Учебное пособие: Технологии машиностроения
Учебное пособие: Технологии машиностроения
ПРЕДИСЛОВИЕ
Пособие
составлено для студентов, приступающих к изучению начальной части курса
“Технология машиностроения” ― “Основы технологии машиностроения”.
Содержание пособия и последовательность изложения материала рассчитаны на
создание максимума удобств для использования его во время практических и
индивидуальных занятий, а также при выполнении курсовых работ и проектов по
дисциплине.
Предполагается,
что студентами уже проработаны и освоены следующие дисциплины: “Технология конструкционных
материалов”, “Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения”,
“Основы теории резания”, “Металлорежущие станки” и “Режущие инструменты” и
некоторые другие дисциплины, помогающие формировать специалистов
машиностроителей. Одновременно им ещё предстоит знакомство с такими
дисциплинами, как "Автоматизация производственных процессов",
"Технологические основы гибких производственных систем",
"Система автоматизированного проектирования технологических
процессов", "Проектирование машиностроительных цехов" и прочими,
читаемыми на последних курсах обучения.
В
прежние годы было издано немало хороших пособий по технологии машиностроения, в
том числе по курсовому и дипломному проектированию. Большинство из них ([5, 7,
23] и пр.) рассчитано на студентов, прослушавших и усвоивших основные
теоретические положения перечисленных дисциплин; другие, например [26],
способствуют углублению знаний по отдельным разделам технологии машиностроения.
Пособие
"Начало технологического проектирования" уступает в строгости изложения
материала отмеченным работам. Оно рассчитано для выполнения следующих методических
задач:
―
дать первые представления о технике и очередности выполнения всех основных
этапов разработки технологического процесса, познакомить с особенностью
осуществления и трудоемкостью каждого этапа, показать наличие тесной логической
взаимосвязи между отдельными этапами проектных работ;
―
увязать в ходе обучения теоретические положения дисциплины с их практической
реализацией, сформировать у обучаемых цельное представление о технологии
машиностроения как о науке и подготовить их к квалифицированному и
самостоятельному курсовому и дипломному проектированию;
―
с первых шагов освоения новой дисциплины выработать у будущих специалистов
привычку обязательного логического и формального обоснования принимаемых
решений при проведении любых проектных работ, а также навыки четкого и
лаконичного изложения подобных обоснований в пояснительных записках.
Для
обоснования принимаемых решений часто пользуются материалами, опубликованными в
научно-технической, справочной, периодической, учебной и прочей литературе по
технологии машиностроения. В целях облегчения и сокращения времени
информационных поисков нужного материала в пособии указывается размещение
материалов по различным разделам проектирования в наиболее распространенных
изданиях последних лет.
В
каждом разделе пособия после краткого изложения основных теоретических
положений перед студентом ставится очередная проектная задача и приводится
образец (пример) ее решения. Естественно, что не следует рассматривать
указанные образцы как догмы и пользоваться при составлении описаний фразами из
пособия. Каждый в ходе практикума должен стремиться проявить максимум
прилежания, творческой активности, индивидуализма.
Несмотря
на узкую целенаправленность, пособие успешно может использоваться студентами и
учащимися всех машиностроительных специальностей, изучающих технологию
машиностроения. Оно окажется весьма полезным для обучающихся без отрыва от производства.
1.
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
Цель
практических занятий ― закрепление теоретических знаний по курсу
технологии машиностроения и получение первичных навыков самостоятельного
проектирования технологических процессов.
Основное
внимание студенты уделяют производству деталей заданного качества наиболее
производительными и экономичными методами.
В
процессе практических занятий каждый студент для конкретной детали составляет
маршрут обработки и подробно проектирует технологический процесс на 1―3
технологические операции (устанавливает режимы, рассчитывает силы и моменты сил
резания, анализирует точность обработки, осуществляет техническое нормирование
и др.).
