Тема: Загальні принципи проектування технологічних процесів виготовлення машин

План

1.Технологічність конструкції

2. Вибір методу виготовлення заготовок

3. Загальна методика та послідовність проектування процесів виготовлення деталей

4. Види технологічної документації

1.Технологічність конструкції

Відпрацювання конструкції виробу на технологічність передбачає вирішення комплексу заходів з метою забезпечення її рівня за регламентованими показниками. Відпрацювання спрямоване на більш повне використання конструкторських і технологічних можливостей, а також підвищення техніко-економічних показників виробництва. Вона здійснюється безперервно, починаючи з проектування виробу і продовжуючи при підготовці виробництва та наступного випуску виробу. Технологічність конструкції вирішується за наступними напрямками: виробничому, що визначається щодо виготовлення виробу; експлуатаційному – до підготовки та обслуговуванні виробу під час експлуатації, транспортуванні й зберіганні, а також виконанні його технічного обслуговування; ремонтному – зручності й простоти ремонту. Таким чином, відпрацювання конструкції на технологічність полягає в конструктивних та технологічних рішеннях.

Конструктивне відпрацювання припускає наступне:

1.            спрощення компоновки та розчленування виробу на окремі складові частини з метою полегшення монтажу і регулювання;

2.            забезпечення незалежного складання одиниць виробу;

3.            скорочення числа та спрощення форми деталей;

4.            максимальну уніфікацію застосованих конструкційних матеріалів і використання технологічних заготовок деталей;

5.            обґрунтований вибір баз, простановку розмірів, а також установлення шорсткості оброблюваної поверхні деталей і допусків на розміри, що забезпечують найбільш економічний вид взаємозамінюваності;

6.            встановлення раціональних монтажних зазорів і натягів;

7.            стандартизацію і уніфікацію деталей складальних одиниць, агрегатів, що підвищує серійність і спрощує виробничий процес;

8.            зручність регулювання конструкції;

9.            забезпечення контролепридатності;

10.       забезпечення вільного доступу інструментів до поверхонь у процесі виготовлення, технічного обслуговування та ремонту.

Технологічне відпрацювання конструкції включає в себе і забезпечує: спадкоємність засвоєних виробництвом конструктивних типових рішень; застосування високопродуктивних автоматизованих і автоматичних технологічних процесів обробки та складання із забезпеченням заданої точності та якості виготовлення; мінімальна витрата матеріалів на виготовлення; застосування сучасних методів і засобів контролю точності та якості виробів.

Експлуатаційне відпрацювання повинно забезпечувати експлуатаційну надійність та ремонтопридатність виробу, зручність його обслуговування в процесі експлуатації, зниження трудомісткості й вартості робіт, мінімальну масу виробу.

При вирішенні задач із підвищення технологічності конструкції виробу, складальної одиниці або деталі керуються наступними положеннями. Технологічна конструкція дає можливість використовувати високопродуктивні й ефективні технологічні процеси обробки та складання. Впровадження цих процесів пов’язано з великими витратами, вони ефективні тільки при масовому випуску виробів відпрацьованої конструкції. Перехід від меншого випуску до більшого вимагає зміни конструкції і, у крайньому разі до корінної її переробки. Оцінка технологічності конструкції здійснюється за базовим показником, що приймається за вихідний при порівнянні і вказаному в технологічному завданні на розробку конструкції.

Відпрацювання конструкції здійснюється для виробу в цілому, тому що підвищення технологічності окремих елементів не дає належних результатів. У вирішенні поставлених завдань суттєву роль відіграє конструктивна спадкоємність і уніфікація виробу. Під конструктивною спадкоємністю розуміють такий напрямок у конструюванні машин, коли вони одного або різного призначення є різновидом однієї конструкції, що прийнята за основу, і утворюють конструктивно нормалізований ряд. У цьому випадку конструюванню підлягають тільки елементи, зміна яких диктується установленими технічними умовами на проектовану машину. Інколи буває достатньо внести тільки зміни в сполучення складальних одиниць або деталей.

2. Вибір методу виготовлення заготовок

Вибір того чи іншого методу визначають, виходячи з наступних умов:

ü     технологічною характеристикою матеріалів деталі, тобто литтєвими властивостями, здатністю витримувати пластичні деформації під час обробки тиском, а також структурними змінами матеріалу заготовки;

ü     конструктивними формами і розмірами заготовки;

ü     потрібною точністю виконання заготовки, квалітетом обробки та якістю її поверхневих шарів;

ü     величиною програми випуску і часу на її виконання.

