книги / Системы автоматизированного проектирования технологических процессов

метода является возможность определения размеров заготовки и выдачи за­ казов заготовительным цехам до разработки технологического процесса, что сокращает сроки освоения новых объектов. Недостатком нормативного ме­ тода является его приближенность, приводящая в некоторых случаях к по­ вышенному отходу материала в стружку или к появлению брака.

Расчетно-аналитический метод. Согласно этому методу операцион­ ный припуск должен быть таким, чтобы при его снятии устранялись погреш­ ности обработки и дефекты поверхностного слоя, полученные на предшест­ вующем технологическом переходе (на переходе с индексом / - 1), а также погрешность установки обрабатываемой заготовки, возникающая на выпол­ ненном переходе (на переходе /). Величина минимального припуска опреде­ ляется следующим образом:

~^ ^(-1 + P i -1 + £ | •

Здесь RZl } высота неровностей, полученная на предшествующем пе­ реходе. При выполнении первой операции эта величина берется по исходной заготовке. Величина RZiA зависит от метода, режимов и условий выполне­ ния предшествующей обработки.

Л,_, ~ глубина поверхностного слоя, полученная на предшествующем переходе. Этот слой отличен от основного металла. Он подлежит полному или частичному удалению на выполняемом переходе. У отливок из серого чугуна слой состоит из перлитной корки с включениями формовочного пес­ ка. Этот слой полностью снимается на первом переходе обработки. У ос­ тальных поковок поверхностный слой характеризуется обезуглероженной зоной. Этот слой также подлежит полному удалению, гак как он снижает предел выносливости детали. После поверхностной закалки наружный слой детали желательно в максимальной степени сохранить, так как его ценные свойства быстро снижаются с увеличением снимаемою припуска.

pj , - пространственное отклонение обрабатываемой поверхности от технологических баз заготовки. К таким отклонениям относятся: несоосность наружной (базовой) поверхности и раскачиваемого отверстия загото­ вок втулок, дисков, гильз; несоосность обтачиваемых ступеней базовых шеек и оси центровых гнезд у заготовок ступенчатых валов; неперпендикулярность торцевой плоскости оси базовой цилиндрической поверхности и дру­ гие погрешности.

Ei - погрешность установки, возникающая на выполненном переходе. В результате погрешности установки обрабатываемая поверхность занимает различное положение при обработке партии заготовок на предварительно настроенном станке. Нестабильность положения обрабатываемой поверхно­ сти должна быть компенсирована дополнительной составляющей промежу­ точного припуска.

4.7.Базирование и базы в машиностроении

4.7.1.Основные понятия базирования

Для правильной работы каждой машины необходимо обеспечить оп­ ределенное взаимное расположение деталей и узлов.

При обработке деталей на станках заготовки также должны быть пра­ вильно ориентированы относительно механизмов и узлов станков, опреде­ ляющих траектории движения обрабатывающих инструментов (направляю­ щих суппортов, фрезерных и резцовых головок, упоров, копировальных уст­ ройств и др.). Пофешности формы и размеров обрабатываемых заготовок определяются отклонениями положений режущих кромок и заготовок от траектории заданного формообразующего движения. Задачи взаимной ори­ ентировки деталей и сборочных единиц в машинах при их сборке и загото­ вок на станках при изготовлении деталей решаются их базированием.

Базирование - придание заготовке или изделию требуемого положе­ ния относительно выбранной системы координат.

Применительно к проектированию или сборке под базированием по­ нимают придание детали или сборочной единице требуемого положения от­ носительно других деталей изделия. При механической обработке заготовок на станках базированием принято считать придание заготовке требуемого положения относительно элементов станка, определяющих траектории дви­ жения обрабатывающего инструмента.

Для выполнения технологической операции требуется не только осу­ ществить базирование обрабатываемой заготовки, но и обеспечить ее непод­ вижность относительно приспособления на весь период обработки, тарантирующую сохранение неизменной ориентировки заготовки и нормальное про­ текание процесса обработки. В связи с этим при установке заготовок в при­ способлениях решаются две различные задачи: ориентировка, осуществляе­ мая базированием, и создание неподвижности, достигаемое закреплением за­ готовок.

