Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция 1. Виды изделий. Производственный и технологический процессы. Типы и методы производства

Производственным процессом называется совокупность всех этапов, которые проходят материалы и полуфабрикаты на пути их превращения в готовую машину. Производственный процесс завода включает в себя изготовление заготовок деталей машины, различные виды их обработки (механическую, термическую, химическую и др.), контроль качества, транспортирование, хранение на складах, сборку и испытание узлов и машины.

Из производственного процесса выделяют технологический процесс. Технологическим процессом называют часть производственного процесса, непосредственно связанную с изменением формы, размеров и физических свойств объекта производства (материала, заготовки, детали, полуфабриката) или с изменением взаимосвязи между отдельными деталями (сборка). Обычно технологический процесс рассматривается применительно к детали или изделию, а производственный процесс - к цеху или к его участку.

В технологический процесс обработки детали на станке входят ее установка и снятие. Хотя при этом форма или размеры обрабатываемой детали не изменяются, но эти элементы процесса органически связаны с изменением формы или размера детали. Снятие детали со станка подъемно-транспортным устройством - есть также часть технологического процесса, но транспортирование ее тем же устройством вдоль цеха в технологический процесс не входит, хотя и является частью производственного процесса. Такое разделение производится вследствие того, что во время установки и снятия детали станок не может производить работу, а в процессе транспортирования детали по цеху он может выполнять свою работу.

В целях обеспечения наиболее рационального технологического процесса механической обработки детали производится его разбивка на отдельные составные части: операции, установки, позиции, переходы, проходы, приемы, элементы приема.

Операцией называется часть технологического процесса, выполняемая непрерывно над одним или несколькими одновременно обрабатываемыми объектами производства на одном рабочем месте одним рабочим или группой их. Если, например, партию валиков нужно обточить на токарных станках последовательно с двух концов, то работа может быть выполнена в одну или две операции.

В первом случае все валики обтачивают на одном станке - вначале каждый валик обтачивают с одного конца, а затем его переставляют на станке и обтачивают с другого конца. Во втором случае все валики обтачиваются на одном станке только с одного его конца, а на другом станке - с другого конца.

Операция является основным элементом при разработке, планировании и калькуляции технологического процесса обработки деталей или сборки машин и их узлов.

Применительно к технологическому процессу механической обработки часто пользуются понятиями «установка» и «позиция».

Установкой называется часть операции, выполняемая при одном закреплении детали (или нескольких одновременно обрабатываемых деталей) на станке или в приспособлении. Например, рассмотренная выше обточка валика на токарном станке в одну операцию была произведена при двух установках детали: первая - для обточки одного конца валика, а вторая - для обточки другого его конца.

Позицией называется каждое отдельное положение детали, занимаемое ею относительно станка при неизменном ее закреплении. Например, четырехпозиционная обработка детали на сверлильном станке с поворотным столом производится в следующем порядке (рисунок 1). В позиции 1 деталь устанавливается и закрепляется в патроне. В позиции 2 сверлится отверстие в детали. В позиции 3 отверстие зенкеруется и в позиции 4 зенкуется. После того как деталь, пройдя все позиции, приходит снова в позицию /, она снимается со станка и заменяется следующей.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Операция делится на переходы. Переходом называется часть операции, которая характеризуется неизменностью обрабатываемой поверхности, режущего инструмента и режима работы станка.

Обработка нескольких участков поверхности детали одновременно несколькими инструментами условно принимается за один переход.

Изменение только одного из перечисленных элементов (обрабатываемой поверхности, инструмента или режима работы станка) определяет новый переход.

Переходы подразделяются на проходы. Проход есть часть перехода, осуществляемая при одном рабочем перемещении инструмента в направлении подачи. За один проход снимается один слой материала постоянной или переменной толщины.

Трудовые процессы, выполняемые рабочим, расчленяются на приемы и элементы приема.

Приемом называются определенные законченные действия рабочего в процессе выполнения операции (например, пуск станка, включение подачи и т. д.). Элементом приема называется наименьшая оконченная часть приема, время которой можно измерить (например - пуск станка разделяется на следующие элементы: взятие рукоятки, включение скорости, выведение фиксатора рукоятки из отверстия, перемещение рукоятки, фиксирование ее).

Технологический процесс обработки детали, раздробленный на большое количество простейших операций с небольшим числом переходов в каждой, называется дифференцированным технологическим процессом. Технологический процесс обработки детали, разделенный на небольшое число операций с большим количеством переходов в каждой, называется концентрированным технологическим процессом.

Если большое количество переходов в каждой операции осуществляется последовательно, то такой технологический процесс называем последовательно-концентрированным (например, обточка ступенчатого валика одним инструментом на одном станке, обработка деталей на револьверном станке без совмещения работы инструментов и т. п.).

Если большое количество переходов в каждой операции осуществляется одновременно, то такой технологический процесс называется параллельно-концентрированным (например, обработка деталей одновременно многими инструментами на многорезцовом станке, обработка деталей на автоматической линии и т. п.).

В автотракторостроении наибольшее применение имеют параллельно-концентрированные технологические процессы, так как они обеспечивают наибольшую производительность.

При обработке детали или сборке машины затрачивается определенное количество труда рабочего определенной квалификации.

Затраты труда измеряются временем, в течение которого данный труд совершался. Количество времени, затраченное рабочим на выполнение технологического процесса обработки детали или его части, называется трудоемкостью.

Различают фактическую и расчетную трудоемкости. Фактическая трудоемкость (оплачиваемое время) равна расчетной трудоемкости или больше нее. В последнем случае фактическая трудоемкость больше расчетной на величину недогрузки рабочих. Единица измерения трудоемкости - человеко-час.

