Указания методические к курсовому проекту для студентов очного обучения специальности 220301 Автоматизация технологических процессов и производств Министерство образования Российской Федерации ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ» Технологические процессы и производства в машиностроении Методические указания к курсовому проекту для студентов очного обучения специальности 220301 - Автоматизация технологических процессов и производств (машиностроение) направления 220300 – Автоматизированные технологии ипроизводства Екатеринбург 2004 УДК 621.9 (075.8) Составитель С.С. Кугаевский. Научный редактор доц., канд. техн. наук И.Н. Тихонов Технологические процессы и производства в машиностроении: Метод. указания к курсовому проекту / С.С. Кугаевский. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. 26 с. В работе приводятся требования к оформлению курсового проекта. В материалах по выполнению основной части проекта использована переработанная информация из книги: Курсовой проект по технологии машиностроения: Метод. руководство. Свердловск: изд. УПИ им. С.М. Кирова, 1982. 44 с. Предназначено для студентов технических специальностей. Библиогр.: 29 назв. Табл. 6. Рис. 3 . Подготовлено кафедрой электронного машиностроения. © ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет УГТУ-УПИ», 2004 О Г Л А В Л Е Н И Е введение 4 1 Исходные данные, объем и содержание проекта 4 2 Требования к оформлению отдельных частей проекта 5 3 Методические указания по разработке отдельных частей проекта 7 3.1 Проработка чертежа детали на технологичность 7 3.2 Определение типа производства 7 3.3 Последовательность разработки технологического процесса 9 3.4 Расчет общих и операционных припусков 10 3.5 Размерный анализ технологического процесса 16 3.6 Обоснование и расчет режимов резания и норм штучного времени 19 4 Проектирование конструкции установочного приспособления 21 5 Библиографический список 23 ведение Курсовой проект выполняется после изучения и сдачи экзаменов по курсам «Технология конструкционных материалов», «Оборудование машиностроения», «Технологические процессы и производства в машиностроении». Цель курсового проектирования – научить студентов самостоятельно проектировать технологический процесс обработки заданной детали для различных вариантов организации технологического процесса (единичное и серийное производство). 1. Исходные данные, объем и содержание проекта Проект состоит из расчетно-пояснительной записки объемом 25-30 страниц, в которой обосновывается принятый технологический процесс (для каждого из вариантов организации технологического процесса), режимы резания, припуски и нормы времени, дается экономическое сравнение вариантов обработки и силовой расчет приспособления, 2 листов графической части и альбома технологических карт изготовления детали в условиях серийного производства. Допускается большее число листов графической части проекта, если это является целесообразным, по мнению руководителя. Исходными данными проекта является рабочий чертеж детали. Заданная деталь должна относиться, по возможности, к классу корпусных или коробчатых деталей простой или средней сложности, содержащих одно или несколько точных отверстий. Она может относиться и к другим классам деталей при наличии у них плоских поверхностей и точных отверстий. Для деталей сложной геометрической формы рекомендуется при проектировании единичного техпроцесса упрощать конструктивные элементы детали, сохраняя их функциональное назначение. В этом случае чертежи детали для условий единичного и серийного производства могут отличаться. При выдаче задания руководитель указывает программу годового выпуска деталей (для условий серийного производства), тип и назначение приспособления, подлежащего разработке в проекте. Содержание графической части проекта Лист 1 – совмещенный вид чертежа детали и иллюстрации технологического процесса для условий единичного производства. Лист 2 – сборочный чертеж и деталировка станочного приспособления для одной из операций технологического процесса (мелкосерийное производство). Альбом технологических карт изготовления детали в условиях серийного производства. Содержание технологической части проекта Единичное производство. Для условий единичного производства технологический маршрут должен базироваться на использовании только универсального оборудования и стандартных приспособлений. На технологических эскизах операций, имеющих многократные переустановы, обозначение установочных баз можно не выполнять, но порядок обработки должен быть определен перечнем технологических переходов. В пояснительной записке должно быть приведено обоснование выбора припусков по опытно-статистическому методу (ОСМОП) и режимов резания табличным методом для типовых операций. Мелкосерийное и среднесерийное производство. Для условий мелкосерийного производства технологический маршрут рекомендуется разрабатывать с применением автоматизированного оборудования – станков с ЧПУ. Применение станков-автоматов и агрегатных станков должно быть обосновано соответствующими расчетами. Обозначение технологических баз в операционных эскизах обязательно. В пояснительной записке должны быть обоснованы выбранные общие и межоперационные припуски и режимы резания по расчетно-аналитическому методу (РАМОП) для типовых операций, проведен размерный анализ для обоснования технологических размеров. По результатам технологического проектирования оформляется альбом технологических карт, выполненный с учетом стандартов ЕСТД. Допускается применение автоматизированных систем разработки технологических карт. Содержание конструкторской и экономической части проекта В конструкторской части пояснительной записки к проекту должно быть дано описание работы приспособления и его силовой расчет. Экономическая часть проекта должна содержать экономическое сравнение двух возможных вариантов обработки заданной поверхности. 