Основы технологии машиностроения - Балакшин Б.С.

Автор: Балакшин Б.С.
Теги: транспортирование, распределение и хранение жидкостей и газов установки, оборудование и аппаратура инженерия машиностроение общее машиностроение технология машиностроения машиностроительное производство
Год: 1969
Похожие
Основы технологии машиностроения
Основы технологии ремонта газового оборудования и трубопроводных систем
Поршневые насосы
Технология машиностроения
Текст
                    6.С.БАЛАКШИН
основы
технологии
машиностроения
Б. С. БАЛАКШИН
проф. д-р техн, наук,
заслуженный деятель науки и техники РСФСР
основы
ТЕХНОЛОГИИ
МАШИНОСТРОЕНИЯ
ИЗДАНИЕ 3-е, ДОПОЛНЕННОЕ
Допущено Министерством высшего и среднего
специального образования РСФСР
в качестве учебника
для машиностроительных вузов и факультетов
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
Москва 1969
УДК	(075.8)
Основы технологии машиностроения. Балак-
шин Б. С. М., «Машиностроение» 1969, 358 стр
В учебнике рассмотрены основы технологии ма-
шиностроения и их использование для разработки
наиболее экономичных технологических процессов,
обеспечивающих получение требуемого качества машин.
Освещены вопросы механизации и автоматизации про-
изводственных процессов в машиностроении. Даны
технологические основы увеличения производительно-
сти труда на машиностроительных заводах. Рассмотре-
ны вопросы технологичности конструкции деталей и
машин, типизации технологических процессов.
В третьем издании исправлены замеченные
в предыдущем издании неточности и ошибки.
В учебнике отражен опыт промышленности и ре-
зультаты проведенных автором исследовательских работ.
Учебник предназначен для студентов машинострои-
тельных втузов. Он может быть использован инже-
нерно-техническими работниками машиностроительных
заводов и научно-исследовательских и проектных
организаций. Табл. 14, илл. 370, библ. 41 назв.
Рецензенты:
кафедра технологии машиностроения Л ПИ имени М. И. Калин»
д-ра техн, наук М. П. Новиков и Н. М. Карелин
3-13-1
7-69
Светлой памяти
Елены Андреевны
и Сергея Александровича
БАЛАКШИНЫХ
ВВЕДЕНИЕ
Человеку для его существования необходимы материальные
и культурные блага. Источниками получения благ являются
предметы природы и человеческий труд. Природа предоставляет
в распоряжение человека ничтожно малое количество предметов,
которые можно использовать непосредственно, без приложения
труда человека. Поэтому человеку приходится почти всегда
затрачивать труд, чтобы путем качественного превращения при-
спосабливать предметы природы для удовлетворения своих по-
требностей.
Качественное изменение предметов природы, осуществляемое
человеком, получило название технологического процесса. Осуще-
ствляя технологический процесс, человек ставит перед собой две
задачи: 1) получить изделие, которое удовлетворяло бы его по-
требность; 2) затратить на его изготовление меньше труда.
Каждое изделие может удовлетворять ту или иную потребность
человека только в том случае, если оно обладает качеством, кото-
рое определяется его назначением. Без надлежащего качества
изделие становится ненужным человеку, и затраченные на его
получение труд и предметы природы расходуются бесполезно.
Количество затраченного труда измеряется его интенсивностью
и продолжительностью. Интенсивность труда сверх нормальной
вызывает переутомление человека и преждевременный износ его
организма. Поэтому вполне естественным является желание чело-
века работать с нормальной интенсивностью труда.
Продолжительность труДа с нормальной интенсивностью из-
меряется затратой рабочего времени. Сокращение затрат рабочего
времени на изготовление изделия позволяет увеличить выпуск
изделий за определенный промежуток времени, т. е. полнее удов-
летворить потребности человека. Следовательно, непрерывное
увеличение производительности труда нормальной интенсивности
является основным источником наиболее полного удовлетворения
потребностей человека и повышения его жизненного уровня.
Для выполнения каждого технологического процесса человек
создавал, создает и использует различные средства труда, среди
которых орудиям производства принадлежит решающая роль.
4
Введение
История развития производства показывает, как постепенно,
во все возрастающих темпах, развивались орудия производства,
начиная с первобытного каменного топора до современных автома-
тических машин, цехов и заводов. Развитие и совершенствование
орудий производства влияет на условия труда и развитие чело-
века. Если для пользования первобытными орудиями труда тре-
бовалась в основном целесообразно затрачиваемая физическая
сила человека, то использование современных автоматических
машин требует от человека увеличения умственного труда за счет
резкого уменьшения затрат физической силы.
В процессе изготовления изделия затрачивается два вида труда —
живой и прошлый, или овеществленный. В связи с непрерывным
развитием и ростом орудий производства доля живого труда в еди-
нице изделия уменьшается, в то время как доля овеществленного
труда возрастает. Поэтому задача повышения производительности
общественного труда заключается не только в сокращении доли
живого труда, но и в том, чтобы общая сумма обоих видов труда,
затрачиваемого на единицу изделия, уменьшалась.
Одним из основных показателей роста производительности
общественного труда является себестоимость изделия, выражаю-
щая в денежной форме затраты обоих видов труда при его изготов-
лении на заводе.
Машиностроение является главным технологом всех отраслей
народного хозяйства. В связи с этим оно должно на базе новейших
достижений науки и техники непрерывно разрабатывать новые
технологические процессы, для осуществления которых нужно
создавать и выпускать в необходимых народному хозяйству ко-
личествах орудия производства и машины, отвечающие своему
служебному назначению при наименьшей себестоимости.
Отрасль науки, занимающаяся изучением закономерностей,
действующих в процессе изготовления машин, с целью использо-
вания этих закономерностей для обеспечения требуемого качества
машин и наименьшей их себестоимости, называется технологией
машиностроения.
Начало развития технологии машиностроения связано с появ-
лением крупной промышленности.
Исторический путь развития и совершенствования технологии
машиностроения — тема самостоятельного исследования. Можно
только очень кратко перечислить отдельные этапы, даты и имена
людей, способствовавших обобщению опыта и разработке основ
технологии машиностроения.
В прошлом технология машиностроения получила наибольшее
развитие в оружейных мастерских и заводах, где изготовлялись
различные виды оружия в больших по тем временам количествах,
чем любые другие виды изделий.
Введение
5
Еще в Киевской Руси в XI веке ремесленники изготовляли
оружие в достаточных количествах для вооружения княжеских
дружин. Знаменитая царь-пушка, отлитая и изготовленная масте-
ром Андреем Чеховым в 1587 г., сохранилась до наших дней.
В 1615 г. в России была изготовлена первая пушка с нарезным
стволом. В 1632 г. около Тулы были построены заводы для произ-
водства литых пушек, стволы которых изготовлялись сверлением
и растачиванием. Значительный вклад в технологию машинострое-
ния был внесен в эпоху Петра Первого А. К. Нартовым (1680—
1756 г.), разработавшим ряд новых технологических процессов:
изготовления артиллерийского и стрелкового вооружения, монет,
постройки кораблей и создавшего для этого новые оригинальные
станки и инструменты, принципиальные схемы которых исполь-
зуются и в наше время. Значительный вклад внесен был А. К. Нар-
товым в механизацию технологических процессов и начало их
автоматизации путем создания первого в мире токарного станка
с механическим суппортом. Существенный вклад в дальнейшее
развитие технологии оружейного производства и его механиза-
цию внесли работники Тульского оружейного завода М. В. Сидо-
ров, Я. Батищев и П. Д. Захава, разработавшие не только ряд но-
вых процессов, но и создавшие значительное количество необхо-
димых станков и инструментов. На Тульском оружейном заводе
еще в 1761 г. впервые в мире было разработано и внедрено изго-
товление взаимозаменяемых деталей и их измерения при помощи
калибров. И. И. Ползунов и его сподвижники построили первую
в мире паровую машину (1765 г.). В последующее время технология
машиностроения получила дальнейшее развитие не только на ору-
жейных, но и на вновь возникших машиностроительных заводах,
занимавшихся изготовлением паровозов, вагонов, станков и дру-
гих изделий.
Накопленный опыт был, по-видимому, впервые описан профес-
сором Московского Университета И. Двигубским, выпустившим
в 1807 г. книгу «Начальные основания технологии или краткое опи-
сание работ, на заводах и фабриках производимых». Дальнейшее
обобщение опыта и развития технологии машиностроения нашло
в капитальном труде проф. И. И. Тиме (1838—1920 г.) «Основа ма-
шиностроения, организация машиностроительных фабрик в техни-
ческом и экономическом отношении и производство работ», вышед-
шем в 1885 г. в трех томах. Труд проф. А. П. Гавриленко (1861—
1914 г.) «Технология металлов», обобщивший опыт развития техно-
логии металлообработки, долгие годы был основным курсом, исполь-
зуя который училось несколько поколений русских инженеров.
Восстановительный период нашей промышленности и последу-
ющие годы ее бурного развития характеризуются необходимостью
обобщения опыта, накопленного отечественным и иностранным
6
Введение
машиностроением, в целях использования его при восстановлении
и реконструкции заводов и создании новых отраслей отечествен-
ного машиностроения. Для решения этих задач был создан ряд
проектных институтов. Этими институтами и организациями сов-
местно с заводами была проделана работа по обобщению опыта
разработки технологических процессов и проектирования машино-
строительных заводов.
Строительство большого количества заводов создало необхо-
димость подготовки значительного числа инженеров, техников
и квалифицированных рабочих. Для этого была увеличена сеть
высших и средних учебных заведений, школ ФЗУ, курсов масте-
ров и рабочих. В эти годы в учебные программы вузов нашей страны
впервые были включены новые дисциплины «Технология автомоби-
лестроения», «Технология тракторостроения» (1930 г.), «Техноло-
гия станкостроения» (1931 г.) и др.
Новые дисциплины формировались в начальный период своего
существования, как описательные, обобщающие опыт обработки
деталей на станках, обработку отдельных поверхностей деталей
и ряд других вопросов. По мере дальнейшего бурного развития ма-
шиностроения и научно-исследовательских работ появилась воз-
можность, наряду с описанием технологических процессов, по-
степенного обобщения и разработки ряда теоретических вопросов
технологии машиностроения. К этому периоду относится опубли-
кование ряда таких трудов, как «Технология автотракторострое-
ния» В. М. Кована (1938 г.), «Технология станкостроения» автора
(1943—1949 г.), «Курс технологии машиностроения» А. П. Соколов-
ского (1947—1949 г.), «Технология машиностроения» А. И. Каши-
рина (1949 г.), «Технология механической обработки металлов»
М. Е. Егорова и В. И. Дементьева (1946 г.), «Технология точного
приборостроения» А. Б. Яхина (1940 г.) и др.
Дальнейшая работа по формированию «Технологии машино-
строения» привела к делению дисциплины на два самостоятельных
курса. Первый получил название «Основы технологии машино-
строения»; второй — «Специальная часть технологии машинострое-
ния». В первом курсе стали излагаться вопросы, общие для всех
отраслей машиностроения, во втором — вопросы, специфические
для данной отрасли машиностроения, касающиеся главным образом
обработки основных деталей и частично сборки машин.
Общий курс «Основы технологии машиностроения» постепенно
превратился в общеинженерную дисциплину, читаемую студентам
всех специальностей и специализаций.
Одновременно с делением дисциплины на два курса из нее вы-
делились в виде добавочных курсов для ряда специализаций и спе-
циальностей такие, как «Основы конструирования приспособле-
ний», «Основы проектирования машиностроительных заводов» и др.
Введение
7
Современная новая отрасль науки — технология машинострое-
ния, получила развитие в результате обобщения большого и пло-
дотворного труда коллективов заводов, научно-исследовательских
и технологических институтов, высших учебных заведений и от-
дельных работников науки и промышленности.
Среди большого количества работ, послуживших основой соз-
дания и формирования вновь появившейся дисциплины «Техно-
логия машиностроения», следует упомянуть работы: Н. А. Боро-
дачева, К. В. Вотинова, С. С. Данилова, В. И. Дементьева, М. Е. Его-
рова, А. А. Зыкова, И. И. Ивашкевича, А. И. Каширина, В. М. Ко-
вана, Э. А. Сателя, А. П. Соколовского, Б. А. Щукарева, А. Б. Яхи-
на и многих других. К перечисленным следует добавить большое
количество работ, появившихся за последние годы и внесших свой
вклад в развитие технологии машиностроения.
Предлагаемое читателю третье издание курса «Основы
технологии машиностроения» ставит своей задачей подгото-
вку студента к самостоятельной творческой разработке и вы-
полнению технологических процессов изготовления машин, отве-
чающих в полной мере своему служебному назначению при наи-
меньшей себестоимости.
В соответствии с этим построение курса базируется на следую-
щих основных положениях. В начале курса изложена задача, ко-
торую предстоит решать. Она сводится к изучению:
1) служебного назначения машины и его описания рядом ка-
чественных показателей, на каждый из которых устанавливаются
допуски или, другими словами, к изучению требований качества,
которым должна обладать готовая машина;
2) себестоимости машины, как условного показателя, харак-
теризующего затраты общественного труда в денежном выражении,
и ряда других технико-экономических показателей.
После ясного понимания задачи можно приступать к ее реше-
нию. Изучить одновременно вопросы достижения качества машины
при наименьшей себестоимости представляет методически чрезвы-
чайно сложную задачу, поэтому в последующих главах курса эти во-
просы рассмотрены раздельно.
Вначале даны основы достижения требуемого качества машины,
затем основы ее экономичного изготовления, и наконец, методика
разработки технологического процесса изготовления машины. Для
того чтобы построить машину, отвечающую своему служебному
назначению, с наименьшими затратами, необходимо не только изу-
чить ее служебное назначение, но и понять и описать его рядом
качественных показателей, правильно методически увязанных од-
них с другими.
Изучение связей, необходимых и возникающих между поверхно-
стями машины и составляющих машину деталей, позволяет понять
Введение
8
сущность и назначение процесса сборки машины, изготовления
ее деталей и проверки необходимых параметров, правильно харак-
теризующих служебное назначение.
Изучение и управление связями в требуемом направлении ос-
новывается на теории размерных цепей, предложенной и разра-
ботанной автором [1] еще в 1932 г. и дополненной им и рядом дру-
гих работников в последующие годы.
Знание служебного назначения детали в машине и процессов
образования ее конструктивных форм позволяет составить ясное
представление самого понятия детали, как куска выбранного ма-
териала, ограниченного рядом поверхностей, расположенных одна
относительно другой с точностью, требуемой ее служебным назна-
чением, с учетом экономичности изготовления. Это понятие имеет
решающее значение, так как предопределяет пути разработки тех-
нологических процессов изготовления и проверки деталей и в соот-
ветствии с этим пути построения и изложения курса.
Действительно, если принять изложенное выше понятие детали,
то при разработке и выполнении технологического процесса необ-
ходимо исходить из задачи обеспечения требуемой точности отно-
сительного положения (расстояния и поворотов) поверхностей де-
тали и нельзя излагать вопросы обработки отдельных поверхностей
вне связи их с другими. Обработка отдельных поверхностей деталей
вне связи их с другими поверхностями приводит к получению дета-
лей, не отвечающих своему служебному назначению, и бесполезным
затратам труда.
Необходимо, чтобы до слушания курса или его самостоятель-
ного изучения студент, наряду с общими дисциплинами инженер-
ной подготовки, предварительно изучил: резание материалов и его
физические основы, теорию допусков и посадок, основы техниче-
ских измерений (что и зачем измерять, как и чем измерять), обра-
ботку деталей на станках и процессы получения заготовок.
Третье издание курса подверглось некоторой переработке.
В процессе работы над книгой встретилось очень много трудно-
стей, связанных с недостаточной строгостью установившихся поня-
тий и определений, с рядом противоречивых просьб, с архитектони-
кой построения курса, с необходимостью уложиться в определенный
объем книги и т. д.
Автор с благодарностью примет все критические замечания и
пожелания, способствующие повышению качества учебника.
Для ускорения процесса изучения нового курса вначале даны
наиболее часто встречающиеся основные понятия и определения.
Глава
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Для превращения предметов природы в полезное для человека
изделие служит производственный процесс. Производствен-
ный процесс включает все этапы, которые проходит предмет при-
роды на пути превращения в изделие. Так, например, железная
руда вначале добывается в шахтах, затем транспортируется на
металлургические заводы, где после плавки превращается в металл.
Металл поступает на машиностроительный завод и после различ-
ного рода обработки (со снятием и без снятия стружки) превра-
щается в детали. Из деталей при помощи сборки и последующей от-
делки получается готовое изделие.
Производственный процесс, осуществляемый на машинострои-
тельном заводе, является частью всего производственного процесса
превращения предметов природы в машину.
Машиностроительный завод обычно получает от других заво-
дов в виде полуфабрикатов необходимые для изготовления ма-
шины, материалы, а нередко и изделия (например, шарикоподшип-
ники, электрооборудование, крепежные детали).
Производственным процессом в машиностроении называется
совокупность всех этапов, которые проходят полуфабрикаты на
пути их превращения в готовую машину. Производственный про-
цесс машиностроительного завода включает в себя получение за-
готовок, различные виды их обработки (механическую, терми-
ческую, химическую и др.), контроль качества, транспортирование,
хранение на складах, сборку машины, испытание, регулировку,
окраску, отделку и упаковку.
Выполнение различных этапов производственного процесса на
машиностроительном заводе обычно организуется в отдельных це-
хах или в одном цехе. В первом случае производственный процесс
делят на надлежащие части и говорят о производственных процес-
сах, например литейного цеха, механического, сборочного и т. д.,
во втором случае говорят о комплексном производственном про-
цессе.
10
Основные понятия и определения
Части производственного процесса, во время которых происхо-
дит изменение качественного состояния объекта производства (ма-
териала, заготовки, детали, машины), называются технологическим
процессом.
Изменения качественного состояния касаются химических и фи-
зических свойств материалов, форм, размеров и относительного
положения деталей, качества поверхности, внешнего вида объекта
производства и т. д. Например, все виды механической обработки
служат в основном для изменения размеров и формы материала,
заготовки или детали. Термическая обработка связана с изменением
физических свойств материала, заготовки или детали. Сборка
имеет целью изменение формы и относительного положения деталей
путем соединения их в сборочные единицы и готовую машину.
Окраска и отделка машины качественно изменяет внешний вид.
В технологический процесс включается ряд дополнительных
действий орудий производства и рабочих, непосредственно свя-
занных или сопутствующих качественным изменениям объекта
производства. К таким действиям относятся, например, контроль
качества, очистка заготовок и деталей, в ряде случаев транспорти-
рование их или собираемых объектов. Для выполнения технологи-
ческого процесса должно быть организовано и надлежащим образом
оборудовано рабочее место.
Рабочее место обычно представляет собой часть объема
цеха, предназначенную для выполнения работы одним рабочим
или группой рабочих, в которой размещено технологическое обо-
рудование, инструмент, приспособления, подъемно-транспортное
оборудование, стеллажи для хранения заготовок, деталей или сбо-
рочных единиц. В качестве примера на рис. 1 показано одно из
рабочих мест.
Технологический процесс изготовления машины или отдельной
детали обычно делится на несколько частей. Необходимость де-
ления порождается двумя видами причин — физическими и эко-
номическими. К физическим причинам относятся, например, та-
кие, как невозможность одновременной обработки резанием всех
поверхностей детали, расположенных на шести ее стенках, не-
возможность физически осуществить при сборке монтаж передней
и задней бабок токарного станка, пока не смонтирована станина
и т. п. По экономическим причинам нецелесообразно, например,
спроектировать и изготовить специальный дорогостоящий станок
для одновременной обработки поверхностей всех отверстий кор-
пуса коробки скоростей обычного токарного станка, если необ-
ходимо изготовить только один такой станок. Экономичнее разде-
лить технологический процесс обработки корпуса на две части,
одну из которых можно выполнить на обычном расточном, а вто-
рую — на вертикально-сверлильном станке.
Основные понятия и определения
11
например, отделить предварительную
Рис. 1. Рабочее место
По тем же причинам в ряде случаев оказывается невыгодным
весь технологический процесс механической обработки детали вы-
полнять на одном рабочем месте, так как это связано с нерацио-
нальным использованием станка, инструмента и квалификации
рабочего. Целесообразнее,
обработку от окончатель-
ной, так как, выполняя их
на различных станках даже
одного типа, можно гораздо
экономичнее достичь тре-
буемую точность детали в
результате стабилизации
температуры обрабатывае-
мой детали.
При сборке большого
количества машин, по
экономическим соображе-
ниям, целесообразнее тех-
нологический процесс раз-
делить на части, выполняе-
мые на отдельных рабочих
местах в одинаковые про-
межутки времени.
Законченную часть тех-
нологического процесса,
выполняемую на отдельном
рабочем месте одним или
несколькими рабочими,
принято называть опера-
цией. Операция является
основным элементом произ-
водственного планирова-
ния и учета. На операцию
обычно разрабатывается и выписывается вся основная планировоч-
ная, учетная и технологическая документация. Примерами операций
могут служить обработка детали или нескольких одинаковых дета-
лей на станке; штамповка нескольких деталей на прессе; сборка на
валик нескольких деталей на прессе; сборка на валик нескольких
зубчатых колес, втулки и подшипников; шабрение направляющих
станины станка; установка и закрепление двигателя на шасси авто-
мобиля. Из изложенного можно сделать вывод, что операции пред-
ставляют собой наименьшие частицы, на которые делится технологи-
ческий процесс сточки зрения планирования, организации и учета.
Основными технологическими элементами, из которых форми-
руется (и на которые делится) операция, являются переходы. При-
12
Основные понятия и определения
менительно к обработке резанием переход представляет собой за-
конченный процесс получения каждой новой поверхности или со-
четания поверхностей детали при обработке одним режущим ин-
струментом. Например, получение поверхности сквозного отвер-
стия в детали, обработанной спиральным сверлом; получение пло-
ской поверхности детали обработкой торцовой фрезой; получение
рабочих поверхностей зубьев и впадин зубчатого колеса обработкой
червячной фрезой.
Получение поверхности точного отверстия в детали при по-
мощи сверла, зенкера и развертки, т. е. трех последовательно ра-
ботающих инструментов, представляет собой обработку в три пе-
рехода. При этом в результате каждого из них образуется новая
поверхность отверстия, обладающая особыми количественными
показателями качества. Нарушение хотя бы одного из двух усло-
вий, характеризующих переход обработки резанием, приводит
к появлению нового перехода. К переходам механической обра-
ботки деталей относятся и такие законченные элементарные части
технологического процесса, как установка и закрепление детали
в приспособлении, ее открепление, снятие и т. д.
Переходы применительно к механической обработке резанием
могут выполняться путем удаления одного или нескольких слоев
материала, снимаемых один за другим, одним и тем же инструмен-
том, с каждой новой поверхности или сочетания поверхностей де-
тали. В первом случае говорят о переходе, выполняемом в один
проход, а во втором — о переходе, выполняемом в несколько
проходов.
Проходом, называется однократное относительное движение
режущего инструмента и обрабатываемой детали, в результате ко-
торого с поверхности или сочетания поверхностей снимается один
слой материала. В результате каждого прохода на детали полу-
чается новая поверхность или сочетание поверхностей. Например,
образование цилиндрической поверхности валика шлифованием
на круглошлифовальном станке с продольной подачей может осу-
ществляться в один переход, выполняемый при помощи довольно
значительного числа проходов. Применительно к сборке, под пере-
ходом понимается законченный процесс присоединения одной де-
тали (с требуемой точностью) к другой и ряд других элементарных
законченных частей технологического процесса сборки. Примерами
могут служить монтаж шпонки в шпоночный паз; монтаж шарико-
подшипника на вал; шабрение одной из поверхностей детали; за-
вертывание одной гайки при закреплении двух соединенных дета-
лей и т. д. Переход термической обработки представляет собой вы-
полнение какого-либо законченного элементарного технологиче-
ского процесса, например нагрев детали в нагревательном устрой-
стве, закалка детали, очистка детали.
Основные понятия и определения
13
Из изложенного видно, что если в формировании переходов
лежат технологические основы, то в формировании операций лежат
организационные основы.
В частном случае операция может состоять из одного перехода,
если, кроме этого перехода, на данном рабочем месте не выпол-
няются другие. •
Выполнение переходов может совмещаться во времени, напри-
мер одновременная обработка плоских поверхностей, расположен-
ных на трех параллельных
стенках детали, с помощью	<-------------------------
четырех торцовых фрез	|
(рис. 2).	жМшМИИ1И11ИИМЕ
Чтобы иметь возмож-
ность обработать заготов-
ку (деталь), ее необходимо
прежде всего установить	|
и закрепить с требуемой	|
точностью в приспособле-	|
нии или на столе станка	|
или другого вида оборудо-	]
вания.
При сборке следует про-	'  ....“  ....— ——
делать то же самое С де- рис. 2. Совмещение переходов путем одно-
талью, К которой присое- временной обработки поверхностей детали
ДИНЯЮТ Другие детали ма-	на трех ее стенках
шины. Такую деталь уста-
навливают и закрепляют с требуемой точностью на сборочном
стенде или в приспособлении конвейера.
Физический процесс установки заготовки (детали) в приспо-
соблении на столе станка, на другом виде оборудования или на
конвейере с требуемой точностью получил название установки.
Этот процесс обычно включается в операцию как один из составляю-
щих ее переходов.
После того как заготовка (деталь) установлена и закреплена,
ей сообщается необходимое для обработки или сборки движение.
Движение заготовка (деталь) получает от механизмов оборудования
через стол или приспособление станка или конвейера, на котором
она установлена и закреплена.
Чтобы получить в результате обработки или сборки возможно
большую точность, требуется сохранить неизменность положения
заготовки (детали) относительно поверхностей приспособления или
стола станка, определяющих ее положение в продолжении всего
времени обработки. Обработку детали, сохраняющей указанную
неизменность положения в продолжении всего процесса, принято
называть обработкой с одной установки.
14
Основные понятия и определения
В ряде случаев полностью обработать деталь с одной установки
не представляется возможным. Например, чтобы обработать по-
верхности, с помощью которых деталь была установлена в приспо-
соблении, следует ее открепить, перевернуть, установить в новом
положении и снова закрепить с требуемой точностью.
Если деталь в процессе обработки приходится устанавливать
и закреплять несколько раз, говорят об обработке детали с несколь-
ких установок, причем понятие «установка» приобретает здесь дру-
гое значение. В таких случаях под установкой понимается неизмен-
ность положения заготовки (детали) относительно поверхностей
приспособления или стола станка, или другого вида оборудования,
определяющих ее положение. Следовательно, каждый раз, когда
меняется положение заготовки (детали) относительно поверхностей
стола или приспособления станка (конвейера), определяющих ее
положение, появляется новая установка. При этом совершенно без-
различно, по каким причинам заготовка (деталь) меняет свое отно-
сительное положение, изменилось ли это положение вследствие
плохого закрепления заготовки или перестановки ее для обработки
других поверхностей.
Это понятие установки не меняется и для процессов сборки
машин. Например, станки средних размеров и веса при сборке пе-
ремещают с одного рабочего места на другое при помощи шагового
конвейера; на каждом рабочем месте происходит новая установка
станка. Следовательно, общая сборка производится с нескольких
установок.
Для выполнения отдельных частей технологического процесса
обрабатываемый или собираемый объект производства, установлен-
ный и закрепленный в приспособлении, должен занимать вместе
с ним одно или ряд последовательных положений в пространстве.
Каждое новое положение, занимаемое объектом производства сов-
местно с приспособлением, в котором объект установлен и закреп-
лен, называется рабочей позицией или просто позицией. Позиция
характеризуется сохранением неизменности положения объекта
производства совместно с приспособлением относительно оборудо-
вания или рабочего места на время выполнения части технологи-
ческого процесса (одного или нескольких переходов).
Как видно из этого определения, различие между установкой
и позицией заключается в том, что при каждой новой установке
объект производства меняет свое положение относительно приспо-
собления, стола станка, рабочего места или сборочного стенда.
При смене позиции объект производства сохраняет положение
относительно приспособления, в котором он установлен и за-
креплен, и меняет свое положение относительно оборудования,
рабочего места или сборочного стенда, совместно с приспособле-
нием.
Основные понятия и определения
15
Рис. 3. Четырехпозиционная обра-
ботка деталей на трех шпиндельном
сверлильном станке
Первым примером, иллюстрирующим изложенное, может слу-
жить обработка детали на трехшпиндельном вертикально-свер-
лильном станке (рис. 3). В первой позиции деталь устанавливается
и закрепляется в трех кулачковом самоцентрирующем патроне.
После каждого рабочего хода многошпиндельной головки станка
деталь вместе с патроном перемещается с одной позиции на другую.
Как видно из рис. 3, на каждой позиции выполняется надлежащая
обработка. После того, как деталь, пройдя все позиции, попадает
снова на первую, она снимается со станка и заменяется следующей.
На поворотном столе станка за-
креплены четыре трехкулачковых
патрона для одновременной обра-
ботки трех деталей и смены четвер-
той.
При изучении технологических
процессов с целью их рационали-
зации и получения исходных дан-
ных о затратах времени рабочим
отдельные части технологического
процесса приходится делить на ра-
бочие приемы и элементы приемов,
производимые рабочим во время
выполнения технологического про-
цесса.
На основе изучения времени,
затрачиваемого на рабочие приемы
и элементы приемов, и надлежа-
щей математической обработки по-
лученных данных разрабатываются
различного рода нормативные графики и таблицы, используемые
для нормирования ручных приемов и их элементов при разработке
новых технологических процессов.
Рабочим приемом, или просто приемом, принято называть
часть перехода, состоящую из нескольких законченных действий
работающего, направленных на выполнение какой-либо закончен-
ной части перехода. Примерами приемов могут служить: установка
детали в приспособление, закрепление детали в приспособлении,
включение станка, подвод режущего инструмента в рабочее положе-
ние, соединение двух деталей при сборке, завертывание гайки, пово-
рот детали и т. д.
Элементом приема принято называть элементарную часть при-
ема, характеризуемую законченностью какого-либо элементарного
действия работающего. Например, прием «запрессовка кольца ро-
ликоподшипника в корпусную деталь» может быть разделен на
следующие элементы приема: взять кольцо, протереть его, смазать,
16
Основные понятия и определения
поднести к отверстию для запрессовки, вставить в кольцо затяжное
приспособление, надеть на него фланец, взять ключ, затянуть кольцо
на место, свернуть гайку, снять фланец, вынуть и положить на место
затяжное приспособление.
Степень дифференциации приема на элементы условна и может
быть в отдельных случаях различной.
При выполнении каждого технологического перехода, операции
и процесса обработки детали или сборки машины затрачивается
то или иное количество труда рабочего надлежащей квалификации
при нормальной интенсивности.
Затраты труда при нормальной интенсивности измеряются его
продолжительностью или временем, в течение которого он осуще-
ствляется.
Количество времени, затрачиваемого работающим при нор-
мальной интенсивности труда на выполнение того или иного
технологического процесса или его части, называется трудоем-
костью.
Различают фактическую трудоемкость, понимая под ней коли-
чество времени, фактически затраченного работающим на выпол-
нение работы, и расчетную или нормированную трудоемкость,
понимая под ней то количество времени, которое должно быть за-
трачено на выполнение той или иной работы. Единицей измерения
трудоемкости служит человеко-час.
При обработке деталей на станках (или других видах оборудо-
вания) последние бывают заняты в течение того или иного про-
межутка времени, в продолжение которого обрабатываемая деталь
находится на станке. Для расчета занятости станков выполнением
отдельных операций и для расчета количества станков, необхо-
димого для выполнения одной или нескольких операций или
обработки детали по всем операциям, служит понятие станко-
емкость.
Станкоемкостью называют время, в течение которого факти-
чески занят (фактическая станкоемкость) или должен быть занят
(расчетная станкоемкость) станок, несколько станков или других
видов оборудования для выполнения отдельных или всех операций
по обработке детали или целого изделия. В соответствии с этим
различают станкоемкость операции, станкоемкость детали и стан-
коемкость изделия. Единицей измерения станкоемкости обычно
служит станко-час.
Для нормирования труда и планирования производственного
процесса используется норма времени. Нормой времени называют
установленное (нормированное) количество труда надлежащей ква-
лификации и нормальной интенсивности, необходимое для выпол-
нения какой-либо операции или целого технологического процесса
в нормальных производственных условиях.
Основные понятия и определения
17
Норма времени измеряется в единицах времени (часах, мину-
тах) с указанием квалификации работы, например 10-часов, 5-го раз-
ряда.
При установлении нормы времени на малотрудоемкие операции
бывает трудно составить ясное представление о ее величине, исчис-
ляемой иногда долями минуты или даже секунды. В этих случаях
вместо нормы времени устанавливают обратную ей величину —
норму выработки.
Нормой выработки называют устанавливаемое (нормируемое)
количество заготовок, деталей или изделий, которое должно быть
обработано или сделано в установленную единицу времени (час,
минуту). Единицей измерения нормы выработки является коли-
чество штук в единицу времени с указанием квалификации работы,
например 1200 шт. в час, работа 3-го разряда.
Каждая операция обработки или технологический процесс из-
готовления детали или машины в целом занимает определенное
календарное время. Промежуток календарного времени, измерен-
ный от начала какой-либо периодически повторяющейся операции
технологического или производственного процесса до ее оконча-
ния, принято называть циклом.
Различают: цикл операций, т. е. промежуток календарного
времени от начала до конца операций; цикл изготовления детали —
промежуток календарного времени от начала первой до окончания
последней операции изготовления детали; цикл изготовления
машины — промежуток календарного времени, начиная от за-
пуска в производство первой заготовки до окончания упаковки го-
товой машины.
Цикл может быть расчетный (или нормированный) и фактиче-
ский.
Если операции или процессы не повторяются периодически,
правильнее говорить не о цикле, а о продолжительности операции
или процесса.
Различные машины, их сборочные единицы и детали изготов-
ляются в различных количествах в единицу времени. Количество
машин, их деталей или заготовок, подлежащих изготовлению
в единицу времени (обычно в год, квартал, месяц), называют про-
граммой.
Общее количество машин, их деталей или заготовок, подле-
жащих изготовлению по неизменяемому чертежу, называется ве-
личиной серии. При переходе на новую конструкцию данного типа
машины, детали или заготовки изменяются их чертежи, в связи
с чем изменяется и номер или условное обозначение серии. Напри-
мер, каждая новая конструкция тепловоза получает новое обозна-
чение серии в виде ряда букв и цифр. Каждая новая конструкция
станка одного и того же типа получает нррое обозначение серии
18
Основные понятия и определения
(револьверные станки одного типа, но различных серий, обозна-
чаются 136, 1Д36, 1М36).
Масштаб выпуска характеризует примерное количество машин,
деталей или заготовок, выпускаемых или подлежащих выпуску
заводом или каким-либо его цехом в единицу времени (год, квартал,
месяц).
Такт выпуска представляет собой промежуток времени, через
который периодически производится выпуск машин, их сборочных
единиц, деталей или заготовок. Если говорят, что машина выпу-
скается с тактом 8 мин, это значит, что через каждые 8 мин завод
выпускает одну машину.
Партией принято называть определенное количество заготовок
(деталей), одновременно поступающих для обработки на одно рабо-
чее место. Количество заготовок (деталей) в партии определяется
на основе технико-экономического расчета.
В зависимости от потребностей населения, народного хозяй-
ства в целом и обороны страны, изделия изготовляются на ряде
заводов или на одном заводе в различных количествах. Так, опыт-
ные или уникальные машины изготовляются единицами; такие
машины, как тяжелые станки, мощные паро- и гидротурбины, изго-
товляются в небольших количествах; универсальные станки, подъем-
но-транспортные машины и другие — в значительно больших коли-
чествах; автомашины, сельскохозяйственные машины, вагоны —
в больших количествах; такие изделия, как часы, шарико- и роли-
коподшипники, швейные машины, электродвигатели, изготовляются
миллионами штук в год.
В соответствии с изложенным, условно говорят о различных
типах производства изделий или их отдельных сборочных единиц
и деталей — единичном, серийном и массовом.
Под единичным производством изделий, деталей или заготовок
понимается изготовление их единицами. При этом считается, что
изготовление таких же изделий, деталей или заготовок по неиз-
меняемым чертежам больше не должно повторяться. Приме-
ром могут служить опытные образцы машин, уникальные ма-
шины и т. п.
Под серийным производством изделий, деталей или заготовок
понимается их периодическое изготовление по неизменяемым чер-
тежам в течение того или иного промежутка календарного времени.
Количество одновременно запускаемых в производство изделий,
деталей или заготовок, поступающих на одно рабочее место, полу-
чило, как указано выше, название партии.
При этом не исключается возможность изготовления изделий
по одному в партии, если выпуск такого изделия периодически пов-
торяется по неизменяемым чертежам в течение того или иного про-
межутка календарного времени.
Основные понятия и определения
19
В зависимости от количества изделий, деталей или заготовок
в серии производство условно делят на мелко-, средне- и крупно-
серийное.
Под массовым производством изделий, деталей или заготовок
понимается изготовление их в массовых количествах по неизменяе-
мым чертежам в течение более или менее длительного промежутка
календарного времени.
На одном и том же заводе, нередко даже в одном и том же цехе,
одни изделия, детали или заготовки изготовляются единицами,
другие — периодически повторяющимися, различными по вели-
чине партиями, третьи — непрерывно. Следовательно, на одном
и том же заводе или в одном и том же цехе одновременно может
быть единичное, серийное и массовое производство. Поэтому от-
несение производства целого завода или цеха к одному из рассмот-
ренных типов производства является условным, так как оно обычно
делается по преобладающему типу производства, существующему
на данном заводе или в цехе.
Границы перехода производства отдельных изделий, деталей
или заготовок в зависимости от изменения масштаба их выпуска
из одного типа производства в другой различны: они зависят от
условий, места и времени.
Производственные процессы делятся на два вида: поточный
и непоточный.
Основными свойствами установившегося потока (жидкости)
в природе являются непрерывность движения составляющих его
частиц и постоянство объема, проходящего через сечение потока
в единицу времени. Аналогично этому, под поточным видом органи-
зации производственного процесса понимается такой его вид, при
котором заготовки, детали или собираемые изделия в процессе их
производства находятся в движении, причем это движение осуще-
ствляется с постоянной величиной такта. Это значит, что поступив-
шая, например, на первую операцию заготовка сразу же после окон-
чания операции передается на вторую, после окончания второй —
на третью и т. д. до последней операции, после окончания которой
готовая деталь сразу подается на сборку. Время пролеживания
детали между операциями в таких случаях равно или кратно
такту.
На сборку готовые детали подаются через равные промежутки
времени.
Под непоточным видом организации производственного процесса
понимается такой его вид, при котором заготовки, детали или со-
бираемые изделия в процессе их производства находятся в движении
с различной продолжительностью операций и пролеживания между
ними, в результате чего процесс осуществляется с меняющейся ве-
личиной такта.
20	Основные понятия и определения
Из приведенных определений видно, что поточный вид органи-
зации производственного процесса прежде всего можно исполь-
зовать в массовом производстве. Массовое производство с исполь-
зованием поточного вида организации производственного процесса
получило название массово-поточного или (что не совсем точно)
поточно-массового. Серийное производство, особенно при значи-
тельных величинах партий, также может быть организовано с ис-
пользованием поточного вида.
Отличительной особенностью такого производства является его
периодичность во времени в связи с периодичностью запуска пар-
тий, поэтому оно получило название переменно-поточного произ-
водства. Переменно-поточное производство наиболее часто исполь-
зуется для изготовления заготовок, деталей или сборки изделий,
близких по служебному назначению, а следовательно, и по техноло-
гическим процессам; например, переменно-поточное производство
используется при сборке станков одного служебного назначения,
но различных размеров.
