ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА. Первое высшее техническое учебное заведение россиисанктпетербургский горный университет Кафедра Машиностроения
 Скачать 0.98 Mb.
|
|
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра Машиностроения Допущены к проведению занятий в 2016-2017 уч.году Заведующий кафедрой профессор В.В. Максаров «__» сентября 2016 г. ТЕКСТЫ ЛЕКЦИЙ по учебной дисциплине «ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА» Специальность (направление подготовки):15.03.01 «Машиностроение» Специализация (профиль): Технологии, оборудование и автоматизация машиностроительных производств Разработал: доцент Красный В.А. Обсуждены и одобрены на заседании кафедры Протокол № 1 от 29 августа 2016 г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2016 Лекция 1 «Введение в дисциплину. Классификация приспособлений» Введение Приступая к изучению курса, необходимо проанализировать задачи, стоящие перед машиностроением, тенденцию его развития и роль технологии машиностроения как научной базы обеспечения эффективного функционирования машиностроительного комплекса. Упоминание здесь технологии машиностроения продиктовано необходимостью подчеркнуть преемственность изучаемой дисциплины. Действительно, проектирование технологической оснастки и приспособлений в частности - одна из задач ТПП, решать которую необходимо на единой методической основе принципов системности, преемственности, стандартизации и автоматизации. Именно на базе этих принципов и рассматриваются в настоящей дисциплине как объект проектирования (технологическая оснастка), так и сам процесс проектирования. Принцип системности заключается в том, что любой объект, составляющий понятие технологической оснастки, представляет собой сложную техническую систему. Такая система обладает конструктивной особенностью, позволяющей выполнять определенную требуемую функцию в технической системе более высокого порядка, т.е. в технической системе преобразования (обработки и сборки) объекта производства, его измерения и контроля. Так, для приспособления в составе технической системы обработки такой набор может включать следующие частные функции: 1) базирование заготовки; 2) закрепление заготовки; 3) базирование приспособления на столе станка; 4) закрепление приспособления на столе станка; 5) образование исходной силы закрепления; 6) подвод и отвод энергоносителя; 7) управление энергоносителем; 8) обеспечение работоспособности приспособления в течение заданного интервала времени эксплуатации; 9) обеспечение возможности осуществления процесса обработки заготовки с заданными требованиями; 10) обеспечение взаимодействия с другими элементами технической системы обработки; 11) объединение составных элементов приспособлений в единую и обособленную техническую систему; 12) обеспечение безопасности условий труда. В задачу предлагаемого курса входит рассмотрение вопросов выбора, проектирования и изготовления приспособлений как одной из наиболее сложных и трудоемких частей ТО. Учебный вопрос №1 Технологическая оснастка Под технологической оснасткой понимают орудия производства, добавляемые к технологическому оборудованию для выполнения определенной части технологического процесса. Примерами технологической оснастки являются приспособления, режущий инструмент, штампы и пресс-формы, калибры, модели, литейные формы и т.д. Очевидно, что без технологической оснастки (ТО) невозможно осуществить реализацию любого технологического процесса, поэтому вопросы выбора, проектирования и изготовления ТО являются составной частью технологически подготовки производства (ТПП). Значимость ТО в машиностроении заключается в том, что ТО оказывает влияние на производительность труда, качество и сокращение сроков освоения производства новых изделий. Задача повышения производительности труда в машиностроении не может быть решена только за счет ввода в действие даже самого совершенного оборудования. Смена моделей оборудования в производстве происходит в среднем через 6...8 лет, поэтому наряду с высокопроизводительными моделями оборудования эксплуатируются и устаревшие. Функции приспособления в каждом конкретном случае определяются задачами, стоящими перед технической системой преобразования, поэтому приспособление является составной частью проектируемой технической системы обработки (ТСО). Реализация определенного набора функций приспособления достигается тем, что в его составе предусматриваются элементы, выполняющие одну или несколько функций. С учетом этого осуществляется классификация элементов приспособления: установочные, зажимные, направляющие, базовые, корпусные, крепежные, арматура средств механизации, приводы, вспомогательные элементы. Выбор целесообразной в конкретных условиях производства системы приспособления - первый этап проектирования приспособления. Задача выбора – задача многофакторная. Знание факторов, характера их влияния, методики выбора целесообразного решения определяют качество решения. Учебный вопрос №2 Классификация приспособлений Приспособлениями в машиностроении называют дополнительные устройства к технологическому оборудованию, используемые для выполнения операций механической обработки, сборки и контроля. Служебное назначение приспособления – это максимально уточненная и четко сформулированная задача, для решения которой оно предназначено. При формулировании служебного назначения необходимо учитывать данные о закрепляемой детали (количество, форма, размеры, качество поверхностей, материал, вид термообработки), точности изготовления, производительности, характеристике привода, окружающей среде (температуре, влажности, запыленности, виде энергии и т.