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.