Тема 1.Класифікація технологічних процесів обробки деталей виробів

 

Залежно від кількості оброблюваних деталей та умов їх виготовлення розрізняють одиничні, типові та групові технологічні процеси. Останні два види процесів об'єднуються спільною назвою — уніфіковані технологічні процеси. Одиничний технологічний процес передбачає обробку деталей одного найменування, типорозміру та виконання незалежно від типу виробництва за заданим критерієм, наприклад, технологічної собівартості, продуктивності, окремими показниками якості. Так розробляють одиничні технологічні процеси і в масовому виробництві, оскільки і тут виготовляються одиничні деталі з різницею лише в кількостях. Такими деталями є оригінали що за своїмиформами, властивостями, матеріалом та іншими показниками не мають спільних конструкційно-технологічних ознак з іншими деталями, що ввійшли у план виробництва. Можна відмітити, що кожний одиничний технологічний процес на час обробки деталі творить тимчасове об'єднання певного числа обладнання та оснащення в технологічну систему. Під час обробки іншої деталі структура тимчасової системи змінюватиметься, творячи іншу. За конструкційної спільності конструкція деталі єдина, а різниця полягає у розмірах, матеріалах тощо. Під технологічними ознаками спільності розуміють ознаки, які визначають можливість їх сумісної обробки, наприклад, спільність видів оброблюваних поверхонь, баз, засобів технологічного оснащення, налагоджування та ін. Така спільність у більшості випадків досягається методами уніфікації та відпрацювання конструкції деталі на технологічність. За конструкційними і технологічними ознаками проводиться класифікація деталей (наприклад, класифікатор ЄСКД). Одиничний тех­нологічний процес розробляють на підставі загальних правил розробки процесів виготовлення деталей з урахуванням специфіки поставлених додаткових вимог. Основними правилами встановлення маршруту обробки деталей такого процесу є:

■ принцип диференційованого розподілу обробки на стадії: чорнову, чистову, напівчистову та викінчувальну, яка виконується у потрібній послідовності для окремих поверхонь деталі;

■ залежність послідовності обробки від вибраної технологічної бази;

■ принцип виділення головних операцій, тобто першочергова обробка поверхонь за­готовки, на яких можуть проявитися дефекти;

■ наявність операцій термічної обробки, що передбачає через появу деформацій про­ведення високоточної обробки поверхонь деталі;

■ принцип погодження часу виконання окремих операцій з тактом обробки;

■ наявність операцій технічного контролю, що вводяться після операцій, на яких ймовірна поява браку, перед складними операціями з обробки найбільш відповідаль­них робочих поверхонь деталей, а також у кінці обробки.

Розробка одиничних технологічних процесів пов'язана з встановленням їх структури, схем наладок, режимів обробки, проведенням різних технічних і економічних розрахунків. Оскільки розробка таких процесів є завданням багатоваріантним, то при цьому використовуються різні методи оптимізації з оцінкою варіантів за їх показниками якості, що забезпечить одержання деталей при мінімальних затратах часу та максимальній якості. Заготовки для деталей вибираються з урахуванням мінімальної технологічної собівартості. За формою вони мають наближатися до деталі і бути максимально-точними та складними (принцип найменшої подальшої обробки), стабільно якісними. Потрібна механічна обробка з врахуванням умов виробництва конкретної деталі розподіляється по операціях, виявляється їх послідовність, тобто маршрут і необхідне обладнання з оснащенням. На діючих виробництвах у технологічні процеси закладається в першу чергу обладнання, яке вже є, лише у разі гострої необхідності замовляється цілком нове. Операційна технологія розробляється з врахуванням місця кожної опе­рації у маршрутній. Увага приділяється статистичному керуванню та регулюванню технологічних операцій, що також регламентується стандартами. У процесах передбачаються потрібні операції термічної обробки та технічного контролю.

Вибір типу та моделі верстата, як було сказано раніше, здійснюється за класифікато­ром деталей машинобудування та приладобудування на основі аналізу конструкційно-технологічного коду деталі з урахуванням застосування принципів концентрації чи диференціації операцій, налагодження обладнання і т.п. Спосіб індивідуального одержання розмірів деталей застосовується винятково в умовах одиничного та малосерійного ви­робництва. У разі середньосерійного, багатосерійного та масового виробництва при­ймається спосіб автоматичного отримання розмірів. До чинників, що підвищують про­дуктивність та інші показники якості технологічного процесу, в одиничні технологічні процеси закладають оптимальні конструкції, геометрію, інструментальні матеріали, технологічне оснащення, кількість різальних інструментів, режими різання, склад змащувально-охолоджувальної рідини, структуру процесу обробки, суміщення виконання основних і допоміжних переходів, застосування дублюючих пристосувань тощо. Сучасні досягнення технології механічної обробки вимагають застосування для одиничних технологічних процесів сучасного перспективного обладнання, оснащення та умов їх роботи.

