Основы технологии машиностроения 9785942756697

1,387 52 27MB

Russian Pages 569 Year 2013

Report DMCA / Copyright

DOWNLOAD FILE

Основы технологии машиностроения
 9785942756697

Citation preview

ДЛЯ ВУЗОВ

Â.Ô. Áåçúÿçû÷íûé

ÎÑÍÎÂÛ ÒÅÕÍÎËÎÃÈÈ ÌÀØÈÍÎÑÒÐÎÅÍÈß Äîïóùåíî Ó÷åáíî-ìåòîäè÷åñêèì îáúåäèíåíèåì âóçîâ ïî îáðàçîâàíèþ â îáëàñòè àâòîìàòèçèðîâàííîãî ìàøèíîñòðîåíèÿ (ÓÌÎ ÀÌ) â êà÷åñòâå ó÷åáíèêà äëÿ ñòóäåíòîâ âûñøèõ ó÷åáíûõ çàâåäåíèé, îáó÷àþùèõñÿ ïî íàïðàâëåíèþ ïîäãîòîâêè «Êîíñòðóêòîðñêî-òåõíîëîãè÷åñêîå îáåñïå÷åíèå ìàøèíîñòðîèòåëüíûõ ïðîèçâîäñòâ»

ÌÎÑÊÂÀ «ÌÀØÈÍÎÑÒÐÎÅÍÈÅ» 2013

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

УДК 621.9(075) ББК 34.5 Б 39

Рецензенты: кафедра «Технология машиностроения» Орловского государственного технического университета; доктор технических наук, профессор А. С. Васильев.

Б 39

Безъязычный В.Ф. Основы технологии машиностроения: учебник для вузов. — М.: Машиностроение, 2013. — 568 с.: ил. ISBN 978-5-94275-669-7 Изложены основы технологии машиностроения в соответствии с программой учебного курса. Даны основные понятия и положения, основы базирования, основы проектирования технологических процессов, общие принципы обработки деталей, причины возникновения погрешностей при механической обработке. Приведены расчет режимов резания, методика выбора способа обработки деталей, основы технического нормирования, пути повышения производительности станочных операций. Показана последовательность проектирования технологических процессов сборки. Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств».

УДК 621.9(075) ББК 34.5 ISBN 978-5-94275-669-7 © В.Ф. Безъязычный, 2013 © ООО «Издательство «Машиностроение», 2013

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Содержание Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Глава 1. Исторический обзор развития технологии машиностроения . . . . . 10 1.1. Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.2. Основоположники научного развития технологии машиностроения в современный период . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Глава 2. Основные понятия и положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.1. Понятие о конструктивно-сборочных элементах машины. Характеристика объекта производства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.2. Анализ конструкции и условий работы деталей, узлов и машин в целях установления технологических требований к обработке и сборке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.3. Производственный и технологический процессы в машиностроении. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.4. Структура технологического процесса. Структура операции . . . . 44 2.5. Основные факторы, влияющие на построение технологического процесса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.6. Исходные данные для проектирования технологического процесса обработки детали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Глава 3. Принципиальные основы проектирования технологических процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.1. Исходные условия, которым должен удовлетворять технологический процесс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.2. Масштаб производства и его влияние на производственный процесс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.3. Определение количества деталей в партии при серийном производстве . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 3.4. Поточное производство и особенности его технологических процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 3.5. Концентрация и дифференциация технологических процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 3.6. Последовательность обработки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

4

СОДЕРЖАНИЕ

Глава 4. Общие принцины технологии обработки деталей . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.1. Разработка конструктивных форм детали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.2. Общая характеристика технологических процессов. . . . . . . . . . . . 97 4.3. Формообразование при обработке на металлорежущих станках . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 4.4. Методы получения образующей и направляющей линии . . . . . . 104 4.5. Методы образования поверхностей при различных способах обработки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 4.6. Понятие о настройке станков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 4.7. Методы получения заданных размеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 4.8. Погрешности настройки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Глава 5. Технологичность конструкции изделия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 5.1. Основные теоретические положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 5.2. Качественная оценка технологичности конструкции изделия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 5.3. Количественная оценка технологичности конструкции изделия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 5.4. Производственная технологичность изделий . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Глава 6. Базирование и базы в машиностроении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 6.1. Основные теоретические сведения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 6.2. Классификация баз. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 6.3. Правила выбора баз. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 6.4. Погрешность базирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 6.5. Опоры и их обозначение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 Глава 7. Виды заготовок для деталей машин и способы их изготовления 174 7.1. Общие соображения по выбору заготовок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 7.2. Способы изготовления заготовок. Характеристика конструктивных, технологических и экономических параметров заготовок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 7.3. Однородность материала заготовок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 7.4. Технико-экономическое обоснование выбора заготовок. . . . . . . 187 7.5. Заготовительное производство . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 Глава 8. Предварительная обработка заготовок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 8.1. Термообработка заготовок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 8.2. Очистка заготовок перед механической обработкой . . . . . . . . . . 201 8.3. Правка заготовок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 8.4. Отрезка заготовок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 8.5. Центрование заготовок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 Глава 9. Классификация параметров поверхностного слоя деталей. Влияние качества поверхностного слоя на эксплуатационные свойства деталей машин. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 9.1. Классификация параметров поверхностного слоя и их характеристика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

СОДЕРЖАНИЕ

5

9.2. Влияние качества поверхностного слоя на эксплуатационные свойства деталей машин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 Глава 10. Управление формированием поверхностного слоя деталей машин. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 Глава 11. Технологические размерные цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 11.1. Виды технологических размерных цепей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 11.2. Основные понятия и определения, относящиеся к теории размерных цепей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 11.3. Расчет погрешности замыкающего звена размерной цепи. . . . 250 11.4. Методы достижения точности замыкающего звена . . . . . . . . . . 251 Глава 12. Припуски на обработку деталей машин. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 12.1. Общие замечания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 12.2. Основные определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 12.2. Основные факторы, влияющие на величину припуска . . . . . . . 262 12.3. Методы определения припусков на обработку . . . . . . . . . . . . . . 274 12.4. Расчет длинновых технологических операционных размеров с применением теории графов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 Глава 13. Основные причины погрешностей при механической обработке. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 13.1. Погрешности кинетической схемы обработки . . . . . . . . . . . . . . 286 13.2. Влияние погрешностей изготовления режущего инструмента и приспособлений на точность обработки . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 13.3. Влияние на точность обработки температурных деформаций станка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 13.4. Влияние на точность обработки температурных деформаций режущего инструмента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 13.5. Влияние на точность обработки температурных деформаций обрабатывамемых заготовок . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 13.6. Влияние на точность обработки размерного износа резца . . . 295 13.7. Влияние на точность обработки внутренних напряжений в заготовках . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 13.8. Жесткость технологической системы и ее влияние на точность обработки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 13.9. Расчетное определение жесткости токарного станка при обработке и погрешность обработки, связанная с жесткостью станка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 13.9. Определение суммарной погрешности механической обработки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 Глава 14. Статистические методы исследования качества изделий . . . . . . . 317 Глава 15. Выбор и расчет режимов резания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 15.1. Общие требования, которым должен удовлетворять режим резания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

6

СОДЕРЖАНИЕ

15.2. 15.3. 15.4. 15.5. 15.6. 15.7.

Назначение периода стойкости режущего инструмента . . . . . . 328 Теоретические положения по назначению режимов резания . 330 Общие положения по оптимизации режима резания . . . . . . . . 346 Выбор экономического режима резания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 Выбор режима резания наибольшей производительности . . . . 355 Выбор и расчет режима резания при многоинструментной обработке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358

Глава 16. Обеспечение точности механической обработки . . . . . . . . . . . . . . 366 16.1. Методы настройки станков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 16.2. Расчет режимов резания, обеспечивающих требуемое качество обработки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 16.3. Управление процессом обработки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 Глава 17. Основы технического нормирования в машиностроении . . . . . . 388 17.1. Понятие о технических нормах времени и нормах выработки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 17.2. Предмет и метод курса техническое нормирование . . . . . . . . . 388 17.3. Связь технического нормирования с технологией, организацией, планированием производства, заработной платой и себестоимостью продукции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391 17.3.1. Техническое нормирование и технологические процессы изготовления изделий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 17.3.2. Техническое нормирование и организация труда . . . . . 393 17.3.3. Техническое нормирование и оплата труда. . . . . . . . . . . 393 17.3.4. Техническое нормирование и заводское планирование на производстве . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 17.3.5. Техническое нормирование и себестоимость продукции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 17.4. Методы нормирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 17.5. Классификация затрат времени на рабочем месте. . . . . . . . . . . 400 17.6. Структура нормы времени и ее элементы . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 17.7. Основная формула технологического времени и ее преобразование для различных станочных работ . . . . . . . 409 17.8. Определение вспомогательного времени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 17.9. Определение времени обслуживания рабочего места . . . . . . . . 412 17.10. Определение подготовительно-заключительного времени . . . 412 17.11. Определение времени на отдых и естественные надобности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 17.12. Нормирование работ при многостаночном обслуживании . . 413 Глава 18. Технико-экономическая эффективность технологических процессов механической обработки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426 18.1. Общие положения по экономической оценке технологического процесса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426 18.2. Критерии для оценки технико-экономической эффективности технологических процессов механической обработки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

СОДЕРЖАНИЕ

18.3. Структура и элементы технологической себестоимости обработки деталей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.4. Срок окупаемости капитальных вложений для осуществления новых технологических процессов . . . . . . . 18.5. Трудоемкость изготовления детали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.6. Расход материала на одну деталь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.7. Показатели, характеризующие степень использования средств производства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.8. Соотношения между элементами нормы времени . . . . . . . . . . . 18.9. Сравнение и анализ технико-экономических показателей при выборе варианта технологического процесса . . . . . . . . . . . 18.10. Графический способ экономического сравнения вариантов технологических процессов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

428 438 443 444 445 446 448 451

Глава 19. Пути повышения производительности станочных операций и их эффективность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455 19.1. Технологический и рабочий циклы металлорежущих станков различных типов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455 19.2. Показатели, характеризующие производительность станков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472 19.2.1. Абсолютная производительность. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475 19.2.2. Производительность резания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475 19.2.3. Производительность формообразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476 19.2.4. Штучная производительность станка на данной операции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477 19.3. Производительность технологическая, теоретическая, реальная и фактическая . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478 19.4. Основные пути повышения производительности станков на технологических операциях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489 19.5. Эффективность снижения слагаемых штучного времени . . . . . 495 Глава 20. Методика выбора способов обработки поверхностей деталей и комповновки технологических операций процесса изготовления детали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498 20.1. Определение последовательности выполнения операции . . . . . 498 20.2. Виды и формы технологических карт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505 20.3. Порядок заполнения маршрутной и операционной карт . . . . . 506 20.4. Оформление карт операционных эскизов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518 Глава 21. Проектирование маршрутных технологических процессов сборки узлов и машин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525 21.1. Основные определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525 21.2. Последовательность проектирования технологии сборки . . . . . 526 21.3. Размерный анализ конструкций при сборке . . . . . . . . . . . . . . . . 527 21.3.1. Методы достижения точности замыкаемого звена.. . . . . . . . . 527 21.4. Сборочные размерные цепи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529 21.5. Методы расчета размерных цепей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534 21.5.1. Основные расчетные формулы.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

8

СОДЕРЖАНИЕ

21.6. Последовательность расчетов размерных цепей (прямая задача). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538 21.7. Составление схемы сборки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542 21.8. Проектирование маршрутной технологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545 Глава 22. Основные направления дальнейшего развития технологии машиностроения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552 22.1. Организационно-технологические задачи развития технологии машиностроения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552 22.2. Технологические задачи развития машиностроения . . . . . . . . . 554 22.3. Общие концепции развития технологий производства ГТД. . . 555 22.4. Технико-экономические характеристики машиностроительного завода будущего . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557 22.5. Основные предпосылки создания машиностроительного завода будущего . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562 Список рекомендуемой литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Предисловие

Учебная дисциплина «Основы технологии машиностроения», предусмотренная Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 151900 — Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств (квалификация «бакалавр»), является одной из главных специальных дисциплин, в которой изучаются теоретические основы общей учебной дисциплины под названием «Технология машиностроения». В настоящее время, особенно в последние годы, издано много учебников и учебных пособий по этой учебной дисциплине. Все они в той или иной степени обобщают методику изучения теоретических основ технологии машиностроения в различных вузах. Особенностью данного учебника, по мнению автора, является то, что в нем четко показано единство технических и экономических позиций, ибо технология машиностроения — это наука о процессах изготовления деталей и сборки из них машин и механизмов с минимальными затратами труда как живого, так и овеществленного. Другой особенностью учебника является то, что при написании отдельных глав использованы последние научные достижения в области расчета операционных размеров, определения погрешностей обработки, обусловленных процессом резания, расчетного определения параметров качества поверхностного слоя обработанных поверхностей, управления процессом обработки и др. В данном учебнике частично использованы как отдельные рукописные конспекты лекций, так и опубликованные в печати результаты научных исследований моего учителя кандидата технических наук, доцента Штанко Михаила Григорьевича, который, к сожалению, ушел из жизни. Эту работу автор учебника посвящает светлой памяти о нем.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

П Е Р В А Я

Исторический обзор развития технологии машиностроения

1.1. Общие положения Первым и основным условием существования человеческого общества является труд, который доставляет человеку необходимые средства существования. Чтобы жить, людям надо иметь пищу, одежду, обувь, жилище, топливо и т.п. Чтобы иметь эти материальные блага, надо производить их. Производство материальных благ составляет жизненную основу всякого общества. Уровень общественного производства зависит от уровня развития производительных сил общества, в частности от орудий труда, производственного опыта и навыков людей к труду. По мере развития орудий труда и производственных сил происходило постепенное разделение труда людей. Рост производственных сил и появление разнообразных видов ремесла, а затем и различных отраслей промышленности обусловил накопление из поколения в поколение опыта, методов, приемов переработки природных продуктов в продукты, необходимые и полезные для жизни людей. Выработанные трудом ряда поколений работников определенной отрасли промышленности методы и приемы технического характера в совокупности составляют технологию данного производства. Каждая отрасль промышленности основывается на использовании этих методов и приемов и имеет свою технологию производства. Слово технология заимствовано из греческого языка. В буквальном переводе оно означает «учение о ремесленном искусстве».

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

11

Заметим, что поколениями накапливался опыт, разрабатывались такие методы и приемы производства того или иного продукта, которые в данных условиях требовали минимальных затрат времени, труда и материальных средств. Технология того или иного производства вырабатывалась таким образом, что обеспечивала выработку продукта определенного качества при минимальных затратах труда. Она менялась и совершенствовалась по мере развития и совершенствования орудий производства и, в свою очередь, совершенствуясь, вызывала необходимость создания новых более совершенных орудий. Создание в производстве продуктов определенного качества должно осуществляться с наименьшей затратой общественно необходимого овеществленного и живого труда при наиболее рациональном использовании в этом процессе сил природы. Изучение проблем, связанных с этим процессом, и составляет основу изучения технологии. Определение технологии дано известным русским ученым Д. И. Менделеевым: «Технология — учение о выгодных (т. е. поглощающих наименее труда людского и энергии природы) приемах переработки природных продуктов в продукты потребные (необходимые, полезные и удобные) для применения в жизни людей».1 Им же была подчеркнута экономическая сторона этого учения. Он писал: «Хотя технология по своему предмету глубоко отличается от социально-экономических учений, но у ней с ними много прямых и косвенных связей, так как экономия (сбережение) труда и материала (сырья), а через них времени и сил составляет первую задачу всякого производства и существо учения о фабрично-заводских производствах теряет почву, если утрачивается из виду выгодность (экономичность) производства.2 Учение о технологии производства зародилось на базе общественного процесса производства в крупной промышленности, благодаря расчленению сложного процесса изделия на отдельные простые процессы (операции). Это упростило и облегчило как изучение опыта промышленности, так и его систематизацию, а затем благодаря этому созданы и условия для научного обоснова1 2

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Менделеев Д.И. Технология. Энциклопедический словарь Брокгауза и Эфрона. Т. 65. 1901. Там же.

12

ГЛАВА 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

ния технологии и превращения ее в науку. Известный экономист К. Маркс подчеркнул огромное значение развития крупной промышленности и огромное значение расчленения сложных производственных процессов на отдельные простые процессы для дела развития науки о технологии. Он писал: «Принцип крупной промышленности: всякий процесс производства, взятый сам по себе и прежде всего безотносительно к руке человека, разлагать на его составные элементы создал всю современную науку технологии».3 Маркс придавал огромное значение этой науке и считал, что: «Технология раскрывает активное отношение человека к природе, непосредственный процесс производства его жизни, а следовательно, и общественных отношений его жизни и вытекающих из них духовных представлений.4 В трудах К. Маркса предсказаны пути развития технологии: а) развитие поточного производства и превращение его в автоматизированное производство; б) развитие электрификации производственных процессов; в) замена механической технологии химической. Общеизвестно, что в настоящее время в мире имеет место широкое развитие массового поточного производства. Массовый выпуск различного вида продукции, автомобилей, сельскохозяйственных машин, вагонов, тракторов, электродвигателей, приборов, различных видов металлоизделий осуществляется с минимальными затратами труда и минимальной себестоимостью при наиболее совершенной организации производства — непрерывным поточным методом. Современное поточное производство насыщено большим количеством высокопроизводительных автоматических машин. От отдельных автоматических машин непрерывного действия осуществляется переход к непрерывно действующей системе машин — автоматическим поточным линиям и автоматическим цехам и заводам. Маркс писал: «Комбинированная рабочая машина, представляющая теперь расчлененную систему разнородных отдельных рабочих машин и групп последних, тем совершеннее, чем непрерывнее весь выполняемый процесс, т.е. чем с меньшим перерывом сырой материал переходит от первой до последней фазы 3 4

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Маркс К. Капитал. Том I. Госполитиздат. 1949 г. С. 491. Там же, с. 281.

1.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

13

процесса, следовательно, чем в большей мере передвигается он от одной фазы к другой не рукой человека, а самим механизмом».5 Непрерывные методы поточного производства завоевывают все новые отрасли. В машиностроении, которое по своей технологии является производством сложным, прерывистым, наиболее трудно поддающимся автоматизации, в последние годы поточные методы и автоматизация находят все более широкое применение. На заводах имеется большое количество автоматических поточных линий для обработки головок и блоков двигателей тракторов и автомобилей, изготовления поршней, поршневых пальцев, валов электродвигателей, болтов и гаек, отдельных деталей машин и др. Количество таких автоматических станочных линий для обработки разнообразных деталей на заводах увеличивается. К. Маркс и Ф. Энгельс внимательно следили за развитием и применением электричества. Когда во второй половине XIX столетия были проведены первые опыты передачи электрической энергии на дальние расстояния, Ф. Энгельс указывал, что это означает революцию в технике. Он предвидел, что электрификация вызовет переворот в развитии производительных сил и окажет революционное воздействие на ход истории человеческого общества. Развитие электрификации полностью подтверждает это прозорливое предвидение. Наряду с широким внедрением электропривода во всех отраслях промышленности и развитием электрометаллургии наблюдается развитие известных и появление новых отраслей электротехнологии: электротермии, многочисленных разнообразных видов электросварки, электроосаждения металлов, электроэрозионных видов обработки (электроискровой, электроимпульсный и др.), электроконтактной обработки, электрического шлифования и полирования, и других методов обработки. Прогноз К. Маркса, отмечавшего, что по мере овладения человечеством химическими методами и реакциями, механическая обработка будет все более и более уступать место химическому воздействию, в полной мере оправдывается всем ходом современного развития производства. В машиностроении, например, получили широкое распространение химико-термические (цементация, азо5

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Маркс К. и Энгельс Ф. Соч. Т. XVII. М.-Л., 1937. С. 418—419.

14

ГЛАВА 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

тирование), химико-механические (полирование, доводка при помощи химических паст), электрохимические (лужение, цинкование, меднение, хромирование, латунирование, никелирование и др.), химические (травление) и другие методы обработки. Развитие химии сделало возможным создание большого количества новых полимерных материалов, например пластмасс, с новыми ценными свойствами. Различные пластмассы, применяющиеся в настоящее время во все увеличивающемся количестве в машиностроении, обладают высокой прочностью, устойчивостью против коррозии, прозрачностью, антифрикционными свойствами и во многих случаях не только с успехом заменяют металлы, но и сами являются незаменимыми. Технология изготовления деталей из пластмасс проста, высокопроизводительна, и поэтому в приборостроении, например, большое количество деталей изготовляется из этих материалов. Как уже отмечалось, технология машиностроения — наука о процессах изготовления деталей и сборки из них машин и механизмов с минимальными затратами труда как живого, так и овеществленного. Задачи технологии машиностроения в настоящее время могут быть сформулированы следующим образом: обеспечение изготовления с минимальными затратами труда и материальных средств машиностроительной продукции, надежной и долговечной в эксплуатации, по качеству не уступающей передовым стандартам мировой техники. Полнота использования техники машиностроительных и металлообрабатывающих заводов в значительной мере зависит от внедрения в производство передовых технологических процессов. Совершенствование технологии — важнейшее средство повышения производительности труда, снижения себестоимости продукции и улучшения ее качества. В вопросах технологии изготовления изделий из металла русская наука и техника имеют неоспоримое первенство. Изучая по многочисленным памятникам старины, архивным материалам, отдельным изданиям и сохранившимся до нашего времени техническим сооружениям историю техники в нашей стране, мы находим все новые и новые примеры и доказательства тому, что русский народ предлагал, начиная с древних веков, образцы решений технических задач, в том числе и технологических, превосходящих во

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

15

многих случаях достижения заграничной техники своего времени. В таких примерах нашли свое яркое отражение характерные черты русского народа — талантливость, техническая сметка, наблюдательность, работоспособность, патриотизм. Широко известны имена пионеров русского машиностроения А. Нартова, Я. Батищева, И. Ползунова, А. Сурнина, П. Захаво и др. Андрей Нартов, замечательный механик, ученый, конструктор и, добавим от себя, технолог, автор и создатель совершенных по конструкции токарно-копировальных станков для обработки металлов, родился 7 апреля 1680 г. в Москве. Обучался в «школе математических и навигацких наук», открытой Петром I. Нартов был придворным токарем у Петра I, а затем заведовал механической мастерской Академии Наук. В то время токарем назывался механик, имевший солидную теоретическую подготовку в области математики, геометрии, механики и даже экономии. Токарь сам делал и совершенствовал инструменты, создавал станки, а потому должен был знать другие ремесла, в частности столярное и слесарное. А. Нартов был именно таким токарем. В июне 1718 г. Нартов был отправлен за границу для усовершенствования в науках. К тому времени он оставил далеко позади своих учителей, как по токарному делу, так и по механике. Петр I дал Нартову большое количество поручений, в числе которых было задание купить новые машины для мастерской царя. Ознакомившись с положением дел в Лондоне, славившимся тогда искусством своих токарей-механиков, Нартов быстро убедился в том, что у иностранцев ничего нового перенять не придется, потому что отечественные «механикусы» их основательно опередили. Он писал по этому поводу царю в марте 1719 г.: «… Здесь таких токарных мастеров не нашел и чертежи машинам, которые ваше царское величество приказал здесь сделать, я мастерам казал и оные сделать по ним не могут». Из этого письма видно, что в XVIII веке отечественная техника развивалась и обгоняла запад. Нартов на 70 лет опередил англичанина Генри Модслея, предложившего суппорт к токарному станку. Как известно, с появлением суппорта в большей степени увеличилась точность обработки деталей на станках. Яков Батищев жил и работал в первой половине XVIII столетия в Туле и Петербурге. Будучи простым солдатом, он являлся

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

16

ГЛАВА 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

конструктором-самоучкой и изобретателем станков для многопозиционной операционной обработки различных деталей, в частности, станков для обработки ружейных стволов, каждый из которых заменял работу пяти человек. Станки обрабатывали несколько деталей одновременно, обеспечивали высокую производительность и, в то же время, не имели равных за границей. Выдающимся конструктором станков и технологом, организовавшим с большим успехом обработку деталей оружия на Тульских и других оружейных заводах, был Алексей Сурнин. Производство оружия в XVIII веке было одним из массовых производств. Сохранился любопытный документ, удостоверяющий успехи А. Сурнина в этой области, — повеление Екатерины II от 10 февраля 1794 г., в котором отмечалось: «…тульского оружейного мастера Алексея Сурнина, обучавшегося с успехом в Англии и показавшего на опыте искусство свое в делании разного рода огнестрельного оружия, повелеваем определить мастером оружейного дела и надзирателем всего до делания ружья касающегося, дав ему для обучения потребное число учеников, жалования же производить по пятьсот рублей в год». Это по тому времени была очень крупная сумма. Замечательным ученым и техником, прославившим свою родину, был И. Ползунов, родившийся в Екатеринбурге в 1728 г. В 1763 г. он создал проект паровой машины. Машина эта, в противовес существовавшим в то время громоздким деревянным водяным колесам, должна была состоять из металла. Получив разрешение из Петербурга, И. Ползунов приступил к постройке машины на Барнаульском заводе без помощи заводского начальства, лишь с двумя юношами учениками, да несколькими чернорабочими, без всяких предварительных опытных моделей. Ползуновым была начата постройка рабочей машины для обслуживания воздуходувки на десять плавильных печей. Высота машины — более 11 м. Оборудована она была двумя цилиндрами, длина каждого цилиндра составляла около трех метров. В мае 1766 г. строительство машины было закончено, но надорванный непосильным трудом, лишениями и бедностью, гениальный создатель умер от скоротечной чахотки. Ему было всего лишь 38 лет. Машина Ползунова замечательна не только тем, что это был первый в мире паровой двигатель промышленного назначения оригинальной конструкции. Она была снабжена распределитель-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

17

ным устройством, питание котла водой было автоматизировано, в ней был установлен первый в мире экономайзер — прибор для подогрева воды теплом отходящих газов из топки. Эта машина, вместе с тем, является образцом, свидетельствующим о том, что ее создатель и строитель учитывал и грамотно использовал технологические возможности, которые были в его распоряжении. Как мы говорим в настоящее время, машина была технологичной для того времени. Машину, например, можно было создать с одним цилиндром, но Ползунов не пошел на это упрощение, так как оно приводило к усложнению технологии изготовления мощного двигателя. Цилиндры имели диаметр в 32 дюйма. Если бы он сделал одноцилиндровый двигатель такой же мощности, то пришлось бы установить цилиндр диаметром в 45 дюймов. Обработка такого громадного цилиндра была непосильна для Барнаульского завода. Цилиндры для насосов диаметром в 38 дюймов в то время отливались на королевском пушечном дворе в Вене, специализировавшемся на литье и обработке цилиндров. Ползунову же предстояло отливать и обрабатывать цилиндр не в Вене, а на Барнаульском заводе (на Алтае), плавящем медную и серебряную руды и не имевшему никакого оборудования, кроме плавильных печей, воздуходувных мехов и рудодробилок. Несмотря на это Ползунов блестяще справился с отливкой и обработкой цилиндров. Учет технологических возможностей изготовления при создании, разработке новых конструкций машин и станков — это отличительные черты русского машиностроения в прошлом. Изучение и научное обобщение производственных процессов началось в первой четверти прошлого столетия. Приоритет в разработке основ технологии как науки о ремеслах и заводах принадлежит русскому академику В. М. Севергину, опубликовавшему в первой четверти XIX века в «Технологическом журнале» Академии Наук ряд статей по вопросам технологии.6 Это были первые работы, обобщающие производственный опыт в области технологии. В 1817 г. профессор Московского университета И. Двигубский издал книгу «Начальное основание технологии как краткое опи6

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

«Технологический журнал» Академии Наук. 1804—1822 гг. Статьи акад. В. М. Севергина.

18

ГЛАВА 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

сание работ на заводах и фабриках производимых». В этой книге Двигубский дает следующее определение технологии: «Технология есть наука, показывающая перерабатывание естественных произведений, или есть описание ремесел». Первым капитальным трудом, посвященным технологии металлообработки, является труд профессора И. А. Тиме в трех томах «Основы машиностроения. Организация машиностроительных фабрик в техническом и экономическом отношении и производство в них работ» (1885 г.). Во второй половине XIX века в связи с быстрым развитием машиностроения получила развитие и технология производства машин. В организованных в России высших технических учебных заведениях в Петербурге, Москве, Харькове, Киеве, Риге, Томске было введено преподавание технологии металлов. Одними из первых русских ученых, создавших курс технологии металлов, были И. А. Тиме, А. В. Гадолин, А. П. Гавриленко, А. Д. Гатцук и др. В течение многих лет курс механической технологии металлов в Петербургском Технологическом институте читал член Российской Академии наук А. В. Гадолин (1828—1892). А. В. Гадолин был почетным членом многих научных российских и зарубежных учреждений. Им впервые создан курс «Артиллерийской технологии» и написаны такие труды, как «Механическая технология металлов», «Формовка», «Чугунно-литейное дело» и другие. В статье «О переменных скоростях вращения шпинделей в токарных и сверлильных станках», опубликованной в журнале «Записки императорского русского технического общества» (СПБ, 1876 г., выпуск 4-й), А. В. Гадолин предложил изящную теорию построения чисел оборотов шпинделей станков по закону геометрической прогрессии, составляющую основу кинематического расчета станков, прочно вошедшую в практику станкостроения. Эта работа А. В. Гадолина — первая в области теории (кинематического расчета) металлорежущих станков, и приоритет в этой области отечественной науки неоспорим. Многочисленные и разнообразные способы обработки металлов были систематизированы и обобщены выдающимся русским инженером и педагогом А. П. Гавриленко (1861—1914). Он сочетал инженерную деятельностью с педагогической. С 1888 г. он являлся профессором Московского Высшего Технического училища, а за-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

19

тем, начиная с 1905 г., его четыре раза избирали директором этого училища. А. П. Гавриленко поднял работу в училище на большую высоту и пользовался огромной популярностью. Из многочисленных его трудов наиболее крупными и известными являются «Паровые машины» и «Механическая технология металлов», 4-е издание которого вышло в 1924—1926 гг. Вопросы обработки материалов резанием в технологии машиностроения имеют большое значение. Обработка снятием стружки была и остается основным способом формообразования деталей, обеспечивающим наиболее высокую точность. Русские ученые являются основоположниками и создателями науки о резании металлов. Начиная с 1868 г., процесс резания металлов становится предметом углубленного изучения. В этой области широко известны труды И. Тиме, А. К. Зворыкина, А. Брикса, Н. Н. Савина, Я. Г. Усачева и др. Эти русские ученые впервые дали научное обоснование явлений, наблюдаемых при резании металлов. Результаты работы по исследованию процесса резания опубликованы в книге И. Тиме «Исследования. Сопротивление металлов резанию», 1870 г. Свои исследования И. Тиме производил в г. Луганске на строгальном станке. К. А. Зворыкин производил опыты, исследуя процесс резания, в Харькове в Технологическом институте. Результаты этой работы были представлены им в книге «Работа и усилия, необходимые для отделения металлических стружек», 1893 г. А. Брикс, преподаватель Артиллерийской академии в Петербурге, провел глубокий анализ результатов исследований И. Тиме и К. А. Зворыкина. На основании анализа экспериментальных материалов Бриксом были сделаны выводы, определяющие важнейшие направления дальнейших исследований в области резания металлов. В 1896 г. была опубликована монография «Резание металлов. Строгание». Выкладки Н. Н. Савина по исследованию процесса резания опубликованы в книге «О сопротивлении материалов резанию», 1908 г., и «Вестнике технолога» № 17 за 1910 г. в статье под названием «Технология резания». Следует отметить, что И. Тиме, К. А. Зворыкин и Н. Н. Савин были профессорами высших учебных заведений. Я. Г. Усачев не имел высшего образования, однако он был экс-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

20

ГЛАВА 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

периментатором с богатейшей инженерной интуицией. Применяя металлографический микроскоп для изучения процесса резания, он на десятилетия опередил зарубежных ученых. Приведенные примеры говорят о том, что в прошлом русские инженеры и ученые прокладывали путь для развития современной науки об изготовлении машин и механизмов. В ХХ веке крупный вклад в науку о машиностроении сделал профессор А. Д. Гатцук. В результате проделанной работы (1924 — 1925 гг.) под руководством профессора А. Д. Гатцука был создан проект стандарта на допуски в машиностроении. Этот проект послужил основой нашей государственной системы допусков, и, как показали более поздние работы по международной стандартизации, эта система допусков была и остается более совершенной, чем любая из зарубежных систем. С введением в учебные планы вузов новой дисциплины «Технология машиностроения» необходимо было внести ясность в ее содержание. Нужно было отмежевать новое учение от смежных дисциплин. В курсе «Металлорежущие станки» находится в центре внимания станок, в курсе «Режущие инструменты» — инструмент, в курсе «Организация производства» — производственный процесс цеха или завода в целом. Курс «Учение о резании металлов» рассматривает вопросы стружкообразования, стойкости инструмента, сил, возникающих при резании, и т.д. Учебный курс «допуски и технические измерения» выделен в самостоятельный благодаря наличию в нем элементов метрологии. В курсе «Технологии машиностроения» в центре внимания находится деталь. Эта дисциплина заняла прочное место в учебных планах вузов. В отраслевых вузах, кроме того, появились технология автотракторостроения, технология самолетостроения, технология приборостроения, технология сельскохозяйственного машиностроения и др. В это же время было дано определение технологии машиностроения как науки о процессах изготовления деталей и сборки из них машин и механизмов с минимальными затратами труда и материальных средств. К первым научным трудам по технологии машиностроения относятся работы А. П. Соколовского, вышедшие в 1930—1932 гг. в пяти томах, и книга А. И. Каширина «Основы проектирования технологических процессов», вышедшая в 1933 г., в которой был

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

21

обобщен опыт автотракторной промышленности в области технологии. Следует подчеркнуть, что технология машиностроения как научная дисциплина появилась в результате изучения и обобщения опыта, накопленного машиностроительной промышленностью благодаря деятельности государственных научно-исследовательских институтов, инженеров и рабочих новаторов производства. Выясним подробное содержание курса технологии машиностроения и связь его со смежными дисциплинами. Современное машиностроение может развиваться при условии, что затраты времени и труда на единицу изделия будут снижаться, т. е. производительность труда повышается. Отсюда вытекает определение технологии машиностроения как науки о процессах изготовления деталей и сборки из них машин и механизмов с минимальными затратами труда, как живого, так и овеществленного. Процесс изготовления машин может быть разделен на три этапа: изготовление заготовок, обработка деталей и, наконец, сборка из последних изделий. В заготовительных цехах (литейном, кузнечном, прессовом и др.) основное внимание при изготовлении заготовок обращается на обеспечение качества металла заготовок и его механических свойств. Окончательная форма детали и точные размеры во многих случаях придаются в процессе механической обработки. При сборке детали соединяются между собой таким образом, чтобы получить готовое изделие. Механическая обработка в машиностроении является основным средством обеспечения высокой точности. Во многих случаях трудоемкость механической обработки деталей в общей трудоемкости изготовления машины высока, стоимость затрат на механическую обработку велика, так как в механических цехах работает дорогостоящее оборудование, рабочие и инженерно-технический персонал имеют сравнительно высокую квалификацию, поэтому расходы на зарплату высоки. Этим объясняется, почему наука о технологии машиностроения начала развиваться в направлении исследования процессов механической обработки и сборки. Эти части общего технологического процесса изготовления машин являются центральными и в большей степени определяющими всю постановку производства на заводе. При возрастающей точности

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

22

ГЛАВА 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

современного машиностроения полностью заменить механическую обработку деталей, несмотря на совершенствование методов ковки и штамповки, литья и других процессов формообразования деталей, не удается. Технология сборки машин имеет многоотраслевую специфику (сборка самолетов, сборка сельскохозяйственных машин, сборка локомотивов, сборка крупных дизелей и т.д.). Однако в ней в настоящее время выделено много общих положений, действительных для всех отраслей машиностроения, составляющих основы технологии сборки машин. Технологический процесс обработки детали — это совокупность действий рабочей машины (станка), инструмента и труда рабочего над заготовкой. Деталь служит основным объектом рассмотрения при изучении технологии машиностроения. Технолога интересует прежде всего процесс изменения заготовки и превращения ее в деталь. Его основная задача — обеспечить изготовление детали в соответствии с чертежом и техническими условиями с минимальной себестоимостью. Деталь задана чертежом, станок, инструмент и приспособление он должен выбрать сам при разработке технологического процесса. Технолог должен при этом учитывать особенности заготовки, ее форму и размеры, знать особенности и возможности станка, инструмента и различных приспособлений, учитывать труд рабочего. Необходимо также учитывать технологию сборочного цеха, куда пойдет деталь после обработки. Таким образом, технолог рассматривает процесс комплексно во всей его сложности и координирует действие всех участвующих в нем факторов. Отсюда следует, что технология машиностроения характеризуется следующими признаками: 1) объектом ее изучения является деталь в процессе обработки; 2) дисциплина носит комплексный характер. Технология машиностроения базируется на смежных дисциплинах: «Металлорежущие станки», «Учение о резании материалов», «Допуски и технические измерения», «Режущие инструменты» и дисциплинах общетехнических: «Металловедение и термическая обработка», «Теоретическая механика», «Высшая математика» и др. Развиваясь с ростом и качественными изменениями машиностроения, технология машиностроения, вместе с тем, и сама оказывает существенное влияние на технический прогресс в деле соз-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

23

дания новых конструкций машин, станков и инструментов и т. п. Технолог — создатель способов, методов производства того или иного изделия, той или иной продукции. От методов производства во многом зависят уровень производительности труда, использование техники, качество и себестоимость продукции. Изменяя способы изготовления продукции, технологи открывают путь для наилучшего использования техники. В то же время, в результате непрерывных поисков наиболее эффективных технологических процессов вырабатываются требования на новые машины, станки, приборы и инструмент. Таким образом, технологи не только содействуют успешному применению техники, но и в значительной мере определяют характер и свойства того оборудования, которое нужно создать. В развитии технологии машиностроения как научной дисциплины можно отметить три этапа. В работах И. А. Тиме, А. В. Гадолина, А. П. Гавриленко и других осуществилась в основном лишь систематизация производственного опыта и были установлены некоторые исходные положения принципиального характера, в настоящее же время наука о методах изготовления машин базируется на большом числе крупных исследований, проведенных отечественными учеными по основным вопросам, связанным с построением технологических процессов, а также на научном обобщении передового опыта наших машиностроительных заводов. Первый этап развития технологии машиностроения (1933— 1934 гг.) как научной дисциплины — это размежевание со смежными дисциплинами, четкая формулировка цели и содержания, сбор и частичная систематизация опытного заводского материала. Второй этап (1934—1939 гг.) — сбор и систематизация обширного опыта отечественной и мировой машиностроительной промышленности, типизация технологических процессов. Содержание типизации технологических процессов — классификация деталей и их элементов по конструктивным и технологическим признакам и разработка на основе обобщения передового опыта типовых технологических процессов для каждого класса деталей и их элементов. В результате типизации огромного количества разнообразных технологических процессов, порожденных опытом и интуицией технологов, их количество может быть сведено к конечному огра-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

24

ГЛАВА 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

ниченному числу типов. Типизация позволила обширный материал технологии машиностроения расположить в определенном порядке, подчинив этот порядок классификации деталей машин. В результате дисциплина получила большую стройность. Основные принципы типизации были сформулированы А. П. Соколовским, опубликовавшим работы в этой области в 1938 г. Третий этап — научная разработка основных вопросов технологии изготовления деталей и сборки машин, таких как: структура технологических процессов и степень их концентрации, теория точности машиностроительного производства, качество поверхности деталей, производительность механической обработки и сборки, технико-экономическая эффективность технологических процессов, взаимная связь технологии изготовления и конструкций изделий и др. На этом этапе технология машиностроения находится в настоящее время. Между дисциплинами, имеющими своим предметом конструирование объектов производства — машин и их деталей (сопротивление материалов, теория машин и механизмов, детали машин и др.), и технологией машиностроения имеется существенное различие в характере и построении. Конструктор дает ответ на вопрос «что изготовлять» и при этом используют данные технических наук, расчетные методы для обоснования своих решений. Технолог указывает, «как изготовлять». Пока технология машиностроения находилась на первом и втором этапах обоснования своих решений, технолог не мог воспользоваться расчетами. В условиях ремесленного производства такие расчеты были бесполезными. С развитием машиностроения появилась потребность в таких расчетах, например, расчеты, обосновывающие ожидаемую точность обработки при запроектированном технологическом процессе и режиме резания, расчеты экономичности запроектированных процессов и т.д. Появилась потребность научного обоснования технологических процессов. В работе технолога расчеты, базирующиеся на данных современных технических наук, должны занять такое же место, как и при конструировании деталей и машин в целом. Специфической особенностью большинства технологических расчетов является то, что технолог не может пользоваться «запасами надежности», как это делается при конструировании, так как

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

25

такие расчеты при определении, например, ожидаемой точности обработки, потеряли бы смысл. Кроме чисто технических вопросов технологу приходится сталкиваться с вопросами организационными и экономическими. Следовательно, методика расчетов у технолога должна быть иной, чем у конструктора. Большую роль в развитии научных основ технологии машиностроения сыграли научно-исследовательские институты, технологические отделы и лаборатории ряда крупных заводов, ученые, инженерно-технические работники заводов и рабочие новаторы производства. В годы восстановления промышленности после окончания Гражданской войны (1922—1927 гг.) было создано несколько институтов по проектированию новых заводов на основе применения передовой техники и коренной реконструкции старых заводов, в том числе машиностроительных — Гипромаш. Этим институтом были разработаны нормативные материалы для проектирования технологических процессов обработки деталей и сборки изделий и проектирования цехов машиностроительных заводов и заводов в целом. Гипромашем были выполнены работы по проектированию многих крупных машиностроительных заводов страны с учетом применения передовой технологии производства машин. В это же время был организован специальный институт по разработке вопроса рациональной организации производства и его технологии — «Оргметалл», оказавший в этом направлении большую помощь заводам. В 1928—1937 гг. на всех крупных машиностроительных заводах были созданы мощные заводские лаборатории, росли научно-исследовательские учреждения в промышленности. Были созданы такие институты, как Центральный научно-исследовательский институт технологии и машиностроения (ЦНИИТМАШ), Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков (ЭНИМС), НИИХИММАШ и др. ЦНИИТМАШем совместно с Заводом тяжелого машиностроения выполнено большое количество работ по созданию крупных агрегатов, невиданных ранее мощностей для различных отраслей промышленности (крупнейшие экскаваторы, буровые установки, шахтные машины, гидротурбины, паровые турбины и др.) и разработке технологии их изготовления и сборки.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

26

ГЛАВА 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

В 1938 г. организован ЭНИМС, на который была возложена научно-исследовательская работа в области станкостроения, разработки типажа, конструирования новых станков, разработки методов расчета металлорежущих станков и т. д. В течение 1934— 1940 гг. в ЭНИМСе были спроектированы и на заводе «Станкоконструкция» изготовлены отечественные агрегатные станки, сыгравшие огромную роль в деле механизации и автоматизации технологических процессов машиностроения и внедрения поточных методов производства. Агрегатные станки послужили основой для создания в будущем автоматических линией и автоматических заводов. В 1931 г. образован Институт машиноведения Академии наук — научный центр машиностроения. В этом институте выполнен ряд работ по разработке крупных научных проблем, имеющих важное значение для технологии машиностроения — работы по изучению качества поверхности, по трению и износу в машинах и др. В настоящее время в различных отраслях машиностроения созданы и работают научно-исследовательские технологические институты, задачей которых является проведение работ, связанных с изысканием новых прогрессивных технологических процессов, их механизацией и автоматизацией. Так, например, типизация технологических процессов, разработка технологических нормативов, разработка новых методов изготовления и автоматизации процессов обработки деталей на заводах тракторного и сельскохозяйственного машиностроения возложены на НИИ тракторсельхозмаш, в автомобильной промышленности — на НИИавтопром, в авиационной промышленности — на НИАТ и т. д. В технологических отделах и лабораториях таких заводов, как ЗИЛ, ГАЗ, ГПЗ-1, «Красный пролетарий» и других, была разработана и применена на практике методика проектирования высокопроизводительных технологических процессов изготовления и сборки изделий, обобщен технологический опыт и разработано большое количество технологических нормативов. Выполнена большая работа по внедрению передовых технологических процессов и методов поточного производства при изготовлении автомобилей, подшипников качения, металлорежущих станков и других изделий. Произведены работы по автоматизации многих технологических процессов обработки сложных деталей этих изделий.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1.2. ОСНОВОПОЛОЖНИКИ НАУЧНОГО РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД

27

Дополнительно упомянем наиболее значимые работы, выполненные отечественными учеными в области разработки научных основ технологии машиностроения.

1.2. Основоположники научного развития технологии машиностроения в современный период Поскольку решение научных и производственных проблем связано с конкретными учеными и руководителями научных коллективов (научных школ), расскажем о некоторых из них. Остановимся на характеристиках тех школ и тех проблемах, которые, на наш взгляд, являются основополагающими. Соколовский Александр Павлович — основатель научной школы технологии машиностроения. А. П. Соколовский впервые издал учебник «Курс технологии машиностроения», в основу которого были положены теоретические вопросы, связанные с жесткостью технологических систем, вибрациями при резании материалов, вопросы точности механической обработки, теории базирования, типизации технологических процессов. А. П. Соколовский совместно с инженером К. В. Вотиновым впервые ввел понятие «жесткость технологической системы» как отношение силы резания, действующей по нормали к обрабатываемой поверхности, к перемещению инструмента в том же направлении. Это очень важная характеристика технологической системы, без учета которой невозможно характеризовать точность обработки, обеспечить в процессе обработки ее требуемое значение. Следует отметить, что в настоящее время выпускаемое металлорежущее оборудование содержит в паспортах значение жесткости отдельных его узлов. Существуют стандарты на жесткость металлорежущего оборудования. Разработаны методики по определению жесткости технологической оснастки и режущего инструмента. A. П. Соколовский впервые обосновал необходимость и разработал направления расчетного определения точности механической обработки на металлорежущих станках. Его капитальные труды, такие как «Расчеты точности обработки на металлорежущих станках», «Точность механической обработки и пути ее повышения» и другие, являются актуальными и в настоящее время. К сожалению, в связи с застоем в развитии науки о резании материалов разработки А. П. Соколовского остались без внима-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

28

ГЛАВА 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

ния. Об этом будет сказано позднее. Но в настоящее время, в связи с разработкой расчетных методов определения технологических условий обработки, получили дальнейшее развитие направления, впервые разработанные А. П. Соколовским. Идеи типизации технологических процессов, предложенные А. П. Соколовским, получили развитие в работах профессора С. П. Митрофанова, который разработал теоретические положения по формированию групповых технологических процессов, что явилось теоретической основой для создания принципов обработки на гибких производственных линиях и участках. А. П. Соколовский в течение длительного периода возглавлял кафедру технологии машиностроения Ленинградского политехнического института, ныне Санкт-Петербургского государственного технического университета. Им воспитана плеяда выдающихся ученых, которые продолжили развитие научной школы по управлению точностью обработки. К их числу следует отнести М. А. Ансерова, А. С. Азарова, Л. С. Мурашкина, В. А. Скрагана, Э. В. Рыжова и др. Нельзя не отметить существенный вклад в развитие теоретических проблем технологии машиностроения профессора А. И. Каширина. Его научные разработки в области изучения вибраций при механической обработке легли в основу расчетного определения припусков на механическую обработку, изучения динамики технологической системы и ее влияния на точность обработки, шероховатость и волнистость обработанной поверхности. Учебник по технологии машиностроения, изданный профессором А. И. Кашириным в пятидесятых годах прошлого столетия, актуален и в настоящее время. Неоценимый вклад в развитие научных основ технологии машиностроения внес профессор Виктор Михайлович Кован. Работы Кована и его учеников (профессоров В. С. Корсакова, А. В. Косиловой и др.) легли в основу разработки расчетно-аналитических методов определения припусков на механическую обработку и построения структур технологических операций. В них рассмотрены также вопросы базирования заготовок в процессе обработки. К сожалению, в силу недостаточного развития в тот период смежных наук не была решена задача расчетного определения припусков и допусков на механическую обработку во взаимосвязи с

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1.2. ОСНОВОПОЛОЖНИКИ НАУЧНОГО РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД

29

базированием и структурой технологических операций. Эта проблема была решена значительно позднее в работах профессора Б. С. Мордвинова и др. Заканчивая рассказ о научной школе профессора В. М. Кована, нельзя не упомянуть о работах профессора Владимира Сергеевича Корсакова. В. С. Корсаков продолжил разработку расчетных методов определения точности механической обработки, а именно, составляющих суммарной погрешности обработки, но наиболее существенным его вкладом в развитие научных основ технологии машиностроения является разработка расчетных методов определения точности технологической оснастки, теоретических основ их конструирования и автоматизации. Работы В. С. Корсакова, несмотря на то, что они были выполнены в 50-х годах прошлого столетия, нисколько не устарели и не утратили своей актуальности. На сегодняшний день не существует более современных и принципиально новых разработок. Разве что работы профессора В. В. Микитянского и В. Б. Ильицкого, посвященные проблемам определения технологической (контактной) жесткости приспособлений. Наряду с расчетными методами определения точности (погрешности) обработки, которые, как упоминалось выше, разрабатывались профессорами А. П. Соколовским, В. М. Кованом, В. С. Корсаковым и др., начиная с 30-х годов двадцатого столетия достаточно глубоко и подробно изучались статистические методы исследования точности. В этом направлении наряду с А. П. Соколовским следует отметить исследования профессоров А. Б. Яхина, Н. А. Бородачева и др. Применительно к решению технологических задач ими разработаны методы математической статистики и теории вероятностей для анализа точности процессов механической обработки и сборки. Завершая анализ развития научных основ технологии машиностроения в области исследования точности обработки, базирования и связанных с этим проблем, нельзя не отметить работы Маталина Андрея Александровича. Существенным вкладом А. А. Маталина в развитие научных основ технологии машиностроения является дальнейшее развитие проблем базирования при механической обработке и сборке, а также определение погрешностей обработки, связанных с базированием. Однако наиболее заметным вкладом А. А. Маталина в научные основы технологии машиностроения

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

30

ГЛАВА 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

является разработка теоретических и экспериментальных методов исследования поверхностного слоя после механической обработки. В числе первых ученых, работающих в этой области, он установил влияние параметров качества поверхностного слоя на важнейшие эксплуатационные свойства деталей машин. Его книга «Качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин», изданная в 50-х годах XX века, до сих пор является одним из уникальных изданий по содержанию и методологии изложения состояния вопроса. Им издан также капитальный научный труд «Технология механической обработки». Уже после смерти А. А. Маталина вышел его учебник «Технология машиностроения», который, по нашему мнению, является одним из лучших для технических вузов. К сожалению, в работах А. А. Маталина вопросы качества поверхностного слоя и его влияния на эксплуатационные свойства изучались на основе экспериментов, однако эти результаты и объяснение на их основе физического смысла рассматриваемых процессов позволили в настоящее время разработать расчетные методы определения изучаемых параметров поверхностного слоя и их взаимосвязи с эксплуатационными свойствами. Балакшин Борис Сергеевич — основоположник создания теории размерных цепей при решении проблем механической обработки и сборки изделий. Причем эти решения связаны с теорией базирования при выполнении операций механической обработки и сборки. Под руководством профессора Б. С. Балакшина впервые созданы системы адаптивного управления технологическими процессами механической обработки на металлорежущих станках. Продолжателями научной школы профессора Б. С. Балакшина являются член-корреспондент Российской Академии наук Ю. М. Соломенцев, профессора И. М. Колесов, А. А. Гусев, Б. М. Базров и др. Ю. М. Соломенцевым с использованием систем адаптивного управления решена проблема оптимизации технологического процесса обработки деталей с обеспечением требуемой точности и производительности обработки, а также заданных эксплуатационных свойств изделий. А. А. Гусев разработал теоретические основы автоматизации выполнения сборочных операций. Теория размерных цепей, разработанная школой профессора Б. С. Балакшина и широко применяемая как при исследованиях, так и в производстве, предусматривает неизменность сборочных

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1.2. ОСНОВОПОЛОЖНИКИ НАУЧНОГО РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД

31

размерных цепей как при сборке, так и в процессе эксплуатации. В действительности это не всегда справедливо, особенно при сборке тонкостенных, нежестких деталей, а также изделий, работающих при высоких нагрузках и значительных температурах. Возникает проблема решения упругодеформируемых сборочных размерных цепей. Это достаточно сложная и актуальная проблема, которая требует своего решения. Научные основы выполнения сборочных операций и, в целом, технологических процессов также изучались профессорами М. П. Новиковым и В. С. Корсаковым. Ими разработаны основы сборки машин и механизмов. Следует заметить, что проблемы, возникающие при решении сборочных процессов, разработаны недостаточно и требуют дальнейшего изучения. Несправедливо, однако, не отметить работы в этом направлении профессора Антона Михайловича Дальского. Им рассмотрены вопросы сборки высокоточных машин и соединений с возможной деформацией сопрягаемых деталей и вопросы возможных погрешностей сборки. Даются методики проведения таких расчетов. Однако в работах школы профессора А. М. Дальского рассмотрены сопряжения по элементарным поверхностям (круговым цилиндрическим, круговым коническим и плоским поверхностям). В действительности же в сборочных узлах типа авиационных двигателей и др. реальный контакт деталей может быть одновременно по нескольким поверхностям. В результате может возникать деформация деталей в различных направлениях, т.е. объемное деформирование. Таким образом, требуется дальнейшая работа в этом направлении. Изучение данной проблемы с учетом взаимного влияния свойств при изготовлении деталей продолжено д-ром техн. наук А. С. Васильевым. Михаил Осипович Якобсон сделал существенный вклад в исследование качества поверхностного слоя. Им были обобщены результаты экспериментального исследования параметров поверхностного слоя (шероховатости поверхности, остаточных напряжений, степени и глубины наклепа). Экспериментально исследовано влияние режимов резания и геометрии инструмента, а также свойств обрабатываемого и инструментального материалов на качество поверхностного слоя. Нельзя не отметить заслуги Эдуарда Вячеславовича Рыжова в области исследования качества поверхностного слоя и разра-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

32

ГЛАВА 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

боток по технологическому обеспечению параметров, характеризующих поверхностный слой. Э. В. Рыжовым впервые изучено влияние технологических условий обработки на износостойкость н контактную жесткость, а также разработаны рекомендации по их технологическому обеспечению. Дальнейшие разработки в этом направлении выполнены профессорами А. Г. Сусловым, О. А. Горленко, В. И. Аверченковым и др. Исследованию влияния параметров поверхностного слоя на усталостную прочность деталей, работающих при повышенных температурах и высоких нагрузках, посвящены работы профессоров А. М. Сулимы, В. С. Мухина и др. Установлена различная степень влияния параметров поверхностного слоя на эксплуатационные свойства при температуре окружающей среды и повышенной температуре. Профессором А. М. Сулимой доказано, что при повышенной температуре глубина наклепа в поверхностном слое снижает усталостную прочность детали, а остаточные напряжения сжатия и растяжения не оказывают влияния на эксплуатационные свойства деталей. Профессор В. С. Мухин установил так называемые «температурно-ресурсные барьеры», разделяющие зоны, где параметры поверхностного слоя влияют на эксплуатационные свойства и где они несущественны. Эти зоны характеризуются определенными значениями температур, при которых работают детали в период эксплуатации. Следует отметить существенный вклад ученых в развитие расчетных методов определения параметров качества поверхностного слоя. Теория расчетного определения остаточных напряжений при механической обработке от теплового воздействия была разработана профессором А. В. Подзеем, а теоретические основы расчетного определения остаточных напряжений в поверхностном слое при обработке резанием на основе учета силового воздействия разработаны профессором Б. А. Кравченко. Теоретические разработки по одновременному учету как теплового, так и силового воздействий были выполнены профессором В. Ф. Безъязычным. Анализируя заслуги ученых, внесших существенный вклад в развитие науки о резании материалов, необходимо особо отметить работы следующих ученых. Николай Николаевич Зорев в свое время возглавлял научную школу по изучению процессов резания, предполагая, что все явле-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1.2. ОСНОВОПОЛОЖНИКИ НАУЧНОГО РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД

33

ния в зоне резания обусловлены преимущественно силовыми факторами. Тепловое воздействие считалось вторичным. Н. Н. Зоревым введено понятие «сопротивление обрабатываемого материала пластическому сдвигу», разработана методика его определения, что в дальнейшем позволило перейти к расчетному определению сил резания. В разработке механики процесса резания принимали также активное участие ученые В. А. Кривоухов, А. И. Исаев, М. И. Клушин, В. Ф. Бобров и М. Ф. Полетика. Особо следует отметить работы М. Ф. Полетики, выполнившего исследования по изучению контактных нагрузок на режущих поверхностях инструмента. Им установлены закономерности изменения контактных давлений и напряжений вдоль рабочих поверхностей режущего инструмента. Использование этих закономерностей позволило в дальнейшем получить расчетные зависимости для определения сил резания и температуры в зоне резания. Арон Наумович Резников один из первых разработал теорию тепловых процессов в зоне резания. Он является основоположником школы теплофизиков в области резания. Им применен для описания тепловых процессов в зоне резания метод тепловых источников. На основе этого метода впервые были созданы методики расчета температурных полей в зоне резания, что позволило создать теорию управления ими в процессе обработки с целью повышения производительности обработки и получения требуемого качества поверхностного слоя. Дальнейшая глубокая проработка этих вопросов выполнена профессорами Н. В. Талантовым, С. С. Силиным и др. Николай Васильевич Талантов имеет большие заслуги в области изучения физических основ процесса резания и изнашивания режущего инструмента. Им обоснована и доказана объемность зоны контактного взаимодействия обрабатываемого материала и режущего инструмента. Это позволило в дальнейшем как Н. В. Талантову, так и С. С. Силину решить теоретически задачу по определению температуры в зоне резания с учетом объемных источников тепла, что существенно повысило точность расчетов. Теоретические положения, установленные профессором Н. В. Талантовым, позволили развивать решение проблем, связанных с износом режущего инструмента, вибрациями в зоне резания и др.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

34

ГЛАВА 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Сергеем Семеновичем Силиным на основе использования теории подобия установлены закономерности по математическому описанию процесса резания (физических явлений при резании) с одновременным учетом как силового, так и теплового воздействий. Это было сделано впервые, и более надежных и достоверных решений в настоящее время нет. С. С. Силиным получены теоретические зависимости для определения сил резания, расчетного определения температуры резания для использования в технологических расчетах. Им разработаны теоретический метод определения обрабатываемости материалов резанием (скорости резания), теоретический расчет сопротивления обрабатываемого материала пластическому сдвигу и др. Исследования, выполненные научной школой профессора С. С. Силина, позволили на более высоком уровне развивать работы профессора А. П. Соколовского по исследованию проблем точности обработки, расчетным методам определения параметров качества поверхностного слоя (шероховатость, остаточные напряжения, степень и глубина наклепа), установить расчетные зависимости по влиянию технологических условий обработки на эксплуатационные свойства изделий. Алексей Дмитриевич Макаров изучал процессы теплофизики резания. Его заслуга — в установлении факта существования оптимальной температуры резания, при которой наблюдается минимум износа режущего инструмента. Для каждого сочетания инструментального и обрабатываемого материалов существует только одно значение температуры, при котором износ инструмента будет минимальный, но величина его может изменяться при различных сочетаниях технологических условий обработки. Достоинством этого открытия является то, что при обработке с оптимальной температурой резания в ряде случаев получается наиболее благоприятное качество поверхностного слоя. Следует отметить результаты научных исследований профессора Виктора Константиновича Старкова. Достоинство этих работ в том, что установлен критерий, характеризующий процесс обработки резанием, в виде энергии, накопленной обрабатываемым материалом в результате упрочнения в процессе обработки, которая рассматривается как интегральная характеристика напряженно деформированного состояния поверхностного слоя по-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1.2. ОСНОВОПОЛОЖНИКИ НАУЧНОГО РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД

35

сле обработки резанием. Ее величина определяется упругими искажениями кристаллической решетки, обусловленными наличием дислокаций. Скрытая энергия в поверхностном слое обработанной детали является комплексной характеристикой и удовлетворительно коррелируется с эксплуатационными свойствами детали. Чем ниже уровень накопленной в поверхностном слое энергии, тем выше эксплуатационные свойства изделий. Проблема в том, что в настоящее время нет надежных и несложных экспериментальных и расчетных методов определения этого показателя качества поверхности. Если это будет сделано, возможна разработка сравнительно простой системы управления качеством поверхностного слоя. В авиадвигателестроении очень широко используются отделочно-упрочняющие методы обработки деталей, не подвергающихся высоким температурам. Эти вопросы (теоретические и экспериментальные) достаточно подробно освещены в работах профессоров Д. Д. Папшева, Л. А. Хворостухина, Ю. Г. Проскурякова, А. П. Бабичева, А. В. Киричека, Ю. М. Смелянского, Э. В. Рыжова, А. Г. Суслова, В. Ю. Блюменштейна и др. Значительное количество проблем в технологии машиностроения сосредоточено в области систем автоматизированного проектирования технологических процессов. Наиболее значимыми в этой области являются работы Г. К. Горанского, С. Н. Корчака, В. И. Аверченкова, С. П. Митрофанова, А. И. Кондакова и др. Перечень заслуг ученых в области механической обработки материалов можно продолжать и далее, поэтому автор рекомендует особо любознательным читателям книгу В. И. Малышева «Очерки истории науки о резании материалов» (Тольятти. ТГТУ, 2011), в которой описаны достижения в данной области науки как отечественных, так и зарубежных ученых.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

В Т О Р А Я

Основные понятия и положения

2.1. Понятие о конструктивно-сборочных элементах машины. Характеристика объекта производства Создание машины как изделия машиностроительного завода является результатом сложного производственного процесса, в течение которого материалы и полуфабрикаты, поступающие на завод, превращаются в отдельные элементы машины (детали), затем соединяющиеся в машину. Соединение элементов машины между собой (сборка машины) производится различными способами, выбор которых зависит от конструкции машины и масштаба выпуска. Сборка машины состоит в соединении первичных элементов машины (деталей) в сборочные единицы (узлы) и в окончательном соединении между собой всех элементов (деталей и узлов). Названия конструктивных элементов изделий определяет ГОСТ 2.101—68. Изделием называется любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии. В зависимости от назначения, их делят на изделия основного производства и изделия вспомогательного производства. К изделиям основного производства следует относить изделия, предназначенные для поставки (реализации). К изделиям вспомогательного производства следует относить изделия, предназначенные только для собственных нужд предприятия (объединения), изготовляющего их. Изделия, предназначенные для поставки (реализации) и одновременно используемые для собственных нужд предприятием, из-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

2.1. ПОНЯТИЕ О КОНСТРУКТИВНО-СБОРОЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ МАШИНЫ. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ПРОИЗВОДСТВА

37

готовляющим их, следует относить к изделиям основного производства. Устанавливаются следующие виды изделий: • детали; • сборочные единицы; • комплексы; • комплекты. Изделия, в зависимости от наличия или отсутствия в них составных частей, делят на: • неспецифицированные (детали) — не имеющие составных частей; • специфицированные (сборочные единицы, комплексы, комплекты) — состоящие из двух и более составных частей. Понятие «составная часть» следует применять только в отношении конкретного изделия, в состав которого она входит. Составной частью может быть любое изделие (деталь, сборочная единица, комплекс и комплект). Определение видов изделий и их структура приведены в табл. 2.1 и на рис. 2.1. К покупным относятся изделия, не изготавливаемые на данном предприятии, а получаемые им в готовом виде, кроме получаемых в порядке кооперирования. Изделие

Детали

Сборочные единицы

Комплексы

Комплекты

Комплексы Сборочные единицы

Сборочные единицы

Сборочные единицы

Детали

Детали

Детали

Комплекты

Комплекты

Комплекты

Рис. 2.1. Виды изделий и их структура

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

38

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Виды изделий Вид изделия Деталь

Определение Изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала, без применения сборочных операций, например, валик из одного куска металла, литой корпус; пластина из биметаллического листа; печатная плата; маховичок из пластмассы (без арматуры); отрезок кабеля или провода заданной длины. Эти же изделия, подвергнутые покрытиям (защитным или декоративным), независимо от вида, толщины и назначения покрытия, или изготовленные с применением местной сварки, пайки, склейки, сшивки и т.п., например, винт, подвергнутый хромированию; трубка, спаянная или сваренная из одного куска листового материала; коробка, склеенная из одного материала

Сборочная Изделие, составные части которого подлежат соединению между собой единица на предприятии-изготовителе сборочными операциями (свинчиванием, сочленением, клепкой, сваркой, пайкой, опрессовкой, развальцовкой, склеиванием, сшивкой, укладкой и т.п.), например: автомобиль, станок, телефонный аппарат, микромодуль, редуктор, сварной корпус, маховичок из пластмассы с металлической арматурой. К сборочным единицам, при необходимости, также относят: а) изделия, для которых конструкцией предусмотрена разборка их на составные части предприятием-изготовителем, например, для удобства упаковки и транспортирования; б) совокупность сборочных единиц и (или) деталей, имеющих общее функциональное назначение и совместно устанавливаемых на предприятии-изготовителе в другой сборочной единице, например: электрооборудование станка, автомобиля, самолета; комплект составных частей врезного замка (замок, запорная планка, ключи); в) совокупность сборочных единиц и (или) деталей, имеющих общее функциональное назначение, совместно уложенных на предприятии-изготовителе в укладочные средства (футляр, коробку и т.п.), которые предусмотрено использовать вместе с уложенными в них изделиями, например: готовальня, комплект концевых плоскопараллельных мер длины Комплекс

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Два и более специфицированных изделий, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций. Каждое из изделий, входящих в комплекс, служит для выполнения одной или нескольких основных функций, установленных для всего комплекса, например: цех-автомат; завод-автомат, автоматическая телефонная станция, бурильная установка; изделие, состоящее из метеорологической ракеты, пусковой установки и средств управления; корабль. В комплекс, кроме изделий, выполняющих основные функции, могут входить детали, сборочные единицы и комплекты, предназначенные для выполнения вспомогательных функций, например: детали и сборочные единицы, предназначенные для монтажа комплекса на месте его эксплуатации; комплекс запасных частей, укладочных средств, тары и др.

2.1. ПОНЯТИЕ О КОНСТРУКТИВНО-СБОРОЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ МАШИНЫ. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ПРОИЗВОДСТВА

39

Окончание nабл. 2.1 Два и более изделий, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями и представляющих набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера, например: комплект запасных частей, комплект инструмента и принадлежностей, комплект измерительной аппаратуры, комплект упаковочной тары и т. п. К комплектам также относят сборочную единицу или деталь, поставляемую вместе с набором других сборочных единиц и (или) деталей, предназначенных для выполнения вспомогательных функций при эксплуатации этой сборочной единицы или детали, например: осциллограф в комплекте с укладочным ящиком, запасными частями, монтажным инструментом, сменными частями

Сборочная единица

Деталь

Деталь

Деталь

Узел

Узел 2-й ступени

Деталь

Деталь

Деталь

Деталь

Деталь

Узел

Деталь

Узел

Деталь

Деталь

Деталь

Деталь

Комплект

Рис. 2.2. Характеристика сборочной единицы

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

40

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ

К изделиям, получаемым в порядке кооперирования, относят составные части разрабатываемого изделия, изготавливаемые на другом предприятии по конструкторской документации, входящей в комплект документов разрабатываемого изделия. Поскольку изделием называется любой предмет производства, подлежащий изготовлению или изготавливаемый на предприятии, то для автомобильного завода — это автомобиль, для молокоперерабатывающего завода — молоко, сметана и др. Изделие может быть неделимым или из двух и более частей. Деталь — это изделие, изготавливаемое без применения сборочных операций. Характерный признак детали — отсутствие соединений. Детали получают из заготовок. Заготовкой называют предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности или всего материала изготавливают деталь. Сборочная единица — это изделие, составные части которого подлежат соединению (рис. 2.2).

2.2. Анализ конструкции и условий работы деталей, узлов и машин в целях установления технологических требований к обработке и сборке Анализ конструкции деталей, узлов и машин в целом должен производиться в обязательном порядке перед разработкой технологических процессов механической обработки и сборки. Цели такого анализа: 1) улучшить конструкцию, сделать ее более технологичной; 2) выявить условия работы детали, узла и машины в целом с целью установления технических требований к обработке и сборке. Выявление условий работы детали в изделии позволяет проектировать технологический процесс, обеспечивающий точность формы, размеров, качество обработанных поверхностей и свойства материала детали (например, твердость), вытекающие из условий эксплуатации. Любая ошибка, допущенная при разработке технических условий и норм точности на машину в целом, влечет за собой ошибки в технических условиях и нормах точности отдельных деталей, что в свою очередь приводит к ошибкам в технологии. В результате это-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

2.3. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕССЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ

41

го возрастает себестоимость изготовляемых изделий в тех случаях, когда точность неоправданно завышена. Поэтому прежде чем приступить к разработке технологического процесса изготовления машины необходимо детально ознакомиться с ее целевым назначением, условиями эксплуатации и критически проанализировать нормы точности и технические условия. Нередко обнаруживается возможность упрощения конструкции, уменьшения объема обработки и значительного расширения допусков на размеры деталей без ухудшения эксплуатационных свойств.

2.3. Производственный и технологический процессы в машиностроении Совокупность действий, в результате которых сырье, материалы или полуфабрикаты превращаются в готовую продукцию, представляет собой производственный процесс. Изготовление изделий осуществляется на заводах в результате производственного процесса. Производственным процессом называется процесс превращения сырья, материалов и полуфабрикатов в готовую заводскую продукцию. В производственный процесс входят не только процессы, связанные с превращением сырья в продукцию, но и вспомогательные процессы, обеспечивающие возможность изготовления продукции, транспортировку, контроль, хранение, сбыт, изготовление приспособлений и т. п. Процессы изготовления заготовок, обработки и сборки являются технологическими процессами. Технологический процесс изготовления деталей есть часть производственного процесса. В машиностроении производственный процесс включает в себя: 1) управление; 2) конструирование; 3) организацию и подготовку производства; 4) планирование; 5) снабжение; 6) изготовление заготовок; 7) обработку деталей машин; 8) сборку деталей в узлы и общую сборку машины; 9) контроль;

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

42

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ

10) транспортирование; 11) хранение; 12) сбыт продукции предприятия. Процессы изготовления заготовок, обработки деталей и их сборки можно в общем охарактеризовать как рабочие процессы видоизменения предметов труда и изготовления изделия. Изготовление кованых, штампованых, литых или других заготовок служит объектом изучения дисциплин «Технология производства кованых и штампованных деталей», «Технология производства отливок», «технология изготовления заготовок и деталей из пластмасс» и др. Обработка деталей для придания им точных размеров и формы и определенной, требуемой чертежом или техническими условиями, шероховатости поверхности, выполняется или снятием стружки, или без снятия стружки, электрическими, химико-механическими и другими видами обработки. Для получения соответствующих механических и физических свойств деталей применяют различные виды термической обработки. Таким образом, при изготовлении деталей приходится встречаться с самыми разнообразными технологическими методами в зависимости от тех требований, которые предъявляются к детали. Рассматривая обработку деталей как часть рабочих процессов видоизменения предметов труда и изготовления изделия, мы можем совокупность действий с деталью охарактеризовать термином «технологический процесс». Следовательно, технологический процесс есть часть производственного процесса. Технологическим процессом обработки называется совокупность действий, непосредственно связанных с изменением формы, размеров или состояния материала обрабатываемых деталей от момента поступления заготовок в обработку до получения готовой детали или сборки из них изделия в виде сборочной единицы. Технологический процесс механической обработки деталей должен проектироваться и выполняться таким образом, чтобы удовлетворялись требования к деталям, обеспечивающим правильную работу собранной машины. Различают технологические процессы изготовления исходных заготовок, термической обработки, механической обработки заготовок и сборки изделий.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

2.3. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕССЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ

43

3

1

4

4

2 а)

б)

Рис. 2.3. Рабочее место: а — рабочее место станочника; б — рабочее место сборщика; 1 — металлорежущий станок; 2 — верстак для технологической оснастки; 3 — сборочный верстак; 4 — рабочий

Технологический процесс выполняется на оборудовании. Технологическим оборудованием называются средства технологического оснащения, в которых для выполнения определенной части технологического процесса размещаются материалы или заготовки, а также средства воздействия на них. Примерами технологического оборудования являются металлорежущие станки, литейные машины, испытательные стенды и т. д. Средства, дополняющие технологическое оборудование, называют технологической оснасткой (приспособления, инструмент, измерительные инструменты и т. д.) Технологические процессы выполняются на рабочих местах. Рабочим местом называется площадь, на которой выполняется работа. Рабочий пост может иметь одно или несколько рабочих мест. Так, например, при обработке детали на фрезерном станке средних размеров на рабочем посту имеется один рабочий и, следовательно, одно рабочее место. При холодной штамповке крупногабаритных деталей из листового материала у пресса может быть два рабочих, два рабочих места и т. д. Рабочим местом называют элементарную часть предприятия, где размещены исполнители работы и обслуживаемое технологическое оборудование (рис. 2.3). Технологический процесс разделяют на составные части.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

44

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ

2.4. Структура технологического процесса. Структура операции Структура7 технологических процессов изготовления деталей машин разнообразна. Технологический процесс содержит большое количество различных элементов, которые в определенном сочетании и образуют технологический процесс. Правильный выбор элементов технологического процесса и установление наилучшего их сочетания — задача довольно сложная, решаемая при проектировании процесса изготовления изделия. Поэтому от технолога требуется ясное представление о сущности и значении каждого элемента технологического процесса. Технологический процесс состоит из операций, выполняемых в определенной последовательности. Различают операции технологические, транспортные и контрольные (рис. 2.4). Следовательно, операция есть часть технологического процесса. Операция служит основной расчетной единицей для определения производительности и планирования загрузки оборудования, а также для технического нормирования труда.

Ручные

Механизированные

Контрольные

Транспортные

Технологические

Операции

Автоматизированные

Рис. 2.4. Виды операций в технологическом процессе изготовления изделия 7 Структура — строение, расположение — определенная взаимосвязь, взаиморасположение составных частей, характеризующих технологический процесс или операцию.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

2.4. СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. СТРУКТУРА ОПЕРАЦИИ

45

Операция технологическая — часть технологического процесса обработки сырья, одной заготовки или полуфабриката (или совокупности нескольких одновременно обрабатываемых заготовок или полуфабрикатов), выполняемая одним рабочим или группой рабочих на одном рабочем месте. Технологическая операция характеризуется неизменностью объекта производства, оборудования и рабочих исполнителей. Изменение одного из этих условий обозначает переход к другой операции. Операции в технологическом процессе нумеруются в порядке их выполнения. В зависимости от того, какое число операций входит в технологический процесс — большее или меньшее, судят о степени концентрации технологического процесса. Чем меньше число операций, тем они сложнее, а степень концентрации технологического процесса выше. Технологические операции различаются: а) по видам обработки — токарная обработка детали, фрезерная обработка, слесарная обработка, холодная штамповка, цементация, гальваническое никелирование и т.д.; б) по существу выполняемой обработки — сверление отверстия  50 мм, шлифование шейки вала  50 мм, нарезание резьбы М24  0,75 и т.д.; в) по видам применяемого оборудования — обработка на агрегатном станке, автоматная обработка и т.д. Транспортная операция — часть технологического процесса обработки сырья, заготовок или полуфабрикатов; совокупность действий, связанных с перемещением сырья, заготовок или полуфабрикатов от одной технологической или контрольной операции к другой. Контрольная операция — часть технологического процесса обработки сырья, заготовок или полуфабриката. Это совокупность действий по проверке соответствия размера (или нескольких размеров), формы, качества обработанной поверхности или физикомеханических свойств сырья заготовки, полуфабриката или детали требованиям чертежа или техническим условиям. Технологические, транспортные и контрольные операции могут быть ручными (выполняемые рабочим вручную), механизированными и автоматизированными, выполняемыми специальными машинами полуавтоматами и автоматами.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

46

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ

Повышение уровня механизации и автоматизации операций и уменьшение ручных операций представляет собой одно из наиболее прогрессивных направлений совершенствования технологических процессов в машиностроении. Структура технологических операций может быть различной. Составные части операции: установки, позиции, переходы, проходы, вспомогательные приемы. Установкой называется часть операции, выполняемая при одном закреплении детали или нескольких одновременно обрабатываемых деталей. Выполнение обработки заготовки при другом ее закреплении и другом положении относительно приспособления или станка обозначает другую часть операции, т.е. другую установку. Следует подчеркнуть, что в термин «установка» вкладывается и другой смысл: установка — процесс укладки заготовки перед обработкой на станок или приспособление. Не следует смешивать эти два понятия. Установки в пределах одной операции обозначаются порядковыми номерами 1, 2, 3 и т.д. Позиция. Неопределенность этого термина в настоящее время объясняется различным содержанием, которое в него вкладывается. При обработке деталей на современных высокопроизводительных станках позицию можно рассматривать применительно к детали, станку и инструменту. А. Позицией называется каждое из различных положений детали, принимаемое ею за период обработки, в котором она фиксируется на станке вместе с приспособлением (рис. 2.5). Так, при обработке на полуавтоматах деталь может занимать различные положения при одном закреплении детали относительно станка путем вращения стола, последовательно подводящего деталь к различным инструментам (рис. 2.6). Б. Позицией называется каждое из положений стола станка, силовых головок, суппортов или других рабочих органов, в котором они фиксируются за один цикл работы станка (рис. 2.7, 2.8). В. Позицией называется каждое из различных положений инструмента относительно станка в тех случаях, когда изменение положения инструмента производится при помощи специального механизма. Например, различают позиции револьверной головки

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

3

5

8

6

7

Позиция 6

Позиция 2

Позиция 7 сверление 6 отв. Позиция 8 развертывание 6 отв.

Позиции 3–4 Получистовая и чистовая обработки

Рис. 2.5. Обработка детали на восьмипозиционном вертикальном токарном полуавтомате

Позиция 5

Загрузка (установка и съем детали ) 1 Схема расположения суппортов

2

4

Зажим детали пневматический

2.4. СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. СТРУКТУРА ОПЕРАЦИИ

47

48

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ

II позиция

I позиция (загрузочная) II позиция

Рис. 2.6. Сверление в детали трех отверстий на двухпозиционном шестишпиндельном сверлильном станке

при обработке детали на револьверном станке, токарном автомате или другом станке, имеющем такую головку (рис. 2.9). Различают рабочие позиции, установочные и холостые. На установочных позициях обработка детали не производится, они предназначены для установки заготовки и закрепления ее в приспособлении. На каждой из рабочих позиций производится тот или иной вид обработки — черновая, получистовая, чистовая или отделочная обработка одного или нескольких участков поверхности детали,

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

49

2.4. СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. СТРУКТУРА ОПЕРАЦИИ

Фреза

Подача заготовки

Заготовка

2-я позиция

Получистовое фрезерование

3-я позиция

Чистовое фрезерование

1-я позиция

Черновое фрезерование

Установка заготовок и съем деталей

Рис. 2.7. Фрезерование корпусов подшипников на четырехпозиционном карусельно-фрезерном станке

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

50

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ 3

21

2

21

75

65

16

37

76 а)

б) 2-я позиция 1-я позиция

0

Съем шлифованных сегментов

Загрузка заготовок сегментов в приспособление в)

Рис. 2.8. Высокопроизводительное шлифование плоских поверхностей деталей на специальном двухпозиционном плоскошлифовальном станке: а и б — шлифуемые детали; в — схема шлифования

поэтому позиция характеризует собой определенную часть технологической операции. Позиции нумеруются в той последовательности, которую они имеют за один цикл работы станка, начиная с установочной. Установом называется часть операции, выполняемая при одном закреплении заготовки. Так, например, обтачивание вала при закреплении в центрах — первый установ, обтачивание вала после его поворота и закреплении в центрах для обработки другого конца — второй установ. При каждом повороте заготовки вокруг оси на какой-либо угол в приспособлении создается новый установ (рис. 2.10).

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

4

8

1

8

7

7

3

5

Рис. 2.9. Обработка детали в восемь переходов на токарно-револьверном станке: , … — номера позиций

6

Приспособление с обрабатываемой заготовкой

1

2

2

3

5

2.4. СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. СТРУКТУРА ОПЕРАЦИИ

51

52

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ

1-й установ

S

2-й установ

S

Рис. 2.10. Примеры установа

Операции разделяются на переходы. Переходом называется часть операции, которая выполняется над одной или несколькими одновременно обрабатываемыми поверхностями одним или несколькими режущими инструментами при неизменном режиме резания. Операция может состоять из одного или нескольких переходов. Изменение поверхности, инструмента или режима резания обусловливает новый рабочий переход. Переходы могут быть: а) простые — при обработке одним инструментом (рис. 2.11, а), б) сложные — при обработке несколькими одновременно работающими инструментами (рис. 2.11, б и 2.12). Из этой исчерпывающей характеристики перехода следует, что при выполнении перехода на станке, в результате воздействия инструмента на заготовку, происходит изменение формы, размеров, состояния материала или физических свойств обрабатываемой поверхности. Применение сложных переходов, при которых одновременно обрабатывается несколько участков поверхности заготовки несколькими режущими инструментами (например, сверление нескольких отверстий одного диаметра многошпиндельной свер-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

53

2.4. СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. СТРУКТУРА ОПЕРАЦИИ

Простой переход

Сложный переход

а)

б) Рис. 2.11. Примеры переходов

лильной головкой), обеспечивает сокращение времени обработки и повышение производительности. Это одно из прогрессивных направлений развития технологии станочной обработки. Переходы в пределах одной установки или позиции нумеруются порядковыми номерами в той последовательности, в которой они выполняются. Переходы разделяются на проходы. Проходом называется часть операции, выполняемая при одном перемещении инструмента (или набора инструментов) относительно обрабатываемой поверхности, считая это перемещение в направлении подачи. Стало быть, переход состоит из одного или нескольких одинаковых и непосредственно следующих один за другим проходов. При обработке детали режущим лезвийным инструментом осуществить обработку того или иного участка в один проход не всегда удается. Количество проходов зависит от величины припуска, величины режущей кромки инструмента, твердости обрабатываемого материала, мощности станка, жесткости технологической системы СПИЗ, требуемой точности обработки и других факторов. Рассматривая структуру операции, можно видеть, что обязательное условие выполнения операции (установки, позиции, перехода или прохода) заключается в выполнении таких действий, как установка заготовки перед обработкой и снятие детали после обработки, пуск станка, остановка станка, подвод или отвод инструмента от заготовки, переключение револьверной головки, включе-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

54

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ

1

1-я установка

2

3

4

2-я установка

5

Рис. 2.12. Обработка валика на токарном станке в две установки. Цифрами обозначены номера переходов

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1

1

1

2

1

2

Проходы

2

2

Переходы

2

Позиции

Установы

3

3

3

3

3

m

Рис. 2.13. Структура технологического процесса обработки

Вспомогательные приемы

Вспомогательные приемы

Вспомогательные приемы

Вспомогательные приемы

1

Технологические операции

Технологический процесс

n

k

l

i

2.4. СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. СТРУКТУРА ОПЕРАЦИИ

55

56

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ

ние подачи или ее выключение, перемещение стола или суппорта станка, поворот и фиксация стола, проверка размеров и формы детали контрольно-измерительным инструментом или контрольноизмерительным приспособлением и т.п. Эти элементы операции называются вспомогательными переходами. В зависимости от характера самих приемов и типа применяемых станков вспомогательные приемы могут выполняться: а) рабочим вручную; б) механизмами станка при участии рабочего, например, перемещение суппорта с револьверной головкой на револьверном станке; в) станком автоматически, без участия рабочего (станкиавтоматы). Рабочим приемом называется наименьшая возможная для измерения во времени часть вспомогательного приема, которая является отдельным законченным движением, например: «протянуть руку», «взять деталь», «нажать кнопку пускателя» при выполнении вспомогательных приемов вручную, «подвод суппорта», «поворот револьверной головки» и т.п. Структура технологического процесса представлена на рис. 2.13.

2.5. Основные факторы, влияющие на построение технологического процесса Современное машиностроение располагает большим количеством разнообразных методов обработки деталей. Вид обработки, применяемый на каждой операции (обтачивание, фрезерование, сверление, шлифование и т.д.), последовательность выполнения операций, характер применяемого оборудования, приспособлений и инструментов, режим работы на операциях зависят от ряда факторов. Назовем основные факторы, влияющие на построение технологического процесса обработки детали. 1. Конструкция, размеры и масса детали. Очевидно, что более сложные по конструкции детали и их масса играют при этом большую роль. Методы и приемы обработки деталей в тяжелом машиностроении отличаются от методов и приемов, применяемых в приборостроении или в среднем машиностроении. 2. Требования, предъявляемые к детали техническими условиями в отношении точности и качества поверхностей. Обеспечение более высоких требований достигается применением более точно-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

2.5. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПОСТРОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

57

го оборудования и особых технологических методов, а также рабочих — станочников более высокой квалификации. 3. Выпуск данной детали в штуках в год, месяц или величина партии деталей, подлежащей изготовлению. При большом масштабе выпуска деталей можно применять более дорогие, но вместе с тем и более производительные методы обработки и специальное оборудование, например, автоматические или полуавтоматические станки, автоматические поточные линии, а в отдельных случаях (при изготовлении подшипников качения, выпускаемых миллионами штук в год) автоматизированные цехи. Затраты на оборудование в этом случае раскладываются на большое количество выпускаемых деталей и оправдывают себя. При малых масштабах выпуска, исчисляемых единицами, затраты на приобретение специального дорогостоящего оборудования экономически себя не оправдывают. В этом случае приходится пользоваться оборудованием, приспособлениями и инструментом широкого назначения (нормализованными, универсальными) и применительно к ним строить технологический процесс. 4. Характер заготовки и физико-механические свойства материала. Следует отметить две характерные тенденции современного машиностроения в области производства заготовок: 1) стремление изготавливать заготовки (кованые, штампованные, литые), по размерам и форме приближающиеся к окончательным размерам и форме детали; 2) создание высокопрочных марок сплавов и постепенное увеличение их прочностных характеристик. Заготовки с большими припусками требуют применения обдирочных операций, в то время как при малых припусках от обдирочных операций во многих случаях можно отказаться. Увеличение прочностных и других характеристик материала заготовки (твердость, хрупкость, вязкость, прочность) в большой степени влияют на геометрию и расход режущего инструмента и на режим резания. В некоторых случаях, например при обработке материалов с особо высокой твердостью или прочностью (твердые сплавы), обработка режущим инструментом невозможна или малопроизводительна, поэтому приходится применять электроэрозионные или другие методы обработки. 5. Применяемое оборудование. Характер применяемого оборудования зависит от масштаба производства. При проектировании но-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

58

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ

вого цеха технолог может выбирать необходимое для выполнения операций оборудование (станки), но при этом он должен считаться с затратами и возможностью возврата этих затрат в определенный срок. При наличии парка оборудования в уже существующем цехе технолог должен разрабатывать технологический процесс с учетом использования этого оборудования. Технологический процесс обработки одной и той же детали на токарном станке, револьверном и на полуавтоматическом или автоматическом станке будет различным.

2.6. Исходные данные для проектирования технологического процесса обработки детали Приступая к проектированию технологического процесса обработки детали, технолог должен иметь в своем распоряжении следующие материалы. I. Рабочий чертеж детали. Он должен содержать: 1) нужное количество проекций и разрезов; 2) все размеры; 3) все необходимые допуски; 4) обозначения шероховатости поверхности; 5) особые указания, если они требуются (о термической обработке местной или общей, соосности или перпендикулярности, параллельности обработанных поверхностей, об обработке поверхностей и т.п.); 6) указания о марках материала, из которого должно изготовляться изделие; 7) указания о твердости материала. Перед проектированием технологических процессов, во избежание ошибок, всегда следует тщательно изучить рабочий чертеж и, если нужно, внести (непременно по согласованию с конструктором, выпустившим чертеж) все необходимые дополнения для уточнения условний обработки данной детали. II. Производственная программа. Состоит из: а) спецификации деталей, подлежащих изготовлению в данном цехе; б) указания о требуемом проценте запасных частей. Производственная программа может быть определена по следующей формуле:    Wi  Wmi  1  i  ,  100 

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

(2.1)

2.6. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ

59

где Wi — производственная программа цеха по данной детали в год, шт.; W — производственная программа изделий (машин) по заводу в год, шт.; mi — число данных деталей на одно изделие, шт.;  — процент запасных частей по данной детали. По литым деталям сложной формы (например, блоки цилиндров, картеры автомобильных и других моторов), у которых при обработке может быть обнаружен брак в значительном проценте, производственная программа для первоначальных операций и потребность в заготовках подсчитывается по формуле      Wi  Wmi  1  i  1  i  ,  100  100 

(2.2)

где i — средний процент брака по данной детали, обнаруживающийся в механическом цехе. III. Данные о заготовке (или сортовом материале), из которой должна изготавливаться деталь. При проектировании процесса обработки для массового и серийного производства необходимо иметь чертеж заготовки. На чертеже заготовки рекомендуется нанести контур готовой детали внутри контура заготовки и проставить на чертеже заготовки размеры припусков на обработку. Наличие чертежа заготовки позволяет установить: а) величину припусков на обрабатываемых поверхностях; б) каким образом наиболее удобно можно закреплять данную деталь при обработке; в) с какой операции удобнее начать обработку детали. При проектировании процесса обработки и приспособлений важно знать расположение на заготовке заусенцев, штамповочных или литейных уклонов, расположение литников, выпоров и плоскостей стыков форм у отливок и т.д. Ответы на эти и подобные вопросы должен дать чертеж заготовки. Для простых по форме заготовок обычно чертежей не делают. Для мелкосерийного и единичного производства чертежи заготовок не разрабатываются. На чертеже детали в этом случае указывают величину припуска, который должен быть на заготовке. Если деталь изготавливается из сортового материала (токарные, револьверные, автоматные работы), то технолог в этом случае сам назначает профиль и размеры материала по соответствующему ГОСТ.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

60

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ

IV. Данные об оборудовании для проектируемых процессов. Данные об оборудовании могут быть или в виде паспортов станков, или в виде каталожных сведений, инструкций по наладке, описаний и т.п. Наиболее полные данные, необходимые для проектирования технологического процесса обработки детали, имеются в паспортах станков. Однако паспорта составляются только на оборудование (станки) широкого назначения. Для специальных станков заводы, их изготавливающие, присылают вместе со станком чертежи станка, его описание и карты наладки станка на обработку той детали, для которой станок предназначен. Кроме основных исходных данных, перечисленных выше, при разработке технологических процессов механической обработки технологу необходимо иметь: а) альбомы чертежей нормалей и стандарты на инструмент и приспособления; б) нормативы по режимам резания, справочники по нормированию и другие справочные материалы; в) типовые технологические процессы обработки изделий.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

Т Р Е Т Ь Я

Принципиальные основы проектирования технологических процессов

3.1. Исходные условия, которым должен удовлетворять технологический процесс Существующий или проектируемый технологический процесс должен базироваться на следующем исходном положении: технологический процесс при заданной производственной обстановке и масштабе производства должен обеспечить надежное осуществление всех требований рабочего чертежа при наименьшей стоимости процесса. Это исходное положение состоит из двух принципиальных условий. 1. Технологическое условие. Проектируемый технологический процесс при заданной производственной обстановке и масштабе производства должен обеспечивать надежное выполнение всех требований рабочего чертежа и технических условий. Проектируемый технологический процесс должен не только обеспечивать это требование, но и обеспечивать его надежно. Это значит, что процесс должен быть таким, чтобы результаты обработки или сборки по возможности были обусловлены не искусством рабочего, а совершенством оборудования и оснащения (приспособление, инструмент), и были стабильны, т.е. по возможности меньше были подвержены случайностям, приводящим к появлению брака. Отсутствие брака — факт, говорящий о том, что технологический процесс полностью удовлетворяет этому условию. 2. Экономическое условие. Проектируемый технологический процесс должен быть наиболее экономичным (выгодным), т.е. должен иметь наименьшую стоимость осуществления. Другими словами,

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

62

ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

технологический процесс должен обеспечивать выполнение технологического условия при минимальных затратах как живого, так и овеществленного труда. Вследствие большого разнообразия типов станков и способов обработки деталей при проектировании технологического процесса всегда возможно наметить два или более вариантов. Эти варианты могут удовлетворять технологическому условию, однако экономичность их может быть различной. Необходимо выбирать наиболее выгодный вариант. Для этого следует рассчитать стоимость обработки по каждому варианту и сопоставить их между собой. При сравнении нескольких вариантов технологического процесса наиболее выгодным будет тот, который надежно обеспечивает все требования чертежа и технических условий и, вместе с тем: • обеспечивает наименьшую себестоимость изготовления; • обеспечивает наименьшую трудоемкость изготовления; • обеспечивает наименьший расход материала; • требует наименьшего количества рабочих для выпуска изделий по заданной программе; • требует наименьшего количества оборудования; • требует наименьшей производственной площади. Из изложенного выше следует, что наиболее целесообразным процессом при заданных конкретных условиях и масштабе производства будет такой технологический процесс, который дает надежное и полное решение постановленной задачи с технической стороны и притом наиболее экономично. Следует особо подчеркнуть важность экономических расчетов и экономической оценки технологических процессов. Внимание к этому делу со стороны работников производства еще, к сожалению, недостаточно. Обеспечение высокой экономической эффективности и рентабельности технологических процессов — важная задача.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

3.2. МАСШТАБ ПРОИЗВОДСТВА И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС

63

3.2. Масштаб производства и его влияние на производственный процесс Технология оказывает большое влияние на организацию производства. Замена старого технологического процесса новым уже одним этим может коренным образом повлиять на организацию производства. Неправильные расчеты технологических процессов изготовления отдельных деталей делают неправильными и расчеты, связанные с организацией производственного процесса цеха. И наоборот, организация производства в сильнейшей степени влияет на технологию. Игнорирование факторов организации производства делает технологический процесс нежизненным, нереальным. Целесообразным может быть признан только тот технологический процесс, который согласован с организационной формой производства и со всеми обслуживающими это производство процессами. Рассмотрим главнейшие направления, по которым организация оказывает влияние на технологию. Потребность в изделиях разного рода различна. Одни изделия приходится изготавливать единицами (оборудование металлургических заводов, тяжелые уникальные станки), другие выпускаются партиями или сериями (тепловые и гидравлические турбины, локомотивы), третьи производятся в больших количествах на протяжении ряда лет (автомобили, тракторы, сельскохозяйственные машин, подшипники качения и др.). В соответствии с этим различают следующие типы производства: индивидуальное или единичное, серийное и массовое. Единичным производством называют такое, при котором изделия изготавливаются в небольшом количестве экземпляров, причем повторение выпуска этих изделий, как правило, не предусматривается. Серийным производством называют такое производство, при котором изделия изготавливаются партиями или сериями. В зависимости от величины партий или серий, а также от того, насколько часто и закономерно (периодически) происходит их чередование, различают производство мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное. Первое приближается к единичному, а второе к массовому производству. Таким образом, серийное производство характеризуется изготовлением изделий партиями или сериями.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

64

ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Величиной серии называется общее количество изделий (машин, деталей или заготовок), подлежащее изготовлению по неизменному чертежу. Партия — определенное количество заготовок или деталей, одновременно поступающих для обработки на одно рабочее место. Массовым производством называется такое, при котором изделия изготавливаются в больших количествах и притом непрерывно в течение значительного промежутка времени. В табл. 3.1 приведена подробная характеристика трех типов производства. По приведенным выше определениям трех типов производств следует сделать несколько замечаний. 1. Деление производства на три типа является несколько условным. В каждом из этих трех типов можно найти элементы двух других. Например, на машиностроительном заводе массового производства мы найдем ремонтно-механический цех с единичным производством, инструментальный и другие цехи серийного производства. 2. При определении типа производства данных изделий надо учитывать не только количество изделий, заданное по программе, но и их трудоемкость. Так, например, может оказаться, что большое количество небольших по размерам деталей, изготавливаемых на современных высокопроизводительных многошпиндельных автоматах, представляет собой небольшую, по существу, серию или партию. 3. Сравнение трех типов производства (см. табл. 3.1) приводит к выводу, что массовое производство имеет более совершенную технологию, чем серийное, последнее — более совершенную, чем единичное. При переходе от единичного производства к серийному и от серийного к массовому трудоемкость и себестоимость изделий обычно резко падает. Вследствие высокой эффективности и более высокого совершенства технология массового производства постепенно внедряется в серийное. Однако при этом не следует слепо копировать методы массового производства и переносить их в серийное. Отсутствие критического подхода к этому делу не приносит успеха. Кроме того, следует помнить, что большое количество разнообразных отраслей машиностроения относится не к массовому, а серийному производству, поэтому не следует забывать осо-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Повторяемость изделий

Оборудование

Загрузка оборудования Расстановка оборудования цеха.

