Основы проектирования технологических процессов

 

Каждая машина состоит из большого количества деталей, определённым образом связанных друг с другом. Связи деталей бывают стационарными и нестационарными, или статические и динамические. Детали, имеющие определённое движение друг относительно друга, т.е. при динамических связях, изготавливают, обычно, с более высокими классами точности и чистоты обработки, чем детали, имеющие статические связи.

При проектировании любой машины необходимо учитывать следующие исходные данные:

1. Служебное назначение машины с кратким описанием её работы и техническими требованиями;

2. Рабочие чертежи машины и её отдельных деталей и узлов;

3. Количество машин, намеченных к выпуску и сроки выпуска машин;

4. Условия снабжения завода всем необходимым для выпуска машин и возможности кооперирования с другими заводами;

5. Наличие кадров, перспективы их подготовки.

Количество машин, намеченных к выпуску, требует выбора наиболее экономичного технологического процесса, оборудования, инструмента, степени механизации и автоматизации.

Принято два принципа построения технологического процесса:

1. Технический; 2. Экономический.

В соответствии с экономическим принципом изготовление изделий должно вестись с минимальными затратами труда и издержками производства. Для этого технологический процесс необходимо выполнять с наиболее полным использованием возможностей оборудования, инструментов, приспособлений при наименьшей затрате времени и наименьшей себестоимости изделий.

Из нескольких возможных вариантов технологических процессов выбирают наилучший по следующим признакам.

При равной производительности сопоставимых вариантов выбирают наиболее рентабельный, а при равных рентабельных – наиболее производительный.

Проектирование технологического процесса ведётся в следующей последовательности (этапы проектирования).

1. Анализ рабочего чертежа и ТУ.

2. Контроль технологичности конструкции.

3. Выбор размера рабочей программы, определение типа производства.

4. Выбор заготовки и определение припусков на ее обработку.

5. Выбор технологических баз.

6. Установление маршрута обработки.

7. Выбор оборудования, режущего и измерительного инструмента и приспособлений.

8. Расчет режимов резания и определение норм времени.

9. Оформление технологической документации.

Рассмотрим вкратце каждый этап проектирования технологического процесса.

а) Рабочий чертёж и технические условия, контроль технологичности. Проектированию технологического процесса предшествует подробное изучение рабочего чертежа детали, технические условия на её изготовление и условий её работы в изделии. При контроле рабочего чертежа выявляют возможность улучшения технологичности конструкции деталей, в результате чего может быть получен значительный эффект от снижения трудоёмкости и себестоимости выполнения процессов обработки.

б) Выбор размера рабочей программы, определение типа производства. Тип производства определяют после расчёта такта выпуска для заданной детали. Если такт меньше либо равен предварительно установленной средней длительности наиболее характерных функций обработки – производство «массовое». Если такт намного превышает предполагаемую длительность отдельных операций обработки – производство «серийное».

в) Выбор заготовки и припусков на её обработку.

Вид заготовки (метод её получения) зависит от материала детали, её конфигурации, размеров и объёма производства. Если деталь чугунная – заготовка «отливка»; сталь – кусок проката, отливка; поковка, горячая штамповка, листовая (холодная) штамповка. Выбрав вид заготовки необходимо составить точное представление о её конфигурации, размерах и других требованиях к ним, т.е. разработать её чертёж (исключение – заготовка – кусок проката). При литье или пластическом деформировании заготовок предварительно устанавливают припуски на обработку, допуски на размеры обрабатываемых и необработанных поверхностей, базовые поверхности для первой операции обработки резанием, термическую обработку заготовки, метод очистки поверхности заготовки, методы предварительной обработки заготовок (обдирка, зачистка, центровка, правка и т.п.). При изготовлении заготовок из сортового материала устанавливают профиль и размеры прутка или толщину листа.

г) Выбор технологических баз для установки заготовок.

Ответственный этап проектирования технологического процесса обработки резанием. Он тесно связан с построением маршрута обработки заготовки. В зависимости от сложности изготовляемой детали возможны следующие случаи базирования:

1. Заготовку базируют на необработанные поверхности и при одной установке производят её полную обработку (простые детали).

2. Заготовку базируют при выполнении основной части операций на необработанные несменяемые поверхности (для более сложных деталей).

3. Аналогично п.2, с тем отличием, что перед последним этапом технологического процесса (отделке), принятые технологические базы подвергают повторной отделочной обработке (детали сложные, повышенной точности).

4. Заготовку базируют на различные, последовательно сменяемые, обработанные поверхности. Случай нежелателен.

6. В отличие от п.4, характеризуется повторной (многократной) обработкой последовательно сменяемых баз.

Также при выборе технологических баз следует стремиться к более полному соблюдению принципа совмещения баз.

 

д) Установление маршрута обработки заготовки.

Под технологическим маршрутом понимают перечень операций необходимой последовательности.

При разработке маршрута обработки следует придерживаться следующих правил:

При производстве точных ответственных деталей маршрут обработки разделяют на 3 стадии: черновая, чистовая и отделочная обработки.

