Оренбургский государственный университет
 Скачать 1.89 Mb.
|
|
7 Выбор методов и количества необходимых переходов обработки Задачей любого технологического процесса механической обработки заготов- ки является превращение исходной заготовки в готовую деталь, к которой предъяв- ляются требования, определяемые чертежом детали. На данном этапе разработки технологического процесса выбираются методы обработки каждой поверхности за- готовки, и определяется количество необходимых переходов. Как правило, для обработки любой поверхности возможно применение не- скольких альтернативных методов. Выбор того или иного варианта обработки опре- деляется следующими факторами: - видом поверхности; - требуемой точностью обработки; - типом производства; - степенью доступности поверхности; - размерами поверхности; - соотношением размеров поверхности. Наиболее существенным фактором является вид поверхности. Для обработки наружных цилиндрических поверхностей используются: точение, круглое наружной шлифование и другие методы. Для обработки отверстий применяются: сверление, зенкерование, развертывание, растачивание и др. Обработка плоских поверхностей производится фрезерованием, строганием, плоским шлифованием и др. Специфиче- ские методы используются для обработки зубчатых, шлицевых и других фасонных поверхностей. 61 Чем точнее поверхность, тем более точный метод следует применять для ее обработки. Например, для обработки отверстия по 12 квалитету точности достаточ- но применить сверление или черновое растачивание, для обработки отверстия по 7 квалитету точности следует применять развертывание или тонкое растачивание. В условиях массового производства используются наиболее производитель- ные методы обработки, требующие специального оборудования и режущего инст- румента. В единичном производстве такие методы окажутся экономически необос- нованными. Для обработки плоской поверхности в массовом производстве возмож- но применение плоского протягивания. Плоское протягивание является одним из самых производительных методов, но данный метод требует применения дорогого специального инструмента. В условиях единичного или серийного производства бо- лее эффективным окажется фрезерование. Применяемые методы обработки определяются также степенью доступности поверхности. Например, для обработки сквозной плоской поверхности 1 (рисунок 7.1) можно применить фрезерование торцовыми фрезами, для обработки уступа 2 - фрезерование концевой фрезой или строгание. Рисунок 7.1 – Различные по доступности инструмента плоскости Для обработки зубьев большого венца зубчатого блока (рисунок 7.2) применя- ется фрезерование червячной модульной фрезой, как наиболее производительный. Обработка меньшего венца на той же детали возможно только зубодолблением, по- скольку при фрезеровании червячной фрезой нет возможности для выхода инстру- мента. 62 Рисунок 7.2 – Различные по доступности инструмента зубчатые венцы Эффективность того или иного метода определяется размерами обрабатывае- мой поверхности. Так обработка отверстий небольшого размера (не более 50 мм) производится осевым инструментом: сверлами, зенкерами, развертками. Обработка отверстий большего размера обычно производится растачиванием. В некоторых случаях на выбор метода обработки влияет соотношение разме- ров поверхностей. Обработка длинных и узких плоских поверхностей наиболее про- изводительно производится строганием, а для поверхностей с примерно одинаковым соотношением длины и ширины эффективнее фрезерование. Существующий уровень развития техники и технологии не позволяет осуще- ствить переход от сравнительно неточной исходной заготовки к детали в результате применения единственного метода обработки. Это объясняется тем, что на процесс обеспечения точности действует множество факторов: податливость технологиче- ской системы, колебания припусков и механических характеристик обрабатываемых заготовок, размерный износ инструмента, температурные деформации, квалифика- ция оператора и другие. В машиностроительной практике для достижения требуе- мой точности в настоящее время используется многостадийная обработка, то есть разделение обработки конкретной поверхности на черновую, чистовую, отделоч- ную. При этом погрешности заготовки прогрессивно уменьшаются от одного техно- логического перехода к другому. Непосредственный переход от заготовки к детали возможен при применении точных заготовок и использовании современных техно- логических систем, обладающих высокой жесткостью и точностью. Таким образом, второй задачей, возникающей при проектировании технологии, является выбор не- обходимого числа технологических переходов. 