Выбор технологического оборудования, оснастки и средств контроля при разработке технологического процесса

Выбор метода обработки заготовок неразрывно связан и с выбором технологиче­ского оборудования.

Металлорежущие станки в зависимости от вида обработки делятся на девять групп: 1 - токарные; 2 - сверлильные и расточные; 3 - шлифовальные, полировальные, доводоч­ные, заточные; 4 - электрофизические и электрохимические; 5 - зубо- и резьбообрабаты­вающие; 6 - фрезерные; 7 - строгальные, долбежные, протяжные; 8 - разрезные; 9 - разные.

В свою очередь, каждая группа подразделяется на 10 типов (подгрупп), характери­зующих назначение станков, их компоновку, степень автоматизации или вид применяе­мого инструмента.

Исходя из этого, обозначение модели станка состоит из трех или четырех цифр и букв. Первая цифра обозначает номер группы, вторая - тип станка, а последние одна или две цифры - наиболее характерные технические параметры станка. Буква после первой цифры указывает на различное исполнение и модернизацию основной базовой модели станка. Буква в конце всех цифр означает класс точности станка или его особенности и модификацию. Например, 2Н125 означает вертикально-сверлильный станок с наиболь­шим условным диаметром сверления 25 мм.

В станках с программным управлением обозначение системы управления: Ц - цик­ловое управление; Ф1 - с цифровой индикацией положения; Ф2 - с позиционной систе­мой числового программного управления (ЧПУ); ФЗ - с контурной системой ЧПУ; Ф4 - с комбинированной системой ЧПУ, Например, 16К20ФЗ - означает токарный ста­нок с контурной системой ЧПУ.

Специальные и специализированные станки обозначаются буквенным индексом (из одной или двух букв), присвоенных каждому заводу, с номером модели станка. Напри­мер, МШ-245 означает рейкошлифовальный полуавтомат повышенной точности мос­ковского завода шлифовальных станков.

При выборе оборудования в условиях действующего производства приходится ори­ентироваться на имеющееся в цехе оборудование и обязательно учитывать степень фак­тической загрузки отдельных его групп.

Во многих случаях технологическая операция, осуществление которой предусмат­ривалось на загруженном оборудовании, может быть проведена без ущерба для качества и производительности обработки на другом оборудовании (например, вместо чистового шлифования - тонкое точение).

Проектирование технологического процесса, рассчитанного на приобретение специ­ального оборудования, в условиях как действующего, так и нового производства является исключением и требует проведения предварительного экономического обоснования.

При проектировании технологических процессов для вновь создаваемых предпри­ятий имеется возможность выбирать наиболее технически и экономически подходящее оборудование.

Как правило, в единичном производстве используется универсальное оборудова­ние, в мелкосерийном - станки с ЧПУ и универсальные, в среднесерийном - станки с ЧПУ и обрабатывающие центры. В крупносерийном - станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, полуавтоматы, автоматы. В массовом производстве - обрабатывающие центры, автоматы, автоматические линии, роторные и роторно-конвейерные линии.

Размеры и точность обрабатываемой заготовки определяют соответственно габари­ты и класс точности выбираемых станков.

При выполнении сборочных операций используют различные сборочные стенды, в серийном производстве наиболее эффективно использовать сборочное технологическое оборудование на базе промышленных роботов. При запрессовке используют различные прессы: винтовые, реечные, пневматические, гидравлические, пневмогидравлические и электромагнитные.

Для транспортировки изделий используются различные подъемные устройства и конвейеры.

Важнейшим вопросом при проектировании технологических процессов является технологически и экономически обоснованный выбор приспособлений.

Приспособления предназначены для установки и закрепления изделий при их из­готовлении. Приспособления могут быть станочные и сборочные.

Станочные приспособления (СП) применяют для установки и закрепления загото­вок на металлообрабатывающих станках.

Сборочные приспособления (СбП) используют для установки и закрепления изде­лий при их сборке.

