рассчитывается по следующей формуле (рис. 5.2):

Zimin
= Rzi-1
+ Ti-1
+ (ρi-1
+ εi
) ,

где Rzi-1
–
высота неровностей, полученная на смежном предшествующем

переходе обработки данной поверхности; Тi-1
– глубина поверхностного слоя, отличного от основного, полученного на предшествующем технологическом переходе; ρi-1
– пространственные отклонения расположения обрабатываемой поверхности относительно баз заготовки; εi
– погрешность установки, возникающая на выполняемом переходе (в некоторых источниках вместо Ti-1
и ρi-1

используются соответственно обозначения h
и Δ).

Рассмотрим влияние особенностей технологического процесса и служебного назначения детали на назначение перечисленных параметров.

Например, у отливок из серого чугуна поверхностный слой состоит из перлитной корки (механическая смесь феррита и цементита), наружная зона которого нередко имеет следы формовочного песка. Этот слой должен быть полностью удален на первом переходе для последующей нормальной работы инструмента.

Распределительные валы автомобильных двигателей и другие детали отливают с отбеленным (меньше углерода в виде графита и больше в связанном состоянии в виде цементита Fe3
C) поверхностным слоем. При дальнейшей обработке этот слой желательно сохранить для повышения износостойкости деталей.

У стальных поковок и штампованных заготовок поверхностный слой характеризуется обезуглероженной зоной, который должен быть полностью удален, так как он снижает предел выносливости детали.

И наконец, после поверхностной закалки поверхностный слой детали желательно сохранить в максимальной степени.

Влияние пространственных отклонений на массу металла, снятую в виде припуска, зависит от принятой схемы базирования заготовки. При механической обработке заготовок типа дисков целесообразно, например, сначала расточить отверстие, используя в качестве базы наружную цилиндрическую поверхность, а затем, базируясь на отверстие, обточить наружную поверхность. При обратной последовательности обработки с наружной (доминирующей для этой заготовки) поверхности снимается значительно больше (по объему) металла.

Примерами пространственных отклонений могут служить следующие погрешности взаимного расположения. Несоосность растачиваемого отверстия заготовок втулок, дисков, гильз, относительно наружной (базовой) поверхности; несоосность обтачиваемых ступеней базовым шейкам или линии центровых гнезд заготовок ступенчатых валов; неперпендикулярность торцовой поверхности оси базовой цилиндрической поверхности заготовки; непараллельность обрабатываемой и базовой поверхностей заготовок корпусных деталей.

Из-за наличия погрешности установки, обрабатываемая поверхность занимает различное положение при обработке партии заготовок на предварительно настроенном станке. Нестабильность положения обрабатываемой поверхности должна быть компенсирована дополнительной составляющей промежуточного припуска εi
,
включающей погрешности базирования, закрепления и положения.

При односторонней обработке (как указано на рис. 5.2) векторы ρi-1
и εi
, коллинеарны (параллельны), следовательно, при несимметричной обработке плоскостей формула для расчета припуска имеет вид

Z
imin = Rz
i-1 + T
i-1 +ρ
i-1 + ε
i .

При обработке наружных и внутренних тел вращения векторы ρi-1
и εi
, могут принимать любое направление (любое угловое положение), предвидеть которое заранее не представляется возможным. Поэтому их сумма определяется как

(ρ
i-1 + ε
i) =
ρi
2−1 +εi
2

Следовательно, для тел вращения формула принимает вид

2Z
imin = 2(Rz
i-1 + T
i-1 +
ρi
2−1 +εi
2 ) .

Из общей формулы расчета могут быть получены частные формулы для конкретных случаев обработки.

1. При обтачивании цилиндрической поверхности заготовки, установленной в центрах, погрешность е, может быть принята равной нулю.

2Z
imin = 2[(Rz
i-1 + T
i-1) + ρ
i-1] .

2. При шлифовании заготовок после термообработки поверхностный слой необходимо по возможности сохранить, следовательно, слагаемые Ti-1
нужно исключить из расчетной формулы.

Z
imin = Rz
i-1 + ρ
i-1 +ε
i ,

2Z
imin = 2(Rz
i-1 +
ρш
2−1 +εш
2 ) .

3. При развертывании плавающей разверткой и протягивании отверстий смещения и увод оси не устраняются, а погрешности установки в этом случае нет

2Z
imin = 2(Rz
i-1 +T
i-1) .

4. При суперфинишировании и полировании цилиндрической поверхности, когда уменьшается лишь шероховатость поверхности, припуск определяется лишь высотой микронеровностей обрабатываемой поверхности, т.е.

2Z
imin = 2Rz
i-1 .

Схемы образования промежуточных размеров при обработке наружных и внутренних цилиндрических поверхностей показаны на рис 5.3 и 5.4.

Рисунок 5.3 – Схемы расположения операционных припусков и допусков на различных стадиях обработки для внутренних поверхностей

(отверстий)

Рисунок 5.4 – Схема расположения операционных припусков и допусков на различных стадиях обработки для наружных поверхностей (валов)

Положительная часть допуска на заготовку для вала и отрицательная для отверстия в общий суммарный припуск не входят, но должны приниматься во внимание при определении режимов резания при обдирке.

При использовании таблиц для определения припусков необходимо иметь в виду следующие рекомендации, представленные ниже. При расчете припусков по табличным данным необходимо обращать внимание на графу в таблице «рас-

Рисунок 5.5 – Схемы для четная длина заготовки», которая зависит от ха- определения расчётной рактера крепления детали в процессе обработки

длины валов (см. табл.5.1 и рис 5.5).

Таблица 5.1 – Расчётная длина заготовки при её определении

Характер установки заготовок при обработке		Обрабатываемые валы
	Гладкие валы	Ступенчатые валы
		для средних участков вала	для крайних участков вала
В центрах или патроне с поддержкой задним центром В патроне без поддержки задним центром	Полная длина вала Удвоенная длина выступающей из патрона части заготовки	Полная длина вала	Длина, равная удвоенному расстоянию от торца вала до наиболее удалённого конца обработанного участка
		Длина, равная удвоенному расстоянию от наиболее удалённого торца обработанного участка до кулачков патрона

Расчетная длина для вала принимается равной 400 мм (рис. 5.5, а),
для вала 80 мм (рис. 5.5, б).

2. Расчетная длина, на которой определяется номинальный операционный припуск, не распространяется на детали с очень сложной конфигурацией, а также на очень деформирующиеся после термообработки, для этих операций припуски устанавливаются больше табличных.

3. Если операция или переход разбивается на два рабочих хода: предварительный и окончательный, то на предварительный назначается ≈ 70 % номинального припуска и 30 % – на окончательный.

4. Номинальные операционные припуски заданы с учетом правки заготовки до механической обработки, а также рихтовки после каждого вида обработки нежестких или деформируемых деталей.

6 ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

6.1. Общие положения разработки технологических процессов

Принято различать три вида технологических процессов (ТП): единичный, типовой и групповой. Каждый ТП разрабатывается при подготовке производства изделий, конструкции которых отработаны на технологичность (ГОСТ 14.301—83). Технологический процесс разрабатывается для изготовления нового изделия или совершенствования выпускаемого — в соответствии с достижениями науки и техники.

Разрабатываемый ТП должен обеспечивать повышение производительности труда и качества изделия; сокращение трудовых а материальных затрат; уменьшение вредных воздействий на окружающую среду; реализацию значений базовых показателей технологичности конструкции данного изделия.

Основой для нового ТП обычно служит имеющийся типовой или групповой технологический процесс. Если таковые отсутствуют, то за основу берут действующие единичные технологические процессы изготовления аналогичных изделий.

ТП должен соответствовать требованиям техники безопасности и промышленной санитарии по системе стандартов безопасности труда (ССБТ), инструкций и других нормативных документов.

Правила применения средств вычислительной техники при проектировании технологических процессов (ГОСТ 14.416—83) предусматривают оформление документации в соответствии с требованиями стандартов Единой системы технологической документации (ЕСТД). Исходную информацию для разработки ТП подразделяют на базовую, руководящую и справочную.

Базовая информация включает данные, содержащиеся в конструкторской документации на изделие, и программу его выпуска.

Руководящая информация содержит требования отраслевых стандартов к технологическим процессам и методам управления ими, а также стандартов на оборудование и оснастку, документации на действующие единичные, типовые и групповые ТП, классификаторов технико-экономической информации, производственных инструкций, материалов по выбору технологических нормативов (режимов обработки, припусков, норм расхода материалов и др.), документации по технике безопасности и промышленной санитарии.

Справочная информация имеет своим источником технологическую документацию опытного производства, описания прогрессивных методов изготовления, каталоги, паспорта, справочники, альбомы компоновок прогрессивных средств технологического оснащения, планировки производственных участков и методические материалы по управлению ТП.

Основные этапы разработки технологических процессов. Работа начинает

ся с анализа исходных данных для разработки ТП (первый этап). Необходимо по имеющимся сведениям о программе выпуска и конструкторской документации на изделие ознакомиться с назначением и конструкцией изделия, с требованиями к его изготовлению и эксплуатации.

Затем последовательно выбирают действующий типовой, групповой ТП или аналог единичного процесса. Формируют технологический код изделия по технологическому классификатору, обрабатываемое изделие относится к соответствующей классификационной группе на основе кода и к действующему типовому или единичному процессу.

По классификатору заготовок, методике расчета и техникоэкономической оценки выбора заготовок, стандартам и техническим условиям на заготовку и основной материал выбирают исходную заготовку и методы ее изготовления, дается технико-экономическое обоснование выбора заготовки.

Выбирают технологические базы, производится оценка точности и надежности базирования по производительности технологического процесса (используют классификаторы способов базирования и существующую методику выбора технологических баз).

По документации типового, группового или единичного ТП составляют технологический маршрут обработки, определяют последовательность технологических операций и состав технологического оснащения.

Важный этап — разработка технологических операций и расчет режимов обработки. На основании документации типовых, групповых или единичных технологических операций и классификатора технологических операций составляют последовательность переходов в операции, выбирают средства технологического оснащения (СТО), в том числе средства контроля и испытаний с учетом метрологического обеспечения (используют стандарты, каталоги, альбомы и картотеки на СТО).

На этом же этапе выбирают средства механизации и автоматизации элементов процесса и внутрицеховые средства транспортирования. Назначают и рассчитывают режимы обработки на основании технологических нормативов.

Необходимо произвести нормирование ТП: установить исходные данные расчета норм и времени и расхода материалов, произвести расчет и нормирование труда на выполнение процесса, расчет норм расхода материалов, определить разряд работ и профессии исполнителей операций (используют нормативы времени и расхода материалов, классификаторы разрядов работ и профессий).

Отдельный этап составляет обеспечение требований техники безопасности и производственной санитарии. Необходимо строго выполнять стандарты системы безопасности труда, инструкции.

По методике расчета экономической эффективности процессов (просчитывается несколько вариантов) выбирают оптимальный ТП.

На заключительном этапе ТП на основании стандартов ЕСТД оформляется документально, производится нормо-контроль технологической документации.

6.2. Выбор технологического оборудования

Данный этап начинают с анализа формирования типовых поверхностей деталей и сборочных единиц для определения наиболее эффективных методов их обработки, учитывая при этом назначение и параметры изделия (ГОСТ

14.304—73).

Результаты анализа должны быть в виде отношений основных времен, отношений штучных времен и отношений приведенных затрат на выполнение работ различными методами. Лучшим вариантом считается тот, значения показателей которого минимальные.

Выбор оборудования производят по главному параметру, в наибольшей степени выявляющему его функциональное значение и технические возможности. Физическая величина, характеризующая главный параметр, устанавливает взаимосвязь оборудования с размером изготовляемого изделия.

При выборе вариантов оборудования учитывают также минимальный объем приведенных затрат на выполнение технологического процесса при максимальном сокращении периода окупаемости затрат на механизацию и автоматизацию. Годовая потребность в оборудовании определяется из годового объема работ, устанавливаемого статистическим анализом затрат средств и времени на изготовление изделий. Годовые приведенные затраты на использование оборудования определяются размерами затрат на его эксплуатацию и изготовление.