Крім того, на вибір методу виробництва заготовок великий вплив має час підготовки технологічної оснастки (виготовлення пресформ, моделей, штампів), наявність відповідного технологічного обладнання та необхідний ступінь автоматизації процесу. Вибраний метод повинен забезпечувати мінімальну собівартість. Підвищення точності виробництва заготовки помітно знижує обсяг механічної обробки. Разом з цим при малому обсязі випуску не всі вибрані методи виявляються рентабельними через великі витрати на оснастку для заготівельних процесів.

На основі знання технологічних характеристик методів виробництва заготовок можна відібрати обмежену їх кількість, що задовольняє поставленим умовам. Але остаточний вибір методу виробництва повинен здійснюватися тільки на підставі економічних розрахунків.

Щодо заготовок, що отримані за допомогою лиття або в результаті пластичного деформування, то попередньо встановлюють:

ü     припуски на обробку;

ü     допуски на розміри оброблюваних і чорнових поверхонь;

ü     базові поверхні для першої операції механічної обробки з вказівкою вимог, що до них ставляться;

ü     термічну обробку заготовок (у разі необхідності) та вимоги до структури й твердості матеріалу з точки зору його оброблюваності;

ü     метод очищення поверхонь деталей;

ü     міста вирізу у відповідальних заготовках пробних зразків для оцінки якості;

ü     методи попередньої обробки заготовок.

При виготовленні заготовок із сортового матеріалу встановлюють профіль і розмір прутка або товщину листа. Перелічені вище дані повинні бути наведені в кресленні заготовки або в технічних умовах на її виготовлення.

Контроль якості передбачає такі аспекти: виявлення пороків матеріалу заготовки за допомогою зовнішнього огляду чорних і попередньо оброблених поверхонь; перевірку розмірів заготовок за допомогою вимірювальних інструментів і шаблонів для розмітки, перевірку фізико-механічних властивостей матеріалу та його хімічного складу.

3. Загальна методика та послідовність проектування процесів виготовлення деталей

Для завдання проектування технологічних процесів характерна багатоваріантність можливих рішень. При цьому навіть для простих деталей може бути кілька варіантів технологічного процесу, що забезпечує вимоги робочого креслення і технічних умов. Методом порівнювання цих варіантів за такими показниками, як ефективність і рентабельність, остаточно вибирають раціональний або невелике число рівноцінних варіантів.

Проектування технологічних процесів відрізняється складністю та трудомісткістю. Як і інші види проектування, його виконують у кілька послідовних стадій. Спочатку роблять попередні накреслювання технічної схеми з послідовним уточненням і конкретизацією на підставі детальних технологічних розрахунків. У результаті послідовного уточнення попередніх порівнянь отримують закінчені розробки технологічного процесу. При цьому до вірного й прийнятого рішення звичайно вдається наблизитися після ряду спроб. Для скорочення трудомісткості та тривалості розробок порівняння та вибір варіанта доцільно проводити на попередніх стадіях проектування. Ступінь поглибленості технологічних розробок залежить від типу виробництва. В умовах масового виробництва технологічні процеси розробляють докладно для усіх елементів виробу. На заводах з одиничним і дрібносерійним виробництвом обмежуються складанням так званої маршрутної технології. У деяких випадках така технологія застосовується і в середньосерійному виробництві для виготовлення обмеженого числа другорядних деталей малої трудомісткості. Виняток складають складні й дорогі деталі, для яких технологічні процеси розробляють старанно й докладно. В умовах серійного виробництва при широкій номенклатурі виробів проектуються групові технологічні процеси.

Проектування техпроцесу починають з вивчення та аналізу робочих креслень деталі та складальної одиниці, в яку вона входить. Потім технологом заготівельного цеху (литтєвого, ковальського) вибирається метод отримання заготовок з урахуванням матеріалу деталі та програми випуску.

Побудова й вибір варіанта процесу обробки різанням залежить від виду заготовки. Після проведення необхідних уточнень і розрахунків технологічний процес обробки оформляють у необхідних документах. Треба відмітити, що з метою спрощення технологічної документації при одиничному і дрібносерійному виробництві технології виготовлення заготовок не розробляють, а в заготівельні цехи подають тільки робоче креслення деталі та замовлення на виготовлення заготовок. У цьому разі технологію виготовлення вибирають безпосередньо у заготівельному цеху.

Технологічний процес включає одно-, багатопереходні й багатопозиційні операції. При однопереходній операції характерна обробка однієї поверхні заготовки одним або кількома однаковими різальними інструментами (наприклад, свердлування отвору з двох боків, обточування циліндричної поверхні валу кількома різцями). Щодо багатопереходній операції треба відзначити наступне: в однієї заготовки обробляють кілька поверхонь одним або кількома інструментами, чи в кількох заготовок різними інструментами (обробка на токарно-револьверних верстатах). Сюди можна віднести також багатопозиційні операції з використанням багатопозиційних або агрегатних верстатів. При формуванні й виборі типу операції важливо враховувати можливість застосування багатоверстатного обслуговування, суміщення професій і вибирати високопродуктивне обладнання, що дозволяє вести обробку з максимальною концентрацією операцій і суміщувати в часі виконання позицій і переходів.