База - поверхность (или выполняющее ту же функцию сочетание по­ верхностей), ось, точка, принадлежащая заготовке (изделию) и используемая для базирования.

Как было отмечено, базирование необходимо для всех стадий созда­ ния изделия: конструирования, изготовления, измерения, а также для рас­ смотрения изделия в сборе. Это обстоятельство и положено в основу клас­ сификации баз по назначению (рис. 4.3).

Конструкторская база - база, используемая для определения распо­ ложения детали или сборочной единицы в изделии.

Основная база - конструкторская база данной детали или сборочной единицы, используемая для определения их положения в изделии.

Конструкторская:

Вспомогательная база - конструкторская база данной детали или сбо­ рочной единицы, используемая для определения положения присоединяемо­ го к ним изделия.

Технологическая база - база, используемая для определения положе­ ния заготовки или изделия при изготовлении или ремонте.

Измерительная база - база, используемая для определения положения средств измерения при контроле расположения поверхностей заготовки или элементов изделия.

По особенностям применения технологические базы подразделяются на контактные, настроечные и проверочные.

Контактными называются технологические базы, непосредственно соприкасающиеся с соответствующими установочными поверхностями при­ способления или станка.

Настроечной базой называется поверхность заготовки, по отношению к которой ориентируются обрабатываемые поверхности, которая связана с ними непосредственными размерами и образуется при одном установе с рас­ сматриваемыми поверхностями.

Проверочной базой называется поверхность, линия или точка заго­ товки или детали, по отношению к которым производится выверка положе­ ния заготовки на станке или установка режущего инструмента при обработке заготовки, а также выверка положения других деталей или сборочных еди­ ниц при сборке изделия.

Независимо от назначения базы могут различаться по отнимаемым от базируемой заготовки, детали или сборочной единицы степеням свободы. Известно, что для полного исключения подвижности твердого тела в про­ странстве необходимо лишить его шести степеней свободы: трех поступа­ тельных перемещений вдоль осей координат и трех вращений вокруг ука­ занных осей. Это достигается наложением шести двусторонних геометриче­ ских связей, т.е. на схеме базирования указывают шесть опорных точек (пра­

вило шести точек).

Под связями подразумеваются ограничения позиционного (геометри­ ческого) или кинематического характера, накладываемые на твердое тело. Позиционные связи ограничивают перемещения, кинематические - скоро­ сти. В технологии машиностроения приходится иметь дело, главным обра­ зом, с позиционными связями, не зависящими от времени; они называются поэтому стационарными позиционными связями.

Установочная база - база, используемая для наложения на заготовку (изделие) связей, лишающих ее трех степеней свободы: перемещения вдоль одной координатой оси и поворотов вокруг двух других осей; она обеспе­ чивается тремя опорными точками на плоскости призматического тела.

Направляющая база - база, используемая для наложения на заготовку связей, лишающих ее двух степеней свободы: перемещения вдоль одной ко­ ординатной оси и поворота вокруг другой оси; она обеспечивается двумя опорными точками.

Опорная база - база, используемая для наложения на заготовку свя­ зей, лишающих ее одной степени свободы: перемещения вдоль одной коор­ динатной оси или поворота вокруг оси; она обеспечивается одной опорной точкой.

Двойная направляющая база - база, используемая для наложения на заготовку связей, лишающих ее четырех степеней свободы: перемещений вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих осей; она обеспечи­ вается четырьмя опорными точками.

Двойная опорная база —база, используемая для наложения на заго­ товку связей, лишающих ее двух степеней свободы: перемещений вдоль двух координатных осей; она обеспечивается двумя опорными точками.

В большинстве случае сборки и механической обработки базирование осуществляется непосредственно контактом базовых опорных поверхностей с соответствующими поверхностями других деталей узла или приспособле­ ния. Однако во многих случаях бывает удобно определить взаимное распо­ ложение деталей не по их реальным поверхностям, а по некоторым вообра­ жаемым плоскостям, линиям или точкам (плоскость симметрии, осевая ли­ ния, биссектриса угла, центровая точка). Так, взаимное расположение зубча­ тых колес определяется расстоянием между их осями, расстояние между призматическими направляющими станины - расстоянием между биссектри­

сами углов призм, а расположение отверстий в заготовке - их межцентровы­ ми расстояниями.

