Оренбургский государственный университет
 Скачать 1.89 Mb.
|
|
9 Выбор средств технологического оснащения операций Выбор средств технологического оснащения операций заключается в опреде- лении для каждой из ранее намеченных операций оборудования, режущего инстру- мента, установочных и вспомогательных приспособлений, средств измерения, необ- ходимых для реализации этих операций. Подход к выбору металлорежущего оборудования определяется типом произ- водства. В массовом производстве на основе технологического процесса может быть разработано техническое задание на проектирование специального автоматизиро- ванного высокопроизводительного оборудования. Таким оборудованием могут яв- ляться агрегатные станки, автоматические линии и др. Высокие затраты на специ- альное оборудование в условиях массового производства быстро окупаются. В то же время в массовом производстве оправдано и применение станков автоматов, выпус- каемых промышленностью, например, автоматов токарной группы. В условиях серийного производства наиболее эффективно применение обору- дования с ЧПУ. Это объясняется тем, что при их применении значительно сокраща- 74 ется подготовительно-заключительное время. Кроме того, станки с ЧПУ, как прави- ло, обладают большими технологическими возможностями и имеют высокую жест- кость и точность. В мелкосерийном и единичном производстве при большом числе технологических операций, выполняемых на одном рабочем месте, рационально применять универсальное оборудование. При выборе оборудования следует использовать следующие исходные дан- ные: 1) метод и вид обработки; 2) тип производства; 3) требуемая точность обработки; 4) размеры обрабатываемой заготовки; 5) потребная длина хода инструмента. Данные по некоторым видам металлорежущего оборудования приведены в приложении Г. Более подробные сведения имеются в [7, 8]. В пояснительной записке следует привести основные технические характери- стики выбранного оборудования. Выбор режущего инструмента производится на основании следующих исход- ных данных: 1) метод и вид обработки; 2) тип производства; 3) требуемая точность обработки; 4) материал обрабатываемой заготовки. В массовом и крупносерийном производстве допускается применение специ- ального инструмента: фасонного, комбинированного и др. В серийном и единичном производстве наиболее эффективно использовать универсальный режущий инстру- мент. Установочные приспособления в массовом производстве, как правило, специ- альные. В серийном производстве желательно использование переналаживаемой и универсальной оснастки. В условиях единичного производства применяется только универсальная оснастка. Однако, не исключается применение в оправданных случа- ях универсальной оснастки в массовом производстве и специальной в серийном. 75 Информация о режущем инструменте приведена в приложении Д, в [7, 8, 9]. Наибо- лее подробные сведения о режущем инструменте содержатся в базе данных по ре- жущему инструменту [12]. Для выбранного режущего инструмента должны быть указаны: его наименование, код, материал режущей части, нормативный документ (ГОСТ, ОСТ и т.п.). Вспомогательный инструмент (оправки, патроны, державки и т.п.) выбирается в зависимости от состава работ производимых в операции, применяемого оборудо- вания и инструмента [9]. При разработке маршрута обработки средства технологического оснащения выбираются предварительно. Окончательно модель станка, вид используемого ре- жущего инструмента и приспособлений уточняются при разработке операционной технологии. Разработанный маршрут представляется в виде таблицы, в которой указывает- ся: 1) номер операции; 2) содержание переходов; 3) эскиз заготовки, показанный в том виде, который она принимает после окончания операции. Обрабатываемые поверхности выделяются утолщенными ли- ниями. На эскиз наносится схема базирования и размеры по каждому технологиче- скому переходу; 5) тип станка; 6) режущий инструмент; 7) установочное приспособление. Пример оформления маршрута обработки приведен в таблице 9.1 Проектирование маршрута обработки в реальных условиях не всегда является строго линейным процессом, когда этапы проектирования выполняются последова- тельно. Технологические решения, принятые на поздних стадиях, могут привести к необходимости корректировки ранее принятых решений. 