Производительность оборудования определяют на основании анализа времени изготовления изделия заданного качества.

6.З. Выбор технологической оснастки

Выбор технологической оснастки (ГОСТ 14.305—73) предполагает проведение комплекса работ:

анализ конструктивных характеристик изготовляемого изделий (габаритные размеры, материал, точность, геометрия и шероховатость поверхностей и т. д.); организационных и технологических условий изготовления изделия (схема базирования и фиксации, вид технологической операции, организационная форма процесса изготовления и т. д.); группирование технологических операций для того, чтобы определить

наиболее приемлемую систему технологической оснастки и повысить коэффициент ее использования; определение исходных требований к технологической оснастке; отбор номенклатуры оснастки, соответствующей установленным требо-

ваниям; определение исходных расчетных данных для проектирования и изго-

товления новых конструкций оснастки; выдачу технических заданий на разработку и изготовление технологиче-

ской оснастки.

Группирование технологических операций проводят, исходя из эксплуатационных характеристик систем оснастки, к которым относятся определяемые конструкции, учитывается обеспечение рациональной загрузки каждой конструкции оснастки на основе объемов выпуска изделий на заданный период, партионность и периодичность запусков, суммарная трудоемкость технологических операций, сгруппированных на конструкцию оснастки. Конструкцию оснастки необходимо определять, учитывая стандарты и. типовые решения для данного вида технологических операций на основе габаритных размеров изделий, вида заготовок, характеристики материала заготовок, точности параметров и конструктивных характеристик обрабатываемых поверхностей, влияющих на конструкцию оснастки, технологических схем базирования и фиксации заготовок, характеристик оборудования и объемов производства.

6.4. Выбор средств контроля

При разработке единичных процессов контроля (ГОСТ 14.306—73) выявляют характеристики объекта контроля; показатели процесса контроля, определяющие выбор средств; уточняют методы и схемы измерений, для чего требуется конструкторская документация на изделие, технологическая документация на его изготовление и контроль, методика расчета показателей контроля.

Состав средств контроля должен обеспечивать заданные показатели G учетом метрологических и эксплуатационных характеристик (используются государственные, отраслевые стандарты и стандарты предприятий на средства контроля, классификаторы и каталоги средств контроля). Произведенный выбор средств контроля обосновывается экономически, выдаются исходные данные и технические задания для проектирования недостающих средств.

При разработке процесса контроля составляют ведомости отобранных средств. По результатам выбора средств контроля оформляют технологическую документацию согласно требований стандартов.

6.5. Формы организации технологических процессов и их разработка

Форма организации технологических процессов (ТП) изготовления изделия (ГОСТ 14.312—74) зависит от установленного порядка выполнения операций, расположения технологического оборудования, числа изделий и направления их движения в процессе изготовления.

Существуют две формы организации ТП — групповая и поточная.

Групповая форма организации ТП характеризуется однородностью конструктивно-технологических признаков заготовок» единством средств технологического оснащения одной или нескольких технологических операций и специализацией рабочих мест. Группы заготовок для обработки в определенном структурном подразделении (цехе, участке и т. д.) должны устанавливаться с учетом трудоемкости обработки и объема выпуска.

Окончательно номенклатуру групп заготовок, подлежащих обработке на конкретном участке (цехе), следует устанавливать после расчета загрузки оборудования.

Поточную форму отличает специализация каждого рабочего места на определенной операции, согласованное и ритмичное выполнение всех операций технологического процесса на основе постоянства такта выпуска и размещение рабочих мест в последовательности, строго соответствующей ТП.

Факторы, определяющие форму организации ТП и соответствующие ей характеристики, рассматриваются в следующем порядке. Сначала определяют виды изделий. Затем их группируют по общности конструктивнотехнологических признаков, что позволяет в каждом отдельном случае установить тип производства изделий и их составных частей.

Учитывая заданную программу выпуска каждого изделия, намечают календарные сроки выполнения заданий на основе длительности производственных процессов. Одновременно определяют необходимое оборудование, коэффициент его загрузки, а также показатель относительной трудоемкости.

Организация ТП должна обеспечить ритмичный выпуск изделий при условии их прохождения по всем операциям с наименьшими перерывами, т. е. максимально приближаться к поточной форме. Поточную форму организации ТП в зависимости от номенклатуры одновременно обрабатываемых заготовок следует подразделить на однономенклатурную и многономенклатурную поточные линии. Первая поточная линия характеризуется обработкой заготовок одного наименования по закрепленному ТП в течение длительного периода времени. В зависимости от числа одновременно обрабатываемых заготовок одного наименования линии подразделяют на однопоточную (одинобъект) и многопоточную (два и более объектов).

6.6. Разработка групповых технологических процессов

Групповой технологический процесс (ГТП) предназначен для совместного изготовления группы изделий различной конфигурации в конкретных условиях производства на специализированных рабочих местах (ГОСТ 14.31675). ГТП разрабатывается с целью экономически целесообразного применения методов и средств крупносерийного и массового производства в условиях единичного, мелкосерийного и серийного производств.

Разработке ГТП предшествует группирование на основе классификации и результатов комплексного анализа предметов производства по технологическому подобию с учетом основных факторов организации производства. Анализируют состав и программы выпуска изделий, существующую структуру производственных подразделений и технико-экономические показатели производства.

Групповой технологический процесс должен состоять из комплекса групповых технологических операций, разрабатываемых для выполнения на специализированных рабочих местах в последовательности технологического маршрута изготовления определенной группы изделий.

При разработке групповой технологической операции следует предусмотреть достаточную величину суммарной трудоемкости технологически однородных работ для обеспечения непрерывной загрузки средств технологического оснащения без их полной переналадки в течение экономически целесообразного периода. Основой разработки ГТП и выбора общих средств технологического оснащения для совместной обработки группы изделий является комплексное изделие.

При разработке комплексного изделия следует учитывать, что его конструкция должна содержать основные, подлежащие обработке элементы всех изделий группы. Комплексное изделие может быть одним из изделий группы, реально существующим, но отсутствующим в группе, или искусственно созданным, т. е. условным.

При значительном разнообразии конструкций, сочетающихся поверхностей деталей, затрудняющих искусственное создание комплексного изделия, его заменяют двумя или несколькими характерными деталями группы. Групповые технологические процессы и операции разрабатывают для всех типов производства только на уровне предприятия в соответствии с требованиями стандарта.

Этапы разработки групповых технологических процессов. На первом этапе а н а л и з и р у ю т исходные данные для разработки технологического процесса, дается информация о назначении и конструкции предметов производства, о требованиях к их изготовлению и эксплуатации (используют плановую программу выпуска изделий и конструкторскую документацию на анализируемые детали).

Наиболее важный этап — г р у п п и р о в а н и е изделий. На этом этапе изучают действующие единичные, типовые и групповые технологические процессы изготовления изделий; создают укрупненные группы предметов производства, обладающих общностью технологических характеристик; разрабатывают или выбирают комплексное изделие для каждой группы (используют рабочие чертежи и технические условия на предметы производства, классификаторы, руководящие технические, методические и справочные материалы по группированию изделий).

Следующий этап — определение т и п а производства

(единичное, серийное, массовое) для каждого комплексного изделия. При этом предварительно намечают трудоемкость изготовления каждой группы предметов производства.

Затем разрабатывают м а р ш р у т изготовления к о м п л е к с н о г о изделия . На этом этапе определяют число и последовательность групповых технологических операций процесса (используют рабочие чертежи и технические условия на изделия, входящие в группу).

На основании действующих норм времени на выполнение конкретных операций производится у к р у п н е н н а я оценка тру -

доемкости работ по каждой операции. Разрабатываются групповые технологические операции. Выполняется расчет точности, производительности и экономической эффективности вариантов групповых технологических процессов.

Следуют р а с ч е т т р у д о е м к о с т и р а б о т к а ж д о й г р у п п о в о й т е х н о л о г и ч е с к о й о п е р а ц и и и м а р -

ш р у т а в целом , оценка трудоемкости всех работ с учетом плановых сроков выпуска изделий и организации их выполнения на поточных линиях, участках групповой обработки и специализированных рабочих местах, в том числе отдельных.

Производится сопоставление групповых технологических маршрутов, объединение (разъединение) групп изделий и определение целесообразности совместного изготовления изделий в специализированных производственных подразделениях и на отдельных рабочих местах, исходя из технико-экономической оценки, условий и организации производства (загрузка оборудования, оперативно-производственное планирование, нормы управляемости и пр.). Выбирается оптимальный вариант технологического процесса.

На этапе нормирования технологического процесса на

основании методики разработки норм времени и классификаторов разрядов работ и профессий устанавливают исходные данные и рассчитывают нормы времени, определяют разряд работ и профессии исполнителей для выполнения групповых операций.

На заключительном этапе, строго соблюдая стандарты ЕСТД, оформ -

ляют документацию на групповые технологические

процессы и о п е р а ц и и. Производится нормо-контроль содержания документов и разрабатываются технические мероприятия дляреализации группового производства.

6.7. Разработка типовых технологических процессов

Типовой технологический процесс (ГОСТ 14.303—73) должен быть рациональным, в конкретных производственных условиях, характеризоваться единством содержания и последовательности большинства технологических операций для группы изделий, обладающих общими конструктивными признаками.

Типовые технологические процессы разрабатывают на основе анализа множества действующих и возможных технологических процессов на типовые представители групп изделий. Типизация обеспечивает устранение многообразия технологических процессов обоснованным сведением их к ограниченному числу типов, является базой для разработки стандартов на типовые технологические процессы. Типизация технологических процессов основана на классификации объектов производства, она заключается в разделении их по признакам, содержащимся в конструкторской документации, на отдельные группы, для которых возможна разработка общих технологических процессов или операций.

Типизация технологических процессов осуществляется на трёх уровнях: общегосударственном, отраслевом и на уровне предприятия. На первых двух уровнях разрабатывают типовые технологические процессы межотраслевого и отраслевого применения. На уровне предприятия осуществляется разработка и применение типовых технологических процессов для конкретного производства.

Исходная информация для разработки типовых технологических процессов подразделяется на базовую, руководящую и справочную.

Базовая информация включает данные, содержащиеся в конструкторской документации на изделие и программе выпуска этого изделия.

Руководящая информация содержит сведения, взятые из стандартов всех уровней натехнологические процессы и методы управления ими, на оборудование и оснастку, а также сведений из документации на перспективные технологические процессы и из производственных инструкций.

Справочная информация включает данные, содержащиеся в документации на действующие типовые технологические процессы по данному виду обработки, в описаниях прогрессивных методов обработки.

Этапы разработки типовых технологических процессов. Начальным этапом является классификация объектов производства . На осно-

вании методик классификации и классификаторов создают группы объектов производства, обладающих общностью конструктивно-технологических характеристик; выбирают типовые представители групп.

На основании планового задания для каждого типового представителя групп определяется т и п производства . Исходя из данных ра-

бочих чертежей и технических условий на объекты производства, программы выпуска, типа производства, действующих типовых технологических процессов для данного класса деталей р а з р а б а т ывают основные мар шруты изготовления объектов производства , включая заго-

товительные процессы. Затем выбирают заготовку, методы ее изготовления, производя технико-экономическую оценку выбора заготовки (используют классификатор заготовок и методические документы по экономическим расчетам). Руководствуясь классификатором способов базирования и методикой выбора технологических баз, выбирают поверхности базирования, оценивают точность и надежность базирования.

По выбранным видам обработки составляют технологический маршрут в порядке последовательности операций, определяют группы оборудования по операции (используют классификатор изделий и операций, методику оценки точности и качества поверхностей деталей, классификатор технологического оборудования). .

Важный этап — разработка технологических операций .

Необходимо добиться их рациональности, выбрать правильную структуру, продуматьпоследовательность переходов в операции, выбратьоборудование, обеспечивающее оптимальную производительность при заданном качестве, рассчитать его загрузку, выбрать конструкции оснастки из ее стандартных систем. Необходимо установить исходные данные для расчета оптимальных режимов обработки припусков на обработку, а также норм времени и произвести расчет их.

