Белоновская И.Д.Я - профессионал: Серия научно-методических документов, содействующих профессиональному самоопределению студентов в учебном процессе. Выпуск 2. Научно-методические рекомендации и методические указания к курсовому проектированию по технолог

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»

Кафедра технологии автоматизированного машиностроения

И.Д. БЕЛОНОВСКАЯ

Я - ПРОФЕССИОНАЛ СЕРИЯ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ, СОДЕЙСТВУЮЩИХ ПРОФЕССИОНАЛЬНОМУ САМООПРЕДЕЛЕНИЮ СТУДЕНТОВ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

ВЫПУСК 2 - НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПО ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»

Оренбург 2004

ББК 34.5 я73 Б 43 УДК 621 (07) Рецензенты доктор технических наук, профессор А.И.Сердюк доктор педагогических наук, профессор Н.В.Назаров Белоновская И.Д. Я – профессионал: Серия научно-методических документов, содействующих профессиональному самоопределению студентов в учебном процессе. Выпуск 2. Научно-методические рекомендации и методические указания к курсовому проектированию по технологии машиностроения - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004.- - 107 c.

Б49

Серия изданий «Я - профессионал» предназначена для содействия профессиональному самоопределению студентов в ходе образовательного процесса. Авторская серия содержит рекомендации, указания и пособия, которые не только традиционно используются в учебном процессе при изучении специальных дисциплин, но и помогают осознать роль инженерной деятельности в изменении окружающего мира, задуматься о месте профессии в структуре жизненного пути, соотнести свои ресурсы с требованиями к профессионалу в конкретной сфере производства. Данные научно-методические рекомендации преподавателю и методические указания студентам предназначены для выполнения курсовой работы технологии машиностроения для специальностей «Машины и аппараты пищевых производств» и «Машины и аппараты химических производств». Издание может быть использовано при обучении в сокращенные сроки в системе «Колледж-вуз». Студенту в условиях технологической неопределенности предлагается самому установить необходимый уровень проработки большинства решений. С этой целью предлагаются как методики укрупненных расчетов и качественный анализ, так и уточняющие расчеты и количественный анализ. Для формирования терминологического аппарата и ознакомления с широкой номенклатурой изделий машиностроения все разделы снабжены различными примерами их выполнения. Издание адресовано преподавателям, студентам и аспирантам. Б

2701000000

ББК 34.5 я73 Белоновская И.Д.,2004 ГОУ ОГУ, 2004

2

Введение Уважаемые коллеги-преподаватели! Целью данной серии изданий является активизация профессионального самоопределения студентов в ходе учебного процесса. Студенты выполняют курсовую работу на четвертом курсе. К этому времени, по исследованиям педагогов и психологов/1-3/, в развитии профессионала решающую роль начинаю играть организация учебного процесса, уровень преподавания, тип взаимоотношений преподавателя и студента. Именно это в значительной степени определит профессиональный и психологический облик человека, который через два года покинет стены вуза. В вузе происходит важнейший этап профессионального самоопределения личности. Профессиональное самоопределение представляет собой процесс становления профессионала, является главным стимулом в освоении профессии, одним из основных результатов профессионального образования. Профессиональное самоопределение - это: - осознанный выбор профессии с учетом своих особенностей и возможностей, требований профессиональной деятельности и социальноэкономических условий; - процесс, который идет в течение всей профессиональной жизни: личность постоянно осмысливает свои действия, свое профессиональное бытие, самоутверждается в профессии; - действия по саморазвитию у себя различных способностей в процессе профессионального образования с целью достижения более полного соответствия самого себя относительно выбранной профессии и профессии - относительно собственных устремлений; - проявление собственной позиции профессионала в проблемной ситуации, характеризующейся большой степени неопределенности. Профессиональная педагогика и психология труда выявили основные механизмы и этапы профессионального самоопределения, более подробно они изложены, например, в /1-3/. Так, механизмами его выступают процессы: - самопознания - осознания собственных интересов, склонностей, предпочтений, особенностей своего характера и темперамента, - самооценивания - сравнение результатов самопознания с имеющимся представлением о профессиональных требованиях, выдвигаемых со стороны выбираемой профессии, - саморазвития - целенаправленное самоформирование в себе тех качеств, которые необходимы для успешного выполнения будущей профессиональной деятельности. Об активном профессиональном самоопределении молодого человека можно говорить тогда, когда в его деятельности преобладает достижение поставленных целей, а условия социальной и профессиональной ситуации преобразуются и учитываются в соответствии с поставленными целями. Этап профессионального обучения в вузе – один из самых насыщенных событиями, продуктивных этапов самоопределения студента. Четвертый курс – 3

первое реальное знакомство со специальностью в период прохождения учебной практики, а затем достаточно напряженное и узко специализированное освоение профессии, формирование профессионально значимых качеств, приобретение знаний и навыков, первичное определение желаемого трудового поста, мечты о профессиональной карьере. За первые три курса обучения произошли значительные потери контингента студентов, которые в среднем по стране составляют до 25% от числа поступивших. Из вуза ушли разочаровавшиеся не столько профессии (которую еще и не познали), сколько в профессиональном образовании, а также не справившиеся с учебой в вузе. В студенческих группах сложилось определенное представление о каждом, но теперь, на этапе специализации, ситуация может измениться. Для поведения студентов четвертого курса характерен интенсивный поиск более рациональных путей и форм специальной подготовки, желание выделиться из сообщества и найти свое место в иерархии студенческой группы. Студент осваивается роль специалиста. Исследования показывают, что и высокий коэффициент интеллекта, и пригодность к данной профессии еще не гарантия профессионального успеха. Одним из важнейших факторов успеха является интерес к профессии. На четвертом курсе, как правило, происходит переоценка студентами многих ценностей жизни и культуры. Значимыми становятся семейное и материальное благополучие, появляется интерес к сохранению собственного здоровья, к проблемам региональной и мировой экономики, к международной политике. В этой связи будущий инженер интересуются оплатой, условиями и охраной труда, экологией, эргономикой, психологией профессионала и лидера. Профессиональное самоопределение студента не создается преподавателем, но преподаватель может активно содействовать этому процессу в соответствии с механизмами профессионального самоопределения. Так, например, преподаватель может: - стать привлекательным примером активной, яркой профессиональной деятельности; - создать положительный образ технического интеллигента; - создать учебные ситуации решения творческих и организационных задач производства; - демонстрировать элитарность профессиональной этики, технической культуры, общей эрудиции; - ориентировать в социально-экономической ситуации; - прогнозировать престижность и востребованность профессии; - дать информацию о специальности; - показать трудовые функции инженера и техника, проблемные моменты будущей работы; - обрисовать права и обязанности трудового поста и т.д. … Студенты, обучающиеся по сокращенным программам на базе соответствующего среднего профессионального образования, значительно глубже ориентированы в практике производства. Задача преподавателя в этом случае 4

расширить границы их профессионального самоопределения до сферы инженерного труда: - важно показать, чем отличается инженерная деятельность от работы техника; - указать сложность функции инженера; - выявить значимость теоретических знаний, получаемых в вузе; - обратить внимание на необходимость автоматизации производства и технологической подготовки; - корректировать терминологический аппарат студента, - внедрять современную техническую и культурную терминологию, - настойчиво напоминать студентам, что уровень их деятельности и ответственности на производстве гораздо выше, чем у рабочего и техника. В содействии профессиональному самоопределению студенчества Вам, преподаватель, могут помочь данные рекомендации. Задачи данного выпуска методических документов: - дать студентам необходимые знания о состоянии и сущности производства, необходимые для повседневной и творческой деятельности по разработке прогрессивной технологии, созданию конструкций машин; - подготовить студентов к работе на производстве; - изучить закономерности профессиональной деятельности - протекание технологических процессов; - подготовить студентов к самостоятельной и осознанной профессиональной деятельности- разработке технологических процессов изготовления деталей; - научить их элементам профессиональной деятельности - анализу, принятию решений, проектированию, использование технической литературы и справочников. В различных разделах этого издания даны рекомендации по выполнению этапов технологического проектирования. Надеемся, что определенную помощь Вам окажут приведенные примеры. Примеры представляют собой фрагменты курсовых работ, выполненных студентами при проектировании технологических процессов изготовления разнотипных деталей. Примеры содержат только ход принятия решения и технико-экономическое обоснование этого решения. Необходимые теоретические пояснения приводятся до примеров в тексте указаний. Выполнение курсовой работы относится к самостоятельной работе студента, поэтому данное издание не может быть единственным источником сведений при выполнении курсовой работы, а служит лишь помощником в поиске и использовании технологической информации. В то же время часть технической информации труднодоступна студенту, поэтому в приложениях приведены выдержки из некоторых стандартов, справочников и литературных источников.

5

Уважаемые коллеги-студенты! Ваша профессия инженера стала результатом Вашего собственного выбора. Прежде чем углубиться в проблемы курсового проектирования, давайте определим место производственно-технологическая деятельности в вашей профессиональной жизни. Ведь именно этой деятельности и будет посвящена наша курсовая работа по технологии машиностроения. Сфера профессиональной деятельности инженера – промышленное производство. Инженеры по специальности 170500 – Машины и аппараты химической промышленности работают в области разработки, создания и совершенствования производств основной химии (технологии неорганических материалов – солей, кислот, удобрений, пестицидов, химических реактивов и т.д.), полимерных материалов – волокон и пластических масс, материалов органической химии – полупродуктов и красителей, масел, топлив, поверхностно – активных веществ и моющих средств, продуктов переработки нефти и твердого топлива, тонкого органического синтеза, технологии лекарственных препаратов, продуктов микробиологического синтеза, пищевых продуктов. Объектами вашей профессиональной деятельности являются процессы и аппараты химических, микробиологических производств, технологические схемы и установки, системы регулирования, оптимального проектирования и автоматизированного эксперимента, сооружения очистки сточных вод и газовых выбросов, установки переработки отходов, утилизации теплоэнергетических потоков, вторичных материалов и т.п. Объектами профессиональной деятельности выпускников по специальности 170600 – Машины и аппараты пищевых производств являются машины и аппараты, технологические линии, монтаж, ремонт, наладка, эксплуатация, диагностика функционирования нарушений процесса производства, технологические процессы производства продуктов питания, нормативно-техническая документация, система стандартизации, оптимизация эффективности производства. Согласно статистике, приведенной ниже (таблицы 1,2), выбранные вами сферы производства - одни из наиболее важных в Оренбуржье. С другой стороны, статические данные по Оренбургской области, как и по России в целом, показывают, что в последние годы возрастает активность трудоустройства и занятости молодежи 25 – 29 летнего возраста, происходит омоложение управленческих кадров. Согласно приведенным сведениям, в ближайшем будущем именно Вы станете создателями техники и технологии, меняющей наш регион. Будет ли развиваться на Урале мощная индустрия, станет ли отечественная промышленность и энергетика сильным конкурентом на мировых рынках, будут ли наши предприятия рентабельными и экологически чистыми, сможет ли население области покупать недорогие и качественные, полезные для здоровья продукты питания – все это, как и многое другое, уже через два-три года будет определяться Вами – Мастерами, Инженерами, Руководителями предприятий.

6

Таблица 1 – Отраслевая структура промышленного производства Оренбургской области (в процентах) Вся промышленность 100 в том числе по отраслям: Топливная 47,7 Черная металлургия 12,1 Электроэнергетика 10,7 Цветная металлургия 9,0 Машиностроение и металлообработка 7,7 Пищевая 5,8 Промышленность строительных материалов 2,9 Химическая и нефтехимическая 1,5 Мукомольно-крупяная и комбикормовая 1,1 Легкая 0,9 Лесная, деревообрабатывающая 0,3 Таблица 2 – Предприятия, занимающие на рынке Оренбургской области доминирующее положение Хозяйствующие субъекты в Число хозяйствующих субъек- Удельный вес Оренбургской области тов согласно Реестра хозяйст- объема их провующих субъектов, имеющих дукции в обна рынке определенного товара щем объеме долю более 35% производства % Вся промышленность 26 35,9 в том числе: Топливная 2 63,1 Мукомольно-крупяная и комбикормовая 3 52,1 Пищевая 15 34,5 Цветная 2 19,8 Промышленность строительных материалов 1 15,7 Машиностроение и металлообработка 3 5,0 Каким же образом Ваша профессиональная деятельность связана с технологией машиностроения, ведь именно по этой сложной специальной дисциплине Вам предстоит выполнить курсовую работу, содержащую порядка 30 страниц расчетно-пояснительной записки и 2 листа формата А1 графического материала? Технология машиностроения изучает общие закономерности технологических процессов изготовления и сборки деталей и конструкций. Эти про7

цессы составляют важнейшую часть деятельности инженера ваших специальностей, особенно в условиях современного регионального производства. Каждодневными профессиональными задачами инженера ваших специальностей являются: - анализ путей совершенствования и модернизации технологического оборудования; - поиск путей возможностей его замены для обеспечения энергои ресурсосбережения за счет внутренних резервов и повышения энергетических к.п.д. как отдельных установок, так и технологических схем; - проектирование новых технологических схем, - выбор технологических параметров, - расчет и выбор оборудования; - разработка проектно-сметной документации, обеспечивающей эффективность проектных решений. По данным статистики основные фонды предприятий Оренбургской области находятся в состояние значительного физического и морального износа. Более 30% работников промышленности проводят свои рабочие смены в условиях, не отвечающих санитарно - гигиеническим нормам. В химической промышленности в таких условиях около 60 % работников, в пищевой – 8 %. Потери рабочего времени по причине несчастных случаев на производстве составляют в среднем 66,2 тыс. человеко-дней. На плечи инженеров ложатся и организация, и эффективное осуществление процесса производства, его технического обеспечения, ремонта, наладки, безопасной эксплуатации, а также многие другие задачи, которые относятся к проблемам технологии машиностроения. Машиностроение – одна из ведущих отраслей промышленности. Она объединяет многие специализированные отрасли и призвана оснащать народное хозяйство высоко качественной и эффективной техникой. От уровня развития машиностроения зависит ускорение научно – технического прогресса, развития общественного производства. Технология машиностроения позволяет решать проблемы изготовления машин в соответствии с заданной программой их объема выпуска. Обязательным при этом является обеспечение установленных показателей качества при оптимальных затратах живого и овеществленного труда. Промышленность - это мир инженерной интуиции и точных расчетов. Создание машин заданного качества в производственных условиях опирается на научные основы технологии машиностроения. Процесс качественного изготовления машины (выбор заготовок, их обработка и сборка деталей) сопровождается использованием закономерностей технологии машиностроения. Важнейшим показателем качества является точность всех параметров изготовления детали. Сложность решения проблемы точности состоит в учете одновременного действия многих факторов, каждый из которых вызывает определенную первичную погрешность изготовления детали. 8

Например, свою долю в погрешности детали вносят неточности оборудования, но одновременно с этим на точность детали влияют погрешность настройки режущего инструмента, его износ. Опираясь на закономерности основ технологии машиностроения, можно определить ожидаемую точность обработки и сравнить ее с допуском на размер, форму, расположение поверхностей и др. Становится возможным оценить качество технологического процесса (ТП) уже в ходе его разработки. Ваш небольшой опыт проектирования технологических процессов докажет, что технологический процесс всегда многовариантен. Делая анализ первичных погрешностей, учитывая их взаимодействия и комбинирования, можно выбрать оптимальный вариант. По подсчетам специалистов на предприятии среднесерийного типа за год реализуется более 1000 технологических процессов, содержащих не менее 20 листов (карты, ведомости, операционные эскизы), вновь разрабатывается не менее 100 проектов. Каждая новая конструкция в машиностроении (станок, агрегат, машина) содержит в среднем 5 оригинальных корпусных деталей, не поддающихся изготовлению по типовым технологическим процессам. Таким образом, на современном устойчиво функционирующем предприятии должна напряженно и постоянно действовать конструкторско-технологическая подготовка производства. С использованием ЭВМ и положений теории принятия решений становится возможным решать проблему автоматизации разработки технологических процессов. Значительно повышает производительность инженерного труда применение Систем автоматизированного проектирования технологических процессов – САПР ТП. С помощью САПР ТП оптимальные решения формируются за короткое время и при сравнительно малых затратах средств. Конкретный техпроцесс изготовления детали и сборки может быть представлен на уровне как технологического маршрута, так и технологической операции. При этом оформляют соответствующую документацию с графическим подтверждением принятых решений. Несмотря на очевидную прогрессивность использования САПР ТП, производственная практика показала, что технолог должен владеть различными методами решений технологических задач, как с применением ЭВМ, так и без них: по-прежнему незаменимы инженерная интуиция, творческий подход, знание информационных и материальных потоков производства, умение организовать работу, создать атмосферу заинтересованности в высоком качестве. Выражаем надежду, что данные рекомендации и указания окажут существенную помощь в учебном процессе и освоении элементов профессии. Желаем успехов в выполнении курсовой работы и будущей профессиональной деятельности.