Для определения количества станков, необходимого для выполнения одной или нескольких операций или для полной обработки детали, а также для расчета занятости станков, служит понятие станкоемкость.

Станкоемкостью называется время, в течение которого фактически занят (фактическая) или должен быть занят (расчетная) станок или несколько станков для выполнения отдельных или всех операций по изготовлению детали или целого изделия.

Единицей измерения станкоемкости служит станко-час.

изделие погрешность жесткость припуск

Контрольные вопросы

1. Что входит в производственный процесс?

2. Что называется операцией и переходом?

3. Что входит в технологический процесс?

4. Что называется трудоемкостью?

Лекция 2. Типы и методы производства

Единичное, серийное и массовое производство, их технологическая характеристика. Основные формы организации работы: по видам оборудования, предметная, поточно-серийная, прямоточная, непрерывным потоком. Производительность труда, себестоимость изделий.

Типы машиностроительных производств

В машиностроении различают три типа производства: единичное, серийное и массовое. На автомобильных и тракторных заводах, как и на ряде других машиностроительных заводов, могут существовать различные типы производства. Поэтому характеризовать производство всего завода или цеха в целом можно только по преобладающим производственным и технологическим процессам.

Единичным (индивидуальным) называется такое производство, при котором изделия (продукция, выпускаемая заводом), детали или заготовки изготовляются единичными экземплярами, разнообразными по конструкции, причем повторяемость этих изделий, деталей или заготовок заранее не планируется.

В единичном производстве выпускаются изделия широкой номенклатуры в относительно малых количествах, поэтому этот вид производства должен быть очень гибким, т. е. приспособленным к выполнению разнообразных заданий. Для этого производственные цехи завода оснащены универсальным оборудованием, обеспечивающим изготовление изделий широкой номенклатуры. Применяются также универсальные приспособления и режущий инструмент. Оборудование в цехе обычно устанавливают по группам (токарная группа, фрезерная и т. д.),

В единичном производстве в основном применяется последовательно-концентрированный технологический процесс изготовления деталей; на одном станке выполняется последовательно большее число переходов и часто - полная обработка деталей.

Указанные особенности этого вида производства обусловливают относительно высокую себестоимость выпускаемых изделий.

К единичному производству относятся изготовление экспериментальных образцов машин в экспериментальных цехах машиностроительных заводов, производство мощных гидротурбин и электрогенераторов, крупных станков и т. д.

Серийным называется производство, в котором заранее планируется повторение серии одинаковых изделий, деталей или заготовок. Станки на данном производственном участке переналаживаются после окончания изготовления одной серии деталей при переходе к изготовлению другой серии.

В серийном производстве технологический процесс преимущественно дифференцирован, т. е. расчленен на отдельные операции, которые закреплены за определенными станками. Применяются станки разных видов: универсальные, специализированные, специальные, автоматизированные, агрегатные. Станочный парк специализирован настолько, что дает возможность перехода от производства одной серии изделий, деталей или заготовок к другой, несколько отличающейся от первой в конструктивном отношении.

При использовании, например, универсальных станков могут применяться специализированные и специальные приспособления и режущий инструмент, но при этом необходимо подсчитать затраты и ожидаемый экономический эффект. Серийное производство значительно экономичнее, чем единичное, так как применяются и лучше используются более производительные оборудование, приспособления и инструмент. Производительность труда увеличивается за счет специализации рабочих.

Серийное производство является наиболее распространенным видом производства в среднем машиностроении.

В зависимости от количества изделий, деталей или заготовок в серии, их трудоемкости и повторяемости в течение года серийное производство условно делят на мелко-, средне- и крупносерийное. Мелкосерийное производство приближается по организации к единичному, а крупносерийное - к массовому.

К серийному виду производств относятся станкостроение, авиастроение и др.

Массовым называют такое производство, в котором изделия, детали или заготовки одного и того же типа изготовляют непрерывно в течение продолжительного времени (обычно несколько лет). Характерным признаком массового производства является выполнение на большинстве рабочих мест только постоянно повторяющихся операций. При массовом выпуске сборка изделий ведется непрерывно. К этому виду производства относятся автомобиле-, тракторостроение и др.

В машиностроении различают два метода изготовления заготовок, деталей и сборки машин: поточный и непоточный. Непоточным называется метод производства, при котором детали изготовляют партиями на каждой операции. Оборудование расставляют группами по типам. Обрабатываемые детали в партии не закрепляются за одним и тем же оборудованием или рабочим местом. При этом методе работы машины собирают партиями на неподвижных сборочных местах. Поточным называется метод производства, при котором операции по изготовлению детали или сборка изделия закреплены за определенным оборудованием или рабочими местами, оборудование или рабочие места расположены по ходу технологического процесса.

Если длительность операций на всех рабочих местах одинакова или кратна друг другу, то работа на линии выполняется непрерывным потоком с заранее установленным тактом.

Тактом называется промежуток времени, через который периодически производится выпуск определенных машин, агрегатов, деталей и т. д. Расчетная величина такта определяется по формуле



где F - фонд времени в мин (годовой, за смену или час);

N - выпуск заготовок, деталей или изделий в шт. за тот же период времени.

Если при поточном производстве продолжительность выполнения операции не равна и не кратна такту, то работа выполняется по прямотоку. В этом случае станки на линии обработки загружены неодинаково вследствие разной трудоемкости операций. Движение деталей на такой линии несинхронизировано.

