8Проектирование техпроцессов. 8. Основы проектирования технологического процесса 1 Исходные данные для проектирования и основные вопросы, подлежащие решению при проектировании технологических процессов
 Скачать 126.5 Kb.
|
|
8. Основы проектирования технологического процесса 8.1 Исходные данные для проектирования и основные вопросы, подлежащие решению при проектировании технологических процессов. Основой для проектирования технологических процессов механической (или других способов) обработки являются подетальная производственная программа, составленная на основании общей производственной программы завода, рабочие чертежи машин и технические условия на их изготовление. Чертежи должны включать: рабочие чертежи деталей выпускаемых машин; сборочные чертежи узлов и отдельных механизмов (агрегатов); чертежи общих видов машин. К чертежам прилагаются: спецификации деталей по каждой машине; описание конструкций, и если возможно, рисунки (фотографии) машин. На рабочих чертежах, необходимых для проектирования технологических процессов обработки деталей на металлорежущих станках, должны быть указаны: а) вид заготовки; б) материал и его марка; в) обрабатываемые поверхности; г) обозначение класса шероховатости поверхности после обработки; д) допуски на неточность обработки; е) вид термической обработки. На чертежах сборочных и общих видов должны быть указаны: а) конструктивные зазоры; б) допуски на размеры, определяющие взаимное расположение деталей; в) особые требования, касающиеся сборки соединений или монтажа всей машины. В спецификациях деталей по каждому изделию должны быть указаны: а) наименование деталей (включая покупные); б) вес (масса) — чистый и черный; в) вид материала и его марка, химический состав и механические свойства; г) вид заготовки; д) количество деталей на одно изделие; е) для нормализованных деталей — номер ГОСТа (ОСТа) или нормали. Описание конструкции изделий должно дать правильное и полное представление об их работе, назначении и функциях отдельных частей и их взаимодействии. Технические условия на изготовление и сдачу изделий определяют требования, предъявляемые к изделию (машине) в целом и к его деталям; в зависимости от этого выбирается метод их обработки. Проектирование технологического процесса механической обработки деталей включает решение следующих основных вопросов: 1) установление вида (типа) производства и организационной формы выполнения технологического процесса; 2) определение величины партии деталей, запускаемых в производство одновременно, для серийного производства и определение величины такта выпуска деталей — для поточного производства; 3) выбор вида заготовок и определение их размеров; 4) установление плана и методов механической обработки поверхностей деталей с указанием последовательности технологических операций; 5) выбор типов и определение технических характеристик станочного оборудования, приспособлений, режущего и измерительного инструмента, а также определение их количества, потребного для выполнения намеченной обработки. 6) определение размеров обрабатываемых поверхностей деталей; 7) определение режимов работы на выбранных станках по каждой операции; 8) определение нормы времени на обработку по каждой операции; 9) определение квалификации работы; 10) оценка технико-экономической эффективности спроектированного технологического процесса; 11) оформление документации технологического процесса. Для серийного и массового производства технологические процессы изготовления отдельных деталей разрабатываются подробно, с освещением всех указанных факторов и составлением технологических карт, в которых фиксируются все необходимые сведения по вышеперечисленным вопросам. В единичном производстве технологические процессы так подробно не разрабатываются, здесь составляется только схематический план процесса обработки — маршрут операций с указанием последовательности операций, оборудования, приспособлений и инструмента (режущего и измерительного) и приближенного суммарного времени, потребного на обработку. Все эти данные фиксируются в определенных формах. 