Станочные приспособления по своей универсальности делятся на три вида:

1) специальные, предназначенные для конкретных заготовок;

2) специализированные, предназначенные для определенного типа (класса) заготовок;

3) универсальные, предназначенные для различных заготовок.

По конструкции и компоновке к настоящему времени сформировано семь стан­дартных систем станочных приспособлений:

4) универсально-сборные (УСП);

5) сборно-разборные (СРП);

6) универсальные безналадочные (УБП);

7) неразборные специальные (НСП);

8) универсальные наладочные (УНП);

9) специализированные наладочные (СНП);

10) универсально-сборные переналаживаемые (УСПП).

По точности станочные приспособления подразделяются на классы:

1) нормальной точности (Н);

2) повышенной точности (П);

3) высокой точности (В);

4) особо высокой точности (А).

По уровню механизации различают станочные приспособления: ручные, механизи­рованные и автоматизированные, автоматические,

Помимо вышеприведенных стандартизованных систем отдельными предприятиями разработаны дополнительные системы СП, такие как унифицированные переналаживае­мые (УПП) и агрегатируемые переналаживаемые (АПП).

Системы УБП, УСП, СРП, УСП11, УНП, СНП, УПП и АПП используются для ста­ночных приспособлений многократного применения.

Выбор того или иного приспособления зачастую определяется серийностью производства. -

В условиях единичного и мелкосерийного производства экономически выгодны универсальные приспособления систем УБП и УСП.

В условиях серийного и крупносерийного производства - специализированные приспособления систем СНП, СРП, УНП и УСПП.

В условиях массового производства - специальные приспособления системы НСП.

Класс точности станочных приспособлений выбирается в зависимости от требуемой технологической точности заготовок по данной операции. Как правило, это согласу­ется с точностью используемых металлообрабатывающих станков.

Ручные станочные приспособления применяют в единичном и мелкосерийном про­изводстве, механизированные и автоматизированные - в серийном и крупносерийном, а автоматические - в массовом производстве.

При обработке заготовок на автоматических линиях используются, так называемые, приспособления-спутники, которые одновременно служат и для транспортировки заго­товки с одной позиции на другую.

В условиях единичного и серийного производства применяют универсальные сбо­рочные приспособления, в условиях крупносерийного и массового производства - спе­циальные сборочные приспособления.

Выполнение любого технологического процесса невозможно без инструмента.

Инструмент, используемый для обработки заготовок из черных и цветных метал­лов и сплавов, называется металлообрабатывающим инструментом. В зависимости от технологических методов обработки заготовок он подразделяется на лезвийный, абра­зивный и отделочно-упрочняющий инструмент для обработки поверхностей пластическим деформированием.

В зависимости от формы обрабатываемой поверхности (наружная цилиндрическая, внутренняя цилиндрическая, плоская, шлицевая и зубчатая наружная и внутренняя) к станочного оборудования лезвийный инструмент подразделяется на:

- резцы токарные и строгальные;

- сверла, зенкеры, развертки, цековки и зенковки;

- фрезы;

- протяжки и прошивки;

- зубообрабатывающий инструмент;

- резьбообрабатывающий инструмент;

- комбинированный инструмент.

Резцы токарные в зависимости от обрабатываемой поверхности могут быть:

1) проходные - для обработки наружных цилиндрических поверхностей;

2) отрезные - для отрезки заготовок;

3) канавочные-для проточки канавок;

4) расточные - для расточки отверстий;

5) фасонные - для обработки фасонных поверхностей.

Резцы строгальные могут быть проходными (для обработки плоских поверхностей), канавочными - для обработки пазов и резцы с широкой прямолинейной режущей кром­кой - для чистового строгания длинных плоских поверхностей (направляющие станков).

Сверла используются для получения отверстий в сплошном материале или для их рассверливания.

Зенкеры и развертки применяют для обработки отверстий с целью повышения их качества.

Цековки - для обработки торцовой поверхности отверстий.

Все эти инструменты с успехом применяются как на сверлильных, так и на токар­ных станках.