Определить разряд работ и профессии исполнителей операций в зависимости от их сложности. На этом этапе используют структурные формулы технологических операций, модели структур, стандарты и классификаторы на технологическое оборудование, технологическую оснастку, на разряды работ и процессов, методики по расчету режимов резания, норм времени.

Расчет точности , производительности и экономиче -

ской э ф ф ективности вариантов типовых технологических процессов для выбора оптимального варианта производится по методикам расчёта экономической эффективности и расчёта точности.

На последнем этапе производится оформление типовых технологических процессов согласно требований стандартов ЕСКД.

7 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ
7.1. Технология производства валов

При конструировании валов (гладких, ступенчатых, сплошных и полых) существенным признаком служит их жесткость. Жесткими считаются валы, у которых отношение длины к диаметру не превышает 15; валы с большим соотношением называют нежесткими. Изготовляют валы в основном из стали 40 или 45, реже — из легированных сталей 40Х, 18ХГТ. Валы из среднеуглеродистых сталей подвергают термообработке до твердости НВ
230 ...260. Шейки валов из низкоуглеродистых сталей для повышения износостойкости подвергают цементации с последующей термообработкой до твердости HRCэ

50 ...60.

Сопрягаемые цилиндрические поверхности валов выполняют с точностью, соответствующей 6-му или 8-му квалитетам и с параметром шероховатости поверхности соответственно Ra=
1,25...0,63 мкм и Ra=
2,5...1,25 мкм.

Заготовки для валов. При изготовлении валов исходные заготовки получают либо путем пластического деформирования (ковка, штамповка, обжатие на ротационно-ковочных машинах, электровысадка, поперечно-винтовая прокатка), либо путем резки проката (рис. 7.1). Заготовки для ступенчатых валов получают штамповкой в подкладных штампах (рис. 7.1, а) или в массовом производстве поперечно-винтовой прокаткой (рис.7.1, б); для валов с фланцами применяют штамповку на горизонтально-ковочной машине

(рис.7.1, в).

а) б)

Рисунок 7.1. –Заготовки для валов

Большое значение придается эффективности использования металла, которая характеризуется отношением массы готовой детали Gд
расходу металла на исходную заготовку Gз
. Это отношение называют коэффициентом использования металла

КМ
= GД
/ GЗ

Для серийного и массового производств коэффициент КМ
составляет 0,75...0,95.

В единичном и мелкосерийном производствах при изготовлении ва-

лов с небольшим перепадом диаметральных размеров используют горячекатаный нормальный прокат, который разрезают на штучные заготовки для последующей механической обработки; при значительном числе ступеней и существенной разнице размеров диаметров применяют весьма эффективный способ ковки на вертикальных радиально-ковочных машинах (ротационная ковка).

В серийном производстве большое распространение получила горячая штамповка заготовок в открытых штампах (облойная штамповка), а в крупносерийном и массовом производствах — в закрытых штампах (безоблойная штамповка). При изготовлении заготовок с односторонним утолщением весьма эффективна штамповка на горизонтально-ковочных машинах. Для повышения точности штамповочных заготовок применяют калибровку (чеканку) поковок.

Для тяжелых валов (массой свыше 1 т) заготовки получают из

слитка свободной ковкой. -

Изготовление ступенчатых валов. При выполнении основных операций изготовления ступенчатых валов за установочные базы принимают поверхности центровых отверстий заготовки. Если заготовку устанавливают на плавающий передний центр, то установочной базой будет торец заготовки, примыкающий к торцу переднего центра. Применение плавающего переднего центра исключает погрешность базирования при выдерживании длин , ступеней от левого торца.

Рассмотрим отдельные операции обработки ступенчатых валов

П о д р е з а н и е торцов и центрование . Первые технологические переходы при изготовлении ступенчатых валов — подготовка технических баз, т. е. подрезка торцов и их зацентровка. В зависимости от масштаба выпуска валов эти переходы можно выполнять с применением различного оборудования.

В серийном производстве обработку ведут на фрезерно-центровальных полуавтоматах с установкой заготовки по наружному диаметру в призмы и базированием в осевом направлении по упору.

Подрезку торцов выполняют раздельно от центрования на продольнофрезерных или горизонтально-фрезерных станках, а центрование — на одностороннем или двустороннем центровальном станке.

В массовом производстве для фрезерования торцов и центрование применяют станки барабанного типа. В единичном производстве подрезку торцов и центрование ведут в основном на универсальных токарных станках. Обтачивание валов, в зависимости от объема выпуска, выполняют на обычных токарных станках с программным управлением или оснащенных станках гидрокопировальным суппортом, на копировальных токарных станках, а также на станках с многорезцовыми головками. На станках с многорезцовыми головками обтачивание повышает производительность по сравнению с обычной токарной обработкой за счет совмещения переходов и автоматической настройки измерений операционных размеров.

Проектируя операцию, решают вопрос о размещении резцов. Схема обтачивания валов, приведенная на рис. 7.2,а, позволяет каждую ступень вала обрабатывать одним резцом; продольный ход суппорта определяется длиной наибольшей ступени, обтачиваемой резцом , а резцы 2
и 3
совершают вспомогательный ход.

При наладке станка по наименьшей ступени ℓ3

(рис. 7.2, б) ход суппорта будет равен длине ступени ℓ3
.
В этом случае для обтачивания других ступеней устанавливают по нескольку резцов, причем число резцов зависит от отношения длин ступеней ℓ1
/ℓ3
и ℓ2
/ℓ3

Второй вариант более произ-

водителен, но его недостатком является появление уступов при обтачивании ступени несколькими резцами (из-за неточности установки резцов на

размер и разной интенсивности их изнашивания). Установку резцов производят по эталонной детали или вне станка, применяя сменные блоки. Если ступенчатый вал изготовляют из проката, то при точении ступеней с меньшим диаметром возможны недопустимо большие глубины резания. В этом случае применяют метод деления припуска. Одним из вариантов может быть удаление резцами 1, 2 и 3 (рис.7.2, а)
частей припуска z1
z2
и z3
.
При этом варианте продольный суппорт перемещается на всю длину ℓ обтачиваемых ступеней

Рисунок 7.2 – Схема обтачивания валов

Обработка валов на станках с многорезцовой головкой требует относительно длительной их наладки, поэтому данный метод применяют в серийном и массовом производствах.

Для обработки ступенчатых валов широко используют одно-шпиндельные копировальные полуавтоматы. Схема обработки ступенчатого вала (рис. 7.3) на копировальном полуавтомате следующая: продольный суппорт обтачивает вал по копиру 2,
а поперечный – образует выточку. Поперечным суппортом можно выполнять и подрезку торцов.

Обработка валов на этих станках имеет ряд преимуществ перед многорезцовым обтачиванием:

время для технологической наладки средней сложности составляет 30-35 мин, что в 2-3 раза меньше времени соответствующей наладки станка с многорезцовой головкой; при чистовом точении обеспечивается точность, соответствующая 9-му

квалитету, вместо 11-го, при многорезцовом обтачивании;

наблюдается малое влияние упругих сжатий системы, так как при про-

дольном точении участвует в работе только один резец; повышается качество обработанной поверхности (отсутствуют уступы,

характерные при обработке на станках с многорезцовой головкой); обработка ведется на более высоких скоростях резания, так как при

многорезцовом точении скорость резания занижается для повышения стойкости резцов до 3 ...4 ч.

На токарных копировальных полуавтоматах выполняют черновую и чистовую обработку валов. Эти станки применяют в серийном производстве, где они повышают производительность по сравнению с использованием обычных токарных станков в 2 раза и более. При обточке валов с числом ступеней более четырех полуавтоматы Работают эффективно при размере партии в 10…15 шт.

В массовом и крупносерийном производствах широко используют многошпиндельные многорезцовые полуавтоматы. При изготовлении мелких валов длиной до 150 ... 200мм — применяют токарные автоматы.

В мелкосерийном производстве весьма эффективно применение токарных станков с гидросуппортами, а также станков с программным управлением.

Шлицевые поверхности на валах получают обкатыванием червячной фрезой на шлицефрезерных или зуборезных станках. При диаметре вала более 80 мм шлицы фрезеруют за два рабочих хода. У закаливаемых валов, центрируемых по наружной поверхности, обработка шлицев включает следующие операции: шлифование наружной поверхности; фрезерование шлицев с припуском на шлифование боковых поверхностей; термическую обработку; наружное шлифование; шлифование боковых поверхностей шлицев, которое выполняется на шлицешлифовальном полуавтомате одновременно двумя кругами с применением делительногомеханизма для поворота заготовки. У таких же не закаливаемых валов обработка шлицев состоит только из двух операций: наружного шлифования цилиндрической поверхности и фрезерования шлицев. Если шлицевое соединение центрируется по поверхности внутреннего диаметра, то последовательность операций до термообработки остается той же. После термической обработки выполняется шлифование боковых поверхностей шлицев и шлифование внутренних поверхностей по диаметру. В этом случае шлицы шлифуют либо профильным кругом одновременно по боковым поверхностям и дну впадины, либо в две операции: шлифование двумя кругами боковых поверхностей, а затем шлифование внутренней поверхности кругом, заправленным по дуге. Шлифование одним профильным кругом дает лучшие результаты по точности и производительности.

Имеются более производительные методы: обработка шлицев на шлицестрогальных и шлицепротяжных станках, а также образование эвольвентных шлицев методом пластического деформирования с помощью накатывания. Накатыванию подвергают валы с твердостью не более НВ
220 при модуле шлицев не свыше 2,5 мм. Накатанные шлицы повышают износостойкость вала.

Шпоночные пазы, в зависимости от их конструкции, обрабатывают либо дисковой фрезой, если паз сквозной, либо торцовой (пальцевой) фрезой, если паз глухой. Вал устанавливают в центрах или по наружной поверхности на призмы приспособления. При установке вала на призмы появляется погрешность базирования, влияющая на точность глубины паза. Шпоночные пазы выполняют на горизонтально- и вертикально-фрезерных станках. В серийном и массовом производствах для получения глухих шпоночных пазов применяют шпоночно-фрезерные полуавтоматы, работающие «маятниковым» методом: двух-зубая пальцевая фреза за один рабочий ход подается на глубину резания b
= 0,2...0,3 мм и фрезерует паз на всю длину, затем вновь подается на эту же глубину и фрезерует паз в другом направлении и так до получения полнойглубины паза. В крупносерийном и массовом производствах фрезеровать пазы целесообразно с применением многоместных приспособлений комплектом фрез.

Н а р е з а н и е резьбы . Внутренние резьбы на валах нарезают машинными метчиками на сверлильных, револьверных и резьбонарезных станках в зависимости от типа производства: наружные – резцами, гребенками, плашками. Наружные резьбы также получают фрезерованием, вихревым методом, накатыванием. В мелкосерийном и единичном производствах наружные резьбы изготовляют на токарно-винторезных станках с применением резьбовых резцов или гребенок, обеспечивая 6—8-ю степени точности. Резьбы 4-й степени точности нарезают на прецизионных токарновинторезных станках.

Нарезание резьбы плашками и резьбонарезными головками выполняют на револьверных, токарных и болторезных станках, а также на токарноревольверных автоматах. В серийном и мелкосерийном производствах нарезают резьбы плашками при требованиях точности к резьбе не выше 7-й степени. В серийном и массовом производствах резьбы нарезают резьбонарезными головками, обеспечивающими повышение производительности в 2...4 раза по сравнению с нарезанием плашками, и повышение точности резьбы до 6-й степени.

При нарезании коротких остроугольных резьб широкое распространение получило фрезерование гребенчатой групповой фрезой на резьбофрезерных станках, причем ось фрезы устанавливается параллельно оси нарезаемой детали. При фрезеровании, кроме вращения фрезы и медленного вращения детали, необходимо обеспечить осевое перемещение фрезерной головки на шаг резьбы за один оборот детали.

В крупносерийном и массовом производствах резьбы получают накатыванием, при этом получают резьбу 6-й степени точности. Накатывание резьбы производительнее нарезания ее резьбовыми головками.

Если вал не подвергается закалке, то резьбу нарезают после окончательного шлифования шеек, что устраняетопасность повреждения резьбы в процессе передачи вала на другую операцию. На закаливаемых шейках резьбу изготовляют до термообработки.