Глава

МАШИНА КАК ОБЪЕКТ ПРОИЗВОДСТВА
СЛУЖЕБНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ МАШИНЫ
Каждая машина создается для удовлетворения определенной
потребности человека, которая находит отражение в служеб-
ном назначении машины. Для того чтобы выпускаемая заводом
машина выполняла свое служебное назначение, раньше чем при-
ступить к ее созданию, необходимо его выявить и четко сформули-
ровать.
Под служебным назначением машины понимается максимально
уточненная и четко сформулированная задача, для решения которой
предназначается машина. Предположим, что необходимо обработать
ступенчатые валики средних размеров диаметром d = 35	60 мм,
длиной L — 150 4- 600 мм из стали 45. Поставленная задача недо-
статочно уточняет и четко формулирует служебное назначение
требуемого станка, в результате чего может быть сконструирован
и построен станок, который не сможет обеспечить экономичное из-
готовление валиков требуемого качества.
Приведенная ниже более уточненная формулировка лучше от-
ражает служебное назначение станка. Станок должен обеспечить
обработку ступенчатых валиков диаметром d — 35 -ь 60 мм, длиной
L = 150 -ь 600 мм из стали 45. Валик должен обладать точностью
диаметральных размеров не ниже 3-го класса, отклонение
линейных размеров должно быть не более 0,1 мм, погрешности
формы не должны выходить за пределы допусков на размеры,
шероховатость поверхности не ниже 4-го класса. Производи-
тельность станка не менее 150 валиков в смену (d — 45 мм-,
L = 300 мм).
Однако и приведенная формулировка недостаточно развернута,
чтобы создать и выпустить станок, отвечающий своему служебному
назначению. Ее необходимо дополнить такими данными, как ха-
рактер и точность заготовок, которые должны поступать на станок,
материал режущего инструмента, необходимость или отсутствие
необходимости обработки полученных поверхностей на валиках
и т. д. В ряде случаев необходимо указать те условия, в которых
22
Машина как объект производства
должны работать машины; например, возможные колебания тем-
пературы, влажности и т. д.
Опыт машиностроения показывает, что каждая ошибка, допу-
щенная при выявлении и уточнении служебного назначения ма-
шины, а также и ее механизмов, не только приводит к созданию
недостаточно качественной машины, но и вызывает лишние затраты
Рис. 4. Исполнительные поверхности токарного станка
обоих видов труда на ее изготовление и эксплуатацию, а также удли-
нение сроков ее освоения. Нередко недостаточно глубокое изучение
и выявление служебного назначения машины порождает излишне
жесткие, экономически неоправданные требования к точности и
другим показателям качества машины.
Каждая машина, как и отдельные ее механизмы, выполняет
свое служебное значение при помощи ряда поверхностей или их
сочетаний, принадлежащих деталям машины. Условимся называть
такие поверхности или их сочетания исполнительными, поверхно-
стями машины или ее механизмов. Примером могут служить соче-
тания поверхностей переднего конца шпинделя 1, пиноли 2 задней
бабки и резцедержателя 3 токарного станка, при помощи которых
станок выполняет свое служебное назначение (рис. 4).
Основы разработки конструктивных форм машины и ее деталей
23
Действительно, сочетания конических поверхностей переднего
конца шпинделя и пиноли задней бабки определяют положение
обрабатываемой на станке детали, установленной в центрах, по-
верхности которых входят в комплекс исполнительных поверхно-
стей. На фланец переднего конца шпинделя монтируется поводко-
вый патрон, через который обрабатываемой детали сообщается
вращательное движение. Поверхности резцедержателя определяют
положение резцов относительно обрабатываемой детали и непосред-
ственно передают им необходимые для обработки движения. Испол-
нительными поверхностями зубчатой передачи, рассматриваемой
как механизм, являются сочетания боковых рабочих поверхностей
зубьев пары зубчатых колес, работающих совместно. Исполнитель-
ными поверхностями двигателя внутреннего сгорания, рассматри-
ваемого как механизм, служащего для преобразования тепловой
энергии в механическую, являются поверхности поршня и рабочего
цилиндра и т. д.
ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ КОНСТРУКТИВНЫХ ФОРМ МАШИНЫ
И ЕЕ ДЕТАЛЕЙ
После того как выявлено и четко сформулировано служебное
назначение машины, выбирают исполнительные поверхности или
заменяющие их сочетания поверхностей надлежащей формы. Затем
выбирается закон относительного движения исполнительных по-
верхностей, обеспечивающий выполнение машиной ее служебного
назначения, разрабатывается кинематическая схема машины и
всех составляющих ее механизмов. В качестве примера на рис. 5
показана кинематическая схема вертикального шестишпиндельного
автомата.
На следующем этапе рассчитываются силы, действующие на
исполнительных поверхностях машины, и характер их действия.
Используя эти данные, рассчитывают величину и характер сил,
действующих на каждом из звеньев кинематических цепей машины
и ее механизмов с учетом действия сил сопротивления (трения, инер-
ции веса и т. д.).
Зная служебное назначение каждого звена кинематических
цепей машины или ее механизмов, закон движения, характер,
величину действующих на него сил и ряд других факторов (среда,
в которой должны работать звенья и т. д.), выбирают материал
для каждого звена. Путем расчета определяют основные конструк-
тивные формы, т. е. превращают их в детали машины. В качестве
примера на рис. 6 показаны звенья кинематических цепей много-
шпиндельного полуавтомата, превращенные в детали.
1 Ниже дана упрощенная схема, обычно она сложнее, так как связана с твор-
ческим процессом.
24
Машина как объект производства
Рис. 5. Кинематическая схема вертикального шестишпин-
дельного автомата
Основы разработки конструктивных форм машины и ее деталей 25
Рис. 6. Звенья кинематических цепей, превращенные в детали
Рис. 7, Конструктивный чертеж полуавтомата
Основы разработки конструктивных форм машины и ее деталей 27
7 показан один из рабочих
Рис. 8. Кинематическая схема
редуктора
Для того чтобы детали, несущие исполнительные поверхности
машины и ее механизмов, а также и все другие, выполняющие
функции звеньев ее кинематических цепей, двигались в соответствии
с требуемым законом их относительного движения и занимали одни
относительно других требуемые положения, их соединяют при
помощи различного рода других деталей в виде корпусов, станин,
коробок, кронштейнов и т. д., получивших название базирующих
деталей. В качестве примера на рис.
чертежей многошпиндельного полу-
автомата, на котором виден ряд таких
базирующих деталей.
Из изложенной выше приближен-
ной схемы разработки конструкции
машины видно, что конструктивные
формы каждой детали машины и ее
механизмов создаются, исходя из ее
служебного назначения в машине,
путем ограничения необходимого ко-
личества выбранного материала раз-
личными поверхностями и их сочета-
ниями.
Рассмотрим пример. Предполо-
жим, что необходимо разработать кон-
структивные формы звена 1 (рис. 8)
кинематической цепи, служащего для
передачи вращательного движения и
крутящего момента от предшествующего вращающегося звена 2
кинематической цепи к последующему звену 3. Если кинематическое
звено (валик) должно по своему служебному назначению вращаться
и передавать крутящий момент, значит оно должно иметь несущие
его опорные поверхности, для конструктивного оформления кото-
рых можно использовать любые поверхности, получаемые враще-
нием образующей прямой или кривой вокруг оси.
С точки зрения технологии изготовления будущей детали ва-
лика использование цилиндрических поверхностей более эконо-
мично, поэтому для опорных частей валика выбираем две цилиндри-
ческие поверхности.
Для того чтобы кинематическое звено (валик) передавало вра-
щательное движение и крутящий момент, на него необходимо, как
это видно из кинематической схемы на рис. 8, смонтировать два
зубчатых колеса 4 и 5, располагаемых на требуемом расстоянии
одно от другого. Для этого на валике необходимо, во-первых,
иметь две цилиндрические поверхности 1 и 2 (рис. 9), определяю-
щие его положение, и две цилиндрические поверхности 3, на которые
будут смонтированы зубчатые колеса, вб-вторых, две плоские по-
28
Машина как объект производства
верхности, которые определят положение зубчатых колес в направ-
лении оси валика. Кроме этого, у цилиндрических поверхностей,
на которые будут установлены зубчатые колеса, необходимо сде-
лать поверхности, образующие пазы под шпонки, передающие кру-
тящий момент с зубчатого колеса на вал и с вала на другое зубчатое
Рис. 9. Конструктивные формы валика редуктора
колесо. Наконец, для ограничения размера валика по оси необхо-
димо иметь еще несколько плоских поверхностей и использовать
три цилиндрические поверхности для придания формы средним ча-
стям валика. Таким образом, ограничивая кусок материала выбран-
ными поверхностями, получают конструктивные формы валика,
Рис. 10. Погрешности относительного положе-
ния поверхностей валика порождают аналогич-
ные погрешности зубчатых колес
как звена кинематичес-
кой цепи.
В общем случае зуб-
чатые колеса можно
было бы соединить с ва-
ликом и другими видами
поверхностей, например
овальными, призмати-
ческими, многогранны-
ми, коническими и бо-
лее сложного профиля.
Однако выше были выб-
раны цилиндрические
поверхности со шпоноч-
ным соединением, как наиболее экономичные с точки зрения техно-
логии изготовления их в данных производственных условиях.
G точки зрения технологии механической обработки валика,
его целесообразно было бы сделать цилиндрическим одного диаметра
на всю длину. Однако с точки зрения монтажа зубчатых колес и их
обработки такая конструкция была бы менее экономичной. Исходя
из всех этих рассуждений, останавливаемся для данных произ-
водственных условий на конструкции ступенчатого валика. Выбор
Основы разработки конструктивных форм машины и ее деталей 29
поверхностей, которые должны ограничить кусок материала, и
придание ему требуемой формы еще не означает, что валик будет
правильно выполнять свое служебное назначение в машине.
Действительно, если поверхности валика не будут иметь требуе-
мые размеры и расстояния одни относительно других или требуемую
точность относительного поворота, как это в несколько утрирован-
ном виде показано на рис. 10, валик не будет выполнять своего
служебного назначения. Следовательно, мало выбрать поверхности,
предназначенные для получения требуемых. конструктивных форм
детали, надо еще чтобы все поверхности заняли одни относительно
других вполне определенное положение. Положение одной поверх-
ности детали относительно другой определяется расстояниями и
поворотами.
Поверхности, относительно которых определяется положение
других поверхностей, принято называть базирующими или, короче,
базами.
Следовательно, при разработке конструктивных форм детали
вначале необходимо создать поверхности, принимаемые за ее базы,
тогда все остальные поверхности должны занять относительно
их положение, требуемое служебным назначением детали в машине.
Деталь является пространственным телом; следовательно, у нее
должно быть в общем случае, как это следует из теоретической меха-
ники, три базирующие поверхности х, представляющие собой си-
стему координат детали. Относительно этих координатных плоско-
стей определяется положение всех остальных поверхностей, обра-
зующих конструктивные формы детали.
Если произвести анализ функций, выполняемых различными
поверхностями детали при выполнении ею служебного назначения,
то можно видеть, что поверхности детали выполняют различные
функции, и с этой точки зрения все поверхности можно разделить
на четыре вида.
С помощью первого вида поверхностей деталей, названных
исполнительными, машина или ее механизмы выполняют свое
служебное назначение.
При помощи второго вида*поверхностей определяется положение
детали относительно других деталей в машине, на которые она мон-
тируется. Их принято называть основными базирующими поверхно-
стями или, короче, основными базами детали.
Несколько примеров поверхностей, выполняющих функции
основных баз деталей, показано на рис. 11 (обозначены точками).
Так, сочетание цилиндрической, конической и одной из плоских
поверхностей (основные базы шпинделя) определяет положение
1	Или заменяющие их три сочетания поверхностей, выполняющие те же
функции.
30
Машина как объект производства
шпинделя коробки скоростей относительно ее опор, а через них —
относительно корпуса коробки, станины станка и т. д.
Третий вид составляют поверхности детали, при помощи кото-
рых определяется положение всех других деталей, присоединяемых
к данной, относительно ее основных баз, а тем самым и относительно
других деталей машины или ее механизмов. Этот вид поверхностей
принято называть вспомогательными базами детали. Вспомога-
тельные базы нескольких деталей коробки скоростей станины
Рис. 11. Примеры основных и вспомогательных баз и свободных поверхностей
показаны на рис. 11 (обозначены небольшими черточками). У кор-
пуса коробки скоростей вспомогательными базами являются соче-
тания поверхностей отверстий под опоры валиков, шпинделя и ряд
торцовых поверхностей, определяющих положение этих деталей
в осевом направлении.
Четвертый вид составляют все остальные поверхности, помогаю-
щие вместе с рассмотренными поверхностями придать детали кон-
структивные формы, требуемые ее служебным s назначением, Этот
вид поверхностей, в отличие от рассмотренных выше, не сопрягается
,с поверхностями других деталей при работе детали в машине и поэ-
тому получил название свободных поверхностей. Примером служат
поверхности стенок корпуса (рис. 11 обозначены крестиками),
кронштейнов и т. п.
Из изложенного следует, что поскольку основные базы детали
определяют ее положение относительно других деталей, к которым
Основы разработки конструктивных форм машины и ее деталей 31
она присоединяется при работе в машине, постольку логично эти
поверхности принимать за координатные и по отношению к ним
располагать все остальные, т. е. вспомогательные базы, исполни-
тельные и свободные поверхности.
Возвращаясь к разработке конструктивных форм валика,
необходимо в качестве его основных баз создать две цилиндрические
поверхности 1 и 2 и одну плоскую поверхность 3 (см. рис. 9) и тогда
координатные оси расположатся в соответствии со схемой рис. 12.
Рис. 12. Схема создания координатных систем валика, исходя из его
служебного назначения
После этого необходимо правильно расположить относительно
выбранной координатной системы XZY основных баз координатные
системы вспомогательных баз xlf уъ гх и х2, у2, г2, как это схемати-
чески показано на рис. 12. Из схемы видно, что положение каждой
из координатных систем вспомогательных баз при условии перпен-
дикулярности их плоскостей определяется тремя расстояниями
Лх, Б1г и А2, Б2, В2 и тремя поворотами а1( 0,, ух и а2, 02, у2 *
относительно основных координатных баз валика. Исходя из слу-
жебного назначения валика, возможности изготовления и монтажа,
удобно направление оси х первой координатной системы вспомога-
тельных баз направить навстречу оси X основных координатных
баз.
Исходя из служебного назначения валика, важно, чтобы оси х
систем вспомогательных баз валика совпали с осью X его основных
баз, а координатные оси у и г расположились параллельно осям 'У
* Односторонняя стрелка условно показывает поворот одной поверхности
относительно другой.
32
Машина как объект производства
й Z координатной системы основных баз. Имея координатные си-
стемы вспомогательных баз, их конструктивно оформляют, ограни-
чивая кусок выбранного материала соответствующими цилиндри-
ческими и плоскими поверхностями, как это показано на рис. 13.
Таким же образом разрабатываются, выбираются и располагаются
все остальные поверхности, образующие шпоночные пазы и осталь-
ные конструктивные формы валика. При выполнении всех пере-
численных выше условий валик действительно может выполнить
свое служебное назначение.
Рис. 13. Схема создания конструктивных форм валика и установление отно-
сительных связей его поверхностей
Таким образом, каждая деталь должна иметь свои системы
координат. Как правило, в качестве координатных плоскостей
обычно используются поверхности основных баз и их оси. Относи-
тельно этих координатных плоскостей определяется положение
всех остальных поверхностей детали, при помощи кбторых соз-
даются ее конструктивные формы (вспомогательные базы, исполни-
тельные и свободные поверхности).
Из изложенного следует, что создание конструктивных форм
деталей следует разрабатывать исходя из их служебного назначе-
ния и требований технологии их наиболее экономичного изготовле-
ния и монтажа.
В соответствии с этим под деталью следует понимать кусок
необходимого количества выбранного материала, ограниченного
рядом поверхностей или их сочетаний, расположенных одни отно-
сительно других (выбранных за базы), исходя из служебного назна-
чения детали в машине и наиболее экономичной технологии ее из-
готовления и монтажа.
Основы разработки конструктивных форм машины и ее деталей 33
Построение машины осуществляется путем соединения деталей.
Соединяясь в процессе сборки, детали образуют сборочные еди-
ницы. Элементарно простой сборочной единицей является ком-
плект. Под комплектом будем понимать сборочную единицу, к ба-
зирующей детали которой присоединены одна или несколько дру-
гих деталей машины. Функции базирующей детали сводятся не
только к соединению одних деталей с другими, но и к обеспечению
их относительных расстояний и поворотов, требуемых служебным
назначением в машине.
Примерами комплектов могут служить: резцедержавка (рис. 14)
с завернутыми в нее винтами для закрепления резцов и с запрес-
сованными втулками (последние служат для фиксации резцедер-
жавки в четырех различных положениях после ее поворотов при
использовании различных, закрепленных за ней режущих инстру-
ментов) и верхняя каретка суппорта с запрессованной осью для
вращения резцедержавки и другими деталями.
Следующей по сложности сборочной единицей является под-
узел. Подузлом условимся называть сборочную единицу, состоящую
из базирующей детали, на которую смонтирована хотя бы одна
предшествующая сборочная единица, т. е. комплект. В общем
случае подузел может иметь несколько комплектов и отдельных
деталей, смонтированных непосредственно на его базирующую
деталь. Примером подузла может служить верхняя каретка суп-
порта, на которую смонтированы резцедержавка (комплект) и ряд
деталей.
Положив в основу дальнейшего усложнения сборочных единиц
присоединение к базирующей детали, как минимум, одной пред-
шествующей сборочной единицы, получим следующие более слож-
ные сборочные единицы:
Узел первого порядка представляет базирующую деталь, на
которую непосредственно смонтирован хотя бы один подузел.
В общем случае узел представляет базирующую деталь, к которой
могут быть непосредственно присоединены несколько подузлов,
комплектов и деталей. Примером узлов первого порядка может
служить суппорт, на базирующую деталь (салазки) которого смон-
тированы подузлы, комплект и отдельные детали.
Следующей сборочной единицей является узел второго порядка,
представляющий в общем случае базирующую деталь, на которую
непосредственно смонтированы один (минимум) или несколько узлов
первого порядка подузлов, комплектов и деталей. Примером узла
второго порядка может служить поперечный суппорт револьверного
станка, на базирующую деталь которого смонтированы фартук,
суппорт (узлы I порядка) и ряд других сборочных единиц и деталей.
Если в машине встречаются более сложные сборочные единицы,
то их называют узлами III, IV и т. д. порядка.
2	Балакшин
34
Машина как объект производства
Рис. 14. Процесс создания машины из деталей и сборочных единиц
Основы разработки конструктивных форм машины и ее деталей 35
Последней наиболее сложной сборочной единицей является
сама машина, на базирующую деталь которой, в общем случае,
непосредственно смонтированы не менее чем один узел высшего
порядка, узлы, подузлы, комплекты и отдельные детали.
Базирующая деталь машины должна соединять и обеспечивать
требуемые служебным назначением машины относительные поло-
жения (расстояния и повороты) всех составляющих машину сбо-
рочных единиц и деталей. Примером машины может служить ста-
нок, на базирующую деталь (станину) которого смонтирован ряд
узлов, подузлов, комплектов и отдельных деталей.
Рис. 15. Схема соединения деталей и сборочных
единиц при построении машины
Соединение деталей и сборочных единиц осуществляется путем
приведения в соприкосновение поверхностей основных баз при-
соединяемой сборочной единицы или детали с вспомогательными
базами детали, к которой они присоединяются (базирующей).
Следовательно, поверхности основных баз присоединяемой детали
и вспомогательных баз базирующей детали, к которой она присо-
единяется, являются негативными.
Это очень важное обстоятельство, играющее большую роль
при разработке конструктивных форм деталей, разработке техно-
логии их изготовления и конструирования приспособлений.
В заводской практике основные и вспомогательные базы дета-
лей называют монтажными, сборочными или конструкторскими.
Изложенное выше может быть схематически показано на при-
мере построения любой машины. Из рис. 15 видно, что базирую-
щая деталь 1 машины устанавливается своими основными базами
(основные базы всех деталей обозначены буквами О, вспомогатель-
ные — буквами В и исполнительные — буквами И) на фундамент.
На ее вспомогательные базы (В) установлены основными базами
(О) сборочные единицы 2 и 5. На вспомогательные базы (В) деталей
2*
36
Машина как объект производства
2 и 5 основными базами устанавливаются детали 3 и 6. На их вспо-
могательные базы основными базами соответственно устанавлива-
ются вращающиеся детали 4 и 7, несущие исполнительные поверх-
ности (И) машины.
Из схемы видно, что между вспомогательными и основными ба-
зами каждой из деталей существуют непосредственные связи, опре-
деляющие положение (расстояние и повороты) вспомогательных
Рис. 16. Схема совмещения коор-
динатных систем двух сопрягаемых
деталей
баз относительно основных. Следо-
вательно, для выполнения маши-
ной или ее механизмами их слу-
жебного назначения необходимо
не только создавать эти связи, но и
уметь управлять ими.
Соединение двух деталей можно
себе представить как совмещение
двух координатных систем, при-
надлежащих этим деталям.
Действительно, если соединить
деталь 1 (рис. 16, а) с деталью 2,
это значит привести в соприкосно-
вение координатные плоскости хоу,
xoz к уог детали 1 (рис. 16, б),
материализованные в виде поверх-
ностей основных баз, с координат-
ными плоскостями YOX, XOZ и
YOZ детали 2, материализованными
в виде поверхностей ее вспомога-
тельных баз.
Совмещение координатных си-
стем двух деталей может произойти
только в том случае, если сопря-
гаемые поверхности основных и
вспомогательных баз соединяемых деталей будут иметь геометри-
чески правильные формы (плоскости, цилиндр и т. д.).
Необходимость в правильных геометрических формах поверх-
ностей деталей появляется также, когда детали оставляется хотя бы
одна степень свободы для выполнения ею ее служебного назначения
в машине.
В подобных случаях, между поверхностями основных баз та-
кой детали и вспомогательных баз детали, к которой она присоеди-
няется, возникает трение, порождающее износ сопряженных поверх-
ностей. Износ вызывает, в свою очередь, изменение размеров и по-
ложения поверхностей основных и вспомогательных баз сопря-
гаемых деталей, а следовательно, изменение расстояний и пово-
ротов этих поверхностей (положения), а тем самым и относитель-
Качество машины
37
кого положения и движения деталей. В конечном итоге машина
или ее механизмы не смогут выполнять экономично, а иногда и
физически свое служебное назначение. Поэтому в дополнение к
необходимости получения поверхностей деталей правильной гео-
метрической формы добавляется требование обеспечения требуемой
степени их шероховатости и качества поверхностного слоя мате-
риала.
В соответствии со всем изложенным выше, одной из задач
технологии машиностроения является экономичное получение де-
талей, имеющих требуемую точность размеров, поворотов, гео-
метрической формы поверхностей, требуемую их шероховатость
и качество поверхностного слоя материала. Для этого исполни-
тельные поверхности и поверхности основных и вспомогательных
баз деталей, как правило, подвергают обработке, в то время как
свободные поверхности деталей остаются, как правило, не обрабо-
танными.
Необходимость в их обработке возникает:
1)	при изготовлении быстровращающихся деталей, геометри-
ческие формы которых должны отличаться высокой точностью,
с целью уменьшения влияния неуравновешенности и облегчения
динамической балансировки деталей;
2)	при изготовлении деталей, работающих внутри какого-либо
корпуса, во избежание попадания грязи или окалины с необрабо-
танных свободных поверхностей;
3)	при изготовлении вращающихся и поступательно-переме-
щающихся деталей, если биение или изменение положения детали
при ее движениях становится заметным или неприятным для глаза;
4)	при изготовлении деталей, работающих со значительными
нагрузками, в целях повышения их усталостной прочности;
5)	при изготовлении деталей, работающих в среде, вызывающей
коррозию;
6)	при использовании свободных поверхностей в качестве тех-
нологических баз;
7)	при необходимости получения свободных поверхностей, когда
другие способы их образования неэкономичны или неосуществимы;
к таким поверхностям, например, относятся поверхности крепеж-
ных и смазочных отверстий, отверстий для пропуска инструмента
во время монтажа или обработки детали и т. д.;
8)	когда на вес детали установлен достаточно жесткий допуск.
КАЧЕСТВО МАШИНЫ
Для того чтобы машина экономично выполняла свое слу-
жебное назначение, она должна обладать необходимым для этого
качеством.
38
Машина как объект производства
Под качеством машины понимается совокупность ее свойств,
определяющих соответствие ее служебному назначению и отличаю-
щих машину от других.
Качество каждой машины характеризуется рядом методически
правильно отработанных показателей, на каждый из которых
должна быть установлена количественная величина с допуском
на ее отклонения, оправдываемые экономичностью выполнения
машиной ее служебного назначения.
Система качественных показателей с установленными на них
количественными данными и допусками, описывающая служебное
назначение машины, получила название технических условий и
норм точности на приемку готовой машины.
К основным показателям качества машины относятся: стабиль-
ность выполнения машиной ее служебного назначения; качество
выпускаемой машиной продукции, долговечность физическая, т. е.
способность сохранять первоначальное качество во времени; дол-
говечность моральная, или способность экономично выполнять
служебное назначение во времени; производительность, безопас-
ность работы; удобство и простота обслуживания и управления;
уровень шума, коэффициент полезного действия, степень механи-
зации и автоматизации и т. д.	'
Каждый из перечисленных основных показателей примени-
тельно к тому или иному типу машины конкретизируется в виде
целой системы дополнительных качественных и количественных
показателей, характеризующих особенности, которыми должны
обладать машины данного типа, предназначенные для выполнения
данного служебного назначения. Техническими условиями ста-
вится задача, которую предстоит разрешить машиностроитель-
ному заводу как в процессе конструирования машины, так и во
время ее изготовления. Правильная и ясная постановка задачи
в значительной степени предопределяет успех наиболее быстрого
и экономичного ее решения. Следовательно, разработка качествен-
ных и количественных показателей технических условий является
одной из наиболее ответственных задач, так как от ее правильного
решения зависят качество и экономичность выполнения машиной
служебного назначения, быстрота освоения и экономичность из-
готовления.
Основные технические характеристики и качественные показа-
тели некоторых машин и составляющих их частей, выпускаемых
в больших количествах, утверждаются Комитетом стандартов, мер
и измерительных приборов при Совете Министров СССР и вы-
пускаются в виде государственных общесоюзных стандартов
(ГОСТов). В качестве примеров можно привести стандарты на
электродвигатели, автомобили, станки, шарико- и роликоподшип-
ники и др.
Точность детали
39
Показателем качества машин, достижение и обеспечение ко-
торого вызывает наибольшие трудности и затраты в процессе со-
здания и особенно в процессе изготовления машин, является точ-
ность машин. Поэтому рассмотрим вначале показатели, которыми
характеризуется точность машины и ее деталей. Для упрощения
вопроса и ознакомления с необходимыми исходными положе-
ниями рассмотрим сначала показатели, характеризующие точность
детали.
ТОЧНОСТЬ ДЕТАЛИ
Под точностью детали и’ли машины понимается степень ее
приближения к геометрически правильному ее прототипу.
Изготовить любую деталь абсолютно точно, т. е. в полном со-
ответствии с ее геометрическим представлением, практически не-
возможно, поэтому за меру точности принимают величины откло-
нений от теоретических значений. Эти отклонения после их изме-
рения сопоставляют с отклонениями, допускаемыми служебным
назначением детали в машине. Следовательно, по всем показателям
качества детали, характеризующим ее служебное назначение,
необходимо устанавливать допустимые отклонения, или допуски.
Таким образом, мерами точности служат, с одной стороны,
устанавливаемые допустимые отклонения, а с другой — измерен-
ные, т. е. познанные с известной степенью приближения, действи-
тельные отклонения реальной детали.
Первым показателем точности детали является точность рас-
стояния между какими-либо ее двумя поверхностями, или точность
размеров поверхности детали, придающих ей те или иные геометри-
ческие формы (например, диаметр и длина цилиндрической 1 по-
верхности).
Размер понимается как расстояние между двумя небольшими
участками двух или одной поверхности, поэтому практически
в подавляющем большинстве случаев безразлично, от которой
из двух поверхностей или от какой из выбранных частей одной
поверхности до другой производится измерение расстояния. В со-
ответствии с этим размер принято изображать двусторонней стрел-
кой, соединяющей участки измеряемых поверхностей или одной
поверхности.
Точность поворота одной поверхности относительно другой,
выбранной за базу, служит вторым показателем точности детали.
Так как деталь представляет собой пространственное тело, то
точйость поворота одной поверхности относительной другой обычно
1 Строго говоря, длины цилиндрической поверхности нет, есть расстояние
между двумя плоскими поверхностями, которое условно называют длиной.
40
Машина как объект производства
рассматривается в двух перпендикулярных координатных плос-
костях.
Под точностью поворота понимается величина отклонения от
требуемого углового положения одной поверхности относительно
другой в каждой из двух координатных плоскостей х.
В подавляющем большинстве случаев, встречающихся в прак-
тике, важно знать, которую из двух поверхностей следует распо-
ложить в том или ином угловом положении относительно другой
поверхности или, другими словами, какую из поверхностей вы-
брать за базу. Как было показано выше, это объясняется различием
6	функций, выполняемых
———	z—	различными поверхностями
детали при ее работе в ма-
шине.
В соответствии с изло-
женным, для обозначения
____________________________________ поворотов одной поверхно-
сти относительно другой
Рис. 17. Обозначение параллельности по-
верхности Б относительно поверхности А
две короткие параллельные черточки
используются односторон-
ние стрелки, на втором кон-
це которых располагаются
(рис. 17). Стрелка напра-
вляется всегда острием на ту поверхность А, относительно которой
вторая из поверхностей Б должна занять требуемое угловое поло-
жение. Следовательно, две черточки всегда располагаются около
той поверхности Б, которая должна занять требуемое угловое по-
ложение относительно первой А.
Точность геометрических форм поверхностей детали, или пра-
вильность геометрических форм, понимается, как наибольшее
приближение каждой из поверхностей детали к ее геометрическому
представлению.
Различают три вида отклонений поверхностей деталей от их
геометрических форм:
1) макрогеометрические отклонения, под которыми понимают
отклонения реальной поверхности от правильной геометрической
формы в пределах габаритных размеров этой поверхности; напри-
мер, отклонение плоской поверхности от плоскостности, поверх-
ности кругового цилиндра, конуса, шара от их геометрических
представлений;
2) волнистость, представляющая собой периодические неров-
ности поверхности, встречающиеся на участках протяженностью
от 1 до 10 мм;
1 Требуемое угловое положение может быть равно величине любого углаг
в том числе и углов 180 и 0°.
Точность детали
41
3) микрогеометрические отклонения (микронеровности), под
которыми понимаются отклонения реальной поверхности в пределах
небольших ее участков, обычно размером 1 мм2.
Миирогеометрические отклонения называются шероховатостью
поверхности.
В 1959 г. на шероховатость поверхности утвержден ГОСТ 2789—
59, по которому принято 14 классов шероховатости поверхности
в зависимости от величины среднеарифметического отклонения
Ra и высоты неровностей Rz. Выбирая тот или иной класс ше-
роховатости поверхностей детали, тем самым устанавливают до-
пуск на микроотклонения поверхностей от геометрически пра-
вильной формы.
Между всеми перечисленными выше показателями точности
детали существуют качественные и количественные взаимосвязи.
Пока можно говорить только о качественных связях, так как функ-
циональных зависимостей, существующих между перечисленными
показателями точности детали, до сих пор в общем виде не уста-
новлено. Действительно, не зная микроотклонений, трудно гово-
рить о точности формы (в смысле макрогеометрических отклоне-
ний), так как при измерении макроотклонений в измеренную ве-
личину в качестве одного из слагаемых войдут и микронеровности,
если не будет предпринято специальных мер для исключения их
влияния. Например, при измерении погрешности макроотклоне-
ний от вершины гребешков микронеровностей, используют изме-
рительный инструмент с наконечниками, перекрывающими не-
сколько гребешков, и пренебрегают при этом величиной смятия
гребешков в процессе измерения.
Аналогично, не зная макроотклонений поверхности, трудно
судить об отклонениях от требуемого поворота поверхности отно-
сительно другой, так как при измерении этого отклонения макро-
отклонения будут влиять на величину измеренного отклонения.
При некоторых же формах макроотклонений поверхности практи-
чески не представляется возможности даже измерить отклонение
поворота одной поверхности относительно другой без особых услов-
ностей и специальных методов измерения. Например, относительно
выпуклой поверхности А (рис. 18, а) трудно сказать, насколько
она отклоняется от параллельности другой поверхности Б, если
даже последняя представляет собой плоскость.
Если отклонение от параллельности измерять, например, при
помощи уровня, то при его непосредственной установке на отдель-
ные участки рыпуклой поверхности А остается неизвестным, ка-
кую величину его отклонения и на каком участке измеряемой по-
верхности считать за отклонение от параллельности.
Только установив по краям измеряемой поверхности детали
две калиброванные плитки и наложив уровень на поставленную
42
Машина как объект производства
на них линейку, можно условно говорить об отклонении этой
поверхности от параллельности второй поверхности, которой де-
таль установлена на контрольной плите (рис. 18, б).
Трудно также говорить о точности расстояния между двумя
поверхностями, так как на измеренное отклонение окажут влия-
ние отклонения поворота поверхности, макро- и микроотклонения.
Рис. 18. Влияние отклонения поверхности детали от пра-
вильной геометрической формы на отклонение от параллель-
ности
Из изложенного следует, что:
1) измерение точности детали должно начинаться с измерения
микронеровностей, затем должны измеряться макронеровности,
отклонения от требуемого поворота и, наконец, точность расстоя-
ния или размера (если не предпринимать особых мер для исключе-
ния влияния соответствующих отклонений);
2) допуски на расстояния и размеры поверхностей детали долж-
ны быть больше допусков на величину отклонений от требуемого
поворота поверхностей, которые, в свою очередь, должны быть
больше допусков на макрогеометрические отклонения, а последние
больше допусков на микрогеометрические отклонения, зависящие
от назначаемого класса шероховатости поверхности.
ТОЧНОСТЬ МАШИНЫ
Рассмотренные выше показатели, характеризующие точность
детали, целиком используются и для характеристики точности ма-
шины. Различие заключается только в том, что у детали все пока-
затели точности относятся к поверхностям одной данной детали,
у машины же они относятся к исполнительным поверхностям,
принадлежащим различным связанным одна с другой деталям
машины.
Поскольку исполнительные поверхности машины должны осу-
ществлять относительное движение, необходимое для выполнения
машиной ее служебного назначения, постольку одним из основных
Другие показатели качества машины
43
показателей, характеризующих точность машины, является точ-
ность относительного движения исполнительных поверхностей.
Под точностью относительного движения принимается макси-
мальное приближение действительного характера движения испол-
нительных поверхностей к теоретическому закону движения, вы-
бранному исходя из служебного назначения машины.
Во многих машинах требуется обеспечить, например, постоян-
ство передаточного отношения между исполнительными поверх-
ностями во время работы машины. Так, в быстроходных зубчатых
редукторах при наличии сравнительно небольших отклонений
передаточного отношения во время работы редуктора наблюдается
не только появление недопустимого уровня интенсивности шума,
но и сравнительно быстрый износ механизма, что в начале нарушает
правильность выполнения редуктором его служебного назначе-
ния, а затем выводит редуктор из строя.
Точность относительного движения характеризуется величи-
ной надлежащего отклонения, на которое в соответствии с изложен-
ным ранее должен устанавливаться (как и на другие показатели
точности) допуск.
Исходя из изложенного выше, точность машины характеризу-
ется следующими основными показателями:
1)	точностью относительного движения исполнительных по-
верхностей машины;
2)	точностью расстояний между исполнительными поверхно-
стями или заменяющими их сочетаниями поверхностей 1 и их раз-
меров;
3)	точностью относительных поворотов исполнительных по-
верхностей;
4)	точностью геометрических форм исполнительных поверх-
ностей (включая макрогеометрию и волнистость).
5)	шероховатостью исполнительных поверхностей.
ДРУГИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА МАШИНЫ
В дополнение к основному показателю качества машины и ее
деталей — точности — имеется ряд других. К ним, например, отно-
сится физико-химическое состояние и физико-механические свой-
ства поверхностного слоя материала, из которого сделана деталь.
Под физико-механическими свойствами поверхностного слоя
понимаются твердость, структурное состояние, характер и знак
остаточных напряжений и др. В необходимых случаях на откло-
нения показателей каждого из этих свойств следует устанавливать
1 Дальше всюду, где будут упоминаться исполнительные поверхности, под-
разумеваются и заменяющие их сочетания поверхностей.
44
Машина как объект производства
надлежащие допуски, исходя из служебного назначения детали
в машине. Одной из задач технологии машиностроения является
изготовление деталей, фактические отклонения которых не вы-
ходили бы из пределов всех установленных допусков.
Коэффициент полезного действия машин, как известно, пред-
ставляет собой один из комплексных показателей, характеризую-
щих как конструкцию машины, так и технологию ее изготовления.
Поэтому при изготовлении машины данной конструкции колеба-
ния установленного для нее к. п. д. зависят в наибольшей степени
от качества изготовления машины. В соответствии с этим на вели-
чину к. п. д. машины в практике многих заводов устанавливается
надлежащий допуск.
К показателям качества машины относится ее производитель-
ность в смену (или другой более длительный промежуток времени),
выражаемая или в штуках продукции, отвечающей установленным
качественным требованиям, или в других единицах измерений
(кубометрах вынутого грунта и т. д.). Другими показателями ка-
чества являются расход горючего и смазки на единицу пути и ряд
других.
К показателям, характеризующим качество машин, относится
и легкость управления, которая для данной конструкции машины
также зависит от качества ее изготовления. Например, при ручном
управлении машиной необходимое усилие рабочего не должно
быть выше 6—8 к1\ так как большее усилие недопустимо по усло-
виям охраны труда.
К показателям качества относятся надежность и долговечность
машины.
Установление оптимальных на данном уровне развития тех-
ники (на определенный промежуток времени) допусков 1 на каж-
дый из рассмотренных выше показателей качества машины и ее
механизмов представляет одну из наиболее ответственных задач ма-
шиностроения, имеющую большое народнохозяйственное значе-
ние. Действительно, с уменьшением допусков на показатели ка-
чества машины, например, на показатели, характеризующие ее
точность, физико-механические свойства поверхности слоев ма-
териала и другие, машина будет работать экономичнее. Однако
это вызовет, с одной стороны, увеличение затрат на ее изготовле-
ние, с другой — повысит расходы на эксплуатацию ввиду необ-
ходимости в более частых ремонтах для восстановления требуемого
качества машины.
Таким образом, допуски на все показатели качества машины
должны устанавливаться на основе технико-экономических рас-
четов, имеющих в виду достижение наименьших затрат общест-
1 Здесь и далее под допуском понимается величина допуска.
Другие показатели качества машины
45
венно необходимого труда на решение задач, для выполнения ко-
торых создается данная машина. При этом не следует забывать,
что средства производства непрерывно развиваются и совершен-
ствуются, вследствие чего, с одной стороны, непрерывно растут
требования к качеству машин, а с другой, — создается возможность
обеспечивать повышение качества с наименьшими затратами труда.
Допуски на все показатели точности машины, установленные
исходя из ее служебного назначения, делятся обычно на две части:
первую, используемую при изготовлении машины, и вторую, ос-
тавляемую на износ машины во время ее эксплуатации.