д.), о внешнем виде, технике безопасности, степени автоматизации и т.д. В качестве исходных данных приспособления конструктор должен иметь: чертеж заготовки и детали с техническими требованиями их приемки; операционные чертежи на предшествующую и выполняемую операции; операционные карты технологического процесса обработки данной детали. В результате анализа исходных данных выявляют: последовательность и содержание операций; принятое базирование; используемое оборудование и инструмент; режимы резания; запроектированную производительность с учетом времени на установку, закрепление и снятие обработанной детали; размеры, допуски, шероховатость обрабатываемых поверхностей деталей; марку и вид термической обработки материала. По целевому назначению приспособления делят на следующие группы: 1. Станочные для установки и закрепления обрабатываемых заготовок. Эти приспособления подразделяют на сверлильные, фрезерные, расточные, токарные и др. (по группам станков). 2. Станочные для установки и закрепления рабочего инструмента. К ним относятся патроны для сверл, разверток, метчиков, многошпиндельные сверлильные и фрезерные головки, инструментальные державки для токарно-револьверных станков и автоматов и другие устройства. Эти приспособления называются вспомогательным инструментом. 3. Сборочные, используемые для соединения деталей в изделия. Применяют следующие типы приспособлений: а) для крепления базовых деталей собираемого изделия; б) для обеспечения правильной установки соединяемых элементов изделия; в) для предварительного деформирования устанавливаемых упругих элементов (пружин, разрезных колец); г) для запрессовки, клепки, развальцовывания и других операций, когда при сборке требуются большие силы. 4. Контрольные, применяемые для проверки заготовок при промежуточном и окончательном контроле деталей, а также при сборке машин. 5. Приспособления для захвата, перемещения и перевертывания заготовок, деталей и собираемых изделий. По степени специализации станочные приспособления делят на следующие группы: универсально-безналадочные (УБП), универсально-наладочные (УНП), универсально-сборные (УСП), сборно-разборные (СРП), неразборные специальные (НСП), специализированные наладочные (СНП). К группе УБП относятся универсальные приспособления общего назначения: центры, поводковые устройства, оправки, токарные патроны, цанговые приспособления, плиты магнитные и электромагнитные, столы и т.д. Они изготовляются как принадлежность к станку заводом изготовителем станков или специализированными предприятиями. УБП применяют в единичном и мелкосерийном производстве; на станках с ЧПУ – в мелкосерийном производстве. Группа УНП включает приспособления, состоящие из постоянной части и сменных наладок. Постоянная часть во всех случаях остается неизменной, а сменная наладка заменяется в зависимости от конкретной обрабатываемой детали. Постоянная часть включает в себя корпус и зажимное устройство с приводом (чаще пневматическим). Иногда в нее встраивают делительное устройство и другие элементы, кроме опорных и направляющих. Постоянная часть изготавливается заранее и применяется многократно. Перед очередным использованием УНП требуется произвести лишь смену наладки или некоторую дополнительную обработку. Наладка представляет собой сменные опорные и направляющие элементы. Каждый комплект наладки предназначен только для данной детали и конкретной операции ее обработки и в этом случае является специальным. С помощью УНП заготовка устанавливается с такой же точностью и быстротой, как и при использовании дорогостоящего специального приспособления. Универсальность УНП несколько ограничена определенными размерами постоянной части, которая обычно нормализуется в пределах предприятия или отрасли. К числу нормализованных приспособлений, на базе которых собирают УНП, относятся машинные тиски, скальчатые кондукторы, пневматические патроны со сменными кулачками, планшайбы с переставными угольниками для растачивания на токарном станке деталей сложной формы и т.д. УНП применяют в серийном производстве; на станках с ЧПУ – в мелкосерийном производстве. Группа УСП включает приспособления, компонуемые из нормализованных деталей и узлов. Каждая компоновка УСП обладает всеми основными свойствами специального приспособления: предназначена для обработки конкретной детали на определенной операции и обеспечивает базирование заготовки без выверки и требуемую точность. По истечении надобности в таком приспособлении оно разбирается на составные детали и узлы, которые могут быть многократно использованы для компоновки других приспособлений. Отличительной особенностью УСП является крестообразное взаимно- перпендикулярное расположение на сопрягаемых поверхностях Т-образных и шпоночных пазов. Основные детали и сборочные единицы, из которых компонуются УСП условно подразделяются на семь групп: 1) базовые детали (плиты прямоугольные и круглые, угольники); 2) корпусные детали (опоры, призмы, подкладки и т.