Мелкие резьбы у термообрабатываемых валов получают сразу на резьбошлифовальных станках.

Шлифование валов производят на круглошлифовальных и бесцентрово-шлифовальных станках соответственно 6-му квалитету. Шлифуют в две операции (два перехода). При обработке валов на круглошлифовальных станках технологической базой являются центровые отверстия на торцах заготовки. От качества центровых отверстий зависит точность обработки, поэтому перед шлифованием центровые отверстия подвергают исправлению путем шлифования конусным кругом.

.

Рис. 7.4. Схема шлифования валов:

1 — шлифовальный круг; 2 — обрабатываемая заготовка; 3 — нож; 4
— ведущий круг

При шлифовании наиболее распространены два метода: осциллирующее шлифование (рис. 7.4, а),
применяемое при обработке поверхностей значительной протяженности, и врезное шлифование (рис. 7.4, б), применяемое при обработке коротких шеек. В серийном и массовом производствах врезное шлифование часто выполняется по автоматическому циклу, что обеспечивает лучшее качество обработки и повышает производительность.

В тех случаях, когда необходимо достигнуть точности размеров, соответствующей 5-му или 6-му квалитетам и шероховатости поверхности Ra
= 0,1 мкм и меньше, после чистовой шлифовальной операции шейки вала притирают.

При шлифовании размеры деталей часто контролируют в процессе обработки, т. е. без остановки станка, что повышает производительность. Используют также измерительные средства активного контроля, которые автоматически выключают поперечную подачу при достижении заданного размера.

Схема бесцентрового шлифования показана на рис. 7.4, в
. Заготовка располагается выше осевой линии шлифовальных кругов на размер h. Подача S заготовки 2
вдоль оси осуществляется путем поворота ведущего круга 4
на угол α, который составляет 1—4,5°. Благодаря этому наклону ведущий круг сообщает заготовке посредством силы трения движение подачи. Бесцентровое шлифование выполняют с продольной подачей, как показано на рис. 7.4, в, и с поперечной подачей (врезанием). Если вал гладкий, то применяют шлифование с продольной подачей на проход; если же ступенчатый — шлифуют с продольной подачей до упора. Врезным бесцентровым шлифованием обрабатывают короткие буртики. Бесцентровое шлифование применяют при обработке небольших валов, при этом обеспечивается точность по 6—8-му квалитетам. Этот метод по точности несколько уступает шлифованию на круглошлифовальных станках.

При изготовлении штоков для гидроузлов при окончательной их обработке применяют обкатывание поверхности роликами. В результате пластического деформирования повышается качество поверхности, упрочняется поверхностный слой, повышается износостойкость, коррозионная стойкость.

Контроль валов . Диаметральные размеры, длины ступеней, размеры резьб, шлицев, шпоночных пазов проверяют с помощью предельных скоб, резьбовых и шлицевых колец. Шероховатость поверхности контролируют преимущественно сличением с эталонами.

Для проверки отклонения от соосности шеек ступенчатый вал уклады-

вают базовыми шейками на призмы контрольного приспособления, а стержнем индикатора касаются поверхности контролируемой шейки. Поворачивая вал вокруг оси, определяют биение шейки по разности показаний индикатора.

Отклонение от параллельности шлицев или шпоночного паза оси вала устанавливают по разности показаний индикатора в двух крайних положениях, базируя вал на призмах или в центрах.

В крупносерийном и массовом производствах контроль валов производят многомерными приборами с индикаторами или электроконтактными датчиками.

7.2. Технология производства корпусных деталей

К группе корпусных деталей относятся картеры коробок передач, редукторов, главных передач. Корпусные детали при всем многообразии конструкций можно разделить на две основные разновидности: призматические и фланцевые. Корпуса призматического типа, например корпус коробки передач, блок цилиндров двигателя, характеризуются большими наружными поверхностями и расположением отверстий на нескольких осях. У корпусов фланцевого типа базовыми поверхностями служат торцовые поверхности основных отверстий и поверхности центрирующих выступов или выточек.

Корпусные детали выполняют литыми из серого чугуна и, реже, из стали. Отливки получают чаще всего литьем в
песчаные формы. При изготовлении отливок большое значение придается их качеству. До отправки в механический цех у отливок удаляют литники и прибыли, термической обработкой снимают их внутренние напряжения, очищают поверхность,
контролируют размеры, качество поверхности, твердость и др.

Для корпусных деталей характерно наличие базовых поверхностей, а также основных и крепежных отверстий. Базовые поверхности корпуса стыкуются с другими узлами или агрегатами данной машины.

Основные отверстия предназначены для монтажа опор валов. Точностьдиаметральных размеров основных отверстий соответствует 7-му квалитету, реже по 8-му квалитету, шероховатость поверхности Ra —
2,5...0,63 мкм. Межосевые расстояния основных отверстий выдерживают согласно стандарту с допусками, обеспечивающими необходимую точность работы зубчатых и червячных передач (обычно 8-я степень точности).

Отклонение отверстий от соосности устанавливают в пределах половины допуска на диаметр меньшего отверстия. Отклонение от параллельности осей отверстий допускается 0,02 ... 0,05 мм на 1000 мм длины. Отклонение от перпендикулярности торцовых поверхностей к осям отверстий допускается 0,02 ... 0,05 мм на 100 мм радиуса. Базовые поверхности обрабатывают с допускаемыми отклонениями от прямолинейности 0,05....0,2 мм на всей длине и с шероховатостью 4...0,63 мкм.

Базирование корпусных деталей выполняют с учетом их конструктивных форм и технологии изготовления. Рассмотрим наиболее распространенные схемы базирования. Схема базирования по поверхности и двум отверстиям диаметром 15...20 мм, выполненных с точностью по 7-му квалитету, показана на рис. 7.5, а.
Эти отверстия являются вспомогательными базами, в которые входят установочные пальцы приспособления. Заготовки деталей фланцевого типа базируют по торцу фланца и точно обработанной поверхности буртика (рис. 7.5, б).
Вместо поверхности буртика в качестве базы может быть принята поверхность основного отверстия. Корпуса призматической формы, у которых отверстия малы, базируют по трем поверхностям, причем базирование возможно либо по наружным поверхностям, либо по одной наружной к двум внутренним (рис. 7.5, е
).

При обработке заготовки корпуса призматической формы, имеющего соосные основные отверстия, базирование заготовки целесообразно осуществлять на отлитые отверстия и боковую поверхность корпуса (рис. 7.5, г).
В этом случае корпус базируется двумя коническими оправками, расположенными в стойках 2.
Угловое положение корпуса фиксируется упором 3.
При такой схеме базирования обеспечивается равномерное распределение припуска на последующей операции обработки отверстий.

Если конфигурация корпуса не позволяет эффективно использовать его поверхности для базирования, то обработку целесообразно выполнять в приспособлении-спутнике. При установке заготовки в спутнике могут быть использованы черновые или искусственно созданные вспомогательные базовые поверхности, причем заготовка обрабатывается на различных операциях при постоянной установке в приспособлении, но положение самого приспособления на разных операциях меняется.

Рисунок 7.5 – Схема базирования корпусных деталей

7.2.1. Технологический маршрут обработки заготовок корпусов.

При обработке заготовок корпусов неразъемного типа, например корпуса коробки передач, маршрут состоит из трех этапов обработки: базовых поверхностей (наружной поверхности и установочных отверстий); основных отверстий и поверхностей, крепежных и других мелких отверстий. Каждый этап обработки может включать несколько операций, в том числе черновые и чистовые.

Для разъемных корпусов, например корпусов редукторов, предусмотрены обработка поверхностей разъема отдельных частей корпуса, поверхностей крепежных отверстий, предназначенных для соединения отдельных частей, дополняемая обработкой отверстий под контрольные штифты и их установка; обработка поверхностей основных отверстий; обработка поверхностей крепежных и других мелких отверстий.

В единичном производстве заготовки корпусов обрабатывают на универсальном оборудовании без специальных приспособлений. В серийноми массовом производствах для установки заготовок эффективно применяют приспособления. При обработке без приспособлений производится предварительная разметка заготовок. В этом случае определяют контуры детали, учитывая рациональное распределение припусков на обработку, а также устанавливают положение осей отверстий. По разметочным рискам выверяют заготовку при ее установке на станке.

Схемы построения операций механической обработки и условия их выполнения зависят от конструктивных особенностей корпусов и объема их выпуска.

Обработка наружных поверхностей заготовок осуществляется строганием, фрезерованием, протягиванием, точением и шлифованием. Строгание поверхностей применяют в единичном и мелкосерийном производствах на продольно-строгальных станках. Строгание отличается низкой производительностью, но обеспечивает более высокую точность, чем фрезерование.

Наибольшее распространение при обработке поверхностей получило фрезерование. Заготовки небольших корпусов в единичном и мелкосерийном производствах обрабатывают на консольно-фрезерных станках с поворотными столами. Это позволяет обработать с одной установки четыре поверхности заготовки. В серийном производстве заготовки корпусов, имеющих форму параллелепипеда, обрабатывают на продольно-фрезерных станках. Наибольший эффект получают при использовании многоместных приспособлений и при работе несколькими инструментами.

Обдирочное шлифование поверхностей производят торцом сборного сегментного шлифовального круга со снятием припуска до 4 ... 5 мм. Торцовые поверхности корпусов, имеющих конфигурацию тел вращения, протачивают на токарно-карусельных станках или на расточных станках с применением головок с подрезными пластинами или цековок.

У заготовок корпусных деталей небольших размеров, например коробок передач, поверхности обрабатывают протягиванием, используя прогрессивные конструкции протяжек. Протягивание обеспечивает шероховатость поверхности Ra =
1,25 ... 0,32 мкм, малое отклонение от плоскостности (0,005 мм на длине 300 мм) и точность размера в пределах 6-го квалитета. Торцовое фрезерование в два прохода (черновое и чистовое) обеспечивает шероховатость

Ra
= 2,5...1,25 мкм, отклонение от плоскостности 0,03 мм на длине 300 мм и точность размера в пределах 11-го квалитета.

Для достижения более высокой точности применяют шлифование поверхностей, а в единичном и мелкосерийном производстве – строгание и шабрение.

Обработка основных отверстий. В зависимости от конфигурации, размеров детали и программы выпуска основные отверстия обрабатывают на расточных и агрегатных много-шпиндельных станках, на токарно-карусельных, вертикально-и радиально-сверлильных станках.

На расточных станках обрабатывают заготовки корпусов коробчатой формы в единичном и серийном производствах. В условиях крупносерийного и массового производств применяют многошпиндельные агрегатные станки.

Заготовки корпусов фланцевого типа обрабатывают на токарнокарусельных станках. Отверстия в корпусах небольших и средних размеров в серийном производстве могут быть обработаны на вертикально- или радиально-сверлильных станках путем последовательной установки нескольких инструментов (например, для сверления, зенкерования и развертывания) в быстросменных патронах.

Для обработки отверстий на вертикально-сверлильных станках используют также шестишпиндельные поворотные головки. В качестве режущего инструмента применяют однорезцовые (рис. 7.6, а), двухрезцовые (рис. 7.6, б)
и регулируемые (рис. 7.6, в) блоки, а также зенкеры и резцовые головки, имеющие 4 ... 8 ножей. Резцовые головки более производительны- по сравнению с другими расточными инструментами.

Рисунок 7.6. – Схема обработки основных отверстии

Для обработки отверстий диаметром до 400 мм с точностью по 7-му или 8му квалитетам основной операцией является развертывание.

При изготовлении отверстий точность их взаимного расположения обеспечивается двумя способами: 1) установка заготовки в специальном приспособлении; 2) использование универсальных способов координации положения инструмента.

По второму способу заготовки корпусных деталей обрабатывают в единичном и мелкосерийном производствах, когда проектирование специального приспособления неэкономично. В этом случае до расточных операций производят разметку заготовки. После обработки базовых поверхностей заготовку устанавливают на столе горизонтально-расточного станка и выверяют таким образом, чтобы оси размеченных отверстий были параллельны оси шпинделя. Затем ось шпинделя совмещают с осью первого растачиваемого отверстия, в шпиндель станка вставляют консольную оправку с расточным инструментом и производят расточку.