2

3

4

5

Количество изготавливаемых изделий

Элементы характеристики

1

№ п/п Массовое

Универсальное и специализированное

В зависимости от вида изде- Количество изделий, выпускаемых в лий и их серийности может год: от нескольких сот штук (крупные, быть различным сложные изделия) до нескольких миллионов (отдельные детали, подшипники качения и др.) Изделия периодически запу- Непрерывное нахождение данных издескается в производство пар- лий в производстве на протяжении знатиями или сериями чительного промежутка времени

Серийное

Широкое применение специализированных станков, в ряде случаев объединенных, сгруппированных в автоматические станочные линии Загрузка станков различСтанки загружены обработ- Непрерывная загрузка станков одними ными, но сходными по кон- кой партий деталей сходных и теми же деталями фигурации деталями типов Расстановка станков груп- Расстановка станков Расстановка станков и станочных пами по типам и размерам с учетом характерных линий по ходу технологического пронаправлений грузопотоков. цесса в целях минимальной протяженРасстановка станков по ности грузопотоков специализированным участкам с учетом законченного технологического цикла обработки деталей, а также с учетом грузопотоков

Заранее обусловленная повторяемость изготовления изделий, как правило, отсутствует Широкого или общего назначения (универсальное)

Насчитывается единицами

Единичное

3.1. Характеристика различных типов производства

3.2. МАСШТАБ ПРОИЗВОДСТВА И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС

65

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Применяемые заготовки

Приспособления и инструмент

Операция разметки

Метод обеспечения требуемых размеров деталей при обработке

7

8

9

Элементы характеристики

6

№ п/п

Отливки, изготовленные по деревянным моделям преимущественно ручной формовкой. Поковки, изготовленные свободной ковкой и полуштамповкой Широкое применение нормализованных приспособлений и инструмента широкого, общего назначения. Применение специальных приспособлений и специального инструмента лишь в случаях крайней необходимости, при невозможности выполнения работ без них Широкое применение разметки заготовок перед их обработкой Работа по промерам, метод пробных проходов. Работа на настроенных станках применяется в редких случаях

Единичное

Широкое применение высокопроизводительных методов точного литья, точной объемной штамповки и других специальных методов получения заготовок

Массовое

Работа на настроенных станках

Частичное применение разметки

Применение сложных настроек станков и их автоматизация

Разметка заготовок отсутствует

Широкое применение спеСложные специальные приспособлециальных приспособлений и ния и инструмент с автоматическими специального инструмента устройствами. Приспособления органически связаны со станками

Широкое применение машинной формовки по металлическим моделям. Поковки, изготовленные различными видами штамповки

Серийное

Продолжение табл. 3.1

66 ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

12. Метод сборки изделий

11 Квалификация рабочих

10 Взаимозаменяемость изделий

Сборка изделий производится на неподвижных стендах бригадой сборщиков, в состав которой входят рабочие различной квалификации

Ограниченное, как правило, применение принципа взаимозаменяемости. Обязательное наличие взаимозаменяемости по зубчатым передачам, посадочным местам под подшипники качения, крепежные детали и другие элементы конструкций. Широкое применение пригоночных работ Рабочие станочники высокой квалификации Рабочие различной квалификации, в том числе часть настройщиков станков высокой квалификации Сборка разделена на узловую и общую и производится на неподвижных стендах или конвейерах рабочими сборщиками, квалификация которых на каждой операции соответствует сложности выполняемых сборочных работ. Сборочные работы механизированы

Широкое применение взаимозаменяемости при сохранении некоторых пригоночных работ

Сборка разделена на узловую и общую и производится на неподвижных стендах или конвейерах рабочими сборщиками, квалификация которых на каждой операции соответствует сложности выполняемых сборочных работ. Специальные сборочные автоматы и автоматизированные сборочные поточные линии для сборки наиболее массовых узлов и изделий

Рабочие станочники невысокой квалификации при наличии настройщиков высокой квалификации

Полная взаимозаменяемость при допущении в некоторых случаях подбора деталей в целях повышения точности сборки. Пригоночные работы отсутствуют

3.2. МАСШТАБ ПРОИЗВОДСТВА И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС

67

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Разработка технологических процессов

Элементы характеристики

Единичное

Разработка технологических процессов, как правило, по наиболее простым формам (маршрутные карты). Для крупных ответственных деталей пооперационная разработка технологического процесса с указанием типов и номеров станков 14. Нормирован- В основном укрупненное ие операций статистическое нормирование. Широкое применение графиков и номограмм для суммарного нормирования по деталям различных типов. Для крупных и трудоемких деталей — пооперационное с учетом режимов резания, мощностей и особенностей станков

13

№ п/п

Подробная разработка технологических процессов с составлением технологических карт на каждую операцию. Систематическое исследование технологических процессов с целью их улучшения

Детальное нормирование всех операций изготовления деталей сборки. Хронометражное обследование операций, как с целью корректировки, так и с целью накопления материалов и создания нормативов времени по элементам операций

Техническое нормирование по операциям для всех изготовляемых деталей. Техническое нормирование сборочных операций

Массовое

Разработка технологического процесса для каждой детали с составлением технологических карт на каждую деталь. В карте указывается тип станка, приспособления и инструмента, режимы для каждой операции

Серийное

Окончание табл. 3.1

68 ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

3.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ В ПАРТИИ ПРИ СЕРИЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

69

бенностей организации производственного процесса и технологии серийного производства. Для каждого вида производств характерны различные формы организации работы. 1. По видам оборудования (единичное и мелкосерийное производство). 2. Предметная (серийное производство). Станки располагаются в последовательности выполнения технологических операций для типовых деталей, требующих одинакового порядка обработки. Детали на станках обрабатываются партиями. 3. Предметно-поточная (серийное производство). Станки располагаются по ходу технологического процесса, и при обработке различных деталей требуется переналадка оборудования при запуске в производство новой детали (участок обработки валов, участок обработки зубчатых колес, участок обработки корпусных деталей и т. п.). Детали обрабатываются также партиями. 4. Поточная автоматическая линия. Станки располагаются по ходу технологического процесса, изготовления детали (массовое производство). Переналадка оборудования не осуществляется. Характеристикой типа производства является коэффициент закрепления операций О Kзо  , Р где О — число всех видов операций; Р — число рабочих мест. Для массового производства Kзо = 1. Для крупносерийного производства 1  Kзо  10. Для среднесерийного производства 10 < Kзо  20. Для мелкосерийного производства 20 < Kзо  40. Для единичного производства Kзо > 40.

3.3. Определение количества деталей в партии при серийном производстве При серийном производстве приходится определять размер партии деталей, одновременно запускаемых в производство. От количества деталей в партии зависит характер технологического процесса, применяемого для ее изготовления. Чем меньше количество

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

70

ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

деталей в партии, тем более простые средства производства должны применяться. Границы применения различных методов обработки партий деталей определяются следующим образом. Время, затрачиваемое на одну деталь при обработке партиями в серийном производстве tк = tш + tп.з /n,

(3.1)

где tк — полное(калькуляционное) время затрачиваемое на обработку детали на данной операции; tш — штучное время, т. е. время затрачиваемое непосредственно на обработку одной детали; tп.з — подготовительно-заключительное время, т. е. затрачиваемое на настройку станка перед обработкой партии, установку приспособления, регулировку режущего инструмента на требуемые размеры (подготовительное время), на сдачу обработанной партии деталей и приведение станка в исходное состояние (заключительное время); n — число деталей в партии. Уравнение (3.1) на графике изобразится в виде кривой. На рис. 3.1 представлены три кривые А, В, С, соответствующие трем различным способам обработки партии деталей: при первом способе tк = tш + tп.з /n — кривая А; при втором способе tк = tш + tп.з /n — кривая В; при втором способе tк = tш + t п.з /n — кривая С. tК

′ + tК′ = tШ

′ tП.З. n

A

tК1

′′ + tК′′ = tШ D B

tК 2

′′ tП.З. n ′′′ + tК′′′ = tШ

E

′′′ tП.З. n

C

0

n1

n2

n

Рис. 3.1. Зависимость времени обработки от размера партии

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

3.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ В ПАРТИИ ПРИ СЕРИЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

71

Сравнивая при помощи этих формул различные способы обработки, можно найти точки пересечения кривых А, В и С. Для точки D калькуляционное время при первом и втором способах одинаково и равно tк, поэтому в этой точке tш + tп.з /n1 = tш + t п.з /n1 и, следовательно, п1=

  tп.з  tп.з .   tш  tш

(3.2)

Рассуждая аналогичным образом, получим в точке Е п2=

  tп.з  tп.з .   tш  tш

(3.3)

Отсюда следует, что число деталей в партии, при котором переход на более сложный технологический процесс становится целесообразным, определяется отношением увеличения затраты подготовительно-заключительного времени к экономии на штучном времени обработки. Если количество деталей в партии n < n1, то более эффективным будет первый способ обработки; при n2 > n > n1, более эффективен второй способ; при n > n2 — третий. Чем больше количество деталей в партии, тем более совершенный способ обработки можно применять, затраты калькуляционного времени при этом будут минимальными, однако стремление к увеличению количества деталей в партии имеет свои границы. Главнейшими факторами, заставляющими ограничивать размеры партий, являются: расходы связанные с хранением готовых деталей, а главное — задолженность оборотных средств (размеры незавершенного производства). Существуют различные методы определения величины партий деталей. Приведем некоторые из них, применяемые в большинстве случаев на практике. Первый метод. Заключается в сопоставлении штучного времени и подготовительно-заключительного. На каждую деталь доля подготовительно-заключительного времени составляет tп.з/n. Обозначим эту величину через  и, выразив в процентах от штучного времени, получим

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

72

ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ



tп.з t 100, тогда n  п.з 100 . ntш  tш

(3.4)

При расчетах размера партии по этой формуле значение  выбирается на основе опытных данных: 1) при работе на станках, не требующих настройки,  < 5 %; 2) при использовании современного высокопроизводительного оборудования для мелкосерийного производства  принимается равным 10…30 %; 3) при использовании современного высокопроизводительного оборудования для крупносерийного производства  = 5 …10 %. Эти данные имеют широкие пределы и должны рассматриваться как ориентировочные. Величина , устанавливаемая опытным путем, должна определяться дифференцированно в зависимости от оборудования, на котором выполняется данная операция, от сложности настройки станка и масштаба производства. Например, одна и та же работа может быть выполнена с большой производительностью на револьверном станке и с меньшей на токарном. На револьверном станке вследствие более длительной настройки величина  = 6…7 %, а на токарном  = 2…3 %. Разные работы по настройке на револьверном станке могут потребовать различной затраты времени tп.з, и, следовательно, величина  будет различной. Так, при установке двух или трех инструментов tп.з = 25… 30 мин и  = 3…4 %, на том же станке сложная настройка с установкой 9—10 инструментов может потребовать 2…3 ч, при этом  = 10…12 %. Различным масштабам производства, при прочих равных условиях, соответствуют различные величины . Так, например, если при определенном масштабе производства загрузка револьверного станка одной работой должна продолжаться не менее одной смены, то при tп.з = 30 мин и  = 7 %. Однако, если увеличить выпуск изделий вдвое, то и загрузка револьверного станка одной работой также увеличится и в среднем составит две смены, а  снизится до  = 3…4 %. При выборе величины  следует учитывать и другие особенности технологии производства. Практика машиностроительных заводов показывает, что применение метода групповой технологии значительно сокращает затраты подготовительно заключительного времени. Возможность работать экономично малыми партиями

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

73

3.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ В ПАРТИИ ПРИ СЕРИЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

в условиях мелкосерийного производства — одно из преимуществ метода групповой технологии. Если на станке обрабатываются партиями несколько деталей различных наименований, входящих в одно и то же изделие в количествах m1, m2, m3 и т. д., то tп.з 100, n (3.5) (tшi mi ) причем суммирование распространяется на все детали, прикрепленные к данному станку. Полученное по этой формуле значение n соответствует числу комплектов деталей, относящихся к данному изделию. Недостатком этого метода определения величины партии деталей является недостаточная обоснованность величины . Как было выше указано для одних и тех же условий обработки, эта величина может колебаться в довольно широких пределах. Второй метод. Расчет величины партии деталей производится по количеству дней запаса деталей, обеспечивающего бесперебойность сборки изделий. Пусть Wi — заданный годовой выпуск деталей, шт.; F — число рабочих дней в году; f — число дней запаса деталей, которое обеспечивает бесперебойность сборки изделий. Тогда n = Wi f/F.

(3.6)

Обычно принимают f: для крупносерийного производства от 4 до 6 дней, для мелкосерийного от 8 до 12 дней. Пример 1. Требуется определить количество деталей в партии по первому методу. Обработка деталей производится на многорезцовом токарном полуавтомате. За станком закреплены следующие детали (табл. 3.2). Производство крупносерийное. 3.2. К расчету величины партии деталей

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Номер детали

Число деталей на 1 машину

1 2 3 4 5

1 1 3 2 4

Время, мин штучное tШ

подготовительное tП.З

0,50 0,40 0,30 0,25 0,35

60 100 120 80 70

74

ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Выбираем значение  = 8 % и определяем n по формуле (3.5): n

60  70  120  80  70  1460 комплектов. 8(05  1  0,4  1  0,3  3  0,25  2  0,35  4)

Пример 2. Требуется определить величину партии по второму методу при следующих условиях: W = 30 000 шт./год, производство крупносерийное. Принимаем число дней запаса f = 6 дням. Число рабочих дней в году 250 и, следовательно, по формуле (3.6) n = 30 000 . 6/250 ≈ 720 шт. Анализ работы цехов серийного производства ряда заводов показывает, что наиболее часто (до 90 %) партия запуска равна месячному заданию. Для крупногабаритных деталей, при отсутствии необходимых площадей для их хранения, принимаются также партии, равные половине месячного задания, а в некоторых случаях — четверти его. Как показывают практические данные, обработка деталей месячными партиями, кроме экономической целесообразности, обеспечивает более полный коэффициент использования оборудования, чем при работе партиями, рассчитанными по формуле оптимального соотношения между подготовительно-заключительным и штучным временем.

3.4. Поточное производство и особенности его технологических процессов С точки зрения организации производства различают два метода производства: поточное и непоточное. Непоточным производством называется такое, при котором изготовление деталей ведется партиями; на каждой операции оборудование, применяемое на операциях, расставляется группами без определенной связи с последовательностью выполнения операций, сборка изделия ведется на стационарном (неподвижном)приспособлении одной бригадой сборщиков. Поточным называется производство, при котором операции обработки или сборки машины закреплены за определенным оборудованием или рабочими местами; оборудование или рабочие места расположены в порядке выполнения операций, а обрабатываемая

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

3.4. ПОТОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО И ОСОБЕННОСТИ ЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

75

заготовка или собираемое изделие передается с одной операции на следующую после выполнения предшествующей операции, как правило, при помощи специальных транспортных устройств (непрерывное поточное производство). Преимущества организационно-технического характера непрерывно-поточного производства заставляют стремиться к возможно широкому внедрению поточного метода. Преимущества следующие: а) организация производства получает большую стройность; б) производство получает наглядность — причины неполадок выявляются сразу на месте, где они возникли; в) производственная документация упрощается; г) сокращается протяженность грузопотоков; д) детали нигде не пролеживают (что неизбежно при обработке партиями), вследствие чего длительность производства резко сокращается, оборачиваемость оборотных средств увеличивается. При расчетах поточного производства и проектировании для него технологических процессов имеет большое значение режим или такт работы поточной линии. Такт выпуска готовой продукции — средний промежуток времени между выходом двух готовых изделий r = Fg /Wi, (3.7) где Fg — годовой действительный фонд работы, ч или мин; Wi — годовая программа по выпуску данных деталей в штуках. При восьмичасовом рабочем дне годовой действительный фонд времени, ч, определится следующим образом: Fg = 250 . 8 m k, где m — количество рабочих смен в течение суток (обычно т = 2); k — коэффициент, учитывающий потери вследствие неизбежных простев k = 0,95…0,98. Темп выпуска — среднее количество выпускаемых изделий в единицу времени, является величиной, обратной такту: tв = 1/r или tв = Wi/Fg. (3.8) Требования, которым должен удовлетворять технологический процесс при массовом поточном ритмичном производстве: 1. Технологический процесс обработки детали должен быть расчленен на операции.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

76

ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

2. Операции должны выполняться на определенных рабочих местах (станках). 3. Станки должны быть установлены в порядке выполнения операций по ходу технологического процесса. 4. Длительность операций должна быть равна или кратна такту, т. е должна быть произведена синхронизация операций. 5) Зa каждой операцией должны быть закреплены определенные рабочие — станочники. Поточное производство осуществляется: • с подачей деталей простыми транспортными устройствами (рольганг, наклонные желоба и др.); • с периодической подачей деталей транспортными средствами с тяговыми элементами (конвейеры, перемещающие деталь через определенный промежуток времени); • с непрерывной подачей деталей транспортными средствами с тяговым элементом. Скорость движения конвейера должна соответствовать такту выпуска изделий. Условие непрерывности потока заключается в том, что время выполнения каждой операции должно быть равно или кратно такту работы линии. Очевидно, что время выполнения каждой операции не должно превышать величину такта, если на операции работает один станок. Если время выполнения операции больше, чем величина такта, то должны работать параллельно два или более станков, при этом длительность операции может быть в два раза больше такта. Если время выполнения операций в потоке не совпадает с тактом, получаются либо задержки в производстве (если время операций больше такта), либо простои оборудования (если время операции меньше такта). Для того чтобы этого не случилось, необходимо произвести синхронизацию операций. Процесс согласования длительности операций с тактом поточной линии называется синхронизацией. Условие синхронности может быть выражено в следующем виде: tш tш1 tш2 tш3    ...  m . (3.9) с1 с2 с3 сm где tш — норма времени (штучное время) на операции, мин; с — число рабочих мест (число станков) на операции. При проектировании технологического процесса синхронизация может быть осуществлена следующими путями:

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

3.4. ПОТОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО И ОСОБЕННОСТИ ЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

77

а) пересмотром технологического процесса, изменением структуры, содержания и метода выполнения операций; б) подбором соответствующего оборудования, оснастки и инструмента; в) изменением режимов резания. Окончательная синхронизация операций достигается внедрением организационно-технических мероприятий при отладке поточной линии и включает: применение средств малой механизации, форсирование технологических режимов, внедрение высокопроизводительной оснастки, индивидуальный подбор рабочих для перегруженных операций, а также материальное стимулирование повышения производительности труда на этих операциях и др. Применение поточных методов в массовом и серийном производстве, различный уровень механизации и автоматизации поточных линий обусловили появление их различных разновидностей. Можно отметить следующие разновидности поточных линий (рис. 3.2). Ритмичные поточные линии, т. е. поточные линии, на которых изготовление изделий (обработка деталей) ведется с соблюдением такта. В конце линии готовые изделия с последней операции выходят через промежутки, равные такту. Работа ритмичных поточных линий обеспечивается равенством или кратностью длительности операции такту. Аритмичные поточные линии. Изготовление изделий на этих линиях производится без соблюдения такта. Ритмичные линии могут быть непрерывные и прерывные. На непрерывных линиях такт задан движением конвейера или транспортера, перемещающего обрабатываемую заготовку от одной операции к другой. Обрабатываемые заготовки после обработки их на одной операции поступают на следующую без запланированных перерывов. Пример такой линии приведен на рис. 3.3, а. Непрерывные поточные линии с регламентированным тактом — наиболее совершенная форма организации поточной работы. На прерывных линиях такт свободный, т. е. не задан движением подобных устройств. Синхронизация операций неполная. Прерывный поток на этих линиях строится так, что между некоторыми операциями заранее предусматриваются перерывы. Например, на линии работает высокопроизводительный станок, штучное время операции, выполняемой на нем, значительно меньше такта. Для обеспечения бесперебойной работы линии в этом случае приходит-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Со свободным тактом Переменные

Прерывные (прямоточные)

Аритмичные

Рис. 3.2. Разновидности поточных линий, применяемых в машиностроении

Постоянные

Поточные линии

С принудительным тактом

Постоянные

Прерывные

Переменные

Непрерывные

Ритмичные

Постоянные

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Переменные

Групповые

78 ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

2

1

№ операции

Заготовки

2

0,50

А

4

0,35

Б

6

5

б)

0,68

0,97

6

0,47

0,94

1,40

1,0

5

4

3

а)

0,51

1,02

0,96

0,96

0,51

1,02

0,96

7

0,67

7

0,49

0,98

1,01

8

0,71

8

0,50

1,00

0,97

9

0,68

9

0,48

0,96

10

0,70

1,0

10

0,48

0,96

r = 0,5 мин

r = 0,7 мин

Готовые детали

Рис. 3.3. Схемы поточных линий: а — непрерывная поточная линия; б — прерывистый поток. А и Б — заделы деталей перед 4-й и 5-й операциями

№ операции 1

3

0,69

0,68

tшт, мин

0,70

0,97

Коэффициент . загрузки станка 0,97 1,0

Заготовки

0,49

0,50

0,98

tшт, мин

Коэффициент загрузки станка 1,0 3.4. ПОТОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО И ОСОБЕННОСТИ ЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

79

80

ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ся иметь заделы деталей перед этой операцией и после нее. Пример такой линии показан на рис. 3.3, б. Постоянные поточные линии характеризуются тем, что на линии в течение длительного промежутка времени выполняется один и тот же технологический процесс (или одни и те же процессы при групповом потоке). Переменно-поточные линии строятся таким образом, что на одной и той же линии последовательно выполняются различные технологические процессы обработки деталей разных наименований, сходных между собою по конструктивным и технологическим признакам. Эти технологические процессы сменяются через определенные промежутки времени. Для этого может потребоваться переналадка всех станков, как правило, осуществляемая одновременно по всем рабочим местам. Переменно-поточные линии применяются в серийном производстве при обработке таких деталей, как валы, зубчатые колеса, шкивы и т. д. Простые поточные линии — такие, на которых одновременно обрабатываются детали одного наименования. Групповые поточные линии. На таких линиях одновременно обрабатываются несколько деталей разных наименований, сходных между собой по конструктивным и технологическим признакам, а также по габаритам. Обработка закрепленных за линией деталей обычно осуществляется без переналадки оборудования. При проектировании технологических процессов для переменнопоточных и групповых линий необходимо соблюсти следующее условие: детали, закрепленные за линией, должны быть сходными по конструкции и технологии изготовления. Габариты этих деталей должны быть в пределах, допускаемых наладками станков на всех операциях.

3.5. Концентрация и дифференциация технологических процессов При проектировании технологического процесса обработки детали возникает вопрос о количестве операций, на которые должен быть разбит технологический процесс. Число операций для одного и того же процесса может быть различным в зависимости от характера оборудования и организационных условий каждого случая.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

3.5. КОНЦЕНТРАЦИЯ И ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

81

Технологический процесс может быть концентрированным, т. е. состоящим из большого числа операций, сложных по своей структуре, и дифференцированным, т. е. состоящим из сравнительно большого числа операций простых по структуре. Концентрацией (укрупнением) операций называется соединение нескольких операций в одну более сложную. Дифференциацией (раздроблением) операций называется расчленение операций на несколько более простых. Таким образом, концентрация или дифференциация как методы построения относятся как к отдельным операциям, так и к технологическому процессу в целом. При концентрации операций повышаются требования к каждому станку и его наладке. Усложнение может идти за счет повышения квалификации рабочего или усовершенствования станка и внесения в его конструкцию элементов автоматизации. На рис. 3.4 приведен дифференцированный технологический процесс обработки вала, а на рис. 3.5—3.9 — примеры сложных концентрированных операций. Сравнение концентрированных и дифференцированных технологических процессов произведено в табл. 3.3. При концентрированных операциях обработка поверхностей детали может производиться: а) последовательно (рис. 3.6, а); производительность при этом повышается за счет сокращения затрат времени на установку, снятие детали и замену режущих инструментов; б) параллельно (рис. 3.6, б), т. е. за счет применения сложных переходов, сокращающих время обработки и увеличивающих производительность; в) параллельно-последовательно (см. рис. 3.9), т. е. за счет замены установок позициями и применения позиционной обработки со сложными переходами на отдельных позициях. В этом случае обеспечивается наиболее высокая производительность. Несмотря на то, что дифференциация операций, делая их простыми, облегчает постановку технологии на заводе, имеется стремление к концентрации операций. Концентрация операций: облегчает планирование производственного процесса в связи с уменьшением количества операций; снижает в конечном счете трудоемкость изготовления и себестоимость детали; способствует повышению точности обработки.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

82

ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Операция 1: отрезать

Операция 2: центровать с двух сторон

Операция 10: выточить углубление

Операция 11: окончательно обточить 1-й уступ

Операция 3: предварительно обточить 1-й уступ

Операция 12: 1. Оточить под резьбу 2. Снять фаску

Операция 4: предварительно обточить 2- й уступ

Операция 13: фрезеровать шесть шлицев АБ А

Операция 5: предварительно обточить 3-й уступ

Б Операция 14: фрезеровать шпоночную канавку А АБ

Операция 6: окончательно . обточить 3- й уступ

Операция 7: выточить канавку

Б Операция 15: нарезать резьбу

Операция 16: шлифовать шпоночную канавку В ВГ Г

Операция 8: окончательно обточить 2-й уступ

Операция 9: окончательно обточить под шлифование

Операция 17: шлифовать три уступа по диаметру

Операция 18: притупить кромки шлицев Притупить

Рис. 3.4. Дифференцированный технологический процесс обработки вала

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

83

3.5. КОНЦЕНТРАЦИЯ И ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

II позиция

III позиция

IV позиция

V позиция

VI позиция

а)

Запасная

II позиция

III позиция

IV позиция

V позиция

VI позиция

б)

IV позиция III позиция

V позиция

II позиция

VI позиция I позиция (загрузочная)

в) Рис. 3.5. Обработка детали на шестипозиционном сверлильно-расточном станке: а — I вариант; б — II вариант; в — схема расположения моделей на станке

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

III позиция

VI позиция

IV позиция

а)

I позиция (загрузочная)

VI позиция

V позиция

V позиция

IV позиция

VI позиция

III позиция

II позиция

б)

VI позиция

V позиция

I позиция (загрузочная)

III позиция

IV позиция

Схема расположения позиций на столе станка

II позиция

IIа позиция

Рис. 3.6. Обработка детали на шестипозиционном станке: а — сверлильно-протяжном; б — фрезерно-сверлильно-расточном

II позиция

III позиция

IV позиция

Схема расположения позиций на столе станка

V позиция

II позиция

84 ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

3.5. КОНЦЕНТРАЦИЯ И ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

85

А

А

Рис. 3.7. Схема наладки станка ВА26 для сверления отверстий в пяти деталях

3.3. Сравнение концентрированных и дифференцированных технологических процессов Концентрированный технологический процесс

Дифференцированный технологический процесс

1. Малое количество операций 2. Операции, сложные по своей структуре 3. Оборудование специальное или специализированное при массовом и серийном производстве, универсальное (широкого назначения) при единичном и мелкосерийном 4. Наладки станков на операциях сложные, многоинструментные

1. Большое число операций 2. Операции по структуре простые 3. Оборудование простое по конструкции и кинематике.

4. Наладки станков на операциях несложные, как правило — одноинструментные 5. Погрешности обработки детали вслед5. Погрешности обработки увествие малого числа установок малы личиваются с увеличением числа операций и установок 6. Квалификация рабочих-станочников 6. Вследствие простоты наладок невысокая при наличии высококвалифици- высокой квалификации рабочихрованных наладчиков (массовое и серийное станочников и наладчиков не производство). требуется При единичном и мелкосерийном производстве рабочие-станочники высокой квалификации

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

86

ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

45°

Схема стола

АБ 32

∅6,74 отверстия равномерно расположенны по окружности

IV

III

Б ∅ 130 ±0,25

70 ± 0,5

+0,4

48 –0,2

∅110

10

24

∅47

А

II

V

81

200

I позиция установочная

III позиция

II позиция

IV позиция

V позиция

32

81 48

47

81

∅6,7

∅47,5 4 сверла ∅6,7

∅46 ∅108

∅110

∅109,5

Рис. 3.8. Обработка корпусов подшипников на пятипозиционном вертикальном агрегатном станке

Следует подчеркнуть, что совершенствование концентрированных операций посредством применения сложных многопозиционных, многоинструментных автоматизированных станков — это один из наиболее прогрессивных путей совершенствования технологии обработки деталей в массовом и серийном производстве. Дифференцированный технологический процесс может применяться при наличии простых станков, а также при отсутствии квалифицированных рабочих-станочников и наладчиков. При нестабильности продукции следует также отдать предпочтение диф-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

87

3.5. КОНЦЕНТРАЦИЯ И ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

III позиция

V позиция

IV позиция

Зенкеровать ∅13,5 × 120°

II позиция

6 ∅10,1

7

∅15

38

∅19,7

∅12

∅12 ∅20,03

3

38

∅19,7

∅15

9,5

8

9,5

∅10,1

∅23 × 45°

6

∅19,7

27

27

9,5

9,5

27

6

23,3–0,1 ∅20+0,045

Отв. 9;10;12;14;16;17;19;21. Отв. 11;13;15;18;20;22. Отв. 9;10;12;14;16;17;19;20;21. Отв. 11;13;15;18;20;22. –1 –1 n = 485 мин–1 ; S = 0,08. n = 485 мин –1; S = 0,08. n = 225 мин ; S = 0,18. n = 225 мин ; S = 0,18. Отв. 1; 3; 5; 7. Отв. 2; 4; 6; 8. Отв. 1—8. Отв. 1—8. –1 –1 n = 268 мин–1 ; S = 0,15. n = 268 мин –1 ; S = 0,15. n = 200 мин ; S = 0,2. n = 75 мин ; S = 0,52.

Рис. 3.9. Обработка отверстий в ступице колеса комбайна на пятипозиционном вертикальном агрегатном станке

ференцированному технологическому процессу, так как в этом случае переналадка производства на новый вид изделия легче и проще. Различают следующие виды концентрации операций: Концентрация организационная, при которой соединение нескольких операций производится таким образом, что сам метод обработки не претерпевает никаких изменений. Широко применяется в единичном и мелкосерийном производстве при станочной обработке деталей высококвалифицированными рабочими. Концентрация механическая, когда предусматривается замена нескольких установок позициями или автоматизированная смена инструмента. Сами переходы при этом органически не объединяются и связи между ними устанавливается лишь действием некоторых механизмов. Примеры подобных операций приведены на рис. 3.5 и 3.6, а.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

88

ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Концентрация технологическая, при которой простые переходы объединяются в сложные. Примеры приведены на рис. 3.8 и 3.9. Чертеж детали, обрабатываемой на станке по команде, представленной на рис. 3.9, и схема расположения шпинделей на пятипозиционном вертикальном агрегатном станке приведены на рис. 3.10. Концентрация операций возможна при следующих видах однородной обработки: а) при токарной обработке нескольких поверхностей заготовки. В этом случае заготовка должна, представлять собой тело вращения; б) при обработке отверстий на многошпиндельных станках; в) при фрезерной обработке на многошпиндельных специализированных фрезерных станках; г) при обработке на шлифовальных станках, работающих несколькими кругами. Станкостроительными заводами выпускаются многопозиционные агрегатные станки, на отдельных позициях которых производятся различные виды обработки — токарная, фрезерная, сверлильная и другие. Имеется стремление на таких станках размещать также позиции, на которых производится протягивание детали и даже термическая обработка ее токами высокой частоты. Таким образом, на современных многопозиционных станках возможна концентрация различных видов обработки (рис. 3.6, а). Оценка степени концентрации технологического процесса может быть определена коэффициентом концентрации Kк = 1/n0,

(3.10)

где Kк — коэффициент концентрации технологического процесса; n0 — число последовательно выполняемых на различных станках операций, необходимых для полной обработки детали. Очевидно, что при проектировании технологических процессов механической обработки нужно стремиться, чтобы этот коэффициент был возможно ближе к единице. Однако чем сложнее форма и выше точность обрабатываемой детали, тем труднее решить эту задачу. Поэтому при оценке уровня концентрации технологического процесса необходимо учитывать сложность и точность детали.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

∅156

∅180

3.5. КОНЦЕНТРАЦИЯ И ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

236 а)

III позиция

IV позиция

II позиция

V позиция I позиция загрузочная

б) Рис. 3.10. Обработка отверстий в ступице колеса на пятипозиционном вертикальном агрегатном станке: а — эскиз детали; б — схема расположения шпинделей

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

89

90

ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Для отдельной технологической операции показателем ее концентрации может служить коэффициент средней концентрации Kс.к = m/n,

(3.11)

где m — общее число инструментов, участвующих в обработке детали на данной операции; n — число переходов или позиций. На степень концентрации влияют следующие факторы: а) серийность и связанный с ней размер партии деталей; б) размеры и вес обрабатываемой заготовки; в) длительность производственного цикла. Второй фактор имеет особое значение для тяжелого машиностроения. При крупных деталях желательно иметь минимальное количество перестановок. Что же касается третьего фактора, то следует иметь в виду, что при концентрированных операциях сокращается длительность производственного цикла, а следовательно, и незавершенное производство, благодаря тому что сокращается время межоперационного пролеживания деталей. С увеличением степени концентрации операций должны быть приняты мери к увеличению надежности работы станка, приспособления, инструмента и других элементов технологической системы (загрузочные бункеры, контрольно-измерительные приборы, устройства, механизирующие и автоматизирующие операцию, и т. п.). При сложных наладках низкая степень надежности работы всех ее элементов, в том числе и низкая стойкость инструментов, могут увеличить простои станка, резко снизить производительность и эффективность таких наладок.

3.6. Последовательность обработки Цели технологического процесса обработки можно сформулировать следующим образом: – удаление излишнего металла с заготовки; – придание обрабатываемым поверхностям заданной точности формы и размеров, а также обеспечение их правильного взаимного расположения; – достижение определенного качества поверхностей деталей, в частности шероховатости обработанной поверхности.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

3.6. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ОБРАБОТКИ

91

Эти цели, в некоторых случаях, могут быть достигнуты одновременно, однако во многих случаях приходится обработку данной поверхности вести в несколько ступеней. В соответствии с этим можно отметить первый принцип построения технологического процесса — принцип деления технологического процесса на стадии обработки. При построении по этому принципу технологический процесс состоит из трех стадий: 1) черновая обработка, при которой снимается и превращается в стружку большая часть припуска; 2) чистовая обработка, при которой в основном обеспечивается заданная точность; 3) отделочная обработка, при которой обеспечивается требуемое качество поверхности и окончательно — точность. Схема расположения операций технологического процесса при выделении стадий обработки представлена на рис. 3.11. Иногда такое строгое разграничение на стадии обработки по технологическим условиям невозможно, например, чистовая обработка зачастую объединяется с отделочной. Выделение таких стадий обработки объясняется следующими соображениями: 1. Снятие черновых (обдирочных) стружек сопровождается возникновением больших сил резания. Это вызывает большие упругие деформации (иногда и остаточные) заготовки, а также упругие деформации станка, приспособления и инструмента, вследствие чего обеспечить высокую точность обработки невозможно. Да и условием черновых операций — снять с минимальной затратой времени основную часть припуска — это не требуется. 2. Удаление большого количества металла с заготовки на черновых операциях сопровождается выделением значительного количества теплоты, заготовка нагревается. Для того чтобы получить точные размеры, температурные деформации заготовки должны быть устранены. Заготовка должна успеть остыть перед чистовой обработкой. 3. Все поверхности заготовки сначала надо обработать начерно, так как с удалением припуска снимаются и внутренние напряжения, которые в ней имеются. После обдирочных черновых операций по этой причине заготовка может оказаться деформированной, что

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Переход

Установка

Операции черновые

Переход

Переход

Установка

Операции получистовые

Установка

Установка

Операции чистовые

Установка

Операции термические

Переход

Установка

Операции отделочные

Установка

Рис. 3.11. Стадии технологического процесса механической обработки

Позиция

Переход

Переход

Переход

Позиция

Переход

Позиция

Переход

Переход

Переход

Установка

Переход

Переход Переход

Переход Позиция Переход

Переход Переход

Переход Позиция

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Переход

Операции прочие

92 ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

3.6. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ОБРАБОТКИ

93

допустимо при черновой обработке, но недопустимо при чистовой. Поэтому не всегда можно объединить черновую операцию с чистовой. Именно по этой причине приходится вводить получистовые операции, цель которых — устранить погрешности формы вследствие коробления заготовки перед чистовой обработкой. 4. Отделочные операции следует размещать в конце процесса, чтобы не повредить окончательно обработанные поверхности на станках и при транспортировке. 5. Разбивка технологического процесса на стадии позволяет выбирать для каждой из них наиболее подходящие станки: для черновых операций — мощные, но менее точные, для чистовых — более легкие, но с большей точностью. Выполнять черновые и чистовые операции на одних и тех же станках не следует. 6. Для выполнения черновых операций могут быть использованы рабочие более низкой квалификации, чем для чистовых и отделочных. 7. Отделение чистовых и отделочных операций от черновых позволяет разбить цех на три участка: черновой, чистовой и отделочной обработки. Наибольшее количество стружки, подлежащей своевременному удалению на участке черновых операций. Возможности загрязнения на этом участке наибольшие. Выделение таких участков и изоляция чистового и отделочного от чернового удобно в том отношении, что два последних наиболее ответственных участка свободны от стружки, условия работы на них в связи с этим улучшаются. Второй принцип построения технологического процесса — принцип выделения решающей операции. Планируя черновую обработку, желательно вначале обработать те поверхности, на которых обычно обнаруживается наибольшее количество брака. Операции, на которых обрабатываются эти поверхности, называются решающими. При выделении их в начале технологического процесса мы избегаем бесцельной обработки заведомо негодных заготовок на последующих операциях и связанных с этим потерь времени и средств. В ряде случаев приходится делать отступления от изложенных выше двух принципов построения технологических процессов. Технологический процесс механической обработки деталей, подвергающихся термической обработке (закалке и отпуску), раз-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

94

ГЛАВА 3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

бивается на две части — процесс до и после термической обработки. Ухудшение шероховатости поверхности вследствие нагрева детали при термической обработке обычно требует повторной обработки некоторых поверхностей, чем и объясняется такое деление технологического процесса на две части. При установлении последовательности обработки необходимо учитывать удобство установки заготовки на станках на всех операциях. Поверхности, служащие установочными и определяющие положение заготовки на какой-либо операции, должны быть обработаны на предыдущих операциях. Это обстоятельство иногда заставляет отступать от изложенных выше правил и некоторые поверхности обрабатывать окончательно в самом начале процесса.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

Ч Е Т В Е Р Т А Я

Общие принцины технологии обработки деталей

4.1. Разработка конструктивных форм детали Каждая машина создается для удовлетворения той или иной потребности человека, т. е. для выполнения определенной работы. При этом она должна обладать определенными эксплуатационными свойствами. Например, при создании станка для обработки деталей в виде тел вращения следует иметь в виду, что станок должен обеспечивать обработку деталей определенной формы и конструкции, с определенными габаритными размерами, из определенных материалов с необходимой точностью и требуемой производительностью. Машина, как и отдельные ее механизмы, выполняет свои функции при помощи ряда поверхностей или их сочетаний, принадлежащих деталям машин. Такие поверхности или их сочетания называют исполнительными поверхностями машины или ее механизмов. Примеры исполнительных поверхностей: сочетания поверхностей переднего конца шпинделя, пиноли задней бабки и резцедержателя токарного станка. Эти поверхности мы используем при выполнении работ на станке. Исполнительными поверхностями гидротурбины, преобразующей энергию падающей воды в механическую энергию, служат рабочие поверхности направляющего аппарата и лопаток рабочего колеса. Исполнительными поверхностями гидротурбины как двигателя служат сочетания поверхностей фланца вала турбины, при помощи которых передается энергия валу электрического генератора, расположенного на одной оси с валом турбины. Процесс конструирования машины или детали можно в общем виде представить как комплекс работ, выполняемых в следующей последовательности:

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

96

ГЛАВА 4. ОБЩИЕ ПРИНЦИНЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

1. После выявления и формулировки требований к эксплуатационным свойствам машины выбираются ее исполнительные поверхности или сочетания таких поверхностей надлежащей формы и размеров (рабочие органы машины). 2. Выбирается закон относительного движения исполнительных поверхностей, для чего разрабатывается кинематическая схема машины и всех ее механизмов. 3. Исходя из требований к эксплуатационным свойствам машины, рассчитывают величину и характер сил, действующих на ее исполнительных поверхностях (рабочих органах). 4. Используя эти данные, определяют величины сил и характер их действия на каждом из звеньев кинематической цепи машины и ее механизмов с учетом действия сил сопротивления (сил трения, инерционных сил и т. п.) 5. Зная требования к эксплуатационным свойствам кинематического звена, величину и характер действующих на него сил, ряд других факторов, выбирают надлежащий материал для данного звена. 6. Путем расчета определяют основные конструктивные размеры и разрабатывают конструктивные формы всех звеньев кинематической схемы, создавая таким образом детали машины. Чтобы детали, имеющие исполнительные поверхности машины и являющиеся звеньями ее кинематических целей, двигались в соответствии с требуемым законом их относительного движения и занимали одна относительно другой требуемое положение, их соединяют при помощи различного рода базирующих (т. е. определяющих их относительное положение) деталей в виде корпусов, рам станин и кронштейнов. Конструктивные формы каждой детали должны создаваться путем ограничения надлежащего количества выбранного материала различного рода поверхностями и их сочетаниями. Поверхности следует выбирать и располагать одни относительно других с учетом, с одной стороны, требуемых эксплуатационных свойств детали и, с другой стороны, возможно большей простоты их получения в процессе изготовления заготовок и обработки деталей. Конструктивная форма детали должна быть такой, чтобы она могла быть создана имеющимися в нашем распоряжении способами обработки и формообразования. Так как современная технология машиностроения располагает большим количеством разнообразных

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

4.2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

97

способов формообразования, обеспечивающих различную точность и различную стоимость деталей при изготовлении, знание основ современной технологии машиностроения и основ экономики машиностроительной промышленности для конструктора обязательно. При разработке конструктивных форм деталей необходимо решать комплексную задачу и находить такие оптимальные конструктивные формы, которые обеспечивали бы эксплуатационные назначения и свойства деталей с наименьшими затратами на их изготовление и изготовление машин в целом. Например, для передачи вращательного движения и крутящих моментов от одной детали к другой используются гладкие или ступенчатые валы. Технология изготовления гладких валов проще, поэтому если рассматривать вал как отдельно взятую деталь, следовало бы отдать предпочтение гладкому валу. Форма такого вала проще и стоимость изготовления по сравнению со ступенчатым ниже. Однако эксплуатационные требования к другим сопрягаемым с валом деталям, а также и технология сборки этих деталей с валами нередко либо исключают возможность использования гладких валов, либо настолько усложняет конструкцию и сборку сопрягаемых деталей, что это делает неэкономичным их использование. Развитие и совершенствование существующих способов формообразования и оргинизация новых создают возможности для применения более сложных конструктивных форм деталей — более жестких и прочных и менее материалоемких. Например, применение штампосварных и сварнолитных конструкций. Другой пример — до создания электроэрозионных методов обработки нельзя было получить в детали отверстия с сечением сложной формы и криволинейной осью. По мере усложнения требований к эксплуатационным свойствам детали в машине, усложняются и ее конструктивные формы, однако это усложнение не должно, по возможности, выходить за рамки безусловно необходимого, чтобы излишние не удорожать изготовление.

4.2. Общая характеристика технологических процессов Современное машиностроение располагает большим количеством разнообразных методов формообразования. Требуемые форма

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

98

ГЛАВА 4. ОБЩИЕ ПРИНЦИНЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

и размеры детали с предписанной точностью и физико-механические свойства ее материала могут быть получены путем воздействия на заготовку различными способами обработки: резанием (снятием стружки), обработкой давлением (различные виды горячей и холодной штамповки, прессование), электроэрозионными, химическими, электрохимическими, термическими, химико-термическими и другими видами обработки. Наиболее общее пространственное взаимодействие между орудием и материалом может быть критерием качественного различия процессов. По методу взаимодействия технологических средств (орудия производства, инструмент) все процессы можно разделить на четыре вида (рис. 4.1). 1. Процессы с точечным воздействием (см. рис. 4.1, а). Под точкой в данном случае подразумевается не математическая точка, а элементарная поверхность, размеры и форма которой не определяют собой непосредственно форму обрабатываемой поверхности. 2. Процессы с линейным взаимодействием (см. рис. 4.1, б). Примером может служить точение фасонным резцом. Форма обрабатываемой детали образуется в результате действия линии — фасонной режущей кромки резца. 3. Процессы с поверхностным взаимодействием (см. рис. 4.1, в). Примером может служить горячая или холодная штамповка (высадка). Оборудование требуемой формы детали обусловлено действием рабочей поверхности штампа и зависит непосредственно от ее формы. 4. Процессы с объемным взаимодействием. Рабочая среда — жидкость, сыпучее тело или газ. Примером может служить изменение формы посредством растворения в кислотах (травление) или с помощью электрохимического воздействия (различные виды покрытий поверхностей деталей металлами и сплавами) и др. (см. рис. 4.1, г). Процессы первого вида отличаются наиболее сложными и бесконечно разнообразными движениями, зависящими от формы поверхности обрабатываемой детали. В связи с этим усложняется и кинематика машины-орудия. Кроме того, возникает необходимость в специальных вспомогательных приемах по установке и снятию обрабатываемой детали. Это, в свою очередь, усложняет механизмы машин и затрудняет автоматизацию процесса обработки. При сложных механизмах и настройках машин-орудий (станков) уменьшается надежность работы, повышается вероятность выхода из строя элементов станка и настройки. Создание систем

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

99

4.2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

S S

а)

в)

б)

г)

Рис. 4.1. Схемы взаимодействия технологических средств и материала: а — точечное; б — линейное; в — поверхностное; г — объемное

автоматических машин-орудий (автоматических станочных линий), кроме отмеченного выше, затрудняется также и необходимостью создавать устройства-накопители, в которых детали должны ориентироваться определенным образом. Для процессов второго вида рабочее движение характеризуется геометрической направляющей заданной поверхности, может быть пространственным, плоским или прямолинейным и, следовательно, осуществлено посредством перемещений в направлении трех, двух или одной (прошивание, протягивание, накатывание фасонным резцом) осей координат. Рабочее движение остается одинаковым для различных форм поверхностей, имеющих одинаковые направляющие. Создание автоматических машин для процессов второго вида проще, чем для первого. Они универсальны для семейств поверхностей с одинаковыми направляющими. В технологических процессах третьего вида рабочее движение для поверхностей любой формы — прямолинейное (прессы для хо-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

100

ГЛАВА 4. ОБЩИЕ ПРИНЦИНЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

лодной и горячей штамповки и др.). Это, несомненно, не только упрощает кинематику машины, но и упрощает ее автоматизацию. Для процессов четвертого класса рабочее движение сводится лишь к перемещению изделия в рабочее пространство и поэтому является произвольным, что имеет место в травильных ваннах и других подобных устройствах. Процессы третьего и четвертого вида, обеспечивая универсальность рабочего движения, создают наиболее широкие возможности для создания автоматических машин. Действие рабочей силы для процессов первого вида является переменным по направлению к точке приложения, и, следовательно, как предмету, так и орудию обработки необходима связь с исполнительными органами машины в направлении всех трех осей координат. Такого рода связь имеет место в большинстве металлорежущих станков. Для процессов второго вида характер действия рабочей силы и характер необходимой связи предмета и орудия обработки и исполнительными органами машин определяется характером геометрической направляющей обрабатываемой поверхности. В зависимости от ее характера (пространственного, плоского или прямолинейного) рабочая сила действует, соответственно, в направлении всех трех, двух или лишь в направлении одной оси координат, что вызывает необходимость в жестком креплении в направлении двух осей и, наконец, лишь в односторонней опоре. В последнем случае для крепления предмета обработки не требуется особого движения. Крепление как установка детали осуществляется с помощью самого рабочего движения, например, при обработке протягиванием, прошиванием или при вытяжке. Для процессов третьего вида рабочая сила, независимо от формы поверхности детали и характера ее направляющей, действует по прямой линии, а, следовательно, связь как предмета, так и орудия обработки в общем случае может быть сведена лишь к осевой связи. Общим свойством этих процессов является установка орудия относительно исполнительных органов машины лишь в направлении одной оси координат. Для процессов четвертого вида вследствие произвольного характера рабочего движения не требуется какой-либо определенной связи между предметом обработки и исполнительным органом

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

4.3. ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ПРИ ОБРАБОТКЕ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ

101

машины. Понятие же связи орудия с исполнительными органами машины теряет обычный смысл, так как орудием является сыпучее тело, жидкость или газ. Ввиду того что процессы первого и второго вида (механическая обработка на металлорежущих станках) имеют широкое распространение в машиностроении, высокую долю трудоемкости и себестоимости в общей трудоемкости и себестоимости машин и являются главными при обеспечении высокой точности, остановимся более подробно на них. Будем при этом иметь также в виду и то обстоятельство, что для любого способа формообразования орудия обработки (инструмент, оснастка), как и сами рабочие машины, изготавливаются в значительной мере путем механической обработки на металлорежущих станках.

4.3. Формообразование при обработке на металлорежущих станках Обработка деталей любой формы на металлорежущих станках достигается путем сочетаний элементарных движений режущего инструмента и обрабатываемой заготовки, а также применением инструмента с соответствующей формой режущего лезвия. Металлорежущий станок, назначение которого — образование поверхности на детали путем снятия стружки, создает закономерные движения режущего инструмента относительно заготовки. Характер этих относительных движений зависит от: а) формы образуемой поверхности детали; б) формы режущего инструмента; в) способа осуществления процесса резания. Поверхность детали, обработанной на металлорежущем станке, можно рассматривать как след, оставленный режущим инструментом при осуществлении определенной кинематической схемы обработки. Несмотря на большое разнообразие металлорежущих станков, предназначенных для выполнения не только различных, но и однотипных технологических операций, кинематическая структура любого станка базируется на ряде основных, достаточно общих кинематических закономерностях, присущих всем станкам. Чтобы

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

102

ГЛАВА 4. ОБЩИЕ ПРИНЦИНЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

понять эти закономерности, необходимо рассмотреть методы геометрического образования поверхностей. Всякая реальная поверхность на твердом теле может рассматриваться как некоторое приближение к соответствующей геометрической поверхности. Технологический процесс образования реальной поверхности — это процесс образования соответствующей ей геометрической поверхности. В кинематике под геометрической поверхностью обычно понимают след как результат движения одной производящей геометрической линии, называемой образующей линией, по другой производящей геометрической линии, называемой направляющей. След — образуемая поверхность — понимается как непрерывное множество последовательных геометрических положений движущейся линии. Для образования любой геометрической поверхности нужны две геометрические производящие линии и их относительные движения. Реальные поверхности на заготовке из металла или другого материала возможно получить с помощью вспомогательных тел (инструментов), имеющих вспомогательные разные поверхности, линии и точки. Их называют вспомогательными материальными элементами, в отличие от воображаемых, реально не существующих геометрических элементов. Образование поверхности сводится, таким образом, к образованию геометрических производящих линий, при относительных движения которых и создается поверхность. Движения вспомогательных элементов (инструментов), с помощью которых образуются геометрические производящие линии и поверхности относительно обрабатываемых заготовок, или движения заготовок относительно инструмента, называются движениями формообразования. При образовании поверхностей резанием нужны, помимо движений формообразования, также движения, имеющие другое назначение. Все движения, которые необходимы для обработки заготовки на станке, можно разделить на две группы: 1) движения, перемещающие режущие лезвие относительно обрабатываемой заготовки; 2) движения, не перемещающие режущего лезвия, не участвующие непосредственно в процессе обработки, но необходимые для того, чтобы обработка могла совершиться.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

4.3. ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ПРИ ОБРАБОТКЕ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ

103

Движения формообразования — это те движения, которые в процессе резания образуют заданные поверхности на заготовке, после того как режущий инструмент и заготовка получили исходные положения, необходимые для осуществления процесса формообразования; при этом положении режущее лезвие инструмента находится на траектории движения формообразования в исходной точке. Достигается это положение посредством установочных движений. Если во время установочного движения происходит резание, то это движение называется движением резания. Установочное движение, во время которого резание не производится, называется наладочным движением. Движения скорости резания и подачи — движения формообразования. Для повторения движения формообразования в новом месте заготовки применяются отдельные исполнительные движения, которые называются движениями деления. Движения формообразования, установочные движения или движения резания, наладочные движения и движения деления относятся к первой группе движений. Ко второй группе относятся движения управления и вспомогательные движения. Движения управления совершаются механизмами, регулирующими движения первой группы и координирующими их в пространстве и во времени. Такими механизмами являются сцепные муфты, фиксаторы, упоры, реверсирующие устройства, дифференциалы, механические, электрические и гидравлические ограничители хода и др. Вспомогательные движения: — зажим заготовки и освобождение изделия или частично обработанной заготовки; — транспортирование и установка заготовок; — снятие и транспортирование готовых изделий; — зажим и освобождение инструмента; — установка и снятие инструмента; — правка инструмента; — охлаждение инструмента; — смазка механизмов станка; — удаление стружки и др. Все перечисленные выше движения данного процесса обработки детали на станке — вполне определенные, отвечающие этому про-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

104

ГЛАВА 4. ОБЩИЕ ПРИНЦИНЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

цессу. Для того чтобы обеспечить необходимую закономерность каждого из этих движений, нужно установить характеризующие их во времени и пространстве параметры и создать в станке соответствующие цепи.

4.4. Методы получения образующей и направляющей линии Возможные методы образования геометрических линий: 1. Методы копирования (рис. 4.2, а). Форма и протяженность образуемой линии при этом методе равны форме и протяженности материальной линии вспомогательного материального элемента — инструмента. Образуемая линия получается как копия или «зеркальное отражение» материальной линии. Образование линии происходит без движения формообразования: нужно только установочное движение для перемещения вспомогательного элемента в исходное положение. Примером этого метода получения образующей линии (метода копирования при обработке деталей на металлорежущих станках) могут служить: точение, строгание или долбление фасонным резцом, фрезерование фасонной фрезой, протягивание протяжкой или дорнование дорном (прошивкой) и, вообще, обработка фасонными профильными режущими инструментами, когда профиль инструмента переносится на обрабатываемую деталь. 2. Метод обкатки (рис. 4.2, б и в). Линия получается как огибающая последовательность положений, занимаемых вспомогательным элементом (инструментом) при обкатке (обкатывании) образуемой линии. Этот метод требует одного движения формообразования — движения качения. Следует заметить, что форма и протяженность материальной линии не совпадают с формой и протяженностью образуемой линии. Пример получения образующей линии методом обкатки — обтачивание вала круглым чашечным резцом. При фрезеровании плоской поверхности цилиндрической осевой или концевой фрезой метод получения образующей — копирование, метод получения направляющей — обкатка. 3. Метод следа (рис. 4.2, г). При движении материальной точки она будет оставлять след, который и явится образуемой лини-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

4.4. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОБРАЗУЮЩЕЙ И НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ЛИНИИ

а)

105

б)

г)

в)

е)

д)

ж)

Рис. 4.2. Методы образования линий при обработке деталей

ей. Следовательно, при методе следа нужно иметь одно движение формообразования. Так, например, этим методом мы получаем направляющую при обтачивании, строгании или долблении резцом, при протягивании и прошивании. 4. Метод касания (рис. 4.2, д и е). Образуемая линия — касательная к ряду дополнительных вспомогательных геометрических линий, образованных материальных точкой. При этом методе требуются два движения формообразования: одно для образования дополнительных вспомогательных линий и другое — для такого их расположения, при котором образуемая линия будет иметь заданную форму и протяженность. Другая разновидность метода касания характеризуется тем, что вспомогательные геометрические линии образуются не методом следа, а методом касания (рис. 4.2, ж). В этом случае необходимо иметь три движения формообразования: два — для образования вспомогательных линий (например, прямых и окружностей) и одно — для их относительного расположения. На практике этот ме-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

106

ГЛАВА 4. ОБЩИЕ ПРИНЦИНЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

тод встречается редко. Приведем пример. Шлифование отверстий большого диаметра в крупных деталях шлифовальным кругом производится на шлифовальных станках с планетарным кругом при неподвижной детали. Направляющая получается методом касания, образующая — методом следа. Для получения направляющей требуется два движения формообразования — вращательное и планетарное шлифовального круга. Из вышеизложенного следует, что геометрическую линию возможно образовать четырьмя методами со следующим количеством движений формообразования: — методом копирования без движения формообразования; — методом обкатки при одном движении формообразования; — методом следа, также при одном движении формообразования; — методом касания при двух и более движениях формообразования.

4.5. Методы образования поверхностей при различных способах обработки Метод образования поверхности на детали при ее обработке зависит от: формы вспомогательного элемента (инструмента), методов образования каждой производящей геометрической линии в отдельности и сочетания методов геометрического образования производящих линий. В самом деле, для того чтобы создать заданную поверхность, необходимо иметь образующую и направляющую геометрические производящие линии соответствующей формы, каждую из которых возможно образовать указанными четырьмя методами. Следовательно, методы образования поверхностей будут состоять из методов образования производящих геометрических линий образуемой поверхности, сочетаний которых может быть много. Рассмотрим несколько примеров. При обкатывании плоской поверхности роликом направляющая образуется методом обкатки, образующая — методом копирования. При этом требуется одно движение формообразования — движение качения накатного ролика. При нарезании резьбы фасонным резцом направляющая геометрическая линия (винтовая линия) получится как след при одном

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

4.5. МЕТОДЫ ОБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ОБРАБОТКИ

107

движении формообразования, образующая получится методом копирования. При фрезеровании резьбы дисковой профильной фрезой направляющая получится при двух движениях формообразования — вращательном движении фрезы и винтовом движении заготовки. При шлифовании прямозубого цилиндрического колеса червячным абразивным кругом образующую линию боковой поверхности составляет совокупность профилей колеса, которые образуются методом обкатки, а направляющей является линия по длине зуба. Она образуется методом касания. Образование поверхности методом обкатки и касания должно осуществляться тремя движениями формообразования: одно движение — обкатки для образования профиля и два движения — вращение абразивного круга и его продольное перемещение вдоль зуба для образования формы зуба по длине. Так как для получения движения обкатки исходной рейки — круга — последний нужно вращать, то для образования формы зуба по длине используется невращение круга. Следовательно, из трех движений формообразования два являются совпадающими (совмещенными), и поэтому зубчатое колесо шлифуется движениями формообразования. При затыловании цилиндрической фрезы с винтовым зубом остроконечным резцом образующей линией является затыловочная кривая зуба, которая образуется методом следа от движения резания. Направляющая в этом случае будет винтовая линия по длине зуба, которая образуется методом следа — движения подачи. Следовательно, задняя поверхность зуба фрезы образуется методом двойного следа. К изложенному выше следует сделать два замечания. 1. Образование поверхности методом следа и касания в чистом виде на практике не встречается. Вершину резца или зерно абразива в шлифовальном камне только условно можно принимать за материальную точку, в своем движении оставляющую след. При снятии, например, стружки резцом вершина резца оставляет на обрабатываемой поверхности вала канавку по профилю, сходную с профилем режущей части резца у вершины, т. е. при этом имеет место, по существу, копирование. 2. На практике встречаются не все сочетания способов образования геометрических линий. Так, например, не встречается со-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

108

ГЛАВА 4. ОБЩИЕ ПРИНЦИНЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

четания: касание и копирование, обкатка и копирование, след и копирование. В табл. 4.1 приведены методы геометрического образования поверхностей при различных технологических способах и требуемое при этом количество движений формообразования. Одну и ту же поверхность на детали можно получить различными методами. Так, например, цилиндрическую поверхность можно получить (см. табл. 4.1) одним из следующих методов. 1. Объемная штамповка, прессование или отливка. При этом метод получения образующей и направляющей — копирование. Движений формообразований не требуется. 2. Волочение, при котором образующая получается методом копирования и направляющая — методом следа, при одном движении формообразования. 3. Обтачивание с радиальной подачей широким резцом, имеющим прямолинейную режущую кромку. При этом методе получения образующей — копирование, метод получения направляющей — след. Движений формообразования — одно. 4. Обтачивание вала круглым чашечным резцом. Метод получения образующей — обкатка, направляющей — след. Движений формообразования — два. Режущий инструмент, применяемый при обработке деталей на металлорежущих станках, имеет режущее лезвие, которое можно рассматривать как материальную линию или материальную точку. Если лезвие режущего инструмента представляет собой материальную линию, по форме и протяжению совпадающую с образующей линией заданной поверхности, то последнюю возможно образовать: методом копирования и следа при одном движении формообразования и методом копирования и касания при двух движениях формообразования. Если форма и протяженность лезвия режущего инструмента не совпадает с образующей линией, то поверхность возможно образовать: 1) методом обкатки и следа; 2) методом следа и обкатки при двух движениях формообразования; 3) методом обкатки и касания; 4) касания и обкатки при трех движениях формообразования. Если лезвие режущего инструмента используется как материальная точка, под которой понимается малый участок лезвия, то образовать поверхность можно: 1) методом двойного следа при

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Режущее лезвие Режущее лезвие

Холодная штамповка (вырубка)

Прессование

Обтачивание вала круглым чашечным резцом

Обтачивание фасонным резцом

Строгание фасонным резцом

Долбление фасонным резцом

Фрезерование фасонным резцом

Фрезерование цилиндрической осевой или концевой фрезой

Фрезерование пальцевой фрезой пространственной фасонной поверхности на копировальнофрезерном станке

Протягивание

Сверление, зенкерование, развертывание

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Режущее лезвие

Режущее лезвие

Режущее лезвие

Режущее лезвие

Режущее лезвие

Режущее лезвие

Режущее лезвие

Пресс-форма

Штамп

Штамп

Объемная штамповка

2

Литейная форма

Отливка

Способ формообразования

Характеристика формообразующего инструмента

1

№ п/п

Линия

Линия

Линия

Линия

Линия

Линия

Линия

Линия

Линия

Поверхность

Линия

Поверхность

Поверхность

Формы вспомогательного геометрического элемента

След

Копирование

Касание

Копирование

Копирование

Копирование

Копирование

Копирование

Обкатка

Копирование

Копирование

Копирование

Копирование

След

След

Касание

Касание

Касание

След

След

След

След

Копирование

След

Копирование

Копирование

2

1

3

2

2

1

1

1

2

Нет

1

Нет

Нет

Количество движений формообразования Образующей Направляющей

Методы образования геометрических производящих линий

4.1. Методы геометрического образования поверхностей при различных технологических процессах

4.5. МЕТОДЫ ОБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ОБРАБОТКИ

109

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Шлифование профильным шлифовальным кругом.

Шлифование отверстия вращаюШлифовальный щейся детали (продольная подача круг круга)

Шлифование отверстия при невращающейся детали при планетарном движении шлифовального круга (продольная подача круга)

Шлифование плоское периферией круга

Шлифование плоское торцом круга

Нарезание резьбы профильным Режущее лезвие резьбовым резцом или гребенкой

16

17

18

19

20

21

Шлифовальный круг

Шлифовальный круг

Шлифовальный круг

Шлифовальный круг

Шлифовальный круг

Шлифование вала в центрах с продольной подачей шлифовального круга

15

Шлифовальный круг

Шлифование вала в центрах с радиальной подачей шлифовального круга

Способ формообразования

Характеристика формообразующего инструмента

14

№ п/п

Линия

Линия

Линия

Линия

Линия

Линия

Линия

Линия

Формы вспомогательного геометрического элемента

Копирование

Копирование

След

След

Копирование

След

Копирование

След

Касание

Касание

Касание

Касание

Касание

Касание

1

2

3

2

2

3

2

Количество движений формообразования Образующей Направляющей

Методы образования геометрических производящих линий

Продолжение табл. 4.1

110 ГЛАВА 4. ОБЩИЕ ПРИНЦИНЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Нарезание резьбы летучим резцом

Фрезерование резьбы дисковой фрезой

Фрезерование резьбы групповой фрезой

Нарезание зубьев цилиндрического зубчатого колеса долбяком

Нарезание зубьев цилиндрического зубчатого колеса долбяком в виде рейки

Нарезание зубьев цилиндрического зубчатого колеса червячной фрезой

Шлифование зубьев прямозубого цилиндрического зубчатого колеса шлифовальным кругом по методу обкатки

Хонингование (доводка брусками)

Гидравлическое хонингование

Суперфиниш-процесс (доводка колеблющимися брусками)

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

Абразивные бруски

Жидкость, смешанная с абразивным порошком

Абразивные бруски

Шлифовальный круг

Режущее лезвие

Режущее лезвие

Режущее лезвие

Режущее лезвие

Режущее лезвие

Режущее лезвие

Точка

Поверхность

Тока

Линия

Линия

Линия

Линия

Линия

Линия

Линия

Касание

Копирование

След

Обкатка

След

След

След

Копирование

Копирование

Копирование

Касание

Копирование

След

Касание

Обкатка

Обкатка

Обкатка

Касание

Касание

Касание

3

нет

2

3

2

2

2

2

2

2

4.5. МЕТОДЫ ОБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ОБРАБОТКИ

111

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Полирование

Дорнование (прошивание)

Обкатывание цилиндрической поверхности шариком

Обкатывание цилиндрической поверхности роликом

Электроискровая или электроимпульсная обработка

Обработка при помощи ультразвука

Металлизация (покрытие металлами и сплавами) распылением

Размерное хромирование или никелирование

Волочение

33

34

35

36

37

38

39

40

Способ формообразования

32

№ п/п

Волочильная матрица

Заготовка

Заготовка

Звуковой контур

Электрод

Ролик

Шарик

Режущее лезвие шарик. Выглаживание. Оправка

Полировальный круг

Характеристика формообразующего инструмента

Поверхность

Поверхность

Поверхность

Поверхность

Поверхность

Линия

Точка

Линия

Точка

Формы вспомогательного геометрического элемента

Копирование

Копирование

Копирование

Копирование

Копирование

Обкатка

Обкатка

Касание

Касание

След

Копирование

Копирование

След

След

Обкатка

Обкатка

След

Касание

1

Нет

Нет

1

1

2

2

1

3

Количество движений формообразования Образующей Направляющей

Методы образования геометрических производящих линий

Окончание табл. 4.1

112 ГЛАВА 4. ОБЩИЕ ПРИНЦИНЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

4.5. МЕТОДЫ ОБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ОБРАБОТКИ

113

двух движениях формообразования; 2) методом следа и касания; 3) методом касания и следа при трех и больше движениях формообразования; 4) методом двойного касания при четырех и более движениях формообразования. Определенной форме режущего лезвия (материальная линия или материальная точка) соответствуют вполне определенные методы образования поверхностей. Это позволяет определить количество движений формообразования, необходимых для создания двух производящих линий, если отсутствуют совмещенные движения формообразования. Совмещенные движения возможны, если режущий инструмент имеет несколько лезвий с таким относительным расположением, которое позволяет одним движением формообразования создавать обе производящие геометрические линии образуемой поверхности. Таким образом, количество формообразующих движений определяется в зависимости от формы инструмента и методов образования производящих линий образуемой поверхности. Рациональное минимальное количество движений формообразования, необходимых для образования поверхностей резанием, зависит от ряда факторов и, прежде всего, от выбранного метода геометрического образования поверхности. К числу этих факторов относятся: 1) характер разделения заданной поверхности на элементарные поверхности; 2) выбор образующей из двух геометрических производящих линий на образуемой поверхности; 3) форма инструмента и его геометрическое положение относительно образуемой поверхности; 4) методы геометрического образования, как образующей, так и направляющей линий. Обозначим через H0 — число формообразующих движений для создания геометрической линии поверхности; Hн — число формообразующих движений для создания геометрической направляющей линии; Hс — число совмещенных движений при формообразовании. Тогда число формообразующих движений определяется следующим образом: Hф = H0 + Hн – Hс/2. Значения H0 и Hн определяются соответственно методу образования производящих линий, а значение Hс определяется из анализа схемы движений. Чаще всего Hс= 0 или 2.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

114

ГЛАВА 4. ОБЩИЕ ПРИНЦИНЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

Совокупность относительных движений инструмента и обрабатываемой заготовки, необходимых для получения заданной поверхности, называется кинематической схемой обработки. Из изложенного видно, что в зависимости от характера образующей и направляющей линий, характера и сочетания движений формообразования и других движений на данной операции кинематика станка и его наладка могут быть весьма разнообразными и, в ряде случаев, сложными. При разработке компоновок специализированного оборудования определение кинематических схем и, прежде всего, схем рабочих движений на станке имеют важное значение. Однако следует подчеркнуть, что количество движений, необходимых для образования поверхности, не определяют полностью кинематику станка; важна еще и качественная сторона этих движений, особенно движений формообразований. Они в основном и определяют кинематическую структуру станка. Все движения должны иметь характеризующие их во времени и пространстве параметры.

4.6. Понятие о настройке станков В серийном и массовом производстве обработка деталей производится на настроенных станках. Неизменяемость настройки станка обеспечивает однородность партии обработанных деталей по форме и размерам. Работа на настроенных станках допускает многостаночное обслуживание, обеспечивает высокую производительность и не требует высокой квалификации рабочего, обслуживающего станок. Настройка станка на обработку определенной детали, выполнение определенной операции или перехода заключается: в создании определенной кинематической цепи с целью обеспечения требуемых условий обработки — движений формообразования, при которых мы получаем необходимые формы и размеры обрабатываемой поверхности на детали; в установке инструмента и приспособлений на станке и придании им такого положения, при котором заданные формы и размеры детали получаются автоматически. Перемещение инструмента относительно заготовки ограничивается действием специальных устройств — упоров и автоматических остановов;

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

4.7. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАДАННЫХ РАЗМЕРОВ

115

в установлении на станке такого числа оборотов или числа двойных ходов в минуту и подачи, которые обеспечивают заданные режим резания, производительность и качество обработанной поверхности. В процессе обработки партии деталей настройка станка должна быть неизменной. Этим обеспечивается однородность обработанных деталей данной партии по форме и размерам. Однако во времени действует ряд факторов, например износ режущего инструмента, нарушающих постоянство настройки и вызывающих изменения формы и размеров детали, выходящих за пределы допусков или ухудшающих качество обработанных поверхностей. Вследствие этого необходимо периодически производить подналадку станка, устраняя причины нарушающие постоянство настройки.

4.7. Методы получения заданных размеров Точность размеров обрабатываемой детали на станке зависит от положения режущей кромки инструмента относительно базирующих поверхностей. Существуют три различных метода обеспечения размеров деталей: а) обработка по разметке; б) метод работы по промерам; в) метод автоматического получения размеров. Обработка по разметке. Перед обработкой на станке заготовка подвергается разметке. Разметкой называется специальная операция, заключающаяся в нанесении стальной острой иглой на заготовку осей и линий, определяющих положение обрабатываемых поверхностей. Линии проводятся на окрашенной краской или мелом поверхности заготовки. В тех местах, где эти линии могут стереться или недостаточно ясно видны, они намечаются при помощи накернивания через определенные промежутки. Операция разметки ставит целью «выкроить» деталь из заготовки, т. е. найти такое положение обрабатываемых поверхностей в заготовке, чтобы на всех обрабатываемых поверхностях были достаточные для обработки припуски. Другая цель разметки — дать оси и линии на заготовке, упрощающие ее установку на станке. Разметочные линии, ограничивая величину припуска, вместе с тем и являются границами размеров детали. Снимая стружку при обработке детали на станке до разметочной линии, мы тем самым выдерживаем размер

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

116

ГЛАВА 4. ОБЩИЕ ПРИНЦИНЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

детали, так как рабочий-станочник ограничивает перемещение режущего инструмента в процессе обработки по разметочным линиям визуально. Разметка неизбежна в единичном и мелкосерийном производстве при обработке больших деталей сложной формы. Точность обработки деталей по разметке невысока. Метод работы по промерам (рис. 4.2) состоит в том, что рабочий в начале каждого прохода «устанавливает инструмент на стружку». Он подводит инструмент к детали и обрабатывает сначала небольшой участок поверхности, далее проверяет полученный размер, после чего глубина резания корректируется (например, по лимбу). При точных работах пробную обработку и корректировку размера производят два и даже три раза. После того как положение инструмента таким образом откорректировано, обрабатывают всю поверхность. Если требуется обработка с высокой точностью, установка на стружку, повторяемая при обработке каждой детали, оказывается трудоемким и дорогим элементом работы. Тем не менее в условиях индивидуального и мелкосерийного производства работа по промерам является обычной. Даже при заготовке невысокой точности квалифицированный рабочий, пользуясь методом работы по промерам, может обеспечить высокое качество продукции и избежать брака. Отсюда видно, что работа по промерам требует рабочего высокой квалификации и применима в индивидуальном и мелкосерийном производстве. При работе по промерам, если заготовка подверглась разметке, установка детали и сама обработка (пробные проходы) благодаря наличию разметочных линий облегчается. Метод автоматического получения размеров. Автоматическое получение размеров детали при обработке на металлорежущих станках может быть обеспечено: а) применением соответствующих мерных инструментов; б) работой на настроенных станках (рис. 4.4). Применение мерных инструментов. При применении мерных инструментов (разверток, протяжек, фрез и т.д.) размеры инструмента (например развертки) переносятся на деталь. До тех пор, пока износ инструмента не приведет к изменению его размеров, выходящему за пределы допуска, размеры обрабатываемых деталей считаются постоянными, неизмененными, одинаковыми на

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

117

а

h

h

4.7. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАДАННЫХ РАЗМЕРОВ

Рис. 4.2. Метод пробных проходов и промеров

Рис. 4.3. Автоматическое получение размера применением набора мерных инструментов

Рис. 4.4. Получение размера при настроенном станке

всех деталях данной партии, подвергаемых обработке данным инструментом. Размер обрабатываемой детали Zдет = Zи и , где Zи — размер режущего инструмента, мм; и — износ режущего инструмента, мм. Знак «плюс» соответствует обработке наружных, а «минус» — обработке внутренних поверхностей. Работа на настроенных станках. Наряду с обработкой мерным инструментом метод обработки на настроенных станках является основным методом работы в массовом и крупносерийном производстве. Настройка станка, как было указано выше, обычно производится таким образом, что обрабатываемая заготовка и инструмент устанавливаются во вполне определенном положении относительно станка. При этом перемещение инструмента относительно детали ограничивается действием специальных устройств (упоров и автоматических остановов). При обработке партии деталей, производимой при одной настройке, все условия выполнения операции повторяются, поэтому можно ожидать, что результаты обработки окажутся одинаковыми. При работе по настройке отпадает один из наиболее сложных элементов работы — установка инструмента на стружку при обработке каждой детали, поэтому работа на настроенном станке может выполняться рабочим менее высокой квалификации, чем работы по промерам. Ответственность за соблюдение размеров в основном переложится с рабочего-станочника на настройщика

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

118

ГЛАВА 4. ОБЩИЕ ПРИНЦИНЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

станка, которой должен иметь соответствующую квалификацию. Однако до некоторой степени точность обработки зависит от рабочего станочника. Он должен следить за тем, чтобы при установке заготовки под нее не попала стружка или грязь, и наблюдать за износом инструмента, проверяя размеры калибром. Настройка может производиться на один или несколько размеров. Точная настройка станка сразу на два размера значительно труднее, чем настройка на один размер. С возрастанием числа размеров при настройке станка трудность настройки возрастает, требования в квалификации настройщика также увеличиваются. Настройка инструмента на размер чаще всего производится путем обработки пробных деталей и имеет некоторое сходство с установкой на стружку при работе по методу пробных проходов. Однако между этими элементами работы имеется и существенная разница. При работе по методу пробных проходов рабочий имеет в виду лишь одну обрабатываемую деталь, он устанавливает инструмент так, чтобы заведомо не снять лишнего металла. В случае необходимости он может сделать еще один проход. Поэтому рабочий держится ближе к проходной стороне калибра. Если же при настройке должен быть учтен износ режущего инструмента, необходимо, наоборот, держаться ближе к непроходной стороне.

4.8. Погрешности настройки При смене или регулировке режущего инструмента невозможно обеспечить его установку так, чтобы он занимал совершенно одинаковое и постоянное положение на станке. Для отдельных партий обрабатываемых деталей оно будет различно. Расстояние между двумя предельными положениями инструмента называют погрешностью настройки станка. Эту величину, создающую дополнительную погрешность выдержанного размера, обозначают н. Величина н зависит от метода выполнения настройки станка и представляет разность между максимальным и минимальным настроечными размерами. Величина этой погрешности зависит от квалификации наладчика, качества и точности изготовления применяемого измерительного инструмента и эталонов, которыми пользуется наладчик.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

П Я Т А Я

Технологичность конструкции изделия

5.1. ОСНОВНЫЕ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Разработка нового изделия является сложной конструкторской задачей, связанной с достижением не только требуемого технического уровня этого изделия, но и с приданием его конструкции таких свойств, которые обеспечивают максимально возможное снижение затрат труда, материалов и энергии на его изготовление, техническое обслуживание и ремонт. Решение этой задачи определяется совместной работой конструкторов и технологов. Для методического и практического обеспечения данной задачи разработан ряд стандартов и методических указаний в рамках Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП), в которых обобщен опыт передовых предприятий и организаций, даны основные определения и технологии проведения технологического анализа сборочных чертежей изделий. Технологичностью конструкции изделия, согласно ГОСТ 14.205— 83, называется совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, техническом обслуживании и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ. Под обеспечением технологичности конструкции изделия понимают функцию подготовки производства, предусматривающую взаимосвязанное решение конструкторских и технологических задач, направленных на повышение производительности труда, достижение оптимальных трудовых и материальных затрат и сокращение времени на производство, в том числе и монтаж вне предприятияизготовителя, техническое обслуживание и ремонт изделия.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

120

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

Само понятие «технологичность» можно трактовать как свойство изделий, проявляющееся в соответствии с требованиями экономичной технологии изготовления. Другими словами, технологичность конструкции можно характеризовать как свойство конструкции, проявляющееся в оптимальных затратах ресурсов (трудовых, материальных и др.) при ее производстве, эксплуатации, ремонте и утилизации. Опыт машиностроения показывает, что путем повышения технологичности конструкции изделия можно получить дополнительно сокращение трудоемкости его изготовления на 15…25 % и снижения себестоимости на 5…6 %. Отсюда становится очевидной важность решения задач, связанных с отработкой конструкции изделия на технологичность, под которой понимают часть работ по обеспечению технологичности, направленных на достижение заданного уровня технологичности и выполняемых на всех этапах разработки изделия. Главными факторами, влияющими на обеспечение технологичности конструкции изделия, являются: — вид изделия; — объем выпуска и тип производства; — конструктивная сложность; — новизна конструкции; — характеристика исходных материалов и т. д. В зависимости от конечной стадии конкретного производства изделием может быть деталь, сборочная единица и более сложные сборочные образования самостоятельного назначения, такие как агрегаты, авиационные двигатели и т. д. По области проявления технологичности конструкции изделия различают следующие виды технологичности: 1) производственную — технологичность конструкции изделия при технологической подготовке производства, изготовлении, а также монтаже вне предприятия-изготовителя; 2) ремонтную — технологичность конструкции изделия при всех видах ремонта, кроме текущего; 3) эксплуатационную — технологичность конструкции изделия при подготовке изделия к использованию по назначению, техническом обслуживании, текущем ремонте и утилизации. Непременным условием обеспечения технологичности изделий является выполнение ряда требований, предъявляемых к конструк-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

5.1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

121

ции изделия и входящих в него сборочных единиц и деталей. Эти требования вошли в отраслевые стандарты и в комплекс государственных стандартов ЕСТПП. Основные положения указанных требований сводятся к наличию в конструкции следующих свойств: — рациональность членения, компоновки изделий и их составных частей, а также выбора типа применяемых заготовок; — широкое использование принципов конструктивной и технологической преемственности, унификации и стандартизации; — рациональное ограничение количества марок и сортаментов применяемых материалов; — более широкое использование недефицитных материалов и материалов, обработка которых не вызывает трудностей; — рациональное назначение допусков и параметров шероховатости обрабатываемых поверхностей; — целесообразная простановка размеров с учетом особенностей обработки деталей на определенных видах технологического оборудования; — обеспечение удобства базирования деталей при их обработке и, по возможности, достижение достаточной жесткости конструкции; — соблюдение условий взаимозаменяемости деталей, упрощение сборочных работ и возможности их механизации; — создание деталей таких конструктивных форм, которые позволяют применять более производительные методы механической обработки и использовать высокопроизводительное оборудование; — обеспечение условий врезания и выхода режущего инструмента, а также хорошего доступа для обработки и осуществления замеров поверхностей детали; — уменьшение многообразия видов обрабатываемых поверхностей и геометрических размеров однотипных элементов конструкции детали; — максимально возможное упрощение конструкции сборочных единиц и деталей; — возможность применения прогрессивных технологических процессов, высокопроизводительного оборудования и более совершенных методов организации труда, для чего может потребоваться наличие в деталях или сборочных единицах определенных конструктивных элементов;

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

122

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

— удобство технического обслуживания и ремонта в процессе эксплуатации, что может потребовать внесения в конструкцию определенных элементов. Общие требования к технологичности конструкции изделия конкретизируются и уточняются с учетом особенностей определенных видов работ (штамповки, литья, механической обработки, сборки и т. д.). Известно, что при механической обработке технологичность детали зависит от ее габаритных размеров, конфигурации, рационального выбора заготовки, простановки размеров и правильного установления точности и параметров шероховатости обрабатываемых поверхностей. Требования к конструктивным формам детали во многом определяются возможностями технологического оборудования и конкретными условиями производства (типом производства, наличием достаточного количества станков с ЧПУ и др.). Обеспечение удобного и надежного закрепления детали на станке накладывает ограничение на жесткость ее конструкции, так как недостаточность или отсутствие этого свойства приводит к необходимости разработки специальной технологической оснастки, а также к уменьшению предельных режимов обработки. Отдельные геометрические элементы могут быть признаны технологичными, если их размеры и конфигурация будут соответствовать параметрам стандартного режущего инструмента, так как разработка специального инструмента требует дополнительных затрат и удлиняет сроки технологической подготовки производства. Это соответствие является необходимым, но недостаточным условием. При разработке геометрических элементов поверхностей детали должны широко использоваться принципы унификации для сокращения их разновидностей в конструкции детали, что позволит уменьшить номенклатуру применяемого стандартного режущего инструмента. Более предпочтительна конфигурация поверхностей, позволяющая производить их обработку напроход. Необходимо по возможности избегать глубоких отверстий, глухих отверстий с двух сторон детали и внутренних выточек, изготовленных с высокой точностью, а также отверстий, пересекающих зону закалки. Соосные отверстия в конструкции детали следует располагать с учетом убывания диаметров в одном направлении, а ступенчатые валы должны иметь по возможности небольшие перепады диаметров. Наиболее

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

5.1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

123

технологичными являются сквозные цилиндрические отверстия. Необходимо располагать обрабатываемые поверхности в одной плоскости, применять стандартные размеры диаметров, допусков, посадок, параметров шероховатости. В деталях, подвергающихся термической обработке, требуется предусматривать галтели или радиусные переходы. Внутренние резьбы должны быть по возможности сквозными. Ряд дополнительных требований к деталям, подвергающимся механической обработке, обусловливается особенностями применяемого технологического оборудования. Необходимость обеспечения высококачественного проведения сборочных работ определяет номенклатуру специальных требований к конструкции изделий. Известно, что их членение на отдельные составные части должно быть произведено таким образом, чтобы можно было проводить одновременно сборку многих составных частей изделия. Предпочтительно осуществлять членение изделия с учетом функционального назначения отдельных составных частей. Необходимо учитывать принцип взаимозаменяемости, совмещать технологические и измерительные базы, обеспечивать удобство подходов к соединениям с тем, чтобы использовать различные средства малой механизации. Конструкция должна обеспечивать возможность применения несложных приспособлений и стандартного инструмента. Следует предусматривать возможность проведения параллельной сборки сборочных единиц. Сборка должна быть удобной. Объем механических работ при сборке изделия — минимальным. При сборке должна обеспечиваться взаимная фиксация собираемых деталей и сборочных единиц. Для этого используются выступы и пазы, шпонки, штифты, установочные фиксирующие отверстия. Существуют достаточно известные требования к технологичности различных видов соединений (сварочных, заклепочных и др.). Точность сборочных соединений обеспечивается методами подгонки, регулировки, групповой взаимозаменяемости. При членении сложной сборочной единицы на более простые элементы необходимо выполнять следующие требования. 1. Сборочные единицы должны быть рассчитаны на минимальное количество различных видов технологических процессов сборки (соединение болтами, клепкой, сваркой, пайкой и т. д.). Они

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

124

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

должны быть простыми, представлять собой законченное изделие для определенного производственного участка и иметь минимально возможное количество сочленений. 2. Расчленение сложной сборочной единицы на простые должно осуществляться с учетом производственной структуры предприятия-изготовителя и предусматривать соединение простых сборочных единиц в определенной последовательности таким образом, чтобы одна сборочная операция не мешала выполнению других. 3. Расчленение сложной сборочной единицы должно быть сделано с учетом возможности замены любой простой сборочной единицы без нарушения других соединений простых сборочных единиц. 4. Конструкция сборочной единицы должна обеспечивать возможность проведения регулировочных и контрольных операций. При этом частые регулировки не должны нарушать регулировки сложной сборочной единицы. Существенное место при отработке конструкции деталей на технологичность отводится уменьшению материалоемкости изделий, которое обеспечивается комплексным решением ряда взаимосвязанных вопросов. Мероприятия по сокращению расхода материалов могут быть разделены на две следующие группы. 1. Конструктивные мероприятия, связанные с совершенствованием методов расчета и использованием новых принципов конструирования с обеспечением равнопрочности деталей во всех ее сечениях, а также с применением новых, недорогих и недефицитных материалов (в том числе пластмасс). К этой группе относятся также мероприятия по применению рациональных видов заготовок для изготовления деталей. 2. Технологические мероприятия, среди которых можно отметить следующие: — разработка более совершенной технологии создания новых конструкционных материалов для обеспечения возможности широкого их применения в изделиях; — изменение технологии создания существующих конструкционных материалов, а также введение дополнительных контрольных операций с целью повышения их качественных характеристик; — внедрение технологических методов упрочнения материалов;

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

5.1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

125

— расширение номенклатуры выпускаемых видов проката, а также уменьшение полей допусков на его геометрические размеры; — рациональное применение более совершенных технологических процессов и оборудования в рамках определенного вида производства (например, в литейном производстве использование более совершенных способов литья, в механообрабатывающем производстве — станков с ЧПУ, многоцелевых станков и т. д.). Применение рациональных видов заготовок должно быть обосновано соответствующими технико-экономическими расчетами. При этом учитывают материал, габаритные размеры и массу детали, серийность производства, точность размеров и допуски на обработку, а также специфические условия эксплуатации. Вид применяемой заготовки может накладывать определенные ограничения на конфигурацию детали и предъявляемые к ней требования с точки зрения технологичности. Например, применение такого способа формообразования заготовок, как литье, накладывает ряд ограничений на форму и увязку отдельных поверхностей детали: — стремление к уменьшению габаритных размеров; — наружные поверхности должны состоять из прямолинейных контуров, соединенных плавными переходами; — толщина стенок должна назначаться такой, чтобы исключить резкие отклонения в их размерах; — необходимо избегать выступающих частей, больших тонких ребер и таких сочетаний поверхностей, которые затрудняли бы изготовление литейной формы; — форма заготовки должна исключать затруднения при разъеме модели и т. п. В зависимости от применяемого способа литья (литье в песчаноглинистые формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, под давлением и др.) требования к технологичности литых деталей дополняются и уточняются. Применение той или иной разновидности литья определяется особенностями конструкции детали, ее назначением, условиями эксплуатации, а также производственными возможностями. Для деталей, работающих на изгиб, растяжение и кручение и имеющих существенное различие в отдельных сечениях, рекомен-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

126

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

дуют применять заготовки в виде поковок и штампованных заготовок. Штамповка обеспечивает получение более качественной заготовки, но требует применения дорогостоящих штампов. Поэтому использование этого вида формообразования деталей должно быть экономически обоснованным. Разработчик учитывает особенности технологических процессов обработки давлением и придает в соответствии с ними определенную форму деталям, к которым предъявляются особые требования по технологичности их конструкции. Так, при использовании горячей штамповки необходимо предусмотреть: возможность сокращения числа переходов, операций и минимизацию последующей механической обработки; изготовления детали на простых и дешевых штампах; разъема штампов, а также ряд других требований, которые в совокупности характеризуют технологичность штампованной заготовки. Выполнение каждого из приведенных требований накладывает определенные ограничения на конфигурацию изготовляемой детали. Так, при штамповке на молотах и прессах деталь должна иметь разъемную геометрическую форму с наличием штамповочных уклонов на вертикальных (к плоскости разъема) стенках, а также плавные скругленные контуры. Требуемая величина штамповочных уклонов изменяется в зависимости от применяемого оборудования. Пространственные детали сложной формы или близкие к ним заготовки технологично изготовлять с применением холодной штамповки, которую можно отнести к одному из наиболее прогрессивных способов формообразования деталей. Применяемый вид холодной штамповки (гибка, вытяжка, холодное выдавливание, холодная объемная штамповка и др.) во многом определяет номенклатуру требований, характеризующих технологичность детали. Физико-механические свойства отдельных конструкционных материалов (пластмасс, спеченных порошковых материалов и др.) и условия специальных видов обработки накладывают дополнительные требования к технологичности конструкции деталей. Техническое обслуживание и ремонт изделий проводятся с учетом обеспечения отдельных требований к их эксплуатационной технологичности. Содержание этих требований во многом опреде-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

5.1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

127

ляется функциональным назначением изделий и особенностями процесса их эксплуатации. Общими требованиями к эксплуатационной технологичности большого количества разнообразных конструкций являются: — доступность, взаимозаменяемость составных частей изделий в процессе эксплуатации; — возможность применения наиболее совершенных средств контроля технического состояния систем; — возможность проведения регулировочно-доводочных работ; — возможность применения прогрессивной технологии восстановительных работ; — обеспечение удобства при обслуживании и ремонтах; — минимальное количество мест регулировки и точек смазывания; — легкосъемность отдельных агрегатов и составных частей. В зависимости от функционального назначения отдельных систем однотипных изделий требования по эксплуатационной технологичности уточняются и дополняются. При использовании робототехнических систем, станков с ЧПУ, гибких автоматизированных производств имеют место специфичные требования к технологичности конструкций. Одним из существенных направлений повышения эффективности дорогостоящих станков с ЧПУ является применение для обработки на них деталей, отработанных на технологичность с учетом особенностей этого вида оборудования. В результате отработки конструкций на технологичность появляется возможность повысить режимы обработки, уменьшить сроки подготовки программ и сократить время на переналадку оборудования при переходе на изготовление другого типоразмера деталей. Для станков с ЧПУ технологичной может быть конструкция деталей сложной конфигурации, отличающаяся большим количеством обрабатываемых поверхностей с высокими требованиями к точности и параметрам шероховатости. Форма поверхностей может описываться сферой, дугами, параболами, гиперболами, эллипсами и другими сложными контурами. При анализе технологичности деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ, необходимо учитывать требования надежного удаления стружки, максимального упрощения программирования, обеспечения благоприятных условий работы режущего инструмен-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

128

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

та, надежного закрепления заготовки, обеспечивающего возможность обработки максимального числа ее поверхностей и одновременно высокую жесткость системы заготовка—приспособление. При автоматической загрузке заготовок дополнительно следует учитывать возможность их ориентирования и захвата загрузочным устройством. Основными требованиями, предъявляемыми к конструкции деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ, являются: 1. Максимальная унификация элементов конструкции детали. Конструкция заготовки детали должна быть такой, чтобы для обработки требовалось минимальное количество инструментов. Этому способствует рациональное оформление канавок (рис. 5.1, а) и широкая унификация размеров основных и крепежных отверстий. Для уменьшения объема работ по подготовке управляющей программы следует радиусы r закруглений внутренних контуров выполнять одинаковыми и согласованными с диаметром фрезы DФ : r > DФ/2 (рис. 5.1, б). 2. Симметричность формы детали, позволяющая проводить обработку с применением одного комплекта инструмента с одной установки в поворотном устройстве по одной программе (рис. 5.1, в). Симметричность конструкции детали по форме и размерам сокращает количество требуемых программ. 3. Конструкция детали должна позволять использовать при ее обработке инструмент более высокой жесткости. Радиусы фрезерования в карманах (рис. 5.1, б), окнах и занижениях следует, по возможности, увеличивать, что повышает жесткость инструмента. Из этих же соображений в корпусных деталях, имеющих соосные отверстия в двух стенках, следует проектировать конструкцию так, чтобы при растачивании отношение длины l к диаметру d было не более 5—6. 4. Для обеспечения высокопроизводительных режимов резания отношение высоты ребра к его толщине должно быть не более 10, применение наклонных стенок должно быть по возможности ограниченным и др. 5. Конструкция детали должна обеспечивать удобство удаления стружки. При многопереходной обработке целесообразно вместо глухих отверстий и карманов предусматривать сквозные отверстия и окна, что способствует лучшему стружкоудалению.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

129

5.1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

b2 b1

r DФ

b1 = b2 а)

r

б)

r r

в)

Рис. 5.1. Технологичные конструкции деталей для станков с ЧПУ

6. Конструкция детали должна способствовать исключению или максимальному уменьшению последующей после обработки на станках с ЧПУ станочной или ручной доработки. Для этого нецелесообразно предусматривать резьбовые отверстия с диаметром резьбы менее М6. 7. Чертежные размеры детали следует проставлять в зависимости от того, в какой системе работает станок с ЧПУ (абсолютной, по приращениям, комбинированной). При обработке деталей на автоматических линиях и агрегатных станках нужно учитывать следующие требования по технологичности конструкции: — обрабатываемые поверхности вращения желательно располагать таким образом, чтобы была возможность обработки только с осевой подачей режущего инструмента (сверление, зенкерование, развертывание, растачивание, снятие фасок, резьбонарезание, подрезание торцев и др.); — желательно выдерживать соосное расположение обрабатываемых поверхностей; — предпочтительным считается такое оформление поверхностей, при котором возможно применение сборного многолезвийного режущего инструмента, обеспечивающего совмещение во времени технологических переходов (их концентрацию);

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

130

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

— необходимо предусматривать параллельное расположение осей обрабатываемых отверстий; — следует избегать пересечения поверхностей отверстий для обеспечения одновременной обработки несколькими инструментами; — для обработки ступенчатых отверстий необходимо располагать поверхность большего диаметра со стороны подвода инструмента; — в конструкции корпусных деталей желательно такое оформление растачиваемых отверстий, обработка которых возможна консольной борштангой (применение длинных борштанг с дополнительными опорами затрудняет выполнение обработки на автоматических линиях и агрегатных станках). При анализе технологичности конструкции изделия используют два вида оценки: качественную и количественную.