В этом вопросе в противоречие вступают интересы потребителей
и производителей машин. Противоречие разрешается на основе
интересов общества, т. е. достижения наименьших затрат обще-
ственного труда. Неправильное решение этой задачи в ряде слу-
чаев приводит к тому, что новая машина через короткое время
эксплуатации теряет возможность выполнять свое служебное на-
значение, так как завод-изготовитель использовал большую долю
допусков на изготовление машины и почти ничего не оставил на
ее износ. Так, например, на основе экспериментального исследо-
вания компрессора модели 2АВ-8 с диаметром поршня d ^80 мм,
выполненного в МВТУ, было установлено, что зазор между по-
верхностями поршня и цилиндра не должен выходить за пределы
0,093—0,7 мм, так как за этими пределами нормальная экономич-
ная работа компрессора нарушается. Действительно, при меньшей
величине зазора становится невозможным компенсировать теп-
ловые деформации поршня и цилиндра, имеющих различную тем-
пературу; их силовые деформации, порождаемые нагрузками, а
также необратимое увеличение объема чугунных деталей при их
нагреве вследствие разрыхления чугуна из-за выделения графита
и поглощения газов. При выходе зазора за 0,7 мм компрессор те-
ряет свою производительность. При установлении допусков на
диаметр поршня на посадке Ш и цилиндра на посадке А2а полу-
чается наименьшая величина зазора, равная А = 95 мк, что близко
к расчетной, определяемой служебным назначением.
При этих условиях, на увеличение зазора между поршнем и
цилиндром вследствие износа остается около 0,55 мм. Если счи-
тать, что за год работы (4500 ч) зазор вследствие износа вырастает
примерно на 0,08—0,12 мм, это значит, что при максимально до-
пустимом зазоре компрессор может нормально работать 5—6 лет
вместо 3—4 лет при существующей практике назначения допусков.
Части допусков, предназначенные на изготовление машины,
принято называть допусками на приемку готовой машины в ра-
бочем состоянии. Эти части допусков, в свою очередь, также при-
ходится делить на несколько неравных долей, что делается для
компенсации отклонений, появляющихся вследствие:
46
Машина как объект производства
1)	использования приближенных, вместо точных, законов от-
носительного движения исполнительных поверхностей машины,
а также применения из-за недостаточности знаний приближенных
методов расчета;
2)	недостаточной жесткости самих деталей машины, деформи-
рующихся как под влиянием действующих сил и колебаний тем-
пературы, так и вследствие перераспределения внутренних на-
пряжений;
3)	Недостаточной жесткости стыков;
4)	погрешностей регулировки и сборки машины и изготовления
ее деталей.
Последнюю долю допусков принято называть допусками на
приемку готовой машины без рабочих нагрузок. Эту долю также
делят на две части: 1) допуски на регулировку и сборку машины,
2) допуски на изготовление деталей.
Опыт машиностроения показывает, что вследствие недостаточ-
ности знаний для исчерпывающего объяснения явлений, проис-
ходящих при работе машины, и отсутствия достаточно отработан-
ных инженерных методов расчета машин на жесткость в широком
понимании этого слова требуемая точность машины нередко до-
стигается в результате ужесточения допусков на регулировку,
сборку и изготовление деталей, т. е. вследствие ужесточения до-
пусков на приемку машины без рабочих нагрузок.
Деление допусков на изготовление машины между их слагае-
мыми также следует осуществлять на основе технико-экономи-
ческих расчетов, имея в виду наименьшие затраты общественно не-
обходимого труда на изготовление машины [2].
Глава
III
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАШИНЫ
СЕБЕСТОИМОСТЬ МАШИНЫ
Каждая вновь изготовляемая машина должна не только отвечать
всем требованиям ее служебного назначения, но и отличаться
от ранее выпущенных машин данного назначения меньшими затра-
тами материалов и обоих видов труда.
Затраты на израсходованные средства производства и зарплату
на изготовление машины на заводе, выраженные в денежной форме,
принято называть заводской себестоимостью машины или, короче,
ее себестоимостью. Одной из основных задач технологии машино-
строения является непрерывное снижение себестоимости выпус-
каемых машин. Различают себестоимость машины в целом (цехо-
вую, заводскую и т. д.), себестоимость ее отдельных сбороч-
ных единиц, деталей и отдельных операций технологического про-
цесса их изготовления.
Подсчет себестоимости получил название калькуляции. Раз-
личают предварительную калькуляцию, называемую иногда смет-
ной, и последующую, называемую обычно отчетной или исполни-
тельной.
Предварительная калькуляция служит для определения воз-
можной или плановой себестоимости, намеченной к производ-
ству машины, ее сборочных единиц и деталей, и выбора наи-
более экономичного варианта технологического процесса выпол-
нения отдельной операции изготовления деталей и машины
в целом.	z
Отчетная калькуляция служит для выявления фактических за-
трат на изготовление машины, ее сборочных единиц, деталей или
на выполнение отдельных операций.
Таким образом, при помощи отчетной калькуляции опреде-
ляется действительная себестоимость машины или ее частей за тот
или иной промежуток времени. Сопоставление данных отчетной
и предварительной калькуляции позволяет судить о соответствии
действительного технологического процесса запроектированному,
об эффективности мероприятий по его дальнейшему совершенство-
48
Технико-экономические показатели изготовления машины
ванию, а иногда и о том, насколько верна предварительная кальку-
ляция.
Существует два принципиально отличных метода подсчета себе-
стоимости (калькулирования).
По первому методу, себестоимость складывается из трех эле-
ментов: 1) расходов на материалы (М) за вычетом стоимости отхо-
дов; 2) расходов на заработную плату с начислениями на нее, со-
стоящими из отчислений на социальное страхование и оплату отпу-
сков (5); 3) накладных расходов, в которые входят все затраты за
отчетный период, за вычетом расходов на материал (М) и заработ-
ную плату (3).
Накладные расходы начисляются в виде процентов к сумме
расходов на заработную плату. Для этого подсчитываются сумма
всех накладных расходов и сумма расходов на заработную плату
за какой-либо отчетный промежуток времени (обычно месяц, квар-
тал или год). Процентное отношение суммы накладных расходов
к сумме расходов на производственную заработную плату опреде-
ляет процент накладных расходов.
Себестоимость единицы продукции подсчитывают по формуле
р	т
с1=2Л1 + 2(1+ьтаг)э ру6- <•>
• = 1	1—1
где М — расходы на материалы, на единицу продукции за вычетом
стоимости отходов в руб.;
— процент начислений на расходы по заработной плате на
социальные расходы (обычно 13,5%);
«2 — процент накладных расходов, начисляемых на расходы
на заработную плату;
3 — расходы на производственную заработную плату в руб.;
р — количество различных марок материалов, расходуемых
на единицу продукции;
т — количество операций на изготовление единицы про-
дукции.
Основным преимуществом первого метода определения себе-
стоимости является его простота. Однако влияние различных фак-
торов на себестоимость единицы продукции здесь обезличено, и в
этом заключается существенный недостаток метода. В ряде случаев
это может привести к неправильным выводам и решениям, особенно
при сопоставлении различных вариантов технологических про-
цессов для выбора наиболее экономичного из них.
Обращаясь к данным табл. 1, в которой приведены сравнитель-
ные величины условной себестоимости единицы продукции, под-
считанные двумя различными методами, легко видеть, что при
Себестоимость машины
49
Таблица 1
Сравнение себестоимости детали, подсчитанной разными методами
Участники работы и показатели		Условия подсчета себестоимости					
		первым (бух- галтерским) методом		вторым (дифференцированным) методом			
				при работе на одинаковых стан- ках		при работе на различных станках	
		1	2	3	4	5	6
Рабочий 	 Количество обработанных	дета-	1-Й	2-й	1-Й	2-й	1-Й	2-й
лей за 7 ч в шт. . . . Расходы на заработную	плату	7	15	7	15	7	15
в руб	 Расходы на амортизацию	и со-	28	60	24	60	24	60
держание оборудования в руб. Прочие цеховые накладные рас- ходы в руб			56	120	24 22,40	24 48	96 22,40	, 24 48
Всего расходов . Себестоимость обработки	одной	84	180	70,40	132	142,40	132
детали в руб			12	12	10,06	8,80	20,30	8,80
подсчете первым методом (графы 1 и 2) себестоимость единицы про-
дукции в обоих случаях оказывается одинаковой, несмотря на
резкую разницу в производительности.
Отсюда следует, что, применяя первый метод подсчета себестои-
мости, нельзя сделать заключение о влиянии на себестоимость увели-
чения производительности труда, расходов на оборудование, на кото-
ром выполняется работа, расходов на инструмент и других факторов.
При втором методе определения себестоимости основные фак-
торы, оказывающие существенное влияние на себестоимость еди-
ницы продукции, учитываются раздельно. Этот метод иногда на-
зывают (не совсем правильно) методом локального (т. е. местного)
начисления накладных расходов.
В качестве таких основных факторов обычно выделяют расходы
на амортизацию и содержание (эксплуатацию) оборудования, при-
способлений (и другой технологической оснастки) и инструмента.
Для подсчета себестоимости единицы продукции вторым методом
применяется формула
р	т
С2 = 2м+2[о + /7 + Я + (1+5^)з] руб., (2)
z = l	х = 1
50
Технико-экономические показатели изготовления машины
где М — расходы на материалы на единицу продукции за вычетом
стоимости отходов в руб.;
О — расходы на амортизацию и содержание (эксплуатацию)
оборудования, приходящиеся на единицу продукции
в руб.;
П — расходы на амортизацию и содержание приспособлений
и другой технологической оснастки, приходящиеся на
единицу продукции, в руб.;
И — расходы на амортизацию и содержание инструмента,
приходящиеся на единицу продукции, в руб.;
«1 — процент начислений на расходы по заработной плате на
социальные расходы;
«з — процент накладных расходов, начисляемых на расходы
по заработной плате; при определении этого процента
в сумму накладных расходов за данный период времени
не включаются расходы на амортизацию и содержание
оборудования, приспособлений (и другой технологиче-
ской оснастки) и инструмента;
р — количество различных марок материалов, расходуемых
на единицу продукции;
т — количество операций, которые проходит единица продук-
ции при ее изготовлении;
3 — расходы на заработную плату в руб.
Использование второго метода дает возможность выявить влия-
ние основных факторов на себестоимость единицы продукции.
Из табл. 1 (графы 3 и 4) видно, что выделение учета расходов на
амортизацию и содержание оборудования в самостоятельную статью
сразу позволяет видеть влияние на себестоимость различия в
производительности труда двух рабочих, работающих на одинако-
вых станках.
Действительно, себестоимость обработки одной детали у первого
рабочего, обрабатывающего семь деталей в смену, составляет
10 руб. 06 коп., в то время, как у второго, обрабатывающего
15 деталей в смену, себестоимость одной детали составляет
8 руб. 80 коп.
Из этой же таблицы (графы 5—6) видно влияние расходов на
станки, на которых производится работа, на себестоимость обра-
ботки детали.
Действительно, себестоимость обработки детали у первого рабо-
чего, работающего на более дорогом, но малопроизводительном
станке, составляет 20 руб. 30 коп., в то время, как у второго рабочего,
работающего на более дешевом и более производительном станке,
себестоимость составляет 8 руб. 80 коп.
Таким образом, второй метод подсчета себестоимости единицы
продукции, отражая влияние основных факторов на себестоимость,
Сокращение цикла
51
дает возможность правильнее решать вопросы выбора наиболее
экономичного варианта технологического процесса и тем самым
способствовать более широкому внедрению новейшей техники.
ТРУДОЕМКОСТЬ ЕДИНИЦЫ ПРОДУКЦИИ
В дополнение к себестоимости единицы продукции, в которой
как в фокусе отражаются результаты деятельности всего коллек-
тива завода, направленной на снижение себестоимости и повыше-
ние тем самым производительности труда, имеется ряд дополнитель-
ных технико-экономических показателей. Они характеризуют влия-
ние изменений отдельных факторов процесса, оказывающих то или
иное влияние на изменение себестоимости.
Одним из таких показателей является трудоемкость единицы
продукции. Трудоемкостью, как указывалось выше, называется
количество времени, затраченного человеком на изготовление еди-
ницы продукции, выполнение операции или перехода. Единицей
измерения трудоемкости служит человеко-час.
Следовательно, трудоемкость представляет собой затраты только
живого труда, поэтому составляет одно из слагаемых себестоимости.
Снижение трудоемкости является одним из основных средств сокра-
щения себестоимости единицы продукции.
Основными средствами сокращения трудоемкости являются:
вооружение работающих наиболее производительным оборудова-
нием, приспособлениями и инструментом; лучшая организация
рабочих мест; механизация ручного труда; автоматизация произ-
водства и ряд других, рассматриваемых ниже.
Трудоемкость единицы продукции обычно складывается из
трудоемкости ее сборочных единиц, трудоемкость последних —
из трудоемкости деталей, трудоемкость деталей — из трудо-
емкости операций и трудоемкость операции — из трудоемкости
переходов.
СОКРАЩЕНИЕ ЦИКЛА
Циклом принято называть период времени от начала' до конца
выполнения какого-либо повторяющегося технологического или
производственного процесса.
Различают цикл изготовления машины в целом, циклы изготов-
ления отдельных ее сборочных единиц и деталей, циклы выполне-
ния отдельных операций.
В качестве примера на рис. 19 схематически показан цикл
изготовления одной из деталей, технологический процесс которой
состоит из девяти последовательно выполняемых операций А—И.
52
Технико-экономические показатели изготовления машины
Между каждыми двумя смежными операциями каждая деталь про-
леживает, пока не попадает на обработку на следующую операцию.
Весь цикл изготовления детали равен Тц.
Сокращение цикла позволяет: 1) увеличить выпуск продукции
в единицу времени и с единицы площади данного цеха или завода
и тем самым сократить себестоимость; 2) ускорить высвобождение
средств, вкладываемых в производство в виде расходов на материа-
лы, заработную плату и накладных, и тем самым использовать
																			
	И	tl7																М	
	Пролежибание																		
т	3																	к-	L_
	Пролежибание	tilt																	
7	Ж	tn																	
	Пролежибание	*12																	
6	Е	til																	
	Пролежибание	tio																	
5		А	t?						*6 *											
	Пролежибание	t*.								Ш2									-
k	Г	tj _																	
	Пролежибание	to																	
3	В	t3																	
	Пролежибание	t<			1^														
2	Б	t3																	
	Пролежибание	t?		SZ	S3														
1	Л	t.	Ш																
jH^OO пор. I	Обозначение операций	Время на операцию	Календарное Время																
Цикл изготовления Тц
Рис. 19. Схема построения цикла изготовления детали
освобожденные средства для рационализации производства и уве-
личения выпуска продукции, т. е. в конечном счете, также для
снижения себестоимости.
Для иллюстрации влияния сокращения цикла изготовления
на уменьшение потребных средств, вкладываемых в производство,
на рис. 20 показаны кривые, построенные в координатах: сумма
средств, вкладываемых в производство — календарное время из-
готовления единицы продукции. Площади, ограниченные соот-
ветствующими кривыми и осью абсцисс, представляют собой коли-
чество вкладываемых на надлежащий промежуток времени в про-
изводство средств. Из рис. 20 видно, что при более коротком цикле
изготовления Тц, площадь под соответствующей кривой 1 зна-
чительно меньше площади под кривой 2, соответствующей более
продолжительному циклу изготовления Т'ц
Другие показатели
53
Следовательно, сокращение продолжительности цикла является
одним из основных мероприятий для сокращения средств, вкла-
дываемых в производство. Быстрое нарастание кривых к концу
цикла показывает, что для ускорения высвобождения средств, вло-
женных в производство, необ-
ходимо стремиться к тому,
чтобы сокращать продолжи-
тельность цикла изготовления
в первую очередь за счет по-
следних операций, так как
это дает наибольший эффект.
ДРУГИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
В качестве других, допол-
няющих себестоимость, тех-
нико-экономических показа-
телей используются выпуск
продукции в штуках или де-
нежном выражении, приходя-
щийся на один участок, на
одного производственного ра-
бочего, на 1 м2 площади, на
единицу оборудования, на
1 руб. первоначально затра-
ченных средств, трудоемкость
1 т выпускаемой продукции
Рис. 20. Влияние сокращения цикла на
количество средств, вкладываемых в про-
изводство
и ряд других. Все эти показатели
позволяют путем сопоставления каждого из них с ранее получен-
ными или плановыми величинами следить за динамикой произ-
водства и управлять им в направлении непрерывного снижения
себестоимости единицы продукции при одновременном повышении
ее качества.
Рассмотрев задачи, которые возникают перед машинострои-
тельным заводом при изготовлении каждой новой машины, заклю-
чающиеся в выпуске машин, полностью отвечающих своему слу-
жебному назначению с наименьшей себестоимостью и в требуемом
количестве в определенный промежуток времени, можно перейти
к рассмотрению путей решения поставленных задач.
Поскольку излагать решение обоих задач одновременно мето-
дически чрезвычайно трудно, ниже рассматриваются пути реше-
ния первой задачи: в виде основ достижения качества машины и
затем технологических основ снижения себестоимости.
Глава
IV
ОСНОВЫ ДОСТИЖЕНИЯ КАЧЕСТВА МАШИНЫ
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СВЯЗЕЙ МЕЖДУ ПОВЕРХНОСТЯМИ
ДЕТАЛЕЙ МАШИНЫ
Качество машины достигается в результате конструктивной тех-
нологической разработки машины и технологического процесса
ее изготовления. Рассмотрим вначале основы достижения одного
из основных показателей качества машины — ее точности.
Точность машины, как указывалось выше, характеризуется
величиной отклонений относительного движения и положения
исполнительных поверхностей машины и ее механизмов от требу-
емых ее служебным назначением.
Для того чтобы исполнительные поверхности машины и ее
механизмов двигались и заняли требуемое относительное положе-
ние, необходимо соединить несущие их детали машины двумя ти-
пами других деталей. К первому типу относятся все детали,
выполняющие функции звеньев кинематических цепей машины
и ее механизмов. Ко второму типу относятся детали, служа-
щие для соединения и обеспечения относительного положения
первых.
Соединение и относительное расположение с требуемой точ-
ностью всех деталей, составляющих машину, осуществляются
при помощи технологического процесса сборки и регулировки
машины. В процессе сборки устанавливаются два вида связи
между исполнительными поверхностями машины и ее механиз-
мами.
Первый вид связи, образующий требуемое относительное дви-
жение исполнительных поверхностей машины и ее механизмов,
носит название кинематического вида связи. Так, например, для
получения резьбы на детали, обрабатываемой на токарно-винто-
резном станке, необходимо, чтобы плоская поверхность резцедер-
жавки суппорта, несущая резец, перемещалась за один оборот
фланца шпинделя, несущего обрабатываемую деталь, на один ход
шага нарезаемой резьбы. В решении поставленной задачи участ-
вуют все детали (размерами и поворотами своих поверхностей),
являющиеся звеньями надлежащей кинематической (делительной)
Виды связей между поверхностями деталей машины
55
цепи станка. Так, зубчатые колеса участвуют в решении рассмат-
риваемой задачи: радиусами своих начальных окружностей и шагом
зубьев; параллельностью рабочих поверхностей зубьев оси отвер-
стия зубчатого колеса; вал, несущий зубчатые колеса: радиусами
поверхностей шеек, несущих зубчатые колеса и выполняющих
функции опор; соосностью осей поверхностей шеек и т. д. Кинема-
тический вид связи принято изображать с помощью кинематичес-
ких схем машины и их механизмов (см. рис. 5).
Второй вид связи, образующий требуемые положения исполни-
тельных поверхностей машины и ее механизмов, получил назва-
ние размерного. Размерный вид связи делится, в свою очередь,
на два подвида: определяющий расстояния и определяющий по-
вороты поверхностей.
Расстояния между исполнительными поверхностями машины
и ее механизмов образуются при помощи размеров, принадлежа-
щих целому ряду деталей, связывающих те детали, которые несут
исполнительные поверхности.
Требуемая служебным назначением машины величина отно-
сительных поворотов исполнительных поверхностей машины обес-
печивается в каждой из координатных плоскостей надлежащими
величинами поворотов поверхностей ряда деталей, соединяющих
детали, несущие исполнительные поверхности машины.
Все размеры, связывающие исполнительные поверхности, вклю-
чая и размер, непосредственно соединяющий эти поверхности,
образуют замкнутый контур, располагаясь один за другим в опре-
деленной последовательности. Благодаря этому размерный вид свя-
зи можно представить в виде схемы.
Для этого нагляднее всего нанести все размеры, связывающие
исполнительные поверхности машины или ее механизмов, на кон-
туры тех деталей, которым они принадлежат, или в непосредствен-
ной близости от них, как это показано на рис. 21. Иногда схемы
размерного вида связей изображают отдельно, как это сделано
на рис. 22. Однако такое изображение размерных связей теряет
наглядность и вносит значительные затруднения в их анализ и
расчет.
В общем случае все независимые расположенные по замкнутому
контуру один за другим размеры принято называть размерной
цепью [1, 3].
Для графического изображения второго подвида связи можно
воспользоваться односторонними стрелками, принятыми, как ска-
зано выше, для обозначения относительных поворотов поверхно-
стей деталей, как это для примера показано на рис. 23.
Для обозначения отдельных звеньев размерной цепи удобно
пользоваться буквами, у которых с правой стороны внизу ставится
порядковый номер звена. При этом, для отличия, звенья, обозна-
56
Основы достижения качества машины
чающие расстояния, удобно обозначить заглавными буквами рус-
ского алфавита, а звенья, обозначающие относительные поворо-
ты, — буквами греческого алфавита, как это и показано на рис. 21
и 23.
Рис. 21. Схема размерного вида связи
Размерные цепи, связывающие при сборке машины исполни-
тельные поверхности машины или ее механизмов, получили назва-
ние сборочных размерных цепей.
Для того чтобы детали машины выполняли свое служебное назна-
чение, как звенья цепей: кинематических, размерных и определяю-
щих относительные повороты по-
верхностей, заготовки деталей под-
вергаются обработке. Заготовки
устанавливаются на станках или
другом виде оборудования, закреп-
ляются и обрабатываются, чтобы
в результате получить необходи-
мые размеры деталей и относитель-
ные повороты их поверхностей.
Рис. 23. Схема вида связей, опре-
деляющих относительный поворот
поверхностей
Рис. 22. Схема размерной цепи
В образовании размеров обрабатываемых деталей и относитель-
ных поворотов их поверхностей участвуют своими размерами и от-
носительными повоторами детали станка, приспособления и ре-
жущего инструмента, как это схематически показано на рис. 24,
Виды связей между поверхностями деталей машины
57
образующие размерные цепи Лиа. При помощи первой из них,
как видно из рис. 24, образуется размер детали Лд, с помощью
второй — параллельность ад (поверхности а относительно поверх-
ности в детали в одной из координатных плоскостей).
При обработке заготовка детали обычно проходит несколько
станков или других видов оборудования, на каждом из которых
с заготовки снимается требуемая величина материала для посте-
пенного образования надлежащего размера детали и относитель-
ного поворота ее поверхностей. Следовательно, между размером
заготовки и готовой детали в процессе последовательного выпол-
Рис. 24. Включение обрабатываемой детали в размерные цепи продольно-
строгального станка
нения технологического процесса существует размерный вид связи
и связи, обусловливающей относительный поворот поверхностей
детали.
В качестве примера на рис. 25 показаны: постепенное превра-
щение одного из размеров заготовки Lx в размер готовой детали Л8,
выполняющий роль замыкающего звена и размерные цепи отрез-
ного станка, двух прессов и пяти станков, при помощи которых
постепенно образуется размер готовой детали L8.
Как видно из рис. 25, звеньями первой размерной цепи явля-
ются размер заготовки Ln удлинения заготовки ух и z/2, полученные
при штамповке заготовки, и величины zlt г2, г3, г4, z&, гб и г7 слоев
материала, снятые в процессе обработки с торцов обрабатываемой
детали.
Звеньями размерных цепей каждого из станков и прессов яв-
ляются размеры их деталей, инструмента, приспособлений и меж-
переходные размеры, получаемые на обрабатываемой детали после
58
Основы достижения качества машины
выполнения каждого перехода (размеры Дд == Lx; Бд = £2;
£3, Е& Е$, Жд = £5, 5Д = £3, И& z== Е? и /Сд = Е$),
Размерные цепи, связывающие межпереходные размеры и относи-
тельные повороты поверхностей обрабатываемых деталей, так же
Рис. 25. Технологические размерные цепи
как и размерные цепи станков и других видов оборудования, при
помощи которых они образуются, получили название технологи-
ческих размерных цепей.
Достижение требуемой точности машины и ее деталей не мыслимо
без измерения величин, характеризующих точность, так как только
путем их сопоставления с другими величинами, принимаемыми за
эталон, можно познать их соответствие или несоответствие установ-
ленным требованиям.
Для измерения измерительный инструмент вводится между
исполнительными поверхностями машины или измеряемая деталь
Основные понятия и определения
59
вводится между исполнительными поверхностями измерительного
инструмента. В качестве примера на рис. 26 схематически показано
измерение размера детали Лд с помощью микрометра. Из рисунка
видно, что размер детали вместе со всеми размерами микрометра,
непосредственно участвующими в процессе измерения, образует
размерную цепь, звенья которой обозначены А. Размерные цепи,
при помощи которых осуществляется изме-
рение тех или иных величин, характери-
зующих точность деталей или машины,
принято называть измерительными размер-
ными цепями.
Из изложенного следует, что все зада-
чи, которые приходится решать для дости-
жения требуемой точности машины и ее
механизмов, так же как и точности дета-
лей в процессе их изготовления и измере-
Рис. 26. Измерительная
размерная цепь
ния, сводятся к нахождению рассмотрен-
ных видов связей или к их созданию и к управлению этими
связями в требуемом направлении.
Для этого прежде всего необходимо познакомиться с основными
понятиями, определениями и закономерностями, управляющими
этими связями, получившими название теории размерных цепей.
Все взаимосвязанные явления, происходящие в природе, можно
представить в виде размерных цепей, схематически изображающих
эти объективно существующие связи.	*
Следовательно, любое явление подчиняется объективным за-
кономерностям, отраженным в теории размерных цепей, а пра-
вильное использование этих закономерностей в направлении, тре-
буемом задачей, позволяет решать эту задачу наиболее экономич-
ным путем.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ТЕОРИИ
РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ
Звено размерной цепи — размер, определяющий относительное
расстояние или поворот поверхностей деталей или их осей (у тел
вращения — образующих). На рис. 27 показано несколько звеньев
различных размерных цепей, определяющих расстояния между
поверхностями деталей или их осями, а на рис. 28 — примеры звень-
ев, показывающих относительные повороты поверхностей деталей
и их осей.
Отклонения от перпендикулярности познаются через отклоне-
нения от параллельности. В практике машиностроение для этого
тем или иным способом (например, с помощью угольника, рамного
уровня) восстанавливается перпендикуляр к поверхности, отно-
60
Основы достижения качества машины
сительно которой проверяется отклонение от перпендикулярности
другой поверхности. По отклонениям проверяемой поверхности
от параллельности этому перпендикуляру судят об ее отклонении
от перпендикулярности относительно той поверхности, к которой
она должна быть перпендикулярна.
Схематически изложенное изображается путем проведения
штриховой линией перпендикуляра к поверхности, выбранной
Рис. 27. Примеры звеньев размерных
цепей, показывающих расстояния
(размеры) между поверхностями де-
талей -
Рис. 28. Примеры звеньев размер-
ных цепей, показывающих относи-
тельные повороты поверхностей дета-
лей
N 5
за базу, и соединения поверхности детали, которая должна быть
к ней перпендикулярна, односторонней стрелкой с перпендикуля-
ром, как это показано на рис. 29.
Исходное или замыкающее звено размерной цепи — звено, не-
посредственно связывающее поверхности или оси деталей, отно-
сительное расстояние или поворот которых необходимо обеспечить
или измерить.
Рис. 30. Пример исходного звена
Рис. 29. Условное обозначение откло-
нения одной поверхности детали от
перпендикулярности другой
Примером может служить расстояние между осями центров
станка в одной из плоскостей (рис. 30).
Исходным называют звено в тех случаях, когда с этого звена
начинается построение размерной цепи, при помощи которой ре-
шается поставленная задача.
Замыкающим называют звено, когда оно, включаясь послед-
ним при построении размерной цепи, соединяет поверхности или
оси деталей, положение которых требуется обеспечить или изме-
рить.
Основные понятия и определения
61
В отличие от остальных звеньев, исходное или замыкающее
звено удобно обозначать буквами с добавлением справа внизу ин-
декса Л, например 4д, Бд, Вд, ад, 0д.
Составляющее звено размерной цепи — звено, изменение ве-
личины которого оказывает влияние на величину исходного или
замыкающего звена. Составляющими являются все звенья, исклю-
чая исходное или замыкающее.
Увеличивающее звено — звено, с увеличением которого воз-
растает исходное или замыкающее звено. При размерном анализе
Рис. 31. Обозначение увели-
чивающих и уменьшающих
звеньев
Рис. 32. Компенсирующее
звено в виде размера тол-
щины проставочного кольца
удобно над обозначением увеличивающего звена, сверху, ставить
стрелку, направленную вправо (рис. 31).
Уменьшающее звено — звено, с увеличением которого умень-
шается исходное или замыкающее звено. Для отличия от осталь-
ных звеньев удобно над обозначением уменьшающего звена, сверху,
ставить стрелку, направленную влево (рис. 31).
Компенсирующее звено — звено, в результате изменения ве-
личины (размера или поворота поверхностей) которого погло-
щается (гасится) излишняя против допустимой величина откло-
нения замыкающего звена. Для отличия от других звеньев цифро-
вое или буквенное обозначение компенсирующего звена заключи-
4q + 0,5 .
W + 0,2 ’
ется в прямоугольную рамку, например Д5 ;
Примером компенсирующего звена (рис. 32) является размер тол-

щины проставочного кольца, изменением которой обеспечивается
требуемый для правильной работы соединения зазор Дд между
торцом зубчатого колеса и проставочного кольца.
Общее звено — звено, одновременно принадлежащее несколь-
ким размерным цепям; обозначается надлежащим количеством
различных букв (обозначающих соответствующие цепи), между
которыми ставятся знаки равенства. В качестве примера на рис. 33
62
Основы достижения качества машины
Рис. 33. Три размерные
цепи, имеющие одно об-
щее звено
показаны три размерные цепи вертикально-сверлильного станка,
имеющие общее звено. С помощью этих размерных цепей решаются
задачи достижения: 1) перпндикул яр-
кости рабочей плоскости стола станка оси
вращения шпинделя (цепь а); 2) перепен-
дикулярности рабочей плоскости плиты
оси вращения шпинделя (цепь Р); 3) па-
раллельности оси шлицевой втулки короб-
ки скоростей оси вращения шпинделя в
вертикальной плоскости (цепь у). Эти три
цепи имеют одно общее звено.
Плоская размерная цепь — цепь, все
звенья которой находятся в одной или
нескольких параллельных плоскостях
и могут быть спроектированы без из-
менения их величины на одну плос-
кость.
Пространственная размерная цепь —
размерная цепь, содержащая хотя бы
одно звено, не удовлетворяющее усло-
виям плоской размерной цепи. При расче-
тах и анализе все звенья цепи могут
быть спроектированы на три координатные
плоскости, и, таким образом, простран-
ственная размерная цепь может быть при-
ведена к трем плоским размерным цепям.
Кратчайшая (основная) размерная цепь — цепь, все звенья
которой непосредственно участвуют в решении поставленной задачи.
Нередко некоторые звенья таких размерных цепей неудобны
для измерения или их невозможно непосредственно измерить или
Рис. 34. Кратчайшая (основная) размерная цепь
получить при обработке. Примером может служить звено Л2
(рис. 34) кратчайшей размерной цепи, при помощи которой обеспе-
чивается необходимый зазор Лд между подвижным 2 и неподвиж-
Основные понятия и определения
63

ным 1 кольцами, служащими совместно с пружинами для создания
предварительного натяга в опорных подшипниках шпинделя внутри-
шлифовального станка. Размер трудно не только непосред-
ственно измерить, но и получить при
обработке.
Производная размерная цепь — цепь,
исходным или замыкающим звеном ко-
торой является одно из составляющих
звеньев кратчайшей (основной) размер-
ной цепи. Примером может служить
размерная цепь В (рис. 35), при по-
мощи которой в результате обработ-
ки и измерения получается размер
А2 = Вд (замыкающее звено) корпуса,
входящий в качестве составляющего
звена в кратчайшую размерную цепь, показанную на рис. 34.
Параллельно связанные размерные цепи — несколько размер-
ных цепей, имеющих одно или несколько общих звеньев.
Примерами таких цепей могут служить цепи, показанные на
рис. 36.
Последовательно связанные
мерных цепей, из которых
общую базу с предыдущей.
На схеме (рис. 37) об-
щие базы обозначены бук-
вами а и б.
^пп^Л///////7////7777А?тт
—-----------Вг-----------
Рис. 35. Производная раз-
мерная цепь
размерные цепи — несколько раз-
каждая последующая имеет одну
Рис. 37. Схема по-
следовательно свя-
занных размерных
цепей
Рис. 36. Параллельно свя-
занные размерные цепи
Рис. 38. Схема ком-
бинированно-свя-
занных размерных
цепей
Комбинированные связанные размерные цепи — несколько раз-
мерных цепей, имеющих одновременно параллельный и последова-
тельный виды связи.
На рис. 38 размерные цепи А и Б имеют параллельный, а Л и
В — последовательный виды связей.
64
Основы достижения качества машины
X
ОБРАЗОВАНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ЗАМЫКАЮЩЕГО ЗВЕНА РАЗМЕРНОЙ ЦЕПИ
Плоская размерная цепь с параллельно расположенными звень-
ями. Из анализа сборочных (см. рис. 21, 23, 31, 33 и 34), технологи-
ческих (см. рис. 24 и 25) и измерительной (см. рис. 26) размерных
цепей видно, что величина замыкающего звена размерной цепи с па-
раллельно расположенными
звеньями, получается в ре-
зультате алгебраического сум-
мирования всех составляю-
щих ее звеньев.
Действительно, из рис. 21
видно, что Дд = Д1-рД2 — Д3;
из рис. 24 следует, что
Дд = Д5 — Дб — Д1 + д? —
— А3 — А4 и из рис. 26
Дд = Д3 + Д4 + Д1 — Д2.
В общем виде можно на-
писать
Дд == Дх + Д2 +... -|-
m —1
+ У (3)
i = l
Рис. 39. Схема приведения размерной
цепи, имеющей звенья, расположенные
под углом к плоской с параллельными
звеньями
где т — общее количество
звеньев размерной
цепи, включая и за-
мыкающее звено.
Из равенства (3) следует,
что величина замыкающего зве-
на каждой отдельно взятой
плоской размерной цепи, состо-
ящей из параллельных звеньев, равна алгебраической сумме всех
составляющих ее звеньев.
Плоская размерная цепь, имеющая звенья, расположенные под
углами к выбранному направлению. Каждое из звеньев размерной
цепи, расположенное под углом к выбранному направлению, можно
заменить его проекцией на это направление.
Поэтому любую размерную цепь, имеющую одно или несколько
звеньев, расположенных под углом к выбранному направлению,
можно привести к размерной цепи с параллельно расположенными
звеньями. В качестве примера на рис. 39, а приведена размерная
цепь, при помощи которой достигается требуемая точность зацеп-
ления двух зубчатых колес, из которых одно расположено в фар-
Образование величины замыкающего звена размерной цепи 65
туке, второе в салазках станка. Как видно из рис. 39, а, размер-
ная цепь имеет ряд звеньев, расположенных под углом к выбран-
ному направлению (на рис. 39 линия, проходящая через оси зуб-
чатых колес X—X). На рис. 39, б показано ее приведение к плоской
с параллельными звеньями.
Величина замыкающего звена приведенной размерной цепи
Дд == — Дх—Д2 -f- Л3 + Д4 + As + А6 —
где все звенья, обозначенные штрихом, представляют собой
проекции соответствующих размеров на выбранное направ-
ление.
Действительно, например, Аз = А2 cos ах; А'б = А6 cos £
и т. д.
В общем случае можно записать
Ад = Аг + А2 +... + Ап + Ап+1 cos ах + Ап+2 cos а2 + • • •
... + 4m_1cosa,„_1= 2Л+ 2 Л.-cosa,.	(4)
< = 1	i=«+l
Следовательно, величина замыкающего звена размерной цепи,
имеющей часть составляющих звеньев, расположенных под углами
к выбранному направлению, равна алгебраической сумме парал-
лельных звеньев и проекций всех звеньев, расположенных под углами
к выбранному направлению.
В ряде случаев бывает удобно решать задачу по двум коор-
динатным осям. В таких случаях в размерные цепи по каждой
из координатных осей включают проекции звеньев, расположенных
к ним под углами, т. е. пользуются равенствами
Лх = Л/cos ад |
Aiy = Ai sin ад J	'
где Aix и Aiy — проекции звеньев At на координатные оси
х и у,
аг — угол, под которым звено At расположено
к оси X.
Пространственная размерная цепь, содержащая звенья, распо-
ложенные под углами к выбранному направлению. Для удобства
расчетов пространственные размеры цепи обычно приводит к плос-
ким с параллельно расположенными звеньями, выбирая I качестве
направлений три перпендикулярные оси.
3 Балакшин
66
Основы достижения качества машины
Для расчета служат равенства
= Д-cosaf,
Aiy = Л/COsPf,
Aiz = At cosyh .
(6)
где Aix, Aiy и Aig — проекции Лх-го звена на координатные оси;
ах-, Рь Т/ — углы между Лх-м звеном и соответствующими
координатными осями.
Поскольку задача сводится к плоским размерным цепям с па-
раллельно расположенными звеньями, то и величина замыкающего
звена равна алгебраической сумме параллельных звеньев и проек-
ций звеньев, расположенных под углами к выбранному направ-
лению.
Равенства (5) и (6) являются общими, так как для плоских раз-
мерных цепей с параллельными звеньями углы равны нулю и пе-
речисленные равенства сохраняют свою силу.
ОТКЛОНЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ
ОТ ТРЕБУЕМЫХ ВЕЛИЧИН
В выполнении любого технологического процесса участвует
большое количество различных факторов. Так, например, при
обработке деталей на станке участвуют станок, приспособления
для установки и закрепления детали и режущего инструмента,
режущий инструмент, сами обрабатываемые детали, рабочий,
среда и т. д.
В силу ряда причин все эти факторы непрерывно изменяются,
в результате чего меняются и все показатели конечного результата
технологического процесса — качества и количества полуфабрика-
тов или изделий, прошедших технологический процесс.
Поэтому, несмотря на то, что изделия изготовлены при помощи
одного и того же технологического процесса, все они отличаются
одно от другого и от расчетного «идеального» прототипа по всем
характеристикам качества. Это явление получило название рас-
сеяния характеристик качества изделий.
С явлением рассеяния какой-либо из характеристик качества
проще познакомиться с помощью графического изображения ее
величин, полученных в партии изделий (заготовок, деталей, ма-
шин), прошедших в определенной последовательности данный
технологический процесс.
Построение такого графика, получившего название «точечной
диаграммы», осуществляется следующим образом: по оси абсцисс
Отклонения характеристик качества изделий от требуемых величин 67
откладываются порядковые номера деталей в той последователь-
ности, в которой они проходят технологический процесс; по оси
ординат откладываются величины выбранной характеристики ка-
чества соответствующего номера детали.
На рис. 40 в качестве примера показана точечная диаграмма,
характеризующая изменение размера диаметра валиков, обрабо-
танных на токарном станке. Из точечной диаграммы видно, что,
несмотря на «неизменяемость» 1 условий обработки всех валиков,
размер диаметра каждого последующего валика отличается от
размеров ранее обработанных валиков и от расчетного размера
d = 64,9 мм.