Эффективность
и рентабельность техпроцесса устанавливается (подтверждается) вариантным
проектированием, т.е. сравнением целесообразности обработки одних и тех же
поверхностей (элементов) детали разными способами и разными инструментами, на
различном оборудовании.
Принятый
технологический процесс оформляется в соответствии со стандартами и правилами
ЕСТД и ЕСТПП.
Темы
занятий и последовательность их выполнения соответствуют разделам оглавления
данного пособия.
После
изложения требований к содержанию и оформлению основных разделов (тем)
приводятся примеры их реализации. В большинстве примеров рассматриваются
вопросы проектирования техпроцесса изготовления зубчатого колеса черт. ТВС 1Н
61―02―116 (рис. 1), называемого в дальнейшем деталью.
Самостоятельными
темами занятий является кодирование информации, оптимизация режимов обработки,
составление типовых и групповых технологических процессов и пр. Каждая
законченная тема оформляется на страницах писчей бумаги формата А4, а затем
брошюруется в общую записку, к которой составляют содержание и список
использованной литературы.
Общий
объем практических работ, включая домашние самостоятельные, не превышает 60―80
часов. При выполнении курсовой работы по каждой теме проставляется оценка, а в
конце занятий – дифференцированный зачет.
Студенты,
выполняющие задания по графику (или с опережением графика), работающие качественно,
прилежно, с творческой инициативой, получающие по темам преимущественно хорошие
и отличные оценки, зачетную оценку могут получать досрочно, автоматически, т.е.
без защиты курсовой работы.
2.
ДЕТАЛЬ
Основой для разработки
технологического процесса являются:
―чертеж детали с
техническими требованиями на ее изготовление;
―производственная
программа выпуска детали данного наименования.
Наименование детали, ее
обозначение (номер чертежа) с указанием сборочной единицы (узла), к которой она
относится и годовую программу выпуска выдает (указывает или утверждает)
руководитель проектных работ.
Студенты после знакомства
с полученной (исходной) информацией и тщательного ее изучения составляют
подробное описание конструкции и назначение детали, а также ее общие
технологические характеристики, которые обычно включают:
―
наименование изделия или узла, составной частью которого является деталь; его
назначение и общая характеристика;
―
назначение детали в изделии (узле), способ и требования к ее базированию
(установке), взаимодействие с другими деталями изделия;
―
описания форм и назначения основных функциональных и прочих поверхностей:
плоскостей, пазов, шеек, отверстий и так далее; изложение прочих специфических
особенностей конструкции;
―
характеристику материала, сведения о нагрузках (силах и моментах сил),
воспринимаемых деталью в процессе рабочего цикла, результаты анализа
соответствия материала назначению детали, расчет ее массы;
―
предварительную оценку технологичности детали с указаниями возможностей:
снижения точности выполняемых размеров и сокращения общего количества
обрабатываемых поверхностей; повышения жесткости конструкции, удобства и
надежности базирования заготовок; унификации и стандартизации элементарных
поверхностей: фасок, выточек, канавок, галтелей и тому подобное; осуществления
многоместной или групповой обработки и др. Здесь же анализируют возможности
выполнения прочих технических требований с точки зрения технологических
возможностей производства.
Результатами
изучения и анализа исходных данных могут служить предложения по
усовершенствованию конструкций детали, замене ее материала более или менее
прочным, более дешевым и другие предложения или подтверждение целесообразности
ее первоначального варианта.
По
окончании указанной работы разрабатывают рабочий чертеж детали. Чертеж
выполняют в масштабе 1:1 (1:2 для крупных и 2:1 для мелких деталей) с
необходимым количеством проекций, разрезов и сечений на форматах А4 или А3. На
чертеже проставляют все необходимые размеры. На каждый размер между поверхностями
устанавливают допуски. Затем составляют и вносят в чертеж необходимый минимум
технических требований: допустимые погрешности форм и расположения
поверхностей, их твердость и др. Технические требования на чертежах указывают с
помощью условных символов ЕСКД. Те требования, для которых условных обозначений
нет, излагают на поле чертежа текстом. Для обоснованного и квалифицированного назначения
допусков на размеры величины шероховатости поверхностей и различных технических
требований пользуются рекомендациями и указаниями справочников, атласов [1―3]
и другой технической литературы.