9

1 Организация курсового проектирования. Цели и задачи курсового проекта 1.1 Рекомендации преподавателям перед выполнением курсового проекта Уважаемые коллеги! Развитие творческих способностей студентов возможно в теоретическом и практическом обучении. В теоретическом обучении происходит процесс формирования основ профессиональной деятельности: постановки проблемы и изучения инженерных методов её решения. В практическом обучении, в ходе решения задач по проектированию технологических процессов деталей сопоставляются технические абстракции и реалии мира, сочетаются анализ и синтез, общая эрудиция и концентрат знаний по высшей математике, физике, начертательной геометрии, деталям машин, технологической оснастке, технологии машиностроения. Изучение предмета «Технология машиностроения» завершается курсовой работой по проектированию технологических процессов деталей. На этом этапе необходимо расширить представление студента о результатах его профессиональной деятельности – показать её применение в технике; пробудить природную любознательность молодых; научить их самостоятельному исследованию; акцентировать внимание на локальные и глобальные последствия технологических ошибок; привить осознанную ответственность за принятые решения. Преподавателю, раскрывая цели и задачи курсовой работы, целесообразно указать, что проектирование технологических процессов – основная функция инженера, младшего инженера и техника. Профессиональная компетентность инженера в технологическом проектировании проявляется: - в умении использовать полученные знания по гуманитарных, социально – экономических наукам и техническим наукам, применять методы этих наук в профессиональной и иной деятельности; - в овладении культурой мышления; - в понимании сущности и социальной значимости своей профессии, обладании чувством профессиональной ответственности за результаты своего труда; - в способности в условиях изменяющейся социальной практики к переоценке накопленного опыта, анализу своих возможностей, умению приобретать новые знания, использовать современные информационные образовательные технологии; - в способности находить нестандартные решения типовых задач и умении решать их;

- в способности к проектной деятельности в профессиональной сфере; - в знании принципов систематического анализа, способности поставить цель и сформулировать задачи, связанные с профессиональной деятельностью; - в готовности к кооперации с коллегами по работе. Со стороны преподавателя организациям выполнения курсового проекта состоит в следующем: 1) выбор тем и заданий для КП; 2) разработка задания (пример бланка приведен в приложении Б); 3) распределение заданий индивидуально студентам; 4) разработка графика выполнения курсовой работы; 5) проведение семинарских занятий по выполнению курсовой работы; 6) проведение консультаций; 7) контроль выполнения графика сдачи разделов курсовой работы; 8) проверка разделов курсовой работы; 9) проведение защиты курсовой работы. Выбор тем и заданий для КП. Для выполнения курсовой работы преподавателю рекомендуется подобрать детали средней сложности, предпочтительнее с местного действующего производства, с основной надписью предприятия, т.к. это подтверждает реальность работы, может послужить основой будущей деятельности на производстве. Для студентов системы «колледжвуз» деталь может быть более сложной, так как у них уже есть определенный опыт технологического проектирования, решение однотипных задач снижает интерес. Разработка задания. Пример бланка задания приведен в Приложении Б. Исходные данные могут содержать объем выпуска, тогда в п. 3.2 студент определяет тип производства. Если задан тип производства, то определяется экономически целесообразный размер партии. Схемы наладок проектируются для трех-четырех различных операций. Сборочный чертеж приспособления, как правило, выполняется в результате модернизации приспособления, используемого на базовом предприятии. Распределение заданий индивидуально студентам происходит на первом или втором занятиях. Возможное выполнение курсовых работ в микрогруппах по два-три человека. Участие партнера дает навык коллективной работы, снижает субъективизм оценки собственной деятельности, позволяет выявить позиции лидерства и подчиненности. Разработка графика выполнения курсовой работы. Работа выполняется последовательными этапами. Средние сроки выполнения приведены в таблице 3. 11

Таблица 3- Примерная длительность выполнения ты Название этапа Средняя Длительность выполнения (недели) Анализ чертежа 2 Определение типа производства, анализ заводского тех.процесса, Отработка на технологичность Выбор заготовки и метода ее изготов2 ления Проектирование технологического 3 маршрута обработки Разработка технологических операций 3

Нормирование технологического процесса Проектирование технологических наладок Проектирование станочного или контрольного приспособления Общий ресурс времени

1 2 1 14

этапов курсовой рабоСодержание этапа

Скорректированный и отработанный на технологичность чертеж детали, Текст записки Текст записки Чертеж заготовки Текст записки, таблица «Маршрут обработки» Текст записки. Таблица «Операционный тех. Процесс» с эскизами обработки, таблицы сведений об инструментах, расчетах припусков, расчетов режимов резания Текст записки, таблицы расчетов норм времени Чертеж схем наладок Текст записки, Чертеж приспособления Записка, чертежи, защита

Проведение семинарских занятий по выполнению курсового проекта. Семинарские занятия должны чередоваться с консультациями и проводиться не реже одного раза в 2 недели. Первые занятия проводятся с подробным освещением задач КП, сроков, методик и требований. Желательно проанализировать курсовую работу, выполненную ранее другими студентами, указать на типичные ошибки. Наилучшие результаты дают экскурсии на производство, завод, в лабораторию. Большую заинтересованность проявляют студенты, если организовать встречу с инженерно – техническим персоналом. Необходимо рассказать студентам о справочной литературе, выделить ту, которая активно используется на производстве, охарактеризовать актуальность этих источников По мере выполнения курсовой работы групповая форма работы уступает место индивидуальной, общих разъяснений должно быть меньше, что приучает студентов мыслить и находить решения самостоятельно. В группах це12

лесообразно выделить и назвать студентов, которые могут оказать другим помощь в выполнении КР. Общий настрой занятий должен способствовать поиску наилучшего технического решения, а не упрощения работы студента и преподавателя. Студенты готовят к каждому следующему занятию ту часть курсовой работы, которая уже была рассмотрена. Новые объяснения преподавателя опираются на подготовленные в предыдущих пунктах решения студентов. Проведение консультаций. Консультации проводятся по графику. Консультации не являются заменой семинарских, практических или лекционных занятий. Курсовое проектирование является заключительным, комплексным этапом освоения курса, поэтому у студентов могут возникать различные затруднения в выполнении КР. Студенты приходят на консультации с чертежом детали и заданием, а также перечнем вопросов, эскизами, черновиками. В ходе консультации даются разъяснения, уточняются выполненные расчеты, информация и т.д. 1.2 Напутствие студентам Цель курсовой работы по технологии машиностроения – получить навыки практической разработки технологических процессов изготовления детали на основе теоретических знаний, полученных при изучении данного курса – технологии машиностроения, сведений, полученных в ходе технологической практики, изучения и анализа учебной, нормативно-справочной и научной литературы. В ходе курсового проектирования решается задача: разработать технологический процесс изготовления детали, изображенной на чертеже задания, с заданной программой выпуска Курсовой проект выполняется последовательно, этап за этапом. Проработка каждого решения ведется на двух уровнях – качественном и количественном, укрупненными расчетами и уточненными. В данных методических рекомендациях указывается, когда для экономии времени или по очевидности решения можно остановиться на укрупненных расчетах. Если Вас интересует ваш профессия, состояние экономики и конкурентоспособности Вашего будущего предприятия, то рекомендуем Вам использовать возможности Университета и квалифицированность преподавателя - изучить и опробовать количественные методики, уточненные расчеты, применение САПР технологических процессов и САПР конструкций. В этом случае Вы сможете предложить несколько вариантов решений и путем расчета себестоимости сравниваемых вариантов обосновать ваш выбор сырья, заготовки, оборудования, технологического процесса. Надеемся, что данные методические рекомендации окажут существенную помощь в выполнение курсовой работы. Желаем успехов в выполнении курсовой работы и будущей профессиональной деятельности. 13

2 Общие требования к оформлению и содержанию курсового проекта Курсовая работа выполняется в следующем объеме: пояснительная записка (ПЗ) около 30 страниц формата А4 и 2-х листов формата А1 графических изображений. ПЗ содержит следующие структурные элементы: - титульный лист; - задание на курсовую работу; - аннотацию; - содержание; - введение; - основную часть; - заключение; - список использованных источников; - приложения. В ПЗ подробно излагаются все основные соображения, схемы и расчеты, использованные в процессе проектирования с ссылками на использованную литературу и список использованных источников. В приложения к РПЗ выносятся спецификации к сборочным чертежам приспособлений, операционные карты технологического процесса с картами эскизов. Текст курсового проекта выполняется в соответствии с требованиями стр. 101 – 106. Графические изображения содержат: - чертеж детали, выполняемый по результатам анализа заданного чертежа и отработки конструкции детали на технологичность (формат А3А4); рекомендации даны в п. 3.1 и 3.3.; - чертеж заготовки (формат соответствует формату чертежа детали); рекомендации даны в п. 3.3; - схемы технологических наладок (1 лист формата А1); рекомендации в главе. 4; - сборочный чертеж станочного или контрольного приспособления (формат А3-А2), рекомендации в главе. 5. Спецификации к чертежу приспособления являются приложениями к РПЗ. 2.1 Титульный лист Титульный лист является первым листом курсового проекта. Переносы слов в надписях титульного листа не допускаются. На титульном листе указывается классификационный код. Все надписи выполняются чёрной тушью или пастой чёрного цвета. Порядковый номер исполнителя берётся по журналу. Пример оформления титульного листа приведён в приложении А. 14

2.2 Бланк задания Задание по выполнению курсового проекта должно включать: название кафедры, фамилию и инициалы студента, дату выдачи задания, тему курсовой работы, исходные данные и краткое содержание работы, срок представления к защите, фамилия и инициалы руководителя. Задание утверждается и составляется на кафедре. Пример оформления бланка задания приведен в приложении Б. 2.3 Аннотация В аннотации приводится краткая характеристика курсовой работы с точки зрения содержания, назначения и новизны результатов работы. Пример - Пояснительная записка содержит 30 страниц, в том числе, 6 рисунков 16 формул, 14 источников, 6 приложений. Графическая часть выполнена на 2 листах. В курсовой работе произведен анализ служебного назначения и технических требований детали "Цилиндр" № 2432.36.401, разработан технологический процесс ее изготовления в условиях крупносерийного производства. Произведено технико-экономическое обоснование заготовки, выбрана структура, оснащение и параметры операций. Разработана конструкция установочно-зажимного приспособления, выполнены расчеты усилия зажима и требуемой точности изготовления приспособления. Использованы програмно-методические комплексы: TIP, ASTRA, ЭКСПЕРТ, REGIM. 2.4 Содержание Содержание включает введение, порядковые номера и наименования структурных единиц основного текста, список использованных источников, приложений с указанием номера страницы, на которых они размещены. Пример оформления содержания курсовой работы приведен в Приложении В. 2.5 Введение Введение – вступительная часть основного текста. Во введении приводятся описание структуры материала документа и перечень рассматриваемых вопросов (цель разработки и постановка задачи). Введение не включается в общую нумерацию структурных единиц текста, его размещают на отдельной странице, располагая слово "Введение" посередине поля страницы с первой прописной буквы. 2.6 Основная часть Основная часть содержит этапы разработки технологического процесса изготовления детали (глава 3 методических рекомендаций), а также проекти15

рование станочного приспособления (глава 4 методических рекомендаций). Проектирование выполняется последовательно. Все принимаемые технологические решения должны сопровождаться пояснениями, схемами и расчетами. Основная часть завершается заключением по результатам выполнения курсовой работы. 2.6 Заключение по курсовому проекту В нём содержатся итого работы, важнейшие выводы, к которым пришёл автор, учитывается их практическая значимость, возможность внедрения результатов работы и дальнейшие перспективы исследования темы. Студент должен понять, что он умеет обобщать, делать выводы, опираться на результаты ведущих научных школ, самое главное, что он научился представлять основное содержание курсовой работы. Студент должен ответить на следующие вопросы: - зачем он предпринял данную работу? - что сделано и в какие сроки? - к каким самостоятельным выводам пришёл автор? (Пример в заключении) 2.7 Список источников, использованных в курсовом проекте Список должен содержать сведения об источниках, использованных при составлении курсовой работы. Сведения об источниках приводятся в соответствии с требованиями ГОСТ 7.1 Наименование структурного элемента "Список использованных источников" записывают посередине страницы с прописной буквы. Сведения об источниках следует располагать в порядке появления ссылок на источники в тексте и нумеровать арабскими цифрами. Ссылки на источники следует указывать порядковым номером по списку источников, выделенным двумя косыми чертами. Структурный элемент "Список использованных источников" не нумеруется. Пример оформления списка использованных источников приведен в приложении К. 2.8 Приложения к пояснительной записке Материал, дополняющий содержание, допускается помещать в приложениях. Приложениями могут быть, например, графический материал, таблицы большого формата, описания аппаратуры и приборов, описания алгоритмов и программ задач, решаемых на ЭВМ и т.д. Приложения оформляют как продолжение данного документа на последующих его листах. Приложения могут быть обязательными и информационными. Инфор16

мационные приложения могут быть рекомендуемого или справочного характера. Каждое приложение следует начинать с новой страницы с указанием вверху посередине страницы слова "Приложение" и его обозначения, а под ним в скобках для обязательного приложения пишут слово "обязательное", а для информационного "рекомендуемое" или "справочное". Приложение должно иметь заголовок, который записывают симметрично относительно текста с прописной буквы отдельной строкой. Приложения обозначают заглавными буквами русского алфавита, начиная с А, за исключением букв Ё, З, Й, О, Ч, Ь, Ы, Ъ. После слова "Приложение", следует буква, обозначающая его последовательность. Если одно приложение, то оно обозначается "Приложение А". Текст каждого приложения, при необходимости, может быть разделен на разделы, подразделы, пункты, подпункты. В приложениях разделы, подразделы, пункты, подпункты, графический материал, таблицы и формулы нумеруют в пределах каждого приложения. Перед номерами ставится обозначение этого приложения. Приложения должны иметь общую с остальной частью сквозную нумерацию страниц. В тексте на все приложения должны быть даны ссылки. Степень обязательности приложений при ссылках в тексте не указывают. Приложения располагают в порядке ссылок на них в тексте. 2.9 Срок выполнения курсового проекта и его защита Срок выполнения курсовой работы указывается в задании. К защите курсовой работы допускаются студенты, выполнившие ее качественно и в установленном объеме. При оценке качества учитываются соответствие содержания работы установленным требованиям, правильность выполненных расчетов, логичность обоснований принятых решений, грамотность текстового и графического материалов, а также аккуратность оформления. Небрежно оформленные записка и графический материал руководителем не подписываются. Оценка выставляется по итогам защиты курсовой работы. Для сообщения по курсовой работе Вам предоставляется 5 мин. В сообщении следует изложить основные вопросы, дать обоснования принятым решениям, логично доказать правильность построения спроектированного технологического процесса изготовления изделия. Оценивая курсовую работу, комиссия учитывает наряду с качеством работы и убедительность защиты, уровень знаний студента в области общетехнических и специальных дисциплин.

17

3 Разработка технологического процесса изготовления детали 3.1 Анализ конструкции детали и требований к её изготовлению Рекомендации преподавателю. Особое внимание при выполнении этого раздела следует уделить анализу требований, заданных на чертеже, во взаимосвязи со служебным назначением детали. В это связи нужно разграничить функции конструктора и технолога. Изменения, вносимые технологом в чертеж детали, не должны нарушить служебное назначение детали. Указания студенту. Разработка технологического процесса изготовления детали начинается с изучения и формулировки ее служебного назначения, анализа чертежа изделия, технических условий и норм точности изделия. При этом необходимо выяснить является ли информация о детали полной: - указаны ли все размеры на чертеже (достаточно ли их для однозначного представления о конструкции детали), предельные отклонения, шероховатость поверхностей, допускаемые отклонения формы и расположения поверхностей; - не имеется ли "лишних" размеров, неоднозначно определяющих положение или размеры поверхностей детали; - содержатся ли все необходимые сведения о материале детали, термической обработке, применяемых защитных и декоративных покрытиях, массе детали и др. В формулировке служебного назначения детали должны быть отражены функции, которые надлежит выполнять детали (самой или совместно с другими) в работающем изделии, и даны количественные показатели, уточняющие требования к выполнению этих функций. Если назначение детали неизвестно, то следует описать его пользуясь справочной литературой: /4,14,15,16/. Кроме того, следует выявить функциональное назначение поверхностей детали (основные и вспомогательные конструкторские базы, исполнительные и свободные поверхности). Исполнительные поверхности - поверхности детали, с помощью которых деталь исполняет свое служебное назначение. Основные базы - поверхности детали, с помощью которых определяется положение данной детали в сборочной единице. Вспомогательные базы - поверхности детали, относительно которых определяется положение других деталей и сборочных единиц, присоединяемых к данной детали. Например: для зубчатого колеса исполнительными поверхностями являются боковые поверхности зубьев, основными базами - поверхности цен18

трального отверстия, шпоночного паза и опорного торца, для вала, на котором закреплено колесо, основные базы - поверхности шеек вала под подшипники и торцы вала, а вспомогательные базы - посадочный диаметр по колесо и шпоночный паз. Анализ чертежа должен быть проведен в двух направлениях. Прежде всего, должна быть дана качественная оценка техническим требованиям, задаваемых чертежом. Эта оценка касается правильности формулировок технических требований, правильности установления размерных связей между поверхностями детали. Также следует провести проверку соответствия допусков размеров предельным отклонениям формы, относительного положения и шероховатости поверхностей в следующей последовательности: - проверить соответствие параметров шероховатости ответственных поверхностей рекомендуемым значениям по /5, 6/. - определить степень точности формы и расположения поверхностей детали по /5/; - проверить соответствие заданных в чертеже детали отклонений формы и расположения поверхностей, принятой степени точности; по /5, 6/; - проверить соответствие заданных в чертеже детали допусков на размеры и шероховатость поверхностей принятой степени точности /5/. В курсовом проектировании при получении задания необходимо привести допуски и шероховатость поверхностей, заданные чертежом, в соответствие с действующими стандартами (Приложение Г). Пример 1 - Деталь «Вал» входит в машину для пластования и снятия шкурки со шпика. Вал предназначен для проталкивания куска шпика с целью уменьшения сил трения, которые возникают зоне контакта шпика и лотка. Исполнительными поверхностями вала являются поверхности зубьев, проталкивающие шпик. Основными базами вала являются поверхности шеек под подшипники ∅35к6. На валу по ∅28n6 и шпонке 8P9 крепятся шестерня и звездочка для передачи вращательного момента. Вал вращается в подшипниках, шейки под них ∅ 35k6 имеют малую шероховатость для снижения шума, вибрации и трения в подшипниковом узле. Подобные валы в пищевых машинах, в основном, изготавливают из нержавеющих сталей, которые должны обладать высокой прочностью, малой чувствительностью к концентрации напряжений, а для повышения износостойкой способности могут подвергаться термической обработке, являются химически инертными. Этим требованиям отвечают стали марок 12Х18Н9Т и др. Дадим качественную оценку техническим требованиям, задаваемым чертежом. На чертеже дана полная информация о детали. На ней указаны все размеры, шероховатость обрабатываемых поверхностей, формулировка технических требований дана правильно, допускаемые отклонения от правильных геометрических форм. На чертеже достаточно проекций, размеров, сечений, четко объясняющих конфигурацию детали.