Для обработки следующего отверстия стол перемещают в горизонтальном направлении, а шпиндельную коробку — в вертикальном на заданное межосевое расстояние. Погрешность заданных перемещений стола и шпиндельной коробки не должна превышать 0,2 ... 0,3 допуска на межосевые расстояния. При отсчете перемещений по линейке станка с нониусом погрешность отсчета может достигать 0,3 мм, по линейке с оптическим устройством достигает 0,1 мм, по индикатору — 0,05 мм.

Поворотом станка с закрепленной на нем заготовкой можно растачивать отверстия, оси которых перпендикулярны ранее обработанным. Использование консольных оправок возможно при соотношениях ее длины ℓ и диаметра d : ℓ
< 6d.
Применение более длинных оправок, называемых расточными скалками или борштангами, требует установки свободного конца скалки в подшипнике задней люнетной стойки станка.

В единичном и мелкосерийном производствах при изготовлении корпусов высокой точности применяют координатно-расточные станки. В этих станках инструмент устанавливают либо непосредственно в шпинделе, либо в концевой оправке. Координация шпинделя относительно оси отверстия обеспечивает погрешность межосевых расстояний не более 5 мкм, а погрешность размеров и геометрической формы отверстий — не более 2 ... 3 мкм. В мелкосерийном производстве при обработке в корпусах отверстий без применения специальных приспособлений установку шпинделя можно выполнить о использованием координатного шаблона, в котором отверстия расположены с координатами, соответствующими заданному расположению осей отверстий детали. Шаблон можно устанавливать непосредственно на заготовку или на стол станка. При растачивании по координатному шаблону шпиндель устанавливают с помощью центроискателя по отверстию шаблона; затем снимают центроискатель, закрепляют в шпинделе режущий инструмент и растачивают отверстие в заготовке через отверстие в шаблоне. Отверстия в шаблоне должны быть на 2...3 мм больше соответствующих отверстий в заготовке. Применение шаблона обеспечивает погрешность установки шпинделя не более 0,05 мм.

В серийном и массовом производствах распространена обработка отверстий в приспособлениях с направлением инструмента кондукторными втулками. Схемы расположения кондукторных втулок расточных приспособлений показаны на рис. 7.7. При направлении инструмента по схемам, приведенным на рис. 7.7, а
и б,
оправку или инструмент соединяют со шпинделем жестко, а по схемам, приведенным на рис. 7.7, виг
— шарнирно. Обрабатывать отверстия с направлением инструмента кондукторными втулками можно на горизонтально-расточных, агрегатных, вертикальносверлильных и радиально-сверлильных станках.

в) г)

Рисунок 7.7. – Схема обработки с применением кондукторных втулок

Точность отверстий зависит от метода расточки. При использовании консольной оправки геометрические неточности станка влияют на погрешности обработки больше, чем при расточке скалкой в кондукторе. Если отверстия выполняют с применением кондуктора, погрешность зависит от точности кондуктора и расточной скалки и от зазоров между скалкой и кондукторными втулками.

При расточке консольной оправкой с подачей стола податливость технологической системы по длине обработки остается неизменной, поэтому искажения формы отверстия в осевом направлении не будет. Если же подача осуществляется выдвижением шпинделя, то по мере расточки будет наблюдаться изменение жесткости узла шпиндель—инструмент, влияющее на погрешность формы отверстия по длине.

Погрешность формы отверстия в поперечном сечении зависит от податливости ТС за один оборот шпинделя. При расточке консольной оправкой податливость больше, чем при расточке скалкой по схемам, приведенным на рис. 7.7, в
иг .

Число переходов расточной операции зависит от требований к точности обрабатываемого отверстия. Например, в серийном производстве в литых заготовках обработка отверстий диаметром 82...100 мм с точностью, соответствующей 7-му квалитету, включает зенкерование или растачивание до диаметра 80+0,4
мм, зенкерование (растачивание) до диаметра 81,58+0,2
мм, развертывание , до диаметра 81,9 мм и развертывание до диаметра 82+0,035
мм.

Вместо развертывания отверстий можно применять растачивание.

Для получения размеров диаметров с отклонениями, соответствующими 5-му квалитету, наиболее распространены алмазное растачивание или хонингование отверстий. Хонингование отверстий выполняют на одношпиндельных и многошпиндельных хонинговальных станках при обильном охлаждении, оставляя припуск на хонингование после растачивания 0,0 ...0,08 мм, а после развертывания 0,02...0,04 мм. Весьма эффективно применение алмазного хонингования, повышающего качество обработанных отверстий.

Обработка крепежных и д р у г и х отверстий . Эти отверстия обрабатывают сверлением, зенкерованием, цекованием, развертыванием. В единичном производстве отверстия сверлят по разметке. В серийном и массовом производствах применяют различные кондукторы – коробчатого типа, накладные. Для обработки отверстий с разных сторон применяют поворотные кондукторы. В серийном и единичном производствах корпусные заготовки массой до 30 кг обрабатывают на вертикальносверлильных станках, а заготовки массой свыше 30 кг — на радиальносверлильных. В крупносерийном и массовом производствах обработка выполняется на многошпиндельных агрегегатных станках.

При контроле корпусных деталей производят проверку размеров диаметров основных отверстий и их геометрической формы, а также отклонений от прямолинейности и взаимного положения поверхностей корпуса.

Размеры диаметров отверстий обычно контролируют предельными калибрами и реже микрометрическими или индикаторными штихмассами. Правильность геометрической формы отверстий проверяют индикаторными и рычажными нутромерами или пневматическим ротаметром.

Для контроля отклонения от соосности обычно используют контрольные оправки (рис. 7.8, а
). Отклонение от соосности в крупногабаритных корпусах проверяют оптическими методами.

Рисунок 7.8 – Схема контроля корпусных деталей

Отклонение от параллельности осей и межцентровое расстояние А
(рис.

7.8, б
) проверяют измерением расстояний между внутренними образующими контрольных оправок (размеры а1
и а2
)
при помощи индикаторного нутромера, штихмаса или блока концевых мер, либо расстояний между внешними образующими контрольных оправок т1

и m2

при помощи микрометра или штангенциркуля. Зная диаметры оправок d1
, d2

и d3
,
рассчитывают межцентровое расстояние.

Расстояние h
от оси отверстия до базовой поверхности (рис. 7.8, в
) определяют на контрольной плите измерением расстояний h1
и h2
и диаметра оправки d.
Разность значений h1

и h2
характеризует отклонение от параллельности оси отверстий относительно базовой поверхности.

Отклонение от перпендикулярности осей отверстий устанавливают при повороте оправки с индикатором (рис. 7.8, г)
из положения I
в положение II
, отстоящее одно от другого на расстояние L.

Отклонение от перпендикулярности торцовой поверхности корпуса относительно оси отверстия проверяют контрольной оправкой с индикатором, фиксированной от осевого перемещения угольником (рис. 7.8, д, D —
расстояние между I
и II
положениями индуктора).

Для контроля точности положения осей отверстий в одной плоскости, расположенных под углом, применяют два контрольных калибра.

При контроле деталей в крупносерийном и массовом производствах используют специальные контрольные приборы для комплексной проверки деталей по многим параметрам точности.

7.3. Технология производства цилиндров

Цилиндры, например гидросистем, изготовляют с внутренним диаметром 50 ... 280 мм при отношении длины к диаметру 4 ... 12. Заготовками для цилиндров служат горячекатаные стальные трубы. Наиболее распространены цилиндры с внутренним диаметром 80 ... 140 мм. Зеркало большинства цилиндров обрабатывают с точностью, соответствующей 8-му квалитету при шероховатости поверхности Ra
= 0,63 ... 0,16 мкм.

Трубы разрезают на заданную длину на фрезерно-отрезных станках и обтачивают на многорезцовых токарных полуавтоматах. Поверхности отверстий обрабатывают в три перехода: черновое растачивание, чистовое растачивание и раскатывание отверстия. Растачивают отверстия на специальных расточных станках инструментом с двухрезцовыми пластинами из твердого сплава Т15К6. Припуск под чистовое растачивание оставляет 0,5...0,8 мм, под раскатывание 0,02 ... 0,04 мм.

Раскатывание выполняют многороликовой раскаткой (рис. 7.9, а).

Ролики базируются на коническую часть корпуса. Перемещением гайки 2
ролики устанавливают на необходимый диаметр и производят раскатывание отверстий.

В раскатке предусмотрена установка оси 2
роликов (рис. 7.9, б)
относительно оси 1 инструмента под углом ω, который имеет значение от 0°20' до 1°30' В этом случае ролики, перемещаясь по винтовой линии, обеспечивают самоподачу, мм/об, инструмента Sc
= nD
tg ω. Самоподача головки

уменьшает проскальзывание роликов, а следовательно, их износ. При раскатывании отверстий больших диаметров самоподача инструмента из-за его значительной массы затрудняется, приходится применять подачу от механизма станка.

1 – корпус раскатки с центральным отверстием для подачи масла; 2 – установочная гайка;

3 – подшипник; 4 – сепаратор; 5 – ролик; 6 – головка для распыления масла

Рисунок 7.9 – Многороликовая раскатка

7.4 Обработка зубчатых колёс

7.4.1 Конструктивные особенности и технические требования к зубчатым колёсам

В механизмах ПТМ и редукторах применяют преимущественно цилиндрические колеса с косыми и прямыми зубьями и реже — конические с прямыми зубьями. Зубчатые колеса по своей конфигурации не относятся к единому классу деталей, и общие для их производства задачи возникают лишь на стадии обработки зубьев. Наиболее распространены зубчатые колеса, базирующиеся в узлах отверстиями, реже применяют валы-шестерни.

Применяемые в крановых механизмах зубчатые колеса выполняют по 8, 9-й, реже 7-й степеням кинематической точности и 7-й степени точности по пятну контакта. Посадочные поверхности зубчатых колес соответствуют 7-му квалитету. Шероховатость поверхности зубьев и посадочных поверхностей 1,25 мкм. Наружный диаметр обода, ширина ступицы и обода соответствуют 11—12-му квалитетам точности при Rz
=20 мкм, причем на рабочем торце ступицы Rz
= 1,25 мкм. Допуск радиального биения начальной окружности зубчатого венца относительно посадочной поверхности 0,02—0,05 мм, допуск торцового биения базового торца 0,05 мм на 100 мм радиуса. Шпоночные пазы обрабатывают по 9-му квалитету при допуске симметричности относительно оси отверстия 0,02—0,05 мм.

Для зубчатых колес с отверстием при изготовлении из проката характерна не только повышенная трудоемкость обработки, но и низкий коэффициент использования материала. Поэтому в серийном производстве заготовки для зубчатого колеса диаметром

более 100 мм целесообразно получать горячей штамповкой. Однако целесообразность применения горячештампованной заготовки определяется ее конфигурацией (наличием и размерами углублений между ободом и ступицей) и, в частности, возможностью получить в заготовке прошитое отверстие.

7.4.2 Обработка заготовок зубчатых колёс с центральным отверстием

Наиболее распространенным и универсальным вариантом выполнения операций формообразования заготовок зубчатых колес с центральным отверстием является обработка за две операции на станках токарного типа. При крупносерийном производстве возможно использование вертикальных многошпиндельных полуавтоматов, при двухцикловой настройке возможна обработка заготовки с обеих сторон.

При серийном производстве в сопоставимых условиях заготовки диаметром до 300—350 мм обрабатывают на токарно-револьверных станках, а заготовки больших размеров — на токарно-карусельных станках. Токарные станки применяют при малом объеме выпуска деталей независимо от размеров. Протягивание шпоночного паза выполняют по обычной схеме с применением адаптера

В крупносерийном производстве штампованные заготовки зубчатых колес диаметром до 200—220 мм с более высокой эффективностью обрабатывают по сверлильно-многорезцовому варианту (рис. 7.10). Вначале обрабатывают посадочное отверстие зубчатого колеса, включая шпоночный паз или шлицы, затем при установке отверстием на оправке — все наружные поверхности

При обработке отверстия на вертикально-сверлильном станке после сверления применяют комбинированные инструменты. В верхней части зенкера 1
закрепляют кольцо 2,
в котором установлены резцы 3
и 4
для снятия фаски и подрезания торца ступицы. Окончательный переход обработки отверстия можно выполнять в той же операции путем развертывания после одного перехода зенкерования. Протяжная операция может включать только протягивание шпоночного паза или, кроме того, обработку отвер-

стия.