63 В качестве исходных данных при выборе методов обработки и числа перехо- дов выступает точность размеров исходной заготовки и точность детали. Выбор ме- тодов производится для каждой из поверхностей детали в порядке обратном процес- су обработки. Выбор следует начинать с наиболее точных поверхностей. С целью уменьшения времени на выбор методов желательно сгруппировать поверхности од- ного вида, имеющие одинаковую точность. При выборе методов обработки и числа технологических переходов используются статистические данные по точности. Та- кие данные приводятся в таблицах средней или средней экономической точности обработки (приложение Б, а также [3]). В таблицах приводятся параметры точности обеспечиваемые различными методами: точность размеров, отклонения расположе- ния и формы, шероховатость. При выборе методов обработки необходимо руководствоваться тем, что каж- дый технологический переход позволяет улучшить точность на несколько квалите- тов. Для черновых методов возможно увеличение точности на 3 - 4 квалитета, для чистовых и отделочных – на 1 - 2. Это объясняется влиянием на точность большего числа факторов при чистовых и отделочных переходах. Так при черновой обработке такие факторы как размерный износ, температурные деформации не оказывают на точность существенного влияния. Сначала определяется метод, позволяющий получить конечную точность де- тали. При этом возможно, что требуемая точность какой-либо поверхности детали получена на стадии получения исходной заготовки. В этом случае механической об- работки данной поверхности не требуется. По таблицам средней экономической точности обработки выбирают несколько методов, обеспечивающих требуемую точность. На основе качественного сравнения из этих методов выбирают один, ха- рактеризующийся наибольшей производительностью и экономичностью. При этом учитываются также тип производства, размеры поверхности и другие факторы. Если выбранный метод является черновым, то данный технологический переход будет единственным. Если для обработки поверхности требуется более одного перехода, определя- ются методы обработки, предшествующие окончательному, обеспечивающие точ- 64 ность грубее на 1-2 квалитета. Методика выбора предшествующего перехода та же, что и для окончательного. Затем, если предшествующий метод не является черно- вым, выбирают метод обработки для следующего предварительного перехода. Про- цесс выбора продолжается до тех пор, пока выбранный метод не окажется черно- вым, то есть применяемым для заготовки. В качестве меры количественной оценки точности должен использоваться наиболее жесткий параметр точности поверхности. О правильности выбранных методов обработки можно судить по изменению значений уточнений. Величина уточнения показывает, во сколько раз увеличивается точность в результате выполнения перехода. Величина уточнения определяется от- ношением допуска до обработки к допуску после обработки. 1 i i i T T − = ε При правильном распределении допусков по переходам, значения уточнений не должны увеличиваться по мере выполнения переходов. 1 2 1 1 0 i i T T T T T T − ≥ ≥ ≥ В качестве примера рассмотрим выбор методов и количества переходов для обработки отверстия диаметром 35Н6 мм в детали "втулка" (рисунок 7.3). Допуск на диаметральный размер для 7 квалитета составляет 25 мкм, а шероховатость не должна превышать R а = 1,6 мкм. Деталь производится крупными сериями. В качест- ве заготовки выбрана поковка, полученная на ГКМ. Отверстие в заготовке прошива- ется с допуском 1600 мкм, что соответствует 16 квалитету, и имеет шероховатость R а =50 мкм. 65 Рисунок 7.3 – Втулка Для получения требуемой точности детали можно применить следующие ме- тоды: 1) развертывание тонкое; 2) протягивание чистовое; 3) шлифование окончательное; 4) растачивание тонкое; 5) раскатывание, калибрование, алмазное выглаживание. Все эти методы необходимо сравнить по производительности и себестоимо- сти. Тонкое развертывание – метод, позволяющий обеспечить высокую произво- дительность, но в данном случае его применить невозможно, так как отверстие сту- пенчатое и получить требуемую точность на всей длине поверхности невозможно. По той же причине