76 Установо ч- ное при - способле - ние Патрон трехкулач - ковый Режущий инстру - мент Резец PCLNR20 20K12 Т 15 К 6 ТУ 2-035- 892-82 Сверло 035-2301- 1060 Р 6М 5 ОСТ 2И 20-2- 80 Резец К .01.4983 .000.00 Т 15 К 6 ТУ 2-035- 1040-86 Оборудо - вание 16 Б 16 Т 1 Операцио нный эскиз Наи м енов ание и со - держание операции Токарная с ЧПУ 1 Точить поверхн о- сти , выдерживая ра з- меры 1, 2 2 Сверлит ь отверстие , выдерживая размер 3 Таблиц а 9. 1 - Пример оформления маршрутного технологического процесса : № опе - рации 77 10 Расчет припусков и операционных размеров 10.1 Общие положения Цель выполнения этого этапа курсового проекта по технологии машинострое- ния - создание технологического процесса, гарантирующего требуемое качество при минимальном расходе материала. Эти цели достигаются за счет определения опти- мальных размеров заготовки и операционных размеров. Одной из современных ме- тодик расчета припусков и операционных размеров является размерный анализ тех- нологических процессов. Размерный анализ [14] - совокупность методов увязки размерных параметров заготовки на всех стадиях технологического процесса, осно- ванных на теории размерных цепей. Определение операционных размеров в размерном анализе производится на основе расчета технологических операционных размерных цепей. Это размерные цепи, звеньями которых являются размерные параметры заготовки на разных стади- ях ее обработки. Звеньями операционных размерных цепей могут быть размеры ис- ходной заготовки, операционные размеры, припуски, радиусы цилиндрических по- верхностей, отклонения расположения. Составляющими звеньями операционных размерных цепей являются размеры, подлежащие обязательному исполнению (ука- зания об этом приводятся в технологической документации). Замыкающими (то есть зависимыми по номинальным значениям и допускам от составляющих) являются размеры, получающиеся за счет исполнения составляющих звеньев (указания об их исполнении в технологической документации не приводятся). Простейшая операци- онная цепь появляется при обработке плоскости. Производится черновое фрезеро- вание верхней плоскости корпусной детали, установочной технологической базой является нижняя плоскость. В результате обработки снимается припуск и образуется новая плоскость. 78 Рисунок 10.1 – Простейшая операционная размерная цепь Размер заготовки до обработки А 1 , операционный размер А 2 и припуск обра- зуют технологическую размерную цепь (рисунок 10.1). Размеры А 1 и А 2 являются размерами, подлежащими обязательному исполне- нию, то есть составляющими звеньями операционной размерной цепи. Замыкающим звеном Δ A этой размерной цепи является припуск Z , так как его величина и погреш- ность зависит от величин и погрешностей составляющих звеньев. При проектирова- нии нового технологического процесса возникает необходимость решения проект- ной задачи расчета размерной цепи. При этом из размерной цепи определяется неиз- вестное составляющее звено, исходя из известных значений прочих составляющих звеньев и исходного значения замыкающего звена. В рассмотренном примере известным составляющим является размер А 2 , по- лученный в результате обработки и соответствующий размеру детали. Его точность соответствует принятому методу обработки. Неизвестным по номиналу составляю- щим звеном - размер заготовки А 1 , допуск данного размера обеспечивается при по- лучении заготовки. Величина припуска Z - замыкающее звено Δ A , заданное своим минимальным исходным значением, зависящим от состояния поверхности заготов- ки. Исходным условием для определения размера заготовки А 1 является достаточ- ность припуска на обработку. Иногда в качестве замыкающего звена технологической операционной раз- мерной цепи выступает конструкторский размер детали, точность которого обеспе- 79 чивается за счет исполнения других размеров. Пример появления размерной цепи с таким замыкающим звеном приведен на рисунке 10.2. Рисунок 10.2 – Размерная цепь с замыкающим звеном конструкторским раз- мером детали При обработке среднего торца вала в качестве опорной технологической базы используется левый торец. При этом размер А 2 обеспечивается с определенной точ- ностью, зависящей от точности данной технологической операции. Размер А 1 полу- чен на предыдущей операции или на стадии получения исходной заготовки. Размер A 3 , указанный на чертеже детали, непосредственно в ходе технологического процес- са не обеспечивается, он получается за счет размеров А 1 и А 2 , то есть является замы- кающим 