Аналогичным образом можно построить точечную диаграмму
любой характеристики качества; например отклонения от пер-
пендикулярности одной поверхности детали относительно другой,
отклонения твердости поверхностного слоя, электрического со-
противления детали и т. д.
Рассеяние любой характеристики качества изделия характе-
ризуется прежде всего величиной поля рассеяния со, представ-
ляющей собой разность*между наибольшим Анб и наименьшим Анм
значениями данной характеристики, полученными в партии из-
делий, т. е.
= Анм.	(7)
Второй характеристикой явления рассеяния служит практи-
ческая кривая рассеяния и определяющие ее параметры. Постро-
ение практической кривой рассеяния величины какой-либо ха-
рактеристики качества осуществляется следующим образом. У каж-
дого изделия (заготовки, детали, машины) данной партии изме-
ряется параметр выбранной характеристики качества, например
размер. Измерение производится со степенью точности, достаточ-
ной для того, чтобы иметь возможность пренебречь погрешно-
стями измерения, как величинами второго порядка малости.
По полученным данным, пользуясь равенством (7), опреде-
ляют величину поля рассеяния со, которая делится на несколько
равных по величине интервалов. Количество интервалов выби-
рается в зависимости от общего количества измеренных изделий
так, чтобы в каждый из интервалов попало достаточное количество
измеренных величин. Результаты всех измерений обычно сводятся
в таблицу.
В качестве примера на рис. 40 показано построение практи-
ческой кривой рассеяния диаметральных размеров пятидесяти
1 «Неизменяемость» следует понимать в том смысле, что во время выполне-
ния технологического процесса изготовления партии деталей рабочий не вносит
в него каких-либо существенных изменений.
3*
68
Основы достижения качества машины
одного валика, обработанного на токарном станке. Для этого поле
рассеяния со = 0,19 мм разделено на пять равных интервалов
линиями параллельными оси обсцисс и в каждом из интервалов
подсчитано количество попавших в него размеров валика. Данные
измерений могут быть представлены в виде табл. 2 или графически
(рис. 40). Для этого по оси ординат откладываетя среднее значе-
ние величин каждого из интервалов (в примере — размеров),
а по оси абсцисс — соответствующее количество значений вели-
чин (в примере — размеров),
Таблица 2 попавших в каждый из интерва-
Данные измерения	лов (частота у).
Если количество величин из-
меренного параметра качества,
попавших в каждый из интерва-
лов, изобразить в виде прямо-
угольников шириной, равной ве-
личине интервала, и высотой,
равной частоте, то получится сту-
пеньчатая диаграмма, носящая
название гистограммы рассеяния.
Изобразив те же величины в
виде прямых линий (называемых
нагруженными ординатами), расположенных посередине каждого
из интервалов, и соединив их верхние точки ломаной линией,
получают полигон рассеяния или практическую кривую рассе-
яния (рис. 40).
Если представить теоретически построение такой кривой рас-
сеяния какого-либо параметра качества для бесконечно большого
числа деталей, то при бесконечно малой ширине интервалов ло-
маная линия превратится в плавную, называемую, в отличие
от практической, теоретической кривой рассеяния.
Аналитическое выражение такой теоретической кривой рас-
сеяния записывается в виде зависимости
Интервалы размеров в мм	Частота у в шт.	Час- тость Рх в %
64,80—64,838 64,838—64,876 64,876—64,914 64,914—64,952 64,952—64,990	3 9 20 17 2	5,9 17,6 39,2 33,4 3,9

(8)
где х — значение случайной величины;
<р(х) — значение ординаты теоретической кривой рассеяния.
Зависимость (8) носит название закона рассеяния, или рас-
пределения случайной величины х. Численными характеристи-
ками рассеяния случайной величины, изображенного в форме
кривой рассеяния или записанного в виде закона распределения,
служат: 1) положение центра группирования или центра рассе-
яния случайной величины; 2) мера рассеяния случайной величины
относительно центра группирования или рассеяния отклонений.
Отклонения характеристик качества изделий от требуемых величин
69
о Поднастройка системы СПИД токарного станка
мм
0,07
0,05
0,03
0,01
52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 92 96 100 К
52 57 61 66 70 74 79 83 87 97 96 100 75 К
160
120
80
* сек
Порядковый номер детали
Рис. 40. Точечные диаграммы и кривая рассеяния
70
Основы достижения качества машины
Центром группирования или центром рассеяния случайной
величины называется ее среднее значение, около которого в ос-
новном располагаются все ее остальные значения.
Численное среднее значение случайной дискретной (изменя-
ющейся прерывно) величины определяется из равенства
Л4(х) = 2х,р(х,),	(9)
где Xi — отдельное значение отклонения или величина зна-
чения середины каждого частного интервала (см.
табл. 2);
p(Xi) — частость значения хг или количество величин из-
меренного параметра качества, попавших в соответ-
ствующий интервал (см. табл. 2), выраженное в про-
центах или долях всего количества измеренных
величин.
Если общее количество измеренных величин равно п и значе-
ние Xi соответствует количеству т величин, то частость значе-
ния Xi выражается равенством
Ж) = ^.	(Ю)
Для теоретических законов рассеяния среднее значение М(х)
случайной величины х (если х — величина непрерывная) опре-
деляется из равенства
4-00
Л1(х)= $ xcp(x)dx.	(11)
—со
За меру рассеяния отклонений случайной величины от центра
рассеяния обычно принимают среднеквадратичное отклонение а , ве-
личина которого определяется из равенств:
для дискретных величин
.__т
а-1/	(12)
F (=1
для величин, изменяющихся непрерывно,
о = 1/ [х — М (х)]2 ср (х) dx.	(13)
Т —оо
Графически величины теоретического среднеквадратичного от-
клонения изображаются в виде двух абсцисс, равноотстоящих от
значения М(х) на величину а.
Отклонения характеристик качества изделий от требуемых величин
71
Из теории вероятностей известно, что если рассеяние какой-
либо величины (размера, шероховатости поверхности, твердости
материала и т. д.) зависит от совокупного действия многих фак-
торов одного порядка величин, являющихся случайными, не за-
висящими или слабо зависящими один от другого, то рассеяние
следует закону нормального рассеяния или закону Гаусса.
Теоретический закон нормального рассеяния в системе коор-
динат, в которой начало совпадает с осью симметрии кривой (рис. 41)
или со средним значением отклоне-
ния, выражается формулой
<fW = !'“77R'riS’ (14)
где ф(х) = у — частота, отвечающая
значению х;
о — среднеквадратичное откло-
нение, представляющее
собой абсциссу точки пе-
региба кривой.
Из выражения (14) видно, что
величина среднеквадратического от-
Рис. 41. Теоретическая кривая,
характеризующая нормальный
закон рассеяния
клонения а входит в показатель степени при е в квадрате, а
в множитель — в первой степени. Следовательно, у для каждых
двух равных по величине, но различных по знаку, абсцисс х
имеет значения, одинаковые по величине. Другими словами,
кривая нормального рассеяния симметрична относительно оси,
соответствующей абсциссе Л4(х) среднего значения отклоне-
ний.
Теоретическая кривая нормального рассеяния простирается
в обе стороны вдоль оси абсцисс беспредельно, асимптотически приб-
лижаясь к этой оси, как это видно из рис. 41.
Для теоретических расчетов предельные отклонения (при ис-
пользовании нормального закона рассеяния), выражаемые в до-
лях среднеквадратического-отклонения о (х), ограничивают обычно
величинами х = ±3о.
При этих значениях х, 99,73% отклонений случайной величины
попадают в область внутри установленных пределов и 0,27% вы-
ходят за них.
Из рис. 41 видно, что две ординаты, соответствующие значе-
ниям х = +3<т и х = —Зег, делят площадь, ограниченную кривой
рассеяния (или короче, площадь кривой рассеяния), на две части —
между этими ординатами и вне их. Если всю площадь кривой,
которая представляет все количество отклонений случайной ве-
личины, принять за 100% или за единицу, то ее незаштрихованная
72
Основы достижения качества машины
часть будет выражать ту долю отклонений случайной величины,
которая укладывается в заданные пределы ±х.
Величина заштрихованной части (точнее две заштрихованные
площадки) теоретической кривой нормального рассеяния, или,
другими словами, соответствующая ей доля отклонений случай-
ной величины, выходящая за пределы и —х, может быть
определена из равенства
Рис. 42. Кривая для определения величины t
в зависимости от выбранного процента риска
2	? - —
Р = —^2dx, (15)
а/2л J	’ \ '
получающегося непосред-
ственно из выражения (14).
Для определения этой
же величины в процентах
от всей площади кривой
нормального рассеяния
служит равенство
ОО V2
P%=-^L ( e~&dx.
'	о/2 л J
(16)
Значение интеграла обусловливается отношением = t.
Во избежание сложных вычислений в каждом отдельном случае
значения интеграла (16) в зависимости от величины отношения
t — находятся непосредственно по кривой на рис. 42 или из
приведенных ниже числовых значений, которые трудно прочесть
по шкале кривой рис. 42.
Процент риска Р........ 32	10 4,5	1,0 0,27 0,10 0,01
Отношение Z=-.......... 1,00 1,65 2,00 2,57 3,00 3,29 3,89
Для нахождения этих интегралов можно также
таблицу значений интеграла
2 р_____1-/2
Ф(х) = ^=у « dt,
о
использовать
(17)
приводимую почти в каждом курсе теории вероятностей или ма-
тематической статистики. Если заменить через t, то х = at,
dx — odt и после подстановки этих значений в равенство (15)
получится формула (17)
Влияние отдельных факторов на характеристики качества изделий 73
Последний интеграл отличается от ранее приведенных [фор-
мулы (15) и 16)] пределами интегрирования. Как видно из выра-
жения (17), этот интеграл представляет собой незаштрихованную
на рис. 41 площадь теоретической кривой нормального рассеяния,
выраженную в долях всей площади кривой, т. е. ту часть отклоне-
ний случайной величины, которая укладывается в области, огра-
ниченной установленными пределами +х и —х.
В соответствии с тем что у = Л пределы интегрирования будут
изменяться от 0 до /. Взяв величину = из соответствующей
таблицы, легко найти значение Ф (х), а если нужно, и величину
той заштрихованной на рис. 41 части площади кривой, которая
отвечает доле отклонений случайной величины, лежащих вне
установленных пределов +Х и —X; эта часть площади вычисля-
ется по уравнению
Р = [1—Ф(х)],	(18)
или
Р% = 100[1— Ф(х)].	(19)
ВЛИЯНИЕ ДЕЙСТВИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ФАКТОРОВ
НА ИЗМЕНЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ
Выше указывалось, что под действием большого количества
независимых или слабо зависимых факторов характеристики ка-
чества партии изделий получаются отличными от требуемых ве-
личин. При этом кривые рассеяния их величин приближаются
к теоретической кривой нормального рассеяния.
В повседневной заводской практике обычно наблюдаются слу-
чаи, когда из общей массы действующих факторов выделяются
один или несколько, влияние которых доминируют над совокуп-
ным действием остальных. Такими доминирующими факторами
могут быть как систематически действующие, так и случайные.
Предположим, что рабстчий, обработав половину партии втулок,
получал взамен затупившейся другую развертку, диаметром на
0,5 мм меньше, но не заметил этого и обработал ею вторую поло-
вину партии. В процессе обработки второй половины партии вли-
яние размера развертки резко возросло. В результате диаметры
отверстий всех втулок второй половины партии уменьшились
по сравнению с диаметрами отверстий втулок первой половины
партии на 0,5 мм.
На точечной диаграмме это явление выразится в том, что се-
редина поля рассеяния <о2 втулок второй половины партии сме-
стится на 0,5 мм относительно середины поля рассеяния ©!
74
Основы достижения качества машины
втулок первой половины партии, как это схематически показано
на рис. 43.
Из рассмотренного примера видно, что появление постоянно
действующего на данном промежутке времени доминирующего
фактора порождает смещение поля рассеяния в направлении
действия фактора на величину порождаемой им погрешности.
Рис. 43. Точечная диаграмма, показывающая влияние
постоянно действующего фактора
Естественно, что одновременное появление нескольких постоянно
действующих факторов порождает смещение поля рассеяния на
величину погрешности, равную алгебраической сумме погрешностей,
порождаемых действием каждого из этих факторов на принятом
направлении.
Рассмотрим другой пример. Предположим, что обработана
партия колец на плоскошлифовальном станке для получения тре-
Рис. 44. Схема получения размера
ширины Н партии колец
Рис. 45. Точечная диаграмма, показы-
вающая влияние совокупного действия
случайных факторов
буемой точности размера ширины колец Н (рис. 44). Предполо-
жим, далее, что вся партия колец была отшлифована без пере-
настройки системы СПИД и величины всех действующих факторов
были одного порядка. При соблюдении этих условий точечная
диаграмма имела бы вид, схематически показанный на рис. 45;
в конце точечной диаграммы построена кривая рассеяния раз-
Влияние отдельных факторов на характеристики качества изделий 75
меров И партии колец. Среднее значение ширины колец Нср пар-
тии, около которого группировались бы значения размеров от-
дельных колец, показано на рис., 45 в виде прямой, параллель-
ной оси абсцисс.
Предположим теперь, что во время обработки действовал только
один фактор — износ шлифовального круга, возраставший прямо
пропорционально количеству обработанных колец. При этих ус-
ловиях размер каждого последующего кольца естественно ока-
зался бы больше размера предыдущего, как это схематически
показано на точечной диаграмме рис. 46. Если для партии обрабо-
Рис. 46. Точечная диаграмма, пока-
зывающая влияние действия одного
фактора
Рис. 47. Точечная диаграмма, показы-
вающая влияние совокупного действия
случайных и одного систематического
доминирующего фактора
тайных колец построить кривую рассеяния размеров, то нетрудно
видеть, что в каждом из интервалов, на которые поделено поле
рассеяния, окажется равное количество колец. Другими словами,
значения размера Н колец партии равномерно рассеялись бы по
всему полю рассеяния.
Теоретическая кривая рассеяния имеет в таких случаях форму
отрезка прямой линии, параллельной оси, по которой отклады-
ваются величины размеров (рис. 46 — ось ординат). Теоретический
закон такого рассеяния носит название закона равной вероят-
ности.
Возвратимся теперь к технологическому процессу, при кото-
ром, наряду с рассмотренным фактором, действует одновременно
большое количество других независимых факторов одного порядка
величин. Точечная диаграмма для такого случая схематически
показана на рис. 47.
Как видно из диаграммы, среднее значение размера Нср колец
по мере увеличения их порядкового номера непрерывно возрастает,
несмотря на отклонения размеров отдельных колец от этой сред-
ней величины. Построенные справа величины поля рассеяния
размера Н все партии колец и кривая рассеяния показывают,
76
Основы достижения качества машины
что они отличаются по величине и характеру от показанных
ранее на рис. 45 и 46.
Из рис. 47 видно, что величина поля рассеяния партия колец
представляет собой сумму величин поля рассеяния, порожда-
емого совокупным действием большого числа независимых фак-
торов одного порядка величин и величины смещения середины
этого поля рассеяния, происшедшего под влиянием действия до-
минирующего фактора, т. е. <о5 == <о3 + <о4. Кривая рассеяния
также представляет собой композицию кривых рассеяния, пока-
занных на рис. 45 и 46.
При выполнении технологических процессов приходится сталки-
ваться также и с изменением величин случайных факторов, когда
удельное влияние некоторых из них
в отдельные промежутки времени
усиливается среди других, т. е. когда
один или несколько случайно дей-
ствующих факторов начинают доми-
нировать над другими. Примером
может служить постепенное увели-
чение колебания припуска на об-
работку, вследствие включения в
партию заготовок, полученных из
вновь введенного в действие нового
k I т
Рис. 48. Точечная диаграмма, по-
казывающая действие случайного
доминирующего фактора
штампа, имеющего свои погрешности. По мере износа штампа вли-
яние погрешностей поступающих заготовок в партию может сни-
зиться. Эго явление схематически показано на точечной диаграмме
рис. 48. Начиная с детали порядкового номера k и до номера т,
границы поля рассеяния сначала расходились (от детали k до е),
затем снова (от детали I до т) сошлись до новой более или менее уста-
новившейся величины. Аналогичные влияния на характер из-
менения величины поля рассеяния случайных величин может ока-
зать, например, постепенное смешивание деталей, поступающих
на сборку с заменой одного из нескольких станков, работающих
на последней операции; смена одного из рабочих на одном из стан-
ков, выполняющих операцию, предшествующую данной операции,
и целый ряд других причин.
При выполнении технологических процессов бывают случаи,
когда среди случайно действующих факторов появляется доми-
нирующий, оказывающий смещение отклонений к одной из границ
поля рассеяния ®т. Так, например, одна из работниц при установке
обрабатываемых деталей на плоскость и два штыря, входящих
с зазором в отверстия обрабатываемых деталей, систематически
прижимает детали к штырям всегда с одной стороны. В резуль-
тате, отклонения расстояния осей вновь обработанных отверстий
относительно отверстий, используемых для базирования, сме-
Влияние отдельных факторов на характеристики качества изделий 77
щаются к одной из сторон поля рассеяния сот, как это показано
на рис. 49. Практическая кривая рассеяния в таких случаях
оказывается ассиметричной, так как среднее значение отклоне-
ний М ~(х) оказывается смещенным относительно середины поля
рассеяния <о. Аналогичные явления имеют место при смешении
партий деталей, обработанных, например, на двух различных
станках и т. д.
К рассматриваемым явлениям следует добавить внесение из-
менений в качественные показатели результатов технологического
процесса, происходящих вследствие перехода в ряде случаев си-
стематически действующих факторов в категорию случайных
Рис. 49. Точечная диаграмма, показы-
вающая схему образования асиммет-
ричной кривой рассеяния
и, наоборот, случайных в категорию систематических. Действи-
тельно, предположим, например, что на одной операции работает
несколько одинаковых станков и на каждом из них во время об-
работки партии деталей периодически производится смена сверл.
Каждое сверло вносит свою систематически действующую
постоянную по величине погрешность; однако в партии переме-
шанных деталей эти систематические погрешности превращаются
в случайные, порождающие расширение или сужение поля рас-
сеяния. Аналогичная картина имеет место, например, в результате
систематической поднастройки нескольких одинаковых станков,
работающих на одной операции. Погрешности настройки на каж-
дом отдельном станке являются систематическими до очередной
поднастройки. Однако в партии перемешанных деталей, обра-
батываемых на всех станках, эти погрешности превращаются
в случайные, оказывающие влияние на периодическое изменение
величины поля рассеяния.
Одной из основных задач науки является изучение законов,
связывающих причины и следствия, с целью возможности управ-
78
Основы достижения качества машины
лёния действием факторов в требуемом направлении для решения
конкретно поставленной задачи. Для этого необходимо найти
законы, по которым изменяются отдельные факторы, их совокуп-
ность или величина и направление тех из них, которые остаются
относительно постоянными на тот или иной промежуток времени.
Так, например, при обычных условиях обработки партии дета-
лей колебание припуска на обработку является величиной слу-
чайной. Если все детали партии измерить перед обработкой и об-
рабатывать в такой последовательности, которая соответствует
постепенному увеличению припуска на обработку, то колебание
припуска из случайного фактора превращается в систематический,
изменяющийся по определенному закону в пределах партии из-
меренных и рассортированных деталей.
Смена нескольких резцов при обработке партии деталей на
одном станке может быть случайным фактором, если детали всей
партии будут в перемешанном состоянии поступать на последую-
щую обработку или сборку.
Та же смена резцов может быть систематически постоянным
фактором, если обработанные детали будут поступать на после-
дующую обработку или сборку в той последовательности, в ка-
кой они прошли обработку с отметкой деталей, перед обработкой
которых была произведена смена резцов.
Систематические постоянно действующие факторы, как пра-
вило, остаются такими только в продолжение определенных про-
межутков времени, продолжительность которых бывает различна.
Так, например, погрешность настройки резца, как системати-
ческий постоянно действующий фактор, сохраняется только до
момента поднастройки технологической системы или до замены
затупившегося резца другим.
Погрешность изготовления приспособления, оказывающая вли-
яние на точность установки обрабатываемых деталей, остается
систематически постоянно действующим фактором па более дли-
тельный промежуток времени, до ремонта приспособления или
до его морального или физического износа.
Таким образом, при выполнении любого технологического
процесса обработки деталей или сборки машины или ее сбороч-
ных единиц происходит непрерывное изменение всех факторов,
оказывающих в той или иной степени свое влияние на техноло-
гический процесс; поэтому точечные диаграммы, отражающие
изменение выбранной характеристики качества изделия, имеют
различный и часто чрезвычайно неустойчивый вид, вследствие
изменяющихся величин поля рассеяния сот, порождаемого сово-
купным действием случайных факторов и изменяющимся положением
этого поля рассеяния относительно границ поля допуска или но-
минальной величины измеряемой характеристики качества изделия.
Влияние отдельных факторов на характеристики качества изделий 79
В качестве примера на рис. 50 показана точечная диаграмма,
характеризующая изменение размера деталей, обработанных на
станке. Из диаграммы видим, что после обработки деталей а, Ь,
k, е, т, п и q производилась поднастройка технологической си-
стемы СПИД для компенсации размерного износа режущего ин-
струмента, вследствие чего поле рассеяния, порождаемое действием
случайных факторов, смещалось каждый раз к нижнему пределу
поля допуска. Между каждыми двумя поднастройками поле рас-
сеяния <от изменялось как по величине, так и по характеру изме-
нения его среднего значения, вследствие увеличения удельного
влияния отдельных случайных факторов в различные промежутки
времени.
Из изложенного выше следует, что при использовании в ка-
честве одной из характеристик технологического процесса прак-
тических кривых рассеяния и их параметров необходимо соблюдать
чрезвычайную осторожность, и внимание при выборе начала и
конца периода времени собирания данных, характеризующих
ход технологического процесса получения выбранной характе-
ристики качества. При неправильном выборе начала и конца пе-
риода собирания данных можно получить случайную практи-
ческую кривую рассеяния и ее параметры, не отражающие сущность
изучаемого явления.
Из анализа точечных диаграмм видно, что величина отклоне-
ния й характеристики качества, наблюдаемая в каждый данный
момент, складывается путем алгебраического или векторного сум-
мирования отклонений, порождаемых действием всех факторов.
Действительно, из точечной диаграммы рис. 51 видно, что
отклонение Йл. от номинальной (Аном) величины Дгго, например,
размера детали представляет собой алгебраическую сумму откло-
нений, полученных от постоянного систематического фактора Д^,
действующего в течение всего промежутка времени наблюдаемого про-
цесса; от систематически действующего фактора Д£, изменяющегося
«и
Основы достижения качества машины
по определенному закону у = <р (х), где х — порядковые номера
изделий, и от совокупности изменения случайных факторов йг, т. е.
=	+	(20)
где Д^г—А;г = Ащг
Величина отклонения наблюдаемой характеристики качества
за определенный промежуток времени (от детали k до детали /),
как это видно из точечной
диаграммы рис. 52, харак-
теризуется величиной поля
рассеяния ю и координат-
ной середины поля рассея-
ния Ди, отсчитанной от
номинального размера.
Величина координаты
Де, середины поля рассея-
ния получается при этом
путем алгебраического сум-
мирования величины Дщ
отклонения, порождаемого
совокупным действием си-
стематических постоянных
факторов и половины ве-
личины Дщ отклонения, по-
систематически действующими
определенному закону, т. е.
. __ А  1 А™
А<о — Ао *т 2~ •
Величина наибольшего отклонения й«б
теристики качества относительно номинала
рождаемого
щимися по
факторами, изменяю-
(21)
наблюдаемой харак-
за определенный про-
межуток времени (между обработкой детали k и I) получается
равной
й^=а;+а;+^.	(22)
Величина наименьшего отклонения наблюдаемой характеристики
качества от номинала за определенный промежуток времени по-
лучается равной
йГ = А«-^,
(22а)
и величина поля рассеяния
о) = Лщ 4- Юр
Краткое рассмотрение явления рассеяния и его анализ приводят
к следующим выводам:
Влияние отдельных факторов на характеристики качества изделий 81
1.	При выполнении любого технологического процесса возникает
явление рассеяния характеристик качества изготовляемых из-
делий, порождаемое совокупным действием систематически и слу-
чайно действующих факторов.
2.	В результате действия большого количества независимых или
слабо зависимых факторов одного порядка величин имеет место
рассеяние, приближающееся к теоретическому закону нормаль-
ного рассеяния или закону Гаусса.
3.	Появление одного или нескольких доминирующих факторов
вносит те или иные изменения в величину поля рассеяния и его
/г	t
s Порядковые номера деталей
Рис. 52. Схема образования погрешности
размера партии деталей, обработанных
за определенный промежуток времени
характер; кривые рассеяния в таких случаях представляют собой
композиции ряда кривых, порождаемых действием доминирую-
щих факторов и основной массы фактора одного порядка величин.
4.	На величину поля рассеяния и характер кривой рассеяния
в партии изделий оказывают влияние удельные значения домини-
рующих систематически действующих и случайных факторов.
5.	Основными характеристиками хода технологического процесса
получения любой из характеристик (о которых судят по точечным
диаграммам) качества изделия, детали или заготовки являются:
а)	величина поля рассеяния (Оу, порождаемая совокупным
действием случайных факторов, иногда не совсем строго называ-
емая «мгновенным полем рассеяния»;
б)	положение поля рассеяния о)г относительно номинальной
величины выбранной характеристики качества. Для характери-
стики положения поля рассеяния служит координата середины
поля рассеяния
82
Основы достижения качества машины
в)	уравнение кривой, характеризующей изменение координа-
ты середины поля рассеяния сог вследствие совокупного влияния
систематических факторов, изменяющихся по определенным за-
конам у = f (х).
6.	Основными характеристиками явления рассеяния партии из-
делий (заготовок, деталей, сборочных единиц или машин) являются:
а)	величина поля рассеяния со
(см. рис. 52);
б)	положение поля рассеяния со
относительно номинальной величи-
ном
"*-----Ди —
к-------М(Х)
А Ср
Рис. 53. Схема характеристик явления рассеяния
одного из параметров качества партии изделий
ны Аном. Для определения положения поля рассеяния относи-
тельно номинальной (расчетной) величины служит координата
середины поля рассеяния (см. рис. 52);
в)	величина среднего значения (координата центра группи-
рования) М (х) отклонений от номинальной величины;
г)	параметры, характеризующие практическую кривую рас-
сеяния; среднеквадратическое отклонение о, подсчитанное по ра-
венствам (12) или (13) и коэффициент относительной ассиметрии а,
служащий для характеристики ассиметричности рассеяния от-
клонений и смещения центра их группирования относительно
координаты середины поля рассеяния (рис. 53):
а= Л4(х)(3~Д">.	(23)
Т
ПОГРЕШНОСТЬ ЗАМЫКАЮЩЕГО ЗВЕНА РАЗМЕРНОЙ ЦЕПИ
При определении погрешности замыкающего звена размерной
цепи следует различать два случая:
1) определение погрешности у одной детали или изделия;
2) определение погрешности у партии деталей или изделий.
При выполнении любого технологического процесса проис-
ходит непрерывное изменение величин всех действующих факто-
ров. Поэтому определение погрешности замыкающего звена раз-
Погрешность замыкающего звена размерной цепи
83
<----------------------
Л *i ^4 1-*-
Рис. 54. Схема размерной цепи системы
СПИД, при помощи которой образуется ра-
диус обрабатываемой детали
мерной цепи у одного экземпляра детали или изделия рассматривается
как измерение погрешности в выбранный момент времени. При
этом считается, что величины всех составляющих размерную цепь
звеньев в течение этого момента времени остаются постоянными.
Практически это условие реализуется тем, что измерение произ-
водится в регламентиро-
ванном месте и при строго
регламентированных усло-
виях.
Например, чтобы знать
отклонение диаметра каж-
дого экземпляра деталей,
обрабатываемых на токар-
ном станке, необходимо
измерять диаметр у всех
экземпляров деталей в од-
ном и том же сечении по
оси детали. Только при
этом условии можно сопо-
ставлять отклонения, по-
лученные на отдельных де-
талях, одни с другими и
с требуемой величиной.
При этом учитывается,
что диаметр детали полу-
чается как удвоенная ве-
личина радиуса, которым
обрабатываемая деталь включается в размерную цепь системы
СПИД в качестве ее замыкающего звена (рис. 54).
При изложенных выше условиях погрешность замыкающего
звена QA размерной цепи в каждый момент времени или у каж-
дой детали получается равной алгебраической (или векторной)
сумме погрешностей всех составляющих ее звеньев:
1) для плоских размерных цепей с параллельными звеньями
т—1
Qa = &! + Q2-|~-• • + ^/п-1 == 2	(24)
2) для плоских размерных цепей, имеющих звенья, располо-
женные под углом к выбранному направлению,
Qa = Qj cos ах + Q2 cos а2 +...+ Q^_j cos am_x, (25)
где Qj, Q2, . . ., Q^ j — отклонения составляющих звеньев раз-
мерной цепи;
т — общее количество звеньев размерной цепи.
84
Основы достижения качества машины
При определении погрешности замыкающего звена размерной
цепи при изготовлении партии деталей или сборке партии
изделий правильнее и строже говорить не о погрешности,
а о рассеянии замыкающего звена размерной цепи, так как
приходится иметь дело с полями рассеяния всех составляющих
звеньев.
Для нахождения зависимости между величинами полей рас-
сеяния составляющих звеньев размерной цепи и ее замыкающего
звена можно воспользоваться полным дифференциалом, учиты-
вая, что величины полей рассеяния составляют малую величину
по сравнению с величинами самих звеньев.
Действительно, так как величина замыкающего звена размер-
ной цепи является функцией нескольких независимых перемен-
ных величин, представляющих составляющие звенья, т. е.
^8» ^3’ •••’	(26)
то, написав полный дифференциал функции
. -	л л 0/1 а л
^А = м7^1 + м7^2 + ,,*",_м^Л d-Am-1
и заменив в нем дифференциалы малыми
НИЯМИ,
сеяния,
представляющими в данном случае
получим
конечными прираще-
величины полей
рас-
_ Мд
дАг
<0л,+
Мд
дА2
Мд
дАщ-1
(28)

или
/и —1
<0д
7Н’
(29)
где Лд—размер замыкающего звена размерной цепи;
Ai — составляющее i-e звено;
сод — поле рассеяния замыкающего звена;
©г — поле рассеяния i-го составляющего звена;
т — общее количество звеньев в размерной цепи;
Мд Мд	Мд	„ „
ат-, •••> ai— —представляет собой численные
dAi ’ дАг ’ дАт_! н Л
жения частных производных (называемых передаточными отноше-
ниями или коэффициентами приведения), показывающие влияние
выра-
m-i
Погрешность замыкающего эвена размерной цепи
85
величины поля рассеяния каждого из составляющих звеньев на
величину поля рассеяния замыкающего звена.
Формула (28) является приближенной, однако она дает доста-
точную для практики точность (до величины второго порядка
малости).
Для плоских размерных цепей с параллельно расположенными
звеньями формула (29) значительно упрощается, так как величина
каждой из частных производных равна единице, т. е.
0Л1 ~ *’ дАг •••>
После подстановки этих значений формула (29) превращается
в формулу вида
т—1
®Д =	+ ®2 + • • • +	= У, ®i>	(30)
i=l
дающую точные значения.
Из формулы (30) следует, что при изготовлении партии дета-
лей или сборке партии изделий поле рассеяния замыкающего звена
плоской размерной цепи с параллельно расположенными звеньями
равно сумме абсолютных значений величин полей рассеяния всех
составляющих звеньев.
Выше указывалось, что поля рассеяния всех составляющих
звеньев размерной цепи нередко смещаются относительно рас-
четной или номинальной величины. Это смещение характери-
зуется координатой середины поля рассеяния Ам. Следовательно,
и поле рассеяния замыкающего звена размерной цепи также, в
общем случае, может сместиться относительно его номинального
размера. Поскольку координаты середины полей рассеяния имеют
не только величину, но и знак, постольку координата середины
поля рассеяния ДОд замыкающего звена плоской размерной цепи
с параллельными звеньями равна алгебраической сумме координат
середины полей рассеяния всех составляющих звеньев, т. е.
Д<вд — У — У Д<о.>	(31)
1=1	i=«+i
где ДШд — координата середины поля рассеяния замыкающего
звена;
ДШ(. — координата середины поля рассеяния i-ro составляю-
щего звена;
п — количество увеличивающих звеньев;
т — общее количество звеньев размерной цепи.
86
Основы достижения качества машины
Аналогично определяется величина отклонения среднего зна-
чения замыкающего звена размерной цепи от номинальной:
п	т — 1
М (х) = АШд + ад	= 2 (ч + «/ у) - 2 (Ч + “'?)• <32)
1 = 1	п + 1
В случае симметричных кривых рассеяния у всех составляю-
щих звеньев, т. е. при = 0, равенство (32) превращается в вы-
ражение (31).
Выведенные зависимости (29) и (30) отражают объективно су-
ществующие в природе закономерности, а знание последних и
условий их проявления дает в руки инженера могучее орудие
для использования этих закономерностей в необходимом направ-
лении при разрешении самых разнообразных задач, возникаю-
щих на всех этапах создания, подготовки, производства, изго-
товления и эксплуатации машин и их механизмов.
ТРИ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ точности
Из анализа формулы (29) следует, что повышение точности
замыкающего звена' плоской размерной цепи у партии изделий
при обработке или сборке может быть достигнуто тремя путями:
1) уменьшением поля рассеяния или, другими словами, уве-
личением точности каждого из составляющих звеньев;
2) сокращением количества составляющих звеньев в размерной
цепи, т. е. уменьшением величины т\ 3) уменьшением величины
передаточных отношении -gj- каждого из составляющих звеньев.
Одновременное использование всех перечисленных путей дает
наибольший эффект.
Долгое время первый путь являлся почти единственным, и
только с начала 1930 г. последние два пути были четко сформу-
лированы и начали постепенно получать все более широкое рас-
пространение.
Второй из перечисленных путей получил название [1] прин-
ципа наикратчайшего пути. Сущность его сводится к тому, что
наибольшая (при всех прочих равных условиях) точность может
быть достигнута с помощью размерных или кинематических це-
пей, содержащих наименьшее количество звеньев.
Для иллюстрации изложенного рассмотрим два решения за-
дачи получения высокой точности на размере Лд втулки (рис. 55).
При первом решении втулка обрабатывается на револьверном
станке, и точность на требуемом размере Лд получается при по-
Три пуши повышения точности
87
мощи размерной цепи, как это схематически показано на рис. 55, а.
Наряду с размерами станка в качестве составляющего звена вхо-
дит размер длины втулки Л8, полученной до растачивания поверх-
ности отверстия.
Таким образом, требуемый размер втулки Лд, как видно из
схемы, представляет собой замыкающее звено многозвенной
размерной цепи:
Лд = Л1 + Л2 + Л3 — Л4 — Л5 + Л6 + Л7 + Л8.	(33)
При втором решении задачи отверстие втулки растачивают
при помощи простейшей державки, несущей резец (рис. 55, б.)
а)
Рис. 55. Использование принципа наикратчайшего пути для увели-
чения точности размера Лд втулки
Державка 1 имеет вращающийся ролик 2, упирающийся в конце
расточки в ранее обработанный торец втулки 3, от которого и не-
обходимо получить точный размер Лд. В этом случае многозвен-
ная размерная цепь (33) заменяется другой малозвенной (Лд =
= Л2 — Л О, содержащей всего три звена. Вследствие этого, в
случае, если поле рассеяния каждого из звеньев размерных це-
пей принять равным со,- = 0,01 мм, то в первом случае поле рас-
сеяния размера Лд партии втулок может быть равным 0,08 мм,
во втором — 0,02 мм, т. е. 4 раза точнее.
Из приведенного примера видна эффективность использования
принципа наикратчайшего пути для повышения точности обра-
батываемых деталей. Ниже будет показана эффективность его
использования при решении самых различных задач, встречаю-
щихся при конструировании, изготовлении и эксплуатации
машин.
88
Основы достижения качества машины
РАЗЛИЧНЫЕ МЕТОДЫ ДОСТИЖЕНИЯ ТОЧНОСТИ
ЗАМЫКАЮЩЕГО ЗВЕНА
Выше было установлено, что все задачи, связанные с дости-
жением требуемой точности машин и их механизмов на всех эта-
пах их создания, осуществляются с помощью размерных и кине-
матических цепей.
Действительно, начиная с выявления и методической отработки
служебного назначения машины, разработки ее конструкции,
расчета и установления допусков на готовую машину и ее детали,
разработки технологического процесса сборки машины и изго-
товлении ее деталей, настройки и поднастройки технологических
систем для обработки деталей и т. д., приходится устанавливать
размерный и кинематический виды связей. Правильное исполь-
зование различных методов достижения требуемой точности за-
мыкающего звена каждой из размерных цепей служит основой
экономического решения всех перечисленных задач.
Метод полной взаимозаменяемости. Сущность метода заклю-
чается в том, что требуемую точность замыкающего звена размерной
цепи достигают каждый раз, когда в размерную цепь включают
или заменяют в ней звенья без их выбора, подбора или изменения
их величин.
Простейшим примером использования метода является дости-
женйе требуемой точности зазора при соединении электроламп
и патронов, в которые они ввертываются при эксплуатации. Об-
щеизвестно, что любая электролампа может быть ввернута в любой
электропатрон без подбора, выбора или пригонки.
Достижение требуемой точности боковых зазоров между зуб-
чатыми колесами при сборке коробок скоростей автомобилей
достигается также методом полной взаимозаменяемости. При
сборке любого экземпляра коробки берутся все входящие туда
детали: зубчатые колеса, валики, шарико- и роликоподшипники,
рычаги и т. д. и соединяются без какой-либо пригонки или вы-
бора.
При использовании метода полной взаимозаменяемости при
обработке партии деталей, например, на сверлильном станке можно
сменять затупившиеся сверла без какого-либо их подбора и по-
лучать после этого все обрабатываемые детали с размером отвер-
стия, не выходящим из требуемого допуска.
Основными преимуществами метода полной взаимозаменяе-
мости являются:
1.	Наибольшая простота достижения требуемой точности за-
мыкающего звена, так как построение размерной цепи сводится
к простому соединению всех составляющих ее звеньев. Например,
использование этого метода при сборке превращает последнюю
Различные методы достижения точности замыкающего звена 89
в простое соединение деталей. Простотой отличается и смена ре-
жущего инструмента.
2.	Простота нормирования процессов во времени, при помощи
которых достигается требуемая точность замыкающего звена.
3.	Относительная простота механизации и автоматизации тех-
нологических процессов, при помощи которых осуществляется
достижение требуемой точности замыкающего звена.
4.	Возможность широкого использования основных преиму-
ществ кооперирования различных цехов и отдельных заводов для
изготовления отдельных деталей или сборочных единиц машин
(шарикороликовых подшипников, электроаппаратуры, гидрона-
сосов, агрегатных узлов станков, автомобильных моторов и т. д.).
5.	Возможность выполнения технологических процессов ра-
бочими, не обладающими высокой квалификацией, поскольку
процесс сводится или к соединению деталей (сборка), или к их
смене (обработка на станках).
Перечисленные преимущества способствуют использованию ме-
тода полной взаимозаменяемости при решении различных задач,
связанных с достижением требуемой точности, или других ха-
рактеристик качества изделий. Границы использования метода
полной взаимозаменяемости определяются экономикой.
Для использования метода полной взаимозаменяемости необ-
ходимо соблюдение двух условий.
1. Величины допусков и координат середин полей допусков или
средних значений для всех звеньев размерной цепи должны быть рас-
считаны и установлены с учетом изложенных ниже соображений.