5.2. Качественная оценка технологичности конструкции изделия Качественная оценка — это оценка соответствия принимаемых решений требованиям оптимальных технологических процессов. Результатом качественной оценки технологичности конструкции изделия являются оценки типа «хорошо — плохо», «технологично — нетехнологично», «допустимо — недопустимо» и т. п. Качественная оценка не позволяет при сравнении разных вариантов конструкции сказать, насколько один из них лучше другого в процентном отношении или насколько он приближается к эталонному варианту, что является ее недостатком. Она допустима на всех стадиях проектирования, когда осуществляется выбор лучшего конструктивного решения и не требуется определения степени различия технологичности сравниваемых вариантов. При проектировании новых конструкций и отработки их на технологичность следует учитывать, что улучшение технологичности отдельно взятой детали может вызвать необходимость проведения изменений в узле или изделии в целом. Поэтому технологичность конструкции целесообразно рассматривать как комплексное решение задачи, учитывающее требования по всем составным частям производственного процесса изготовления из-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

5.3. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

131

делия (начиная с заготовки и заканчивая сборкой и использованием изделия). При проведении качественной оценки технологичности конструкции изделия формируются технические требования, рекомендации, систематизированная информация, позволяющая сделать правильный выбор на базе уже имеющегося опыта. Качественная оценка при сравнении конструкций в процессе проектирования изделия предшествует количественной, определяет целесообразность последней и, соответственно, затрат времени на определение численных значений показателей технологичности сравниваемых вариантов.

5.3. Количественная оценка технологичности конструкции изделия Количественная оценка технологичности конструкции направлена на сравнение показателей с эталоном в количественном выражении. Эта оценка позволяет определить, насколько один вариант отличается от другого. При проведении количественной оценки технологичности конструкции изделия используют частные, комплексные и базовые показатели технологичности конструкции изделия. Базовый показатель технологичности конструкции изделия — показатель, принятый за исходный при оценке технологичности. Частный показатель — показатель технологичности, характеризующий одно из входящих в нее свойств. Комплексный показатель — показатель технологичности, характеризующий несколько входящих в нее частных или комплексных свойств. Частные и комплексные показатели бывают абсолютными и относительными. Абсолютные показатели характеризуют один или несколько признаков технологичности конструкции изделия, например, число оригинальных деталей. Относительные показатели основаны на сравнительной характеристике технологичности конструкции. Необходимо применять минимальное, но достаточное для оценки технологичности число показателей. Рассмотрим определение некоторых показателей технологичности.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

132

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

1. Абсолютный технико-экономический показатель трудоемкости изготовления изделия Ти выражается суммой нормочасов, затраченных на изготовление изделия: n

Ти   Т i ,

(5.1)

i 1

где Тi — трудоемкость изготовления i-й составной части изделия в нормочасах; n — число составных частей в изделии. 2. Уровень технологичности конструкции по трудоемкости изготовления Kу. т — отношение достигнутой трудоемкости изготовления изделия Ти к базовому показателю трудоемкости его изготовления Тб. и: K у.т 

Ти . Тб.и

(5.2)

3. Технологическая себестоимость изделия Ст определяется как сумма затрат на единицу изделия при осуществлении технологического процесса изготовления изделия. 4. Уровень технологичности конструкции по технологической себестоимости Kу. с определяется как отношение достигнутой себестоимости изделия Ст к базовому показателю технологической себестоимости изделия Сб. т: K у.c 

Cт Сб.т

(5.3)

5. Конструкция детали должна состоять из стандартных и унифицированных элементов или быть стандартной в целом. Это требование оценивается по коэффициенту унификации конструктивных элементов Kу. э и определяется по формуле K у. э 

Qу. э Qэ

,

(5.4)

где Qy.э — число унифицированных типоразмеров конструктивных элементов; Qэ — число типоразмеров конструктивных элементов в изделии.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

5.3. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

133

Примерами конструктивных элементов являются резьбы, проточки, фаски, отверстия, шлицы и т. д. Признаком унификации является использование рекомендованных соответствующими стандартами размеров этих элементов и их соотношений. 6. Деталь должна изготавливаться из заготовок, максимально приближенных к форме готовой детали. Расход конструкционных материалов для изготовления деталей характеризуется коэффициентом использования материала Kи. м: Kи. м 

Мд Мз

,

(5.5)

где Мд — масса детали; Мз — масса заготовки. Этот показатель характеризует совершенство конструкций детали и заготовки, технологии изготовления заготовок, а также объем механической обработки резанием как наиболее трудоемкой стадии. 7. Коэффициент точности обработки Kтч определяется по формуле K тч  1 

1  nq , 1 ITср  ITq  nq

(5.6)

где ITср — средний квалитет точности обработки поверхностей изделия: ITср 

 ITq  nq ,  nq

(5.7)

ITq — квалитет точности обработки; q — цифровой индекс квалитета точности поверхности детали; nq — число размеров соответствующего квалитета точности (допустимо определять nq как число деталей, для поверхностей которых назначается одинаковый квалитет точности). Предельное значение коэффициента точности Kтч, обеспечивающее достаточную технологичность конструкции детали, не должно быть менее 0,875. Этому значению соответствует средний квалитет точности детали IT8. Еще большее увеличение усредненного

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

134

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

квалитета точности снижает затраты на механическую обработку, повышая технологичность конструкции. 8. Коэффициент шероховатости поверхности Kш: Kш 

1  nRai ,  Raср  Rai  nRai

(5.8)

где Raср — средняя величина шероховатости поверхностей деталей изделия: Raср 

 Rai  nRa  nRa

i

,

(5.9)

i

Rai — числовое значение шероховатости i-й поверхности; nRai — число поверхностей соответствующей величины шероховатости, для которых данная шероховатость является равной (допустимо определять nRai как число деталей, для которых шероховатость является наивысшей). Вид расчетной формулы для определения технологичности по средней величине шероховатости всех поверхностей детали позволяет наглядно отразить их взаимосвязь: необоснованное повышение требований к шероховатости увеличивает число этапов и снижает технологичность деталей при механической обработке. Средняя величина шероховатости, обеспечивающая достаточную технологичность деталей общего машиностроения при механической обработке, не должна превышать Ra = 3,125 мкм. Коэффициент шероховатости при данной величине равняется 0,32.

5.4. Производственная технологичность изделий Создание детали, конструкция которой технологична на производственной стадии, предполагает придание ее основным элементам свойств, позволяющих применять высокопроизводительные и экономичные способы механической обработки в заданных условиях изготовления при безусловном обеспечении функциональных показателей и эксплуатационных характеристик. Чем раньше формируется очертание деталей в любом типе производства, тем меньше расходуется средств, времени и труда на обеспечение простого и экономичного их изготовления при механической обработ-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

135

5.4. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ

ке. Трудоемкость обработки любой детали на этом этапе зависит от двух основных факторов: — особенностей конструктивного оформления поверхностей; — точности размеров и шероховатости поверхностей. Технологичность конструктивных форм для стадии механической обработки определяется такими характеристиками отдельных поверхностей и их сочетаний, которые позволяют, например, снизить площадь обработки поверхностей и, соответственно, повысить стойкость инструментов, производительность за счет уменьшения периметра фрезеруемых (рис. 5.2, а) или протягиваемых поверхностей (рис. 5.2, б). ∅14

а)

12

14

∅16

б)

Рис. 5.2. Повышение технологичности деталей за счет уменьшения площади поверхностей, обрабатываемых резанием

Существенное влияние на трудоемкость механической обработки оказывает жесткость детали. В процессе обработки нежесткая деталь деформируется, вибрирует, что приводит к искажению формы обработанной поверхности, принуждает снижать интенсивность режимов обработки. С целью временного повышения жесткости приходится использовать конструктивно сложные приспособления с дополнительными опорами, подводимыми к заготовке. Более высокая жесткость конструкции заготовки в значительной степени гарантирует плавное, безударное снятие припуска и отсутствие вибраций при обработке. Следовательно, выбор способов наиболее производительной обработки заготовок должен соответствовать особенностям их конструктивных форм. Так, например, при «пакетной» установке заготовок зубчатых колес с развитой ступицей для обработки на зуборезном станке из-за вибраций невозможно достигнуть необходимой шероховатости зубьев (рис. 5.3, а). Для

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

136

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

возможности более производительной одновременной обработки трех и более зубчатых колес необходимо изменить их форму так, как показано на рис. 5.3, б, а для парной обработки — в соответствии с рис. 5.3, в.

а)

б)

в)

Рис. 5.3. Повышение жесткости заготовки зубчатого колеса при обработке путем изменения формы ступицы

Конструктивное оформление элементов детали в значительной степени определяет долю вспомогательного труда в общем балансе затрат времени на обработку. Для обеспечения равномерности припуска или необходимой взаимосвязи обрабатываемых и необрабатываемых поверхностей, особенно точных, с малыми припусками, часто требуется выверка положения заготовки на станке. Этот процесс может сопровождаться ручной разметкой, пробными проходами, многочисленными поднастройками положения заготовки или измерением фактического расположения поверхностей с помощью встроенных средств контроля и коррекцией положения инструмента. В любом случае, эти действия удлиняют технологический процесс, снижая его эффективность. Поэтому целесообразно в конструкции детали выделять основные или предусматривать дополнительные поверхности, которые могут использоваться в качестве базовых на первых операциях или единых технологических баз на всем маршруте обработки. В качестве примера снижения затрат вспомогательного труда на обеспечение равномерности распределения припуска можно привести конструкцию прогрессивной заготовки лопатки компрессора газотурбинного двигателя, в которой сделаны специальные установочные поверхности (сферический технологический выступ и цилиндрическая технологическая бобышка на торце пера), используемые в качестве технологических баз (рис. 5.4). Благодаря этому

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

137

5.4. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ

3

5 2

1 4

1

4

6

2

5 6

3 Рис. 5.4. Базирование заготовок лопаток (первая операция) с использованием технологических бобышек

а)

б)

Рис. 5.5. Пример конструктивных исполнений крышки подшипника редуктора, обрабатываемых за две (а) и одну (б) установки

исключается выверка ее положения при установке и закреплении на станке и, следовательно, снижается вспомогательное время. Трудоемкость обработки заготовок зависит и от числа ее установок на станках. Возможность уменьшения числа установок заготовки в процессе ее обработки непосредственно связана с расположением обрабатываемых поверхностей. В частности, экономичность обработки заготовок на токарных или расточных станках будет гораздо выше, если обработка ведется за одну установку. Для этого в конструкции детали целесообразно предусмотреть сквозное отверстие, а диаметры обрабатываемых участков ступенчато изменять в одном направлении (рис. 5.5).

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

138

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

Удобство подвода и выхода инструмента, доступность обрабатываемых поверхностей имеет большое значение для уменьшения трудоемкости механической обработки. Фрезерование поверхности, обозначенной утолщенной линией (рис. 5.6, а), невозможно из-за наличия уступа 1. Если уступ опустить ближе к основанию детали (рис. 5.6, б) или изменить контур обрабатываемой поверхности (рис. 5.6, в), то появляется возможность непрерывной обработки всего контура одной фрезой и за одну установку.

1

1

1 а)

б)

в)

Рис. 5.6. Повышение технологичности путем обеспечения свободного подвода инструмента к обрабатываемой поверхности

R

а)

б)

Рис. 5.7. Формы деталей, обеспечивающие свободный выход инструмента

Не менее важным условием для снижения трудоемкости механической обработки является необходимость обеспечения свободного входа и выхода инструмента. Данное положение иллюстрируется на примере обработки зубьев на шейке вала, впадина которых выступает (рис. 5.7, а) или занижена относительно уровня наружной поверхности вала (рис. 5.7, б). В последнем случае обработка заготовки методом автоматического получения размеров на заранее настроенном универсальном станке невозможна, поскольку требуется организация сложной траектории установочных и рабочего движений. Примеры технологичных конструкций с точки зрения производства приведены в табл. 5.1

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

В ступенчатых отверстиях наиболее точную ступень следует делать сквозной

H7

H14

H 14

H7

1. Снижение трудоемкости. 2. Повышение точности обработки и стойкости инструмента. 3. Упрощение конструкции инструмента

1. Возможность обработки за один проход. 2. Возможность обработки нескольких деталей одновременно. 3. Упрощение контроля

Преимущества технологичной конструкции

Обрабатываемые плоскости следует располагать на одном уровне

Технологичная 1. Уменьшение расхода инструмента. 2. Снижение трудоемкости

Нетехнологичная

Характеристика конструкции

Обрабатываемые плоскости не должны быть сплошными

Основные технологические требования

5.1. Примеры технологичных конструкций деталей

5.4. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ

139

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1. Предохранение инструмента от поломок. 2. Повышение точности сверления. 3. Повышение производительности

1. Сокращение номенклатуры потребного инструмента. 2. Повышение производительности

Геометрические элементы детали должны быть унифицированны по форме и размерам

Преимущества технологичной конструкции

Возможность нормального входа и выхода режущего инструмента

Технологичная 1. Улучшение качества резьбы. 2. Улучшение качества работы инструмента. 3 Повышение производительности

Нетехнологичная

Характеристика конструкции

Глухие отверстия с резьбой должны иметь канавки для выхода инструмента

Основные технологические требования

Продолжение табл. 5.1

140 ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1. Предохранение инструмента от поломок. 2. Плавные врезания инструмента в материал заготовки и его выход

1. Упрощается процесс обработки. 2. Уменьшение трудоемкости. 3. Повышение производительности

Возможность обработки отверстия производительным методом — протягиванием

Безударная работа инструмента

Свободный доступ к обрабатываемой поверхности

Следует избегать глухих шлицевых отверстий —

1. Применение более производительного инструмента. 2. Снижение трудоемкости. 3. Улучшение условий работы инструмента и особенно его врезания

Следует избегать закрытых пазов, обрабатываемых концевыми фрезами

5.4. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ

141

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1. Повышение производительности. 2. Уменьшение трудоемкости. 3. Уменьшение времени обработки партии деталей

Преимущества технологичной конструкции

Применение многоместной обработки

Технологичная 1. Сокращение числа проходов. 2. Упрощение конструкции режущего инструмента. 3. Снижение трудоемкости

Нетехнологичная

Характеристика конструкции

Следует избегать закрытых гнезд и несквозных пазов

Основные технологические требования

Окончание табл. 5.1

142 ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

143

5.4. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ

Стоимость обработки в условных единицах

Трудоемкость механической обработки непосредственно связана с обеспечением требуемой точности размеров деталей машин. Наиболее технологичными являются детали, размеры которых ограничены более широкими допусками. Допуски размеров деталей должны формировать действительно необходимые сопряжения их поверхностей, которые обеспечат неподвижность или возможность относительного перемещения в соответствии с заданным законом движения исполнительных звеньев механизма. Часто завышенные требования к функциональной точности машин объясняются стремлением добиться тождественности относительных перемещений «идеального» и реального механизмов, не считаясь с тем, что эти различия могут быть малыми. Опыт механической обработки показывает, что технология становится дороже и сложнее с ростом размеров обрабатываемых поверхностей и уменьшением допусков на них. Если представить в условных единицах стоимость обработки отверстий (валов) в зависимости от допусков на их размеры, то принципиальная взаимосвязь затрат на обработку и точности изготовления будет существенно нелинейной (рис. 5.8).

3

Обработка отверстия: сверлить, шлифовать, довести Обработка вала: точить, шлифовать, довести Обработка отверстия: сверлить, шлифовать Обработка вала: точить, шлифовать

2

Обработка отверстия: сверлить, зачистить, развернуть Обработка вала: точить Обработка отверстия: сверлить Обработка вала: холоднотянутый пруток

1

0,005 0,010

0, 050 Величина допуска

0, 100

мм

Рис. 5.8. Зависимость затрат на механическую обработку от требуемой точности

От шероховатости сопряженных поверхностей деталей машин зависит их износостойкость, прочность неподвижных сопряжений, выносливость, коррозионная стойкость и другие факторы, обуславливающие безотказность и долговечность работы. Поэтому выбору шероховатости поверхностей каждой изготовляемой дета-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

144

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

ли следует уделять серьезное внимание. Однако высотные и другие параметры шероховатости должны соответствовать не только эксплуатационным условиям, но и условиям экономичного изготовления деталей, т. е. достигаться наименее сложным и наиболее производительным способом. Параметры шероховатости и допуски на размеры обрабатываемой поверхности взаимозависимы и должны соответствовать друг другу (табл. 5.2). 5.2 Рекомендуемая взаимосвязь точности линейных размеров и шероховатости поверхностей Допуск размера, мкм

Параметр шероховатости, мкм

0,5…1,0

Rа 0,05…0,1

1,0…2,0

Rа 0,1…0,08

2,0…3,5

Rа 0,08…0,1

3,5…6,5

Rа 0,1…0,2

6,5…13

Rа 0,2…0,4

13…25

Rа 0,4…0,8

25…40

Rа 0,8…1,6

40…75

Rа 1,6…3,2

75…150

Rz 3,2…25

150…250

Rz 25…50

250…500

Rz 50…100

500…800

Rz 100…200

800 и более

Rz 200 и более

Шероховатость сопряженных поверхностей деталей, даже обрабатываемых на одной операции, часто не получается одинаковой. Например, при шлифовании цилиндрической поверхности и прилегающего к ней торца шероховатость последнего из-за различных условий резания будет приблизительно на одну ступень ниже. Поэтому при технологическом анализе чертежа детали следует обращать внимание на обоснованность назначения шероховатости сопряженных поверхностей. Представленные рекомендации по технологическому анализу конструкции детали не являются исчерпывающими. Существуют

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

5.4. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ

145

и другие, которыми следует руководствоваться при конструировании и технологической отработке конструкции деталей. Практически значимыми являются и такие требования: — четкое разделение поверхностей, обрабатываемых с разной точностью; — сокращение количества типоразмеров обрабатываемых элементов деталей; — придание обрабатываемым поверхностям форм, обеспечивающих равномерную и безударную работу инструментов; — исключение одностороннего воздействия припуска на размерный многолезвийный инструмент (сверла, зенкеры, развертки) при обработке; — недопустимость совместной обработки деталей, в результате которой нарушается непрерывность производственного цикла, снижается взаимозаменяемость деталей в эксплуатации.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

Ш Е С Т А Я

Базирование и базы в машиностроении

6.1. Основные теоретические сведения Определение относительного положения детали в машине в процессе ее работы и изготовления является важнейшей задачей, решение которой влияет на качество деталей и машины в целом. Для ее решения существует теория базирования, исходные принципы и теоретические положения которой основаны на законах теоретической механики и регламентированы ГОСТ 21495—76 «Базирование и базы в машиностроении. Термины и определения». Теоретическая механика рассматривает два состояния твердого тела «покоя» и «движения». Эти понятия относительны, поэтому необходимо указывать систему отсчета. Если положение тела относительно выбранной системы отсчета со временем не изменяется, то считается, что это тело покоится относительно данной системы отсчета. Если же тело изменяет свое положение относительно выбранной системы отсчета, то тело находится в движении. Требуемое положение или движение тела достигается наложением геометрических или кинематических связей. Связями в теоретической механике называют условия, которые налагают ограничения либо только на положение, либо также и на скорость перемещения тела. В первом случае — геометрическая связь, во втором — кинематическая. Связи обычно осуществляются в виде различных тел, стесняющих свободу движения данного тела. Независимые перемещения, которые может иметь тело, называют степенями свободы. Абсолютно твердое тело имеет шесть сте-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

6.1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

147

Z пеней свободы: 3 перемещения относительно трех взаимно перпендикулярных координатных осей и 3 вращения вокруг этих осей (рис. 6.1). Для того чтобы определить положение любого твердого тела в пространстве, необходимо и достаточно в выбран0 Х ной системе координат наличие шести геометрических связей, которые при соединении деталей превращаются в 6 опорных точек. Y Данное положение получило наРис. 6.1. Степени свободы абсолютно звание «правило шести точек». твердого тела Исходя из служебного назначения, отдельным деталям оставляют одну или более степеней свободы. Например, шпиндель токарного станка имеет одну степень свободы — вращение вокруг собственной оси. При обработке детали рассматривается положение детали в приспособлении и деталь, как правило, лишается всех шести степеней свободы. Базирование — придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат. Опорная точка — точка, символизирующая одну из связей заготовки или изделия с выбранной системой координат. Базой называется поверхность или выполняющее эту функцию сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке или изделию и используемая для базирования. Комплект баз — совокупность трех баз, образующих систему координат заготовки или изделия. Понимание геометрических связей 1—6 (рис. 6.2—6.4), каждая из которых определяет одну из координат, а следовательно, лишает одной степени свободы, имеет принципиальное значение для успешного решения вопросов базирования. Таким образом, положение детали определяется при помощи шести координат. Теоретически базирование детали (изделия и т. п.) связано с лишением ее шести степеней свободы при помощи шести геометрических связей, которые при соединении деталей превращаются в 6 опорных точек.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

148

ГЛАВА 6. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Z

6

5 4 0 X

3 1

Y

2

Рис. 6.2. Определение положения призматического тела

6

Z 4 3 0

X

2 5 1

Y

Рис. 6.3. Определение положения вала Z 1

3 2

4

X

Y

5 6

Рис. 6.4. Определение положения диска

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

149

6.1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

В

Z Иногда нет надобности лишать заготовку всех степеней свободы, так как это усложняет конструкцию приспособления. Так, при фре5 зеровании шпоночной канавки на цилиндри3 Y 1 ческом валике угловое положение заготовки C относительно оси X не фиксируется, заготовка 2 установлена на пять точек (рис. 6.5). При об4 работке плоской детали по поверхности для обеспечения размера по толщине отпадает необходимость в фиксации положения детали в X горизонтальной плоскости и относительно оси Рис. 6.5. Установка с лишением Z, и деталь установлена на три точки (рис. 6.6). заготовки пяти степеней Для размещения шести опорных точек несвободы обходимо наличие у детали трех поверхностей Z или заменяющего их сочетания, т. е. необходима координатная система. Y Схема базирования — схема расположения 3 1,2 опорных точек на базах заготовки или изделия. 2 1 При составлении схем базирования необхо3 Y димо соблюдать следующие правила. Все опорные точки на схеме базирования изображают условными обозначениями (рис. X 6.7 и 6.8) и нумеруют порядковыми номераРис. 6.6. Установка ми, начиная с базы, на которой располагается заготовки с лишением наибольшее количество опорных точек. В катрех степеней свободы честве примера на рис. 6.8 представлена схема базирования призматической детали. 10

5

60°

1

10

3

2

10

4

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

4,5 2

6

2

60o

Рис. 6.7. Условное обозначение опорной точки

1,3 3

1

6

6

5

4

5

Рис. 6.8. Схема базирования призматической детали

150

ГЛАВА 6. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ

При наложении в какой-либо проекции одной опорной точки на другую изображается одна точка и около нее проставляются номера совмещенных или совпавших точек (например, на рис.6.8 точки 1 и 3, 4 и 5 на виде слева). Число проекций заготовки или изделия на схеме базирования должно быть достаточным для четкого представления о расположении опорных точек.

6.2. Классификация баз Базы классифицируют по назначению, лишаемым степеням свободы и характеру проявления (рис. 6.9). Классификация баз

По назначению

По лишаемым степеням свободы

По характеру проявления

Установочная

Скрытая

Основная

Направляющая

Явная

Вспомогательная

Опорная

Конструкторская

Технологическая

Двойная направляющая

Измерительная

Двойная опорная

Рис. 6.9. Классификация баз

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. Вспомогательная база — конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения положения присоединяемых деталей (сборочных единиц) относительно данной детали (сборочной единицы).

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

6.2. КЛАССИФИКАЦИЯ БАЗ

151

Технологическая база — база, используемая для определения относительного положения заготовки (изделия) в процессе изготовления или ремонта. Измерительная база — база, используемая для определения относительного положения заготовки или детали и средств измерения. Основными и вспомогательными могут быть только конструкторские базы. В то же время, основная конструкторская база может являться измерительной или технологической. Установочная база — база, лишающая заготовку (изделие) трех степеней свободы: перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух других осей. Например, на рис. 6.6 опорные точки 1, 2, 3 образуют установочную базирующую поверхность (установочную базу). Направляющая база — база, лишающая заготовку (изделие) двух степеней свободы: перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой. Например, опорные точки 4 и 5 на рис. 6.6 образуют направляющую базирующую поверхность (направляющую базу). Опорная база — база, лишающая заготовку (изделие) одной степени свободы: перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг этой оси. Например, опорная точка 6 на рис.6.8 образует опорную базирующую поверхность (опорную базу). Двойная направляющая база — база, лишающая заготовку (изделие) четырех степеней свободы: перемещения вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих осей. Например, на рис. 6.3 опорные точки 1, 2, 3, 4 образуют двойную направляющую базирующую поверхность (двойную направляющую базу). Двойная опорная база — база, лишающая заготовку (изделие) двух степеней свободы: перемещений вдоль двух координатных осей. Например, на рисунке 6.4 опорные точки 4 и 5 образуют двойную опорную базирующую поверхность (двойную опорную базу). Явная база — база заготовки (изделия) в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок. Скрытая база — база заготовки или изделия в виде воображаемой плоскости, оси или точки. Полное и краткое наименование баз по нескольким классификационным признакам ведется в следующем порядке: по назначению,

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

152

ГЛАВА 6. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ

лишаемым степеням свободы, характеру проявления. Например, «технологическая направляющая скрытая база», «измерительная опорная явная база», «конструкторская основная установочная явная база» и т. д.

6.3. Правила выбора баз При выборе технологических баз необходимо руководствоваться следующими правилами. 1. В качестве технологической базы желательно выбирать конструкторскую базу. 2. На первой операции технологическую базу следует выбирать с учетом решения одной из двух задач: равномерного распределения припуска между обрабатываемыми поверхностями детали или обеспечения размерной связи между поверхностями, подлежащими обработке и поверхностями необрабатываемыми. 3. В качестве установочной технологической базы следует выбирать поверхность, имеющую наибольшую протяженность в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. 4. В качестве направляющей технологической базы необходимо выбирать поверхность, имеющую наибольшую протяженность в одном направлении. 5. В качестве опорной технологической базы необходимо выбирать поверхность, имеющую наименьшие габариты. 5. Поверхности, которые будут использованы в качестве технологической базы в дальнейшем, должны быть обработаны на первой операции, желательно за один установ детали. Примеры схем базирования приведены в табл. 6.1. 6.1. Примеры схем базирования деталей Теоретическая схема базирования

Описание и схема установки В центрах с поводком (с вращающимся задним центром)

6 3

4

5

1

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

2

153

6.3. ПРАВИЛА ВЫБОРА БАЗ

Продолжение табл. 6.1 Теоретическая схема базирования

Описание и схема установки В центрах с плавающим передним центром

6 4

5

3

2

1

В центрах с рифленым и вращающимся центром

6 4

3 1

5

2

В трехкулачковом патроне в разжим с базированием по торцу и отверстию

3

6

1

2

5 4

5

На жесткой центровой конусной или цилиндрической оправке с зазором в центрах с базированием по отверстию

1

2

3

4

6 3

На консольной оправке со шпонкой с базированием по торцу, отверстию и шпоночному пазу

1

2

6

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

4 5

154

ГЛАВА 6. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Продолжение табл. 6.1 Описание и схема установки На резьбовой консольной оправке с базированием по резьбе и торцу

5

Теоретическая схема базирования 6

1

2

3

4

На разжимной консольной оправке с базированием по отверстию и торцу

6

3 1 5

4 2

На разжимной консольной оправке с базированием по торцу и отверстию

5 4

1

2

3

6

5

На шлицевой оправке в центрах с базированием по отверстию, торцу и шлицевым поверхностям

1 3

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

4

6 4

155

6.3. ПРАВИЛА ВЫБОРА БАЗ

Продолжение табл. 6.1 Теоретическая схема базирования

Описание и схема установки На жесткой консольной оправке с базированием по торцу и отверстию с зазором

3

6

1

2

4 5

По обрабатываемой поверхности при бесцентровом врезном шлифовании 1

3,4 1,2

3

1

2

3

6

5

4

5

2

4

4 5

1

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

2

5

6

6

3

1 — шлифовальный круг; 2 — ведущий круг; 3 — заготовка; 4 — опора; 5 — продольный упор На оправке с установкой по отверстию и торцу

156

ГЛАВА 6. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Продолжение табл. 6.1 Теоретическая схема базирования

Описание и схема установки

66

5 4

На жесткой оправке с креплением по торцу, отверстию с зазором

1

2

3

На оправке в разжим с базированием по отверстию и торцу

5

6

3 1

4 2

1

2

3

6

Точки 4 и 5 находятся на оси делительной окружности и условно не показаны

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

В приспособлении с роликами с базированием по торцу и диаметру делительной окружности

157

6.3. ПРАВИЛА ВЫБОРА БАЗ

Продолжение табл. 6.1 Теоретическая схема базирования

Описание и схема установки

6

5

Крепление на оправке с гидропластом, базирование по торцу и отверстию

4 2

1

3

Базирование по отверстию и торцу (сферическая опора при протягивании)

5

6

4 2

3 1

6

5 4

Базирование по торцу и отверстию с жесткой опорой при протягивании

1

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

2

3

158

ГЛАВА 6. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Продолжение табл. 6.1 Теоретическая схема базирования

Описание и схема установки В машинных тисках

4, 5

6

1

2

3

В призматических тисках

5

6

3

4

1

2

Крепление в призмах, правая призма подвижная

6

2

4

3

1

5

4

На плоскость, круглый и срезанный пальцы с вертикальными осями

5

6

1

2

3

В накладном кондукторе

6 2

1 4

5 3

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

159

6.3. ПРАВИЛА ВЫБОРА БАЗ

Продолжение табл. 6.1 Теоретическая схема базирования

Описание и схема установки В кондукторе на поворотном столе

1, 2

3

2

3

6

1 4

5

В кондукторе на поворотном приспособлении 4

5

3

2 6

1

4 1

2

4,5

По плоскости основания и двум боковым сторонам

5

3 4

6 1,3

2 5 6

2

1

3 6

4 3

I

III 1

4

По плоскости (на магнитной плите)

3

II 2

6

II

5

III

Примечание. На теоретических схемах базирования цифрами 1—6 обозначены опорные точки.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

160

ГЛАВА 6. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Под принципом единства баз понимается использование одних и тех же поверхностей в качестве базирующих на подавляющем большинстве операций технологического процесса. Классическим примером использования принципа единства баз является обработка детали в центрах, при которой на всех операциях, кроме первой, используются одни и те же базы. Правила выбора баз и принцип единства баз часто противоречат друг другу. Например, при обработке детали в центрах выполняется принцип единства баз, но не соблюдается правило выбора баз (конструкторская база не совпадает с технологической). В результате вместо одного размера (диаметра) необходимо выдерживать два размера (два радиуса). В зависимости от конкретных условий выполняются соответствующие требования теории базирования. Смена баз — это преднамеренная или случайная замена одних баз другими с сохранением их принадлежности к конструкторским, технологическим или измерительным базам. Различают организованную и неорганизованную смену баз. Под организованной (преднамеренной) сменой баз понимается такая смена, при которой соблюдаются определенные правила (пересчет размеров, увязка старой и новой базы, и т. д.). Организованная смена баз является управляемой. Под неорганизованной (случайной) сменой баз понимается смена баз без соблюдения вышеперечисленных правил. Неорганизованная схема баз является неуправляемой. Каждая смена баз сопровождается появлением дополнительной погрешности, так как увеличивается число звеньев в размерной цепи, появляется звено, которое «связывает» вновь избранную базу с предыдущей. Поэтому необходимо стремиться к тому, чтобы все поверхности заготовки обрабатывались от одних и тех же технологических баз, т. е. соблюдался принцип единства баз.

6.4. Погрешность базирования Погрешность базирования — отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при базировании от требуемого. Погрешность базирования можно представить как разность между предельными положениями проекций измерительной базы на

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

161

6.4. ПОГРЕШНОСТЬ БАЗИРОВАНИЯ

направление выполняемого размера. Так, для схемы на рис. 6.10, а, при установке заготовки на плоскость погрешность базирования для размера А бА = 0, так как поверхность 1 является для этого размера одновременно и установочной, и измерительной базой. Аналогично для размера Е погрешность базирования бE = 0. Для размера В установочной базой является поверхность 1, а измерительной — поверхность 2. Погрешность базирования бВ в этом случае равна 2ТС, т. е. допуску на размер С. 2

Δ 2

A

A

B

B

C±TC

Q

E

D±TD

1 а)

б)

Рис. 6.10. Схемы к определению погрешности базирования (Q — сила зажима)

При установке на охватываемый или охватывающий установочный элемент к погрешности базирования, определяемой предыдущим способом, следует прибавить проекцию смещения измерительной базы на направление выполняемого размера в результате зазора между установочной базой и установочным элементом приспособления (рис. 6.10, б). При установке детали без зазора погрешность базирования для размера А равна половине допуска на диаметральный размер заготовки, т. е. бА= TD, а для размера В бB = 0. При наличии зазора между отверстием заготовки и установочным элементом, равного /2, погрешность базирования для размера А бА = TD + , а для размера В — бB = . Для уменьшения погрешности базирования следует стремиться к совмещению установочных и измерительных баз, а также уменьшению или устранению зазоров при посадке заготовки на установочные элементы. Погрешность базирования определяется расчетом, а также в зависимости от схемы базирования может быть определена по табл. 6.2.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Базирование

По двум плоским поверхностям Обработка уступа

По наружной цилиндрической поверхности В призме при обработке плоской поверхности паза

По наружной цилиндрической поверхности То же, при  = 90

Схема

1

2

3

D

А

К В

H3

H2





β

Е

α

Схема установки

H1

D

 1  0,5TD   1  sin  

Н2

1 sin 

 1  0,5TD   1  sin  

Н1

0,5TD

 sin   0,5TD    sin  

Н3

Н3

 sin   0,5TD   1  sin  

sin    0,5TD  1   при  = 0…  sin  

 sin   0,5TD   1  при  = …90  sin  

0 Th  tg при   90 0 при  = 90 ТН ТЕ

Погрешность базирования б

Н2

Н1

С К

В

Выдерживаемый размер А

6.2. Погрешность базирования при установке заготовок в приспособлениях

C

H3

h Н

H2

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

H1

162 ГЛАВА 6. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ

То же при  = 0

В призме при обработке плоской поверхности или паза

То же при 2 = 180 и зажиме призмой

То же, но призма выполнена со сферическими опорами

5

6

7

D

D

H1 H2

H3

D

l

D



H

H2

H2

L

H1

H1

H3

H1 H2

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

4

A

A + 0,5TD A

Н2 Н3

где L — расстояние между центрами опор; r — радиус сферической опоры; D — линейный размер заготовки

 r  0,5Dmin  0,5TD 2  0,5L2   r  0,5Dmin 2  0,25L2 ,

A – 0,5TD

Н1

0,5TD

TD

Н2

Н3

0

Н1

0

0,5TD

l

TD

0

Н3

Н2

0,5TD

Н2

Н1

0,5TD

Н1

6.5. ОПОРЫ И ИХ ОБОЗНАЧЕНИЕ

163

В призме при сверлении отверстий по кондуктору

То же при 2 = 180 и зажиме призмой

То же, но при использовании самоцентрирующихся призм

По отверстию На палец установочный цилиндрический (оправку) с зазором при обработке плоской поверхности или паза

8

9

10

11

D

D

H2

H1



h Х

h

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

D

H3 H4

1 при h = 0,5D sin 

Td1 + Td2 + 2

Н4

0,5TD + 2e + 1 + 2 + 2

Н 1; Н 2

2e + Td1 + Td2 + 2

0

X

Н3

0,5TD при любом h

 1  0,5TD   1  при h < 0,5D  sin  

0,5TD

h

h

 1  0,5TD   1  при h > 0,5D  sin  

Продолжение табл. 6.2

164 ГЛАВА 6. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ

На палец (оправку) с зазором. Торец заготовки не перпендикулярен оси базового отверстия То же, но с односторонним прижатием заготовки

14

16

На палец (оправку) без зазора. Торец заготовки неперпендикулярен оси базового отверстия

На палец (оправку) с натягом или на разжимную оправку

13

15

То же, но с односторонним прижатием заготовки

α

α

γ

l

L

L

H3

H2

H1

H2

H1

r

H3 H4 H4

H2 H1 H2 L1

H1

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

12

0,5TD + 2e 2e 0 0,5TD + 2e + Td1 + Td + 2 – – 2ltg

0,5TD + 2e + 0,5Td2 + 2ltg

Н 1; Н 2 Н3 Н4 Н 1; Н 2

Н 1; Н 2

Td1 + 2Ltg

0,5Td1 + 0,5Td2

Н4

L1

2e + 0,5Td1 + 0,5Td2

0,5TD + 2e + 0,5Td1

Н3

Н 1; Н 2

6.5. ОПОРЫ И ИХ ОБОЗНАЧЕНИЕ

165

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

То же, но с использованием плавающего переднего центра

По двум отверстиям На пальцах при обработке верхней поверхности

18

19

h2

l1

L2 L 4 L1 L3 L

L

L 2 L4 L 1 L3

d

l

D

0

L2; L 3; L 4

h2

(2 + Td1 + Td2)

2 + Td1 + Td2

TL

L1

h1

0

и = Td/tg

L 2; L 3 L4

TL + и

L1

Окончание табл. 6.2

1; 2; 2,5 0,11

Наибольший диаметр центрового отверстия, мм

и , мм

0,14

4; 5; 6

0,18

7; 5; 10

0,21

12,5; 15

0,25

20; 30

Примечания: 1. На схемах 11 — 19: Н3 — размер от обрабатываемой поверхности до оси наружной поверхности; Н4 — то же, до оси отверстия; е — эксцентриситет наружной поверхности относительно отверстия; Td1 — допуск на диаметр отверстия; Td2 — допуск на диаметр пальца;  — минимальный радиальный зазор посадки заготовки на палец; TL — допуск на длину заготовки. 2. Погрешность базирования в схемах 11 — 16 включает погрешность приспособления пр. 3. На схеме 17: Td — допуск на диаметр центрового отверстия;  — половина угла центрового отверстия; и — погрешность глубины центрового отверстия (просадка центра). При угле центра 2 = 60 просадку центров и можно принимать следующим образом:

По центровым гнездам На жесткий передний центр

17

h1

166 ГЛАВА 6. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ

167

6.5. ОПОРЫ И ИХ ОБОЗНАЧЕНИЕ

6.5. ОПОРЫ

И ИХ ОБОЗНАЧЕНИЕ

Каждая опорная точка на чертеже технологической оснастки при обработке материализуется опорой, к которой прижимается заготовка. Обозначение опор в соответствии с ГОСТ 3.1107—81 приведено в табл. 6.3. 6.3. Обозначение опор по ГОСТ 3.1107—81

Наименование опоры

Обозначение опоры на видах Спереди, сзади 60°

Снизу

∅6 5

Неподвижная

Сверху

10

60° 5

1

Подвижная

∅6

10

60°

Плавающая

5

R3 10

10

5

60°

Регулируемая

10

Допускается обозначение подвижной, плавающей и регулируемой опор на видах сверху и снизу изображать, как обозначение неподвижной опоры на аналогичных видах.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

168

ГЛАВА 6. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Обозначения зажимов приведены в табл. 6.4. 6.4. Обозначение зажимов Наименование зажима

Обозначение зажима на видах Cпереди, сзади

Cверху

Одиночный

Cнизу

3

10

∅3 +

60°

t

∅3

∅3

3

10

Двойной

60°

60°

Примечание. Для двойных зажимов длина плеча устанавливается разработчиком в зависимости от расстояния между точками приложения сил. Допускается упрощенное графическое обозначение двойного зажима: 5

5

Обозначения двойного зажима на виде спереди или сзади при совпадении точек приложения силы допускается изображать как обозначение одиночного зажима на аналогичных видах. Обозначения установочных устройств приведены в табл. 6.5. 6.5. Обозначение установочных устройств Наименование установочного устройства

Обозначение установочного устройства на видах Cпереди, сзади, сверху, снизу

Cлева

Cправа

То же

То же

60°

5

Центр неподвижный

10

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

169

6.5. ОПОРЫ И ИХ ОБОЗНАЧЕНИЕ

Продолжение табл. 6.5

Cлева

Cправа

5

Обозначение установочного устройства на видах

То же

То же

60°

Наименование установочного устройства

Cпереди, сзади, сверху, снизу

То же

То же

60°

∅3 3

Центр вращающийся

10 5

Центр плавающий

R3

60°

5

Оправка цилиндрическая

10 60°

3

Оправка шариковая (роликовая)

5

∅3

10

Патрон поводковый

10

3

10 Примечания: 1. Обозначение обратных центров следует выполнять в зеркальном изображении. 2. Для базовых установочных поверхностей допускается применять обозначе. ние —

Установочно-зажимные устройства следует обозначать как сочетание обозначений установочных устройств и зажимов (табл. 6.6).

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

170

ГЛАВА 6. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ

6.6. Примеры схем установов изделий Описание способа установа

Схема обозначения

В кондукторе с центрированием на цилиндрический палец, с упором на три неподвижные опоры и с применением электрического устройства двойного зажима, имеющего сферические рабочие поверхности

1

В тисках с призматическими губками и пневматическим зажимом

5

Е

5 3

В трехкулачковом патроне с механическим устройством зажима, с упором в торец, с поджимом вращающимся центром и с креплением в подвижном люнете

3

На конусной оправке с гидропластовым устройством зажима, с упором в торец на рифленую поверхность и с поджимом вращающимся центром

Для указания формы рабочей поверхности опор, зажимов и установочных устройств следует применять обозначения в соответствии с табл. 6.7.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

171

6.5. ОПОРЫ И ИХ ОБОЗНАЧЕНИЕ

6.7. Условное обозначение формы рабочих поверхностей установочных элементов и зажимов

0,5 min

Плоская

Обозначение формы Наименование Обозначение формы рабочей поверхно- формы рабочей рабочей поверхности на всех видах поверхностей сти на всех видах Коническая 3

3

Наименование формы рабочей поверхностей

Ромбическая 3

R1,5

5

Сферическая

1,5

60°

60°

Цилиндрическая (шариковая)

Трехгранная 3

∅3

60°

50°

3

Призматическая

6

Для указания устройств зажимов следует применять обозначения в соответствии с табл. 6.8. 6.8. Условное обозначение зажимных устройств Наименование устройства зажима Пневматическое Гидравлическое Электрическое Магнитное Электромагнитное Прочее

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Обозначение устройства зажима на всех видах P H E M EM Без обозначения

172

ГЛАВА 6. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Обозначение видов устройств зажимов наносят слева от обозначения зажимов (табл. 6.7 и 6.9). 6.9. Примеры нанесения обозначений опор и установочных устройств Наименование

Примеры нанесения обозначений опор, зажимов и установочных устройств

Центр неподвижный (гладкий)

Центр рифленый

Центр плавающий

Центр вращающийся

Центр обратный вращающийся с рифленой поверхностью 1

Патрон поводковый

Люнет подвижный

Люнет неподвижный

Оправка цилиндрическая

Оправка коническая, роликовая

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

5min

173

6.5. ОПОРЫ И ИХ ОБОЗНАЧЕНИЕ

Окончание табл. 6.9 Наименование

Примеры нанесения обозначений опор, зажимов и установочных устройств 5min

Оправка резьбовая, цилиндрическая с наружной резьбой

Оправка шлицевая

1Оправка цанговая

Опора, регулируемая со сферической выпуклой рабочей поверхностью

1

Ц

5min

5max 1

Зажим пневматический с цилиндрической рифленой рабочей поверхностью

p

5min

Количество точек приложения силы зажима к изделию, при необходимости, следует записывать справа от обозначения зажима (см. табл. 6.6, поз. 3). На схемах, имеющих несколько проекций, допускается на отдельных проекциях не указывать обозначения опор, зажимов и установочных устройств относительно изделия, если их положение однозначно определяется на одной проекции (см. справочную табл. 6.6, поз 2). На схемах допускается несколько обозначений одноименных опор на каждом виде заменять одним с обозначением их количества (см. табл. 6.6, поз. 3).

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

С Е Д Ь М А Я

Виды заготовок для деталей машин и способы их изготовления

7.1. Общие соображения по выбору заготовок Выбор заготовки — важная стадия проектирования технологического процесса. От того, насколько правильно выбрана заготовка, в большой степени зависит успех дела при механической обработке детали. От правильности установления формы, размеров и припусков на обработку, точности размеров и твердости материала зависят: расход материалов, число операций или переходов, расход инструмента, трудоемкость и, в итоге, стоимость процесса обработки и изготовления детали в целом. При точной заготовке с малыми припусками себестоимость механической обработки будет низкой. При грубой заготовке с большими припусками себестоимость механической обработки будет высокой, расход металла на одно изделие — большим. При разработке технологического процесса изготовления детали могут быть два принципиальных направления: — получение заготовок, наиболее приближающихся по форме и размерам к готовым деталям. В этом случае на заготовительные цеха приходится значительная доля трудоемкости изготовления детали и относительно меньшая доля приходится на механические цехи; — получение грубой заготовки с большими припусками; тогда на механические цеха приходится основная доля трудоемкости и стоимости изготовления детали. Первое направление соответствует, как правило, массовому и крупносерийному производству, так как дорогостоящее современное оборудование заготовительных цехов, обеспечивающее высокопроизводительные процессы получения точных заготовок,

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

7.2. СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК.

175

экономически оправдывается лишь при больших масштабах производства. Второе направление типично для индивидуального и мелкосерийного производства, когда применение дорогого оборудования в заготовительных цехах совершенно неэкономично. Выбор заготовок для деталей, не изготовляемых непосредственно из сортового проката (материала), обуславливается следующими факторами: — геометрическими формами и размерами деталей; — техническими условиями на материал детали (химический состав, механические свойства, структура, расположение волокон и т. п.); — минимальной стоимостью изготовления детали в целом; — наличием имеющегося оборудования и оснастки заготовительных цехов; — капитальными затратами и длительностью подготовки новых технологических процессов изготовления заготовок. Особо выделим заготовки из сортового материала. Выбор их прост, требуется определить только диаметр и длину, например при заготовках из сортового проката круглого сечения. При грубых неточных заготовках обычно требуется введение разметки перед механической обработкой для того, чтобы «выкроить» деталь из таких заготовок. В противном случае может оказаться, что на некоторых поверхностях не хватит припуска для обработки и останутся необработанными некоторые поверхности. Разметка также бывает необходима при заготовках сложной конфигурации и больших размеров, даже если они выполнены по форме и размерам удовлетворительно.

7.2. Способы изготовления заготовок. Характеристика конструктивных, технологических и экономических параметров заготовок В машиностроении применяются следующие виды заготовок. 1. Отливки из серого и ковкого чугуна, стали и цветных сплавов. 2. Поковки и штамповки, производящиеся в горячем состоянии, из стали и некоторых цветных сплавов, например латуни. 3. Холодные штамповки из тонкого листового материала.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

176

ГЛАВА 7. ВИДЫ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

4. Сортовой материал горяче- и холоднопрокатный и холоднотянутый прутковый полосовой и листовой из стали и цветных металлов. 5. Заготовки из сортового материала из пластмасс. Способы изготовления литых заготовок и характеристика их по точности размеров указаны в табл. 7.1—7.3. 7.1. Способы изготовления отливок, их особенности и область применения Способы изготовления отливок

Масса отливки, т

Материал

Область применения и особенность способа

Разовые формы Ручная формовка: в почве с верхом по шаблону

До 200 До 100

в крупных опоках

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Сталь, серый, ковкий и высокопрочный чугун, цветные металлы и сплавы

Станины, корпусы машин, рамы, цилиндры, шаботы молотов, траверсы Отливки в виде тел вращения (зубчатые колеса, кольца, диски, трубы, шкивы, маховики, котлы, цилиндры) Станины, бабки, коробки скоростей, блоки цилиндров

в съемных опоках со стержнями из быстротвердеющей смеси

До 35

Станины горизонтальных ковочных машин, болтовысадочных автоматов, ножниц; позволяет уменьшить припуски на 25…30 %, а трудоемкость механической обработки на 20…25 %

с верхней опокой с облицовочным слоем из быстротвердеющей смеси

До 25

Шаботы, станины, цилиндры; позволяет снизить трудоемкость изготовления заготовки и механической обработки за счет уменьшения припусков на 10…18 %

в стержнях

До 2

Отливки со сложной ребристой поверхностью (головки и блоки цилиндров, направляющие)

7.2. СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК.

177 Продолжение табл 7.1

Способы изготовления отливок Ручная формовка: в почве открытая

в мелких и средних опоках Машинная формовка: в крупных опоках в мелких и средних опоках

Литье в оболочковые формы: песчаносмоляные химические твердеющие тонкостенные (10…20 мм) Литье в оболочковые формы: химические твердеющие толстостенные (толщиной 50…150 мм) жидкостекольные оболочковые

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Масса отливки, т До 0,15

До 0,1

До 2

Материал

Сталь, серый, Отливки, не требующие ковкий и высоко- механической обработки прочный чугун, (плиты, подкладки) цветные металлы и сплавы Рукоятки, шестерни, шайбы, втулки, рычаги, муфты, крышки Бабки, суппорты, корпусы небольших станин

До 0,1

До 0,15

Область применения и особенность способа

Сталь, чугун и цветные сплавы

До 0,2

Шестерни, подшипники, муфты, маховики; позволяет получать отливки повышенной точности с низкой шероховатостью поверхности Ответственные фасонные отливки в крупносерийном и массовом производстве Ответственные фасонные мелкие и средние отливки

До 40

Сталь, чугун и цветные сплавы

Большие отливки (станины штамповочных молотов, подушки прокатного стана)

До 0,1

Углеродистые и коррозионностойкие стали, кобальтовые, хромистые и алюминиевые сплавы, латунь

Точные отливки с низкой шероховатостью поверхности в серийном производстве

178

ГЛАВА 7. ВИДЫ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Продолжение табл 7.1 Способы изготовления отливок Литье по выплавляемым моделям

До 0,15

Литье по растворяемым моделям

До 0,15

Литье по замораживаемым моделям

До 0,14

Литье по газифицируемым моделям

До 15

Литье в формы: гипсовые песчаноцементные кирпичные шамотнокварцевые глинистые графитовые каменные металлокерамические и керамические Литье в кокиль с горизонтальной, вертикальной и комбинированной плоскостью разъема

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Масса отливки, т

Материал Высоколегированные стали и сплавы (за исключением щелочных металлов, реагирующих с кремнеземом облицовочного слоя) Титан, жаропрочные стали

Любые сплавы

Область применения и особенность способа Лопатки турбин, клапаны, шестерни, режущий инструмент, детали приборов. Керамические стержни позволяют изготовлять отливки толщиной 0,3 мм и отверстия диаметром до 2 мм Лопатки турбин, детали приборов. Солевые модели снижают шероховатость поверхности Тонкостенные отливки (минимальная толщина стенки 0,8 мм, диаметр отверстия до 1 мм) Мелкие и средние отливки (рычаги, втулки, цилиндры, корпусы)

Многократные формы Сталь, чугун, Крупные и средние отливки цветные металлы в серийном производстве 0,10 и сплавы 70 200 100 50 0,014 0,03 0,025

7 (чугун), Сталь, чугун, 4 (сталь), цветные металлы 0,5 (цвет- и сплавы ные металлы и сплавы)

Фасонные отливки в крупносерийном и массовом производстве (поршни, корпусы, диски, коробки подач, салазки)

7.2. СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК.

179 Продолжение табл 7.1

Способы изготовления отливок Литье в облицованный кокиль

0,25

Литье под давлением: на машинах с горизонтальными и вертикальными камерами прессования с применением вакуума Центробежное литье на машинах с осью вращения: вертикальной

0,10

0,05

горизонтальной

0,60

наклонной (угол наклона 3…6) вертикальной, не совпадающей с геометрической осью Штамповка жидких сплавов: обычная

с кристаллизацией под поршневым давлением

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Масса отливки, т

0,05

Материал

Область применения и особенность способа

Сталь аустенитЛопатки рабочих колес ного и ферритно- гидротурбин, коленчатые го классов валы, буксы, крышки букс и другие крупные толстостенные отливки Магниевые, алюминиевые, цинковые и свинцово-оловянные сплавы, сталь Медные сплавы Чугун, сталь, бронза и др.

1,0 0,1

Отливки сложной конфигурации (тройники, колена, кольца электродвигателей, детали приборов, блок двигателя) Плотные отливки простой формы Отливки типа тел вращения (венцы, шестерни, бандажи, колеса, фланцы, шкивы, маховики), двухслойные заготовки (чугун — бронза, сталь — чугун) при l/d < 1 Трубы, гильзы, втулки, оси при l/d > 1 Трубы, валы, слитки Фасонные отливки, не являющиеся телами вращения (рычаги, вилки, тормозные колодки)

0,30

Цветные сплавы

0,01

Чугун и цветные сплавы

Слитки, фасонные отливки с глубокими полостями (турбинные лопатки, детали арматуры высокого давления). Массивные и толстостенные отливки без газовых раковин и пористости; можно получать уплотненные заготовки из не литейных материалов (чистый алюминий)

180

ГЛАВА 7. ВИДЫ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Окончание табл 7.1 Способы изготовления отливок Литье выжиманием

Вакуумное всасывание Последовательно направленная кристаллизация Литье под низким давлением

Непрерывное литье

Литье с кристаллизацией под давлением

Масса отливки, т Панели размером до 1000  2500 мм толщиной 2,5…5 мм 0,01

Материал Магниевые и алюминиевые сплавы

Область применения и особенность способа Крупногабаритные отливки, в том числе ребристые

Сплавы на медной основе Цветные сплавы

Небольшие отливки тел вращения (втулки, гильзы) 0,012 Отливки с толщиной стенки до 3 мм при протяженности до 3000 мм 0,030 Чугун, алюмиТонкостенные отливки с ниевые сплавы толщиной стенки 2 мм при высоте 500…600 (головки блока цилиндров, поршни, гильзы) Трубы диа- Сталь, чугун, Листы, заготовки круглого метром цветные металлы сечения (слитки, трубы, 300… и сплавы валы) 1000 мм 0,01…0,3 Чугун, цветные Слитки, уплотненные фасонсплавы ные отливки с глубокими полостями (лопатки, детали арматуры высокого давления)

7.2. Основные характеристики способов изготовления отливок

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Квалитет Параметр Группа Тип (ГОСТ 25347—82) шерохосложпроизватости, Класс ности водства (ГОСТ 26645—85) Rz, мкм

Способ изготовления отливки

Масса отливки, т

Литье в песчаноглинистые формы при машинной формовке

0,001… 2,0

1—5

С, М

14 — 16 9 — 14

80…320

Литье в оболочковые формы

До 0,2

2—3

С, М

11 — 15 5т — 11

20…160

181

7.2. СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК.

Окончание табл 7.2 Способ изготовления отливки

Масса отливки, т

Квалитет Параметр Группа Тип (ГОСТ 25347—82) шерохосложпроизватости, Класс ности водства (ГОСТ 26645—85) Rz, мкм

Литье по выплавляемым моделям

До 0,15

1—3

С, М

10 — 14 3—9

10…20

Литье по растворяемым моделям

До 0,15

1—3

С, М

10 — 14 3—9

5…10

Литье по замораживаемым моделям

До 0,14

1—3

С, М

10 — 14 3—9

10…20

Литье по газифицируемым моделям

До 0,15

1—3

С, М

11 — 14 5т — 9

10…40

Литье в неметаллические многократные формы

0,0001… 2 — 4 200

С

15 — 17 11 — 16

160…320

Литье в кокиль

0,0001… 1 — 3 7,0

С, М

12 — 15 5 — 11

10…40

Литье под давлением

До 0,1

1—4

С, М

9 — 14 3т — 9

2,5…40

Центробежное литье

До 1,0

1—3

С, М

12 — 15 5 — 11

20…80

Литье с кристаллизацией под давлением

0,01… 0,3

1—3

С, М

12 — 15 5 — 11

20…80

Литье выжиманием

До 0,3

1—2

С, М

14 — 16 9 — 14

80…320

Литье вакуумным всасыванием

До 0,01

1—3

С, М

14 — 16 9 — 14

80…320



1

М

14 — 16 9 — 14

80…320

Непрерывное литье

Примечания: 1. Обозначения типов производства: Е — единичное; С — серийное; М — массовое. 2. В пятой колонке в числителе приведен диапазон значений квалитетов точности (ГОСТ 25347-82) основного размера отливки, в знаменателе — примерно соответствующий ему диапазон классов точности размеров отливок (ГОСТ 26645—85). 3. Числовые значения граф 5, 6 характеризуют предельные возможности способов. При выборе способов и на ранних стадиях проектирования следует ориентироваться на центры диапазонов значений.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

7т — 11 7 — 12 8 — 13т 9т — 13 9 — 13 10 — 14

7 — 12 8 — 13т 9т — 13 9 — 13 10 — 14 11т — 14

11т 11 12 13т 13 6 — 11т 7т — 11 7 — 12 8 — 13т 9т — 13т 9 — 13

— — — — —

5 — 10 6 — 11т 7т — 11 7 — 12 8т — 13т 9т — 13

До 100 Св. 100 до 250 »250» 630 »630» 1600 »1600» 4000 »4000» 10000

В песчано-глинистые сырые формы из низковлажных (до 2,8 %) высокопрочных (более 160 кПа) смесей, с высоким и однородным уплотнением до твердости не ниже 90 единиц. По газифицированным моделям в песчано-глинистые формы. В формы, отверждаемые в контакте с холодной оснасткой. Под низким давлением и в кокиль с песчаными стержнями. В облицованный кокиль

10 11т 11 12 13т

7т 7 8 9т 9 — — — — —

6 7т 7 8 9т 5—9 6 — 10 7т — 11т 7 — 11 8 — 12

5т — 9т 5—9 6 — 10 7т — 11т 7 — 11

До 100 Св. 100 до 250 »250» 630 »630» 1600 »1600» 4000

Под низким давлением и в кокиль без песчаных стержней

6 — 10 7т — 11т 7 — 11

5—9 6 — 10 7т — 11т

5—9 6 — 10 7т — 11т

5т — 8 5 — 9т 6—9

5т — 9т 5—9 6 — 10

До 100 Св. 100 до 250 »250» 630

По выплавляемым моделям с применением кварцевых огнеупорных материалов.

5т — 9т 5—9 6 — 10

4—7 5т — 8 5 — 9т

Стальные

Термообрабатываемые сплавы Термообрабатываемые чугунные и цветные тугоплавкие

4—8 5т — 9т 5—9

4—8 5 — 9т 5—9

3—7 4—8 5 — 9т

До 100 Св. 100 до 250 »250» 630

По выжигаемым моделям с применением кварцевых огнеупорных материалов.

Черные и цветные тугоплавкие 3 — 7т 4—7 5т — 8

Цветные легкие

Нетермообрабатываемые сплавы

3т — 6 3 — 7т 4—7

Наибольший габаритный размер отливки, мм

Под давлением в металлические До 100 формы и по выжигаемым моделям Св. 100 до 250 с применением малотерморасши»250» 630 ряющихся огнеупорных материалов (плавленого кварца, корунда и т. п.).

Технологический процесс литья

7.3. Классы размерной точности отливок

182 ГЛАВА 7. ВИДЫ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

В песчано-глинистые сырые формы с До 100 6 — 11т 7т — 11 7 — 12 8 — 13т влажностью от 2,8 до 3,5 % и прочСв. 100 до 250 7т — 11 7 — 12 8 — 13т 9т — 13 ностью от 120 до 160 кПа со сред»250» 630 7 — 12 8 — 13т 9т — 13 9 — 13 ним уровнем уплотнения до твердости не ниже 80 единиц. 8 — 13т 9т — 13 9 — 13 10 — 14 Центробежное (внутренние поверх»630» 1600 ности). »1600» 4000 9т — 13 9 — 13 10 — 14 11т — 14 В формы, отверждаемые в контакте »4000» 10000 9 — 13 10 — 14 11т — 14 11 — 15 с горячей оснасткой. 9т — 13 8 — 13т 7 — 12 7т — 11 В песчано-глинистые сырые формы До 100 из смесей с влажностью от 3,5 до 9 — 13 9т — 13 8 — 13т 7 — 12 Св. 100 до 250 4,5 % и прочностью от 60 до 120 кПа 10 — 14 9 — 13 9т — 13 8 — 13т »250» 630 с уровнем уплотнения до твердости 11т — 14 10 — 14 9 — 13 9т — 13 »630» 1600 не ниже 70 единиц. В оболочковые 11 — 15 11т — 14 10 — 14 9 — 13 »1600» 4000 формы из термореактивных смесей. 12 — 15 11 — 15 11т — 14 10 — 14 »4000» 10000 В формы, отверждаемые вне контакта с оснасткой без тепловой сушки. В формы из жидких самотвердеющих смесей. В песчано-глинистые подсушенные и сухие формы. 9 — 13 9т — 13 8 — 13т 7 — 12 В песчано-глинистые сырые формы До 100 из высоковлажных (более 4,5 %) 10 — 14 9 — 13 9т — 13 8 — 13т Св. 100 до 250 низкопрочных (до 60 кПа) смесей, 11т — 14 10 — 14 9 — 13 9т — 13 »250» 630 с низким уровнем уплотнения до 11 — 15 11т — 14 10 — 14 9 — 13 »630» 1600 твердости ниже 70 единиц. 12 — 15 11 — 15 11т — 14 10 — 14 »1600» 4000 13т — 16 12 — 15 11 — 15 11т — 14 »4000» 10000 13 — 16 13т — 16 12 — 15 11 — 15 Св. 10000 Примечания. 1. В таблице указаны диапазоны классов размерной точности отливок, обеспечиваемых различными технологическими процессами литья. Меньшие их значения относятся к простым отливкам и условиям массового автоматизированного производства, большие — к сложным отливкам единичного и мелкосерийного производства, средние — к отливкам средней сложности и условиям механизированного серийного производства. 2. В табл. 7.3 и далее к цветным тугоплавким сплавам отнесены сплавы с температурой плавления ниже 700 С (973 К), цветным тугоплавким — сплавы с температурой плавления выше 700 С (973 К). 3. В табл. 7.3 и далее к легким отнесены сплавы с плотностью до 3,0 г/см3, тяжелым — сплавы с плотностью свыше 3,0 г/см3. 4. Оценка твердости производится в соответствии с ГОСТ 2189—62.

7.2. СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

183

184

ГЛАВА 7. ВИДЫ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Наименее точными, а следовательно, и с наибольшими припусками получаются отливки при ручной формовке в песчано-глинистые формы по шаблону и деревянным моделям. Эти методы требуют вместе с тем наименьших капитальных затрат для осуществления, поэтому они применяются главным образом в индивидуальном и мелкосерийном производстве. Наиболее точные заготовки с наименьшими припусками получаются отливкой в кокиль, литьем под давлением и литьем в оболочковые формы (точное литье). Во многих случаях этими методами можно получить отливки с точностью, исключающей необходимость применения механической обработки (точность до 0,02 мм при деталях небольших размеров). Методы изготовления точных отливок требуют наличия дорогостоящего оборудования и оснастки. Оборудование и оснастка сложны при переналадке с одних деталей на другие. Поэтому эти методы экономически целесообразны лишь при значительных масштабах производства и применяются главным образом в крупносерийном и массовом производстве. Способы изготовления кованых и штампованных заготовок, широко применяющихся в машиностроении, указаны ниже. Основные методы изготовления кованых заготовок: 1. Свободная ковка под молотом. 2. Штамповка под молотом в открытых штампах. 3. Штамповка под молотом в закрытых многоручьевых штампах. 4. Штамповка в штампах на механических прессах. 5. Штамповка на горизонтально ковочных машинах. 6. Периодический прокат (фасонная вальцовка). 7. Штамповка на калибровочных прессах 8. Чеканка и калибровка в штампах на чеканочных прессах. Точные методы штамповки могу быть экономически выгодны лишь при сравнительно больших размерах производства. Так, например, для чеканки в холодном состоянии даже относительно небольших заготовок необходимо иметь специальные прессы большой мощности (от 500 до 3000 т). При применении точной штамповки и чеканки механическая обработка ряда поверхностей деталей может быть сведена лишь к чистовым видам обработки, черновые операции при этом могут быть устранены.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

7.2. СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК.

185

Штампованные заготовки по сравнению с поковками, кроме значительно большей точности в смысле выполнения отдельных размеров, имеют меньшие припуски, лучшую поверхность, лучшую структуру материала (в смысле расположения волокон), требуют меньшей квалификации рабочих и меньших расходов на производственную заработную плату при изготовлении заготовки. Однако для изготовления штамповок необходимы относительно крупные затраты на дорогой инструмент — штампы и дорогое оборудование (молоты, прессы, ковочные машины и пр.). С увеличением размеров штамповок растут размеры штампов и быстро возрастает стоимость штампов, трудность их изготовления и еще более возрастает стоимость ковочных агрегатов. Поэтому обычно крупные поковки изготовляют методом свободной ковки. Точные методы штамповки находят применение главным образом при изготовлении мелких и средних деталей при крупных масштабах производства. Сортовой прокат для механической обработки обычно применяется следующих видов: — нормальный и качественный прокатный (прутковой) материал круглого, квадратного и шестигранного сечения; — холоднотянутый качественный (калибровочный) прутковой материал круглого, квадратного и шестигранного сечения; — профильный (специальный) и полосовой прокатный материал; — трубы; — проволока; — листы различной толщины. Сортовая сталь круглого, квадратного и шестигранного сечения применяется по соответствующим ГОСТам. По специальному заказу может быть получен сортовой материал любой формы поперечного сечения, но это сопряжено со значительным увеличением стоимости и возможно лишь при больших размерах заказа на такой материал. Точность размеров поперечного сечения прутков и других видов проката предусмотрена соответствующими ГОСТами. Эта точность имеет большое значение при обработке на револьверных станках и токарных автоматах, когда зажим осуществляется цанговыми патронами, весьма чувствительными к отклонениям размеров сечения зажимаемого материала. При отклонениях круглого сечения по форме (эллиптичность) или размерам (утонение или утолщение

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

186

ГЛАВА 7. ВИДЫ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

по диаметру) может получится недостаточное зажатие прутка в цанге или заклинивание. Как первое, так и второе недопустимо. Во избежание таких неприятных явлений при работах на револьверных станках или токарных автоматах применяют прутковой холоднотянутый (калиброванный) материал. Этот же материал применяют также для многих деталей — валов. При этом для ряда поверхностей можно не применять механической обработки. Холоднотянутая (калиброванная) сталь изготовляется трех классов точности: III класс — высокая точность; IV класс — нормальная и V класс (автоматная) при весьма низкой шероховатости наружной поверхности. Точность данных сортов прутковой стали определяются следующими стандартами: — сталь круглая ГОСТ 2590—2006; — сталь квадратная ГОСТ 2591—2006; — сталь шестигранная ГОСТ 2879—2006; — трубы стальные бесшовные ГОСТ 8734—75. Сортовой материал употребляется для изготовления деталей, приближающихся в сечении к профилю исходного материала, т. е. когда для изготовления деталей из такого материала не потребуется снимать слишком большого количества материала.

7.3. Однородность материала заготовок Одно из основных требований к качеству заготовок — однородность материала заготовок (или сортового материала) как по химическому составу, так и по свойствам, полученным в результате термической обработки. Только при соблюдении этих требований в определенных пределах можно надежно выдерживать высокие, экономически выгодные режимы резания при обработке на станках. Повышение твердости материала заготовок вызывает повышенный расход режущего инструмента, а также приводит к необходимости снижать режимы резания, следовательно, к снижению производительности станков и норм выработки. Твердость в этом случае понимается как простейший признак, определяющий обрабатываемость металла. Следует заметить, что на обрабатываемость материалов резанием влияют помимо твердости также вязкость, чистота металла от посторонних включений и др.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

7.4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЗАГОТОВОК

187

Указанные требования относятся и к сортовому материалу, разрезаемому на заготовки на различных станках, а также к прутковому материалу, предназначаемому для обработки на револьверных станках и автоматах, на которых обычно применяются высокие режимы резания. В целях обеспечения однородности по твердости и обрабатываемости штамповки и поковки из высокоуглеродистых сталей перед передачей их в механическую обработку обычно подвергаются термической обработке: отжигу или нормализации. В некоторых случаях такие заготовки подвергаются так называемому улучшению (закалке с высоким отпуском). Указанные выше требования однородности заготовок по химическому составу и по свойствам, полученным в результате термической обработки, заставляют заводы контролировать поступающий материал по химическому составу и устанавливать в термических цехах контроль заготовок, прошедших термическую обработку по твердости по шкале Бриннеля или Роквелла.

7.4. Технико-экономическое обоснование выбора заготовок Обозначим через q — массу детали и G — массу заготовки. Тогда коэффициент использования материала 

q . G

По данным профессора В. М. Кована, этот коэффициент должен быть не менее 0,6. Во многих случаях возможно получить  ≥0,8. Однако в некоторых отраслях промышленности он может быть 0,2 и даже ниже. Значения коэффициентов использования материалов для некоторых видов заготовок приведены в табл. 7.4 и табл. 7.5. Путь повышения этого коэффициента — уменьшение припусков на обработку на заготовке, приближение формы и размеров заготовки к форме и размерам готовой детали. Выбирая заготовку, предпочтение следует отдать той, у которой коэффициент использования материала является более высоким. Наряду с этим, стоимость изготовления заготовки должна быть минимальной. Сравни-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

188

ГЛАВА 7. ВИДЫ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

вая несколько возможных вариантов заготовок, следует оценивать не только коэффициент, но и стоимость изготовления детали, для которой предназначена заготовка. 7.4. Использование материала при различных способах литья Коэффициент Способ литья

выхода годного

массовой точности

использования материала

В песчано-глинистые формы В оболочковые формы В металлические формы (кокиль) По выплавляемым моделям Под давлением Центробежное Средние значения

0,3…0,5 0,5…0,6 0,4…0,5 0,6…0,8 0,6…0,8 0,4…0,5 0,45…0,65

0,6…0,7 0,85…0,9 0,70…0,75 0,85…0,90 0,95…0,98 0,7…0,8 0,80…0,85

0,20…0,35 0,40…0,55 0,30…0,40 0,50…0,75 0,60…0,80 0,30…0,40 0,40…0,60

7.5. Средние значения характеристик использования материала для цехов массового и крупносерийного кузнечно-прессового производства Средняя масса поковки, кг

Коэффициент использования материала

выхода годного массовой точности

С индукционным нагревом До 1 1,2…2,5 2,6…5,0 5,1…6,0 6,1…10 10,1…16 16,1…25 25,1…40 Св. 40

0,45 0,51 0,55 0,58 0,59 0,60 0,61 0,61 0,62

До 1 1,1…2,5 2,6…5,0 5,1…6,0 6,1…10 10,1…16 Св. 40

0,40 0,45 0,49 0,52 0,53 0,54 0,57

0,75 0,80 0,83 0,85 0,86 0,87 0,88 0,88 0,89

0,60 0,64 0,66 0,68 0,69 0,69 0,69 0,69 0,70

С пламенным нагревом

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

0,72 0,75 0,78 0,80 0,81 0,82 0,84

0,56 0,60 0,63 0,65 0,66 0,66 0,68

7.4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕВЫБОРА ЗАГОТОВОК

189

Выбор заготовки с точки зрения минимальной себестоимости изготовления детали производится путем сопоставления сравниваемых величин себестоимости детали, т. е. частей полной себестоимости, которые изменяются при различных видах заготовки. Такая сравнительная доля себестоимости изготовления детали может быть подсчитана по формуле H  H  K  Kосн   , С  М  Зз  1  З   Зм  1  м   об W  100   100 

(7.1)

где М — стоимость материала для одной детали; Зз и Зм — производственная зарплата соответственно по заготовительному и механическому цехам, где изготавливалась деталь; Hз и Hм — накладные расходы по заготовительному и механическому цехам; Kоб и Kосн — капитальные затраты соответственно на новое оборудование и оснащение для изготовления заготовки и детали; W — производственная программа одного вида заготовок. Стоимость материала для одной детали M = mG – m1K(G – g), где m — стоимость 1 кг исходного материала заготовок, руб.; m1 — стоимость 1 кг отходов, руб.; K — коэффициент использования отходов; G и g — масса заготовки и масса детали, кг. Заработная плата (З) рабочего может быть определена по формуле: i n

n

i 1

i 1

З   ( ЗР tшт )i   ( Знtпз )i ,

где ЗР — зарплата производственного рабочего в час; Зн — заработная плата наладчика в час, руб.; tшт , tпз — штучное и подготовительно-заключительное время, ч, по каждой из операций процессов изготовления детали, зависящие от вида заготовки; n — число операций. Если требуется выбрать рациональную заготовку из трех возможных вариантов, то необходимо сравнивать величины себестоимости изготовления заготовок для каждого варианта. Очевидно, что заготовку надо взять ту, при которой обеспечивается минимальная себестоимость.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

190

ГЛАВА 7. ВИДЫ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Если требуется решить вопрос, какую взять заготовку — из проката, поковку, полученную свободной ковкой, или поковку, полученную путем горячей штамповки в штампах, — то следует поступить следующим образом. Пусть расходы, прямопропорциональные количеству изготовляемых заготовок, будут H  H    А  М  Зз  1  з   Зм  1  м  .  100   100 

Затраты, распределяющиеся на все количество изготовленных заготовок за определенный отрезок времени (единовременные или периодические затраты), B = Kоб + Kосн . Тогда В , где x = W, х или С = Ах + В, где С — стоимость изготовления деталей на готовую программу. Требуется определить, какой способ изготовления заготовки принять: — прокат: С = Ах + В; — свободная ковка: С = Ах + В; — штамповка: С = Ах + В. Построим график зависимости стоимости изготовления С от годовой программы x (рис. 7.1). С  А

C С′

С

′′′ х ′′′ = А С

x1

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

x2

′х =А



I



II



+ В ′′

III

+ В′′ ′′ = А′′х

x

Рис. 7.1. Зависимость себестоимости изготовления деталей от программы выпуска при различных методах получения заготовки

7.5. ЗАГОТОВИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

191

Из графика видно, что если x < x1, то заготовка должна быть из проката. При x2 > x > x1 заготовка должна быть получена свободной ковкой. При x > x2 — штамповкой, так как в этих случаях стоимость изготовления заготовок и их механической обработки будут минимальными. Таким образом, каждый из вариантов заготовок имеет свою область применения.

7.5. Заготовительное производство Важным фактором совершенствования авиационной техники и, прежде всего, авиационных двигателей, является создание новых конструкционных материалов. Высокопрочные материалы должны обеспечивать возможность создания газотурбинных двигателей (ГТД) с рабочей температурой газа перед турбиной 1800…2100 °К, снижение расхода топлива на ~20…25 %. Перед разработчиками материалов стоит задача по созданию сплавов, способных длительно работать при температуре рабочего газа перед турбиной 1530…1630 °С и выше. Например, литейный композиционный сплав, получаемый методом направленной кристаллизации, успешно работает при температуре газа в турбине до 1630…1730 °С. Литье лопаток из сплава ЖС6Ф позволяет снизить уровень термических напряжений на 40 %, а ресурс лопаток возрастает в 2—3 раза по сравнению с равнооснолитыми. Направленное затвердевание и регламентированная кристаллизация обеспечивают получение заготовок сложной формы с высокой точностью и коэффициентом использования материала до 0,6…0,8 (вместо 0,2…0,3). В качестве перспективного материала для деталей и узлов ГТД, работающих при температуре 1500…1700 °С, является керамический материал из нитрида кремния. Использование этого материала позволило по прочности достичь зарубежных аналогов, кроме того, он превосходит их по стойкости к окислению. Институтом авиационных материалов (ВИАМ) разработан высокопрочный ренийсодержащий сплав для нового поколения двигателей, который позволит увеличить долговечность материала лопаток ГТД в 5 раз при температуре 1000 °С по сравнению с лучшими отечественными сплавами и в 2—2,5 раза по сравнению с зарубеж-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

192

ГЛАВА 7. ВИДЫ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ными. Разработана также технология получения металлических композиционных материалов на основе алюминида никеля N3Al и алюминида титана Ti3Al, работающих при температуре до1300 и 800 °С соответственно. Применяются они для изготовления деталей вентилятора (где температура не превышает 800 °С) и деталей горячего тракта ГТД с рабочей температурой до 1300 °С. Новым в создании материалов для авиадвигателестроения является разработка литейных материалов на основе интерметаллида Ni3А1. В качестве примера такого материала можно назвать ВКНА4ЛК. От традиционных аналогов (ЖС6) этот материал отличается более низкой удельной плотностью. В табл. 7.6 приведены марки интерметаллидных сплавов, область их применения, допустимая рабочая температура и оптимальная макроструктура отливок, обеспечивающая гарантированный комплекс физико-механических и коррозионных свойств. 7.6. Марки интерметаллидных сплавов, назначение, рабочая температура и оптимальная макроструктура Марка сплава

Назначение

Рекомендуемая Рабочая температура макроструктура деталей, °С отливок 900…1250 Столбчатая с забросами направленная до 1300 дендритная

ВКНА-1В

Сопловые лопатки, элементы жаровых труб

ВКНА-1В МОНО

Рабочие лопатки

ВКНА-2

Напайка и наплавка АДЭС на 950…1100 бандажные полки рабочих лопаток для защиты от износа и окисления

Равноосная дендритная

ВКНА-4

Жаровые трубы, створки регулируемого сопла, сопловые лопатки

Равноосная дендритная

900…1150 с забросами до 1250

900…1200

Монокристаллическая

Интерметаллидные материалы марки ВКНА (ВИАМ конструкционный никель-алюминиевый), имея близкий уровень жаропрочности с никелевыми аналогами типа ЖС6К, ЖС26, ЖС6Ф, при температурах 1100…1200 °С превосходят их по удельной жаропрочности,

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

7.5. ЗАГОТОВИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

193

жаростойкости, сопротивлению износу, термической усталости. Наряду с этим они имеют экономичный химический состав, что обусловливает более низкую стоимость шихтовой заготовки. Основные свойства интерметаллидных материалов в интервале температур 20…1200 °С приведены в табл. 7.7 и 7.8. Особенностью сплавов этого класса материалов является то, что их предел текучести при растяжении имеет максимальное значение при температурах 700…800 °С, а не при комнатной температуре, как у никелевых сплавов, что упрощает их механическую обработку. На серийных двигателях семейства НК и Д-30 рабочие лопатки турбины имеют бандажные полки. Натяг лопаток в колесе осуществляется через контактные площадки бандажных полок. При увеличении ресурса двигателей усложняются условия работы рабочих лопаток, в особенности на контактирующих поверхностях. Это ведет к значительному их износу в результате окисления, обеднения поверхности легирующими элементами и смятию. Для устранения повреждения контактных площадок бандажных полок разработан и рекомендован интерметаллидный сплав ВКНА-2, отличающийся высоким сопротивлением износу в окислительных средах. Замена ряда никелевых литейных жаропрочных сплавов новыми материалами на основе интерметаллида Ni3А1 марки ВКНА с равноосной, направленной и монокристаллической структурой позволяет повысить рабочую температуру деталей на 60 °С, снизить их массу на 7…10%, увеличить жаростойкость до 1200 °С, уменьшить затраты на приобретение шихтовых материалов. В серийном производстве газотурбинных двигателей это позволяет увеличить их мощность, снизить расход воздуха и топлива, а также повысить экономические показатели. Создание двигателей нового поколения невозможно без дальнейшего повышения свойств, надежности и ресурса материалов для изготовления дисков турбин ГТД. Применение новых жаропрочных деформируемых сплавов ХН60КМВТЮБ, 11Х11Н2ВМФ, ХН51КВМТЮБ (ЭП 741) вместо ХН73МБТЮ-ВД (ЭИ698) повысило ресурс в 2—3 раза, снизило массу диска на 10…15 %. Внедрение этих сплавов в промышленность стало возможным в результате освоения технологических процессов, связанных с применением изотермической штамповки с использованием эффекта сверхпластич ности.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

7700

7490

7840

ВКНА-1В МОНО

ВКНА-2

ВКНА-4

5,8



ВКНА-4

2,5…5,8

ВКНА-2

15,0

2,0

12

36 1050





0,2





750

750

МПа 850

В





22

30

, %

360

250

230



500

170



290

190

МПа

100

900

55

15

100

65

40



75

45

500

МПа

100

1100

20,0

7,6





1100



20,0

12,0

12…20

1200

23



50

43





22,0

24…25

МПа

10



30

30

500

1200 100

1250

Привес г/м3, при окислении в воздушной среде при температурах, С

1000

2,5

380

580

620

410

, %

700

7.8. Жаростойкость интерметаллидных сплавов

700

630

1300

20 0,2 МПа

740

В

ВКНА-1В МОНО

ВКНА-1В

Марка сплава

7938

Плотность, кг/м3

ВКНА-1В

Марка сплава

Механические свойства при температурах, С

7.7. Свойства интерметаллидных сплавов

194 ГЛАВА 7. ВИДЫ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

195

7.5. ЗАГОТОВИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Легирование сплавов с целью повышения их эксплуатационных характеристик (жаропрочности, малоцикловой усталости и др.) достигло такого предела, что слитки из этих сплавов практически невозможно деформировать с экономической целесообразностью из-за очень низкой пластичности и узкого диапазона температур деформации. Из табл. 7.9 видно, что с усложнением химического состава сплава существенно возрастает расход металла на производство одной детали ГТД традиционным методом штамповки из слитка. В связи с этим целесообразно использование метода металлургии гранул, которая инвариантна к сложности химического состава сплава и сложности конфигурации заготовки. 7.9. Коэффициенты использования металла при производстве деталей ГТД Масса, кг Технология

Сплав

Детали

Заготовки

КИМ

Экономия металла на одной детали, кг

Диск III ступени (ОАО «НПО «САТУРН», г. Рыбинск) Штамповка из слитка Металлургия гранул

ЭИ698ВД ЭП742ИД ЭП741

81,4

ЭП741НП

350 420

0,23 0,19

510

0,16

183

0,45

— —

327

Диск VIII ступени (ММЗ «САТУРН», г. Москва) Штамповка из слитка Металлургия гранул

ЭИ698ВД ЭП742ИД ЭП741

14,6

ЭП741НП

141 183

0,10 0,08

238

0,06

95

0,15

— —

143

Диск VIII ступени (ПМКБ, г. Пермь) Штамповка из слитка Металлургия гранул

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

ЭИ698ВД ЭП742ИД ЭП741 ЭП741НП

20,1

159 185

0,13 0,11

274

0,09

77

0,24

— —

197

196

ГЛАВА 7. ВИДЫ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Окончание табл. 7.9 Масса, кг Технология

Сплав

Детали

Заготовки

КИМ

Экономия металла на одной детали, кг

Диск II ступени (МКБ «ГРАНИТ», г. Москва) ЭИ698ВД ЭП742ИД

Штамповка из слитка

ЭП741

Металлургия гранул

39,2

ЭП741НП

260 265

0,23 0,15

323

0,11

96

0,41

— —

247

Диск I ступени (ЛНПО им. Климова, г. Санкт-Петербург) Штамповка из слитка Металлургия гранул

ЭИ698ВД ЭП742ИД ЭП741 ЭП741НП

58,6

277 360

0,21 0,17

468

0,12

200

0,29

— —

268

Примечание. Масса заготовок дисков из сплава ЭП741 — расчетная.

