Учебное пособие: Технологии машиностроения
8. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОПЕРАЦИЯ
Технологическая
операция ― это законченная часть технологического процесса, выполняемая
на одном рабочем месте (ГОСТ 3.1109―82). При обработке на станках
операция включает все действия рабочего, управляющего станком, а также
автоматические движения станка, осуществляемые в процессе обработки заготовки
до момента снятия ее со станка и перехода к обработке другой заготовки [9].
После
составления маршрута обработки приступают к детальной проработке каждой технологической
операции. Содержание операции часто определяется количеством переходов, которые
могут быть выполнены на выбранном типе станка, при этом стремятся добиться
сокращения трудоемкости, повышения производительности и экономичности. Начинают
с построения схемы. Для массового производства предпочтительны многоинструментальные
операции с параллельной или параллельно-последовательной обработкой
поверхностей, с непрерывной или раздельной загрузкой заготовок, обеспечивающие
наивысшую производительность за счет многократного взаимного перекрытия
основного и вспомогательного времени. В то же время значительная концентрация
операций (значительное увеличение числа переходов) с использованием большого
количества инструментов в наладке, может привести к снижению общей
производительности за счет простоев, связанных с частой заменой и подналадкой
инструментов.
В
массовом производстве на содержание операции оказывает влияние длительность ее
выполнения, которая должна быть равна или кратна такту.
Для
серийного производства чаще проектируют одноместные, одно- и
многоинструментальные операции с последовательной обработкой поверхностей.
В
условиях единичного и мелкосерийного производства тяжелого машиностроения
тенденция к проектированию высококонцентрированных операций связана со
значительными потерями времени, возникающими при частых перестановках (и
выверках) крупногабаритных заготовок со станка на станок.
Кроме
изложенного на степень концентрации оказывают влияние: конструкция заготовки,
взаимное расположение обрабатываемых поверхностей, величина промежуточных
припусков, конструкции применяемых инструментов и другие факторы. Низкая
жесткость заготовки, например, может служить причиной отказа от параллельной
обработки. Обработку с высокими требованиями к точности и чистоте поверхностей
часто выделяют в самостоятельную отделочную (финишную) операцию, выполняемую на
станках повышенной точности.
Формальными
показателями количественной характеристики схем построения операций служат
коэффициенты совмещения основного (КС.О) и оперативного (КС.ОП)
времени [9, с. 262], значения которых определяют при техническом нормировании
всей операции.
Построив
схему, подбирают режущий инструмент и режимы обработки, необходимые для
эффективного выполнения операции на выбранной модели станка. Инструмент должен
обеспечить: наибольшую производительность, требуемую точность и шероховатость
поверхности, а также обеспечить целесообразное использование технических
возможностей оборудования.
Алмазы
и минераллокерамические твердые сплавы обеспечивают наивысшую
производительность при окончательной, отделочной обработке. Титано-вольфрамовые
твердые сплавы применяют при обработке сталей на сравнительно спокойных режимах
резания. При обработке сталей с толчками, с вибрациями и обработке чугуна
лучшие результаты дают вольфрамовые сплавы. Быстрорежущие и инструментальные
стали используют для изготовления фасонного инструмента и в тех случаях, когда
из-за малой мощности или скорости станка невозможно использовать свойства
твердых сплавов.
В
случаях невозможности или низкой эффективности использования стандартного
инструмента изготавливают специальный, который, как правило, обходится дороже.
Для принятого вида инструмента и, в первую очередь, для многоинструментальной
обработки составляют план-схему размещения инструментов в инструментальных
блоках, в шпинделях и револьверных головках, в суппортах и т.д. Затем выполняют
расчет таких режимов резания, которые должны обеспечить согласованную работу
всех инструментов.
Проектирование
операций завершают разработкой схемы контроля и выбором необходимых
контрольно-измерительных средств; каждая технологическая операция должна
выполняться с соблюдением, специально составленной или утвержденной ранее,
инструкции по охране труда (ИОТ).
Для
практики студентам достаточно подробно разработать одну-две технологические
операции. Мотивации или подробное обоснование всех принятых решений следует
изложить в пояснительной записке текстом, а схему установки заготовки (см.
рис.4) и порядок выполнения технологических переходов с обозначением обрабатываемых
поверхностей и выдерживаемых размеров, представить отдельным рисунком (или
эскизом).
Пример
6. Для технологического маршрута обработки детали (см. пример 5)
спроектировать операцию 05 ― подобрать производительный и эффективный
вариант предварительной токарной обработки всех наружных поверхностей заготовки
и рациональный способ расточки отверстия в ступице для последующего нарезания
шлиц.