При выпуске на поточных линиях попеременно нескольких деталей, близких по технологическому процессу, эти линии называются переменнопоточными.

Переменнопоточные линии обычно применяются в крупносерийном производстве для трудоемких деталей. Прямоточные линии применяются в массовом и серийном производстве для деталей с любой трудоемкостью.

Экономическая эффективность поточного производства определяется короткими производственными циклами, минимальными трудоемкостями и себестоимостью изготовления изделий. Циклом принято называть промежуток календарного времени, измеренный от начала каких-либо периодически повторяющихся операций, технологического или производственного процесса до их окончания. Улучшение экономических показателей при применении поточных методов вместо не поточных является результатом действия следующих факторов:

а) закрепления операций за оборудованием, расставленным по ходу процесса изготовления изделия, и выполнения рабочими в течение длительного времени одних и тех же операций (повышается производительность труда рабочих поточных линий);

б) ликвидации характерных для не поточного производства дополнительных транспортных и складских операций, которые требуют значительного числа рабочих, а также транспортного и складского оборудования и площадей;

в) применения высокопроизводительного оборудования и оснастки при поточном методе работы (снижается трудоемкость, а значит, и себестоимость; в не поточном производстве применение высокопроизводительного оборудования и оснастки затруднено необходимостью выполнения каждым станком различных операций и изготовления разнообразных деталей).

Контрольные вопросы

1. Что называется тактом?

2. Назовите методы изготовления заготовок.

3. Охарактеризуйте единичное, серийное и массовое производство.

Лекция 3. Виды заготовок и основные методы их получения

Основные виды заготовок: отливки, штамповки, поковки, прокат, заготовки из металлопорошков, пластмасс и штампосварные. Качественные характеристики заготовок в зависимости от метода их получения. Технико-экономические условия выбора заготовок. Влияние конструкции и материала детали на выбор метода получения заготовок. Задачи рационального и экономного использования металлов путем совершенствования конструкций автотракторной техники и повышения точности заготовок. Задачи охраны окружающей среды, условия труда. Безотходная технология

В транспортной промышленности применяются следующие основные заготовки:

а) отливки из чугуна, стали и цветных металлов; б) поковки и штамповки из стали и некоторых цветных металлов; в) прокат из стали и цветных металлов; г) штампо-сварные из стального проката и других металлов; д) штамповки и отливки из пластмасс; е) металлокерамические (порошковая металлургия).

Себестоимость детали складывается из себестоимости заготовки и себестоимости ее обработки, поэтому необходимо процесс изготовления детали рассматривать комплексно, включая процесс получения заготовки и ее обработку. Из многих возможных способов получения заготовки надо выбрать оптимальный для заданных условий производства, обеспечивающий минимальную себестоимость изготовления детали. Например, при массовом производстве деталей экономически оправдывается получение заготовок, наиболее приближающихся по форме и размерам к готовой детали.

Для объективной технологической характеристики заготовки (кроме оценки правильности геометрической формы и размеров, а также физических свойств металла) применяется коэффициент съема металла



где - вес заготовки; - вес детали.

Получение заготовок литьем

Заготовки можно отливать в разовые, полупостоянные и постоянные формы.

Литье в разовые формы. Этот способ применяется при изготовлении заготовок из черных и цветных металлов с любыми размерами и весами. Производится литье в разовые сырые или сухие песчаные формы, в оболочковые (скорлупчатые) формы и по выплавляемым моделям (прецизионное).

Песчаные формы выполняются в опоках или без опок (почвенная формовка). Формы без опок изготовляются ручным способом, а в опоках - ручным и машинным способами.

Сухие (стержневые) формы применяют для получения ответственных отливок сложной конфигурации (цилиндр двигателя, рабочие колеса гидротурбин и т. п.). Форму собирают из стержней по шаблонам и кондукторам; она обеспечивает получение высокой точности заготовки. Заготовки, получаемые литьем в оболочковые формы, изготовленные из песчано-смоляных смесей, имеют более высокие точность размеров и формы и чистоту поверхности по сравнению с отливками, получаемыми при литье в обычные песчаные формы. В оболочковых формах изготовляют отливки из серого, ковкого и сверхпрочного чугуна, стали и цветных сплавов. Этим методом изготовляют обычно сложные и ответственные заготовки деталей весом до 100 кг. Оболочковые формы имеют прочные тонкие стенки толщиной 5-8 мм, состоящие из смеси 92-95% кварцевого песка и 8-5% термореактивной смолы (фенолформальдегидные смолы типа бакелита и др.). Также применяются быстротвердеющие смеси с жидким стеклом, бетонные и др.

Способ отливки в оболочковые формы сокращает потребление литейной земли в 10 раз, повышает производительность труда в 10-15 раз, значительно улучшает условия труда в литейном цехе. Этот способ особенно выгоден для крупносерийного и массового выпуска деталей. Он позволяет получать стальные отливки с толщиной стенок 3 мм, а отливки из алюминиевых сплавов с толщиной стенок 1 мм. Точность отливок соответствует 4-5-му классам точности, а чистота поверхности 3-4-му классам.

Литье по выплавляемым моделям позволяет получить заготовки сложной формы, настолько близкой к готовой детали, что в отдельных случаях частично или полностью исключается механическая обработка. По выплавляемым моделям обычно изготовляют отливки небольшого веса (до 3 кг), хотя в отдельных случаях они могут выполняться и значительно большего веса. Минимальная толщина стенок отливок из чугуна составляет 0,15 мм, а из алюминиевых сплавов - 0,8 мм. Можно отливать заготовки зубчатых колес с зубьями, шлицевые валики со шлицами и т. п. Для получения большей плотности металла в отливке применяют центробежный или центробежно-вакуумный способ заливки. Для увеличения производительности процесса литья целесообразно в одной форме отливать группу заготовок по выплавляемым моделям. При этом получаются отливки с точностью по 4-5-му классам и чистотой поверхности по 3-4-му классам.