а – на вертикально сверлильном станке; б – на токарно-многорезцовом полуавтомате

Рисунок 7.10 – Обработка зубчатого колеса в крупносерийном производстве

Токарно-многорезцовую обработку выполняют при установке заготовки на оправке. Она включает черновую и чистовую операции, выполняемые при аналогичных инструментальных наладках. Если на токарно-многорезцовой операции обработке подлежит лишь один торец, то можно применить консольную оправку с упором детали в необрабатываемый торец.

Чтобы оставить доступными для обработки оба торца ступицы, заготовку устанавливают на оправке с натягом; для выхода подрезных резцов предусмотрены канавки К.
момент напрессовки заготовки на оправку выдерживают постоянное расстояние L
от базового торца оправки до торца детали, что обеспечивает требуемую точность положения торцовых поверхностей заготовок при установке оправок в центрах станка по отношению к установленным на размеры резцам. Шейка N
оправки служит для направления заготовки в момент напрессовки на оправку.

7.4.3 Нарезание зубьев

Основным методом обработки зубьев является метод обкатки. Цилиндрические колеса с прямыми, косыми и шевронными зубьями обрабатывают зубофрезерованием червячной фрезой или зубодолблением дисковым долбяком. Конические зубчатые колеса обрабатывают резцами на станках специального назначения.

По условиям точности при обработке зубчатых колес 9-й степени точности в качестве окончательного перехода применяют зубофрезерование многозаходной фрезой. Для колес 8-й степени точности необходима окончательная обработка однозаходной червячной фрезой или чистовое зубодолбление; для колес 7-й степени точности — шевингование зубьев после зубонарезания.

По условиям производительности в серийном производстве принято обрабатывать за один переход (без деления на предварительную и чистовую операции) зуб с модулем т
до 4 мм. При т
> 4 мм целесообразно предварительную обработку выполнять многозаходной червячной фрезой с повышенной скоростью резания и большой подачей. Требуемая точность обработки и более высокая чистота поверхности обеспечиваются на чистовой операции при обработке однозаходной червячной фрезой со шлифованными зубьями, работающей на чистовых режимах.

Метод нарезания зубьев выбирают при сравнении по трудоемкости. Основное время обработки зубьев возрастает с увеличением модуля зуба; при одном и том же модуле оно зависит от длины обработки, определяемой шириной нарезаемого венца и длиной врезания инструмента. В связи с тем что длина врезания червячной фрезы значительно больше длины врезания долбяка, при малой ширине венца выгоднее по основному времени tо.д
зубодолбление, а при большей ширине венца — зубофрезерование tо.ф
. Расчетами установлено, что зубофрезерование выгоднее зубодолбления (tо
.ф
<tо.д
) при нарезании зубчатых колес с модулем т
= 5 ... 8 мм при длине обработки более 35 мм, с m = 4 мм при длине более 40 мм и с m=
3 мм при длине более 60 мм. Зубодолбление целесообразно применять для зубчатых колес с малым модулем (2—2,5 мм) при любой длине обработки (от 15 до 80 мм), а также для узких колес (до 30 мм) при т
от 2 до 8 мм.

Зубодолбление является единственным методом обработки зубьев блочных зубчатых колес, когда между соседними венцами нет места для выхода червячной фрезы, а также для зубьев внутреннего зацепления. Нарезание зубьев на неполной окружности (зубчатые секторы) методом зубодолбления всегда возможно и более производительно, чем зубофрезерование.

При установке заготовок ось посадочной поверхности зубчатого колеса необходимо совместить с осью вращения стола зуборезного станка. Этой задаче отвечает центрирование колеса с посадочным отверстием на оправке с опорой на торец ступицы или обода.

Валы-шестерни устанавливают на станке в центрах и проверяют на биение по посадочным шейкам (с точностью 0,02 мм) и нарезаемой части (биение до 0,04 мм).

В серийном производстве при изготовлении зубчатых колес нескольких типоразмеров применяют групповые переналаживаемые приспособления

(система УНП — универсально-наладочных приспособлений (рис. 7.11.). Для обработки определенной детали в приспособление устанавливают несколько специальных деталей (главным образом базирующих элементов и переходных деталей) для обеспечения требуемого положения по высоте. Зубчатые колеса с базовым отверстием диаметром до 30 мм устанавливают обычно непосредственно на центрирующую оправку (вид а
). При больших диаметрах базовых отверстий на одну и ту же оправку надевают базирующие кольца требуемых размеров (вид б).
Сварной корпус 1
в сборе с основной оправкой 2
опирается на плоскость и ориентируется в выточке стола зуборезного станка с помощью центрирующего выступа 11.
Крепежные элементы включают сферическую шайбу 10.
Все остальные сменные элементы конструкции заменяют при наладке станка на обработку новой детали. Справа на чертеже показан вариант наладки для зубчатого колеса малого диаметра, а слева — для колеса большого диаметра. Впервом случае заготовка установлена на опорное кольцо 4
и базируется по кольцу 5; кольцо 3
служит переходным элементом; зажимное кольцо 6
расположено в области ступицы детали. Во втором случае базирование в осевом направлении и закрепление производится в области обода колеса, с помощью опоры 7 и диска 9;
центрирующим элементом служит кольцо 8.

а
— установка заготовок на оправке; б
— варианты использования переходных элементов; е, г
— варианты наладок для долбления внутренних зубьев

Рис. 7.11. Применение универсально-наладочных приспособлений при обработке зубчатых колес

При обработке зубчатых колес с внутренним зацеплением зажимные элементы должны располагаться снаружи. Для базирования заготовки со ступицей (вид в)
используют центрирующую оправку 1 и переходные кольца 2
и 3;
заготовка без ступицы (вид г)
базируется по наружной поверхности с помощью переходного элемента 4
типа чаши и той же центрирующей оправки 1.

При наладке зуборезной операции проверяют радиальное биение червячной фрезы (допускаемое биение 0,02—0,03 мм). Оправку для детали проверяют на радиальное биение в двух сечениях — вверху ивнизу; на одном обороте стола станка допускается биение 0,02 мм. Контролируют также радиальное биение наружной поверхности колеса; однако в серийном производстве приходится учитывать погрешность, автоматически получающуюся из-за зазора посадки отверстия шестерни на оправке. Погрешность установки может быть уменьшена при применении разжимных оправок.

Для уменьшения доли времени на врезание и выход червячной фрезы в штучном времени при фрезеровании зубчатых венцов небольшой ширины целесообразно устанавливать на оправку несколько заготовок. Однако следует ожидать снижения точности обработки из-за колебания наружного размера и не параллельности торцов у заготовок, а также вследствие смещения осей базовых отверстий заготовок при установке на оправке с зазором.

7.4.4 Изготовление крупногабаритных зубчатых колёс

К крупногабаритным относятся зубчатые колеса диаметром более 500 мм. Однако при обработке деталей больших размеров (диаметром более 1,5— 2 м) технологические процессы имеют специфику. Она определяется, с одной стороны, большими габаритами и массой деталей, а с другой — условиями их изготовления мелкосерийное производство, при котором технологические процессы недостаточно отработаны).

Крупногабаритные зубчатые колеса выполняют цельными или составными. Цельные колеса могут быть литыми (сталь или чугун) или коваными. Составные колеса могут быть с насадными бандажами и сварными. Большое внимание уделяется контролю качества материала — химическому анализу и механическим испытаниям.

Технологические процессы получения заготовок предусматривают изготовление образцов для испытаний. Для вала-шестерни ось образца располагают вдоль оси шестерни, для чего заготовку вала соответственно удлиняют; для колеса ось образца располагают по радиусу, а для бандажа — в тангенциальном направлении, увеличивая ширину заготовки для возможности отрезки кольца, из которого затем вырезают образцы.

У литых заготовок химический состав и механические свойства проверяют также на образцах, выполненных в виде приливов на ступице и взятых после отжига или нормализации.

7.4.5 Обработка заготовок до нарезания зубьев

Заготовки крупногабаритных зубчатых колес вначале размечают, принимая за базу необрабатываемые поверхности обода, ступицы и диски. При разметке проверяют величину и расположение припусков на обработку по ободу, отверстиям и торцам; намечают осевые линии и плоскости симметрии. Основную обработку выполняют на токарно-карусельном станке за два установа. Вначале предварительно обрабатывают обод и отверстие и окончательно — торцы обода и ступицы с одной стороны. Устанавливают заготовку с выверкой по разметочным рискам с помощью двух разметочных игл. Сообщая предварительно закрепленной на столе заготовке медленное вращение, выявляют с верхнего суппорта радиальное биение, а с бокового суппорта — торцовое биение заготовки. Заготовку закрепляют таким образом, чтобы при обработке обода был обеспечен выход для резца.

Для сокращения трудоемкости обработки наладка карусельного станка предусматривает параллельную работу инструментов закрепленных в боковых и верхних суппортах.

Для более точной выверки при втором установе целесообразно при предварительной обработке обода колеса проточить на его поверхности с чистовой подачей контрольный поясок шириной 20—30 мм.

При втором установе выполняют чистовую обработку обода и отверстия, а также обработку по чертежу торцов обода и ступицы с другой стороны колеса. Заготовку ставят обработанным торцом на мерные планки, закрепляют болтами (иногда кулачками изнутри) и выверяют индикатором по контрольному пояску. Размеры по высоте (ширина обода и ступиц) обеспечиваются от обработанного торца, без выверки. На торец обода, обработанный с одного установа с отверстием, наносят с помощью резца клеймо в виде круговой риски. Этот торец считается базовым для последующей обработки. Окончательную обработку обода и торцов колес 7-й степени точности и быстроходных шестерен 8-й степени точности для обеспечения более жестких требований к концентричности посадочных поверхностей и делительных окружностей выполняют на токарном станке после сборки с валом при установке его в центрах. Выверку при установке делают по посадочным шейкам вала или по базовому торцу при помощи индикатора с точностью 0,02 мм (иногда до 0,05 мм). Биение устраняют тщательной пригонкой центров. Выходную канавку точно протачивают на ободе, так как она будет выверочной базой при установке на зубофрезерном станке; допускается биение выточки относительно посадочных шеек 0,03 мм.

Выполнение токарных и карусельно-токарных операций связано с контролем больших диаметральных размеров.

При изготовлении детали важно измерять ее размеры во время обработки и обязательно до снятия ее со станка.

В процессе обработки детали длину окружности можно измерить с помощью мерного диска, обкатывающего поверхность на протяжении одного строго фиксированного оборота стола токарно-карусельного станка.

Для измерения диаметральных размеров до снятия обработанной детали со станка применяют метод посторонних измерительных баз; в качестве последних используют части станка, специально установленные оправки, линейки, угольники и др., расстояние которых от оси вращения планшайбы известно.

7.5 Технология изготовления рычагов

К деталям данного класса относятся собственно рычаги, тяги, серьги, вилки, балансиры. Особую группу деталей представляют шатуны. Конструктивные разновидности рычагов показаны на рис. 7.12. Детали класса рычагов имеют два отверстия или больше, оси которых расположены параллельно или под прямым углом. Тело рычагов представляет собой стержень, не обладающий достаточной жесткостью. В деталях этого класса кроме основных отверстий обработке подвергают шпоночные или шлицевые канавки, крепежные отверстия и прорези в головках. Торцы основных отверстий и стержни шатунов часто не обрабатывают.

Материалом для изготовления рычагов служит сталь 35, ковкий чугун и реже серый. Особо ответственные рычаги выполняют из легированной стали.