Эффективность
построения таких операций маршрута (см. пример 5), как 10 ―
шлицепротяжная, 25 ― зубофрезерная, 30 ― зубозакругляющая очевидны.
Больший интерес представляет операция 05 ― токарная, на которой согласно
технологическому маршруту (см.табл.5) следует предварительно обточить все
поверхности заготовки, а отверстия в ступице - обработать еще и окончательно.
Предварительную
обработку поверхностей с оставлением небольших припусков (по 0,3 мм на сторону)
для чистовой, целесообразно выполнить точением. При этом будут легко достигнуты
точность размеров, соответствующая 12 квалитету, и шероховатость поверхностей в
пределах 10―6,3. Для обработки
отверстия в ступице диаметром 46Н11 (см.рис.1) подходит двукратное
зенкерование, которое обеспечит заданную точность размера и шероховатость
поверхности (см. приложение 3).
С
учетом серийности производства деталей операции можно выполнять на
универсальном токарно-винторезном станке мод. 16К20 в два установа с
последовательной обработкой каждой наружной поверхности соответствующим
инструментом (резцом) и попеременной установкой в пиноль задней бабки зенкеров
для предварительной и окончательной обработки отверстия.
Можно
обрабатывать заготовки на токарно-револьверном станке мод. 1К341 в два установа
с параллельно-последовательной обработкой отдельных поверхностей. Такие станки
широко используются на предприятиях с серийным выпуском продукции. В техпроцесс
для выполнения этой операции включен восьмишпиндельный вертикальный токарный
полуавтомат мод. 1К282, который из-за высокой производительности чаще применяют
в крупносерийном производстве. Этот станок позволяет вести обработку одновременно
на шести позициях (первая и вторая позиции загрузочные),сразу большим числом
различных инструментов. Вычертим технологические эскизы с выделением
обрабатываемых поверхностей и указанием опор и технологичкских зажимных
устройств. Операция включает 12 переходов. На позиции I
заготовка устанавливается в патрон, базируясь на необработанные поверхности 3
и 5. Переходы 1 и 2, подрезка торца ступицы 1 и торца
венца 2 проходными резцами осуществляется на позиции III (рис. 4).
Переходы
3 и 4 ― точение наружной поверхности венца 3 проходным резцом и
предварительное зенкерование отверстия в ступице 4 производят на позиции
V.
На
позиции VII снимаются фаски 7
и 8 фасонными резцами ― переходы 5 и 6.
Далее
с позиции I следует перестановка заготовки в патрон на позицию II с
базированием по обработанным поверхностям 2 и 3.
Переходы
7 и 8 ( подрезка торца венца 5 и торца ступицы 6 проходными
резцами) выполняют на позиции IV.
Переходы
9 и 10 (обработка по наружной поверхности венца 3 проходным резцом и
чистовое зенкерование отверстия 4) производят на позиции VI.
На
позиции VIII снимаются наружная 9
и внутренняя 10 фаски на другом торце ступицы ― переходы 11 и
12. Обработка за один установ базового торца колеса и чистовое зенкерование
отверстия в ступице позволяют обеспечить перпендикулярность между плоскостью
торца и осью отверстия. При данной схеме обработки многократно взаимно
перекрывается основное время. Вспомогательное время, связанное с установкой,
закреплением, откреплением и перестановкой заготовок, полностью исключается,
так как перекрывается временем обработки. Таким образом, имеет место
высококонцентрированная операция с параллельно-последовательной обработкой всех
поверхностей.
|
|
Рис. 4. Базирование и распределение переходов по
позициям
|
|
Целесообразность
построения операции 05 в таком варианте следует подтвердить экономическими
расчетами после назначения режимов резания и технического нормирования. В
заключение на стандартных технологических картах и в соответствии с правилами
ЕСТД составляют подробное операционное описание, которое вместе с маршрутным
подшивается в пояснительную записку в виде приложения (см. приложение 1).
9. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ
Припуском называют слой
материала, удаляемый в процессе механической обработки в целях достижения
заданных точности и качества обрабатываемой поверхности детали.
Чертежи исходных
заготовок отличаются от чертежей готовых деталей тем, что на всех
обрабатываемых поверхностях предусматриваются припуски, изменяющие их размеры,
а иногда и форму.
Промежуточным припуском
называют слой, снимаемый при выполнении данного (i-го) технологического перехода механической обработки (или
одной операции).
Общим припуском называют
сумму промежуточных припусков по всему технологическому маршруту механической
обработки данной поверхности. Его определяют как разность размеров заготовки и
готовой детали.
Величиной общего и
промежуточных (операционных) припусков на обработку во многом определяется
рентабельность техпроцесса.