19

Проверим соответствие параметров шероховатости Ra и квалитетов точности размеров1). Результаты сведем в таблицу 4. Таблица 4 - Соответствие параметров точности и шероховатости Поверхность

∅50 ∅35к6 ∅28n6 ∅125 Паз 8р9

Установлено на черте- Принято в курсовой работе же Квалитет Ra Квалитет Ra принятое точности мкм точности мкм 1.6 1.6 I IT 8 T 14 IT 6 0.8 IT 6 0.8 IT 6 0.8 IT 6 0.8 IT 14 6.3 IT 11 6.3 IT 9 1.6 IT 9 1.6

Пример 2- Служебное назначение вилки (Рисунок 3.1) заключается в перемещении по направляющей детали, находящейся с ней в зацеплении с помощью специальных щечек, и совершающей круговые движения. Перемещение детали с помощью вилки обусловлено разрывом или соединением кинематической схемы механизма, усиливающего крутящий момент за счет уменьшения оборотов входного вала или наоборот. Вилка перемещается в свою очередь с помощью рычага соединенного с ней штифтом. Вилки обычно изготавливают из чугуна марки СЧ20, реже из стали. В данном случае вилка изготовлена из чугуна СЧ20 с НВ 183-192. Основными базами вилки являются отверстие ∅18Н7 и отверстие ∅8. Вспомогательными базами являются поверхности А и Б. Эти же поверхности являются исполнительными поверхностями. Характер технических требований определяет то, что основной базой является отверстие ∅18Н7 вилки. Перпендикулярность положения поверхности Б и отверстия ∅18Н7 обеспечивает точность относительного положения вилки и перемещаемой ею детали и в связи с этим их нормальную работу. Назначение каждого допуска можно обосновать так: - Допуск Н7 на размер отверстия ∅18 задают, чтобы вилка перемещалась по направляющей свободно, но вместе с тем зазор между вилкой и направляющей должен быть минимальным, чтобы исключить перекос детали и вилки. - Допуск d11 на толщину щечек задают, чтобы избежать двухстороннего соприкосновения исполнительных поверхностей щечек и детали. - Допуск на размер между осями отверстий ∅36±0,1 и наружной поверхности детали задан, чтобы ограничить межосевое расстояние, а также 1)

Справочник технолога-машиностроителя: В 2-х т.-Т.1 / Под. ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова.- 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. - Табл.3., с.8. 20

чтобы не соприкасались поверхности отверстия и детали.

Рисунок 3.1 - Эскиз детали «Вилка» 3.2 Определение типа производства Рекомендации преподавателю. Как правило, студенты недооценивают важность этого раздела. Желательно не только напомнить организационную разницу в типах производств, но и акцентировать внимание на особенностях конструкторско-технологической подготовки производства. Студент в состоянии сам определить, какой методикой определения типа производства следует воспользоваться в соответствии с той информацией, которая получены им в задании или в ходе технологической практики. 21

Указания студенту. В машиностроении различают три основных типа производства: массовое, серийное, единичное. Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой выпускаемых изделий при большом объеме выпуска. Серийное производство характеризуется более широкой номенклатурой выпускаемых изделий и меньшим объемом выпуска. Единичное производство характеризуется широкой номенклатурой и малым объемом выпуска изделий. Тип производства согласно ГОСТ 14.004-83 характеризуется коэффициентом закрепления операций за одним рабочим местом или единицей оборудования. Коэффициент закрепления операций определяется отношением числа всех различных технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца к числу рабочих мест (1): (1)

n

Кзо=

∑O

i

∑P

i

i =1 k

i =1

,

где Oi – количество технологический операций, выполняемых в течении месяца на участке; P i – количество рабочих мест на участке; Коэффициент закрепления операции показывает отношение числа всех различных технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению подразделением в течение месяца, к числу рабочих мест, т. е. коэффициент закрепления операции характеризует число различных технологических операций, приходящихся в среднем на одно рабочее место подразделения за месяц и определяется по формуле: По 12 * Ф * Кв * ΣПо Кз.о = ---- = ----------------------Ря Σ(Nj * ti)

,

(2)

где ΣПо - суммарное число различных операций, выполняемых подразделением в течение месяца; Ря - явочное число рабочих подразделений, выполняющих различные операции; Ф - месячный фонд времени рабочего при работе в одну смену, Ф = 176 час.; Кв - коэффициент выполнения норм времени ( например, если перевыполнении норм в среднем по предприятию составляет 130%, то Кв=1,3) ; Σ (Nj,tj) - суммарная трудоемкость программы выпуска; Nj - программа выпуска j-й позиции номенклатуры; 22

tj - трудоемкость j-й позиции. Коэффициент закрепления операции в соответствии с ГОСТ 3.11.0-74 принимают равным: Кз.о = 1 - для массового производства; 1 < Кз.о < 10 - для крупносерийного производства; 10 < Кз.о < 20 - для среднесерийного производства; 20 < Кз.о < 40 - для мелкосерийного производства. Для единичного производства Кзо свыше 40. В курсовом проектировании тип производства ориентировочно может быть определен по годовому объему выпуска и массе деталей (таблица 5). Таблица 5 - Ориентировочное определение типа производства Ориентировочный тип производства единичное, мелкосерийное, среднесерийное, шт шт шт 10 10-2000 1500-100000 10 10-1000 1000-50000 10 10-500 500-35000 10 10-300 300-25000 10 10-200 200-10000

Масса детали, кг До 1,0 1,0-2,5 2,5-5,0 5,0-10 Свыше 10

По формуле (2) Кз.о. определяется при условии, что объем выпуска данной детали по заданию равен или близок к объему выпуска этой детали на базовом предприятии. При выпуске заданной детали в 3 и более раз отличающихся от выпуска на базовом предприятии, Кз.о умножается на коэффициент серийности Ксер.. Числовые значения коэффициента серийности - Ксер. Nпр 0,5 1,0 Nб Ксер 0,97 1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

10,0 15

20

1,12 1,17 1,22 1,25 1,28 1,31 1,32 1,37 1,45 1,5

Если данная еще не изготавливается на базовом предприятии или находится с стадии отладки и освоения технологического процесса ее изготовления, то следует использовать деталь, схожую по конструктивно-технологическим признакам.

23

Если эта деталь значительно отличается по массе, то используется коэффициент массы детали Км, равный отношению массы детали по заданию к массе детали на базовом предприятии. В общем случае, Кз.о. определяется по формуле: 12 * Ф * Кв * ΣПо Кз.о = -----------------------------Σ(Nj * ti ) *Км*Ксер

,

(3)

Расчет типа производства может производится при помощи компьютера с использованием программы tip. Формы организации технологических процессов зависят от установленного порядка выполнения операций технологического процесса, расположения оборудования, количества изделий и направления их движения при изготовлении. Принято две формы организации технологических процессов – групповая и поточная. Поточная форма организации целесообразна, если загрузка рабочего места при двухсменном режиме работы не ниже 60%. Для выбора формы организации производства следует рассчитать по каждой операции загрузку рабочего места обработкой детали одного наименования.

tшт i · Nвып Кзагр i = —————— , Fном · 60

(4)

где tшт i – штучное время на каждую операцию в мин; Nвып – программа выпуска детали данного наименования в год; Fном - номинальный фонд времени работы оборудования в год (ч) Номинальный фонд годового времени работы оборудования в днях рассчитывается с учетом календарных дней, выходных дней, праздничных. При односменной работе Fном (дн) = 365-52·2-10 = 251 дн. Номинальный фонд годового времени работы оборудования в часах рассчитывается с учетом количества смен в день, часов работы в смену, сокращенность продолжительности смен в праздничные дни. Fном = 251· 8·1-1·10 = 1998 час

24

Пример 1 .Укрупненный расчет. На чертеже «Вал ступенчатый» рисунок 3.1а масса детали не указана. Разобьем конструкцию детали на известные геометрические фигуры – цилиндры. Масса детали определяется по формуле:

(5)

m =ρ∗V, Где m - масса детали, кг; ρ - плотность материала кг/м3; V – объем детали, м3;

Объем в свою очередь исчисляется путем суммирования объемов составных частей вала, объем отверстий вычитается: (6) V=V1+ V2+V3+V4+V5- V6 - V7, Где Vi -объемы ступеней вала;

Рисунок 3.1а – Эскиз вала Проводя расчеты, используя формулу вычисления объема цилиндра:

V=

π ∗d2 4

*h ,

(7)

где d- диаметр цилиндра, м2; H – длина цилиндра, мм; 25

V= 3.14•(152 /4•18 + 232 /4• 17 + 342 /4•8 + 232 /4•11 +162 /4•21) – 3,14•(82 /4•16 + 42 /4•14) =25306,83 мм3

Учитывая, что плотность стали ρ = 7,5 г/см3, находим массу, она равна 18,98 кг. Исходя из того, что размер партии n = 800 шт. по таблице 5 определяем, что тип производства – среднесерийный. Пример 2 . Уточненный расчет типа производства и определение формы организации производственных процессов. По технологии изготовления вала примера 1 по данным базового производства известна трудоемкость различных операций ее изготовления. На производстве объём выпуска составил 1500 деталей. На участке, кроме того, изготавливают 4 детали в том же объеме. Общее количество различных операций, выполненных подразделением в течение месяца- 78. Трудоемкость изготовления деталей составляет в сумме 13,6 мин. Определяем коэффициент серийности: Nпр/Nб = 1500/800 = 1,875 Ксер = 1,12 Кз.о = (12*176*1,3*82)/(13,5*1,12*1500) Кз.о = 10 Таким образом, тип производства среднесерийный. Таблица 6- Результаты расчета загрузки рабочих мест Наименование операций Токарная Фрезерная Фрезерная Плоско - шлифовальная Шлифовальная

tшт, мин 0,379 0,522 0,551 0,438 1,141

Кзаг 0,063 0,087 0,092 0,073 0,19

Поточная организация нецелесообразна. Для выбора и обоснования формы организации производственных процессов следует рассчитать по каждой операции загрузку рабочего места обработкой детали одного наименования для объема выпуска 1500 деталей по формуле: 26

0,379 · 1500 Кзагр 1 = —————— = 0,0047 1998 · 60 Значения остальных коэффициентов загрузки приведены в таблице 6. Если большинство операций имеют загрузку равную или большую 0,85, тип производства - массовый, если 0,4 < Кзаг < 0,85 то тип производства серийный, а если большинство операций имеют загрузку меньше 0,4, то тип производства единичный. Так как все операции имеют загрузку меньше 0,85, тип производства серийный. Серийное производство является основным типом современного машиностроения и предприятия этого типа выпускают в настоящее время 75-80 % всей продукции машиностроения страны. По всем технологическим характеристикам серийное производство занимает промежуточное положение между единичным и массовым производством. Объем выпуска предприятий серийного типа колеблется от сотен до тысяч регулярно повторяющихся изделий. Персонал: Рабочие средней квалификации. Наряду с работниками высокой квалификации, работниками на сложных универсальных станках и наладчиками используются рабочие-операторы, работающие на настроенных станках. Заготовки: Средней точности. В качестве исходных заготовок используется холодный и горячий прокат, литье в землю и под давлением, точное литье, поковки и точные штамповки и прессовки. Требуемой точности достигают как методами автоматического получения размеров, так и методами пробных ходов и промеров с частичными применением разметки. Оборудование: Универсальное и специализированное, частично специализированное. Широко используется станки с ЧПУ, обрабатывающие центры и находят применение гибкие, автоматизированные системы станков с ЧПУ, связанные с транспортирующими устройствами и управлением от ЭВМ. Оборудование расставляется по технологическим группам с учетом направлениям основных грузопотоков цеха по предметно-замкнутым участкам. Однако одновременно используются групповые поточные линии и переменно-поточные автоматизированные линии. Большое значение имеет универсально-сборная переналаживаемая технологическая оснастка, позволяющая существенно повысить коэффициент оснащенности серийного производства. Серийное производство является наиболее гибким и устойчивым, наиболее поддается автоматизированию. 3.3 Отработка конструкции и детали на технологичность Цель такой отработки - выявление недостатков конструкции по сведениям, содержащимся в чертежах и технических требованиях, а также возможное улучшение технологичности рассматриваемой конструкции. Основные задачи анализа технологичности конструкции обрабатываемой детали сво27

дятся к возможному уменьшению трудоемкости и металлоемкости, возможности обработки детали высокопроизводительными методами. Конструкция детали, отработанная на технологичность должна удовлетворять следующим основным требованиям /6, 4/: а) конструкция детали должна состоять из стандартных и унифицированных конструктивных элементов или быть стандартной в целом; б) детали должны изготовляться из стандартных или унифицированных заготовок; в) размеры и поверхности детали должны иметь соответственно оптимальные экономически и конструктивно обоснованные точность, шероховатость, обеспечивающие точность установки, обработки и контроля; г) заготовки должны быть получены рациональным способом с учетом заданного объема выпуска и типа производства; д) форма и габариты детали, основные и вспомогательные базы и их сочетания, схемы простановки размеров, конструктивные элементы, е) материалы, покрытия, требования и упрочнению должны максимально; ж) соответствовать принятым методам и средствам обработки; з) конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых технологических процессов ее изготовления. Рекомендации для некоторых групп деталей и элементов конструкций по /6,7,11,14,16/. Основными методами технологического контроля чертежа детали являются методы сравнительных оценок: качественной и количественной. Количественный метод состоит в установлении весовых коэффициентов, определяющих снижение технологичности конструкции элементов. В курсовой работе выполняется метод качественной сравнительной оценки. Сущность его сводится к сравнению (сопоставлению) контролируемого решения с некоторым решением, принятым за эталон. На основании установленных эталонных решений для определенных групп деталей приняты следующие положения. Для корпусных деталей определяются: а) допускает ли конструкция обработку плоскостей на проход и что мешает такому виду обработки? б) позволяет ли форма отверстий растачивать их на проход с одной или с двух сторон? в) есть ли свободный доступ инструмента к обрабатываемым поверхностям? г) нужна ли подрезка торцов ступиц с внутренних сторон отливки и можно ли ее устранить? д) есть ли глухие отверстия и можно ли их заменить сквозными? е) имеются ли отверстия, расположенные под углом к плоскости входа (выхода) инструмента и возможно ли изменение этих элементов? ж) имеются ли в конструкции детали достаточные по размерам поверхности, которые возможно использовать в качестве технологических баз? 28

з) располагаются ли бобышки и платики на одном уровне? и) соответствует ли ширина поверхности нормальному ряду диаметров торцевых или длин цилиндрических фрез? к) одинаковы ли радиусы закруглений у гнезд и выемок по контуру обрабатываемой поверхности, соответствуют ли они размерам стандартных пазовых фрез? Для валов выясняют: а) можно ли обрабатывать поверхности проходными резцами? б) убывают ли к концам диаметральные размеры шеек валов? в) можно ли заменить закрытые шпоночные канавки открытыми? г) допускает ли жесткость вала получение высокой производительности и точности обработки? Технологичность конструкций зубчатых колес должны характеризоваться следующими основными признаками: а) простой формой центрального отверстия; б) ступицами, расположенными с одной стороны; в) правильной формой и размерами канавок для выхода инструмента. Для втулок, фланцев, стаканов дополнительно к вышеизложенному указывают: а) соответствует ли конфигурация глухих отверстий конструкции применяемого инструмента (зенкеры, развертки), имеющего коническую заборную часть? б) позволяют ли расстояния между осями отверстий применять шпиндельные сверлильные головки? в) предусмотрена ли у дна точных глухих отверстий канавка для выхода инструмента? А>D/2+ R,

(8)

где D - диаметр отверстия; радиус переходной поверхности к поверхности фланца Для деталей, изготавливаемых на станках с ЧПУ, отработка на технологичность производится по рекомендациям /11/. Пример - Деталь «Вилка» 9 (рисунок 3.1) изготовлена из серого чугуна марки СЧ20 литьем, поэтому конфигурация наружного контура не вызывает значительных трудностей при получении заготовки. Тем не менее, даже при этом формовка должна производиться с применением выступов и углублений, формирующих карманы и ребра с боковых сторон. Эти элементы определяются конструктивными соображениями и изменить их затруднительно. Точность и шероховатость размеров и поверхностей детали, обеспечивающие точность установки, обработки и контроля оптимальны экономически 29

и конструктивно. Форма и габариты детали, основные и вспомогательные базы и их сочетания, схемы простановки размеров, конструктивные элементы, требования к упрочнению максимально соответствуют принятым методам и средствам обработки. Наличие отверстий малого диаметра требуют использования осевых инструментов, имеющих малый период стойкости, что снижает технологичность. Расстояния между осями отверстий не позволяют применять шпиндельные сверлильные головки. Наличие галтелей, ребер жесткости и закруглений обеспечивают достаточную жесткость детали. Все отверстия сквозные и могут обрабатываться с одной стороны. Поверхности расположены на одном уровне. Деталь симметрична. Таким образом, деталь достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, имеет хорошую базовую поверхность для последующей обработки, не требует изменения конструкции. 3.4 Выбор вида исходной заготовки и метода ее изготовления Выбор заготовки и метода ее изготовления необходимо проводить в соответствии с требованиями Р50-54-93-88 в следующей последовательности: - определение вида исходной заготовки; - выбор метода изготовления исходной заготовки; - технико-экономическая оценка выбора заготовки. 3.4.1 Определение вида исходной заготовки Вид исходной заготовки устанавливается на основании конструктивных форм и размеров, материала детали, объема выпуска. При выборе вида исходной заготовки необходимо стремиться к максимальному приближению форм и размеров ее к параметрам готовой детали. Наибольшее применение в машиностроении получили заготовки из проката, поковки и отливки, также находят применение сварные, штампосварные, литейно-сварные, пластмассовые и заготовки, получаемые из спеченных материалов /5,14,16/. Заготовки, получаемые из сортового и специального прокат целесообразно выбирать для деталей, по конфигурации максимально приближенных к какому-либо виду проката. Вид сортового и специального профильного проката и его назначение приведены в /5,14,16/. При нецелесообразности применения проката в качестве заготовки следует применять поковку или отливку. Для деталей машин, работающих преимущественно на изгиб, растяжение, кручение, при наличии значительной разницы в поперечных сечениях, для которых в рабочем чертеже детали предусмотрена углеродистая или легированная сталь, в качестве исходной заготовки выбирают поковку. Допуски и припуски поковок стальных штампованных регламентируются ГОСТ 7505-89. 30