8.2 Организационная форма выполнения технологического процесса и величина партии деталей Вид производства. Вид (тип) производства и соответствующая ему форма организации работы определяют характер технологического процесса и его построение. Поэтому, прежде чем приступить к проектированию технологического процесса механической обработки деталей, необходимо, исходя из заданной производственной программы (с учетом запасных частей) и характера подлежащих обработке деталей, установить вид (тип) производства (единичное, серийное, массовое) и соответствующую ему организационную форму выполнения технологического процесса. Для каждого из этих видов производства технологический процесс имеет свои характерные особенности и каждому из них свойственна соответствующая форма организации работы в цехе. Величина партии деталей. Характерной особенностью серийного производства является изготовление изделий сериями (партиями), запускаемыми в производство одновременно. Одно из важнейших преимуществ серийного производства перед единичным заключается в том, что в серийном производстве вся партия деталей пускается в производство одновременно, что обеспечивает повторяемость операций, при которой выгодно широко применять специальные приспособления и специальные режущие и измерительные инструменты. Кроме того, затраты на подготовку и наладку станков раскладываются на все количество деталей в данной партии. Величина партии деталей устанавливается в зависимости от разнообразия номенклатуры выпускаемых изделий и годового количества изделий каждого типа и размера; количества необходимого периодического выпуска изделий (от срока заказа); комплектности выпускаемой продукции; длительности обработки деталей и сборки машины; сложности, длительности и себестоимости наладки станков; наличия запаса материалов. Количество деталей в партии можно выразить следующей формулой:  где п — количество деталей в партии; D— количество деталей по годовой программе вместе с запасными частями; t— число дней, на которое необходимо иметь запас деталей на складе; Ф — число рабочих дней в году. 8.3 Такт выпуска деталей Такт выпуска — интервал времени, через который периодически производится выпуск изделий определенного наименования, типоразмера и исполнения. При проектировании технологического процесса механической обработки деталей поточного производства — поточно-массового и поточного-серийного — должен быть определен такт выпуска деталей с поточной линии, т.е. промежуток времени, отделяющий выпуск с поточной линии двух следующих одна за другой деталей. Величина такта выпуска tBпри поточно-массовом производстве определяется по формуле  где FД— действительное (расчетное) годовое число часов работы одного станка при работе в одну смену (действительный годовой фонд времени станка в часах); т — число рабочих смен; D— количество деталей одного наименования, подлежащих обработке в год на данной поточной линии. При поточно-серийном производстве для достижения достаточной загрузки станков к каждой переменно-поточной линии прикрепляются для обработки несколько деталей разных наименований, сходных по размерам и конфигурации, для которых переналадки станков несложны и не требуют много времени или для которых совсем не требуется переналадка. Обработка таких деталей на линии производится попеременно партиями деталей одного наименования. Таким образом, на поточной линии обрабатываются в течение года детали разных наименований в разном или одинаковом количестве. Если при этом такт работы линии для деталей разных наименований должен быть одинаковым, то величина такта определится по формуле, аналогичной формуле, в которой в знаменателе будет общее количество деталей разных наименований, выпускаемых в год, с учетом затраты времени на переналадку линии с одной детали на другую. Тогда формула примет вид  где D1+D2+...+Dn— количество деталей разных наименований, обрабатываемых в год на данной линии; kH— коэффициент, учитывающий затрату времени на переналадку линии с одного наименования детали на другое (kH ≈ 0,95). Если на переменно-поточной линии обработка деталей разных наименований будет производиться с различным тактом, то такт надо рассчитать отдельно для каждого наименования детали, исходя из времени, в течение которого должна быть обработана данная партия деталей. 