Преувеличенные припуски
влекут за собой перерасход материала, необходимость в дополнительных переходах
(рабочих ходах) или операциях, в
результате чего производительность обработки снижается.
Уменьшенные припуски
усложняют достижение заданной точности размеров и качества обработки
поверхностей, а при определенных условиях являются причиной появления брака.
Прогрессивный
расчетно-аналитический способ позволяет определить припуски для конкретных
условий обработки [5, с. 59-92; 9, с.243-255; 10, с.173-197 и др.]. Величиной
минимального припуска, рассчитанного по этому способу , учитывается
необходимость удаления шероховатости (Rzi-1), дефектного слоя (hi-1) и пространственных отклонений
заготовки, (), полученных на смежном (i-1) предшествующем переходе, и
необходимость компенсации погрешности установки (),
возникающей на выполненном (i-м)
переходе. Для каждой схемы базирования и вида обработки заготовки разработана
следующая зависимость:
.
Максимальные припуски для
каждого перехода по этому методу ()
определяют как сумму минимального припуска ()
с разностью допусков заготовки () и
детали (), т. е.
С учетом значений и и допусков,
назначаемых на каждый технологический переход, устанавливают размеры по всему
технологическому маршруту обработки поверхности, округляя их до того знака
десятичной дроби, с каким указан допуск: для валов в сторону увеличения (в
плюс), а для отверстий в сторону уменьшения (в минус).
Расчетно-аналитическим методом
следует воспользоваться для расчета припусков на одну из наиболее ответственных
поверхностей детали (отверстие или вал). На остальные поверхности, как
указывалось в разделе 3, припуски следует назначить по таблицам [10,15], т.е.
воспользоваться опытно-статистическим способом.
Раздел следует начинать с
указаний о том, для обработки каких поверхностей и для выполнения каких
операций (переходов) предполагается рассчитать припуски. Далее составляют схему
расположения всех промежуточных припусков и допусков (см. рис. 5) и карту
расчета припусков на обработку и предельных размеров по технологическим
переходам с внесением в нее всех расчетных значений: RZ, h, Δ, ε (см. табл. 6).
После определения
припусков на все поверхности необходимо уточнить размеры на чертеже заготовки и
окончательно рассчитать ее массу. Текст пояснительной записки с определением
припусков расчетно-аналитическим способом, с заключительной таблицей и схемой
расположения промежуточных припусков и допусков может составлять 2―3 страницы.
Пример
7. Рассчитать припуски и промежуточные предельные размеры для обработки
отверстия под шлицы 46Н 11(+0,16) в заготовке детали (см. рис. 1).
Согласно
принятому маршруту обработки отверстие получают в два перехода – черновым и
чистовым зенкерованием. Обработка ведется на операции 05 в два установа с
базированием по необработанным, а затем обработанным наружным цилиндрическим
поверхностям венца и торцам ( см. рис. 4, поз.V и VI )
Исходные данные. По
чертежу и техническим требованиям к заготовке ( см. рис. 2 ): RZ = 240 мкм , h = 300 мкм , мкм, а после чернового
зенкерования RZ =
50 мкм, h = 50 мкм [10, с. 190, табл. 27] и , мкм ( полагая, что коэффициент уменьшения погрешностей Ку
= Δ дет./Δзаг= 0,05 [ 9 ] и, ).Погрешности
установки заготовки в трехкулачковый патрон по необработанной поверхности мкм, а по обработанной — мкм [10, с. 42, табл. 13].
Предельные отклонения диаметра отверстия в заготовке ES = +500 мкм и EI = −1000
мкм [ 10, с. 144, табл. 23] и рис. 2.
Внесем исходные данные в
табл. 6 и рассчитаем величину минимальных припусков, мкм [9]:
,
для чернового
зенкерования
мкм,
для
чистового зенкерования
мкм.
Таблица 6
Маршрут обработ-ки |
Элементы допуска, мкм. |
Расчетные размеры |
Допуск
на промежуточный размер, мкм.
|
Предельные (округленные ) |
Rz
|
h |
Δ |
ε |
2Zmin,
мкм
|
Dmax, мм.
|
размеры заготовки, мм |
значения припусков,
мкм
|
Dmax
|
Dmin
|
2Zmn
|
2Zmax
|
Заготов-
ка
Зенкеро-вание черновое
Зенкеро-вание чистовое
|
240
50
6.3)
|
300
50
(20)
|
700
35
(2)
|
-
280
70
|
2588
356
|
43,216
45,89
46,16
|
1500
390
160
|
43,20
45,8
46,16
|
41,70
45,4
46,0
|
-
2600
360
|
-
3710
590
|
Общий припуск -2Zобщ.
|
2960 |
4300 |
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
|