Сущность процесса проектирования и направления его совершенствования

Раздел 5. Основы разработки технологических процессов изготовления машин

Проектирование любого объекта или процесса представляет собой информационный процесс принятия решений, в ходе которого используются база данных и база знаний. База данных, необходимая для проектирования технологического процесса, содержит информацию о конструкции предмета производства, об объеме выпуска, о производственной обстановке и организации производства. База знаний, используемая при разработке технологий, включает методику проектирования, а также руководящую и справочную информацию, регламентирующую принимаемые решения и определяющую качество проектирования.

Классификация технологических процессов. В зависимости от условий производства и назначения проектируемого технологического процесса применяются различные виды и формы технологических процессов.

1. Единичный ТП – это ТП изготовления или ремонта изделия одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от типа производства.

2. Унифицированный ТП – это ТП, относящийся к группе изделий (деталей, сборочных единиц), характеризующихся общностью конструктивных и технологических признаков. Он делится на:

2.1. Типовой ТП – это ТП изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками

2.2. Групповой ТП – это ТП изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками (разрабатывают на уровне предприятия)

3. Перспективный ТП – это ТП, соответствующий современным достижениям науки и техники, методы и средства осуществления которого полностью или частично предстоит освоить на предприятии.

4. Рабочий ТП – это ТП, выполняемый по рабочей технологической и (или) конструкторской документации (разрабатывают только на уровне предприятия).

5. Проектный ТП – это ТП, выполняемый по предварительному проекту технологической документации.

6. Временный ТП – это ТП, применяемый на предприятии в течение ограниченного периода времени из-за отсутствия надлежащего оборудования или в связи с аварией до замены на более современный.

7. Стандартный ТП – это ТП, установленный стандартом. (выполняемый по рабочей технологической и (или) конструкторской документации, оформленный стандартом (ОСТ, СТП) и относящийся к конкретному оборудованию, режимам обработки и технологической оснастке).

8. Комплексный ТП – это ТП, в состав которого включаются не только технологические операции, но и операции перемещения, контроля и очистки обрабатываемых заготовок по ходу ТП (проектируются при создании автоматических линий и ГПС).

Метод разработки технологического процесса изготовления машины содержит состав и последовательность действий, выполняемых при проектировании ТП, а также указания по их осуществлению.

Основными принципами построения производственного процесса являются преемственность и унификация.

Преемственность – основополагающий принцип, реализуемый при проектировании технологических процессов и обеспечивающий унификацию решений. Его сущность заключается в том, что для разных изделий применяют одни и те же методы и последовательность их изготовления.

Унификация – это рациональное сокращение числа типов, размеров изделий одинакового функционального назначения, а также устранение многообразия технологических решений обоснованным сведением их к ограниченному числу типов.

Унификация технологических решений осуществляется двумя методами: типизацией и группированием.

Типизация должна обеспечить устранение многообразия технологических процессов обоснованным сведением их к ограниченному числу типов и являться базой для разработки типовых стандартов на типовые ТП.

При проектировании ТП механической обработки типизация может проводиться по трем направлениям:

1. типизация обработки отдельных (элементов) поверхностей заготовок;

2. типизация обработки отдельных (типовых) сочетаний поверхностей заготовок;

3. типизация обработки заготовок в целом.

Работа по типизации ТП в любом из указанных направлений должна начинаться с проведения классификации (поверхностей, их сочетаний или заготовок).

Основной задачей классификации является приведение всего многообразия заготовок, поверхностей и их сочетаний к минимальному количеству типов, для которых можно разработать типовые технологические процессы.

Группирование, созданное проф. С.П.Митрофановым, является развитием идей типизации. В основу группирования положена технологическая классификация заготовок, заканчивающаяся формированием группы, являющейся главной технологической единицей групповой обработки.

Если при типизации технологических процессов в общий класс объединяются заготовки по принципу общности их конфигурации, технологического маршрута и содержания отдельных операций, то при групповой обработке под классом понимается совокупность деталей, характеризуемая общностью типа оборудования, необходимого для получения или обработки заготовок в целом или отдельных ее поверхностей.

При групповой обработке групповой ТП состоит из групповых технологических операций, выполняемых на специализированных рабочих местах в последовательности технологического маршрута изготовления определенной группы изделий. При этом некоторые заготовки или их группы могут пропускать отдельные операции.

Групповая технологическая операция характеризуется общностью используемого оборудования, технологической оснастки, наладки и технологических переходов (при допущении только незначительной подналадки средств технического оснащения, например, замена сверл, перестановка линейных и диаметральных упоров, замена сменных установочных или зажимных деталей группового приспособления при сохранении на станке постоянного основного корпуса приспособления и т.п.).

Применение методов групповой обработки и типизации технологических процессов особенно эффективно, когда на их основе в серийном и мелкосерийном производствах удается создать групповые поточные или даже автоматические линии обработки определенных групп заготовок.