Фрезы, в зависимости от формы обрабатываемых поверхностей, могут быть:

1) торцевыми и цилиндрическими - для обработки плоских поверхностей;

2) дисковыми концевыми - для обработки различных пазов и уступов;

3) шпоночными - для обработки шпоночных канавок;

4) Т-образными фрезами - для обработки Т-образных пазов;

5)прорезными и отрезными - для прорезки канавок и отрезки;

6) фасонными и угловыми - для обработки фасонных и угловых поверхностей.

Протяжки и прошивки бывают; цилиндрическими - для обработки внутренних ци-

линдрических поверхностей; шпоночными - для обработки шпоночных пазов; шлице­выми - для обработки шлицев; многогранными и фасонными - для обработки много­гранных и фасонных поверхностей.

Зубообрабатывающий лезвийный инструмент в зависимости от методов обработки зубьев (копирования или обкатки) подразделяют на:

1) дисковые модульные фрезы;

2) пальцевые модульные фрезы;

3) червячные фрезы;

4) зубообрабатывающие долбяки;

5) зубострогальные резцы, резцовые и зуборезные головки - для обработки кони­ческих зубчатых колес;

6) шеверы - для чистовой обработки зубьев;

Резьбообрабатывающий инструмент в зависимости от размеров и положения ци­линдрической поверхности (наружная или внутренняя) подразделяют на:

1) плашки и плоские резьбонарезные гребенки - для наружных резьб диаметром до 105мм;

2) резьбонарезные самораскрывающиеся головки с круглыми гребенками - для на­ружных резьб диаметром до 60 мм;

3) гребенчатые резьбовые фрезы - для наружных резьб диаметром 32... 100 мм в крупносерийном и массовом производстве;

4) дисковые резьбовые фрезы - для трапецеидальных наружных резьб диаметром 80... 100 мм и шагом до 24 мм;

5) вихревые резьбонарезные головки для наружных резьб диаметром 20... 200 мм и шагом более 4 мм;

6) резьбовые резцы;

7) метчики и резьбовые резцы для внутренних резьб;

8) концевые гребенчатые резьбовые фрезы - для обработки внутренних резьб диа­метром до 200 мм.

Комбинированный инструмент чаще всего изготавливается для обработки отвер­стий: это сверло-зенкер, зенкер-развертка, сверло-развертка, зенкер-зенковка и т.д. Ком­бинированный инструмент может объединять процесс резания и ППД. Так, для обработ­ки отверстий может использоваться комбинированный инструмент протяжка-дорн, для обработки наружных поверхностей резец-ролик, для внутренних резьб - метчик- раскатник и т.д.

Все лезвийные инструменты состоят из двух частей - рабочей части и державки. Эти части могут быть цельными и сборными. Естественно, важнейшей частью является рабочая, которая в зависимости от обрабатываемого материала заготовки изготавливает­ся из различного инструментального материала (быстрорежущая сталь, твердые сплавы, керамика, искусственные алмазы) и имеет различную геометрию (главные углы в плане и, передний угол α, задний угол, угол наклона режущей кромки, радиус при вершине r, радиус скругления режущей кромки).

Абразивным называется режущий инструмент, рабочая часть которого содержит классифицированные частицы абразивного материала. Размер этих частиц определяется зернистостью, которая может изменяться от 3 микрон до 2,5 мм. С технологической по­зиции, чем грубее обработка, тем выше зернистость абразивного инструмента. В качест­ве материала используется, в зависимости от твердости материала обрабатываемой заго­товки, электрокорунд, карбид кремния, алмаз, эльбор и другие абразивные материалы.

Таблица 6.2 Номера структур абразивного элемента

Объем абразивных зерен, %	60-56	56-54	52-50	48-46	44-38 34 -30
Номер структуры	1-3	3-4	5-6	7-8	9-12 14-16

Для закрепления зерен шлифовального материала используются различные связки; керамическая (К), бакелитовая (Б), вулканическая (В), органическая (О) и металлическая (М). Прочность сцепления зерен в связке характеризуется твердостью абразивного инструмента. Соотношение объемов абразивных зерен, связки и пор в шлифовальном инст­рументе определяет номер его структуры (табл. 6.2)

Как правило, для обдирочных работ рекомендуется инструмент высоких номеров структуры, для чистовой обработки - с меньшим номером структуры.