Литье в полупостоянные формы. При этом способе формы изготовляют из гипса, цемента, кирпича и камня. Гипсовые формы применяют для изготовления отливок из чугуна и цветных сплавов весом до 1 т. Отливки в гипсовые формы могут иметь толщину стенок 1-1,5 мм, а отливки из алюминиевых сплавов с использованием вакуума - толщину стенок 0,2 мм. Этим способом изготовляют отливки зубчатых колес с формообразованием зубьев, шлицевые валы, лопасти турбин и др. Цементные формы и формы из кирпича в автотракторной промышленности не применяются.

Формы из камня обеспечивают получение чугунных и бронзовых отливок с чистотой поверхности по 6-му классу и не требуют отбела поверхностного слоя. Формы из талькоактинолито-хлоритового сланца применяют вместо металлических кокилей при массовом производстве.

Литье в постоянные формы. Широкое применение имеет литье в металлические формы - кокиль. Этот вид литья позволяет получать отливки с точностью по 4-7-му классам и с чистотой поверхности по 3-4-му классам. В металлические формы можно отливать заготовки из стали, чугуна и цветных сплавов с весом от нескольких граммов до нескольких тонн.

Для повышения стойкости металлических форм их охлаждают водой. Этот метод экономически целесообразно применять при серийном и массовом производстве. Он позволяет повысить производительность труда по сравнению с литьем в песчаные формы в 2 раза и более, уменьшить более чем в 4 раза производственные площади и снизить в 2 раза затраты на формовочные материалы.

Литье под давлением производится в основном в постоянные формы и применяется для изготовления сложных тонкостенных отливок с глубокими плоскостями и сложными пересечениями стенок. Отливки имеют мелкозернистую структуру, что повышает прочность металла в 1,5 раза по сравнению с прочностью отливок, получаемых в песчаных формах.

Себестоимость форм для литья под давлением высокая, поэтому такой способ применяется в крупносерийном и массовом производстве.

Для литья втулок, колец, труб и других деталей вращения применяется центробежное литье на центробежных машинах.

Особенностью этого процесса является образование внутренней полости без применения стержней и возможность получения многослойных отливок. Заливка металла в металлическую изложницу обеспечивает более качественную отливку, чем заливка в футерованную изложницу, но срок службы последней больше из-за меньшего нагрева. Точность стальных и чугунных отливок, полученных центробежным литьем, соответствует 6-8-му классам и чистота поверхности - 3-му классу.

Получение заготовок обработкой давлением

Процессы обработки металла давлением отличаются высокой производительностью, относительно малой трудоемкостью, обеспечивают экономное расходование металла и, как правило, способствуют улучшению механических свойств металла.

Заготовки могут быть получены ковкой, горячей штамповкой, холодной объемной штамповкой и холодной листовой штамповкой.

Свободная ковка. Она производится на ковочных молотах. Для получения фасонных заготовок деталей автомобилей и тракторов, изготовляемых из сортового проката, применяют пневматические или паровоздушные молоты. Свободную ковку целесообразно применять только при единичном производстве. Ковку на молотах также производят в подкладных штампах. Применение подкладных штампов позволяет увеличить производительность ковки в 5-6 раз. Применяется этот вид ковки в мелкосерийном производстве. Перед штамповкой в подкладных штампах заготовке придают свободной ковкой форму, близкую к форме заданной поковки. Допуск на размер штамповок, получаемых в подкладных штампах, примерно в 2-3 раза меньше, чем допуск при свободной ковке. В мелкосерийном производстве применяется ковка на радиально-ковочной машине с программным управлением. Эта машина производит периодическое обжатие и вытягивание по уступам прутковой или трубной заготовки при помощи последовательных и быстрых ударов двумя бойками и более, работающими по заданной программе, заложенной в программное устройство машины. На радиально-ковочной машине можно производить горячую и холодную ковку. Точность размеров при холодной ковке колеблется в пределах от ±0,02 до ±0,2 мм и чистота поверхности соответствует 7-9-му классам, при горячей ковке точность колеблется в пределах от ±0,05 до 0,3 мм и чистота поверхности соответствует 1-3-му классам.

Горячая объемная штамповка. Горячая объемная штамповка может производиться на молотах, горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), штамповочных прессах и ковочных вальцах. Штамповка на молотах применяется в серийном и массовом производстве. Заготовка требуемой конфигурации большей частью получается путем последовательной обработки в нескольких ручьях, выполненных в одном штампе.

Штамповкой на ГКМ изготовляют заготовки весом 0,1-100 кг. На ГКМ можно обеспечить высокое качество поковок за счет расположения волокон материала в наиболее выгодном направлении. Простые по форме заготовки при изготовлении на ГКМ можно получать без облоя, а сложные по форме заготовки - с небольшим облоем, не превышающим 1% веса заготовки. На ГКМ можно получать штампованные заготовки со сквозным отверстием и с глубокими глухими отверстиями. Штампованные заготовки можно получить из прутков и труб повышенной точности.

Штамповка на гидравлических, фрикционных и кривошипных прессах в автотракторной промышленности получила широкое применение. Штамповку на гидравлических прессах применяют для получения заготовок из легких и малопластичных сплавов, требующих небольших скоростей деформирования. Малая производительность гидравлических прессов вследствие их тихоходности повышает себестоимость штампованных заготовок по сравнению с себестоимостью штампованных заготовок, получаемых на прессах других типов.