Отливки целесообразно выбирать для изготовления фасонных корпусных и им подобных деталей сложной геометрической формы, изготовленных из серого и ковкого чугуна, литейных марок сталей, цветных литейных сплавов. Классы точности, допуски и шероховатость поверхностей отливок соответствуют ГОСТ 26645-85. 3.4.2 Выбор метода изготовления исходной заготовки Выбор метода изготовления исходной заготовки определяется следующими факторами: - типом производства (в массовом производстве наиболее выгодны способы, которые обеспечивают наибольшие приближения формы и размеров заготовки к форме и размерам детали: точная штамповка, литье под давлением и т.п.); - конструктивными формами и размерами и массой детали (чем больше деталь, тем дороже обходится изготовление металлических форм, штампов и т.п.); - требуемой точностью выполнения заготовки и качеством ее поверхности (шероховатость поверхности, наклеп, остаточные напряжения и т.п.); Необходимо наметить два-три альтернативных метода изготовления исходной заготовки и затем выбрать из них наиболее оптимальный. При выборе метода получения отливки необходимо учитывать влияние особенностей формирования структуры металла отливки, технологических, физикомеханических, литейных свойств сплава на конструкцию литой заготовки. Сравнительная характеристика способов изготовления отливок, их особенности и область применения приведены в /5/. При проектировании формы заготовки следует учесть возможную толщину стенки, уклоны, радиусы закруглений и высоты приливов и платиков /5/. Ориентировочные данные по точности отливок, приведены в приложении Д. Поковки изготовляются различными методами (ковкой на плоских бойках, горячей штамповкой: в подкладных штампах, на штамповочном молоте и т.д.). Основные типы поковок, их сравнительные характеристики, области применения, сведения о качестве поверхностей приведены в /5/. Рекомендации по выбору класса точности стальных штампованных поковок и допуски размеров поковок приведены в приложении Д. Заготовки из проката получают резкой. Методы резки, точность и область их применения даны в /5/. 3.4.3 Обоснование выбора заготовки Из нескольких возможных методов изготовления исходной заготовки выбирают метод, наиболее полно соответствующий типу производства, конструкции детали и требуемой точности. 31

В курсовой работе выбор заготовки может проводиться без техникоэкономических расчетов, на качественном уровне (Пример 1). Сравнительную оценку выбора заготовок делают по коэффициенту использования металла Ким, который представляет собой отношение массы обработанной детали q к массе заготовки Q: Ким = q/Q,

(9)

где q – масса детали в кг; Q- масса заготовки в кг. Затем может быть проведен уточненный расчет по экономическому эффекту от использования выбранного варианта изготовления детали (Пример 2). Экономический эффект для сопоставления способов получения заготовок, при которых технологический процесс обработки не меняется, может быть рассчитан по формуле (3) /14/:

Э=(Sзаг1 –Sзаг2) * Nвып ,

(10)

где Nвып - объем выпуска, шт.; Sзаг1, Sзаг2 – стоимости сравниваемых вариантов заготовок, р Стоимость заготовок, получаемых такими методами, как литьё в обычные земляные формы и кокили, литьё по выплавляемым моделям, литьё под давлением, горячая штамповка на молотах, прессах, ГКМ, а также электровысадкой, можно с достаточной для курсового проектирования точностью определить по формуле: Sзаг = (Ci / 1000 * Q*kт*kв*kc*kм*kп )-(Q –q )*Sотх / 1000,

(11)

где Ci – базовая стоимость 1 тонны заготовок, р; kт, kв, kc, kм, kп – поправочные коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объёма производства заготовок. Для проката себестоимость определяется по формуле

S 1заг = Q 1 ⋅ S − (Q 1 − q ) ⋅

32

S отх 1000

(12) ,

где Q1- масса заготовки, кг; S- цена 1 кг материала, р; q- масса готовой детали, кг; Sотх- цена 1 тонны отходов, р. Если выполненные расчеты не позволяют сделать однозначный выбор заготовки, то следуют определить технологическую себестоимость детали с учетом себестоимости технологического процесса ее изготовления /14/. В результате выполнения этой части РПЗ в записке приводится обоснование выбранного варианта. Выполняется чертеж заготовки с параметрами шероховатости ее поверхностей и допусками на размеры (размеры заготовок определяются после расчета припусков на механическую обработку). Пример 1- Деталь «Вал» имеет конструкцию ступенчатого шлицевого вала и изготавливается в условиях мелкосерийного производства. Наибольший диаметральный размер∅ 45h7, длины 300 мм, масса детали 3 кг, размер партии 200 шт. Проведем выбор исходной заготовки путем качественного анализа. Подобные валы в пищевых машинах, в основном, изготавливают из нержавеющих сталей, которые должны обладать высокой прочностью, малой чувствительностью к концентрации напряжений, а для повышения износостойкой способности могут подвергаться термической обработке, являются химически инертными. Этим требованиям удовлетворяют стали марок 12Х18Н9Т и др. Стали марки 12Х18Н9 содержит углерода 0,12%, хрома 18%, никеля 9%., предел прочности 50-60 кгс/мм2, предел текучести- не менее 20-23 кгс/мм2 , относительное удлинение- не менее 30%.Эти стали обладают низкими литейными свойствами. Заготовка может быть получена методом обработки давлением. Возможно применение проката или ковки. Сущность процесса прокатки заключается в деформировании металла между вращающимися валиками, зазор между которыми меньше толщины обжимаемой заготовки. В результате обжатия толщина заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличивается (рисунок 3.2). Производительность механической обработки валов во многом зависит от вида материала, размеров, и конфигурации заготовки, а также от характера производства. Заготовки валов получают отрезанием от горячекатаных или холоднокатаных нормальных прутков и сразу подвергают механической обработке. Заготовки такого вида применяют в основном в мелкосерийном и единичном производстве, а также при изготовлении валов с небольшим числом ступеней и незначительной разницей диаметров. Обычно относительное обжатие заготовки за один проход даже для горячего металла 70-80%, поэтому окончательный профиль продукта получают многократными повторениями процесса обработки заготовки при постепенном уменьшении зазора между валиками. При пропуске заготовки площадь ее попе33

речного сечения уменьшается, а форма и размеры постепенно приближаются к требуемым.

Рисунок 3.2 - Эскиз проката

Рисунок 3.3- Эскиз поковки

Другим вариантом получения исходной заготовки является поковка (рисунок 3.3). В производстве с достаточно большим масштабом выпуска, а также при изготовлении валов более сложной конфигурации заготовки целесообразно получать методами пластического деформирования. Эти методы (ковка, штамповка, периодический прокат, обжатие на ротационно-ковочных машинах, электровысадка) позволяют получать заготовки, по форме и размерам наиболее близкие к готовой детали, что значительно повышает производительность механической обработки. При этом значительно снижается металлоемкость. Обработка давление методом свободной ковки позволяет получать заготовки, приближенные к форме готовой детали. Свободная ковка – способ горячей обработки металлов давлением, при котором заготовке придается заданная форма при ударах бойка молота или нажатия бойка пресса. Основным оборудованием являются ковочные молоты или прессы. К основным формообразующим операциям ковки для данной заготовки является осадка. В данном случае с учетом условий мелкосерийного производства целесообразно использовать прокат. Пример 2- Уточним правильность выбора исходной заготовки. Определим коэффициент использования материала. Массы проката и поковки рассчитывается по ступеням с учетом предварительного определения припусков. Диаметр проката 45+2,1+0.5 +0,28+0,15 ~ 48 мм. Длина проката 304 мм. Прокат имеет массу 4,120 кг, поковка массу 3.877 кг. Коэффициент использования материала выше у поковки. Сравним варианты заготовки по себестоимости их изготовления. Массы проката и поковки рассчитывается по ступеням с учетом предварительного определения припусков. Поправочные коэффициенты в формулах (4) и (5) принимаются по /14/. Стоимость материала и отходов принимается по /14/ с учетом ставок Центробанка. Себестоимость проката массой 4.12 кг составляет 20.62 р. Себестоимость поковки массой 3.877 кг составляет 28.41 р. Таким образом, в условиях мелко34

серийного производства прокат дешевле. Принимаем прокат обычной точности ∅65 –1.1+0.5, длина 305, ГОСТ 2590-71. Экономический эффект от применения проката в сравнении поковкой составляет 1 558 р. Пример 2 - Сравним метод изготовления поверхностей заготовок на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП) и высокоскоростных молотах (ВСМ). Анализируя информацию об этих методах, выбираем метод изготовления заготовки на высокоскоростных молотах. Для подтверждения правильно выбранного метода обоснуем его экономически. Выбор заготовки проводится сравнением вариантов по разным критериям: материалоёмкость, фондоёмкость, трудоёмкость, энергоёмкость и другим частным показателям. Обобщающим показателем является технологическая себестоимость. Именно по этому критерию сделан выбор и приведены соответствующие расчеты. Технологическую себестоимость каждого варианта рассчитаем по формуле:

СТ

ЗАГ

= [(С М Н М + ЗЧ Н Ш + С М −Ч Н Ш )П Г + К ОС С ОС ]ЗАГ ,

(13)

ЗАГ

- технологическая себестоимость получения заготовгде С Т ки; С М - стоимость 1кг. материала, р; Н М - норма расхода материала на одну заготовку, кг; ЗЧ - часовая основная и дополнительная заработная плата с отчислениями на соцстрах производственного рабочего, р; Н Ш – норма штучного времени, ч; С М −Ч – себестоимость машино-часа, р; К ОС - норма амортизации и эксплуатации оснастки; С ОС – стоимость оснастки, р; Н Ш – норма штучного времени, ч; В таблице приведены данные, необходимые для расчета технологической себестоимости заготовок. Таблица 7 - Исходные данные для расчета технологической себестоимости Элементы затрат КГШП ВСМ 1 2 3 300 300 Стоимость 1кг материала С М , р. 4,8 2,4 Норма расхода материала на 1 заготовку Н М , кг Разряд рабочего 4 4 35

1 2 3 5,78 5,78 Часовая заработная плата рабочего ЗЧ , р. 0,12 0,04 Норма штучного времени Н Ш ,ч 3,53 2,54 Себестоимость молото – и прессо-часа СМ −Ч , р. 0,7 0,85 Норма амортизации и эксплуатации оснастки К ОС 10500 1530 Стоимость штампа СОС ,р. Подставляя все эти данные в расчетную формулу и ведя расчет поэтапно, получаем для варианта с КГШП: ЗАГ CТ = (300 × 4,8 + 5,78 × 0,12 + 3,53 × 0,12 ) × 100 + 0,7 × 10500 = 151462 р. Для варианта ВСМ: ЗАГ СТ = (300 × 2,4 + 5,78 × 0,04 + 2,54 × 0,04 ) × 100 + 0,85 × 1530 = 73334 р. Таким образом, штампованная заготовка на ВСМ обходится дешевле, несмотря на то, что затраты на оснастку превышают затраты в варианте с КГШП. Экономия идет на расходах по материалу, по стоимости станкочаса и на норме штучного времени. В результате технологическая себестоимость заготовки на ВСМ ниже себестоимости на КГШП в 2 раза. 3.2.1 Требования к чертежу исходной заготовки Чертеж заготовки с техническими требованиями должен содержать все данные, необходимые для изготовления, контроля и приемки ее (ГОСТ 3.112588, ГОСТ 7505-89). В графе основной надписи чертежа под наименованием детали записывается вид заготовки "отливка" или "поковка".

Рисунок 3.4 - Исходная заготовка (отливка)

36

Рисунок 3.5 – Исходная заготовка (поковка) Для поковок внутренний контур обрабатываемых поверхностей, а также отверстий, впадин, выточек, не выполняемых в заготовке, вычерчивается тонкой штрих - пунктирной линией с двумя точками (ГОСТ 3.1126-88), в соответствии с рисунком 3.5. Для отливок внутренний контур обрабатываемых поверхностей вычерчивается сплошной тонкой линией (ГОСТ 3.1125-88), в соответствии с рисунком 3.4. На чертеже обозначаются поверхности, принимаемые в качестве технологических баз в первой операции механической обработки и плоскости разъема (рисунки 3.4 и 3.5). Линия отрезки должна соответствовать способу отрезки: при отрезки резцом, дисковой фрезой, пилой и т.д. она выполняется сплошной линией, при огневой резке или обламывании - сплошной волнистой линией. На свободном поле чертежа заготовки над основной надписью приводятся технические требования, содержание которых должно отражать: а) материал заготовки - марка и стандарт; б) твердость материала (предельные значения); в) нормы точности заготовки, с указанием государственного стандарта; Для отливок необходимо указать нормы точности отливки. Их приводят в следующем порядке: класс размерной точности, степень коробления, степень точности поверхностей, класс точности массы и допуск смещения отливки. Пример условного обозначения точности отливки 8-го класса размерной точности, 5-й степени коробления,4-й степени точности поверхностей, 7го класса точности массы с допуском смещения 0,8 мм. Точность отливки 8-54-7 См 0,8 ГОСТ 26645-85. 37

В технических требованиях чертежей отливок допускается указывать сокращённую номенклатуру норм точности отливки, при этом указание класса размерной точности и класса точности массы отливки является обязательным, например: Точность отливки 8-0-0-7 ГОСТ 26645-85. На чертеже поковки должны быть указаны: класс точности, группа стали, степень сложности, например: Класс точности поковки - Т2, группа стали - М2, степень сложности С3 ГОСТ 7505-89. Чертеж исходной заготовки выполняется после расчета припусков на обработку и размеров заготовки. Чертеж заготовки не вычерчивается, если деталь изготавливается резкой проката (пруткового, трубного, листового, профильного), за исключением случаев, когда необходимо показать схему раскроя листового материала (для сложных по форме заготовок из листового проката). 3.5 Выбор технологических баз

В качестве исходных данных для выполнения этого этапа используются следующие: - чертеж детали; - тип производства и его организационная форма; - эскиз и метод получения заготовки. Базирование заготовки означает лишение ее шести степеней свободы относительно выбранной системы координат, связанной со станком. Поверхности (оси, точки) заготовки, лишающие ее шести степеней свободы в процессе изготовления или ремонта, называются комплектом технологических баз (КТБ). При выборе комплекта технологических баз следует учесть ряд положений: - поверхности детали, получаемые в результате выполнения каждого перехода технологического процесса, занимают определенное положение непосредственно относительно технологических баз. Отсюда следует, что в качестве технологических баз необходимо выбирать те поверхности, относительно которых задана точность относительного расположения и расстояния обрабатываемых поверхностей. Соблюдение этого правила приводит к тому, что задача обеспечения требуемой точности детали решается кратчайшим путем. Одним из основных правил базирования деталей в технологическом процессе является правило, в силу которого черновые (необработанные) поверхности заготовки нельзя повторно использовать в качестве технологических баз. Исходя из этого на первых операциях, следует обработать именно будущие технологические базы детали. В качестве технологических баз на первых операциях (черновых баз) следует принимать поверхности детали, не подвергаемые механической обработке, что позволит обеспечить требуемое относительное положение обраба38

тываемых и необрабатываемых поверхностей детали. При прочих равных условиях в качестве черновых баз следует принимать поверхность заготовки, имеющую наибольшие размеры, наибольшую точность и наименьшую шероховатость. В качестве черновых баз не следует использовать поверхности, на которых расположены в отливках приливы и литники, а также такие поверхности, через которые проходят плоскости разъема опок и пресс-форм для получения отливок и плоскости разъема штампов для поковок. Для обеспечения равномерности припусков внутренних поверхностей (отверстий, внутренних полостей коробчатых заготовок, пазов) в качестве черновых баз следует использовать именно эти поверхности. При разработке технологического процесса следует стремиться использовать один и тот же комплект технологических баз, не допуская без особой необходимости смены технологических баз (не считая смены черновых баз). Ниже приведены типичные примеры комплектов технологических баз для разных типов деталей. Корпусные детали: а) установочная база (плоскость), направляющая база (плоскость), опорная база (плоскость), рисунок 3.6а; б) установочная база (плоскость), двойная опорная база (отверстие), опорная база (отверстие или плоскость), рисунок 3.6б. Диски, одновенцовые шестерни, фланцы: а) установочная база (торцовая плоскость), двойная опорная база (ось отверстия или наружной цилиндрической поверхности), опорная (скрытая), рисунок 3.7а; б) двойная направляющая база (ось отверстия или наружной цилиндрической поверхности), опорная (торцовая поверхность, опорная (скрытая), рисунок 3.7б.

а) б) Рисунок 3.6 - Варианты базирования корпусных деталей

39

а)

б)

Рисунок 3.7 - Базирование деталей типа дисков и фланцев Валы, оси, цилиндры: а) двойная направляющая база (две образующие цилиндрической поверхности), опорная (торцовая поверхность), опорная (скрытая), рисунок 3.8а; б) двойная направляющая база (ось цилиндрической поверхности или ось, проходящая через центровые отверстия), опорная (торцовая поверхность), опорная (скрытая), рисунок 3.8б.