Таким образом, по характеру проявления базы подразделяются на ре­ альные, или явные, и условные, или скрытые.

Явная база - база в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок.

Скрытая база - база в виде воображаемой плоскости, оси или точки.

4.7.2. Основные принципы базирования заготовок

Одним из наиболее сложных и принципиальных разделов проектиро­ вания технологических процессов механической обработки является назна­ чение технологических баз. От правильности этого назначения в значитель­ ной степени зависят: точность выполнения размеров, заданных конструкто­ ром; правильность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей; точность обработки, которую должен выдержать рабочий при выполнении технологической операции; степень сложности и конструкция приспособле­ ний, режущих и измерительных инструментов; общая производительность обработки заготовок.

При автоматизации производства, развитии гидрокопировальных уст­ ройств и применении станков с ЧПУ значение правильного выбора баз еще более возрастает. Все виды автоматизированной обработки основываются на принципе автоматического получения размеров, в котором технологическая база является одним из основных элементов. В связи с этим вопрос о выборе технологических баз решается технологом в самом начале проектирования технологического процесса одновременно с вопросом о последовательности и видах обработки отдельных поверхностей заготовки. При этом назначение баз начинается с выбора базы для выполнения первой операции. Перейдем к рассмотрению принципов назначения технологических баз:

1.При высоких требованиях к точности обработки необходимо выби­ рать такую схему базирования, которая обеспечивает наименьшую погреш­ ность установки.

2.Принцип выбора черновой технологической базы (используемой при первом установе заготовки) обусловлен разнообразием методов получе­ ния и форм заготовок:

а) Если некоторые поверхности заготовки останутся необработанны­ ми у готовой детали, то черновые базы нужно выбирать из числа этих по­ верхностей. В этом случае возможно наиболее простым и экономичным пу­ тем обеспечить правильное взаимное расположение системы обработанных поверхностей детали относительно необработанных.

б) В качестве черновой базы следует выбирать поверхность заготовки, относительно которой при первой операции могут быть обработаны поверх­

ности, используемые как технологические базы в дальнейших операциях. Черновая технологическая база - это база для обработки чистовых баз.

в) При выборе черновой базы для обработки заготовок сложного кон­ тура (например, корпусных литых заготовок) следует исходить из условия равномерного распределения припуска между всеми обрабатываемыми по­ верхностями (из принципа выкраивания детали).

г) Черновой базой пользуются только один раз для первой установки

детали на станке.

3. Принцип совмещения (единства) баз заключается в том, что в кач стве технологических баз следует принимать поверхности, которые одно­ временно являются измерительными базами.

При совмещении баз обработка заготовки осуществляется по размерам, поставленным в рабочем чертеже, с использованием всего поля допуска на размер, предусмотренного конструктором. Если технологическая база не совпадает с другими, технолог вынужден заменить конструкторские размеры более удобными для обработки технологическими, проставленными непо­ средственно от технологических баз. При это м происходит удлинение раз­ мерных цепей, и поля допусков конструкторских размеров распределяются между вновь введенными размерами, связывающими технологические базы с конструкторскими и с обрабатываемыми поверхностями. В конечном счете это приведет к ужесточению допусков на размеры, выдерживаемые при об­ работке, к удорожанию процесса обработки и к понижению его производи­ тельности.

4. Принцип постоянства баз заключается в том, что необходимо стре миться к использованию одной и той же технологической базы, не допуская без особой необходимости смены баз (не считая смены черновой базы).

Стремление осуществить обработку на одной технологической базе объясняется тем, что всякая смена баз увеличивает погрешность взаимного расположения поверхностей, обработанных от разных баз, дополнительно

внося в нее погрешность взаимного расположения самих технологических баз.

4.8. Формирование структуры технологического процесса

При формировании технологического процесса необходимо опреде­ лить структуру операции. При формировании структуры операции исполь­

зуются два принципа - принцип концентрации и принцип дифференциации операций.

