Основи проектування і технічного нормування технологічного процесу механічної обробки
Основні поняття та визначення
Машинобудування є однією з провідних галузей, де створюються знаряддя праці та предмети споживання. Рівень виробництва машин, обладнання, приладів визначає технічний прогрес інших галузей народного господарства.
Технологія виготовлення машин, апаратів, приладів, механізмів складається з операцій, унаслідок виконання яких заготовки перетворюються на деталі, а потім на вироби. Терміном заготовка визначають предмет праці, з якого виготовляють деталь.
Виробом називають будь-який предмет або набір предметів виробництва, що виготовляються на підприємстві, наприклад зубчасте колесо, маховик, верстат, потокова лінія верстатів тощо. Розрізняють вироби основного й допоміжного виробництва. Виробами основного виробництва називають ті, які підприємства виготовляють для реалізації та на власні потреби. Вироби допоміжного виробництва призначені для власних потреб виробництва.
Стандартом установлено такі види виробів: деталі, складальні одиниці, комплекси та комплекти. Вироби поділяють на неспецифі-ковані та специфіковані. Неспецифіковані вироби не мають складових частин (деталей). До специфікованих належать вироби, які складаються з кількох частин, — це складальні одиниці, комплекси та комплекти.
Деталлю називають виріб, виготовлений з одного шматка однорідного матеріалу без застосування складальних операцій, але з використанням, якщо це потрібно, захисних чи декоративних покриттів, місцевого зварювання, паяння, склеювання, зшивання тощо.
Складальною одиницею називають виріб, складові частини якого з'єднують на підприємстві-виготівнику клепанням, зварюванням, паянням, спресовуванням, розвальцьовуванням, склеюванням, зшиванням тощо. З'єднання використовують рознімні або не рознімні, рухомі або нерухомі. Складальну одиницю, що має властивість повної взаємозамінності, називають Агрегатом, а процес складання з агрегатів — Агрегатним. Вироби, побудовані за агрегатним принципом, мають підвищені техніко е коном і чи і показники під час складання, експлуатації та ремонту.
Комплексом називають кілька специфікованих виробів, що виконують взаємопов'язані експлуатаційні основні чи допоміжні функції, але не з'єднані між собою на підприємстві-виготівнику (наприклад, потокова лінія верстатів), специфіковані вироби комплексу, які виконують одну або кілька основних функцій усього комплексу, різноманітні деталі та складальні одиниці, призначені для монтажу комплексу на місці його експлуатації, комплект запасних частин, які призначені для спільної експлуатації, укладальних засобів, тари та інших виробів допоміжних функцій (пристрої вимірювальної апаратури).
Комплектом Називають кілька не з’єднаних виробів, які призначені для спільної експлуатації та виконання допоміжних функцій (наприклад, комплект запасних частин, комплект иструментів та приладдя, комплект пакувальної тари, осцилограф у комплекті з укладальним ящиком, запасними частинами, монтажним інструментом, змінними частинами).
Напівфабрикатом називають виріб, який ще треба обробляти перед використанням. Виріб під час виготовлення проходить певні стадії обробки на верстатах (токарних, свердлильних) з переміщенням від однієї дільниці (цеху) до іншої.
Виробничий і технологічний процеси
Виробничий процес — підготовка засобів виробництва та організація обслуговування робочих місць; одержання й зберігання матеріалів і напівфабрикатів; складання виробів у процесі виробництва та доставка на склад готової продукції; технічний контроль на всіх стадіях виробництва, в тому числі випробування готових виробів, тощо. Виробничий процес містить низку операцій, які поділяють на Основні та допоміжні. До основних належать процеси виготовлення деталей і складання з них машин, до допоміжних — виготовлення та заточування інструментів, ремонт обладнання, внутрішньозаводське транспортування тощо.
Основою виробничого процесу є Технологічний процес виготовлення деталей та виконання дій, спрямованих на зміну і наступне визначення стану предмета виробництва. Технологічні процеси механічної обробки супроводжуються зміною форми заготовки, а термічної — фізичних і механічних властивостей матеріалу. Виділення технологічного процесу із загального виробничого процесу має деяку умовність. Наприклад, від вимірювання деталі форма її не змінюється, але ця операція належить до технологічного процесу. Установлення та зняття деталі з верстата краном — це частини технологічного процесу, але транспортування деталі цим краном вздовж цеху в технологічний процес не входить, хоча і є частиною виробничого процесу.