а)

б)

Рисунок 3.8 - Варианты базирования валов Типовые схемы базирования различных деталей и типовые маршруты обработки деталей в различных типах производства приведены в /7/, при обработке на станках с ЧПУ - в /7/, схемы установки и схемы обработки на металлорежущих станках /14/. Пример - Рассмотрим выбор баз для детали «Вилка» примера 2 п 3.1 методических рекомендаций. Из служебного назначения детали следует, что ее ос40

новными базами являются отверстие ∅18Н7 и отверстие ∅8 под штифт. Поверхности А и Б – вспомогательные базы. Анализ технических требований показал, что положение оси отверстия ∅8 и ∅36±0,1 должно быть однозначно определено относительно оси отверстия ∅18Н7. Ось отверстия ∅8 должна быть перпендикулярна оси отверстия ∅18Н7 и расположена на расстоянии 25 мм от плоскости прилегания Б. Ось отверстия ∅36±0,1 должна быть параллельна оси отверстия ∅18Н7 и расположена на расстоянии от этой оси 70-0,2 мм и перпендикулярна плоскости Б. Плоскость А должна быть параллельна плоскости Б. Ось отверстия ∅18Н7 должна быть перпендикулярна плоскости Б. Из изложенного следует, что наиболее жесткими требованиями ограничено положение основных баз, т.е. отверстий ∅18Н7 и ∅8, относительно плоскости Б и А. Поэтому обработка плоскости Б, отверстия ∅18Н7 и отверстия ∅36±0,1 должно производится при установке детали на плоскость А. Это позволит получить перпендикулярность осей отверстий ∅18Н7 и ∅36±0,1 к плоскости Б. Далее заготовка базируется на плоскости Б. При этом обеспечивается параллельность плоскостей А и Б. 3.6 Выбор методов и количества необходимых 60 переходов обработки

Задачей любого технологического процесса механической обработки заготовки является превращение выбранной заготовки в готовую деталь, к которой предъявляются различные точностные требования. На данном этапе разработки маршрута обработки осуществляется выбор методов обработки каждой поверхности заготовки и определяется количество необходимых переходов. Многолетний производственный опыт позволил разработать таблицы средней экономической точности обработки /5/, которые используются при выборе методов обработки и числа необходимых переходов. В таблицах, сформированных для различных видов поверхностей, приведены методы обработки, применяемые для поверхностей такого вида и точностные показатели данного метода обработки: точность размера и шероховатость поверхности. Для облегчения выбора методов обработки всех поверхностей детали необходимо найти на детали поверхности различных типов: плоскости, цилиндрические поверхности (наружные и внутренние), к которым предъявляются самые жесткие требования по точности и шероховатости поверхности. Затем производится выбор методов обработки для каждой из этих поверхностей. Процесс выбора методов обработки можно разделить на несколько этапов. На первом этапе определяют примерное число необходимых переходов для получения требуемого качества поверхности. Из производственного опыта известно, что чистовые и получистовые методы обработки улучшают качество 41

поверхности на 1-2 квалитета, а черновые на 2-3 квалитета. Зная квалитет размера исходной заготовки и требуемой точности поверхности заготовки, можно определить на сколько квалитетов нужно улучшить качество заготовки, чтобы получить готовую деталь. Принимая, что в среднем каждый переход улучшит качество заготовки на 2 квалитета, определяется число переходов: N пер =

К заг − К дет , 2

(14)

где Nпер - примерное число необходимых переходов; Kзаг - квалитет исходной заготовки; Kдет - квалитет размера детали. Например, если заготовка выполнена по 14 квалитету, а деталь по 7, то требуется (14-7)/2 = 3.5 (т.е. 4 перехода) для получения требуемого качества поверхности. На втором этапе определяют методы, позволяющие получить требуемую точность и качество поверхности. Так, например, если необходимо получить поверхность по квалитету Ттр = 5, то по таблицам точности обработки /5/ определяют методы обработки, обеспечивающие Ттр квалитет точности и заданную шероховатость поверхности. Таких методов обычно бывает несколько, поэтому необходимо произвести их сравнение по производительности и себестоимости. Затем на третьем этапе, если для обработки поверхности требуется более одного перехода, определяются методы обработки, предшествующие окончательному, обеспечивающие квалитет точности: Тi = Ттр +2

(15)

Таких методов также может быть несколько. Если Тi < Tз, то третий этап повторяется, если Тi > Tз, то выбор методов обработки завершается. Выбор может быть произведен на качественном (примеры 1,2) и количественном уровне (пример 3). Пример 1 - Рассмотрим выбор методов и количества переходов для обработки ступенчатого отверстия диаметром 35Н6, L=20м заготовки "втулка". Допуск на диаметральный размер для 6 квалитета составляет 16 мкм, а шероховатость не должна превышать R а = 1,25 мкм. Деталь производится крупными сериями. В качестве заготовки выбрана поковка, полученная на ГКМ. Отверстие в заготовке прошивается с допуском 1600 мкм, что соответствует 16 квалитету, и имеет шероховатость Rа =50 мкм. Требуемую точность детали можно достичь следующими методами: - тонким развертыванием; 42

- протягиванием; - шлифованием; - алмазным выглаживанием. Все эти методы позволяют достичь допуск 16 мкм и шероховатость R а = 1,25. Поэтому их необходимо сравнить по производительности и себестоимости. Протягивание - высокопроизводительный метод обработки, требующий использования дорогостоящего специального инструмента. В данном случае протягивание применять нельзя, поскольку отверстие является ступенчатым. Тонкое алмазное растачивание и алмазное выглаживание имеют примерно одинаковую производительность. Эти методы требуют дорогостоящего инструмента и оборудования, необходима точная размерная настройка инструмента для обеспечения диаметрального размера. Если сравнивать шлифование и тонкое развертывание, то с учетом диаметра отверстия (сравнительно малого) можно сказать определенно: в данном случае более целесообразно развертывание. Небольшой диаметр оправки шлифовального круга обусловливает заниженные режимы резания. Кроме того, перед шлифованием необходимо на первых переходах либо растачивать отверстие, либо зенкеровать, т.е. в технологическом процессе увеличивается количество используемых групп станков, что тоже нежелательно. Исходя из вышеуказанного, можно сделать вывод о том, что в данном случае для достижения конечной точности следует использовать тонкое развертывание. Эту обработку можно проводить на станках токарной группы и совмещать с обработкой наружных поверхностей заготовки. Достижение точности 6 квалитета указанным методом будет целесообразно только в том случае, если будут предшествовать предварительные переходы. Перед тонким развертыванием следует провести развертывание предварительное по 8 квалитету. Развертыванию должно предшествовать двухкратное зенкерование - по 10 и 13 квалитетам. Таким образом, принимается следующая последовательность переходов при обработке отверстия: а) зенкерование черновое по 13 квалитету; б) зенкерование чистовое по 10 квалитету; в) развертывание предварительное по 8 квалитету; г) развертывание тонкое по 6 квалитету. Следует отметить, что проведенный в данном разделе выбор методов и количества переходов не является окончательным. Он может подвергаться коррекции на этапе формирования маршрута технологического процесса и на этапе разработки технологических операции. Пример 2 - Определим количество переходов и методы обработки поверхности цилиндра 45к6, длиной 20 мм. Требуемую точность наружной цилиндрической поверхности диаметром 45к6 можно достичь следующими методами: 1) точение тонкое; 43

2) шлифование чистовое; 3) алмазное выглаживание. Все эти методы позволяют достичь 6 квалитет точности допуска на размер и шероховатость поверхности Rа = 0.8 мкм, поэтому сравнивать их необходимо по производительности и себестоимости. Тонкое алмазное точение и алмазное выглаживание имеют примерно одинаковую производительность, однако эти методы требуют дорогостоящего инструмента и оборудования, необходима специальная настройка для обеспечения диаметрального размера. Если сравнить шлифование и тонкое точение, можно сказать определенно, что в данном случае более целесообразно чистовое шлифование. Невозможность ведения точения на проход, малая длина обработки, необходимость увеличения количества используемых групп станков приведет к увеличению себестоимости. Исходя из вышеуказанного можно сделать вывод, что в данном случае для достижения конечной точности на диаметр 45к6 следует использовать чистовое шлифование. Проводя аналогичные рассуждения, для достижения 7 квалитета необходимо предварительное шлифование, для достижения 8 квалитета чистовое, для 10 квалитета получистовое точение, для 12 квалитета- черновое точение. Результаты решения по всем поверхностям сведем в таблицу 8. Таблица 8 - Методы обработки поверхности Метод обработки Квалитет точноДопуск сти мкм Черновое точение Получистовое точение Чистовое точение Предварительное шлифование Чистовое шлифование

Поверхности 45к6 12 0.25 10 0.12 8 7

0.046 0.025

6

0.8

Поверхности 15 h9 12 0.25 9 0.12

Параметр Шероховатости Ra, мкм 25 6.3 3.2 1.6 0.016

Черновое точение 25 Получистовое то6.3 чение Остальные поверхности обрабатываются однократно

44

3.7 Формирование маршрута изготовления детали и выбор состава технологического оборудования

После определения технологических баз, выбора методов и числа переходов обработки каждой поверхности необходимо наметить общую последовательность обработки детали и сформировать технологические операции. При этом определяют поверхности, для которых используются одинаковые методы и виды обработки, технологические базы и оборудование (например, токарная обработка наружной цилиндрической поверхности вала и сверление центрального отверстия вала могут быть проведены на токарном станке). При формировании маршрута обработки необходимо придерживаться следующих рекомендаций: а) на первой (или первых) операциях обычно производится обработка тех поверхностей, которые затем используются в качестве технологических баз для обработки большинства поверхностей заготовки; б) общую последовательность обработки поверхностей заготовки на черновом и чистовом этапах техпроцесса желательно сохранить; в) объединение черновых и чистовых переходов в одну операцию нежелательно; г) в первые операции следует объединять энергоемкие переходы, связанные с удалением наибольшего слоя металла. В целях исключения перераспределения внутренних напряжений целесообразно на этой стадии проводить черновую обработку всех поверхностей заготовки; д) наиболее ответственные переходы, связанные с достижением наибольшей точности, а также обработку легко деформируемых поверхностей необходимо производить в конце технологического процесса; е) для тяжелых крупногабаритных деталей следует стремиться к уменьшению количества операций, т.е. концентрации переходов, поскольку транспортирование, складирование, установка на станках таких деталей затруднена. При разработке маршрута обработки заготовки технологическое оборудование выбирается предварительно. Чаще всего указывается только группа станков (токарный, фрезерный, сверлильный и т.д.) и для сверлильных и фрезерных станков указывается расположение шпинделя. Окончательно модель станка определяется при разработке операций. 3.8 Выбор структуры операций и средств технологического оснащения операций

На этапе разработки операции окончательно определяется последовательность и содержание переходов. Содержание операции зависит от конфигурации заготовки, требований, предъявляемых к детали, методов обработки и выбранных технологических баз, возможности обработки заготовки с разных сторон с одной установки т.д. В содержании операции указывается: метод и вид (черновая, чисто45

вая) обработки, вид обрабатываемой поверхности. Под технологическим оснащением операции понимается станок, применяемый для обработки заготовки, установочное приспособление для установки и закрепления заготовки на станке, оснастка для крепления инструмента. Выбор оборудования и средств технологического оснащения во многом зависит от типа производства. Для крупносерийного и массового производства характерно применение специального и специализированного оборудования и технологической оснастки, а также оборудования с высоким уровнем автоматизации. В условиях серийного производства применяются специализированные и универсальные станки и технологическое оснащение, а также станки с ЧПУ. Мелкосерийное и единичное производство характеризуется применением только универсального оборудования. Разработанный маршрут представляется в виде таблицы (9), в которой указывается: - номер операции; - краткое содержание переходов (в повелительном наклонении); - эскиз заготовки, показанный в том виде, который она принимает после окончания операции. Обрабатываемые поверхности выделяются утолщенными линиями. На эскиз наносится схема базирования и размеры по каждому технологическому переходу; тип станка. Пример оформления режущего инструмента представляется в виде таблицы 10. Пример 1 - Оформление маршрута изготовления детали и технологического оснащения. Для токарной операции с ЧПУ выбираем станок модели 16К30Ф333, со следующими параметрами: Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, мм: над станиной 630 над суппортом 320 Наибольший диаметр прутка, проходящего через отверстие шпинделя, мм 70 –1 Частота вращения шпинделя, мин 6,3-1250 Подача суппорта, мм /мин:

продольная поперечная Мощность электродвигателя привода главного движения, кВт Устройство ЧПУ Число одновременно управляемых координат Дискретность задания размеров (мм) по оси:

46

1-200 1-600 22 НЦ 31 2 Х – 0,01 У – 0,005

Таблица 9 – Маршрут изготовления детали «Вал» № опер 1 005

Наименование и со- Эскиз и схема базирования детали держание операции 2

3

Оборудование 4 Фрезерноцентровальный 2Г942

Фрезерноцентровальная 1.Фрезеровать одновременно

торцы

2.Центровать одновременно

торцы

Токарная с ЧПУ

010

015

1.Точить поверхности ∅28, ∅35, ∅50 по контуру предварительно 2. Точить поверхности ∅28, ∅35, ∅50 по контуру и фаски 3. Проточить канавки b=3 окончательно 4. Точить поверхности ∅28, ∅35, ∅50 по контуру под шлифование Токарная с ЧПУ 1.Точить поверхности ∅28, ∅35, ∅50, ∅125 по контуру предварительно 2. Точить поверхности ∅28, ∅35, ∅50, ∅125 по контуру и фаски 3. Проточить канавки b=3 окончательно 4. Точить поверхности ∅28, ∅35, ∅50 по контуру под шлифование

Токарный 16К20Ф3

Токарный 16К20Ф3

47

Продолжение таблицы 9 1 2

020

025

030

035

48

Горизонтально- фрезерная 1. Фрезеровать 12 зубьев с поворотом заготовки

3

4

Горизонтально-фрезерный станок 6Н81Г

Горизонтально- фрезерная 1. Фрезеровать 2 шпоночных паза

Круглошлифовальная 1. Шлифовать∅35к6 предварительно 2. Шлифовать ∅28n6 предварительно 3 Шлифовать ∅50 окончательно 4. Шлифовать ∅35к6 окончательно 5. Шлифовать ∅28n6 окончательно Круглошлифовальная 1. Шлифовать∅35к6 предварительно 2. Шлифовать ∅28n6 предварительно 3 Шлифовать ∅50 окончательно 4. Шлифовать ∅28n6 окончательно

Круглошлифовальный 3У142

Круглошлифовальный 3У142

Продолжение таблицы 9 1 2 040 Контрольная Контролировать размеры ∅28n6, ∅35к6

3

4

Таблица 10 – Пример оформления режущего инструмента Наименование и Оборудо- Режущий № № инструмент опера- пере- содержание перехода вание хода ции 005

010, 015

1

Фрезеровать торец

2

Центровать 2 отверстия

1

Точить поверхности по контуру Точить канавку Фрезеровать 12 зубьев Фрезеровать 2 шпоночных паза Шлифовать поверхности

020

2 1

025

1

030,035 1,2

2Г942

16К20Ф3 6Р81Г 6Р81Г 3У142

Фреза 2223-0108, ОСТ 2И62-2-75,Т5К10 Сверло центровочное 035-2317-0101, ОСТ2 И205-80, Р6М5К5 Резец 2101-0758, ГОСТ 21151 - 75 Т15К6 Резец К01-4112-000Т15К6 Фреза 2214-0159, ГОСТ 9473 – 80, Т15К6 Фреза 2240-0209 ГОСТ 3755 - 78 Р6М5К5 Круг ПП 300х 63 15 А 50 СМ 10К ГОСТ 2424-83

3.9 Расчет припусков и операционных размеров

Цель выполнения этого этапа курсовой работы по технологии машиностроения - создание технологического процесса, гарантирующего требуемое качество при минимальном расходе материала. Эти цели достигаются за счет определения оптимальных размеров заготовки и операционных размеров. Размерный анализ - совокупность методов увязки размерных параметров заготовки на всех стадиях технологического процесса, основанных на теории размерных цепей. Применение теория технологических размерных цепей – один из главных способов достижения точности детали. В учебной и нормативносправочной литературе этот вопрос изложен достаточно сложно. Его применение на практике всегда затруднительно. В этой связи приводим некоторые рекомендации по использованию технологических размерных цепей для повседневной практической инженерной деятельности. Определение операционных размеров в размерном анализе производится из операционных технологических размерных цепей. Это размерные це49

пи, звеньями которых являются размерные параметры заготовки на разных стадиях ее обработки. Звеньями операционных размерных цепей могут быть размеры исходной заготовки, операционные размеры, припуски, радиусы цилиндрических поверхностей, отклонения расположения. Составляющими звеньями операционных размерных цепей являются размеры, подлежащие обязательному исполнению (указания об этом приводятся в технологической документации). Замыкающими (то есть зависимыми по номинальным значениям и допускам от составляющих) являются размеры и другие размерные параметры, получающееся за счет исполнения составляющих (указание об исполнении их в технологической документации не приводится). 3.2.2 Использование ЭВМ для размерного анализа. Обозначение поверхностей и осей детали и заготовки Ввиду большой трудоемкости размерного анализа он, как правило, выполняется с применением ЭВМ. Для представления размерной информации в виде, удобном для автоматизации размерных расчетов на ЭВМ, поверхности детали нумеруются числами не кратными десяти. Номер оси цилиндрической поверхности получается при увеличении номера этой поверхности в 10 раз. При автоматизированных расчетах номерам и осям присваивают знаки плюс и минус. Знак плюс присваивается внутренним цилиндрическим поверхностям и их осям, а также леворасположенным плоскостям детали. Знак минус - наружным цилиндрам и их осям, а также праворасположенным плоскостям. Пример обозначения поверхностей приведен на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9 - Обозначение поверхностей и осей детали Поверхности заготовки и поверхности, возникающие в ходе технологического процесса, обозначаются двойным числом, первое соответствует номеру той же поверхности у детали, второе - показывает, сколько раз обрабатывалась данная поверхность. При работе на ЭВМ обозначения поверхностей заготовки и технологического процесса производятся программно, а система обозначений используется при расшифровке результатов расчета: 10 - первая поверхность исходной заготовки; 50

201 - ось второй цилиндрической поверхности после ее однократной обработки; 113, 1103 - одиннадцатая поверхность, прошедшая трехкратную обработку и ее ось; Размеры и допуски на них обозначаются номерами поверхностей, связываемых соответствующими размерами: А(10 - 20) - размер, связывающий поверхности 10 и 20; Т(10 - 20) - допуск этого размера; Z(10 - 11) - припуск на обработку десятой поверхности; Е(100 - 200) - отклонение от соосности осей 100 и 200 цилиндрических поверхностей 10 и 20. Выполнение всех размерных расчетов вручную требует огромных затрат времени. Это определяет необходимость применения автоматизированных систем размерного анализа при проектировании технологического процесса. Одной из таких систем является автоматизированная система технологического размерного анализа (АСТРА). При ее применении не требуется: определять точность размерных связей и минимальные припуски на обработку, строить размерные схемы технологического процесса, формировать и рассчитывать размерные цепи. Работа с системой сводится к описанию исходных данных по детали и технологическому процессу. Исходными данными для работы с системой являются: уточненный чертеж детали; эскиз, определяющий конфигурацию исходной заготовки, маршрут обработки. Первым этапом работы является описание детали. Сначала необходимо указать число поверхностей детали и дополнительно указать, сколько их них цилиндрических поверхностей. Теперь все действия будут производиться с использованием системы меток поверхностей, такой же, как и при ручном построении размерных схем. Затем следует произвести идентификацию поверхностей и осей в соответствии с ранее изложенными правилами. После этого задается шероховатость поверхностей и их габариты, что необходимо для автоматизированного определения правильности выбранных технологических переходов и для определения минимальных припусков. Указанием меток поверхностей задаются размеры в соответствии с чертежом детали, а затем значения размеров. Номиналы и предельные отклонения размеров задаются либо в виде числовых значений (через запятую, например: 40, 0.2,-02), либо виде номинала и стандартного поля допуска (32 H7) либо в виде свободного размера (45), предельные отклонения в этих случаях определяются из базы данных системы. Для цилиндрических поверхностей указываются их диаметральные размеры. При правильном указании размеров возможен переход к следующему этапу – описанию исходной заготовки. При описании заготовки сначала указывается вид заготовки, затем уточняется метод ее получения. Также вводятся все данные, необходимые для определения допусков заготовки. Например, для отливок указываются: материал, метод получения отливки, особенности данного метода, наибольший габаритный размер, отношение наибольшего и наименьшего размеров отливки. Затем уточняется наличие поверхностей исходной заготовки, поскольку не все 51