2. Требования к оформлению отдельных частей проекта Лист 1 проекта оформляется путем разделения формата А1 на части в соответствии с требованиями, предъявляемыми ЕСКД. В левом верхнем углу выполняется рабочий чертеж исходной заготовки (РЧЗ), содержащий все необходимые размеры заготовки в соответствии с расчетными припусками. Если конструкции детали для условий серийного и единичного производства отличаются, то чертеж детали, предназначенной для обработки в условиях серийного производства, оформляется на отдельном формате. Чертеж детали может быть выполнен совмещенным с РЧЗ, при этом контур и размеры заготовки указываются красным цветом. На оставшемся поле Листа 1 дается иллюстрация технологического процесса в условиях единичного производства. Для каждой операции обязательно представлять в виде таблицы модель станка, тип установочного приспособления, номера и содержание переходов, режущий инструмент и режимы обработки. Если содержание технологической операции совпадает с операцией, содержащейся в альбоме технологических карт, иллюстрацию этой операции можно на лист не выводить, но обязательно сделать ссылку типа: «оп.10 выполняется аналогично оп.10 технологического процесса серийного производства». Альбом технологических эскизов оформить для варианта технологического процесса обработки детали в условиях серийного производства. В альбоме на форматах А4 или А3 должны оформляться : титульный лист по гост 3.1105-84; маршрутная карта по гост 3.1118-82; операционные карты по гост 3.1404-86 для всех технологических операций механической обработки заготовки, включая слесарные и контрольные операции; карты операционных эскизов по ГОСТ 3.1105-84. Изображения заготовки на эскизах следует выполнять с соблюдением пропорций и с учетом рабочего положения заготовки на станке. Эскизы должны содержать размеры, предельные отклонения и класс шероховатости обрабатываемых в данной операции поверхностей, обозначения баз и прижимов в соответствии с ГОСТ 3.1107-81. Для большей наглядности на операционных эскизах рядом с изображением заготовки выполняется эскиз режущего инструмента (синим цветом). Для заполнения технологических карт рекомендуется использовать материалы ГОСТ 3.1107-81 и учебника [8]. Лист 2 проекта должен содержать сборочный чертеж приспособления со всеми необходимыми видами и разрезами, выполненный с соблюдением требований ЕСКД. С учебной целью при вычерчивании приспособления следует дополнительно выполнять следующие требования: a) на общем виде приспособления нанести контур заготовки красным цветом. Изображение заготовки носит условный характер и поэтому не должно учитываться при вычерчивании деталей приспособления, т. е. все элементы приспособления, находящиеся за заготовкой, считаются видимыми; б) на общем виде приспособления показать габаритные размеры, посадочные размеры и контрольные размеры, определяющие точность обработки заготовки (точность этих размеров проверяется после сборки приспособления); в) на общем виде указать технические условия на изготовление приспособления по правилам ЕСКД; г) спецификацию составить на отдельных листах по установленной форме и подшить к пояснительной записке; д) в случае использования комплектов универсально-сборных приспособлений (УСП) деталировку нормализованных элементов приспособления не выполнять, а в спецификации указать их нормализованные номера в соответствии с каталогом; е) все детали, не входящие в число нормализованных, вычертить на отдельных форматах. В конце методических указаний показан компоновочный чертеж сборки УСП на базе координатной базовой плиты 1, базовых элементов 2 и зажимающих элементов 3. Контур обрабатываемой детали 4 вычерчивается в масштабе (красным цветом) и условно принимается прозрачным, т. е. не заслоняющим элементы приспособления. Простановка на чертеже позиций нормализованных элементов УСП и специальных деталей обязательна. Наименование элементов и их обозначение приводится в спецификации. Расчетно-пояснительная записка (РПЗ ) должна быть оформлена на листах формата А4 вручную или на компьютере. В конце РПЗ прилагается список использованной литературы, а при ссылке на литературный источник в РПЗ должен быть указан его номер по списку в квадратных скобках [ ]. Примерный перечень разделов РПЗ: а) постановка задачи. Описание конструкции детали (чертеж) и ее назначение; б) описание конструкции детали с точки зрения технологичности; в) единичное производство. Выбор заготовки. Разработка технологического маршрута. Расчет межоперационных припусков. Выбор оборудования. Расчет режимов резания; г) мелкосерийное производство. Проработка чертежа детали на технологичность. Определение типа производства для серийного варианта техпроцесса. Выбор заготовки. Разработка технологического маршрута. Расчет припусков. Выбор оборудования. Размерный анализ. Выбор установочных приспособлений. Выбор режущего и вспомогательного инструмента. Расчет режимов резания. Определение штучного времени на каждую операцию; д) конструкторская часть; е) экономическая часть; ж) заключение; з) список литературы; и) спецификация для сборочного чертежа приспособления; к) чертежи оригинальных деталей (при необходимости). В конструкторском разделе РПЗ должен быть проведен расчет силы закрепления заготовки в приспособлении и приведены расчетная схема и обоснование величины сил резания действующих на заготовку. Экономическая часть РПЗ должна содержать сравнительный анализ двух альтернативных вариантов техпроцесса (операции) для серийного варианта производства. Оценка экономической эффективности сравниваемых вариантов производится по сумме приведенных затрат. 