В табл. 7.10 приведены модели газотурбинных двигателей, включающих в себя диски, валы, лабиринты, проставки, крыльчатки и другие детали из гранул наиболее используемого сплава ЭП741НП, а также сплавов ЭП741П, ЭП962П, ЭИ698П. Там же указано количество деталей из гранул в каждом двигателе. Комплект заготовок деталей из гранул сплава ЭП741НП приведен на рис. 7.2. Стабильность и изотропность характеристик заготовок дисков из гранул сплава ЭП741НП позволяют отнести его к одному из самых надежных сплавов в мире для изготовления дисков ГТД. Технологический процесс металлургии гранул включает в себя: производство слитков вакуумно-индуктивной плавкой, плазменную плавку и центробежное распыление быстровращающихся заготовок (слитков) на гранулы; классификацию гранул по крупности; сепарацию их для удаления металлических и неметаллических (шлаковых, керамических) частиц; дегазацию гранул в «летящем» потоке и герметизацию их в капсулах, повторяющих форму готовых деталей; горячее изостатическое прессование, термообработку, испытание материала; механическую обработку заготовок и их

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

197

7.5. ЗАГОТОВИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

жесткий многоступенчатый контроль. При этом осуществляется непрерывный автоматизированный контроль параметров каждой операции, а весь технологический процесс происходит в атмосфере сверхчистого инертного газа или в вакууме, без выноса гранул на воздух. 7.10. Количество деталей в двигателях, изготавливаемых из гранул сплавов Сплав

ЭП741НП

ЭП741НПУ

ЭП962П

Модель двигателя

Число деталей из гранул в одном двигателе

Д30Ф6, Д30Ф11

21

РД-33, РД-33С, РД-33К

9

РД-170, РД-180

2

ПС90А

4

АЛ31Ф, АЛ31ФП, АЛ31СТ

15

АЛ41, АЛ41Ф, АЛ41СТ

2

АЛ55

4

Д30-КУ/КП, Д30-154

4

НК-38

1

НК-92, НК-93

5

ГТГ-2500

3

ГТД-10

4

ДН-70, ДН-80

1

ГПА-4РМ

8

ТВ7-117

5

РД-1700

5

ТВД-600, РД-1500

10

Д-27

3

АЛ41, АЛ41Ф

3

ПС90ГП-1

4

ГТУ-10П, ГТУ-12П, ЭП698П

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

ГТУ-16П, ГТУ-25П, ТТЭ-25П

11

ГТД-10, ДН-70, ДН-80

3

ГТД-6РМ

7

198

ГЛАВА 7. ВИДЫ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

45

41

∅556

Диск IX ступени КВД

∅551

Диск VII I ступени КВД

37,2

∅82

197,5

∅545

Лабиринт ∅278

152

504

Носок ТНД

∅368,5

Носок ТВД и лабиринт

80

94

Вал КВД

∅457

∅600

Диск напорный

98

106

Диск ТВД

∅368,5

∅549

Кольца распорные

98

47

Диск ТНД

∅544

Диск VII ступени КВД

∅418

Лабиринт

Рис. 7.2. Комплект заготовок деталей из гранул сплава ЭП741НП для двигателей серии АЛ31Ф

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

199

7.5. ЗАГОТОВИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

% 80 60 40 20 0 1400 1440 1480 σв, МПа

880

920 σ0,2, МПа

960

24

28 δ, %

22

26 ψ, %

30

6000

8000

ан, кДж/м2

Рис. 7.3. Результаты испытаний крупногабаритных дисков из гранул сплава ЭП741НП: , — образцы вырезаны из полотна диска в тангенциальном и радиальном направлениях соответственно

Серийные диски из гранул сплава ЭП741НП размером менее 100...140 мкм характеризуются исключительной равномерностью распределения механических характеристик по всему их объему благодаря изотропности структуры материала. Статистическая обработка результатов всесторонних испытаний крупногабаритных дисков I ступени турбины двигателя РД-33 показала, что разброс значений В не превышает 60 МПа, 0,2 — 75 МПа,  — 5 %,  — 8 %, ан — 2000 кДж/м2 (рис. 7.3). Для повышения весовой эффективности, ресурса и надежности авиационной техники большое значение приобретают композиционные материалы на основе полимерной или металлической матрицы. Эти материалы превосходят высокопрочные алюминиевые сплавы по прочности в 1,5 — 2 раза, а по жесткости в 2 — 3 раза, при этом масса авиационных конструкций снижается на 20...30 %. Необходимо помнить, что снижение массы самолета на 1 т за счет применения полимерных композиционных материалов обеспечивает экономию 200 т топлива в год. Особенность композиционных материалов в том, что они могут создаваться с запланированными свойствами, удобством для обработки.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

В О С Ь М А Я

Предварительная обработка заготовок

К операциям предварительной обработки заготовок относится: • термообработка; • очистка перед механической обработкой; • калибровка и правка; • отрезка; • центрование; • предварительная механическая обработка.

8.1. Термообработка заготовок Производится для ковано-штампованных заготовок из стали и цветных сплавов, а также литых из серого чугуна и стали, цветных сплавов. Цели термообработки: А. Снятие внутренних напряжений (отжиг, отпуск). Производится отпуск (нагрев до температуры ниже интервала структурных превращений, выдержка при этой температуре и последующее охлаждение), а также отжиг (нагрев до температуры, превышающей на 30...50 °С интервал превращений; выдержка при этой температуре и медленное охлаждение с печью). Отличие отпуска от отжига в том, что при отпуске не происходит значительного снижения твердости заготовки, в то время как при отжиге происходит снижение твердости заготовки. Б. Уменьшение твердости материала (отжиг). В. Улучшение структуры материла (нормализация) осуществляется при нагреве до температуры превышающей на 30...50 °С интервал структурных превращений, выдержка при этой температуре с последующим охлаждением на спокойном воздухе. Отлича-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

8.2. ОЧИСТКА ЗАГОТОВОК ПЕРЕД МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ

201

ется от отжига лишь процессом охлаждения после выдержки при температуре отжига. При нормализации повышается твердость и механические свойства материала. Г. Ускорение окончательного завершения структурных превращений в материале (старение). Для стали — нагрев деталей до 150180 °С, выдержка при этой температуре и охлаждение вместе с печью.

8.2. Очистка заготовок перед механической обработкой Применяется для предупреждения сильного абразивного характера износа режущего инструмента и повышения скоростей резания при обработке. Простым и высокопроизводительным методом является очистка во вращающемся барабане. Недостаток состоит в том, что в этом случае не очищаются углубления и внутренние поверхности заготовок, а также создается значительный шум при очистке. Применяются для очистки заготовок стальные вращающиеся щетки и гидропескоструйные аппараты. Используется также химический метод очистки заготовок — травление заготовок в 10...15 %-ном растворе серной кислоты при температуре 80...90 °С. После травления заготовки промывают в горячей воде и нейтрализуют в растворе кальцинированной соды.

8.3. Правка заготовок Осуществляется с целью устранить искривление осей или отдельных частей заготовок. Различают следующие методы правки: А. Горячая и холодная правка под молотом (для кованных и штампованных заготовок). Б. На гидравлических, пневматических, эксцентриковых и ручных прессах. В. На правильно-калибровочных станках; применяется для правки гладких цилиндрических валов. Схема такого станка представлена на рис. 8.1. Правка осуществляется тремя парами роликов 1, 2 и 3 с вогнутой рабочей поверхностью. Ролики в паре 1 расположены один над другим и являются подающими. В паре 2 и 3 ролики смещены один

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

202

ГЛАВА 8. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК

1

2

3

4 5

6

Рис. 8.1. Схема правки на правильно-калибровочных станках

относительно другого. Все шесть роликов расположены в барабане 4, который вращается вокруг оси прутка 5. При этом ролики также вращаются и, обкатываясь вокруг прутка, осуществляют процесс его правки. Скорость поступательного движения прутка в пределах 5...30 м/мин, в зависимости от скорости вращения барабана. Перед поступлением в барабаны пруток закрепляется в специальных стойках 6. В зависимости от степени искривления прутка его пропускают через барабан от 1 до 6 раз. Точность правки достигает 0,1...0,2 мм на 1 м длины прутка при предварительно обработанном прутке и от 0,5 до 0,9 мм на 1 метр длины необработанного прутка. Г. Правка вручную молотком на плитах.

8.4. Отрезка заготовок Используются следующие методы разрезки заготовок: А. Газокислородная резка, которая заключается в том, что материал в зоне разрезки сгорает в струе чистого кислорода. Газовой резке подвергаются материалы, у которых температура воспламенения меньше температуры плавления. Если это не соблюдается, то металл будет выплавляться, а не сгорать. По этой причине не режутся цветные сплавы и чугун. При разрезке этих материалов расплавленные частицы материала будут выдуваться из места реза, не сгорая в кислороде, а кромки разрезанного изделия покроются слоем тугоплавких окислов этих металлов.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

203

8.4. ОТРЕЗКА ЗАГОТОВОК

Хорошо режутся стали с содержанием углерода до 0,3 %. При содержании углерода 0,3…0,7 % резка не ухудшается, но сталь склона к закалке и образованию трещин. При содержании углерода свыше 0,7 % процесс резки очень ухудшается. Затрудняется резка легированных сталей. Так, легированная сталь с содержанием марганца около 14 % газовой разрезке не поддается. Легированная сталь с содержанием хрома выше 1,5 % газовой разрезке также не поддается. Производительность резки зависит от толщины разрезаемого материала: • до 10 мм — 16 погонных м/ч; • 50...100 мм — 7 погонных м/ч; • 510...200 мм — 3 погонных м/ч. Б. Отрезка на прессах. Может выполняется как холодная ломка материала, отрезка при помощи ножей, отрезка специальными штампами. При холодной ломке материал размечают и в местах разметки делают газорезкой подрез, чтобы противоположные пуансону волокна были перерезаны (рис. 8.2). b

d h

h

h=0,005d +(3... 4) мм b = 7... 8 мм

d Рис. 8.2. Подрез материала при холодной ломке

Пуансон Подача прутка Переставной упор

l Рис. 8.3. Схема холодной ломки материала

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

204

ГЛАВА 8. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК

Z Рис. 8.4. Схема резки на прессах

P Подвижный штамп

Подача прутка Упор

Неподвижный штамп

Рис. 8.5. Схема резки на специальных прессах

Схема холодной ломки материала представлена на рис. 8.3. Этот метод позволяет резать заготовки довольно больших сечений (150 ... 200 мм). Ломается сталь легко, если содержание углерода больше 0,4 %. Резка ножами производится на специальных прессах с силой от 100 до 10 000 кН с числом двойных ходов от 15 до 160 в мин. При отрезке на прессах на поверхности возникает облой, и припуск на механическую обработку торца равен сумме собственно припуска и величины облоя (рис. 8.4). При отрезке в специальных штампах величина этого облоя меньше (рис. 8.5).

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

205

8.4. ОТРЕЗКА ЗАГОТОВОК

В. Отрезка пилами может осуществляться следующими методами: 1. Ножовочными пилами на Q ножовочных станках (рис. 8.6). Ножовочное полотно получает возвратно поступательное движение от механического привода. При рабочем ходе (влево) ножовка прижимается с силой Q. Толщина прореза примерно Рис. 8.6. Отрезка материала ножовочными пилами равна толщине ножовочного полотна (1 ... 3 мм). Длина хода ножовки должна быть равна ~1,2d. Этот метод выгоден для разрезки дорогостоящих материалов ввиду малых потерь металла. Недостатками его являются: низкая производительность, дефицитность полотен, косой прорез, что вынуждает дополнительно подрезать торцы после отрезки. 2. Ленточными пилами толщиной 1,0 ...1,5 мм. Станки для работы ленточными пилами применяются в основном для разрезки цветных сплавов (рис. 8.7). При разрезке этими пилами получается чистый срез по торцу, повышенная точность длины заготовки, малый расход металла в отход. Заготовки можно резать под любым углом (рис. 8.8, а). Из листа можно таким образом вырезать фигурные заготовки (рис. 8.8, б). Ленточная пила а) 3...5 мм

Приспособление для установки детали (стол) б)

Рис. 8.7. Схема резки материала

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Рис. 8.8. Схема резки ленточными пилами

206

ГЛАВА 8. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК

Недостатки: невысокая производительность; подача производится вручную; дефицитность ленточных пил. 3. Разрезка дисковыми пилами широко применяется для разрезки проката, прутков, труб, балок разных профилей. Так как изготовление пил большого диаметра целиком из быстрорежущей стали нерационально и обСегмент ходится дорого, их изготовляют составными — из диска Заклепка углеродистой стали с прикрепленными зубчатыми сегменДиск тами из быстрорежущей стали (рис. 8.9). Диаметр диска D = 500...1000 мм, толщина Рис. 8.9. Зубья дисковых пил 5...12 мм. При резке стали скорость резания v = 18 ... 30 м/мин, при резке чугуна — v = 10...30 м/мин, при резке цветных сплавов v = 160... 200 м/мин. Подача на зуб SZ = 0,02...0,2 мм. При разрезании крупных прутков или балок длина контакта диска с деталью постоянно изменяется по мере прохождения пилы. Это вызывает изменение силы резания при постоянной подаче. Изменение силы резания отрицательно отражается на работе станка, вызывая сильные напряжения в отдельных его частях. Для устранения этого станки имеют автоматическое бесступенчатое изменение подачи в зависимости от дуги контакта АБ диска с деталью так, чтобы сила резания была постоянной (рис. 8.10). В целях повышения производительности заготовки режут пачками (рис. 8.11).

A

Б

Рис. 8.10. Длина контакта диска с разрезаемым материалом

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

207

8.4. ОТРЕЗКА ЗАГОТОВОК

Рис. 8.11. Схемы резки материала пачками

4. Разрезка фрикционными пилами. Фрикционной пилой называется тонкий стальной диск, вращающийся от электродвигателя со скоростью 100...150 м/с (рис. 8.12). При подаче прутка и вращении диска вследствие трения нагреваются частицы материала в прорези до температуры плавления. Расплавленный материал удаляется из прореза самим же диском, который охлаждается воздухом и водой. Для увеличения трения на поверхности диска делают насечку. Подача бывает ручная и механическая. Производительность высокая. Эти пилы позволяют разрезать закаленные стальные детали, неподающиеся разрезанию обыкновенными пилами. Недостатком этого метода являются большие заусенцы на торце после отрезки. Применяется при разрезке профилей небольших размеров (20...30 мм). δ A Подача прутка

D

A

Насечка на диске

D=500...1000 мм δ=4...10 мм

Рис. 8.12. Схема резки фрикционной пилой: D — диаметр диска;  — толщина диска

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

208

ГЛАВА 8. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК

5. Разрезка электропилами. Диск и пруток включаются в сеть с напряжением, равным 20... 30 В, и силой тока в зависимости от диаметра прутка. В месте реза возникает вольтова дуга, материал прутка плавится, а диск удаляет расплавленный металл. Можно резать пруток диаметром до 50 мм. Г. Отрезка резцами на токарных, револьверных, токарных автоматах и специальных отрезных станках (рис. 8.13, а). Ширина режущей кромки  = 3...12 мм, поэтому потери материала при резке большие. Этот метод обеспечивает большую точность по длине и высокое качество поверхности. Производительность высока для мелких сечений (до 150 мм), а при больших сечениях размера детали производительность резко падает, так как вылет резца увеличивается и вследствие этого уменьшается жесткость системы и подача. Для увеличения производительности применяют твердосплавные резцы, разрезку двумя резцами (рис. 8.13, б), используют специальные станки с постепенно увеличивающимся числом оборотов шпинделя по мере приближения вершины резца к центру прутка. Д. Отрезка шлифовальными кругами на вулканитовой основе. Диаметр круга 400 мм, толщина  = 2 ... 3 мм, поэтому потери металла небольшие. Скорость резания до 80 м/с, подача до 5 мм/с. Разрезается материал диаметром до 100 мм. Производительность Δδ

v

l

Переставной упор

v

Разрезаемый пруток

S

Резец

а) S

v

S

б)

Рис. 8.13. Отрезка резцами

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

209

8.4. ОТРЕЗКА ЗАГОТОВОК

высокая, пруток  40...50 мм разрезается за 5...6 с, а уголок 30  30  3 за 3 с. Можно разрезать материал любой твердости. Применяется в серийном и массовом производстве. Е. Анодно-механическая резка (рис. 8.14). Заготовка подключается к положительному полюсу, диск — к отрицательному. К месту реза подводится жидкость, которая в результате химического взаимодействия создает на поверхности разрезаемого материала анодную пленку, плохо проводящую электрический ток. Инструмент, непрерывно перемещаясь, снимает большую часть пленки, образовавшейся на выступающих поверхностях детали. В тех местах, где пленка тоньше, проходит ток, и в них резко возрастает температура с импульсным оплавлением металла без общего нагрева детали. Рабочей жидкостью служит жидкое стекло, которое разводится водой до плотности 1,28 ...1,32 г/см3. Напряжение электрического тока принимается U=20...30 В, сила тока 40 ... 45 А. Окружная скорость вращения диска 12 ... 25 м/с. Производительность анодно-механического метода резки не зависит от механических свойств разрезаемого металла, но снижается при повышении температуры плавления и теплопроводности разрезаемого металла. Ж. Разрезание на других станках. Кроме указанных выше способов резки заготовок могут применяться разрезка на горизонтально-фрезерных и строгальных станках. Эти способы менее Разрезаемая заготовка Электролит

v Пленка окислов

+ Электролит

V

Разрезаемая

+

A заготовка

Подача диска Участок, разрушенный при пробое

Рис. 8.14. Схема анодно-механической резки

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Диск

210

ГЛАВА 8. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК

производительны и применяются не в заготовительных цехах, а в небольших механических цехах. Чаще всего применяют разрезание на горизонтально-фрезерных станках отрезными фрезами. З. Лазерная резка. Лазерная резка материалов основана на процессах, возникающих вследствие теплового воздействия излучения: испарение материала, плавление и удаление расплава из зоны обработки. При этом получаются узкие прорезы с минимальной зоной термического влияния. При резке отсутствует механическое воздействие на обрабатываемый материал и возникают минимальные деформации. Практический интерес представляет лазерная резка и вырезка по контуру деталей и инструментов из конструкционных, инструментальных и композиционных материалов. При лазерной вырезке заготовок из листовых материалов скорость резки зависит от минимального радиуса кривизны контура. При автоматизированной вырезке радиус детали должен быть меньше расхождения между начальной и конечной точками замкнутого контура. При резке и вырезке материалов по криволинейному контуру при обходе его углов скорость перемещения изменяется по величине. Кроме того, уменьшение скорости резки приводит к искажению профиля реза и увеличению шероховатости поверхности. Лазерная резка материалов имеет большие перспективы применения. Это объясняется тем, что пучок лазерного излучения — универсальный инструмент, пригодный для резки различных материалов, дающий качественный тонкий рез, примерно равный диаметру пятна излучения в фокальной плоскости, не образующий стружку и работающий без передачи сил резания на обрабатываемый материал. Разрезка материалов производится двумя способами. При первом способе — за счет удаления продуктов разрушения материала из зоны воздействия сфокусированного пучка лазерного излучения. Таким способом режут металлы, ткани и т. д. В этом случае для увеличения эффективности процесса соосно лучу подают струю химически активного или инертного газа. Второй способ применяют для разделения хрупких материалов (например, стекла, керамики). При этом способе управляемого термоскалывания сфокусированный лазерный луч, перемещающийся по поверхности хрупкого материала (например стекла), вызывает

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

211

8.4. ОТРЕЗКА ЗАГОТОВОК

1

1 2

2

3

3

a)

б)

1 5

6

2

4

1

5

3 в)

3 г)

Рис. 8.15. Схемы подвода пучка лазерного излучения к обрабатываемой поверхности: 1 — излучатель; 2 — режущая головка с отклоняющим зеркалом и собирательной линзой; 3 — заготовка; 4 — линза (оптическая система); 5 — отклоняющее зеркало; 6 — поворотное фокусирующее зеркало

появление термического напряжения и микротрещин, следующих за ним. Разделение материала происходит по линии воздействия лазерного луча. Этот способ в какой-то мере подобен алмазной резке хрупких материалов. Для резки материалов могут быть применены различные схемы взаимного расположения и перемещения лазера, фокусирующей системы и заготовки. Некоторые из них показаны на рис. 8.15.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

212

ГЛАВА 8. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК

Все указанные варианты позволяют производить программную обработку с перемещением лазерного луча или заготовки по определенной программе. Схема а — сфокусированный пучок лазерного излучения неподвижен по отношению к заготовке. Необходимая конфигурация реза получается за счет движения заготовки 3, установленной на координатном столе. При работе по схемам б—г заданная конфигурация реза получается за счет перемещения сфокусированного лазерного излучения, заготовка неподвижна. Схема б осуществима, например, при совместном перемещении излучателя 1 и режущей головки 2 в поперечном направлении и движении последней параллельно оси луча излучателя в продольном направлении. Здесь определенную сложность представляет подвод к излучателю средств, обеспечивающих его нормальное функционирование. Схема в — перемещение сфокусированного пучка лазерного излучения осуществляется за счет поворота зеркала 6, подвешенного на кардане. В этом случае положение зеркала 6 относительно поверхности обработки 3 выбирается значительно больше половины максимального размера стола. В противном случае пучок излучения будет скользить по поверхности обработки. Кроме того, кромки реза получаются не перпендикулярными к поверхности обработки, а являются частью сферы с центром, совпадающим с центром вращения зеркала б. Естественно, в этом случае размеры обработки более ограничены, чем при работе с применением других схем. Схема г — заданная конфигурация реза получается за счет перемещения сфокусированного пучка лазерного излучения в двух взаимно перпендикулярных направлениях за счет продольного движения траверсы с режущей головкой 2 и поперечного перемещения режущей головки по траверсе. Излучатель 1 и заготовка 3 неподвижны. На траверсе установлено отклоняющее зеркало 5, направляющее пучок излучения от излучателя 1 к режущей головке 2 при любом положении траверсы относительно излучателя.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

8.5. ЦЕНТРОВАНИЕ ЗАГОТОВОК

213

8.5. Центрование заготовок Центровые отверстия являются базой для выполнения ряда операций: обтачивание, нарезание резьбы, шлифование, нарезание зубьев и т. п. Поэтому к ним предъявляются определенные требования: • угол конической части центрового отверстия и угол центра должны совпадать; • оба центровых отверстия должны иметь общую осевую линию (рис. 8.16);

Рис. 8.16. Схема расположения центровых отверстий

• засверливание центровых отверстий должно быть произведено так, чтобы припуск был равномерно распределен по сторонам заготовки. Формы и размеры центровых отверстий выбираются по ГОСТ 3725 (рис. 8.17). Центровые отверстия типа K применяются для предохранения их при транспортировке, в них ввертываются пробки (заглушки). Центровые отверстия чаще всего делают с углом 60, но иногда при обработке крупных и тяжелых деталей этот угол увеличивают до 75и 90. Вершина центра не должна упираться в заготовку, поэтому центровые отверстия имеют цилиндрическую часть малого диаметра d и коническую поверхность. Конусная поверхность под углом 120 делается для предотвращения заусенцев при износе центровых отверстий или забоин. Применяется два метода засверливания центровых отверстий: • двумя нормальными сверлами; • комбинированным центровым сверлом (рис. 8.18). Центрование заготовок производится на вертикально- и горизонтально-сверлильных, токарных и револьверных станках,

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

214

ГЛАВА 8. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК

d

d 60°

D

l

60° 120°

D

l1

L

L

Тип А для легких валов

l2

Тип B для тяжелых валов

D

60°

d

120°

l2

l1 L

Тип K для тяжелых валов и ответственного назначения центровых отверстий

Рис. 8.17. Формы центровых отверстий

Рис. 8.18. Схема центрового сверла

S S

S Рис. 8.19. Обработка центровых отверстий на фрезерно-центровых станках

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

8.5. ЦЕНТРОВАНИЕ ЗАГОТОВОК

215

а в серийном и массовом производствах — на специальных одноили двусторонних центровочных станках, а также на фрезерноцентровочных станках, на которых сначала фрезеруют торцовые поверхности одновременно с обоих сторон, после чего комбинированными центровыми сверлами центруют отверстия (рис. 8.19). Предварительная механическая обработка заготовок осуществляется в целях устранения дефектов заготовок, придания им нормальной формы и размеров. Для обдирки применяют бесцентрово-обдирочные станки, на которых можно производить обдирку пруткового материала диаметром от 15 до 80 мм и длиной до 7 м.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

Д Е В Я Т А Я

Классификация параметров поверхностного слоя деталей Влияние качества поверхностного слоя на эксплуатационные свойства деталей машин 9.1. Классификация параметров поверхностного слоя и их характеристика С учетом особенностей механизма формирования поверхностного слоя при механической обработке и современных законов физики твердого тела о пластической деформации и разрушения предлагается следующая классификация параметров поверхностного слоя (табл. 9.1), установленная проф. А.М. Сулимой. Сложные условия работы деталей машин, в том числе деталей авиационных двигателей, обусловленные высокой температурой и удельными нагрузками, вынуждают конструктора задавать те или иные сочетания параметров, характеризующих поверхностный слой. Характеристика параметров поверхностного слоя представлена ниже. Неровности поверхностного слоя характеризуются шероховатостью (микронеровностями) и волнистостью (макронеровностями). Под микронеровностями понимают отклонения реальной поверхности от идеальной в пределах небольших ее участков (менее 8 мм и до сотых долей мм). Волнистость представляет собой периодические неровности большого шага на участках протяженностью до 10 мм. К макрогеометрическим отклонениям формы относятся: • нерегулярные отклонения (отсутствие плоскостности у плоскостей, конусность, эллиптичность и т. д.); • закономерно повторяющиеся отклонения (волнистость поверхности).

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Напряженность поверхностного слоя

Физическое состояние поверхностного слоя

Группа параметров Неровности поверхности

зр

степень деформации зерен

Остаточные напряжения

Па Па

ост ост ост

Субмикронапряжения (напряжения третьего рода)

см2 — Па

нм

Микронапряжения (напряжения второго рода)

a, b, c , ,  D CU

Плотность дислокаций Концентрация вакансий Макронапряжения (напряжения первого рода)

Параметры решетки

%

+

Кристаллическая структура

град.

ш

Угол между направлением неровностей и направлением действия внешней нагрузки Степень пластической деформации слоя

мкм %

мкм мм

WZ SmW

hн+ Uн

мм %

S tp W

Средний шаг неровностей профиля по вершинам Относительная опорная длина профиля на заданном уровне сечения профиля Высота волн поверхности Шаг волн поверхности

Глубина наклепа Степень наклепа

мкм мм

Единица измерения мкм мкм

Ra Sm

Rmax

Rz

Обозначения

Среднее арифметическое отклонение профиля Средний шаг неровностей профиля

Высота неровностей Наибольшая высота неровностей

Наименование параметров

Наклеп (деформационное упрочнение)

Направление неровностей Степень деформации

Волнистость

Шероховатость

Подгруппа параметров

Таблица 9.1. Классификация параметров поверхностного слоя

9.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА

217

218

ГЛАВА 9. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ

S

ν

S

a)

б) ν Рис. 9.1. Шероховатость поверхности: а — продольная; б — поперечная

Макронеровности покрыты микронеровностями, имеющими различную форму, величину и ориентацию. Появление микрогеометрических неровностей на обработанной поверхности в первую очередь обуславливается так называемыми геометрическими факторами, а именно: наличием определенной геометрии режущего лезвия инструмента и определенной величины подачи, т. е. геометрический профиль обработанной поверхности представляет собой регулярно повторяющиеся впадины, профиль которых копирует форму режущих кромок инструмента. Шероховатость поверхности бывает продольная (рис. 9.1, а) — в направлении скорости резания и поперечная — в направлении подачи (рис. 9.1, б). Продольная шероховатость образуется вследствие колебаний силы резания при обработке, которые могут вызвать вибрации, увеличивающие продольную шероховатость, а также вследствие образования нароста. Поперечная шероховатость обычно больше, чем продольная. Макро- и микронеровности характеризуют параметры: d и b — макронеровности, Rmax и S — микронеровности (рис. 9.2). Шероховатость поверхности в соответствии с ГОСТ 2789—73 характеризуется следующими параметрами (рис. 9.3): • высота неровностей Rz — сумма средних арифметических абсолютных отклонений пяти наибольших минимумов и наибольших максимумов профиля в пределах базовой длины; • наибольшая высота неровностей Rmax — расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины; • среднее арифметическое отклонение профиля Ra — среднее

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

219

D max

9.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА

b

S

R max D min

d

Рис. 9.2. Макро- и микрогеометрические неровности поверхности: Dmin и Dmax — минимальный и максимальный размеры детали

l Smi

Si

p m yn

h5min

Линия впадин

h5max H5min

Rmax

bn

H5max

Линия выступов

H2max

bi

h2max

b1

h2min H2min

h1max

h1min H1min

y1

H1max

Si

Рис. 9.3. Профиль микронеровностей на обработанной поверхности

арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины; • средний шаг неровностей профиля Sm — среднее арифметическое значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины; • средний шаг неровностей профиля S по вершинам — среднее арифметическое значение профиля по вершинам в пределах базовой длины; • относительная опорная длина профиля tp — отношение опорной длины профиля к базовой длине. При этом под опорной длиной профиля понимается сумма длин отрезков в пределах базовой длины, отсекаемых на заданном уровне в материале линией, параллельной средней линии. Относительная опорная длина на разных уровнях различная. Уровнем сечения профиля р называется рас-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

220

ГЛАВА 9. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ

Рис. 9.4. Сопоставление волнистости и шероховатости поверхности

стояние между линией выступов профиля и линией пересекающей профиль. Волнистостью поверхности считают неровности с шагом от 1 до 10 мм. Характеристики волнистости определяются аналогично характеристикам шероховатости. По рекомендации СЭВ (РС 3951-73) для оценки волнистости поверхности установлено три параметра: • высота волнистости Wz — среднее арифметическое значение из пяти значений высоты волнистости, измеренных на базовой длине; • наибольшая высота волнистости Wmax — расстояние между наивысшей и наинизшей точками профиля волнистости, измеренное на одной полной волне в пределах базовой длины; • средний шаг волнистости Su — среднее арифметическое значение расстояний между одноименными сторонами соседних волн, измеренных по средней линии в пределах базовой длины. Сопоставление волнистости и шероховатости приведено на рис. 9.4. Неровности поверхности характеризуют наружную поверхность, имеющую непосредственный контакт с внешней средой. Нижележащие слои характеризуются физическими параметрами, связанными с характеристиками деформации, упрочнения и напряженности. У металлов, находящихся в ненапряженном состоянии, имеется кристаллическая структура из зерен неправильной формы (размерами от 0,01 до 1 мм), связанных межзеренными прослойками толщиной 5...20 атомных слоев. Зерна состоят из кристаллитов (наименьший его размер 18 нм, включает 100 элементарных ячеек, 400 атомов). В кристаллитах всегда существуют атомы, обладающие энергией, превосходящей среднее значение энергии соседних атомов и способные поэтому покинуть при определенных условиях

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

9.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА

221

свои места, создавая в них пустоты (вакансии), и занять новые места в междоузлиях решетки или в вакансиях других кристаллических ячеек. Беспорядочное движение атомов приводит к исчезновению и появлению новой вакансии. При комнатной температуре число вакансий невелико, однако оно резко возрастает при повышении температуры и при пластической деформации металла, что характерно для процесса механической обработки лезвийным и другими инструментами. Возникновение вакансий изменяет плотность материала, приводит к значительным искажениям кристаллической решетки, что оказывает существенное влияние на механические и другие свойства материалов. Вакансии могут объединяться в группы, создавая зародыши микроскопической полости — трещины. Сопротивление деформированию и разрушению материала определяется энергией межатомных связей, поскольку каждый атом кристаллической решетки подвергается одновременному воздействию сил притяжения (электростатическое притяжение противоположно заряженных ионов и электронов) и сил отталкивания (отталкивания одноименно заряженных электронов). Общая потенциальная энергия взаимодействия ионов и электронов является функцией межатомного расстояния, и так как при наличии вакансий межатомные расстояния в отдельных точках изменяются, то в этих точках изменяется потенциальная энергия поверхностного слоя и энергия, необходимая для разрушения материала. Теоретическая прочность твердого тела возрастает с возрастанием модуля упругости и величины поверхностной энергии, которая выше у материалов с уменьшением расстояния между соседними атомными плоскостями. В связи с этим, высокопрочные материалы — это материалы с высокими значениями модуля упругости, большой поверхностной энергией (энергией притяжения атомов), большим числом атомов в единице объема. Расчеты показывают, что теоретическая и практическая прочность материалов различаются. Так, теоретическое значение напряжения сдвига у железа 2300 МПа, а экспериментальное 29 МПа, у меди — соответственно 1540 и 1 МПа, а у никеля — 2600 и 5,8 МПа. Значительное расхождение теоретической и фактической прочности объясняется наличием в материале различных несовершенств и дефектов кристаллической решетки (вакансии, дислоцированные атомы, дислокации).

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

222

ГЛАВА 9. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ

Дислокация — это линейный дефект кристаллической решетки (рис. 9.5). Атомный ряд 1 и все горизонтальные ряды атомов, рас1 положенные выше него, имеют О на один атом больше второго и 2 нижележащих рядов атомов. Это приводит к искажению строения решетки, при котором расстояние Рис. 9.5. Дислокация кристалличе- между атомами верхнего ряда у ской решетки точки О (центр дислокации) меньше нормального (решетка сжата), а расстояние между атомами нижнего ряда больше нормального (решетка растянута). По мере удаления от точки О в кристалле восстанавливается нормальное расположение атомов. Аналогичное расположение атомов наблюдается в плоскостях, расположенных параллельно плоскости чертежа, поэтому центры дислокации каждой атомной плоскости образуют линию наибольших искажений решетки, направленную перпендикулярно плоскости чертежа. Образование линейной дислокации можно представить как введение в часть объема кристалла лишней атомной плоскости МО. Наибольшее искажение сосредоточено вблизи нижнего края полуплоскости лишних атомов М-О, поэтому под дислокацией обычно и понимается линия искажения, которая проходит вдоль края лишней атомной плоскости (линия, проходящая через точку О перпендикулярно плоскости чертежа). Дислокация проходит через весь кристалл или значительную его часть на длину порядка 104 мм, сливаясь обычно с другими дислокациями. Среднее расстояние между отдельными дислокациями составляет 104 межатомных расстояний, что соответствует для отожженного металла 1 мкм, а для наклепанного металла до 0,001 мкм. Суммарная длина дислокаций в единице объема металла велика. Так, в 1 см3 отожженного металла длина дислокаций может изменяться от 100 до 1000 км. Дислокации в кристалле приводит к искажению атомных слоев, и возникает локальная концентрация напряжений. При приложении к материалу силы или температуры дислокация может смещаться в направлении результирующей силы. M

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

9.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА

223

Общая длина всех линий дислокаций в единице объема кристалла называется плотностью дислокаций, см–2: D 

L , V

(9.1)

где L — общая длина линий дислокаций к кристалле; V — объем кристалла. Плотность дислокаций в деформированных металлических кристаллах может доходить до 1011... 1012 см2 и более. Пластическая деформация связана с движением дислокаций и возникновением препятствий, затрудняющих движение дислокаций, вызывает упрочнение кристаллов. Происходит деформационное упрочнение, которое характеризуется глубиной наклепа и степенью наклепа. Деформационное упрочнение проявляется в повышении микротвердости поверхностного слоя. Глубина слоя hн, на которой возникает повышенная микротвердость, называется глубиной наклепа. Она определяется глубиной залегания пластических деформаций в поверхностном слое, которая рассчитывается из условия равенства пределу текучести алгебраической суммы напряжений в поверхностном слое, обусловленных силовым и тепловым воздействием. Степень наклепа определяется по формуле Uн 

Hпов  Hисх Hисх

100 %,

(9.2)

где Hпов — микротвердость обработанной поверхности; Hисх — микротвердость ненаклепанного (исходного) материала. Величина деформации характеризуется степенью деформации, которая может определять деформацию всего тела  и деформацию зерен зр: l  , (9.3) l где l — длина деформируемого тела; l — абсолютная величина деформации. Напряженность поверхностного слоя характеризуется различного рода остаточными напряжениями.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

224

ГЛАВА 9. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ

Субмикроскопические напряжения, создаваемые в объемах кристаллической решетки. Эти напряжения обусловлены поглощением энергии пластического деформирования, которая составляет 10...15 % от общей энергии деформации (остальные 85...90 % переходят в тепло), и вся эта энергия сохраняется в виде искажений кристаллической решетки. Эти искажения и напряжения характеризуются плотностью дислокаций. Остаточные микронапряжения кристаллитные, или напряжения второго рода, уравновешиваются в пределах отдельных зерен. Напряжения эти связаны с тем, что различные кристаллиты, входящие в зерна, имеют различной величины модули упругости и деформируемость одного и того же кристаллита по разным осям различна. Поэтому пластическая деформация кристаллов распределяется в микрообъемах неравномерно, что и связано с возникновением напряжений. Напряжения второго рода также связаны с фазовыми превращениями металла, вызывающими изменение объема отдельных кристаллов, поскольку различные фазовые структуры имеют различные удельные объемы. Макронапряжения — это напряжения, уравновешивающиеся в пределах областей, размеры которых соизмеримы с размерами тела. Они вызваны неоднородностью силового и температурного полей по всему сечению деформируемого металла. Когда внешняя нагрузка, вызывающая деформацию, снимается, участок металла, растянутый больше других и претерпевший пластическую деформацию, не дает соседним участкам полностью вернуться в исходное положение, в результате чего во всех участках появляются напряжения разного знака.

9.2. Влияние качества поверхностного слоя на эксплуатационные свойства деталей машин Влияние параметров поверхностного слоя на эксплуатационные свойства достаточно изучено с учетом шероховатости, остаточных напряжений и наклепа. Влияние других параметров в настоящее время исследовано недостаточно. Нет единого мнения о степени влияния шероховатости, остаточных напряжений, степени и глубины наклепа на характеристики усталости и другие эксплуатационные свойства деталей машин. Тем не менее имеются рекоменда-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

9.2. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ДЕТАЛЕЙ МАШИН

225

ции, которые можно использовать для производственных условий. Так, в соответствии с исследованиями А. М. Сулимы выносливость жаропрочных сплавов при рабочих температурах и высокочастотном нагружении существенно зависит от шероховатости поверхности. Установлено, что увеличение параметра шероховатости поверхности Rz от 0,05 до 2 мкм снижает усталостную прочность на 13,3 %. Снижение сопротивления усталости сплавов после шлифования, когда микронеровности направлены перпендикулярно к оси образца, в 1,5 раза больше, чем при микронеровностях, направленных вдоль оси образца при одинаковой шероховатости. Таким образом, важна не только высота неровностей и форма, но и их направленность. Влияние наклепа на циклическую прочность также неоднозначно. По данным И. В. Кудрявцева и И. А. Одинга, сквозной наклеп вызывает повышение предела выносливости. Исследованиями А.М. Сулимы и других установлено, что влияние наклепа в поверхностном слое на прочность жаропрочных сплавов двойственно: • при работе деталей в области сравнительно низких температур и при относительно небольшом ресурсе эксплуатации наклеп повышает сопротивление жаропрочных сплавов разрушению, что связано с повышением сопротивления отрыву в результате структурных изменений под влиянием пластической деформации; • с повышением температуры эксплуатации и с увеличением длительности ресурса эксплуатации наклеп способствует интенсификации процессов изменения состава материала в результате окисления, выгорания и испарения легирующих элементов, что может приводить к охрупчиванию и потере жаропрочности. Считается, что для деталей из жаропрочных сталей и сплавов, работающих при высоких температурах, желателен поверхностный слой без наклепа или с весьма незначительным наклепом, который должен устанавливаться в зависимости от рабочей температуры. Факторы, способствующие процессу образования микротрещин усталости и облегчающие их дальнейшее развитие, будут снижать предел усталости, а факторы, затрудняющие образование трещин и замедляющие их развитие, будут способствовать возрастанию выносливости. К факторам, затрудняющим образование микротрещин, относятся остаточные напряжения сжатия в поверхностном слое, кото-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

226

ГЛАВА 9. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ

рые в сумме с внешними напряжениями уменьшают циклические растягивающие напряжения. В противоположность сжимающим, растягивающие остаточные напряжения совместно с действующими циклически прикладываемыми растягивающими напряжениями ускоряют образование трещин усталости и снижают предел усталости. Оценить степень влияния остаточных напряжений на сопротивление усталости наряду с другими параметрами качества поверхностного слоя трудно, так как они изменяются по величине в процессе работы. Тем не менее установлено, что влияние остаточных напряжений преобладает для металлов высокой прочности, а влияние наклепа  для металлов низкой прочности. Характер влияния остаточных напряжений в поверхностном слое, глубины и степени наклепа зависит от технологии изготовления. Исследованиями Б. А. Кравченко установлено, что при обработке пластичного материала на обработанной поверхности возникают растягивающие остаточные напряжения, при обработке хрупкого материала — сжимающие. Предварительное деформирование упрочняет материал, снижая его пластические свойства, поэтому при обработке материала в упрочненном состоянии формируются растягивающие остаточные напряжения небольшой величины и на некоторой глубине они переходят в сжимающие, что должно повышать предел выносливости. С целью подтверждения этого были выполнены исследования на трех партиях образцов из нормализованной стали 12Х18Н9Т. Все образцы окончательно протачивались (скорость резания v = 15 м/мин; глубина резания t = 0,1 мм; подача S = 0,05 мм/об), а затем полировались абразивной шкуркой. Первая партия была изготовлена из недеформированного материала. Образцы второй партии после изготовления деформировались с относительным удлинением 20 %, а образцы третьей партии изготавливались из прутков, предварительно деформированных с относительным удлинением до 20 %. Как показали эпюры осевых остаточных напряжений, в поверхностном слое первой партии сформировались растягивающие остаточные напряжения 0 max = 230 МПа. Во втором случае остаточные напряжения снизились до 0 max = 80 МПа, а в третьем случае возникли остаточные напряжения сжатия с 0 max = 300 МПа (рис. 9.6).

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

9.2. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ДЕТАЛЕЙ МАШИН

227

σ0, МПа 1

3

100 0 –100

2

–200 –300 0

25

50

75

100

125

150

y, мкм

Рис. 9.6. Графики осевых остаточных напряжений 0 на глубине y рассматриваемого слоя (от поверхности) для образцов из стали 12Х18Н9Т: 1 — недеформированные образцы; 2 — деформированные образцы ( = 20 %) после изготовления; 3 — деформированные образцы ( = 20 %) до изготовления

Испытания трех партий образцов показали, что наибольший предел выносливости у образцов, изготовленных из предварительно деформированных прутков, в поверхностном слое которых напряжения являются сжимающими. Наблюдаемое увеличение предела выносливости в образцах, предварительно деформированных, связано с одновременным воздействием остаточных напряжений сжатия и наклепа. Из данных по влиянию технологии изготовления, а также степени влияния на предел выносливости наклепа следует, что наклепанные образцы после точения имеют предел выносливости 1 = = 375 МПа, а ненаклепанные 1 = 355 МПа. Увеличение предела выносливости вследствие упрочнения составляет 5,7 %. При одновременном воздействии наклепа и остаточных напряжений аналогичное сопоставление дает 18,2 %, т.е. изменение предела выносливости вследствие действия только остаточных напряжений составляет 12,5 %. Таким образом, доля влияния остаточных напряжений на предел усталости составляет 69 %, а наклепа — 31 %. Исследованиями А. А. Маталина установлено, что остаточные напряжения, наклеп и шероховатость поверхности изменяют сопротивление усталости как 1,5; 1,25 и 1,03. Согласно исследованиям А.М. Сулимы, влияние шероховатости поверхности и глубины наклепа на сопротивление усталости более

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

228

ГЛАВА 9. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ

значительное, а наклеп в ряде случаев снижает предел выносливости. Однако известно, что упрочняющая технология повышает предел выносливости. Кажущееся противоречие объясняется тем, что при упрочнении наводятся благоприятные остаточные напряжения, которые своим положительным влиянием перекрывают вредное действие наклепа. В соответствии с исследованиями А. М. Сулимы относительная значимость каждого параметра качества поверхностного слоя в снижении сопротивления усталости образцов после шлифования составляет: шероховатость поверхности до 50...70 %; наклеп поверхностного слоя 25...45 %; технологические остаточные макронапряжения до 5...15 %. При этом сопротивление усталости жаропрочных сталей и сплавов при рабочих температурах и высокочастотном нагружении существенно зависит от шероховатости, глубины и степени наклепа. Остаточные напряжения в условиях высоких температур релаксируются и не оказывают влияния на сопротивление усталости, однако в условиях низких температур их влияние существенно. Деформационное упрочнение поверхностного слоя после обработки режущим инструментом снижает предел выносливости жаропрочных материалов при повышенных температурах. Если рассматривать влияние наклепа на длительную прочность при повышенных температурах (700 С и выше), то следует отметить, что наклеп снижает длительную прочность. Наибольшая прочность наблюдается при полировании, наименьшая — при упрочняющей обработке. Исследованиями А. М. Сулимы установлено, что наиболее эффективным технологическим вариантом обработки деталей из жаропрочных сталей и сплавов, обеспечивающим максимальное сопротивление усталости при рабочих температурах, является электрохимическая обработка с последующим виброконтактным полированием или деформационным упрочнением, создающая поверхностный наклеп малой глубины и интенсивности. В соответствии с исследованиями В.А. Кравченко, в этом случае в поверхностном слое создаются также благоприятные остаточные напряжения. Существенное влияние параметров качества поверхностного слоя на эксплуатационные характеристики отмечено в работах B.C. Мухина. Им установлено, что сопротивление усталости сплава

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

9.2. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ДЕТАЛЕЙ МАШИН

229

ХН77ТЮР при температуре 750 °С в значительной степени зависит от степени и глубины наклепа. При этой температуре остаточные напряжения начинают релаксироваться, и преимущественное влияние оказывает наклеп. Увеличение глубины и степени наклепа приводит к снижению жаропрочности, независимо от того, каким видом обработки он создан. Установлено, что при обработке на оптимальных режимах резания, т.е. режимах, обеспечивающих минимальный размерный износ режущего инструмента, жаропрочность и выносливость образцов выше, чем при обработке на режимах, отличных от оптимальных. Это подтверждает превалирующее влияние наклепа на эти характеристики при повышенной температуре, так как при оптимальных режимах резания наблюдается минимальная глубина наклепанного слоя. Таким образом, в условиях высоких эксплуатационных температур и длительных ресурсов испытания все виды обработки снижают прочностные свойства сплава. Снижение жаропрочности и сопротивления усталости происходит с увеличением глубины и степени наклепа. Взаимосвязи между величиной и знаком остаточных напряжений, а также пределом выносливости и жаропрочностью не наблюдается, так как в условиях циклического нагружения и высоких температур они быстро релаксируются. Таким образом, если условия эксплуатации по температуре и ресурсу не приводят к релаксации остаточных напряжений, то последние оказывают существенное влияние на работоспособность деталей; если условия эксплуатации приводят к релаксации остаточных напряжений, то они не оказывают заметного влияния на долговечность материала. В этом случае прочностные свойства будут зависеть от наклепа обработанной поверхности и ее шероховатости. Для каждого обрабатываемого материала существуют свои температурно-ресурсные барьеры работоспособности в зависимости от параметров качества поверхностного слоя, которые должны определяться экспериментально. B.C. Мухин установил такой барьер для сплава ХН77ТЮР применительно к длительной прочности (рис. 9.7). В зоне I условия эксплуатации таковы, что остаточные напряжения существенно сказываются на работоспособности материала

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

230

ГЛАВА 9. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ

θ, оС 800

II зона

700 600

I зона

500 400 300

4

5

6

7

ln N

Ресурс Рис. 9.7. Температурно-ресурсный барьер долговечности сплава ХН77ТЮР применительно к усталостным испытаниям

(здесь при большом ресурсе N — низкая температура , при высокой температуре — малый ресурс). Для повышения долговечности деталей в этих эксплуатационных условиях эффективными окажутся технологические методы упрочнения деталей. Напряжения растяжения при этом приводят к резкому снижению прочности материала. В зоне II при любых сочетаниях температуры  и ресурса N эксплуатации остаточные напряжения релаксируются и не оказывают заметного влияния на долговечность материала. Снижение жаропрочности будет происходить соответственно величине наклепанного слоя. Износоустойчивость поверхности, помимо многих других факторов, зависит от ее качества. Шероховатость поверхности деталей машин оказывает существенное влияние на износостойкость. На износ поверхностей деталей влияют макронеровности, волнистость и микронеровности. Зависимость величины износа от времени работы трущихся поверхностей видна из графика (рис. 9.8). Вначале (период Тпр) происходит процесс истирания выступающих неровностей (рис. 9.9), т. е. протекает процесс приработки поверхностей. Далее процесс истирания протекает медленнее и этот период времени Тсл определяет срок службы детали. За периодом Тсл наступает период резкого увеличения износа трущихся поверх-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

231

Величина износа

9.2. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Tпр

Время

Tcл

Рис. 9.9. Процесс приработки поверхностей

Рис. 9.8. Зависимость величины износа от времени работы трущихся поверхностей f 0,6

1

0,5 0,4

2

0,3 0,2 0,1

0

200

400

600

Rz, мкм

Рис. 9.10. Зависимость коэффициента трения f от суммарной шероховатости Rz контактирующих поверхностей: 1 — чугуна и стали; 2 — бронзы и стали

ностей. При большой шероховатости зазоры у сопрягаемых поверхностей быстро увеличиваются и к концу периода приработки доходят до предельных размеров, и срок службы машины сокращается. Повышение срока службы машин может быть увеличено за счет уменьшения шероховатости. Однако установлено, что не всегда наиболее износостойкой оказывается поверхность с минимальной шероховатостью. Это объясняется тем, что очень тесное сближение двух твердых тел приводит к молекулярному взаимодействию их поверхностей и увеличивает сцепление, что повышает износ (рис. 9.10). Таким образом, при малых значениях высоты неровностей на поверхности происходит схватывание, а при грубых поверхностях — механическое зацепление и срез неровностей обработанных поверхностей. С уменьшени-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

232

ГЛАВА 9. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ

A, Дж

ем шероховатости обработанной поверхности увеличивается со25,5 2 противление хладноломкости. Ра21,6 3 бота разрушения А при понижен4 17,6 ной температуре T увеличивается со снижением высоты неровно13,7 стей поверхности (рис. 9.11). 9,8 Установлено, что при одинако5,9 вых условиях изнашивания после приработки создается оптималь1,96 о –160 –120 –80 –40 0 t, С ная шероховатость, не зависящая от первоначальной шероховатоРис. 9.11. Влияние шероховатости сти. Поэтому при обработке цеповерхности цилиндрических образцов из стали Ст5 на работу разруше- лесообразно создавать поверхнония при отрицательных температурах: сти, шероховатость которых будет 1 — Ra 0,08; 2 — Ra 0,32; 3 — Rz 80; соответствовать приработанным 4 — Rz 320 поверхностям трения при конкретных условиях изнашивания. Для повышения износостойкости при окончательной обработке следует по возможности уменьшать структурную неоднородность поверхностного слоя и создавать равномерные напряжения по всей поверхности. Влияние шероховатости поверхности на ее износ зависит также от формы неровностей. Тонкие и многочисленные неровности обеспечивают большую износостойкость, чем крупные неровности большого шага. При трении в поверхностном слое детали происходят значительные пластические деформации, сопровождающиеся интенсивным наклепом и созданием значительных остаточных напряжении. Остаточные напряжения, созданные в процессе механической обработки, могут изменяться. Это, как правило, происходит в зависимости от условии трения, но независимо от знака и величины остаточных напряжений, созданных при механической обработке. Вопрос о влиянии остаточных напряжении ост и наклепа поверхностного слоя на износоустойчивость до настоящего времени изучается и приводятся разноречивые выводы. Можно рассмотреть следующие примеры. При трении деталей в поверхностном слое металла происходят значительные пластические деформации, сопровождающиеся интенсивным наклепом и значительными оста1

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

9.2. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ДЕТАЛЕЙ МАШИН

233

,

98 0

2000

4000

6000

8000

10 000 12 000

–98

3

–196

1

2

–294

Рис. 9.12. Зависимость остаточных напряжений  ост поверхностного слоя от продолжительности изнашивания: 1 — после отжига; 2 — после обычного шлифования; 3 — после скоростного шлифования

точными напряжениями. В результате остаточные напряжения, созданные в процессе механической обработки, могут изменяться. Это, как правило, происходит в зависимости от условий трения, но независимо от знака и значения остаточных напряжений, созданных при механической обработке. По исследованиям B.C. Рысцовой, остаточные напряжения растяжения уже через 2000 циклов трения превращаются в напряжения сжатия и при дальнейшем истирании не меняются (рис. 9.12). Аналогичные результаты испытаний образцов, имевших до износа остаточные напряжения сжатия, и образцов, не имевших никаких напряжений (образцы после отжига), показали, что в процессе трения в поверхностном слое возникают остаточные напряжения сжатия, которые не связаны с напряжениями в поверхностном слое до износа. Д.Д. Папшевым сделаны следующие выводы на основе экспериментальных исследований: • изнашиваемость деталей зависит от напряженного состояния, степени и толщины упрочненного слоя. Напряжения сжатия и увеличение поверхностной твердости благоприятны и, как правило, снижают износ; • эффективность упрочнения определяется конкретными условиями работы трущихся поверхностей. В одних условиях предварительный наклеп намного повышает сопротивляемость износу, в других — незначительно или даже снижает ее.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

234

ГЛАВА 9. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ

Это подтверждают исследования А.А. Маталина. Для получения максимальной износостойкости необходимо обработку производить так, чтобы создавалось так называемое оптимальное упрочнение, обеспечивающее минимальный износ: • при сухом трении, когда температура в зоне контакта достигает высоких значений, возможна релаксация остаточных напряжений, разупрочнение и повышение износа по сравнению с неупрочненными поверхностями; • при скольжении со смазкой трущихся поверхностей их разогрев невысок и износостойкость, как правило повышается. Однако при высоких давлениях скольжения, особенно при ограниченной смазке, эффект от упрочнения может быть незначительным. Чем больше шероховатость обработанной поверхности, тем активнее воздействие коррозии. На шероховатой поверхности осаждаются вещества, вызывающие коррозию; коррозия распростраРис. 9.13. Схема коррозии поверхности няется в направлении основания гребешков, в результате чего они под воздействием силы трения отрываются от поверхности, образуя новые впадины и выступы (рис. 9.13). Шероховатость влияет также на качество неподвижных соединений. При запрессовке гребешки сминаются и диаметры сопрягаемых деталей изменяются: у вала диаметр становится меньше предварительно измеренного, у отверстия — больше. Натяг получается меньше. При более чистой поверхности сопрягаемых деталей, когда высота гребешков весьма мала, надежность и качество неподвижной посадки увеличиваются. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя и эксплуатационных свойств деталей машин упрочнением осуществляется в последовательности, представленной на схеме. Технологические условия обработки

Процесс формирования поверхностного слоя

Параметры состояния поверхностного слоя

Эксплуатационные показатели детали

Повышение сопротивления детали разрушению при различных видах эксплутационного нагружения может быть достигнуто тех-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

9.2. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ДЕТАЛЕЙ МАШИН

235

нологическими методами объемного или поверхностного упрочнения. Объемное упрочнение повышает статическую прочность деталей, у которых рабочие напряжения распределены по сечению более или менее равномерно. Для таких деталей используют высокопрочные стали и сплавы, композиционные материалы. Однако большинство деталей работает в условиях, при которых эксплуатационная нагрузка (давление, нагрев, действие окружающей среды и т. п.) воспринимается главным образом их поверхностным слоем. Поэтому износостойкость, зарождение и развитие усталостной трещины, возникновение очагов коррозии зависит от сопротивления поверхностного слоя разрушению. Для деталей, разрушение которых начинается с поверхности, разработано большое количество методов поверхностного упрочнения, основанных на нанесении покрытий или изменении состояния (модификации) поверхности. При нанесении покрытий упрочнение деталей достигается путем осаждения на ее поверхности материалов, которые по своим свойствам отличаются от основного металла, но и наиболее полно отвечают условиям эксплуатации (износ, коррозия, химическое воздействие и т.п.). При модификации поверхностного слоя происходит физикохимическое изменение в металле, повышающее его сопротивление разрушению. Модифицирование поверхностного слоя может осуществляться деформационным упрочнением, поверхностной термообработкой, диффузионным нанесением легирующих элементов. Не существует универсального метода упрочнения деталей, так как один и тот же метод в одних условиях эксплуатации может дать положительный эффект, а в других отрицательный. Поэтому в ряде случаев применяют комбинированное упрочнение деталей, основанное на использовании двух или трех методов упрочнения, каждый из которых позволяет усилить то или иное эксплуатационное качество. Все известные методы упрочнения можно объединить в 6 групп. 1. Упрочнение с созданием пленки на поверхности: • осаждение в результате химической реакции (оксидирование, сульфидирование, фосфатирование, нанесение упрочняющего смазочного материала, осаждение из газовой фазы);

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

236

ГЛАВА 9. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ

• осаждение из паров (термическое испарение тугоплавких соединений, катодно-ионая бомбардировка, прямое электроннолучевое испарение, реактивное электронно-лучевое испарение, электронно-химическое испарение); • электролитическое осаждение (хромирование, никелирование, никельфосфатирование, борирование, борохромирование, хромофосфатирование); • напыление износостойких соединений (плазменное напыление порошковых материалов, детонационное напыление, электродуговое напыление, лазерное напыление, вихревое напыление). 2. Упрочнение с изменением химического состава поверхностного слоя металла: • диффузионное насыщение (борирование, цианирование, азотирование, нитроцементация и т. п.); • химическое и физико-химическое воздействие (химическая обработка, ионная имплантация, электроискровая обработка и т.д.). 3. Упрочнение с изменением структуры поверхностного слоя: • физико-термическая обработка (лазерная закалка, плазменная закалка); • электрофизическая обработка (электроконтактная, электроэрозионная, магнитная обработка); • механическая обработка (упрочнение вибрацией, фрикционно-упрочняющая обработка, дробеструйная, обработка взрывом, термомеханическая, электромеханическая); • наплавка легированным элементом (газовым пламенем, электрической дугой, плазмой, лазерным лучом, пучком ионов и т. д.). 4. Упрочнение с изменением накопленной энергии в поверхностном слое: • обработка в магнитном поле (термомагнитная обработка, импульсным магнитным полем, магнитным полем); • обработка в электрическом поле. 5. Упрочнение с изменением микрогеометрии поверхности и степени наклепа: • обработка резанием (точение, шлифование, сверхскоростное резание); • пластическое деформирование (накатывание, обкатывание, раскатывание, выглаживание, вибронакатывание, вибровыглажи-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

9.2. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ДЕТАЛЕЙ МАШИН

237

вание, калибрование, центробежно-ударное упрочнение, виброударное и т.д.); • комбинированные методы обработки (анодно-механическая, поверхностное легирование с выглаживанием, резание с воздействием ультразвуковых колебаний, магнитно-абразивная обработка и т.д.). 6. Упрочнение с изменением структуры всего объема металла: • термообработка при положительных температурах (закалка, отпуск, улучшение, закалка ТВЧ, нормализация, термомагнитная обработка); • криогенная обработка (закалка с обработкой холодом, термоциклирование).

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

Д Е С Я Т А Я

Управление формированием поверхностного слоя деталей машин

Известные характер и степень влияния параметров поверхностного слоя на эксплуатационные свойства позволяют управлять качеством поверхностного слоя для создания требуемых эксплуатационных свойств посредством выбора режима резания и геометрии инструмента, обеспечивающих заданные значения параметров поверхностного слоя. При назначении режимов резания с учетом качества поверхностного слоя при обработке жаропрочных сплавов целесообразно определять режимы резания, обеспечивающие в зоне резания оптимальную температуру, работа при которой дает минимальный относительный износ режущего инструмента. Скорость резания, соответствующая оптимальной температуре резания, называется оптимальной скоростью. Это связано с тем, что назначение оптимальных режимов резания обеспечивает наиболее благоприятные показатели качества поверхностного слоя. При обработке на оптимальных режимах резания получается минимальное или минимально стабилизированное значение высоты неровностей Rz обработанной поверхности, минимальная глубина h и степень наклепа, которые в ряде случаев являются желательными в поверхностном слое обработанной детали (рис. 10.1). Оптимальные режимы резания обеспечивают максимальную стабильность показателей качества поверхностного слоя на различном расстоянии положения инструмента от оси диска R при обработке его торцовых поверхностей. Так, при обработке диска

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

ГЛАВА 10. УПРАВЛЕНИЕ ФОРМИРОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Rz, мкм

hн, мкм

Hd , МПа

100

5000

239

Rz

3 Hd

2 1 0

hн 50

4000 0

0,1 v 0=0,138 0,2

v, м/с

Рис. 10.1. Зависимость шероховатости поверхности Rz, микротвердости H и глубины наклепа hн от скорости резания v при фрезеровании цилиндрической фрезой из Р18 сплава ХН50ВМКТЮР (S = 0,08 мм/об; t = 1 мм;  =  = 10)

получено распределение остаточных напряжений ост и микротвердости H в поверхностном слое, представленное на рис. 10.2. Наибольшая неоднородность остаточных напряжений, степени и глубины наклепа наблюдаются при обработке с постоянной частотой вращения. При обработке с постоянной скоростью резания разброс остаточных напряжений и глубины их залегания, а также микротвердости и глубины наклепа меньше. Минимальный разброс наблюдается при постоянной температуре резания. В этом случае получено также минимальное изменение по полотну диска шероховатости обработанной поверхности Rz (рис. 10.3). Оптимальная скорость резания обеспечивает наиболее желательные с точки зрения эксплуатации показатели усталостной прочности, прочности на разрыв и контактной жесткости. Это подтверждают эксперименты по обработке торцов дисков при оптимальной скорости резания, соответствующей оптимальной температуре резания, а также при скорости резания выше и ниже оптимальной. Обработке подвергали сплав ХН73МБТЮ и титановый сплав BT9. Инструментальный материал — твердый сплав ВК8. Геометрия инструментов при обработке сплава ХН73МБТЮ:  =  = 10,  = 45°, 1 = 15°, r = 1 мм; при обработке сплава BT9:  = 10°;  = 0°,  = 45°, 1 = 15°, r = 1 мм. Испытания на сопротивление усталости при изгибе выполнялись при ступенчатом нагружении образцов через 20 МПа с наработкой на каждом режиме 3 . 105 циклов. Перед проведением усталостных

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

240

ГЛАВА 10. УПРАВЛЕНИЕ ФОРМИРОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН Режим ПЧО

,

1

100 0 –100

Режим ПЧО

Hd,

140

20 40

2

6000 5500

2 ,

3

3

5000

1

4500 60

120

180

240

y,

240

,

240

,

a) Режим ПCP Режим ПCP ,

100 0 –100

1 3 20

60

2 100

140 y,

Hd, 6000 5500 5000

1 3 2

4500 60

120 180

б) Режим ПТР Режим ПТР ,

1

100 0 –100

20

60

2 100

3 140 y,

Hd, 6000 5500

2 3

5000 1 4500 60

в)

120

180

Рис. 10.2. Распределение остаточных напряжений ост и микротвердости H на полотне диска из сплава ХН73МБТЮ при токарной обработке на различных режимах (y — глубина рассматриваемого слоя от поверхности; геометрия режущего инструмента:  =  = 10;  = 45; 1 = 15;  = 0; r = 1 мм, режим резания: t = 1 мм; S = 0,2 мм/об): a — режим обработки с постоянной частотой вращения n = 0,62 с1; б — режим обработки с постоянной скоростью резания v = 0,18 м/с; в — режим обработки с постоянной температурой резания  = 750 С (1 — R = 0,3 м; 2 — R = 0,18 м; 3 — R = 0,08 м)

испытаний измерялась высота неровностей обработанной поверхности Rz. Результаты исследования влияния скорости резания на предел выносливости –1 приведены на рис. 10.4. Оптимальная скорость резания при обработке сплава ХН73МБТЮ v = 0,33 м/с, при обработке сплава ВТ9 v = 0,66 м/с. Как показали результаты

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

ГЛАВА 10. УПРАВЛЕНИЕ ФОРМИРОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

241

Rz, мкм 3

12 1 11

2

10 60

80

120

160

200

240

R, мм

–1, МПа

10

500

8

400

6

300

4

200

2

100

100 10

30

Rz, мкм

3

Рис. 10.3. Шероховатость торцов диска из сплава ХН73МБТЮ после токарной обработки на различных режимах: 1 — v = 0,35 м/с = const; 2 —  = 750 С = const; 3 — n = 37 мин1 = const

R 25

25

–1

Rz

0,2

v 0 0,4

0,6 v0

0,8

v, м/с

Рис. 10.4. Влияние скорости резания v на предел выносливости 1 и шероховатость Rz образцов из сплавов: — ХН73МБТЮ; — ВТ9

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

242

ГЛАВА 10. УПРАВЛЕНИЕ ФОРМИРОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

, 1100

8,5

1000 900 800

49 78

0

0,15

0,3

0,45

6 v0

v, м/с

Рис. 10.5. Зависимость временного сопротивления разрыву от скорости резания (обрабатываемый материал ВТ9, инструмент из ВК8, условия обработки те же, что и для рис. 9.15)

y, Rz, мкм мкм 6 12 5

10

4

8

3

6

2

4

1

2 0,2 v 0

0,6 v0

1,0

1,4 v, м/с

Рис. 10.6. Зависимость сближения у контактирующих поверхностей образцов и их шероховатости Rz от скорости резания v при обработке: — образец из сплава ХН73МБТЮ ( = 10°); — образец из сплава — 9; — Rz ВТ9 ( = 0°);

экспериментов, наибольшее значение усталостной прочности наблюдается при оптимальной скорости резания. Зависимость временного сопротивления разрыву в от скорости резания  приведена на рис. 10.5. Условия обработки те же, что и при усталостных испытаниях. Максимальную прочность на разрыв имели образцы, обработанные при оптимальной скорости резания. При оптимальных режимах резания, т.е. режимах, соответствующих оптимальной температуре, величина сближения контакти-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

ГЛАВА 10. УПРАВЛЕНИЕ ФОРМИРОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

243

рующих поверхностей образцов имеет минимальное значение, а следовательно, контактная жесткость максимальная (рис. 10.6). Исследованиями А.М. Сулимы установлено как качественное, так и количественное влияние характеристик поверхностного слоя на эксплуатационные свойства: 1  A 0  A1 Ra  A2 hн  A3u н ,

где 1 — предел выносливости образца; hн, uн — глубина и степень наклепа обработанной поверхности; A0, A1, A2, A3 — коэффициенты, зависящие от обрабатываемого материала и вида обработки. Влияние растягивающих остаточных напряжений в поверхностном слое на сопротивление усталости определяется по формуле 1  1исх  сост max ,

где –1исх — предел выносливости полированного образца (без остаточных напряжений); ост max — значение максимальных растягивающих остаточных напряжений; с — коэффициент, зависящий от вида обработки. В соответствии с исследованиями автора, предел выносливости материала детали, подвергаемой механической обработке, определяется зависимостью следующего вида: 1  (c1  n  ln Rz ) 1исх ,

где c1 — величина, зависящая от вида обработки; Rz — высота неровностей обработанной поверхности, мм; n — величина, зависящая от обрабатываемого материала и вида его термической обработки; –1исх — предел выносливости материала до обработки, Па. При обработке точением получена зависимость: 0,3   0,125  0,115 0,57 0,345  t   0,6625a1 v0 a     4,3(sin )  m  1  c1  n ln    a0,43(sin )0,025 v t 0,26 m0,74 n0 c b0,04 n0 0,1   0 0 1  p  2



Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1n0  pa0,57 10,075  c   (1  0,45sin )

  

  103   1исх , 8r     

244

ГЛАВА 10. УПРАВЛЕНИЕ ФОРМИРОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

где а1 и t — толщина среза и глубина резания при обработке; v0 — оптимальная скорость резания;  и  — задний и передний углы режущей части инструмента; а — температуропроводность материала обрабатываемой детали;  и р — коэффициенты теплопроводности обрабатываемого и инструментального материалов;  и  — угол заострения и угол при вершине резца в плане; r и 1 — радиус при вершине резца в плане и радиус округления режущей кромки инструмента; c — удельная объемная теплоемкость обрабатываемого материала;  — температура в зоне резания; p — сопротивление обрабатываемого материала пластическому сдвигу; b — длина контакта режущих кромок инструмента с обрабатываемой заготовкой; m — безразмерная величина, зависящая от сочетания подачи и глубины резания, а также геометрических параметров режущей части инструмента; c0 и n0 — постоянные для конкретного сочетания обрабатываемого и инструментального материалов. Из приведенной формулы можно определить значения отдельных параметров процесса резания, которые при постоянных значениях других величин могут обеспечить заданный предел выносливости материала детали после ее обработки. Проведение таких расчетов без использования электронно-вычислительных машин затруднено ввиду их сложности. Поэтому для конкретного сочетания обрабатываемого и инструментального материалов с общепринятой геометрией инструмента можно получить упрощенные формулы, учитывающие основные параметры процесса резания. В частности, при обработке точением жаропрочных сталей  cS x1  1   с1  n  ln y z 3  1исх ,  r 1 11 10  

где с, x1, y1, z1, с  величины, зависящие от сочетаний обрабатываемого и инструментального материалов, а также геометрических параметров инструмента. Можно также решить задачу по определению режима резания или других параметров процесса резания по заданному значению предела выносливости. Так, допустимую величину подачи S, можно определить по формуле

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

ГЛАВА 10. УПРАВЛЕНИЕ ФОРМИРОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

S  x1

245

c  r y1 1z1 103  exp  1  1  , мм. c  n 1исх 

Наибольшее влияние на коэффициент податливости, а следовательно, контактную жесткость, оказывают подача S, радиус при вершине резца r и радиус округления режущей кромки 1. Эти же параметры оказывают существенное влияние на шероховатость обработанной поверхности. Незначительное влияние на контактную жесткость обработанной поверхности оказывает глубина резания. Подачу по заданной величине податливости можно определить по следующей формуле: S = 0,090,91r0,7310,6 t0,1106, мм, где  — коэффициент податливости. Для условий оптимального резания, используя факт стабильности процесса резания, и, как следствие, равномерности высоты неровностей, можно определять влияние условий обработки, в частности режима резания, на предел прочности, который характеризуется эффективным коэффициентом концентрации: 2

Sm 0,33  A1n0 r k  1  — при кручении и сдвиге; 2 a 1n0 2 Sm  0,875 A r 2

Sm 0,66  A1n0 r k  1  — при растяжении и изгибе; 2 a Sm2  0,875 A1n0 r

где

A

0,3    t  0,6625S0,125  4,3(sin )0,115 v00,57 a0,345     pa0,57 10,075  m  

 p a0,43(sin )0,025 v0t 0,26 m0,615n0 c0 b0,04 1n0 0,1(1  0,45sin )

Sm — средний шаг неровностей профиля.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

;

246

ГЛАВА 10. УПРАВЛЕНИЕ ФОРМИРОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Представляется возможность определять при допустимом коэффициенте концентрации напряжений величину подачи и другие параметры, характеризующие условия резания и обеспечивающие требуемые параметры сопротивления усталости. Для конкретного сочетания обрабатываемого и инструментального материалов при рекомендуемой для этих условий геометрии инструмента для оптимальных условий обработки величина интенсивности изнашивания контактирующей поверхности определяется по формуле 0,52,1  cS x1 Ih  0,036 2  n  r y1 1z1

  

0,874

,

где 2 — коэффициент, зависящий от вида контакта. При упругом контакте 2 = 0,5, при пластическом контакте 2 = 1;  — относительное сближение, выраженное в долях наибольшей высоты неровностей профиля; n — число циклов воздействий, которое приводит к разрушению материала. В общем случае для условий оптимального резания Ih 

2,1 103 0,5 2 1

nr 0,874

 1,75

0,3  1n0    t   0,6625a10,125  4,3(sin )0,115 v00,57 a0,345     pa0,57 10,075  c0  m      .  0,43 0,025 0,26 0,74  n0 0,04 n0 0,1 pa v0t m b 1 (sin ) (1  0,45sin )  

При заданной величине интенсивности изнашивания для условий, отличных от оптимальных, подача определяется по формуле 8

 b10,7 с10,1 a0,43 2,85(sin )0,115 v0,57 b0,3  0,6625 pa0,57 10,075  v(sin )0,165  ...          1 b 2 (1sin  ) х х  1b  a B   b (1sin  )     cos  arccos(1  a2 B 2 ) 2  ...  0,5 p 0,125   sin (cos   B sin ) 1    a   , S 0,808    28 Ih n  1   0,125   m 8rt p 1   tg(arc tg B  )  0,5 2,1   B   2    

где m = a1/S;  — высота площадки износа резца по задней поверх-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

ГЛАВА 10. УПРАВЛЕНИЕ ФОРМИРОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

247

ности; B — параметр, характеризующий угол сдвига стружки; a2, b2 — коэффициенты, зависящие от обрабатываемого и инструментального материала; x — показатель степени, зависящий от сочетания обрабатываемого и инструментального материалов. Расчет по приведенной формуле в связи с тем, что подача S входит в правую и левую часть, целесообразно выполнять с использованием ЭВМ. Таким образом, возможно определение технологических условий обработки резанием, обеспечивающих заданные техническими условиями эксплуатационные свойства деталей.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

О Д И Н Н А Д Ц А Т А Я

Технологические размерные цепи

11.1. Виды технологических размерных цепей В общем случае независимые друг от друга, расположенные по замкнутому контуру один за другим размеры принято называть размерной цепью. Размерные цепи, связывающие операционные размеры и относительные повороты поверхностей обрабатываемых деталей, а также размерные цепи станков и приспособлений, с помощью которых они образуются, называются технологическими размерными цепями. Можно выделить два вида технологических размерных цепей:

Размерная цепь станок — приспособление — инструмент

АΔ

а)

А3

АΔ



б)

Рис. 11.1. Технологическая размерная цепь размера детали и системы станок — приспособление — инструмент

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

11.2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ТЕОРИИ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ

249

1. Технологическая размерная цепь, устанавливающая взаимосвязь размера детали с соответствующими размерами системы станок — приспособление — инструмент, от которой зависит получение требуемого размера детали окончательного или операционного) (рис. 11.1, а). 2. Технологическая размерная цепь, устанавливающая взаимосвязь между размером детали А, припуском на обработку ZA и размером заготовки А3 (рис. 11.1, б). Первый вид размерных цепей служит для настройки технологического оборудования на обработку партии деталей в случае автоматического получения размеров на настроенном станке. Второй вид размерной технологической цепи служит для расчета операционных размеров и определения размеров заготовки в целом.

11.2. Основные понятия и определения, относящиеся к теории размерных цепей Звено размерной цепи — размер, определяющий расстояние или поворот поверхностей деталей или их осей. А1

90°

Исходное, или замыкающее, звено размерной цепи — звено, непосредственно связывающее поверхности или оси детали, расстояние или поворот которых необходимо обеспечить. Исходным называют звено тогда, когда с него начинается построение размерной цепи. Замыкающим называется звено, которое, включаясь последним при построении размерной цепи, соединяет поверхности или оси детали, положение которых требуется обеспечить. Исходное и замыкающее звенья обозначаются буквами с добавлением индекса , например А, Б и т. д. Составляющее звено размерной цепи — звено, изменение величины которого оказывает влияние на величину исходного или замыкающего звена. Увеличивающее звено — звено, с увеличением которого возрас тает исходное или замыкающее звено A (рис. 11.2, а).

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

250

ГЛАВА 11. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗМЕРНЫЕ ЦЕПИ

А2

A1

A3

A2 АΔ

A5

A4 а)

А1 А3

АΔ б)

Рис. 11.2. Составляющие звенья размерной цепи

Уменьшающее звено — звено, с увеличением которого уменьша ется исходное или замыкающее звено A (рис. 11.2, а). Компенсирующее звено — звено, в результате изменения величины которого поглощается излишняя величина отклонения замыкающего звена (рис. 11.2, б). Примером компенсирующего звена является толщина проставочного кольца А3, изменением которой обеспечивается требуемый зазор А между торцом детали размером А1 и кольца. Величина замыкающего звена размерной цепи, состоящей из параллельных звеньев, равна алгебраической сумме всех составляющих ее звеньев, т.е. m

A  A1  A2  ...  A m   Ai , i 1

где m — общее число составляющих звеньев размерной цепи.

11.3. Расчет погрешности замыкающего звена размерной цепи При определении погрешности замыкающего звена размерной цепи следует различать два случая: • определение погрешности у одной детали или изделия; • определение погрешности у партии деталей или изделий. Погрешность замыкающего звена А размерной цепи у каждой детали равна алгебраической сумме погрешностей составляющих ее звеньев:

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

11.4. МЕТОДЫ ДОСТИЖЕНИЯ ТОЧНОСТИ ЗАМЫКАЮЩЕГО ЗВЕНА

251

m

 A   A1   A2  ...   A m    Ai , i 1

где m — общее число составляющих звеньев размерной цепи. При определении погрешности замыкающего звена размерной цепи (при изготовлении партии деталей или сборке партии изделий) необходимо исходить из рассеяния замыкающего звена размерной цепи, так как имеется рассеяние всех составляющих звеньев. Поле рассеяния замыкающего звена размерной цепи  равно сумме полей рассеяния составляющих звеньев i: m

  1  1  ...  m   i . i 1

Поскольку поля рассеяния составляющих звеньев размерной цепи смещаются относительно их номинальной величины, то и поле рассеяния замыкающего звена размерной цепи также может сместиться относительно его номинального размера. Координата середины поля рассеяния А замыкающего звена размерной цепи с параллельными звеньями равна алгебраической сумме координат середины полей рассеяния всех составляющих звеньев, т.е. n  m   A   i   i , i 1

i  n 1

где n — число увеличивающих звеньев; m — общее число звеньев без замыкающего.

11.4. Методы достижения точности замыкающего звена Существует пять методов достижения точности замыкающего звена размерной цепи: 1. Метод полной взаимозаменяемости. Сущность метода состоит в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается каждый раз, когда в размерную цепь включают или заменяют звенья без их выбора или подбора. Преимущества метода полной взаимозаменяемости: • простота достижения требуемой точности замыкающего звена цепи;

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

252

ГЛАВА 11. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗМЕРНЫЕ ЦЕПИ

• относительная простота механизации и автоматизации технологических процессов; • возможность широкого использования кооперирования в изготовлении деталей и узлов изделий; • возможность использования рабочих, не обладающих высокой квалификацией; • простота нормирования процессов во времени. Использование метода полной взаимозаменяемости возможно при соблюдении условий: — допуск замыкающего звена размерной цепи равен сумме допусков всех составляющих звеньев: m

T   Ti , i 1

и координата середин полей допусков n  m  T0   0i   0i , i 1

n 1

где 0 и 0i — соответственно величины координат замыкающего и составляющих звеньев размерной цепи; — при получении звеньев размерной цепи у всех изделий партии обязательно соблюдение неравенств: n  m  m  нб       i  i    2i ;  i 1 n 1 i 1 n  m  m i , нм     i    i   i 1 n 1 i 1 2

где нб и нм — предельные отклонения замыкающего звена размерной цепи. Использование метода полной взаимозаменяемости является экономически целесообразным при обеспечении высокой точности деталей в условиях массового производства. Непригоден этот метод при большом количестве звеньев размерной цепи. 2. Метод частичной взаимозаменяемости. Сущность метода заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается не во всех случаях, а у подавляющего большинства изделий. Отличие от предыдущего

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

11.4. МЕТОДЫ ДОСТИЖЕНИЯ ТОЧНОСТИ ЗАМЫКАЮЩЕГО ЗВЕНА

253

метода заключается в том, что устанавливаются большие значения допусков на составляющие звенья, что делает изготовление деталей более экономичным. При этом идут на риск получения небольшого процента случаев выхода погрешности замыкающего звена размерной цепи за пределы установленного допуска. В основе этого метода лежит положение теории вероятности о том, что возможные сочетания крайних значений погрешностей всех составляющих размерную цепь звеньев встречаются значительно реже, чем средних значений, вследствие чего возможный процент брака крайне мал. Дополнительные затраты труда и средств на исправление размеров небольшого числа деталей, вышедших за пределы допуска, в подавляющем числе случаев малы по сравнению с экономией труда и средств, получаемых за счет изготовления составляющих звеньев с большими величинами допусков. Это является неоспоримым преимуществом метода неполной взаимозаменяемости по сравнению с методом полной взаимозаменяемости. 3. Метод групповой взаимозаменяемости. Сущность метода заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается тем, что все изделия разделяются (сортируются) на несколько групп и в пределах каждой группы изделий обеспечивается полная взаимозаменяемость. При методе полной взаимозаменяемости средний допуск замыкающего звена Т Тср   , m где m — число составляющих звеньев размерной цепи. Предположим, что обработка с такой величиной допуска в данных производственных условиях оказалась неэкономичной или в силу технических причин невозможной. Требуется расширить допуск в n раз и получают средний производственный допуск   nТср . Тср

Исходя из величины T'cp , устанавливаются допуски T1', T2' , ... Tm' на каждое из звеньев размерной цепи и выдерживают отклонения размеров в пределах вновь установленных производственных допусков. После обработки размеры всех деталей измеряют точным измерительным инструментом и все детали сортируют на n групп

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

254

ГЛАВА 11. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗМЕРНЫЕ ЦЕПИ

с таким расчетом, чтобы обеспечивалась требуемая точность замыкающего звена у всех изделий. Преимущество этого метода в том, что точность замыкающего звена мо1 жет быть повышена в n раз (n принима2 3 ется до 10) по сравнению с точностью, 4 которую обеспечивает оборудование. 5 4. Метод пригонки. 6 Сущность метода пригонки заклю7 чается в том, что требуемая точность замыкающего звена достигается в результате изменения величины одного из заранее намеченных составляющих звеньев путем снятия с него необходимого слоя материала. При использовании метода пригонки на все составляющие звенья размерной цепи устанавливают экономически достижимые в данных производственных условиях допуски T'. i В соответствии с этим допуск 1 2 3 4 5 6 7

m

Т    Т i. i 1

Для достижения требуемой точности замыкающего звена, характеризуемой допуском T, необходимо удалить из размерной цепи получающуюся лишнюю величину отклонения, которая получила название «величины компенсации». Возможная величина компенсации m

TK  Т   T   Т i  T , i 1

где T — допуск замыкающего звена размерной цепи, определяемый служебным назначением; T' — возможный допуск замыкающего звена, получаемый при назначении экономически достижимых допусков на составляющие звенья; Ti — экономический допуск i-го составляющего звена. Основным преимуществом метода пригонки является возможность изготовления деталей с экономичными для данных производственных условий допусками. Наиболее существенным недостатком является необходимость выполнения добавочных работ,

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

11.4. МЕТОДЫ ДОСТИЖЕНИЯ ТОЧНОСТИ ЗАМЫКАЮЩЕГО ЗВЕНА

255

связанных с пригонкой компенсирующих деталей, причем, как правило, это выполняется вручную. Требуются рабочие высокой квалификации. Для выполнения работ требуются значительные колебания времени, нарушается ритмичность работы. Применяется в единичном производстве. 5. Метод регулировки. Сущность метода заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена достигается путем изменения величины заранее выбранного звена без снятия с него материала. Различие между методом регулировки и компенсации заключается в способе изменения величины компенсирующего звена, которое при методе регулировки осуществляется либо изменением положения одной из деталей путем ее линейного перемещения, либо введением в размерную цепь специальной детали требуемого размера (подвижного компенсатора). Преимущества метода: • возможность достижения любой требуемой точности замыкающего звена при экономических допусках на все составляющие звенья; • отсутствие пригоночных работ, легче укладывается работа в такт производства; • сохраняется возможность в процессе эксплуатации выполнить регулировочные работы. Недостатки метода: • необходимость в рабочих высокой квалификации; • увеличение количества деталей в изделии.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

Д В Е Н А Д Ц А Т А Я

Припуски на обработку деталей машин

12.1. Общие замечания Одним из основных вопросов, с которым приходится встречаться технологу при разработке технологического процесса, является вопрос об определении общих и операционных припусков на обработку. Установление оптимальных припусков на заготовках, превращаемых в стружку при обработке резанием, имеет большое значение. Следует отметить, что металл, превращаемый в стружку, составляет относительно небольшую стоимость, однако стоимость снятия его с заготовки велика. Дробление, уборка стружки и ее транспортировка от рабочих мест за пределы цеха осложняют работу цехов и требуют специальных устройств: стружкодробилки, транспортеры и др. Правильно установленные припуски на обработку обеспечивают: 1) экономию металла; 2) минимальное время обработки; 3) сокращение брака, 4) повышение качества изделий. Следовательно, экономия металла и рентабельность технологических процессов в большой степени зависят от установления рациональных общих и операционных припусков. Учеными нашей страны разработана научная методика расчета припусков на обработку. Кроме того, создан богатый нормативный материал по определению припуска на механическую обработку в виде таблиц. Из работ в этой области наиболее известны научные труды проф. В.М. Кована, в которых предложена методика установления припусков расчетным путем на научной основе.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

257

12.2. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

12.2. Основные определения

Zb2

а b

а b

Zb

Zb1

Припуском на обработку называется слой металла, подлежащий удалению с заготовки для получения готовой детали. Размер припуска определяется размером детали по ее рабочему чертежу (рис. 12.1): Z = a – b, (12.1) где Z — припуск на обработку; a — размер заготовки; b — размер детали. Различают: а) односторонние припуски; б) двусторонние асимметричные припуски; в) двусторонние симметричные припуски. Размер припуска указывается в большинстве случаев как толщина слоя материала, подлежащего удалению при обработке данной поверхности. Однако при обработке деталей или поверхностей, представляющих собой тела или поверхности вращения (валы, отверстия), часто припуск указывается на размер (диаметр), т.е. указывается двойная толщина снимаемого слоя. Например, припуск на сторону (рис. 12.1, в) равен: Z1 = (dзаг – d1)/2. (12.2)

а)

Z2

Общий припуск Z0

Z2

d2

d1 Z1

d заг

Z1

Операционные припуски

б)

в)

Рис. 12.1. Припуск на обработку: а — односторонний; б — двусторонний асимметричный; в — симметричный операционный и общий

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

258

ГЛАВА 12. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Иногда вместо этого указывают припуск на диаметр: 2Z1 = dзаг – d1. (12.3) Поверхности, подлежащие обработке и имеющие для этого припуски, могут быть разбиты на следующие группы: 1) наружные (охватываемые) цилиндрические, конические и фасонные поверхности; 2) внутренние (охватывающие) цилиндрические, конические и фасонные поверхности. Общим припуском на обработку называется суммарный слой материала, необходимый для полной обработки данной поверхности. Операционным припуском называется слой материала, который должен быть удален с поверхности при выполнении операции (перехода). Ранее указывалось, что операции механической обработки могут быть разделены на: 1) обдирочные (грубые); 2) получистовые; 3) чистовые; 4) отделочные. В зависимости от вида операции величина припуска может быть различной. Для грубых обдирочных операций она больше, для чистовых и отделочных операций — значительно меньше. Припуски, как общие, так и операционные, могут быть заданы с определенной точностью, и на них необходимо назначать допуски. Допуск на общий припуск является, вместе с тем, и допуском на соответствующий размер заготовки. Операционный допуск определяет допустимые отклонения операционного размера и допустимые колебания операционного припуска. Следует отметить, что операционные допуски отсчитываются в материал, т.е. для валов и других охватываемых размеров значение операционных допусков принимаются со знаком минус, а для отверстий и других охватывающих поверхностей — со знаком плюс. Схемы расположения операционных припусков и допусков при обработке наружных (охватываемых) и внутренних (охватывающих) поверхностей представлены на рис. 12.2 и 12.3. Рассматривая схемы расположения припусков и имея в виду, что операционный припуск есть слой материала, подлежащий удалению на данной операции, а операционный допуск есть величина, определяющая допустимые отклонения операционного припуска1, будем различать следующие виды припусков. 1 Операционный допуск Т равен разности между наибольшим и наименьшим предельными размерами, между которыми должен располагаться действительный размер получаемый в результате выполнения отдельной операции.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Т3

Z4н Zmin

Z3н

4

Ra 1,25...0,16





Z2н Ra 0,16...0,008 –

3

Ra 10...1,25

2



1

а4н

а3н

Тзаг Z1max

Z1min Тзаг ″ ′ Тзаг

Z1н

Z4min

Zо.н

а2н

а1н

А заг

Рис. 12.2. Схема расположения операционных припусков и допусков при обработке наружных (охватываемых) поверхностей; операции: 1 — обдирочная; 2 — получистовая; 3 — чистовая; 4 — отделочная

Т4

Т2

Z3min

Т1 Z2min



Z2max

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Z3max

+

12.2. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

259

Ra 1,25...0,16

Z2н

Z2max

Т2 Z3min

Z3н

Z3max

Т4

Z4min

Т3

Z4н

Z4max

Zо.н

Ra 10...1,25

+

+ –

Ra 80...10

Азаг

а1н

а2 н

а3 н

а4 н

Рис. 12.3. Схема расположения операционных припусков и допусков при обработке внутренних (охватывающих) поверхностей (операции см. рис. 12.2)

+

Z1max

+

Z2min Т1

+

Z1н

Ra 0,16...0,008

Т′заг Z1min Тзаг ″

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

S

260 ГЛАВА 12. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

261

12.2. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Номинальный (расчетный) операционный припуск — слой материала, который надлежит снять с заготовки на данной операции; представляет собой разность между номинальным размером преыдущей операции и номинальным размером данной операции при обработке наружных (охватываемых) поверхностей или разность между номинальным размером последующей и номинальным размером данной операции. Так, например: при обработке наружных (охватываемых) поверхностей Z1н  Aзаг  а1н ; Z2н  а1н  а2н ;

Z3н  а2н  а3н ; Z4н  а3н  а4н ,

(12.4,а)

при обработке внутренних (охватывающих) поверхностей Z1н  а1н  Aзаг ;

Z3н  а3н  а2н ;

Z2н  а2н  а1н ;

Z4 H  а4н  а3н .

(12.4,б)

Номинальный операционный припуск представляет собой сумму минимального припуска на данную операцию и допуска на предыдущую операции:  ; Z1н  Z1min  Tзаг

Z3н  Z3min  T2 ;

Z2н  Z2min  T1 ;

Z4н  а4min  T3 .

(12.5)

Наименьший (минимальный) припуск на обработку для одной операции или перехода — наименьший слой металла, достаточный для получения требуемой формы и размера изделия при последующей обработке. Наименьший операционный припуск равен номинальному операционному припуску минус допуск предыдущей операции:  ; Z1min  Z1н  Т заг Z2min  Z2н  Т1 ; Z3min  Z3н  Т2 ; Z4min  Z4н  Т3 .

(12.6,а)

Подставляя значения операционных номинальных припусков, получим:

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

262

ГЛАВА 12. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

при обработке наружных поверхностей  ; Z1min  Aзаг  а1н  Tзаг Z2min  а1н  а2н  T1 ; Z3min  a2н  а3н  T2 ; Z4min  a3н  а4н  T3 ;

(12.6,б)

при обработке внутренних поверхностей  ; Z1min  а1н  Aзаг  Tзаг Z2min  а2н  а1н  T1 ; Z3min  а3н  a2н  T2 ; Z4min  а4н  a3н  T3 .

(12.6,в)

Наибольший (максимальный) операционный припуск Zmax равен сумме номинального операционного припуска и допуска на данную операцию Z1max  Z1н  T1 ;

Z3max  Z3н  T3 ;

Z2max  Z2н  T2 ;

Z4max  Z4н  T4 .

(12.7)

Общий или суммарный припуск на обработку данной поверхности равен сумме номинальных припусков всех операций Zо.н  Z1н  Z2н  Z3н  Z4н

(12.8,а)

Zо.н  Азаг  а4н .

(12.8,б)

или

12.2. Основные факторы, влияющие на величину припуска Величина операционных припусков обусловливается следующими факторами: 1. Размерами и конфигурацией детали. 2. Шероховатостью поверхности, получаемой в результате обработки поверхности на предыдущей операции. 3. Глубиной дефектного слоя (поверхностного слоя), образовавшегося в результате обработки поверхности на предыдущей операции.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

12.2. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЕЛИЧИНУ ПРИПУСКА

263

4. Точностью установки заготовки при выполнении данной операции. 5. Точностью размеров и формы, полученных в результате выполнения предыдущей операции. Чем больше деталь по размерам и чем сложнее ее конструкция, тем величина припуска на обрабатываемых ее поверхностях должна быть больше. Меньшие размеры детали и более простая ее форма дают возможность назначить меньшие припуски. Погрешности заготовки, которые должны быть компенсированы операционным припуском, подразделяют на две группы: • погрешности, получаемые в результате выполнения предыдущей операции; • погрешности, получаемые в результате выполнения данной операции. К погрешностям, которые получаются в результате выполнения предыдущей операции, относятся: • неровности (шероховатость) на поверхности; • дефектный поверхностный слой; • искривление заготовки под первую механическую операцию после правки или после термической обработки; • остаточная деформация от предыдущей механической обработки; • допускаемое отклонение размера после выполнения предыдущей механической операции или допускаемое отклонение (в металл) размера заготовки. К погрешностям, получаемым в результате выполнения данной операции, относятся: • погрешности установки заготовки в плоскости поперечного сечения; • погрешности установки заготовки в осевой плоскости. В результате выполнения технологических операций или переходов мы не получаем идеально гладкой обработанной поверхности. На поверхности остаются следы — результаты воздействия инструмента (при механической обработке), высокой температуры штампов (при ковке-штамповке) или высокой температуры стенок формы (при изготовлении литых заготовок). Поверхность получается в известной степени шероховатой, деталь получает соответствующую точность размеров и формы. Поверхностный слой

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

264

ГЛАВА 12. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

материала заготовки или детали по своим физико-механическим свойствам отличен от основного материала детали и содержит ряд дефектов (пригары, обезуглероженность, окалину, микроскопические трещины и др.). При обработке шероховатость и дефектный слой, полученные в результате выполнения предыдущей операции, должны быть удалены. Последняя операция (чистовая или отделочная) или последний переход должны обеспечить шероховатость поверхности по чертежу детали и удаление дефектов материала в поверхностном дефектном слое. В табл. 12.1 указаны, в качестве примера, шероховатость, глубина дефектного слоя и точность при различных методах обработки, а в табл. 12.2—12.6 — для заготовок, полученных различными методами. 12.1. Шероховатость, глубина дефектного слоя и точность некоторых видов обработки Метод обработки Поковка

Параметр шероховатости Rz,мкм

Глубина дефектного слоя Тдеф, мкм

Погрешность обработки размеров, мкм

100... 225

500

1000

Черновое фрезерование

45...100

50

160

Чистовое фрезерование

15...25

40

80

3...5

20

35

Шлифование

Из этих таблиц, а также из рис. 12.4 вытекает, что минимальная толщина слоя металла, который должен быть удален при обработке (минимальный припуск), Zmin = Rz + Tдеф. Величина этого припуска определится следующим образом (табл. 12.1): при черновом фрезеровании Zmin = 225 + 500 = 725 мкм; при чистовом фрезеровании Zmin = 100 + 50 = 150 мкм; при шлифовании Zmin = 25 + 40 = 65 мкм. Номинальный припуск на этих операциях, имея в виду, что Zн = Zmin + Т, будет: при черновом фрезеровании Zн = 725 + 1000 = 1725 мкм;

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

265

12.2. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЕЛИЧИНУ ПРИПУСКА

при чистовом фрезеровании при шлифовании

Zн = 150 + 160 = 310 мкм; Zн = 65 + 80 = 145 мкм.