Технологічний процес виробництва має три стадії: заготовчу, обробну, складальну.
Деталі виробів під час виготовлення проходять заготовчу стадію (виливання, кування, штампування, прокатування тощо) і стадію надання заготовці потрібних розмірів та форми відповідно до креслення, і заготовка перетворюється на деталь. На обробній стадії виробництва заготовки зазнають певних змін, унаслідок яких виготовляється деталь. Під час останньої стадії готові деталі складають у вироби, випробовують їх дію, фарбують, оздоблюють, маркують тощо.
Елементи технологічного процесу
Технологічний процес вибирають так, щоб забезпечити виготовлення деталей потрібної якості з найменшими затратами часу і праці за умови невисокої вартості продукції.
Технологічний процес складається з технологічних операцій, а операції — з установок і позицій, технологічних елементарних і допоміжних переходив, робочих і допоміжних ходів та прийомів.
Технологічною операцією Називають закінчену частину процесу, що виконується на одному робочому масці. Так, процес виготовлення вала зі шпонковою канавкою складається з двох операцій: Токарної (обточування вала) і Фрезерної (фрезерування шпонкової канавки). У процесі обробки заготовки доводиться змінювати її положення.
Частину операції, що виконується при незмінному закріпленні заготовки, яка обробляється, називають Установкою. Вона складається з позицій.
Позицією Називають фіксоване положення, яке займає закріплена заготовка разом із пристроєм відносно інструменту під час виконання певної частини операції. Наприклад, для нарізування багато західної різьби застосовують патрони, за допомогою яких змінюють положення гвинта без його перемикання.
Закінчену частину операції, що характеризується постійністю інструменту та оснащення за однакових режимів різання та установлення заготовки, називають Технологічним, переходом. Елементарним переходом Називають частину переходу, яку виконують без зміни режиму одним інструментом і на одній поверхні, що обробляється за один робочий хід. Усі дії, що здійснюються за допоміжний хід, називають Допоміжним переходом. Обточуючи деталь, виконують робочі та допоміжні ходи. Закінчену частину переходу, яка складається з одноразового переміщення інструменту відносно заготовки, що супроводжується зміною форми, розмірів, шорсткості чи властивості заготовки, називають робочим ходом.
Закінчену частину переходу, що складається з одноразового переміщення інструменту відносно заготовки, що не супроводжується зміною форми, розмірів, шорсткості чи властивості заготовки, але потрібну для виконання робочого ходу, називають допоміжним ходом.
Для здійснення процесу робітник виконує певні дії, наприклад закріплює заготовку в патроні токарного верстата або різець у різцетримачі. Таку певну закінчену дію робітника, спрямовану на виконання елементів технологічного процесу, називають прийомом.
Отже, елементами технологічного процесу є технологічна операція, установча позиція, робочі та допоміжні переходи. Виготовлення деталей складається з різних елементів процесу. Залежно від матеріалу та форми заготовок, наявного обладнання та інструментів, виду виробництва, вміння робітника застосовувати технологію, технічних вимог, що ставляться до деталі (точність, шорсткість поверхні), розробляють елементи процесу обробки різанням, які оформлюють у вигляді технологічних карт.
Технологічні процеси можуть бути одиничними і типовими. Використаний процес має забезпечувати високу продуктивність праці завдяки застосуванню прогресивних способів виробництва, використання ефективного обладнання. На спосіб виготовлення деталей впливають вид виробництва, наявність обладнання та необхідна ефективність виробництва. Виготовлення деталей на невеликій кількості верстатів потребує концентрації операцій, тому такий спосіб виробництва називають концентрованим процесом. Якщо деталі виготовляють на великій кількості верстатів, призначених для виконання операцій, то процес розділяють на операції так, щоб кожен верстат виконував лише одну операцію. Такий процес називають диференційованим. Особливістю концентрованого процесу є скорочення установок, наприклад одночасне свердління кількох отворів у різних площинах.
Застосування універсально-складального та інших затискних пристроїв дає змогу поєднати операції та робить концентрований спосіб вигідним у одиничному та малосерійному виробництві під час обробки великих деталей. Сумісництву операцій сприяє застосування багатомісних пристроїв, багатошпиндельних головок і комбінованих інструментів.