поверхности детали получаются в технологическом процессе изготовления заготовки. После этого задается система размеров заготовки. Следующим этапом является описание технологических переходов при этом последовательно указывается: обрабатываемая поверхность, технологическая база, метод и вид обработки. При описании переходов проверяется правильность выбора переходов. Определение числа и характера размерных связей, назначение операционных допусков и минимальных припусков производится программно. После описания последнего перехода производится автоматизированное определение известных звеньев, замыкающих звеньев, установление возможностей получения требуемой точности размеров, а также формирование и расчет размерных цепей. Кроме значений операционных размеров определяются значения максимальных припусков, необходимые для назначения режимов резания. Полученные результаты могут быть выведены на печать. При работе с автоматизированной системой используется система меню и подменю, что облегчает ее освоение и практическое использование. На всех этапах работы с ней возможно получение подсказок, имеется подсистема диагностики ошибок ввода. При выполнении данного этапа курсовой работы необходимо произвести построение размерных схем проектируемого технологического процесса, что необходимо для облегчения внесения возможных изменений в технологию. Произвести расчет одной из размерных цепей, содержащую только одно неизвестное составляющее звено. При этом для звеньев этой цепи следует определить размерные параметры по справочной литературе. Кроме этого, необходимо привести результаты расчета припусков и операционных размеров, полученные с помощью системы АСТРА (Автор – Абрамов К.Н.). Подробнее применение технологических размерных цепей изложена в п.3.9.3 3.2.3 Применение опытно-статистического метода определения припусков. Студенты по рекомендации руководителя могут воспользоваться упрощенным опытно-статистическим методом расчета припусков. Он заключается в определении операционных размеров и размеров исходной заготовки путем последовательного наслоения номинальных припусков на поверхности детали, определяемым по таблицам. Для целей укрупненных или предварительных расчетов назначаются величины общих припусков на поверхности. Величины общих припусков необходимо распределить между технологическими переходами. Если технологическим процессом предусматривается двухкратная обработка, то на черновую обработку оставляют 60 % общего припуска, а на чистовую - 40 %. При трехкратной обработке поверхности общий припуск распределяется следующим образом: 45 %, 30 % и 25 % на различные стадии обработки. Номинальные промежуточные припуски на обработку плоскостей и припуски на обработку наружных поверхностей вращения точением приведены в приложении Е. Для уточненных расчетов минимальный припуск на обработку поверхности определяется по следующей формуле: 52

Zi = Rzi −1 + H i −1 + ρi −1 ,

ходе; ходе.

(16)

где Rzi-1 - высота микронеровностей поверхности на предыдущем переH i-1 - глубина дефектного слоя на предыдущем переходе; ρ i-1 - пространственные отклонения поверхности на предыдущем пере-

Величины, входящие в формулу (16) должны соответствовать состоянию поверхности до обработки. Значения R zi-1, H i-1, ρ i-1 приведены в /5/. Глубина дефектного слоя не должна учитываться для заготовок из чугуна и литейной бронзы после однократной обработки поверхности, а также для любых металлов после термообработки. Допуски исходных заготовок определяются: для литья по ГОСТ 26645-85 /7/, приложение Д; для поковок стальных штампованных по ГОСТ 7505-89 или по приложению Д; для заготовок из проката /5/. Допуски на межцентровые расстояния и отклонения от соосности для различных видов заготовок приведены в /5/. Допуски операционных размеров, получаемых в ходе технологического процесса определяются по формуле: T = ω + ρи + εб ,

(17)

где ω- средняя точность обработки; ρи - пространственные погрешности измерительной базы; εб - погрешность базирования. Пространственные отклонения учитываются лишь в том случае, если измерительной базой является необработанная поверхность исходной заготовки. Погрешность базирования равна нулю при совпадении технологической и измерительной баз, а также в случае обработки методом пробных рабочих ходов. Предельные отклонения составляющих звеньев, образующихся в технологическом процессе, следует назначать в "тело" заготовки. Для координат отверстий и отклонений от соосности предельные отклонения - симметричны. Значения средней точности обработки приведены в /5/. Величины пространственных погрешностей поверхностей исходных заготовок указаны в /5/. Пространственные погрешности, полученные в результате механической обработки приведены в /5/. Погрешность базирования определяется, исходя из принятой схемы установки заготовки. Ее значения указаны в /5/. Точность размеров, координирующих оси цилиндрических поверхно53

стей (точность межцентровых расстояний и отклонения от соосности), получаемых в процессе механической обработки приведены в /5/. Операционные размеры определяются с учетом формул: При обработке наружной цилиндрической поверхности и отверстия снимается двусторонний припуск: 2 Zi = D i-1 – D i ,

(18)

где D i-1 – диаметр до обработки; D i - диаметр после обработки. Для отверстий также определяется двусторонний припуск: 2 Zi = D i – D i-1,

(19)

Размер исходной заготовки на предшествующем переходе при обработке наружного цилиндра: D i-1 = D i + 2 Zi

(20)

Размер исходной заготовки на предшествующем переходе при обработке отверстия: D i-1 = D i + 2 Zi

(21)

Также определяются величины максимальных припусков, необходимых для расчетов режимов резания. Максимальные припуски включают величины операционных допусков и равны разности предельных размеров до и после обработки. При обработке наружного цилиндра максимальный припуск равен: Zmax = (D i-1max –D imin)/2

(22)

При обработке отверстия: Zmax = (D i max –D i-1min)/2

(23)

Величины номинальных припусков на обработку определяются либо как общие для конкретной поверхности, либо как промежуточные для каждого технологического перехода. Значения общих и промежуточных припусков приведены в следующей нормативно-справочной литературе (таблица 11).

54

Таблица 11 – Сведения об общих и промежуточных припусках Вид обрабатываемой поверхности

Литературный источник (таблица, с.)

Общие припуски Общие припуски на обработку отли- ГОСТ 26645-85. Отливки из металлов вок и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку Общие припуски на обработку штам- ГОСТ 7505-89. Поковки стальные пованных заготовок штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски Общие припуски на обработку покоГОСТ 7829-70 вок, получаемых свободной ковкой на молотах Общие припуски на обработку поко- ГОСТ 7062-90 вок, получаемых свободной ковкой на прессах Общие припуски на обработку кругло- /7, таблица 4, с.584/ го проката Промежуточные припуски Обработка отверстий 7, 8 квалитета точности Обработка отверстий 9-11 квалитета точностей Обработка отверстий протягиванием Обработка наружных поверхностей вращения шлифованием Обработка отверстий шлифованием Обработка отверстий тонким растачиванием Обработка отверстий хонингованием Чистовая обработка шлицев Чистовая обработка зубьев

/7, таблица 5, с.585; таблица 6, с. 586/ /7, таблица 7, с.587; таблица 8, с. 588/ /7, таблица 9, с. 590/ /7, таблица 19, с.603; таблица 20, с.604/ /7, таблица 21, с.604/ /7, таблица 22, с.604/ /7, таблица 23-24, с.604/ /7, таблица 25, с.607/ /7, таблица 26, с.607/

55

Пример - Оформление результатов опытно-статического метода определения припусков. Расчеты сводятся в таблицы 12, 13:

Таблица 12 – Припуски и операционные размеры детали Метод ботки

обра- 2Zi, мкм Припуск

2Zimax Предельный D ном, Тi, размер поверхмм до- мм номинальный пуск припуск ности заготовки размер, мм D imin D i max мм мм

Поверхность ∅35к6 (+0,01+0,026) Заготовка 150+250++1820 36.5 +0.5 =2220 -1.1 Черновое точе- 50+50+109=209 36 0.25 5 ние Получистовое 30+30+73=133 35.572 0.12 0.68 точение Чистовое точе- 15+25+43=83 35.31 0.046 0.272 ние 35.14 0.025 0.216 Предваритель- 10+20+36=66 ное шлифование Чистовое шли- 5+15=20 35.01 0.016 0.155 фование Поверхность ∅28n6 (+0,01+0,026) Заготовка 150+250++1820 29.5 +0.5 =2220 -1.1 Черновое точе- 50+50+109=209 29 0.25 5 ние Получистовое 30+30+73=133 28.572 0.12 0.68 точение Чист.е точение 15+25+43=83 28.31 0.046 0.272 Шлифование 10+20+36=66 28.14 0.025 0.216 Чистовое шли- 5+15=20 28.01 0.016 0.155 фование

56

39

41

36

36.25

35.57 35.582 35.31 35.356 35.14 35.165 35.01 35.026 29.

31

29

29.25

28.57 28.582 28.31 28.356 28.14 28.165 28.01 28.026

Таблица 13 - Межоперационные размеры и припуски Размер Переход обработ- мм ки 1. 2. Поверхность ∅125 h 9 Заготовка 130.0 Черновое точение 125.5 Получист. точение 125 Поверхность ∅50 h7 Заготовка 53 Черновое точение Получист. точение Чистовое точение Предварительное шлифование

51 50.41 50.15 50

Квалитет точности

Допуск мм

3.

4.

15 12 9 15 12 9 8 7

+0.5 –1.1 -0.25 -0.12 +0.5 –1.1 -0.25 -0.12 -0.046 -0.025

Припуск 2z мм 5.

Параметр шероховатости мкм 6.

-

-

4.5 0.47

25 6.3

-

-

1.7 0.47 0.26 0.15

25 6.3 3.2 1.6

3.2.4 Технологические операционные размерные цепи Возникновение простейшей операционной цепи рассмотрим на примере обработки плоскости (рисунок 3.10).

Рисунок 3.10 - Схема обработки плоскости Производится черновое фрезерование верхней плоскости корпусной детали - 20, установочная технологическая база - нижняя плоскость 10. В результате обработки снимается припуск Z (21-20) и образуется поверхность 21. Размер заготовки до обработки – А (10-20), после обработки А (10-21) и припуск образуют технологическую размерную цепь (рисунок 3.11).

57

Рисунок 3.11 – Технологическая размерная цепь Размеры А (10-20), А (10-21) являются размерами, подлежащими обязательному исполнению, то есть составляющими звеньями операционной размерной цепи. Замыкающим звеном этой цепи является припуск Z (21-20), так как его величина зависит от величин составляющих звеньев. При проектировании нового технологического процесса возникает необходимость решения проектной задачи расчета размерной цепи. При этом из размерной цепи определяется неизвестное составляющее звено, исходя из известных значений прочих составляющих звеньев и исходного значения замыкающего звена. В рассмотренном примере известным составляющим является звено (10-21), размер, полученный в результате обработки и соответствующий размеру детали. Его точность соответствует принятому методу обработки. Неизвестным по номиналу составляющим звеном - размер заготовки, А (10 -20), допуск данного размера обеспечивается при получении заготовки. Величина припуска Z (21-20) - замыкающее звено, заданное своим минимальным значением, зависящим от состояния поверхности заготовки. В данном случае необходимо определить размер заготовки А (10-20), исходя из достаточности припуска на обработку. Иногда в качестве замыкающего звена выступает конструкторский размер детали, точность которого обеспечивается за счет исполнения других размеров. При обработке торца вала 21 (рисунок3.9) в качестве опорной технологической базы используется левый торец 10, при этом обеспечивается с известной точностью размер А (10-21), размер А (10-30) получен на предыдущей операции или на стадии получения исходной заготовки. Размер A (2130), соответствующий одному из размеров детали, непосредственно в ходе технологического процесса не обеспечивается, он получается за счет размеров А (10-21) и А (10-30), то есть является замыкающим, размерная цепь для этого случая показана на рисунке 3.10. Решение проектной задачи расчета для данной технологической операционной размерной цепи сводится к определению неизвестного операционного размер А (10-21), исходя из условия получения требуемой точности замыкающего звена А (21-30). Возможны и другие варианты решения проектной задачи расчета.

58

Рисунок 3.12 - Обработка вала

Рисунок 3.13 - Технологическая размерная цепь Подготовка технологического процесса и чертежа детали к размерному анализу. Как правило, рабочие чертежи содержат не все размеры, необходимые для размерного анализа. Часть размеров, такие как отклонения от соосности и симметричности, указаны в неявном виде. При проведении размерного анализа необходимо считать, что каждая цилиндрическая поверхность имеет свою ось, а каждая пара симметричных поверхностей имеет свою плоскость симметрии и дополнить чертеж "подразумеваемыми" размерами. Например для вала, имеющего шесть ступеней, на конструкторском чертеже обычно указываются 3 диаметральных размера и иногда некоторые отклонения от соосности (радиальные биения), влияющие на исполнение деталью ее служебного назначения. При проведении размерного анализа для этой детали необходимо дополнить чертеж двумя отклонениями от соосности (рисунок 3.12). Число размеров должно быть на единицу меньше общего числа поверхностей и осей по данной координате.

59

Рисунок 3.14 - Простановка диаметральных размеров на чертеже вала При подготовке технологического процесса к размерному анализу необходимо конкретизировать каждый технологический переход и подробно указать все размерные связи. В качестве операционных размеров необходимо проставлять размеры, величины и погрешность исполнения которых зависит только от выполняемого перехода. При обработке плоской поверхности необходимо указать величину припуска и один размер (либо до технологической базы, либо до ранее полученной в этом же установе поверхности или оси). При обработке цилиндрической поверхности, обычно, указывается три размерные связи; припуск, положение новой оси (координата или отклонение от соосности) и радиус обработанной поверхности. При обработке путем снятия напуска происходит образование новой поверхности, не имевшийся до обработки, величина припуска в этом случае не указывается. При выполнении размерных расчетов следует определить значения параметров размерных связей. Для операционных размеров необходимо определить допускаемые отклонения, зависящие либо от точности исходной заготовки, либо от точности используемого метода обработки. Допуски исходных заготовок определяются: для литья по ГОСТ 26645-85 /7/, приложение Д; для поковок стальных штампованных по ГОСТ 7505-89 или по приложению Д; для заготовок из проката /5/. Допуски на межцентровые расстояния и отклонения от соосности для различных видов заготовок приведены в /5/. Допуски операционных размеров, получаемых в ходе технологического процесса определяются по формуле: T = ω + ρи + εб , где ω- средняя точность обработки; ρи - пространственные погрешности измерительной базы; 60

(24)

εб - погрешность базирования.

Пространственные отклонения учитываются лишь в том случае, если измерительной базой является необработанная поверхность исходной заготовки. Погрешность базирования равна нулю при совпадении технологической и измерительной баз, а также в случае обработки методом пробных рабочих ходов. Предельные отклонения составляющих звеньев, образующихся в технологическом процессе, следует назначать в "тело" заготовки. Для координат отверстий и отклонений от соосности предельные отклонения - симметричны. Значения средней точности обработки приведены в /5/. Величины пространственных погрешностей поверхностей исходных заготовок указаны в /5/. Пространственные погрешности, полученные в результате механической обработки приведены в /5/. Погрешность базирования определяется, исходя из принятой схемы установки заготовки. Ее значения указаны в /5/. Точность размеров, координирующих оси цилиндрических поверхностей (точность межцентровых расстояний и отклонения от соосности), получаемых в процессе механической обработки приведены в /5/. Минимальный припуск на обработку поверхности определяется по следующей формуле: Z i = Rzi −1 + H i −1 + ρ i −1 ,

(25)

где Rzi-1 - высота микронеровностей поверхности; H i-1 - глубина дефектного слоя; ρ i-1 - пространственные отклонения поверхности. Величины, входящие в формулу (25) должны соответствовать состоянию поверхности до обработки. Значения R zi-1, H i-1, ρ i-1 приведены в /5/. Глубина дефектного слоя не должна учитываться для заготовок из чугуна и литейной бронзы после однократной обработки поверхности, а также для любых металлов после термообработки. Для определения неизвестных операционных размеров необходимо выявить размерные цепи и произвести их расчет. Формирование размерных цепей проще всего выполнить по размерной схеме технологического процесса. Размерная схема (рисунок 3.15) технологический документ, наглядно отображающий ход протекания технологического процесса (изменения размерных параметров заготовки от перехода к переходу). Размерные схемы позволяют вскрыть размерные связи в проектируемом технологическом процессе. На размерных схемах используются следующие условные обозначения: - составляющие звенья с неизвестным номиналом; - составляющие звенья с известным номиналом;

61

- замыкающие звенья;

Рисунок 3.15 - Построение размерных схем технологического процесса - факт исчезновения поверхности 10 в результате обработки и появление новой 11 поверхности, расположенной правее 10, припуск Z (10-11) замыкающее звено; - то же, но припуск Z(10-11) – известное составляющее звено; - факт появления новой оси 101 цилиндрической поверхности взамен старой 100. Относительное положение осей безразлично; - то же, но новое и старое положение оси связаны замыкающим звеном - смещением осей; - то же, но новое и старое положение оси связано составляющим звеном с известным номиналом. Такое возможно, если ось обрабатываемой цилиндрической поверхности является технологической базой, либо, если производится обработка плавающим инструментом. Размерные схемы строятся для каждой из координатных осей деталей, чтобы получить размерные цепи с параллельными звеньями; при построении размерных схем учитываются лишь те переходы, которые участвуют в формировании размеров по данной координате. Для технологических процессов изготовления деталей типа тел вращения строятся две размерных схемы: схема диаметральных размеров и отклонений от соосности и схема продольных размеров. Для корпусных деталей производится построение трех размерных схем для каждой из координатных осей. Построение схемы производится на вертикалях, соответствующих поверхностям и осям детали. Обозначение вертикалей (поверхностей) должно соответствовать п. 4.9.1 Сначала точками указываются поверхности и оси, имеющиеся на исходной заготовке. Затем указываются размеры заготовки, их число должно быть на единицу меньше числа по62