Чертеж
вместе с описаниями конструкции (2―3 с.) составляет единое целое. Он
должен создавать у студентов полное представление о детали, что позволит (при
необходимости) правильно ее изготовить.
Пример
1. Дано в "сборочной единице" колесо зубчатое черт., ТВС
1Н61—2—116 (рис. 1) с выпуском 4800 деталей в год. Выполнить описание детали.
Колесо
зубчатое (рис.1) является деталью коробки подач токарно-винторезного станка.
Оно жестко крепится на промежуточном валу и служит для передачи движения от
привода к шестерне ходового винта. Посадка колеса на промежуточный вал
осуществляется по шлицевым поверхностям с центрированием по наружному диаметру
с посадкой 50Н7/h7.
Основные конструктивные элементы зубчатого колеса ─
зубчатый венец диаметром 220 мм и шириной 25 мм, реборда толщиной 13 мм и
ступица диаметром 65 мм и длиной 41 мм.
На венце нарезано 86 зубьев модулем m = 2,5 мм. Диаметр делительной
окружности de = 215 мм. Все зубья венца имеют с одной стороны скос , служащий для более
плавного входа зубьев блока ведущей шестерни при включении. С обоих торцов
зубья имеют закругления мм.
Реборда сплошная. В осевом сечении колеса она устанавливается в середине венца
с соблюдением симметрии. Ступица соединяется с ребордой. При этом один ее торец
(в этом же сечении) лежит в плоскости торца венца, а другой ― расположенный
со стороны скоса зубьев, выступает за плоскость торца венца на 16 мм. В
ступице, концентрично делительной окружности (с допуском биения 0,05 мм)
нарезается шлицевое отверстие Д―8―46 Н11´50Н7´9F8. Для свободной посадки на вал с обоих торцов отверстия снимаются
фаски 2´45°.
Требования к точности и шероховатости всех функциональных и
не функциональных поверхностей указаны на чертеже. Необрабатываемые поверхности
могут сохранять штамповочные уклоны и радиусы.
Материалом зубчатого колеса служит сталь 40Х ГОСТ 4043―71,
улучшенная с твердостью НВ 215―235, и характеристиками прочности,
МПа: 600―700, 320―400, и [1 ,т.2, с.190, табл. 3].
Венец термообрабатывают до HRC 45―50.
Колесо передает максимальный крутящий момент
, при работе двигателя кВт и минимальной частоте вращения
промежуточного вала мин-1,
т. е. 9555∙N/nmin.= 9555·3,7/198 = 178,6 Н∙м. При этом на зубья колес
действует сила , Н
которая вызывает в сечениях зубьев напряжения изгибаМПа. Следовательно, , аналогично . Таким образом, материал зубчатого колеса и его
термообработка подобрана правильно. Расчетная масса колеса М = 4,96 кг.
Технические
требования к детали, в том числе к точности ее размеров и шероховатости
основных поверхностей, основательно проработаны и соответствуют требованиям, предъявляемым
к зубчатым колесам 7-й или 8-й степеней точности [1, 2]. Конструкция
заготовки жесткая. Размещение базового торца ступицы в плоскости венца
позволяет при нарезании зубьев фрезами применить достаточно производительную
схему
последовательной многоместной обработки. Две фаски 1´45°
на торцах ступицы позволяют освободиться от заусенцев, образующихся при
подрезке торцов.
Конструкция
зубчатого колеса в целом технологична. При разработке единичных рабочих
техпроцессов изготовления подобных колес в условиях серийного или массового
производства в качестве информационной основы вполне могут быть использованы
типовые технологические процессы производства деталей данного класса [14, 17,
24].