Типовий технологічний процес є процесом виготовлення сукупності деталей певного класу і загальними конструкційними і технологічними ознаками. В основі типізації технологічних процесів лежить класифікація деталей проф. Соколовського А.П., який сформулював її як такий напрям у вивченні та складанні технології, що полягає у класифікації технологічних процесів обробки деталей виробів і їх елементів та комплексному розв'язу­ванні всіх завдань, що виникають при здійсненні процесів кожного класу. При цьому під комплексним розв'язуванням завдань розуміється не лише сам план обробки, але і виконання таких робіт, як вибір технологічного обладнання, оснащення, розрахунок режимів різання та норм часу, розв'язування обґрунтованих техніко-економічних питань. Хоча кількість різновидів форм деталей дуже велика, теоретично нескінчена, і на перший погляд здається, що класифікувати технологічні процеси неможливо, оскільки кожна деталь вимагає свого процесу, однак всі можливі реальні форми деталей можна звести до деякої обмеженої кількості їх сукупностей, для яких можна розробляти спільні технологічні процеси. Класифікуючи, виділяються класи, під якими розуміють сукупність деталей, що характеризуються спільністю технологічних завдань, об'єднаних ознаками класифікації. Такими головними сукупностями можуть бути обертові деталі (вали, втулки, диски), багатовісні (ексцентрики, хрестовини), пласкі (плити, шпонки, стійки, кутники, бабки), фасонні (зубчасті колеса, кулачки, ходові гвинти, черв'яки), дрібні кріпильні деталі. Дещо інакше виглядає класифікація деталей, складена пізніше проф. Дем'янюком Ф.С. (виділено сім класів з двома-трьома типами в кожному). Однак ці класифікації є загальними і у випадку практичного впровадження ідеї типізації вимагають конкретизації. Так, проф. Балик інші Б.С., крім суто геометричних характеристик, рекомендує критерієм брати ще службове призначення деталі та розбивати техно­логічні процеси на стадії, пов'язані з вирішенням своїх завдань.

Передбачається проводити типізацію технологічних процесів за трьома напрямка­ми: типізації обробки окремих поверхонь, обробки типових поєднань поверхонь і обробки заготовок. Такі напрямки спрямовані на представлення різноманіття заготовок, поверхонь і їх поєднань до мінімальної кількості типів, для яких і можна розробляти типові технологічні процеси. Класифікація елементарних поверхонь ґрунтується на описі матеріалу, форми деталі, розмірів поверхонь, точності. Класифікація поєднань поверхонь базується на виділенні їх комбінацій, що можуть бути обробленими від постійної технологічної бази на одному обладнання, однаковим різальним інструментом, з одним і тим же змістом технологічної операції. Ознаками класифікації при цьому виступають матеріал, опис взаємного розташування поверхонь, розміри і точність. Кла­сифікація заготовок ґрунтується на описі матеріалів, їх конфігурацій, розмірів, якості поверхневих шарів. Додатковими ознаками є обсяг випуску та виробничі умови (обладнання, оснащення, організація і т.д.).

Найбільшого поширення набула класифікація деталей, що нараховує 14 класів: вали, втулки, диски, важелі, плити, зубчасті колеса й інші, що мають спільний технологічний характер. Для окремих галузей промисловості, наприклад, турбіно- чи літакобудування, допускається створення додаткових класів, приміром, лопаток. Класи у свою чергу розділяються на підкласи, а групи - на підгрупи, що загалом дозволяє створити тип деталей, для якого можна скласти загальний типовий технологічний процес Його обробки. Прикладом такого типу може бути східчастий валик (рис. 1), який відноситься до класу валиків, підкласу східчастих ва­ликів зі шліцами, без центрального отвору відповідного діапазону розмірів, точністю певного квалітету.

Рис. 1 – Східчастий вал із шліцами

Але це вже наступні розробки типізації технологічних процесів, які не були зроблені раніше проф. Соколовським А.П. За сучасного розвитку технології машинобудування типові технологічні процеси обробки швидше всього використовуються, як допоміжний, але важливий матеріал під час розробки технологічних процесів виготовлення деталей виробів. Умовами організації типових технологічних процесів є:

■ подетальна спеціалізація технологічної системи;

■ об'єднання сукупності деталей за конструкційно-технологічними ознаками;

■ розробка типового технологічного процесу на типову деталь.

Основою технологічної системи, де використовуються типові технологічні процеси, є змінно-потокова багатономенклатурна лінія. Запуск деталей здійснюється послідовно, на всіх робочих місцях обробляються деталі одного найменування, після їх закінчення обробляються деталі іншого найменування з попереднім переналагодженням або піл налагодженням, що є кращим варіантом.