3. Методические указания по разработке отдельных частей проекта 3.1. Проработка чертежа детали на технологичность В условиях мелкосерийного и серийного производства наибольшую эффективность можно достичь благодаря применению автоматизированных методов обработки с использованием станков с ЧПУ. Главное преимущество этого метода заключается в обеспечении высокой концентрации обработки на одном рабочем месте. В результате существенно повышается точность изготовления, снижается операционное время и время пролеживания заготовок между операциями. Как следствие, сокращается период нахождения детали в производстве, что дает производителю преимущество в условиях современного конкурентного рынка продукции машиностроения. В курсовом проекте студент должен провести анализ технологичности предложенного чертежа детали, пользуясь рекомендациями [1, 2], и внести в него изменения для условий серийного производства. Изменения производятся по согласованию с руководителем. 3.2. Определение типа производства Технология изготовления деталей в значительной степени зависит от типа производства. Поэтому, приступая к разработке технологического процесса изготовления заданной детали, необходимо предварительно установить, к какому типу будет относиться производство данной детали, учитывая ее размеры и годовой выпуск. Согласно ГОСТ 3.1108-74 тип производства характеризуется коэффициентом закрепления операций Кз.о , который определяется выражением , где О – число различных операций, выполняемых за месяц; Р – число рабочих мест, на которых выполняют различные операции. Если Кз.о =1, то производство массовое, 1 < Кз.о £ 10 – крупносерийное, 10 < Кз.о £ 20 – среднесерийное, 20 < Кз.о £ 40 – мелкосерийное. Для единичного производства величина Кз.о не регламентируется. При курсовом проектировании отсутствуют данные для определения Кз.о . , поэтому тип производства условно можно определить, пользуясь данными табл. 1. Таблица 1 Характеристика типов производства Тип (вид) производства Количество обрабатываемых в год деталей одного наименования и типоразмера крупных (тяжелых) средних малых (легких) Единичное До 5 До 10 До 100 Серийное Свыше 5 До 1000 Свыше 10 До 5000 Свыше 100 До 50000 Массовое Свыше 1000 Свыше 5000 Свыше 50000 Если производство носит массовый характер, то рассчитывают такт выпуска t в , представляющий собой промежуток времени между выпуском двух следующих друг за другом изделий производства. Такт выпуска определяется по формуле: мин, где t в - такт выпуска, мин; F – годовой действительный фонд времени оборудования, ч; N – годовой выпуск деталей, шт.; При 5-дневной рабочей неделе и двухсменной работе оборудования F = 4015 ч. В случае серийного производства необходимо определить размер партий деталей, запускаемых одновременно в производство (размер операционной партии). Для этой цели пользуются формулой шт., где n – число деталей в партии; N – годовой выпуск деталей; a - коэффициент, учитывающий запас деталей на складе перед сборкой; 260 - число рабочих дней в году при 5-дневной рабочей неделе. Коэффициент а принимается в пределах значений от 3 до 10 в зависимости от габарита и веса деталей, а также серийности производства. Для мелкосерийного производства мелких деталей а = 10, для средних и крупных деталей а = 5. Для средне- и крупносерийного производства для мелких деталей а = 2…3. Серийность производства можно определить по табл. 2. Таблица 2 Характеристика серийного производства Серийность производства Количество деталей в партии крупных средних малых Мелкосерийное 2-5 6-25 10-50 Среднесерийное 6-25 26-150 51-300 Крупносерийное Свыше 25 Свыше 150 Свыше 300 3.3. Последовательность разработки технологического процесса Технологический процесс механической обработки детали необходимо разрабатывать в следующей последовательности. 1. Установить тип производства, выбрать тип исходной заготовки (прокат, поковка, литье) и метод ее получения (штамповка под молотом, прессом, отливка в земляную форму, в кокиль и т. п.). 2. Тщательно изучить чертежи детали и занумеровать все обрабатываемые поверхности по часовой стрелке в порядке их расположения. Черные поверхности, используемые в качестве технологических баз, обозначить буквами. Выяснить, по какому квалитету точности и с какой шероховатостью требуется обработать поверхности детали. 3. В зависимости от вида поверхности, требуемых точности и шероховатости выбрать методы обработки и установить число необходимых переходов для каждой обрабатываемой поверхности. 4. Определить общие и межоперационные припуски. 5. Сформировать из технологических переходов операции, стремясь при этом к совмещению отдельных переходов во времени. Выбрать для каждой операции станок. 