3 A A = Δ . Решение проектной задачи расчета для такой технологической операционной размерной цепи заключается в определении неизвестного состав- ляющего звена А 2 , исходя из условия получения требуемой точности замыкающего звена Δ A 80 10.2 Подготовка исходных данных для размерного анализа Подготовка исходных данных сводится к подготовке чертежа детали, техноло- гического процесса. Требуется также установить значения минимальных припусков на обработку и значения операционных допусков. Ввиду большой трудоемкости размерного анализа он, как правило, выполняется с применением ЭВМ. Для пред- ставления размерной информации в виде, удобном для автоматизации размерных расчетов на ЭВМ, поверхности детали нумеруются (идентифицируются) числами не кратными десяти. Номер оси цилиндрической поверхности получается при увеличе- нии номера этой поверхности в 10 раз. При автоматизированных расчетах номерам и осям присваивают знаки плюс и минус. Знак плюс присваивается внутренним ци- линдрическим поверхностям и их осям, а также леворасположенным плоскостям де- тали. Знак минус - наружным цилиндрам и их осям, а также праворасположенным плоскостям. Пример обозначения поверхностей приведен на рисунке 10.3. Рисунок 10.3 - Обозначение поверхностей и осей детали Поверхности заготовки и поверхности, возникающие в ходе технологического процесса, обозначаются двойным числом, первое соответствует номеру той же по- верхности у детали, второе - показывает, сколько раз обрабатывалась данная по- верхность. 81 При работе на ЭВМ обозначения поверхностей заготовки и технологического процесса производятся программно, а система обозначений используется при рас- шифровке результатов расчета: - 10 - первая поверхность исходной заготовки; - 201 - ось второй цилиндрической поверхности после ее однократной обра- ботки; - 113, 1103 - одиннадцатая цилиндрическая поверхность, прошедшая трех- кратную обработку и ее ось; Обозначение размерных параметров удобно производить с использованием данных идентификаторов: - А (10 - 20) - размер, связывающий поверхности 10 и 20; - Т (10 - 20) - допуск размера А (10 - 20); - Z (10 - 11) - припуск на обработку десятой поверхности; - Е (100 - 200) - отклонение от соосности осей 100 и 200 цилиндрических по- верхностей 10 и 20. При подготовке чертежа детали и исходной заготовки необходимо проверить правильность простановки размеров. Число размеров и способ их простановки дол- жен однозначно определять положение всех поверхностей и осей. Необходимое и достаточное число размеров на единицу меньше общего числа поверхностей и осей по каждому координатному направлению. Как правило, рабочие чертежи деталей содержат не все размеры, необходимые для однозначного представления конфигу- рации детали. Часть размеров, таких как, отклонения от соосности и симметрично- сти, указаны в неявном виде. При проведении размерного анализа необходимо счи- тать, что каждая цилиндрическая поверхность имеет собственную ось. Это требует дополнения чертежа "подразумеваемыми" размерами. Например, для вала, имеюще- го три ступени, на конструкторском чертеже обычно указываются 3 диаметральных размера и иногда некоторые отклонения от соосности (радиальные биения), сущест- венно влияющие на исполнение деталью ее служебного назначения. В соответствии с ранее изложенным правилом в диаметральном направлении необходимо иметь 5 размеров: 3 диаметральных размера ( А 1 , А 2 , А 3 ) и 2 отклонениями от соосности ( Е 1 , 82 Е 2 ). Для однозначного определения положения 4 торцовых поверхностей необходи- мо и достаточно 3 размеров ( А 4 , А 5 , А 6 ) , рисунок 10.4. Рисунок 10.4 - Простановка размеров на чертеже вала При подготовке технологического процесса к размерному анализу необходимо конкретизировать каждый технологический переход и указать все образующиеся размерные связи. В качестве операционных размеров необходимо проставлять раз- меры, величины и погрешность исполнения которых зависит только от выполняемо- го перехода. При обработке плоской поверхности необходимо указать величину припуска и один размер (либо до технологической базы, либо до ранее полученной в этом же установе поверхности или оси). При обработке цилиндрической поверхно- сти, обычно, указывается три размерные связи; припуск, положение новой оси (ко- ордината или отклонение от соосности) и радиус обработанной поверхности. При обработке путем снятия напуска происходит образование новой поверхности, не имевшиеся до обработки, величина припуска в этом случае не указывается. При выполнении размерных расчетов следует определить значения парамет- ров размерных связей. Для операционных размеров необходимо определить допус- каемые отклонения, зависящие либо от точности исходной заготовки, либо от точ- ности используемого метода обработки. 