невозможно применить протягивание, шлифование, калиброва- ние и раскатывание. Тонкое растачивание и алмазное выглаживание имеют примерно одинаковую производительность. Но стоимость алмазного выглаживания несколько выше. Та- ким образом, для достижения конечной точности следует использовать тонкое рас- тачивание. Достижение точности 7 квалитета указанным методом будет целесообразно только в том случае, если ему будут предшествовать предварительные переходы. Перед тонким растачиванием точность размера отверстия должна быть на 1-2 ква- 66 литета грубее. Обработку отверстия по 8 квалитету можно произвести следующими методами: 1) развертывание точное; 2) протягивание чистовое; 3) растачивание чистовое. По тем же соображениям для обработки по 8 квалитету используется чистовое растачивание. Обработка по 8 квалитету будет эффективной, если ей предшествует точность отверстия грубее на 2-3 квалитета. Для обработки по 10-12 квалитету воз- можно применить следующие методы: 1) сверление, рассверливание; 2) зенкерование черновое прошитого отверстия; 3) развертывание нормальное; 4) протягивание черновое; 5) растачивание черновое. Рассверливание применять нежелательно, поскольку условия работы сверла по корке неудовлетворительны. Обработка осевым инструментом – зенкерование, развертывание невозможна. Протягивание также не может быть применено, так как отверстие несквозное. Единственный метод предварительной обработки – растачи- вание черновое. Таким образом, обработка отверстия диаметром 35 Н7 мм может произво- диться следующими методами: 1) растачивание черновое (Н12, R a =12,5); 2) растачивание чистовое (Н8, R a =3,2); 3) растачивание тонкое (Н6, R a =1,6). Уточнения по переходам: , 1 1 0 1 T T T T заг = = ε , 4 , 6 25 , 0 6 , 1 1 = = ε 67 , 2 1 2 T T = ε , 4 , 6 039 , 0 25 , 0 2 = = ε , 2 3 2 3 дет T T T T = = ε 43 , 2 016 , 0 039 , 0 3 = = ε Значения уточнений не увеличиваются, что свидетельствует о правильности назначения переходов. 8 Формирование маршрутного технологического процесса изготовления детали После определения технологических баз, выбора методов и числа переходов обработки каждой поверхности необходимо наметить общую последовательность обработки детали и сформировать технологические операции. При определении последовательности обработки необходимо придерживаться следующих рекомендаций: 1) на первой (или первых) операциях обычно производится обработка тех по- верхностей, которые затем используются в качестве технологических баз для обра- ботки большинства поверхностей заготовки; 2) сначала произвести черновую обработку всех поверхностей, затем перейти к чистовой, а затем к отделочной обработке; 3) наиболее ответственные переходы, связанные с достижением наибольшей точности, а также обработку легко деформируемых поверхностей необходимо про- изводить в конце технологического процесса; 4) следует выдерживать определенную технологическую последовательность обработки. 68 Последовательность обработки поверхностей детали напрямую зависит от вы- бранных технологических баз и задач, решаемых за счет этого выбора. Поэтому сначала производится подготовка технологических баз, используемых на более поздних этапах технологического процесса. Например, при разработке технологиче- ского процесса обработки вала необходимо сначала предусмотреть обработку цен- тровых гнезд, используемых в дальнейшем при токарной обработке шеек вала. В технологическом процессе обработки корпуса сначала следует обработать основа- ние корпуса, при разработке технологии изготовления зубчатого колеса сначала го- товятся базы в виде центрального отверстия и торца. На стадии черновой обработки снимается основная часть припуска, происхо- дит перераспределение внутренних напряжений, возникают значительные темпера- турные деформации заготовки. Снятие значительной части припуска с поверхности позволяет выявить неисправимый брак этой поверхности, обусловленный несовер- шенством технологических процессов получения заготовок. Обработка всех поверх- ностей черновыми методами позволяет выровнять внутренние напряжения и уменьшить их действие на точность детали. Разделение черновой и чистовой обра- ботки позволяет также уменьшить влияние на точность температурных деформаций. Окончательная обработка точных ответственных и легкодеформируемых по- верхностей выполняется в конце технологического процесса. Это производится с целью предупреждения