Выше указывалось, что допуски на исходные звенья, связы-
вающие исполнительные поверхности машины или ее механизмов,
устанавливают исходя из их служебного назначения. Аналогично
поступают и при решении ряда других задач, связанных с дости-
жением требуемой точности, например точности обработки дета-
лей на станках. И в случаях величины допусков на исходные звенья
устанавливают исходя из поставленных задач.
Поскольку поле допуска представляет собой допустимую ве-
личину поля рассеяния, постольку для расчета допусков могут
быть использованы формулы (29) и (30) после замены в них обо-
значений полей рассеяния (<о) обозначениями допусков (6), что дает
т — 1
в4-21т»п1в‘ .	<34)
i *==1
для расчета допусков звеньев размерных полей в общем случае и
т—1
(35)
90
Основы достижения качества машины
для расчета допусков звеньев плоских размерных цепей с парал-
лельно расположенными звеньямих.
Поскольку допуск всегда величина положительная, из равен-
ства (35) следует, что поле допуска исходного (замыкающего)
звена размерной цепи с параллельными звеньями равно арифме-
тической сумме допусков всех составляющих звеньев. По анало-
гии, заменяя в формуле (31) координаты середин полей рассеяния
координатами середин полей допусков, можно написать
п	т — 1
Дод= Лдог- 2 Ао;,	(36)
1 = 1	П-Н
где ДОд и До/ — соответственно величины координат исходного
и Z-ro, составляющего звеньев размерной цепи;
п — количество увеличивающих звеньев;
т — общее количество звеньев цепи.
При расчетах величины бд, ДОд и ад исходного звена устанав-
ливают исходя из служебного назначения изделия или условий
поставленной задачи; следовательно, они являются величинами
известными. Таким образом, для использования метода полной
взаимозаменяемости необходимо рассчитать и установить пере-
численные выше величины для всех составляющих размерную
цепь звеньев. Для наиболее часто встречающихся плоских раз-
мерных цепей с параллельными звеньями используется формула (35).
Так как для расчета величин допусков для (т — 1) составляю-
щих звеньев вместо (т — 1) уравнений существует только одно,
задача является неопределенной. Практически это означает, что
величину бд можно получить путем бесконечно большого количе-
ства сочетаний величин б/. Данную задачу решают, исполь-
зуя вначале принцип равных влияний, т. е.
полагая, что все звенья в равной степени влияют на образование
погрешности замыкающего звена, и, следовательно, величины
их допусков могут быть равны. При этом условии средняя вели-
чина допуска бср определяется из формулы (35)
О?)
Если эта средняя величина допуска бср оказывается эконо-
мически приемлемой в производственных условиях, ее коррек-
тируют, учитывая трудности и экономику получения требуемой
точности для каждого из составляющих звеньев размерной цепи.
1 Ниже даны расчетные формулы применительно к расчету допусков звень-
ев плоских размерных цепей с параллельными звеньями, как наиболее часто
встречающихся.
Различные методы достижения точности замыкающего звена 91
После корректирования величины допусков, установленных для
всех составляющих звеньев, должны удовлетворять равенству (35).
После расчета и установления величин допусков аналогично
рассчитывают и устанавливают величины координат середин по-
лей допусков всех составляющих размерную цепь звеньев.
Правильность установленных величин координат середин по-
лей допусков и их знаков проверяется по формуле (36).
В некоторых случаях величинами ДОь а, и 6Z для всех состав-
ляющих звеньев задаются исходя, например, из соображений
использования стандартных измерительных инструментов, при-
способлений и т. д.
Наконец, для проверки правильности расчета и установления
величин 6t- и Д01- можно воспользоваться равенствами, служа-
щими для расчета величин предельных отклонений замыкающего
звена (наибольшего Д"6 и наименьшего Д^):
п	т — 1	т — 1
До/- 2 Ао/+ 2 Y5	<38>
1 = 1	Л-Н	1 = 1
п	т—1	т— 1
аг=2до/-2ао.--24-	<39>
*=1	/г-н	1 = 1
Проверка величин предельных отклонений замыкающего звена
размерной цепи по равенствам (38) и (39) известна также под на-
званием «расчета на максимум-минимум».
2. Погрешности, получаемые на всех составляющих звеньях
размерной цепи, не должны выходить за пределы рассчитанных по
изложенной выше методике и установленных величин допусков
или предельных отклонений размеров, относительных поворотов
поверхностей и других характеристик качества изделий.
Другими словами при получении всех звеньев размерной цепи
у всех изделий партий обязательно соблюдение неравенств
п	т—1 т—1
2 - 2 Ч+2 ?;	<4°)
i = l	« + 1	* = 1
п	т—1	т—1
аг^2х<л/“2^_2?-	(41)
i=i	я 4-1	i=i
Без соблюдения второго, более трудного, условия не может
быть и речи о каком-либо использовании метода полной взаимо-
заменяемости.
Границы применения метода полной взаимозаменяемости опре-
деляют экономикой производства. В этом легко убедиться, если
92
Основы достижения качества машины
рассмотреть график (рис. 56), показывающий зависимость вели-
чины возможного брака в партии деталей в зависимости от уста-
новленной величины допуска на один из размеров детали.
Рассматривая кривую 1, можно видеть, что по мере умень-
шения величины допуска количество выходящих за пределы поля
допуска деталей увеличивается вначале медленно (участок а—б
кривой), затем темп роста брака увеличивается (участок б—в);
наконец, при малых величинах допусков брак возрастает настолько
резко (участок в—г), что обработка деталей становится неэконо-
Рис. 56. График, показывающий
зависимость величин возмож-
ного брака от допуска на изго-
товление
Рис. 57. График зависимости себе-
стоимости от требуемой точности
детали
мичной. Практически в подобных случаях возможно появление
сплошного брака.
В таких случаях для достижения высокой точности необходимо
перейти на новый технологический процесс, а следовательно,
большей частью, и на новый вид оборудования. На графике рис. 56
рассматриваемая зависимость для нового процесса представлена
кривой 2, которая показывает, что возможности выдерживания
требуемых допусков и, следовательно, достижения требуемой
точности при новом процессе увеличиваются.
Однако изменение технологического процесса и особенно пе-
реход на новый вид оборудования, дающего более высокую точность,
обычно связаны с увеличением затрат и, следовательно, себесто-
имости изготовления изделия.
Для иллюстрации изложенного на рис. 57 показан график
зависимости относительной себестоимости изготовления валика
от величины допуска, установленного на его диаметр. Валики
изготовлялись диаметром D = 15 мм, длиной L = 100 мм из
стали с пределом прочности ов = 60-ь70 кПм1, партиями по
1000 шт. Как видно из графика, относительная себестоимость
Различные методы достижения точности замыкающего звена 93
изготовления валика возрастает по гиперболической кривой. Объяс-
няется это тем, что по мере повышения точности (уменьшения ве-
личины допуска) приходится изменять технологический процесс
и вводить дополнительное оборудование, обычно более дорогое
и менее производительное.
Действительно, обработка валиков с допуском 6 = 0,1 мм
чрезвычайно проста. Пруток материала путем холодного волоче-
ния калибруется по диаметру до заданного размера и нарезается
на куски требуемой длины. Производительность процесса большая,
затраты на оборудование, как и относительная себестоимость ва-
валика, невелики.
При допуске на диаметр 0,05 мм валик необходимо обтачивать
на токарном станке. Это связано с применением более дорогого
и менее производительного оборудования, вследствие чего отно-
сительная себестоимость валика возрастает. При еще более жестком
допуске в 0,02 мм валик после обтачивания необходимо шлифовать,
что еще более увеличивает по тем же причинам его относительную
себестоимость. При допуске 0,005 мм валик дополнительно при-
ходится притирать. Процесс притирки отличается низкой произ-
водительностью и вследствие этого относительная себестоимость
валика возрастает особенно резко.
Из изложенного следует, что использование метода полной
взаимозаменяемости является экономичным в условиях дости-
жения высокой точности при помощи малозвенных размерных
цепей. При этом решающее значение имеет также и количество
изделий, подлежащих изготовлению. С увеличением количества
изделий, как это будет показано ниже, возрастают возможности
экономичного использования более дорогого, но зато и более про-
изводительного и точного оборудования, инструмента и другой
технологической оснастки.
Если средняя величина допуска, полученная по формуле (37),
оказывается на данном этапе развития техники и в данных произ-
водственных условиях неэкономичной, от использования метода
полной взаимозаменяемости приходится отказываться и перехо-
дить на другие методы.
Метод неполной (частичной) взаимозаменяемости. Сущность
метода заключается в том, что требуемую точность замыкающего
звена размерной цепи достигают не во всех размерных цепях, а у
подавляющего их большинства, когда в размерную цепь включают
все звенья вновь или в ней заменяют часть звеньев без их выбора,
подбора или изменения их величины.
Отличие рассматриваемого метода от предыдущего заключа-
ется в установлении больших по величине допусков на составля-
ющие звенья, что делает изготовление деталей и эксплуатацию
машин, которым принадлежат эти звенья, более экономичными.
94
Основы достижения качества машины
При этом идут на риск получения небольшого процента случаев
выхода погрешности замыкающего звена размерной цепи за пре-
делы установленного допуска.
Изложенное иллюстрируется на примере трехзвенной размер-
ной цепи. Для упрощения задачи допуски составляющих звеньев
взяты равными, т. е. &At = Кроме того, для обоих составля-
ющих звеньев принят закон рассеяния Гаусса. Как известно,
при этом условии закон
рассеяния на замыкающем
звене также будет Гауссо-
вым, так как
Если для решения за-
дачи использовать метод
полной взаимозаменяемо-
сти, то при требуемом до-
пуске замыкающего звена
6Лд допуск каждого из со-
ставляющих звеньев дол-
жен быд бы быть
Л -Л - 6лд -6лд
Од, — 0д2 — т _ 1	2 •
Рис. 58. Сравнительная схема достижения
требуемой точности методами полной и не-
полной взаимозаменяемости
Изложенное схематиче-
ски показано на рис. 58, а.
При решении той же задачи методом неполной взаимозаменяе-
мости допуски обоих составляющих звеньев, как указано выше,
устанавливаются большими, т. е.
бд,>бд, и бд2>6д2.
Естественно, что и допуск замыкающего звена в этом случае
будет больше, чем необходимо, на величину 6* — 6дд— 6Лд,
гдебдд = 6д, 4- 6д„ как это схематически показано на рис. 58, б.
Это обстоятельство может вызвать появление некоторой части
изделий (определяемой обычно в %), погрешность замыкающего
звена которых будет выходить за пределы требуемого допуска 8Лд
замыкающего звена. Величина этой части изделий определяется
отношением суммы двух заштрихованных площадок ко всей пло-
щади кривой рассеяния замыкающего звена и вычисляется по
формуле (15), если рассеяние подчиняется' закону Гаусса.
В основе рассматриваемого метода лежит одно из известных
положений теории вероятностей, по которому возможные сочета-
Различные методы достижения точности замыкающего звена 95
ния крайних значений погрешностей всех составляющих размер-
ную цепь звеньев встречаются несравненно реже, чем средних зна-
чений, вследствие чего возможный процент изделий, имеющих вы-
ход погрешностей замыкающего звена за пределы требуемого до-
пуска, обычно крайне мал.
Дополнительные затраты труда и средств на исправление не-
большого количества изделий, вышедших за пределы допуска,
в подавляющем большинстве случаев малы по сравнению с эко-
номией труда и средств, получаемой за счет изготовления, состав-
ляющих звеньев с большими величинами допусков.
Вследствие изложенного рассматриваемый метод обладает нео-
споримыми преимуществами по сравнению с предыдущим. Это
преимущество возрастает по мере повышения требований к точ-
ности замыкающего звена и увеличения количества звеньев в раз-
мерной цепи.
Для использования метода неполной взаимозаменяемости необ-
ходимо соблюдение двух условий:
1. Расчет величин, координат середин полей допусков или сред-
них значений должен быть сделан с использованием методики
и соображений, изложенных выше, при рассмотрении метода пол-
ной взаимозаменяемости. При этом для расчета координат середин
полей допусков должна применяться формула (36). Для расчета
величин допусков можно воспользоваться правилом теории вероят-
ностей о квадратичном сложении средних квадратических откло-
нений независимых случайных величин. Поскольку допуск замы-
кающего звена ограничивает поле рассеяния погрешностей, по-
рождаемых совокупным действием составляющих звеньев, рассма-
триваемых при этом в качестве независимых случайных величин,
то можно написать:
т—1
<Тд =	• • • + ^т-1 = 2	•	(^2)
г-1
Обозначим через t коэффициент риска, обусловливающий зна-
чение интеграла [см. формулы (15) и (16)], определяющего про-
цент выхода получаемых значений замыкающего звена за требуе-
мые пределы установленного допуска у партий изделий или изго-
товляемых деталей.
Поскольку ti представляет в общем случае отношение установ-
ленного допуска к удвоенной величине среднеквадратического
отклонения О/ (см. стр. 72), т. е. h —	, то, определяя = и
подставляя эти значения в формулу (42), получаем
m — i
96
Основы достижения качества машины
или, после сокращения,
m —1
Хк	(43)
t д	4**1
i=l
Обозначив —-через X/, получаем формулу для расчета величин
допусков при использовании метода неполной взаимозаменяемости
т~1 -
Л2
(44)
i=i
где бд — допуск исходного или замыкающего звена;
/д — коэффициент риска, характеризующий процент выхода
значений замыкающего звена за пределы установленного
на нем допуска 6Д;
А/ — коэффициент, характеризующий выбираемый теоретиче-
ский закон рассеяния г-го составляющего звена.
Вначале, как и раньше определяется средняя величина до-
пуска составляющих звеньев, для чего формула (44) переписы-
вается в более удобном виде:
dfP=--	.	(45)
<д/^р(т-1)
Зная величины 6Д и т и задаваясь величиной риска, по кри-
вой рис. 42 или по данным на стр. 72 определяют 'коэффициент
риска /д. В зависимости от предполагаемого технологического
процесса и условий, в которых он может протекать, выбирают
закон рассеяния составляющих звеньев и в соответствии с этим
значение К’ср.
С достаточной для большинства практических случаев точно-
стью можно использовать следующие значения 1):
Л) = */3 в тех случаях, когда выбирается закон равной вероят-
ности или о законе рассеяния нельзя сделать никаких
определенных предположений;
К = если выбирается закон рассеяния, близкий к тре-
угольнику или закону Симпсона;
s= */, при выборе закона рассеяния, близкого к закону
Гаусса.
При более точных расчетах, когда есть основания выбирать
другие законы рассеяния, коэффициент может быть найден из
равенства
а?
К =	(46)
Различные методы достижения точности замыкающего звена 97
Если принять величину риска равной 0,27% (в этом случае
t = 3, см. стр. 72) и для замыкающего звена — закон рассеяния
Гаусса, то
А»?
=	(47)
Для определения величины Л} по формуле (47) можно восполь-
зоваться значениями коэффициента k, приведенными в сводной
таблице, разработанной Н. А. Бородачевым для различных зако-
нов рассеяния [15].
Формула (44) является приближенной, причем степень прибли-
жения увеличивается с возрастанием количества звеньев в раз-
мерной цепи и приближением законов рассеяния составляющих
звеньев к закону Гаусса. Поэтому формулой (44) можно пользо-
ваться при количестве звеньев в размерной цепи (т — 1)^3,
если выбирается закон рассеяния Гаусса для составляющих зве-
ньев; при количестве звеньев (tn — 1)^4, если выбирается закон
рассеяния, близкий к треугольнику, и при количестве звеньев
(т — 1)	6, если выбирается закон рассеяния, близкий к равной
вероятности.
Для иллюстрации сказанного рассмотрим пример.
Дано: бд = 0,05 мм; tn = 7. Задаемся величиной риска 0,27%,
которому соответствует значение t = 3.
Полагаем, что
S1 = 62 = • • • = &т-1
И	— Х-2 — . .. —	•	(48)
Из формулы (45) находим:
при Кр=^ —
6Л	0,05 1
бср = — f — - j— ==------— = 0,012 мм
3 У2
при Кр = -^
бл	0,05 1
= —-7=== —---- ~7= = 0,018 мм;
3/1’
.. 1
ПрИ КСр-д’
	
0,05 , Г~^
=-^- у 4=0,02° мм
<д/^(т-1)
4 Балакшин
98
Основы достижения качества машины
При использовании метода полной взаимозаменяемости для ре-
шения той же самой задачи средний допуск было бы необходимо
иметь равным
дср =	= 0,008 мм.	(49)
Из рассмотренного примера видно, что использование метода
неполной взаимозаменяемости позволяет устанавливать значительно
большие по величине допуски на все составляющие звенья по срав-
нению с допусками при использовании метода полной взаимозаме-
няемости.
Это относительное увеличение средней величины допуска легко
получается из соотношений (45) и (35):
/? = —= — 1 /	(50)
<дКЦ,0п-1) «-1 V КР
Для рассмотренного примера эти значения приведены в табл. 3.
Таблица 3
Относительное увеличение R средней величины допуска
в зависимости от процента риска и X'
Процент риска	^ср	R	Процент риска	^ср	R
0,27	1/3 1/6 1/9	1,41 2 2,45	1	1/3 1/6 1/9	1,65 2,35 2,85
Рассмотренные примеры иллюстрируют основное преимущество
метода неполной взаимозаменяемости — возможность установления
значительно больших допусков на составляющие звенья размерной
цепи по сравнению с допусками при использовании метода полной
взаимозаменяемости. Это обстоятельство значительно упрощает и де-
лает более экономичным изготовление деталей, входящих своими
размерами или поворотами поверхностей в качестве составляющих
звеньев в размерные цепи.
После расчета средней величины допуска по формуле (45),
найденное значение корректируют исходя из экономичности изго-
товления надлежащих звеньев размерной цепи.
При использовании метода неполной взаимозаменяемости для
одновременного решения нескольких задач у одного и того же
изделия или на одном и том же объекте необходимо учитывать,
Различные методы достижения точности замыкающего звена 99
что общий процент риска может быть больше любого из частных
значений процентов риска, принятых при расчете допусков для
каждой из размерных цепей.
Действительно, если приняты следующие значения риска (в долях
единицы): qt— для первой, q2— для второй,..., qs — для s-й
размерной цепи, то на основании теоремы об умножении вероят-
ностей общая величина риска будет
Q(s) = 100 [ 1 —(1 - qt) (1 - q2)... (I - <fc)]% =
= ЮоГ1 — П(1-<?,)]%.	(51)
L	i = [	J
Например, при одновременном использовании метода неполной
взаимозаменяемости для достижения точности в трех размерных
цепях изделия или объекта общая величина риска
Q3=100((7i + ^ + ^3) —
- (717г + 717з + <Мз) + 717г7з] %•
Расчет возможной величины поля рассеяния замыкающего звена
и процента выхода его значений за пределы установленного допуска
у партии изделий или деталей. Равенство (44) можно использовать
и для расчета возможной погрешности <од замыкающего звена раз-
мерной цепи при той или иной принятой величине риска и изве-
стных полей рассеяния и характера (т. е. значений Xj) рас-
сеяния всех составляющих звеньев.
Для этого достаточно в равенстве (44) обозначения допусков
(6;) заменить обозначениями полей рассеяния (©,) и переписать
его в таком виде:
(Од — 7 д
т — |
У, X/(OL
«===1
(52)
Заменяя в равенстве (44) обозначения полей допусков всех
составляющих звеньев обозначениями их полей рассеяния и ре-
шая выражение (44) в отношении 7д, получим для частного случая,
когда Дид = Дод:
=	(53)
/ т— 1
V г?!
Равенство (53) позволяет определить возможный процент вы-
хода объектов за установленные пределы допуска при известных
4*
100
Основы достижения качества машины
величинах полей рассеяния и характере кривых рассеяния всех
составляющих размерную цепь звеньев.
Например, при заданных 6Д = 0,18 мм, т = 5 и известных
oh = 0,05 мм, о)2 = 0,1 мм, ®3 = 0,2 мм, о>4 = 0,08 мм, =
— ^2=4-; Х3 = v и Xi = 4- получаем
О	О	У
.	0,18	1 л 1 *7
1д = _--^1=з= 1,417.
/0,01613
По кривой на рис. 42 при /д = 1,417 находим возможный про-
цент выхода изделий, у которых погрешности окажутся за пре-
делами допуска (6Д = 0,18 мм), равным около 15,7%.
Использование рассматриваемого метода по сравнению с методом
полной взаимозаменяемости, как правило, более экономично,
особенно для достижения точности в многозвенных размерных
цепях.
Практически этот метод объективно имеет место при решении
самых различных задач, когда в каждую из размерных цепей
включаются составляющие звенья без какого-либо выбора, подбора
или изменения их величин. Так, при обработке деталей на стан-
ках в размерные цепи системы СПИД все звенья при обработке
каждой детали включаются, как правило, с соблюдением пере-
численных выше условий (если не производится подналадка системы
СПИД). Благодаря этому точность обрабатываемой детали, как
замыкающего звена надлежащих размерных цепей, получается
выше той, которая могла бы получиться, если бы все погрешности
суммировались по крайним значениям.
Метод групповой взаимозаменяемости. Сущность метода заклю-
чается в том, что требуемая точность исходного — замыкающего
звена достигается путем включения в размерную цепь составляю-
щих звеньев, принадлежащих к одной из групп, на которые они
предварительно рассортированы.
Рассмотрим вначале использование метода для достижения тре-
буемой точности изделия (машины, сборочной единицы и т. д.).
Предположим, что на исходном — замыкающем звене одной из
размерных цепей требуется обеспечить точность размера в пре-
делах допуска бд.
Попробуем решить задачу с использованием метода полной взаи-
мозаменяемости. В этом случае, средняя величина допуска каждого
из составляющих звеньев определилась бы из равенства
._____
° ср — т _ 1 •
Предположим, что обработка с такой величиной допуска в дан-
ных производственных условиях оказалась не экономичной или
Различные методы достижения точности замыкающего звена
101
физически невозможной и для решения задачи приходится исполь-
зовать метод групповой взаимозаменяемости.
Для этого среднюю величину допуска 8ср увеличивают в п
раз и получают тем самым так называемый производственный
допуск
^ср — П$ср*
(54)
Исходя из величины 6'ср устанавливают допуски 6J, 6^,...,
на каждое из звеньев размерной цепи обрабатываемых дета-
лей и выдерживают откло-
нения размеров в преде-
лах вновь установленных
производственных допус-
ков. После обработки раз-
меры всех деталей прове-
ряют точным измеритель-
ным инструментом и годные
детали внутри каждого
типоразмера сортируют
(вручную или автомати-
чески) на п групп. Со-
бирая изделия из дета-
лей, принадлежащих к со-
ответственным группам,
получают тем самым тре-
буемую точность замы-
кающего звена у всех из-
делий.
Рассмотрим использо-
вание рассматриваемого
Рис. 59. Схема достижения точности мето-
дом групповой взаимозаменяемости при ра-
венстве допусков составляющих звеньев
метода для достижения тре-
буемой точности исходного звена трехзвенной размерной цепи,
поскольку любую многозвенную размерную цепь всегда можно
привести к трехзвенной путем суммирования размеров звеньев
в каждой из ветвей размерной цепи.
На рис. 59 схематически показана трехзвенная размерная цепь
отверстие — вал — зазор, на составляющие звенья которой уста-
новлены производственные допуски 6о и 6«, полученные путем
корректировки среднего производственного допуска б^р, установ-
ленного из равенства (54). В результате корректировки оказалось,
что 8о>8сР> б«.
Для того чтобы все изделия после сборки правильно выпол-
няли свое служебное назначение, необходимо чтобы средняя вели-
чина зазора Доср в каждой из п группы была одинакова.
102
Основы достижения качества машины
Из рис. 59 видно, что средняя величина зазора Аср1 изделий,
собранных путем соединения деталей 1-й группы, равна
Acpi = Док> +Aoie = 2“M + y(55)
В результате сборки деталей k-й группы средняя величина за-
зора получается равной
Дер* = Ло*о - Доке = (k - 1) 60 + % + zr + б, - (k - 1) de-1 =
= (^-1)(б0-бв) + 2Г + %+т = Д1ср + (*-1)(б0-бв). (56)
Для того чтобы все изделия после сборки правильно выполняли
свое служебное назначение, необходимо, чтобы средние зазоры Аср
в каждой из п групп были равны, т. е.
Ах ср ~ Дг ср = • • • = А* ср • • •= Д« ср-	(57)
Приравнивая А1ср = А* ср и подставляя из выражения (55) и (56)
их значения, получаем
г~Л + ^ + ^ = (Л- 1)(60-6,)+гГ+^+^
или, после преобразования,
(А — 1) (б0 — 6в) = 0.	(58)
Для соблюдения равенства (58) при п группах, т. е. при £_>1
необходимо, чтобы
60 —6в = 0 или 6О = 6„.	(59)
Следовательно, для получения требуемой средней величины за-
зора &ср у изделий, собранных из деталей каждой из группы, не-
обходимо установить равные величины допусков на составляющие
звенья трехзвенной размерной цепи.
Выше, при установлении производственных допусков было при-
нято условие 60>6в. При обратном условии, т. е. при 6в >60 ве-
личина среднего зазора для группы получится равной
&kcp= Afl*e	Agio= Ajcc — (k	1) (6e — 60).	(60)
Из равенств (56) и (59) следует, что при установлении различ-
ных по величине допусков на составляющие звенья трехзвенной
размерной цепи средняя величина зазора Дср для случая 6О^>68
Различные методы достижения точности замыкающего звена
103
от группы к группе будет возрастать; для случая 64 она будет
убывать.
Вследствие изложенного, по мере увеличения порядкового но-
мера группы, при 68	60 средняя величина зазора будет не только
постепенно уменьшаться, но при некоторых соотношениях 6‘ и 60,
перейдя через нуль, может даже превратиться в натяг.
Из рис. 60 видно, что в случае установления одинаковых ве-
личин допусков на составляющие звенья трехзвенной размерной
Рис. 60. Схема достижения точности методом
групповой взаимозаменяемости при неравенстве
допусков составляющих звеньев
цепи средние величины зазора в изделиях, собранных из деталей
любой группы, получаются равными, т. е. соблюдаются требо-
вания получения всех изделий, отвечающих своему служебному
назначению.
Действительно, средняя величина зазора ДсрД замыкающего
звена размерной цепи при 60 = 6в для изделий, собранных из
деталей первой группы, равна
Д1С₽Д = Дою+^0в= ^ + 21ял + у ==г1иж + ^о = 21ял< + ^в'	(61)
для изделий, собранных из деталей группы k:
д — Ло*о — ^олв = (^ — О ~г у + z1HM + 6в — (k — 1) 6в —
- 7 =	1)б0 + ^ + 6,-(6-1)60-^ =
= г1нм + б0 = г1нм + 6в-	(62)
104
Основы, достижения качества машины
При переходе от трехзвенной размерной цепи к многозвенной,
каждое из составляющих звеньев At и А2 трехзвенной размерной
цепи можно рассматривать как сумму звеньев, составляющих одну
и другую ветви многозвенной размерной цепи. При этом одна ветвь
будет состоять из увеличивающих, другая из уменьшающих зве-
ньев, т. е.
k
^14” ^2 + • • • +	~	(63)
1
i
Л2 =	•♦ + £/== 2	(64)
л-Н
Если каждое из составляющих звеньев Аг и Л2 трехзвенной
размерной цепи рассматривать как исходные размерных цепей [урав-
нения (63) и 64)J, то исходя из теории размерных цепей при уста-
новлении допусков на все составляющие звенья необходимо (при
методе полной взаимозаменяемости) использовать равенства
1
Л-1-1
(65)
Учитывая равенства (59) и (65), можно сказать, что при использо-
вании метода групповой взаимозаменяемости для получения тре-
буемой точности замыкающего звена многозвенных размерных це-
пей необходимо соблюдать условие, при котором сумма допусков
всех увеличивающих звеньев размерной цепи должна быть равна
сумме допусков всех уменьшающих звеньев1, т. е.
а /
(66>
< = I	*4-1
Следовательно, на каждое из увеличивающих или уменьшающих
звеньев можно устанавливать разные по величине допуски, если
соблюдается условие (66).
При этом, однако, сохраняет свою силу и условие (54): необ-
ходимость увеличения каждого из установленных допусков всех
звеньев обеих ветвей в одинаковое число раз для получения про-
изводственных допусков, с тем чтобы после обработки сортировать
все детали на надлежащее количество групп. Так, например, для
1 Условие было выведено Л. А. Глейзером.
Различные методы достижения точности замыкающего звена
105
достижения требуемой служебным назначением средней величины
зазора Дср = 0,15 (звено Лд) между проставочным кольцом 1
и втулкой корпуса 2 (рис. 61) с использованием метода группо-
вой взаимозаменяемости необходимо установить следующие до-
пуски на составляющие звенья.
Определяем среднюю величину
допуска исходя из заданного до-
пуска зазора бд ~ 0,1 мм:
8СР = -^-7 =	= 0,025 мм.
ср т — 1	4	’
Увеличиваем 8ср в 5 раз, т. е.
принимаем п 5; тогда средняя
величина производственного до-
пуска
б^р = 0,125 мм.
Полагая, что проставочные Рис. 61. Схема размерной цепи,
кольца (звенья Лх и Л3) М0Ж- определяющей величину зазора Лд
но изготовить с отклонениями,
не выходящими за пределы допуска, бЛ1 = бд, = 0,05 мм.
По условию (66) требуется, чтобы
6да + бд8 + &At = бд4.
Зная величину производственного допуска исходного звена и со-
блюдая условие (66), получаем
6да + бд, + бД1 = бд4 = ~ бдд.	(67)
Из выражения (67) определяется значение допуска звена Л4
бд4 = ~ бдд = у -0,1 -5 = 0,25 мм.
Тогда, подставляя величины установленных допусков в урав-
нение (67), получаем
бд3 + бд2 + 6Д1 = бд4;
0,05+ бд2 +0,05 = 0,25,
откуда
6д2 = 0,15.
Проверяя условие (66), получаем бд, + бд2 + бЛ1 = бд4 или,
подставляя значения 0,05 + 0,15 + 0,05 = 0,25, убеждаемся, что
допуски на все составляющие звенья установлены правильно.
106
Основы достижения качества машины
Для сортировки деталей на пять групп устанавливаем предель-
ные отклонения (верхнее Дв и нижние Ди) размеров каждой из
деталей согласно данных табл. 4.
Таблица 4
Предельные отклонения на размеры деталей в мк
Группы	Звенья размерной цепи									
	А1		^2		Аз							лд	
	4в		%	4«	4«	4к	4,	4«	%	д н
/	—40	—50	—20	—50	—40	—50	+50	0	+200	+ 100
II	—30	—40	+10	—20	—30	—40	+100	+50	+200	+ 100
III	—20	—30	+40	+ 10	—20	—30	+150	+ 100	+200	+ 100
IV	—10	—20	+70	+40	—10	—20	+200	+150	+200	+ 100
V	0	—10	+ 100	+70	0	—10	+250	+200	+200	+ 100
Средняя величина зазора в каждой из групп получается равной
д1р_^±^ =	=150 «
или Дср = 0,15 мм.
Из изложенного видно, что внутри каждой из групп требуемая
точность замыкающего звена получается методом полной взаимо-
заменяемости, вследствие чего рассматриваемый метод и получил
название групповой взаимозаменяемости.
Из равенства (54) следует, что при = 6j = ... = точ-
ность замыкающего звена размерной цепи, получаемая методом
групповой взаимозаменяемости, может быть в п раз увеличена по
сравнению с точностью, получаемой при разрешении той же задачи
при прочих равных условиях, с использованием метода полной
взаимозаменяемости.
Действительно, если изготовить детали с наивысшей достижи-
мой точностью, измерить их размеры и рассортировать на несколько
групп п, то сборкой соответственных групп точность замыкающего
звена будет повышена в п раз.
В ряде случаев этот метод является единственным для дости-
жения наиболее высокой точности исходного замыкающего звена.
Это основное преимущество метода групповой взаимозаменяе-
мости используется для достижения повышенной точности таких
изделий, как прецизионные шарико- и роликоподшипники, соеди-
нения пальцев и поршней двигателей, шпиндельных блоков много-
шпиндельных автоматов и т. д.
Добавочные расходы, связанные с необходимостью измерения
всех деталей точным измерительным инструментом вручную или
Различные методы достижения точности замыкающего звена 107
автоматически с сортировкой, хранением и доставкой деталей от-
дельными группами на сборку, должны окупаться за счет эконо-
мии, получаемой от обработки деталей по широким, экономически
достижимым допускам.
При использовании метода групповой взаимозаменяемости тре-
буемая точность размера замыкающего звена характеризуется ве-
личиной 6Д и, следовательно, допусками на размеры, устанавли-
ваемые из равенства 8ср = -	, а не величинами расширенных
производственных допусков 6сР = &срП- В соответствии с этим до-
пуски, устанавливаемые на относительный поворот поверхностей,
ограничивающих размер, отклонения формы и шероховатость всех
составляющих звеньев, должны устанавливаться меньше среднего
расчетного допуска 8ср (а не производственного 6'ср). Без соблюде-
ния этого условия использовать метод групповой взаимозаменяе-
мости не представляется возможным.
Если производственный допуск 8'ср, обусловливаемый данными
производственными условиями, принять за постоянную величину,
а число групп п и требуемый допуск 8ср считать переменным, то
равенство 8'ср = пбъ системе координат 6ср — п изобразится в виде
равносторонней. гиперболы. Это значит, что точность соединения
по мере увеличения числа групп п возрастает вначале быстро,
а затем все медленнее.
Следовательно, чтобы метод групповой взаимозаменяемости дал
наибольший технико-экономический эффект, необходимо стремиться
к тому, чтобы при требуемом расчетном допуске 8ср число групп
было наименьшим. Другими словами, производственный допуск 8ёр
следует брать наименьшим, экономически достижимым в данных
производственных условиях.
Это обстоятельство диктуется также приведенными выше тре-
бованиями к установлению допусков на относительный поворот
поверхностей, отклонения от правильной геометрической формы
и шероховатость.
Одним из существенных условий экономичного использования
рассматриваемого метода является соблюдение у составляющих зве-
ньев, получаемых в результате обработки, следующих условий:
равенства величин и знаков смещения |0 — £в середин полей рас-
сеяния относительно середин полей допусков и идентичности кри-
вых рассеяния.
Без соблюдения этих условий в каждой группе может оказаться
различное количество составляющих звеньев, что исключит воз-
можность сборки всех изделий партии с обеспечением требуемой
точности.
При соблюдении указанных выше условий в каждой из групп
получается одинаковое количество составляющих звеньев
108
Основы достижения качества машины
что характеризуется равенством заштрихованных площадей.
(рис.62,а). Из рис. 62, б видно, что при нарушении заданных усло-
вий количества составляющих звеньев в каждой из групп полу-
чаются различными. На рис. 62, б это характеризуется тем, что
площади кривых у групп под одинаковыми номерами не равны.
Экономичность использования метода групповой взаимозаменяе-
мости значительно сокращается в тех случаях, когда одна и та же
Рис. 62. Схема, показывающая влияние
идентичности кривых рассеяния на собирае-
мость изделий
Рис; 63. Калибры для *
сортировки деталей на
группы по размерам
отверстия
деталь или несколько деталей изделия или объекта участвуют одно-
временно двумя или большим количеством своих размеров или
других характеристик в качестве составляющих звеньев размерных
цепей, требуемая точность которых должна получаться этим мето-
дом.
Необходимость точных измерений всех деталей для их сорти-
ровки по группам порождает дополнительные затраты, чем также
снижается экономичность использования метода.
Для измерения размеров и сортировки деталей по группам
используются конические или ступенчатые калибры и ступенчатые
скобы (рис. 63). Например, детали, в отверстия которых ступен-
Различные методы достижения точности замыкающего звена
109
чатый калибр входит ступенью Д, откладываются в группу А;
детали, в отверстия которых калибр входит ступенью Б, откла-
дываются в группу Б и т. д. Детали, в отверстия которых калибр
не входит или входит ступенями с надписью «брак», отбраковы-
ваются. В условиях массового производства процесс измерения
и сортировки деталей на группы выполняется автоматически.
Использование метода групповой взаимозаменяемости требует
очень четкой организации измерения, сортировки, хранения, транс-
портирования и сборки деталей. Малейшая путаница в виде по-
падания деталей из одной группы в другую исключает возмож-
ность получения требуемой точности. Поэтому все рассортирован-
ные по группам детали обычно маркируются условными знаками
или раскладываются в специальную тару для хранения и пере-
возки.
Из изложенного следует, что для технико-экономического ис-
пользования метода групповой взаимозаменяемости необходимо со-
блюдение следующих основных условий:
1)	установление наименьших экономически достижимых произ-
водственных допусков (это значит, что при требуемой величине
6ср надо брать возможно меньшую величину п):
2)	установление допусков на относительный поворот поверхно-
стей, отклонения от теоретической геометрической формы и шеро-
ховатость поверхностей меньшими, чем расчетные (а не расширен-
ные) допуски на размер;
3)	равенства величин и знаков смещения середин полей рас-
сеяния относительно середин полей допусков всех составляющих
звеньев; желательно этих смещений не иметь совсем;
4)	идентичность кривых рассеяния у всех составляющих раз-
мерную цепь звеньев;
5)	четкость организации измерения, хранения и перевозки де-
талей по группам в целях исключения путаницы.
Целесообразность использования метода групповой взаимозаме-
няемости должна решаться в каждом отдельном случае на основе
технико-экономического расчета.
Обычно рассматриваемый метод используется для достижения
наиболее высокой точности замыкающих звеньев малозвенных раз-
мерных цепей в шарикоподшипниковой промышленности, в соеди-
нениях поршней и пальцев авиационных и автомобильных двига-
телей и т. д.
Использование метода групповой взаимозаменяемости для до-
стижения требуемой точности деталей, обрабатываемых на техно-
логических системах СПИД, будет рассмотрено ниже.
Метод пригонки. Сущность метода пригонки заключается
в том, что требуемая точность замыкающего звена достигается
в результате изменения величины одного из заранее намеченных
но
Основы достижения качества машины
составляющих звеньев путем снятия с него необходимого слоя ма-
териала.
При использовании метода пригонки на все составляющие звенья
размерной цепи устанавливаются экономично достижимые в данных
производственных условиях допуски. В соответствии с этим допуск
замыкающего звена также окажется увеличенным, так как
т — 1
И bi.
i == 1
Следовательно, для достижения требуемой точности замыкаю-
щего звена, характеризуемой допуском бд, необходимо удалить
из размерной цепи получающуюся лишнюю величину отклонения,
которая получила название «величины компенсации».
При установленных величинах допусков на все составляющие
звенья наибольшая возможная величина компенсации 6К опреде-
ляется из равенства
т — 1
бе=б;-бд=	(68)
<=1
где 6Д — допуск исходного замыкающего звена, определяемый слу-
жебным назначением или поставленной задачей;
6д — возможный допуск замыкающего звена, получаемый при
назначении экономически достижимых допусков на все
составляющие звенья;
6/ — экономически достижимый допуск i-го составляющего
звена;
т — общее количество звеньев размерной цепи.
Удаление излишнего отклонения из размерной цепи осуществ-
ляется за счет изменения величины заранее выбранного состав-
ляющего звена, получившего название компенсирующего *.
Правильный выбор компенсирующего звена оказывает решаю-
щее влияние на экономичность достижения требуемой точности за-
мыкающего звена при использовании для этой цели метода пригонки.
В качестве компенсирующего звена не следует выбирать звено,
принадлежащее одновременно нескольким параллельно связанным
размерным цепям. При нарушении этого условия возникают по-
грешности, «блуждающие» из одной размерной цепи в другую.