Принцип концентрации характеризуется тенденцией сосредоточить в одной операции обработку возможно большего числа поверхностей. Техно­ логический процесс, построенный по принципу концентрации, будет состо-

ять из небольшого числа сложных по структуре операций. Использование принципа концентрации позволяет:

а) упростить планирование и организацию производства, поскольку планирование и учет ведутся по операциям, а их число будет минимальным; б) сократить номенклатуру приспособлений, необходимых для уста­ новки и закрепления заготовок, что обеспечивает уменьшение затрат време­

ни и средств на проектирование и изготовление оснастки; в) уменьшить число установок каждой заготовки, что весьма важно

при обработке тяжелых и крупногабаритных деталей (сокращение числа ус­ тановок во всех случаях облегчает достижение высокой точности взаимного расположения поверхностей);

г) повысить производительность труда путем сокращения как основ­ ного технологического, так и вспомогательного времени.

Принцип концентрации операций может быть реализован различны­ ми путями, в связи с чем различают три вида концентрации - организацион­ ную, механическую, технологическую.

Организационной называют такую концентрацию операций, при ко­ торой соединение нескольких операций в одну производится так, что сам ме­ тод при этом не претерпевает никаких изменений. Такой вид концентрации реализуется на универсальном оборудовании при использовании рабочих высокой квалификации.

Механическая концентрация предусматривает замену установок пози­ циями или механизированную смену инструмента.

Технологической называют концентрацию, при которой простые пере­ ходы объединены в сложные, т.е. в работе одновременно участвует несколь­ ко режущих инструментов или сложным инструментом одновременно обра­ батывается несколько поверхностей заготовки.

Второй принцип определения структуры операции - принцип диффе­ ренциации - предусматривает разукрупнение обработки и упрощение каж­ дой операции при увеличении их числа. Достоинства дифференцированного процесса состоят в следующем:

а) упрощаются приспособления и инструменты, наладка станков, уменьшается время подготовки производства;

б) его легко можно перестроить, что важно в условиях частой смены объектов производства;

в) создаются благоприятные возможности для обработки заготовки с наивыгоднейшими режимами резания в каждом переходе.

Использование одного из двух принципов (концентрации или диффе­ ренциации) при формировании структуры операции зависит в основном от типа производства. В условиях единичного и мелкосерийного производства операции обычно проектируются по принципу организационной концентра­ ции. В условиях крупносерийного и массового производства применяется

дифференциация операций (конвейерные автоматические линии состоят, как правило, из простых узкоспециализированных станков). Одновременно ши­ роко используются ТП с многошпиндельными автоматами и с технологиче­ ской концентрацией операций. Наиболее выражено использование принципа концентрации в условиях мелкосерийного и среднесерийного производства с применением многоинструментальных станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, многоцелевых станков

4.9. Технологическая унификация

Научно-технический прогресс в машиностроении обусловливает ус­ корение темпов создания все более совершенных машин, увеличение числа их типов и типоразмеров, усложнение их конструкций. Это вызывает возрас­ тание затрат времени и средств на технологическую подготовку. В связи с этим становится особенно актуальной задача технологической унификации. Технологическая унификация - приведение к единой системе методов обра­ ботки заготовок.

Задачи, решаемые технологом при проектировании ТП, можно разде­ лить на расчетные и нерасчетные. К расчетным относятся задачи по опреде­ лению припусков на механическую обработку, операционных технологиче­ ских размеров, режимов резания, нормы времени и расходов материалов. Решение таких задач сводится к выполнению расчетов по формам, т.е. реше­ ние их достаточно формализовано. Нетрудно составить алгоритм, позво­ ляющий решать эти задачи с использованием ЭВМ. Однако большую часть составляют нерасчетные задачи. Это такие задачи, как выбор методов обра­ ботки, типа оборудования, вида инструмента, назначение схемы базирова­ ния, способа установки детали, формирование состава операций, определе­ ние последовательности операций, выбор вида заготовки, определение по­ следовательности переходов в операции.