6. Выбрать для каждой операции технологические базы и наметить последовательность выполнения операций. Сначала следует выбрать чистовые базы для обработки основных поверхностей детали, т. е. базы, состоящие из уже обработанных поверхностей. После этого следует выбрать черновые базы для обработки чистовых и промежуточных баз. При выборе черновых баз следует учитывать их размерную связь с основными поверхностями детали и иметь в виду, что черные поверхности могут использоваться в качестве баз только один раз на первых операциях технологического процесса. Выбрав чистовые базы для обработки основных поверхностей необходимо установить возможность использования их для обработки остальных поверхностей детали, т. е. возможность осуществления принципа постоянства баз. Если осуществление этого метода полностью или частично оказывается невозможным, то необходимо выбрать технологические базы для обработки всех остальных поверхностей детали. Выбор технологических баз предопределяет и последовательность операций. На первых операциях обрабатываются поверхности, выбранные в качестве чистовых баз для обработки основных поверхностей детали. Заканчивается обработка детали чистовыми или отделочными операциями обработки основных поверхностей детали (шлифование, хонингование и т. д.). Особое внимание следует обратить на содержание первой операции, учитывая ее роль и значение в технологическом процессе, а именно: а) на первой операции устанавливаются связи между поверхностями, подлежащими обработке, и поверхностями, остающимися необработанными, поэтому во всех случаях, когда это возможно, за черновые базы принимают удобные для установки черные необрабатываемые поверхности; б) на первой операции осуществляется фактическое распределение припусков между поверхностями. От того, насколько правильно выбраны базы для первой операции, зависит качество всего технологического процесса. 7. После установления последовательности выполнения операций, для каждой операции и после установления последовательности выполнения переходов необходимо сделать размерный анализ принятого технологического процесса. Размерный анализ должен быть оформлен графически по прилагаемой ниже форме (см. рис. 2 разд. 3.5). 8. На основе размерного анализа уточняются и в случае необходимости корректируются промежуточные припуски, определяются операционные размеры и допуски на них. При проектировании технологического маршрута, определении требуемого комплекта режущего и вспомогательного инструмента рекомендуется использовать данные, изложенные в работах [6-13]. 3.4. Расчет общих и операционных припусков На рис.1 приведена схема расположения припусков наружной поверхности при ее обработке за три перехода или три операции. Рис.1 Схема расположения припусков наружной поверхности. Из схемы видно, что для каждого перехода существует три значения припуска: номинальное – , наименьшее и наибольшее – . ; ; , где индекс i относится к данному переходу, а индекс i -1 - к предшествующему. При расчете и определении режимов резания следует использовать номинальное (расчетное) значение припуска. Существует два метода определения припусков: аналитический и табличный. Аналитический метод расчета припусков Расчет припусков аналитическим методом студенты делают только на 2 типовые поверхности для варианта серийного производства. На остальные поверхности припуски определяют по табличному методу, т. е. по ГОСТам и нормативным данным. Аналитический расчет припусков выполняется в следующей последовательности. Для каждой обрабатываемой поверхности устанавливается необходимое число переходов и последовательность их выполнения. Для каждого перехода, начиная с последнего, определяется минимальное значение припуска Zi нм на сторону по формуле: а) для цилиндрических поверхностей ; (1) б) для плоских поверхностей: ; где Rzi - 1 и Ti -1 – высота микронеровностей поверхности и глубина поверхностного дефектного слоя, полученные на предшествующем переходе. В зависимости от вида и размеров заготовки, метода обработки, типа поверхности они берутся по таблицам, приведенным в [3, 4]; r i -1 – пространственное отклонение расположения обрабатываемой поверхности относительно базовых поверхностей заготовки. В зависимости от размеров, материала обрабатываемой детали и вида технологического перехода (или операции) оно вычисляется по формулам и таблицам [3, 4]; e i – погрешность установки детали на выполняемом переходе. Погрешность установки складывается из погрешностей базирования e б i и погрешностей закрепления e з i . Погрешность базирования определяется расчетным путем в зависимости от схемы базирования [3, 4]. Погрешности закрепления берутся по таблицам [3, 4]. Погрешность установки детали в приспособлениях на выполняемой операции определяется путем суммирования e б i и e з i . Причем при обработке плоских поверхностей , при обработке поверхностей вращения . Расчет припусков и операционных размеров по аналитическому методу рекомендуется сводить в таблицу. Форма и пример заполнения таблицы для обработки отверстия d = 50 Н8 приведены ниже (табл. 3). Для заполнения таблицы применяется следующая последовательность: 1. По данным таблиц [4, с.175–193] определяют точность обработки (квалитет) для всех переходов и значения d i , Rzi , Ti , r i . Далее по таблицам [4, с. 41–70] – значения eб i и eз i . 2. Рассчитывают величину минимального припуска Z н м для каждого перехода по формуле (1). 3. По минимальному значению припуска определяют его расчетное (номинальное), значение на сторону для всех переходов, кроме первого по формуле (2) где d i –1 – допуск на размер предшествующего перехода. Для первого перехода минимальное значение припуска на сторону определяется по формулам: а) для наружных поверхностей ; (3) б) для внутренних поверхностей , (4) где D Аонм , D Аонб – нижнее и верхнее предельные отклонения размера заготовки. Для второго перехода номинальное значение припуска на сторону при обработке наружных поверхностей (рис. 1) будет равно и т.