Например, из схемы, приведенной на рис. 64, видно, что при
выборе общих звеньев Л8 = Б&; Аг= Б3, Б3 = Г3; Б3 = Г4;	=
1 На схемах размерных цепей компенсирующие звенья удобно для нагляд-
ности заключать в прямоугольник | Л4 |	| и т. д.
Различные методы достижения точности замыкающего звена
111
= Г5 и /\ = В8 в качестве компенсирующих, погрешность, воз-
никающая в размерной цепи А и компенсируемая изменением ве-
личины одного из звеньев А3 — Б& или А2 = Бв, переходит в зна-
чительной части в размерную цепь Б. То же происходит и при
достижении требуемой точности в каждой из последующих раз-
мерных цепей. Погрешность, возникающая в размерной цепи А,
переходя из одной размерной цепи в другую, постепенно возрастает,
увеличивая тем самым трудности и трудоемкость ее компенсации.
При выборе в качестве компенсирующих звеньев, не являю-
щихся общими, погрешность в каждой размерной цепи компен-
Рис. 64. Схема параллельно связанных размерных цепей
сируется независимо. Так, если в той же размерной цепи А (рис. 64)
в качестве компенсирующего звена использовать одно из звеньев А,,
А4 или Л5, то никакой дополнительной погрешности в размерную
цепь Б не перейдет.
Чтобы при всех обстоятельствах обеспечить осуществление при-
гонки за счет заранее выбранного компенсирующего звена, необ-
ходимо:
1)	установить экономичные в данных производственных условиях
величины полей допусков и координаты середин полей допусков
на все составляющие звенья;
2)	расположить середину поля допуска выбранного компенси-
рующего звена относительно его номинала так, чтобы обеспечить
на детали, играющей роль компенсирующего звена, минимально
необходимый слой материала (припуск на пригонку), достаточный
для компенсации максимально возможной погрешности в размер-
ной цепи (другими словами, максимальной величины компенса-
ции 6J;
3)	не допускать при обработке деталей погрешностей, выходя-
щих за границы установленных допусков.
Несоблюдение хотя бы одного из этих трех условий приводит
к случайному выбору компенсирующего звена и в связи с этим
112
Основы достижения качества машины
Рис. 65. Схема определения поправки к зна-
чению координаты середины поля допуска
компенсирующего звена
к увеличению трудоемкости, продолжительности пригоночных
работ, а нередко и к снижению качества.
Для соблюдения второго условия при расчетах и уста-
новлении экономичных допусков необходимо вносить дополни-
тельную поправку к значению координаты середины поля
допуска компенсирующего
звена.
Величина поправки Дк,
как видно из схемы, при-
веденной на рис. 65, опре-
деляется из равенства
~ До Ах + Лд + Дод2 +
। ^Л2 ДНО .
Подставляя в это выра-
жение значение
бд + До Al +
+ Лд + До Ag +
после преобразования получаем
бд бд
== (До А1 + До Д2) — (До Д1 + До Ag) + ~~2-2^
Так как
бдд бдд = 6#,
то
Д« — у + (До Al + До Ag) — (До Al + До А2),	(69)
где	Дк — поправка к координате середины расширен-
ного поля допуска (6') компенсирующего звена;
Д()А1 и Дэд2 — координаты середин полей расширенных до-
пусков;
ДоЛ1 и Дод2 — координаты середин полей расчетных допусков
при решении задачи методом полной взаимоза-
меняемости.
Входящие в формулу (69) координаты середин полей допусков
могут увеличивать или уменьшать величину замыкающего звена Лд
трехзвенной размерной цепи Лх + Лд — Л2 = 0.
Если координата середины поля допуска увеличивает замыкаю-
щее звено, перед ней должен ставиться знак плюс; если умень-
шает — знак минус.
Различные методы достижения точности замыкающего зеена 113
Учитывая изложенное, формулу (69) можно преобразовать в фор-
мулу, пригодную для решения задачи в общем виде:
Дк = ^ + (± До л, ± Д# л,) - (± До л. ± А» л,).	(70)
Так как каждая многозвенная размерная цепь может быть при-
ведена к трехзвенной отдельным суммированием увеличивающих
и уменьшающих звеньев, то величины координат середин полей
допусков трехзвенной цепи могут рассматриваться как алгебраи-
ческие суммы координат середин полей допусков указанных выше
звеньев, т. е.
^0Ai+ У Доп Л&А1= У АоЬ
i = 1	i — 1
m — I	m — 1
Дод2 = У Ao/J Доа2= У Ao/*
i ~ n -j- 1	л -f- 1
В соответствии с этим формула (70) может быть записана в ином
виде:
(п	т—1	\ / п	т~।	\
± 2	2	А«« - ± 2	2	(71)
i = 1	n-f-1	/ \ i = 1	n-4-1	/
где п — общее количество увеличивающих звеньев;
т — общее количество всех звеньев размерной цепи.
При пользовании формулой (71) необходимо правильно выби-
рать знаки перед каждой из сумм, исходя из указанного выше
правила.
Анализ равенства (70) показывает, что в случае симметричного
расположения расчетных величин допусков 6г, т. е. когда Д^л, =
= 0; Д^л2 = 0; Дол, = 0 и Д0л2 = 0, равенство (70) получает наи-
более простой вид:
А = ^.	(72)
Рассмотрим пример. Необходимо соединить шпонку с пазом
детали; требуемая точность замыкающего звена (в данном случае
допуск зазора) 6Д = 0,015 мм.
При решении задачи методом полной взаимозаменяемости было
бы необходимо установить допуск на ширину шпонки 6л, = 0,005 мм
и на ширину паза 6л2 = 0,01 мм, что схематически показано на
рис. 66, а. Предположим, что обрабатывать детали с такой точно-
стью неэкономично, и для достижения требуемой точности зазора
используется метод пригонки. Установим на размеры А и Аг эко?
114
Основы достижения качества машины
комичные величины допусков бд_ — 0,015 мм и бд2 = 0,03 мм
(рис. 66, 6). Выберем в качестве компенсирующего звена ширину
шпонки Лъ так как пригонка этого звена проще и экономичнее,
Рис. 66. Схема достижения точности
замыкающего звена методом пригонки
чем пригонка паза. Для соблю-
дения приведенных выше усло-
вий необходимо внести поправку
к величине координаты середины
вновь установленного допуска
бд2, определяемую из равенств
(69) и (71). Учитывая, что все
четыре координаты середин по-
лей допусков увеличивают замы-
кающее звено, берем их со зна-
ком плюс:
Ак = ^ + (Аод,+ Д»д,) —
— (Дел, + Д»д,)>
Дк = 0,015 + (0,0075 + 0,15) —
— (0,0025 + 0,005);
Д<( = 0,03 мм.
Увеличиваем на эту вели-
чину координату середины поля
допуска бд„ как это схемати-
чески показано на рис. 66, в.
При этом будут выдержаны два
первых условия.
Действительно, на рис. 66, а
видно, что
лхб=лг+бд.+бд,=
= ЛГ + 0,015 мм.
Из рис. 66, б значение Лд6 определится из равенства
Л£б = Л Г + бд, +	- Д, +	= ЛГ + 0,03 + 0,0075 -
— 0,03 + 0,0075 = ЛГ+ 0,0015 лм<.
Таким образом, величина Лд6 сохранилась, и на компенси-
рующем звене имеется необходимый и достаточный слой материала
для компенсации всех излишних возможных погрешностей замы-
кающего звена.
Различные методы достижения точности замыкающего звена
115
Основным преимуществом метода пригонки является возмож-
ность изготовления деталей с экономичными для данных производ-
ственных условий допусками. Первым наиболее существенным не-
достатком метода является необходимость выполнения добавочных
работ, связанных с пригонкой компенсирующих деталей или их
изготовлением «по месту», причем в подавляющем большинстве
случаев эти работы выполняются вручную. Пригоночные работы
слагаются из двух операций:
1) проверки погрешностей расстояний, размеров, относительных
поворотов и т. д., образующихся на замыкающем звене каждой
размерной цепи;
2) удаления лишних погрешностей снятием слоя материала
с компенсирующего звена вручную или путем механической обра-
ботки.
Опыт показывает, что для выполнения этих операций тре-
буется рабочий достаточно высокой квалификации. От его умения
и навыков зависит качество пригоночных работ, т. е. достиже-
ние требуемой точности замыкающего звена по всем ее показа-
телям.
Трудности решения задачи достижения требуемой точности за-
мыкающего звена заключаются в том, что эта задача является
комплексной, так как необходимо обеспечить достижение всех по-
казателей точности в результате изменения одного звена. Например,
при обеспечении требуемой точности расстояний между исполнитель-
ными поверхностями нередко увеличивают погрешности их относи-
тельных поворотов; добиваясьтребуемой точности относительных по-
воротов, теряют точность расстояния и т. д. Существенным недо-
статком метода пригонки также являются значительные колебания во
времени, затрачиваемом на выполнение пригоночных работ. Они за-
висят от величины излишней погрешности, оказавшейся в раз-
мерной цепи данного объекта. Погрешность может, как указывалось
ранее, колебаться от нуля до 6*. Следовательно, чем больше вели-
чина 6К, тем больше амплитуда колебания времени, необходимого
на выполнение пригоночных работ.
Это обстоятельство затрудняет возможность уложить трудоем-
кость пригоночных работ в заданный такт. По этой причине метод
пригонки не рекомендуется применять при изготовлении изделий
с использованием поточных методов производства. Для сокращения
времени, затрачиваемого на пригоночные работы, и величины ампли-
туды его колебаний необходимо стремиться к установлению наимень-
ших экономически достижимых допусков на составляющие звенья,
чтобы величина была наименьшей. Сокращение времени при-
гоночных работ достигается также их механизацией и оснащением
контрольно-измерительным инструментом и различного рода при-
способлениями. Несоблюдение перечисленных выше условий при-
116
Основы достижения качества машины
водит к тому, что на намеченном компенсирующем звене часто
не оказывается необходимого для компенсации излишних погреш-
ностей слоя материала, вследствие чего рабочий сам вынужден
выбирать новое компенсирующее звено; кроме того, на каждом из
объектов возрастает амплитуда колебания величины бк'. Все это
порождает появление «блуждающих» погрешностей, увеличивает
время и продолжительность пригоночных работ, снижает качество
изделий, вносит добавочные трудности в планирование и органи-
зацию работ.
Перечисленные недостатки, свойственные методу пригонки, тре-
буют всемерного ограничения области его использования при до-
стижении точности изделия. Метод пригонки с соблюдением всех
перечисленных выше условий, по-видимому, будет еще иметь место
при изготовлении единичных изделий, у которых при большом
количестве звеньев в размерных цепях требуется обеспечить очень
высокую точность на их замыкающих звеньях.
Метод пригонки находит широкое применение при настройке
размерных цепей систем СПИД на требуемую точность обработки
деталей, при помощи ряда пробных проходов. Действительно,
путем снятия ряда слоев материала добиваются требуемой точ-
ности обрабатываемой детали, выполняющей в этом случае роль
замыкающего и одновременно компенсирующего звена размерной
цепи. В ряде случаев требуемую точность обрабатываемой детали
достигают путем доводки размера или формы режущего инстру-
мента, съемом с него необходимого слоя материала после установки
и закрепления на станке.
Метод регулировки. Сущность метода регулировки заключается
в том, что требуемая точность замыкающего звена достигается
путем изменения величины заранее выбранного компенсирующего
звена без снятия с него слоя материала.
По принципиальной сущности метод регулировки аналогичен
методу пригонки. Различие между ними заключается в способе
изменения величины компенсирующего звена, которое при методе
регулировки осуществляется двумя путями: 1) изменением положе-
ния одной из деталей (путем ее линейного перемещения или по-
ворота, или того и другого одновременно) на величину излишней
погрешности замыкающего звена; 2) введением в размерную цепь
специальной детали требуемого размера или с требуемыми
относительными поворотами ее поверхностей (угловыми отклоне-
ниями).
Детали, путем изменения положения которых достигается тре-
буемая точность замыкающего звена, получили название подвижных
компенсаторов. В ряде случаев роль подвижных компенсаторов
выполняют целые специальные устройства или даже механизмы
(примерами могут служить корригирующие устройства станков).
Различные методы достижения точности замыкающего звена
117
Специальные детали надлежащих размеров или с требуемыми
относительными поворотами их поверхностей (с требуемыми угло-
выми отклонениями), вводимые для той же цели в размерные цепи,
называются неподвижными компенсаторами.
В качестве иллюстрации изложенного на рис. 67, а схемати-
чески показано достижение требуемой точности 6Д замыкающего
звена, представляющего собой зазор Лд между втулкой корпуса 1
и ступицей зубчатого колеса 2. На рис. 67, б видно, что требуемая
точность достигается методом регулировки. Компенсирующим зве-
Рис. 67. Схема достижения точности замыкающего
звена методом регулировки с использованием подвиж-
ного компенсатора
ном является | А31. Роль подвижного компенсатора выполняет втулка
3. Достижение требуемой точности зазора осуществляется следую-
щим образом.
Детали обрабатывают с экономично достижимыми в данных про-
изводственных условиях допусками 6Л1 и 6л2. После сборки всех
деталей втулку 3 перемещают в осевом направлении до тех пор,
пока не будет достигнута требуемая точность зазора 6Д. После
этого положение втулки фиксируется при помощи стопорного винта 4.
Для этого через отверстие в корпусе засверливается отверстие во
втулке под нажимной конец стопорного винта. От степени точно-
сти фиксации положения втулки 3 (подвижного компенсатора) за-
висит и точность замыкающего звена размерной цепи.
Из рассмотренного примера видно, что в процессе сборки дан-
ного узла величина выбранного компенсирующего звена может из-
меняться путем перемещения втулки до момента ее фиксации сто-
порным винтом.
На рис. 68 показано решение аналогичной задачи с использо-
ванием неподвижного компенсатора, роль которого выполняет
специальная деталь — проставочное кольцо.
118
Основы достижения качества машины
. После предварительной сборки деталей производится измерение
расстояния, образовавшегося у данного экземпляра изделия между
ступицами зубчатого колеса и корпуса. Из этого расстояния обычно
вычитают среднюю величину требуемого зазора для определения
Рис. 68. Схема достижения
точности методом регулиров-
ки с использованием непод-
размера неподвижного компенсатора
(ширины проставочного размера А 6),
после чего монтируют на место заранее
изготовленное кольцо надлежащего раз-
мера. Таким образом достигается тре-
буемая точность замыкающего звена.
При построении самых различных
машин довольно часто приходится стал-
киваться с задачей обеспечения парал-
лельности многоопорных валиков двум
перпендикулярным плоскостям.
Примером может служить валик ме-
ханизма ускоренного перемещения ре-
вольверного суппорта станка, показан-
ного на рис. 69. Валик имеет три опоры:
в коробке редуктора 2, крепящегося
к задней стенке станины; в корпусе /
вижного компенсатора	механизма ускоренного перемещения,
крепящегося к задней торцовой стенке
каретки, и в заднем кронштейне 3, крепящемся к задней стенке
станины. Ось валика по условиям служебного назначения меха-
низма должна быть параллельна в двух перпендикулярных пло-
скостях направляющим станины.
Рис. 69. Схема расположения трехопорного валика ускоренного хода
револьверного станка
На рис. 70 описанная конструкция дана в виде схемы в одной
из плоскостей (горизонтальной). Линией х—х обозначена ось приз-
матической направляющей станины. Линиями у—у, г—ги £—£ обозна-
чены следы плоскостей разъема опор валика с задней стенкой
станины и кареткой. Из схемы видно, что параллельность оси
Различные методы достижения точности замыкающего звена
119
вращения валика направляющей станины может быть достигнута
при помощи двух параллельно связанных цепей:
Лд = — Аг — Л3 + Л3 + Л4 и 5д = — Бг—Z>3 + Z>4.
Опыт показывает, что достижение требуемой точности замыкаю-
щих звеньев в такого рода размерных цепях осуществляется обычно^
методом пригонки путем дорогостоящей ручной работы.
Рис. 70. Схема достижения параллельности оси трехопориого ва-
лика направляющей станины методом пригонки
превращены в
компенсаторы,
чего для реше-
может быть ис-
метод регули-
Рис. 71. Схема достижения параллельности
оси трехопорного валика направляющим
станины путем использования подвижных
компенсаторов
Та же задача гораздо проще и значительно более экономично
решается методом регулировки. Схематически такое решение задачи
показано на рис. 71. Из схемы видно, что плоскости разъема ре-
дуктора и заднего кронштейна со станиной, т. е. двух опор валика
из трех, перенесены в плоскости, расположенные перпендикулярно
оси валика. Этим самым
обе опоры
подвижные
вследствие
ния задачи
пользован
ровки. Действительно, на
составляющие звенья мож-
но установить экономично
достижимые допуски на
размеры. Построение раз-
мерных цепей начинается
со средней опоры, отвер-
стие которой определяет расстояние оси валика от направляющей
станины (ось х—х); после этого на концы валика монтируют две
крайние опоры. Перемещая их в плоскостях, перпендикулярных
оси валика, добиваются необходимой параллельности его оси
направляющим станины, затем положение опор фиксируется кре-
пежными винтами и контрольными шпильками.
Конструкция опор валика по схеме рис. 71 показана на рис. 72.
Опыт показал, что, если время, затрачиваемое на решение этой
120
Основы достижения качества машины
задачи методом пригонки (см. схему на рис. 70), и себестоимость
операции принять за 100%, то решение той же задачи методом ре-
гулировки позволяет снизить затрачиваемое время на 42%, а се-
бестоимость операции на 51%.
Рис. 72. Конструкция, у которой две из трех опор валика выполняют
роль подвижных компенсаторов
Эта же задача может быть решена и путем расположения
опорных поверхностей всех трех опор (1—3) в трех перпендикуляр-
ных плоскостях, как это схематически показано на рис. 73.
При таком расположении опор путем перемещения каждой из
них в надлежащей плоскости можно компенсировать излишние по-
грешности отклонения от параллельности оси вращения валика
в каждой из двух перпендикулярных координатных плоскостей.
Рис. 73. Схема расположения трех опор валика в трех перпен-
дикулярных координатных плоскостях
Действительно, в плоскости чертежа расстояние оси вращения
валика от направляющей станины определяется средней опорой;
перемещением крайних опор в двух перпендикулярных пло-
скостях достигается параллельность оси вращения валика пло-
скости х—х.
Расстояние оси вращения валика от направляющей станины
в плоскости, перпендикулярной чертежу, определяется левой край-
ней опорой; перемещением двух других опор в двух плоскостях,
Различные методы достижения точности замыкающего эвена 121
перпендикулярных к первой плоскости, достигается параллельность
оси вращения валика плоскости, перпендикулярной чертежу.
При многоопорных валиках с числом опор больше трех для
решения задачи методом регулировки необходимо плоскости креп-
ления всех опор, кроме двух, располагать в плоскостях, перпен-
дикулярных оси валика, как это показано в виде двух различных
конструктивных схем опор на рис. 74.
Все «подвижные» (на время монтажа) средние опоры построены
по одной и той же схеме «угольника», позволяющей каждую из
Рис. 74. Схемы вариантов конструкций опор валика,
выполняющих роль подвижного компенсатора
опор не только перемещать в двух перпендикулярных направле-
ниях, но еще и поворачивать вокруг одной оси для компенсации
погрешностей поворотом в плоскостях опор.
Из рассмотренных примеров видно, что деталь, выполняющая
роль подвижного компенсатора, всегда должна иметь возможность
перемещаться или поворачиваться (а иногда одновременно и то
и другое) на величину наибольшей возможной величины компен-
сации б„.
Чтобы излишняя величина погрешности всегда поглощалась
за счет выбранного компенсирующего звена, в координату середины
поля его допуска необходимо вносить поправку на величину Дк,
определяемую, как и при методе пригонки, из равенств (71).
В ряде размерных цепей машин происходит изменение величин
их замыкающих звеньев вследствие изменения размеров составляю-
щих звеньев из-за износа деталей, изменений (колебаний) темпера-
туры и других причин. Когда эти изменения величин замыкающих
звеньев выходят за пределы допусков, машина прекращает нормаль-
122
Основы достижения качества машины
но выполнять свое служебное назначение, и для восстановления
работоспособности машину надо ремонтировать.
Если в такого рода размерных цепях требуемая точность до-
стигается методом регулировки при помощи подвижных компен-
саторов, то задача восстановления теряемой точности значительно
упрощается. Так, для периодического восстановления требуемой
точности зазора в размерной цепи, показанной на рис. 67, б, до-
статочно вывернуть стопорный винт 4, повернуть втулку 3, вы-
полняющую роль подвижного компенсатора, на небольшой угол,
переместить ее в направлении оси на расстояние, обеспечивающее
получение требуемого зазора замыкающего звена, засверлить новое
отверстие под стопорный винт и, завернув его, зафиксировать но-
вое положение втулки. Таким образом, в размерной цепи при
помощи регулировки достаточно точно и быстро восстанавливается
требуемая точность.
Другими примерами периодического восстановления требуемой
точности замыкающих звеньев могут служить такие размерные цепи,
как соединение суппортов и кареток при помощи ласточкина хвоста
с подвижным компенсатором в виде периодически регулируемого
клина, регулируемые опоры скольжения шпинделей станков, в ко-
торых при помощи регулировочных гаек и конических разрезных
или упругих втулок можно довольно просто периодически восста-
навливать требуемую точность зазора между шпинделем и его опо-
рами, и др.
Чтобы иметь возможность путем перемещения или поворота
подвижного компенсатора устранять погрешности, порождаемые из-
носом и другими причинами, необходимо в величину координаты
середины поля допуска компенсирующего звена, дополнительно
к поправке Дк, вносить еще поправку Дизи, которая должна алгеб-
раически суммироваться с поправкой Дк.
Периодическая регулировка подвижных компенсаторов в ряде
случаев с успехом заменяется непрерывной, обычно автоматической
регулировкой, которой, несомненно, принадлежит ближайшее бу-
дущее. Примером могут служить гидравлические опоры шпинделя
круглошлифовального станка, показанные на рис. 75. Размерная
цепь D — d — Лд = 0, при помощи которой обеспечивается необ-
ходимая для правильной работы станка точность зазора Лд, как
видно из чертежа, включает в качестве компенсирующего звена
диаметр опор шпинделя. Диаметр компенсирующего звена непре-
рывно и автоматически изменяется в целях сохранения требуемой
точности зазора Лд, изменяющегося как под влиянием колебаний
температуры, так и вследствие износа. Осуществляется это при
помощи подвижных компенсаторов, роль которых выполняют верх-
ние вкладыши 1 подшипников. К каждому из них привернуто по
два поршенька 2, которые могут, сохраняя достаточную плотность
Различные методы достижения точности замыкающего эвена
123
соединения, перемещаться в отверстиях верхней части шпиндель-
ной коробки 3, в которую под давлением подводится масло; ко-
робка 3 плотно закрыта крышкой. Через поршеньки давление
передается верхним вкладышам, которые прижимают шпиндель
к нижним вкладышам с постоянной силой. Благодаря этому тре-
буемая точность работы шпинделя непрерывно и автоматически
сохраняется в течение довольно продолжительного времени эксплуа-
тации станка.
Когда используются неподвижные компенсаторы в виде проста-
вочных колец, прокладок, втулок, фланцев, а иногда и деталей
Рис. 75. Автоматический непрерывно действующий подвижный компен-
сатор
более сложной конструкции, возникает необходимость определения
количества ступеней размеров неподвижных компенсаторов, необ-
ходимого их количества в каждой отдельной ступени, размеров
и допусков.
Число ступеней неподвижных компенсаторов определяется по
формуле
N =	(73)
где — наибольшая возможность величины компенсации, опреде-
ляемая из равенства (68);
бд — допуск исходного или замыкающего звена размерной цепи.
Изложенное схематически показано на рис. 76 на примере че-
тырехзвенной размерной цепи
+ А +1Л31 — Л2 = 0.
Из рисунка видно, что по мере уменьшения величины &к для
обеспечения требуемой точности бд замыкающего звена в размер-
124
Основы достижения качества машины
ную цепь необходимо включить неподвижные компенсаторы все
возрастающих размеров от до
Количество Р размеров неподвижных компенсаторов подсчиты-
вается из равенства
P = N+1.	(74)
Для расчета величин размеров неподвижных компенсаторов удоб-
но рис. 76 изобразить в несколько ином виде, отложив в одном
и том же масштабе по координатным осям ОХ и OY величины 6К
и бд. Тогда, задаваясь наимень-
шим размером неподвижного
компенсатора, например Д|,
легко подсчитать размеры всех
остальных:
~ Аз + бд;
дГ^л;+2бд.
Л3у, = 4 + 5бд
И т. д.
При установлении величин
допусков на размеры неподвиж-
ных компенсаторов необходимо
различать два случая.
В первом случае, определяя число ступеней N из равенства (73)
и устанавливая на каждый из размеров неподвижных компенса-
торов равные величины допусков бд3, получают в каждой из сту-
пеней некоторое количество размерных цепей, у которых требуемый
допуск бд исходного звена не будет выдержан, как это схематиче-
ски показано на примере третьей ступени (рис. 77). Действительно,
если размер неподвижного компенсатора будет наибольшим, т. е.
то при установленном на него допуске бд3 у части размерных
цепей ступени 3 размер их исходного звена может выйти за пре-
делы бд в пределах зачерченной площадки.
Аналогичное явление будет иметь место по всем ступеням не-
подвижных компенсаторов. Если, исходя из условий задачи, таким
относительно небольшим выходом замыкающего звена за пределы
допуска можно пренебречь, то установленную величину допуска
можно считать приемлемой.
Во втором случае, когда необходимо обеспечить требуемую
точность бд замыкающего звена у всех размерных цепей, как
это схематически ’ показано на рис. 78, расчет количества
Различные методы достижения точности замыкающего звена 125
ступеней неподвижных компенсаторов необходимо вести по ра-
венству
где 8КОМ — величина допуска, установленного на размер неподвиж-
ных компенсаторов.
Из равенства (75) и рис. 78 видно, что при установлении до-
пуска необходимо брать возможно меньшую величину. В противном
Рис. 77. Схема влияния допуска ком-
пенсирующего звена на точность за-
мыкающего звена
Рис. 78. Схема определения количества
ступеней неподвижного компенсатора
для получения требуемой точности
у всех собираемых изделий
случае увеличивается или возможность выхода размеров замыкаю-
щего звена за пределы допуска или возрастает количество ступе-
ней N'.
Все изложенное выше относится к размерным цепям, содержа-
щим любое количество звеньев, поскольку каждую из них можно
привести к четырехзвенной размерной цепи суммирования звеньев
в каждой из ветвей. Рис. 76 построен на базе данных примера:
бЛ1 = 0,4 мм, бд2 = 0,3 мм, 'бд — 0,1 мм, = 0,03 мм, бд =
= бдх + бд2 = 0,4 + 0,3 = 0,7 мм,
бк = б'д — бд^0,7 — 0,1=0,6 мм,
N = = = N' = у-Ч— = х-г-Ц) лх = 8,57.
Од О-1	Од— 6ком 0,1—0,03
Берем ближайшее большее целое число N' — 9 и получаем
возможность дополнительно увеличить допуск на размер неподвиж-
ного компенсатора до дК0М = И>.— ^ = 0,1 —^ = 0,036 мм.
У	У
126
Основы достижения качества машины
Если номинальный размер компенсатора А\ = 5 мм, то
л” = Лз + бд = 5 + 0,1 =5,1 мм;
Л"’= Л, 4-26д = 5 + 0,2 = 5,2 мм.
и т. д. до
А% = Л3 + 96 д = 5,9 мм.
Количество неподвижных компенсаторов в каждой ступени
размеров делается одинаковым, если о характере возможной кри-
10,15	Ю,30	l0/t5	10,00 мм
Рис. 79. Схема определения количества
неподвижных компенсаторов в каждой
из ступеней размеров
вой рассеяния размеров компен-
сирующего звена ничего не из-
вестно. В тех же случаях, когда
можно предполагать возможный
характер кривой рассеяния, ко-
личество неподвижных компен-
саторов в каждой ступени раз-
меров делается пропорциональ-
ным, соответствующим пло-
щадям, ограниченным кривой
рассеяния и двумя вертика-
лями, проведенными из точек
оси абсцисс, ограничивающих размеры смежных ступеней, как это
схематически показано на рис. 79.
Из изложенного видно, что метод регулировки имеет следую-
щие основные преимущества:
1)	возможность достижения любой степени требуемой точности
замыкающего звена при экономичных допусках на все составляющие
звенья;
2)	отсутствие каких бы то ни было пригоночных работ или ра-
бот, связанных с подбором деталей, благодаря чему затрачиваемое
на решение задачи время имеет меньшую амплитуду колебаний и
легче укладывается в такт производства;
3)	сообщает машинам и их механизмам новое свойство — воз-
можность периодически или, что более важно, непрерывно и авто-
матически сохранять требуемую точность замыкающего звена.
Эти существенные преимущества метода регулировки делают
его наиболее эффективным при решении задач достижения высокой
точности замыкающих звеньев, особенно в многозвенных размерных
цепях и в таких размерных цепях, где имеются звенья, изменяю-
щиеся по величине вследствие износа, колебаний температуры
и т. п. Опыт показывает, что широкое использование метода регу-
лировки для достижения точности современных машин не только
повышает их качество, но и обеспечивает во многих случая^
Использование рассмотренных методов
127
наименьшую себестоимость. Недостатком метода регулировки
является увеличение в некоторых случаях количества деталей
в машине.
Внедрение метода регулировки должно происходить при разра-
ботке конструкции машины, приспособлений, так как без надлежа-
щей разработки конструкций компенсаторов применение этого
метода невозможно.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАССМОТРЕННЫХ МЕТОДОВ
При построении любых машин обычно приходится иметь дело
одновременно со всеми или с большинством рассмотренных методов
достижения точности в их размерных цепях. Наибольшее распро-
странение получили методы полной взаимозаменяемости и при-
гонки. Метод регулировки и, особенно, метод неполной взаимоза-
меняемости используются в меньшей степени, что следует признать
совершенно незаслуженным. Напротив, практика показывает, что
оба последних метода обладают настолько существенными преи-
муществами, что заслуживают самого широкого использования
в целях экономичного достижения точности машин и повышения их
эксплуатационного качества.
Большего внимания заслуживает также применение теоретико-
вероятностных расчетов при использовании методов регулировки,
групповой взаимозаменяемости и даже пригонки.
Для расчета величины компенсации 6К, поправки Дк к коорди-
нате середины поля допуска компенсирующего звена, а также и
возможных предельных значений замыкающего звена, наряду
с изложенными выше методами могут быть использованы и
теоретико-вероятностные расчеты, аналогичные тем, которые при-
ведены в разделе, описывающем метод неполной взаимозаменяе-
мости.
При изготовлении ряда изделий, выпускаемых в больших коли-
чествах, в практике производства уже давно используются основные
преимущества метода неполной взаимозаменяемости, хотя и не-
сколько неорганизованным путем. Допуски на детали изделий рас-
считываются и устанавливаются с использованием метода полной
взаимозаменяемости. Так как в ряде случаев установленные таким
образом допуски не представляется возможным экономично выдер-
жать в данных производственных условиях, на сборку начинают
пропускать детали с погрешностями, выходящими за границы полей
установленных допусков.
Если при этом оказывается, что изделия после сборки отвечают
их служебному назначению, то производство идет нормально.
Если же в результате пропуска на сборку деталей с отклонениями,
значительно превышающими установленные допуски, часть цзде-
128
Основы достижения качества машины
лий после сборки выходит за пределы полей допусков, установлен-
ных на их замыкающие звенья, то в приемку деталей вносятся кор-
рективы и «расширенные» допуски несколько сужаются. Таким
образом, в течение времени «отрабатываются» те практически до-
пустимые величины погрешностей, с которыми изготовляются и
пропускаются детали на сборку. Этим самым как бы расширяются
установленные допуски, что делает обработку деталей более эконо-
мичной и практически не отражается на качестве выпускаемых
изделий. Так достигается эффект использования основных преи-
муществ метода неполной взаимозаменяемости, несмотря на наличие
чертежей с допусками, установленными на основе использования
метода полной взаимозаменяемости.
Серьезного внимания заслуживает использование теоретико-
вероятностных расчетов при использовании технологических и
измерительных размерных цепей при решении большого количества
различных задач, возникающих при изготовлении машин и обработке
их деталей.
ОСНОВЫ БАЗИРОВАНИЯ
В процессе изготовления машины возникают задачи соединения
с требуемой точностью двух или большего количества деталей.
Такие задачи возникают при сборке и регулировке машины и ее
механизмов, при обработке деталей на различных технологических
системах, когда деталь необходимо установить и закрепить с задан-
ной точностью на столе станка или в приспособлении.
Аналогичные задачи приходится решать при установке и за-
креплении режущего инструмента на шпинделе станка, борштанге,
резцедержавке или другом виде приспособления, а также каждый
раз, когда необходимо произвести измерение детали или заготовки
при помощи любого измерительного инструмента или приспособле-
ния. Те же задачи возникают при ремонте машин и их эксплуата-
ции.
Для решения поставленной задачи служат рассматриваемые
ниже основы базирования [6]. Из теоретической механики известно,
что каждое свободное твердое тело имеет шесть степеней свободы
относительно трех координатных перпендикулярных осей х, у, z.
Оно может перемещаться параллельно трем координатным осям и
вращаться вокруг каждой из них. Положение такого тела относи-
тельно выбранной системы координат вполне определяется шестью
независимыми величинами, например шестью координатами.
Каждая из координат лишает твердое тело одной степени сво-
боды. Величина этой координаты должна определять с требуемой
точностью расстояния одной из точек твердого тела относительно
выбранной координатной плоскости.
Основы базирования
129
Положение любой детали, рассматриваемой как абсолютно
твердое тело, определяется относительно трех выбранных коорди-
натных плоскостей аналогично сказанному выше. Например,
в случае призматической детали (рис. 80) задание трех координат \
связывающих нижнюю плоскость детали xoz с координатной пло-
скостью XOZ, определяет расстояния трех точек этой плоскости
детали, лишая одновременно деталь трех степеней свободы —
возможности перемещаться в направлении оси Y и вращаться вокруг
осей, параллельных осям X и Z. В общем случае координатная
система любой детали может занимать любое положение. Проще
ее располагать или на основных
базах детали или по осям сим-
метрии детали.
Две координаты, определяю-
щие положение детали (точнее —
расстояния двух точек одной из
поверхностей детали уог относи-
тельно координатной плоскости
KOZ), одновременно лишают ее
возможности перемещаться в на-
правлении оси X и вращаться
вокруг оси, параллельной оси у,
т. е. лишают деталь еще двух
степеней свободы.
Шестая координата опреде-
ляет положение детали (расстоя-
ние одной точки одной из по-
Рис. 80. Схема определения положе-
ния призматической детали относи-
тельно трех координатных плоскостей
верхностей хоу детали) относительно координатной плоскости ХОУ,
лишая ее последней оставшейся степени свободы.
Таким образом, каждая из координат не только определяет
расстояние одной из точек надлежащей поверхности детали, но и
лишает деталь одной степени свободы.
Положение цилиндрической детали относительно трех выбран-
ных координатных плоскостей определяется также шестью коор-
динатами, как это схематически показано на рис. 81. Поскольку
цилиндрическая поверхность образована вращением образующей
прямой относительно оси, то в качестве одной из осей координатной
системы детали удобно взять ее ось. Ось представляет собой линию
пересечения двух координатных плоскостей уог и xoz, Поэтому две
координаты 1 и 2, связывающие точки цилиндрической детали
с координатной плоскостью XOZ и расположенные на оси детали
1 Штриховыми линиями, соединяющимися на рис. 80 и последующих рисун-
ках поверхности детали с координатными плоскостями, изображены связи, назы-
ваемые в механике удерживающими или двухсторонними.
5 Балакшин
130
Основы достижения качества машины
(по существу лежащие на плоскости XOZ), лишают валик двух
степеней свободы: возможности перемещаться параллельно оси Y
и вращаться вокруг оси, параллельной оси X. Две координаты 3
и 4, связывающие точки, лежащие на плоскости уог (в месте ее пере-
сечения с плоскостью xoz, т. е. на оси детали), с координатной пло-
скостью YOZ, лишают валик двух степеней свободы: возможности
перемещения в направлении оси X и вращения вокруг оси, парал-
лельной оси Y.
Координата 5, соединяющая точку, расположенную на пло-
скости хоу в точке ее пересечения с осью детали, лишает валик
I/
Рис. 81. Схема определения положе-
ния валика относительно трех коорди-
натных плоскостей
жения диска относительно трех
координатных плоскостей
пятой степени свободы — возможности перемещаться в напра-
влении оси z.
Координата 6 связывает точку, лежащую на плоскости хог,
с координатой плоскостью XOZ и лишает валик последней степени
свободы — возможности вращения вокруг собственной оси, парал-
лельной координатной оси Z.
С уменьшением длины валика и превращением его в диск рас-
положение координат, лишающих его шести степеней свободы, не-
сколько меняется, как это схематически показано на рис. 82.
Одна из координатных осей г проведена через ось, представ-
ляющую пересечение двух координатных плоскостей хог и уог
диска. Поэтому точки, связанные координатами 4 и 5 с координат-
ными плоскостями YOZ и XOZ, располагающиеся на оси, надо рас-
сматривать находящимися соответственно на плоскостях уог и хог.
Аналогично осуществляется и определение положения шара
относительно выбранной системы координат (рис. 83). Начало
Основы базирования
131
Рис. 83. Схема определения поло-
жения шара относительно трех
координатных плоскостей
координатной системы шара совмещено с его центром Ох, который,
как видно, представляет точку пересечения трех координатных
плоскостей у ох, хоз и yoz.
Поэтому координаты 1, 2 и 3 (рис. 83) связывают центр с коор-
динатными плоскостями XOZ, YOZ и XOY, лишая его трех степеней
свободы. Три другие координаты 4, 5 и 6 связывают точки, располо-
женные на координатных плоскостях хог, уог и хоу, и совместно
с координатами 1, 2 и 3 лишают шар оставшихся трех степеней сво-
боды — возможности вращения во-
круг трех его осей, параллельных
осям координат Z, Y и X.
Из рассмотренных схем видно,
что для определения положения
любой детали относительно выбран-
ной системы координат, необхо-
димо иметь шесть координат, свя-
зывающих шесть точек детали, рас-
полагаемых на трех плоскостях
координатной системы детали,
с выбранной системой координат
другой детали.
Выше, на стр. 36, указыва-
лось, что детали соединяются пу-
тем приведения в соприкосновение
их поверхностей или совмещения
осей, или того и другого одновре-
менно. Иначе говоря, соединение
деталей можно рассматривать как совмещение координатной си-
стемы поверхностей присоединяемой детали с выбранной коорди-
натной системой детали, к которой она присоединяется.
Таким образом, если в рассмотренных выше схемах (рис. 79—
82) выбранные координатные оси X, Y и Z рассматривать принадле-
жащими одной из деталей, к которой присоединяется другая, и при-
вести в соприкосновение с ними соответствующие поверхности
присоединяемой детали, то шесть координат, определявших поло-
жение деталей, превращаются в шесть опорных точек (рис. 84).
Следовательно, для определения положения детали, рассматри-
ваемой как абсолютно жесткое тело, относительно другой детали
необходимо и достаточно иметь шесть опорных точек. Этот вывод,
имеющий чрезвычайно важное значение для достижения требуемой
точности положения одной детали относительно другой, получил
название «правила шести точек».