12.2. Качество поверхности отливок (Rz + Тдеф), достигаемое различными способами формовки Наибольший размер отливки, мм Материал отливки

Класс точности отливки

до 500

св. 500 до 1250

I

400

600

св. 1250 до 3150

св. 3150 до 6300

св. 6300 до 10 000

(Rz + Tдеф), мкм Чугун

Сталь

Цветные металлы и сплавы

800





II

500

700

900





III

600

800

1000

1500

2000 —

I

300

500

700



II

400

600

800





III

500

700

900

1300

1700

I

200

400







II

300

500







III

400

600

800

1100



Примечание. Классы точности отливки достигаются: I — литьем в формы, изготовленные машинной формовкой по металлическим моделям; II — машинной формовкой по деревянным моделям; III — ручной формовкой по деревянным моделям. 12.3. Качество поверхности отливок, достигаемое специальными способами литья

Литье

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Квалитет Rz, точности мкм

Тдеф, мкм, для заготовки из чугуна

стали

цветных металлов

В кокиль

14 ... 15

200

300

200

100

Центробежное

14 ... 15

200

300

200

100

В оболочковые формы для элементов, получаемых в одной полуформе в обеих полуформах под давлением

11 ... 12 14 11 ... 12

40 40 50

260 260 —

160 160 —

100 100 100

По выплавляемым моделям

11 ... 12

32

170

100

63

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

вакуум-пленочной при размерах

машинной встряхиванием при размерах

В песчаные формы: при ручной формовке при размерах

В оболочковые формы

По выплавляемым моделям

В кокиль

Под давлением

Способ литья

До 20

40…160

До 200

160…450 40…80 40…160

» 700 » 1200» Св. 150 до 800 » 800 » 1200»

80…320

160…320

Св. 800 до 1500

Св. 800 до 700

80…320

20…160 20…160

До 200 Св. 200 до 700 До 800

10…80 10…80

» 200 » 500»

10…80

20…120











10…80

10…40

20…120

До 20

цинковых сплавов

40…160

40…120

160…630

160…450

80…320

320…1000

160…630

80…320

80…320

20…80

20…80

20…80

40…320

До 40

бронзы и латуни

80…320

40…320



20…160

10…80







чугуна





160…320 160…320

160…320

160…320



160…320

80…320

20…40

10…40

10





стали

Параметр шероховатости Rz, мкм, поверхности отливок из алюминиевых и магниевых сплавов

Св. 100 до 200

До 100

До 500

Максимальный размер отливки, мм

12.4. Шероховатость поверхности отливок

266 ГЛАВА 12. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

267

12.2. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЕЛИЧИНУ ПРИПУСКА

12.5. Основные показатели качества заготовок, полученных способами горячей штамповки Допуски основного Параметр размера, мм, или шероховатости, квалитет IT мкм

Способ горячей штамповки На молотах и прессах

0,7…11,0

Rz 20…160

С последующей калибровкой

IT8… IT12

Ra 0,32…2,5

С высадкой на горизонтально-ковочных машинах

0,7…3,4

Rz 20…160

Выдавливанием

0,2…0,5

Rz 20…80

IT8… IT14

Rz 20…80

На чеканочных прессах

12.6. Минимальные радиусы, мм, переходов заготовок, полученных холодным выдавливанием Диаметр заготовки, мм

Наружные радиусы нормальной точности

высокой точности

Внутренние радиусы нормальной точности

высокой точности 0,5…1,5

До 10

0,5…2,0

0,3…1,0

1,0…3,0

10…25

0,7…2,0

0,5…1,5

1,5…4,0

0,7…2,0

25…50

1,0…3,0

0,7…2,0

2,0…5,0

1,0…3,0

1,5…5,0

1,0…3,0

2,5…7,0

1,5…5,0

2,0…6,0

1,5…5,0

3,0…9,0

2,0…7,0

120…160

3,0…9,0

2,0…8,0

4,0…10,0

3,0…9,0

Нормальная структура

b

а

ZBв

Поверхностный слой

ТТ деф

Н

50…80 80…120

Рис. 12.4. Структура минимального операционного припуска

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

268

ГЛАВА 12. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Ось заготовки Ось шпинделя станка

εd

а) Ось заготовки Ось шпинделя станка

εl б)

С

А

А в) Рис. 12.5. Возможные погрешности установки заготовки: а — в плоскости поперечного сечения; б — в плоскости продольного сечения; в — деформация (искривление) заготовки и ее влияние на величину припуска

Рассчитанный таким образом припуск окажется недостаточным. При определении припуска следует также учесть погрешности установки заготовки при выполнении данной операции, а также возможную деформацию заготовки на предыдущей операции. Рассмотрим на примере обработки наружной поверхности детали, представляющей собой тело вращения (вал), возможные погрешности установки заготовки (рис. 12.5). Возможные погрешности установки будут: а) в плоскости поперечного сечения — эксцентричность из-за несовпадения осей центровых отверстий с осью заготовки d; б) в плоскости продольного сечения — перекос из-за смещения центровых отверстий в разные стороны по отношению к оси заготовки l. Деформация заготовки на предыдущих операциях может повлечь искривления оси, вследствие чего припуск на одной стороне уменьшится на величину С в сечении АА

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

12.2. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЕЛИЧИНУ ПРИПУСКА

269

(рис. 12.5, в). Учет величин d, l и С необходим при определении величины припуска. В противном случае припуск, как было отмечено, окажется недостаточным. Учитывая вышеизложенное, можно представить схематически структуру припуска на обработку поверхности. Определим величину припуска, обозначая через: Zн — величина номинального (расчетного) операционного припуска; Rz — высота неровностей на обрабатываемой поверхности от предыдущей обработки; Тдеф — наибольшая глубина дефектного слоя; С — наибольшее значение остаточной деформации у заготовки, полученной либо в результате выполнения предыдущей операции, либо в результате правки заготовки; d — наибольшее значение погрешности установки в плоскости поперечного сечения; e — наибольшее значение погрешности установки в плоскости продольного сечения; Т — допуск на предыдущую операцию; K — коэффициент перекрытия одних погрешностей другими (одни из них могут иметь знак плюс, другие — минус). При одностороннем расположении припуска (торцевые поверхности, плоскости) Zн  (Rz + Тдеф + l + C + Т)K.

(12.9)

При симметричном расположении припуска (наружные и внутренние цилиндрические, конические и фасонные поверхности тел вращения) 2Zн  (2Rz + 2Tдеф + d + l + C + Т)K.

(12.10)

В.М. Кованом формулы для определения припуска даны несколько в ином виде, а именно: – Zн  (H + Tдеф) + Т + |Ta + – Ta3|; (12.9,а) – – 2Zн  2(H + Tдеф) + Т + 2|Ta + Ta3|, (12.10,б) – где Та — векторная сумма пространственных отклонений взаимосвязанных поверхностей обрабатываемой детали, получившихся на предшествующей операции; – Ta3 — векторная сумма погрешно-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

270

ГЛАВА 12. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

стей базирования и закрепления, т. е. погрешность установки при выполняемой операции. Формулы (12.9,а) и (12.10,б) более строго научно обоснованы, – однако определение суммы величин Та и – Ta3 в ряде случаев является делом громоздким и довольно трудоемким, поэтому мы воспользуемся в дальнейшем формулами (12.9) и (12.10), и определение величин d, l и С будем производить по эмпирическим формулам. Это идет в ущерб точности расчетов, однако сокращает затраты времени на их выполнение. Приведенные формулы дают возможность определить величину номинального операционного припуска, которая получается при этом минимальной, но вполне достаточной для обработки и получения качественной поверхности, не имеющей следов обработки от предыдущей операции. При выполнении расчетов значения Rz и Tдеф берутся из таблиц справочников, допуски на размеры заготовок, а также допуски на размеры при выполнении различных операций также выбираются по справочным таблицам. Допуск на последнюю операцию и окончательный размер детали назначаются по ее рабочему чертежу. Значения величин d, l и C определяются по эмпирическим формулам: (12.11) d  a3 м ; l = b lp;

(12.12)

C = m lp,

(12.13)

где а, b, m — коэффициенты, зависящие от характера и точности заготовки, характера установки и т.п. Значения этих коэффициентов даны в табл. 12.7. Меньшие значения коэффициентов принимаются для заготовок повышенной точности и для крупносерийного и массового производства; м — номинальный размер заготовки — диаметр для цилиндрических поверхностей, длина для торцевых поверхностей, ширина для плоских поверхностей; lp — расчетная длина в погонных метрах. В случаях обработки поверхности без перебазирования (с одной установки) заготовки после предыдущего перехода значения d и l будут равны нулю, так как в этом случае погрешности установки практически отсутствуют.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

271

12.2. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЕЛИЧИНУ ПРИПУСКА

Коэффициент K выбирается в пределах от 0,8 до 1,0: K = 0,8 при индивидуальном (единичном) производстве; K = 0,9 при серийном производстве; K = 1,0 при массовом производстве. Схема составляющих операционного припуска приведена на рис. 12.6. 12.7. Значение коэффициентов а, b и m Характер операций

Коэффициенты (предельные значения) а

b

m

0,1 ... 0,2

1 ... 2

1 ... 2

Получистовые

0,05 ... 0,1

0,3 ... 0,6

0,2 ... 0,4

Чистовые

0,01 ... 0,03

0,1 ... 0,3

0,1 ... 0,2

0,05 ... 0,01





Грубые

Отделочные

εl εd C

Rz

Z0

Т1 – y

Tдеф Наибольший предельный размер наружной поверхности

T

Рис. 12.6. Схема составляющих операционного припуска

Величина lp для наружных цилиндрических поверхностей определяется следующим образом. При обработке валов в патроне, цанге и т.п. без поддержки заготовки задним центром за расчетную длину lp следует принять длину, равную двойному расстоянию от наиболее удаленного торца обрабатываемого участка до кулачков патрона или до цанги. Например, припуск на обработку участка а (рис. 12.7, а) следует принять исходя из удвоенной длины l1, а на обработку участка b — из удвоенной длины l. При l/d > 12, где l — длина обрабатываемого участка или расстояние между люнетами, операционный припуск рассчитывается исходя из удвоенной длины.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

272

ГЛАВА 12. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

а

b

l1 l а) а

C

b

l

d

l1 L б)

Рис. 12.7. К расчету величины d и С

При обработке на оправках за расчетную длину lp следует принимать длину оправки, которая может быть определена по формуле lопр = lg + (50...100) мм,

(12.14)

где lg — длина детали, обрабатываемой на оправе. Общие формулы для расчета операционных припусков имеют следующий вид: zd = K(2Rz + 2Тдеф + d + l, + С + Т) — для наружных и внутренних цилиндрических поверхностей; zl = zt = K(Rz + Тдеф + d + l, + С + Т) — для торцевых поверхностей и плоскостей, т. е. при одностороннем расположении припуска, где Т — допуск на операционный размер предыдущей операции; K — коэффициент, учитывающий перекрытие одних погрешностей другими. Погрешности могут накладываться друг на друга и таким образом уменьшать величину припуска. Это перекрытие учитывается коэффициентом K. При обработке ступенчатых валов в центрах припуск берется на каждую ступень по ее размеру. За расчетную длину каждого участка (ступени) вала следует принять: а) для участков, расположен-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

273

12.2. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЕЛИЧИНУ ПРИПУСКА

ных в средней части вала, — полную длину вала; б) для участков, расположенных у торцов вала, — длину, равную двойному расстоянию от торца вала до наиболее удаленного конца обрабатываемого участка. Например, на обработку участков b и С (рис. 12.7) следует принять припуск, исходя из общей длин вала l, т.е. в этом случае lp = L, а припуск для участков а и d — исходя из удвоенной дины l и l1. На основе расчета операционных припусков расчет операционных размеров производится следующим образом: a4н — выбирается по рабочему чертежу детали (окончательный чистовой размер детали). Для наружных (охватываемых) поверхностей (рис. 12.5) a3н = a4н + Z4н; a2н = a3н + Z3н; a1н = a2н + Z2н; Aзаг = a1н + Z1н .

(12.15)

Для внутренних (охватывающий) поверхностей (рис. 12.6) a3н = a4н – Z4н; a2н = a3н – Z3н; a1н = a2Н – Z2н; Aзаг = a1Н – Z1н .

(12.16)

Общий ход и последовательность работ при расчете операционных припусков можно представить в следующем виде. 1. При наличии рабочего чертежа детали выбирается вид заготовки (литая, кованая или штампованная) и технико-экономическими расчетами обосновывается метод ее изготовления. 2. Разрабатывается технологический процесс обработки детали. Намечаются операции, позиции, переходы и порядок их выполнения. 3. Для каждой операции по табличным данным справочников определяются величины Rz, Tдеф и Т. Для последней операции допуск Т берется по рабочему чертежу изделия. 4. Пользуясь данными таблиц, расчетным путем по вышеприведенным формулам определяются величины d, l и C .

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

274

ГЛАВА 12. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

5. В зависимости от характера производства выбирается значение коэффициента K. 6. Для каждой из операций определяется величина номинального (расчетного) припуска Zн. 7. Определяются операционные номинальные размеры a1н, a2н, a3н и т.д., а также размер заготовки Aзаг .

12.3. Методы определения припусков на обработку Существуют три метода определения припусков: расчетно-аналитический; по укрупненным нормативам; общих припусков по табличным данным. 1. Расчетно-аналитический метод. Этот метод расчета операционных припусков основан на исследовании и учете погрешностей, получаемых на выполняемой и предшествующих операциях. Построен он на анализе физической сущности явлений, порождающих погрешности, и учете явлений, тесно связанных с методами и условиями обработки по сравнению с другими методами. Расчетно-аналитический метод обеспечивает более точное и научно-обоснованное определение припусков на механическую обработку. Величина припуска, будучи строго обоснованной, является минимальной, но вполне достаточной для получения в результате обработки годной детали. К недостаткам этого метода относятся громоздкость расчета, значительная затрата времени на его выполнение, трудности создания нормативного материала для всех видов обработки и большой объем, а также сложность выявления отдельного влияния каждого технологического фактора (например погрешности установки) на величину припуска. Все это затрудняет и ограничивает применение этого метода. Расчет припусков этим методом применим в массовом и крупносерийном производстве. 2. Метод определения операционных припусков по укрупненным табличным нормативам основан на обобщении заводских нормативных данных. Суть его заключается в том, что на каждую операцию припуск Zн выбирается по табличным данным в зависимости от метода обработки и от размеров детали. Общий припуск на обработку конкретной поверхности определяется как сумма операционных припусков, определенных по таблицам. Этот метод значи-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

12.4. РАСЧЕТ ДЛИННОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИОННЫХ РАЗМЕРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕОРИИ ГРАФОВ

275

тельно проще предыдущего, не требует больших временных затрат, сокращает объем нормативного материала (таблиц) и дает достаточную для практики точность расчета, хотя эта точность и уступает точности предыдущего метода. Вследствие этих преимуществ данный метод расчета является основным и может применятся как в массовом, так и в серийном и единичном производстве. 3. Определение общих припусков по табличным данным. Метод прост, для определения общих припусков на механическую обработку не требует никаких вычислительных работ. Общие припуски на поверхностях заготовок определяются по таблицам в зависимости от метода изготовления заготовки и ее сложности, габаритов или веса. Эти таблицы представляют собой систематизацию заводского опыта по определению оптимальных припусков. Так как даже в одной и той же отрасли машиностроительной промышленности на различных заводах оборудование, технологические процессы, квалификация рабочих и т.д. различны, то такие таблицы не могут отображать многообразия технологических и производственных процессов. Припуски, определенные по таким таблицам, как правило, являются завышенными. Метод определения суммарного припуска по таблицам требует минимальной, по сравнению с двумя предыдущими методами, затраты времени, но не дает возможности установить величины операционных припусков. По точности он уступает двум предыдущим методам. Этот метод может применяться при индивидуальном (единичном) производстве, а также в случаях предварительного проектирования и предварительных расчетов заготовок и технологических процессов. Таблицы общих припусков на заготовки в виде заводских нормалей имеются на многих машиностроительных заводах. Частично такие таблицы изданы в виде ГОСТов. Имеются стандарты, содержащие таблицы припусков на механическую обработку.

12.4. Расчет длинновых технологических операционных размеров с применением теории графов Длинновой операционный размер — это размер, характеризующий поверхность с односторонним расположением припуска

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

276

ГЛАВА 12. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

(плоскости, торцевые поверхности и др.), а также размеры между осями. Исходными данными для расчета длинновых операционных размеров являются: • чертеж детали; • чертеж заготовки (при наличии); • план обработки или непосредственно технологические карты, содержащие эскизы обрабатываемой детали с указанием технологических баз, операционных размеров в виде размерных линий, типа и модели обрабатывающего оборудования, размерной точность обработки (квалитет) и шероховатости обрабатываемых поверхностей для каждой операции. Расчет длинновых операционных размеров ведется в следующем порядке. I. Составление схемы обработки. На основании данных чертежей детали и заготовки (при наличии), а также маршрутного технологического процесса составляется схема обработки детали, пример которой показан на рис. 12.11. Схема обработки представляет собой эскиз детали с указанием всех чертежных размеров, припусков и операционных размеров. На схеме (ниже эскиза) проводится горизонтальная линия, на которую вертикальными линиями проектируются все без исключения поверхности: поверхности готовой детали, поверхности заготовки и все промежуточные поверхности, образуемые на операциях. На горизонтальной поверхности все размеры нумеруются слева направо. Над эскизом указываются все чертежные размеры детали в одном направлении (кроме фасок), включая глубину термоупрочняемого слоя по каждой поверхности раздельно. Чертежные размеры с допусками обозначаются буквой С с нижним индексом, соответствующим порядковому номеру чертежного размера (например, С1, С2 и др.). Также над эскизом детали на схеме указываются все операционные припуски. Они обозначаются буквой Z с нижним индексом, соответствующим порядковому номеру припуска (например, Z1, Z2 и т. д.). Нанесение припусков на схему производится с конечных операций в порядке, обратном ходу технологического процесса. Расположение цифр рекомендуется принимать в порядке счета слева направо.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

277

12.4. РАСЧЕТ ДЛИННОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИОННЫХ РАЗМЕРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕОРИИ ГРАФОВ

С 1 = 84 –0,46 С 1 =25 – 0,52

С 2=20 –0,045 С 4=0,5 +0,4

1

3 2

Номер операции

Z3

Z2

Z1

5 4

Метод обработки

7 6

Z4

Z5

9

10 11

8

Операционные размеры А11

00

Штамповка

А9

Z6 Z1

А10 Точение

Замыкающее звено

Z5

А3 05

Z6

А2

Z2 С3

10

Точение

А8

15

Точение

А4

20

Шлифование

А7

25

Цементация

30

Шлифование

С1 Z4 Z3 А5

А6

С4 С2

Рис. 12.8. Схема обработки детали. Размер С4 соответствует глубине цементованного слоя (по чертежу); размер А5 — глубине цементованного слоя для термического цеха

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

278

ГЛАВА 12. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

В правильно составленной схеме обработки количество поверхностей всегда на единицу больше суммарного количества чертежных размеров и припусков. Нижняя часть схемы обработки содержит таблицу, в которой указываются номера операций и методы обработки. При заполнении таблицы операции, не связанные с изменением размеров в данном направлении, могут быть опущены. В таблице под эскизом указываются размерные линии, характеризующие размеры заготовки и операционные размеры в последовательности их выполнения. Односторонние стрелки размерных линий ориентируют строго в направлении обрабатываемых поверхностей. Для размерных линий заготовки направление стрелок выбирается произвольно. При этом к одной из поверхностей не должна подходить ни одна стрелка (поверхность 1 на рис. 12.8, а), к остальным поверхностям должна подходить только одна стрелка. Размеры заготовки и операционные размеры рекомендуется обозначать буквами А с индексами, соответствующими номерам тех поверхностей, к которым направлена стрелка (например, А11, А2 и т. п.; к поверхности 1 на рис. 12.8 не подходит ни одной стрелки, поэтому нет и обозначения А1). Обозначения замыкающих звеньев размерных цепей будут проставляться позднее, после формирования графа размерных цепей. После составления схемы обработки для дальнейших расчетов необходимо определить минимальные величины операционных припусков с использованием одного из ранее перечисленных методов. II. Построение графа исходных структур. Данный граф соответствует исходной структуре, образованной связями между поверхностями в виде чертежных размеров и припусков. Вершины графа характеризуют поверхности детали с соответствующими номерами, а ребра — чертежные размеры и припуски. Ориентация ребер (направления стрелок) графа исходных структур выбирается произвольно. Для схемы обработки, рассмотренной на рис. 12.8, граф исходных структур примет вид, представленный на рис. 12.9. III. Построение графа производных структур. Данный граф соответствует производной структуре, образованной связями между поверхностями в виде размеров заготовки и операционных размеров. Вершины графа характеризуют поверхности детали с соответ-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

12.4. РАСЧЕТ ДЛИННОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИОННЫХ РАЗМЕРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕОРИИ ГРАФОВ

279

Z6 10

11 Z5 8

C3

9

Z1 2

1 Z4

5 C1

C4 Z3 4

6

7

C2

Z2 3

Рис. 12.9. Граф исходных структур

11

3 А3

6

А4

10

А9

7

А2

9

А6

А7

А10

А11 1

4

2

А5 А8

8

5

Рис. 12.10. Граф производных структур

ствующими номерами, а ребра — операционные размеры и размеры заготовки. Построение графа начинают с поверхности, к которой не подходит ни одной стрелки. Ориентация ребер графа производных струк-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

280

ГЛАВА 12. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

тур должна строго соответствовать направлению соответствующих стрелок на построенной ранее схеме обработки. На рис. 12.10 показан граф производных структур для схемы обработки, представленной на рис. 12.8. IV. Построение графа размерных цепей. Данный граф (рис. 12.11) получается путем наложения совмещения графа производных структур (см. рис. 12.10) с графом исходных структур (см. рис. 12.9). По графу размерных цепей достаточно легко можно установить связь операционных размеров, операционных припусков и чертежных размеров на основании теории размерных цепей. Для того чтобы граф размерных цепей полностью смоделировал функции чертежа детали и технологии, на его ребрах необходимо 11

3 +Z 6

+А11

1,2 +А10

2,5 +Z1

1

+А9

5,7

2,0

3,66

2 +А8

+Z5

–А2 0,46

0,17

+С 3 –С 1

5,83

0,4

1,97

6 +C 2

0,185 –Z4 –А4 –А5

0,2

7 –А7

0,045

0,045

+А6

0,14

4

Рис. 12.11. Граф размерных цепей

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

–Z2

0,52

0,09 +Z3

5

0,46

8

9

–C 4

10

0,045

12.4. РАСЧЕТ ДЛИННОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИОННЫХ РАЗМЕРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕОРИИ ГРАФОВ

281

проставить величины допусков, причем на графе проставляется только абсолютная величина допуска. На ребрах графа ставится знак « + », если стрелка ребра направлена из вершины графа сменьшим номером в вершину с большим номером, и знак « – », если стрелка направлена в противоположную сторону. Допуски на чертежные размеры назначаются в соответствии с чертежом детали. При назначении допусков на операционные размеры и размеры заготовки действуют следующим образом. 1. Приближенно определяют величины размеров, используя чертежные размеры и припуски. Для рассматриваемого примера получим: A6 = C2; A5 = C4 + Z3; A7 = C2 + Z3 и т.д. 2. По таблицам экономической точности для соответствующего метода обработки выбирают допуски на операционные размеры. Допуски на размеры заготовки назначаются исходя из способа ее получения. При назначении допусков на операционные размеры и размеры заготовки необходимо учитывать следующее: • при выдерживании размера от необработанной поверхности (в рассматриваемом примере это размер А10) допуск на размер определяется по формуле Tоп 

Т заг  Тм , 2

(12.17)

где Тзаг — допуск на соответствующий размер заготовки; Тм — допуск на обработку на данной операции, назначенный по таблицам экономической точности методов обработки; • допуски на некоторые операционные размеры ограничены допуском на чертежный размер, например, в данном случае: С3 = = А2, С2 = А6, С1 = А8 – А4 и т.д., поэтому должны соблюдаться неравенства: ТС3 ≥ ТА2, ТС2 ≥ ТА6, ТС1 ≥ ТА8 + ТА4 и т.д. 3. Начиная с последней операции, выбирается такая размерная цепь, в которую входит только одно неизвестное — операционный размер.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

282

ГЛАВА 12. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Замыкающее звено данной размерной цепи заносится в схему обработки. Замыкающими звеньями могут быть только известные параметры — чертежные размеры и величины припусков. Если замыкающий размер не равен сумме составляющих звеньев размерной цепи, то необходимо либо уменьшить допуски на составляющие звенья, либо изменить схему обработки посредством корректировки маршрута обработки. 4. Проставив допуски на операционные размеры и проверив их, определяют допуски на колебание величины припусков. Минимальная величина припуска была определена ранее с использованием расчетно-аналитического метода, а максимальный припуск определяется допусками на операционный размер. V. Заполнение ведомости расчета операционных размеров. Непосредственно расчет операционных размеров производится в ведомости расчета операционных размеров (табл. 12.8) в следующем порядке. 1. Операционные размеры рассматриваются в последовательности, обратной ходу технологического процесса (в рамках одной операции размеры можно рассматривать в произвольном порядке). При этом в графах 4 и 5 ведомости указывают обозначение операционного размера и принятый на него допуск. 2. В графу 6 вносят уравнение размерной цепи, составленное для рассматриваемого операционного размера на основании графа размерных цепей (см. рис. 12.4). Для уравнения выбирается размерная цепь с замыкающим звеном, указанным в схеме обработки (см. рис. 12.11). При составлении уравнений можно руководствоваться следующим правилом: при обходе контура размерной цепи в направлении стрелки замыкающего звена все входящие в этот контур ребра берутся со своим знаком, если направление обхода совпадает с направлением их стрелок, и с противоположным знаком — в противном случае. 3. В графе 1 записывают обозначение замыкающего звена (припуска или чертежного размера) размерной цепи, в графе 2 — величину замыкающего звена с допуском, равным сумме допусков составляющих звеньев. 4. На основании уравнения размерной цепи из графы 6 определяют расчетные предельные величины операционного размера и заносят их в графу 7.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

12.4. РАСЧЕТ ДЛИННОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИОННЫХ РАЗМЕРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕОРИИ ГРАФОВ

283

Ниже представлен расчет предельных значений двух операционных размеров для рассматриваемого примера. C2 = A6; C2max = A6max;

C2min = A6min;

A6max = C2max = 20,0 мм;

A6max = C2max = 20,0 мм; Z3 = A7 – A6;

Z3max = A7max – A6min;

Z3min = A7min – A6max;

A7max = C3max + A6min;

A7min = C3min + A6max;

A7max = 0,19 + 19,955 = 20,145 мм;

A7min = 0,1 + 20,0 = 20,01 мм.

Следует обратить внимание на необходимость решения уравнения размерной цепи относительно замыкающего звена перед определением расчетных значений неизвестного операционного размера. 5. Принятый операционный размер должен иметь стандартное технологическое окончание для возможности применения стандартного измерительного и режущего инструмента. Если номинальное значение операционного размера имеет нестандартное окончание, то выполняется его корректировка до ближайшего стандартного значения (табл. 12.9). Корректировка производится строго за счет замыкающего звена размерной цепи. Корректировка выполняется только в сторону увеличения припуска, если замыкающее звено — припуск, или же в пределах разницы размеров из графы 7 ведомости, если замыкающее звено — чертежный размер. Величина корректировки припуска указывается со знаком в графе 8, а принятый операционный размер в графе 9. После этого производится корректировка припуска, и полученные таким образом наибольшее и наименьшее значения указываются в графе 3. Так, в рассматриваемом выше примере получили, что А7max = = 20,145 мм, А7min = 20,1 мм, т.е. А7 = 20,145–0,045 мм. Однако, как следует из табл. 12.8, номинальное значение рассматриваемого размера 50,145 мм не является стандартным. Замыкающим зве-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

20,0

0,245

20–0,045

0,1+0,09

С2

Z3

A7

A6

5 – 0,045 … – 0,045 …

6 20,0

8

Z3= A7 – A6 20,145

С2 = А6

7

0 – – – –

0,1 • • (•) •

0,2 • – • •

0,3 – • – –

0,4

• • • •

0,5

0,6

• • • • • –

– • – •

• • • –

– – – –

• • • •

– – • –

(•) – – –

Диаметры отверстий и другие охватывающие размеры

• • • •

20,1

Допускаемые окончания размеров, мм

Диаметры валов и другие охватываемые размеры

9 19,955

12.9. Допускаемые окончания операционных размеров

0,155

19,955

4

min

– • – •

• • (•) –

0,7

• • • –

• – • •

0,8

+0,055



10

– – • –

– • – –

0,9

20–0,045

20–0,045

11

Расчетный Обозна- Величина Принятый Уравнение операционный Величина чения принятого операциразмерной корректиразмер, мм разме- допуска, онный разцепи ровки ров мм мер, мм max min

Операционные размеры

Примечания: 1. Применяют окончания, отмеченные знаком •. 2. Окончания в скобках (•) применять только на последних операциях.

До 30 Св. 30 до 50 « 50 « 120 « 120 « 360

До 30 Св. 30 до 50 « 50 « 120 « 120 « 360

Интервалы размеров, мм

3

max

2

1

Обозна- Заданный чения исходный размеразмер, ров мм

Полученный исходный размер с учетом корректировки, мм

Исходные размеры

12.8. Ведомость расчета операционных размеров (фрагмент)

284 ГЛАВА 12. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

12.4. РАСЧЕТ ДЛИННОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИОННЫХ РАЗМЕРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕОРИИ ГРАФОВ

285

ном размерной цепи в данном случае является припуск Z3, поэтому корректировку следует проводить в сторону его увеличения. Операционный размер А7 является увеличивающим звеном рассматриваемой размерной цепи, поэтому корректируем его в сторону увеличения до ближайшего стандартного значения 20,2 мм. Таким образом, корректировка операционного размера составит +0,055 мм (графа 8 ведомости), а принятое его значение — 20,2–0,045 мм (графа 9 ведомости). Для корректировки припуска подставляем принятые значения операционного размера в уравнение размерной цепи. Получим Z3max = 20,2 – 19,955 = 0,245 мм; Z3min = 20,155 – 20,0 = 0,155 мм (графа 3 ведомости).

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

Т Р И Н А Д Ц А Т А Я

Основные причины погрешностей при механической обработке

Точность обработки на металлорежущих станках зависит от следующих основных факторов. 1. Погрешности кинематической схемы обработки. 2. Погрешности изготовления станка. 3. Степени износа станка. 4. Точности изготовления режущего инструмента и приспособлений. 5. Температурных деформаций станка. 6. Температурных деформаций режущего инструмента. 7. Температурных деформаций заготовки. 8. Размерного износа режущего инструмента. 9. Погрешности измерений. 10. Внутренних напряжений в заготовках. 11. Жесткости технологической системы СПИЗ. Рассмотрим влияние некоторых факторов на точность обработки.

13.1. Погрешности кинетической схемы обработки При настройке станков иногда встречаются случаи, когда нельзя обеспечить требуемое передаточное отношение в кинематической цепи станка. Допустим, что на токарном станке надо нарезать резьбу с шагом t = 2 = 6,28 мм. Станок имеет зубчатые сменные колеса для получения шага t = 6,279 мм. Возникает погрешность кинематической цепи при нарезании резьбы, которая обусловливает погрешность шага резьбы  = 0,001 мм. Аналогичная погрешность может иметь место на зубообрабатывающих станках.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

287

13.1. ПОГРЕШНОСТИ КИНЕТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ОБРАБОТКИ

Детали станков и сами станки, на которых производится обработка, также изготавливаются не абсолютно точно. Имеется непрямолинейность направляющих станины, столов, суппортов, неперпендикулярность или непараллельность направляющей станины к оси шпинделя, погрешность изготовления шпинделя и его опор, погрешность ходового винта и т.д. Так, например, радиальное биение шпинделей токарных и фрезерных станков у конца шпинделя в ненагружаемом состоянии допускается не более 0,01... 0,015 мм. Погрешности прямолинейности и параллельности направляющих токарных и продольнострогальных станков на длине 1000 мм допускаются не более 0,02 мм, и на всей длине — не более 0,05... 0,08 мм. По мере износа станка увеличиваются погрешности, которые были обусловлены неточностью его изготовления, а это увеличивает погрешность изготовляемой детали. Изнашиваются прежде всего детали, которые при их взаимном относительном перемещении испытывают наибольшие удельные нагрузки. Вследствие износа шпинделя и подшипников у станков, работающих по принципу точения, появляется биение шпинделя, придающее неточность геометрической форме обрабатываемой детали. Износ направляющих токарного станка также вызывает погрешность обработки. Быстрее изнашивается та направляющая, к которой ближе расположен режущий инструмент (рис. 13.1). На рис. 13.2 показана схема износа направляющей А (см. рис. 13.1) в продольном сечении. Наибольший износ наблюдается в зоне наиболее частых перемещений суппорта. При отсутствии износа резец будет занимать положение, показанное сплошными линиями на Δ d Рис. 13.1. Схема износа направляющей в поперечном сечении: h — высота центров над станиной; b — расстояние между осями направляющих; d — диаметр обрабатываемой заготовки; а — величина износа направляющей;  — погрешность обработки

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

h Б

А

b

а

288

ГЛАВА 13. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

п.б. з.б. рис. 13.1. Пр и износе резец бу-дет занимать положение, представленное штриховой линией на рис. 13.1, за счет износа, показанного на рис. 13.2, и обуΔ , мкм

словливать погрешность детали . Фактический диаметр обрабатываемой детали получает бочкообразность на величину 2. Погрешность может быть определена из соотношения

Рис. 13.2. Распределение износа направляющей в продольном сечении

 a a  ;   h. h b b

13.2. Влияние погрешностей изготовления режущего инструмента и приспособлений на точность обработки Погрешности механической обработки могут быть непосредственно вызваны неточностью изготовления режущего инструмента в двух случаях: • при работе мерным инструментом, когда размер инструмента переносится на обрабатываемую деталь (сверла, зенкеры, развертки); • при работе фасонным инструментом, когда профиль инструмента определяет профиль детали (фасонные резцы, фрезы, профильные круги, резьбонарезные резцы). В некоторых случаях инструмент является одновременно и мерным, и фасонным (фасонные протяжки). Погрешности размеров и формы этих инструментов полностью переносятся на деталь. Погрешности изготовления обычных проходных резцов, цилиндрических и торцовых фрез на точность обработки непосредственно не влияют. Погрешности изготовления приспособлений также оказывают влияние на погрешность обработки. Поэтому при обработке деталей по 13—14 квалитету точности допуски на ответственные размеры приспособлений берутся в пределах 1/2 ... 1/3 от допуска на деталь. При 12 квалитете точности и выше — в пределах 1/5 ... 1/10 от допуска на деталь.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

289

13.3. ВЛИЯНИЕ НА ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ СТАНКА

13.3. Влияние на точность обработки температурных деформаций станка В процессе работы станка происходит разогрев переднего подшипника, а следовательно, и передней бабки станка в этом месте. Вследствие нагревания размеры H и L изменяются на H и L (рис. 13.3). Экспериментально установлены значения изменений размеров L и H в зависимости от времени работы станка, ч:  

H = H(t2 – t1)K1; L = L(t2 – t1)K2 ,

где  — коэффициент температурного линейного расширения материала корпуса передней бабки (для чугуна  = 11 . 10–6 К–1); t1 и

H

L

Температурная деформация

Рис. 13.3. Размеры токарного станка, изменяемые вследствие нагрева переднего подшипника передней бабки

Стабилизация температурной деформации Нагревание

Охлаждение Время

Рис. 13.4. Изменение температурных деформаций станка при нагревании и охлаждении

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

290

ГЛАВА 13. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

t2 — температура (начальная и конечная); K1 и K2 — коэффициенты, определяемые опытным путем. По данным профессора А.П. Соколовского, для токарных станков средних размеров K1 = 0, 5; K2 = 0,26. Температура в различных точках корпуса бабки может изменяться от 10 до 50 °С. Однако температурные деформации не происходят бесконечно. По достижении максимального значения они стабилизируются. На рис. 13.4 показан график изменения температурных деформаций при нагревании и охлаждении станка.

13.4. Влияние на точность обработки температурных деформаций режущего инструмента В процессе работы нагревается и инструмент, что сказывается на размерах обрабатываемых деталей. На рис. 13.5 приведена зависимость теплового удлинения резца P от времени резания. Хотя в инструмент переходит небольшая доля тепла (10 ... 20%), он подвержен интенсивному нагреву. При обработке резцами из быстрорежущей стали температура на резце составляет около 800 C и более. При обычных условиях работы удлинение резца может достигать 30 ... 50 мкм. При обработке коротких деталей температурные деформации инструмента вызывают изменение размеров деталей, а при обработке длинных деталей они могут вызвать погрешность формы обработанной поверхности.

ΔP,

мкм

Для длинного вала Для коротких деталей

Нагрев резца

Охлаждение резца

t1

t, ч

Рис. 13.5. Зависимость погрешности, обусловленной нагревом режущего инструмента, от времени резания

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

13.4. ВЛИЯНИЕ НА ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

291

Приближенно температурные деформации резца могут быть определены по формуле Lp = LPср , мм где LP — длина вылета резца в мм; ср — среднее приращение температуры рабочей части резца, °С;  — коэффициент температурного линейного расширения материала державки резца, 1/°С. Температурные деформации режущего инструмента (или его удлинение) могут быть рассчитаны для установившегося теплового состояния по формуле   10 С

Lp F

в (tS)0,75 v , мкм,

где С — постоянная процесса обработки; Lp — вылет инструмента из резцедержателя, мм; F — площадь поперечного сечения державки резца, мм2; в — предел прочности обрабатываемого материала, МПа; t, S, v — параметры процесса резания (глубина резания, подача, скорость резания). Определение погрешности вследствие температурных деформаций резца может быть выполнено также по формуле      1     1  exp   Lр 1     1  2 1 ст    ст h  1  ст h        ст h      ст h   1  1 1  ст h  exp   Lр  1     Lр      ст h  ст h  др р  aст   a1   1     Lp   , 2k    1aст   1  1    1  1  exp  Lр     1  2 nh     h a   1  ст  ст   ст        ст h     ст h    ст h  1  1  1  exp  Lр L      р   ст h  ст h  1    a1    

где Lp — длина вылета резца, мм; h — отношение площади сечения державки резца к его периметру:

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

292

ГЛАВА 13. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

h

H1 H2 , мм, 2( H1  H2 )

где H1 и H2 — высота и ширина державки резца, мм; др — коэффициент линейного температурного расширения материала державки резца, 1/град; aст — температуропроводность материала державки резца; сm — коэффициент теплопроводности материала державки резца, Дж/(м3 . °С); р — средняя температура задней поверхности резца, °С;  — время работы резца, с; K — коэффициент, учитывающий условия резания (свободное или несвободное); 1 — коэффициент теплоотдачи материала державки резца в окружающую среду, определяемый по формуле: 1     5,4   H2 H1    273  (p  20)    H2  H1  

0,25

,

Дж м  с С 2

,

где  — температура резания, °С. Средняя температура на задней поверхности резца p 

2 N cт    2   H1   Ei      16 ст   



 H1  H1         Ei     Ei      16 ст   2 ст    4 ст    4 ст    H1     2  erf 2    erf 4    , ст ст   

          

где  — расстояние от условной вершины резца до середины площадки износа резца по задней поверхности; Ei (…) — интегрально-показательная функция Эйлера; erf (...) — интеграл вероятности. Значение максимальной температуры на задней поверхности резца θN может быть определено по формуле

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

13.5. ВЛИЯНИЕ НА ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ОБРАБАТЫВАМЕМЫХ ЗАГОТОВОК

 0,36sin0,25  0,465В1,275 Б0,625 Е 0,55 cos   N   A  0,5   B1,25 БЕ БВ  Г 0,25 Д 0,075 sin0,275  erf  4 

293

 ,   

где E = 1/a1; Д = a1/b1; A 

p cB

erf

БВ ; 4

 — задний угол резца; а1 и b1 — толщина и ширина среза; 1 — радиус округления режущей кромки резца; p — сопротивление обрабатываемого материала пластическому сдвигу; с — удельная теплоемкость обрабатываемого материала; B = 1/tg 1, где 1 — угол сдвига стружки обрабатываемого материала; Б = va1/a, где v — скорость резания; р и р — коэффициенты теплопроводности материалов резца и заготовки;  и  — угол заострения и угол при вершине в плане.

13.5. Влияние на точность обработки температурных деформаций обрабатывамемых заготовок В обрабатываемую деталь переходит незначительное количество тепла при точении, фрезеровании, строгании, наружном протягивании. При токарной обработке в деталь переходит от 3 до 9 %. При сверлении большая часть тепла переходит в деталь (52,5 %). Погрешность детали за счет температурных деформаций, мм, может быть определена по формуле 

Т = dt,

где d — диаметр детали, мм;  — коэффициент линейного расширения материала заготовки, 1/°C; t — температура нагрева заготовки, °С. Применение обычного охлаждения позволяет практически устранить нагревание детали. В этом случае ее температурные деформации весьма незначительны и их влияние на точность обработки можно не учитывать. Определение погрешности вследствие температурных деформаций заготовки может быть выполнено также по формуле

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

294

ГЛАВА 13. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

0,5 R c  д Rн F0m  1 n   Rв  н  Rв  , мм, T   Rн    0,5Rн  1  Sm     Rн 

(13.1)

где Rв и Rн — внутренний и наружный радиусы обрабатываемой заготовки, мм; д — коэффициент температурного линейного расширения обрабатываемого материала, град.; F0 — критерий Фурье; с, m, n — величины, определяемые по табл. 13.1. 13.1. Значения коэффициентов в формуле (13.1) Обозначение коэффициента n m c

Интервалы изменения l / Sm и F0

Значение коэффициента

l / Sm ≤ 1 l / Sm > 1 F0 ≤ 0,1 F0 > 0,1 F0 ≤ 0,1 F0 > 0,1

0,58 0,132 0,7 0,27 10 . 103 3,8 . 103

Скорость движения условного кольцевого источника тепла определяется по формуле Sv , м/с. Sm  2Rн kсож Определение длины условного кольцевого источника тепла l выполняется по следующим формулам: S  2r sin 1 ;  2  при    S   r  1  1   2r    t  r(1  cos );     

при S  2r sin 1 и t  r(1  cos ) l 

l

2r S t  1; 2 t

S (r  t )cos   r  ; 2 sin 

S  2r sin 1 ;    при  2r r(1cos 1 ) S sin 1  cos 1 sin 1 S sin  1 t  r(1cos ); 1   

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

13.6. ВЛИЯНИЕ НА ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ РАЗМЕРНОГО ИЗНОСА РЕЗЦА

295

  2r 2r l  r sin 1  S cos2 1  S sin 1 cos 1   1   t  1; t  S sin 1  t  r(1  cos );  при  r  sin  [1  cos(  1 )]  S  2r sin 1 ;    (r  t )cos   r 2r l  r sin 1  S cos2 1  S sin 1 cos 1  .  1   sin 1  S sin 1 

Определение критерия Фурье выполняется по формуле 19al F0  2 , Rн Sm где а — температуропроводность материала обрабатываемой заготовки, м2/с; Sm в м/с; l и Rн в мм.

13.6. Влияние на точность обработки размерного износа резца В процессе обработки наблюдается прогрессирующий износ режущего инструмента в результате трения его контактных поверхностей о стружку и обрабатываемую поверхность. Следствием этого является отдаление режущей кромки резца на величину U от обрабатываемой поверхности (рис. 13.6). Износ, вызываемый трением, протекает непрерывно в процессе обработки. Его величину в некотором U приближении можно считать прямопропорциональной времени Т или пути L, пройденному режущим инструментом в материале заготовки U = bL или U = аТ, где а и b — постоянные для заданных условий обработки; Т — время обра-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Рис. 13.6. Схема влияния износа резца на точность обработки

296

ГЛАВА 13. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

ботки, мин; L — путь, пройденный инструментом в материале заготовки. Наиболее удобно выражать размерный износ в функции пути, пройденного инструментом в материале заготовки. При точении L

dl , м, 1000S

Износ, мкм

где d и l — диаметр и длина обтачиваемой поверхности, мм; S — подача, мм/об. Изучение размерного износа показало, что его процесс не подчиняется строго линейному закону. Первый период работы режущего инструмента сопровождается повышенным размерным износом (участок I на рис. 13.7). Время работы инструмента на этом участке непродолжительно (несколько минут), а путь резания не превышает 1000 м. Второй период II характеризуется нормальным износом. Путь резания на участке II достигает 30 000 м. Этот участок прямолинеен и линия износа проходит под углом  к оси абсцисс. Третий участок III связан с быстрым износом инструмента. На этом участке происходит разрушение резца. Интенсивность износа резца на участке II можно характеризовать тангенсом угла наклона  этого участка к оси абсцисс, и ее принято называть относительным износом:

III II

а

I α

а Uн Путь резца, м t1

t2

Рис. 13.7. Закономерность износа режущего инструмента

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

13.6. ВЛИЯНИЕ НА ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ РАЗМЕРНОГО ИЗНОСА РЕЗЦА

U0  tg  

297

U2 , l2

где U2 — размерный износ резца, полученный за время второго периода работы инструмента; l2 — путь резания, соответствующий тому же периоду работы инструмента. Упрощение расчета размерного износа можно получить, заменив кривую на рис. 13.7 прямой аа, которая совпадает с кривой на участке II и отсекает на оси ординат отрезок Uн, который характеризует величину износа на участке I. Величина Uн называется начальным износом. Зная для конкретных условий обработки U0 и Uн, можно определить размерный износ на длине пути резания L по формуле. U = Uн + U0 L/1000, мкм где L, м; U0, мкм/км; Uн, мкм. По мере износа резца наружный диаметр обрабатываемой поверхности увеличивается на удвоенную величину износа и dфакт = d + 2U, где dфакт — действительный размер детали; d — диаметр детали, получаемый при отсутствии износа резца; U — износ (размерный) резца. Погрешность обработки вследствие размерного износа режущего инструмента при точении: изн  Uн  U0

dln S 106

,

где d, l — соответственно диаметр и длина обрабатываемой поверхности, мм; S — подача, мм/об; U0 — удельный (относительный) износ, мкм/км, (табл. 13.2); Uн — начальный износ, мкм (табл. 13.2); n — число обрабатываемых деталей. Погрешность, вызванная износом резца, может определяться также по формуле изн  cизн

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

dl   p    S  и 

xизн

( БВ) yизн E zизн , мм,

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Чистовое точение

Метод обработки

Серый чугун, 178 НВ

Сталь легированная, в = 920 МПа

Сталь легированная, термически обработанная, в = 100 МПа

Обрабатываемый материал

≤2

Износ, мкм/км

5 5

ВК8

ВК3

3

10 90

10

ВК9

ВК11 0,2

6

ВК4

0,5

65

6

Т15К10

ВК4

30

5

19

13

8,5

40

12

9,5

8,5

4

3,5

2

6

10

ВК3

2

7

13

Т15К6

135

150

100

2

0,21

≤3

≤3

Т30К4

0,5

≤2

Т15К6

Т60К4

Режим резания Глубина Скорость началь- отноПодача, резания, резания, ный сительмм/об мм м/мин Uн ный U0

Т30К4

Материал режущего инструмента

Э.В. Рыжов

Э.В. Рыжов

А.С. Соколовский

Источ ник

13.2. Значения начального Uн и относительного U0 износа режущих инструментов



2.31% Ni

2,3% Cr;

0,22% Si;

0,48% Mn;

0,35% С;



Примечание

298 ГЛАВА 13. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Тонкое точение

Чистовое точение

ВК8

Минералокерамические пластинки ЦМ-332

Хромоникельмолибденовая сталь

Серый чугун СЧ 18, 180 НВ

Минералокерамические пластинки ЦМ-332

0,5

1,0

0,1

0,48

100 120 140

200

200

4 5 6





13 18 35

12

0,5

20

2,8

5

2,5

11

4 0,48

2,5 3,5

Т30К4 1,0

25

240

3

6

485...465

4

90 120

Т15К6Т

0,1

0,1

3

0,3

0,5

4

Т30К4А

Т60К6

ВК8

Сталь 35

Сталь 45

Легированный чугун, 230 НВ

М.Д. Кондаков

В.И. Жихарев

В.И. Жихарев

С.Н. Соловьев

Э.В. Рыжов

3% С;

Относительный износ получен расчетом по фаске на задней грани и заднему углу



0,17% Ni

0,07% Сr;

0,077% S;

0,1% Р;

2,09% Si;

1,27% Mn;

13.6. ВЛИЯНИЕ НА ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ РАЗМЕРНОГО ИЗНОСА РЕЗЦА

299

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Э4260

Минералокерамические пластинки ЦМ-332

Закаленный чугун, 375...400 НВ

Сталь 40

Сталь 45

Тонкое растачивание

Чистовое точение

Минералокерамические пластинки ЦМ-332 ВК3 ВК2

Обрабатываемый материал

Метод обработки

Материал режущего инструмента

Износ, мкм/км

0,5

0,21

0,18

0,17 0,17

0,3 0,3

0,5

0,17

0,3

60 100 200 300 400

80

105 105

105

2 1 3 3 3

10

20 10

10

0,5 0,7 0,75 0,76 1,0

65

16 12

9

Глубина Скорость началь- отноПодача, резания, резания, ный сительмм/об мм м/мин Uн ный U0

Режим резания

Г.C. Попов

В.С. Корсаков

В.А. Качер

Источ ник

При работе резцами Т15К6 относительный износ в 2–4 раза больше

Опыты проводились в лаборатории кафедры «Технология машиностроения» МГТУ им. Н.Э. Баумана



Примечание

Окончание табл. 13.2

300 ГЛАВА 13. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

301

13.6. ВЛИЯНИЕ НА ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ РАЗМЕРНОГО ИЗНОСА РЕЗЦА

где cизн, xизн, yизн, zизн — коэффициенты, значения которых определяются по табл. 13.3; l — длина обработанной поверхности, мм; р — сопротивление обрабатываемого материала пластическому сдвигу, Па; в — предел прочности обрабатываемого материала на разрыв, Па; Б = va1/a — безразмерный комплекс; v — скорость резания,м/с; а — температуропроводность обрабатываемого материала, м2/с; B = tg 1 — безразмерный комплекс, численно равный тангенсу угла наклона плоскости сдвига 1; Е = 1/a1 — безразмерный комплекс; 1 — радиус округления режущей кромки, м. 13.3. Значения коэффициентов в формуле для определения xизн Значения коэффициентов сизн

Интервалы изменения А Значения   ≥ 20 14<  0,1

7,60

0,40

344

ГЛАВА 15. ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

При S  2r sin1 и r[1  1  ( s 2r )2 ]  t  r(1  cos )  s   (t  r )s  r  r arcsin  1  ( s 2r )2   2   103 , м; a1  (r  t ) s  arccos  arcsin  2 r r 2r sin  2  r t s   arcsin arccos 2r 103 , м; r  b1  2r sin  2  r t S    arcsin 103 , м. b  r  arccos  2r  r 

При S > 2r sin1 и r(1 – cos1) + s sin1(cos1 – sin1 t  r(1 – cos1)

(15.13)

2r 1  s sin 1

   2   2r t 2r     1)  (sin 1  1  b1   s cos 1  cos 1 sin 1   sin s r t 1      2 0,5       2r r t  3  r  cos 1   1    10 , м;   s sin 1  cos 1  sin 1 r  s sin 1             3 2r r t     1   10 , м. b  r  1  arccos   s  cos 1  sin 1  r   s sin 1      (15.14) При S  2rsin1 и t > r(1 – cos) a1 

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

ts 3 10 , м; b1

15.3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО НАЗНАЧЕНИЮ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

345

  103, м; a1  0,5 2  2  2      s  (r  t )cos   r    r 1   s   r  t         sin   2    2r        (15.15) 0,5 2 2    2      s ( r t )cos r   3   s    b1    10 , м;     r 1   r  t    2 sin      2r       s  3 r t  b  r  arccos  arc sin 10 , м.   r 2r   s s  (r  t )s  r  r arcsin  1  ( s 2r )2    2r 2

При t > r(1 – cos) и

r [1  cos(  1 )  s  2r sin 1 ] sin 1

   2   (r t )cos  r  2r  r sin 1 s cos2 1  s sin 1 cos2 1 1  b1    sin 1 s sin 1      2 0,5     2 r 3  r(1 cos 1 )  t  s sin 1 cos 1  s sin2 1  1)  10 , м;  s sin 1       cos 1  3 2r t   s(cos 1  sin 1  1) r(1 ) 10 , м.  b  r    sin sin sin s 1    a1 

ts 3 10 , м; b1

(15.16) При наличии охлаждения корректируется значение скорости резания vсотс = v0 kохл , (15.17) где kохл — коэффициент, учитывающий повышение скорости резания при охлаждении. 15. Определяется максимальная размерная стойкость инструмента Трmax = изн/vhол , (15.18) где hол — относительный линейный износ режущего инструмента,

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

346

ГЛАВА 15. ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

равный отношению величины радиального износа к длине пути резания. 16. Рассчитывается число заготовок, которые будут обработаны за период стойкости инструмента, N

Tpmax vopt S dli

,

где i — число проходов.

15.4. Общие положения по оптимизации режима резания Оптимизация технологических условий обработки деталей включает решение различных технологических, экономических, конструкторских и организационных задач. В качестве критериев оптимизации обычно принимают: • критерий минимальной технологической себестоимости выполнения операции; • критерий максимальной производительности, обеспечивающий наименьшие затраты времени на обработку; • критерий точности обработки и параметров качества поверхностного слоя. Режимы резания, обеспечивающие минимальную себестоимость, и режимы, соответствующие максимальной производительности, различаются в основном скоростью резания и стойкостью инструмента. Скорость резания vм.п по критерию максимальной производительности больше, а стойкость инструмента меньше, что обеспечивает большую производительность, но и более высокие затраты на инструмент. Скорость резания vэ, обеспечивающая минимальную себестоимость обработки, выше скорости резания, обеспечивающей минимальный износ инструмента, или оптимальной скорости v0 по критерию точности обработки и параметров качества поверхностного слоя. В общем случае справедливо неравенство v0  vэ  vм.п (рис. 15.4), 2 K 2  g (c)g a1b12 E 0,2  0  2 где v0  P  (1  L) , 4 sin0,1  z min   где K — коэффициент, зависящий от соотношения скорости резания и температуропроводности обрабатываемого материала;

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

347

15.5. ВЫБОР ЭКОНОМИЧЕСКОГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ

Тр А, П

А Tp П

vopt



vм.п

v

Рис. 15.4. Влияние скорости резания v на размерную стойкость инструмента Тр, производительность П и себестоимость обработки А

E = 1/a1 — безразмерный комплекс, характеризующий отношение радиуса округления режущей кромки инструмента 1 и толщины среза а1; 0 — оптимальная температура в зоне резания, обеспечивающая минимум износа режущего инструмента; Pz min — сила резания при оптимальной температуре резания; 0,3

a  2,65 p  1  Pz min  b1  . L  1 2 K a1b1 g (c)g E 0,25 sin0,065 0

Однако для условий гибких автоматизированных производств иногда важнее получить меньший износ инструмента и погрешность обработки при незначительном увеличении себестоимости обработки на данной операции. Это позволит обойтись без введения дополнительных операций и уменьшить общую себестоимость изготовления детали.

15.5. Выбор экономического режима резания Выбор глубины резания, подачи и числа проходов определяется соображениями, изложенными выше. Если имеется глубина резания t и подача S, необходимо определить скорость резания v. Экономической скоростью резания называется скорость резания, при которой стоимость операции будет наименьшей. При этом имеются в виду такие составляющие технологической себестоимости, как затраты, связанные с расходом режущего инструмента и заработной платой рабочих станочников. Стойкость инструмента,

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

348

ГЛАВА 15. ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

соответствующая экономической скорости резания, называется экономической стойкостью. Скорость резания v, глубина резания t, подача S и стойкость инструмента Т связаны следующей эмпирической формулой: v

Сv m x

или v 

С1С2С3С4 С5

(15.19) , Т t S Т mt x S y где С1, С2, С3, С4, С5 — коэффициенты, учитывающие влияние материала инструмента, геометрических параметров инструмента, обрабатываемого материала, смазывающе-охлаждающей жидкости, вибраций технологической системы СПИЗ соответственно; Т — стойкость инструмента между переточками в минутах; m — показатель степени стойкости режущего инструмента. Для большинства режущих инструментов m = (1/3)...(1/10) (табл. 15.7); x и y — показатели у глубины резания и подачи, определяемые опытным путем. y

15.7. Значения m при обработке различными инструментами

Режущий инструмент

Резцы

Значения m при режущей части инструмента из быстрорежущей стали

твердого сплава

Проходные, подрезные Сталь и ковкий чугун и расточные Серый чугун

0,125

0,2

0,10

0,2

Сталь и ковкий чугун

0,25

0,2

0,15



0,8...0,13

0,2

Медные сплавы

0,23



Алюминиевые и магниевые сплавы

0,30



Сталь

0,20

0,25

Ковкий и серый чугун, бронза БрАЖ-9-4

0,125

0,40

Подрезные и отрезные

Серый чугун

Резьбовые (нарезание Сталь и ковкий чугун остроугольной резьбы) Фасонные Все типы, кроме фасонных

Сверла

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Обрабатываемый материал

Сталь и ковкий чугун

349

15.5. ВЫБОР ЭКОНОМИЧЕСКОГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ

Продолжение табл. 15.7

Режущий инструмент

Значения m при режущей части инструмента из быстрорежущей стали

твердого сплава

Сталь незакаленная

0,30

0,25

Сталь закаленная

0,30

0,45

Ковкий и серый чугун, бронза БрАЖ-9-4

0,125

0,40

Сталь незакаленная

0,40

0,70

Сталь закаленная

0,40

0,85

Ковкий и серый чугун, бронза БрАЖ-9-4

0,30

0,45

Метчики машинные со шлиСерый чугун фованным профилем

0,60



Метчики гаечные со шлифоСталь ванным профилем

0,90



0,50*1



Гребенки круглые и плашки тангенциальные к резьбонаСталь резным самооткрывающимся головкам

0,50



Сталь

0,50



Серый чугун

0,33



Зенкеры

Развертки

Плашки круглые

Фрезы резьбовые

Протяжки

Цилиндрические Шлицевые

Фрезы

Шпоночные Цилиндрические и конические

Торцевые

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Обрабатываемый материал

Сталь

Сталь Серый чугун Сталь

0,62

*2



0,50



0,60*3



Серый чугун

0,50



Сталь

0,87



Серый чугун

0,60



Сталь, ковкий чугун, бронза БрАЖ-9-4

0,33



Серый чугун

0,20



Сталь, ковкий чугун, бронза БрАЖ-9-4

0,20

0,20*4

Серый чугун

0,15

0,25

350

ГЛАВА 15. ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

Окончание табл. 15.7

Режущий инструмент

Долбяки

Фрезы

Дисковые цельные и со вставными ножами

*1 *2 *3 *4 *5

Обрабатываемый материал

Значения m при режущей части инструмента из быстрорежущей стали

твердого сплава

Сталь, ковкий чугун, бронза БрАЖ-9-4

0,20

0,38*5

Серый чугун

0,15



0,20



0,15



0,33



Сталь, ковкий чугун, Прорезные и отрезные бронза БрАЖ-9-4 Серый чугун Фасонные, радиусные и угловые

Сталь

Червячные модульные черновые

Сталь

0,25



Серый чугун

0,20



Червячные модульные чистовые

Сталь

0,50



Серый чугун

0,30



Червячные шлицевые

Сталь

0,40



Сталь

0,20



Серый чугун

0,20



Сталь

0,30



Серый чугун

0,30



Дисковые черновые Дисковые чистовые

Для плашек круглых из стали У12А и 9ХС. При обработке легированной стали НВ > 230, m = 0,7. При обработке легированной стали НВ > 230, m = 0,5. При обработке стали в > 1100 МПа, m = 0,25. Только для стали в  1000 МПа.

Задача определения экономической скорости резания сводится к определению такой стойкости режущего инструмента, при которой себестоимость обработки детали на данной операции, с учетом затрат на инструмент, была бы наименьшей. Рекомендации по определению экономической стойкости инструмента известны по работам: В.А. Кривоухова; В.М. Кована; Г.И. Темчина, А.М. Макарова, С.С. Силина и др.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

15.5. ВЫБОР ЭКОНОМИЧЕСКОГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ

351

Стоимость операции в рублях определяется следующим образом: В tм   (15.20) Соп   tм   K0 , K 0 Т   где tм — машинное время обработки, мин; Т — стойкость режущего инструмента, мин; В — все расходы в рублях связанные со сменной затупившегося режущего инструмента; K0 — стоимость 1 мин работы станочника с накладными расходами, руб. В этой формуле отсутствуют расходы, не зависящие от стойкости инструмента. Они сюда не включены, так как при дифференцировании в дальнейшем они обращаются в ноль. Величина В определяется следующим образом: С (14.21) В  tсм K0  tзат K0  ин , Р где tсм — время замены и подналадки инструмента, мин; K0' — стоимость 1 мин работы заточника с накладными расходами, руб.; tзат — время заточки инструмента, мин; Cин — стоимость инструмента, руб.; P — число возможных заточек инструмента до конца его эксплуатации. Величина tм может быть выражена через стойкость режущего инструмента T. При обтачивании наружных цилиндрических поверхностей L Ld L  dT m t x S y tм     T m , 1000SCv nS 1000 v S где  

L  dt x S y  const для принятых условий обработки. 1000SCv

Тогда стоимость операции с учетом (15.20) может быть выражена следующим образом: В m 1   (15.22) Соп   Т m   Т  K0 , K 0   т.е. Соп = f (T). Это уравнение графически представлено на рис. 15.5, а. Для отыскания экономической стойкости инструмента Tэк необходимо найти точку перегиба кривой — минимум стоимости, вернее, экстремум функции.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

352

ГЛАВА 15. ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ



C оп

tш =f(T)

С оп = f(T)

А

В

tш min

C оп min

0

0

Т

Тн.п

Тэк а)

б) Рис. 15.5. К расчету экономической стойкости инструмента (а) и стойкости наибольшей производительности (б)

Имея Соп = f(T), найдем ее первую производную, приравняем нулю и решим относительно Tэк: dСоп В  mТ m 1  (m  1) Т m 2  0. dT K0

Разделив уравнение на mT m – 1, получим 1

m  1 В 1 m 1 В 1 Т  0 или  1. m K0 m K0 Т

Умножив правую и левую часть уравнения на –1, получим 1 m В 1  1, m K0 Т

откуда Т эк 

В 1 m . K0 m

(15.23)

Для того чтобы убедится в том, что в данном случае имеется минимум стоимости операции, необходимо найти вторую производную функции, и подставив в нее найденное значение Тэк, определить знак этой производной: d2Соп В  m(m  1)Т m 2  (m  1)(m  2) Т m 3 . 2 K0 dT

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

353

15.5. ВЫБОР ЭКОНОМИЧЕСКОГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ

Подставляя значение Тэк из формулы (15.23), получим d2Соп dT 2

 В (1  m)   m(m  1)    K0 m 

m 2

 (m  1)(m  2)

В  В (1  m)  K0  K0 m 

m 3

.

Вынося первый член за скобки, получим d2Соп dT

2

 В (1  m)   m(m  1)    K0 m 

m 2

 (m  2)  1    0,  (1  m) 

потому что в первом множителе (m – 1) < 0, так как m — величина дробная и меньше единицы, во втором множителе (m  2)  0, (1  m)

а по своему абсолютному значению эта величина больше единицы. Следовательно, второй множитель также меньше нуля и все выражение d2Соп  0. dT 2 Очевидно, что при этих условиях найденное значение Тэк соответствует минимальному значению функции. Обычно для нормализованного режущего инструмента пользуются значениями Тэк, указанными в нормативах: резцы — 60 мин, фрезы — 3...4 ч и т.д. Такие нормативные данные можно найти в справочной литературе для резцов, сверл, зенкеров, фрез и т.п. В случае применения режущего инструмента сложного, специального, особо ценного (фрезерные головки большого диаметра, сложные комбинированные зенкеры и др.), следует делать расчет Тэк, пользуясь уравнением (15.23). Зная экономическую стойкость инструмента, можно найти экономическую скорость резания, а также минимальную себестоимость изготовления детали. Технологическая себестоимость выполнения операции, зависящая от режима резания, определяется по формуле

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

354

ГЛАВА 15. ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

y

Cтехн

x   a 1 x z  i  p  1 1 Д   dlc1   tсм c  a  и    g  dl   Бс  Бс   y 0,73  изн 1000Sv  Г (1  sin )  y

x   a 1 x z  1  p  1 1 c1   dl  c  a  Д  z1 z и    g  y1(1 x )  1  1  y1 (1 x )  1  v v  a   Ги  1000S  y a  , 0,73   1  1 изн  Г (1  sin ) 

(15.24) где Бc — полная себестоимость 1 мин работы станка и станочника без затрат на режущий инструмент; d и l — диаметр обрабатываемой поверхности и ее длина; S — подача и скорость резания; p — сопротивление обрабатываемого материала пластическому сдвигу; и — предел прочности инструментального материала на сжатие; изн — допустимая величина радиального износа режущего инструмента; tсм — время смены инструмента; a1 — толщина среза; аg — температуропроводность обрабатываемого материла; Д=а1/b1 — безразмерный комплекс процесса резания; b1 — ширина среза; Г=(p/g) — безразмерный комплекс процесса резания; p и g — коэффициент теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов;  и  — угол заострения и угол при вершине резца в плане;  и  — задний и передний углы резца; v — скорость резания; 1 — радиус скругления режущей кромки резца; Ги — затраты, обусловленные эксплуатацией режущего инструмента за период его размерной стойкости между подточками; c, c1, x, y, z, x1, y1, z1 — величины, зависящие от сочетания свойств обрабатываемого и инструметального материалов. Скорость резания, соответствующая минимальной себестоимости: изн Бс . vmin  y1 1 x   а  x z  p  1  с  1   1  1 y1 (1 x )1 Дz    ( ) y1(1 x )с1  Б t  Г  с cм и   ag    a1   и   у   0,73  Г (1  sin )  (15.25)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

15.6. ВЫБОР РЕЖИМА РЕЗАНИЯ НАИБОЛЬШЕЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

355

Принцип наибольшей экономичности при выборе режима резания должен быть признан основным исходным принципом для выбора наивыгоднейшего режима резания, так как, за некоторыми исключениями, наивыгоднейшим режимом резания всегда будет режим, обеспечивающий минимальные затраты на данную операцию.

15.6. Выбор режима резания наибольшей производительности В некоторых случаях в виде исключения применяется режим резания наибольшей производительности, например в целях повышения производительности станка, являющегося узким местом в поточной линии, для устранения узкого места в производстве. При этом неизбежен несколько повышенный расход режущего инструмента. Скоростью наибольшей производительности называется скорость резания, соответствующая стойкости наибольшей производительности. Для определения стойкости наибольшей производительности нужно составить выражение производительности в единицу времени и найти значение стойкости инструмента, при котором это выражение будет иметь максимальное значение. Так как производительность в единицу времени является величиной обратной штучному времени, то вместо отыскания максимума величины производительности достаточно отыскать минимум штучного времени tш: tш = tм + tв + tоб + tп , где tм — машинное время (время обработки); tв — вспомогательное время; tоб — время обслуживания станка; tп — время перерывов. Принимая tоб = tсм tм/T и отбрасывая слагаемые tв и tп как независящие от Т, получим t tш  tм  tсм м , T где tсм — время смены затупившегося инструмента. Машинное время зависит от длины обрабатываемой поверхности, скорости резания и подачи.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

356

ГЛАВА 15. ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

tм 

L Ld L  dT m 1t x S y    T m , 1000 SCv nS 1000 vS

где, как выше было указано, для принятых условий обработки 

L  dT m 1t x S y  const. 1000 SCv

Подставляя значение tм в формулу штучного времени, получим T m (15.25) ; tш  T m  tсм T m 1 . T Таким образом, штучное время обработки выражено как функция стойкости инструмента tш = f(T). Эта функция может быть изображена графически (рис. 15.5, б). Стойкость наибольшей производительности будет при наименьшем значении tш, следовательно, надо найти экстремум функции. Продифференцировав функцию по Т и приравняв первую производную к нулю, будем иметь tш  T m  tсм

dtш  mT m 1  (m  1)tсмТ m 2  0. dT

Решая последнее уравнение относительно Т после деления его на mT m – 1, получим 1

или

m 1 tсм T 1  0; m

m 1 1 tсм  1 m T

1 m 1 tсм  1. m T

Окончательно Tн.п  tсм

1 m . m

Так как d2tш dT 2

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

0

(15.26)

357

15.6. ВЫБОР РЕЖИМА РЕЗАНИЯ НАИБОЛЬШЕЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

при найденном значении Тн.п (в этом нетрудно убедится по формуле (15.26)), то найденное значение стойкости действительно является стойкостью наибольшей производительности. Сравнивая В 1 m 1 m Т эк  и Тн.п  tсм , K0 m m видим, что Тэк > Тн.п , так как С В  tсм K0  tзат K0  ин ; Р

K С В  tсм  tзат 0  ин . K0 K0 РK0

Отсюда видно, что B/K0 > tсм, следовательно, Тэк > Тн.п и экономическая скорость резания всегда меньше скорости наибольшей производительности. Скорость резания, обеспечивающая максимальную производительность, может быть определена по формуле     х   p  1  (1 ) x y c t   1 1 см   и  

изн

1

(1 х ) y1 1 vmax  . y   1 х  1   с  а1  Д z     ag      z1  1  y     0,73  Г (1  sin )   a1   (15.27) При массовом производстве расчет режима резания необходимо производить тщательно, так как неточности и потери производительности на одной детали на весь выпуск (программное задание) дают значительную потерю. При серийном производстве следует ограничиться менее подробными расчетами. Можно при этом пользоваться укрупненными нормативами, приведенными в справочниках. В единичном производстве обычно режимы резания при обработке деталей на станке устанавливает высококвалифицированный станочник самостоятельно. При обработке крупных деталей ответственного назначения (тяжелое машиностроение) при большой трудоемкости механической обработки режим резания может и должен быть рассчитан. В этом случае затраты времени, связанные с расчетом режима резания, оправдываются.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

358

ГЛАВА 15. ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

15.7. Выбор и расчет режима резания при многоинструментной обработке Расчет режима резания при обработке на многоинструментных станках более сложен, чем при одноинструментных. Однако все более широкие масштабы применения таких станков (токарные многорезцовые полуавтоматы, токарные одношпиндельные и многошпиндельные автоматы, многошпиндельные сверлильные и фрезерные станки, агрегатные, токарные вертикальные многопозиционные полуавтоматы, станки с ЧПУ и др.) вызывают необходимость проведения расчетов по определению их производительности и, следовательно, расчетов режима резания. Работа выполняется в два этапа. Первый этап: проектирование наладки, разработка операционного технологического эскиза или нескольких технологических эскизов по каждой позиции в отдельности, распределение режущего инструмента по местам его крепления, по суппортам, по шпинделям и разбивка припусков между инструментами. Второй этап: выбор и расчет режима резания для каждого инструмента, удовлетворяющего технологическим (точность, обработка и шероховатость поверхности) и экономическим требованиям (себестоимость, производительность) и корректировка наладки с целью обеспечения равенства машинного времени каждого из инструментов. Изложим соображения по определению периода стойкости режущего инструмента при многоинструментной обработке. При обработке на многорезцовом токарном полуавтомате, когда работает не один, а Z одинаковых резцов в одинаковых условиях, формула стоимости примет такой вид: В tм   Соп   tм  Z K0 , K0 Т  

(15.28)

так как вместо расходов связанных со сменой одного инструмента С (15.29) В  tсм K0  tзат K0  ин , Р в формулу стоимости операции надо подставить ZВ  Ztсм K0  Ztзат K0  Z

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Син , Р

15.7. ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ МНОГОИНСТРУМЕНТНОЙ ОБРАБОТКЕ

так как число слагаемых В увеличивается в Z раз. В связи с этим B 1 m Tэк  Z . K0 m

359

(15.30)

Из этой формулы видно, что в данном случае Тэк должно быть в Z раз больше, чем при одноинструментной обработке. Следовательно, при многоинструментной обработке экономическая стойкость инструментов всегда должна быть больше (а экономическая скорость резания, соответственно меньше), чем при одноинструментной обработке. Выведем формулу экономической стойкости для общего случая обработки на многоинструментном станке. В целях упрощения сделаем допущение, что показатели степени m для всех инструментов одинаковые. Допущение это делается только в целях упрощения выводов. Окончательные результаты (формулы) действительны и для того случая, когда m1  m2  m3 и т.д. Соп  tм K0 

В11tм В2 2tм В33tм    ...  1Т 2Т  3Т

t   tм  м Т 

 B  1  K0 ,   i K0 

 

(15.31)

где B1, B2, B3,… — расходы в рублях, связанные со сменой и заточкой инструментов (первого, второго, третьего и т.д.); 1, 2, 3,… — отношение машинного времени первого, второго, третьего и т.д. инструментов к общему машинному времени всей операции tм, т.е. 1 

t tм1 t ; 2  м2 ; 3  м3 и т.д., tм tм tм

где 1Т, 2Т, 3Т, … — стойкость первого, второго, третьего и т.п. инструментов, мин; 1, 2, 3, … — постоянные коэффициенты, определяющие соотношения между стойкостями отдельных инструментов. Сравнивая формулу (15.20) себестоимости операции при одноинструментной и многоинструментной обработке (15.31), можно увидеть, что они отличаются лишь множителем при tм/Т. Этот множитель входит и в уравнение экономической стойкости

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

360

ГЛАВА 15. ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

при одноинструментной обработке (см. 15.23), поэтому при многоинструментной обработке  B  1  1  m  Tэк      .    K0  m 

(15.32)

Формула (15.32) действительна и для случая, когда у различных инструментов m различны, т.е. при m1  m2  m3 и т.д.  B  1  1  mi  (15.33) Tэк    .    i K0  mi  Разделив последнее уравнение на Тэк и раскрыв знак суммы, получим  B  1 m  1  B  1 m  1  B  1 m  1 1 1 1  2 2  3 3  ...   m  2Tэк  K0 m  3Tэк  K0 m  1Tэк  K0

Это уравнение представляет собой обобщенную формулу экономической стойкости, т.е. формулу, одинаково пригодную для всех случаев. В самом деле, при работе одним инструментом 1 = 1, 1 = 1, а 2 = 3 =…= 0, и уравнение примет вид B 1 m  B 1 m  1 1  T ; Tэк  K m . K m 0  0  эк

Выражение в скобках представляет собой Тэк 1-го, 2-го, 3-го и т.д. инструментов, если бы они работали при одноинструментной настройке; 1Тэк , 2 = Тэк , 3 = Тэк представляют собой экономические стойкости этих же инструментов при многоинструментной настройке. Обозначив 1Тэк = (Тэкм)1; 2Тэк = (Тэкм)2; 3Тэк = (Тэкм)3 и заменив выражения в круглых скобках через Тэк1, Тэк2, Тэк3, получим Tэк i Tэк1 T T  эк2  эк3  ...    1. (15.34) (Tэкм )1 (Tэкм )2 (Tэкм )3 (Tэкм )i Это уравнение можно написать иначе. Пусть vэк1, vэк2, vэк3 — экономическая скорость резания 1-го, 2-го, 3-го и т.д. инструмента, соответствующая экономической стойкости инструмента при одноинструментной обработке; vм1, vм2, vм3 — экономическая скорость резания 1-го, 2-го, 3-го и т.д. инструмента, соответствующая экономической стойкости инстру-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

15.7. ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ МНОГОИНСТРУМЕНТНОЙ ОБРАБОТКЕ

361

мента при многоинструментной обработке; nэк1, nэк2, nэк3 — числа оборотов, соответствующие экономической стойкостям инструментов при одноинструментной обработке; nм1, nм2, nм3 — то же, при многоинструментной обработке. Имея в виду, что dnэк m , vэк Т эк  C1 ; vэк  1000 получим 1

 C m nэк Т  C ; Tэк    .  nэк  m

Аналогично этому m vм Т эк  C1 ; vм 

dnм . 1000

Подставляя значения Тэк и Тэкм в уравнение (15.33), получим 1

1

1

1

 nм i  m  nм1  m  nм2  m  nм3  m  n    n    n   ....    n   1  эк1   эк2   эк3   эк i 

(15.34)

или 1 vм1  m

1 vм3  m

1 vм2  m

 vм i     v    v    v   ...    v  эк1   эк2   эк3   эк i

1

m   1. 

(15.35)

При обработке на продольно-строгальном станке с многорезцовой наладкой, когда на всех резцах скорость резания одинакова и равна рабочей скорости стола, 

vобщ = vм1 = vм2 = vм3 и т.д.

Вынесем vобщ за скобки и получим, применительно к данному случаю, уравнение (15.35), записанное следующим образом: 1

1

1

1

 1 m  1 m  1 m  1 m  v    v    v   ....   v  .  эк1   эк2   эк3   общ 

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

(15.36)

362

ГЛАВА 15. ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

Умножив уравнение (15.35) на 1000 и обозначив 1

1

1

1

 1000  m  1000  m  1000  m  1000  m v   Wv ;  v   Wv1 ;  v   Wv2 ;  v   Wv3 ,  эк1   эк2   эк3   общ 

получим Wv  Wv1  Wv2  Wv3  ... .

(15.37)

При обработке на одношпиндельных станках с многоинструментной наладкой, таких как одношпиндельные токарные автоматы, револьверные станки, многорезцовые токарные полуавтоматы, число оборотов детали одно и то же при обработке 1-м, 2-м, 3-м и т.д. инструментом nобщ = nм1 = nм2 = nм3 и т.д. Вынося из уравнения (15.34) nобщ за скобки, получим 1

1

1

1

 1 m  1 m  1 m  1 m  n    n    n   ....   n  .  эк1   эк2   эк3   общ 

(15.38)

Умножив уравнение (15.38) на 1000 и обозначая 1

1

1

1

 1000  m  1000  m  1000  m  1000  m n   Wn ;  n   Wn1 ;  n   Wn2 ;  (n )   Wn3 ,  эк1   эк2   эк3   общ 

получим Wn  Wn1  Wn2  Wn3  ....

(15.39)

В уравнении (15.34) числитель и знаменатель каждого слагаемого умножим на S1, S2, S3 и т.д., т.е. на подачи, соответствующие этим инструментам на один оборот изделия или инструмента, получим 1

1

1

 Si nм i  S1nм1  m  S2 nм2  m  S3nм3  m  S n    S n    S n   ...    S n  1 эк1   2 эк2   3 эк2   i эк i

или

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1

m 1  

(15.40)

363

15.7. ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ МНОГОИНСТРУМЕНТНОЙ ОБРАБОТКЕ

1

1

1

1

 (Sмин )м i  m  (Sмин )м1  m  (Sмин )м2  m  (Sмин )м3  m  (S )    (S )    (S )   ...    (S )   1,  мин эк1   мин эк2   мин эк3   мин эк i 

(15.41) где (Sмин)эк1 , (Sмин)эк2 , (Sмин)эк3 и т.д. — минутные подачи 1-го, 2-го, и т.д. инструмента, соответствующие экономическим стойкостям при одноинструментной обработке; (Sмин)м1 , (Sмин)м2 , (Sмин)м3 и т.д. — минутные подачи 1-го, 2-го, и т.д. инструмента, соответствующие экономическим стойкостям при многоинструментной обработке. При обработке на многошпиндельном сверлильном станке или многошпиндельной сверлильной головке, когда шпиндели имеют одинаковую минутную подачу, Sмин эк.общ  (Sмин )м1  (Sмин )м2  (Sмин )м3 ...

Вынося Sмин эк.общ за скобки, получим 1

1

1

1

1 1 1  1 m  m  m  m S   S   S   ...   S   1. (15.42)  мин эк1   мин эк2   мин эк3   мин эк.общ 

Умножая уравнение на 1000 и обозначая 1

1

 1000  m  1000  m  (S )   WS1 ;  (S )   WS2 ;  мин эк1   мин эк2  1

1

1000  1000  m  m  (S )   WS3 ;  (S )   WS ,  мин эк3   мин эк.общ 

получим

WS1= WS2 + WS3 + ... .

(15.43)

Формулы (15.42) и (15.43) применимы также при обработке деталей на карусельно-фрезерных станках с непрерывным вращательным движением стола станка и при обработке деталей на многошпиндельных фрезерных станках портального типа с прямоугольным столом, имеющим движение подачи.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

364

ГЛАВА 15. ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

Умножив в уравнении (15.40) числитель и знаменатель каждой дроби на соответствующую длину рабочего хода инструмента Zр.х , получим 1

1

1

 S1nм1 Zр.х1  m  S2 nм2 Zр.х2  m  S3nм3 Zр.х3  m          ...  1  S1nэк1 Zр.х1   S2 nэк2 Zр.х2   S3nэк3 Zр.х3 

(15.44)

или 1

1

1

 tм1  m  tм2  m  tм3  m  t    t    t   ....  1,  эк1   эк2   эк3 

(15.45)

где tм1, tм2, tм3 и т.д. — машинное время работы каждого (1-го, 2-го, 3-го и т.д.) инструмента при стойкости одноинструментной обработки; tэк1, tэк2, tэк3 и т.д. — машинное время работы каждого (1-го, 2-го, 3-го и т. д.) инструмента при стойкости, соответствующей многоинструментной обработке. Для многопозиционных агрегатных станков и многопозиционных карусельных токарных полуавтоматов машинное время обработки детали на всех позициях одинаково, хотя на различных позициях производится обработка различных поверхностей детали различными методами. tм.эк.общ= tэк1 = tэк2 = tэк3 и т.д. Вынося tм.эк.общ в уравнении (15.44) за скобки и решая это уравнение, получим 1 1 m m t t м.эк.общ м1

1 m t м2

1 m t м3

 ... .

(15.46)

Обозначим 1

tm

м.эк.общ

1

1

1

 Wt ; t m  Wt1 ; t m  Wt 2 ; t m  Wt 3 , м1

м2

м3

тогда Wt=Wt1+Wt2+Wt3+ ... .

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

(15.47)

15.7. ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ МНОГОИНСТРУМЕНТНОЙ ОБРАБОТКЕ

365

Уравнения (15.37), (15.39), (15.43) и (15.47) удобно решать путем подстановки величины W (постановка Г.Н. Темчина). Для этого необходимо иметь таблицы значений Wv, Wn, WS, Wt при различных значениях m. При расчетах режимов резания для многоинструментных наладок и использовании уравнений (15.37), (15.39), (15.43) и (15.47) приходится определять значения vэк, nэк, Sэк, tм ,по ним находить величины Wv , Wn , WS и Wt , затем — суммарное значение величины W, и по ней, пользуясь таблицами, находить vобщ, nобщ, Sмин общ или tэк . Изложенное выше дает возможность усвоить основные теоретические положения, которыми следует руководствоваться при расчетах режимов резания многоинструментных наладок. Последовательность и методика расчетов могут быть усвоены при разработке проектов многоинструментных наладок станков различных типов и при определении для этих наладок режимов резания.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

Ш Е С Т Н А Д Ц А Т А Я

Обеспечение точности механической обработки

Задача управления точностью обработки и снижения погрешностей решается несколькими путями: • выполняются точностные расчеты и осуществляется первоначальная настройка оборудования с тем, чтобы обеспечить требуемый период работы без поднастройки; • рассчитываются режимы, обработка на которых обеспечивает получение изделия требуемой точности; • управление процессом обработки и своевременная поднастройка оборудования.

16.1. Методы настройки станков Применяются следующие методы настройки станков: • статическая настройка; • настройка по пробным заготовкам с помощью рабочего калибра; • настройка по пробным заготовкам с помощью универсального мерительного инструмента. Статическая настройка заключается в установке режущих инструментов по калибрам и эталонам на неподвижном станке. Инструмент доводится до соприкосновения с поверхностью калибра, устанавливаемого на месте обрабатываемой детали, и закрепляется. При статической настройке в связи с деформациями упругой технологической системы от действия сил резания, а также температурных деформаций технологической системы, размер обрабатываемого изделия может отличаться от требуемого. С этой целью установочные калибры или эталонные детали изготавливаются

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

367

16.1. МЕТОДЫ НАСТРОЙКИ СТАНКОВ

с поправкой попр. В этом случае расчетный настроечный размер Lнфакт установочного калибра определяется по формуле Lрасч  Lфакт  попр , н н

(16.1)

где Lнфакт — размер, который должен быть фактически получен после обработки. L L Lфакт  min max , н 2 где Lmin и Lmax – наименьший и наибольший предельные размеры детали по чертежу. В формуле (16.1) знак «–» применим для валов и знак «+» для отверстий. Такой метод настройки не обеспечивает точность выше 8 —9-го квалитетов. Поэтому в процессе обработки проводится дополнительная поднастройка. Однако значительное сокращение времени на настройку определяет широкое применение этого метода в крупносерийном и массовом производстве. Часто настройка инструментальных блоков осуществляется вне станка и блоки монтируются на станки с установленными инструментами. Настройка по пробным заготовкам с помощью рабочего калибра (рис. 16.1) в настоящее время широко распространена, однако этот метод не обеспечивает достаточную точность и нет твердой уверенности в исключении возможности появления брака, так как неизвестно поле рассеяния размеров. При проверке одного-двух размеров детали будут годными, а последующие детали в связи

L min

2

1

1a

2a



3σ Т L max

Рис. 16.1. Схема к настройке по пробным проходам

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

368

ГЛАВА 16. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

с рассеянием размеров деталей в партии могут быть бракованными, потому что определить поле рассеяние по одной-двум деталям невозможно. При правильный настройке все размеры должны входить в поле допуска Т и рассеяние размеров должно быть в пределах кривых рассеяния 1 и 2 (см. рис. 16.1), но при настройке по одной-двум деталям размеры могут оказаться принадлежащими кривым 1а и 2а, и в процессе обработки будет появляться брак. В связи с этим более рациональным является метод настройки станков с помощью универсальных измерительных средств по суженным допускам. Настройка по пробным заготовкам с помощью универсального мерительного инструмента заключается в том, что установка режущих инструментов производится на определенный настроечный размер Lн, а правильность настройки проверяется обработкой некоторого количества деталей m. Настройка производится таким образом, чтобы настроечный допуск был меньше фактического допуска на деталь. Это делается для того, чтобы учесть систематические переменные погрешности, которые также вызывают рассеяние размеров деталей в партии (рис. 16.2). Допуск на настройку определяется по формуле 1   Tн  T  6  1    b. m  b

3σ m

3σ TH

L max

T

3σ m 3σ

LHmax LHmin L min

Рис. 16.2. Схема к настройке по пробным заготовкам с помощью универсального измерительного инструмента

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

16.2. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ТРЕБУЕМОЕ КАЧЕСТВО ОБРАБОТКИ

369

Минимальный размер при настройке определяется по формуле 1   Lнmin  Lmin  3  1  , m 

где Lmin — минимальный размер детали;  — среднеквадратическое отклонение размеров деталей в партии. Максимальный размер при настройке 1   Lнmax  Lmax  b  3  1  , m 

где b — систематическая переменная, которая может быть определена по соответствующим формулам заранее.