д.); 3) установочные детали (шпонки, штыри, пальцы и т.д.); 4) прижимные детали (прихваты, планки); 5) крепежные детали (болты, шпильки, винты и т.д.); 6) разные детали (ушки, вилки, хомутики, оси, рукоятки и т.д.); 7) сборочные единицы (поворотные головки, кронштейны, центровые бабки и др.). В приборостроении и машиностроении используют комплекты УСП-8 с шириной пазов 8 мм и диаметром крепежных элементов (8 мм для обработки малогабаритных заготовок). УСП-12 предназначены для обработки заготовок размерами 700, 400, 200 мм, а УСП-16 для заготовок размерами 2500, 2500, 1000 мм. УСП применяют в единичном и мелкосерийном производстве. При использовании вместо ручных зажимов гидро- или пневмозажимов УСП можно применять и в крупносерийном производстве. На станках с ЧПУ УСП применяются в единичном и мелкосерийном производствах. Система СРП является разновидностью системы УСП. В компоновках СРП в отличие от УСП количество сборочных единиц преобладает над деталями. Приспособления переналаживаются посредством перекомпоновки, регулирования положения базирующих и зажимных элементов или замены сменных наладок. СРП обычно собирают на период выпуска определенного изделия. После обработки партии деталей приспособление снимают со станка и хранят до запуска в обработку новой партии. Разбирают СРП только при смене объекта производства. Компоновки СРП собирают из стандартных деталей и сборочных единиц, фиксируемых относительно друг друга системой палец-отверстие. Для этой цели в базовых деталях имеются сетки точных координатно-фиксирующих отверстий. К столу станка детали и сборочные единицы СРП крепятся посредством Т-образных пазов. СРП применяются в единичном и мелкосерийном производстве, а на станках с ЧПУ – в мелкосерийном производстве. Приспособления группы НСП служат для обработки только определенной детали на одной конкретной операции. Специальные приспособления обладают большими преимуществами – позволяют без выверки придать заготовке требуемое положение относительно станка и режущего инструмента и благодаря этому при одной настройке обработать всю партию заготовок. К НСП относятся патроны для токарных автоматов и полуавтоматов, мембранные патроны, гидропластмассовые приспособления и др. НСП применяются в крупносерийном и массовом производствах. На станках с ЧПУ такие приспособления можно применять лишь как исключение, если нельзя применить ни одну из переналаживаемых систем. К группе СНП относятся специальные приспособления, обладающие определенной универсальностью вследствие введения в их конструкцию элементов, допускающих наладку приспособления путем регулировки. Благодаря этому, одно и то же приспособление можно применять для обработки ряда деталей одной конструкторско- технологической группы. К СНП относятся переналаживаемые планшайбы, патроны, оправки, кондукторы, и т.д. СНП применяют в серийном и крупносерийном производствах; на станках с ЧПУ – в серийном производстве. Кроме вышеперечисленных групп приспособлений на станках с ЧПУ и обрабатывающих центрах используются и другие группы приспособлений: механизированные универсально-сборные (УСПМ) и универсально-сборные переналаживаемые (УСПО). Группа УСПО - этоновое поколение многоцелевых станков с ЧПУ, которые по своему назначению имеют широкие технологические возможности. Они выполняют почти все операции механообработки, начиная от грубого фрезерования отливок по корке и кончая чистовой расточкой отверстий. Поэтому многоцелевые станки имеют сравнительно широкий диапазон скоростей шпинделя и большую мощность главных приводов. Естественно, к приспособлениям для таких станков предъявляют повышенные требования по жесткости и виброустойчивости, которые обеспечили бы требуемую точность обработки и максимальное использование мощности станков. С другой стороны, совершенствование технологической оснастки диктуется созданием в механосборочном производстве на базе многоцелевых станков гибких производственных модулей (ГПМ), роботизированных технологических комплексов (РТК) и гибких производственных систем (ГПС). Частая смена объекта производства, определяющая его гибкость, вызывает необходимость быстрой переналадки приспособлений при неизменяющемся технологическом оборудовании. Специальные приспособления неприемлемы для ГПС по экономическим критериям и они не обеспечивают гибкости ГПС. Существующие системы переналаживаемых приспособлений, в том числе и гибкости традиционная система УСП, в наибольшей степени отвечающая требованиям производства, не обладают необходимой жесткостью собранных конструкций приспособлений. Как указывалось ранее, система УСП не обладает требуемой жесткостью. Этот факт объясняется несколькими причинами. Сами элементы УСП обладают в ряде случаев недостаточной жесткостью, вследствие чего, приходится занижать режимы резания. Низкая жесткость вызвана наличием облегчающих выборок и Т-образных пазов, обеспечивающих собираемость, фиксацию и универсальность системы. Выборки и пазы являются причиной высокой трудоемкости изготовления и низкого коэффициента использования дефицитной стали. Компоновки УСП не всегда обеспечивают необходимую точность и стабильность точностных параметров в процессе обработки, так как под воздействием сил резания и наличия большого количества стыков, а также соединений типа «паз-шпонка» возникают смещения и вибрации, приводящие к недопустимым погрешностям. Вопросы для текущего контроля и экзамена 1. Что называется технологической оснасткой? 