Для определения положения детали, рассматриваемой как аб-
солютно жесткое тело, не только необходимо, но, что особенноважно,
и достаточно шести оперных точек. Это значит, что добавление коли-
132
Основы достижения качества машины
чества точек сверх шести не только не нужно, но и вредно, так как
вносит, как будет показано ниже, добавочные погрешности в опре-
деление положения детали.
Для размещения шести опорных точек всегда необходимо нали-
чие у детали трех поверхностей или заменяющих их сочетаний
поверхностей, т. е., другими словами, необходимо наличие коорди-
натной системы.
Условимся координатную поверхность детали, определяющую
ее положение при помощи трех координат или опорных точек,
лишающих ее трех степеней свободы, называть установочной.
Это название дано поверхности вследствие ее использования для
установки детали.
Из теоретической механики известно, что твердое тело, уста-
новленное на три точки, приобретает под действием силы тяжести
тем большую точность положения и устойчивость, чем дальше
опорные точки расположены одна от другой. На этом основании
в качестве установочной поверхности детали создается или выби-
рается поверхность, отличающаяся наибольшими габаритными
размерами.
Координатную поверхность детали, определяющую ее положе-
ние при помощи двух координат или опорных точек, лишающих
деталь двух степеней свободы, будем называть направляющей. Свое
название поверхность получила вследствие того, что через разме-
Скрытые базы
133
щаемые на ней две опорные точки можно провести прямую линию,
определяющую относительное направление.
Точность направления большей частью характеризуется тан-
генсом угла между заданной и действительной прямыми, задавае-
мым обычно в виде отношения катетов треугольника.
Из выражения tg а = видно, что для повышения точности
направления при одной и той же величине линейной погрешности
а необходимо увеличить расстояние b между двумя опорными точ-
ками. В соответствии с этим, в качестве направляющей поверхности
детали создается или выбирается поверхность, отличающаяся наи-
большей протяженностью (длиной) при наименьшей ширине.
Поверхность детали, определяющая ее положение при помощи
одной координаты или опорной точки, лишающей деталь одной
степени свободы, назовем опорной. Для размещения одной опорной
точки больших габаритных размеров поверхности, очевидно, не
требуется. Поэтому в качестве опорной поверхности создается или
выбирается поверхность с наименьшими и малыми габаритными раз-
мерами.
В соответствии с изложенным, ось поверхности детали, поло-
жение которой определяется четырьмя координатами или опор-
ными точками, лишающими деталь четырех степеней свободы,
можно назвать двойной направляющей. Действительно, как было
показано выше, две точки, расположенные на оси, определяют по-
ложение детали относительно одной из выбранных координатных
плоскостей другой детали; вторые две — относительно второй.
Поэтому, когда ось детали используется для проверки ее положения,
проверку всегда надо производить относительно двух перпенди-
кулярных координатных плоскостей.
Перечисленные выше названия поверхностей относятся и к рас-
смотренным выше (стр. 29) понятиям основных и вспомогательных баз.
В зависимости от того, какого количества степеней свободы
лишает детали та или иная поверхность или сочетание поверхно-
стей основных или вспомогательных баз, их можно назвать уста-
новочной, направляющей, опорной и т. д.
Следовательно, можно иметь основные и вспомогательные уста-
новочную, направляющую, опорную и т. д. базы.
СКРЫТЫЕ БАЗЫ
Ряду деталей, исходя из их служебного назначения в машине,
оставляется одна или несколько степеней свободы. Так, например,
шпинделю станка оставляется одна степень свободы — возмож-
ность вращения относительно его опор. В соответствии с этим
у него отпадает необходимость в одной из основных баз: основной
134
Основы достижения качества машины
опорной базы, роль которой обычно выполняет одна из поверхностей
шпоночного паза.
Другим примером может служить кронштейн (рис. 85), выпол-
няющий роль подвижного компенсатора, для чего ему на время
сборки станка оставляется три степени свободы (возможность пере-
мещения параллельно двум координатным осям и вращения вокруг
третьей, перпендикулярной к ним). В соответствии с этим у крон-
штейна конструктивно оформляется и обрабатывается одна основ-
Рис. 85. Кронштейн, выполняющий роль подвижного
компенсатора при сборке станка
ная установочная база, которой он монтируется на торцовую по-
верхность станины (вспомогательная установочная база станины).
Функции подвижных компенсаторов выполняют и ряд других
деталей машины в процессе их монтажа: крышки ряда коробок
скоростей станков, коробок передач, блоков автомобильных мото-
ров ит. д. В соответствии с этим у них у всех конструктивно оформ-
ляется и обрабатывается по одной основной установочной базе.
Про такие детали принято говорить, что у них отсутствуют
полные комплекты надлежащих баз (основных или вспомогатель-
ных). Это значит, что вместо наличия в каждом комплекте трех
обработанных баз, необходимых для определения положения де-
тали, их имеется только две или одна.
После того как детали выполнили функции подвижных компен-
саторов, их положение должно быть зафиксировано, т. е. они
должны быть лишены всех шести степеней свободы. Для этого,
Скрытые базы
135
как было указано выше, необходимо иметь не одну, а три основных
базы, как у детали, выполняющей роль подвижного компенсатора,
так и три вспомогательных базы у базирующей.
Аналогичная задача возникает при установке заготовок и дета-
лей для их обработки на любых станках. Для обработки заготовок
или деталей их необходимо лишать всех шести степеней свободы
относительно той детали станка или приспособления, которая опре-
деляет положение обрабатываемой детали на станке и обычно сооб-
щает ей надлежащие движения относительно режущего инструмента.
Без выполнения этого условия де-
таль обработать нельзя. Например,
для обработки детали на строгаль-
ном станке она, после установки
с требуемой точностью, лишается
всех шести степеней свободы отно-
сительно стола станка. Аналогичное
положение имеет место при уста-
новке и закреплении детали в трех-
кулачковом патроне, в специаль-
ном приспособлении и т. д. Во всех
случаях определения положения
деталей, у которых количество кон-
структивно оформленных основных
и вспомогательных баз, используе-
мых для определения ее положе-
ния, а следовательно, и лишения
шести степеней свободы, меньше
Рис. 86. Использование двух скры-
тых баз и одной реальной для
определения положения крышки
трех, приходится пользоваться так называемыми скрытыми базами.
Скрытыми базами будем называть координатные плоскости,
мысленно проводимые перпендикулярно имеющимся у детали кон-
структивно оформленным и обрабатываемым базам для доведения
их общего числа до трех.
Скрытые базы чаще всего мысленно проводятся по осям симмет-
рии деталей. Совместно с имеющимися конструктивно оформлен-
ными базами скрытые базы позволяют расположить деталь с тре-
буемой точностью в процессе монтажа, при установке на станке,
в приспособлении или на рабочем месте с последующей фиксацией
этого положения.
Крышка 1 в процессе монтажа выполняет роль подвижного
компенсатора. Она имеет возможность перемещаться за счет зазоров
между поверхностями отверстий под крепежные винты и их стерж-
нями в направлении осей X и Z и поворачиваться вокруг оси Y
(рис. 86).
У крышки 1 и у корпуса 2, на который она монтируется, обра-
батывается поэтому по одной поверхности вместо трех. Следова-
136
Основы достижения качества машины
Рис. 87. Использование одной реальной
и двух скрытых баз при установке обра-
батываемой детали на столе станка
тёльно, для того чтобы правильно установить крышку относительно
литого прилива корпуса, на который она монтируется, приходится
использовать скрытые базы в виде двух мысленно проводимых по
осям ее симметрии координатных плоскостей XOY и YOZ. Эти две
координатные плоскости доводят общее количество вспомогатель-
ных баз корпуса 2 до трех.
То же самое приходится проделать и с крышкой /. Получив
таким образом координатные системы у крышки и фланца корпуса,
можно правильно установить крышку при монтаже путем совмеще-
ния основных баз крышки
с вспомогательными базами
фланца корпуса. В зависимо-
сти от точности глазомера
монтажника крышка симмет-
рично расположится относи-
тельно контура прилива кор-
пуса. После достижения тре-
буемой точности положение
крышки фиксируется тем или
иным способом.
При сверлении крепежных
отверстий в крышке оси по-
следних необходимо коорди-
нировать относительно осей
симметрии крышки. Если
этого не сделать, то крышка
при монтаже может встать
с перекосом и смещениями
относительно литого прилива на корпусе. Поэтому при уста-
новке крышки на вертикально-сверлильном станке необходимо
использовать две скрытые базы хоу и yoz (для доведения
общего их количества до трех) и по ним координировать
накладной кондуктор для сверления отверстий. То же самое необ-
ходимо проделать и с корпусом для координирования на нем
накладного кондуктора для сверления крепежных отверстий под
винты.
В качестве другого примера на рис. 87 показана установка
крышки корпуса для обработки плоскостей бабышек, расположен-
ных параллельно основной ее базе: плоскости разъема с корпусом.
У детали имеется одна обработанная поверхность, которой она
устанавливается на стол станка. Крышку необходимо установить,
правильно координировать на столе и лишить относительно него
всех шести степеней свободы. Для этого используются две мысленно
проводимые скрытые базы хоу и yoz у детали и одна скрытая база
YOZ у стола, так как у него имеются две коордйнатные плоскости:
Скрытые базы
137
о а	б х
I
Рис. 88. Пример материали-
зации двух скрытых баз в
виде плоскостей, располо-
женных на специальных при-
ливах
плоскость стола XOZ и одна из вертикальных плоскостей XOY
паза. Используя имеющиеся обработанные и скрытые базы,
производят установку и координирование с требуемой точ-
ностью детали на столе, относительно его координатных плоскостей
XOY, YOZ и XOZ. После этого положение крышки фиксируется
на столе путем закрепления. Затем производят координирова-
ние фрезы относительно координатных баз стола и обработку
детали.
В ряде случаев скрытые базы материализуются. Делается это
для того, чтобы повысить точность установки детали при сборке,
если она выполняет роль подвижного
компенсатора, при установке для обра-
ботки, для сокращения времени, за-
трачиваемого на установку деталей,
для создания «опорных» точек с целью
создания реакций против сил реза-
ния, стремящихся сдвинуть деталь,
и т. д.
Примером может служить рассмот-
ренная выше крышка (рис. 88), у кото-
рой две координатные скрытые базы
материализованы: хоу — с помощью
двух «точек», расположенных на двух
приливах а и б, и xoz — с помощью
«точки», расположенной на приливе в.
Материализация скрытых баз при-
водит к появлению всех трех бази-
рующих поверхностей, необходимых для точного определения
положения детали и сокращения затрачиваемого на это времени.
Действительно, на столе станка для этого может быть установлено
простейшее приспособление, имеющее также три материальные
координатные плоскости. Тогда совмещением координатных систем
обрабатываемых деталей с координатной системой приспособления
путем проведения в соприкосновение надлежащих поверхностей
сразу быстро достигается требуемая точность положения обрабаты-
ваемых деталей.
При обработке деталей в виде валиков их двойная направляю-
щая база (ось) и одна из опорных баз материализуются обычно
в виде двух зацентрованных отверстий, лишающих валик при
его установке в центрах пяти степеней свободы. Остающейся шестой
степени свободы (возможности вращаться вокруг оси) валик ли-
шается при помощи одной из скрытых баз, проходящих через
ось вращения. Опорная точка, располагаемая на ней, материали-
зуется в виде точки касания хомутика, надетого на валик, с повод-
ковым пальцем патрона.
138
Основы достижения качества машины
В ряде случаев скрытые базы материализуются в виде разме-
точных рисок и точек от накернивания, представляющих собой
следы пересечения надлежащей скрытой координатной базы с по-
верхностью детали. Скрытые базы, материализованные в виде раз-
меточных рисок и керн, используются в ряде случаев для определе-
ния положения детали, например, на столе станка.
В ряде случаев имеет смысл скрытые базы проводить через
обрабатываемые или обработанные поверхности, например через
поверхности детали, через поверхности вспомогательных баз и т. д.
НЕОБХОДИМОСТЬ СИЛОВОГО ЗАМЫКАНИЯ
Определенность и неопределенность базирования. После того
как положение одной детали относительно другой или других
определено с требуемой точностью, его необходимо сохранить или
на все время работы детали в машине, или на время ее обработки
или измерения.
При переходе от теоретической схемы определения положения
одной детали относительно другой к практическому их соединению
теоретические координаты, обозначающие двустороннюю связь,
превращаются в опорные точки и тем самым в односторонние
связи.
Это значит, что достигнутое правильное положение детали
может измениться, если возникнут силы и моменты сил, наруша-
ющие контакт поверхностей детали с шестью опорными точками,
определяющими ее положение.
Следовательно, для сохранения полученного при базировании
правильного положения детали необходимо обеспечить непрерыв-
ность контакта сопряженных баз двух деталей для выполнения
теоретического условия: обеспечения двусторонней связи соеди-
ненных деталей. Другими словами, необходимо обеспечить опреде-
ленность базирования деталей.
Под определенностью базирования детали понимается «неизмен-
ность'» ее положения относительно поверхностей другой детали
или деталей, с которыми она соединена, и которая или которые
определяют ее положение при работе в машине или в процессе изго-
товления.
Для обеспечения определенности базирования к детали при-
кладываются силы, создающие силовое замыкание между соеди-
ненными деталями. Силы и их моменты, создающие силовое замы-
кание и обеспечивающие непрерывность контакта, должны быть
больше* сил и их моментов, стремящихся нарушить этот контакт
в процессе работы детали в машине или в процессе ее обработки.
Без соблюдения этого условия невозможно выполнение де-
талью, а нередко и машиной, их служебного назначения и совер-
Необходимость силового замыкания
139
шенно исключено достижение требуемой точности детали в процессе
ее обработки.
Силы, создающие и сохраняющие контакт между сопряженными
поверхностями соединяемых деталей, всегда должны быть прило-
жены ранее сил, стремящихся нарушить этот контакт.
Для создания силового замыкания используются: 1) упругие
силы материала отдельных крепежных деталей или целых меха-
низмов; 2) силы трения; 3) сила тяжести деталей; 4) магнитные и
электромагнитные силы; 5) силы сжатого воздуха, жидкости и т. п.;
6) сочетания перечисленных сил.
Например, для обеспечения контакта между поверхностями
ряда деталей машин используются упругие силы крепежных бол-
тов. В результате затягивания крепежных болтов в их материале
возникают внутренние упругие силы, стремящиеся восстановить
первоначальную длину болтов. Этому препятствуют упругие силы
материалов соединяемых деталей. Таким образом, упругие силы
материалов болтов и соединяемых деталей создают силовое замы-
кание, обеспечивая контакт между сопрягаемыми поверхностями
соединяемых деталей.
Определенность базирования зубчатого колеса на валике после
сборки или на цилиндрической оправке с буртом в процессе обра-
ботки обеспечивается с помощью сил трения, создаваемых дей-
ствием упругих сил материалов сопряженных деталей. Упругие
силы создаются путем соединения сопрягаемых деталей с на-
тягом.
Сила собственного веса деталей для обеспечения определенности
их базирования нередко используется в процессе сборки машин
при установке деталей на горизонтальные поверхности.
В технологии механической обработки сила собственного веса
деталей используется для силового замыкания при обработке на
станках тяжелых деталей, когда силы резания или создаваемые
ими моменты значительно меньше силы веса детали и создаваемых
ею моментов.
Другие из перечисленных сил используются главным образом
для создания определенности базирования в процессе обработки
на различных видах оборудования и рабочих местах.
При приведении в соприкосновение поверхностей соединяемых
деталей действительные поверхности, по которым происходит кон-
такт, составляют обычно некоторую часть номинальных или рас-
четных размеров поверхностей. Объясняется это макро- и микро-
погрешностями сопрягаемых поверхностей. Вследствие этого, при-
ложение сил, необходимых для обеспечения контакта между сопря-
гаемыми поверхностями, вызывает контактные деформации, вно-
сящие добавочные погрешности в требуемое относительное положе-
ние соединяемых деталей.
140
Основы достижения качества машины
. Исследованиями А. П. Соколовского, Д. Н. Решетова и др.
доказано, что контактные деформации больше при первом нагруже-
нии силами сопрягаемых поверхностей, чем при повторных, и в зна-
чительной степени зависят от удельного давления и величины
макро- и микропогрешностей поверхностей.
Контактные деформации, возникающие после приложения си-
лового замыкания, составляющие для чугунных поверхностей
3—20 мк и более, в некоторых случаях соизмеримы с величинами
допусков, назначаемых как на изготовление отдельных деталей,
так и на ряд машин в целом, например с допусками, устанавливае-
мыми на координатно-расточные станки.
Рис. 89. Влияние расположения точек приложения сил зажима
на собственную деформацию детали
Изложенное позволяет сделать вывод о необходимости расчета
и установления оптимальных допусков на контактные деформации
и, на их основе, на отклонения от теоретически правильной гео-
метрической формы и на шероховатость поверхности.
При обработке ряда точных деталей приходится нередко при-
бегать к уменьшению контактных деформаций путем снижения
степени погрешностей геометрической формы и повышения класса
чистоты поверхностей обрабатываемой детали, приспособления
или стола станка. Например, для достижения требуемой точности
расстояний и поворотов поверхностей отверстий корпусных дета-
лей относительно плоских базирующих поверхностей этих деталей
прибегают к окончательной отделочной обработке плоских поверх-
ностей до обработки поверхностей отверстий. Этим снижают кон-
тактные деформации, возникающие при закреплении и обработке
корпусной детали или при ее сборке, сохраняя тем самым достигну-
тую в результате обработки точность.
При приложении сил, обеспечивающих определенность базиро-
вания деталей, наряду с контактными деформациями возникают
и собственные деформации деталей. Это явление имеет место как
при работе деталей в машине, так при сборке машин и в процессе
обработки деталей и их заготовок.
Собственные деформации деталей уменьшаются в тех случаях
(рис. 89, а), когда точки приложения сил Р, создающих силовое
замыкание и обеспечивающих контакт между поверхностями соеди-
Необходимость силового замыкания
141
няемых деталей, располагаются над опорными «точками» сопрягае-
мых поверхностей деталей.
Собственные деформации деталей возрастают, если точки при-
ложения сил Р, обеспечивающих контакт, располагаются вне или
между опорными «точками» сопрягаемых поверхностей, так как
в этих случаях наряду с деформациями сжатия создаются деформа-
ции изгиба, возникающие под действием появляющихся моментов
сил М = Р X I (рис. 89, б).
Из изложенного следует, что для соблюдения условия опреде-
ленности базирования детали необходимы:
1)	правильное создание или выбор надлежащих базирующих
поверхностей детали;
2)	создание правильного силового замыкания;
3)	уменьшение контактной деформации путем расчета, уста-
новления и выдерживания при обработке необходимых допусков
на отклонения поверхностей от теоретически правильной геометри-
ческой формы и класса чистоты;
4)	выбор точек приложения сил, создающих контакт между
сопрягаемыми поверхностями деталей, по возможности против
опорных точек, для уменьшения собственных деформаций деталей;
5)	установление последовательности приложения сил, чтобы
не вызвать изменение положения детали во время ее закре-
пления.
Некоторые детали отличаются недостаточной жесткостью в од-
ной или двух координатных плоскостях. Например, валики боль-
шой длины при малых диаметрах отличаются недостаточной жест-
костью в двух перпендикулярных плоскостях. То же самое можно
сказать о тонких дисках, кольцах, клиньях, различных планках,
рычагах. Некоторые детали деформируются даже под влиянием
собственного веса. При этом деформации нередко выходят за пре-
делы поля допуска, установленного на отклонения детали от пра-
вильной геометрической формы.
При установке такого рода деталей для обработки на станке
в приспособлении или на рабочих местах приходится увеличивать
жесткость детали созданием^ дополнительного числа опор в пло-
скостях недостаточной жесткости детали. Например, при уста-
новке для обработки тонких валиков к ним подводится необходимое
количество дополнительных опор в виде люнетов.
При обработке недостаточно жестких деталей к ним сверх шести
необходимых опорных точек подводится дополнительное число
«подвижных опор», которые в момент установки детали автомати-
чески или вручную подводятся до соприкосновения с поверхно-
стями детали, устанавливаемой на шесть неподвижных опор. После
установки положение «подвижных» опор фиксируется, и на время
обработки опоры превращаются в неподвижные. В качестве при-
142
Основы достижения качества машины
мера на рис. 90 дана схема установки детали с использованием до-
полнительно подводимых опор 1.
Если устанавливаемая деталь имеет базирующие поверхности
достаточно правильной геометрической формы, то для увеличения
ее жесткости используются сплошные поверхности деталей, на
которые она устанавливается. Однако при этом следует всегда убе-
диться в том, что возможные дефор-
мации детали не выходят за границы
установленных допусков.
Сплошные поверхности нередко
используются также и для установки
деталей, легко деформирующихся под
влиянием собственного веса.
В ряде случаев практики машино-
строения приходится сталкиваться с
явлением неопределенности базиро-
вания. Под неопределенностью база-
Рис. 91. Схема поворота и де-
формации скалки под действием
силы при перемещении детали
Рис. 90. Схема установки детали с ис-
пользованием дополнительно подводимых
опор
вдоль оси отверстия
рования детали понимается единичное или многократное измене-
ние требуемого положения детали относительно поверхностей со-
пряженных деталей (или детали), определяющих ее положение.
Неопределенность базирования детали характеризуется единич-
ным или многократным нарушением контакта между базирующими
поверхностями детали и поверхностями деталей (или детали),
определяющими ее положение. Неопределенность базирования
всегда порождает дополнительные погрешности относительного
положения или движения детали. С этим приходится считаться
при подвижных соединениях деталей, когда детали для выполнения
ее служебного назначения в машине оставляется одна или несколько
степеней свободы.
В таких случаях рассчитываются необходимые и допустимые
зазоры, или, другими словами, устанавливаются надлежащие до-
пуски на эти зазоры. При этом нередко допускаются ошибки, по-
тому что вопрос о выборе посадки решается как плоская задача,
Сборочные, технологические и измерительные базы
143
между тем как детали представляют собой пространственные тела.
В результате этого одна деталь не только может перемещаться от-
носительно другой (или других) в пределах зазора в двух перпен-
дикулярных направлениях, но и поворачиваться вокруг двух осей,
если возникнут надлежащие, меняющиеся по величине, особенно
знакопеременные, силы и моменты.
Например (рис. 91), цилиндрическая скалка /, соединенная
с втулкой 2 с помощью подвижного соединения, под влиянием
силы Р, приложенной на ее конце, поворачивается в плоскости
чертежа по мере перемещения вдоль оси (рис. 91, а—в). Если на
Рис. 92. Схема возможных дополнительных перемещений пол-
зуна за счет зазоров
конце скалки будет действовать сила, непрерывно изменяющая
свое направление по мере поворота скалки вокруг ее оси (как это
происходит, например, при растачивании поверхности отверстия
неподвижной детали на расточном станке), скалка будет описывать
в пространстве некоторую поверхность.
В другом примере (рис. 92) наличие зазоров между ползуном 1
и его направляющими 2 дает возможность ползуну, дополнительно
к основному движению, не только перемещаться в двух направле-
ниях, параллельных осям X и У, но и поворачиваться вокруг
трех осей, параллельных осям X, Y и Z в пределах зазоров.
Из изложенного следует, что при наличии неопределенности
базирования необходимо всегда учитывать и рассчитывать воз-
можные погрешности базирования детали в пространстве.
Одним из средств уменьшения погрешностей обработки деталей
является исключение погрешностей, порождаемых неопределен-
ностью базирования, т. е. обеспечение определенности базирования
детали путем соблюдения всех перечисленных выше условий.
СБОРОЧНЫЕ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ БАЗЫ
Выше, на стр. 35, дано определение сборочных баз, как коорди-
натных поверхностей основных и вспомогательных баз, опреде-
ляющих положение одной детали при ее работе в машине к другой
или другим, к которым она присоединяется при сборке.
144
Основы достижения качества машины
При обработке детали или заготовки также должны занять
требуемое положение относительно деталей станка, приспособле-
ния или рабочего места. Поверхности или заменяющие их сочета-
ния поверхностей, при помощи которых определяется положение
детали в процессе ее обработки, будем называть технологическими
базами детали.
Поскольку для возможности обработки деталь всегда необхо-
димо лишать всех шести степеней свободы, она должна обладать
тремя технологическими базами, на которых должны размещаться
шесть опорных точек. В качестве одной или двух технологических
баз довольно часто приходится использовать скрытые базы, мате-
риализуя их тем или иным способом.
В процессе изготовления деталей, их сборки, так же как и
сборки различных сборочных единиц и машины в целом, прихо-
дится производить измерения, чтобы с той или иной степенью
приближения познать действительные величины размеров, отно-
сительных поворотов поверхностей и других характеристик каче-
ства деталей, сборочных единиц и машин.
Измерение расстояний и поворотов какой-либо поверхности
детали всегда производится относительно каких-либо других ее
поверхностей. Измерение размеров поверхностей, например диа-
метров отверстий или валиков, производится всегда от одной и
той же части измеряемой поверхности до другой части.
Поверхности или заменяющие их сочетания поверхностей или
части поверхности детали, относительно которых производится
измерение расстояний и поворотов (определение положения) других
поверхностей, будем называть измерительными базами.
С помощью измерительных баз определяется положение изме-
рительного инструмента относительно измеряемой детали или сбо-
рочной единицы или, наоборот, самой измеряемой детали относи-
тельно баз измерительного устройства или приспособления.
При установке измерительного инструмента и определении его
положения относительно детали, как правило, наряду с материаль-
ными базами приходится использовать и скрытые для доведения
общего количества баз до трех.
СМЕНА БАЗ
Под сменой баз будем понимать замену одних поверхностей
деталей, заготовок или сборочных единиц машины, используемых
в качестве баз, другими.
Следует различать неорганизованную и организованную смены
баз. Под организованной сменой баз понимается такая, при кото-
рой соблюдаются определенные условия, т. е. такая, которой упра-
вляют. Неорганизованная смена баз происходит случайно или без
Смена баз
145
соблюдения необходимых условий, т. е. без управления происходя-
щим явлением.
Довольно часто неорганизованная смена баз происходит во
время установки и закрепления детали на станке, в приспособле-
нии или на рабочем месте. Причинами такой смены баз обычно яв-
ляются погрешности геометрических
форм заготовки или детали, непра-
вильное расположение и погрешно-
сти установочных подкладок, элемен-
тов приспособлений, «точек» и после-
довательности приложения зажимных
сил, их величина, недостаточная
квалификация работающего и ряд
других.	(
Для иллюстрации изложенного,
на рис. 93 схематически показаны
установка и закрепление детали в
обычных зажимных тисках. В резуль-
тате обработки должна быть полу-
чена параллельность плоскости А пло-
скости Б, выбранной в качестве уста-
новочной технологической базы.
Предположим (рис. 93, а), что по-
верхность В детали имеет отклоне-
ние от перпендикулярности поверх-
ности Б угол между ними а > 90°.
Моменты сил и собственного веса G
детали и силы зажима Р действуют,
прижимая деталь установочной тех-
нологической базой к установочной
плоскости тисков. Моментом сил тре-
ния Т, действующим в даннОхМ случае
в противоположном направлении,
можно пренебречь, учитывая наличие
зазоров в направляющих передвиж-
ной губки и в месте соединения с ней винта, создающего силу Р.
Следовательно, в случае, показанном на рис. 93, а, поверхность
Б действительно используется в качестве установочной технологи-
ческой базы, в то время как узкая полоска поверхности В выполняет
роль направляющей технологической базы в плоскости, перпенди-
кулярной чертежу.
Положение меняется, если отклонение от перпендикулярности
поверхности В относительно поверхности Б направлено в другую
сторону, т. е. когда угол а < 90° (рис. 93, б). В этом случае при
соблюдении условия G/2 > Р1 (или G/2 + Tl3 > Р/J, если учесть
146
Основы достижения качества машины
момент, создаваемый силой трения, поверхность Б будет, как и
раньше, выполнять роль установочной технологической базы.
Если окажется, что G/2 < Р1Х (или G/2 + Т13 < Р/х), то деталь
во время закрепления повернется вокруг оси, проходящей через
точку 0ь как это показано на рис. 93, в. При этом произойдет
смена технологических баз. Установочная и направляющая базы
переменятся местами. Установочной технологической базой ока-
жется поверхность В, направляющей — узкая полоска поверхности
Б. В результате обработки (в плоскости чертежа) получается
добавочная погрешность отклонения от параллельности поверх-
ности А относительно поверхности В, зависящая от смены техноло-
гических баз.
Нередко смена технологических баз происходит во время обра-
ботки детали. Причиной является образование во время обработки
моментов и сил, превосходящих по величине моменты и силы, соз-
данные для фиксации требуемого положения детали. Под их воз-
действием деталь изменяет требуемое положение, поворачиваясь
или сдвигаясь (возможны оба явления одновременно) относительно
одной или всех координатных плоскостей. Во многих случаях это
явление вносит настолько значительные погрешности, что детали
попадают в неисправимый брак.
Каждая смена базы всегда связана с заменой в каждой из раз-
мерных и кинематических цепей одного звена двумя новыми, т. е.
увеличением количества звеньев, со всеми вытекающими отсюда
последствиями.
Проще всего в этом можно убедиться на примере получения
требуемого положения оси отверстия относительно плоскости /
корпусной детали в одной из координатных плоскостей, как это
схематически показано на рис. 94.
При использовании в качестве одной из технологических баз
плоскости / (рис. 94, а) относительный поворот оси отверстия
к плоскости I и размер Аг образуются как замыкающие звенья
размерных цепей а и Е системы СПИД (рис. 94, а). Следовательно,
получаемые на них погрешности coY1 и сод, равны соответствующим
погрешностям обработки, т. е.
coYi = соад;
(Одх = Ш£д.	(76)
При переходе на другую технологическую базу, например на
плоскость II (рис. 94, б), деталь включается в надлежащие раз-
мерные цепи системы СПИД уже звеньями у2 и Л2, связывающими
ось отверстия с новой технологической базой II. Погрешности,
возникающие в размерных цепях системы СПИД, при этом пере-
Смена баз
147
носятся на звенья у2 и Д2 детали, и, следовательно, их погрешности
(если обработка производится на том же самом станке) будут
<» VJ = ® ад ’>	® А, — ® Вд •
При использовании в качестве технологической базы плоско-
сти II, звенья и Дх получаются (рис. 94, в) как замыкающие
Рис. 94. Схема, показы-
вающая влияние смены
технологической базы на
точность обработки де-
тали
размерных цепей ух = у3 — у2 и Дх = Д3 — Д2, и, следовательно,
получаемые на них погрешности будут
®V1 = <»v. + ®v» = ®v. + <BaA;	(77)
®А, = ®А, + ® Аг = ® А, + <0£д.	(78)
Из рассмотренного примера видно, что переход на новую тех-
нологическую базу вызывает замену обоих видов связей, которые
исходя из поставленной задачи, необходимо обеспечить между
двумя поверхностями детали аналогичными связями между по-
верхностью, получаемой в результате обработки, и новой техноло-
гической базой (звенья у2 и Д2) и поверхностями прежней и вновь
выбранной технологической базы (звенья у3 и Д3). Сопоставление
равенств (78) и (77) с выражением (76) показывает, что при смене
технологических баз и при условии обработки детали на том же
оборудовании погрешности обработки возрастают. Это обстоя-
тельство заставляет обратить особое внимание на необходимость
исключения возможности неорганизованной смены технологических
148
Основы достижения качества машины
баз во время выполнения технологических процессов, так как такая
смена баз очень часто приводит к погрешностям деталей, требующим
дополнительных затрат для их сокращения, или к браку деталей.
Необходимость в организованной смене одной или нескольких
баз возникает:
а)	в случае невозможности обработки всех поверхностей детали
с одной ее установки;
б)	когда деталь приходится обрабатывать на нескольких тех-
нологических системах СПИД для достижения требуемой точности
или других показателей качества с наибольшей экономичностью;
в)	при сборке, когда возникает возможность достичь требуемую
точность более простым, удобным и экономичным путем;
г)	для повышения точности и упрощения измерения с целью
сокращения времени и расходов на измерительные средства.
В случае необходимости одни технологические базы могут
быть организованно заменены другими с обязательным соблюдением
следующих условий:
1. Предварительно необходимо установить два вида связей
(размерных и обеспечивающих относительный поворот) между:
а) поверхностями прежней и вновь выбранной технологической
базы и б) вновь получаемой поверхностью при выполнении пере-
хода и поверхностью вновь выбранной технологической базы.
2. Рассчитать и установить необходимые номинальные размеры,
связывающие все указанные выше поверхности, величины полей
допусков и координаты середин полей допусков, или установить пре-
дельные отклонения по каждому виду связи. Для расчета следует
использовать трехзвенные размерные цепи, как это было сделано в
рассмотренном выше примере (уг = у3 — у2 и Аг = Л3 — Л2).
-8. Исключить возможность выхода отклонений на указанных
выше расстояниях и относительных поворотах поверхностей дета-
лей в процессе их обработки за границы установленных допусков.
4. Выполнить все расчеты в тех координатных плоскостях,
в которых происходит смена баз.
Для иллюстрации изложенного проделаем расчет надлежащих
величин применительно к детали, рассмотренной в предыдущем
примере (см. рис. 94).
Требуется обеспечить 6Y1 = ±0,02/300 мм; Аг = 100 мм;
Лол, = 0,2 мм; 6д2 = 0,050; А3 == 400 мм. Рассчитаем необходи-
мые допуски для звеньев Л3, Л2, у3 и у2, в пределах которых необ-
ходимо выдержать их отклонения, чтобы иметь возможность пе-
рейти от технологической базы I к технологической базе II, обес-
печив требуемые величины допусков на звеньях Аг и
Задаемся симметричным расположением поля допуска на пово-
рот поверхности // относительно поверхности / и величиной до-
пуска 6Ys — ±0,01/300 мм.
Смена баз
149
Но так как 6V( — 6?2 + 6V„ то
= 6V1 — 6Va = (± 0,02/300) — (±0,01 /300) =±0,01 /300 мм.
Задаемся симметричным расположением (Дол3 = 0) поля до-
пуска на размер А3, связывающий поверхности прежней и новой
технологической базы, и его величиной 6Лз = 0,03 мм.
Тогда
Аг = А3 — At = 400 — 100 = 300 мм-,
Лол2 = Аол3 — АоЛ1 = О,О — 0,2 = — 0,2 мм.
Знак минус показывает, что направление координаты середины
поля допуска должно быть направлено внутрь размера Л2:
6Л1 = бЛ1 — 6Аг = 0,05 — 0,03 = 0,02.
Устанавливаем предельные отклонения на размеры, используя
полученные данные:
Л3 = 400±0,015; Л2 = 299,8 ±0,01.
Проверяя, получаем
А 1б = Л3б — ЛГ = 400,015 — 299,790 = 100,225 мм-,
Анм =	_ Анб = 399 985 _ 299,810 =100,175 мм,
что соответствует требуемому 100,2 ± 0,025.
Таким образом, чтобы создать возможность перехода на новую
технологическую базу без ущерба для обеспечения требуемого
положения поверхности отверстия относительно плоскости /,
необходимо так построить технологический процесс (включая вы-
бор оборудования), чтобы отклонения на звеньях у2, у3, Д2 и А3
не выходили за пределы приведенных выше допусков:
6Y2 = ± 0,01 /300 мм;
6Уз =±0,01/300 мм;
А 3 = 400 ± 0,015; А2 = 299,8 ±0,01.
Для определения всех необходимых величин могут быть с успе-
хом использованы и вероятностные методы расчета.
Значительный вклад в разработку расчета погрешностей, воз-
никающих на размерах деталей в связи со сменой баз, внес своими
работами А. Б. Яхин [7], давший ряд расчетных формул для реше-
ния типовых задач.
150
Основы достижения качества машины
ТРИ МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ, РАЗМЕРОВ
И ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ПОВОРОТОВ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
При изготовлении деталей (заготовок), их сборке и измерении
встречаются три различных метода получения и измерения рас-
стояний, размеров и относительных поворотов поверхностей: цеп-
ной, координатный и комбинированный.
Цепной метод. Сущность цепного метода заключается в том, что
каждый последующий размер, расстояние или поворот поверх-
ности получается или измеряется вслед за ранее полученным или
измеренным, причем для этого в качестве одной из техно-
Рис. 95. Схема получения точности ли-
нейных размеров ступенчатого валика
цепным методом
логических или измеритель-
ных баз используется связы-
вающая их общая поверх-
ность.
Таким образом, при по-
лучении каждого последую-
щего звена (размера, расстоя-
ния или поворота поверх-
ности) происходит переход к
новой технологической базе
и тем самым исключается
влияние погрешностей всех предыдущих звеньев на образование
погрешности вновь получаемого звена.
Следовательно, погрешность, образующаяся на каждом цеп-
ном звене, зависит только от особенностей того технологиче-
ского процесса, в результате которого образуется данное цепное
звено.
В качестве примера на рис. 95 показан ступенчатый валик
с линейными размерами Лг, Л2, А3 и Л4. Из рисунка видно, что
каждый последующий размер получается вслед за предыдущим
и каждые два последовательно расположенных размера имеют
одну общую связывающую их поверхность. Например, для полу-
чения размера Л2 в качестве технологической базы используется
ранее полученная поверхность а, общая размерам At и Л2; для по-
лучения размера Л3 используется поверхность б и т. д. (сод,, содг,
од3, <од4 — погрешности, получаемые на каждом из цепных
звеньев).
На рис. 96 показано получение относительных поворотов по-
верхностей отверстий с использованием цепного метода. Из рисунка
видно, что обработка поверхностей отверстий каждой последу-
ющей группы, расположенных на одной оси, производится с ис-
пользованием в качестве одной из технологических баз поверх-
ностей группы ранее обработанных отверстий. Например, обра-
ботка поверхностей отверстий, расположенных на оси II, произ-
Три метода получения и измерения точности
151
водится с использованием в качестве одной из технологических
баз ранее обработанных поверхностей отверстий, расположенных на
оси /; обработка поверхностей
отверстий, расположенных на
оси III, производится одной из
технологических баз, в виде по-
верхностей отверстий, располо-
женных на оси II, и т. д.
Независимость погрешности,
получаемой на каждом из цеп-
ных звеньев, от погрешностей
остальных звеньев, является ос-
новным преимуществом цепного
метода получения расстояний и
поворотов поверхностей загото-
вок и деталей, а также погреш-
ностей их измерения.
В отличие от этого, погреш-
ности, получаемые при цепном
методе на координатных звеньях,
т. е. на звеньях, измеренных от
какой-либо одной поверхности,
выбранной за технологическую
базу, зависят от погрешностей
Рис. 96. Схема получения точности
относительных поворотов поверхностей
отверстий корпусной детали цепным
методом
цепных звеньев, образующих то или иное координатное звено.
Например, на рис. 97 видно, что при цепном методе получения
линейных размеров (Лх — Л4) ступенчатого валика каждый его
Рис. 97. Схема образования погрешностей на
координатных размерах ступенчатого валика
при цепном методе получения его размеров
координатный размер Б2, Б3 и Б4 представляет собой замыкающее
звено размерной цепи, составляющими звеньями которой являются
надлежащие цепные размеры. Например, координатный размер Б3
является замыкающим звеном размерной цепи Б3 ==	+ Л2 + Аз,
152
Основы достижения качества машины
координатный размер Т>4 является замыкающим звеном размерной
цепи Б4 = Ai + Л2 + А3 = Л4 и т. д.
В соответствии с этим, погрешности, получаемые на каждом
из координатных звеньев при цепном методе, будут равны
= со л t	+ сод3;
(0б4 = (0Л1 + (0д2 + С0л3 + <0д4 и т. д.