16.2. Расчет режимов резания, обеспечивающих требуемое качество обработки Режимы резания, обеспечивающие заданные параметры поверхностного слоя и точности обработки, определяются на основе функциональной зависимости: (t, S, v) = f(ост , Rz, hc, g, Tp, т , Eg , p, g, p, , , , 1, r, 1, изн, jсист, В1, Н1, Н, Lp), где t — глубина резания; S — подача; v — скорость резания; ост — величина остаточных напряжений в поверхностном слое обрабатываемой детали; Rz — высота неровностей на обрабатываемой поверхности; hc — глубина наклепа в поверхностном слое обработанной поверхности; Tp — поле допуска на размер, который обеспечивается в процессе обработки; g — коэффициент температурного расширения материала детали; т и Eg — предел текучести и модуль упругости материала обрабатываемой заготовки соответственно; g и p — коэффициенты теплопроводности материалов заготовки и режущей части инструмента соответственно;  и  — задний и передний углы резца соответственно;  и 1 — главный и вспомогательный углы резца в плане; r — радиус при вершине резца в плане; 1 — радиус округления режущей кромки резца; изн — величина радиального износа резца; jсист — жесткость технологической системы СПИЗ; В1 и Н1 — высота и ширина державки резца; Lp — вылет державки резца; Н — размер обрабатываемой детали.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

370

ГЛАВА 16. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Снижение или повышение скорости резания по сравнению с оптимальной приводит к увеличению интенсивности износа и снижению размерной стойкости инструмента, что оказывает влияние на параметры качества поверхностного слоя и точность обработки. Однако в некоторых случаях, а именно в условиях гибких автоматизированных производств и «безлюдных производств», экономически выгодно работать на скоростях vэ , обеспечивающих минимальную себестоимость обработки, хотя при этом и снижается размерная стойкость инструмента. Таким образом, оптимизацию по критерию точности обработки и параметрам качества поверхностного слоя необходимо применять при проектировании новых технологических процессов в действующем производстве как средство технически обоснованного назначения режимов резания. Необходимость быстрого освоения производства новых изделий требует разработки теоретических методов определения технологических условий обработки, позволяющих на стадии проектирования технологического процесса изготовления закладывать решения, обеспечивающие при минимальных затратах заданные требования к поверхностному слою, так как поверхностный слой детали в условиях эксплуатации подвергается наиболее сильному механическому, тепловому, магнитоэлектрическому, световому и другим воздействиям. Потеря деталью своего служебного назначения и ее разрушение в большинстве случаев начинается с поверхностного слоя. Задачей технолога является обеспечение комплекса показателей качества поверхностного слоя и точности размеров обработанной детали (Ra0 — заданное среднее арифметическое отклонение профиля шероховатости поверхности, ост.о — заданное значение остаточных напряжений в поверхностном слое, hсо — заданная глубины наклепа в поверхностном слое обработанной поверхности, о — заданная величина погрешности обработки). Эксплуатационные свойства детали определяются в большей или меньшей степени каждым из этих показателей. В общем случае отклонение от оптимальной величины любого из этих показателей качества (в сторону увеличения или уменьшения действительной величины показателя) влечет за собой ухудшение эксплуатационных свойств детали. Поскольку эти показатели имеют различные единицы из-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

371

16.2. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ТРЕБУЕМОЕ КАЧЕСТВО ОБРАБОТКИ

мерения, то необходимо использовать их относительное, а не абсолютное изменение от оптимальной величины. В качестве целевой функции оптимизации применяется функция вида  Ra  Ra0   ост  ост.о   c2  f ( Ra0 , ост.о , hco ,  o )  c1     ост.о  Ra0    2

2

2

2

 h h      o   c3  c co   c4    ,  hco    o 

либо при использовании обозначений типа q1  Rа, q2  ост, q3  hc, q4  Т, функция общего вида 2

 qi  qi o  f (Q)   ci   ,   i 1  qi o  k

где сi — соответствующие весовые коэффициенты, позволяющие установить вклад того или иного показателя качества поверхностного слоя детали в ее общую надежность; Ra, ост, hc — текущие значения высоты неровностей, остаточных напряжений и глубины наклепа; k — число показателей качества; Q — комплекс показателей качества. В случае, когда при решении оптимизационной задачи удается обеспечить точное совпадение заданных параметров качества и точности с расчетными, величина целевой функции будет равна нулю, т.е. f(Q) = 0. В противном случае, когда хотя бы один из расчетных параметров будет отличаться от заданного, целевая функция будет положительной, т.е. f(Q) > 0. Поэтому целевая функция в процессе оптимизации должна быть сведена к минимуму. Кроме того, на процесс резания накладывается ряд ограничений, обусловленных технологией, физикой и механикой процесса резания. Их количество и вид определяются в каждом конкретном случае отдельно; они могут иметь и простую, и довольно сложную форму зависимостей. Наиболее часто используются ограничения следующего вида: • по подаче; • по скорости резания; • по стойкости инструмента.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

372

ГЛАВА 16. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Марка обрабатываемого материала

Выбор марки инструментального материала

Выбор геометрии инструмента

Выбор станка и способа закрепления заготовки

Задание известных технологических условий обработки

Заданные параметры точности и качества обработки

CLGEN Расчет параметров процесса резания Печать рассчитанных технологических условий обра-

Оптимизационный поиск

CUSER Расчет параметров оптимизационного поиска Печать параметров точности и качества обработки

Рис. 16.3. Блок-схема системы расчета технологических условий обработки

Кроме перечисленных, на процесс оптимизационного поиска могут в каждом конкретном случае накладываться ограничения, связанные с физикой и технологией процесса, как правило, имеющие сложный, ярко выраженный нелинейный характер (например, ограничения по мощности приводов, ограничения по прочности режущего инструмента, ограничения по температуре в зоне обработки, по силам резания и т.п.). Для решения поставленной задачи используется алгоритм оптимизационного поиска, построенный на базе методов нежесткого допуска, штрафных функций и деформируемого многогранника, который является базовым элементом системы расчета режима обработки, обеспечивающего заданные показатели точности обработки и качества поверхностного слоя деталей. Блок-схема работы системы расчета режима резания с использованием оптимизационного алгоритма нежесткого допуска представлена на рис. 16.3. В ряде случаев при проведении оптимизационного поиска с целью получения расчетных величин режима обработки (сочетания скорости резания v, подачи S и глубины резания t или сочетания скорости v и подачи S) не удается обеспечить требуемый комплекс показателей качества поверхностного слоя и точность обработки детали, т.е. один или несколько показателей, входящих в целевую функцию оптимизации. Даже при лучшем решении задачи опти-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

16.2. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ТРЕБУЕМОЕ КАЧЕСТВО ОБРАБОТКИ

373

мизации имеют значительные отклонения от своих оптимальных значений. Такая ситуация часто возникает при числе показателей, входящих в целевую функцию параметров точности и качества поверхностного слоя, превышающем число переменных процесса оптимизационного поиска изменяемых технологических параметров обработки. Анализ проблемы назначения режима резания, обеспечивающего комплекс оптимальных параметров качества и заданную точность обработки, и результаты многочисленных практических расчетов позволили сделать вывод о необходимости использования в ряде случаев большего количества переменных оптимизационного поиска с целью повышения эффективности расчетов и общей надежности результатов вычислений. В то же время использование большого числа переменных при проведении оптимизационного поиска, особенно при использовании сложных, рассчитываемых при каждом изменении переменных процесса ограничений, таких как ограничения по температуре в зоне резания, силам резания и т.п., приводит к резкому увеличению времени решения задачи оптимизации. Все это требует применения более гибкого подхода к решению задачи назначения режима обработки, обеспечивающего заданные параметры качества поверхностного слоя и точности обработки. С целью преодоления данной проблемы предлагается следующий алгоритм многоуровневой системы оптимизации. На первом этапе расчета режима в качестве переменных процесса используются величины скорости резания v, подачи S и (при желании технолога) глубины резания t. Если в процессе оптимизации получаемые при рассчитанных величинах S, v, t показатели качества поверхностного слоя и точности обработки удовлетворяют их заданным оптимальным величинам, результаты расчета считаются окончательными и процесс заканчивается. В противном случае, в число переменных включается одна или более дополнительных величин, влияющих на процесс резания, например геометрические параметры инструмента (r, , 1, ,  и т.д.), уменьшается размер деформируемого многогранника, а в качестве исходной точки для расчета используются результаты предыдущего уровня, и производится новая оптимизация. Число уровней оптимизации и число переменных процесса оптимизации на каждом уровне определяется технологом заранее и задается в специальной подпрограмме опи-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

374

ГЛАВА 16. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

сания исходных данных. Использование многоуровневого алгоритма в системе обеспечивает приближение получаемых показателей точности и качества обработки к их заданным величинам.

16.3. Управление процессом обработки Управление процессом обработки возможно двумя принципиально отличными методами: • поднастройка; • адаптивное управление процессом обработки. Сущность поднастройки заключается в том, что через определенный промежуток времени восстанавливается взаимное расположение инструмента и обрабатываемой заготовки, нарушенное в процессе обработки партии заготовок. При обработке деталей для компенсации влияния износа инструмента вследствие его затупления и увеличения упругих отжатий в технологической системе производят перемещение резца на величину, равную величине смещения от первоначального настроечного размера. В результате такой поднастройки опасность появления брака устраняется. Поднастройка может осуществляться вручную рабочим-настройщиком периодическим контролем размеров деталей. Это требует остановки станка и прекращения обработки на период поднастройки. С целью повышения производительности применяется автоматизация процесса контроля измерений и самого процесса поднастройки. Для этих целей могут применяться устройства, работающие по принципу отсчета машинного времени или пути резания, или устройства, работающие по принципу регулярных замеров истинных размеров обрабатываемых деталей. Первый способ можно использовать при очень высокой однородности свойств материала заготовок и качества режущего инструмента, так как эти свойства существенно сказываются на рассеянии размеров деталей в партии. Второй способ имеет более высокую точность, но более сложные конструкции автоподналадчиков. Такие автоподналадчики широко применяются в условиях крупносерийного и массового производства. Метод адаптивного управления точностью обработки основан на принципе компенсации упругих отжатий в технологической си-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

375

16.3. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ОБРАБОТКИ

Обратная связь

Лекальная линейка ИД

Механизм подачи (ходовой валик) СУ

Д-32 ЭУ

УШ ДВ

УРС

З

Рис. 16.4. Блок-схема САУ упругими перемещениями суппорта: ИД — индуктивный датчик, фиксирующий перемещение суппорта; СУ — сравнивающее устройство; З — задающий шпиндель; ЭУ — усилитель сигнала рассогласования; Д — электродвигатель; УШ — управляющий шпиндель; ДВ — двигатель подачи; УРС — универсальный гидравлический регулятор скорости подачи

стеме, вызванных колебаниями припуска и твердости заготовки, упругими перемещениями элементов системы в противоположном направлении. Широко применяется в адаптивных системах принцип изменения подачи с целью сохранения постоянного значения силы резания. Блок-схема системы автоматического управления упругими перемещения суппорта токарного станка, предложенная научной школой Б.С. Балакшина, приведена на рис. 16.4. К сожалению, такое управление процессом обработки не всегда удовлетворяет условиям производства, особенно при обработке дисков, когда изменение подачи будет приводить к изменению параметров шероховатости и других параметров качества поверхностного слоя. Поэтому в настоящее время разработаны адаптивные системы, работающие по принципу поддержания постоянства температуры в зоне резания. Общая схема управления токарным станком с автоматической

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

376

ГЛАВА 16. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Ручное 7

8

6

5

9

U2 13

U1

10

12

R0

11 15 16

R 2

1 14

3 4

mA

J

Рис. 16.5. Общая схема станка МК163 с универсальной системой автоматического регулировании режима резания: 1 — тахогенератор; 2 — путевой реостат; 3 — поперечный суппорт; 4 — продольный суппорт; 5 — переключатель системы работы станка; 6 — электронный автоматический потенциометр; 7 — регулятор режима резания; 8 — исполнительный механизм перемещений суппорта; 9 — регулирующий орган перемещений суппорта; 10 — обрабатываемая заготовка; 11 — гидропривод; 12 — шпиндель станка; 13 — коробки скоростей и передач; 14 — резец; 15 — подвижный контакт путевого реостата; 16 — токосъемник

системой управления режимом резания с поддержанием постоянной температуры в зоне резания при обработке дисков, предложенная В.В. Трусовым, приведена на рис. 16.5. Известны также системы управления с поддержанием в процессе обработки определенного соотношения температуры и силы резания с обеспечением постоянства энергетического критерия процесса резания А. На первом этапе расчета режима в качестве переменных процесса используются величины скорости резания v, подачи S и (при же-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

16.3. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ОБРАБОТКИ

377

лании технолога) глубины резания t. Если в процессе оптимизации получаемые при рассчитанных величинах S, v, t показатели качества поверхностного слоя и точности обработки удовлетворяют их заданным оптимальным величинам, результаты расчета считаются окончательными и процесс заканчивается. Иначе в число переменных включается одна или более дополнительных величин, влияющих на процесс резания, например, геометрические параметры режущей части инструмента (r, , 1, ,  и т.д.), уменьшается размер деформируемого многогранника, а в качестве исходной точки для расчета используются результаты предыдущего уровня, и производится новая оптимизация. Число уровней оптимизации и число переменных процесса оптимизации на каждом уровне определяется технологом заранее и задается в специальной подпрограмме описания исходных данных. Использование многоуровневого алгоритма в системе обеспечивает приближение получаемых показателей точности и качества обработки к их заданным величинам. Оптимальное управление процессом механообработки предполагает решение двухэтапной задачи: • задача внешней оптимизации — назначение технологических условий обработки, обеспечивающих получение деталей заданной точности с требуемыми параметрами качества поверхностного слоя при стационарном протекании процесса резания; • задача внутренней оптимизации — автоматизированное управление процессом обработки, позволяющее компенсировать нестабильность процесса, вызванную износом режущего инструмента, колебаниями припуска заготовки и другими факторами. Установлено, что комплексу показателей качества поверхностного слоя соответствует определенная величина энергетического критерия процесса резания А = a1b1(c)g/Pz, где а1 и b1 — толщина и ширина среза; (c)g — удельная объемная теплоемкость обрабатываемого материала;  — температура в зоне резания; Pz — сила резания. Это положение может быть использовано как основа алгоритма работы автоматизированной системы управления процессом резания, обеспечивающей получение детали заданной точности с требуемыми показателями качества поверхностного слоя. После ввода в управляющую ЭВМ геометрии детали и режущего инструмента, марок обрабатываемого и инструментального материалов, параметров станочного оборудования и приспособлений,

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

378

ГЛАВА 16. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

других известных технологических условий обработки, а также после задания требуемых показателей точности обработки и качества поверхностного слоя детали, система расчета режимов резания определяет оптимальные условия обработки. Для полученных условий обработки определяется оптимальное значение энергетического критерия и пределы его возможного отклонения, зависящие от величин допустимых отклонений параметров качества. Определяется режим обработки, который задается станку, и начинается выполнение программы размерной обработки детали: • ЭВМ с помощью электронно-измерительного устройства контролирует непрерывные замеры температуры в зоне резания и силы резания, по величинам которых определяется текущее значение критерия; • при выходе текущего значения критерия за область допустимых значений производится расчет требуемых для его корректировки величин скорости резания и подачи. На основе результатов расчетов определяются управляющие воздействия на режим обработки; • управляющие воздействия передаются из ЭВМ через блок связи станку, что позволяет корректировать режим обработки для поддержания необходимой величины критерия процесса резания; • в ходе управления процессом обработки ведется протокол, в котором сохраняются текущие величины измеряемых параметров процесса резания, соответствующее значение критерия А и выполнение корректировки режима обработки; • управление процессом резания выполняется только во время рабочего хода режущего инструмента и заканчивается при окончании программы размерной обработки детали. На данную систему управления получен патент (А.с. 1399074 СССР МПК4 B23Q 15/12. Способ автоматического управления процессом обработки. Безъязычный В.Ф., Кожина Т.Д., Туманов Д.А. (СССР) — № 4091441/31-08; заявл. 14.07.86; опубл. 30.05.88. Бюл. №20. — 2 с). Второй этап оптимизации операций обработки деталей — этап внутренней оптимизации — предполагает получение требуемых эксплуатационных показателей через контроль расчетных показателей точности и качества обрабатываемых поверхностей на стадии выполнения операции за счет использования системы управления процессом обработки, позволяющей учитывать влияние

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

379

16.3. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ОБРАБОТКИ

Блок управления ЭВМ Показатели качества поверхностного слоя и точности обработки (Rz, σост, h c , ΔΣ) Свойства обрабатываемого материала (σт , β g, E g,τр, E, μ…)

Свойства инструменталь ного материала (σи , λp, (cρ)p…)

Размеры детали, станка, способ закрепления детали

Геометрические параметры инструмента (α, γ, ϕ, ϕ1, ρ, r)

Режим обработки (S, t, v, α, γ, ϕ) =(Rz, σост, hc , ΔΣ, Tpc )

Цифро-аналоговый преобразователь

Измеритель температуры в зоне резания

Измеритель нагрузочных характеристик

Блок расчета энергетического критерия А Нет

Блок сравнения Да

Окончательный режим обработки (v, S, t)

Рис. 16.6. Автоматизированное управление процессом обработки

возмущающих воздействий и выполнять регулирование процесса резания. Задачу управления процессом обработки необходимо рассматривать как задачу управления его измеряемыми выходными параметрами таким образом, чтобы достичь постоянства выбранного значения критерия, оценивающего протекание процесса резания, и обеспечить тем самым получение заданных эксплуатационных

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

380

ГЛАВА 16. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

характеристик через контроль точности и качества поверхностного слоя обрабатываемых деталей. Принципиальная схема функционирования адаптивной системы управления процессами обработки представлена на рис. 16.6. Основными элементами системы являются: 1. Токарный станок с числовым программным управлением (ЧПУ), на котором производится размерная обработка деталей по заданной программе. 2. Внешняя ЭВМ, которая управляет ходом протекания процесса обработки по заданному критерию. Для этой цели должно быть разработано соответствующее программное обеспечение, реализующее алгоритмы расчета управляющих воздействий на станок с ЧПУ. Кроме того, внешняя управляющая ЭВМ содержит программное обеспечение системы расчета режима резания по заданным параметрам точности и качества обработки, которое используется для определения исходных параметров обработки детали. 3. Измерители параметров процесса резания, которые включают датчики и устройства измерения, выполняющие необходимые преобразования сигналов и передачу их в управляющую ЭВМ. Информация, получаемая от измерителей параметров процесса, является входной для системы управления процессом. 4. Устройства управления параметрами обработки, которые включают в себя устройства формирования управляющих воздействий и исполнительные механизмы, через которые эти воздействия реализуются на станке с ЧПУ. Общая схема функционирования разработанной системы адаптивного управления процессом обработки осуществляется следующим образом: • с помощью подсистемы расчета режима обработки по заданному эксплуатационному показателю (например, предел выносливости) определяются исходные технологические условия: режим резания (подача, глубина и скорость резания) и геометрические параметры инструмента; и рассматриваются соответствующие им параметры качества поверхностного слоя и точность обработки; • рассчитывается оптимальное значение критерия процесса резания, соответствующее расчетным режимам обработки, и его допустимое отклонение. Алгоритм работы системы представлен на рис. 16.7.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

381

16.3. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ОБРАБОТКИ

Начало Заданные эксплуатационные показатели Контролируемые показатели точности и качества поверхностного слоя Расчет исходных режимов обработки

Расчет оптимальной величины критерия процесса А 0 и его допустимых отклонений ТА

Задание начальных режимов обработки

Начало размерной обработки детали

Выполняется программа обработки

Да Нет

Нет Конец

Да Измерение температуры и силы резания

Расчет новых режимов резания Расчет управляющих воздействий для коррекции режимов обработки детали Передача управляющих воздействий на станок Установка новых режимов на станке

Выполнятся процесс обработки поверхности

Расчет текущей величины критерия А′

Нет

Величина А′ в пределах допуска А0 ± ТА Да Ведение протокола процесса управления

Рис. 16.7. Схема функционирования системы автоматического управления процессом механообработки

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

382

ГЛАВА 16. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Погрешность формы поверхностей деталей машин и механизмов снижает качество изготавливаемой продукции, ее эксплуатационные свойства. В связи с этим возникает необходимость проведения дальнейших исследований, направленных на решение проблемы повышения не только точности размеров, но и точности формы поверхностей деталей. C использованием уравнения баланса погрешностей при токарной обработке предложена автоматизированная система управления процессом обработки, позволяющая обеспечить при осуществлении анализируемого процесса точения заданную размерную точность изготавливаемой продукции (в пределах оговоренного допуска с учетом накладываемых технико-технологических ограничений) и минимизировать погрешность формы в продольном сечении заготовки, в процессе ее обработки на токарных станках с ЧПУ за счет научно обоснованного, динамического изменения режима резания, как на отдельных участках заготовки, так и непрерывно вдоль обрабатываемой поверхности этой заготовки (рис. 16.8). На рис. 16.9 представлена блок-схема работы данной системы, предложенная А.В. Пудовым. Получаемый после обработки на фиксированных (рассчитанных системой) режимах резания профиль заготовки соответствует закону изменения температурно-силового воздействия на данную заготовку в процессе ее обработки (рис. 16.10). Предлагаемая автоматизированная система, учитывая технологические условия осуществления процесса резания, определяет такой закон изменения температурно-силового воздействия на заготовку, при котором суммарная погрешность ее обработки будет минимальной и одинаковой в любом сечении. Затем система путем перебора подач инструмента Si и соответствующих этим подаΔΣ

Δh Δизн L

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

ΔΣ 0

ΔR н

ΔL p

Рис. 16.8. Схема образования суммарной погрешности формы обработанной детали под воздействием различных технологических факторов: h — погрешность, предопределяемая недостаточной жесткостью системы СПИЗ; изн — погрешность, предопределяемая износом режущего инструмента; Rн — погрешность, предопределяемая тепловыми деформациями заготовки; Lp — погрешность, предопределяемая тепловыми деформациями режущего инструмента

16.3. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ОБРАБОТКИ

383

чам оптимальных по размерной стойкости инструмента скоростей резания v0i находит такие режимные условия токарной обработки в базовых точках заготовки, которые обеспечивают необходимое температурно-силовое воздействие на заготовку, исходя из условия повышения точности ее обработки. Результатом работы автоматизированной системы является закономерность изменения подачи режущего инструмента и частоты вращения шпинделя в зависимости от длины перемещения режущего инструмента вдоль обрабатываемой поверхности заготовки (рис. 16.11). Определенные с помощью автоматизированной системы режимные условия токарной обработки можно реализовать на станках с ЧПУ, оснащенных приводами бесступенчатого регулирования частоты вращения шпинделя и скорости продольного перемещения суппорта. В настоящее время на производстве имеются системы ЧПУ двух типов. К первому типу относятся системы, в которых режимы резания задаются непосредственно перед осуществлением рабочего кадра. Поэтому чтобы реализовать рассчитанные системой законы изменения режимных условий процесса резания, необходимо разбить анализируемый участок заготовки на несколько частей и произвести их покадровую обработку. Ко второму типу относятся системы ЧПУ, которые имеют возможность программировать технологические условия обработки при помощи переменных параметров. Эти системы позволяют изменять режимы резания непосредственно в процессе отработки кадра управляющей программы по заданной функции. Использование этих систем позволяет получить более высокую точность обработки, чем системы первого типа. Разработанная математическая модель суммарной погрешности обработки на токарном станке с ЧПУ и созданная на ее базе автоматизированная система прошли испытания в лабораторных условиях. Эти испытания проводились на станках: 16А20ФЗС43 с системой ЧПУ МС 2109; 1П420ПФ40 с системой ЧПУ 4СК (8600MS); 16Б16Т1С1 система ЧПУ НЦ31-02; SPT32NC система ЧПУ NC660. В качестве обрабатываемых заготовок использовались детали типа «Вал» и «Втулка» с высокими требованиями, предъявляемыми к точности их формы и размеров. Эксперименты осуществлялись

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ ЧЕРТЕЖОМ К ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ – номинальный диаметральный размер обработанной поверхности детали с допустимыми предельными отклонениями – допуск формы обработанной поверхности – допустимая шероховатость обработанной поверхности

ЗАГОТОВКА – группа обрабатываемого материала – марка и свойства обрабатываемого материала – способ закрепления заготовки на станке (в патроне, в патроне и центре, в центрах) – геометрические параметры заготовки и ее обрабатываемого участка

ТЕХНИКОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ, НАКЛАДЫВАЕМЫЕ НА ПРОЦЕСС РЕЗАНИЯ – допустимый коэффициент запаса динамической устойчивости технологической системы СПИЗ – допустимый коэффициент запаса прочности режущей кромки инструмента

– марка – свойства

СО Т С

vбаз, Sбаз, tбаз

РЕЖИМНЫЕ УСЛОВИЯ ОБРАБОТКИ

КРИТЕРИЙ ОПТИМИЗАЦИИ – минимум погрешности формы поверхности детали, обработанной на режимах резания, оптимальных по размерной стойкости инструмента

РЕЖУЩИЙ СТАНОК ИНСТРУМЕНТ – модель станка – марка материала ре- и его техникожущей пластинки и эксплуатациондержавки инструмента ные характери– геометрические пастики раметры режущего инструмента

ИСХОДНЫЕ УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ РАСЧЕТОВ

384 ГЛАВА 16. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Определение оптимальных по размерной стойкости инструмента режимов резания при продольном точении (Si, v i ), обеспечивающих в анализируемых базовых точках (1,…, n+1) одинаковую по грешность обработки ΔΣmin. Путь: 1) Перебор S – (ΔS) Δ S = 0,001…0,01 мм/об 2) Определение voi и ΔΣ в каждой базовой точке, при которых ΔΣ =ΔΣmin 3) Печать Si , vi

Выявление сравнительным анализом точки n (n∈(1,…,n+1)), в которой погрешность обработки имеет минимальное значение ΔΣ min

Аппроксимационное определение закона изменения режимных условий продольного точения (подачи инструмента S и скорости резания v) по длине обработки, обеспечивающих минимальную погрешность формы обработанной поверхности детали S =f( L), v =f(L)

Рис. 16.9. Блок-схема работы САПР

Определение прочих выходных характеристик процесса точения и их сопоставление с накладываемыми техникотехнологическими ограничениями

Определение суммарной погрешности обработки ΔΣ в каждой базовой точке на оптимальных по размерной стойкости инструмента режимах резания

Вывод на экран дисплея информации о технологических условиях токарной обработки заготовки, предопределяющих минимальную погрешность формы поверхности обработанной на станке с ЧПУ детали: Si, v i, S =f(L), v =f(L)

Разбиение обрабатываемой поверхности заготовки на n участков с выделением на их границах n+1 базовых точек

16.3. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ОБРАБОТКИ

385

ГЛАВА 16. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Реальный профиль заготовки после ее обработки

0,5 допуска на размер

386

S1, v1 S2, v2

Sn, vn Рис. 16.10. Схематическое изображение конфигурации заготовки после токарной обработки на фиксированных режимах резания

400

300

200

100

0

ΔΣ, 0 мкм

–148 –132 –122 –120 –110 –98 –96 –96 –78 –84 –79 –70 –68 –72 –66 –64 –68 –50 –34 –32 –32 –24 –20 –14 –7 0

–26 –18 –10 –20 –8 –10 –6 0 0 0 –8 –1 –2 –8 0 –10 –15 –16 –20 –21 –22 –23 –17 –14 –2

L 0 , мм 500

Рис. 16.11. Закономерность изменения температурно-силового воздействия на заготовку

–40

–80

–120

–160

L0, мм

S, мм/об

n, об/мин

v, м/с

0…100

0,08

711

1,79

100…200

0,09

660

1,66

200…300

0,1

615

1,55

300…350

0,11

592

1,49

350…400

0,12

562

1,41

400…450

0,13

513

1,29

450…520

0,14

446

1,12

Рис. 16.12. Сопоставление суммарной погрешности обработки , полученной на фиксированных () и динамически изменяющихся () режимах резания (v и S) вдоль обрабатываемой заготовки. Глубина резания t = 1 мм

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

16.3. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ОБРАБОТКИ

387

как без использования СОТС, так и с их применением. Измерение погрешности формы вдоль обрабатываемой заготовки осуществлялось непосредственно на станке после процесса обработки измерителем малых перемещений «Микрон-02» (погрешность измерения +0,2 мкм) и скобой рычажной СРП ТУ 2-044-366-92 с ценой деления 1 мкм. На рис. 16.12 приведены результаты сопоставления суммарной погрешности обработки, полученной на фиксированных и динамически изменяющихся режимах резания вдоль обрабатываемой поверхности заготовки. Условия обработки: токарный станок 16А20ФЗС43; закрепление заготовки в патроне с поджатием центром задней бабки, материал заготовки сталь 13Х12НВМФА(ЭИ961), геометрические параметры заготовки: Lо = 500 мм, dо = 52 мм; инструмент — проходной резец Т15К6, геометрические параметры инструмента:  = 10°,  = 10°,  = 45°, 1 = 15 , 1 = 30 мкм, r = 1 мм. Анализ рис. 16.12 свидетельствует, что путем динамически изменяющихся режимов резания вдоль обрабатываемой поверхности заготовки можно значительно повысить точность ее размеров и формы в продольном сечении. В результате динамически изменяющихся режимных условий процесса резания происходит автоматическое отделение стружки через определенный промежуток времени, обеспечивается устойчивое и стабильное стружколомание, тем самым решается еще одна актуальная проблема автоматизированного производства — отвод стружки из зоны резания.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

С Е М Н А Д Ц А Т А Я

Основы технического нормирования в машиностроении

17.1. Понятие о технических нормах времени и нормах выработки Нормой труда называется количество труда, которое должно быть затрачено на выполнение заданной работы. Нормирование труда состоит в том, чтобы установить время, в течение которого должна быть выполнена работа. Время, заданное рабочему на изготовление единицы продукции, называется нормой времени. Определение таких норм и является задачей нормирования труда. Изучением методов установления норм времени занимается дисциплина, называемая техническим нормированием. Техническое нормирование в машиностроении мы будем рассматривать как часть технологии машиностроения. На производстве часто, кроме норм времени, имеют дело с нормами выработки. Нормой выработки называется задание на изготовление единиц продукции (штуки, килограммы и т.п.) в единицу времени (рабочую смену, час). Пусть tш — норма времени, мин, на 1 деталь. Тогда норма выработки Нвыр за смену будет Т Hвыр  см , (17.1) tш где Тсм — продолжительность рабочей смены, мин. Если норма времени tш снижается на x процентов, то норма выработки увеличивается на y процентов. Пусть Hвыр1 и Hвыр2 — соответственно норма выработки до снижения штучного времени и норма выработки после этого сниже-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

389

17.1. ПОНЯТИЕ О ТЕХНИЧЕСКИХ НОРМАХ ВРЕМЕНИ И НОРМАХ ВЫРАБОТКИ

ния; tш1 и tш2 — норма штучного времени до снижения и после снижения соответственно Hвыр2 = Hвыр1(1 + y/100); tш2 = (1 – x/100)tш1; y   Hвыр2 = 400/tш2 или Hвыр  1   100   t

400 x    ш1  1   100 

.

Упрощая и решая уравнение относительно y, получим y  400  1   tш1  100 

400

x   tш1  1   100   или окончательно

; 1

y

y 1 100  1 ; y 100 1  x (100  x ) 100

100 x . 100  x

(17.2)

Нормы времени и нормы выработки иногда устанавливают на основе опыта. Нормирование по «опытным» данным имеет существенные недостатки: 1. Такие нормы времени отражают то, что достигнуто в прошлом. 2. Опытные нормы — субъективные нормы, т.е. они в известной степени зависят от субъективных данных того, кто их определяет. Они не базируются на учете фактических производственных возможностей и данных науки. Нормирование труда должно осуществляться на основе использования достижений науки и техники, не только повышающих производительность труда, но и облегчающих труд рабочего, на росте сознательного отношения рабочего к своему труду. На этой основе создаются новые прогрессивные формы организации труда, новые методы и приемы работы, устанавливаются прогрессивные режимы работы оборудования. Научное нормирование процесса труда принято называть техническим нормированием. Нормы времени, установленные этим методом, называются техническими нормами времени. Технические нормы, устанавливаемые на предприятиях, должны быть передовыми и прогрессивными. Они должны базироваться на:

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

390

ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

• непрерывном прогрессе техники производства (механизации, автоматизации, электрификации производственных процессов, применении высокопроизводительных машин, передовых технологий и т. п.); • непрерывном росте культурно-технического уровня рабочих, их отношению к труду, проявляющихся в развитии творческой инициативы, в возникновении новых форм организации труда; • непрерывном совершенствовании и повышении эффективности форм организации труда и производства (улучшение организации рабочих мест, выделение вспомогательных функций, внедрение поточных методов и т.д.). Технически обоснованной нормой времени (технической нормой времени) называется норма, установленная расчетным путем с учетом: • применения рациональной, передовой для данного типа и характера производства технологии; • максимально высокого и экономически целесообразного использования станка, инструмента и приспособлений; • рациональной организации производства, учитывающей опыт передовиков производства; • определения затрат времени по отдельным рабочим приемам и элементам рабочих приемов с использованием прогрессивных нормативов на режим работы оборудования и длительность рабочих приемов. Прогрессивная норма устанавливается в расчете на выполнение ее рабочим, полностью овладевшим техникой на своем рабочем месте, темп работы которого выше среднего. Норма времени, следовательно, должна предусматривать передового рабочего, обеспечивающего высокую выработку продукции, но не рекордсмена. Освоение технических норм требует рациональной организации и своевременного снабжения рабочего места всем необходимым для бесперебойной работы. При такой организации не должно быть ни потерь времени из-за простоев оборудования и рабочего, ни потерь на непроизводственную работу по причинам организационно-технических неполадок. Технические нормы времени, как было указано выше, устанавливаются для передовых и вместе с тем реальных организационнотехнических условий производства. Так как эти условия не остают-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

17.2. ПРЕДМЕТ И МЕТОД КУРСА «ТЕХНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ»

391

ся неизменными, а систематически изменяются и улучшаются, то и технические нормы периодически должны пересматриваться.

17.2. Предмет и метод курса «Техническое нормирование» Под техническим нормированием следует понимать установление путем расчета норм времени или норм выработки в результате проверки и выявления производственных возможностей рабочего места и проектирования регламента наиболее производительной работы. Основной задачей технического нормирования процессов труда является выявление и использование резервов роста объема производства и обеспечение систематического повышения производительности труда на базе внедрения технически обоснованных норм времени. Предметом этой дисциплины (техническое нормирование процессов труда) является разработка теории и практики установления технически обоснованных норм времени на основе изучения, обобщения и внедрения передовых форм организации труда, обеспечивающих наиболее рациональное использование рабочего времени, средств труда и предметов труда. Определение технической нормы базируется на решении комплекса взаимосвязанных вопросов технологии, экономики и организации производства. Особенности производства, которые должны быть при этом учтены, следующие: • особенности данного типа производства, в котором осуществляется нормируемый процесс труда; • особенности применяемых в процессе орудий труда (станок, инструмент, приспособление); • особенности предмета труда (обрабатываемая деталь, ее размеры, конструкция, масса, точность и т.д.); • конкретные формы организации труда на рабочем месте; • организация снабжения рабочего места материалами, заготовками, инструментом и т.д.; • технологические условия, режимы и приемы работы. Таким образом, задачи технического нормирования, задачи установления технических норм в производстве разрешаются на основе выявления внутренней связи и взаимообусловленности

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

392

ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

нормируемого процесса со всем производством, его особенностями, факторами, в числе которых первым и основным являются люди, с отдельными элементами организации общественного труда на данном предприятии в цехе или на участке. Содержание технического нормирования, его основные положения и сами технические нормы нельзя рассматривать как нечто неизменное. Они находятся в состоянии непрерывного движения и развития, так как непрерывно изменяется и совершенствуется техника, организация производства и все больше повышается культурно-технический уровень рабочих и их отношение к труду. Появление новых машин, новых методов обработки, новых инструментов требует, как правило, установления не только новых норм, но и новых методов их расчета. Основным направлением развития технико-нормировочной теории и практики является изучение и вскрытие новых источников повышения производительности труда, возникающих на предприятиях на базе прогрессивных сдвигов в технике и технологии, на базе появления новых форм организации труда и производства.

17.3. Связь технического нормирования с технологией, организацией, планированием производства, заработной платой и себестоимостью продукции 17.3.1. Техническое нормирование и технологические процессы изготовления изделий Спроектированный технологический процесс изготовления изделий является исходной базой для технического нормирования. Установление норм времени по операциям является органическим продолжением работы по проектированию технологического процесса. Таким образом, связь технического нормирования с технологическим процессом очевидна. Следует добавить, что работы по определению технической нормы времени на операции тесно связаны с проектированием операции — расчетами режимов резания на станках и проектированием рабочих приемов (какие приемы и в какой последовательности должны выполняться на операции). Выбор варианта технологического процесса должен производится не только в зависимости от технологических, но и от основных

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

17.3. СВЯЗЬ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ С ТЕХНОЛОГИЕЙ, ОРГАНИЗАЦИЕЙ, ПЛАНИРОВАНИЕМ

393

экономических требований: уровня заданного повышения производительности труда и снижения себестоимости. Техническое нормирование, определяя величину затрат времени для различных вариантов технологического процесса, способствует выбору такого варианта, при котором достигается наиболее высокий комплексный технико-экономический эффект.

17.3.2. Техническое нормирование и организация труда Чтобы производительность труда систематически повышалась, необходимо поставить рабочих в такие условия, которые давали бы возможность успешно работать, улучшать качество продукции. Организация труда и нормирование неразделимы. Основные пути улучшения организации труда: • разделение процесса труда на операции; • отделение квалифицированной работы от неквалифицированной; • отделение подготовительных и подсобных работ от основной работы. Проектирование нормы времени неотделимо от анализа и проектирования условий, в которых должны выполняться нормы. Исследование процесса труда и проектирование оптимальных условий, при которых труд был бы наиболее производителен, непосредственно связаны с определением длительности процесса, т. е. с определением нормы времени. 17.3.3. Техническое нормирование и оплата труда Рост производительности труда влечет за собой рост заработной платы. Вместе с тем, повышение материального благосостояния трудящихся является одной из важнейших предпосылок дальнейшего подъема производительности труда. Система оплаты труда стимулирует рост производительности труда, рост квалификации рабочего и, таким образом, является рычагом в борьбе за непрерывный рост производительности труда. Сдельная форма оплаты труда наиболее полно отражает указанный принцип. Сдельная оплата труда является в настоящее время основной и наиболее распространенной системой заработной платы. Сдельная система оплаты труда требует: 1) установления нормы

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

394

ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

времени на заданный объем работы; 2) расчета на основе такой нормы сдельной расценки. Сдельная расценка за единицу работы рассчитывается по следующей формуле: C K (17.3) P  tш ч , 60 где Р — сдельная расценка за установленную единицу работы (например, за 1 шт., за одну весовую единицу и т.д.); tш – нормированное время, мин, на выполнение оплачиваемой единицы работы; Cч — тарифная ставка сдельщика, ч, по 1-му разряду тарифной сетки; K – тарифный коэффициент разряда выполняемой работы по тарифной сетке. Отсюда видно значение качества установленных норм для обоснованного определения сдельной расценки и, следовательно, для правильной организации заработной платы рабочих сдельщиков. Определение тарифного разряда работы производится по тарифно-квалификационным справочникам. Недостатки в области нормирования труда и установлении норм приводят к «уравниловке» в оплате труда и, следовательно, к нарушению принципа оплаты по количеству и качеству труда.

17.3.4. Техническое нормирование и заводское планирование на производстве На основе технических норм времени определяются и проверяются, с точки зрения эффективности использования, производственные мощности цехов и заводов, рассчитываются и обосновываются производственные программы цехов, участков и плановые задания для отдельных рабочих мест. На основе технических норм времени определяется численность рабочих и фонды заработной платы. На основе технических норм определяются размер партий деталей, величины заделов, сроки запуска и выпуска изделий, длительность производственного цикла, количество необходимых станков, загрузка оборудования и производственных площадей. Количество станков, которые требуются для выполнения программного задания, определяется следующим образом:

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

17.3. СВЯЗЬ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ С ТЕХНОЛОГИЕЙ, ОРГАНИЗАЦИЕЙ, ПЛАНИРОВАНИЕМ

С

tш W , Fg 60

395

(17.4)

где W — число деталей, обрабатываемых на станке в год (годовое программное задание); Fg — годовой действительный фонд времени работы станка, ч. Fg = 250  8 m K1, где m — число смен работы станка в сутки (норма — m = 2); K1 — коэффициент, учитывающий неизбежные простои по независящим от производства причинам, K1 = 0,95 ... 0,98. На основе технических норм времени строятся оперативнокалендарные планы, обеспечивающие равномерный, ритмичный выпуск продукции. План по выпуску продукции бригадой рабочих или отдельным рабочим за рабочую смену определяется на основе технических норм времени.

17.3.5. Техническое нормирование и себестоимость продукции Техническое нормирование заметно влияет на себестоимость продукции и является важным оружием в борьбе за систематическое снижение издержек производства. Нормы, установленные техническим нормированием, определяют уровень себестоимости продукции, так как в себестоимости продукции машиностроительного завода заработная плата имеет значительный удельный вес. Величина же заработной платы на единицу продукции определяется главным образом сдельными расценками, уровень которых, как выше было указано, зависит от установленных норм. Себестоимость продукции может быть определена следующим образом: С = М + З + Н,

(17.5)

где М — стоимость материалов, руб.; З — заработная плата рабочих, обрабатывающих данное изделие на всех операциях его изготовления, руб.; Н — накладные расходы, руб. (амортизация зданий, сооружений, оборудования, зарплата инженерно-технических работников, расходы на освещение, отопление и др.).

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

396

ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Заработная плата может быть рассчитана по формуле З = Ззаг + Змех + Зсбор ,

(17.6)

где Ззаг — зарплата рабочих заготовительного цеха; Змех — зарплата рабочих механического цеха; Зсбор — зарплата рабочих сборочного цеха. Это выражение можно представить также в следующем виде: З = (з  tш)i + (з  tш)к +(з  tш)j ,

(17.7)

где i — количество операций в технологическом процессе изготовления по заготовительному цеху; к — то же, по механическому цеху; j — то же, по сборочному цеху; з — стоимость 1 мин работы рабочего на данной операции (заработная плата за 1 мин); tш — штучное время обработки детали на данной операции (нормы времени). Изменяя tш, т.е. норму времени, мы тем самым способствуем изменению величины З — одной из слагаемых себестоимости. С увеличением выпуска продукции (с увеличением производительности) уменьшается величина Н, приходящаяся на 1 изделие. Снижение нормированных затрат рабочего времени на единицу продукции влечет за собой рост производительности труда, который сказывается не только на уменьшении расходов по производственной заработной плате, но и на уменьшении доли так называемых цеховых и общезаводских расходов в себестоимости единицы продукции. Снижение этих расходов определяется тем, что в результате роста производительности труда увеличивается выпуск продукции, и, следовательно, на единицу продукции таких расходов приходится меньше.

17.4. Методы нормирования Существуют два метода определения норм времени: аналитический (поэлементный) и суммарный. Аналитический метод встречается двух разновидностей: а) аналитический расчетный и б) аналитический исследовательский. Суммарный метод имеет также несколько разновидностей: опытный; опытно-статистический; сравнительный. Аналитический метод нормирования — наиболее рациональ-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

17.4. МЕТОДЫ НОРМИРОВАНИЯ

397

ный метод установления норм в производстве. Установление технической нормы этим методом производится следующим образом. 1-й этап. Производится анализ условий работы и структуры операции по составляющим элементам и рабочим приемам и факторов, влияющих на продолжительность элементов и операции в целом. 2-й этап. Выполняется проектирование состава и содержания операции по элементам на основе рационального сочетания факторов, влияющих на продолжительность как отдельных элементов, так и всей операции в целом; выбор, расчет режима резания для всех инструментов на станке, определение содержания и последовательности всех вспомогательных приемов операции. 3-й этап. Осуществляется разработка организационно-технических мероприятий, обеспечивающих внедрение запроектированных режимов, приемов работы и обслуживания рабочего места. 4-й этап. Производится определение (расчет) действительных во времени отдельных элементов и операции в целом. Определение времени выполнения операции осуществляется либо расчетом по нормативам, разработанным на отдельные рабочие приемы и комплексы, либо на основе данных, полученных путем непосредственного наблюдения и измерения затрат времени на операцию в самом производстве. Первый способ определения времени операции называется аналитическим расчетным, второй — аналитическим исследовательским. Конечной целью анализа и проектирования операции этими методами является установление такого режима работы и такой структуры операции, которые обеспечивают более короткую продолжительность операции в целом. При аналитическом расчетном методе нормирования пользуются нормативами времени отдельных элементов работы (операции). Нормативы эти разрабатываются для нормальных условий работы и оформляются в виде таблиц, графиков и номограмм. Наибольшее применение имеет табличная форма нормативов. Нормативы времени должны обеспечивать установление технических норм времени, следовательно, они должны строиться на базе передовой техники, технологии, передового опыта и систематически подвергаться корректировке.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

398

ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Аналитический исследовательский метод отличается от аналитического расчетного тем, что исходными данными для анализа, проектирования операции и определения норм являются данные исследования операции и измерения затрат рабочего времени в самом производстве. Аналитический исследовательский метод нормирования особенно ценен при изучении приемов работы рабочих новаторов производства, для обобщения и перенесения их на другие рабочие места. Области применения аналитического метода нормирования: массовое, серийное (крупносерийное) производство и единичное производство с большой длительностью операции, например – тяжелое машиностроение. При непродолжительности операции в единичном производстве применение аналитического метода нормирования вследствие его трудоемкости нерационально. Суммарный метод нормирования — метод, при котором норма времени устанавливается на всю операцию в целом без анализа и расчленения ее по составным частям. Нетрудно понять, что этот метод, не предусматривая анализа операции и ее проектирования, не является прогрессивным, однако он находит применение в единичном и серийном (мелкосерийном) производстве. Опытный метод. При опытном методе норма времени определяется «на глазок» опытным нормировщиком на основе накопленного им опыта в результате ознакомления с работой. Это ненаучный, субъективный метод. Величина нормы времени в этом случае зависит целиком от опыта и субъективных данных нормировщика. Чем скорее будет покончено с таким методом нормирования, тем лучше. Опытно-статистический метод. Норма времени определяется на основе записей в специальных журналах фактической продолжительности работ, которые выполнялись в цехе. В журнале фиксируются: а) наименование детали; б) эскиз детали с основными размерами; в) характеристика исходной заготовки; г) содержание работы, ее сущность; д) станок, на котором выполнялась работа; е) фамилия рабочего; ж) дата; з) фактически затраченное время. Если подобная работа встретится в будущем, можно определить время, необходимое для ее выполнения, на основе журнальных записей. Опытно-статистический метод — шаг вперед по сравне-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

17.4. МЕТОДЫ НОРМИРОВАНИЯ

399

нию с опытным методом. Он основан не на субъективных данных нормировщика, а на объективных статистических данных продолжительности выполненных работ. Однако нормирование по статическим данным — это ориентация на уже достигнутый уровень производительности труда. Этот метод не может обеспечить повышения производительности. Нормирование путем сравнения. Обрабатываемые детали классифицируются по признакам однородности или подобия конструкции и технологического процесса. Для каждой группы отбирается несколько деталей — типовых представителей, различающихся, главным образом, основными размерами. Для деталей типовых представителей разрабатывается на основе анализа и проектирования рациональный технологический процесс, который и принимается в качестве типового. Типовой технологический процесс указывает перечень и последовательность операций, переходы этих операций, число переходов в соответствии с нормальными припусками на обработку. Определяется группа оборудования, на которой должны выполняться эти операции, применяемый инструмент и оснастка. По каждой операции аналитическим методом рассчитывается норма времени. Таким образом, для каждой группы деталей по нескольким (от 3 до 5) представителям устанавливается технологический процесс и определяются нормы времени. Нормы времени для другой детали, относящейся к этой или иной группе, определяются способом сравнения. Деталь по операциям обработки, для которой устанавливается норма, сравнивается с типовым представителем детали данной группы и, таким образом, выявляются две детали, близкие по основным параметрам (технологический процесс, размеры, материалы и др.) к нормируемой детали, одна — меньшая по размерам, другая — большая. Из двух норм по этим двум деталям интерполируется искомая норма времени. Нормативные материалы для определения норм времени по способу сравнения оформляются в виде графиков, таблиц и эмпирических формул. Установление нормы способом сравнения имеет место главным образом в условиях единичного и мелкосерийного производства по работам относительно небольшой трудоемкости. В этих условиях:

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

400

ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

• технологические процессы разрабатываются укрупнено; • незначительная повторяемость работ делает специальное изучение и анализ затрат времени на эту работу экономически нецелесообразным; • значительная, часто меняющаяся, разнообразная номенклатура работ требует простых и нетрудоемких способов нормирования.

17.5. Классификация затрат времени на рабочем месте Изучение затрат рабочего времени требует систематизации и классификации разнообразных видов затрат рабочего времени в различных производственных процессах. Такая классификация, выработанная на основе обобщения опыта, предлагается для рассмотрения на рис. 17.1. Рабочий день (рабочая смена) складывается из рабочего времени и времени перерывов. Здесь имеются в виду перерывы, наблюдающиеся в течение рабочего дня (смены). Перерывы на приемы пищи, как известно, в рабочий день (смену) не включаются. Рабочее время подразделяют на: подготовительно-заключительное; основное, или технологическое; вспомогательное; обслуживания рабочего места. Подготовительно-заключительное время — время, затрачиваемое на подготовку рабочего места перед началом обработки партии изделий, и на приведение рабочего места в нормальное состояние по окончании обработки партии деталей. Это время, затрачиваемое на первоначальное ознакомление с работой и чертежом, подготовку рабочего места, наладку оборудования, установку и снятие приспособления, оформление и сдачу работы (рис. 17.2). Основное, или технологическое время — время, в течение которого происходит изменение формы, размеров или состояния обрабатываемого изделия. Оно может быть машинным, машинно-ручным или ручным (слесарная опиловка детали). Структура основного машинного времени приведена на рис. 17.3. Вспомогательное время — время, затрачиваемое на выполнение действий, повторяющихся с каждым изделием, необходимых для выполнения основной работы или для ее подготовки (установка и снятие детали, пуск и остановка станка, перемещение стола или

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Основное время

Время подготовительнозаключительной работы

Непроизводительная работа

Производительная работа

Время технического обслуживания

Ненормируемое время

Время простоев по различным причинам

Время перерывов

Время отдыха и личных надобностей

СМЕНА

Рис. 17.1. Классификация затрат времени на рабочем месте

Нормируемое время

Время перекрываемое

Время организации обслуживания

Время обслуживания рабочего места

Время неперекрывное

Вспомогательное время

Время оперативной работы

Время работы

Р АБОЧАЯ

17.5. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАТРАТ ВРЕМЕНИ НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ

401

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

4. Сдача чертежа, оформление и сдача наряда на выполненную работу

3. Сдача остатков материала и заготовок в кладовые.

Рис. 17.2. Виды затрат подготовительно-заключительного времени

4. Установка приспособления и наладка станка с целью получения изделия требуемых размеров и формы

3. Получение из кладовых приспособле ния, инструмента , материала, загото вок.

2. Сдача обработанных деталей контро леру.

1. Снятие приспособления и инструмен та со станка и сдача их в кладовую.

1. Ознакомление с чертежом и заданием.

2. Получение инструктажа относительно ведения работы.

ЗА К Л Ю ЧИ ТЕ Л Ь Н О Е

П ОДГОТОВИТЕЛЬНОЕ

ВРЕМЯ

П ОДГОТОВИТЕЛЬНО - ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ

402 ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Собственно технологическое время

Время выхода (перебега) инструмента

Время взятия пробных стружек

Время возврата детали в исходное положение (строгальные станки и др.)

Время возврата режущего инструмента в исходное ложение (нарезание резьбы и др.)

Холостое

Время прохода расстояния между смежными последовательно обрабатываемыми деталями

Рис. 17.3. Структуры основного (технологического) машинного времени при обработке деталей на металлорежущих станках

Время врезания инструмента

Рабочее

Основное технологическое машинное время 17.5. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАТРАТ ВРЕМЕНИ НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ

403

404

ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

суппорта станка и т. п.). Вспомогательное время может быть ручным, машинно-ручным (установка детали на станке при помощи крана, перемещение столов и суппортов с помощью механизмов станка) и машинным (например, на токарных автоматах). Структура вспомогательного времени показана на рис. 17.4. Время обслуживания рабочего места — время, которое рабочий затрачивает на уход за рабочим местом. Подразделяется на техническое и организационное. Время обслуживания рабочего места техническое — смена инструмента при затуплении, регулировка и подналадка станка, инструмента и приспособления и т.п. Время обслуживания рабочего места организационное — раскладка и уборка инструмента в начале и конце смены, смазка и чистка станка, сметание стружки, передача смены и т.п. Рабочее время разделяют на регламентированное и лишнее. Регламентированное время — время, предусмотренное нормой времени, лишнее время — время, превышающее установленные нормативы. Следует добавить, что ручное время бывает перекрываемое и неперекрываемое машинным временем. В целях повышения производительности, проектируя операцию, следует добиваться, чтобы ручное время перекрывалось машинным, если это возможно по условиям их длительности. Время перерывов различают: зависящее от рабочего; независящее от рабочего. Перерывы, зависящие от рабочего: 1) отдых, естественные надобности, физиологические потребности; 2) нарушения трудовой дисциплины; 3) случайные личные задержки (травма, отлучка от рабочего места по уважительной причине). Перерывы, не зависящие от рабочего: 1) технологические (бездействие токаря во время машинно-автоматической работы), 2) организационные (перерывы ожидания работы, ожидание чертежа, материала, инструмента, наряда и т.п.). Перерывы могут быть регламентированные и лишние. Регламентированные перерывы — те, которые по характеру и величине предусмотрены нормой времени в определенных размерах (отдых, естественные надобности, физиологические потребности). Технологические перерывы в работе рабочего, как и перерывы на отдых

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

3. Переключение скоростей главного рабочего движения, подач и т. п.

3. Поворот и фиксация приспособления и др.

2. Переключение револьверных головок на револьверных станках и автоматах, поворот резцедержателей суппортов и т. п.

1. Смена патрона с инстру ментом при обработке каждой детали (радиально сверлильные станки).

1. Закрепление заготовки. 2. Открепление детали.

Вспомогательное время, связанное с инструментом

Вспомогательное время, связанное с приспособлением

Рис. 17.4. Структура вспомогательного времени

5. Промеры детали и др.

4. Снятие детали со станка.

3. Выверка положения заготовки.

2. Установка заготовки на станке.

1. Подъем и перемещение детали.

1. Пуск и остановка станка.

2. Перемещение столов, суп портов, траверс и бабок.

Вспомогательное время, связанное с деталью

Вспомогательное время, связанное со станком

Вспомогательное время 17.5. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАТРАТ ВРЕМЕНИ НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ

405

406

ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

и естественные надобности, могут быть регламентированные и лишние. Все остальные перерывы, а именно, нарушения дисциплины, случайные личные задержки, перерывы организационного характера, относятся к лишним перерывам.

17.6. Структура нормы времени и ее элементы Рассмотренная выше классификация затрат рабочего времени дает возможность определить состав технической нормы времени (рис. 17.5). Формула штучного времени может быть выражена в следующем виде: tш = t0 + tв + tоб + tn ,

(17.8)

где tш — штучное время, мин; t0 — основное или технологическое время, мин; tв — вспомогательное время, мин; tоб — время обслуживания рабочего места, мин; tn – время перерывов на отдых, естественные надобности и физиологические потребности, мин. В условиях массового производства подготовительно-заключительного время не затрачивается, и поэтому структура нормы времени совпадает с составом нормы штучного времени. Сумма основного и вспомогательного времени называется оперативным временем tоп = t0 + tв .

(17.9)

Формула (17.8) может быть представлена в развернутом виде: tш = t0 + tв.нп + tоб.т + tоб.о + tn ,

(17.10)

где tв.нп — вспомогательное время неперекрываемое машинным; tоб.т — время обслуживания рабочего места техническое; tоб.о — время обслуживания рабочего места организационное. Если выразить в формуле (17.10) последние три слагаемых в процентах от основного и оперативного времени и обозначить через K1 — процентное отношение времени на техническое обслуживание рабочего места к основному времени, K2 — процентное отношение времени на организационное обслуживание рабочего места к оперативному времени и K3 — процентное отношение времени на отдых и естественные надобности рабочего к оперативно-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

407

17.6. СТРУКТУРА НОРМЫ ВРЕМЕНИ И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Норма времени

Норма подготовительно заключительного времени

Норма штучного времени

Вспомогательное время

Основное время

Оперативное времени

Время обслуживания

Время на отдых и естественные надобности

Время организационного обслуживания

Время технического обслуживания

Рис. 17.5. Классификация затрат времени на рабочем месте

му времени, то tш = (t0 + tв.нп) + t0 K1/100 + tоп K2/100 + tоп K3/100 = (t0 + tв.нп) + t0 K1/100 + tоп(K2/100 + K3/100) и окончательно tш = tоп(1 + K2/100 + K3/100) + t0 K1/100.

(17.11)

Для операций, нормируемых в условиях мелкосерийного и единичного производства по элементам оперативного времени, штучное время определяется следующим образом: tш = tоп(1 + K/100),

(17.12)

где K — суммарное процентное отношение времени на обслужи-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Машинное

Основное или технологическое

Организационное

Вспомогательное

Техническое

Отдых, естественные надобности, физиологические потребности

Обслуживание рабочего места

Нарушение дисциплины

Случайные личные задержки

Зависящие от рабочего

Технологическое

Организационнотехническое

Независящие от рабочего

ВРЕМЯ ПЕРЕРЫВОВ

Рис. 17.6. Классификация рабочего времени и времени перерывов

Неперекры ваемое машинным временем

Машинноручное

Перекрываемое машинным временем

Ручное

Подготовительнозаключительное

РАБОЧЕЕ ВРЕМ Я

РАБОЧИЙ ДЕН Ь

408 ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

17.7. ОСНОВНАЯ ФОРМУЛА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ВРЕМЕНИ

409

вание рабочего места, перерывы на отдых и естественные надобности ко времени оперативной работы. При серийном производстве, когда при изготовлении партии n деталей затрачивается подготовительно-заключительное время tn.з, норма времени на изготовление партии tшк = tn.з + n tш. Штучно-калькуляционное время, образуемое суммой штучного времени и доли подготовительно заключительного времени, приходящейся на одну деталь, определяется по формуле tK = tшк/n = tn.з /n tш .

(17.13)

Классификация рабочего времени и времени перерывов приведена на рис. 17.6.

17.7. Основная формула технологического времени и ее преобразование для различных станочных работ Основное (технологическое) время определяется по формулам, соответствующим кинематике взаимных движений обрабатываемой детали и режущего инструмента данного вида обработки. Для всех видов работ, выполняемых на металлорежущих станках, основное время может быть выражено формулой L t0  i, мин, (17.14) Sм где L — длина пути инструмента или детали в направлении подачи в зависимости от кинематики движения на станке, мм; Sм — путь, пройденный инструментом или обрабатываемой деталью в направлении подачи, мм/мин; i — число проходов. Эту формулу основного времени можно представить в следующем развернутом виде. Полагая L = l + l1 + l2 + l3 и Sм = Sn, получим l  l1  l2  l3 (17.15) t0  i, Sn где l — размер обрабатываемой поверхности детали, мм, по которой осуществляется перемещение инструмента (или самой дета-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

410

ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

ли) в направлении подачи; для различных видов обработки этот размер определяется по разному; l1 — величина врезания инструмента, мм, зависящая от геометрических параметров заборной (режущей) части инструмента, отдельных элементов резания и размеров обрабатываемых поверхностей. Для обеспечения свободного подхода инструмента к обрабатываемому предмету с рабочей подачей, расчетную величину врезания следует увеличить на 0,5... 2 мм; l2 — перебег инструмента или детали, l2 = 1 ... 5 мм в зависимости от величины инструмента. При работе инструментом в упор (подрезка уступа, глухое сверление и др.) l2 = 0; l3 — дополнительная длина, мм, на взятие пробных стружек, имеющая место в условиях единичного, мелкосерийного и серийного производства при работах на универсальных станках со взятием пробных стружек. В зависимости от величины режущего инструмента и величины детали l3 = 3...10 мм. При работе на настроенных станках l3 = 0. Путь, пройденный инструментом или обрабатываемой деталью в направлении подачи, мин, определяется по формулам: Sм = Sn, мм/мин или Sм = SZ z n, мм/мин, где SZ — подача, мм, на одно режущее лезвие инструмента, на 1 зуб фрезы, на 1 зуб развертки и т.д.; z — число режущих зубьев инструмента; S — подача, мм, на 1 оборот режущего инструмента или детали; n — число оборотов или двойных ходов в минуту в зависимости от кинематики рабочего (главного) движения на станке. При вращательном главном движении (токарные, сверлильные, фрезерные и др. станки) v 1000 (17.16) n , об/мин. D При поступательном возвратном главном движении: если vpx = vxx (долбежные, зубодолбежные, зубострогальные и др. станки), v 1000 (17.17) n , дв.х/мин. 2 Lpx если vpx < vxx (шепинги, продольно-строгальные и др. станки),

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

17.8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

n

vpx 1000  vpx  Lpx  1    vхx 

, дв.х/мин.

411

(17.18)

В формулах (7.16)—(7.18) приняты следующие условные обозначения: v — скорость резания, м/мин; D — диаметр обрабатываемой поверхности детали или инструмента, мм; vpx — скорость рабочего хода, м/мин; vxx — скорость холостого хода, м/мин; Lpx — длина хода инструмента или детали в направлении главного (рабочего) движения, мм, равная длине обрабатываемой поверхности, включая пробеги в начале и в конце хода. Подробнее о формулах для расчета основного времени и подсчете размеров при различных методах обработки снятием стружки на металлорежущих станках можно познакомиться в книге С.Д. Тишина «Формулы основного технологического (машинного) времени работы на металлорежущих станках».

17.8. Определение вспомогательного времени Продолжительность всех затрат времени, в том числе и затрат на выполнение отдельных приемов, в первую очередь обуславливается деятельностью самого рабочего, его отношением к труду, квалификацией, производственными навыками. При серийном и массовом производстве время на выполнение вспомогательных операций устанавливается по каждому приему в отдельности одним из следующих методов. 1. По нормативам. Нормы времени на вспомогательные приемы в зависимости от характера работы систематизированы и оформлены на основе специальных исследований, опытных данных в виде таблиц, удобных для пользования. Пользование такими нормативами сокращает время, затрачиваемое на расчет технической нормы на операцию. 2. На основе исследования операции на рабочем месте, наблюдения и анализа с помощью хронометража. Определение норм времени с помощью хронометража следует применять в массовом производстве, в тех случаях когда нормативные данные отсутствуют, а также с целью накопления данных, систематизации их, разработки и оформления нормативов.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

412

ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

17.9. Определение времени обслуживания рабочего места При установлении норм времени следует исходить из такой системы обслуживания рабочих мест, при которой исключаются какие бы то ни было простои и непроизводительная работа рабочих из-за недостатков в обслуживании. Основные рабочие должны быть освобождены от подсобной работы, которая может выполнятся обслуживающими и вспомогательными рабочими. Однако часть работ этого вида должна выполняться производственными рабочими, например, смена инструмента. В условиях массового и серийного производства с машинным или механизированным основным временем для более точного определения норм времени обслуживания рабочего места целесообразно определять время на техническое организационное обслуживание раздельно. В этом случае время на техническое обслуживание определяется в процентах к основному машинному времени K1, время на организационное обслуживание — в процентах к оперативному времени K2. Величины K1 и K2 выбираются по нормативам в зависимости от характера работ. При мелкосерийном и единичном производстве время обслуживания рабочего места, особенно при незначительном удельном весе его в балансе рабочего времени смены, на техническое и организационное не разделяется. В этом случае общее время на обслуживание рабочего места нормируется в целом в процентах к оперативному времени K.

17.10. Определение подготовительно-заключительного времени При определении норм времени на подготовительно-заключительное время следует подразделять его на следующие группы. 1. Получение документации (чертеж, наряд), материалов (заготовок) инструмента и технологической оснастки, необходимых для изготовления партии деталей, а также сдачу готовых деталей, документации и оснастки по окончании работы по данному заданию. 2. Ознакомление с работой (чертежами, образцами, инструкциями и т. п.) и получение специальных указаний по заданной работе.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

17.11. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ НА ОТДЫХ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАДОБНОСТИ

413

3. Наладка и настройка оборудования, механизмов, приспособлений, инструментов. 4. Изготовление пробных деталей (пробная обработка). Время для каждого вида подготовительно-заключительных работ определяется в отдельности или по нормативам, или по результатам специальных наблюдений (фотографии рабочего дня). В массовом и поточном производстве подготовительно-заключительная работа не имеет места.

17.11. Определение времени на отдых и естественные надобности В состав технической нормы включается время на естественные надобности и отдых рабочего. Время на отдых предусматривается лишь при выполнении физически тяжелых и ускоренных по темпу работ, а также при большом грузообороте, т.е. при большом количестве груза, проходящего через руки рабочего в течение рабочей смены. При станочных работах, учитывая технологические перерывы рабочего, как правило, надбавка на отдых не дается, а дается лишь надбавка на естественные надобности (7—8 мин, что составляет примерно 2% от оперативного времени. На сборочных и конвейерных линиях за основу нормирования времени перерывов для отдыха и естественных надобностей целесообразно принимать регламентированный режим работы в смену, предусматривающий определенное (в течение рабочего дня) распределение периодов работы и перерывов на отдых.

17.12. Нормирование работ при многостаночном обслуживании Рабочие, работающие на металлорежущих станках, выполняют следующие операции: • организуют рабочее место, осуществляют наладку и настройку станков, приспособлений и инструментов; замену последних по мере износа и затупления; • приводят в движение отдельные механизмы станков н приспособлений, обрабатываемые заготовки и инструменты с целью

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

414

ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

придания им требуемого положения в процессе обработки, путем включения соответствующих устройств и электродвигателей; • при помощи станка, приспособления и инструментов воздействуют на заготовку и придают ей требуемую форму и размеры, обеспечивая точность, предписанную чертежом детали и техническими условиями; • обеспечивают бесперебойную работу станков и инструментов путем своевременной подачи заготовок и уборки от станков обработанных деталей и отходов (стружки); • осуществляют контроль размеров, формы и других параметров обработанных деталей и ведут учет последних; • осуществляют наблюдение за работой станков и устраняют причины остановок. В зависимости от уровня и степени автоматизации процессов обработки все эти функции полностью или частично, за исключением первой и шестой, выполняются рабочими машинами-станками, оснащенными специальными автоматическими приборами и механизмами. При этом, как известно, снижается или полностью устраняется необходимость затрачивать мускульную силу рабочих. Одновременно с ростом уровня автоматизации и усложнением механизмов станков, автоматических приборов и устройств, которыми оснащены станки, повышаются требования к квалификации рабочих, к уровню их технических знаний. Изменяется характер труда рабочих, обслуживающих станки-автоматы. С развитием автоматизации создаются условия, при которых человек от обслуживания одного станка может перейти к многостаночному обслуживанию, т.е. к обслуживанию нескольких станков или к обслуживанию комплекса станков, на которых выполняются различные операции по обработке детали. Многостаночное обслуживание может и должно также осуществляться и при обработки деталей на станках неавтоматических и полуавтоматических: строгальных, фрезерных, резьбофрезерных, зубофрезерных, зубодолбежных, токарных полуавтоматах и других, работающих с большим машинным временем. В этом случае обязательными являются следующие условия: 1. Перекрытие максимальным из всех объединенных в группу операций машинным временем суммы вспомогательного времени на всех остальных обслуживаемых станках, чтобы была обеспечена

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

17.12. НОРМИРОВАНИЕ РАБОТ ПРИ МНОГОСТАНОЧНОМ ОБСЛУЖИВАНИИ

415

возможность загрузки станков новой заготовкой во время работы других. 2. Отсутствие необходимости постоянного наблюдения за каждым станком, т.е. известная надежность работы каждого станка. 3. Достаточно высокий коэффициент использования станков по времени. 4. Высокий, максимально допустимый, коэффициент использования времени рабочего. 5. Удобное взаимное расположение станков, объединенных в группу многостаночного обслуживания. 6. Организация рабочих мест, предусматривающая: • закрепление обрабатываемых деталей за определенным станком; • бесперебойное снабжение рабочих мест заготовками, инструментом и вспомогательными материалами; • обслуживание рабочих мест средствами механизации, транспортом и своевременная приемка обработанных деталей; • своевременная наладка станков наладчиками; • регулярная своевременная уборка стружки от станков. Несоблюдение этих условий, хотя бы частичное, может свести к нулю эффективность многостаночного обслуживания. Объединение операций при многостаночном обслуживании может быть: а) параллельное — в массовом производстве, когда на всех станках, объединенных в группу многостаночного обслуживания, выполняются одинаковые операции; б) последовательное — в поточном производстве, когда на станках группы выполняются разные операции при обработке детали одного наименования, операции следующие по ходу технологического процесса одна за другой; в) смешанное, когда на станках выполняются разные операции, не связанные между собой технологическим процессом. С увеличением количества станков, обслуживаемых одним рабочим, уменьшается доля живого труда, затрачиваемого на обработку одной детали. В связи с этим возникает задача, требующая решения: какое количество станков и при каких условиях может быть объединено в группу, обслуживаемую одним рабочим. Следует отметить три случая, когда станочная операция на одном рабочем месте может выполняться: одним рабочим; одним рабочим, обслуживающим несколько станков; бригадой, состоя-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

416

ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

щей из нескольких (двух и более) рабочих, связанных производственным процессом. Соотношение между производительностью рабочего и производительностью станка на данной операции может быть для всех трех случаев представлено следующим образом. В первом случае

Праб = Попер .

Во втором случае

Праб = Попер X,

где X — число станков, обслуживаемых одним рабочим на данной операции. В третьем случае

Праб = Попер/B,

где В — число рабочих в бригаде. При проектировании технологических процессов и разработке операций с многостаночным обслуживанием необходимо определить расчетным путем: • число станков, которое может быть объединено в группу многостаночного обслуживания; • коэффициент использования времени рабочего станочника; • средний коэффициент использования станков, объединенных в группу многостаночного обслуживания, по времени; • коэффициент использования по времени каждого станка. Расчеты этих величин могут быть выполнены на основе следующих соображений. Основное условие многостаночного обслуживания может быть выражено следующим образом:  t0max 

i  X 1

 i 1

(tв )i ,

(17.19)

где t0'max — максимальное машинное время на одной из всех объединенных операций; X — число станков в группе многостаночного обслуживания; tв — вспомогательное время операции. Прибавляя к обеим частям этого неравенства tв', т.е. вспомогательное время, относящееся к операции с максимальным машинным временем, получим время, называемое рабочим циклом при многостаночном обслуживании Тц:

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

417

17.12. НОРМИРОВАНИЕ РАБОТ ПРИ МНОГОСТАНОЧНОМ ОБСЛУЖИВАНИИ

 Тц  t0max  tв 

i  X 1

 i 1

(tв )i .

Рабочий цикл при многостаночном обслуживании i X

Tц   (tв )i  tнвр , i 1

(17.20)

где tнвр — неиспользованное для производственной работы время рабочего в течение рабочего цикла. Отсюда i X

tнвр  Tц   (tв )i i 1

и коэффициент использования времени рабочего многостаночника i X

вр  1 

tнвр Tц



 (tв )i i 1



.

(17.21)

Из этого выражения видно, что коэффициент использования времени будет тем выше, чем величина i X

 (tв )i i 1

ближе к величине Tц. Ориентировочно можно принять вр = 0,6...0,8 в зависимости от утомительности работы, которая зависит от массы заготовок, перемещенных рабочим в течение смены в весовом выражении, и от темпа выполняемой работы. Коэффициент использования времени станков при многостаночном обслуживании определится следующим образом. Затрата времени всеми станками, объединенными в группу многостаночного обслуживания за один цикл, будет определяется по формуле i X

XTц   (t0  tв )i  tнвс , i 1

где tнвс — суммарные потери времени всех станков в группе.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

418

ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

i X

tнвс  XTц   (t0  tв )i . i 1

Средний коэффициент использования станков по времени i X   XTц   XTц   (t0  tв )i  t i 1   с  1  нвс  XTц XTц

или окончательно

i X

с 

 (t0  tв )i i 1

.

XTц

Учитывая, что время организационного и технического обслуживания рабочего места tоб по сравнению о оперативным временем tопер= t0 + tв невелико, в этих расчетах с достаточной для практических целей точностью можно полагать, что tш  t0 + tв , и тогда i X

с 

 (tш )i i 1

XTц

.

(17.22)

Коэффициент использования времени каждого отдельного станка в группе многостаночного обслуживания может быть определен следующим образом. В ряде случаев целесообразно объединять операции, имеющие значительные различия в величине штучного времени. Даже если штучное время отдельных операций будет вдвое и втрое меньше Tц, то такие операции могут быть включены по две и по три в рабочий цикл. В общем виде i  1 

tнвс Z(t0  tв ) Z(tш )i   , Tц Tц Tц

где Z — число одинаковых операций на данной станке, включенных в цикл. Коэффициент использования станка по времени не должен быть ниже нормативов, установленных для данного типа производства.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

17.12. НОРМИРОВАНИЕ РАБОТ ПРИ МНОГОСТАНОЧНОМ ОБСЛУЖИВАНИИ

419

Определим количество станков, которые могут быть объединены в группу многостаночного обслуживания. Для этого используем уравнение (17.20). i X

Tц   (tв )i  tнвр  Хtвср  tнвр , i 1

где X — число станков, объединенных в группу многостаночного обслуживания; tв ср — среднее арифметическое из всех вспомогательных времен объединенных операций. Разделив обе части этого равенства на Tц и подставив из уравнения (17.21) значение tнвр  1  вр , Tц получим 1

Х tвср Tц



tнвр Tц



Х tвср Tц

 1  вр ,

или Хtвср Tц

 вр  0.

Окончательно X  вр

Tц tвср

.

Зная Tц — штучное время операции с наибольшим машинным временем, определив tв ср — среднее арифметическое всех вспомогательных времен и задавшись вр, легко определить число станков, которое возможно объединить в группу многостаночного обслуживания. При расчетах многостаночного обслуживания на полуавтоматах во всех приведенных выше формулах следует принимать величины: t0 — машинное время, мин, представляющие собой длительность автоматической части цикла, в течение которой станочникоператор полностью освобожден от выполнения вспомогательных элементов операции;

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

420

ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

tв — ручное время вспомогательных элементов операции, мин, выполненных рабочим станочником. Пример 1. Пусть машинное время операции t0 = 4 мин, вспомогательное tв = 0,8 мин. Примем коэффициент использования времени рабочего в = 0,75. Число станков, которое при этих условиях возможно объединить в группу, будет Х  вр

Tц tв ср

 0,75

4,8  4,5 станка. 0,8

Принимаем 4 станка. Коэффициент использования станков i X

с 

 (tш )i i 1

XTц



4,8  4  1, 4  4,8

т.е. при этих условиях простоев станков, вызываемых многостаночным обслуживанием, не будет. График многостаночного обслуживания для этого примера приведен на рис. 17.7. Пример 2. Имеется 5 различных операций, выполняемых на станках последовательно. Основное и вспомогательное время для всех операций указано в табл. 17.1. 17.1. Основное, вспомогательное и штучное время на операциях Время операции, мин

Номер операции 1

2

3

4

5

t0

4,7

5,2

4,8

5,8

5,0



1,2

0,8

0,7

0,8

0,9



5,9

6,0

5,5

6,6

5,9

Определим среднее арифметическое вспомогательное время: tв ср 

1,2  0,8  0,7  0,8  0,9 4,4   0,88 мин. 5 5

Пусть коэффициент использования времени рабочего вр = 0,7. Подсчитываем количество станков в группе:

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

17.12. НОРМИРОВАНИЕ РАБОТ ПРИ МНОГОСТАНОЧНОМ ОБСЛУЖИВАНИИ

Х  вр

Tц tвср

 0,7

421

6,6  5,25. 0,88

Следовательно, объединить 5 станков в группу многостаночного обслуживания можно. Средний коэффициент использования станков i X

с 

 (tш )i i 1

XTц



5,9  6,0  5,5  6,6  5,9 29,9   0,91, 5  6,6 33,0

т.е. достаточно высокий. Наименьший коэффициент использования станка будет на третьей операции: Zt 1  5,5 (с )з  ш   0,83. Tц 6,6 Станки, объединенные в группу многостаночного обслуживания, должны быть расположены так, чтобы переходы рабочего от станка к станку занимали минимальное время. При необходимости определить количество станков-автоматов, объединяемых в группу, обслуживаемую одним наладчиком, расчет может вестись следующим образом. Примем следующие обозначения: Тобсл — время, мин, затрачиваемое наладчиком на одну наладку; а — число циклов работы станка, через которые требуется наладка с затратой времени; K — число наладочных операций, выполняемых наладчиком за отрезок времени Т. T K . aTц  Tобсл Периодичность обслуживания каждого станка будет aTц . Продолжительность наладочных операций за T минут будет KТобсл . При обслуживании наладчиком X одинаковых станков-автоматов при отсутствии потерь времени на каждом автомате должно быть соблюдено следующее условие: T (17.23) K Тобсл X  Т, откуда X  . K Tобсл

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

422

ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

2 2

1

3

1 а) б) 1

1

2

3

2

3

в)

3 г)

1

6

2

5

3

4

д) Рис. 17.7. Способы расстановки станков при многостаночном обслуживании

Подставляя значение величины K в формулу (17.23), получим aTц X 1 . Tобсл Вследствие размерного износа режущего инструмента и по другим причинам наладчику приходится производить регулировку инструмента и подналадку станка с различной затратой времени через разные промежутки. Время, затрачиваемое на такую подналадку, во много раз меньше, чем время при полной замене комплекса инструментов. В этом случае количество станков в группе рассчитывается ориентировочно по формуле (17.23). При этом под a понимается наименьшее количество циклов, а под Тобсл — регулярно повторяющаяся суммарная продолжительность обслуживания.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

17.12. НОРМИРОВАНИЕ РАБОТ ПРИ МНОГОСТАНОЧНОМ ОБСЛУЖИВАНИИ

423

Пример 3. На участке работают токарные автоматы. Tц = 1,6 мин, а = 90 циклов, Тобсл = 20 мин. Требуется определить число станков, обслуживаемых одним рабочим наладчиком: X 1

90 1,6  8. 20

Следовательно, в группу, обслуживаемую одним наладчиком, может быть объединено не более 8 автоматов. Пример 4. При работе группы автоматов возникает необходимость в подналадке Тобсл = 4 мин. Через а1 = 60 циклов и через а2 = 240 циклов необходима наладка Тобсл = 16 мин. Время цикла Tц = 1 мин. Требуется также определить число станков, обслуживаемых одним наладчиком: 60 1 X 1  4. 4  16 Следовательно, при этих условиях наладчик должен обслуживать не более 4 станков. Приведенные примеры не исчерпывают всех случаев, которые могут встречаться на практике при многостаночном обслуживании. Расчеты во всех остальных случаях следует производить на основе теории многостаночного обслуживания, дополняя составлением графиков многостаночного обслуживания. Графики, отличаясь наглядностью, дают возможность производить анализ и проверять результаты расчетов. Многостаночное обслуживание — один из важных путей повышения производительности труда. При обслуживании одним рабочим нескольких станков сокращается число рабочих, непосредственно занятых в процессе производства, и обеспечивается экономия живого труда. Совершенствование конструкций металлорежущих станков, развитие автоматизации процессов производства, изменение и улучшение организации труда создают большие возможности для введения многостаночного обслуживания и экономии живого труда. Однако эффективность этого мероприятия не безгранична. Если уровень производительности оборудования остается неизменным, то затраты живого труда при введении многостаночного обслуживания с увеличением количества станков в группе уменьшаются по

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

424

ГЛАВА 17. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ

закону асимптоты, темп роста производительности рабочего и экономия живого труда замедляются. Если затраты на изготовление изделия при обслуживании рабочим одного станка принять за 100%, то при многостаночном обслуживании 1 А  100. X Экономия живого труда при многостаночном обслуживании, %: 1  a   1  100.  X

С увеличением количества станков, объединяемых в группу многостаночного обслуживания, повышаются требования к конструкции станков. Уровень автоматизации и надежности их работы растет, следовательно, растут и капитальные затраты K на оборудование, т.е. повышается доля овеществленного (прошлого) труда. График на рис. 17.8 и табл. 17.2 дают наглядное представление об изменениях величин А и а при увеличении числа станков, обслуживаемых одним рабочим. При наиболее высокой ступени автоматизации производственных процессов, например при работе автоматических станочных линий, дело обстоит значительно сложнее. Обслуживание автоматических станочных линий есть многостаночное обслуживание, 17.2. Экономия труда в процентах

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Число станков, обслуживаемых одним рабочим

Затраты живого труда, %, А

Экономия живого труда, %, а

1

100,0

0,0

2

50,0

50,0

10

10,0

90,0

20

5,0

95,0

30

3,3

96,7

40

2,5

97,5

50

2,0

98,0

100

1,0

99,0

425

17.12. НОРМИРОВАНИЕ РАБОТ ПРИ МНОГОСТАНОЧНОМ ОБСЛУЖИВАНИИ

Экономия ия живого труда, да, %, α

90 80 70 60

Затраты, руб.

Соотношение затрат и экономии, %

100

50 40

Капитальн Капитальные затр затраты, траты, ы, руб., K

30 20 За Затр Затраты траты ты живого труда, да, %, А

10 0

10

20 40 30 50 60 70 80 90 Число станков, обслуживаемых одним рабочим

100

0

Рис. 17.8. Экономия, затраты живого труда и капитальные затраты при многостаночном обслуживании

однако расчеты количества обслуживающих рабочих ведутся по иной методике с использованием некоторых положений теории вероятностей. Основы такой методики разработаны и опубликованы в работе А.Д. Гальцова «Нормирование и основы научной организации труда в машиностроении».

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

В О С Е М Н А Д Ц А Т А Я

Технико-экономическая эффективность технологических процессов механической обработки 18.1. Общие положения по экономической оценке технологического процесса При проектировании технологических процессов механической обработки деталей можно наметить несколько вариантов, обеспечивающих соблюдение требуемой точности, шероховатости поверхности и других технологических требований, указанных в чертеже детали и технических условиях на нее. Из этих вариантов следует выбрать тот, который при заданных производственных условиях является наиболее экономичным. Наиболее экономичным следует считать, как правило, тот технологический процесс, который обеспечивает наименьшую себестоимость изделия и, таким образом, создает условия для рентабельной работы предприятия. Себестоимость выполнения технологического процесса при использовании тех или иных средств производства характеризует качество этого процесса с точки зрения его экономичности. Анализируя технологический процесс в отношении его экономичности необходимо в термин «рентабельность» вкладывать определенное содержание. Известно, что рентабельность (доходность) предприятия означает, что средства, полученные предприятием от реализации своей продукции, возмещают себестоимость и обеспечивают, сверх того, получение дохода. Рентабельность характеризует экономическую эффективность работы предприятия за определенный промежуток времени. В некоторых случаях следует идти на применение технологического процесса, не обеспечивающего минимальной стоимости изготовления детали, но способствующего общему развитию техни-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

18.2. КРИТЕРИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

427

ки производства, облегчающего труд рабочего или повышающего безопасность работы. Следует помнить особенности периода освоения новой техники и новой технологии. Нерентабельный в первый период освоения технологический процесс после его освоения может оказаться, как это и бывает в большинстве случаев, весьма рентабельным. Осуществление нового варианта технологического процесса или модернизация существующего, а также механизация и автоматизация технологических, транспортных и контрольных операций зачастую связаны с капитальными затратами на приобретение станков, изготовление новых инструментов, приспособлений и средств механизации и автоматизации, поэтому эффективность капитальных затрат является обязательным условием проектирования таких мероприятий. Эффективность технологических процессов, их экономичность и эффективность капитальных затрат на новую технику выявляются в результате технико-экономических расчетов и экономического анализа, который является одним из важных средств создания наиболее эффективной технологии изготовления деталей машин. Он составляет неотъемлемую часть работ по проектированию технологических процессов.

18.2. Критерии для оценки технико-экономической эффективности технологических процессов механической обработки Новые прогрессивные технологические процессы в основном требуют применения в производстве новых средств труда и вызывают дополнительные капитальные вложения, которые увеличивают затраты овеществленного труда, падающие на единицу продукции в виде амортизационных начислений. Внедрение в производство новых технологических процессов и средств труда может вызывать изменения и других затрат овеществленного труда — затрат на единицу продукции материалов, энергии, инструментов и т.п. По определению К. Маркса, повышение производительности труда в том и заключается, что доля живого труда в стоимости продукции уменьшается, а доля овеществленного труда — возрастает, но при этом сумма живого и овеществленного труда уменьшается,

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

428

ГЛАВА 18. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

т.е. происходит снижение стоимости продукта. Снижение себестоимости продукции, таким образом, является основным критерием экономической эффективности новых прогрессивных процессов и средств труда. Соизмерение капитальных и текущих затрат является обязательным для оценки экономической эффективности новых технических мероприятий, требующих капиталовложений. Поэтому срок окупаемости затрат должен быть признан другим главным показателем экономической эффективности новой техники. Кроме того, в промышленности пользуются рядом других аналитических показателей, имеющих также важное значение. Основные техникоэкономические показатели экономичности технологических процессов и эффективности применения новой техники следующие: • себестоимость продукции — комплексный показатель; • срок окупаемости капитальных вложений — решающий показатель, синтезирующий изменения в капитальных вложениях и в себестоимости продукции; • аналитические показатели: а) трудоемкость изготовления; б) расход материала на одну деталь; в) коэффициент использования материала; г) коэффициент загрузки оборудования по времени; д) коэффициент основного времени; е) коэффициент подготовительно-заключительного времени. Аналитические показатели, наряду с первыми двумя, весьма полезно определять и сравнивать для всех сравниваемых вариантов технологических процессов. Сравнение и анализ могут, кроме правильной оценки варианта технологического процесса, дать возможность вскрыть недостатки и резервы, имеющиеся в запроектированных технологических процессах.

18.3. Структура и элементы технологической себестоимости обработки деталей При сравнении вариантов технологических процессов следует анализировать и сопоставлять только те статьи затрат, величина которых меняется при переходе от одного процесса к другому. Сумма таких затрат называется технологической себестоимостью. Формулы для определения технологической себестоимости могут быть представлены в следующем виде.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

18.3. СТРУКТУРА И ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СЕБЕСТОИМОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

429

Технологическая себестоимость годовой продукции Cт = (Mо + Tт + Эт + Зш + Ро)W + (Зпз + Qгод).

(18.1)

Технологическая себестоимость одного изделия (штучная технологическая себестоимость) определяется по формуле Зпз  Qгод , Cт.ш = Mо + Tт + Эт + Зш + Ро + (18.2) W где Mо — расходы на основной материал; Tт — расходы на технологическое топливо; Эт — расходы на технологическую энергию; Зш — штучная заработная плата производственных рабочих; Ро — расходы, связанные с работой оборудования; Зпз — расходы по оплате подготовительно-заключительного времени (годовые); Qгод — расходы на технологическую оснастку и специальный инструмент (годовые); W — годовое производственное задание по выпуску изделий в штуках. Расходы на основной материал, технологическое топливо и технологическую электроэнергию можно выразить как Mо + Tэ + Эт = (ВмСм – В0Ц0) + PтCмм+ PэСкВт.ч),

(18.3)

где Вм и Во — вес расходуемого на одну деталь материала и реализуемых отходов, соответственно; Смм и Цо — стоимость 1 кг материала и 1 кг отходов; Рт и Pэ расход технологического топлива и технологической энергии на одну деталь.; Cмм — стоимость 1 кг топлива; СкВт .ч — стоимость 1 кВт . ч энергии. Для каждого из цехов, связанных с осуществлением технологического процесса, расходы по оплате штучного времени производственных рабочих определяются по формуле Зш = tш  ЗР  Kнз,

(18.4)

где tш — норма штучного времени в часах; ЗР — часовая заработная плата производственного рабочего. Коэффициент Kнз учитывает начисления на зарплату. Расходы, связанные с работой оборудования (амортизация, ремонт, смазка), Ро = tмСм.ч ,

(18.5)

где См.ч — расходы, связанные с работой оборудования, отнесенные

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

430

ГЛАВА 18. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

к одному часу его работы; tм — машинное время работы на одну деталь, ч. Расходы по оплате подготовительно-заключительного времени Зnз = ntпз Зн Kпз ,

(18.6)

где n — число переналадок машины (или число партий деталей) за год; tпз — норма подготовительно-заключительного времени; Зп — часовая зарплата наладчика или рабочего станочника, если он сам производит наладку машины (станка). Расходы на технологическую оснастку и специальный инструмент: Qгод = KQn ,

(18.7)

где K = Ka + Kэ — коэффициент амортизации и эксплуатации оснастки; величина его зависит от срока службы оснастки и изменяется от 0,7 (при двухлетнем сроке службы и Ka = 0,5) до 1,2 (при годовом сроке службы, когда Ka = 1). Расходы же по эксплуатации оснастки принимаются равными 20 % ее стоимости, т.е. Kэ = 0,2. Qn — первоначальная стоимость оснастки включая расходы по ее проектированию. Расчет технологической себестоимости, структура которой видна из формулы (18.2), трудоемок. При его выполнении необходимо иметь большое количество нормативов: стоимость приспособлений инструмента, технологического топлива, материалов и т.д. Поэтому такой метод расчета мало пригоден для сравнения и выбора варианта технологического процесса. Ниже изложен метод упрощенного расчета технологической себестоимости операции механической обработки. Этот метод даст возможность определить себестоимость при небольшой затрате времени с достаточной точностью, при минимальном количестве нормативных данных. Стоимость материала зависит от выбранной заготовки и способа ее изготовления. Если выбор наивыгоднейшего варианта заготовки произведен, стоимость материала для сравниваемых вариантов может считаться неизменной, и штучная технологическая себестоимость обработки может складываться из остальных затрат, исключая величину Мо. Все затраты в ценностном выражении, связанные с выполнением технологического процесса, удобнее всего

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

18.3. СТРУКТУРА И ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СЕБЕСТОИМОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

431

относить к единице времени (1 мин) работы, затрачиваемой на выполнение данной операции. Это позволяет вести анализ вариантов операций при сопоставлении вариантов технологических процессов исходя из расчетной нормы времени. Стоимость одной минуты обработки детали на данной операции складываются из: • затрат на заработную плату рабочих; • расходов на амортизацию и эксплуатацию станка; • расходов на амортизацию приспособлений; • расходов на эксплуатацию и заточку режущего инструмента; • прочих накладных расходов (освещение, отопление, содержание и ремонт здания цеха и др.) Заработная плата рабочих. Затраты на заработную плату рабочих, приходящиеся на 1 мин работы станка, будут определяться по формуле: Ср  Ср1  Ср1  Ср3 , (18.8) где Ср1 — затраты, приходящиеся на 1 мин работы станочника; Ср2 — затраты, приходящиеся на 1 мин работы вспомогательного и обслуживающего персонала за исключением наладчика; Ср3 — затраты, приходящиеся на 1 мин работы наладчика при выполнении данной операции с учетом начислений на его зарплату. Затраты, приходящиеся на 1 мин работы станочника, определяются следующим образом: Ч Z (18.9) Ср1  Kнз т.с 1 руб., f1 60 где Z1 — разрядный коэффициент; Чт.с — часовая тарифная ставка первого разряда, руб.; f1 — число станков, обслуживаемых одним рабочим на данной операции; Kнз — коэффициент, учитывающий начисление на заработную плату. Часовую тарифную ставку и разрядный коэффициент в зависимости от разряда работы определяют по соответствующим справочникам. Разряд работы определяется в зависимости от характера и сложности работы по квалификационному справочнику. Затраты, приходящиеся на 1 мин работы вспомогательного и обслуживающего персонала, определяется следующим образом:

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

432

ГЛАВА 18. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Ср2  Kнз

Чт.с Z1 Kр , руб., f1 60

(18.10)

где Kр — коэффициент, учитывающий соотношение между зарплатой вспомогательного и обслуживающего персонала и зарплатой станочника. Значения этого коэффициента по опытным практическим данным указаны в табл. 18.1. 18.1. Значения величины Z и Kр Тарифные разряды

Тарифные коэффициенты Z

Значения коэффициента Kр

1 2 3 4 5 6

1,00 1,13 1,29 1,48 1,72 2,00

0,68 0,52 0,40 0,34 0,29 0,26

Затраты, приходящиеся на 1 мин работы наладчика при выполнении данной операции, с учетом начислений на зарплату Ср3  Kнз

Чт.с Z2 , руб. f2 60

(18.11)

где Z2 — разрядный коэффициент наладчика; f2 — число станков, обслуживаемых наладчиком. Следовательно Ч Z Z  (18.12) Ср  Kнз т.с  1 (1  Kр )  2  . 60  f1 f2  Расходы на амортизацию и эксплуатацию станка. На каждую операцию, выполняемую на данном станке, должны начисляться затраты, связанные с погашением стоимости и с эксплуатацией станка, а именно См = См1 + См2 + См3 + Сму,

(18.13)

где См1 — расходы на амортизацию; См2 — расходы на ремонт станка, его смазку и т.п.; См3 — расходы на амортизацию здания, приходящиеся на данный станок; Сму — расходы на электроэнергию, приводящую станок в движение.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

18.3. СТРУКТУРА И ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СЕБЕСТОИМОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

433

Расходы на амортизацию, приходящиеся на 1 мин работы станка: Аа , руб., См1  (18.14) Fg 3  60 где А — стоимость станка в рублях; а — процент погашения стоимости станка в год; Fg — годовой действительный фонд времени работы станка, ч, при работе в две смены; 3 — коэффициент загрузки станка по времени. Расходы на все виды ремонта и обслуживание станка принимаются в виде некоторой определенной доли затрат в год от стоимости самого станка: Аn , руб., См2  (18.15) Fg 3  60 где n — норма ремонта в год в процентах от стоимости станка; n – 7%. Затраты, приходящиеся на 1 мин работы станка в связи с необходимостью погашения стоимости здания, определяются из расчета стоимости 1 м3 здания по формуле: QHg1 a1 , руб., См3  (18.16) Fg 3  60 где Q — производственная площадь, занимаемая станком, м2; H — средняя высота здания, м; g1 — стоимость 1 м3 здания, руб.; а1 — процент погашения стоимости здания в год, а1 = 2,6%. Затраты на электроэнергию для выполнения операции определяются исходя из расхода мощности в киловатт-часах. Допускаемая погрешность вследствие несоответствия используемой мощности с установленной незначительна, но такое допущение значительно упрощает расчеты. Стоимость электроэнергии, приходящейся на 1 мин операции, Сму 

NKм g2 , руб., е N  60

(18.17)

где N — мощность электродвигателя станка, кВт; е — коэффициент, учитывающий потери в сети, е = 0,96; N — КПД электро-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

434

ГЛАВА 18. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

двигателя станка, N = 0,9; g2 — стоимость 1 кВт . ч расходуемой электроэнергии; Kм — коэффициент, определяющий отношение машинного времени, когда расходуется электроэнергия к общему времени обработки: t (18.18) Kм  м , руб. tш Расходы на амортизацию и эксплуатацию приспособлений. Стоимость специальных рабочих приспособлений, приходящаяся на данную операцию, зависит от типа производства. При непрерывном массовом производстве или производстве партиями одних и тех же деталей при установившейся программе стоимость приспособления должна погашаться в течение некоторого определенного срока. При производстве ограниченного количества деталей стоимость приспособления должна быть погашена за период изготовления заданного количества деталей. При непрерывном производстве (первый случай) стоимость 1 мин использования приспособления Сn 

Д( В1  В2 ) , руб., tш

(18.19)

где Д — стоимость приспособления в рублях; В1 — норма погашения стоимости приспособления в год; при сроке амортизации его в три года, В1 = 33%; В2 — расходы по эксплуатации приспособления в процентах от его стоимости, В2 = 25%. При производстве ограниченного количества деталей (второй случай) стоимость приспособления, приходящаяся на каждую операцию составит, учитывая, как и в предыдущем случае, расходы на эксплуатацию приспособлений в размере 25 % стоимости Cn  1,25

Д , руб./шт., W

(18.20)

где W — число изготавливаемых деталей, шт. Расходы на эксплуатацию и заточку режущего инструмента. Затраты по инструменту, приходящиеся на 1 мин выполнения операции, определяется следующим образом:

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

18.3. СТРУКТУРА И ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СЕБЕСТОИМОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

Cn 

J  itзат K0 , руб., (i  1)T  60

435

(18.21)

где J — стоимость режущего инструмента, руб.; i — число допускаемых переточек; tзат — время на одну заточку, ч; K'0 — стоимость работы одного часа рабочего заточника, руб.; T — стойкость инструмента между двумя заточками, мин. Прочие накладные расходы. Накладные расходы: электроэнергия для освещения, пар для отопления, бытовая и производственная вода, ремонт зданий и прочие расходы, отнесенные к площади, занимаемой станком, можно подсчитать по эмпирической формуле: Cn = 0,01Q + 0,1 , руб.