83 Допуски исходных заготовок определяются по соответствующим норматив- ным документам или по приложению А настоящего пособия. Допуски на межцентровые расстояния и отклонения от соосности для различ- ных видов заготовок приведены в [3]. Допуски операционных размеров, получаемых в ходе технологического про- цесса, определяются по формуле б и T ε ρ ω + + = , (10.1) где ω - средняя точность обработки; и ρ - пространственные отклонения измерительной базы; б ε - погрешность базирования. Значения средней точности обработки приведены в [3], а также в приложении Б. Предельные отклонения составляющих звеньев, образующихся в технологиче- ском процессе, следует назначать в "тело" заготовки. Для координат отверстий и от- клонений от соосности предельные отклонения - симметричны. Точность размеров, координирующих оси цилиндрических поверхностей (точность межцентровых рас- стояний и отклонения от соосности), получаемых в процессе механической обра- ботки приведены в [3]. Пространственные отклонения учитываются лишь в том случае, если измери- тельной базой является необработанная поверхность исходной заготовки. Величины пространственных отклонений поверхностей исходных заготовок и пространствен- ные отклонения поверхностей, полученные в результате механической обработки, приведены в [3]. Погрешность базирования равна нулю при совпадении технологической и из- мерительной баз, а также в случае обработки методом пробных рабочих ходов. По- грешность базирования определяется, исходя из принятой схемы установки заготов- ки. Ее значения указаны в [3]. Минимальный припуск на обработку поверхности определяется по формуле 84 , 1 1 1 − − + + = − i i z i H R z i ρ (10.2) , где 1 − i z R - высота микронеровностей поверхности; 1 − i H - глубина дефектного слоя; 1 − i ρ - пространственные отклонения поверхности. Величины, входящие в формулу (10.2) должны соответствовать состоянию поверхности до обработки. Значения составляющих формулы приведены в [3]. Глу- бина дефектного слоя не должна учитываться для заготовок из чугуна и литейной бронзы после однократной обработки поверхности, а также для любых металлов по- сле термообработки. Для определения неизвестных операционных размеров необходимо выявить размерные цепи и произвести их расчет. Для формирования размерных цепей необ- ходимо построить размерную схему технологического процесса, которая достаточно наглядно отображает динамику изменения и взаимосвязи размеров на различных этапах обработки заготовки. 10.3 Построение размерных схем технологического процесса Размерные схемы позволяют вскрыть размерные связи в проектируемом тех- нологическом процессе, то есть дают возможность сформировать технологические размерные цепи. Размерные схемы строятся отдельно для каждой из координатных осей деталей, для того чтобы получить плоские размерные цепи с параллельными звеньями. При построении размерных схем учитываются лишь те переходы, кото- рые участвуют в формировании размеров по данной координате. Для технологиче- ских процессов изготовления тел вращения строятся две размерных схемы: схема диаметральных размеров и отклонений от соосности и схема продольных размеров. Для корпусных деталей производится построение трех размерных схем для каждой 85 из координатных осей. При построении размерных схем используются следующие условные обозначения: - составляющие звенья с неизвестным номиналом; - составляющие звенья с известным номиналом; - замыкающие звенья; - технологический переход, заключающийся в удалении при- пуска Z (10-11) с поверхности 10 и появлении новой поверхно- сти11 (новая поверхность расположена правее, припуск – за- мыкающее звено); - технологический переход, заключающийся в удалении при- пуска Z (10-11) с поверхности 10 и появлении новой поверхно- сти11 (поверхность расположена левее, припуск – замыкающее звено); - технологический переход, заключающийся в удалении при- пуска Z (10-11) с поверхности 10 и появлении новой поверхно- сти11 (поверхность расположена левее, припуск – составляю- щее звено); - появления новой оси 101 цилиндрической поверхности вза- мен старой 100; - появление новой оси 101 цилиндрической поверхности вза- мен старой 100 (оси связаны замыкающим звеном – смещени- ем осей); - появление новой оси 101 цилиндрической поверхности вза- мен старой 100, являющейся технологической базой (оси свя- заны составляющим звеном с известным номиналом). Ось об- рабатываемой цилиндрической поверхности является техноло- гической базой, например, при протягивании. 