Процес, розроблений для деталі одного найменування, типорозміру та використання незалежно від виду виробництва, називають одиничним.
Процес, призначений для групи деталей з узагальненими конструктивними і технологічними ознаками, що складається з операцій і їх певною послідовністю, називають типовим.
Типовий технологічний процес виготовлення групи виробів з різними конструктивними, але спільними технологічними ознаками називають Груповим.
Класифікацію видів технологічних процесів за кількістю виробів, що виготовляються (програмою), та технологічною документацією подано на рис. Комплекс технологічної документації встановлено державними стандартами Єдиної системи технологічної документації (ЄСТД). До заводського фонду технологічної документації належать маршрутна та операційна карти, карта ескізів і схем, технологічна інструкція, матеріальна відомість і відомість оснащення. До технічної документації належать також текстові та графічні документи контрольного призначення (операційна карта та відомість технічного контролю). Основними є маршрутна та операційна карти.
Рис. Класифікація видів технологічних процесів
Маршрутна карта — це послідовність технологічного процесу виготовлення виробу на всіх стадіях виробництва із зазначенням необхідного обладнання, оснащення, матеріальних, трудових ресурсів за встановленими нормативами.
Операційна карта — це документ, який містить опис послідовного виконання операцій процесу виготовлення виробу з поділом їх на технологічні переходи із зазначенням режимів різання, обробки, технологічного оснащення кожної операції та розрахункових норм і трудових нормативів.
Типи виробництва
Залежно від обсягу і характеру продукції, що випускається, розрізняють одиничне, серійне та масове виробництво. Особливістю Одиничного виробництва Є нестійка номенклатура деталей, що впливає на організаційні форми виробництва. Одиничне виробництво не мас стійкого технологічного процесу, отже, тут не можна спеціалізувати робочі місця, використовувати універсальне обладнання, пристрої та інструменти з великим набором оснащення; воно має тривалий виробничий цикл, високий відсоток ручних робіт. Така організація призводить до високої собівартості продукції.
За Серійного виробництва Підприємство випускає продукцію партіями або серіями, які періодично повторюються. Це сприяє організації стійкішого процесу, і тому є можливість на кожному робочому місці виконувати кілька операцій, які постійно повторюються. Цьому виду виробництва властиві: залежність переналагодження верстатів від розмірів серії деталей, що виготовляються; використання робітників середньої кваліфікації; застосування, крім універсальних, спеціальних інструментів; впровадження механізації та автоматизації виробничого процесу; необхідність між операційних складів.
Серійне виробництво характеризують як виробництво з вищою продуктивністю праці, нижчою собівартістю продукції та коротшим виробничим циклом, ніж одиничне виробництво.
Серійне виробництво поділяють на Мало -, середньо - і багатосерійне. За технологічними ознаками одиничне і малосерійне виробництво майже не відрізняються одне від одного; що ж до серійного, то воно наближається до масового виробництва.
За Масового виробництва Підприємство випускає однакові деталі у великих обсягах протягом тривалого часу, що дає можливість закріплювати верстати на виконання певних операцій. Цьому виду виробництва властиві: значна виробнича програма, що веде до глибокої спеціалізації робочих місць і потокового розміщення обладнання; закріплення за робітником однієї чи кількох операцій; використання високопродуктивного обладнання, інструментів і пристроїв; впровадження високомеханізованого та автоматизованого обладнання з потоковим методом виробництва тощо.
Масове виробництво характеризується високою продуктивністю праці. Багатосерійне і масове виробництво дає можливість організувати роботу безперервно, потоковим методом. Тип виробництва характеризується коефіцієнтом закріплення операцій: K30=1 — масове; 1 < K30< 10 — багатосерійне; 10 < K30< 20 — середньо серійне; 20 < K30< 40 — малосерійне. Якщо K30Не регламентується, то це одиничне виробництво: K30 - ΟΙ Ρ, Де О — кількість операцій; Ρ — кількість робочих місць. Таке значення k30 застосовують для планового періоду, що дорівнює одному місяцю. Розвиток і створення нових машин потребують засвоєння нових одиничних екземплярів і малих серій, тому одиничний тил виробництва існуватиме, хоча частка багатосерійного та масового виробництва зростатиме.