д. Для диаметральных размеров припуски, полученные по формулам (1–4), необходимо удвоить. Если нужно определить максимальный припуск, то величина его на сторону определяется по формуле (5) Например, для 2-го перехода (рис. 1) . Номинальный (расчетный) размер общего припуска на заготовку определяется по формуле , (6) где n - число переходов. Например, для случая, изображенного на рис. 1, n = 3. Таблица 3 Расчет припусков и операционных размеров аналитическим методом Содержание перехода R z , мкм T , мкм r , мкм e , мкм Z н м , мкм d , мм Z , мм A , мм D А нб , мм D А нм Заготовка- штамповка 200 250 630 -- -- 3 2,05 4,1 45,9 +1 -2 1.Черновое растачивание Н12 50 50 25 200 11 1 0 2220 0,30 1,60 3,20 49,1 +0,3 0 2.Чистовое растачивание Н11 20 25 _ _ 125 250 0,19 0,275 0,55 49,72 +0,19 0 3. Развертывание Н8 10 15 -- -- 45 90 0,046 0,14 0,28 50 +0,046 0 Примечания: 1) В числителе указан припуск на сторону, в знаменателе на диаметр. 2) Отклонения расположения необходимо учитывать у заготовок (под первый технологический переход) и после черновой и получистовой обработки. 3) Погрешность установки детали на выполняемом переходе учитывается в том случае, когда предыдущий переход выполнялся в другой операции, т.е. имело место перекрепление заготовки в станочном приспособлении. 4) Полученные значения А рекомендуется округлять для переходов, выполняемых по 11–14 квалитетам точности до одного знака после запятой, а для переходов, выполняемых по 7–10 квалитетам точности до двух знаков после запятой. При этом округления размеров наружных поверхностей (валов) следуем производить в сторону увеличения, а для внутренних поверхностей (отверстий) в сторону уменьшения. В связи с округлением размеров произойдет некоторое увеличение Z i нм и Z i . 5. Рассчитывают номинальные размеры исходной заготовки и номинальные размеры заготовки для каждого перехода. Номинальный размер исходной заготовки ( А0 ) при одностороннем припуске равен: а) для наружных поверхностей (7) б) для внутренних поверхностей (8) Для диаметральных размеров номинальный размер исходной заготовки (D0 ) для вала будет равен (9) для отверстия (10) В формулах (7)–(10 ) индекс Д относится к размеру готовой детали. Определение номинальных размеров заготовки, получаемых после выполнения каждого i -го перехода, следует производить, начиная c размера готовой детали по следующим формулам: а) для наружных поверхностей при одностороннем припуске , то же для валов б) для внутренних поверхностей при одностороннем припуске то же самое для отверстий 6. Вычисляют наибольшие и наименьшие технологические размеры заготовок с учетом допуска для каждого перехода. Допуски и предельные отклонения на размеры заготовок назначаются по соответствующим таблицам, которые приведены в справочниках [3, 4] . Допуски на промежуточные (операционные) размеры приведены в соответствующих таблицах справочников [3, 4]. При получении размера А от черной, еще не обработанной поверхности допуск на размер А определяется по формуле (11) где d заг – допуск на размер исходной заготовки, d обр – допуск на размер обработанной заготовки. Табличный метод определения припусков При расчете припусков по табличному методу общие номинальные припуски, допуски и предельные отклонения размеров заготовок назначаются по таблицам ГОСТ 1855-55 и 2009-55 – для отливок и по таблицам ГОСТ 7505-89 -для поковок. Эти таблицы имеются в справочной литературе [4]. Назначение общих припусков и допусков на отливки по таблицам ГОСТ 1855-55 и 2009-55 производится в зависимости от класса точности отливки, наибольшего габаритного размера детали, размера, определяющего расстояние до поверхности, на которую назначается припуск, и положения рассматриваемой поверхности при заливке (верх, низ, бок). Общие припуски и допуски на поковки, изготовляемые горячей объемной штамповкой, устанавливаются по таблицам ГОСТ 7505-89 в зависимости от класса точности поковки, группы стали и степени сложности поковок. Расчет припусков по табличному методу производится в следующей последовательности. Сначала определяются общие припуски на все обрабатываемые поверхности, устанавливаются размеры заготовки и предельные отклонения на эти размеры по соответствующим таблицам ГОСТ 7505-89, или 1855-55, или 2009-55, в зависимости от вида заготовок. Затем для каждой обрабатываемой поверхности устанавливаются число и последовательность выполнения технологических переходов. Для каждого перехода, начиная с последнего, устанавливаются припуски на сторону и допуски на размеры по соответствующим таблицам из справочников [3, 4]. При этом припуск на первый переход ( Z 1 ) определяется как разность между общим припуском и суммой припусков на последующие переходы по формуле где Z 0 - общий припуск; n – число переходов; i – номер перехода. Допуски на промежуточные (операционные) размеры устанавливаются в соответствии с экономической точностью применяемых методов обработки [3, 4, 6]. При получении операционного размера А от черной поверхности, допуск на размер А определяется по формуле (11). Допуски и предельные отклонения на операционные размеры чаще всего назначают по посадкам H и h 12-14 квалитетов для черновой обработки и 10-11 квалитетов для получистовой обработки. Расчет припусков и операционных размеров рекомендуется свести в таблицу Таблица 4 Таблица расчетов припусков и операционных размеров Обрабатываемая поверхность и метод обработки Z , мм d , мм A , мм DАн б , мм DАнм , мм Ступень вала (пов. №) 0. Заготовка 2,5/5,00 3,5 90 2,3 -1,2 1. Черновое точение 1,70/3,40 0,35 86,6 0 -0,35 2. Чистое точение 0,55/1,10 0,22 85,5 0 -0,22 3. Шлифование 0,25/0,50 0,022 85 0 -0,022 При расчете припусков по табличному методу следует в процессе выполнения размерного анализа проверить достаточность минимальных припусков и в случае необходимости внести коррективы в полученные значения Z i . 