У процесі обробки заготовки повинно бути передбачене роздільне виконання чорнових, чистових і заключних операцій із застосуванням різних верстатів. Винятком може бути обробка заготовок великої маси, тому що це пов’язано з великими витратами часу на кожний установ. При цьому повинні бути передбачені невеликі й рівномірні припуски, що не викликають різниці в чорновій і чистовій обробці.

Після визначення послідовності обробки деталі уточнюють і розраховують багатоінструментальну операцію, тобто вибирають модель металообробного верстата, визначають бази й виконують розрахунок очікуваної точності обробки, розкладають операцію на установи, позиції або переходи, вибирають інструменти, розраховують режими різання з урахуванням заданого такту. На складні багатоінструментальні операції виконують креслення налагоджувань. Для порівняння варіантів верстатних операцій можна обмежитися розрахунком норми часу.

Вагомий вплив на структуру технологічного процесу мають умови його використання. На діючому виробництві при розробці технологічного процесу враховується наявність вільного обладнання та завантаження діючого. Але проектування даного процесу на збільшений обсяг випуску деталей повинно здійснюватися за рахунок реалізації технологічних і організаційних рішень, а не простим множенням числа одиниць обладнання на коефіцієнт збільшення випуску. Для нового підприємства металорізальне обладнання вибирають з техніко-економічних міркувань. У цілому при проектуванні технологічного процесу корисно використовувати типові процеси, дані інших підприємств.

При проектуванні технологічної операції технолог повинен мати наступні матеріали: маршрутну карту обробки заготовки, схему її базування та закріплення, точність обробки на параметри шорсткості поверхонь, оброблюваних на розглядуваній та оброблених на попередніх операціях, припуск на обробку. У випадку, коли операція проектується на обробку в поточній лінії, необхідно знати такт випуску. Зазначена операція технологічним маршрутом уточнюється за змістом: установлюють послідовність і можливість суміщення переходів, остаточно вибирають обладнання та технологічну оснастку, розраховують режими різання та норми часу, установлюють налагоджувані розміри й складають схему налагоджування.

Порівняння варіантів технологічної операції виконують за продуктивністю та собівартістю при додержанні техніко-економічного принципу проектування. Під час проектування операції слід прагнути до скорочення штучного часу, а при використанні автоматичної лінії час необхідно узгодити з її продуктивністю.

Скорочення норми часу досягається поєднанням кількох технологічних переходів. Загальний час знижується за рахунок використання високопродуктивних і комбінованих різальних інструментів, підвищення режимів різання та зменшення припусків на обробку, а також за рахунок зменшення числа технологічних переходів і робочих ходів у процесі обробки поверхонь. Допоміжний час скорочується у результаті зменшення часу на установ і зняття заготовок за рахунок використання швидкодіючих і механізованих пристроїв, зменшення часу допоміжних ходів.

Режим різання має суттєвий вплив на точність і якість обробленої поверхні, продуктивність і собівартість обробки. Для одноінструментної обробки різанням спочатку визначають глибину, потім подачу і після неї швидкість головного руху різання. Глибину різання визначають припуском на обробку та можливістю зняття його за один робочий хід, а при обробці на попередньо налагодженому верстаті вона залежить від розрахованого раніш припуску на обробку даної поверхні. Якщо обробку здійснюють за кілька робочих ходів, глибину різання установлюють найбільшою з відповідним зменшенням числа робочих ходів. Для забезпечення заданої точності та шорсткості поверхні на останніх робочих ходах глибину різання зменшують.

Подачу призначають максимально граничною. При чорновій обробці фактором обмеження є міцність слабкого кільця технологічної системи (оброблювана заготовка, різальний інструмент, елемент верстата). При чистовій обробці різанням цей параметр установлюють залежно від точності обробки та шорсткості поверхні.

Швидкість головного руху різання визначають розрахунковим шляхом або вибирають за нормативними даними з урахуванням виконання даного технологічного процесу. Звичайно розрахунок виконують залежно від стійкості різального інструменту:

,

де – стала для даних умов обробки з урахуванням глибини різання, подачі та матеріалу заготовки;

- стійкість різального інструменту;

- показник відносної стійкості ( ).

Визначивши швидкість головного руху різання, знаходять частоту обертання шпинделя. Отримані значення погоджують з паспортними даними верстата і у разі необхідності розрахунок коригують.