Груповий технологічний процес — це процес виготовлення групи деталей з різними конструкційними, але спільними технологічними ознаками, яка обробляється на од­ному верстаті та спільному оснащенні. Цим групові процеси відрізняються від типових. Групова обробка деталей є наступним кроком у розвитку типізації технологічних процесів, розроблена проф. Дем'янюком Ф.С., який досліджував теоретичні питання автоматизації технологічних процесів і одержані результати виклав у книзі „Технологічні основи потокового і автоматизованого виробництва". Груповий технологічний процес твориться на ґрунті певних класифікаційних технологічних ознак, що дозволяють ство­рити групу деталей зі спільним налагодженням обладнання та технологічного оснащення.

Формування групи деталей проводиться на основі спільності геометричних елементів, які творять конфігурацію деталі, наприклад, різні види поверхонь, канавки, фаски, різі. Розміри, матеріал, спільна геометрична точність, шорсткість різних поверхонь деталей також є ознаками формування груп. Дотримання цих ознак у групі дозволяє застосовувати однакові способи обробки на одних і тих же верстатах з однаковими різальними інструментами та переналагоджуваними пристосуваннями. У разі формування групи деталей враховуються також програма їх випуску та працемісткість обробки.

Під час формування складу групи вибирається, якщо вона є, комплексна деталь або штучно твориться, якщо такої деталі в групі немає. Комплексна деталь повинна мати всі поверхні деталей групи. Схема її творення показана на рис. 2.

Рис. 2 – Схема формування групової деталі

Як бачимо, деталі групи можуть відрізнятися як зовнішньою конфігурацією (верхній ряд), так і внутрішньою (нижній ряд). Комплексна деталь повинна мати як всі зовнішні поверхні, так і внутрішні і, як видно, вона є штучно створеною. Тоді металорізальний верстат налагоджується на об­робку комплексної де­талі без складного переналагодження з пропуском під час обробки окремих інструментів.

Групову обробку деталей організовують також за окремими груповими операціями (рис. 3) або за цілим технологічним процесом. Основу групи створює технологічна спільність на розточувальній операції у деталях різного конструкційного виконання. Оброблювані поверхні можуть належати різним деталям, наприклад, корпусам, важелям, валам і т.п. Групові операції широко застосовуються під час обробки порівняно нескладних деталей. Група деталей може оброблятися і за загальним технологічним маршрутом на спеціалізованому робочому місці з можливими підналагодженнями. У загальному технологічному маршруті для деяких деталей окремі операції можуть бути пропущені повністю, а в деяких операціях може бути пропущеною обробка окремими інструментами чи інструментом або проведено підналагодження інструментів і пристосувань. При цьому підналагодження має бути простим, а час його виконання мінімальним. У цьому випадку зберігається економічна ефективність обробки, а за рахунок спеціалізації верстатів суттєво підвищується продуктивність обробки. Вва­жається, що групова технологія найбільш ефективна під час обробки однієї чи двох груп деталей на одному верстаті впродовж місяця.

Деталі групи повинні мати також спільну чи дуже подібну схему базування та закріплення, інакше це ускладнить конструкцію переналагоджуваних пристосувань. У разі порушення цього принципу деталі ніби губ­лять спільність базування, установки, закріплення та зняття. Тому для вирішення такого питання вимагається застосування системного підходу та оптимізації.

 

Рис. 3 – Група деталей об’єднана за спільними елементами технологічної операції

Одноперехідні групові операції вимагатимуть застосування незмінюваного інструменту тилу фрез, різців або швидкозмінюваного, наприклад, свердел, зенкерів, розверток, протяжок закріпленням у патронах. Багатоперехідні операції вимагають спільних інструментальних налагоджень. Після того, як проведена класифікація та скомплектовані групи деталей, приступають до розробки групового технологічного процесузапис якого найкраще робити у табличній формі. Наявність відповідних операцій для кожної деталі групи в її технологічному процесі обробки відмічається цифрою, а відсутність - штрихом, тобто пропуском. Прийнята послідовність операцій повинна забезпечити обробку будь-якої деталі групи згідно з кресленням і технічними умовами. Всі пристосування та налагодження мають бути груповими, тобто універсальними або багатопредметними переналагоджу­ваними. Багатопредметні переналагоджувані пристосування можуть бути універсаль­но-налагоджуваними зі змінними наладками або груповими для обробки точно означеної групи деталей. Групові пристосування, в свою чергу, можуть бути зі змінними наладками, закріпленими за означеними деталями, з постійними установочними базами для закріплення декількох деталей в одному комплексному пристосуванні чи універсально-збірному.