3.5. Размерный анализ технологического процесса Размерным анализом технологических процессов механической обработки деталей машин называется процесс выявления размерных связей между поверхностями заготовки, образующимися после выполнения каждого технологического перехода. Размерный анализ выполняется на основе составления и расчета технологических размерных цепей. Технологической размерной цепью называется замкнутая цепь размеров, определяющих взаимное положение поверхностей, обрабатываемых на смежных технологических переходах. Размерный анализ выполняется после того, как будет разработан технологический маршрут обработки заготовки, установлено число и последовательность технологических переходов для обработки каждой поверхности. Роль размерного анализа особенно велика при проектировании технологических процессов для условий серийного и массового производства, когда точность обработки обеспечивается работой на настроенных станках. Для условий единичного производства размерный анализ может не проводиться ввиду того, что, как правило, для каждого технологического перехода удается совместить технологическую базу с конструкторской. При обработке партии заготовок на настроенных станках расчет технологических размерных цепей следует производить в тех случаях, когда имеет место несовпадение конструкторской и технологической баз. Пример проведения размерного анализа технологического процесса изготовления ступенчатого валика приведен на рис. 2. В технологической размерной цепи замыкающим звеном является либо конструкторский размер, либо припуск на обработку, снимаемый на последующем переходе. Рис.2. Схема проведения размерного анализа В операции 05 производится черновая обработка левого торца (пов.1,3) от черной базы 7. Затем от обработанной поверхности 3 производится предварительная обработка правого торца (пов.6,9). Далее в операциях 15 и 20 производится чистовая обработка левого торца (пов.2,4) и правого торца (пов.5,8) с соответствующей переменой баз. Припуски обозначены буквой Z с индексом внизу, который указывает, к какой поверхности относится припуск. Технологические размеры обозначаются символами Т1 , Т2 и т.д. Точка на размерных линиях обозначает базовую поверхность, а стрелка – обрабатываемую поверхность. После построения расчетной схемы для каждой обрабатываемой поверхности составляется соответствующее уравнение. Следует отметить, что эти уравнения всегда нужно решать относительно замыкающего звена цепи . Расчетные уравнения сведены в табл. 5. Таблица 5 Этап Расчетная формула Полученный размер Определение Т7 30-0,1 -Т7 =0 Т7 =30-0,1 Определение Т5 Z5 -T5 +T7 =0 Z5 = T5 -Т7 Определение Т6 T5 -T6 +20-0,3 =0 20-0,3 = T6 – T5 Определение Т8 -T8 +T5 -T6 +70-0,5 =0 70-0,5 = T8 +T6 - T5 Определение Т3 -Z4 +T3 -T5 =0 Z4 = T5 - T3 Определение Т1 T1 -Z6 -T3 =0 Z6 = T3 -T1 Определение Т2 T2 -Z2 - T6 +T3 - T1 =0 Z2 = T2 -T6 - T1 +T3 Определение Т4 -T3 +T5 - T8 - Z8 +T4 =0 Z8 = T4 +T5 -T3 -T8 Для того чтобы эти уравнения имели по одному корню, необходимо вначале определить припуски на обработку поверхностей по методике, показанной выше, т.е. определить Zmin по аналитической формуле (1) или табличным способом. Предположим, что номинальные значения припусков имеют следующие величины: Z2 = Z4 = Z5 = Z8 = 1 мм, Z6 = 2мм. Решение уравнений рекомендуется производить в последовательности от чистовых операций к черновым. Решение уравнения (1) не требует пояснения. Для решения уравнения (2) подставим вместо Z5 его значение Z5 = 1мм. Тогда номинальное значение T5 будет равно 31 мм. Однако технологический размер T5 должен иметь соответствующий допуск. Если принять, что подрезка торца выполняется по 11 квалитету точности, допуск будет составлять 0,16 мм. Следовательно, T5 = 31-0,16. В этом уравнении замыкающим звеном является припуск, поэтому необходимо произвести проверку припуска Z5 (наименьший его размер должен быть более 0). НБZ5 = НБТ5 – НМТ7 = 31-29,9 = 1,1, НМZ5 = НМТ5 – НБТ7 = 30,84 – 30 = 0 ,84. Z5 = Для решения уравнения (3) необходимо определить максимальный и минимальный операционные размеры Т6 по методу наибольший / наименьший размер. Поскольку в этом уравнении замыкающим звеном является размер 20-0,3 , расчет ведем относительно него: НБ20 = НБТ6 - НМТ5 = 20; тогда НБТ6 = 20+30,84 = 50,84, НМ20 = НМТ6 - НБТ5 = 19,7; тогда НМТ6 = 19,7+31=50,7. Таким образом, Т6 = . Аналогичным образом решаются остальные уравнения. 3.6. Обоснование и расчет режимов резания и норм штучного времени Режимы резания рекомендуется определять по справочникам [5,15,16,17]. В пояснительной записке подробный расчет режимов резания и норм штучного времени производится аналитическим методом [5] только для 2 разнохарактерных операций (например, токарная и фрезерная или сверлильная и фрезерная и т.