верхностей и осей. При этом положение всех поверхностей заготовки должно быть однозначно определено. Затем между вертикалями в виде условных обозначений указываются размерные параметры, получающиеся в технологических переходах. После простановки размеров для последнего перехода оставляется место для возможных замыкающих звеньев размеров, а затем на тех же вертикалях наносятся размеры детали. Перед выявлением замыкающих звеньев размеров необходимо определить известные составляющие звенья. К известным по номиналу размерам относятся: расстояния между осями; расстояния между осями и плоскостями, прошедшими окончательную обработку и расстояния между окончательно обработанными плоскостями. Дополнительным условием для отнесения составляющих звеньев к числу известных является наличие соответствующих размеров на чертеже детали и возможность определения номиналов этих звеньев без пересчета размеров из чертежа детали. Выявление замыкающих звеньев размеров производится путем сопоставления размеров детали с известными составляющими звеньями. Если какой-либо размер детали не обеспечивается в технологическом процессе как известное составляющее звено, то в размерную схему добавляется соответствующее замыкающее звено размер. При правильном построении размерной схемы число замыкающих звеньев равно числу неизвестных составляющих. Пример 1 - Рассмотрим построение размерной схемы для технологического процесса изготовления корпусной детали по одной из координатных осей, рисунок 3.17. Обозначение поверхностей и осей детали произведено в соответствии с правилами, изложенными выше. Технологический процесс изготовления данной детали с исходными данными приведен в таблице 12. Исходная заготовка - отливка 8-го класса размерной точности по ГОСТ 26645-85, материал - чугун СЧ21. Для ручного счета диаметральные размеры и их допуски уменьшены вдвое. Чертеж детали содержит информацию в неявном виде: предполагается, что отверстия номинально соосны. Систему размеров детали необходимо дополнить отклонением от соосности осей 20 и 30 по ГОСТ 25069-81 "Неуказанные допуски формы и расположения поверхностей" он равен 0,15 мм. Построение размерной схемы начинается с вычерчивания эскиза заготовки и нумерации ее поверхностей. Затем от горизонтальной линии под эскизом наносится 6 вертикалей по числу поверхностей и осей детали. Заготовка имеет 2 поверхности (10, 40) их необходимо отметить точками. Для однозначного определения размеров заготовки необходимо и достаточно задать один ее размер: А(10-40). В общем случае число размеров должно быть на единицу меньше числа поверхностей и осей цилиндрических поверхностей заготовки. Неуказанные предельные отклонения: H14, h14, Js14.

63

Рисунок 3. 17 – Построение размерной схемы Таблица 12 - Маршрут обработки детали Наименование Операционный эс- Параметры размерных связей переходов киз Исходная заготовка Т(10-40)=+0,7,-0,7 Фрезеровать плоскость 11 Фрезеровать плоскость 41 Сверлить отверстие 21

Т(11-40)=-0,49 Z(10-11)=0,65 Т(11-41)=-0,3 Z(10-11)=0,65 Т(11-41)=-0,3 Z(10-11)=0,65

Расточить отверстие 31

Т(11-41)=-0,3 Z(10-11)=0,65

Зенкеровать отверстие 22

Т(11-41)=-0,3 Z(10-11)=0,65

Развернуть отверстие 23 предварительно

Т(11-41)=-0,3 Z(10-11)=0,65

Развернуть отверстие 24 окончательно

Т(11-41)=-0,3 Z(10-11)=0,65

Следующим этапом построения размерной схемы является включение в размерную схему связей технологического процесса. Сначала производится обработка плоскости заготовки 10, при снятии припуска образуется поверхность 11. Припуск Z (10-11) - замыкающее звено, размер A (11-40) - составляющее звено. Припуск и размер наносятся на размерную схему с использованием условных обозначений. Аналогично протекает обработка плоскости 41, на размерную схему наносится припуск Z (41-40) и размер А (11-41). При 64

сверлении отверстия в третьем технологическом переходе образуется поверхность 21 и ее ось 201. Поскольку данной поверхности на заготовке не было, припуск на нее не устанавливается и на размерной схеме показываются лишь два размера - координата отверстия А (11-201) и его радиус А (201-21). При растачивании также образуется новая, отсутствовавшая на заготовке, поверхность. Размерная схема (рисунок 3.18) дополняется двумя связями - координатой A (11-301) и радиусом отверстия A (301-31). В процессе зенкерования происходит образование новой поверхности и ее оси 22, 202. На размерную схему наносятся припуск Z (21-22) и размеры А (11-202), А (202-22). На этапах нормального и точного развертывания отверстия также как и при зенкеровании образуются 3 размерные связи: припуски Z (22-23), Z (23-24); координаты A (11-203), A(11-204); радиусы отверстия A (203-23), A (204-24). После описания последнего перехода необходимо оставить место для возможных замыкающих звеньев размеров и на тех же вертикалях нанести размеры детали с чертежа. Далее необходимо выявить известные звенья, известные по номиналу. К числу известных составляющих звеньев относятся: A (11-41), A (301-31), A (204-24) и A (11-204) как размеры, связывающие окончательно полученные поверхности и имеющиеся на чертеже детали. Известными являются также координаты положения осей отверстий: A (11-201), A (11-301), A (11-202) и A (11-203) как размеры, связывающие окончательно полученную поверхность 11 и оси, к тому же они имеются на чертеже детали (размер A(11-301) хотя и отсутствует на детали, но может быть определен без пересчета размеров.

Рисунок 3.18 - Размерная схема технологического процесса

65

Из сопоставления конструкторских размеров детали с известными составляющими звеньями следует, что все размеры получены непосредственно в ходе технологического процесса и необходимость дополнения размерной схемы замыкающими звеньями размерами отсутствует. Число замыкающих звеньев и число неизвестных составляющих одинаково, что свидетельствует о правильности построения размерной схемы. Построение размерных схем для технологических процессов изготовления деталей типа тел вращения производится аналогично. При построении размерных схем диаметральных размеров и отклонений от соосности следует учитывать, что все поверхности являются соосными и к известным составляющим будут относиться все отклонения от соосности, а также радиусы после окончательной обработки. Формирование размерных цепей производится путем нахождения размерных контуров для каждого из замыкающих звеньев по размерной схеме. Ряд формальных правил позволяет легко решить эту задачу: обход контуров следует начинать с замыкающего звена, не допускается включение в состав размерной цепи нескольких замыкающих звеньев, при формировании размерных контуров не следует пересекать разрывы осей и поверхностей. В качестве примера на рисунке 3.19 показан размерный контур для замыкающего звена Z(23-24).

Рисунок 3.16 - Размерная цепь для замыкающего звена Z(23-24) Расчет технологических операционных размерных цепей Расчет следует начинать с размерной цепи, содержащей только одно составляющее звено с неизвестным номиналом, например, для построенной размерной схемы размерная цепь для замыкающего звена Z(41-40). Определив его и считая его известным в других операционных размерных цепях, последовательно рассчитывают другие размерные цепи. Расчеты производятся, используя средние значения звеньев, в следующей последовательности. Колебание замыкающего звена размерной цепи определяется по следующим формулам: m −i

ω ⋅ А∆ = ∑ ω ⋅ Аi , i

66

(26)

где ωAi - погрешности (допуски) составляющих звеньев; m - число составляющих звеньев в размерной цепи. ω ⋅ А∆ = t

m −i

∑ω ⋅ A

2 i

⋅ λi2 ,

(27)

i

где t - коэффициент риска, определяющий вероятность выхода значений замыкающего звена за пределы поля рассеяния; λ - относительное среднеквадратическое отклонение, зависящее от вида закона распределения составляющего звена. Формула (26) используется при расчете размерной цепи методом max min, формула (27) при расчете вероятностным методом. Переход к формуле (26) производится при числе составляющих звеньев, большем четырех, пяти. Некоторые значения t в зависимости от вероятности выхода значений замыкающего звена за пределы, установленные формулой (27), Р приведены в таблице 13. Таблица 13 – Коэффициент риска Р ,% T

32

10

4,5

1

0,27

0,1

0,01

1

1,65

2

2,57

3

3,29

3,89

Значения относительного среднеквадратического отклонения, λ2 , в зависимости от закона распределения значений составляющего звена следующие: нормальный закон распределения (распределение Гаусса) - 1/9; закон распределения Симпсона - 1/6; закон равной вероятности - 1/3. Среднее значение замыкающего звена: для звеньев припусков: A∆m=A∆min+ωA∆/2,

(28)

для звеньев размеров: A∆m=(A∆min+A∆max)/2, где A∆max - максимальное значение замыкающего звена; A∆min - минимальное значение замыкающего звена.

(29)

Среднее значение составляющего звена с неизвестным номиналом: m-2

Axm=(A∆m-∑Aim*ξi)/ξx,

(30) 67

где Aim - среднее значение i-того известного составляющего звена; ξi, ξx - коэффициенты передачи i-того известного и неизвестного составляющих звеньев. Номинальное значение составляющего звена с неизвестным номиналом: Ax=Axm-ECAx,

(31)

где ECAx - координата середины поля допуска определяемого звена. Округление расчетных номиналов следует производить таким образом, чтобы оно вызвало минимальное изменение замыкающего звена размера или увеличение звена припуска. Если проектируемый технологический процесс не обеспечивает непосредственное получение всех размеров детали, то перед расчетом размерных цепей следует установить возможность получения замыкающих звеньев размеров в пределах заданного допуска. Если окажется, что фактический допуск замыкающего звена размера, определенный через составляющие звенья, меньше заданного чертежом детали допуска, то в проектируемый технологический процесс необходимо внести изменения с целью его улучшения: уменьшить допуски составляющих звеньев, расширить допуск замыкающего звена, изменить последовательность обработки, изменить схему простановки размеров, сменить технологические базы. В качестве примера рассмотрим расчет операционной размерной цепи (рисунок 3.19). В состав этой цепи входят: замыкающее звено припуск Z(23-24) с минимальным значением 0.025; известные составляющие звенья A(11-203), равное - 0±0,08, A(11-204) - 0±0,04 и A(204-24) – 16+0,0125; неизвестное составляющее А(203-23) с допуском - 0.02, все данные см. в таблице 14. Среднее значение замыкающего звена припуска: m -1

ωA ∆ = Σ ωAi = 0,16 + 0,08 + 0,0125 + 0,02 = 0,2725, мм. i

Среднее значение замыкающего звена: A∆m = A∆min + ωA∆/2 = 0,025 + 0,2725/2 = 0,1612, мм. Среднее значение составляющего звена с неизвестным номиналом: m-2

Axm=(A∆m-∑Aim*ξi)/ξx=[0,173-(0+0 + 16,0062 77 0(+1)]/(-1)=15,8332,мм. i

Номинальное значение составляющего звена с неизвестным номиналом: Ax = Axm - ECAx = 15,8332 – 0,01 = 15,8232, мм. 68

После округления до знака отклонений в меньшую сторону получаем: Ax = 15,82 мм. Для получения диаметрального размера необходимо увеличить полученное значение радиуса A(203-23) вдвое. Аналогично производится формирование и расчет остальных размерных цепей. Порядок расчета устанавливается так, чтобы в рассчитываемую размерную цепь входило лишь одно неизвестное составляющее звено. Изложенный алгоритм реализован в программе «Астра», может быть использован в курсовом, дипломном проектировании. Применение подобных расчетов позволяет снизить расход металла путем оптимизации величины припуска. 3.10 Назначение режимов обработки

При расчете режимов резания их либо назначают по таблицам нормативов режимов резания /7, 9/, либо используют аналитический метод расчета /5,6/. Возможно также использование программ для ЭВМ, ориентированных на определение режимов резания, например, программа "РЕЖИМ". Общая последовательность назначения режимов: - определяют глубину резания t, равную максимальному припуску Zmax на данном переходе. При этом необходимо учитывать, что при работе на станках средней мощности максимальная глубина резания не должна превышать при точении - 8 - 10 мм, при фрезеровании цилиндрическими фрезами 10 - 12 мм, при фрезеровании торцевыми фрезами - 12 - 15 мм; - определяют подачу S мм/об, которую корректируют по паспортным данным станка, выбирая ближайшее меньшее число Sст; - определяют скорости резания V, м/с, (м/мин) и частоту вращения n мин1, связанные соотношениями: V = π * D * n * 60 м/с,

V = π *D * n м/мин;

(32)

где D - диаметр обработки, м. Частоту вращения корректируют по паспортным данным станка, выбирая ближайшее меньшее число nст. - для черновых переходов определяют мощность резания Nрез и сопоставляют с мощностью привода главного движения станка Nст. При этом должно выполняться соотношение: Nрез < η Nст,

(33)

69

где η - коэффициент полезного действия привода главного движения (0,9 - 0,8). При невыполнении условия (33) необходимо снизить режимы резания или использовать другой станок, более высокой мощности. В справочной литературе часто приводятся в паспортных данных станка только nmin и nmax и число ступеней К. Чтобы определить nст (частоту вращения главного привода станка на данном переходе) необходимо принять ее по нормали станкостроения H11-1. Для чего определяют знаменатель геометрической прогрессии ряда частот вращения:

ϕ = к −1

n max , nmin

(34)

где φ - знаменатель геометрической прогрессии; nmin и nmax - наибольшая и наименьшая частоты вращения привода главного движения; к - число ступеней частот вращения привода главного движения. В таблице 15 приведены стандартные частоты вращения для некоторых значений знаменателя геометрической прогрессии ряда частот вращения (таблица сокращена, неуказанные в таблице значения получают умножением или делением на 10, 100, 1000). При бесступенчатом регулировании привода главного движения станка частота вращения не корректируется. Особенности назначения режимов резания для различных видов механообработки указаны в справочной литературе /6, 7, 8, 16/. Нормативные данные и примеры расчетов режимов резания: - для токарных, карусельных, токарно-револьверных, сверлильных, строгальных, долбежных и фрезерных станков приводятся в /8/; - для шлифовальных станков - /7/, - при использовании инструментов из сверхтвердых материалов и минералокерамики - /7/, - для станков с ЧПУ /7, 16/. Аналитические методы расчета режимов резания /6/. Паспортные данные станков приведены в /6/.

70

Таблица 14 - Стандартные частоты вращений для различных знаменателей геометрической прогрессии

φ – знаменатель геометрической прогрессии 1,12 10 11,5 12,5 14 16 18 20 22,4 25 31,5 35,5 40 45 50 56 63 71 1,12 80 90

1,25 10

1,41

1,58 10

1,76 10

2

11,5 12,5 16

16

16

16

20 25 31,5 40

22,4 25 31,5

31,5

40

50

56

63

63

63

1,25 80 90

1,41

1,58

63 1,76

2

Пример 1- Определение режимов резания для операции 010 Токарная с ЧПУ: Точить поверхность ∅50 h9 1) определяем глубину резания: t =1.7- мм (из расчета размерных цепей); 2) П о картам и таблицам /8/ определяем: табличная подача S oT =0,52 мм/об . Окончательно подачу определяем: S o = S oT K Sи K S P K S Д K S h K S п K Sϕ K S J K S M ,

где поправочные коэффициенты на подачу: K Sи =1- коэффициент, учитывающий материал инструмента, К S Д =0,9 - коэффициент, учитывающий сечение державки резца, K S h =1- коэффициент, учитывающий прочность режущей части, K Sп

=0,85 -коэффициент, учитывающий способ крепления пластины,

K SJ

=1- коэффициент, учитывающий жесткость станка, 1

K SM

=1 - коэффициент, учитывающий механические свойства обрабатываемого материала, 71

K SP

=1 - коэффициент, учитывающий способ крепления пластины,

K Sϕ

=1 - коэффициент, учитывающий геометрические параметры резца,

K SY

=1 - коэффициент, учитывающий установку заготовки, S o = 0 ,52 ∗ 1 ∗ 1 ∗ 0 ,9 ∗ 1 ∗ 0 ,85 ∗ 1 ∗ 1 ∗ 1 = 0 ,4 мм/об.