Общая методика проектирования технологического процесса изготовления детали. Основными этапами итерационного процесса проектирования технологических процессов изготовления детали являются:

- сбор исходной информации, определение типа и организации производства, величины производственной партии или такта выпуска;

- анализ конструкции изготавливаемой детали;

- выбор (или оценка выбранного конструктором) способа изготовления исходной заготовки и определение ее геометрии;

- проектирование принципиальной схемы технологического процесса, связанное с назначением для каждого элемента детали: методов окончательной и предварительной обработки, количества состояний для перевода элемента из состояния в исходной заготовке в состояние готовой детали, точностных и качественных характеристик состояний с учетом методов обработки;

- разделение технологического процесса на операции с учетом способов окончательной и предварительной обработки каждого элемент, его расположения в структуре детали, возможностей систем обработки. Обоснование выбора оборудования, системы базирования и закрепления заготовки, перечня обрабатываемых элементов и их состояний для каждого операционного комплекса;

- проектирование структуры маршрута технологического процесса;

- синтез структуры операционных размеров и технических требований взаимного расположения элементов для каждой операции с учетом положений теории базирования и информации о системе «Заготовка» на данный этап проектирования;

- выявление и построение технологических размерных цепей, моделирующих геометрические связи системы «Заготовка», их расчет и анализ;

- корректировка, в случае необходимости, структуры связей системы «Заготовка» или исходной структуры связей детали с целью повышения их технологичности;

- проектирование технологических операций рациональной структуры, состава технологического оснащения, назначение межоперационных размеров, назначение режимов обработки и техническое нормирование, заполнение технологической документации;

- расчет настроечных размеров;

- разработка методов контроля и контрольных операций;

- составление технических заданий на проектирование средств технологического оснащения.

Методика проектирования технологического процесса
сборки машины. Основными этапами проектирования технологического процесса сборки являются:

- сбор исходной информации (описание конструкции машины, производственная обстановка, объем выпуска, организация производства);

- анализ исходной операции (выявление требований к качеству машины, анализ соответствия служебному назначению ее норм точности; выявление задач по достижению требуемой точности и конструкторских размерных целей, обеспечивающих решение этих задач; выбор методов и средств достижения заданной точности; выявление технологических размерных цепей и их расчет);

- расчет такта выпуска или производственной партии, выбор организационной формы сборки;

- разработка последовательности сборки машины, дифференциация и концентрация процесса сборки, разработка технологических схем сборки;

- нормирование сборочных работ;

- выбор или проектирование технологического оснащения, средств механизации и автоматизации;

- оформление технологической документации.

Технологичность конструкции изделия –это совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных качества, объема выпуска и условий выполнения работы.

При отработке конструкции изделия на технологичность каждое изделие следует рассматривать как объект проектирования, производства и эксплуатации.

Правила обеспечения технологичности конструкции изделий регламентируется ГОСТом 14.201 - 83 и методическими рекомендациями
МР186 - 85.

Этими документами установлены основные задачи отработки изделия на технологичность, последовательность их решения, систему показателей технологичности конструкции и стадии их определения.

Технологичность изделия характеризуется:

– соответствием конструкции изделия современному уровню техники;

– экономичностью и удобствами в эксплуатации и при ремонте;

– в какой мере учтены возможности использовать наиболее экономичные и производительные технологические методы изготовления применительно к заданному выпуску и условиям производства.

Таким образом, технологичная конструкция изделия должна удовлетворять требованиям изготовления, эксплуатации, ремонта.

Нельзя технологичность конструкции рассматривать изолированно без взаимной связи и учета условий выполнения заготовительных процессов, процессов механической обработки, сборки и контроля.

В соответствии с нормами отработка конструкции на технологичность должна начинаться уже с составления технического задания на проектирование нового изделия. Эта работа продолжается на стадиях разработки эскизного и технического проектов. На стадии разработки рабочей документации проводится технологический контроль конструкторской документации на все детали, за исключением документации на стандартные крепежные изделия и покупные детали.

Численные показатели технологичности определяются в четырех случаях.

1. Для сравнительной оценки вариантов конструкции в процессе проектирования изделия.

2. Для определения уровня технологичности конструкции изделия.

3. Для накопления статистических данных по изделиям-представителям в целях последующего использования при определении базовых показателей и в процессе разработки изделия.

4. Для построения математических моделей с целью прогнозиро­вания технического развития конструкции изделий.

Основные численные показатели технологичности:

Т_и – трудоемкость изготовления изделия;

К_ут – уровень технологичности конструкции по трудоемкости изделия;

С_т – технологическая себестоимость изделия;

К_у – уровень технологичности конструкции по себестоимости (технологической).

Разделяют требования к технологичности сборочной единицы и детали. Требования к технологичности сборочной единицы разбиты на три группы:

1. Требования к составу сборочной единицы.

2. Требования к конструкции соединения составных частей.

3. Требования к точности и методу сборки.

Требования к технологичности конструкции обусловливается технологической оснащенностью производства, которая зависит от объема выпуска и типа производства. Если тип производства, принятый при конструкторской отработке на технологичность, не соответствует расчетному для заданного объема выпуска, то технолог должен корректировать отдельные конструкторские решения.