На основі маршрутних групових технологічних процесів створюються групові потокові багатономенклатурні лінії. У таких лініях кількість операцій для деталей групи може бути різною. На групових потокових лініях деталі групи можуть запускати в обробку одночасно на декількох верстатах як послідовно, так і паралельно.

Слід підкреслити, що економічні міркування мають велике значення підчас впрова­дження групових технологічних процесів обробки деталей, що обумовлюється техно­логічними й організаційними труднощами, особливо у випадку невеликих партій обробки. Збільшення коефіцієнта завантаження верстатів тягне за собою збільшення кількості деталей у групах, а це, в свою чергу, вимагає багатоперехідних налагоджень верстатів без суміщення переходів і без спеціальних інструментів і пристосувань. У результаті цього значно знижується продуктивність і зростає технологічна собівартість механічної обробки.

Умовами організації групового виробництва деталей є:

■ подетальна спеціалізація технологічної системи;

■ об'єднання групи деталей за технологічними ознаками;

■ розробка групового технологічного процесу на окрему операцію чи цілий маршрут обробки.

Розрізняють дві форми організації групового виробництва: у разі подетальної спеціалізації та одиничної чи групової технології подетальні цехи, дільниці та багатономенклатурні групові потоки з переналагодженням верстатів, у разі подетальної спеціалізації та групової технології - подетальногрупові цехи, дільниці та багатоно­менклатурні потоки без переналагодження верстатів зі збереженням елементів підналагодження. У випадку організації подетальногруповихцехів, дільниць, ліній вирішуються такі завдання: формування конструкційно-технологічних груп деталей; форму­вання виробничо-структурних одиниць; створення подетальноспеціалізованих дільниць, ліній; внутрішньо-дільнична спеціалізація технологічного обладнання та оснащення; моделювання параметрів подетальноспеціалізованих дільниць, ліній, групових робочих місць; проектування технологічних планувань, розрахуноктехніко-економічних показників проекту групового виробництва.

Модульні технологічні процеси виготовлення деталей є подальшим розвитком техно­логії машинобудування і ґрунтуються вони на типових та групових процесах. Модульна технологія є новим видом, який базується на представленні оброблюваної деталі сукупністю модульних поверхонь з наступною побудовою технологічного процесу з таких модулів. Під технологічним модулем розуміється сполучення поверхонь, за допомогою яких виконується закінчена службова функція деталі, наприклад, набір поверхонь базування, робочих тощо. Службова функція деталі виконується поєднанням поверхонь. В основу класифікації модульних поверхонь закладений принцип, за яким усі поверхні розділяються на базуючі, робочі та зв'язуючі. Такі поєднання і називаються модулем поверхонь. Така класифікація побудована на основі службового призначення поверхонь деталей і містить 26 найменувань, з яких 14 — базуючі модулі, 6 - робочі і 6 — зв'язуючі. У цих межах будь-яку деталь можна описати за допомогою 26 найменувань модульних поверхонь. При цьому модульні поверхні кожного найменування можуть різнитися своїми розмірами, вимогами щодо точності, шорсткості  і т.п. На основі таких класифікацій визначаються типи модульних поверхонь, під кожний з яких і розробляється технологічний модульний процес. Така типізація відкриває широкі можливості поверхонь деталей, технологічного обладнання, оснащення і т.д. Представлення деталей сукупністю модулів поверхонь зводить процес розробки технологічного процесу до формування маршруту компонуванням процесу з окремих модулів. Принципи проектування технологічних модульних процесів такі:

■ кожна деталь представляється сукупністю модулів поверхонь;

■ усі поверхні одного модуля оброблюються на одній операції і бажано за один установ.

■ маршрут виготовлення деталі має бути одиничним для неї та враховувати всі її особливості

■ операція модульного процесу може компонуватися з модульних технологічних поверхонь;

■ побудова маршруту повинна передбачати можливість зміни послідовності виконання окремих операцій.

Розробка модульного технологічного процесу обробки деталі складається з таких етапів:

■ представлення деталі сукупністю модулів її поверхонь (конструкційні модулі);

■ формування з модулів поверхонь деталі інтегральних модулів поверхонь (модулі сформовані за технологічними ознаками - технологічні поверхні);

■ розробка маршруту обробки деталі як обробки поверхонь всередині інтегральних модулів вибраним типовим модулем технологічного процесу та формуванням послідовності інтегральних модулів;

■ формування операцій як послідовності обробки заготівельних інтегральних модулів (отримання заготовки) і одержання модулів деталі після вибору схеми базування заготовки, розрахунку режимів різання, норм часу).

Застосування у виробництві модульної технології дозволяє суттєво підвищити ефек­тивність виробництва деталей за рахунок використання кращих організаційних форм технологічних процесів і особливо в одиничному, малосерійному та середньосерійномувиробництвах широкої типізації, уніфікації та засобів їх здійснення.