Все эти характеристики абразивных материалов приводятся при его маркировке. На­пример, 24А16М28К5 означает, что шлифовальный круг электрокорундовой марки 24А, зернистостью - 16, твердостью - М2, номер структуры - 8, связка керамическая-К5.

Абразивный инструмент может изготавливаться в виде кругов, шлифовальных шкурок, брусков и шлифовальных головок.

Обработка наружных поверхностей вращения осуществляется периферией цилинд­рического или фасонного круга, торцом чашечного круга, шкурками в виде конечных и бесконечных лент или брусками при суперфинишировании.

Шлифование наружных поверхностей вращения осуществляется, как правило, на круглошлифовальных станках.

Внутренние поверхности вращения обрабатываются периферией цилиндрических кругов и головок, брусками при хонинговании. Обработка, как правило, осуществляется на вкутришлифовальных и хонинговальных станках.

Плоские поверхности заготовок шлифуют периферией или торцом круга на плос­кошлифовальных станках.

Резьбы шлифуют резьбошлифовальными кругами, как правило, на резьбошлифо­вальных станках.

Зубчатые колеса и шлицы обрабатываются модульными, червячными или тарельча­тыми шлифовальными кругами на зубошлифовальных станках.

Инструмент для отделочно-упрочняющей обработки ППД до сих пор не имеет четкой классификации. Тестированными являются только резьбонакатные плашки и ролики. Резьбонакатные плашки используются для накатки наружных метрических резьб диаметром от 1,6 до 30 мм. Резьбонакатные ролики - для накатки резьбы диамет­ром от 2 до 100 мм.

Достаточно широкое применение имеют и резьб о накатные само раскрывающиеся головки для накатывания резьб диаметром от 7 до 42 мм и шагом от 0,7 до 6 мм.

Для накатывания внутренних резьб применяются бесстружечные метчики (раскатники) для диаметров от 1 до 36 мм и резьбораскатные головки - для диаметров более 100 мм.

Для ОУО ППД цилиндрических плоских поверхностей в качестве рабочих элемен­тов инструмента применяют шарики и ролики (цилиндрические, конические, тороидаль­ные, с заборным конусом и др.).

Конструкции же инструментов определяются формой обрабатываемой поверхно­сти. Это различного рода однороликовые и многороликовые обкатники - для наружных цилиндрических поверхностей; многороликовые и много шариковые раскатники - для внутренних цилиндрических поверхностей; много шариковые накатники - для плоских поверхностей и т.д.

Для выглаживания в качестве рабочей части применяются искусственные алмазы и сверхтвердые материалы.

В последнее время достаточно широкое применение получает инструмент центро­бежно-ударного действия и вибронакатной инструмент, которые, как правило, приме­няют для обработки цилиндрических и плоских поверхностей.

Для выполнения технологических операций сборки используют различные гайко­верты и шпильковерты.

Для «определения состояния предмета труда» (из определения технологического процесса) используют различные средства контроля (измерения). По применению они делятся на средства пассивного (послеоперационного) и активного (технологическо­го) контроля. В первом случае средства контроля используются для определения кон­кретных числовых значений измеряемых параметров или определения годности изде­лий. Как правило, послеоперационный (пассивный) контроль носит констатирующий характер и сводится к разбраковке изделий.

Вторая группа средств контроля позволяет Оперативно использовать результаты измерений для управления технологическим процессом. Активный контроль, как прави­ло, осуществляется в процессе изготовления для предупреждения появления бракован­ных изделий.

Все средства контроля по своей универсализации подразделяются на: т ^;

1) универсальные, предназначенные для измерения одноименных величин различ­ных изделий (например, штангенциркуль);

2) специализированные, предназначенные для измерения однотипных изделий (например, ступенчатых валиков) или одинаковых параметров (например, шероховато­сти поверхности);

3) специальные, используемые для измерения конкретного изделия. '

При послеоперационном контроле зачастую используются ручные и механизиро­ванные средства - калибры, штангели и др. Их недостатком является зависимость от уровня квалификации контролера и низкая производительность.