п.). На все остальные операции режимы резания и элементы норм времени назначаются по таблицам и заносятся в операционную карту без пояснений и обоснований их в пояснительной записке. Подробный расчет режимов резания на каждую из двух операций должен включать обоснование выбора марки инструментального материала, глубины резания, подачи и рассчитанную по формулам теории резания допустимую скорость резания, потребную мощность станка и проверку выбранного режима резания по паспортным данным станка. При назначении режимов резания на операции с многоинструментальной наладкой (например, на многоцелевых станках с ЧПУ) рекомендуется пользоваться методикой, изложенной в справочнике [18] . Определение режимов резания для условий единичного производства производится по таблицам, приведенным в справочниках [15,16]. Расчет норм времени Для расчета основного времени необходимо определить для каждого перехода число рабочих ходов i, минутную подачу Sм и расчетную длину обработки Lp . Основное время в минутах определяется по формуле . Расчетная длина обработки Lp представляет собой величину перемещения режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности с рабочей подачей и учетом врезания и перебега инструмента. Примеры формул для расчета t0 приведены в [13]. Вспомогательное время определяется по каждому переходу в отдельности, включая вспомогательные переходы: установить и снять заготовку, переустановить и т.п. При этом для первого перехода указывается время, связанное с переходом (т.е. комплекс обязательно выполняемых приемов), которое берется по соответствующей таблице из справочников, в зависимости от размеров станка и способа установки режущего инструмента на размер. Если производство носит серийный или массовый характер, то нужно пользоваться нормой вспомогательного времени, связанного с переходом, для случая работы режущим инструментом, настроенным на заданный размер. В последующих переходах нужно к вспомогательному времени для первого перехода добавлять, в случае необходимости, время на смену режущего инструмента, на изменение числа оборотов, на изменение величины подачи и другие приемы, вытекающие из выполнения данного перехода. Нормы на эти элементы вспомогательного времени берутся из соответствующих таблиц справочников [17–23]. На последнем переходе во вспомогательное время должно быть включено время, необходимое для того, чтобы вернуть станок в исходное положение, т.е. установить первоначальное число оборотов, подачу и режущий инструмент. При определении основного и вспомогательного времени на операцию необходимо учитывать то, каким образом элементы операции (установы, позиции, основные и вспомогательные переходы) выполняются во времени: последовательно друг за другом, параллельно или параллельно-последовательно. В норму времени включаются только те затраты времени, которые не перекрываются временем выполнения других элементов операции. В пояснительной записке расчет вспомогательного времени по нормируемым операциям следует свести в табл. 6. Таблица 6 Расчет вспомогательного времени по переходам для операции № 005 Номер операции Операции Номер перехода Время, связанное с переходом Дополнительное время Итого Обоснование расчетов на изменение числа оборотов на изменение подачи на смену режущего инструмента 005 Токарная 1 2 3 0,16 0,16 0,16 – 0,10 0,20 -- 0,06 0,12 -- 0,06 0,16 0,16 0,38 0,64 Справочник норми-ровщика По каждой операции подсчитывается штучное время tшт , определяемое по формуле , где tв - вспомогательное время на операцию, tоб - время обслуживания рабочего места, tп - время перерывов. Время обслуживания ( tоб ) и время перерывов ( tп ) опреде­ляется в процентах от оперативного времени ( tоп = tо + tв ). Величина этого процента для каждого типа станка дается в справочнике. В пояснительной записке для двух нормируемых операций необходимо привести принятый процент от tоп для определения ( tоб + tп ). В условиях серийного производства кроме tшт определяют подготовительно-заключительное время. Тпз , которое дается на партию деталей и используется наладчиком для настройки станка на выполнение данной операции, вычисляется по соответствующим таблицам справочников. В пояснительной записке необходимо выполнить экономическое сравнение двух возможных вариантов обработки заданной поверхности по данным справочника [24]. 5. Проектирование конструкции установочного приспособления По заданию руководителя студент разрабатывает приспособление для одной из операций технологического процесса (в условиях серийного производства). В зависимости от типа операции и применяемого оборудования, а также от заданной серийности может быть спроектировано специальное приспособление или универсально-сборное приспособление (УСП). В любом случае в пояснительной записке приводится расчетная схема и определяются максимальные усилия резания, действующие на заготовку во время обработки. При разработке универсального приспособления следует использовать рекомендации справочников [25–27]. Применение комплектов УСП позволяет значительно сократить затраты на подготовку производства изделий машиностроения за счет многоразового использования нормализованных элементов для обработки различных деталей. При проектировании сборки УСП следует использовать Каталог нормализованных элементов УСП [28] и справочник, содержащий примеры сборок [29]. В ряде случаев необходимо проектировать специальные элементы (применяемые только для одной детали), имеющие стыковочные поверхности с базовыми плитами УСП. Пример сборки УСП приведен на рис. 3. Рис. 3. Компоновочный эскиз сборки УСП. Допускается проектирование компоновок УСП на компьютере с использованием базы данных элементов УСП 12, имеющейся на кафедре электронного машиностроения УГТУ-УПИ. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Кугаевский С.С. Требования к технологичности корпусных деталей, обрабатываемых на фрезерных и многоцелевых станках с ЧПУ: Методические указания. Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 1995. 17 с. 2. Гжиров Р.И., Серебряницкий П.