3. ТИП ПРОИЗВОДСТВА
Типы
производств и соответствующие им формы организации труда определяют характер
технологических процессов и их построение. Поэтому перед началом
технологического проектирования устанавливают тип производства ―
единичное, серийное или массовое. Тип производства определяется номенклатурой и
объемами выпуска изделий (годовой производственной программой), их массой и
габаритными размерами, а также другими характерными признаками.
Массовое
производство характеризуется узкой номенклатурой и большим объемом выпуска
изделий, непрерывно изготавливаемых или ремонтируемых в течение
продолжительного времени. На каждом рабочем месте выполняют, как правило, по
одной закрепленной за рабочим операцией. Такое производство оснащают
преимущественно специальным и специализированным оборудованием, располагающимся
в порядке выполнения технологических операций, в форме поточных линий.
Применяют высокопроизводительные специальные инструменты и приспособления.
Широко внедряются средства механизации и автоматизации: конвейера роторные и
автоматические линии, в том числе переменно-поточные автоматические линии,
составленные из робототехнических комплексов, управляемых ЭВМ, и др. Характерны
высокий уровень организации труда и ритмичность выпуска изделий с фиксированным
тактом, мин:
tв =
60Fд/N
, (1)
где
Fд
― действительный годовой фонд производственного времени оборудования,
линии и рабочих мест, ч; N
―
годовая программа выпуска изделий, шт. В зависимости от режима и организации
работ в подразделении (в цехе, на участке) ориентировочно принимают при работе:
в одну смену Fд
= 2008 ч, в две смены Fд
=
4015 ч и при трехсменной работе Fд
= 6022 ч. Более точные сведения приводятся в [5, 6 и др.]
В
массовом производстве длительность отдельных операций (штучное время tш)
должна быть равна или кратна такту при одновременном соблюдении неравенства:
tв
≤ tш
. (2)
Суточный
выпуск изделий при работе с двумя выходными днями в неделю, шт:
Nc
=
N/252
.
Суточная
производительность поточной линии, шт:
Qc
= Fc∙зн /tшср
,
где
Fc
―
суточный фонд времени работы оборудования, мин; зн
― нормативный коэффициент загрузки оборудования: tшср
― средняя трудоемкость основных операций, мин.
При
выполнении основных операций со
штучным временем каждой i-й,
равным tш,
tшср
=tшi
. (3)
На
данном этапе определяют ориентировочные значения tшi
(см. разделы "Техническое нормирование" и "Экономическая оценка
технологического процесса", с. 51, 54).
Нормативная
загрузка оборудования (станка) в массовом производстве должна находиться в пределах
зн = 0,65―0,75.
Если фактический зф
> 0,75, приходится на данной операции увеличивать число станков, но они
могут остаться недогруженными. То же происходит, еслиtв
>
tш.
Например, если при поточной форме организации труда tв
=
5 мин, а tш =
2 мин, то станок после выполнения каждой очередной операции будет простаивать
по 3 мин и т.п. В таких случаях работу линии, участка или цеха организуют по
принципам, присущим серийному производству.
Серийное
производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий,
изготавливаемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями и
сравнительно большим объемом выпуска, причем размер партии, шт
, (4)
где
a ―
периодичность запуска (необходимость запаса деталей на складах), дни. Для
проектных расчетов рекомендуется принимать при изготовлении крупных деталей 3―6, средних 6―12 и для мелких деталей
а =12―25 дней.
Организация
и оснащение крупносерийного производства близки к массовому. Серийное и мелкосерийное
производство оснащают преимущественно универсальным и стандартным
оборудованием, приспособлениями и инструментами. Широко используются станки с ЧПУ.
Наряду с групповыми переменно-поточными линиями практикуют организацию
предметно-замкнутых участков. После обработки партии деталей P1
станки перестраивают на обработку партии P2
других деталей. Станки не простаивают. Для серийного производства нормативный
коэффициент загрузки оборудования зн =
0,75―0,85. Более высокие значения зф
могут быть достигнуты при многономенклатурном запуске изделий в условиях
мелкосерийного и единичного производства.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
|