Види обробки в машинобудуванні
Обробкою Називають дію, спрямовану на зміну властивостей предмета праці під час виконання технологічного процесу. Технологія виготовлення деталей охоплює різні види обробки заготовок (рис.).
Рве. Види обробки заготовок
Заготовки для деталей виготовляють у заготівельних, а остаточну форму і розмір їм надають у механічних цехах. Одні деталі обробляють без знімання стружки ручним способом, інші — на верстатах. Перший спосіб називають слюсарною обробкою, другий — механічною.
Різанням металів Називають усі способи формоутворення деталей зрізуванням металу із заготовки в процесі точіння, свердління, стругання, зубо - і різьбоутворения тощо. Обробку різанням залежно від припуску, що зрізується, поділяють на чорнову, чистому та довідно-викінчувальну. Заготовки різанням обробляють на металорізальних верстатах.
Принципи базування
Залежно від способу обробки заготовки можна встановлювати в лещатах (слюсарна обробка, стругальна тощо) або закріплювати в патроні, центрах, люнетах. Для правильної орієнтації заготовки під час її встановлення велике значення мають базові поверхні, або, як їх називають, бази.
Встановлення заготовок під час обробки
Заготовку для правильного та надійного закріплення можна встановлювати з вивіркою положення за необроблюваними базовими поверхнями, за розмічуваними осьовими лініями та в пристрої. Перший спосіб трудомісткий і недосконалий. Його застосовують висококваліфіковані робітники у разі одиничного виробництва та обробки виливків на токарних верстатах із закріпленнями у чотири-кулачковому патроні або в планшайбах. Правильність установлення заготовки перевіряють рейсмусом або індикатором. Другий спосіб використовують в одиничному та малосерійному виробництві, бо установлення за розміченими лініями прискорює та спрощує процеси обробки приготування верстатів до роботи. Розмітка — трудомістка та дорога операція, яка дає змогу одержати точність 0,2...0,5 мм. Установлення в пристроях забезпечує швидку, точну, надійну орієнтацію та закріплення.
Поняття про бази та їх вибір
Під Базою Розуміють поверхню, з'єднання поверхонь, вісь або точку заготовки та забезпечують її орієнтацію під час виготовлення. Щоб створити деталь, конструктор виконує її креслення і надає взаємне положення поверхонь розмірами та співвідношеннями. Основні розміри деталі проставляють від поверхонь, які називають конструкторськими базами. Ними можуть бути осі або поверхні, які визначають взаємний зв'язок і положення деталі відносно поверхонь машини у процесі її складання та роботи. На рис. 8.3, А Наведено приклад конструкторської бази — дві взаємно перпендикулярні осі конусних зубчастих коліс. Як бази використовують осі валів і отворів, бісектриси тощо.
Технологічними базами Називають поверхні, які належним чином орієнтують деталь під час встановлення її на верстаті. Вимірювальними базами Називають поверхні, які використовують у процесі обробки для вимірювання розмірів. Так, вимірювальною базою для перевірки отворів у корпусі редуктора (рис. 8.3, б) є основа (рис. 8.3, в). У точної деталі складальна та вимірювальна бази мають збігатися.
![]() |
Рис. Приклади баз: О — конструкторська; б— вимірювальна (отвір); в — основа корпусу
Конструкторськими базами Називають поверхні, за якими визначають взаємне положення деталей у складеній машині. Це поверхні, якими з'єднуються деталі та за якими орієнтуються відносно інших деталей у складеному вигляді. Наприклад, тіла обертання з отворами мають складальну базу, отвір і опорний торець.
Технологічні бази бувають чорновими та чистовими. До чорнових належать необроблені поверхні, які є базою для перших операцій, а до чистових — оброблені на наступних операціях поверхні. Бази поділяють на основні, допоміжні та додаткові. Якщо технологічними вважати складальні бази, їх називають Основними. Якщо оброблена поверхня не потрібна за конструкцією, але необхідна для базування, її називають Допоміжною Базою, наприклад центрові отвори валів, осей тощо.
Від правильного вибору баз залежить раціональність процесу. Бажано суміщати бази, оскільки при цьому забезпечується найточніша обробка. Потрібно дотримуватися принципу постійності баз. Якщо можна витримати постійні бази під час виконання операцій, то процес стає раціональним, ефективним, з мінімальними похибками.