П. Программирование обработки на станках с ЧПУ. Л.: Машиностроение, 1990. 588 с. 3. Косилова А.Г. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении: Справочник технолога. М.:Машиностроение, 1976. 288 с. 4. Справочник технолога-машиностроителя: В 2 т. / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. М.: Машиностроение, 1986. Т1. 656 с. 5. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. М.: Машиностроение, 1985. Т2. 496 с. 6. Обработка металлов резанием: Справочник технолога / А.А. Панов, В.В. Аникин, Н.Г. Бойм и др.; Под общ. ред. А.А. Панова М.: Машиностроение, 1988. 736 с. 7. Технология машиностроения: Учебник для вузов: В 2 т. Т.1: Основы технологии машиностроения/ В.М. Бурцев, А.С. Васильев, А.М. Дальский и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. М.: МГТУ, 1998. 564с. 8. Технология машиностроения: Уч. пособие для вузов: В 3 т. Т.3: Правила оформления технологических документов/ Под ред. С.Л. Мурашкина. М. Изд-во СПбУПУ, 2002. 59 с.9. Смазочно-охлаждающие технологические жидкости для обработки металлов резанием: Справочник/ Под.общ.ред. С.Г.Энтелиса, Э.Н.Берлинера. М.:Машиностроение, 1995. 496 с.10. Кувшинский В.В. Технологическая подготовка для станков с ЧПУ: Уч. пособие. Екатеринбург: УГТУ – УПИ, 1994. Ч.2. 66 с.11. Кугаевский С.С.Технология обработки корпусных деталей на станках с ЧПУ. Ч.1. Обработка внутренних контуров. Екатеринбург: УГТУ, 2000. 142 с.12. Кугаевский С.С.Технология обработки корпусных деталей на станках с ЧПУ. Ч.2. Обработка плоскостей и отверстий. Екатеринбург: УГТУ, 2001. 96с.13. Тихонов И.Н. Технология электронного машиностроения: Практимум по курсу «Технология электронного машиностроения». Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1993. Ч. 1. 43 с. 14. Размерный анализ при технологическом проектировании: Учебное пособие/ В.Н.Ашихмин, В.В.Закураев. Новоуральск: ГОУ ВПО Новоуральский государственный технологический институт, 2004. 98с. 15. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания материалов: Справочник / В.И. Баранчиков, А.В. Жаринов, Н.Д. Юдина, А.И. Садыхов и др.; Под.общ. ред. В.И. Баранчикова. М.: Машиностроение, 1990. 400 с. 16. Режимы резания металлов: Справочник / Ю.В. Барановский, Л.А. Брахман, А.И. Гдалевич и др. М.: НИИТавтопром, 1995. 456 с. 17. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с числовым программным управлением. Ч.1: Нормативы времени/Центр. бюро нормативов по труду при НИИ труда. М.: Экономика, 1990. 206 с. 18. Общемашиностроительные нормативы времени и режимы резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с ЧПУ . Ч.2: Нормативы режимов резания / /Центр. бюро нормативов по труду при НИИ труда. М.: Экономика, 1990. 470 с. 19. Общемашиностроительные укрупненные нормативы времени на работы, выполняемые на металлорежущих станках: Единичное, мелкосерийное и среднесерийное производство. Ч.1: Токарно-винторезные и токарно-карусельные станки / Центр. бюро нормативов по труду Госком СССР по труду и социальным вопроcам. М.: НИИ труда, 1989. 425 с. 20. Общемашиностроительные укрупненные нормативы времени на работы, выполняемые на металлорежущих станках: Единичное, мелкосерийное и среднесерийное производство: Ч.2. Фрезерные станки . / Центр. бюро нормативов по труду Госком СССР по труду и социальным вопроcам. М.: НИИ труда, М.: Экономика, 1988. 377 с. 21. Общемашиностроительные укрупненные нормативы времени на работы, выполняемые на металлорежущих станках Единичное, мелкосерийное и среднесерийное производство: Ч.3. Сверлильные станки / Центр. бюро нормативов по труду Госком СССР по труду и социальным вопроcам. М.: НИИ труда,. М.: Экономика, 1988. 150 с. 22. Общемашиностроительные укрупненные нормативы времени на работы, выполняемые на металлорежущих станках: Единичное, мелкосерийное и среднесерийное производство. Ч.5: Горизонтально-расточные станки / Центр. бюро нормативов по труду Госком СССР по труду и социальным вопроcам. М.: Экономика, 1988. 233 с. 23. Общемашиностроительные укрупненные нормативы времени на работы, выполняемые на токарно-револьверных станках: Утв. Госком СССР по труду и социальным вопросам ВЦСПС 05.04.88. / Центр. бюро нормативов по труду при НИИ труда. М.: Экономика, 1989. 151 с. 24. Определение экономической эффективности от внедрения на предприятиях и производственных объединениях станкостроения новых технологических процессов, средств механизации и автоматизации производства. М.: ЭНИМС, 1983. 25. Станочные приспособления: Учебное пособие / А.Г.Схиртладзе, В.Ю.Новиков, Г.А.Мелетьев и др. Йошкар-Ола: МарГТУ, 1998. 170 с. 26. Ансеров М.Л. Приспособления для металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1975. 650 с. 27. Горошкин А.Н. Приспособления для металлорежущих станков: Справочник. М.: Машиностроение, 1979. 309 с. 28. Детали и сборочные единицы универсально-сборных приспособлений к металлорежущим станкам. Серия 3 (УСП-12) / Каталог 31.0114.42-95 – М.: Издательство стандартов, 1996. 81 с. 29. Кузнецов Ю.И., Маслов А.Р., Байков А.Н. Оснастка для станков с ЧПУ: Справочник. М.: Машиностроение, 1983. 360 с. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ПРОИЗВОДСТВА В МАШИНОСТРОЕНИИ Составитель Кугаевский С.С. Редактор И.В. Меркурьева ИД №06263 от 12.11.2001 г. ___________________________________________________________________ Подписано в печать 11.03.2004. Формат 60х84 1/16 Бумага типографская. Плоская печать. Усл.-печ.л. 1,63 Уч.-изд.л. 1,39 Тираж Заказ Цена «С» ___________________________________________________________________ Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО УГТУ-УПИ