86 Построение схемы производится на вертикалях, соответствующих поверхно- стям и осям детали. Обозначение вертикалей (поверхностей) должно соответство- вать идентификаторам поверхностей. Порядок расположения точек и вертикалей должен соответствовать реальному относительному расположению поверхностей и осей детали. Данные точки обозначаются как поверхности заготовки (идентифика- ционный номер поверхности с нулем). Построение размерной схемы производят в последовательности выполнения технологических переходов, начиная от заготовки до детали. Сначала точками указываются поверхности и оси, имеющиеся на исход- ной заготовке. Затем указываются размеры заготовки, их число должно быть на единицу меньше числа имеющихся поверхностей и осей. Положение всех поверхно- стей заготовки должно быть однозначно определено. Затем между вертикалями ука- зываются размерные параметры, получающиеся в технологических переходах (при- пуски, размеры, отклонения от соосности и др.). Положение поверхностей и осей, образующихся в результате обработки, должно быть однозначно определено. Как правило, вновь образованную поверхность или ось следует связывать с технологи- ческой базой. Возможно также задавать положение вновь образованной поверхно- сти или оси с поверхностью или осью, полученной в той же технологической опера- ции без переустановки заготовки. В результате обработки каждой из поверхностей ее номер увеличивается на единицу. После описания последнего перехода оставля- ется место для возможных замыкающих звеньев размеров, а затем на тех же верти- калях наносятся размеры детали. Следующим этапом построения размерной схемы является определение из- вестных составляющих звеньев. К известным составляющим звеньям относятся: расстояния между осями; расстояния между осями и плоскостями, прошедшими окончательную обработку и расстояния между окончательно обработанными плос- костями. Дополнительным условием для отнесения составляющих звеньев к числу известных является возможность получения соответствующих размеров из размеров детали без пересчета. Выявление замыкающих звеньев размеров производится путем сопоставления размеров детали с известными составляющими звеньями. Если какой-либо размер 87 детали не получается в технологическом процессе как известное составляющее зве- но, то в размерную схему добавляется соответствующее замыкающее звено размер. При правильном построении размерной схемы число замыкающих звеньев равно числу неизвестных составляющих. Рассмотрим построение размерной схемы для технологического процесса из- готовления корпусной детали по одной из координатных осей, рисунок 10.5. Рисунок 10.5 – Корпусная деталь Обозначение поверхностей и осей детали произведено в соответствии с пра- вилами, изложенными выше, рисунок 10.6. Рисунок 10.6 – Кодирование поверхностей и осей детали 88 Технологический процесс изготовления данной детали с исходными данными приведен в таблице 10.1. Исходная заготовка - отливка 8-го класса размерной точно- сти по ГОСТ 26645-85, материал - чугун СЧ20. Чертеж детали содержит информа- цию в неявном виде: предполагается, что отверстия номинально соосны. Систему размеров детали необходимо дополнить отклонением от соосности отверстий 20 и 30. Таблица 10.1 – Технологический процесс изготовления корпусной детали Этапы технологического процесса Операционный эскиз 1 2 Исходная заготовка Фрезеровать плоскость 11 Фрезеровать плоскость 41 89 Продолжение таблицы 10.1 1 2 Сверлить отверстие 21 Расточить отверстие 31 Зенкеровать отверстие 22 Развернуть отверстие 23 предва- рительно 90 Продолжение таблицы 10.1 1 2 Развернуть отверстие 24 оконча- тельно Построение размерной схемы начинается с вычерчивания эскиза заготовки и идентификации ее поверхностей. Затем, на горизонтальной линии на равных рас- стояниях наносится 6 точек, соответствующих поверхностям и осям детали. По- верхности и оси, имеющиеся на исходной