С целью последовательной обработки и повышения качества поверхности изготавливаемой детали на первой операции механической обработки, заготовку устанавливают по черновым установочным базам и обрабатывают поверхности, которые будут приняты за чистовые установочные базы. Для повышения точности обработки следует всемерно использовать принцип совмещения баз (установочной и измерительной) – для сведения погрешности базирования к нулю.

е) Выбор станочного оборудования, режущих и измерительных инструментов и приспособлений.

После составления перечня операций для каждой из них определяется тип станка и основные его размеры. Выбор станков производится по ведомостям наличного оборудования и паспортам или по каталогам. Затем для каждой операции намечается тип и основные размеры универсального приспособления или схема специального приспособления, с учетом объёма производства, принятой системы базирования, типа станка.

Для дальнейшей детализации технологического процесса внутри каждой операции производится их разбивка на установки, позиции, переходы, проходы с установлением промежуточных (межоперационных) припусков и допусков. При выборе типов и размеров режущих и измерительных инструментов для каждого перехода, так же как и при выборе приспособлений, стремятся, в основном, пользоваться стандартным инструментом, при выборе которого приходится пользоваться справочными таблицами.

В маршруте обработки указываются: нумерация и название операций (цифровое обозначение – 005; 010 и далее через 5); затем названия и модели станков, используемых для их выполнения, при необходимости, приводится краткое содержание операции. Каждая операция делится на технологические переходы с исчерпывающей записью их содержания в технологической карте. Технологические переходы снабжены порядковой нумерацией (1, 2, 3 и т.д.), комбинированные совмещенные переходы (с использованием параллельно нескольких инструментов) обозначаются буквенно – цифровой нумерацией (1а, 1б и т.д.).

ж) Расчёт режимов резания и определение норм времени.

Порядок расчета режимов резания следующий. Сначала устанавливают глубину резания (t, мм), затем подачу (s, мм/об) и в последнюю очередь расчитывают скорость резания (υ, м/мин). Глубина резания при обработке за один рабочий ход определяется ранее рассчитанным промежуточным припуском на обработку данной поверхности. При обработке за несколько рабочих ходов глубину резания намечают наибольшей, соответственно уменьшив число ходов. На последних рабочих ходах глубину резания уменьшают для обеспечения заданной точности и шероховатости поверхности. При черновой обработке – глубина резания обычно равна всему припуску на обработку; при чистовой обработке – с шероховатостью поверхности до 5-го класса чистоты включительно – t = 0,5 ¸ 2 мм; для 6-го и 7-го классов – t = 0,1 ¸ 0,4 мм. Формулы для расчетов режимов резания можно брать из (8, т.2, с. 414-169). Подачу при этом назначают максимально допустимую. При черновой обработке подача ограничивается прочностью инструмента, заготовки или отдельных элементов станка. При чистовой обработке и отделке подача определяется в зависимости от заданных точности и шероховатости поверхности. Подачу выбирают по нормативам или рассчитывают согласно паспортным данным станка. По подаче и глубине резания находят силу (P_z, Н) и крутящий момент (М_кр., Н·м) резания, а по ним: силу закрепления заготовки; прочность инструмента; мощность (N_р, кВт) и расходуемую энергию. Затем, зная скорость резания, определяют частоту вращения шпинделя (мин^-1), которую корректируют по паспортным данным станка. После чего по определённым значениям параметров резания производят проверочный расчет по усилию подачи, по крутящему моменту, по мощности станка. Если нужно, рассчитанные значения подачи и скорости резания корректируют.

з) Расчёт норм времени.

Производят расчет следующих норм времени: основного, штучного и калькуляционного (см. гл. 5).

и) Оформление технологической документации.

Основными формами технологической документации на изготовление изделий являются: маршрутная карта; операционная карта; карта эскизов и схем; спецификация технологических документов; технологическая инструкция; материальная ведомость; ведомость оснастки; карта технического контроля;

В маршрутной карте содержится описание технологического процесса изготовления изделия по всем операциям в технологической последовательности с указанием соответствующих данных по оборудованию, оснастке, материалам.

В операционной карте содержится описание операции технологического процесса изготовления изделия с расчленением операций по переходам с указанием режимов работы, расчетных норм, трудовых нормативов.

В карте эскизов и схем приводится графическая иллюстрация технологического процесса изготовления изделия и отдельных его элементов.

Спецификация технологических документов оформляется специальной картой, в которой содержится перечень всех технологических документов, выпущенных на изделие и его составные части.

Технологическая инструкция содержит описание специфических приемов работы или описание методики контроля технологического процесса, правил пользования оборудованием, приборами, а также описание физико-химических явлений, происходящих при отдельных операциях технологического процесса. Материальная ведомость содержит предварительные данные для подготовки производства.

Ведомость оснастки содержит перечень специальных и стандартных приспособлений и инструментов, необходимых для оснащения технологического процесса. В карте технического контроля приводятся средства контроля и контролируемые размеры для каждого перехода.