8.4 Установление плана и методов обработки План должен предусматривать расчленение технологического процесса обработки детали на составные части: операции, установки, позиции, переходы, ходы, а в необходимых случаях и приемы. При составлении плана и выборе метода обработки характер технологического процесса устанавливается в зависимости от характера продукции и вида (типа) производства. В единичном и мелкосерийном производстве принят уплотненный технологический процесс, выполняемый на станках общего назначения, в серийном производстве технологический процесс дифференцирован на операции с закреплением их за определенными станками. В крупносерийном и массовом производстве технологический процесс может осуществляться по одному из двух принципов: по принципу дифференциации на элементарные операции или по принципу концентрации операций. В современном крупносерийном и массовом производстве все больше стремятся применять второй принцип, как дающий наибольшую технико-экономическую эффективность: наибольшую производительность, меньшее основное и вспомогательное время, сокращение длительности производственного цикла, во многих случаях большую точность деталей и др. Выбор метода обработки зависит от требований, предъявляемых к точности и классу шероховатости обработки данной детали. Необходимая точность обработки в соответствии с требованиями того или другого класса точности достигается на различных станках разными способами. При выборе метода обработки необходимо учитывать экономическую целесообразность его применения. При установлении последовательности операций следует руководствоваться следующими общими соображениями: 1) В первую очередь надо обрабатывать поверхности детали, которые являются базами для дальнейшей обработки. 2) Затем следует обрабатывать поверхности, с которых снимается наиболее толстый слой металла, так как при этом легче обнаруживаются внутренние дефекты заготовки (раковины, включения, трещины, волосовины и т. п.). 3) Операции, где существует вероятность брака из-за дефектов в материале или сложности механической обработки, должны выполняться в начале процесса. 4) Далее последовательность операций устанавливается в зависимости от требуемой точности поверхности: чем точнее должна быть поверхность, тем позднее она должна обрабатываться, так как обработка каждой последующей поверхности может вызвать искажение ранее обработанной поверхности; это происходит из-за того, что снятие каждого слоя металла с поверхности детали вызывает перераспределение внутренних напряжений, что и вызывает деформацию детали. 5) Поверхности, которые должны быть наиболее точными и с наименьшей шероховатостью, должны обрабатываться последними; этим исключается или уменьшается возможность изменения размеров и повреждения окончательно обработанных поверхностей. Если такие поверхности были обработаны ранее и потом выполнялись еще другие операции, то их обрабатывают повторно для окончательной отделки. 6) Совмещение черновой и чистовой обработки на одном и том же станке может привести к снижению точности обработанной поверхности вследствие влияния значительных сил резания и сил зажатия при черновой обработке и большего износа деталей станка. 8.5 Установление режимов резания Прежде чем приступить к расчету режимов резания, надо определить расчетные (технологические) размеры обрабатываемых поверхностей деталей, необходимые для расчета скорости резания и времени на обработку. Режимы резания металла включают в себя следующие определяющие его основные элементы: глубина резания tв мм; подача Sв мм; скорость резания Vв м/мин или число оборотов шпинделя станка п в об/мин. Исходными данными для выбора режимов резания являются: 1) Данные об обрабатываемой детали (рабочий чертеж и технические условия): род материала и его характеристика (марка, состояние, механические свойства); форма, размеры и допуски на обработку; допускаемые отклонения от геометрической формы (овальность конусность, огранка, допускаемые погрешности взаимной координации отдельных поверхностей и т.д.); требуемая чистота, шероховатость, т.е. класс шероховатости (микрогеометрия) обрабатываемой поверхности; требования к состоянию поверхностного слоя (допускаемое упрочнение); 2) Сведения о заготовке (чертеж и технические условия): род заготовки; величина и характер распределения припусков; состояние поверхностного слоя (наличие корки, окалины, упрочнения); 3) Паспорта станков. Выбор величин элементов резания и параметров инструмента для точения ведется в следующем порядке: 1) Выбирается глубина резания, устанавливаемая в зависимости от припуска на обработку и числа проходов. Припуск разбивается на черновой, чистовой и отделочный. Величина припуска определяется в зависимости от полученных при предыдущей обработке: величины дефектного слоя (упрочнение, отпуск, прижог и т.д.); микрогеометрии поверхности; погрешностей формы детали; погрешности установки детали для данной операции; допуска на выполнение предыдущей операции. 2) Выбирается режущий инструмент — устанавливаются его тип, размер, материал и наивыгоднейшая геометрия в зависимости от: а) вида обрабатываемой детали; б) характера обработки; в) материала режущей части инструмента; г) жесткости и виброустойчивости системы. 