3. Проектирование операций технологического процесса обработки заготовок

Для проектирования отдельной операции необходимо знатьмаршрут обработки заготовки, схему ее базирования и закрепления, какие поверхности и с какой точностью нужно обрабатывать; какие поверхности и с какой точностью были обработаны на предшествующих операциях, припуск на обработку, такт выпуска (для поточной линии).

При проектировании операции решаются следующие задачи:

1. разрабатывается операционный эскиз;

2. определяется рациональная структура операции, что позволяет составить или уточнить содержание, последовательность выполнения и возможность совмещения во времени переходов операции;

3. выбираются СТО, средства механизации выполнения операции, включая транспортные устройства для перемещения заготовок;

4. назначаются и рассчитываются режимы резания;

5. определяется норма времени на выполнение операции;

6. определяются настроечные размеры и составляются схемы наладки.

Возможные варианты операции оцениваются попроизводительности и себестоимости.

Структура операции механической обработки определяетсячислом и последовательностью выполнения технологических и вспомогательных переходов. Число объединяемых в операцию переходов зависит от серийности производства, такта выпуска и характеризует степень концентрации или дифференциации переходов.

Возможности перекрытия элементов оперативного времени при совмещении технологических переходов зависит от схемы построенияоперации. Схемы различают по следующим признакам:

а) по числу одновременно устанавливаемых для обработки заготовок (одноместные и многоместные схемы);

б) по числу участвующих в обработке инструментов (одноинструментальные и многоинструментальные схемы);

в) по последовательности работы инструментов при выполнении операции (последовательная, параллельная и параллельно-последовательная схемы обработки).

На рис.3.1 показаны схемы построения операций.Наиболее благоприятные условия для совмещения элементов оперативного времени создаются при осуществлении многоместных схем с непрерывной установкой заготовок на станках с непрерывно вращающимся столом или барабаном (рис. 3.1,е).

На последовательность обработки отдельных поверхностей детали оказывает влияние характер размерной связи, который определяется системой простановки линейных координирующих размеров исистемой допусков на неточность взаимного расположенияповерхностей.

На рис. 3.2 показаны схемы простановки размеров ступенчатого вала.

В координатной системе выбирают одну поверхность и относительно нее координируют положение всех поверхностей данного координатного направления (рис. 3.2,а). При такой системе на каждом этапе обработки первой нужно обрабатывать поверхность, от которой проставлены все размеры (поверхность 1 на рис. 3.2,а), последовательность же обработки остальных поверхностей может быть любой.

Если же начать обработку не с поверхности 1 (рис. 3.2,а), а с какой-либо другой, топридется произвести пересчет размеров и на некоторые из операционных размеров принять допуски более жесткие, чем по чертежу. На рис.3.2,а показана обработка поверхностей в последовательности 2-3-4.

Вцепной системе размеры проставляются непрерывной цепью один за другим (рис.3.2,б). При этой системе начинать обработку можно с любой поверхности, но затем обработка остальных поверхностей должна выполняться в последовательности, которая диктуется простановкой размеров. Если первой обработать поверхность 5, то остальные поверхности надо обрабатывать в последовательности 4-3-2-1 (рис.3.2,б). И при цепной простановке размеров отклонение от рекомендованной последовательности обработки приведет к необходимости пересчета размеров и к ужесточению допусков на некоторые из них.

На рис.3.2,в показана наиболее часто используемая смешанная или комбинированная система простановки размеров. Правила для установления последовательности обработки поверхностей также будут комбинированными и соответствующими вышеуказанным рекомендациям, в зависимости от системы простановки размеров на отдельных участках детали. Так, для примера, по рис.3.2,в первыми должны обрабатываться поверхности 1 и 5, а затем – поверхности 3-2-4.

Назначение технологических баз является важным этапом проектирования технологической операции, так как выбор тех или иных поверхностей в качестве баз предопределяет системупростановки размеров,схему и конструкцию приспособления, возможность выполнения операций по настройке.

Основные принципы базирования заготовок были рассмотрены ранее в разделе 1.6. Для уменьшения погрешностейбазирования и упрощения конструкции приспособления целесообразно использовать типовые схемы установки заготовок, указанные в справочной литературе.

При вынужденной смене баз следует переходить от менее точной к более точной базе.При выборе баз необходимо учитывать удобство установки и снятия заготовки, надежность и удобство закрепления заготовки, возможность подвода режущих инструментов.

По выбранным базам должны быть указаны требования по точности и шероховатости базовых поверхностей.

Выбор станочных приспособлений определяется схемой установки заготовки, содержаниемвыполнения операции, выбранными режимами резания. Если существует готовое приспособление в паркеСТО завода или по каталогу, то необходимо лишь проверитьсоответствие данного СТО требуемому. При отсутствии готового приспособления следует выдать заказ на проектирование этого специального приспособления.

Метод обработки поверхности заготовки определяет группурежущего инструмента (например, фреза). В зависимости от обрабатываемого материала и типа заготовки устанавливается подгруппа инструмента (например, фреза торцевая с твердосплавными режущими вставками). Конфигурация обрабатываемой поверхности выявляет форму и расположение режущих лезвий, т.е. определяет вид (типоразмер) режущего инструмента.

Параллельно с выбором режущего инструмента выбирается и вспомогательный инструмент. Целесообразно использоватьстандартный и нормализованный вспомогательный инструмент (переходныеконусы и втулки, цанги, оправки для фрез и др.). Лишь при отсутствиистандартного на­значают специальный вспомогательный инструмент(например, резцедержатели к многорезцовым токарным станкам).

При выборе типа и конструкции измерительного инструмента, приспособления или прибора учитываются такие основные факторы: точность необходимого измерения, тип производства, размер и качество измеряемой поверхности.