Этих недостатков лишены автоматические средства послеоперационного контроля. Они делятся на три группы:

1) средства контроля, снабженные звуковым или световым автоматическим сигналом;

2) средства контроля, автоматически непосредственно измеряющие и показываю­щие контролируемый параметр или несколько параметров;

3) средства контроля, автоматически опосредованно измеряющие контролируемый параметр или несколько параметров.

Особое места в автоматических средствах послеоперационного контроля занимают координатно-измерительные машины (КИМ), позволяющие автоматизировать многопа- раметрический контроль сложных корпусных деталей в различных условиях производ­ства. В условиях крупносерийного и массового производства они, как правило, работают по предварительно заданным программам, в условиях мелкосерийного и серийного про­изводства контроль очередного изделия осуществляется по программе, записанной при контроле оператором, первого изделия данного наименования. Такие КИМ называются самообучающимися. Распознавание изделия для определения программы измерений осуществляется по их весу и габаритам.

КИМ с успехом позволяют измерить и величины макроотклонений различных поверхностей.

Для послеоперационного контроля параметров шероховатости поверхностей используются различные как отечественные (табл. 6.З), так и зарубежные приборы (табл. 6.4).

Таблица 6.3 Приборы для измерения параметров шероховатости

Таблица 6.4 Средства измерения и контроля параметров шероховатости, выпускаемые зарубежными фирмами

Для относительной качественной оценки шероховатости обработанной поверхно­сти на рабочем месте могут быть использованы и образцы шероховатости.

Параметры волнистости поверхностей могут быть измерены теми же средствами, что и параметры шероховатости. Все зарубежные профилометры, как правило, имеют соответствующие электрические фильтры, позволяющие при переключении переходить с измерения шероховатости к измерению волнистости.

Отечественные профилометры также могут быть использованы для измерения вол­нистости, но с применением механического фильтра (щуп радиусом 1,5 мм).

Для определения окружной волнистости с успехом используются отечественные кругломеры мод. 218 и 253, а также различные зарубежные кругломеры, в частности, модели “Talyrond”.

Для измерения поверхностной микротвердости с успехом применяется отечествен­ный микротвердомер МТ-5М.

Средства активного контроля можно разделить на средства прямого и косвенного измерения необходимых параметров.

При прямом методе контроля измеряется непосредственно размер или параметр шероховатости.

При косвенном методе величина обрабатываемого размера оценивается по кон­кретному положению режущей кромки инструмента, по измеряемой силе резания и т.д. Параметры качества поверхностного слоя контролируются по температуре в зоне реза­ния, экзоэлектрон ной эмиссии, колебаниям и т.д. Косвенный метод обладает большими погрешностями по сравнению с прямым, и к нему, как правило, прибегают при невоз­можности реализации прямого метода.

По функциональному назначению средства активного (технологического) контроля подразделяют на группы:

1) средства контроля, осуществляющие измерение текущих значений размеров, параметров качества поверхностного слоя непосредственно в процессе обработки пря­мым или косвенным методом;

2) средства контроля и подналадки, осуществляющие поднастройку станка при от­клонении измеряемого размера или параметра качества поверхностного слоя от задан­ных значений;

З) средства контроля и блокировки, осуществляющие прекращение работы при от­клонении измеряемого размера или параметра качества поверхностного слоя от задан­ных значений.

Наиболее прогрессивными из них являются средства активного контроля и подна­ладки. Причем их развитие может привести к созданию самообучающихся технологичес­ких систем.

Все автоматические средства пассивного и активного контроля в качестве измери­тельных устройств используют различные датчики: пневматические, индуктивные, ем­костные, пьезо и др. Сигнал от датчиков поступает на усилитель, а затем на преобра­зующее и сравнивающее устройства, командоаппарат и исполнительный орган станка.

Пример одной из таких систем приведен в главе 4.