(18.22)

Ввиду незначительности этой величины, она при подсчете себестоимости операции и при сравнении стоимости вариантов операции может не приниматься во внимание. Определение себестоимости выполнения операции. Приведенный выше метод затрат, приходящихся на 1 мин выполнения операции, может быть использован при разных масштабах и типах производства. В целях упрощения расчетов и сокращения времени на их выполнение по формулам (18.12), (18.13), (18.19) и (18.21), в зависимости от разряда работы, типа станка, типа и сложности приспособления, конструкции и типа режущего инструмента, могут быть определены значения Ср1, СМ, Сn, и Си и составлены таблицы нормативов значений этих величин. Если эти величины известны, определение себестоимости выполнения технологической операции производится следующим образом. Пусть ритм выпуска изделий в массовом поточном производстве Fg r , (18.23) W где W — годовая программа по выпуску изделий, шт.; Fg — годовой действительный фонд времени работы станка, мин. Расчетное число станков, необходимое для выполнения программного задания, определяется по формуле

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

436

ГЛАВА 18. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Sр 

tш . r

(18.24)

Себестоимость операции определится по следующим формулам. Первый случай. Штучное время обработки детали меньше или равно ритму. Расчетное число станков, необходимых для выполнения программного задания, меньше или равно единице. Станок с оснасткой на нем загружен на 90...100 % или до полной загрузки этот станок догружается обработкой других деталей. Один рабочий обслуживает несколько станков, tш  r, Sр  1, S0 > 1, где Sр — расчетное число станков; S0 — число станков обслуживаемых одним рабочим. В этом случае 1 (18.25) Cоп  Cр tш  (См  Сп )tш   Си tш . S0 Второй случай. Те же условия, что и выше, однако рабочий обслуживает один станок, т.е. tш  r, Sр  1, S0 = 1: Cоп  (Cр  См  Сп ) tш   Си tи .

(18.26)

Третий случай. Штучное время меньше или равно ритму. При выполнении операции станок полностью не используется, но и не догружается другими деталями. Это имеет место при использовании операционных полуавтоматических, автоматических специальных и специализированных станков, а также станков, работающих в поточных линиях. Один рабочий обслуживает несколько станков (tш  r, Sр  1, S0 > 1): 1 (18.27) Cоп  Cр tш  (См  Сп )tш   Си tи . S0 Четвертый случай. Условия те же, что и в третьем случае, однако станок обслуживается одним рабочим, т.е. tш  r, Sр  1, S0 = 1: Cоп  (C Р  См  Сп )tш   Си tи .

(18.28)

Пятый случай. Штучное время больше ритма. Для выполнения задания по выпуску деталей на данной операции недостаточно одного станка и одного комплекта оснастки. Станки — специаль-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

18.3. СТРУКТУРА И ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СЕБЕСТОИМОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

437

ные и специализированные. Один рабочий обслуживает несколько станков, tш > r, Sр > 1, S0 > 1: 1  Cоп   Cр r  (См  Сп ) r   Си tи  Cр . S  0 

(18.29)

В этом случае расчетное число станков следует округлять до целого числа. Шестой случай. Условия те же, что и в пятом случае. Один рабочий обслуживает один станок (tш > r, Sр > 1, S0 = 1): Cоп  (Cр  См  Сп ) r   Си tи  Cр .

(18.30)

В этом случае так же, как и в предыдущем, расчетное количество станков следует округлять до целого числа. При сравнении двух или нескольких вариантов технологической операции необходимо определить: • себестоимость операции по первому варианту Соп; • себестоимость операции по второму варианту Соп; • сравнить полученные данные. Очевидно, что следует отдать предпочтение тому варианту операции, при котором Соп будет минимальной. При сравнении двух или нескольких вариантов технологического процесса механической обработки детали необходимо, пользуясь изложенным выше методом, определить: • себестоимость всех операций по всем вариантам технологического процесса; • себестоимость обработки детали по каждому из вариантов технологического процесса как сумму себестоимости всех операций: С дет   Соп ;

(18.31)

i

• сравнить полученные данные. Наиболее выгодным вариантом технологического процесса будет тот, при котором Cдет будет минимальной. Кроме изложенного существуют и другие способы1 определения технологической себестоимости. 1

Например способ машинокоэффициентов, см. Л. В. Барташев. «Технико-экономические расчеты при проектировании и производстве машин».

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

438

ГЛАВА 18. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

18.4. Срок окупаемости капитальных вложений для осуществления новых технологических процессов Капитальные вложения на увеличение объема продукции и капитальные вложения, выделяемые на внедрение новых технологических процессов, выделяются из одного источника — накоплений предприятий. То обстоятельство, что выделение капитальных вложений на новые технологические процессы происходит за счет уменьшения вложений, направленных на увеличение объема продукции, вызывает необходимость жесткого отбора наиболее эффективных технологических процессов и отсеивания менее эффективных путем соизмерения объема капитальных вложений, потребных для внедрения их в промышленность в настоящее время и экономии производственных затрат, возникающих от снижения себестоимости продукции. Такое соизмерение производится показателем окупаемости капитальных вложений. Он широко применяется под названием «срок окупаемости капитальных вложений» и измеряется в годах. Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений, направленных на внедрение новой техники, характеризует срок восстановления этих вложений накоплением экономии производственных затрат от снижения себестоимости продукции и является синтезирующим и решающим показателем экономической эффективности новой техники. Расчет срока окупаемости ведется по следующей формуле: Ток 

K2  K1 , C1  C2

(16.30)

где Ток — срок окупаемости капитальных вложений; K1 и K2 – капитальные вложения (затраты) в основные фонды при первом и втором сравниваемых вариантах технологических процессов; С1 и С2 — производственные затраты при первом и втором сравниваемых вариантах (себестоимость продукции). Для сравнения нескольких вариантов применяют следующую формулу: Ki + Топс Сi = min,

(16.31)

где Ki — капиталовложения по каждому варианту; Топс — отрасле-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

18.4. СРОК ОКУПАЕМОСТИ ВЛОЖЕНИЙ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

439

вой нормативный срок окупаемости (от 2 до 10 лет); Сi — себестоимость продукции за год по тому же варианту. В случаях внедрения новой техники на действующем предприятии встает вопрос об использовании оборудования, высвобождаемого в связи с заменой его новым оборудованием, и высвобождаемых производственных площадей. Если высвобождаемое оборудование может быть использовано на другом участке производства, потерь не произойдет. Если же заменяемое оборудование должно пойти на слом, то возникает вопрос о той части первоначальной стоимости, которая не успела амортизироваться и не вошла в стоимость продукции, изготовленной на этом оборудовании. Новая техника должна быть настолько эффективной, чтобы окупать не только вызываемые ею дополнительные капитальные вложения, но и тот ущерб, который понесет предприятие от выбытия неамортизированного оборудования. Чем меньший срок работало заменяемое оборудование, тем более эффективней должна быть новая техника, претендующая на замену действующей техники. В этом случае формула для определения срока окупаемости имеет следующий вид: Kн  Kст  K у (18.34) Ток  , Сст  Сн где Kст — общие капиталовложения в действующую технику; Kн — общие капиталовложения в новую технику; Сст и Сн — соответственно производственные затраты при использовании действующей и новой техники; Kу — неамортизированная часть стоимости выбывающего оборудования. Для определения срока окупаемости капитальных вложений, потребляемых для внедрения новых технологических процессов и средств труда на действующих предприятиях, предпочтительнее применять другую формулу. Капитальные вложения для внедрения новых технологических процессов и средств труда обычно меньше общих капитальных вложений в основные средства, применяемые при новой технике (Kв > Kм), так как не включают стоимости используемых существующих производственных площадей и используемого существующего оборудования. Внедрение новых технологических процессов и средств труда обычно связано с высвобождением некоторой части оборудова-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

440

ГЛАВА 18. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ния, заменяемого новым, а также с высвобождением части производственных площадей. Высвобождаемое оборудование и производственные площади могут быть эффективно использованы для увеличения объема производства. Кроме того, высвобождаемое оборудование может быть передано другим предприятиям. Стоимость используемых средств в таких случаях вычитается из капитальных вложений, потребных для внедрения новой техники. Если высвобождаемое оборудование непригодно к использованию или используется неэффективно, из капитальных вложений на внедрение новой технологии следует вычитать лишь стоимость износа оборудования, так как внедрение нового оборудования связано с возобновлением основных средств. Стоимость высвобождаемой производственной площади, используемой для улучшения производственных или бытовых условий, не вычитается из потребных капитальных вложений, так как такое использование площади не даст производственного эффекта. Формула срока окупаемости капитальных вложений для внедрения новых технологических процессов и средств труда на действующих предприятиях имеет вид: Ток 

Kв  Kисп  Kизн , С1  С2

(18.35)

где Kв — капитальные вложения для внедрения новых технологических процессов и средств труда; Kисп — восстановительная стоимость средств труда, высвобождаемых в связи с внедрением новой техники и используемых в промышленности для увеличения объема производства; Kизн — стоимость износа оборудования, непригодного к дальнейшему использованию или используемого неэффективно. В тех случаях, когда возможность использования высвобождаемых средств труда неясна, их стоимость не вычитается из капитальных вложений на внедрение новой техники. Максимальные сроки окупаемости капитальных вложений должны быть меньше реальных сроков замены внедряемой новой техники более совершенной, и должны быть значительно меньше 10 лет. Для станков (специализированные, агрегатные и др.) такие сроки должны составлять 3—5 лет. Для непереналаживаемых станочных линий — не более 3 лет.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

18.4. СРОК ОКУПАЕМОСТИ ВЛОЖЕНИЙ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

441

Рассмотрим несколько примеров. Пример первый. Для сравнения экономической рентабельности двух удовлетворяющих требований технологической операции станков поступим следующим образом. Воспользуемся формулой (18.30). Пусть А — стоимость более дорогого, но и более производительного станка, руб.; В — стоимость менее дорогого, но и менее производительного станка, руб.; qa — производительность первого станка, шт./ч; qв — производительность второго станка, шт./ч; SА — стоимость станко-часа работы первого станка, руб.; Sв — стоимость станко-часа работы второго станка, руб.; W — годовой выпуск деталей, шт. При этом A > B, qa > qв и, как правило, SА < Sв . Если стоимость одной детали, обработанной на втором станке, Sв/qв, а на первом SА/qа, то годовая экономия от применения более производительного станка  Sв S A q  q a  в

  W. 

Срок окупаемости нового более дорогого станка определяется по формуле AB (18.37) . Tок  S  в SA   q  q W a   в Если происходит замена старого (действующего) станка новым, то при расчете необходимо учесть не только инвентарную стоимость станка, но и все амортизационные отчисления, полученные от старого станка. Если инвентарная стоимость старого станка — В1, а амортизационные отчисления, полученные от этого станка, В2, то формула для определения срока окупаемости примет вид A  ( B1  B2 ) (18.38) Tок  .  Sв S A   q  q W a   в Если А = 6000 руб., В1 = 1500 руб., В2 = 3000 руб.; SА = 25 коп., Sв = 40 коп., qa = 40 шт./ч; qВ = 28 шт./ч и W = 40 000,

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

442

ГЛАВА 18. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Tок 

6000  (1500  3000) 1500   1,83 года, 0,4 0,25 0,0206  40 000      40 000  280 400 

т.е. все дополнительные капиталовложения, связанные с приобретением нового станка, будут полностью возвращены через 1,83 года (1 год 10 месяцев). Если величина заказа по изготовлению деталей рассчитана на два года, то в этом случае срок возврата дополнительных капиталовложений меньше срока выполнения заказа и замена станка рентабельна в пределах этого срока. Второй пример. Пусть имеются два варианта конструкции приспособления для технологической операции. Оба варианта удовлетворяют всем техническим требованиям и обеспечивают должное качество обработанных деталей. Первое из приспособлений стоимостью А1, руб., второе А2, руб., причем А2 > А1. Второе приспособление более дорогое, обеспечивает более низкую штучную стоимость обработки деталей, чем первое. Штучная заработная плата рабочего станочника для первого приспособления З1, для второго З2, причем З1 > З2. Процент накладных расходов по зарплате обозначим через Р1, процент расходов, связанных с применением приспособления (ремонт, содержание и т.п.), Р2. Снижение расходов при замене первого, менее дорогого приспособления, вторым, более дорогим, за год: P   год  ( З1  З2 ) 1  1  W .  100 

Дополнительные затраты, связанные с применением более дорогого приспособления, составляют P   K доп  ( A2  A1 ) 1  2  .  100 

Срок окупаемости

Ток

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Р   ( А1  А2 ) 1  2   100  .  Р   ( З1  З2 ) 1  1  W  100 

(18.39)

18.5. ТРУДОЕМКОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ

443

Пусть А1 = 250 руб., А2 = 460 руб., З1 = 0,15 руб., З2 = 0,08 руб., Р1 = 200 %, Р2 = 15 %, W = 10 000 шт. После подстановки соответствующих величин получим Ток

15   1   (460  250)  100    0,91 года (около 11 месяцев). (0,15  0,08)  200  1 10000     100 

Амортизационный срок специальных станочных приспособлений обычно равен 2—3 годам.

18.5. Трудоемкость изготовления детали Трудоемкость — показатель, характеризующий затраты труда при выполнении операции (трудоемкость операции), изготовлении детали (трудоемкость детали) или изготовлении изделия (трудоемкость изделия). Выражается в нормо-минутах или нормо-часах. Трудоемкость операции при массовом производстве Топ = tш K,

(18.40)

где tш — штучное время; K — количество рабочих, занятых выполнением данной операции на одном рабочем месте. При серийном производстве Топ 

tп.з K1  tш K2 , n

(18.41)

где tп.з — подготовительно-заключительное время; n — число деталей в партии; K1 — число рабочих, выполняющих подготовительнозаключительную работу на одном рабочем месте; K2 — число рабочих, выполняющих операцию на одном рабочем месте. Если K1 = K2 = K, то Топ = tк K,

(18.42)

где tк — штучно-калькуляционное время. Трудоемкость изготовления детали Т дет   Топ . i

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

(18.43)

444

ГЛАВА 18. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Суммирование должно производится по всем операциям технологического процесса изготовления детали. Трудоемкость изготовления комплекта деталей на одно изделие Т   mТ дет ,

(18.44)

i

где m — число деталей данного наименования, идущее на 1 изделие. Суммирование должно производиться по всем наименованиям деталей, из которых состоит изделие. Трудоемкость изготовления изделия Tизд = Т + Тсб ,

(18.45)

где Тсб — трудоемкость сборки изделия. Различают нормированную трудоемкость и фактическую. При нормальном ходе производства фактическая трудоемкость должна быть меньше нормированной. Пример 1. Операция фрезерования выполняется на фрезерном станке одним рабочим, следовательно, K = 1, tш = 0,5 мин. Трудоемкость операции Топ = 0,5  1 = 0,5 нормо-минуты. Пример 2. При горячей штамповке на штамповочном молоте tш = 0,5 мин. Операция выполняется тремя рабочими: нагревальщик у печи (подает нагретые заготовки к молоту), штамповщик и машинист молота. Следовательно, K = 3. Трудоемкость операции Топ = 0,5  3 = 1,5 нормо-минуты. При сравнении вариантов операций или вариантов технологических процессов предпочтение следует отдавать тому варианту, который обеспечивает наименьшую трудоемкость.

18.6. Расход материала на одну деталь Этот показатель приобретает особое значение и может оказаться решающим в следующих случаях: • когда стоимость материала в общей себестоимости весьма высока, а другие затраты сравнительно малы; • при изготовлении деталей из дорогих, дефицитных материа-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

18.7. ПОКАЗАТЕЛИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ СТЕПЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СРЕДСТВ ПРОИЗВОДСТВА

445

лов, например при изготовлении режущих инструментов (фрезы, протяжки и др.); • при изготовлении деталей, конструкция и форма которых, определяя заготовку, вместе с тем обусловливает большие отходы металла как при изготовлении заготовки, так и при ее обработке в серийном и массовом производстве.

18.7. Показатели, характеризующие степень использования средств производства А. Коэффициент использования материала заготовки  = g/G,

(18.46)

где g — масса детали, кг; G – масса заготовки (отливки, поковки, штамповочной заготовки или заготовки из сортового проката), кг. Необходимо стремиться к тому, чтобы этот коэффициент был возможно ближе к единице. При деталях сложной формы, изготовляемых из поковок в единичном производстве, значение этого коэффициента бывает равным 0,2. Пути увеличения коэффициента : приближение заготовки по форме и размерам к форме и размерам окончательно обработанной детали; уменьшение припусков на обработку или отказ от механической обработки снятием стружки и применение других методов обработки, например обработки без снятия стружки — холодной высадки и др. Б. Коэффициент загрузки оборудования. Определяется как отношение расчетного числа станков, необходимых для выполнения программного задания по выпуску данной детали, к принятому количеству станков: З = Sр/S,

(18.47)

где Sр — расчетное число станков; S — принятое число станков. Расчет потребного числа станков производится следующим образом: • при массовом производстве t W (18.48) Sр  ш ; Fg

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

446

ГЛАВА 18. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

• при массовом поточном ритмичном производстве Sр 

tш ; r

(18.49)

• при серийном производстве, для изготовления данной детали Sр 

tшк W , r

(18.50)

где W — задание по выпуску данной детали, шт. в год; Fg — годовой действительный фонд времени работы станка; tш — штучное время обработки детали, мин; tшк — штучно-калькуляционное время, мин; r — ритм выпуска изделий. Для проектируемых технологических процессов вновь строящихся цехов единичного, серийного и массового производства этот коэффициент не должен быть ниже 0,85. При массовом поточном ритмичном производстве этот коэффициент получается несколько ниже, чем в аритмичном производстве, во всяком случае он не должен быть ниже 0,75. Эти данные, как выше было отмечено, относятся к технологическим процессам, проектирующимся для вновь строящихся цехов или участков. При проектировании технологических процессов с использования оборудования, имеющегося в цехе, коэффициенты могут быть более низкими: 0,7... 0,8. Расчеты показывают, что при использовании в поточном производстве высокопроизводительных специализированных станков они обеспечивают высокую экономическую эффективность при значительно более низких коэффициентах загрузки их2.

18.8. Соотношения между элементами нормы времени А. Коэффициент основного машинного времени для отдельной операции t K0  0 , (18.51) tш 2

Ф.С. Демьянюк. Технологические основы поточного и автоматизированного производства.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

18.8. СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ НОРМЫ ВРЕМЕНИ

447

где t0 — основное технологическое машинное время, мин. Этот коэффициент служит показателем механизации станочной операции. Для технологического процесса механической обработки  t0 (18.52) K0  i .  tш i

Суммирование значений t0 и tш должно производится по всем i операциям технологического процесса. Чем ближе коэффициент K0 к единице, тем эффективнее будет процесс обработки. Увеличение этого коэффициента может быть обеспечено сокращением вспомогательного времени tв или совмещением во времени (перекрытием) вспомогательных приемов операции с основными технологическими, а также сокращением времени оргтехобслуживания tоб. Значения этого коэффициента должны быть не ниже 0,6, а при массовом поточном производстве — не ниже 0,7. Б. Коэффициент подготовительно-заключительного времени. Определяется при серийном производстве: • для отдельной операции Kпз 

tпз , tшк

(18.53)

где tпз — подготовительно-заключительное время, мин; tшк — штучно-калькуляционное время, мин. • для всего технологического процесса механической обработки детали  tпз Kпз  i . (18.54)  tшк i

Значения Kпз должны быть следующими: для мелкосерийного производства от 0,08 до 0,25; для крупносерийного производства от 0,04 до 0,10. При работе на станках, не требующих сложной настройки, и при больших партиях значения Kпз очень невелики. Большие значения коэффициента Kпз, выходящие за рекомендуемые пределы, указывают на то, что величина партии n слишком

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

448

ГЛАВА 18. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

мала или что настройка станков слишком сложна и подготовительно-заключительное время слишком велико.

18.9. Сравнение и анализ технико-экономических показателей при выборе варианта технологического процесса Из нескольких вариантов технологических процессов (обычно их можно наметить два или три) следует отдать предпочтение тому, который обеспечивает: • наименьшую себестоимость изготовления детали; • наименьший срок окупаемости капиталовложений; • наименьшую трудоемкость изготовления; • наименьший расход материала на одну деталь; • коэффициенты использования материала , загрузки оборудования по времени з, основного времени K0 наиболее высокие, близкие к единице; во всяком случае, они должны быть не ниже допустимой наименьшей величины; • наименьший коэффициент подготовительно-заключительного времени. Определению и сравнению этих показателей должна предшествовать разработка намеченных вариантов технологического процесса механической обработки детали. Каждый вариант должен быть разработан детально и по каждому из вариантов по всем операциям должны быть определены нормы штучного времени. Сравнение всех показателей может быть произведено при помощи таблиц или графиков. Пример сравнения показателей по трем вариантам технологических процессов приведен в табл. 18.1 и 18.2. Наглядное сравнение дают графики, приведенные на рис. 18.1, а и 18.1, б. На рис. 18.1, в приведен график сопоставления себестоимости операции. Для составления этого графика и последующего анализа структуры стоимости операции необходимо определить величину расходов: по зарплате Ср , по станку См , по приспособлениям Сп и по инструменту Си, а затем стоимость операции Соп. Сравнение технико-экономических показателей и их анализ даст возможность: • выявить наиболее экономичный вариант технологического процесса;

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

18.9. СРАВНЕНИЕ И АНАЛИЗ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИ ВЫБОРЕ ВАРИАНТА

449

• выяснить преимущества и недостатки каждого варианта; • вскрыть резервы, имеющиеся в запроектированной технологии изготовления детали. 18.1. Время обработки и структура себестоимости трех вариантов операции № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Технико-экономические показатели Годовая программа выпуска деталей, шт. Машинное время обработки, мин Вспомогательное время обработки, мин Штучное время, мин Себестоимость операции, коп. Затраты на рабочую силу, коп. Расходы на амортизацию и эксплуатацию станка, коп. Расходы на амортизацию и эксплуатацию приспособлений, коп. Расходы на эксплуатацию и заточку режущих инструментов Прочие накладные расходы, коп.

Варианты технологического процесса I 40 000 5,0 5,20 10,50 70,83 42,55 14,70

II

III

40 000 40 000 5,0 1,50 0,50 0,20 5,65 1,75 57,80 52,90 23,30 5,40 15,80 14,50

4,35

6,35

17,30

7,23

10,85

14,50

2,0

1,50

1,20

18.2. Технико-экономические показатели трех вариантов технологического процесса обработки детали № п/п 1 2 3

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Технико-экономические показатели

4 5 6 7 8 9

Годовая программа выпуска деталей, шт. Сумма основного времени по операциям, мин Сумма вспомогательного времени по операциям, мин Сумма штучного времени по операциям, мин Расход материала на 1 деталь, кг Трудоемкость изготовления детали, чел.-мин Стоимость изготовления детали, руб. Коэффициент использования материала Коэффициент загрузки оборудования

10

Коэффициент основного времени

Варианты технологического процесса I

II

III

60 000 60 000 60 000 45,8 45,0 43,5 22,8 21,3 8,1 70,5 3,2 102,3 18,79 0,75 0,85

60,0 3,2 85,6 14,21 0,75 0,80

51,3 3,0 70,9 10,54 0,80 0,75

0,65

0,75

0,85

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

II

III

II б)

Варианты обработки

I

III

СР

См

Сn

Си

Значение коэффициентов γ, ηаз, η0

Значение показателей C р, C м, C n, С и

II в)

Варианты обработки

I

III

Рис. 18.1. График сопоставления технико-экономических показателей трех вариантов технологического процесса механической обработки деталей (а и в) и составляющих себестоимости операции (б)

а)

Варианты обработки

I

М

Тдет

С дет

С оп

γ

ηз

ηаз

η0

450 ГЛАВА 18. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Значение показателей М, Тдет , C дет

18.10. ГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ЭКОНОМИЧЕСКОГО СРАВНЕНИЯ ВАРИАНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

451

Изложенный выше метод определения себестоимости операции может быть применим во всех случаях для экономического сравнения вариантов технологических операций и технологических процессов обработки детали, а также для выявления выгодности и эффективности применения станков, приспособлений и инструментов различных типов и различной конструкции.

18.10. Графический способ экономического сравнения вариантов технологических процессов С.А. Тиллесом предложен графический метод экономического анализа и сравнения вариантов технологического процесса, сущность которого заключается в следующем. Для решение вопроса экономичности технологического процесса или операции выразим себестоимость обработки детали в виде функции от категорий затрат, зависящих от характера и вида процесса обработки. Анализируя затраты, из которых складывается технологическая себестоимость детали, приходим к выводу, что они могут быть распределены на две категории: • затраты, пропорциональные количеству изготовленных за определенное время деталей, так называемые производственные расходы (затраты на основной материал, технологическое топливо, технологическую энергию, зарплата производственных рабочих и др.); • затраты, распределяющиеся на все количество изготовленных за определенный промежуток времени деталей, так называемые одновременные или периодические затраты (затраты по возведению зданий, по приобретению оборудования каждой партии деталей и т.п.). Обращаясь к уравнениям (18.1) и (18.2), приходим к выводу, что затраты, относящиеся к первой категории М0 + Тш + Эт + Зм + Р0 = Р, и затраты, относящиеся ко второй категории Зп.з + Qгод = K.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

452

ГЛАВА 18. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

1 2

1

K ′′ ′′ = Р ′′ + С дет x

2

K′ x

C″парт =Р″х +K″

K′

′ = Р′+ С дет

C′парт =Р′х +K′

K″

Себестоимость обработки

C

x1

Число деталей в партии

x

Рис. 18.2. Графическое сравнение себестоимости при двух вариантах технологического процесса (операции)

При определении технологической себестоимости затраты K должны определяться за период, в течение которого изготовляется партия. Себестоимость партии деталей Спарт = Px + K,

(18.55)

где P — себестоимость одной детали; х — число изготавливаемых деталей. Себестоимость одной детали Cдет = Спарт/x и Cдет = P + K/x.

(18.56)

Эти формулы дают возможность произвести экономическое сравнение двух или нескольких вариантов технологического процесса. На рис. 18.2 представлено графическое сравнение себестоимости изготовления партии, а также графическое сравнение себестоимости одной детали при двух вариантах технологического процесса изготовления деталей и различном числе деталей x в партии, являющемся переменной величиной. Из графика видно, что при заданной программе W < x более выгодным является первый вариант технологического процесса, как обеспечивающий минимальную себестоимость обработки. При W = x оба варианта равноценны, при W > x более выгодным является второй вариант.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

18.10. ГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ЭКОНОМИЧЕСКОГО СРАВНЕНИЯ ВАРИАНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

C

C

3

3 2

2

1

1

а) C

453

x

x

б) C

3

3 2

2

1 x1

1 – 1,2 – 3

1

x1

x2

x г) в) Рис. 18.3. Графики себестоимости трех вариантов операции x

На рис. 18.3 приведены графики сравнения себестоимости трех вариантов операции. Из рис. 18.3, а видно, что из трех вариантов наиболее выгодным является первый. На рис. 18.3, в видно, что наиболее выгодным при W < x является первый вариант, при W = x — первый и второй вариант равноценны, а при W > x более выгодным является второй вариант и т.д. Методом экономического сравнения вариантов обработки, описанным выше, в настоящее время пользуются довольно широко. При использовании его необходимо иметь в виду следующее. 1. Для определения производственных расходов на одну деталь (величина Р), а также для определения капитальных и периодических расходов (величина K) требуется иметь большое количество таблиц нормативов стоимости. Эти нормативы должны охватывать все наиболее часто встречающиеся случаи обработки. 2. В рассмотренных случаях (см. рис. 18.2 и 18.3) величиной, например x1, выражается та критическая программа, при которой два сравниваемых варианта (см. рис. 18.2 и 18.3, в) являются равноценными и, следовательно, новый технологический процесс будет более экономичным только при W > x1. На самом деле, процесс нарастания себестоимости при увеличении программы и введение дополнительных капиталовложений протекает иначе. Ввиду того что увеличение программы в опреде-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

454

ГЛАВА 18. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Себестоимость

C

1 вариант x1 при tш′ = r x3 при tш′ = 2r

2-й вариант

1-й вариант

x1

2 вариант x2 при tш″ =r x4 при t ш″ = 2r

x2 x3

x4

x

Число деталей в партии

Рис. 18.4. Графическое сравнение себестоимости при двух вариантах операции

ленные моменты вызывает необходимость ввода дополнительного оборудования и комплектов оснастки, затраты на погашение и использование которой будут резко повышать расходы, связанные с выполнением программ, график нарастания себестоимости операции, в зависимости от количества штук обрабатываемых деталей, по двум различным вариантам технологических процессов представляет собой группу ступенчатых прямых (рис. 18.4). Процесс по варианту 1 идет до какого-то количества деталей x1, причем tшт остается постоянным, ритм выпуска r c увеличением программы уменьшается. Когда tшт становится больше r и требуется ввод нового станка и комплекта оснастки, тогда процесс по варианту 2 становится более выгодным. Это продолжается до количества деталей x2, когда происходит обратное явление и ввод новых затрат по варианту 2 делает его менее рентабельным, и только при программе x3 он становится опять более экономичным.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

Д Е В Я Т Н А Д Ц А Т А Я

Пути повышения производительности станочных операций и их эффективность 19.1. Технологический и рабочий циклы металлорежущих станков различных типов Технологическим циклом Тm называется время, затрачиваемое на обработку заготовки на станке, т.е. время, на выполнение основных и вспомогательных элементов операции. Рабочим циклом Тц называется промежуток времени между двумя последовательно выходящими со станка обработанными заготовками или партиями заготовок. В однопозиционных станках технологический и рабочий цикл равны, Тm = Тц, в многопозиционных станках технологический цикл всегда больше рабочего цикла, т.е. Тm > Тц. Если со станка за время Тц сходит партия Р заготовок, то время выхода одной из них будет в Р раз меньше. Длительность рабочего цикла обратно пропорциональна производительности станка. Рассматривать производительность металлорежущих станков следует по группам. Группа станков в данном случае должна объединять станки по принципу обработки, для которых метод определения рабочего цикла един. Одним из прогрессивных направлений развития технологии обработки снятием стружки является применение концентрированных операций. При высокой степени концентрации число операций в технологическом процессе обработки детали невелико, и выполняются они в серийном и массовом производстве на высокопроизводительном оборудовании на автоматических, полуавтоматических, агрегатных, специализированных и специальных станках. Возможности станков, как известно, в большой степени могут быть расширены применением современных высокопроизводительных, быстродействующих многопозиционных многоместных

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

456

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

приспособлений. Следовательно, при рассмотрении групп станков следует учитывать и оснащение их приспособлениями. Количество одновременно обрабатываемых деталей и количество позиций на станке может зависеть не только от конструкции станка, но и от того, какими приспособлениями он оснащен. На рис. 19.1 приведена схема классификации металлорежущих станков по принципу обработки. В основу построения классификации положены следующие признаки: а) количество позиций на станке; б)количество одновременно обрабатываемых заготовок; в) последовательность выполнения позиций; г) принцип действия. По количеству позиций станки могут быть однопозиционными, двухпозиционными и многопозиционными. По количеству одновременно обрабатываемых заготовок — обрабатывающие одну заготовку и одновременно обрабатывающие несколько заготовок или несколько порций заготовок. По последовательности — с параллельным выполнением позиций, с последовательным выполнением позиций и параллельно-последовательным выполнением позиций. По принципу действия — станки периодического и непрерывного действия. На станках периодического действия инструмент находится в контакте с обрабатываемой заготовкой в течение части технологического цикла, в течение остальной части времени цикла инструмент с обрабатываемой заготовкой контакта не имеет. На таких станках следующая заготовка или порция заготовок не может поступить в обработку, пока предыдущая, прошедшая обработку, не снята со станка. На станках непрерывного действия инструмент находится в течение всего цикла в контакте с обрабатываемой заготовкой или порцией заготовок. На таких станках очередная подлежащая обработке заготовка или порция заготовок могут быть поданы в обработку независимо от того, закончилась обработка предыдущей или нет. Как видно из рис. 19.1, металлорежущие станки можно разделить на XIII групп. I группа — однопозиционные станки периодического действия, на которых одновременно обрабатывается одна заготовка. К этой группе относятся токарные, сверлильные, фрезерные, шлифовальные для круглого шлифования в центрах и другие станки широко-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

II

I V VI

Одновременно обрабатывается одна заготовка

VII VIII

Одновременно обрабатывается несколько заготовок

IX XI XIII

XII

Одновременно обрабатывается несколько заготовок или несколько порций заготовок

X

C последовательным выполнением позиции

C последовательным выполнением позиции

C параллельнопоследовательным выполнением позиции

Многопозиционные

Рис. 19.1. Схема классификации металлорежущих станков по принципу обработки

IV

III

Одновременно обрабатывается несколько заготовок

Двухпозиционные

Металлорежущие станки

C последовательным выполнением позиции

C последовательным выполнением позиции

Одновременно обрабатывается одна заготовка

Периодического действия

Периодического действия

Непрерывного действия

Однопозиционные

Непрерывного действия

Непрерывного действия

Периодического действия

Непрерывного действия

Периодического действия

Непрерывного действия

Периодического действия

Непрерывного действия

Периодического действия

Периодического действия

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

19.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ И РАБОЧИЙ ЦИКЛЫ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

457

458

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

го назначения (универсальные), револьверные станки, токарные многорезцовые полуавтоматы, резьбофрезерные, резьбошлифовальные, зубофрезерные, зубодолбежные и т.д. (рис. 19.2, 19.3). Для станков I группы продолжительность рабочего цикла Тц = t0 + tв ,

(19.1)

где t0 — основное (технологическое) машинное неперекрываемое время, мин; tв — вспомогательное время, мин. II группа — однопозиционные станки непрерывного действия, на которых одновременно обрабатывается одна заготовка. Типичным представителем этой группы может служить бесцентровый шлифовальный станок, работающий с продольной подачей. Для станков II группы Тц = t0, так как вспомогательные элементы операции полностью перекрываются основным временем. III группа — однопозиционные станки периодического действия, на которых одновременно обрабатывается несколько заготовок. К этой группе следует отнести станки I группы при одновременной обработке на них нескольких заготовок (рис. 19.4). Для станков этой группы Tц 

t0  tв . P

(19.2)

IV группа — однопозиционные станки непрерывного действия, на которых одновременно обрабатывается несколько заготовок. К этой группе следует отнести станки II группы при одновременной обработке на них нескольких заготовок; например на бесцентровом шлифовальном станке шлифуется одновременно несколько узких колец. Для станков IV группы t Tц  0 . (19.3) P V группа — двухпозиционные станки периодического действия с последовательным выполнением позиций, на которых одновременно обрабатывается одна заготовка. К этой группе относятся сверлильные, фрезерные и других станки широкого назначения (универсальные) с поворотным столом или поворотным приспособлением. Одна из двух позиций на станке — загрузочная.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

19.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ И РАБОЧИЙ ЦИКЛЫ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

1

1-я установка

2

3

4

2-я установка

5

Рис. 19.2. Обработка валика на токарном станке в две установки: 1—5 — номера переходов

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

459

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

8 6

1

5

2

8

2

3

7

5

3

7

Рис. 19.3. Обработка детали (восемь переходов) на токарно-револьверном станке

5

460

4

S S Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

461

Рис. 19.4. Схема наладки станка ВА26 для сверления отверстий

А

А

19.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ И РАБОЧИЙ ЦИКЛЫ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

462

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

Пример. Двустороннее фрезерование на горизонтально-фрезерных или вертикально-фрезерных станках с подачей в обе стороны, сверление деталей на вертикально-сверлильном станке с поворотным двухпозиционным приспособлением. Обязательное условие такой обработки – вспомогательное время, затрачиваемое на снятие обработанной заготовки с приспособления, установку и закрепление следующей заготовки, не должно превышать машинного времени, т.е. tв  t. Для станков V группы Тц = t0 – tпер ,

(19.4)

где tпер — время перемещения двухпозиционного приспособления и подвода заготовки к инструменту или инструмента к заготовке. Например, время затрачиваемое на поворот двухпозиционного поворотного приспособления на сверлильном станке и на подвод сверла. VI группа — двухпозиционные станки непрерывного действия с последовательным выполнением позиций, на которых обрабатывается одна заготовка. К этой группе относятся одношпиндельные фрезерные станки карусельного типа (с круглым вращающимся в горизонтальной плоскости столом), плоскошлифовальные станки с круглым столом при обработке торцом шлифовального круга, фрезерные станки барабанного типа и др. Для станков этой группы Тц = t0. VII группа — двухпозиционные станки периодического действия с последовательным выполнением позиций, на которых одновременно обрабатывается несколько заготовок (рис. 19.5). К этой группе следует отнести станки V группы при применении на них многоместных приспособлений, дающих возможность одновременно закреплять и обрабатывать несколько деталей. Для станков VII группы t0  tпер (19.5) Tц  . P VIII группа — двухпозиционные станки непрерывного действия с последовательным выполнением позиций, на которых одновременно обрабатывается несколько заготовок. К этой группе относятся станки VI группы при применении на них многоместных

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

19.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ И РАБОЧИЙ ЦИКЛЫ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

463

II позиция 85 +1

3 отв. ∅5,5

121,6 ± 0,5

50,8 ± 1,5 50,8 ±1,5

165

47±0,4

I позиция (загрузочная) II позиция

∅5,5

50,8±1,5 50,8±1,5

50,8 ±1,5 50,8±1,5

Рис. 19.5. Сверление трех отверстий на двухпозиционном шестишпиндельном сверлильном станке

приспособлений, дающих возможность одновременно закрепить несколько деталей. Для станков этой группы Tц 

t0 . P

(19.6)

IХ группа — многопозиционные станки периодического действия с последовательным выполнением позиций при одновременной обработке нескольких заготовок или нескольких порций загото-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

464

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

∅6,74 Отверстия, равномерно расположенные АБ по окружности

Схема стола

32

III

130 ± 0,25

∅47

А

10

48+−0,4 0,2

24

R1

70

Б

IV

∅ 110

45°

II

V

81

200

I позиция установочная

II позиция

III позиция

IV позиция

V позиция

32

48

81

47

81

∅6,7 R=1

∅47,5 ∅108

4 сверла ∅6,7

6

∅45

∅110

∅109,5

Рис. 19.6. Обработка корпусов подшипников на пятипозиционном вертикальном агрегатном станке

вок. К этой группе можно отнести многопозиционные агрегатные станки карусельного или барабанного типа с периодическим поворотом стола или барабана (рис. 19.6—19.10). При одновременной обработке нескольких заготовок на станках этой группы (по одной заготовке на каждой позиции) Тц = t0 max + tпер,

(19.7)

где t0 max — максимальное машинное время обработки на одной из позиций.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

465

19.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ И РАБОЧИЙ ЦИКЛЫ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

II позиция

2 13

III позиция

14 1

4 6

12 10

5 7

8

80

11 9

3

320

I позиция (загрузочная )

Расположение отверстий на детали 3

2

4 5

1

7

13

32

14

38

155 180

9,5

22,5 °

6

45° 12

8 9

11

М12 ×1,75 14 отв.

10

Рис. 19.7. Нарезание резьбы в 14 отверстиях ступицы на трехпозиционном агрегатном резьбонарезном станке

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

3

1

8

6

7

Позиция 6

Позиция 2

Позиция 7, сверление 6 отверстий Позиция 8 развертывание 6 отв.

Позиция 3—4

Рис. 19.8. Обработка детали на восьмипозиционном вертикальном токарном полуавтомате

Позиция 5

Загрузка(установка и съем детали ) Схема расположения суппортов

2

4

5

Зажим детали пневматический

466 ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

V позиция

2 × 45°

201

∅114

r2

+0,26

Ход 45 мм

n=45,5 об/мин S=0,338 tм=3,1

Ход 75 мм

III позиция

Ход 45 мм

VI позиция

157 ∅135−−0,028 0,068

∅235

Ход 45 мм

158 II позиция

n = 50,4 об/мин III позиция S = 0,243 t = 3,3

30°

IV позиция

4,5

10,5

Ход 45 мм

I позиция (загрузочная )

VI позиция

V позиция

IV позиция

∅234–0,185

∅135−−0,25 0,1



n = 45,5 об/мин S = 0,338 t м = 3,1

Рис. 19.9. Обработка ступицы колеса комбайна на шестипозиционном вертикальном токарном полуавтомате

n=455 об/мин S=0,338 tм =3,1 мин

236–0,6

∅136 ∅134

167,5–0,53

n = 103 об/мин S = 0,243 t м = 3,3 мин

157,5 – 0,53

236,5 1 × 45 °

10 33,5

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

16,75

II позиция 19.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ И РАБОЧИЙ ЦИКЛЫ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

467

∅19,7

∅10,1

9,5

∅19,7

7 ∅15

∅23 × 45°

∅12

8

6

IV позиция

∅19,7

23,3–0,1

∅12

∅15

V позиция

∅20

+0,045

∅20,03

∅180

38

Отв. 2; 4; 6; 8 n=268 об/мин; S=0,15 Отв. 1—8 n=200 об/мин; S=0,2

Отв. 1—8 n=75 об/мин; S=0,52

9 1 21 19 7

2 11 22 8 20 18 6

13 7 15 19 4 17 6 15 5

15 4 13 3

5 8 18 7 20 8 22 1 11 2

8 21 1 9 10 2 12 14 3 4

IV позиция

V позиция II позиция I позиция загрузочная

10 3 121416 17 5

III позиция

СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ ШПИНДЕЛЕЙ

236

∅156

Рис. 19.10. Обработка отверстий в ступице колеса на пятипозиционном вертикальном агрегатном станке

Отв. 1; 3; 5; 7. n=268 об/мин; S=0,15

Отв. 9;10;12;14;16;17;19;21 Отв. 11;13;15;18;20;22 Отв. 9;10;12;14;16;17;19;20;21 Отв. 11;13;15;18;20;22 n=485 об/мин; S=0,08 n=485 об/мин ; S=0,08 n=225 об/мин; S=0,18 n=225 об/мин; S=0,18

27

9,5

∅10,1

9,5

3

III позиция

6 6

II позиция

38

27

Зенкеровать∅13,5 × 120°

9,5

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

27

468 ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

469

19.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ И РАБОЧИЙ ЦИКЛЫ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

При одновременной обработке нескольких порций заготовок — по заготовке на каждой позиции t0max  tпер (19.8) Tц  . P Х группа — многопозиционные станки непрерывного действия с последовательным выполнением позиций при одновременной обработке нескольких заготовок или нескольких порций заготовок. К этой группе можно отнести фрезерные двухшпиндельные станки карусельного типа, фрезерные четырехшпиндельные станки барабанного типа, плоскошлифовальные двухшпиндельные станки при обработке торцом круга с круглым непрерывно вращающимся столом и др. (рис. 19.11, 19.12). 3

21

2

21

75

65

16

37

76

а)

+0,2

0

Ось шпинделя

2-я позиция 1-я позиция

0 0

0,2

б)

0

0

Съем шлифованных сегментов

+0,2

Направление вращения стола

в)

Загрузка заготовок сегментов в гнездо стола

Рис. 19.11. Высокопроизводительное шлифование плоских поверхностей деталей на специальном двухпозиционном плоскошлифовальном станке: а и б — шлифуемые детали; в — схема шлифования

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

470

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

Фреза ∅200, Z=16

2-я позиция

Чистовое фрезерование

1-я позиция

Черновое фрезерование

Установка и съем детали

Рис. 19.12. Фрезерование корпусов подшипников на двухпозиционном карусельно-фрезерном станке

Для станков этой группы при одновременной обработке нескольких заготовок Tц = t0 max (19.9) При одновременной обработке нескольких порций заготовок Tц = t0 max/P .

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

(19.10)

19.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ И РАБОЧИЙ ЦИКЛЫ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

471

XI группа — многопозиционные станки периодического действия с параллельным выполнением позиций при одновременной обработке нескольких заготовок или нескольких порций заготовок. К этой группе относятся многошпиндельные вертикальные и многошпиндельные фасонно-отрезные автоматы, сверлильные многошпиндельные станки для одновременного сверления нескольких заготовок и др. Эти станки представляют собой, по существу, несколько соединенных одинаковых станков, выполняющих одинаковую работу. Если на каждой позиции обрабатывается 1 заготовка, количество заготовок равно количеству позиций q и рабочий цикл Tц 

t0  tв . q

(19.11)

При обработке на каждой позиции, состоящей из P заготовок, рабочий цикл определится следующим образом: Tц =

t0 + tв . qp

(19.12)

XII группа — многопозиционные станки непрерывного действия с параллельным выполнением позиций при одновременной обработке нескольких заготовок или нескольких порций заготовок. Такая обработка может выполняться на фрезерных станках барабанного типа с многоместными, многорядными барабанами, например, станках для фрезерования шлицев винтов и др. Если на каждой позиции обрабатывается одна заготовка, количество заготовок равно количеству позиции q и рабочий цикл в этом случае будет t (19.13) Tц = 0 . q При обработке на каждой позиции порции деталей, состоящей из Р заготовок, рабочий цикл t Tц = 0 . (19.14) qp XIII группа — многопозиционные станки периодического действия с параллельно-последовательным выполнением позиций при

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

472

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

одновременной обработке нескольких заготовок или нескольких порций заготовок. К этой группе следует отнести агрегатные станки, токарные вертикальные полуавтоматы карусельного типа, у которых все позиции разделены на несколько одинаковых групп. В каждой группе одновременно производится одна и та же обработка заготовок (число групп равно m). Внутри каждой группы, на всех рабочих позициях, выполняются различные обработки над числом заготовок (или порций заготовок), равным числу рабочих позиций соответствующей группы. На станке одновременно обрабатываются заготовки или порции заготовок, число которых равно произведению групп на число рабочих позиций в каждой группе. Примером такой обработки может служить обработка деталей на сдвоенной наладке шестишпиндельного (шестипозиционного) токарного автомата, когда за один оборот блока шпинделей со станка снимаются две обработанных детали или две порции деталей (рис. 19.13). При одновременной обработке нескольких заготовок на таких станках (число заготовок равно числу позиций) рабочий цикл t0max (19.15) Tц = . m При одновременной обработке нескольких порций (каждая состоит из Р заготовок) число партий равно числу позиций, и в этом случае рабочий цикл t0max (19.16) Tц = . mP В табл. 19.1 даны формулы для определения длительности рабочего цикла для станков различных типов применительно к рассмотренной выше классификации.

19.2. Показатели, характеризующие производительность станков Для оценки производительности металлорежущих станков на технологических операциях существуют несколько показателей: абсолютная производительность, производительность резания, производительность формообразования, штучная производительность.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1

2

4

Поз. 6

159,3

Позиции

Поз. 4

2-я установка

352

∅58

3

5

∅48,4

71 197 ± 0,5

∅75,5–0,2

Позиции

Поз. 5

∅33 ∅35

25

∅57

34,2

6

∅33

Рис. 19.13. Обработка валика на вертикальном многорезцовом токарном шестипозиционном полуавтомате в две установки

Поз. 3

1-я установка

Загрузка (съем и установка детали

1

3

2

6 ∅100,7–0,23

115,5 ∅68,2–0,2

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

4

5

19.2. ПОКАЗАТЕЛИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ СТАНКОВ

473

474

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

19.1. Сводная таблица формул для определения длительности рабочего цикла станков различных типов Группа станков

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Количество одновременно обрабатываемых заготовок

Рабочий цикл

I  II 

Одновременно обрабатывается одна заготовка

III   IV 

Одновременно обрабатывается порция, состоящая из P заготовок

V  VI 

Одновременно обрабатывается одна заготовка

VII   VIII 

Одновременно обрабатывается порция, состоящая из P заготовок

Tц =

IX

При одновременной обработке нескольких заготовок (по одной заготовке на каждой позиции)

Tц =t0max  tпер

X

При одновременной обработке нескольких порций заготовок (по P заготовок на каждой позиции)

Tц =

XI

При одновременной обработке нескольких заготовок (по одной заготовке на каждой позиции)

XII

При одновременной обработке нескольких порций заготовок (по P заготовок на каждой позиции)

Tц =

XIII

При одновременной обработке по одной заготовке на каждой из q позиций

t + tв Tц = 0 q

XIV

При одновременной обработке на каждой из q позиций порции из P заготовок

Tц =

XV

При одновременной обработке по одной заготовке на каждой из q позиций

Tц =

t0 q

XVI

При обработка на каждой позиции порции, состоящей из P заготовок

Tц =

t0 qP

XVII

При одновременной обработке нескольких заготовок (число заготовок равно числу позиций)

Tц =

XVIII

При одновременной обработке нескольких порций (каждая состоит из P заготовок) число порций равно числу позиций

Tц =

Tц = t0 + tв Tц = t0 t0 + tв P Tц = t0/P

Tц =

Tц = t0 + tпер Tц = t0 t0 + tпер

P Tц = t0/P

t0max  tпер P

Тц = t0 max t0max P

t0 + tв qP

t0max m t0max mP

475

19.2. ПОКАЗАТЕЛИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ СТАНКОВ

19.2.1. Абсолютная производительность Средняя величина мощности Nm, целесообразно используемой на осуществление формообразования Nр и вспомогательные элементы операции Nв, кВт, N m  N р  Nв 

t0i k t 1  n   Pв v в вi   PP vP 6120  i 1 Tц i 1 Tц

  , 

(19.17)

где NP и Nв — мощности, затрачиваемые, соответственно, на резание и на вспомогательные элементы операции, кВт; Pр и Pв — силы, Н, минимально необходимые для каждого из n формообразующих переходов операции и вспомогательных элементов операции; vP и vв — средняя скорость формообразующих переходов и вспомогательных движений, м/мин; t0 и tв — продолжительность каждого формообразующего перехода и вспомогательных элементов операции, мин. Мощность Nm возрастает по мере совершенствования станков и режущих инструментов. Мощность, используемая на осуществление формообразования в тяжелых станках и автоматизированных станочных линиях, достигает ≥100 кВт на одного обслуживающего рабочего. Этот показатель, по нашему мнению, характеризует в большей мере энергетическую вооруженность рабочего, обслуживающего станок, а также энергетические возможности станка при данном способе формообразования детали.

19.2.2. Производительность резания Производительностью резания называется среднее количество материала (стружки), снимаемого в единицу времени рабочего цикла в весовых или объемных единицах: t  (19.18) GP  WP  100  bntnvn 0   bntn ln , г/мин, Tц Tц где WP — объем стружки, снимаемый в единицу времени, см3/мин;  — плотность обрабатываемого материала, г/см3; bn — длина образующей при формообразовании, мм; tn — глубина резания, мм; vn — средняя скорость формообразующего движения вдоль направляющей, м/мин; ln — длина направляющей (длина снятого слоя), мм; t0 — время формообразования, мин.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

476

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

GР и WР возрастают по мере конструктивного развития и совершенствования металлорежущих станков и режущих инструментов. За последние 50 лет этот показатель увеличился у некоторых типов токарных многорезцовых станков в несколько раз. Тяжелые токарные и строгальные станки снимают стальной стружки массой до 30 кг/мин и более. Этот показатель характеризует производительность станка безотносительно к технологической операции, выполняемой на станке. Не следует забывать, что металлорежущий станок — рабочая машина, предназначенная для обработки деталей машин, а не для производства стружки. Одно из прогрессивных направлений развития технологии машиностроения — снижение припусков на заготовках и их более равномерное распределение по поверхностям заготовки — способствует снижению этого показателя вследствие возрастания роли и объема финишных операций. На этих операциях величина припуска, объем и масса металла, превращаемого в стружку, по сравнению с размерами и массой детали невелики. В ряде случаев этот показатель не используется. Например, для общей характеристики производительности станков, на которых применяются электроискровой, электроимпульсный, электрохимический, анодно-механический и другие методы обработки, а также станков, предназначающихся для черновых, обдирочных операций; станков тяжелого типа, используемых в единичном и серийном производстве в тяжелом машиностроении.

19.2.3. Производительность формообразования Это средняя величина площади поверхности, обрабатываемой на станке в единицу времени: t 1 (19.19) Fф=100 bnvn 0   bnln , см2 мин, Тц Тц где Fф зависит от размера, требуемой шероховатости поверхности изделия, размеров станка и размеров применяемого режущего инструмента. На современных станках при обработке инструментом из твердого сплава Fф достигает более 5000 см2/мин. При сложной конструкции обрабатываемой детали, вызывающей повышенную по сравнению с основным временем затрату

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

19.2. ПОКАЗАТЕЛИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ СТАНКОВ

477

вспомогательного времени на установку заготовки и снятие детали со станка, при малых bn и ln этот показатель может оказаться низким при довольно высокой штучной производительности. Не отрицая важности и полезности использования приведенных выше показателей при решении задач, связанных с определением пропускной способности рабочей машины — станка, выбором ее кинематической схемы, мощности двигателей и конструкции, следует подчеркнуть, что производительность станка на данной операции в среднем машиностроении может быть наиболее конкретно определена количеством продукции, обрабатываемой в единицу времени. Работников производства (технологов, нормировщиков, экономистов и других) интересует в первую очередь штучная производительность станка при заданных технологических условиях обработки, т.е. производительность на данной технологической операции. Выражение «производительность станка» безотносительно к технологической операции, выполняемой станком, неконкретно и во многих отношениях не имеет смысла, так как производительность можно определить в том случае, когда на станке выполняется определенная операция, т.е. обрабатывается определенная продукция.

19.2.4. Штучная производительность станка на данной операции Величина, обратная времени, затрачиваемому на обработку единицы продукции, т.е. на обработку одной детали, может быть определена в массовом или в серийном (а также единичном) производстве следующим образом Пшт = Пшт =

1 шт./мин; tш 1

tшк

шт./мин,

(19.20) (19.21)

где tш и tшк — штучное или штучно-калькуляционное время обработки детали, мин. Простота и важность этого показателя несомненны. Штучная производительность должна быть максимальной для данных усло-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

478

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

вий обработки. Она обратно пропорциональна времени, затрачиваемому на обработку одной детали на данном станке. Если qP и P , соответственно, масса и объем стружки (припуска), кг и см3, снимаемой с данной детали, то штучная производительность и производительность резания будут связаны следующим образом: G (19.22) Пшт = P шт./мин; qP Пшт =

WP шт./мин. P

(19.23)

Обозначая через fФ площадь заготовки, см2, обрабатываемую на станке, получим штучную производительность, выраженную через производительность формообразования: Fф Пшт = , шт./мин. (19.24)  fф Если обозначить через ln н — длину пути каждого из n режущих инструментов в обрабатываемом материале, мм; vн — скорость каждого из несовмещенных во времени формообразующих движений, м/мм; lm и vm — то же, для каждого из вспомогательных движений, то 1000 (19.25) Пшт = шт./мин. ln н lm  v v н m Следует отметить общую тенденцию этих показателей. С уменьшением размеров станка или обрабатываемой заготовки Пшт повышается, Nm, GP, WP и Fф понижаются. Степень понижения показателей при этом разная: Nm понижается в большей степени, GP и WP — в меньшей, Fф — еще в меньшей.

19.3. Производительность технологическая, теоретическая, реальная и фактическая Следует различать штучную производительность: а) технологическую, б) теоретическую, в) реальную и г) фактическую.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

19.3. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ, ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ, РЕАЛЬНАЯ И ФАКТИЧЕСКАЯ

479

Технологической производительностью называется количество заготовок, которые могли быть обработаны на станке в единицу времени, если бы отсутствовали затраты времени на холостые хода и вспомогательные элементы операции (tв = 0), т.е. если бы рабочий процесс на станке осуществлялся непрерывно. Технологическая производительность, таким образом, определяется только затратами на непосредственную обработку изделия: П = 1/t0.

(19.26)

Теоретической производительностью называется количество изделий, обрабатываемых станком в единицу времени при непрерывной работе, при отсутствии простоев станка в течение смены, т.е. при отсутствии внецикловых затрат времени: 1 (19.27) Пm = , шт./мин. Тц Для каждой группы станков рабочий цикл имеет различное значение. При Тц > t0, что имеет место во многих случаях, П > Пm . Для однопозиционного станка периодического действия теоретическая производительность 1 (19.28) Пm= , шт./мин, t0  tв или Пm=

t 1 t0  П 0 ; Пm  ПK0 , t0 t0  tв Тц

(19.29)

где K0 = t0/Tц — коэффициент основного времени, т.е. отношение основного (технологического) времени к времени цикла. Этот коэффициент называют также коэффициентом непрерывности формообразования. Очевидно, что K0  1. Для современных металлорежущих станков K0 = 0,4 ... 0,95. На станках с непрерывным процессом обработки K0 = 1. График на рис. 19.14 дает возможность определить, насколько возрастает производительность при снижении основного (машинного) времени при определенной величине коэффициента K0. Так, например, сократив основное машинное время за счет увеличения

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

480

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ 600

K 0 =1,0

П 2′ =

Производительность П 2 , %

K0=0,9

500

500

400

100 K0 − K1 1− 100

336

K 0=0,8

300

278 K 0 =0,7 226 200

194

K 0 =0,6 K 0 =0,4

147 K =0,2 0 119

100 100

0

30 20 70 90 80 40 10 60 50 Основное (машинное) время, %, к первоначальной величине 10

20 30 70 40 5060 80 90 Процент снижения основного (машинного) времени K1

0

100

Рис. 19.14. Рост производительности в зависимости от уменьшения основного машинного времени при различных значениях коэффициента K0

скорости резания и подачи или за счет проведения других мероприятий в пять раз, т.е. сократив это время на 80% (K1 = 80%), производительность в процентах от первоначальной при K0 = 0,2 будет П2= 119%, при K0 = 0,4 П2= 147%, при K0 = 0,6 П2= 194% и т.д.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

481

1,0

1,0

0,9

0,9

0,8

0,8

0,7

0,7

t0 = 2,0

0,6

Коэффициент K ВЗ

Коэффициент K 0

19.3. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ, ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ, РЕАЛЬНАЯ И ФАКТИЧЕСКАЯ

t0 = 1,5

0,5

t0 = 1,0

0,5

t0 = 0,5 t0 = 0,25

0,3

3,0

4,0

tв =0,25

0,3

0,1 2,0

tв =0,5

0,4

0,1 1,0

tв =1,0

0,5

0,2

0

tв =1,5

0,6

0,2

0

tв =2,0

5,0

0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

Штучное время tш , мин

Длительность рабочего цикла Тц , мин

б)

а) 1,0 0,9 1,0

0,8

α = 10 %

0,9

α = 15 % α = 20 %

0,8

t0 = 0,2

0,7

Коэффициент K

Коэффициент K орг

α=5%

α = 25 %

0,6

t0 = 1,5

0,5 t0 = 1,0

0,4

t0 = 0,5

0,3 0,2

t0 = 0,25

0,1

0,7 0

0,5

1,0

Брак деталей β , %

в)

1,5 0

1

2

3

4

5

Штучное время tш , мин

г)

Рис. 19.15. Зависимость коэффициента K0 от длительности рабочего цикла Тц и основного времени t0 (а); коэффициента Kвз от штучного tш и вспомогательного времени tв; П — 4 шт./мин, t0 = 0,25 мин (б); коэффициента Kорг от потерь времени по организационным и техническим причинам () и от брака деталей в процентах () (в); коэффициента K от основного и штучного времени;  = 5%,  = 0,5% (г)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

482

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

На рис. 19.15, а приведен график, показывающий зависимость между длительностью цикла Тц , основным временем операции и коэффициентом K0. Чем выше коэффициент K0 и чем ниже основное время t0, тем ниже длительность цикла, т.е. тем выше теоретическая производительность. Даже при большом снижении основного времени, при небольших значениях K0 производительность возрастает. Это наблюдается там, где мало уделяют внимания сокращению времени, затрачиваемому на вспомогательные приемы операции. Следовательно, рациональное и высокопроизводительное использование металлорежущих станков при скоростном резании может быть обеспечено только путем одновременной механизации и автоматизации этих приемов, а также путем применения мероприятий, снижающих вспомогательное время. Реальная производительность — производительность с учетом внецикловых затрат. Внецикловыми затратами следует считать: t'пз — подготовительно-заключительное время, отнесенное к одному обработанному изделию:   tпз

tпз , n

(19.30)

где tпз — подготовительно-заключительное время на партию; n — число деталей в партии; tоб — время, затрачиваемое на организационные и техническое обслуживание рабочего места, отнесенное к одному изделию; tn — время на отдых и естественные надобности рабочего. Реальная производительность станка определится следующим образом. При серийном и единичном производстве 1 1 (19.31) Пр  или Пр  .   t0  tв  tоб  tn tшк tиз При массовом производстве 1 1 Пр  или Пр  . tш t0  tв  tоб  tn

(19.32)

Повышение реальной производительности может быть обеспечено снижением каждого из слагаемых, входящих в знаменатель. Следует сделать при этом оговорку. Повышать производительность

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

19.3. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ, ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ, РЕАЛЬНАЯ И ФАКТИЧЕСКАЯ

483

за счет снижения времени tn , необходимого на отдых и естественные надобности рабочего и включенного в норму штучного времени, не следует, однако при проектировании технологического процесса обработки детали и технологической операции следует предусматривать мероприятия и устройства, механизирующие и облегчающие труд рабочего или существенно изменяющие характер труда. В наибольшей мере это может быть обеспечено автоматизацией операции. Реальную производительность станка можно также определить следующим образом: Пр = ПшKвз ,

(19.33)

где Kвз — коэффициент учитывающий внецикловые затраты времени. Для получения высокой реальной производительности станка на операции недостаточно иметь станок с высокой теоретической производительностью, нужно обеспечивать также и высокий коэффициент Kвз. Определим значение этого коэффициента: П = П K = ПK . K . р

m

вз

вз

Отсюда Kвз 

Пр Пm



Пр ПK0

.

Подставляя в формулу для определения Kвз значение Пр и значение t 1 , K0  0  t0  tв 1  Пtв получим при серийном производстве 1  tв 1  Пtв Kвз  ,    t0  tв  tоб  tп )П (tпз tк П

(19.34)

и при массовом производстве Kвз 

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

1  Пtв . tш П

(19.35)

484

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

Уравнение (19.34) можно также представить в следующем виде: Kвз 

1  Пtв .   tв  tоб  tn 1  Пtпз

(19.36)

Нетрудно увидеть, что этот коэффициент по абсолютному значению меньше единицы. Если все внецикловые затраты равны нулю (t'пз=0; tоб= 0; tn= 0), то наибольшее значение Kвз = 1. Реальная производительность будет тем выше, чем ближе к единице коэффициент Kвз. Следует отметить, что во многих цехах значения этого коэффициента низки. Наблюдения показывают, что при массовом производстве Kвз = 0,4 ... 0,5; при серийном Kвз = 0,2 ... 0,3. Повышение этого коэффициента может быть достигнуто снижением внецикловых затрат. На рис. 19.15, б приведен график, показывающий зависимость между штучным, вспомогательным временем и коэффициентом Kвз при технологической производительности П = 4 шт./мин и основном времени t0 = 0,26 мин. Чем выше этот коэффициент и чем меньше вспомогательное время, тем меньше штучное время, т.е. тем больше реальная производительность. В действительности производительность станка на данной технологической операции, в подавляющем большинстве случаев, ниже реальной вследствие потерь (простоев) по организационным и техническим причинам, а также потерь от брака. Рассматривая приведенные выше уравнения, можно прийти к выводу, что в целях увеличения реальной производительности необходимо добиваться уменьшения всех слагаемых штучного или калькуляционного времени. Уменьшение только одного из них большого эффекта не даст. Так, например, применение очень высоких скоростей резания с целью снижения основного времени не дает увеличения производительности, так как сопровождается по ряду причин остановками — уборка стружки, притупление инструмента и его замена, ремонт станка вследствие вибрации и др. Коэффициенты K0 и Kвз должны быть высокими, близкими к единице. Для этого необходимо tв, tоб и t'пз уменьшать в большей степени, чем t0. Фактическая производительность при массовом производстве, шт./смена,

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

19.3. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ, ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ, РЕАЛЬНАЯ И ФАКТИЧЕСКАЯ

     Тсм  1   1    100  100  Пф  tш

485

(19.37)

и при серийном и единичном производстве      Тсм  1   1    100   100  Пф  tк

(19.38)

или, соответственно,      1   1   Пф   100   100  ; tш      1   1   100 100    , Пф  tк

(19.39)

(19.40)

где Tсм — продолжительность рабочей смены, мин;  — процент потерь времени (простоев) по организационным и техническим причинам;  — процент брака деталей на данной технологической операции. В уравнениях (19.37)—(19.40) предполагается, что фактически затрачиваемое штучное или штучно-калькуляционное время равно расчетному. Обозначим коэффициент потерь по организационным и техническим причинам       Kорг   1    1  ,  100   100 

(19.41)

тогда Пф 

Следовательно,

1 1 Kорг или Пф  Kорг . tш tк

(19.42)

Пф = Пр Kорг .

Отметим, что Kорг  1. На рис. 19.15, в приведен график зависимости коэффициента Kорг от величин  и . Из графика видно, что

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

486

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

этот коэффициент в большей степени зависит от  и меньшей — от . Известно, что потери по организационным и техническим причинам на производстве достигают до 20% и более, в то время как процент брака значительно ниже. Из этого можно сделать вывод о том, что борьбе с браком следует уделять меньше внимания, чем борьбе с потерями времени, характеризуемыми величиной . Влияние брака на себестоимость продукции общеизвестно. Потери от брака — это не только потери времени на данной технологической операции, это одновременно и потери, связанные с затратой живого и овеществленного труда на всех операциях изготовления бракованной продукции, начиная от получения материала, из которого она изготовлена. Уравнение (19.42) можно записать как Пф  ПK0 Kвз Kорг .

(19.43)

Принимая K0KвзKорг = K, получим Пф = ПK.

(19.44)

Значение коэффициента K найдем следующим образом:      1   1  Пtв   K  1   1       1  Пtв  tш П   100  100 

или окончательно

K

(19.45)

t0      1   1  . tш  100  100 

На рис. 19.15, г приведен график зависимости коэффициента K от основного t0 и штучного tш времени для частного случая, когда  = 5%,  = 0,5%. Уравнение (19.44) можно представить в следующем виде: Пф  П

t0      1   1  . tш  100  100 

(19.46)

Из уравнения (19.46) видно, что фактическая производительность прямопропорциональна: технологической производительности; соотношению основного времени к штучному и прямопропорциональна коэффициенту потерь по организационным и техническим причинам. Повышение фактической производитель-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

19.3. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ, ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ, РЕАЛЬНАЯ И ФАКТИЧЕСКАЯ

487

ности может быть обеспечено повышением абсолютных значений всех трех множителей, входящих в правую часть уравнения (19.46). Наибольший эффект может быть обеспечен при одновременном проведении мероприятий по всем трем направлениям. К сожалению, этот простой вывод довольно часто забывается. Известны многочисленные случаи, например, когда высокопроизводительные станки с высокой технологической производительностью и довольно высоким соотношением t0/tш не обеспечивали в действительности высокой производительности вследствие больших потерь по организационным вопросам и техническим причинам, т.е. вследствие низкого коэффициента Kорг или вследствие низкого коэффициента Kвз . Чем объясняется необходимость разграничения штучной производительности на производительность технологическую, теоретическую, реальную и фактическую (действительную)? Значение такого показателя, как фактическая производительность, общеизвестно и подчеркивать его лишний раз нет необходимости. Усиление борьбы с простоями по организационным и техническим причинам и ликвидация причин, вызывающих брак изделий на производстве, могут и должны привести к тому, чтобы  = 0 и  = 0. Тогда коэффициент Kорг = 1 и фактическая производительность будет равна реальной. Во многих случаях, например при работе на станках I группы, когда при выполнении операции имеют место затраты времени t0, tв и tоб , приходится определять именно такую производительность. При введении принудительной смены режущего инструмента и подналадке станка в перерывах между сменами, во время обеденных перерывов или в третьей, специально отведенной для этого смене, tоб = 0, производительность будет определяться только затратами основного (технологического) и вспомогательного времени: 1 Пm  , (19.47) t0  tв т.е. мы будем иметь дело с так называемой теоретической производительностью. При обработке деталей на станках II, IV и X группы (см. рис. 19.1 и табл. 19.1), т. е. на станках непрерывного действия, вспомога-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

488

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

тельное время tв полностью перекрывается основным технологическим машинным временем. В этих случаях tв = 0. При соблюдении таких условий ( = 0,  = 0, tоб = 0) производительность будет определяться затратами основного времени, и, следовательно, мы будем иметь дело с технологической производительностью. П = 1/t0.

(19.48)

В табл. 19.2 приведены формулы для определения коэффициента основного времени, технологической и теоретической производительности технологических операций при выполнении их на станках всех типов согласно классификации, данной на рис. 19.1. 19.2. Сводная таблица формул для определения технологической и теоретической производительности станков различных типов Группа станков I

Коэффициент основного времени K0 

II III

K0  K0 

IV V

K0 

K0 

VIII IX

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

K0 

1 t0

П

P t0

t0 1 t0 П

1 t0

t0 1 t0

t0 max  tпер

1 t0  tв

Одновременно обрабатывается одна заготовка

1 t0

Одновременно обрабатывается одна заготовка

Пm 

P t0  tв

Одновременно обрабатываются Р заготовок

P t0

Одновременно обрабатываются Р заготовок

Пm 

1 t0  tпер

Одновременно обрабатывается одна заготовка

1 t0

Одновременно обрабатывается одна заготовка

Пm  П

P t0

t0 1 t0

t0 max

Пm 

Пm 

t0 1 t0  tпер

K0 

П

Примечания Теоретическая

Пm 

t0 1 t0  tпер

K0 

Технологическая

t0 1 t0

t0 1 t0  tв

K0 

VI VII

t0 1 t0  tв

Производительность

Пm 

1 t0  tпер

Одновременно обрабатываются Р заготовок

P t0

Одновременно обрабатываются Р заготовок

Пm  1

П

1 t0 max

Пm 

P На каждой позиции t0 max  tпер обрабатывается по одной заготовке

19.4. ОСНОВНЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНКОВ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ

489

Окончание табл. 9.2 Группа станков IX

X

XI

XII

XIII

Коэффициент основного времени K0 

t0 max t0 max  tпер

K0 

K0 

t0 max t0 max

1

t0 1 t0  tв

K0 

K0 

1

t0 1 t0

t0 max t0 max

1

Производительность Технологическая

Примечания Теоретическая

П

P t0 max

П

1 t0 max

Пm 

1 t0 max

На каждой позиции обрабатывается по одной заготовке

П

P t0 max

Пm 

1 t0 max

На каждой позиции обрабатывается порция Р заготовок

П

q t0

Пm 

q t0  tв

На каждой из q позиций обрабатывается по одной заготовке

П

qP t0

Пm 

qP t0  tв

На каждой из q позиций обрабатывается порция P заготовок

П

q t0

q t0

На каждой из q позиций обрабатывается порция P заготовок

Пm 

P На каждой позиции t0 max  tпер обрабатывается порция Р заготовок

Пm 

П

m t0 max

Пm 

m t0 max

Одновременно обрабатываются несколько заготовок. Число заготовок равно числу позиций

П

mP t0 max

Пm 

mP t0 max

Одновременно обрабатываются несколько порций по Р заготовок. Число порций равно числу позиций

19.4. Основные пути повышения производительности станков на технологических операциях Развитие машиностроения, а также качественные изменения продукции машиностроительной промышленности требуют коренных изменений и совершенствования методов обработки и организации производства. Парк металлорежущих станков при этом должен расти в гораздо меньшем объеме, чем объем валовой продукции машиностроения.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

490

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

Характерными направлениями развития технологии машиностроения являются: 1. Совершенствование технологии изготовления заготовок с целью приближения их формы и размеров к форме и размерам готовых деталей. 2. Применение новых высокопроизводительных методов обработки (снятием стружки, обработкой давлением, электрических, электроэрозионных, электрохимических и др.) и совершенствование существующих. 3. Повышение точности обработки снятием стружки и других методов обработки, применяемых в машиностроении. 4. Повышение технологического уровня металлорежущих станков и других видов оборудования, применяемых при обработке деталей. Машиностроителям приходится решать две основные задачи: непрерывного повышения точности изготавливаемой продукции и непрерывного повышения производительности. Проблема точности в машиностроении занимает особое место. Что же касается путей повышения производительности, то несмотря на накопление большого опыта систематизации путей повышения производительности станочных операций в должном объеме не произведено. Ряд работ, опубликованных по этому вопросу, освещают пути повышения производительности частично, не охватывая всех известных в практике машиностроения. При рассмотрении путей повышения производительности станочных операций необходимо иметь в виду следующие соображения: • мероприятия, осуществляемые в целях повышения производительности, не должны вызывать увеличения себестоимости обрабатываемых деталей; • станок, на котором выполняется технологическая операция, может находиться в поточной линии или вне ее; • станочная операция на одном рабочем месте может выполняться одним рабочим, обслуживающим несколько станков, или бригадой, состоящей из нескольких рабочих, связанных производственным процессом. Соотношение между производительностью рабочего и производительностью станка на операции может быть определено следующим образом. При определении производитель-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

19.4. ОСНОВНЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНКОВ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ

491

ности одного рабочего Праб: в первом случае Праб = Попер ; во втором случав Праб = Попер X , где X — число станков, обслуживаемых одним рабочим на данной операции; в третьем случае Праб = Попер /K , где K — число рабочих в бригаде; • потери рабочего времени по организационно-техническим причинам  = 0, т.е. влияние организации производства в цехе, на участке, где выполняется операция, не рассматривается. • станочная операция работает в нормальных условиях, технических и технологических неполадок нет и брак, снижающий производительность, отсутствует; процент брака  = 0. Все мероприятия по снижению составляющих нормы времени t0, tв, tоб и t'пз можно разделить на следующие группы: 1) конструктивные (улучшение технологичности конструкции обрабатываемой детали); 2) технологические; 3) улучшение режущего инструмента; 4) повышение режимов обработки; 5) механизация и автоматизация операций; 6) организационно-технические мероприятия (табл. 19.3). 19.3. Факторы повышения производительности станочных операций Обеспечивается сокращение времени

Конструктивные (улучшение технологичности конструкции детали)

Факторы

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Характеристика

1. Уменьшение поверхностей, подвергающихся механической обработке

вспомоосновгательного ного •

2. Конструкция детали, создающая удобства для установки на станке и закрепления 3. Повышение жесткости детали, как в целях улучшения эксплуатационных свойств, так и в целях улучшения условий обработки 4. Обеспечение доступности ко всем обрабатываемым поверхностям при обработке и измерении











обслуживания рабочего места

подготовительнозаключительного





492

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

Продолжение табл. 19.3 Обеспечивается сокращение времени

Технологические

Конструктивные (улучшение технологичности конструкции детали)

Факторы

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Характеристика

5. Обеспечение удобства врезания и выхода инструмента, а также возможность обработки на проход 6. Упрощение формы обрабатываемых фасонных поверхностей 7. Приведение формы и размеров обрабатываемых поверхностей в соответствие с нормализованным инструментом 1. Замена обработки снятием стружки другими способами формообразования (холодная высадка и др.) 2. Снижение припусков на обработку и их более равномерное распределение на поверхностях заготовки 3. Очистка заготовок от корки и окалины перед механической обработкой 4. Применение многоинструментальных наладок станков с последовательным выполнением переходов (револьверные наладки) 5. Сокращение пути режущего инструмента относительно детали путем: применения подачи на врезание; изменения последовательности обработки и применения работы по копиру; применения комбинированного инструмента; применения обработки детали одновременно несколькими инструментами (сложные и обычные переходы)

вспомоосновгательного ного

обслуживания рабочего места

подготовительнозаключительного



























• •











19.4. ОСНОВНЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНКОВ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ

493

Продолжение табл. 19.3 Обеспечивается сокращение времени

Повышение режимов обработки

Улучшение режущего инструмента

Технологические

Факторы

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Характеристика

вспомоосновгательного ного

6. Применение позиционной обработки





7. Применение множественной обработки





8. Применение непрерывной обработки





9. Изменение кинематической схемы обработки и замена одного вида механической обработки другим





обслуживания рабочего места

10. Применение групповых наладок станков и групповой технологии

подготовительнозаключительного



11. Повышение жесткости и виброустойчивости технологической системы



12. Применение виброгасителей при скоростной обработке



1. Применение инструмента из более совершенного материала





2. Применение инструмента с более совершенными геометрическими параметрами





1. Применение режимов резания, обеспечивающих высокую производительность, а именно: режимов резания с высокими скоростями;



режимов резания с высокими подачами;



режимов резания наибольшей производительности



2. Увеличение скорости холостых ходов или их полное устранение



494

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

Продолжение табл. 19.3 Обеспечивается сокращение времени

Механизация и автоматизация операций

Повышение режимов обработки

Факторы

Характеристика

3. Применение смазывающеохлаждающих жидкостей или других сред для охлаждения режущего инструмента

вспомоосновгательного ного



1. Механизация ручных, особенно вспомогательных приемов



2. Автоматизация всех, в том числе и вспомогательных приемов



3. Применение приспособлений и наладок станков, обеспечивающих автоматическое получение требуемых размеров обработки



4. Применение активных методов контроля размеров (изменение размеров по ходу)



Организационно-технические





1. Совмещение вспомогательных приемов во времени с основным технологическим машинным временем



2. Принудительная смена инструмента через определенные промежутки времени



3. Принудительная смена инструмента на станке при помощи специальных устройств с компенсационным звеном, не требующих подналадки



4. Улучшение организации рабочего места и организации труда в цехе 5. Повышение квалификации рабочих

подготовительнозаключительного



5. Механизация дробления и уборки стружки

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

обслуживания рабочего места













495

19.5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ СНИЖЕНИЯ СЛАГАЕМЫХ ШТУЧНОГО ВРЕМЕНИ

Окончание табл. 19.3 Обеспечивается сокращение времени

Организационно-технические

Факторы

Характеристика

6. Изучение, отбор передовых рабочих и методов работы и обучение рабочих (обмен передовым опытом)

вспомоосновгательного ного



7. Выбор оптимальных партий при серийном производстве



обслуживания рабочего места

подготовительнозаключительного







Приведенная в табл. 19.3 классификация путей повышения производительности станочных операций свидетельствует о том, что в распоряжении технологов имеется богатый арсенал средств, реализация которых даст возможность существенно повысить производительность. Они проверены практикой. К сожалению, не все из них используются на производстве. Необходимо, учитывая особенности производства и конкретные условия выполнения станочных операций, комплексно применять эти мероприятия. При разработке и осуществлении мероприятий, обеспечивающих повышение производительности станочных операций, в первую очередь необходимо направлять усилия на снижение слагаемого штучного или калькуляционного времени, наибольшего по своему абсолютному значению. Следовательно, желательно, чтобы разработке мероприятий по повышению производительности операций предшествовали хронометраж операции и анализ структуры штучного времени.

19.5. Эффективность снижения слагаемых штучного времени Эффективность снижения каждого из слагаемых штучного времени может быть определена следующим образом. Пусть имеются 2 варианта операции: первый — до рационализации, второй — после рационализации. При первом варианте tш1  t01  tв1  tоб1 .

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

496

ГЛАВА 19. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

Производительность операции в единицу времени (1 мин) будет следующей: 1 П1  . tш1 При втором варианте tш2  t02  tв2  tов ; П2 

1 tш2

.

Если tш2 < tш1, то П2 > П1. Увеличение производительности станочной операции, %, a

( П2  П1 )100 t  или a   ш1  1  100. П1  tш2 

(19.49)

Подставляя вместо tш2 его значение, получим tш1   а  1  100.  t02  tв2  tоб2 

(19.50)

Пусть K  K  K     t02   1  1  t01 ; tв2   1  2  tв1 ; tоб2   1  3  tоб1 ;  100   100   100 

где K1, K2, K3 — процент снижения соответственно основного, вспомогательного времени и времени обслуживания рабочего места, полученного в результате рационализации операции. После подстановки значений K в формулу (19.50), получим: tш1   а  1 100. K K K         1  1  t01   1  2  tв1   1  3  tоб1   100   100    100  

(19.51)

Пользуясь этой формулой, можно определить процент повышения производительности, если известны величины K1, K2, K3. Рассмотрим несколько примеров. Пример 1. Пусть tш1 = 10 мин; t01 = 5 мин; tв1 = 4,5 мин. За счет внедрения на операции нового режима резания достигнуто снижение основного времени на 50%, т.е. K1 = 50%. Величины tв1 и tоб1 остались без изменения. Следовательно, K2 = 0, K3 = 0, и увеличение производительности

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

19.5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ СНИЖЕНИЯ СЛАГАЕМЫХ ШТУЧНОГО ВРЕМЕНИ

497

10    10  а  1 100    1 100  33%. 50    7,5   1   5  4,5  0,5    100  

Пример 2. При внедрении позиционной обработки на той же операции в две позиции, одна из которых установочная, но при сохранении прежнего режима резания обеспечивается полное перекрытие вспомогательного времени основным. При этом tв2= 0, т.е. K2 = 100%; K1 = 0; K3 = 0. Процент повышения производительности 10    10  а  1 100    1 100  82%.  100   5,5   1   4,5  0,5  100    

Пример 3. При принудительной смене режущего инструмента на станке в перерывах между сменами, во время обеденных перерывов и при введении механизированной уборки стружки, но при сохранении того же режима резания и вспомогательного времени K3 = 100%; K1 = 0; K2 = 0, 10    10  а  1 100    1 100  5%. 9,5  100     5  4,5   1   0,5   100   

Пример 4. При одновременном проведении всех мероприятий K1 = 50; K2 = 100; K3 = 100, 10   а  1 100  50   100    100   1   5  1   4,5   1   0,5   100    100   100    10    1 100  300%. 2,5   Приведенная классификация путей повышения производительности станочных операций свидетельствует о том, что в распоряжении технологов имеется арсенал средств, реализация которых дает возможность повышать производительность. Необходимо, учитывая особенности производства и условия выполнения станочных операций, комплексно применять эти мероприятия. Это обеспечивает наибольшей эффект.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Г Л А В А

Д В А Д Ц А Т А Я

Методика выбора способов обработки поверхностей деталей и комповновки технологических операций процесса изготовления детали 20.1. Определение последовательности выполнения операции Технологические процессы по уровню обобщения делятся на два вида: единичный и типовой. Единичный технологический процесс применим только для изготовления одного конкретного изделия. Это процесс изготовления или ремонта изделия (детали) одного наименования, типоразмера и исполнения. К преимуществам единичного технологического процесса относятся: возможность учета всех особенностей данного изделия и конкретных производственных условий, многовариантность принимаемых решений. Основным недостатком единичного технологического процесса являются большие затраты времени и труда. Типовой технологический процесс применяется для изготовления группы схожих изделий. Типовой технологический процесс характеризуется единством содержания и последовательности большинства технологических операций для группы изделий (деталей) с общими конструктивными признаками. В основе типовой технологии лежит классификация изделий на классы — подклассы — группы — подгруппы — типы. Из группы конструктивно подобных изделий (деталей) выбирается типовой представитель, обладающий наибольшей совокупностью свойств изделий (деталей). В данном разделе будут рассматрены основные правила, которым желательно следовать при разработке технологических про-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

20.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ ОПЕРАЦИИ

499

цессов изготовления деталей, а именно, правила назначения набора методов обработки поверхностей и последовательности их выполнения. Технологический процесс изготовления детали рекомендуется разрабатывать в следующей последовательности (возможны исключения). 1. Изучить по чертежу служебное назначение детали и проанализировать соответствие этому назначению технических требований и норм точности. 2. Выявить число деталей, подлежащих изготовлению в определенный период времени по неизменяемому чертежу, наметить тип и форму организации производственного процесса изготовления деталей. 3. Выбрать полуфабрикат, из которого должна быть изготовлена деталь, или метод получения заготовки, если неэкономично или физически невозможно изготавливать деталь непосредственно из полуфабриката. 4. Обосновать выбор технологических баз. 5. Выбрать методы обработки поверхностей заготовки и установить число переходов по обработке каждой поверхности исходя из требований к качеству детали. 6. Установить последовательность обработки поверхностей заготовки. 7. Рассчитать припуски на обработку и установить операционные размеры и допуски на отклонения всех показателей точности детали. 8. Оформить чертеж заготовки. 9. Сформировать операции из переходов (методов обработки) и выбрать оборудование для их осуществления. 10. Назначить режимы обработки, обеспечивающие требуемое качество детали и производительность. 11. Выполнить нормирование технологического процесса изготовления детали. 12. Выявить необходимую технологическую оснастку для выполнения каждой операции и разработать требования, которым должен отвечать каждый вид оснастки (приспособления для установки заготовки и режущего инструмента, режущий инструмент, измерительный инструмент и пр.).

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

500

ГЛАВА 20. МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

13. Проработать другие варианты технологического процесса изготовления детали, рассчитать их себестоимость и выбрать наиболее экономичный вариант. 14. Оформить технологическую документацию. 15. Разработать технические задания на конструирование нестандартного оборудования, приспособлений, режущего и измерительного инструмента. Практически все разделы, перечисленные выше, рассмотрены ранее. Поэтому подробнее остановимся на выборе методов обработки поверхностей детали и последующей компоновки из них технологических операций, т. е. на создании плана обработки поверхностей детали; выборе таких методов и средств обработки поверхностей, которые позволили бы экономичным путем превратить заготовку в деталь и обеспечить при этом требуемое качество по всем показателям. Выявление необходимого набора методов обработки по каждой поверхности детали относится к многовариантным задачам и предшествует этапу проектирования маршрутного технологического процесса изготовления детали. На выбор методов обработки и необходимого количества переходов влияют следующие факторы: • требования к точности размеров и качеству поверхности, которым должна отвечать готовая деталь; • качество заготовки, способ получения заготовки, точность ее размеров, качество поверхностного слоя; • количество деталей, подлежащих изготовлению в единицу времени по неизменяемому чертежу; • технико-экономические показатели, характеризующие каждый метод обработки. При выборе методов обработки и формировании технологических операций рекомендуется придерживаться следующей последовательности: • анализ служебного назначения поверхностей детали; выявление основных и вспомогательных базирующих поверхностей, свободных поверхностей; • изучение технических требований к поверхностям детали: точность размера, точность относительного расположения поверхностей, макрогеометрия, микрогеометрия (шероховатость); требуемое состояние поверхностного слоя детали (твердость и др.);

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

20.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ ОПЕРАЦИИ

501

• выбор, который обеспечит требуемую точность детали по чертежу (окончательный метод обработки) по таблицам экономической (статистической) точности метода обработки для каждой поверхности; • при заданных точностных характеристиках заготовки и выбранном финишном методе обработки в направлении от детали к заготовке назначение по каждой поверхности набора методов обработки, которые при реализации позволят получить из заготовки готовую деталь; • выявление одноименных методов обработки по различным поверхностям деталей; • группировка одноименных методов обработки с учетом стадий (этапов) обработки (черновой, чистовой, окончательный, отделочный). Формирование технологических операций с целью разработки маршрутного и операционного технологических процессов на основе двух последних пунктов, показанных на рис. 20.1. При реализации последовательности проектирования технологических операций, следует использовать, наряду с таблицами экономической точности, коэффициенты уточнения. Коэффициент уточнения — отношение допуска на размер заготовки к допуску на соответствующий размер готовой детали. Например, требуется изготовить партию валиков, погрешность наружных диаметров которых должна находится в пределах допуска ТАдет = 2 мкм. В качестве заготовки принят калиброванный пруток с допуском на диаметральный размер ТАзаг = 280 мкм. Устанавливаем общий расчетный коэффициент уточнения : ТА заг 280    140. ТАдет 2 Технологические системы, способные обеспечить уточнения в 140 раз, отсутствуют, поэтому возникает необходимость в нескольких технологических переходах для обеспечения требуемой точности обработки. В качестве финишного метода обработки выбираем притирку, которая способна обеспечить погрешность обработки в пределах 2 мкм. С учетом того что ТА1=ТАдет, а допуск ТА2 на операцию, предшествующую притирке (предварительную притирку), составляет

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

502

ГЛАВА 20. МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Заготовка (поверхность Азаг )

ТА заг

ωА

заг

Предшествующий метод обработки поверхности А (3-й переход )

ω А3 ≤ ТА дет

Деталь (поверхность Адет )

ТА1 = ТА дет

ТА3

ωА 1

Финишный метод обработки поверхности А (1-й переход )

Предшествующий метод обработки поверхности А (2-й переход)

ωА2

ТА 2

Рис. 20.1. Схема определения необходимого числа переходов (методов обработки) при обработке поверхности А детали: А — обозначение поверхности; ТАзаг, ТА3, ТА2, ТА1, ТАдет — допуски на размер, характеризующий поверхность заготовки Азаг после выполнения 3-го, 2-го, 1-го переходов и допуск на поверхность А соответственно; A заг , A 1, A 2, A 3 — поля рассеяния погрешностей размеров заготовки после 1-й, 2-й, 3-й технологической процесс изготовления; процесс прооперации соответственно; ектирования

15 мкм, коэффициент уточнения данной операции ТА ТА2 15 1  2    7,5. ТА1 ТАдет 2 Для поиска остальных методов находим их суммарное уточнение:  140 2,3  0   18,6. 1 7,5 Бесцентровое шлифование по таблицам экономической точности методов обработки обеспечивает точность диаметра в пределах 100 мкм. Тогда 280 3   2,8. 100 Между притиркой и бесцентровым шлифованием необходимо ввести еще один технологический переход — предварительную притирку с уточнением 2:

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

20.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ ОПЕРАЦИИ

2 

2,3 3



503

18,6  6,8. 2,8

Это возможно при условии, если заготовки, поступающие на предварительную притирку, имеют отклонение по диаметральному размеру не более 100 мкм, что обеспечивается предшествующим бесцентровым шлифованием. Таким образом, для достижения заданной точности валиков необходимо применить три метода обработки: бесцентровое шлифование, предварительную притирку и окончательную притирку, которые обеспечат требуемое уточнение:   3 2 1  2,8  6,8  7,5  142,8.