Основные технические условия на изготовление рычагов:

1) обеспечение правильной геометрической формы основных отверстий и их торцов;

2) обеспечение заданных размеров, из которых главным являются диаметры основных отверстий, расстояние между осями и расстояние между торцами головок. Диаметры основных отверстий выполняют по 2—3-му классу точности; расстояния между их осями с точностью 0,05—0,2 мм, расстояния между торцами головок по 4-му и шпоночные пазы по 3-му классам точности;

Рисунок 7.12. – Конструктивные разновидности рычагов:

а
– прямой; б – изогнутый; в
– с центральным отверстием; г
– вильчатый; д –
с пересекающимися осями; е
– с разъемной головкой; ж
– серьга; a
– тяга; и
– вилка переводка

3) обеспечение взаимного расположения поверхностей; параллельность осей основных отверстий выдерживают в пределах 0,05 — 0,25 мм на 100 мм длины; перпендикулярность торцовых поверхностей головок к осям основных отверстий 0,1 —0,3 мм на 100 мм радиуса; параллельность торцовых поверхностей головок между собой в пределах 0,05—0,25 мм на 100 мм длины; у вилок обеспечивают перпендикулярность торцов лапы и торцов головки к оси основного отверстия в пределах 0,1—0,3 мм на 100 мм длины; несоосность основных отверстий наружной поверхности головок из условий прочности головок тяг, серег и других деталей, подверженных осевой нагрузке, не более 0,5—1 мм;

4) шероховатость поверхности основных отверстий выдерживают в пределах Ra =
= 2,5…0,5 мкм, а для торцов головок Ra
= 3,2 мкм. Для устранения возможного искривления рычаги из стали и ковкого чугуна часто подвергают правке до и в процессе обработки.

При изготовлении заготовок рычагов ковкой желательны простые формы, очерченные плоскими и цилиндрическими поверхностями: Следует избегать сложных пересечений и ребристых сечений. При изготовлении заготовок, штамповкой выбранная поверхность разъема должна обеспечивать легкую выемку заготовки из штампа и хорошее заполнение его рельефа металлом. Предпочтительна симметричная форма заготовки относительно поверхности разъема и разъем по плоской поверхности (а не по криволинейной). Это облегчает процесс штамповки к упрощает изготовление штампов; Необходимо стремиться к возможно меньшей разнице площадей поперечных сечений детали по ее длине и к отсутствию тонких стенок, высоких ребер, длинных и тонких отростков.

В массовом производстве заготовки рычагов получают поперечно-винтовой прокаткой и ковкой на ковочных вальцах. Эти методы высокопроизводительны при высоком коэффициенте использования материала. Плоские рычаги (типа серег) штампуют из листа соответствующей толщины.

При изготовлении заготовок литьем предпочтительнее прямолинейная

форма рычага вместо криволинейной. Это упрощает изготовление модели и формы, так как допускает разъем в одной плоскости. Конфигурация детали должна исключать необходимость подрезки поверхности разъема и применение отъемных частей модели для удаления ее из формы. Заготовки рычагов обычно отливают в песчаные формы. Заготовки стальных рычагов небольших размеров получают литьем по выплавляемым моделям.

В массовом и серийном производстве обработку производят в специальных приспособлениях, обеспечивая взаимное положение поверхностей рычага, расстояний между осями его основных отверстий и торцами головок.

Точность основных отверстий достигают применением мерного режущего инструмента, а торцовые поверхности фрезеруют, цекуют или шлифуют.

Маршрут обработки резанием рычагов следующий:

1) последовательная или одновременная обработка торцовых поверхностей головок (у заготовок, прошедших чеканку, эту обработку часто не производят);

2) обработка основных отверстий;

3) обработка шпоночных пазов или шлицевых поверхностей в основных отверстиях;

4) обработка вспомогательных отверстий, включая нарезание в них резьб (если необходимо). Применяют также варианты этого маршрута, в которых первая и вторая операции меняют местами или объединяют в одну.

Для обеспечения регламентированного распределения массы (для шатунов быстроходных двигателей) в конце маршрута вводят операцию по снятию необходимого количества металла с неответственных частей заготовки. Эта операция сопровождается контролем на специальной установке. На отдельных этапах обработки используют различные технологические базы. При фрезеровании торцовых поверхностей головок за базу принимают поверхности стержня рычага или поверхности головок; при их шлифовании за базу принимают противоположные поверхности головок, опирая их на поверхность магнитного стола. Для обработки основных отверстий в качестве базы выбирают обработанные поверхности головок и их наружные поверхности, в результате чего обеспечивается равная толщина стенок головок. Последующие заключительные этапы обработки выполняют на базе одного или двух основных отверстий с использованием опорного торца головки.

Принцип постоянства баз может быть полностью выдержан при обработке в приспособлениях-спутниках на автоматических линиях. В этом случае рычаги базируют и закрепляют за их стержень. Аналогичная схема встречается при обработке небольших рычагов в поворотных приспособлениях в условиях непоточного производства. Все операции обработки, включая цекование торцов головок, выполняют на вертикальных или радиально-сверлильных станках.

Поверхности головок целесообразно фрезеровать одновременно с двух сторон на горизонтально-фрезерном станке набором фрез с установкой заготовки 1
в приспособление (рис. 7.13).

А-А

Рисунок 7.13.– Схема фрезерования торцов головок рычагов

Для повышения производительности на столе станка могут быть установлены два приспособления 3,
и обработку заготовок 2
набором фрез 1 производят с маятниковой подачей стола 4
(рис. 7.14) либо приспособления 3
устанавливают на поворотный стол 4
(рис. 7.15). Заготовку 2
устанавливают в приспособление за время обработки набором фрез 1 другой заготовки во втором приспособлении. При обработке по схеме, приведенной на рис. 7.15, возможно фрезерование с перекладыванием заготовок. Учитывая малую жесткость рычагов, приспособление должно обеспечивать надежное крепление заготовки. Наиболее технологичны такие конструкции шатунов, у которых поверхности головок с каждой стороны расположены на одном уровне; то позволяет вести их обработку за один рабочий ход.

Рисунок 7.14 – Схема маятникового Рисунок 7.15 – Схема многоместного фрезерования поверхностей головок фрезерования головок рычагов

Рисунок 7.16 – Схема сверления Рисунок 7.17 – Схема сверления

Характерным пространственным отклонением заготовки, которое необходимо учитывать при расчете припусков на торцовые поверхности головок, является коробление.

В массовом и крупносерийном производстве обработку основных отверстий производят на агрегатных многошпиндельных одно- и многопозиционных станках, на вертикально-сверлильных станках с применением многошпиндельных головок, а также на протяжных станках. В серийном производстве основные отверстия обрабатывают на радиально- и вертикально-сверлильных станках со сменой инструмента в одной операции и быстросменных втулок в кондукторах. При групповой обработке применяют специальные многоместные приспособления и многоинструментные наладки.

Схема обработки первого основного отверстия рычага с помощью скальчатого кондуктора приведена на рис. 7.16. Базирование по торцу и наружной поверхности головки обеспечивает её равностенность. Этот кондуктор одновременно является и групповым приспособлением, предназначенным для обработки двух рычагов, различающихся размерами головок. Второе основное отверстие обрабатывают в другом кондукторе (рис. 7.17) который также предназначен для обработки обоих рычагов.

Рычаг устанавливают обработанным отверстием на базирующий палец кондуктора; при этом он лишается четырех степеней свободы. При опускании кондукторной плиты рычаг ориентируется и прижимается вниз, т. е. его лишают двух остальных степеней свободы. Расстояние между осями отверстий обеспечивают тем, что пальцы, на которые устанавливают рычаги обработанными отверстиями, расположены на определенных расстояниях от оси кондукторной втулки. Равностенность второй головки рычага при этом не обеспечивается, так как расстояние между осями бобышек в партии заготовок непостоянно. Наибольшая величина разностенности головки равна допуску на межосевое расстояние.

Схема приспособления для обработки отверстий при одном закреплении рычага приведена на рис. 149. Базами служат нижние и боковые поверхности головок, которыми они соприкасаются с центрирующими призмами. Наличие штамповых уклонов обеспечивает прижатие рычага призмами вниз. При этой схеме установки несоосность просверленного отверстия и контура левой головки равна δ/(2 sin ),

где δ —допуск на диаметр головки, а α— угол призмы. Несоосность контура правой головки отверстию увеличивается еще на допуск на межосевое расстояние.

Основные отверстия обрабатывают по маршруту: сверление, зенкерование,

одно- или двукратное Рисунок 7.18 – Схема приспособления развертывание. для сверления отверстий в головке

Применяют также маршрут: сверление, протягивание или прошивание. Для достижения точности 1-го класса и шероховатости Ra
< 0,32 мкм осуществляют тонкое растачивание и хонингование. Отверстия диаметром более 30 мм получают прошивкой или литьем (в небольших рычагах, получаемых точным литьем, можно получать отверстия и меньшего диаметра). В этом случае в маршрут включают вместо сверления предварительное зенкерование и последующие чистовые методы обработки.

Наибольшая параллельность осей отверстий достигается при одновременной их обработке несколькими инструментами на многошпиндельных станках. Несколько меньшая точность получается при последовательной обработке, но при одном закреплении заготовки (обработку осуществляют с перемещением стола расточного станка или на радиально-сверлильном станке); наименьшая точность получается при последовательной обработке отверстий на разных станках и в разных приспособлениях. Для достижения параллельности осей отверстия стержень рычага при закреплении не должен подвергаться изгибу. Это достигается приложением зажимных сил к головкам рычага. Непараллельность осей отверстий устраняют холодной правкой рычагов под прессом или вручную в специальных приспособлениях с последующим контролем.

В единичном и мелкосерийном производстве рычаги обрабатывают по разметке без приспособлений или с использованием приспособлений переналаживаемых типов. Основные отверстия и торцы обрабатывают на вертикальнорасточных станках, а в рычагах малых размеров и на токарных. При обработке на вертикально-расточных станках без приспособлений заготовку устанавливают с выверкой по рискам, разметке и с креплением ее прихватами. При одной установке стараются обработать наибольшее количество поверхностей заготовки, перемещая стол в поперечном и продольном направлениях. Точность отверстий достигается применением мерного режущего инструмента или чистовым растачиванием по методу пробных рабочих ходов и измерений. Межосевые расстояния обеспечиваются координатным методом растачивания, расстояния между торцами головок – методом пробных рабочих ходов. Обработку выполняют за два установа; при первом установе обрабатывают торцы головок с одной стороны, при втором – торцы головок с другой стороны и основные отверстия рычага. В последующих операциях обрабатывают остальные поверхности (шпоночные пазы, мелкие отверстия и др.) на фрезерных и сверлильных станках с использованием уже обработанных поверхностей в качестве баз для установки и выверки.

Рисунок 7.19 – Схема контроля Рисунок 7.20 – Схема контроля

В массовом и крупносерийном производстве рычаги контролируют с помощью приспособлений, а в производствах других видов с помощью универсальных измерительных средств. Неплоскостность торцов головок проверяют на контрольной плите по щупу. Расстояние между осями отверстий измеряют, вставляя в них гладкие контрольные оправки, а также измеряя микрометром или микрометрической скобой расстояние между оправками.

Расстояние между осями равно измеренному за вычетом радиусов оправок. Соосность расположения отверстий у вильчатых рычагов определяют гладким контрольным валиком, который должен без заеданий входить в оба отверстия. Непараллельность осей отверстий проверяют следующим образом. В отверстия рычага вставляют контрольные валики (рис. 7.19). Рычаг устанавливают в вертикальное положение на призмы. При покачивании рычага на нижней оправке определяются показания двух индикаторов 1 и 2,
расположенных на одинаковых расстояниях а
от торцов верхней головки. Разница показаний этих индикаторов указывает на непараллельность осей отверстий. Разность показаний двух горизонтально расположенных индикаторов 3
и 4
выявляет перекрещивание осей отверстий рычага в пространстве, доведенного до упора 5.
Перпендикулярность торцов головок к осям основных отверстий проверяют индикатором при установке рычага на контрольной оправке в центрах (рис. 7.20) или с помощью щупа, используя контрольный валик с буртом.

8. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ СБОРКИ

Сборка — образование соединений составных частей изделия. Соединения могут быть разъемными и неразъемными (соединение свинчиванием, запрессовыванием, сваркой, склеиванием и пр.).