Базування заготовок у пристроях
![]() |
Якщо тіло розглядати в прямокутній системі координат, то воно може вільно поступально переміщатися в напрямках осей Х, у, z Та обертатися навколо них, чим пояснюється наявність шести ступенів вільності. Щоб жорстко установити заготовку, її слід позбавити цих шести ступенів вільності. На рис. 8.4, А Видно, що навколо координатних осей Х, у і z Можна побудувати три площини: / — утворена у площині Х-у; II — у площині У - z; III— у площині χ - z. Щоб тіло не переміщувалося, потрібно притиснути його до трьох поверхонь так, щоб вільне переміщення зникло. Площини пристроїв, що призначені для встановлення заготовок, називають: I — головною; II — Напрямною; III — упорною. Поверхні на заготовках, з'єднуваних під час установлення з відповідними площинами пристрою, називають Головною встановлювальною базою, напрямною базою Та Упорною встановлювальною базою.
Щоб створити нормальні умови для обробки заготовки в пристрої, потрібно правильно її орієнтувати відносно встановлювальної, напрямної та упорної площин. При цьому важливо вибирати опори для зв'язування шістьох ступенів вільності заготовки. Необхідно розмістити опори та пристрої так, щоб шість точок опору створювали жорстке встановлення. Правильне розміщення шістьох опор називають правилом шістьох точок. Згідно з правилами встановлювальна поверхня пристрою повинна мати три опорні точки, дві напрямні та одну упорну. Збільшення кількості опор створює невизначеність положення заготовки. База позбавляє заготовку трьох ступенів вільності, такою поверхнею є поверхня найбільших розмірів (рис. 8.4, б).
Пристрої для встановлення заготовок на поверхню найбільших розмірів можуть мати три нерухомі опори або встановлюватися на цю поверхню. У першому випадку опори мають розмішуватися так, щоб утворюваний ними трикутник був найбільшим. Важливо, щоб центр ваги та рівнодійна сила різання затискних сил знаходилися всередині трикутника, вершинами якого є нерухомі опори. Дотримування зазначених умов створює стійкість у процесі обробки. У другому випадку допускається встановлення для обробки невеликих заготовок, при цьому встановлювальна площина має бути меншою за технологічну базу (рис. 8.4, в).
Напрямна технологічна база великої довжини позбавляє заготовку двох ступенів вільності. Пристрої у цій площині мають дві нерухомі опори. Чим більша відстань між ними, тим менша похибка встановлення. Упорна технологічна база невеликої довжини позбавляє заготовку одного ступеня вільності. Пристрої для встановлення мають одну опору. При базуванні заготовок у пристроях можливі випадки, коли за умовами обробки немає потреби у шістьох точках (рис. 8.4, Г) Або у разі недостатньої стійкості виникає необхідність додаткової опори (рис. 8.4, Д, е, є).
Похибка базування
Фактична точність виготовлення деталей залежить не лише від точності верстата, встановлення та обробки, а й від похибки базування. Вона виникає через розбіжності вимірювальних баз з технологічними. Наближена допустима похибка базування ξб. доп < δ-Δ, де δ — допуск на розмір; Δ — похибка на розмір.
Дійсна похибка базування має бути меншою за допустиму: ξб. д< ξб. доп. Похибка базування впливає на точність встановлення. Похибка встановлення ξγ дорівнює сумі похибки базування та похибки закріплення ξ3. Похибка ξб з'являється в процесі базування за допоміжними базами, тому треба прагнути, щоб технологічні бази були конструкторськими (див. рис. 8.4, Б), Тоді похибки базування не виникне. Якщо конструкторською базою буде поверхня II (рис. 8.4, Е), А технологічною — допоміжна поверхня І, Похибка базування неминуча й вона дорівнюватиме допуску на розмір. Завдяки одержанню необхідної точності обробки поверхні II Зменшується допуск на розмір 50 мм за формулою δ50 = δ20 - Δ, де δ20 — за кресленням дорівнює 0,3 мм, Δ для 20 мм дорівнює 0,1 мм, тоді Δ50 = 0,3 - 0,1 = 0,2 мм, тобто розмір треба вказати з допуском ±0,1 мм (рис. 8.4, є). Похибки закріплення визначають дослідним шляхом для кожного конкретного випадку. Після визначення відповідних похибок можна знайти похибку встановлення: ξγ = ξб + ξ3.