Штамповка на фрикционных прессах применяется в мелкосерийном и серийном производстве для получения заготовок из стали преимущественно в одноручьевых штампах и для резки в двух ручьях и более, а также для точной штамповки сложных заготовок из цветных сплавов.

Наибольшее распространение в транспортной промышленности получила штамповка на кривошипных прессах. На этих прессах производятся почти все виды горячей штамповки заготовок весом до 100 кг. Постоянство режимов деформирования обеспечивает стабильность размеров и механических свойств штампованных заготовок. Производительность фрикционных и кривошипных прессов в 2-3 раза выше производительности молотов. На прессах можно штамповать заготовки выдавливанием (экструдирование), при котором обеспечиваются точная форма, размеры и повышаются механические свойства металла.

Заготовки также можно получать методом вальцовки. Вальцовкой называется процесс обработки металлов давлением, при котором деформирование заготовки происходит во вращающихся секторах-штампах, расположенных на рядках.

Холодная объемная штамповка. Одним из наиболее экономичных технологических процессов получения заготовок крепежных и других видов мелких деталей (винты, болты, ролики, шарики, толкатели клапанов и т. д.) в больших количествах является холодная объемная штамповка (высадка) на специальных холодно-высадочных прессах-автоматах. Производительность автомата - до 400 шт./мин. Исходным полуфабрикатом для изготовления болтов является бунт проволоки диаметром от десятых долей миллиметра до 10-15 мм или калиброванный пруток диаметром более 8 мм.

Холодная листовая штамповка Исходным материалом служат тонкие листы металла и ленты.

Операции холодной штамповки можно разделить на две группы.

1. Разделительные операции, посредством которых одна часть материала полностью или частично отделяется от другой: отрезка, вырубка, пробивка, надрезка, подрезка, обрезка, зачистка и калибровка.

2. Формоизменяющие операции, посредством которых плоская или пространственная заготовка превращается в пространственную деталь заданной формы и размеров: гибка, отбортовка, вытяжка.

Холодное профильное волочение. Холодным волочением получают заготовки с малым поперечным сечением, обычно со сторонами или диаметром не более 25-30 мм. Этим методом получают мелкомодульные зубчатые колеса, храповые колеса, винты и детали любого сложного профиля.

Отклонения размеров поперечного сечения заготовки соответствуют 4-му классу точности, чистота поверхности 6-му классу. При многократном волочении достигается точность формы и размеров в поперечном сечении до 2-го класса и чистота поверхности у 8-го классов. Применение этого метода обеспечивает получение заготовки, механическая обработка которой производится только по ее торцам.

Контрольные вопросы

1. Какие способы литья существуют?

2. Какие виды заготовок, полученные обработкой давлением, бывают?

3. Для чего необходим коэффициент съема металла?

Лекция 4. Базы и погрешность базирования

Виды поверхностей обрабатываемых деталей. Понятие о базах и виды баз. Конструкторские базы. Технологические базы. Принцип постоянства базы и совмещения баз. Погрешность базирования. Выбор баз. Способы установки детали. Способы уменьшения погрешностей базирования за счет изменения конструкций деталей, постановка размеров и технологических мероприятий. Погрешность закрепления. Погрешности, зависящие от жесткости системы; станок, приспособление, инструмент, деталь.

Из всех поверхностей, которые имеет деталь, выделяют основные поверхности, т. е. те, которые определяют работу детали в машине. Эти поверхности непосредственно участвуют в рабочем процессе машины (например, рабочие поверхности лопастей турбин, сопла форсунок и т. д.) или образуют с основными поверхностями других деталей кинематические пары (например, вал и подшипник, цилиндр и поршень, два профиля зубчатого зацепления и т. д.) и стыковые соединения (например, торцовая поверхность опорного фланца вала и торцовая поверхность подшипника).

В большинстве случаев основные поверхности обрабатываются с большой точностью и высокой чистотой поверхности, и от точности и чистоты их обработки зависит качество работы машины.

Остальные свободные поверхности детали называются вспомогательными поверхностями и определяются прочностью, габаритом, весом и т. п. Обычно они обрабатываются с меньшей точностью и чистотой, чем основные поверхности, либо вовсе не обрабатываются.

Придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат называется базированием. Базой называется одна или несколько поверхностей детали, по отношению к которой (которым) определяется положение рассматриваемой поверхности, исходя прямо или косвенно из условий правильного функционирования изделия.

При изготовлении чертежей и обработке деталей по разметке за базы, кроме поверхностей, принимаются линии и точки.

Различают следующие виды баз: конструкторские, технологические, сборочные и контрольные.

Линии и точки на чертеже, от которых конструктор задает размеры и взаимное положение других линий, соответствующих поверхностям детали или ее осям, называют конструкторскими базами.

Базы, используемые в технологическом процессе механической обработки, называют технологическими базами.

Базы, используемые в процессе сборки изделия, называются сборочными базами.

Базы, используемые при контроле деталей, называют контрольными базами.

Конструкторские базы

Взаимное положение различных поверхностей детали конструктор задает на чертеже.

При простановке размеров конструктор исходит из взаимосвязи между деталями, вытекающей из условий сборки.

В других случаях конструктор проставляет размеры от поверхностей, линий или точек, играющих важную роль в работе машины или в процессе выполнения расчетов.