деформаций поверхностей, прошедших окончательную об- работку, от действия опорных и зажимных элементов приспособлений, от деформа- ций, появляющихся при транспортировке заготовок. Упрочняющая термическая об- работка производится перед отделочными переходами, что не приводит к сущест- венному увеличению трудоемкости чистовой обработки и дает возможность испра- вить искажение поверхностей, появляющееся после термообработки. При определении последовательности обработки поверхностей необходимо учитывать возможность появления заусенцев на границах поверхностей. Образова- ние заусенцев приводит к необходимости введения в технологический процесс до- полнительных переходов. Должна быть также учтена естественная последователь- ность обработки поверхностей. Например, сначала обрабатывается плоскость, а за- 69 тем отверстия, лежащие в этой плоскости; сначала производится центровка отвер- стия, затем его сверление; сначала обрабатывается шейка вала, затем – наружная резьба на ней и т.д. При определении последовательности обработки следует также руководство- ваться типовыми решениями, имеющимися для деталей различных классов. Так для корпусных деталей обычно принимается следующая типовая последовательность выполнения этапов обработки: - подготовка технологических баз, заключающаяся в черновой и чистовой обработке наружных плоскостей и, иногда, двух точных отверстий; - обработка прочих плоских поверхностей; - черновая и чистовая обработка главных отверстий; - обработка крепежных отверстий; - отделочная обработка плоскостей и главных отверстий. Валы со шлицами колес обрабатывают в следующей типовой последователь- ности: - подготовка технологических баз (обработка торцов и центровых отвер- стий); - черновая токарная обработка; - чистовая токарная обработка; - предварительное шлифование опорных и посадочных шеек; - фрезерование шпоночных пазов; - фрезерование шлицев; - термическая обработка; - исправление центров (шлифование, притирка); - окончательное шлифование опорных и посадочных шеек; - шлифование шлицев. Обработка цилиндрического зубчатого колеса со ступицей 7 степени точности включает следующие этапы: - токарная обработка с одной стороны; 70 - токарная обработка с другой стороны с обработкой центрального отвер- стия; - протягивание отверстия; - чистовая токарная обработка; - фрезерование зубьев; - шевингование зубьев; - термическая обработка; - шлифование наружного диаметра, торца и отверстия; - шлифование (хонингование) зубьев. В серийном производстве при использовании оборудования с ЧПУ имеется ряд особенностей в выборе последовательности обработки, что обусловлено необ- ходимостью концентрации технологических переходов. При обработке валов следу- ет разделить все их поверхности на два основных вида: поверхности, обрабатывае- мые проходными, контурными и расточными резцами (торцовые, цилиндрические, конические, фасонные и др.); поверхности, требующие для обработки другого инст- румента (резьба, канавки, отверстия небольшого диаметра и др.). Для деталей типа тел вращения необходимо придерживаться следующей последовательности выпол- нения переходов: - черновая обработка проходными и контурными резцами наружных по- верхностей; - черновая и чистовая обработка поверхностей другими видами инструмен- та; - чистовая обработка проходными и контурными резцами; - обработка поверхностей, не требующих чистовой обработки, другими ви- дами инструмента. При реализации технологического процесса на многоцелевых станках с ЧПУ придерживаются следующей последовательности обработки корпусных деталей: - фрезерная обработка наружных поверхностей, затем уступов, пазов, вы- ступов; 71 - обработка главных отверстий (сначала обрабатывают отверстия в сплош- ном материале, затем пролитые и прошитые отверстия); - чистовая обработка главных отверстий, канавок; - обработка крепежных отверстий. Последовательность обработки заготовок на многоцелевых станках с ЧПУ должна учитывать минимизацию времени холостых перемещений. Если время, за- трачиваемое на смену инструмента больше чем время на поворот и перемещение стола с заготовкой, то сначала выполняют все переходы, выполняемые одним инст- рументом. Если соотношение затрат времени другое, то сначала выполняют все пе- реходы при неизменном положении стола с заготовкой. В результате выполнения данного этапа проектирования технологического процесса переходы, выбранные ранее для обработки