Каким же образом технолог принимает решение в каждом из пере­ численных случаев? Рассмотрим в качестве примера задачу о выборе метода обработки. Пусть в детали нужно обработать отверстие заданных размеров. Для решения рассматриваемой задачи технолог применит уже опробованные методы. В технологии машиностроения известно несколько проверенных на практике методов обработки отверстий: черновые - сверление, рассверлива­ ние, зенкерование, растачивание; чистовые - развертывание, растачивание, протягивание, шлифование, хонингование. Следовательно, имеется конеч­ ный набор известных методов обработки (типовых решений), и задача тех­ нолога состоит в обоснованном выборе одного из них, т.е. работа технолога сводится к принятию одного из типовых решений рассматриваемой техноло­ гической задачи.

Каждый из методов обработки (типовое решение) имеет свою область рационального применения, которая определяется комплексом условий как технологического, так и организационно-экономического характера. При от­ сутствии отверстия в заготовке первым черновым переходом назначают сверление. Если окончательные размеры отверстия велики, то сначала свер­ лят отверстие малого диаметра, а затем его рассверливают. В крупносерий­ ном и массовом производствах применяют более точные методы получения заготовок, поэтому в заготовке отверстие, как правило, уже имеется. Тогда черновым переходом может быть зенкерование. Однако зенкеры изготовля­ ют в основном диаметром до 150 мм. При больших диаметрах отверстий не­ обходимо назначать растачивание и т.д.

Таким образом, основной принцип состоит в обоснованном выборе типового решения. Аналогичен методологический подход и к решению дру­ гих технологических задач нерасчетного характера. Необходимо отмстить, что типовые решения являются основой технологического проектирования при использовании ЭВМ.

При проектировании ТП используются три уровня технологической унификации:

1)типизация маршрута обработки отдельных (элементарных) поверх­

ностей;

2)типизация маршрута обработки сочетаний поверхностей;

3)комплексная типизация ТП обработки заготовок.

Работа по типизации ТП на любом уровне должна начинаться с клас­ сификации деталей, сочетаний поверхностей и элементарных поверхностей. Основной задачей классификации является приведение всего многообразия заготовок, поверхностей, их сочетаний к минимальному числу типов, для ко­ торых можно разработать унифицированные ТП.

Типизация маршрутов обработки элементарных поверхностей. В ма­ шиностроении накоплен большой опыт разработки и использования типовых маршрутов обработки различных поверхностей. Многие,из этих маршрутов зафиксированы в руководящих и справочных материалах.

Число возможных вариантов маршрута может быть довольно боль­ шим. Вес они, однако, различны по эффективности и рентабельности. Выбор окончательного варианта по этим показателям важен, но сложен и трудо­ емок. Маршрут выбирают приближенно, оценивая трудоемкость сопостав­ ляемых вариантов по суммарному основному времени обработки и исполь­ зуя для расчета нормативные материалы. Более точно выбирают маршрут при сравнении суммарной себестоимости обработки.

Типизация маршрутов обработки сочетаний поверхностей. Под соче­ танием понимают обычно набор элементарных поверхностей, образующих конструктивный элемент детали определенного функционального назначе­ ния (например, набор поверхностей, образующих шпоночный паз, шлицы,

замок типа «ласточкин хвост»). Такие наборы поверхностей называются кон­ структорско-технологическим элементом детали (КТЭ). Признаками классификации КТЭ на подгруппы, типы являются: функциональное назна­ чение, конфигурация и размеры поверхностей, материал детали, требуемая точность.

Комплексная типизация ТП обработки заготовок. Эта типизация ба­ зируется на классификации деталей по конструктивно-технологическим при­ знакам. Она включает в себя анализ и упорядочение отдельных деталей и уз­ лов с целью объединения конструктивно и технологически сходных деталей в соответствующие классы, группы, типы. Под типом подразумевается сово­ купность близких по форме и размерам деталей одного класса, которые можно обработать по общему типовому ТП.

В группу включаются детали с разными конструктивными, но обида­ ми технологическими признаками. Для их обработки используется одинако­ вое оборудование и оснащение при выполнении всех или отдельных опера­ ций. Характеристики типового и группового методов обработки приведены в табл.4.2.

Типовые и групповые ТП более подробно рассматриваются ниже.