3) табличная скорость VT =161м/мин /8/, V = VT K V ; где Кv- общий поправочный коэффициент K V = K Vи K VC K VO K VJ K VM K Vϕ K VT K V Ж ,

где K Vи =1 – коэффициент, учитывающий материал инструмента, K VC =1,5– коэффициент, учитывающий группу обрабатываемого мате-

риала, K VO =1– коэффициент, учитывающий вид обработки, K Vϕ =1,15– коэффициент, учитывающий геометрические параметры резца, K V Ж =1– коэффициент, учитывающий наличие охлаждения, K Vj =1– коэффициент, учитывающий жесткость станка, K VM =1 – коэффициент, учитывающий механические свойства обрабатываемого материала, K VT =1 – коэффициент, учитывающий период стойкости инструмента, K V =1∗1,5∗1∗1∗1∗1,15∗1∗1=1,73 V =161∗1,73=279м/мин. 4) табличная мощность N T =6,1 кВт; Табличную мощность корректируем по формуле:

VФ VT Определяем поправочный коэффициент на мощность в зависимости от твердости обрабатываемого материала: K N =1 137 ,4 N = 6,1∗1 =5,2 кВт 161 N = NT K N

72

4) частота вращения: n=

1000V πD

1000 ∗ 279 = 1578 об/мин 3,14 ∗ 53 Принимаем частоту вращения, имеющуюся на станке, nФ = 1250 мин-1 Тогда фактическую скорость резания определяют по формуле: n=

VФ =

πDnФ 1000

3,14 ∗ 53 ∗ 1250 VФ = = 137,4 м/с 1000

Аналогично определяем режимы резания на остальные переходы остальных операций. Расчет режимов резания может быть уточнен по аналитическим зависимостям, приведенным в /6/. Пример - Определение скорости резания V,м/с, при точении ведется по эмпирической формуле /6/ Cv V = ----------------Kv Тm t x Sy

(35)

где Т- стойкость, мин, S – подача, мм/об., T – глубина резания; Cv – коэффициент, X, Y, m – показатели степени, Kv – коэффициент, учитывающий состояние материала заготовки, состояние поверхности, материал инструмента На основании этих эмпирических формул разработаны алгоритмы определения оптимальных режимов резания. 3.11 Нормирование технологического процесса

На данном этапе разработки технологического процесса необходимо определить затраты времени на изготовление детали. 73

Технические нормы времени в условиях массового производства для каждой технологической операции устанавливаются по формуле: Тшт = То + Тв + Тобсл + Тотд,

(36)

где Тшт - штучное время; То - основное время; Тв - вспомогательное время; Тобсл - время на обслуживание рабочего места; Т отд - время на отдых и личные надобности. Основное (технологическое) время То затрачивается на непосредственное изменение формы, размеров и качества обрабатываемой заготовки. Расчет основного времени производится на основании кинематики данного метода обработки и выбранных режимов резания по формулам /9/. Вспомогательное время Тв расходуется рабочим на действия, обеспечивающие выполнение вспомогательных работ, непосредственно несвязанных с обработкой, но необходимых для нормального протекания технологической операции. Тв = Туст +Тпер + Тнк,

(37)

где Туст - время на установку и снятие заготовки (если оно не перекрывается основным временем при многопозиционной обработке); Тпер - время, связанное с переходом, включающее в себя время на выполнение комплекса действий по управлению станком, которые обязательно проводятся рабочим (например - включение станка, установка режимов резания, измерение заготовки и т.д.); Тнк - время не вошедшее в комплекс приемов, связанных с переходом. Это действия, которые могут проводится, а могут и не проводится, т.е. они не всегда присутствуют при управлении станком ( например – смена инструмента, изменение режимов резания, поворот стола и т.д.); Тв определяется по приложению Ж. Время на установку и снятие детали определяется не для каждого перехода, а на всю операцию один раз. Время, связанное с переходом, определяется для каждого перехода. Время на обслуживание рабочего места и на отдых и личные надобности определяются в процентах от оперативного времени. Оперативным временем называется сумма основного и вспомогательного времени. Обычно время на отдых и личные надобности принимают 4% от оперативного времени. Время на обслуживание рабочего места в процентах от оперативного и приводится по таблицам. При серийном производстве дополнительно рассчитывается подготови74

тельно-заключительное время и определяется штучно-калькуляционное время:

Т шт = Т шт +

Т пз n ,

(38)

где Тшк - штучно-калькуляционное время; Тпз - подготовительно-заключительное время, n- количество деталей в партии. Минимальный размер партии:

n сут. =

∑N

год.

252

Дз, шт.

(39)

где ∑Nгод. – суммарный объем выпуска всей номенклатуры деталей в год, шт. Дз – число дней, на которые необходимо иметь деталей для бесперебойной работы сборочного цеха, номинальный фонд времени –252 дня в году. Пример - Годовая программа выпуска 4 000 шт., определить минимальную партию деталей, при Дз=1, n сут. =

4000 = 15.87 ,шт. 252

т.к партия должна быть кратной годовой программе, то принимаем суточную потребность nсут.=20шт. (по 4 детали каждого наименования). Запуск производим 1 раз в 5 дней. Подготовительно-заключительное время на партию деталей определяется по таблицам /10/. После определения содержания операций, выбора оборудования, инструментов и расчета режимов резания нормы времени определяются в определенной последовательности /14/. Нормирование при курсовом проектировании рекомендуется выполнять в такой последовательности: - основное (технологическое) время вычисляется по каждой операции; - определение остальных элементов производится по справочнику /10/ и сводятся в таблицу 15. 75

Таблица 15 - Сводная таблица норм времени Вспомогательное время НаименоваОсНомер ние и новопера- содерное ции жание время перехо-дов

На установ, снятие

Связ. с переходом

Не вошедшее в комплекс

Дополнительное время На На об- отдых Штучслуи личное живаные время ние надоб рабочего ности места

Некоторые элементы вспомогательного времени приведены в приложении Ж. Пример - Производим нормирование технологического процесса токарной обработки детали 226.00.19225.0082 – корпус втулки нижний. Технические нормы времени Тш,мин, в условиях серийного производства для каждой технологической операции устанавливаются по формуле (40), которую возможно преобразовать к виду: a тех + а орг + а отл  T Ш = (To + T B ) × 1 + 100 

 ,  

(40)

где То - основное время автоматической работы станка по программе; Тв – вспомогательное время; Тв = атех + аорг + аотл - время на организационное и техническое обслуживание рабочего места, отдых и личные потребности в % от оперативного времени. Основное время То, мин, автоматической работы станка по программе: To =

где L р .х . SM

L р .х .

, SM - длина рабочего хода;

(41)

- минутная подача, S M =500 (из режимов резания).

Длина рабочего хода: L р .х . = l 0 + l1 + l 2 + l 3 ,

76

(42)

где lo = 210 - длина обрабатываемой поверхности; l1 = 5 - длина подвода инструмента; l 2 + l 3 = 2 - длина врезания и перебега; L р .х . = 210 + 5 + 2 = 217 мм 217 = 0 ,43 мин 500 Основное время автоматической работы станка по остальным переходам токарной операции находится аналогично и сводится в таблицу 17. Определение нормы штучного времени для токарной операции. То =

атех + аорг + аотл = 9% ; Туст = 1,15 + 0 ,4 = 1,55 мин.

Тиз = 0 ,12 + 0 ,13 + 0 ,53 = 0 ,78 мин. TОП = 0 ,15 + 0 ,03 = 0 ,18 мин. Т В = 1,55 + 0 ,78 + 0 ,18 = 2 ,51 мин Окончательно норма штучного времени: 9   Тш = (0 ,6 + 2 ,51) × 1 +  = 3,39 мин  100  Рассчитываем норму времени на наладку и настройку Тпз, мин:

Тпз = Тпз1 + Тпз 2 + Тпр.обр ,

(43)

где Тпз1 = 4 + 3 + 2 = 9 мин – норма времени на организационную подготовку; Тпз 2 = 4 + 0 ,25 + 1 + 1,5 = 6 ,75 мин – норма времени на наладку станка, приспособления, инструмента, программных устройств; Т ПР .0 БР = 4 ,3 × 1,25 = 5,38 мин – норма времени на пробную обработку; Т ПЗ = 9 + 6 ,75 + 5,38 = 21,13 мин Т ШК = 3,39 +

12 ,13 = 3,43 мин 800

Аналогично производим нормирование технологического процесса дета77

ли по остальным операциям и нормы времени сводим в таблицу 16. Таблица 16 – Свободная таблица норм времени. № оп.

№ To пер. Наименование и со- мин держание перехода

005 1 2 3

78

Точить торец Расточить отверстие Расточить отверстие

TВ мин

Токарная 0,43 0,09 2,51 0,08

а тех . , Tш а орг . , мин

Т п .з мин

Т ш .к мин

а отл. %

9

3,93

21,13 3,43

4 Проектирование схем технологических наладок Схемы технологических наладок разрабатываются для операции. В схемах, вынесенных на листы, заготовка изображается установленной в приспособлении или на станке в том виде, в котором она получается после выполнения данной операции или перехода. Приспособление вычерчивается с указанием конструкций опор, зажимов и других элементов, обеспечивающих получение годной детали на данном станке. При обработке заготовки в нескольких переходах в одном установе допускается приспособление показывать один раз. На схеме наладки показывается режущий инструмент, установленный во вспомогательном приспособлении. Режущие инструменты на схемах наладок изображаются в конце рабочего хода. Исключение могут иметь инструменты, обрабатывающие отверстия: сверла, зенкеры, развертки, метчики. Они показываются вне отверстия. Примеры наладок при обработке на металлорежущих станках общего назначения, при обработке на токарных станках с ЧПУ, типовые циклы обработки на станках типа "обрабатывающий центр", особенности многоинструментальной обработки приведены в /5/. Характеристики металлорежущего оборудования, габариты рабочего пространства и установочные базы станков приведены в /2, 6, 7/. Режущий инструмент приведен в /6, 7/. Оснастка для станков с ЧПУ приведена в /5/, режущий инструмент для токарных станков с ЧПУ- /5/, вспомогательный инструмент- /7/, система вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ -/5/. На свободном поле листа наладки изображается схема базирования заготовки, по ГОСТ 21495-76, /7/. Обрабатываемые поверхности заготовки следует показывать сплошной линией толщиной (2 - 3)S (S - толщина основной линии чертежа). На схеме наладки должны быть указаны данные, необходимые для выполнения технологического процесса (размеры, предельные отклонения, шероховатость поверхностей, технические требования и т.д.). На эскизах все размеры обрабатываемых поверхностей условно нумеруются арабскими цифрами. Номер размера обрабатываемой поверхности проставляется в окружности диаметром 6 - 8 мм и соединяется размерной линией с обрабатываемой поверхностью. Нумерацию следует производить в направлении движения часовой стрелки. В записи технологического перехода даются ссылки на номера выполняемых размеров. Для станков с ЧПУ изображается циклограмма движения инструмента (типовые циклы обработки для станков типа "обрабатывающий центр" и для токарных станков с ЧПУ приведены в /5/), элементарные ходы на схеме нумеруются арабскими цифрами. В правом нижнем углу схемы наладки над штампом приводится таблица (рисунок 4.1), которая соответствует элементам маршрутно-операционной карты технологического процесса. Таблица заполняется на операцию, схема 79

наладки которой приведена на чертеже. Таблица заполняется снизу вверх по переходам.

Рисунок 4.1 - Таблица содержания операции Запись в строках таблицы следует производить в технологической последовательности выполнения переходов, приемов работ. Записи не должны сливаться с линиями. Операции следует нумеровать числами ряда арифметической прогрессии (5, 10, 15 и т.д.). Допускается к числам добавлять слева нули (005, 010, 015 и т.д.). Переходы следует нумеровать числами натурального ряда (1, 2, 3 и т.д.). Установы следует нумеровать прописными буквами русского алфавита (А, Б, В и т.д.). Размерные характеристики и обозначения обрабатываемых поверхностей указывается арабскими цифрами. Для обозначения позиций и осей допускается применять римские цифры. В таблице допускаются сокращения в соответствии с ГОСТ 3.1702-79. При полной форме записи в содержании перехода должно быть включено: - ключевое слово, характеризующее метод обработки, выраженное глаголом в неопределенной форме (например: точить, сверлить, фрезеровать и т.п.); - дополнительная информация, характеризующая количество одновременно или последовательно обрабатываемых поверхностей; - дополнительная информация, уточняющая название обрабатываемой поверхности или конструктивного элемента (например: внутренняя, глухая, кольцевая, коническая, криволинейная, наружная, сквозная, спиральная, ступенчатая, уплотнительная, фасонная, шлицевая, шпоночная, Т-образная, "ласточкин хвост"); - наименование предметов производства, обрабатываемых поверхностей, и конструктивных элементов, например, заготовка, канавка, отверстие, 80

торец, поверхность и т.д.; - информация по размерам или их условным обозначениям (например, "выдерживая размеры 1,2,3" или "выдерживая размеры d1= 40-0,34; l1 = 40+0,2"); -дополнительная информация, характеризующая характер обработки: окончательно, одновременно, по контуру, по программе, последовательно, предварительно, с подрезкой торца (торцов), согласно чертежу, согласно эскизу. Пример 1. Полная запись перехода: сверлить 3 глухих отверстия, выдерживая размеры 1 - 3, последовательно. Полная запись перехода выполняется при отсутствии графических изображений. На схемах технологических наладок в таблице приводится сокращенная форма записи, при этом вся дополнительная информация не указывается. Пример 2. Запись перехода на схеме технологических наладок. Сверлить отверстия, выдерживая размеры 1 - 3.

81

5 Проектирование установочного приспособления Схемы базирования, выбранные для обработки поверхностей заготовки на каждой операции на предыдущих этапах разработки технологического процесса реализуются при помощи станочных приспособлений (СП). В соответствии с требованиями ЕСТПП различают три вида СП: специальные (одноцелевые, непереналаживаемые), специализированные (узкоцелевые, ограниченно переналаживаемые), универсальные (многоцелевые, широко переналаживаемые). Уровень специализации приспособления определяется типом производства. В мелкосерийном и единичном производстве используются универсальные приспособления. В среднесерийном производстве возможно использование универсальных и специализированных приспособлений. В крупносерийном и массовом производстве используются специальные приспособления. Заготовки типа тел вращения устанавливаются на токарных и круглошлифовальных станках в патроны и центры, относящиеся к универсальным приспособлениям. Для обработки плоских поверхностей фрезерованием или плоским шлифованием следует использовать различного вида тиски или универсально-сборные приспособления /12,14/ При обработке нескольких отверстий на плоскости используются приспособления типа кондуктора /12,14/. Для обработки различного вида лысок, канавок, уступов на внешней цилиндрической поверхности валов фрезерованием используются различные призмы для установки заготовки /12,14/. 5.1 Служебное назначение приспособления

Формулировка служебного назначения приспособления должна содержать полные сведения об обрабатываемой поверхности, марку станка, данные о применяемом инструменте, материал заготовки и годовую программу выпуска деталей. Пример- Приспособление предназначено для установки ступенчатого вала при обработке на горизонтально-фрезерном станке 6М82Г трехсторонней дисковой фрезой шириной 20 мм и диаметром 80 мм шпоночной канавки шириной 20 мм, длиной 25 мм , с радиусным входом R= 40 мм и заданной от левого торца, диаметром 65,2 мм. Требуемую точность приспособление должно обеспечить при фрезеровании обрабатываемой детали из стали 45, твердость 240-250 НВ, программа 2000 шт/год. 5.2 Разработка конструкции и требования к сборочному чертежу приспособления

Конструирование приспособления выполняется в следующем порядке: 82

- выбирается схема установки заготовки и определяются точки приложения силы закрепления; - вычерчивается контур детали в трех проекциях, оставляя достаточно места для вычерчивания элементов приспособления; - выбираются и вычерчиваются установочные и зажимные элементы приспособления; - вычерчивается корпус приспособления с учетом элементов установки приспособления на столе станка; - вычерчиваются элементы привода. Число проекций, видов, сечений на чертеже установочного приспособления должно быть достаточным для однозначного представления о принципе его работы, для представления о конфигурации каждой из деталей, входящих в его состав. На чертеже должны быть указаны следующие размеры: габаритные, посадочные, присоединительные, характеризующие работу приспособления (длины ходов рабочих органов, размеры для выверки приспособления на столе станка и для настройки режущих инструментов). На чертеже записываются технические требования, предъявляемые к приспособлению. Они излагаются в следующей последовательности: - размеры, допуски размеров, формы и расположения; - требования к качеству поверхностей, указания об их отделке; - зазоры, расположение отдельных элементов конструкции; - требования, по настройке и регулированию изделия; - другие требования к качеству изделий: бесшумность, виброустойчивость и т.п.; - условия и методы испытаний; - указания о маркировке и клеймлении; - правила транспортировки и хранения; - особые условия эксплуатации; К чертежу общего вида приспособления разрабатывается спецификация, выполняемая на отдельном формате в соответствии с требованиями ЕСКД, и подшивается к записке. 5.3 Расчет сил зажима

В курсовой работе необходимо рассчитать силу закрепления и характеристики привода. Сила зажима, необходимая для надежного закрепления заготовки рассчитывается из уравнений теоретической механики. Для этого составляется расчетная схема приспособления, на которой указываются все силы действующие на заготовку в процессе обработки. Затем составляются уравнения относительно осей координат. Из этих уравнений определяется сила закрепления. Наиболее употребительные схемы установки и формулы для определения сил закрепления приводятся в справочнике /13/. 83

Параметры привода рассчитываются по соответствующим формулам в зависимости от типа привода. Формулы для расчета приводятся в справочниках для всех типов приводов /13/. Пример - Спроектировано установочное приспособление на фрезерную операцию 025 для фрезерования шпоночных пазов 8P9 на поверхности ∅28n6. Обработка ведется фрезой 2240-0209 ГОСТ 28527 - 90 Р6М5К5 на режимах резания: скорость резания 6,28 м/мин, подача 0,12 мм/об, частота вращения 200 мин-1. В приспособлении на горизонтально-фрезерном станке 6Н81Г деталь базируется на призме по цилиндрической поверхности ∅28n6. Зажим осуществляется по ∅50. Призма закрепляется в корпусе с помощью винта. Зажим осуществляется прихватами, выполненными в форме рычагов. Рычаги вращаются вокруг оси при повороте винта. Соединение винт-гайка рычагов с левой и правой нарезкой позволяет перемещать рычаги навстречу друг другу. Корпус базируется на столе станка по шпонке и закрепляется болтами. Необходимо рассчитать силу зажима для того, чтобы по ней определить диаметр болта. С помощью него можно исключить сдвиг заготовки в процессе обработки детали под действием силы резания.

Рисунок 5.1 – Эскиз обработки Расчет силы зажима /13/ производится по формуле: Q= K Pрез /( fоп +f зм)

(44 )

где Pрез – сила резания, Pрез = 15.2 Н –по результатам расчетов режимов резания; fоп– коэффициент трения в опорах; f зм - коэффициент трения в зажиме4 К – коэффициент запаса, К = 1,7; Pрез = М рез /( f зм * D/2+ fоп* D/(2 sin α /2)), 84

(45)

где М рез - момент от сил резания, определяется по результатам расчетов режимов резания; D – диаметр детали; α – угол призмы Q =1.7 * 0.9* (0.16 *50/2 +0.16 *50/3 *0.5) *10-3 Q = 22.3 Н. Такой зажим допустимо осуществлять вручную.

Рз

Р рез

Рисунок 5.2- Схема действующих сил Точность установочного приспособления будет определятся погрешностью установки заготовки. Погрешность установки εу является отклонением фактически достигнутого положения заготовки при установке в приспособление от требуемого. Погрешность установки εу возникает вследствие несовмещения измерительных и технологических баз, неоднородности качества поверхностей заготовок, неточности изготовления и износа опор УСП, нестабильности сил закрепления и др. Погрешность установки εу вычисляется с учетом погрешностей базирования εб и закрепления заготовок εз.

εу = εб2 + εз2

(46)

где εу - погрешность установки; εб - погрешность базирования; εз - погрешность закрепления.

Погрешность установки в приспособление не должна превышать допуска на выполняемый размер T=70 мкм : 85

εу