3) Определяются подачи в зависимости от: а) вида детали и характеристики ее обрабатываемых поверхностей (жесткости, прочности и виброустойчивости, состояния поверхностного слоя, микрогеометрии поверхности); б) режущего инструмента (прочности, жесткости, износоустойчивости и виброустойчивости); в) характеристики станка (прочности механизмов подач, скоростей, жесткости, виброустойчивости и кинематики). Принимается наибольшая подача, допускаемая вышеуказанными ограничивающими факторами. Действительную подачу принимают по паспорту станка, ближайшую к расчетной. 4) Выбирается период стойкости режущего инструмента в зависимости от типа и размера инструмента, характеристики обрабатываемой детали и условий работы. Средние значения периодов стойкости приводятся в соответствующих нормативах. 5) Определяются скорость резания и число оборотов шпинделя в зависимости от ранее выбранных факторов по формуле  где Vр— рассчитанная скорость резания, мин;t— глубина резания в мм;S— подача в мм/об;Т – период стойкости инструмента, мин; xvи yv—показатели степени соответственно при глубине резания и подаче;m— показатель относительной стойкости;Cv— постоянная величина, зависящая от ряда факторов: материала инструмента, обрабатываемого материала, вида обработки (наружное точение, растачивание, подрезание и т.д.), характера обработки (черновая, чистовая, наличия охлаждения и др. По выбранной скорости резания определяется число оборотов по формуле  Определив расчетное число оборотов nр, принимают действительное число оборотов по паспорту станка nп, ближайшее меньшее к расчетному. При отсутствии паспорта ограничиваются определением расчетного числа оборотов, в этом случае необходимо учитывать знаменатель прогрессии φ коробки скоростей станка равный 1,06, 1,12, 1,26. При этом паспортное значение будет вычисляться: nп = 1000 ∙ φa, где 1000 – число оборотов шпинделя, которое задаётся на большинстве станков; а – положительное или отрицательное целое число. Далее считают фактическую скорость резания по формуле:  6)Определяют основное (технологическое) время Т0 по формуле:  где l — расчетная длина хода инструмента в мм; п — число оборотов шпинделя станка в мин; S— подача за один оборот шпинделя в мм/об; i— число ходов. В целях наименьшей затраты времени на обработку необходимо, чтобы произведение nSбыло максимальным из возможных для данного станка величин п и S; тогда t0будет наименьшим. Однако следует иметь в виду, что не всегда наименьшее машинное время соответствует наименьшей себестоимости обработки детали, так как повышенный режим работы вызывает увеличение расхода инструмента, затраты времени на подналадку оборудования, смену инструмента и увеличение других затрат. 7) Определяются составляющие силы резания и крутящий момент. Величины составляющих сил резания определяются по формулам, известным из курса «Резание металлов». Вертикальная (тангенциальная) составляющая силы резания  Радиальная составляющая силы резания  Осевая составляющая силы резания  Здесь CPz, СРу, СPx— коэффициенты, зависящие от обрабатываемого материала; t— глубина резания в мм; S — подача на один оборот в мм; хPz, хPy, хРх— показатели степеней при глубине резания; уPz, уPy, уРх— показатели степеней при подаче. Крутящий момент Мкр определяется по формуле:  где Pz— вертикальная составляющая силы резания в кг; d— диаметр детали в мм. 8) Определение потребной мощности станка. Эффективная мощность на резце Neравна  где Pz—вертикальная составляющая силы резания в кг (Н); V— скорость резания в м/мин (м/сек). Необходимая мощность на приводе станка Nnpбудет равна  где η — к.п.д. станка. Величина к.п.д. η берется по паспорту станка (в среднем η = 0,80 -0,85). Подсчитав по формуле величину Nnp, сопоставляют ее с мощностью электродвигателя выбранного станка NCT и делением первой величины на вторую получают коэффициент использования станка по мощности (ηм):  В том случае, когда мощность электродвигателя меньше требуемой по расчету, следует снизить скорость резания, а не подачу. Значения постоянных коэффициентов и показателей степеней в формулах для определения скоростей и сил резания, а также поправочных коэффициентов для скорости и сил резания при измененных условиях обработки приводятся в нормативах режимов резания. Для других (кроме точения) видов обработки (сверление, фрезерование, шлифование, зубонарезание, нарезание резьбы) режимы резания устанавливаются по аналогичному плану с небольшими отличиями. 