Особливість призначення режимів різання для багатоінструментної обробки полягає у забезпеченні погодженості роботи різальних інструментів з урахуванням особливості обладнання для використання даної операції. Для блоку різальних інструментів вибирають найменшу подачу, що обмежена механізмом подачі верстата або жорсткістю заготовки. При чистової обробці подача регламентується шорсткістю поверхні. Лімітованими різальними інструментами є інструменти, які обробляють ланки з найбільшим діаметром та довжиною. Для лімітованих інструментів визначають коефіцієнт часу різання:

,

де – шлях різання інструменту;

- шлях робочого ходу інструментного блоку.

Стійкість кожного інструменту налагоджування T визначають відповідно до виразу

,

де – умовно-економічна стійкість лімітованих різальних інструментів даної наладки при їх рівномірному завантаженні, хв., її вибирають по нормативним даним.

За стійкістю прийнятих лімітованих різальних інструментів визначають швидкості головного руху різання, при цьому найменша з них буде в лімітованого інструменту. За цією швидкістю розраховують частоту обертання шпинделя та коригують її з паспортними даними верстата. Потім визначають сумарні момент і пружність різання, які також погоджують з паспортними даними і при необхідності коригують, відповідно змінивши подачу та швидкість головного руху різання.

Тривалість роботи кожного інструменту залежить від розмірів оброблюваних поверхонь. У цьому випадку глибину різання визначають для кожного інструменту наладки, після чого за нормативними даними вибирають подачу на один оберт шпинделя. Далі виявляють лімітовані інструменти і за їх умовно-економічною стійкістю знаходять швидкість V головного руху різання для усіх інструментів налагоджування. Слід відмітити, що для чистових інструментів (наприклад, розгорток) швидкість головного руху різання установлюють не за стійкістю, а за точністю обробки й шорсткості обробленої поверхні. Потім знаходять частоту обертання інструментальних шпинделів і хвилинну подачу на оберт різального інструменту:

.

Для багатошпиндельної головки приймають найменшу величину , після чого здійснюють корективу частоти обертання інструментальних шпинделів

.

За визначеною величиною розраховують фактичні швидкості головного руху різання:

.

Докладну розробку технологічного процесу по переходах оформляють у вигляді операційних і технологічних карт, які складають окремо на кожну операцію, або у вигляді повних технологічних карт на обробку деталі. Однак складання докладних технологічних карт на кожну операцію не виключає використання зведених маршрутних карт на кожну деталь.

4. Види технологічної документації

Розроблений технологічний процес в єдиній системі технологічної документації оформлюють у вигляді комплекту документації, серед якої основними є маршрутна карта й карта технологічного процесу.

Маршрутна карта – це технологічний документ, що містить маршрутний або маршрутно-операційний опис операцій виготовлення чи ремонту виробу (його елементів), включаючи контроль і переміщення по усіх операціях різних методів у технологічній послідовності, з вказівкою даних про обладнання, технологічну оснастку, матеріальні нормативи та трудові витрати.

Карта технологічного процесу – це технологічний документ, що містить операційний опис технологічного процесу виготовлення або ремонту виробу (його складових частин) в технологічній послідовності по усіх операціях одного виду робіт, з вказівкою переходів, технологічних режимів і даних про засоби оснащення, матеріальні та трудові нормативи.

Крім відмічених вище технологічних документів, до комплекту входять операційна карта, карта ескізів, технологічна інструкція, відомість деталей (складальних одиниць) та інші документи.

Операційна карта – це технологічний документ, що містить опис технологічної операції з вказівкою послідовного виконання переходів, даних про засоби технологічного оснащення, режими та трудові витрати. Карти розробляють по усіх операціях в умовах серійного та масового виробництва і доповнюють маршрутною картою.

Карта ескізів – графічний документ, що містить ескізи, схеми та таблиці, призначені для пояснення проведення технологічного процесу, операцій або переходу виготовлення (ремонту виробу), включаючи контроль і переміщення. Для обробки різанням ці карти виконують у вигляді ескізів налагоджування (схеми установи заготівок з вказівкою отриманих розмірів з допусками та шорсткості оброблених поверхонь). Таблиці й схеми розміщують на вільному полі карти ескізу, праворуч від зображення або під ним.

Комплектуюча карта – це технологічний документ, що містить дані про деталі, складальні одиниці та матеріали, що входять до комплекту збираємого виробу.

Технологічна інструкція – це технологічний документ, що містить опис технологічних процесів, методів і прийомів, що повторюються під час виготовлення або ремонту виробу, правил експлуатації засобів технічного оснащення.

Питання для самоконтролю

1.Що таке технологічність конструкції?

2. Які є види відпрацювання конструкції на технологічність?

3. Які є методи виготовлення заготовок?

4. Яка загальна послідовність проектування процесів виготовлення деталей?

5. Які є види технологічної документації?