2. Каковы принципы организации технологической подготовки производства и как они реализуются при его технологическом оснащении? 3. Как реализуется принцип системности в отношении технологической оснастки? 4. Как классифицируются приспособления по целевому назначению? 5. Перечислите набор частных функций приспособления как элемента Т – системы обработки. Как эти функции проявляются в составе элементов приспособления? 6. Как проявляются принципы преемственности и стандартизации в организации технологического оснащения? 7. Перечислите системы станочных приспособлений, определите область их применения. 8. Перечислите факторы, определяющие выбор системы приспособления. 9. При каких типах производств применяются универсально-сборные и специальные сборочные приспособления? 10. Как называются меняющиеся части УНП? 11. При выполнении скольких деталеопераций применяют приспособления системы НСП? 12. К какой системе приспособления относятся тиски, патроны, поворотные столы, делительные головки? Лекция 2 «Установка заготовок или изделий в приспособлении технической системы преобразования» Введение Установка заготовки или изделия – один из заключительных этапов технической системы преобразования перед ее целевым функционированием. Цель установки – обеспечить определенное положение заготовки или изделия относительно других элементов системы преобразования в принятой системе координат в рассматриваемый момент времени. Достигается эта цель путем введения объекта базирования во взаимодействие с другими элементами системы, при этом на него накладываются геометрические и силовые связи. В результате этого объект базирования теряет исходную неопределенность своего положения в пространстве. Учебный вопрос №1 Базирование заготовок в приспособлении Напомним, что исходная неопределенность может быть количественно оценена числом 12 (6 степеней свободы с учетом двухстороннего направления возможного движения). Различие связей, накладываемых на объект базирования, определяет при установке детали ее базирование и закрепление. Понятие «базирование» – одно из центральных в технологии машиностроения. Поэтому рекомендуется просмотреть соответствующий раздел этой дисциплины и вспомнить определения понятий: базирование, объект базирования, база, классификация баз. После этого сформулируйте для себя содержание понятия «объект базирования» в изучаемом разделе данной дисциплины. При базировании возникает геометрическая связь сопряжения двух объектов - базируемого и базирующего (базы). Роль базирующих элементов в составе приспособлений играют установочные элементы (опоры). По характеру различают точечное, линейчатое и поверхностное сопряжения, опоры также разделяют на точечные, протяженные и с большой поверхностью контакта. Выбор количества и вида опор, схемы их расположения должны обеспечить устойчивое и стабильное положение объекта базирования в течение функционирования технической системы преобразования, а также обеспечить требуемую точность обработки или сборки. Унификация схем установки позволяет упорядочить выбор среди них наиболее рациональней по конкретным условиям обработки и сборки при проектировании технологического процесса изготовления изделия. При установке приспособлений на столах и шпинделях станков разнообразие типовых схем меньше. Это базирование по плоскости, по плоскости и двум шпонкам, до плоскости и двум отверстиям с использованием сопряжения палец-отверстие. Последняя схема часто встречается при установке приспособлений на станках с ЧПУ. При повышенном требовании к точности обработки применяется беззазорная система фиксации - штифтовая или шариковая. Каждое приспособление должно обеспечивать выполнение всех функций, обусловленных операцией. Среди них главной является базирование заготовки, то есть придание ей требуемого положения в приспособлении. После базирования заготовку необходимо закрепить, чтобы она сохранила при обработке неподвижность относительно приспособления. Базирование и закрепление – это два разных элемента установки заготовки. Они выполняются последовательно. Базирование нельзя заменить закреплением. Если из шести опорных точек отсутствует одна или несколько, то у заготовки остается одна или несколько степеней свободы. Это значит, что в направлении отсутствующих опорных точек положение заготовки не определено и заменить отсутствующие опорные точки закреплением с целью базирования нельзя. В табл. 1.2.1. приведены схемы базирования заготовок для различных случаев механической обработки. |