Технологичность конструкций деталей, изготавливаемых резанием, зависит от технологичности формы детали; рационального выбора заготовки, в том числе ее материала; наличия удобных и надежных баз для установки заготовок.

Технологичность форм детали оценивается с учетом особенностей выбранного технологического метода обработки, конкретных условий и типов производства, технологических возможностей и особенностей оборудования.

Наиболее употребительные общие рекомендации по технологичности конструктивных форм деталей следующие:

– конструкция детали должна состоять из стандартных и унифицированных конструктивных элементов или быть стандартной в целом;

– детали должны изготовляться из стандартных или унифицированных заготовок;

– размеры и поверхности детали должны иметь соответственно оптимальные точность и шероховатость (экономически и конструктивно обоснованные);

– физико-химические и механические свойства материала, жесткость детали, ее форма и размеры должны соответствовать требованиям технологии изготовления (включая процессы упрочения, коррозийной защиты и пр.), хранения и транспортирования;

– показатели базовой поверхности (точность, шероховатость) детали должны обеспечивать точность установки, обработки и контроля;

– заготовки должны быть получены рациональным способом с учетом заданного объема выпуска и типа производства;

– метод изготовления должен обеспечивать возможность одновременного изготовления нескольких деталей;

– сопряжения поверхностей деталей различных классов точности и чистоты должны соответствовать применяемым методам и средствам обработки;

– конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых и стандартных технологических процессов ее изготовления;

– детали, получаемые на станках токарной группы, должны иметь максимальное число поверхностей вращения и минимальное число изменений диаметра сечения;

– в зависимости от отношения длины к диаметру валы закрепляются при обработке в патроне () или в центрах () или в центрах с люнетом ( );

– применение высокопроизводительных многорезцовых станков наиболее рационально при обработке валов, у которых длины ступеней кратны, а диаметры уменьшаются в одном направлении;

– конические переходы между ступенями вала и фаски следует назначать под обработку с учетом стандартных токарных проходных резцов с главным уклоном в плане , равным 30, 45, 60 и 90°;

– поверхности отверстий также должны соответствовать по форме стандартному инструменту, например, глухие отверстия следует проектировать с коническим дном, образуемым режущей кромкой сверла. Отверстия должны соответствовать по размерам стандартным сверлам (ГОСТ 885 - 77), не следует предусматривать сквозные отверстия с отношением длины к диаметру более 10, так как требуются специальные сверла;

– глубина глухих отверстий не должна превышать шести диаметров; для глухих отверстий, подвергаемых чистовой обработке, следует указать ее длину, так как по всей длине трудно достичь шероховатости;

– глубина резьбы в глухих отверстиях должна быть согласована с размерами рабочей части метчика, не рекомендуется назначать резьбы длиной более трех диаметров, так как при этом затрудняется свинчиваемость деталей;

– детали, изготавливаемые на протяжных станках, должны иметь равномерную жесткость по длине и достаточную прочность;

– при обработке на станках с ЧПУ к конструкции изготавливаемых деталей предъявляют менее жесткие требования (например, сложные, фасонные, контурные и объемные поверхности можно получить без особых трудностей).

Конкретные примеры конструкторских решений представлены в табл. 1 прил.Б.

Технологичность конструкции заготовок деталей должна иметь в виду не только максимальную рационализацию механической обработки, но и упрощение процессов изготовления самих заготовок.

Литые заготовки из чугуна и стали в этом отношении должны удовлетворять следующим основным требованиям:

а) толщина стенок отливки должна быть по возможности одинаковой, без резких переходов тонкостенных частей в толстостенные; выполнение этого требования необходимо для получения однородной структуры отливки и уменьшения внутренних напряжений в ней;

б) форма любой заготовки должна предусматривать простой, без затруднений разъем модели;

в) поверхности отливки, расположенные перпендикулярно к плоскости разъема модели, должны иметь конструктивные литейные уклоны для того, чтобы изготовление литейных форм и стержней и удаление моделей из форм происходило без затруднений.

Уклон в направлении выхода модели из формы обозначается на чертежах линейной величиной b или отношением этой величины к высоте (длине) h данной поверхности отливки(b: h).

Величины литейных уклонов в зависимости от высоты (длины) h принимаются: 1: 5 при h < 25 мм; 1: 10 и 1: 20 при h в пределах 25...500 мм;
1: 50 при h > 500 мм.

В заготовках, полученных методами штамповки и ковки, должно быть обозначено:

а) отсутствие резких переходов в поперечных сечениях и усиление сечений в изгибах; б) выполнение переходов от одного сечения к другому по дугам относительно больших радиусов; в) закругление острых ребер у штамповок.

Штамповки должны иметь уклон поверхностей, расположенных перпендикулярно плоскости разъема штампа, необходимый для удаления заготовки из штампа. Величины уклонов для наружных поверхностей принимаются от 1: 10 до 1: 7; для внутренних – от 1: 7 до 1: 5. При повышенной точности штамповки величина уклона принимается меньшей.

Таким образом, технологичная конструкция изделия является одним из условий обеспечения высокой экономической эффективности технологических процессов.