Простановка допусков на размеры между не основными поверхностями детали производится в основном с учетом технологических соображений. В большинстве таких случаев проставляются наименьшие допуски, при которых обеспечивается экономическое производство. Дальнейшее расширение таких допусков не удешевляет или незначительно удешевляет обработку. Кроме допусков на основные размеры, на чертеже проставляют допуски на параллельность, перпендикулярность, концентричность и т. д. Допуски на неосновные соотношения обычно не проставляют, так как они обеспечиваются автоматически технологическим процессом обработки детали.

Технологические базы

Технологические базы разделяются на опорно-установочные, проверочно-установочные и измерительные. Опорно-установочной базой называют поверхности обрабатываемой детали, при контакте которых с установочными поверхностями станка или приспособления деталь ориентируется в нужном направлении с требуемой точностью. Не всякая опорная поверхность детали является опорно-установочной базой. В зависимости от условий работы поверхности детали в машине, являющейся опорно-установочной базой, различают следующие виды этих баз: основные, вспомогательные и оперативные.

Основная опорно-установочная база - это база, состоящая из основных поверхностей детали. Например, установка зубчатого колеса на валу производится по отверстию и торцу, и если их используют для установки колеса при его обработке как опорно-установочную базу, то эти поверхности являются основной опорно-установочной базой. Поверхности основной опорно-установочной базы всегда являются окончательно обработанными поверхностями. Если создаются поверхности специально для установки детали при ее обработке, а для работы этой детали в изделии они не требуются, то базы, составленные из таких поверхностей, называются вспомогательными опорно-установочными базами. Например, валы обычно обрабатывают на станках, устанавливая их в центрах станка. Центровые углубления в валах являются вспомогательными опорно-установочными базами. Фрезерование основных плоскостей блока цилиндров двигателя и ряд других операций производится при установке его на обработанные поверхности специально созданных бобышек, которые являются вспомогательными опорно-установочными базами и т. д. В ряде случаев детали для обработки на станке устанавливают по поверхностям, которые косвенно определяют условия правильного функционирования детали в машине. Если такие поверхности используют для установки детали на станке в качестве опорно-установочной базы, то эту базу называют оперативной опорно-установочной базой. Например, в единичном и мелкосерийном производстве при обработке цилиндрических зубчатых колес на токарном станке за опорно-установочную базу принимают наружную поверхность ступицы. При работе зубчатого колеса в машине эта поверхность непосредственно не влияет на работу машины, но она косвенно т. е. как поверхность, концентричная с поверхностью центрального отверстия, определяет работу зубчатого колеса в машине. Если за опорно-установочную базу при обработке колеса принять наружную поверхность ступицы, то она является оперативной опорно-установочной базой.

Проверочно-установочной базой называют поверхности (линии или точки), по которым выверяют положение заготовки при установке.

Метод работы по опорно-установочным базам более совершенный, чем по проверочно-установочным базам, так как при использовании опорно-установочных баз отпадает большая, сложная и ответственная работа - выверка заготовки. Замена проверочно-установочных баз опорно-установочными является одним из основных направлений рационализации технологии механической обработки. Однако в единичном и мелкосерийном производстве полный отказ от работы по проверочно-установочным базам в большинстве случаев оказывается экономически необоснованным.

В некоторых случаях в качестве базы используется сама обрабатываемая поверхность, причем такая база может быть как опорно-, так и проверочно-установочной. Например, при шлифовании заготовки на бесцентрово-шлифовальном станке обрабатываемая поверхность является опорно-установочной базой, так как эта поверхность, опираясь в процессе обработки на неподвижную линейку и ведущий круг станка, ориентирует заготовку в требуемом направлении относительно станка.

При изготовлении деталей также используются измерительные базы.

Измерительной базой называются поверхности заготовки, от которых при ее обработке производится непосредственный отсчет размеров.

Измерительные базы обычно используют таким образом, что мерительный инструмент приводится с базовыми поверхностями в соприкосновение или оценивается зазор между поверхностью заготовки и мерительной поверхностью инструмента.

Принцип постоянства базы состоит в том, что для выполнения всех операций обработки заготовки используют одну и ту же базу.

Когда весь процесс обработки ведется от одной базы, то отсутствуют возможные смещения заготовки при каждой установке ее за счет перемены баз. В результате точность при полной обработке заготовки от одной базы получается наибольшей. Учитывая, что в большинстве случаев практически невозможно и экономически невыгодно полностью обрабатывать заготовку от одной базы, в целях получения наибольшей точности надо стремиться обрабатывать заготовки при минимальном, количестве разных баз.

Когда измерительная база не совпадает с опорно-установочной, возникает погрешность базирования.

Погрешность базирования происходит из-за отклонений в пределах допусков размеров и соотношений, связывающих опорно-установочную базу с измерительной.

Рассмотрим основные положения по выбору баз. Для ориентации заготовки на станке количество и расположение базирующих ее поверхностей должно быть выбрано так, чтобы обеспечить статически определимую установку. Для этого, как известно из условий равновесия твердого тела, рассматриваемых в механике, необходимо связать неподвижными опорами все шесть степеней свободы заготовки. Эти шесть степеней свободы твердого тела сводятся к трем возможным перемещениям вдоль трех произвольно выбранных взаимно перпендикулярных осей координат и трем возможным вращениям относительно их. Связывание каждой из степеней свободы заготовки может быть произведено путем прижатия ее к неподвижной одноточечной опоре приспособления или станка.

Отсюда возникает известное правило о необходимости базирования детали по шести опорным точкам (правило шести точек).