каждой поверхности, распола- гаются в порядке их выполнения, то есть в хронологической последовательности. Следующей задачей проектирования технологии является формирование тех- нологических операций из отдельных переходов. При этом используются принципы дифференциации и концентрации переходов. Принцип дифференциации технологи- ческих переходов заключается в том, что каждому переходу соответствует отдель- ная операция, то есть каждый переход выполняется на отдельном рабочем месте. Такой подход характерен для массового и крупносерийного производства, когда на каждой технологической операции используется специальное оборудование. Прин- цип концентрации переходов состоит в максимальном объединении переходов в от- дельные операции. Он широко применяется в серийном и единичном производстве. Особенно ярко такой принцип проявляется при использовании современного обору- дования с ЧПУ, обладающего широкими технологическими возможностями. Возможности объединения переходов в технологические операции определя- ются следующими факторами: 1) одинаковостью схем базирования, используемых при обработке; 2) характером обработки (черновая, чистовая); 3) технологическими возможностями оборудования, которое предполагается использовать в проектируемом процессе; 72 4) необходимостью синхронизации операций с целью уменьшения такта вы- пуска изделий; Одним из условий, позволяющих объединить переходы в одну технологиче- скую операцию, является одинаковость схем базирования. При этом предполагается, что установочное приспособление, предназначенное для реализации схемы базиро- вания, является однопозиционным. Однако, при использовании многопозиционных приспособлений данное условие не обязательно. Объединение в одну операцию черновых и чистовых, а тем более, отделочных переходов, как правило, недопустимо. Черновые переходы характеризуются значи- тельными тепловыми деформациями, вибрациями, большим размерным износом ин- струмента. При использовании оборудования, предназначенного для черновой обра- ботки, все данные факторы будут оказывать действие на точность чистовых перехо- дов. Совмещение черновых и чистовых переходов в пределах одной технологиче- ской операции допускается на современном оборудовании, обладающем широкими возможностями, например, на сверлильно-фрезерно-расточных станках, на много- функциональных токарных станках с ЧПУ. Такие станки обладают повышенной же- сткостью и точностью позиционирования исполнительных органов. При этом после черновых энергонасыщенных переходов перед чистовыми необходимо предусмат- ривать неответственные переходы, например, обработку крепежных резьб, фасок, канавок и т.п. Это позволит уменьшить влияние температурных деформаций техно- логической системы на точность чистовой обработки. Объединение технологических переходов в операции следует производить с учетом возможностей оборудования, которое предполагается использовать в проек- тируемом технологическом процессе. Например, невозможно в пределах одной опе- рации объединить переходы, связанные с токарной обработкой, и шлифовальные переходы. Исключение составляет оборудование, имеющее широкие технологиче- ские возможности. Например, на многоцелевых станках с ЧПУ, предназначенных для комплексной обработки корпусов, производятся почти все переходы, необходи- мые для обработки. На них можно производить фрезерование плоскостей, сверле- ние, зенкерование, развертывание, растачивание, нарезание резьбы и т.п. На токар- 73 ных многофункциональных станках кроме обработки цилиндрических наружных и внутренних поверхностей, можно обрабатывать шпоночные пазы, лыски, зубчатые поверхности, шлицы, кулачки, отверстия, оси которых не совпадают с осью шпин- деля и др. В условиях массового или крупносерийного производства, когда предполага- ется использование автоматических и поточных линий, важной становится синхро- низация операций. Такая синхронизация позволяет увеличить производительность изготовления деталей. Для этого необходимо произвести объединение переходов та- ким образом, чтобы время выполнения каждой операции было бы примерно одина- ковым. На этапе проектирования маршрутного технологического процесса объеди- нение переходов с целью синхронизации операций производится ориентировочно по числу переходов и примерному объему работ. В дальнейшем, после нормирования технологического процесса, следует уточнить содержание каждой операции. |