8.6 Оформление (документация) технологических процессов механической обработки При проектировании технологического процесса изготовления какой-либо машины для каждой детали, входящей в эту машину, составляют следующие карты на механическую обработку: Маршрутная карта (см. ГОСТ 3.1404—71) содержит описание технологического процесса изготовления и контроля изделия по всем операциям различных видов работ в технологической последовательности с указанием данных по оборудованию, оснастке, материальным и трудовым нормативам. Карта эскизов (см. ГОСТ 3 1404—71) содержит графическую иллюстрацию технологического процесса (операцию) изготовления изделия. Операционная карта (см. ГОСТ 3 1404—71) содержит описание операции технологического процесса изготовления изделия с расчленением по переходам и указанием соответствующих данных по оборудованию, оснастке и режимам резания. Карта технологического процесса содержит описание технологического процесса изготовления и контроля изделия по всем операциям отдельного вида работ, выполняемых в одном цехе в технологической последовательности, с указанием данных по оборудованию, оснастке, материальным и трудовым нормативам. Для составления карт механической обработки необходимо иметь помимо указанных выше исходных данных (производственная программа, чертежи, спецификация, описание конструкций, технические условия) следующие руководящие и нормативные материалы: а) паспорта металлорежущих станков; б) каталоги или альбомы станков; в) каталоги или альбомы режущих инструментов; г) альбомы нормальных приспособлений; д) каталоги или альбомы вспомогательных инструментов; е) руководящие материалы по режимам резания; ж) нормативы подготовительно-заключительного и вспомогательного времени; з) тарифно-квалификационный справочник. Когда технологические процессы не разрабатывают подробно, а ограничиваются установлением порядка и перечня маршрутных операций, составляют маршрутные карты. Для детальных расчетов по нормированию в дополнение к маршрутным картам механической обработки составляют еще операционные карты на каждую операцию. В них подробно указывается, как надо производить обработку по каждому переходу, с какими режимами, какая установлена норма времени на обработку и т.д. Эти карты могут сопровождаться эскизами, иллюстрирующими обработку, схемами наладок станка, схемами, указывающими приемы управления станком, что изображается на картах эскизов. Технологическая карта механической обработки обычно состоит из двух основных частей: 1. (верхней) части лицевой стороны карты, в которой помещаются все необходимые сведения об изготовляемой детали и заготовке для нее, а также чертеж (эскиз) детали, и второй (нижней) части лицевой стороны карты, в которую вписываются проектируемый план обработки и все относящиеся к нему расчеты (продолжение этой части помещается на оборотной стороне карты). 2. (нижняя) часть карты содержит графы для описания проектируемого технологического процесса с подразделением на операции, установки, переходы, позиции с указанием необходимых станков, приспособлений, режущего и измерительного инструмента, а также с указанием расчетных размеров обрабатываемых поверхностей, режимов резания, норм времени по основным элементам, разрядов (квалификации) работы и потребного количества станков по операциям для выполнения годового задания. К технологической карте прилагаются чертежи (эскизы) технологических наладок по операциям или переходам и позициям, иллюстрирующие положение и крепление детали при обработке, положение, крепление и тип инструмента, применяемое приспособление и обрабатываемую поверхность. На чертеже (эскизе) должны быть указаны размеры с допусками, получаемые в результате обработки на данной операции (переходе или позиции), а также необходимый класс шероховатости обработки. К технологической документации кроме карт разных видов относятся: рабочие чертежи деталей и сборочные чертежи с простановкой технологических размеров, допусков, посадок и классов шероховатости обработки, необходимые для разработки технологических процессов, чертежи или эскизы технологических наладок по операциям или переходам, чертежи приспособлений, специального режущего, вспомогательного (крепёжно-зажимного) и измерительного инструмента и т.д. Документация, фиксирующая разработанный технологический процесс, способствует ускорению освоения производства новых машин и достижению заданных технико-экономических показателей. |