Для связывания шести степеней свободы заготовки требуется шесть неподвижных опорных точек, расположенных в трех перпендикулярных плоскостях, - три опорные точки в одной плоскости, две в другой и одна в третьей. Все остальные неподвижные опоры - лишние. Обычно получается статически неопределимая установка заготовки в приспособлении. При лишних неподвижных опорах заготовка или будет опираться не на все опоры, или ее надо деформировать, для того чтобы прижать ко всем опорам.

Любые базирующие поверхности заготовки, если они создают статически определимую установку заготовки, всегда можно заменить шестью неподвижными одноточечными опорами, расположенными согласно правилу шести точек.

Контрольные вопросы

1. Что называется базированием?

2. Правило шести точек.

3. Что такое база и какие базы бывают?

Лекция 5. Способы определения жесткости системы

Конструкторские и технологические мероприятия по повышению жесткости. Погрешности, связанные с износом инструментов, настройкой инструментов на размер, геометрической точностью станка, тепловыми деформациями.

Одним из главных параметров, обеспечивающих высокое качество и длительный срок службы машин, является точность их изготовления. Машины или механизмы, изготовленные из более точных деталей, обеспечивают более высокие эксплуатационные показатели, т. е. они могут быть более быстроходными, более долговечными и надежными в работе. Повышение точности изготовления отдельных деталей машины позволяет повысить не только рабочие скорости этих деталей, но и удельные нагрузки, воспринимаемые ими. Точность изготовления (обработки) деталей в машиностроении является относительным понятием, так как точность всякой реальной детали оценивается степенью соответствия этой детали идеальной. Точность реальной детали можно оценить по отдельным ее элементам, а именно: точность формы, точность размеров отдельных участков детали, точность взаимного расположения поверхностей, образующих контур детали; эти составляющие точности приводят на чертеже детали. Повышение точности изготовления заготовок позволяет снизить припуски на обработку, что определяет структуру процесса обработки и снижает его стоимость, снижает объем сборочных работ. Часть размеров детали должна быть выполнена с гарантированной точностью (в пределах заданных допусков), а остальные размеры выполняются без заданных конструкцией пределов отклонений («свободные размеры»). При изготовлении детали на свободные размеры устанавливаются технологические допуски.

Точность формы этих поверхностей характеризуется степенью соответствия цилиндру, конусу и шару. Точность размеров каждого участка поверхности характеризуется степенью соответствия действительных размеров заданным. Точность взаимного расположения поверхностей может быть задана величиной несоосности участков. В других случаях точность взаимного расположения может характеризоваться параллельностью, перпендикулярностью концентричностью и др. На точность формы влияет вид рабочих движений станка, профиль и установка режущего инструмента, точность копированных устройств на станке. Точность размера определяется точностью установки режущего инструмента на «стружку» (настройкой), длиной прохода и размерами самого инструмента (мерного или профильного).

Точность взаимного расположения поверхностей определяется различными факторами технологического процесса. В рассматриваемом случае точность взаимного расположения поверхностей определяется точностью относительных перемещений инструментов. При обработке детали в несколько операций точность взаимного расположения поверхностей зависит от ошибок установки этой детали на различных операциях.

Точность формы имеет важное значение при работе сопряженных поверхностей. Поэтому при изготовлении точных деталей допустимое отклонение формы задается в более жестких пределах, чем точность размера. Точность формы поверхности, как правило, выше точности взаимного расположения поверхностей, а точность взаимного расположения выше точности размеров, связывающих поверхности.

Факторы, влияющие на точность обработки

На точность обработки влияет ряд факторов, присущих самому процессу обработки. К ним могут быть отнесены следующие: 1) неточность и износ станка; 2) неточность и износ приспособлений; 3) неточность и износ инструментов; 4) погрешности установки детали на станке; 5) нежесткость системы СПИД; 6) температурные деформации; 7) внутренние напряжения обрабатываемой детали; 8) копирование погрешностей предшествующей обработки; 9) неточность средств и методов измерения; 10) неточность наладки станка и др.

Неточность и износ станка. Известно, что все металлообрабатывающие станки изготовляются с определенной регламентированной точностью согласно ГОСТу, т. е. каждый станок имеет неточность установки и перемещений рабочих органов в сравнении с идеальной кинематической схемой. Следовательно, неточность кинематической схемы металлорежущего станка переносится на обрабатываемую деталь. При нагружении станка усилиями резания неточность кинематической схемы возрастает за счет одностороннего выбора зазоров в соединениях. Каждый изготовленный станок при эксплуатации подвергается износу по поверхностям трения, что влияет на его точность, причем погрешности одного и того же элемента станка по-разному влияют на точность обработки, в зависимости от того, как установлен режущий инструмент на станке.

Неточность и износ приспособлений. На точность механической обработки существенным образом влияет точность изготовления приспособлений. Приспособления изготовляются с учетом точности изготовления детали. При точности обработки детали по 2-3-му классам допуски на точные размеры приспособления устанавливают в пределах 1/2-1/3 допуска на соответствующие размеры детали. При более грубой обработке детали (ниже 3-го класса) точность размеров приспособления устанавливается в пределах 1/5-1/10 допуска на соответствующие размеры детали. Таким образом, при изготовлении приспособления вносится определенная погрешность, влияющая на точность обработки. Все сказанное относится к ненагруженному состоянию, однако следует считаться с дополнительными погрешностями приспособлений, возникающими в работе. В процессе работы имеет место износ отдельных деталей приспособлений, что дополняет погрешность обработки на данном приспособлении.