В серийном и массовом производствах для повышения производительности контроля целесообразно использовать шаблоны, калибры, специальные измерительные инструменты, приспособления и приборы. При единичном изготовлении деталей применяется универсальный измерительный инструмент.

Характеристики универсальных измерительных средств приведены в справочной литературе. Там же помещены принципиальные схемы измерения, которые могут быть использованы при проектировании специальных контрольно-измерительных приспособлений иприборов. Для сокращениявремени на технический контроль надо, повозможности, использовать активный контроль в процессе изготовления детали.

Для правильного выбора средств технического контроля необходима обязательная оценка влияния погрешностей измерения на результаты контроля. В зависимости от номинального размера и допуска на изготовление определяется предельно допустимая погрешность измерения. Она должна быть не более 20…30% допуска измеряемой величины.

Выбор средств механизации и автоматизации технологических процессов или отдельных операций зависит от серийности производства, габаритов, метода обработки детали. Объектами механизации и автоматизации могут быть: загрузка, перемещение и закрепление заготовки; управление станком; рабочие движения элементов станка и обрабатываемой заготовки; уборка и транспортировка стружки; контроль размеров; межоперационный транспорт и др. Выбирая конкретныеконструктивные решения, в первую очередь следует использоватьтиповые решения, описанные в литературе. При отсутствии типового решения, технолог разрабатывает принципиальную схему, которая служит конструктору основанием для проектирования. Использование средств механизации и автоматизации должно быть экономически обосновано.

Рекомендации по определению операционных припусков, допусков и размеров подробно рассмотрены в разделе 2.3.

В технических требованиях (технических условиях) на операции указываются следующие параметры:

1. допустимая погрешность формы (неплоскостность, нецилиндричностьи т.п.), непараллельность плоскостей и осей регламен­тируются лишь в тех случаях, когда по служебному назначению детали они должны быть меньше допуска на соответствующий размер поверхности или координирующий размер;

2. во всех случаях нужно оговаривать изогнутость оси цилиндрических заготовок, коробление, допустимую неконцентричность цилиндрических поверхностей (несоосность, биение) независимо от того, в каком соотношении находится допуск на погрешности с допусками на размеры поверхностей;

3. допустимая неперпендикулярность плоскостей и осей должнарегламентироваться всегда (обычно на операциях окончательной обработки).

Регламентация неточностей формы и расположения поверхностей может выполняться в текстовой форме технических требований или условными обозначениями.

Режимы резания определяются глубиной резания t,подачейsи скоростью резания v. В порядке возрастания влияния на стойкость инструментов составляющие режимов резания располагаются следующим образом:t → s → v. Поэтому для одноинструментальной схемы обработки вначале устанавливаютглубину резания, а затемподачу и скорость резания.

При обработке поверхности на предварительнонастроенном станке глубина резания принимается равной максимальному припуску на заданный размер этой поверхности по выполняемому переходу.

Подача должна быть установлена максимально допустимой. При черновой обработке она ограничивается прочностью и жесткостью элементов системы СПИД, а при чистовой и отделочной – точностью размеров и шероховатостью обрабатываемой поверхности.

Скорость резания зависит от глубины резания, подачи, качества и марки обрабатываемого материала, геометрических параметров режущей части инструмента и других факторов. Скорость резания рассчитывают по соответствующим формулам теории резания или принимают по нормативным данным. По скорости резания определяется расчетное значение частоты вращения шпинделя. По паспорту станка подбирается ближайшее меньшее значение подачи s и частоты вращения шпинделяп.

По приведенной выше методике определяются режимы резания при обработке заготовок последовательно рядом инструментов, которые работают независимо один от другого со своими режимами, а также при обработке параллельно действующими комплексами инструментов, каждый из которых работает независимо от других с различными режимами резания.

Режимы резания на черновых операциях должны проверяться по мощности двигателя станка или по допустимому крутящему моменту.

Для комплектов инструментов, работающих одновременно с разными подачами или скоростями резания (многорезцовые полуавтоматы, токарно-револьверные, продольно-фрезерные, многошпиндельныесверлильные станки и т.п.), режимы резания устанавливаются по лимитирующим инструментам. По найденным режимам резания рассчитывается суммарная мощность и крутящий момент резания, они сравниваются с паспортными данными станка и, при необходимости, корректируют режимы резания.

После определения режимов резания производится нормирование операции (определяется штучное или штучно-калькуляционное время) по методике, изложенной в разделе 1.3.

При многопозиционной обработке заготовок на револьверных станках и автоматах, агрегатных, сверлильно-фрезерных и т. п. станках с использованием различных инструментов проектируют технологические схемы инструментальных наладок.

Проектирование наладок осуществляется в такой последовательности:

• рассчитывается точность настройки станка на настроечные размеры с учетом погрешности настройки и влияния систематически изменяющихся погрешностей обработки;

• составляется предварительный план размещения инструментов в суппортах и инструментальных головках по отдельным переходам и позициям;

• рассчитывается целесообразность степени концентрации наладки станка на основании технического нормирования разных вариантов наладки;

• окончательно компонуется инструмент в наладке станка и корректируются режимы резания;

• окончательно оформляется схема наладки станка.

Обрабатываемая заготовка на эскизе в схеме наладки показывается в произвольном масштабе с необходимым количеством проекций. На заготовке указываются выдерживаемые размеры с предельными отклонениями, шероховатость, привязка обрабатываемых поверхностей к технологическим базам.

При изготовлении деталей систематически должна производиться проверка соблюдения технологического процесса на рабочих местах. В случае нарушения выполнения операций технолог должен установить причины и принять меры по устранению этих нарушений.