Сборочные работы составляют значительную долю общей трудоемкости изготовления машины. В зависимости от типа производства трудоемкость сборки составляет от (20...30) % в массовом и до (30...40) %
в единичном производстве. Основная часть слесарно-сборочных работ представляет собой ручные работы, требующие больших затрат физического труда и высокой квалификации рабочих.

Вышеизложенное показывает, что при изготовлении машины сборке принадлежит ведущая роль. Технологические процессы изготовления деталей в большинстве случаев подчинены технологии сборки машины. Следовательно, сначала должна разрабатываться технология сборки машины, а затем — технология изготовления деталей.

В зависимости от условий, типа и организации производства сборка имеет различные организационные формы (поточную и не поточную, стационарную и подвижную, узловую и общую).

Технологический процесс сборки представляет собой часть производственного процесса, содержащую действия по установке и образованию соединений, составных частей изделия.

Технологический процесс сборки обычно разрабатывают поэтапно:

— в зависимости от объема выпуска (заданной программы) устанавливается целесообразная организационная форма сборки, определяются ее такт и ритм;

— осуществляется технологический анализ сборочных чертежей для отработки конструкции на технологичность;

— производятся размерный анализ конструкций, расчет размерных цепей и разрабатываются методы достижения точности сборки (полная, неполная, групповая взаимозаменяемость, регулировка и пригонка);

— определяется целесообразная степень дифференциации или концентрации сборочных операций;

— устанавливается последовательность соединения всех сборочных единиц и деталей изделия и составляются технологические схемы узловой и общей сборки;

— разрабатываются (или выбираются) наиболее производительные, экономичные и технически обоснованные способы сборки, способы контроля и испытаний;

— разрабатываются (или выбираются) необходимое технологическое или вспомогательное оборудование и технологическая оснастка (приспособления, режущий инструмент, монтажное и контрольное оборудование);

— производятся техническое нормирование сборочных работ и определение экономических показателей;

— разрабатывается планировка, оборудование рабочих мест и оформляется техническая документация на сборку.

Одним из основных этапов проектирования, в большой степени определяющих эффективность технологических процессов сборки, является анализ технологичности конструкции. В соответствии со стандартами ЕСТПП требования к технологичности сборочной единицы разбиты на 3 группы:

1) требования к составу сборочной единицы;

2) требования к конструкции соединения составных частей; 3) требования к точности и методу сборки.

Требования к составу сборочной единицы:

— сборочная единица должна расчленяться на рациональное число составных частей с учетом принципа агрегатирования;

— конструкция сборочной единицы должна обеспечивать возможность компоновки из стандартных и унифицированных частей;

— сборка изделия не должна обусловливать применение сложного технологического оснащения;

— виды используемых соединений, их конструкции и месторасположение должны соответствовать требованиям механизации и автоматизации сборочных работ;

— в конструкции сборочной единицы и ее составных частей, имеющих массу более 20 кг, должны предусматриваться конструктивные элементы для удобного захвата грузоподъемными средствами, используемыми в процессе сборки, разборки и транспортирования;

— конструкция сборочной единицы должна предусматривать базовую составную часть, которая является основой для расположения остальных составных частей;

— компоновка конструкции сборочной единицы должна позволять производить сборку при неизменном базировании составных частей;

— в конструкции базовой составной части необходимо предусматри-

вать возможность использования конструктивных сборочных баз в качестве технологических и измерительных;

— компоновка сборочной единицы должна обеспечивать общую сборку без промежуточной разборки и повторных сборок составных частей;

— компоновка составных частей сборочной единицы должна обеспечивать удобный доступ к местам, требующим контроля, регулировки и проведения других работ, регламентированных технологией подготовки изделия к функционированию и техническому обслуживанию;

— компоновка сборочной единицы должна предусматривать рациональное расположение такелажных узлов, монтажных опор и других устройств для обеспечения транспортабельности изделия.

Требования к конструкции соединений составных частей:

— количество поверхностей и мест соединений составных частей в общем случае должно быть наименьшим;

— места соединений составных частей должны быть доступны для механизации сборочных работ и контроля качества соединений;

— соединение составных частей не должно требовать сложной и необоснованно точной обработки сопрягаемых поверхностей;

— конструкции соединений составных частей не должны требовать дополнительной обработки в процессе сборки.

Требования к точности и методу сборки:

— точность расположения составных частей должна быть обоснована и взаимосвязана с точностью изготовления составных частей;

— выбор места сборки для данного объема выпуска и типа производства должен производиться на основании расчета и анализа размерных цепей;

— расчет размерных цепей следует производить, используя методы максимума-минимума — метод полной взаимозаменяемости, или, основанный на теории вероятностей, метод неполной взаимозаменяемости.

В качестве примечания можно отметить, что стандарт рекомендует применять метод максимума-минимума только при расчете коротких размерных цепей (менее пяти) с высокой точностью замыкающего звена или многозвенных размерных цепей с малой точностью замыкающего звена.

В большинстве случаев, при решении сборочных размерных цепей рекомендуется применять метод неполной взаимозаменяемости.

В зависимости от типа производства используются также другие методы достижения точности замыкающего звена: метод групповой взаимозаменяемости; метод регулирования; метод пригонки.

Метод полной взаимозаменяемости
экономично применять в крупносерийном и массовом производстве. Основан метод на расчете размерных цепей на максимум-минимум. Метод прост и обеспечивает 100 %-ную взаимозаменяемость. Недостаток метода – уменьшение допусков на составляющие звенья, что приводит к увеличению себестоимости изготовления и трудоемкости.

Метод неполной взаимозаменяемости
заключается в том, что допуски на размеры деталей, составляющие размерную цепь, преднамеренно расширяют для удешевления производства. В основе метода лежит положение теории вероятности, согласно которому крайние значения погрешностей, составляющих звеньев размерной цепи встречаются значительно реже, чем средние значения. Такая сборка целесообразна в серийном и массовом производствах при многозвенных цепях.

Метод групповой взаимозаменяемости
применяют при сборке соединений высокой точности, когда точность сборки практически недостижима методом полной взаимозаменяемости (например, шарикоподшипники). В этом случае детали изготовляют по расширенным допускам и сортируют в зависимости от размеров на группы так, чтобы при соединении деталей, входящих в группу, было обеспечено достижение установленного конструктором допуска замыкающего звена.

Рисунок 8.1.–. Размерная цепь для межосевого расстояния цилиндрической зубчатой передачи

Недостатками данной сборки являются: дополнительные затраты на сортировку деталей по группам и на организацию хранения и учета деталей; усложнение работы планово-диспетчерской службы.

Сборка методом групповой взаимозаменяемости применяется в массовом и крупносерийном производствах при сборке соединений обеспечение точности которых другими методами потребует больших затрат.

Сборка методом пригонки
трудоемка и применяется в единичном и мелкосерийном производствах.

Метод регулирования
имеет преимущество перед методом пригонки, так как не требует дополнительных затрат и применяется в мелко- и среднесерийном производствах.

Разновидностью метода компенсации погрешностей является способ сборки плоскостных соединений с применением компенсирующего материала (например, пластмассовой прослойки).

Особое внимание следует уделять при сборке размерным цепям, составляющими звеньями которых являются разные геометрические параметры, так как решение этих цепей проверяет на совместимость допуски, установленные на основе различных нормативных источников.

На рис. 8.1 показана параллельно-звеньевая размерная цепь, замыкающим звеном А
Δ которой является монтажное межосевое расстояние зубчатой передачи с отклонениями, нормируемыми стандартом, а составляющими звеньями являются: А1 —
расстояние между осями гнезд корпуса (отклонения определяются из расчета данной цепи); А2
и A3
— отклонения от соосности наружной и внутренней поверхностей подшипниковых втулок; А4
и А5
— смещения осей базовых шеек валов на половину зазора под воздействием распорной силы (зазоры определяются расчетом и выбором посадок); A6
и А7
— отклонения от соосности мест посадки шестерен по отношению к базовым шейкам валов (определяется с учетом допустимого радиального биения шестерен).

Для разработки последовательности сборочных операций необходимо провести расчленение собираемого изделия на составные части. При этом учитывают следующие требования:

— сборочную единицу не следует расчленять в процессе сборки, транспортировки и монтажа;

— сборочным операциям предшествуют подготовительные и пригоночные работы, которые выделяют в самостоятельные операции;

— габаритные размеры сборочных единиц устанавливают с учетом наличия подъемно-транспортных средств;

— сборочная единица должна состоять из небольшого числа деталей и сопряжений для упрощения организации сборочных работ;

—сокращать число деталей, подаваемых непосредственно на сборку, за исключением базовой детали и крепежа;

— изделие следует расчленять так, чтобы его конструкция позволяла осуществлять сборку с наибольшим числом сборочных единиц.

Последовательность сборки (сборочных операций) разрабатывают, соблюдая следующие требования:

— предшествующие операции не должны затруднять выполнение последующих операций;

— для поточной сборки разбивка процесса на операции должна осуществляться с учетом такта сборки;

— после операций, содержащих регулирование или пригонку, необходимо предусмотреть контрольные операции;

— если изделие имеет несколько размерных цепей, то сборку начинают с наиболее сложной и ответственной цепи;

— в каждой размерной цепи сборку необходимо за-

вершать установкой тех элементов соединения, ко-

Рисунок.8.2. Сборочная

торые образуют ее замыкающее звено;

единица (вал с червяч-

при наличии нескольких размерных цепей с общиным колесом)

ми звеньями сборку начинать с элементов той цепи, которая в наибольшей степени влияет на точность изделия.

Технологические схемы, являясь первым этапом разработки технологического процесса, в наглядной форме отражают маршрут сборки изделия и его составных частей. Технологические схемы сборки составляют на основе сборочных чертежей изделия.

На технологических схемах каждая деталь или сборочная единица обозначается прямоугольником, разделенным на три части. В верхней части прямоугольника указывают наименование детали или сборочной единицы, в левой нижней части — номер, присвоенный детали или сборочной единице на сборочных чертежах изделия, в правой нижней части — число собираемых элементов.

Для определения последовательности сборки изделия и его составляющих частей разрабатывают технологические схемы сборки. На рис. 8.2 показана сборочная единица (вал с червячным колесом), а на рис. 8.3 — технологическая схема его сборки

Рисунок 8.3 –. Технологическая схема сборки сборочной единицы

Сборочные единицы обозначают буквами «Сб» (сборка). Базовыми называются детали или сборочные единицы, с которых начинается сборка. Каждой сборочной единице присваивается номер ее базовой детали. Например, «СБ4» — сборочная единица с базовой деталью 4 (ступица колеса).

Технологическую схему сборки строят в следующей последовательности.

В левой части схемы (рис. 8.3) указывают базовую деталь или базовую сборочную единицу. В правой части схемы указывают собираемое изделие в сборе. Эти два прямоугольника соединяют горизонтальной линией

Выше этой линии прямоугольниками обозначают все детали, входящие непосредственно в изделие, в порядке, соответствующем последовательности сборки.

Ниже этой линии прямоугольниками обозначают сборочные единицы, непосредственно входящие в изделие.

Схемы сборки сборочных единиц могут строиться как отдельно (по приведенному выше правилу), так и непосредственно на общей схеме, развивая ее в нижней части схемы (под линией).

Технологические схемы сборки сопровождаются подписями, если они не очевидны из самой схемы, например, «Запрессовать», «Сварить», «Проверить на биение» и т. д.

Технологические схемы сборки одного и того же изделия многовариантные. Оптимальный вариант выбирают из условия обеспечения заданного качества сборки, экономичности и производительности процесса при заданном масштабе выпуска изделий. Составление технологических схем целесообразно при проектировании сборочных процессов для любого типа производства. Технологические схемы упрощают разработку сборочных процессов и облегчают оценку изделия на технологичность.

Технологические процессы сборки типовых сборочных единиц, сборки неподвижных разъемных соединений (резьбовых, шпоночных, шлицевых и т. п.), сборки неразъемных соединений (пластическим деформированием, сваркой, пайкой, склеиванием), сборки различных передач машин и механизмов (зубчатые, цепные и др.) описаны в соответствующей справочной литературе.