Неточность и износ инструментов. Изготовление инструмента осуществляется с высокой точностью, но режущий инструмент имеет значительный износ в процессе его работы. Обычно точность обработки связана с точностью изготовления режущего инструмента. Допуски на изготовление инструмента регламентируются ГОСТом. Существенно сказывается точность изготовления инструмента на точности обработки при работе мерным или профильным инструментом. Мерный инструмент копирует свои размеры непосредственно в теле детали (сверло, развертка, метчик и др.). Обработка профильным инструментом характерна тем, что его профиль переносится на обрабатываемую деталь (фасонные резцы, фрезы и др.). Имеются инструменты, которые являются одновременно мерными и фасонными, например протяжки, фасонные развертки и др. В процессе обработки деталей режущий инструмент изнашивается по режущим кромкам и постепенно изменяет свою форму и размеры, но еще более значительные изменения претерпевает инструмент при заточках, особенно остроконечный инструмент. Инструмент изнашивается как по передней, так и по задней грани режущей кромки. Износ резца по передней грани существенно влияет на чистоту обработки и снижает прочность инструмента, но на точность обработки он влияет меньше, чем износ по задней грани. Особое влияние на износ инструмента оказывает скорость резания. Подача и глубина резания в меньшей степени влияют на износ инструмента. Кроме того, на износ инструмента влияет его конструкция, в частности большое влияние оказывает задний угол а. Увеличение угла от 8 до 12° способствует повышению размерного износа инструмента. Износ резца по задней грани в натуральную величину переносится на обрабатываемую поверхность, снижая точность обработки. Абразивный инструмент (шлифовальный круг) чаще применяется на чистовых операциях, где требуется высокая точность обработки. Износ инструмента компенсируется правкой алмазными карандашами и подачей абразивного инструмента на размер обработки, что у современных конструкций станков осуществляется полуавтоматически или автоматически.

Погрешность установки детали на станке. Перед тем как начать обработку детали, ее следует правильно координировать относительно режущего инструмента (в приспособлении или непосредственно на столе станка) и в этом положении зафиксировать на все время выполнения операции. Зафиксировать установленную деталь можно с помощью зажимного устройства. Однако установка и закрепление могут быть выполнены с определенной погрешностью. Погрешность установки зависит от правильного выбора технологической базы, точности и чистоты поверхности, принятой за технологическую базу. Кроме того, она зависит от точности и чистоты поверхности приспособления или станка, на которую устанавливается обрабатываемая деталь. Снятие припуска с обрабатываемой поверхности производится после установки инструмента на «стружку» с выдерживанием определенного размера от технологической базы. Таким образом, под погрешностью установки понимается погрешность базирования детали на данной операции и погрешность закрепления. Если за установочную поверхность принята конструкторская база, то погрешность базирования может быть равна нулю, и в этом случае погрешность установки равна погрешности закрепления детали на рассматриваемой операции.

Нежесткость системы СПИД. Рассматривая металлообрабатывающий станок, приспособление и инструмент, следует учитывать, что детали, образующие кинематическую схему обработки, имеют ряд посадок с гарантированными зазорами, и воздействие усилий резания на систему этих деталей может вызвать отжатие деталей за счет одностороннего выбора зазоров. Действующие усилия резания могут вызвать упругое деформирование отдельных элементов системы или отдельных деталей станка, а также контактные деформации сопряженных поверхностей. Эти контактные деформации зависят от упругих свойств материала детали, точности и качества сопрягаемых поверхностей, от вида сопряжений. Обрабатываемая деталь, приспособление и инструмент также подвергаются воздействию усилий резания, что сказывается на конечном результате обработки. Система СПИД под воздействием усилий резания упруго деформируется, что приводит к погрешности обработки деталей.

Под жесткостью системы СПИД подразумевается способность ее обеспечить постоянство перемещений режущих кромок инструментов относительно установочной поверхности в процессе выполнения операции, т. е. способность этой системы оказывать сопротивление действию сил резания, стремящихся деформировать ее. Жесткость упругой системы СПИД выражается отношением силы резания, направленной нормально к обрабатываемой поверхности, к смещению режущей кромки инструмента в направлении действия этой силы.

Кроме влияния на точность обработки, недостаточная жесткость системы СПИД влияет на появление вибраций, вызывающих снижение производительности и качества обработки. Таким образом, повышение жесткости системы СПИД способствует повышению точности обработки и производительности. Для определения жесткости системы СПИД целесообразнее сначала определить жесткость детали, приспособления, инструментов, станка и т. д. Пользуясь полученными частными результатами можно определить жесткость всей системы.

Для повышения точности обработки могут быть проведены мероприятия, повышающие жесткость системы СПИД. К ним могут быть отнесены: 1) повышение собственной жесткости элементов системы СПИД; 2) повышение контактной жесткости в сопряжениях отдельных элементов СПИД; 3) повышение жесткости закрепления обрабатываемой детали; 4) введение дополнительных опор для обрабатываемых деталей.

Температурные деформации. Существенное влияние на точность обработки оказывают температурные деформации, которые возникают в обрабатываемой заготовке, режущим инструментом и станке за счёт нагрева их теплом, выделяемым в зоне резания, а так же теплом, возникающим в результате трения подвижных частей станка. Кроме того, температурные деформации могут появиться за счёт изменения теплового режима в цехе. Неравномерный или равномерный нагрев станка, детали и инструмента вызывает деформацию узлов и деталей, что приводит к нарушению точности обработки принятой системы. При нагревании элементов системы СПИД температурные деформации достигают значения допусков 2-3-го классов точности. Особое значение эти деформации имеют при чистовой обработке. Влияние температурных деформаций имеет место при всех методах механической обработки, но применение охлаждающих жидкостей резко снижает их до столь малых величин, что ими приходится пренебрегать.