заготовке (10, 40), отмечаются жирными точками. На вертикальных линиях, проведенных из всех точек, наносятся размеры исходной заготовки. Для однозначного определения размеров заготовки необходимо и достаточно задать один размер: А(10-40). В общем случае число размеров должно быть на единицу меньше числа поверхностей и осей цилиндрических поверхностей заготовки. Следующим этапом построения размерной схемы является включение в раз- мерную схему размерных связей технологического процесса. Сначала производится обработка плоскости заготовки 10. В результате снятия припуска образуется новая поверхность 11. При этом необходимо указать следующие размерные связи: при- пуск Z(10-11) - замыкающее звено, размер A(11-40), определяющий положение вновь образовавшейся поверхности относительно технологической базы - состав- ляющее звено. Припуск и размер наносятся на размерную схему с использованием условных обозначений. Аналогично описывается обработка плоскости 41, на раз- мерную схему наносится припуск Z(41-40) и размер А(11-41). При сверлении отвер- стия в третьем технологическом переходе образуется поверхность 21 и ее ось 201. В данном случае производится обработка путем снятия напуска (поверхности до обра- ботки не было). При этом величина припуска не указывается. В размерную схему 91 добавляются два размера - координата отверстия А(11-201) и радиус отверстия R(201-21). При растачивании также образуется новая, отсутствовавшая на заготовке, поверхность 31. Размерная схема дополняется двумя связями - координатой A(11- 301) и радиусом отверстия R(301-31). В процессе зенкерования происходит образо- вание новой поверхности и ее оси 22, 202 путем снятия припуска. На размерную схему наносятся припуск Z(21-22) и размеры А(11-202), R(202-22). На этапе нор- мального развертывания отверстия также как и при зенкеровании образуются 3 раз- мерные связи: припуск Z(22-23); координата A(11-203); радиус отверстия R(203-23). Точное развертывание производится плавающей разверткой, поэтому положение оси не изменяется. Новая ось 204 и старая 203 связываются звеном с нулевым номи- налом А(203-204) = 0. В размерную схему добавляется припуск Z(23-24) и радиус R(204-24). После описания последнего перехода необходимо оставить место для возмож- ных замыкающих звеньев размеров и на тех же вертикалях нанести размеры детали с ее чертежа. Далее необходимо выявить известные составляющие звенья. К числу извест- ных составляющих звеньев относятся: A(11-41), R(301-31), R(204-24) как размеры, связывающие окончательно полученные поверхности. Известными являются также координаты положения осей отверстий: A(11-201), A(11-301), A(11-202) и A(11-203) как размеры, связывающие окончательно полученную поверхность 11 и ось. Все данные размеры имеются на чертеже детали, размер A(11-301) хотя и отсутствует на чертеже детали, но может быть определен из размеров детали без пересчета. Из сопоставления конструкторских размеров детали с известными состав- ляющими звеньями следует, что все размеры получены непосредственно в ходе тех- нологического процесса и необходимость дополнения размерной схемы замыкаю- щими звеньями размерами отсутствует. Число замыкающих звеньев и число неиз- вестных составляющих одинаково, что свидетельствует о правильности построения размерной схемы. Полученная размерная схема представлена на рисунке 10.7 92 Рисунок 10.7 - Размерная схема технологического процесса 93 Построение размерных схем для технологических процессов изготовления де- талей типа тел вращения производится аналогично. При построении размерных схем диаметральных размеров и отклонений от соосности следует учитывать, что к из- вестным составляющим будут относиться все отклонения от соосности, а также ра- диусы после окончательной обработки. Формирование размерных цепей производится путем нахождения размерных контуров для каждого из замыкающих звеньев по размерной схеме. Ряд формальных правил позволяет легко решить эту задачу: - обход контуров следует начинать с замыкающего звена; - не допускается включение в состав размерной цепи нескольких замыкаю- щих звеньев; - при формировании размерных контуров не следует пересекать разрывы осей и поверхностей. В качестве примера на рисунке 10.8 показан размерный контур для замыкаю- щего звена Z(22-23) по размерной схеме, приведенной на рисунке 10.7. Рисунок 10.8 - Размерная цепь для замыкающего звена Z(22-23) |