Из приведенного примера видна связь между технологическими переходами и обоснованность их последовательности при достижении точности диаметра поверхности А валика. Аналогичным образом можно произвести расчет коэффициентов уточнения по величине шероховатости поверхности детали. При этом следует иметь в виду, что если коэффициент уточнения по шероховатости поверхности больше, чем коэффициент уточнения по точности размера, то набор необходимых методов обработки следует производить по шероховатости поверхности детали. Направление расчета и нумерация переходов при составлении плана обработки идет от готовой детали к заготовке. Значения коэффициентов уточнения должны быть больше единицы. Однако для термической обработки, операций нанесения гальванических покрытий и т.п. значения коэффициентов уточнения меньше единицы, так как эти виды обработки снижают точность детали. Для того чтобы совместить выполнение переходов и уменьшить трудоемкость обработки, необходимо стремиться к тому, чтобы возможно большее количество поверхностей обрабатывалось одним методом и на одном оборудовании. Возможна незначительная корректировка разработанного технологического процесса изготовления детали, вызванная: выбранными технологическими базами; соблюдением принципа единства баз (если это эффективно); принципами концентрации или дифференциации переходов, необходимостью обработки с одной уста-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

504

ГЛАВА 20. МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

новки; обеспечением равномерности распределения припуска и др. Тем не менее обоснованный расчет или назначение набора методов обработки по каждой поверхности детали с использованием таблиц экономической точности позволит спроектировать технологический процесс изготовления детали с учетом экономической эффективности методов обработки. Экономическая целесообразность заложена в виде допусков соответствующих методов обработки, обеспечение погрешностей в пределах которых на соответствующем металлообрабатывающем оборудовании на основании многочисленных статистических исследований можно считать эффективными с экономической точки зрения. Таким образом, технолог создает предпосылки для разработки технологического процесса изготовления деталей с минимальной себестоимостью. Необходимо отметить, что проектирование плана обработки поверхностей имеет направленность от детали к заготовке. При изготовлении детали процесс обратный — от заготовки к детали. После того как по каждой поверхности детали будет определен набор предполагаемых экономически целесообразных методов обработки, приступают к построению технологического процесса с учетом этапов (стадий) обработки и вида технологического процесса изготовления детали. Черновой этап — уменьшение и равномерное распределение припуска на последующую обработку; удаление поверхностных дефектов с заготовки; сравнительно невысокая точность обработки; высокопроизводительное оборудование. Чистовой этап — обеспечение минимальных припусков под окончательные операции; режимы резания менее напряженные, чем при черновом этапе, оборудование более точное. Окончательный этап — получение требуемой точности детали и качества поверхностного слоя; режимы резания, технологическое оборудование и оснастка назначаются с учетом обеспечения требований конструкторской документации. Отделочный этап — обеспечение требуемого качества поверхностного слоя детали, если оно не было достигнуто на окончательном этапе из-за невозможности или экономической нецелесообразности; например такие методы обработки, как суперфиниш, притирка, хонингование и т.п.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

20.2. ВИДЫ И ФОРМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КАРТ

505

Следует отметить, что виды этапов обработки и их совместное применение не являются строго обязательными, и определяются в каждом конкретном случае техническими требованиями к показателям качества изготовляемой детали, способу получения заготовки, материалу детали, программе выпуска, типу производства. При проектировании технологических процессов используют два взаимоисключающих принципа: принцип концентраций технологических переходов и принцип дифференциации переходов. Принцип концентрации технологических переходов — сосредоточение в одной операции выполнения большого числа технологических переходов по обработке разных поверхностей детали (единичное и серийное производство). Принцип дифференциации – разукрупнение переходов вплоть до соответствия одной операции одному технологическому переходу (массовое производство). На построение технологического процесса изготовления детали, помимо вышеназванных факторов, окажут влияние: • цель и место проведения термической, химико-термической обработки; • гальванические и лакокрасочные покрытия, правила подготовки поверхностей к их проведению; • электрофизические и электрохимические методы обработки и др. Только краткое перечисление основных факторов, влияющих на построение операционного технологического процесса изготовления детали, показывает возможную многовариантность решения поставленной задачи. Причем выбранный вариант должен обеспечивать требуемое качество деталей при заданной производительности и наименьшей себестоимости. После определения последовательности выполнения операции можно приступить к заполнению технологических карт.

20.2. Виды и формы технологических карт Основными видами технологических карт в соответствии с ГОСТ 3.1102 и ГОСТ 3.1119 являются:

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

506

ГЛАВА 20. МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

• маршрутная карта по ГОСТ 3.1118, предназначенная для описания технологического процесса в технологической последовательности операций; • операционная карта по ГОСТ 3.1404, предназначенная для описания технологической операции обработки резанием с указанием последовательно выполняемых переходов; • карта эскизов по ГОСТ 3.1128, предназначенная для выполнения операционных эскизов сложных деталей при недостатке места для их изображения на операционной карте. Образцы заполнения основных надписей и других общих граф на формах технологических карт приведены на рис. 20.2—20.8. В формах технологических карт следует применять стандартные условия обозначения граф, а также общепринятые обозначения размеров и элементов режимов резания (D или В, L, t, i, S, n). Документы технологического процесса изготовления детали необходимо располагать в следующем порядке: а) маршрутная карта; б) операционная карта; в) последующие листы; г) карта эскизов. Документы по пунктам б, в, г повторяют для каждой операции. В необходимых местах карт по пунктам б, в и г, а после последней операции — обязательно, должна быть размещена операционная карта технического контроля.

20.3. Порядок заполнения маршрутной и операционной карт При заполнении маршрутной и операционной карт технологическую информацию записывают построчно, несколькими типами строк. Каждому типу строки соответствует специальный служебный буквенный символ, указываемый в первой слева графе строки данного типа. В маршрутных и технологических картах необходимо применять следующие символы типов строк: А: номер и наименование операции; ссылка на инструкцию по охране труда;

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

507

Рис. 20.2. Пример оформления первого листа маршрутной карты

20.3. ПОРЯДОК ЗАПОЛНЕНИЯ МАРШРУТНОЙ И ОПЕРАЦИОННОЙ КАРТ

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

ГЛАВА 20. МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Рис. 20.3. Форма первого листа операционной карты обработки резанием с эскизом

508

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

509

Рис. 20.4. Пример оформления первого листа операционной карты сборки

20.3. ПОРЯДОК ЗАПОЛНЕНИЯ МАРШРУТНОЙ И ОПЕРАЦИОННОЙ КАРТ

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

ГЛАВА 20. МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Рис. 20.5. Форма первого листа операционного эскиза обработки резанием

510

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

511

Рис. 20.6. Пример оформления эскиза заготовки-штамповки

20.3. ПОРЯДОК ЗАПОЛНЕНИЯ МАРШРУТНОЙ И ОПЕРАЦИОННОЙ КАРТ

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

ГЛАВА 20. МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Рис. 20.7. Пример оформления операционной карты технического контроля

512

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

513

Рис. 20.8. Пример оформления эскиза отливки

20.3. ПОРЯДОК ЗАПОЛНЕНИЯ МАРШРУТНОЙ И ОПЕРАЦИОННОЙ КАРТ

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

514

ГЛАВА 20. МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Б: наименование оборудования и информация по трудозатратам; М: материалы (детали и другие), вид исходной заготовки, единица нормирования; О: содержание операции (табл. 20.1—20.4); Т: технологическая оснастка; средства индивидуальной защиты со ссылкой на перечень инструкций по охране труда; Р: режимы обработки; в учебных документах — с обозначениями единиц всех величин. В верхней части форм технологических карт — строки с условными обозначениями граф; в первых слева графах этих строк располагают служебные символы типов строк. Для описания в одной из строк какого-либо вида технологической информации следует сначала в первой слева графе этой строки указать соответствующий служебный символ. Информацию в данной строке, как правило, записывают в графах, соответствующих их обозначениям в приведенной сверху строке с тем же служебным символом. Информацию в строках со служебными символами О и Т записывают последовательно по всей длине строки без привязки к графам; различные виды информации разделяют точкой с запятой. При заполнении информации в строках со служебными символами А и О следует соблюдать правила записи операций и переходов по ГОСТ 3.1129, ГОСТ 3.1702, ГОСТ 3.1703; операции следует нумеровать двухзначными числами арифметической прогрессии со знаменателем 5 (05, 10, 15 и т.д.), основные и вспомогательные переходы — числами натурального ряда (1, 2, 3 и т.д.). Информацию в строке со служебным символом Т записывают в последовательности: приспособления, вспомогательный инструмент, режущий инструмент, слесарно-монтажный инструмент, средства контроля, средства индивидуальной защиты со ссылкой на инструкцию по охране труда При недостатке места в строке информацию переносят на следующие строки без дублирования простановки служебных символов.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

20.3. ПОРЯДОК ЗАПОЛНЕНИЯ МАРШРУТНОЙ И ОПЕРАЦИОННОЙ КАРТ

515

20.1. Основные условные обозначения граф в маршрутных и операционных картах (в алфавитном порядке) ЕВ ЕН

ИОТ

Обозначение единиц измерения физических величин, указанных в графе Н (кг, л, м) Единица нормирования (например 1; 10; 100 деталей), на которую установлена следующая за этим обозначением норма расхода материала или норма времени Инструкция по охране труда

КД

Количество деталей, изготавливаемых из одной заготовки, шт.

КИ

Количество деталей, сборочных единиц, применяемых при сборке, шт.

КИМ

Коэффициент использования материала

КОИД

Количество одновременно обрабатываемых деталей на операции

КР

Количество исполнителей (рабочих), занятых при выполнении одной операции;

Кшт

Коэффициент штучного времени при многостаночном обслуживании

МД

Масса детали по конструкторскому документу, кг

МЗ

Масса заготовки, кг

МИ

Масса изделия по конструкторскому документу, кг

Н. расх. Норма расхода материала, кг ОП

Объем производственной партии, шт.

ПИ

Номер позиции инструментальной наладки для станков с ЧПУ

Объем и ПК

Объем контроля — процент от партии или периодичность контроля, шт./ч

Проф

Наименование профессии исполнителя (рабочих)

Р СОЖ

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Разряд работы, необходимый для выполнения операции Информация о смазочно-охлаждающей жидкости

То

Норма основного времени

Тв

Норма вспомогательного времени

Тпз

Норма подготовительно-заключительного времени

Тшт

Норма штучного времени

516

ГЛАВА 20. МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

20.2. Операции обработки резанием (ГОСТ 3.1702—79) Номер операции 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Наименование операции Автоматно-линейная Агрегатная Долбежная Зубодолбежная Зубозакругляющая Зубонакатная Зубообкатывающая Зубоприрабатывающая Зубопритирочная Зубопротяжная Зубострогальная Зуботокарная Зубофрезерная Зубохонинговальная Зубошевинговальная Зубошлифовальная Специальная зубообрабатывающая Шлиценакатная Шлицестрогальная Шлицефрезерная Комбинированная Виброабразивная Галтовка Доводочная Опиловочная Полировальная Притирочная Суперфинишная Хонинговальная Абразивно-отрезная Ленточно-отрезная Ножовочно-отрезная Пило-отрезная Токарно-отрезная Фрезерно-отрезная Расточная с ЧПУ Сверлильная с ЧПУ Токарная с ЧПУ

Номер операции

Наименование операции

39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55

Фрезерная с ЧПУ Шлифовальная с ЧПУ Вертикально-протяжная Горизонтально-протяжная Алмазно-расточная Вертикально-расточная Горизонтально-расточная Координатно-расточная Болтонарезная Гайконарезная Резьбонакатная Вертикально-сверлильная Горизонтально-сверлильная Координатно-сверлильная Радиально-сверлильная Сверлильно-центровальная Поперечно-строгальная

56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76

Продольно-строгальная Автоматная токарная Вальцетокарная Лоботокарная Резьботокарная Специальная токарная Токарно-бесцентровая Токарно-винторезная Токарно-затыловочная Токарно-карусельная Токарно-копировальная Токарно-револьверная Торцеподрезная центровальная Барабанно-фрезерная Вертикально-фрезерная Горизонтально-фрезерная Гравировально-фрезерная Карусельно-фрезерная Копировально-фрезерная Продольно-фрезерная Резьбофрезерная

20.3. ПОРЯДОК ЗАПОЛНЕНИЯ МАРШРУТНОЙ И ОПЕРАЦИОННОЙ КАРТ

517

Окончание табл. 20.2 Номер операции 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86

Номер операции

Наименование операции Специальная фрезерная Универсально-фрезерная Фрезерно-центровальная Шпоночно-фрезерная Бесцентрово-шлифовальная Вальцешлифовальная Внутришлифовальная Заточная Карусельно-шлифовальная Координатно-шлифовальная

87 88 89 90 91 92 93 94 95 96

Наименование операции Круглошлифовальная Ленточно-шлифовальная Обдирочно-шлифовальная Плоскошлифовальная Резьбошлифовальная Торцешлифовальная Центрошлифовальная Шлифовальная специальная Шлифовально-затыловочная Шлицешлифовальная

20.3. Ключевые слова технологических переходов обработки резанием. Коды (ГОСТ 3.1702—79) Код 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Ключевое слово Вальцевать Врезаться Галтовать Гравировать Довести Долбить Закруглить Заточить Затыловать Зенкеровать, зенковать Навить Накатать Нарезать Обкатать Опилить Отрезать Подрезать Полировать Притирать Приработать Протянуть Развернуть Развальцевать Раскатать Рассверлить Расточить

Код

Ключевое слово

27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94

Сверлить Строгать Суперфинишировать Точить Хонинговать Шевинговать Шлифовать Цековать Центровать Фрезеровать Выверить Закрепить Настроить Переустановить Переустановить и закрепить Переустановить, выверить и закрепить Переместить Поджать Проверить Смазать Снять Установить Установить и выверить Установить и закрепить Установить, выверить и закрепить

518

ГЛАВА 20. МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

20.4. Наименование обрабатываемых поверхностей и конструктивных элементов. Коды (ГОСТ 3.1702—79) Код

Наименование полное

001 002 003 004 005 006

Буртик Буртики Выточка Выточки Галтель Галтели

007 008 009 010 011 012 013 014 015 016 017 018

Деталь Детали Заготовка Зуб Зубья Канавка Канавки Контур Конус Лыска Лыски Отверстие

сокращенное Бурт.  Выт-ка  Галт.  Дет.  Загот.   Канав.  Кр Кон.  

Код

Наименование полное

019 020 021 022 023 024

Отверстия Паз Пазы Поверхность Поверхности Пружина

025 026 027 028 029 030 031 032 033 034 035

Пружины Резьба Рифление Ступень Сфера Торец Торцы Фаска Фаски Червяк Цилиндр

сокращенное    Поверх.  Пруж.   Рифл. Ступ.      Черв. Цил.

Отв.

Обозначения стандартных изделий (материалов, инструментов, приспособлений, средств контроля и др.) в технологических картах должны быть полными и включать в себя номер государственного стандарта с годом утверждения.

20.4. Оформление карт операционных эскизов Карты эскизов должны быть оформлены в соответствии с ГОСТ 3.1128 на листах формата А4, а также форматов А3, А2 и А1 по ГОСТ 2.301. При выполнении карт эскизов на листах форматов свыше А4 верхнюю часть основной надписи следует выполнять по форме А4, располагая ее в правой части листа, а нижнюю часть — в левой части листа. Ограничивающие основную надпись горизонтальные линии следует продолжить до конца листа. Такие карты эскизов могут быть включены в графическую часть проекта.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

519

20.4. ОФОРМЛЕНИЕ КАРТ ОПЕРАЦИОННЫХ ЭСКИЗОВ

На бланке карт эскизов следует выполнять операционные эскизы, эскизы (карты) наладок, а также эскизы заготовок, если это предусмотрено заданием. Операционные эскизы, кроме карт эскизов, могут быть выполнены в соответствующих зонах операционных карт по форме 2 с соблюдением требований настоящего раздела. Изображения деталей на эскизах должны быть выполнены в том положении, которое они занимают на станке. Эскизы следует выполнять с примерным выдерживанием пропорций детали, по возможности — с соблюдением масштаба. Поля допусков линейных размеров следует указывать по ГОСТ 2.307 или в строку: • окончательных (чертежных): охватывающих (отверстий) и охватываемых (валов) — условными обозначениями с заданием в скобках предельных отклонений; остальных чертежных размеров — только предельными отклонениями. Примеры полной и сокращенной записи содержания переходов обработки резанием в соответствии с ГОСТ 3.1702—79 приведены в табл. 20.5. 20.5. Примеры полной и сокращенной записи содержания переходов обработки резанием Запись перехода полная

Эскиз

Точить (шлифовать, притереть, полировать и т.п.) поверхность, выдерживая размеры 1 и 2

l

2

d

1

3 b

l b

2 1

d l

1

b l

1

2

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

l

d

d

3

Точить (шлифовать, довести, полировать и т.п.) канавку, выдерживая размеры 1—3

1

d

d

1

Запись перехода сокращенная

Эскиз

b l

Точить (шлифовать, притереть, полировать и т.п.) поверхность 1

Точить (шлифовать, довести, полировать и т.п.) канавку 1

520

ГЛАВА 20. МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Продолжение табл. 20.5 Запись перехода полная

4

d

1

l1

2

c × 45°

l

d

1

1

2

1

Точить (шлифовать, полировать и т.п.) выточку 1

Точить (шлифовать, полировать и т.п.) фаску 1

1

c × 45° 1:K

Точить (шлифовать, притереть и т.п.) конус, выдерживая размеры 1 и2

Точить (шлифовать, притереть и т.п.) конус 1

1

1 α

2

Точить (шлифовать, полировать и т.п.) сферу, выдерживая размер 1

Rz

l

6

5

l

2 d

1

α

α 1

l

2

l

α

d

d1 Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

l

R

1

Нарезать (фрезеровать, накатать, шлифовать и т.п.) резьбу, выдерживая размеры 1 и 2 Накатать рифление, выдерживая размеры 1 и 2

Rz

R1

Точить (шлифовать, полировать и т.п.) криволинейную поверхность 1

Нарезать (фрезеровать, накатать и т.п.) резьбу 1

1

l 1 α

α

Накатать рифление 1

l 2

1

4

Точить (шлифовать, полировать и т.п.) криволинейную поверхность, выдерживая размеры 1—6

D

4

d

R1

3

1

Центровать торец, выдерживая размеры 1—4

1 d α

d

2

D

R

1

Точить (шлифовать, полировать и т.п.) сферу 1

R

d

2 R

d

d

α

R

l1

Точить (шлифовать, полировать и т.п.) фаску, выдерживая размер 1

1

1:K

Точить (шлифовать, полировать и т.п.) выточку, выдерживая размеры 1—4

d

R

3

Запись перехода сокращенная

Эскиз

d

Эскиз

l 3

Центровать торец 1

521

20.4. ОФОРМЛЕНИЕ КАРТ ОПЕРАЦИОННЫХ ЭСКИЗОВ

Продолжение табл. 20.5 Запись перехода полная

l

2

d

1

l

2

1 d

3 α l

d 3

b l

l1

2

c × 45°

1 R

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Расточить (зенкеровать, шлифовать и т.п.) отверстие 1

d l 1 α

Расточить (зенкеровать, развернуть и т.п.) отверстие 1

l

Расточить канавку 1

1

l

d l

1

2 1

3

Сверлить (рассверлить, зенкеровать и т.п.) отверстие 1

l

Расточить (зенкеровать, шлифовать и т.п.) отверстие, выдерживая размеры 1 и 2

Расточить канавку, выдерживая размеры 1—3

1

1

1

Расточить (полировать, довести и т.п.) выточку, выдерживая размеры 1—3 Зенковать (шлифовать, полировать и т.п.) фаску, выдерживая размер 1 Расточить (зенковать, шлифовать, полировать и т.п.) галтель, выдерживая размер 1

Расточить (полировать, довести и т.п.) выточку 1

1 d

2

Сверлить (рассверлить, зенкеровать и т.п.) отверстие, выдерживая размеры 1 и 2

Расточить (зенкеровать, развернуть и т.п.) коническое отверстие, выдерживая размеры 1—3

Сверлить (зенкеровать, развернуть и т.п.) отверстие 1

l

d

d

1

1

d

3

Сверлить (зенкеровать, развернуть и т.п.) отверстие, выдерживая размеры 1 и 2

d

l

2

Запись перехода сокращенная

Эскиз

d

d

Эскиз

l

l1

1

Зенковать (шлифовать, полировать и т.п.) фаску 1

1

Расточить (зенковать, шлифовать, полировать и т.п.) галтель 1

c × 45° R

522

ГЛАВА 20. МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Продолжение табл. 20.5 Запись перехода полная R

1

d l

l

R 1

1

1

Отрезать деталь (заготовку), выдерживая размер 1

1

l

Расточить (шлифовать, полировать и т.п.) сферу, выдерживая размер 1 Нарезать (шлифовать, довести и т.п.) резьбу, выдерживая размер 1

1

1

Отрезать 2 заготовки, выдерживая размер 1

d l

l

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Отрезать 2 заготовки 1

1

1

1

l

Нарезать (шлифовать, довести и т.п.) резьбу 1 Отрезать деталь (заготовку) 1

l

l d

Врезаться в поверхность (надрезать деталь), выдерживая размеры 1—3

3

l

2

Расточить (шлифовать, полировать и т.п.) сферу 1

l

l

b

Запись перехода сокращенная

Эскиз

d

Эскиз

Врезаться в поверхность 1 (надрезать деталь по поверхности 1)

b

1

Подрезать (шлифовать, полировать и т.п.) торец, выдерживая размер 1

1

Подрезать (шлифовать, полировать и т.п.) торец буртика, выдерживая размер 1

1

Подрезать (шлифовать, полировать и т.п.) дно отверстия, выдерживая размер 1

Подрезать (шлифовать, полировать и т.п.) торец 1

1 l 1

Подрезать (шлифовать, полировать и т.п.) торец буртика 1

l

1

l

Подрезать (шлифовать, полировать и т.п.) дно отверстия 1

523

20.4. ОФОРМЛЕНИЕ КАРТ ОПЕРАЦИОННЫХ ЭСКИЗОВ

Продолжение табл. 20.5 Запись перехода полная

Эскиз

Фрезеровать (строгать, шлифовать и т.п.) поверхность, выдерживая размер 1

l l

2 2

h

1

b l

Фрезеровать (строгать, протянуть, шлифовать и т.п.) паз, выдерживая размеры 1—3

h

2

4

l

A l1 b1

3

H α

2

b

1

Фрезеровать (строгать, шлифовать и т.п.) уступ, выдерживая размеры 1 и2 Фрезеровать (строгать, шлифовать, протянуть и т.п.) галтель, выдерживая размер 1

3

A–A

α

1

R

1

Фрезеровать (строгать, шлифовать и т.п.) фаску, выдерживая размеры 1 и2

Фрезеровать шпоночный паз, выдерживая размеры 1—4

1

Фрезеровать (строгать, шлифовать и т.п.) уступ 1

l

1 R

b l

1

A–A

A l1 b1

1

Фрезеровать (строгать, шлифовать, протянуть и т.п.) галтель 1 Фрезеровать (строгать протянуть, шлифовать и т.п.) паз 1 Фрезеровать шпоночный паз 1

l A

2

l

b

Долбить (протянуть) шпоночный паз, выдерживая размеры 1 и 2

b

1

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Фрезеровать (строгать, шлифовать и т.п.) фаску 1

l

A 1

1

h

α

l

1

Фрезеровать (строгать, шлифовать и т.п.) поверхность 1

1

b

H

1

Запись перехода сокращенная

Эскиз

Долбить (протянуть) шпоночный паз 1

524

ГЛАВА 20. МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Окончание табл. 20.5 Запись перехода полная

α 2

l

3

4

l1

Фрезеровать (протянуть) паз, выдерживая размеры 1—4

l1

1

l l

1

3

Фрезеровать (протянуть) паз 1

l1

α

h

1

2

h h1

l

h h1

l1

1

Запись перехода сокращенная

Эскиз

h

Эскиз

4

Фрезеровать (протянуть) шлиц, выдерживая размеры 1 и 2 1

h

h 2

b

1

1 h

h

Фрезеровать (строгать, шлифовать и т.п.) лыску, выдерживая размер 1 Фрезеровать паз по разметке, выдержи1 вая размеры 1—4

4 R

l

3

s

s

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

2

1

1

R

Долбить (протянуть) шестигранник, выдерживая размер 1 Фрезеровать (строгать, шлифовать и т.п.) шестигранник, выдерживая размер 1

Фрезеровать (протянуть) шлиц 1

Фрезеровать (строгать, шлифовать и т.п.) лыску 1 Фрезеровать паз 1 по разметке

h1

h1

h

1

h

b

1

l

s 1

1 s

Долбить (протянуть) шестигранник 1

Фрезеровать (строгать, шлифовать и т.п.) шестигранник 1

Г Л А В А

Д В А Д Ц А Т Ь

П Е Р В А Я

Проектирование маршрутных технологических процессов сборки узлов и машин

21.1. Основные определения Сборкой называется технологический процесс, содержащий действия по установке и образованию соединений составных частей изделия. Сборка изделий любого конечного назначения (механизмов, узлов, сборочных единиц) должна выполняться в определенной технически и экономически целесообразной последовательности, которая обеспечивает достижение установленных для них технических требований. Технологический процесс сборки состоит из основных и вспомогательных операций. Технологической операцией называют законченную часть технологического процесса сборки, выполняемую на одном рабочем месте. Операция включает все действия оборудования и рабочих над одним или несколькими совместно собираемыми объектами (операционная партия), в результате которых происходит изменение состояния объекта сборки. Как правило, это совокупность сборочных действий по образованию соединений деталей (установка и запрессовка деталей, свинчивание, расклепывание, сварка, пайка, склеивание и т.д.). Операция является основной частью технологического процесса. По операциям определяют трудоемкость процесса сборки, требующееся число производственных рабочих и его материально-техническое обеспечение (оборудование, приспособления, инструменты). Вспомогательные операции сопровождают выполнение основных. Не изменяя состав объекта сборки, они обеспечивают необходимое состояние комплектующих деталей, подготовку обору-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

526

ГЛАВА 21. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ

дования, проверку качества комплектующих и результата сборки (расконсервация, промывка, смазка, технический контроль, испытания и др.). В зависимости от вида и назначения изделий, являющихся объектом сборочного процесса, различают узловую и общую сборки. Узловая сборка — процесс, объектом которой является составная часть изделия. Общая сборка — процесс, объектом которой является изделие в целом.

21.2. Последовательность проектирования технологии сборки Проектирование технологии сборки узлов и машин начинается с изучения исходных данных, к которым относятся: сборочный чертеж изделия, технические требования, объем выпуска изделий, срок выполнения задания (предполагаемая длительность выпуска изделий). Основными этапами полномасштабного процесса проектирования технологии сборки являются: • технологический анализ сборочного чертежа и технических условий; • размерный анализ изделия; • составление схемы сборки; • определение типа производства; • определение состава и последовательности выполнения сборочных операций, разработка маршрутной технологии; • выбор сборочного оборудования и технологической оснастки; • назначение технических требований к сборке; • выбор методов и средств контроля качества сборки; • нормирование операций технологического процесса и синхронизация операций в соответствии с тактом выпуска; • корректировка операционного и маршрутного технологических процессов сборки; • оформление документации на технологический процесс; • расчет потребного количества рабочих, оборудования и производственных площадей; • технологическое планирование цеха.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

21.3. РАЗМЕРНЫЙ АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ СБОРКЕ

527

Перечень этапов является максимально полным и, как правило, используется в условиях реального производства. Применительно к цели данного учебного пособия можно ограничиться несколькими этапами.

21.3. Размерный анализ конструкций при сборке Задача достижения требуемой точности узлов и машин может быть адекватно решена только на основе анализа размерных цепей собираемого изделия. Существует тесная связь между методами расчета размерных цепей и методами сборки: каждому методу сборки соответствует определенный метод расчета размерных цепей. Достижение необходимой точности сборки конструкции обеспечивается путем расчета размерной цепи с целью получения размера замыкающего звена в пределах регламентированных отклонений и соответствующего ему сборочного параметра. Данная задача решается путем обоснованного назначения одного из возможных методов достижения требуемой точности сборки, на выбор которого влияют условия производства, величина допуска замыкающего звена, количество составляющих звеньев и другие факторы.

21.3.1. Методы достижения точности замыкаемого звена При конструировании изделий требуемая точность сборки обычно устанавливается из условий эксплуатации изделия и его служебного назначения. В зависимости от конструктивных особенностей и условий конкретного производства, она может быть достигнута следующими методами сборки: • взаимозаменяемости (полной, неполной и групповой); • пригонки; • регулирования. Каждый из этих методов имеет свои особенности и преимущественную область применения, сопутствующие им достоинства и недостатки, которые приведены в табл. 21.1. Следует также учитывать, что при проектировании и изготовлении даже одного узла могут одновременно использоваться различные методы, обеспечивающие достижение необходимой точности замыкающих звеньев соответствующих размерных цепей.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

528

ГЛАВА 21. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ

21.1. Методы достижения требуемой точности замыкающего звена Характеристика метода

Преимущества

Недостатки

Метод полной взаимозаменяемости Простота и экоДопуски составномичность сбор- ляющих звеньев ки; возможность могут получаться организации более жесткими поточной сборки, (при прочих равширокого коопе- ных условиях), рирования произ- чем при других водств; простота методах, что изготовления может снизить запасных частей экономичность сборки Метод неполной взаимозаменяемости Детали соединяютТо же, что и в Возможны дополся без пригонки, предыдущем нительные затрарегулирования и методе, и больты на замену подбора. При этом шая экономичдеталей собрану небольшого числа ность изготовленых изделий; (заранее принятого) ния деталей за необходим изделий размеры счет расширения 100%-ный конзамыкающих звеполей допусков троль ньев могут выйти за установленные пределы Метод групповой взаимозаменяемости Детали соединяВозможность Увеличение объеются без пригонки достижения высо- ма незавершеннои регулирования. кой точности го производства; Расчетное значение замыкающего дополнительные допуска составляюзвана при целезатраты на прощего звена увеличи- сообразных допу- верку, сортировку вается в несколько сках соответству- и маркировку раз до экономически ющих звеньев деталей; усложцелесообразной нение снабжения величины. После запасными частяизготовления детали ми рассортировываются по действительным размерам на ряд групп, которые собираются по методу полной взаимозаменяемости

Детали соединяются путем непосредственного соединения без пригонки, регулирования и подбора. При любом сочетании размеров деталей автоматически обеспечивается точность замыкающего звена

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Область применения Крупносерийное и массовое производства при малом допуске замыкающего звена и небольшом числе составляющих звеньев (до 5)

Серийное и массовое производство при малом допуске замыкающего звена и относительно большом числе составляющих звеньев

Массовое и крупносерийное производство; малозвенные размерные цепи (3—4 звена) с высокой точностью замыкающего звена

529

21.4. СБОРОЧНЫЕ РАЗМЕРНЫЕ ЦЕПИ

Окончание табл. 21.1 Характеристика метода

Преимущества

Область применения

Недостатки

Метод пригонки Требуемая точность достигается за счет обработки заранее назначенной детали (компенсатора), на которой оставляют определенный припуск

Возможность достижения высокой точности замыкающего звена

Точность сборки достигается с помощью специальных деталей, обеспечивающих возможность их непрерывного или периодического перемещения, или подбора для компенсации погрешностей

Возможность получения необходимого размера замыкающего звена не только при сборке, но и в эксплуатации

Значительное удорожание сборки и увеличение ее сроков; трудность нормирования и механизации сборочных работ

Единичное и мелкосерийное производство; многозвенные размерные цепи с замыкающим звеном высокой точности

Метод регулирования Усложнение конструкции изделия; увеличение количества деталей; усложнение сборки

Все типы производства; размерные цепи высокой точности

21.4. Сборочные размерные цепи Конструктивные и технологические особенности машин и их составных частей, надежность и технический уровень во многом определяются методами координации поверхностей, т.е. правильной простановкой размеров, обоснованным выбором значений допусков и их предельных отклонений. В основе технологической отработки конструкции изделий машиностроения также лежит анализ размерных связей, закладываемых при проектировании и формирующихся в процессе изготовления. Размерный анализ позволяет выявить взаимосвязь деталей и сборочных единиц, составляющих машину; проанализировать правильность простановки размеров и допусков на чертежах; внести изменения в соответствии с выбранными методами и средствами обеспечения заданной точности размерных параметров; повысить технологичность конструкции; установить последовательность сборки машины и ее составных частей.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

530

ГЛАВА 21. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ

Размерная цепь представляет собой совокупность образующих замкнутый контур размеров, которые непосредственно используются для решения поставленной задачи. Замкнутостью размерной цепи определяется тот факт, что размеры, входящие в нее, не могут назначаться произвольно. У сложного изделия машиностроения может быть выявлено большое количество размерных цепей, которые классифицируются по признакам: • область применения (конструкторские, технологические, измерительные); • место в изделии (подетальные, сборочные); • расположение и вид звеньев (линейные, угловые, плоские, пространственные, скалярные, векторные); • характер взаимных связей (независимые, параллельно или последовательно связанные, комбинированно-связанные). Размеры, образующие размерные цепи, называются звеньями. Звеньями размерной цепи могут быть любые линейные или угловые размеры: диаметры, расстояния между поверхностями или осями, зазоры, натяги, отклонения в расположении поверхностей (осей) и т.д. Каждая размерная цепь имеет определенное обозначение. На схемах размерных цепей линейные звенья, изображающие размеры поверхностей или расстояния между ними, условно обозначаются двухсторонней стрелкой, а размеры, отражающие характер взаимного расположения (параллельность, перпендикулярность, соосность и т.д.), — односторонней стрелкой, направленной острием к базе. Обычно цепи с линейными размерами обозначаются прописными буквами русского алфавита, а с угловыми — строчными буквами греческого алфавита (рис. 21.1). Так, звено А представляет линейный размер, В — линейное отклонение от соосности осей,  — отклонение от перпендикулярности (поворот) плоскостей О1 и О2,  и  — угловые отклонения от параллельности и соосности. Любая размерная цепь состоит из замыкающего звена и двух или более составляющих звеньев. Замыкающим звеном размерной цепи называется звено, являющееся исходным при постановке задачи или получающееся последним в результате ее решения. Замыкающее звено обозначается буквами с индексом . При проектировании, исходя из точности замыкающего звена, определяют точность других звеньев размерной цепи. В процессе проверки решения задачи при обработке деталей или сборке изделия замыкаю-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

531

21.4. СБОРОЧНЫЕ РАЗМЕРНЫЕ ЦЕПИ

В

А

О1 α

β

γ

О2

О2 О1

Рис. 21.1. Примеры условного обозначения звеньев линейных и угловых размерных цепей

щее звено получается последним, замыкая размерную цепь. Составляющим звеном размерной цепи называется звено, с изменением которого меняется и замыкающее звено. Составляющее звено обозначается прописными буквами русского или строчными буквами греческого алфавита с индексом, соответствующим его порядковому номеру. Составляющие звенья размерной цепи нумеруются последовательно, начиная со звена, соседнего с замыкающим. Составляющие звенья могут быть увеличивающими и уменьшающими. Увеличивающим звеном размерной цепи называется звено, с увеличением которого замыкающее звено увеличивается. Уменьшающим звеном размерной цепи называется звено, с увеличением которого замыкающее звено уменьшается. Увеличивающие звенья могут для наглядности обозначаться стрелками над соответствующим обозначением звена, направленными вправо, а уменьшающие — стрелками, направленными влево. В сложных размерных цепях можно выявить увеличивающие и уменьшающие звенья, применив правило обхода по контуру. В этом случае на схеме размерной цепи замыкающему звену присваивается направление справа налево. Совершая обход по контуру размерной цепи в этом направлении, над обозначениями звеньев проставляют направление обхода. Для удобства достижения требуемой точности замыкающего звена в конструкциях используются детали, с помощью которых наиболее просто осуществить сборку. Эти детали называют компенсирующими. В размерных цепях соответствующие им звенья называются компенсирующими и обозначаются добавлением к

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

532

ГЛАВА 21. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ

Б3 Б1 Б2

БΔ

2

1

Рис. 21.2. Пример построения размерной цепи

числовому индексу буквы K (например, А2К). Компенсирующими звеньями могут являться прокладки, шайбы, детали с припуском, регулировочные элементы и т.д. Для наглядности и удобства анализа конструкций узлов размерные цепи обычно строятся на их эскизах (рис. 21.2). Для выявления и построения любой размерной цепи рекомендуется следующая последовательность действий: • изучается сборочный чертеж узла и технические требования к нему; • формулируется задача, которую предполагается решить при помощи размерных цепей; • выявляется замыкающее звено; • изображается конструктивная схема узла; • выявляются составляющие звенья размерной цепи, составляется ее схема; • определяются передаточные отношения звеньев размерной цепи; • составляется уравнение размерной цепи. Конструктивная схема изображается в виде упрощенного эскиза узла, который не содержит излишних конструктивных подробностей и наглядно иллюстрирует его служебное назначение. Она выполняется в произвольном масштабе, позволяющем получить ясное представление о взаимодействии или взаиморасположении деталей, обеспечивающих решение поставленной задачи размерного анализа. Зазоры, например, показываются в увеличенном размере; детали, занимающие различное положение, — в принятой для расчета позиции. При составлении схемы размерной цепи на конструктивную

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

21.4. СБОРОЧНЫЕ РАЗМЕРНЫЕ ЦЕПИ

533

схему механизма наносят изображение замыкающего звена. Затем, начиная от одной из поверхностей деталей, ограничивающих замыкающее звено, последовательно выявляют составляющие звенья, которые непосредственно участвуют в решении поставленной задачи, и доходят до второй поверхности, ограничивающей замыкающее звено с другой стороны. Правильно построенная размерная цепь должна состоять только из звеньев, непосредственно участвующих в решении поставленной задачи, т.е. ее следует строить по принципу кратчайшего пути. Эта рекомендация означает, что любое звено, изменение которого не оказывает влияние на замыкающее, будет лишним. Определение передаточных отношений составляющих звеньев заключается в оценке степени их влияния на величину замыкающего звена. В линейных размерных цепях передаточные отношения являются коэффициентами , величина которых равна 1 или –1; для плоских и угловых размерных цепей передаточные отношения определяются как коэффициенты, отражающие соотношения размеров звеньев, или тригонометрические функции. Аналитическое выражение размерной цепи представляется в виде уравнения номинальных размеров всех звеньев размерной цепи: n

A   i Ai , i 1

где n — общее число составляющих звеньев. Для удобства учета размеров, быстроты выявления размерных связей и полноты анализа рекомендуется соблюдать следующие методические положения: • узел следует представить в необходимом количестве проекций; • в сборочную цепь должен входить только один размер детали; • каждая размерная цепь должна сопровождаться пояснением, что представляет собой замыкающее звено (например, сборочный размер, диапазон регулирования, зазор, относительное смещение поверхностей или осей и т.д.) с указанием его допустимых значений; • расчетные уравнения следует, по возможности, помещать на

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

534

ГЛАВА 21. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ

одном листе со схемой размерной цепи и конструктивной схемой механизма; • для удобства расчетов номер составляющего звена должен совпадать с номером детали по спецификации.

21.5. Методы расчета размерных цепей При расчетах размерных цепей могут решаться прямая и обратная задачи. При решении прямой задачи, исходя из установленных требований к замыкающему звену, определяют номинальные размеры, допуски, координаты середины полей допусков и предельные отклонения всех составляющих звеньев. При решении обратной задачи, исходя из значений номинальных размеров, допусков и координат их середин, предельных отклонений составляющих звеньев, определяют аналогичные характеристики замыкающего звена. Решением обратной задачи, как правило, проверяется правильность решения прямой задачи. Размерные цепи можно рассчитывать следующими методами: • максимума-минимума; • вероятностным. Метод максимума-минимума. Расчет по данному методу применяется в тех случаях, когда в конструкциях должна быть обеспечена полная взаимозаменяемость деталей. Метод максимумаминимума основан на предположении, что на сборку поступают детали с предельными значениями размеров в таком сочетании, что все увеличивающие звенья будут иметь наибольшие размеры, а все уменьшающие — наименьшие, или наоборот. В результате таких сочетаний размер замыкающего звена может быть только максимальным или минимальным. Вероятность предельного сочетания размеров деталей крайне мала, вследствие чего расчеты по этому методу не отражают фактического результата сборки и приводят к большим затратам на обеспечение завышенной точности деталей. Данный метод имеет большие достоинства — простоту, наглядность, малую трудоемкость вычислительных работ, полную гарантию от брака. Основным недостатком метода является то, что полученные результаты часто не соответствуют фактическим: при прямой задаче расчета, исходя из допуска замыкающего звена, раз-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

21.5. МЕТОДЫ РАСЧЕТА РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ

535

меры составляющих звеньев получаются излишне точными; если расчет проводят по известным отклонениям составляющих звеньев (обратная задача), то соответствующие характеристики замыкающего звена оказываются больше фактических. Степень несоответствия получается тем значимей, чем больше звеньев включает размерная цепь. Такое расхождение расчетных и фактических данных объясняется малой вероятностью принятых исходных положений, на которых основан метод. Таким образом, можно заключить, что метод максимумаминимума экономически целесообразен лишь для многозвенных размерных цепей малой точности или для точных цепей с небольшим числом составляющих звеньев. Вероятностный метод. Размерные цепи, для которых оказывается экономически оправданным риск возможного выхода за пределы поля допуска замыкающих звеньев, рассчитывают вероятностным методом, т.е. расчет по этому методу применяется в тех случаях, когда точность замыкающего звена размерной цепи достигается при сборке методом неполной взаимозаменяемости. Сущность вероятностного метода расчета заключается в том, что на детали назначаются расширенные допуски, выгодные с точки зрения экономичности, но при этом не гарантирующие достижения 100%-ной точности замыкающего звена размерной цепи. Допустимость такого решения основывается на учете вероятностного рассеивания размеров деталей в партиях и случайного сочетания фактических размеров деталей в сборочной единице: соединение деталей с предельными размерами в одном узле имеет весьма малую вероятность. Недостатки метода: отсутствие полной гарантии от брака по точности замыкающего звена; сравнительная сложность и большая трудоемкость вычислительных работ; зависимость точности и достоверности расчетов от качества определения характеристик распределения размеров реальных деталей. Достоинства вероятностного метода: более полный и объективный учет закономерностей распределения размеров деталей в партиях и суммирования погрешностей составляющих звеньев сборочных единиц; возможность рассчитывать допуски размеров составляющих звеньев размерных цепей без излишних запасов.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

536

ГЛАВА 21. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ

Как правило, допуски на размеры составляющих звеньев при расчетах вероятностным методом получаются значительно большими, чем при расчете по методу максимума-минимума (для малозвенных цепей — на 30 ... 40 %, для многозвенных — в два и более раз), что снижает стоимость изготовления деталей.

21.5.1. Основные расчетные формулы 1. Номинальный размер замыкающего звена АΔ для любого числа составляющих звеньев Аi вычисляют по формуле: n 1

A   i Ai ,

i 1 (21.1) где i = 1, 2, …, n — порядковый номер звена; i — передаточное отношение i-го звена размерной цепи. Примечание. В зависимости от вида размерной цепи передаточное отношение может иметь различное содержание и значение. Например, для линейных размерных цепей с параллельными звеньями передаточные отношения равны: i = 1 — для увеличивающих составляющих звеньев; i = –1 — для уменьшающих составляющих звеньев. Для звеньев, повернутых относительно координатных осей, роль передаточных звеньев выполняют тригонометрические функции, используемые при проектировании составляющих звеньев на соответствующие координатные оси. Таким образом, содержание передаточного отношения и его величину следует определять в соответствии с характером решаемой задачи, особенностями размерной цепи и ее составляющих звеньев. 2. Координата середины поля допуска замыкающего звена 0 вычисляется по формуле: n 1

 0    i  0i , i 1

(21.2)

где 0i — координата середины поля допуска i-го составляющего звена. (21.3) 0  (в  н ) 2; 0i  (вi  нi ) 2, где в, н, вi, нi — верхнее и нижнее предельные отклонения замыкающего и составляющих звеньев.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

537

21.5. МЕТОДЫ РАСЧЕТА РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ

3. Допуск замыкающего звена ТΔ вычисляют по формулам: • при расчете по методу максимума-минимума n 1

Т    i Т i ,

(21.4)

i 1

где T  в  н ; Ti  вi  вi ;

• при расчете размерных цепей вероятностным методом необходимо учитывать, что рассеивание размеров составляющих звеньев подчиняется соответствующим законам распределения случайных величин. Размер замыкающего звена также является случайной величиной, представляющей сумму случайных погрешностей составляющих звеньев, и при достаточно большом числе составляющих звеньев (n – 1) > 5, как правило, подчиняется закону нормального распределения. Допуски в этом случае устанавливают с учетом рассеяния размеров и ограничивают величиной нормированного параметра распределения – коэффициента риска tΔ. В общем виде для проектной задачи допуск замыкающего звена определяется из выражения Т   t

n 1

 2i 2i Ti2 , i 1

(21.5)

где i — коэффициент относительного рассеяния, характеризующий закон распределения погрешностей размера звена размерной цепи (для закона нормального распределения i = 1/3). Коэффициент риска t выбирается в зависимости от принятого риска Р. Ряд значений коэффициента t приведен ниже: Риск Р, % . . . . . . . . . . . . 32,0 Коэффициент t . . . . . . 1,00

10,0 1,65

4,50 2,00

1,00 2,57

0,27 3,00

0,10 3,29

0,01 3,89

В учебных целях чаще всего принимают значение коэффициента риска t = 3, означающего риск вероятного выхода размера замыкающего звена за пределы допуска Р = 0,27%.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

538

ГЛАВА 21. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ

4. Предельные отклонения i-го звена в i, н i вычисляют по формулам: (21.6) вi  0i  Ti 2, нi  0i  Ti 2.

(21.7)

5. Наибольшую возможную компенсацию Tk рассчитывают по формуле: Tk = T' – T, (21.8) где T' — расширенный производственный допуск. Величина поправки k определяется по формуле к 

Т k n1   i 0 i  0 ; 2 i 1

(21.9)

где '0i — координата середины поля допуска компенсирующего звена. Число ступеней неподвижных компенсаторов N рассчитывают по формуле T (21.10) N , T  Tкомп где Tкомп — допуск на изготовление неподвижного компенсатора.

21.6. Последовательность расчетов размерных цепей (прямая задача) 1. Формулируется задача и выявляется замыкающее звено. 2. Исходя из поставленной задачи, устанавливают номинальный размер A, координату середины поля допуска 0, предельные отклонения замыкающего звена в, н и допуск Т. 3. Выявляют составляющие звенья и строят схему размерной цепи, составляют ее уравнение и определяют передаточные отношения. 4. Рассчитывают номинальные размеры всех составляющих звеньев по формуле (12.1). 5. Выбирают метод достижения требуемой точности замыкающего звена, экономичный в данных производственных условиях.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

21.6. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТОВ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ (ПРЯМАЯ ЗАДАЧА)

539

Метод достижения заданной точности замыкающего звена выбирается в зависимости от его допуска и числа составляющих звеньев размерной цепи, с учетом конструктивных и технологических особенностей изделия, служебного назначения, себестоимости изготовления и других факторов. Предварительно метод достижения заданной точности замыкающего звена выбирается по среднему допуску составляющих звеньев. Для этого по номинальным размерам составляющих звеньев размерной цепи определяется их среднее значение: Аср 

1 n  Ai . n i 1

(21.11)

Далее по заданному допуску замыкающего звена и числу составляющих звеньев (n – 1) определяется, в зависимости от выбранного метода расчета, среднее значение допуска составляющих звеньев Тср. При расчете на максимум-минимум Тср 

Т , n 1

при расчете вероятностным методом Т Тср  , 1,2 n  1

(21.12)

(21.13)

после чего по полученным значениям этих параметров определяют ближайший квалитет точности замыкающего звена. Полученный средний допуск или средний квалитет точности составляющих звеньев оценивается с точки зрения их выполнения на конкретном производстве. При этом учитываются сложность и габаритные размеры деталей, предполагаемый технологический процесс изготовления и др. Если Тср технически приемлем, а допуск T больше 8—11 квалитетов точности, следует применять метод полной взаимозаменяемости; если допуск T точнее — метод неполной взаимозаменяемости. Для размерных цепей высокой точности (T≤ TIT6) при малом числе звеньев (n – 1) ≤ 5 применяют метод групповой взаимозаменяемости; если (n – 1) ≥ 6 — метод пригонки или регулирования.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

540

ГЛАВА 21. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ

6. Рассчитывают и устанавливают допуски, координаты середин полей допусков и предельные отклонения составляющих звеньев. При методе полной взаимозаменяемости на основе техникоэкономических соображений: • устанавливают допуск на размер каждого из составляющих звеньев; • проверяют правильность установленных допусков по формуле (21.4); • устанавливают координаты середин полей допусков составляющих звеньев, за исключением одного, для которого координата середины поля допуска рассчитывается решением уравнения с одним неизвестным по формуле (21.2); • рассчитывают верхнее и нижнее предельные отклонения (формулы 21.6 и 21.7). При методе неполной взаимозаменяемости на основе техникоэкономических соображений: • принимают допустимый процент риска; • устанавливают допуск на размер каждого составляющего звена; • проверяют правильность установленных допусков по формуле (21.5); • устанавливают координаты середин полей допусков для (n – 2) составляющих звеньев; недостающую координату определяют расчетом по формуле (21.2); • рассчитывают предельные отклонения по формулам (21.6) и (21.7). При методе групповой взаимозаменяемости: • по технико-экономическим соображениям устанавливают «производственный» допуск T' > T замыкающего звена по формуле T' = nT,

(21.14)

где n — число групп, на которые будут рассортированы составляющие звенья; • рассчитывают производственные допуски Ti' на размер каждого составляющего звена с соблюдением условия

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

21.6. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТОВ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ (ПРЯМАЯ ЗАДАЧА)

 n1  T  i  Ti ,

541

k





i 1

(21.15)

k 1

где Ti, Ti, — допуски увеличивающих и уменьшающих звеньев соответственно; k — число увеличивающих звеньев в размерной цепи; (n – 1) – (k + 1) — число уменьшающих звеньев; • рассчитывают координаты середин полей допусков составляющих звеньев в каждой из групп по формуле (21.2), их предельные отклонения по формулам (21.6 и 21.7). При методе пригонки: • выбирают компенсирующее звено; • устанавливают экономичные в данных производственных условиях допуски на размеры всех составляющих звеньев и координаты середин полей допусков; • определяют расширенный производственный допуск T' по формуле (21.4); • рассчитывают наибольшую возможную компенсацию Тk по формуле (21.8); • рассчитывают величину компенсирующей поправки к по формуле (21.9); • вносят поправку в координату середины поля допуска компенсирующего звена. При методе регулирования выбирают компенсирующее звено, которое конструктивно может быть оформлено в виде неподвижного или подвижного компенсатора. При использовании неподвижного компенсатора: • устанавливают допуски на размеры всех составляющих звеньев, экономически приемлемые в данных производственных условиях, и определяют производственный допуск T' замыкающего звена; • рассчитывают наибольшую возможную компенсацию по формуле (21.8); • рассчитывают число ступеней неподвижных компенсаторов по формуле (21.10); • рассчитывают координаты середин полей допусков; • рассчитывают размеры неподвижных компенсаторов; • рассчитывают количество неподвижных компенсаторов каждой ступени.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

542

ГЛАВА 21. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ

21.7. Составление схемы сборки Изучение конструкции собираемого изделия завершается составлением технологических схем узловой и общей сборки, которые в наглядной форме отражают маршрут сборки изделия и его составных частей. Технологические схемы сборки составляются на основе сборочных чертежей изделия. Схема сборки изделия представляет собой графическое изображение последовательности сборки изделия из отдельных составных частей: деталей и сборочных единиц. Деталь — часть изделия, изготовленная из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Сборочная единица — изделие или часть изделия, составные части которого подлежат соединению между собой сборочными операциями (свинчиванием, клепкой, сваркой, пайкой и т.д.). Характерной особенностью сборочных единиц является возможность сборки обособленно от других элементов сложного изделия. Сборочные единицы могут быть конструктивными, технологическими и конструктивно-технологическими. Если сборочная единица является составной частью сложного изделия и выполняет в нем самостоятельную функцию (например, редуктор, насос, гидроцилиндр, компрессор, турбина и т.д.), то она носит название конструктивной. Совокупность деталей, не имеющая самостоятельного функционального назначения, но располагающая возможностью сборки независимо от других составных частей, считается технологической сборочной единицей. Если же конструктивная сборочная единица удовлетворяет условию независимой сборки, то она называется конструктивно-технологической. Разбивка изделия на составные части, особенно технологические и конструктивно-технологические, определение числа составных частей, их содержания во многом является задачей технолога и должна отвечать требованиям сборочной технологичности. Для схемы технологичной сборочной единицы характерно: • рациональное членение изделия на составные части. Предпочтительна такая конструкция изделия, которая позволяет выполнить его сборку из предварительно собранных взаимозаменяемых составных частей. В этом случае сборку составных частей и изде-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

21.7. СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМЫ СБОРКИ

543

лия выполняют параллельно и независимо, что сокращает длительность общей сборки, улучшает условия сборки и контроля по составным частям; • надежное выполнение установленных для изделия функций при минимальном числе составных частей; • обеспечение рациональной компоновки, для которой характерна компактность, сочетаемая с удобствами сборки и технического обслуживания при эксплуатации; • использование правильных установочных баз, которые удовлетворяют требованиям удобной и точной сборки. Например, недопустимо базирование одной составной части изделия на нескольких прямолинейных и криволинейных поверхностях (исключая цилиндрические); • обеспечение условий регулировки. Для многих видов изделий удобство регулировки является важным фактором при сборке и эксплуатации; • обеспечение условий применения высокопроизводительных технологических процессов сборки, контроля и испытания. Схема сборки машины или узла строится в два этапа. Вначале составляется схема общей сборки, а затем — схемы узловой сборки сложных составных частей изделия. На этих схемах каждая составная часть изделия условно обозначена прямоугольником, разделенным на три части. В верхней части прямоугольника приводится наименование элемента; в левой нижней части — числовой индекс, соответствующий его номеру в сборочном чертеже и спецификации, а в правой нижней — количество таких элементов. Процесс общей сборки изображают на схеме горизонтальной линией. Ее проводят в направлении от базового элемента изделия к собранному объекту. В верхней части схемы располагают условные обозначения всех деталей, непосредственно входящих в изделие, а снизу — узлов. В качестве примера на рисунке (21.3, а) показана технологическая схема общей сборки сложного изделия. В зависимости от конструкции узла его составными частями могут быть отдельные детали и технологические сборочные образования из деталей. В зависимости от последовательности сборки они классифицируются как составные части первого, второго и более высших порядков (рис. 21.3, б). Составная часть первого порядка непосредственно входит в со-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

544

ГЛАВА 21. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ

Детали

Базовая деталь Изделие

Узлы

a)

1

сб. 25 1

Проверить зазор 1 сб. 7 1

25

Покупной узел

Запрессовать

5

1 Расклепать

1

2 сб. 5 1

7

Название № Колич

б) Рис. 21.3. Технологические схемы сборки общей (а) и узловой (б)

ставную часть изделия. Составная часть второго порядка входит в составную часть первого порядка и т.д. Составная часть последнего порядка расчленяется только на детали.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

21.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

545

Название сложной составной части представляет собой последовательную совокупность из условных обозначений: порядкового номера; аббревиатуры «сб» (сборка) и номера базового элемента, с которого начинается сборка (например, 1сб. 7). Технологические схемы сборки рекомендуется снабжать надписями, поясняющими специфику сборочных работ (запрессовка, контровка, момент затяжки, клеймение, выверка, смазка и т.д.), когда они неочевидны из схемы и контрольных мероприятий, необходимых для обеспечения качества сборки. Подобные пояснения следует располагать над выносками, примыкающими к узлу сопряжения присоединяемых сборочных единиц.

21.8. Проектирование маршрутной технологии Процесс проектирования включает установление последовательности и содержания технологических и вспомогательных операций сборки. Последовательность и содержание операций предварительно определяется на основе ранее разработанных технологических схем сборки и корректируется в зависимости от назначенного типа производства. В условиях серийного и массового производства проектирование маршрутной технологии сборки является предварительным этапом, после которого производится уточнение составляющих его сборочных операций путем более подробной детализации и разбиения на основные и вспомогательные переходы. При единичном выпуске изделий разработка маршрутного технологического процесса сборки с разделением на переходы не оправдывается, так как требует больших затрат времени и средств. В таких случаях составляют только укрупненные комплексы сборочных работ, объединяемые в операции, которые в совокупности и составляют маршрутную технологию. Пользуясь такой маршрутной технологией и сборочным чертежом, собирать изделие могут только квалифицированные сборщики, так как порядок осуществления того или иного этапа сборки выбирают они сами. Таким образом, маршрутное описание технологического процесса сборки в виде записи наименования операций и содержания основных переходов необходимо при любом типе производства. Технологический маршрут сборки узлов и изделий, разраба-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

546

ГЛАВА 21. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ

тываемый студентами в учебных целях, может быть представлен в форме таблицы, в которой приводятся наименования операций и содержание соответствующих им основных переходов. Дополнительно приводится перечень оборудования, приспособлений и инструментов, необходимых для обеспечения сборки. Наименование операций следует записывать в сокращенной или полной форме. При применении сокращенной формы наименование операции следует записывать в виде существительного в именительном падеже. Исключения составляют такие наименования операций, как «Слесарная», «Сверлильная» и т.п. Полная запись наименования операций должна содержать сокращенную форму с указанием предметов производства, обрабатываемых поверхностей или конструктивных элементов. Например: «Шабровка направляющих поверхностей», «Запрессовывание шпилек». Наименование операций следует записывать в соответствии с табл. 21.1. 21.1. Перечень операций Наименование слесарных операций

Наименование сборочных работ

1. Слесарная

13. Отрезка

1. Сборка

2. Гибка

14. Опиловочная

13. Свинчивание

2. Базирование

14. Установка

3. Гравировка 15. Очистка

3. Балансировка

15. Центровка

4. Доводочная 16. Полирование

4. Застегивание

16. Штифтование 17. Шплинтование

5. Зачистка

17. Правка

5. Закрепление

6. Зенковка

18. Разметка

6. Запрессовывание 18. Разборка

7. Завивка

19. Разрезка

7. Клепка

19. Распрессовывание

8. Калибровка 20. Развертывание 8. Контровка

20. Расшплинтовывание

9. Керновка

21. Развальцовка

9. Маркирование

21. Расштифтовывание

10. Нарезка

22. Сверлильная

10. Пломбирование

22. Распломбирование

11. Навивка

23. Смазывание

11. Склеивание

23. Развинчивание

12. Отрубка

24. Шабровка

12. Стопорение

В содержание операции должны быть включены: • ключевое слово — наименование действия, включающее определенные методы обработки или сборки изделия и выраженное глаголом в неопределенной форме (табл. 21.2).

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

21.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

547

21.2. Ключевые слова и их условные коды

УсловНаименование Условный код предметов производства, обрабатываеный ключевого слова мых поверхностей и конструктивных элементов код

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

01

Балансировать

007, 010

02

Базировать

010

05

Гнуть

001, 009, 022

04

Гравировать

007, 010

03

Завить

009

06

Застегнуть

007

81

Закрепить

007, 009, 010

08

Запрессовать

007, 015

07

Зачистить

001, 007, 009, 015, 020, 028 – 030

12

Застопорить

010

10

Зенковать

007, 009, 018

09

Калибровать

007, 018, 026

14

Кернить

007, 009, 022 007, 010

22

Контрить

18

Клепать

007

23

Маркировать

007, 009, 010, 015, 022, 029

13

Нарезать

026

11

Навить

009

26

Нанести

007, 009, 010, 015, 022, 029

15

Опилить

001, 007, 014, 016, 020, 022, 030, 032

27

Отрубить

009

28

Очистить

001, 003, 007, 009, 010, 015, 020, 022, 029, 030, 032

16

Отрезать

009

17

Править

007, 009, 022

20

Притереть

007, 015, 020, 022

30

Пломбировать

007, 010

19

Полировать

007, 010, 015, 022, 029

31

Разметить

001, 003, 007, 009, 010, 014 — 016, 018, 020, 022, 028, 030, 032

21

Разрезать

007, 009, 010

24

Развернуть

007, 010, 018, 022

548

ГЛАВА 21. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ

Окончание табл. 21.2

УсловНаименование Условный код предметов производства, обрабатываеный ключевого слова мых поверхностей и конструктивных элементов код 32

Развинтить

010

25

Развальцевать

001, 003, 007, 009, 010, 022

33

Распрессовать

007, 010

34

Распшлинтовать

007, 010

35

Разобрать

010

36

Распломбировать 007, 010

37

Расштифтовать

007, 010

29

Сверлить

007, 009, 010, 018, 022

89

Смазать

001, 003, 007, 009, 010, 014 — 016, 018, 020, 022, 026, 028 — 030, 032

39

Свинтить

007

40

Склеить

007, 009, 022, 030

41

Собрать

007, 010

91

Установить

007, 009, 010

38

Центровать

007, 009, 010, 030

42

Шабрить

007, 009, 010, 014, 016, 022, 028, 030, 032

43

Шплинтовать

007, 010

44

Штифтовать

007, 010

45

Довести

001, 003, 014, 016, 018, 022, 030, 032, 015, 020, 029

• дополнительная информация, характеризующая число обрабатываемых элементов поверхности (например: «Сверлить 3 отверстия); • наименование предметов производства, обрабатываемых поверхностей и конструктивных элементов. Наименования обрабатываемых поверхностей, конструктивных элементов и предметов производства приведены в табл. 21.3. • информация по размерам или условным обозначениям. Условные обозначения размеров и конструктивных элементов приведены в табл. 21.4.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

549

21.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

21.3. Наименования обрабатываемой поверхности, конструктивных элементов, предметов производства и их условные коды Наименование предметов производства

Наименование предметов производства

Условный код

Полное

001

Буртик

Бурт.

018

Отверстие

Отв.

003

Выточка

Выт-ка

020

Паз



007

Деталь

Дет.

022

Поверхность

Поверхн.

009

Заготовка

Загот.

026

Резьба

Р-ба

010

Изделие

Изд.

028

Ступень

Ступ.

014

Контур

К-р

029

Сфера



Сокращенное

Условный код

Полное

сокращенное

015

Конус

Кон.

030

Торец

Т-ц

016

Лыска

Л-ка

032

Фаска

Ф-ка

21.4. Условные обозначения размеров, конструктивных элементов обрабатываемых поверхностей и их условные коды Условные обозначения разУслов- меров при проектировании ный неавтомати- автоматизикод зированном рованном

Условный код предметов производства, обрабатываемых поверхностей и конструктивных элементов

01

1

1

001, 003, 007, 009, 010, 014, 015, 016, 018, 020, 022, 026, 028 — 030, 032

02

1и2

1и2

001, 003, 007, 009, 010, 014, 015, 016, 018, 020, 022, 026, 028 — 030, 032

06

d=

07

d=l=

007, 009, 018

08

l=

09

l=b=

10

 =

УГОЛ =

007, 009

11

 = l =

УГОЛ =

007, 009

007, 009 009, 020, 022, 028 009, 020, 022, 028

12

r=

R=

007, 009, 010, 022, 029

13

h=

H=

001, 007, 009, 010, 022, 028

Примечание. Условные коды 01 и 02 применяют с графической частью с выражением «выдерживая размеры» или «выдерживая размер». Условные коды 06 —13 применяют с указанием исполнительных размеров с выражением «выдерживая».

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

550

ГЛАВА 21. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ

При отсутствии графического материала в полной записи содержания операции или перехода следует указывать примеры и другую дополнительную информацию, которая может быть приведена в соответствии с табл. 21.5, например: «Опилить заготовку, выдерживая размеры l = 55, B = 30, обеспечивая параллельность поверхностей». Примеры записи операций и переходов приведены в табл. 21.5. 21.5. Дополнительная информация и ее условные коды Условный код

Наименование дополнительной информации Полное

Сокращенное

Условный код предметов производства и конструктивных элементов изделий

01

Согласно чертежу Согл. черт.

001, 003, 007, 009, 010, 014 — 016, 018, 020, 022, 026, 028 – 030, 032

02

Согласно эскизу

Согл. эск.

001, 003, 007, 009, 010, 014 — 016, 018, 020, 022, 026, 028 — 030, 032

03

По разметке

По разм.

001, 003, 007, 009, 010, 014 — 016, 018, 020, 022, 028 — 030, 032

04

По трафарету

По траф.

007, 009, 010, 022

05

С точностью

С точн.

007, 014, 022

06

Обеспечивая герметичность

Обеспеч. гермет. 007, 014, 022

07

Обеспечивая прилегание

Обеспеч. прилег. 007, 014, 022

08

Обеспечивая параллейность

Обеспеч. парал.

007, 009, 010, 022

09

По шаблону

По шабл.

007, 009, 010, 014, 020

10

По реперным точкам

По реперн. тчк.

007, 010

11

От оси XY



007, 010

12

От краски



007, 009, 010, 015, 020, 022, 028, 029

13

От ржавчины

От ржавч.

007, 009, 010, 015, 020, 022, 028, 029

Примеры записи операции и переходов приведены в табл. 21.6.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

551

21.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАРШРУТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Таблица 21.6. Примеры записи операций и переходов Запись операции и перехода Полная

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Сокращенная

Гнуть деталь, выдерживая размеры 1 и 2

Гнуть деталь согласно эскизу

Зачистить буртик 1 от краски

Зачистить согласно эскизу

Калибровать отверстие 2, выдерживая размер 1

Калибровать отверстие 2 согласно чертежу

Маркировать деталь, выдерживая размеры 1и2

Маркировать деталь согласно эскизу

Нарезать резьбу, выдерживая размер 1

Нарезать резьбу согласно чертежу

Опилить заготовку, выдерживая размеры 1, 2 и 3

Опилить заготовку согласно эскизу

Развернуть отверстие 2, выдерживая шероховатость

Развернуть отверстие 2 согласно чертежу

Разметить деталь, выдерживая размеры 1, 2и3

Разметить деталь согласно чертежу

Развальцевать поверхность 1, выдерживая размер 2

Развальцевать поверхность 1 согласно чертежу

Разрезать заготовку, выдерживая l = 20; b = 35

Разрезать заготовку согласно эскизу

Разобрать изделие (позиции 1, 3, 5)

Разобрать изделие согласно чертежу

Сверлить отверстие, выдерживая размеры 1и2

Сверлить отверстие согласно чертежу

Свинтить детали 1 и 3, выдерживая размер 1

Свинтить детали 1 и 3 согласно чертежу

Собрать детали 2 и 5, выдерживая размер 1, обеспечивая герметичность

Собрать детали 2 и 5 согласно чертежу

Установить деталь, выдерживая Z = 15°

Установить деталь согласно чертежу

Шабрить поверхность 1 с точностью 8 —10 пятен

Шабрить поверхность 1 согласно эскизу

Г Л А В А

Д В А Д Ц А Т Ь

В Т О Р А Я

Основные направления дальнейшего развития технологии машиностроения 22.1. Организационно-технологические задачи развития технологии машиностроения Одной из главных задач является повышение качества машин. Ее решение обеспечит сокращение затрат на обслуживание и ремонт машин, находящихся в эксплуатации. С повышением долговечности машин уменьшается их выпуск, что, в свою очередь, высвобождает производственные мощности машиностроительных заводов. Одной из причин выхода машин из строя является недостаточная износостойкость трущихся пар. Задача состоит в повышении износостойкости как конструкторскими, так и технологическими методами. Важным направлением дальнейшей работы в области совершенствования технологии изготовления является унификация, нормализация и стандартизация изделий и их элементов. При этом сужается номенклатура изделий при увеличении программы их выпуска. Это позволяет шире применять поточные методы обработки и средства автоматизации производства. Важнейшим условием технического прогресса является специализация производства. Специализация увеличивает программу выпуска изделий, а это способствует повышению уровня технологии. Большое значение имеет задача повышения технологичности конструкции производимых машин. Недооценка технологичности часто приводит к корректировке рабочих чертежей, удлинению сроков производства, дополнительным издержкам производства. Актуальной является задача повышения и технологического обеспечения точности в машиностроении. С повышением точ-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

22.1. ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

553

ности увеличивается надежность машин, снижается трудоемкость сборки благодаря снижению объема пригодных работ. Повышение точности должно базироваться на исследовании технологических факторов, влияющих на точность, а также на изыскании новых прогрессивных технологических процессов. Установление заданной точности — ответственная задача конструктора. Для обоснованного решения вопроса о целесообразной точности изготовления машин необходимо совершенствовать методики расчетов требуемой точности и ее технологического обеспечения. Технология обработки с дифференциацией операций, эффективная при сравнительно простом оборудовании, оказалось неэффективной при автоматизации производства на сложном автоматизированном оборудовании (станки с ЧПУ типа «обрабатывающий центр»). Совмещение полной обработки деталей в одну операцию резко сокращает штучное время обработки и межоперационные ожидания. Здесь проявляется философская категория — закон отрицания отрицания. На определенном этапе производства при повышении сложности универсального оборудования, управляемого человеком, стало выгодным создание поточного производства с разделением технологического процесса на значительное число операций. В дальнейшем с созданием оборудования, управляемого от ЭВМ, выполняющего различные виды обработки (точение, сверление, фрезерование и др.), стало экономически выгодно концентрировать операции с большим числом переходов. Рост сложности изделий и стоимости их обработки повышает стоимость незавершенного производства, увеличивает оборотные средства. Это очень сложная задача и полный эффект от реализации этого принципа достигается только тогда, когда он существует не только на одном предприятии, а на предприятиях смежных, изготавливающих продукцию по кооперации для данного предприятия, а также при организации надежной работы транспорта.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

554

ГЛАВА 22. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ

22.2. Технологические задачи развития машиностроения Возрождение отечественного машиностроения ставит перед технологами задачу совершенствования заготовительных процессов для максимального приближения формы заготовок к конфигурации готовых деталей, повышения точности заготовок, улучшения качества их поверхностного слоя. От решения этого вопроса зависит расход материала на производимую продукцию, трудоемкость механической обработки, возможность ее автоматизации, длительность цикла изготовления машины в целом. В настоящее время коэффициент использования материала при обработке деталей машин сравнительно невысок: в массовом производстве он равен 0,85, в серийном 0,7, а в единичном 0,5...0,6 и ниже. Таким образом, задача повышения производительности труда и снижения себестоимости продукции заготовительных цехов приобретает большое значение. Повышение точности заготовок обусловливает тот факт, что основной объем механической обработки перемещается в область отделочных операций. В связи с этим перспективными методами получения заготовок являются такие, как изотермическая штамповка, порошковая металлургия, взрывные методы обработки и др. Точность изготовления деталей машин повышается с увеличением жесткости технологической системы, уменьшением износа режущего инструмента и уменьшением тепловых деформаций технологической системы. В связи с этим необходимо совершенствовать методы определения погрешностей деталей, обусловленных каждым из этих факторов, что позволит принимать обоснованные технологические решения. Технологи должны обеспечивать формирование поверхностного слоя с заданными конструкторами требованиями. В этой связи должна решаться проблема учета технологической наследственности при изготовлении детали. В будущем в машиностроении предусматривается значительное расширение автоматизации производственных процессов. Автоматизация должна проводиться не только в массовом и серийном производстве, но и в единичном производстве. В массовом и серийном производстве более широкое применение найдут полуавтоматы и

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

22.3. ОБЩИЕ КОНЦЕПЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА ГТД

555

автоматы, агрегатные станки, автоматические линии, в том числе роторные конвейерные линии. Опыт зарубежных стран показывает, что основная экономия здесь достигается за счет сокращения количества работников. Применение роботов позволяет повысить культуру производства, организовать производство, в полной мере не зависящее от человеческого фактора (усталость, настроение и др.). В Японии, например, правительство оказывает финансовую помощь предприятиям, активно внедряющим робототехнику, так как это в целом укрепляет экономику страны (высвобождает рабочих и др.). В мелкосерийном и единичном производстве будут более широко использоваться станки с программным управлением. Найдут более широкое применение технологические комплексы с автоматической системой управления от ЭВМ. Получат более широкое распространение автоматические манипуляторы с программным управлением. Для сокращения сроков технологического освоения выпуска новых деталей будут более широко использоваться вычислительные средства, которые помогут решать задачи проектирования технологических процессов. Они позволяют не только сократить время на проектирование, но и выбрать оптимальный вариант технологического процесса. Одним из главных направлений дальнейшего развития технологии машиностроения является выявление закономерностей протекания технологических процессов и получение соответствующих математических зависимостей для выполнения более точных технологических расчетов. На базе этих закономерностей разрабатывается общая научная методика проектирования технологических процессов, необходимая для оптимизации технологических процессов по критериям наибольшей производительности, минимальной себестоимости или заданной точности обработки.

22.3. Общие концепции развития технологий производства ГТД Высокие теплонапряженность, механо- и вибронапряженность деталей авиационных двигателей, трудноообрабатываемость материалов, высокие требования к точности изготовления, коррозио-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

556

ГЛАВА 22. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ

ной стойкости обусловливают применение в авиадвигателестроении сложных и нетрадиционных технологических решений, что выдвигает технологию производства авиадвигателей в направление, определяющее технический прогресс всего машиностроения. Особое место занимает оценка технологичности на стадии проектирования. Она позволяет оптимизировать конструкцию двигателя, процесса его производства и последующего ремонта. Обеспечение качества, в частности, ресурса и надежности газотурбинных двигателей, — главная задача в двигателестроении. В значительной степени это решается технологией. Так, например, досрочное снятие с эксплуатации двигателей одного семейства, в связи с отказом и неисправностями деталей ротора турбины, в 25% случаев происходило из-за неправильной эксплуатации, в 20% — по конструктивным недостаткам и в 55% случаев — по технологическим дефектам. Совершенствование технологии производства авиационных двигателей должно осуществляться по следующим направлениям: • заготовительные технологические процессы должны обеспечивать требуемые геометрические параметры, физико-механические свойства заготовок, предотвращающие появления потенциальных очагов разрушения. Тенденция развития технологических процессов данной группы — разработка бесприпусковой или малоприпусковой технологий. Одним из таких технологических процессов является изотермическая штамповка (штамповка при одинаковой температуре штампов и заготовки в течение всего периода изготовления заготовки). Изотермическая штамповка обеспечивает снижение удельных сил деформации и, следовательно, потребной мощности прессового оборудования; достижение уровней точности и шероховатости поверхностей заготовок, сопоставимых с уровнем этих параметров при чистовых операциях механической обработки. Появляется возможность устранить или резко сократить механическую обработку несопрягаемых поверхностей. В связи с обеспечением высокой степени однородности деформации и получением равномерной структуры материала достигается стабильность механических свойств материала заготовки и детали; • формообразующие технологические процессы при обеспечении требуемых размеров не должны допускать создания остаточных напряжений растяжения и изменения структуры материала.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

22.4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ЗАВОДА БУДУЩЕГО

557

Актуальной является проблема повышения производительности, так как применяемые в авиадвигателестроении материалы имеют низкую обрабатываемость резанием, а трудоемкость обработки резанием составляет 50% от общей трудоемкости изготовления двигателя. С этой целью применяются инструменты из синтетических сверхтвердых материалов с повышением скорости резания в 10—20 раз, до 500 м/мин. Применение глубинного шлифования для шлифования замков и бандажных полок рабочих лопаток турбины обеспечивает высокую производительность, снижение шероховатости, устойчивое формирование сжимающих остаточных напряжений и повышения предела выносливости. Прогрессивными направлениями являются: • применение электрофизических и электрохимических методов обработки; • технологические процессы модификации поверхности должны обеспечивать повышение усталостной прочности, износостойкости, эрозионной стойкости и жаростойкости без снижения свойств основного материала. К этой группе технологических процессов относятся: поверхностно-пластическая деформация, ионная имплантация, электроискровое легирование и др.; • технологические процессы сварки и пайки должны обеспечивать в соединении свойства, близкие к свойствам основного материала; • контроль и испытания должны обеспечивать получение объективной оценки качества изделия. При контроле должны использоваться быстродействующие координатно-измерительные системы с применением вычислительной техники.

22.4. Технико-экономические характеристики машиностроительного завода будущего Перевод отечественного машиностроения на интенсивный путь развития невозможен без применения новейших технологий и современного оборудования. Перспективным направлением является переход к гибкому производству, внедрению гибких производственных систем, электронизации всех производственных процессов. Завод будущего — это высокоавтоматизированное про-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

558

ГЛАВА 22. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ

изводство на основе «безлюдной» технологии, где требуется увязка в единую систему гибких производственных систем, систем автоматизированного проектирования и других автоматизированных систем различного назначения. Основными технико-экономическими характеристиками машиностроительного завода будущего являются: • Высочайшая производительность живого и фондоотдача овеществленного труда. Повышение производительности живого труда связано с сокращением числа занятых, приходящихся на единицу выпускаемой продукции. Так, на заводе японской фирмы «Ямазаки Сейко» с общим штатом 180 человек выпускается 150 металлообрабатывающих станков в месяц. Если в автомобильной промышленности США в 1925 году производилось 9 автомобилей в год на одного занятого в этой отрасли, то в настоящее время производительность одного из заводов американской компании «Дженерал Моторс» составляет более 80 автомобилей в год на одного работающего. Гибкие производственные системы (ГПС) и роботизация производства обеспечивают «безлюдную» работу оборудования в течение длительного времени (уже в настоящее время до 10...12 ч) с коэффициентом использования оборудования 0,85...0,9. Современный металлорежущий станок с ЧПУ по производительности превышает заменяемый им универсальный станок в 2—3 раза, а один обрабатывающий центр заменяет 4—5 универсальных станков. Обеспечение в будущем работы ГПС в безлюдном режиме в течение 24...48 ч позволит организовать их работу в выходные дни. • Высокая степень гибкости производства. В существующем производстве высокая гибкость (переход от производства одной продукции на другую) возможна только при использовании универсального оборудования, однако при этом нельзя достичь высокой производительности труда. Для достижения последней при современном производстве необходимо переходить на специализированное и специальное оборудование, предназначенное, как правило, для какой-либо одной детали. При снятии с производства этой детали данное оборудование не может быть использовано для производства других деталей. Таким образом, мобильность или гибкость производства отсутствует. Необходима замена оборудования. Следует также иметь в виду, что для создания высокопро-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

22.4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ЗАВОДА БУДУЩЕГО

559

изводительного специального оборудования требуется 4—5 лет, причем после того как деталь или изделие в целом спроектировано. Если к этому добавить 5—6 лет амортизации оборудования, то получается, что фактически новое изделие не может применяться около 10 лет. Это сдерживает научно-технический прогресс и выявляет консерватизм автоматических линий и специального оборудования. ГПС создаются на базе станков типа «обрабатывающий центр», т.е. универсальных станков, на которых можно обрабатывать любую деталь в пределах их технологического назначения. Эти станки, как правило, автоматически переналаживаются на производство другой детали. Таким образом, при достаточной гибкости производства достигается высокая производительность. На заводах будущего технологическая подготовка производства будет осуществляться одновременно с конструкторской подготовкой, а детали изготовляться на существующем гибком оборудовании, переналадка которого требует 5...10 мин. На этом же оборудовании будут изготавливаться как опытные образцы, так и серии изделий. Это очень важно, так как в действующем в настоящее время производстве опытные образцы, как правило, изготавливаются по одной технологии (для единичного производства), а партия изделий — по другой (для серийного производства). Примером образцовой линии ГПС может служить линия компании «Дженерал Моторс» (США), обеспечивающая выпуск 25 000 различных деталей в год, 70% которых обрабатываются по 1 штуке, причем 50% из них никогда не повторяются. • Кратчайший производственный цикл изготовления изделия. Если взять полное время цикла создания продукции от начала разработки задания до выхода готового изделия с предприятия за 100%, то время нахождения его в цехах завода составляет только около 1%. Если же за 100% взять время нахождения изделия в цехах, то детали находятся на станках или на другом технологическом оборудовании всего 5%, а процесс обработки занимает в среднем 30% от этих 5%. Таким образом, имеются значительные резервы времени для сокращения цикла изготовления изделия. Так, например, внедрение ГПС на фирме «Ямазаки Сейко» (Япония) позволило сократить цикл производства детали до четырех недель по сравнению с четырьмя месяцами, которые были необходимы ранее при

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

560

ГЛАВА 22. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ

использовании станков с ЧПУ. Другой пример: на одном из авиационных заводов США для обработки деталей турбины на станках с ЧПУ требовалось 3—4 мес., а на ГПС — только 5 дней. Сокращение длительности цикла производства ведет к сокращению заделов и объема незавершенного производства, что является значительным источником экономии средств. По данным одной из английских фирм заделы и объемы незавершенного производства уменьшаются на 25% при применении ГПС, и в два раза сокращаются производственные площади, необходимые для выпуска того же объема продукции. • Выпуск только качественной продукции. Автоматизация производства создает условия, когда качество продукции перестает зависеть от квалификации рабочего. Внедрение в ГПС систем отслеживания стойкости режущего инструмента, автоматизированного позиционирования деталей и режущего инструмента обеспечивает контроль за возможностью появления брака. Автоматизация процесса обработки и контроля позволяет перейти от выборочного к стопроцентному контролю, организовать статистический контроль с автоматической обратной связью ввода необходимых коррекций в работу оборудования. Внедрение автоматических систем качества предусматривает контроль на входе не только качества поставляемых материалов, но и соответствие техническим условиям их упаковки и способов доставки. • Малые материалоемкость и энергопотребление процессов и изделий. Сокращение удельных затрат металла достигается путем замены черных металлов пластмассами, использованием штамповок вместо поковок, а также расширением применения точного литья, упрочнения металлов, нанесения металлопокрытий. Использование деталей из пластмасс дает экономию металла, но экономия достигается также за счет того, что оборудование для изготовления пластмассовых деталей в расчете на одно изделие в 10 —12 раз дешевле металлообрабатывающего оборудования. Экономия металла достигается путем сокращения припусков на обработку при применении прогрессивных методов получения заготовок, а это сокращает объем металлообработки и потребность в металлорежущем оборудовании. Несмотря на то, что завод будущего потребует дополнительную

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

22.4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ЗАВОДА БУДУЩЕГО

561

энергию для питания автоматизированных средств управления и повышения чистоты помещений, в целом количество потребляемой энергии на единицу выпускаемой продукции снизится за счет увеличения объема выпуска продукции с каждой единицы оборудования, с каждого квадратного метра производственных площадей. • Безотходная технология. Основные отходы машиностроительного предприятия — металлическая стружка и металлолом. Последний идет на переплавку, а проблема стружки решается путем уменьшения припусков на обработку (использование более точных заготовок) и переработки стружки в гранулы с последующим прессованием и спеканием в почти готовые детали со свойствами первичного материала. Перспективным процессом является получение готовых деталей из композиционных материалов. Сокращение отходов в металлообрабатывающем производстве может быть достигнуто за счет более полного использования оснастки и режущего инструмента на основе повышения их износостойкости, а также применения универсально-сборной технологической оснастки. • Высокая надежность оборудования. Металлообрабатывающее оборудование имеет высокую надежность, если не считать отказы инструментальной наладки. Направлением повышения последней является дальнейшее развитие автоматического слежения за качеством работы инструмента и автоматизация измерения размеров, что позволит внести в процесс обработки коррективы и повысить в целом надежность системы. Большое значение имеет повышение надежности электронного оборудования. Новейшие электронные машины и аппаратные средства электронизации за рубежом имеют безотказность в работе до 10 000 ч, т.е. почти 14 мес. непрерывной работы. Дальнейшим направлением повышения надежности машиностроительного оборудования является автоматическая самодиагностика состояния оборудования, внедрение АСУ, качественное обслуживание и содержание оборудования. • Высокая эргонометрическая характеристика и комфортность рабочего места каждого занятого на производстве. В это понятие входят вопросы, направленные не только на улучшение условий труда, исключение тяжелых и вредных для здоровья операций, но и меры, позволяющие сделать труд более привлекательным. За-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

562

ГЛАВА 22. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ

падные специалисты обнаружили, что интеллектуальность труда возросла; рабочий не хочет быть простым придатком конвейера и ищет более содержательную работу. Таким образом, это одна из главных задач на пути создания завода будущего, так как она направлена не только на устранение стрессов и источников несчастных случаев, на повышение требований к удобству рабочего места, но и на использование знаний и опыта работающих, на их постоянное совершенствование, т.е. создание условий, при которых работа приносит радость. • Постоянная модернизация производства в ходе научнотехнического прогресса. Завод будущего — это капитало- и наукоемкое предприятие, которое нельзя просто «списать» через 15—20 лет. С другой стороны, завод будущего не должен сдерживать прогресс. Гибкое автоматизированное производство обеспечивает внедрение новых достижений и наращивание мощностей без остановки производства. Гибкие производственные системы могут заменяться индивидуально. Кроме того, блочно-модульная конструкция оборудования позволит выполнять его поузловую модернизацию. Постоянная модернизация гибкого предприятия по определенным единицам оборудования устранит создание заделов и запасов деталей, как это делается сейчас. • Сохранение окружающей природной среды. Опыт индустриализации показал, что промышленные предприятия, созданные без учета сохранения окружающей среды, нанесли ей значительный и, в отдельных случаях, непоправимый ущерб. Вновь создаваемые заводы должны полностью удовлетворять требованиям экологии окружающей среды.

22.5. Основные предпосылки создания машиностроительного завода будущего Основными тенденциями развития машиностроительного производства завода будущего являются: • Отказ от дифференциации производства деталей и сборки изделий и переход к централизации обработки и сборки. Рост сложности машиностроительной продукции и многочисленность операций при дифференциации обработки привели к росту вспомогательных операций, большим объемам незавершенного произ-

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

22.5. ОСНОВНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ЗАВОДА БУДУЩЕГО

563

водства, что значительно увеличило оборотные средства и время производственного цикла. Технология с дифференциацией операций, выгодная при применении простого операционного оборудования, оказалась нецелесообразной при автоматизации с применением высокопроизводительного оборудования (станков с ЧПУ и машинно-обрабатывающих центров). Высокая степень автоматизации обрабатывающих центров, включающая автоматическую смену режущего инструмента и заготовок, обеспечивает их длительную работу в безлюдном режиме. Совмещение полной обработки деталей в одну операцию сокращает штучное время обработки и различные межоперационные ожидания. Централизация обработки и отказ от поточно-конвейерной сборки начали внедряться и на сборке в массовом производстве. • Переход к использованию систем машин для выполнения комплекса работ, обеспечивающих непрерывность производственных процессов. Этот принцип реализуется на основе двух направлений: – совместное использование вычислительной техники, с использованием которой проводится автоматизация управления основной частью оборудования, управление транспортно-складскими операциями, контрольно-измерительной аппаратурой и пр. Это значительно повышает эффективность автоматизации, так как вычислительное оборудование имеет высокую стоимость; – наиболее полная обработка деталей, сборка узлов или общая сборка в одной операции в целях непрерывности производственных процессов. Внедряемые в настоящее время системы автоматизированного проектирования и гибкие производственные системы будут впоследствии преобразовываться в гибкую систему «завод будущего». При этом машиностроение сможет развиваться в направлении интеграции различных процессов производства и управления в единую производственную систему. Интеграция производства позволяет использовать единое программное обеспечение производства. • Децентрализация управления производством. Интеграция производства требует децентрализации управления по вертикали с принятием решений по проблемам производства путем координации действий исполнителей по горизонтальным связям, которые автоматизированы.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

564

ГЛАВА 22. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ

В гибком интегрированном производстве нижний уровень управления полностью передан системам машин. Первым уровнем управления являются операторы, обслуживающие отдельные системы (САПР, ГПС и др.). Руководители этих групп (систем) составляют руководящий уровень, на котором происходит подготовка принятия решений путем координации различных систем. Следующий уровень — административный — руководители, управляющие несколькими системами, как правило, какого-то одного этапа производства (технической подготовки производства, планирования производства, загрузки нескольких ГПС и др.). Верхний уровень — директивный уровень управления (директор, его заместители). В целом управление гибким интегрированным производством характеризуется хорошо развитыми автоматизированными горизонтальными связями для координации различных служб и подготовки принимаемых решений и тремя-четырьмя вертикальными уровнями, на которых принимается большинство решений. • Переход к имитационному моделированию испытаний образцов изделий и производственных процессов. Развитие электронновычислительной техники и электронизации производства позволяет создавать системы имитационного моделирования испытаний, как образцов изделий, так и всего комплекта производственных процессов, имитируя их работу на экране видеотерминала. Благодаря имитационному моделированию значительно сокращаются сроки работ по созданию новых образцов техники, а также самих производственных систем. Имитация позволяет не только получить конечный результат, но и изучить ход процесса всего производства по этапам. Создание натурных образцов в металле обходится слишком дорого и значительно удлиняет сроки внедрения. Высокая стоимость ГПС также требует тщательного анализа вариантов и затрат. Применение моделирования становится не только необходимым, но и неизбежным, так как позволяет сокращать капиталовложения при внедрении новой техники. Моделирование не может заменить профессиональное мышление и инженерный опыт, но оно является эффективным средством в руках создателей и эксплуатационщиков ГПС, которое ускоряет проектирование систем, позволяет снизить стоимость ГПС, уменьшить риск неоправданно больших капитальных вложений. • Углубление специализации, сокращение серийности, индивидуализация выпускаемой продукции. Достижение максимальной

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

22.5. ОСНОВНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ЗАВОДА БУДУЩЕГО

565

производительности при различных условиях применения машин возможно при выполнении требований, предъявляемых к машинам в каждом конкретном случае. В связи с этим возникает необходимость расширения номенклатуры и типоразмеров выпускаемой машиностроительной продукции, что определяет тенденцию выпуска машин более мелкими партиями и даже единицами. В массовом и крупносерийном производствах, как наиболее эффективных, изготавливаются узлы и детали около 25% всех наименований, а индивидуализация производства еще больше сокращает долю этого производства. Таким образом, при традиционном производстве складывается противоречие, выражающееся в том, что требование повышения эффективности производства путем обновления используемой техники ведет к демассификации выпуска готовой продукции машиностроения, а требование повышения эффективности машиностроительного производства — к расширению доли массового и крупносерийного производства, к укрупнению серийности. Это противоречие находит свое решение в углублении унификации и стандартизации изделий машиностроения, что обеспечивает выпуск различных деталей и узлов машин в массовых количествах и их поставку специализированным предприятиям для сборки машин мелкими сериями. В условиях гибкого производства, которое является основой завода будущего, это противоречие будет разрешено: гибкое производство, с одной стороны, сглаживает границу между серийностью производства, так как размер партии при обработке деталей или сборке узлов на гибком оборудовании перестает играть какуюлибо роль в расчетах экономики производства; с другой стороны, унификация и стандартизация деталей и узлов обеспечивает еще большую гибкость производства и возможность смены номенклатуры выпускаемой продукции. • Совмещение профессий, повышение квалификации при общем сокращении высококвалифицированного и любого другого труда. В этом случае предусматривается сокращение потребности в рабочей силе благодаря автоматизации основных, вспомогательных и обслуживающих процессов. Для обеспечения работы ГПС требуется 5—6 человек. Один и тот же рабочий становится и наладчиком станков, и инструментальщиком, и ремонтником по устранению несложных отказов, т.е. осуществляется совмещение профессий.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

566

ГЛАВА 22. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ

Происходит централизация обработки деталей полностью в одну операцию. При этом конструктор должен быть и технологом, токарь обладать навыками фрезеровщика, а ремонтник — механиком и электронщиком и т.д. В связи с интенсификацией труда и обогащением его содержательности расширяется круг обязанностей рабочего, участие в принятии решений и в управлении производством. • Электронизация и информатизация производства находят широкое применение при решении задач автоматизации процесса принятия решений и их исполнения, автоматизации основных и вспомогательных процессов, а также управления. Электронизация формирует необходимые потоки информации и обеспечивает ее анализ, т.е. информатизацию производства, без чего немыслимо создание завода будущего. • Совершенствование организации производства. Рост сложности и стоимости машиностроительной продукции значительно повышает стоимость заделов и незавершенного производства, увеличивает оборотные средства. Централизация производства, использование ГПС и АСУ предопределяют возможность организации производства по принципу «все только тогда, когда нужно». Автоматизация обработки деталей на ГПС обеспечивает совпадение расчетного и фактического штучного времени обработки каждой детали. Автоматизация процесса оперативного планирования, автоматический транспорт и складирование обеспечивают четкий ритм работы оборудования и расписание сборки. Эффект от организации производства по принципу «все только тогда, когда нужно» достигается при его реализации и на предприятиях — поставщиках комплектующих изделий. Необходимо создание единой отраслевой электронизированной системы кооперации производства, которая должна автоматически увязывать сроки поставок комплектующих изделий. Завод будущего, таким образом, будет не изолированным предприятием, а звеном сети предприятий, связанных кооперацией производства, что поднимет эффективность общественного производства на более высокую ступень развития. Таковы основные показатели и принципы создания машиностроительного завода будущего.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Список рекомендуемой литературы 1. Базров Б.М. Основы технологии машиностроения: учебник для вузов. — М.: Машиностроение, 2005. — 736 с. 2. Колесов И.М. Основы технологии машиностроения: учебник для машиностроительных специальностей вузов. 2-е изд. — М.: Высш. шк. 1999. — 591 с. 3. Кондаков А.И., Васильев А.С. Выбор заготовок в машиностроении: справочник. — М.: Машиностроение, 2007. — 560 с. 4. Маталин А.А. Технология машиностроения. Учебник для машиностроительных вузов. — Л.: Машиностроение, 1985. — 496 с. 5. Обработка металлов резанием. Справочник технолога. 2-е изд. / Под ред. А. А. Панова. — М.: Машиностроение, 2004. — 784 с. 6. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т. 1 / Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. 5-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение-1, 2001. — 912 с. 7. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т. 2 / Под ред. А. М. Дальского, А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова, А. Г. Суслова. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2001. — 944 с. 8. Суслов А.Г. Технология машиностроения: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. — 2-е изд. — М.: Машиностроение, 2007. — 430 с. 9. Технология машиностроения. В 2-х т. Т.1. Основы технологии машиностроения: учебник для вузов /В.М. Бурцев, А.С. Васильев, А.М. Дальский и др.; под ред. А.М. Дальского, А.И. Кондакова. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. Изд. 3-е. 2011. — 480 с.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)