Такое же явление наблюдается и на координатных звеньях,
определяющих относительные повороты поверхностей, например,
для случая отклонений от параллельности осей отверстий корпус-
ной детали (показанной на рис. 96) плоскости основания, выбран-
ной за базу. Действительно, координатное звено р5 является в этом
случае замыкающим звеном размерной цепи 05 = «1 + а2, а коор-
динатное звено рв — замыкающим звеном размерной цепи
Pe = ai + a2 + a3 + a4-
В соответствии с этим отклонение от параллельности оси отвер-
стий /7 плоскости основания == соа1 + соа2; отклонение оси
отверстия IV плоскости основания
+ «а4 и т- д-
Из рассмотренных примеров видно, что погрешность каждого
координатного звена при цепном методе получения размеров, рас-
стояний и относительных поворотов поверхностей зависит от по-
грешностей цепных звеньев, образующих данное координатное звено.
Эти погрешности при прочих равных условиях возрастают по мере
увеличения количества цепных звеньев, составляющих данное ко-
ординатное звено.
Координатный метод. Сущность координатного метода заклю-
чается в том, что все размеры, расстояния или повороты поверх-
ностей детали (деталей) получаются и измеряются от одной и той
же выбранной базы, независимо один от другого. Вследствие этого
погрешность, получаемая на каждом из координатных звеньев (раз-
мере, расстоянии или повороте), является следствием особенностей
того технологического процесса, в результате выполнения которого
образуется данное координатное звено. Таким образом, погреш-
ность каждого из координатных звеньев не зависит от погрешностей
других координатных звеньев.
На рис. 98 схематически показано получение линейных разме-
ров Б19 Б2, Б3, Б4 и Б5 многоступенчатого валика, когда каждый
из этих размеров имеет свою независимую погрешность. В ка-
честве второго примера на рис. 99 схематически показано получение
относительных поворотов поверхностей отверстий (параллельности
осей отверстий) относительно плоскости основания корпусной де-
тали (звенья Pi; р2; рз и fJ4).
Три метода получения и измерения точности
153
Независимость погрешностей каждого из координатных звеньев
от погрешностей других координатных звеньев является первым
преимуществом данного метода.
В отличие от этого, погрешности,
получаемые на каждом цепном зве-
не при использовании координат-
ного метода, зависят от погрешно-
стей двух координатных звеньев,
образующих данное цепное звено.
Например, цепные размеры Л2 и
Рис. 99. Схема получения точности
относительных поворотов поверх-
ностей отверстий корпусной детали
координатным методом
Рис. 98. Схема получения точности
линейных размеров ступенчатого ва-
лика координатным методом
Л5 ступенчатого валика (рис. 100) представляют собой замыкающие
звенья соответственно размерных цепей Л2 = />2— 7>i и Дб = Бъ—Б4.
В соответствии с этим погрешно-
сти цепных звеньев будут
Аналогичная картина имеет
место и на цепных звеньях,
определяющих относительный
поворот поверхностей. Напри-
мер, звенья а5 и а6 (см. фиг. 99),
определяющие параллельность
осей отверстий II и 7; IV и 7/7,
Рис. 100. Схема образования погреш-
ностей на цепных размерах валика
при координатном методе получения
его размеров
являются замыкающими звеньями
размерных цепей а5 = 02 — р4 и
ав = р4 — рз, в соответствии с чем погрешности этих звеньев соот-
ветственно будут
^л2 = о>б2 +
«а8 =	J = (О|34 + (0Ээ.
Таким образом, при координатном методе погрешность ка-
ждого цепного звена равна сумме погрешностей двух координатных
звеньев, образующих данное цепное звено.
154
Основы достижения качества машины
Эта особенность является вторым преимуществом координат-
ного метода по сравнению с цепным методом.
Сопоставление обоих рассмотренных методов получения рас-
стояний, размеров и поворотов поверхностей показывает, что
использование при обработке деталей координатного метода, в силу
присущих ему особенностей, позволяет получить, как правило,
более высокую точность.
Действительно, при прочих равных условиях, наибольшая
погрешность, получаемая при координатном методе на цепных
звеньях, не превосходит суммы погрешностей двух координатных
звеньев, в то время как наибольшая возможная погрешность на
координатных звеньях при цепном методе возрастает с увеличением
количества цепных звеньев, образующих данное координатное
звено.
К этому добавляется еще одно преимущество координатного
метода, заключающееся в том, что при нем погрешность установки
детали остается постоянной при получении всех координатных
звеньев.
Следовательно, влияние этой погрешности на образование
точности обрабатываемой детали значительно меньше, чем при
цепном методе, когда для получения каждого цепного звена при-
ходится вновь устанавливать деталь из-за необходимости смены
технологических баз. Вследствие этих преимуществ координатный
метод получил широкое использование в практике машино-
строения.
Комбинированный метод. Сущность комбинированного метода
заключается в том, что при изготовлении деталей для получения
одних звеньев используется координатный метод, а для получения
других — цепной. При этом для получения звеньев, определяющих
относительные повороты поверхностей (параллельность, перпен-
дикулярность или другие угловые расположения поверхностей) и
большую часть расстояний, преимущественно используется коор-
динатный метод.
Цепной метод используется главным образом в тех случаях,
когда; 1) на отдельных расстояниях или поворотах поверхностей
требуется обеспечить очень высокую точность; 2) погрешность
установки, связанная со сменой технологических баз, относительно
невелика; 3) использование координатного метода дает на над-
лежащем цепном звене погрешность больше установленного до-
пуска.
На рис. 101 схематически показано получение относительных
расстояний между поверхностями ступенчатого валика с использо-
ванием комбинированного метода. Из рисунка видно, что получение
относительных поворотов поверхностей (соосности поверхностей
а, б, в, г с осью зацентрованных отверстий, перпендикулярности
Принцип единства баз
155
поверхностей е, ж, и, к оси зацентрованных отверстий) осущест-
вляется с использованием координатного метода, так как в качестве
технологических баз используется сочетание поверхностей зацент-
рованных отверстий. Координат-
ный метод используется также
для получения диаметральных
размеров поверхностей а, б, в, г
и линейных размеров А2, А3
и А4, так как в качестве техно-
логических баз используются по-
верхности зацентрованных отвер-
Рис. 101. Схема использования ком-
бинированного метода для получения
размеров поверхностей ступенчатого
стий и торцовая поверхность е.
Соосность поверхности д,
перпендикулярность поверхно-
стей л и м поверхностям зацен-	валика
трованных отверстий и линей-
ный размер Аб получаются с использованием цепного метода. Дей-
ствительно, для обработки поверхностей д, м и л валик повора-
чивается на 180°, т. е. происходит смена технологических баз для
получения размера Аь.
ПРИНЦИП ЕДИНСТВА БАЗ
Из изложенного следует, что при всех прочих равных условиях
каждая смена баз всегда сопровождается появлением добавочных
погрешностей на требуемых относительных поворотах поверхностей
детали и связывающих их размерах. Следовательно, для получения
наиболее высокой точности относительных поворотов поверхностей
детали и связывающих их размеров следует, по возможности, из-
бегать смены баз и связанных с нею добавочных погрешностей. Для
этого необходимо стремиться к тому, чтобы, по возможности, все
поверхности детали обработать и измерить от одних и тех же тех-
нологических баз или, другими словами, использовать принцип
единства баз.
Практически принцип единства баз используется в полной мере
при обработке с одной установки деталей наиболее простых кон-
структивных, технологически отработанных форм.
Так как использование различных поверхностей детали в каче-
стве технологических и измерительных баз аналогично явлению
смены баз, то в качестве измерительных и технологических баз
следует использовать одни и те же поверхности детали. Наиболее
полное использование принципа единства баз имеет особое значение
для получения требуемой точности относительных поворотов поверх-
ностей деталей, так как при этом используются основные преиму-
щества координатного метода.
156
Основы достижения качества машины
Попутно следует отметить одну существенную особенность,
свойственную процессу обработки нескольких поверхностей де-
тали с одной ее установки. Особенность эта заключается в исклю-
чении какого бы то ни было влияния погрешностей установки де-
тали на относительное положение поверхностей, обработанных
с одной установки.
Для иллюстрации изложенного, на фиг. 102 схематически пока-
зана одновременная обработка пяти поверхностей детали набором
фрез (рис. 102, а). Из рисунка видно, что относительное положение
обрабатываемых поверхностей не меняется при наличии погреш-
Рис. 102. Схема, показывающая отсутствие влияния
погрешности установки на относительное положение
поверхностей, обработанных с одной установки
ности установки (рис. 102, б). Например, параллельность, харак-
теризуемая величиной аь и расстояние поверхности а отно-
сительно поверхности б остаются неизменными.
С целью наиболее полного использования принципа единства
баз необходимо не только стремиться использовать одни и те же
поверхности в качестве технологических и измерительных баз на
различных операциях, но, что не менее важно, даже одни и те же
участки («точки») поверхностей. Для этого все установочные эле-
менты приспособлений, используемых на различных операциях,
должны располагаться по единой схеме, на одинаковых расстоя-
ниях и быть, по возможности, одинаковых размеров.
Только при соблюдении этих условий можно говорить о соблю-
дении принципа единства баз, так как, строго говоря, даже и в
этом случае с каждой новой установкой происходит смена баз,
однако получаемые при этом погрешности обычно настолько малы,
что ими пренебрегают.
Упрощая вопрос, подсменой баз, как указано выше, практически
принято понимать только переход от одних поверхностей к другим.
Погрешности же, порождаемые различным относительным поло-
жением отдельных участков поверхности или, тем более, заме-
Погрешности измерения
157
няющего ее сочетания поверхностей, принято учитывать как одно из
слагаемых погрешности установки, как это и сделано было ранее.
Основываясь на изложенном, обработку некоторых деталей стро-
ят таким образом, чтобы на первой или нескольких, следующих за
первой, операциях, окончательно обработать поверхности, которые
в дальнейшем будут использованы в качестве технологических баз на
возможно большем числе операций. Строить по такой же схеме техно-
логический процесс можно только для деталей, собственные деформа-
ции которых, возникающие под влиянием перераспределения внут-
ренних напряжений, настолько малы, что ими можно пренебречь.
В противном случае, вначале проводят черновую обработку,
при которой по мере удаления поверхностных слоев материала
происходят интенсивные деформации. К этому нередко добавляют
естественное или искусственное старение, помогающее ускоренному
протеканию процесса перераспределения внутренних напряже-
ний и появлению остаточных собственных деформаций детали.
Затем обычно следуют операции по исправлению и окончательной
обработке поверхностей, используемых на последующих операциях
в качестве технологических баз.
Из изложенного выше следует также, что использование прин-
ципа единства баз является, в подавляющем большинстве случаев,
одним из основных средств получения наиболее высокой точности
относительных поворотов поверхностей детали.
Вопрос о том, на каких операциях следует пользоваться едиными
базами, должен окончательно решаться в комплексе с другими воп-
росами, возникающими при разработке технологического процесса.
ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ
Объект производства (заготовка, деталь или изделие) в про-
цессе изготовления подвергают измерению, чтобы убедиться в со-
ответствии объекта требуемой точности и другим показателям
качества (твердость материала, коэффициент полезного действия,
надежность и т. д.) и, если окажется необходимым, принять над-
лежащие меры для внесения поправок в технологический процесс.
Измерение расстояний и поворотов какой-либо поверхности
детали всегда производится относительно каких-либо других ее
поверхностей, выбираемых в качестве измерительных баз. Для
измерения объект включается в размерные, а иногда и кинемати-
ческие цепи измерительного инструмента, прибора или приспо-
собления в качестве их замыкающих звеньев. На рис. 26 показано
измерение размера плитки, включенной измеряемым размером в
одну из размерных цепей микрометра. Процесс измерения состоит
обычно из трех основных этапов — установки, настройки системы
и собственно измерения.
158
Основы достижения качества машины
Первый этап — установка измерительного инструмента, при-
бора или приспособления на измеряемом объекте или, наоборот,
измеряемого объекта на измерительный инструмент, прибор или
приспособление, если объект обладает сравнительно небольшими
размерами и весом. Положение измерительного инструмента,
прибора или приспособления на измеряемом объекте (или изме-
ряемого объекта в измерительном инструменте) определяется при
помощи поверхностей, принадлежащих измеряемому объекту, выб-
ранных в качестве его измерительных баз. С этими поверхностями
приводится в соприкосновение своими базами измерительный ин-
струмент, прибор или приспособление.
Благодаря этому измерительные базы детали определяют поло-
жение измерительного инструмента относительно измеряемого объек-
та или, наоборот, измеряемого объекта на измерительном инстру-
менте. Другими словами, производится совмещение выбранных
координатных систем измерительного инструмента и измеряемого
объекта.
Естественно, что в результате установки и последующего при-
ложения силового замыкания для фиксации правильного положе-
ния измерительного инструмента на измеряемом объекте появ-
ляется погрешность установки со^.
Основными причинами погрешности установки являются: I) от-
клонение поверхностей измерительных баз объекта от теорети-
чески правильной геометрической формы и требуемого класса
чистоты; 2) состояние баз измерительного инструмента, прибора
или приспособления; 3) неправильное приложение сил, обеспе-
чивающих контакт между измерительными базами объекта
и базами измерительного инструмента; 4) недостаточная ква-
лификация лица, производящего измерения, и другие фак-
торы.
На втором этапе размерные, а иногда и кинематические цепи
измерительного инструмента, прибора или приспособления на-
страиваются на подлежащий измерению размер или другой пара-
метр качества.
Первый и второй этапы могут меняться местами, т. е. настройка
может производиться после установки измеряемого объекта или
до нее. Эта настройка является статической, так как при ее про-
ведении в размерных и кинематических цепях не возникает рабо-
чих нагрузок.
В результате настройки появляется погрешность статической
настройки со,, которая зависит: 1) от правильного выбора исполь-
зуемых для настройки методов и средств; 2) от величины погреш-
ности отсчета; 3) от состояния измерительного инструмента, при-
бора или приспособления; 4) от недостаточной квалификации лица,
производящего измерение, и ряда других факторов.
Погрешности измерения
159
На последнем этапе — собственно измерении — возникает по-
грешность динамической настройки размерных и кинематических
цепей (соа) системы измерительный инструмент — измеряемый
объект. Погрешность динамической настройки зависит от следую-
щих факторов:
1)	сил, возникающих в процессе измерения, особенно их коле-
баний по величине;
2)	степени жесткости измерительного инструмента, прибора
или приспособления;
3)	разности и колебаний температур измеряемого объекта и
измерительного инструмента;
4)	состояния измерительного инструмента, прибора или приспо-
собления;
5)	недостаточной квалификации лица, производящего измере-
ние, и ряда других факторов.
Таким образом, в результате измерения всегда появляется
погрешность измерения 1 соЙЗЛ£, представляющая при каждом от-
дельном измерении алгебраическую сумму трех перечисленных
основных погрешностей:
= + +
При нескольких измерениях необходимо использовать методы
алгебраического суммирования систематических погрешностей и
квадратичного суммирования случайных погрешностей.
Погрешность измерения представляет собой степень приближе-
ния нашего познания к величине действительного размера (или
любой другой характеристики качества) измеряемого объекта.
Чем меньше погрешность измерения тем выше степень на-
шего познания действительной величины размеров измеряемого
объекта, получаемых в результате его обработки.
Из изложенного следует, что действительный размер (Адеиств)
каждого объекта может отличаться от измеренного на величину
погрешности измерения (рис. 103, а), равную
(о„3 =	— Q,
где Дпзл£ — часть погрешности измерения, получившаяся в ре-
зультате алгебраического суммирования систематиче-
ских погрешностей измерения;
Q — часть погрешности измерения, получившаяся в ре-
зультате алгебраического суммирования (единичное
измерение) погрешностей, порожденных случайно дей-
ствующими факторами.
1 Эта погрешность в метрологии носит название «суммарная или предельная
погрешность измерения».
160
Основы достижения качества машины
Поскольку при каждом единичном измерении размера практи-
чески невозможно знать величину Q, то надежнее считать, что
погрешность измерения может быть равной
(О = Л Ч—
шизм ^изм —	2	’
где (яг.изм — поле рассеяния, порождаемое действием случай-
ных факторов в процессе измерения.
При этих условиях погрешность измерения размера каждого
из объектов может колебаться в пределах от Ax = AU34rH—
аТ
до Аа = Аизл<---> и, следовательно, действительный размер
фактически может отличаться от измеренного в этих же пределах,
как это показано на рис. 103, б. В частном случае, когда Дизи = 0,
действительный размер может отличаться от измеренного на вели-
СО 7-
чину «>„зл = ±—
При измерении размера партии объектов, когда действитель-
ные размеры имеют поле рассеяния измеренные размеры пар-
тии могут отличаться от действительных согласно схемы на рис. 103, г
или д в зависимости от величины и знака \изм и величины со7 изм.
В частном случае при ДМЗЛ< = 0 действительные размеры ОТЛИЧа-
От-
ются от измеренных на величину (оизм = ±   (рис. 103, в).
Погрешность измерения обычно лимитируется величиной до-
пуска, устанавливаемого на каждый тип измерительного инстру-
мента или устройства.
При периодической проверке измерительных инструментов оп-
ределяется погрешность измерения, присущая данному экзем-
пляру измерительного инструмента к моменту контрольной про-
верки.
В обычных производственных условиях методы и средства изме-
рения выбирают таким образом, чтобы погрешность измерения со-
ставляла не более 1/10 допуска, установленного на измеряемый
параметр обрабатываемого объекта. При этом погрешность изме-
рения не учитывается как величина второго порядка малости.
Если отсутствует возможность выдержать указанное выше усло-
вие и погрешность измерения оказывается больше 1/10 допуска,
с ней приходится считаться, внося соответствующие поправки
или предпринимая необходимые меры для ее сокращения.
Достичь, например, требуемую точность размера Л, характе-
ризуемую величиной допуска бл, можно следующим образом.
Если систематическая погрешность измерения ДЙЗЛ1 = 0, то из
Погрешности измерения
161
величины допуска 6Л вычитают величину допуска на погрешность
измерения изм. В результате получают так называемый про-
Рис. 103. Схемы, показывающие влияние погрешности измерения
на познание действительного размера
изводственный допуск 6Л, называемый в таких случаях «гаран-
тийным». Обработку деталей ведут в пределах производственного
допуска 8’д.
6 Балакшин
162
Основы достижения качества машины
Если в результате обработки на размере А партии деталей
получаются поля рассеяния со б л и ^азм <^изм, то, как это
видно из схемы на рис. 103, е и ж, отклонения всех размеров дейст-
вительно не выйдут за пределы установленного допуска («гарантий-
ного») бд.
Все, что выше было рассмотрено применительно к измерению
размеров, в полной мере относится и к измерению величины любой
характеристики качества объекта производства.
Из изложенного следует необходимость различить три величины
размера, поворота поверхностей деталей или величины любой
другой характеристики качества объекта производства:
1)	действительную, т. е. ту, которой обладает объект произ-
водства;
2)	измеренную, представляющую собой действительную, по-
знанную с определенной погрешностью;
3)	расчетную, или номинальную, т. е. ту, которую необходимо
получить.
При сборке машин, так же как и при работе в машинах, детали
включаются в качестве звеньев в кинематические и размерные
цепи своими действительными размерами, поворотами поверхно-
стей и т. д., отличающимися как от измеренных, так и от рас-
четных.
ОСНОВЫ ДОСТИЖЕНИЯ ТОЧНОСТИ МАШИНЫ ПРИ СБОРКЕ
Выше рассмотрены все используемые в настоящее время методы
достижения требуемой точности машины и ее механизмов в про-
цессе сборки. При этом все детали, составляющие машину, и ее
сборочные единицы рассматривались как жесткие тела. Практи-
чески все детали являются упругими телами.
При этом упругие деформации в каждой из координатных
плоскостей детали бывают различны. Упругие деформации деталей
возникают вследствие действия на детали сил и их моментов, по-
рождаемых: 1) .силой тяжести деталей; 2) силой тяжести других
деталей и сборочных единиц, монтируемых на детали; 3) рабочими
и инерционными нагрузками, действующими в машине; 4) пере-
распределением внутренних напряжений; 5) созданием силовых
замыканий, фиксирующих требуемое положение детали для ее
работы в машине.
В тех случаях, когда упругие деформации детали относительно
невелики и, по сравнению с величинами надлежащих допусков,
являются величинами второго порядка малости, ими пренебре-
гают, считая деталь жесткой. Когда величина деформации детали
хотя бы в одной из координатных плоскостей соизмерима с вели-
Основы достижения точности машины при сборке	163
чинами допусков, ее приходится при сборке сокращать до допу-
стимых величин. Основными средствами служат увеличение коли-
чества опорных точек или увеличение жесткости детали путем ее
плотного соединения с сопрягаемой деталью (для этого необхо-
димо прилегание сопрягаемых поверхностей деталей и правильно
осуществленное силовое замыкание).
Так, например, базирующие детали многих машин отличаются
недостаточной жесткостью, благодаря чему они легко деформи-
руются в процессе монтажа на них ряда сборочных единиц, и
поэтому возникают трудности достижения требуемой точности
относительного положения этих сборочных единиц. Для сокраще-
ния величины упругих деформаций базирующие детали ставят
на жесткий фундамент на три неподвижные опоры и необходимое
количество дополнительных подвижных опор (регулируемые кли-
новые опоры, домкратики и т. д.), с последующим приложением
силовых замыканий.
В тех случаях, когда упругие деформации базирующей детали
сборочной единицы, возникающие под влиянием ее силы тяжести и
сил тяжести других деталей и сборочных единиц, смонтированных
на нее, выходят за установленные допуски для их сокращения:
1. Рассчитывают или определяют экспериментально величину
и характер упругих деформаций базирующей детали и при ее об-
работке получают искусственно погрешность, направленную в
противоположную сторону, с таким расчетом, чтобы после на-
гружения базирующей детали ее деформация не выходила за преде-
лы допуска. В ряде случаев такие искусственные погрешности
вносят в деталь при сборке путем ручных пригоночных работ.
Например, станину длинных токарных станков обрабатывают
в деформированном состоянии, с тем чтобы после обработки ее
направляющие оказались выпуклыми, а при нагружении суппор-
том несколько выпрямились. Для получения выпуклости станину
перед окончательной обработкой деформируют при помощи винта,
создавая вогнутость направляющих (рис. 104).
2. При помощи шабровки исправляют деформированные по-
верхности основных баз базирующей детали сборочной единицы
до достижения требуемой точности. Шабровку базирующей де-
тали ведут после того, как на нее смонтированы все или наиболее
тяжелые детали сборочной единицы. В ряде случаев базирующие
детали нагружают грузами, равными по весу монтируемым де-
талям. Так, например, поступают при шабровке кареток револь-
верных станков, легко деформирующихся при монтаже на них
фартука, механизма ускоренного хода и суппорта.
Увеличение жесткости деталей путем ее плотного прилегания
к вспомогательным базам базирующей ее детали требует: 1) пра-
вильности геометрических форм сопрягаемых поверхностей, их
164
Основы достижения качества машины
относительного положения и надлежащей степени шероховатости;
2) правильного совмещения сопрягаемых поверхностей; 3) пра-
вильно осуществленного силового замыкания, чтобы не нарушить
плотности прилегания сопряженных поверхностей и не деформи-
ровать детали.
Правильность положения, формы и шероховатости сопрягае-
мых поверхностей деталей достигается или в результате их меха-
нической обработки, или ручной пригонки. В последних случаях
Рис. 104. Схема искусственной деформации станины для
получения выпуклых поверхностей направляющих после
обработки
осуществляется пригонка сначала поверхностей одной из сопря-
гаемых деталей с использованием универсальных средств (шабро-
вочных плит, линеек и т. д.) или специальных приспособлений,
затем второй детали.
В основу создания таких приспособлений берется идея сопря-
женной детали. Так, например, для получения требуемой точности
поверхностей направляющих станины, на которые монтируются
передняя бабка, суппорт и задняя бабка, используется приспо-
собление в виде плиты. Ее конструктивные формы образуются,
как это схематически показано на рис. 105, из сопряженной детали
корпуса коробки скоростей. Для этого нижняя часть корпуса
как бы отрезается и превращается в плиту. На плиту наносят
тонкий слой краски и накладывают на поверхности направляю-
щих. Дав плите несколько поступательно возвратных движений
вдоль направляющих станины, ее снимают, и по оставшимся чер-
ным точкам и пятнам судят о соответствии поверхностей станины
эталону — плите. Если пятна и точки расположены неравномерно,
это значит поверхности станины имеют недостаточно правильную
форму.
Исправляют поверхность шабровкой путем снятия металла
режущим инструментом — шабером — с тех мест, которые окра-
Основы достижения точности машины при сборке
165
шены краской. После шабровки покрашенная плита накладывается
снова, и процесс повторяется до тех пор, пока черные точки не
будут равномерно расположены по всем поверхностям. Считается,
что для хорошего прилегания поверх-
ностей сопрягаемых деталей необхо-
димо иметь от 10—12 до 25—30 пятен
на квадрате 25 X 25 мм. Поверхность
сопряженной детали шабрят предва-
рительно по плите, представляющей
поверхность сопряженной станины.
Окончательную шабровку осуще-
ствляют, используя поверхности ста-
нины как эталон. Как правило, ре-
комендуется окончательную пригонку
осуществлять за счет основных баз
присоединяемых деталей. Делается это
для того, чтобы не нарушать относи-
тельное положение вспомогательных
баз базирующей детали, определяю-
щих относительное положение всех
присоединяемых к базирующей детали
сборочных единиц и других деталей.
К шабровке приходится прибегать и
в тех случаях, когда требуемая точ-
ность при сборке достигается методом
пригонки.
Наиболее высокую точность дости-
гают шабровкой «по блеску», т. е. по
блестящим пятнам, остающимся на
поверхностях детали, по которым
плитой-эталоном, без ее накрашива-
ния, делается несколько поступатель-
ных возвратных движений.
Если необходимо увеличить точ-
ность относительного положения, фор-
мы и требуемой шероховатости поверх-
ностей сопрягаемых деталей (предста-
вляющих собой валы и их опоры в
Рис. 105. Схема использования
сопряженной детали для разра-
ботки конструкции приспособ-
ления
корпусных деталях) при
разработке конструкции приспособлений для контроля и шаб-
ровки, необходимо строго соблюдать принцип «сопряженных де-
талей». Это особенно относится к различного рода оправкам,
ложным валам1 (рис. 106) и т. д. для проверки и шабровки
1 Ложным валом называют приспособление в виде закаленного вала несколько
меньшего диаметра, используемого для предварительного шабрения поверх-
ностей отверстий под опоры.
166
Основы достижения качества машины
поверхностей отверстий, расположенных в двух стенках корпуса
и в совокупности выполняющих функции вспомогательных двойных
направляющих баз.
Рис. 106. Ложный вал
Точность совмещения поверхностей сопрягаемых деталей, осо-
бенно соединяемых с натягом
за счет упругих внутренних
значительные трудности. Так,
Рис. 107. Приспособление для за-
прессовки втулок
для создания силового замыкания
сил их материалов, представляет
например, для решения подобной
задачи при монтаже наружных
колец роликоподшипников в от-
верстия корпусных деталей тре-
буется:
1)	совместить до начала за-
прессовки ось наружной поверх-
ности кольца с осью отверстия,
т. е. правильно забазировать коор-
динатную систему кольца относи-
тельно координатной системы от-
верстия;
2)	исключить возможность пе-
рекоса и смещения оси кольца от-
носительно оси отверстия
цессе запрессовки;
3)	исключить попадание
ков грязи или стружки
сопрягаемыми поверхностями де-
талей.
Решение этих задач осущест-
вляется с помощью направляющих
фасок, делаемых для этой цели на сопрягаемых деталях 1 и 4, и при-
способления с направляющей втулкой 2 и скалкой 3, как это пока-
зано на рис. 107.
Для исключения перекосов при запрессовке необходимо при-
ложение к кольцу нагрузки, равномерно расположенной по всей
в про-
кусоч-
между
Основы достижения точности машины при сборке
167
поверхности кольца. Для этой цели используются различного рода
затяжные приспособления (рис. 108) или прессы.
Наибольшая величина силы Р запрессовки определяется из
равенства [8]
P^fnDLp,	(79)
где f — коэффициент трения при запрессовке (в зависимости от
материалов деталей, шероховатости поверхности смазки и
т. д. коэффициент трения колеблется от = 0,02 до /2=
= 0,3);
D — диаметр охватываемой детали в мм,
L — длина запрессовываемой детали в мм\
р — напряжение сжатия на сопрягаемых поверхностях.
Более высокую точность с меньшими затратами можно достичь
при сборке деталей, соединяемых с натягом, используя временное
Рис. 108. Винтовое затяжное
приспособление для запрес-
совки роликоподшипника на
шпиндель станка
изменение размера одной из сопрягаемых деталей или обеих одно-
временно за счет разности их температур.
Так, если охватываемую деталь охладить до температуры То,
рассчитываемой из равенства
Т  №	^1) +	/ол\
где d2 — диаметр охватываемой детали в мм*
dr — диаметр охватывающей детали в мм\
— наименьшая величина зазора, обеспечивающая свобод-
ное соединение сопрягаемых деталей;
ka — коэффициент линейного расширения материала охла-
ждаемой детали,
то ее можно свободно ввести в отверстие сопрягаемой детали и
забазировать с требуемой точностью. После нагрева между де-
талями будет создано силовое замыкание, фиксирующее достигну-
тую точность.
168
Основы достижения качества машины
При сборке внутренних колец шарико- или роликоподшипников
с валиками диаметр отверстия кольца можно временно увели-
чить до размера, обеспечивающего свободное надевание кольца
на валик.
Температуру THt до которой необходимо нагреть охватывающую
деталь, можно рассчитать из равенства
d% — dj
Т
л н
(81)
При значительных величинах натяга, в некоторых случаях,
одну из сопрягаемых деталей охлаждают, другую нагревают с целью
получения необходимой величины зазора для
свободного их соединения.
Для охлаждения деталей используют твердую
углекислоту (сухой лед, t = — 78,5° С); жидкие:
Рис. 110. Электрическая ванна для на-
грева деталей при сборке
Рис. 109. Термостат для
охлаждения деталей при
сборке
азот (t = — 195,4° Q, кислород (t — — 182,5° С) или воздух
(t = — 190 ч—195° С). Охлаждение деталей ведется в сетках,
помещаемых в термостатические камеры или шкафы (рис. 109).
Для нагрева используются масляные ванны (рис. ПО) с различ-
ными источниками тепла или газовой среды.
Управление силовыми замыканиями для сохранения точности
относительного положения соединяемых деталей. При соединении
ряда деталей, особенно типа корпусов, кронштейнов, кареток,
планок и т. д., для сохранения полученной точности между де-
талями создается силовое замыкание, осуществляемое с помощью
крепежных болтов.
Основы достижения точности машины при сборке
169
Поскольку поверхности сопрягаемых деталей практически всег-
да имеют погрешности относительного поворота, формы и различную
шероховатость, постольку неправильное создание силового замы-
кания вызывает изменение точности относительного положения
Рис. 111. Схема последовательности затягивания
гаек при монтаже крышки с целью сокращения
ее деформации
сопряженных деталей. Если эти погрешности не выходят за пре-
делы установленных допусков, ими пренебрегают. Однако в ряде
случаев они могут выйти за пределы допусков, особенно если
последние достаточно малы.
Для сокращения получаемой погрешности силовые замыкания
необходимо прикладывать в определенной последовательности и
Рис. 112. Схема образования деформации крышки при
неправильной последовательности закрепления гаек
выдерживать их отклонения от требуемых в пределах небольшого
допуска.
Последовательность закрепления винтов или гаек на шпильках
основывается на принципе сокращения упругих деформаций со-
прягаемых деталей в направлении от середины к краям или, дру-
гими словами, на принципе «располовинивания» погрешностей.
Для этого вначале необходимо закрепить винты или гайки, рас-
положенные на пересечении осей симметрий сопрягаемых поверх-
ностей деталей, затем, идя по осям симметрии (крест на крест),
170
Основы достижения качества машины
переходить постепенно к винтам, расположенным на наиболее
удаленных расстояниях. В качестве примера на рис. 111 показано
последовательное крепление гаек при фиксации точности поло-
жения головки блока автомобильного мотора. К чему приводит
Рис. 113. Типы гаечных ключей с регулируемой величиной крутящего момента
нарушение порядка крепления в утрированном виде, показано
на рис. 112.
Затягивание гаек или винтов рекомендуется осуществлять
постепенно. Вначале все гайки затягиваются вручную, затем с
х/3 допустимого усилия затяжки, 2/3 и, нако-
Рис. 114. Крепеж-
ный винт с шейкой,
рассчитанный для
передачи требуемой
величины 'крутяще-
го момента
нец, силы доводятся до расчетной величины.
Для сохранения постоянства силы затяжки
используются различного рода ключи или при-
способления (гайковерты), с тарированным кру-
тящим моментом (рис. 113).
При креплении ряда ответственных деталей
для той же цели используются крепежные де-
тали с шейками (рис. 114), диаметр которых
рассчитан для передачи требуемого крутящего
момента. При завертывании, после достижения
требуемого крутящего момента головка винта
отламывается по шейке d, чем и достигается
требуемая сила затяжки.
Сокращение погрешностей осевых переме-
щений вращающихся деталей. В процессе сбор-
ки в ряде случаев требуется обеспечить наи-
большую точность положения вращающейся детали в осевом
направлении. Например, осевые перемещения шпинделей ряда
станков не должны выходить за пределы допуска в 0,01 и даже
0,001 мм.
Основной причиной, порождающей осевые перемещения враща-
ющихся деталей, является наличие отклонений от перпендикуляр-
Основы достижения точности машины при сборке
171
ности оси вращения обязательно у двух торцовых поверхностей
сопрягаемых деталей (рис. 115, а). Теоретически, осевого перемеще-
ния на детали нет, если у одной из сопрягаемых деталей нет по-
грешности отклонения торца от перпендикулярности оси ее вращения
(фиг. U5, б). Штриховой ли-
нией показан валик, повернутый
на 180°.
Особенность суммирования
погрешностей в размерной цепи,
определяющей осевое перемеще-
ние вращающейся детали, за-
ключается в избиратель-
ном законе суммир
о в а н и я
погрешностей. Из двух погрешно-
стей отклонения торцов двух деталей от
перпендикулярности к оси вращения всегда
действует наименьшая погрешность, как
это схематически показано на рис. 115, в и г.
При наличии нескольких пар сопрягаемых
деталей наибольшая суммарная погреш-
ность осевого перемещения будет предста-
влять собой сумму наименьших погрешно-
стей каждой из пар сопрягаемых деталей,
если оси последних совпадают.
Из изложенного следует:
1. Сокращение погрешности осевого пе-
ремещения можно получить путем умень-
шения погрешности отклонения торца
от перпендикулярности оси вращения одной
из сопрягаемых деталей.
Обычно для этой цели используются
торцы вращающихся деталей, так как у по-
Рис. 115. Схема образо-
вания погрешностей осе-
вого перемещения враща-
ющейся детали
не произошло закли-
следних эта задача решается проще и эко-
номичнее.
2. При сборке необходимо, создавая
силовое замыкание, определяющее осевое
положение вращающейся детали, повора-
чивать последнюю минимум на 360°, чтобы
нивание при сложении погрешностей отклонения торцов от
перпендикулярности оси вращения во время последующего вра-
щения детали.
Следует обратить внимание на установку пуговки индикатора
по оси вращения детали, так как в противном случае к погрешности
осевого перемещения добавится погрешность отклонения торца
вращающейся детали от перпендикулярности к оси ее вращения.
172
Основы достижения качества машины
Сокращение погрешности радиального и пространственного бие-
ния оси вращающейся детали. Под радиальным биением т] принято
понимать удвоенную величину эксцентрицитета 8 оси измеряемой
поверхности детали относительно оси вращения детали. Следователь-
но, биение всегда измеряется в одной из плоскостей и явление бие-
ния рассматривается как плоская задача.
Причинами, порождающими радиальное биение вращающегося
валика, являются эксцентрицитеты 8Х осей 1 и 2 поверхностей 3 и 4
(рис. 116) валика и эксцентрицитет 82 оси внутренней поверхности
Рис. 116. Схема образования радиального биения вращаю-
щейся детали
4 и оси 8 наружной поверхности внутреннего 5 колец шарико- или
роликоподшипника, а также эксцентрицитет 83.
Последний образуется за счет размещения шариков или роли-
ков различных диаметров на противоположных сторонах диаме-
тральной плоскости подшипника, как это схематически показано
на рис. 116.
Наибольшая величина 8Д радиального биения, показываемая
индикатором при повороте валика минимум на 360°, получается
в том случае, когда все эксцентрицитеты располагаются по направ-
лению одного из радиусов:
8д4 * б = ех + 82 + е3.	(82)
Наибольшая величина биения
nw6 = 2eX6.	(83)
Средством уменьшения величины радиального биения является
соединение деталей таким образом, чтобы их эксцентрицитеты ех
и 82 были направлены в противоположные стороны.
Если при сборке подобрать детали с равными эксцентрици-
тетами то, как это видно из схемы рис. 117, теоретически величина
Основы достижения точности машины при сборке
173
радиального биения должна равняться нулю. Практически ее
можно уменьшить до сколь угодно малой величины.
Эксцентрицитет 83, порождаемый различными размерами шари-
ков и роликов, можно сократить только путем замены шариков
или роликов подшипника другими. Влияние эксцентрицитета 83
на образование биения поверхности вращающейся детали сказы-
вается полностью не на каждом обороте, как всех других эксцентри-
цитетов, а только через п оборотов, необходимых шарикам для про-
бега полного оборота по поверхности внутреннего кольца во время
их планетарного движения.
Наличие эксцентрицитетов в опорах качения вращающейся
детали порождает смещение и перекос ее оси относительно оси ее
Рис. 117. Схема сокращения радиального биения за счет подбора
и разворота эксцентрицитетов сопрягаемых деталей
вращения, создаваемой опорами. Таким образом, возникает про-
странственное биение оси вращающейся детали относительно оси
опор ее вращения, как это схематически показано на рис. 118, а.
Для наглядности на схеме дано два сечения через деталь и
ее опоры. При этом сечения повернуты на 90°. Из схемы видно, что
в зависимости от плоскостей расположения эксцентрицитетов
и 82 в левой опоре и 8J и 8з в правой, ось вращающейся детали будет
описывать около оси опор (фактической оси вращения детали)
поверхность двуполого гиперболоида вращения. Два индикатора,
установленных на двух концах вращающейся детали, будут пока-
зывать величины биений в двух сечениях, перпендикулярных оси
вращения детали (оси опор).
Уменьшение пространственного биения оси вращающейся детали
может быть получено изменением угла расположения эксцентрици-
тетов одного относительно другого и подбором деталей опор с
величинами эксцентрицитетов, близкими или равными эксцентри-
цитетам поверхностей вращающейся детали, сопрягаемых с каждой
из опор, и расположением обоих эксцентрицитетов в противополож-
ном направлении (угол между эксцентрицитетами 180°).
На рис. 118, б дана схема, на которой эксцентрицитеты каждой
из опор скольжения подобраны равными эксцентрицитетам сопря-
174
Основы достижения качества машины
гаемых с ними поверхностей вращающейся детали и плоскости
расположения эксцентрицитетов развернуты на 180°. Из схемы
видно, что теоретически ось вращающейся детали будет совпадать
с осью ее вращения и никакого пространственного биения оси вра-
щения детали не будет.
Рис. 118. Схема образования пространственного биения вращаю-
щейся детали
На рис. 118, в показана схема, на которой эксцентрицитеты
в каждом из сечений направлены в одну сторону (угол между пло-
скостями расположения эксцентрицитетов равен нулю) и равны
по величине (е4 = 64). В таком случае ось вращающейся детали
располагается параллельно оси ее вращения и при вращении де-
тали оба индикатора будут показывать одинаковую величину ее
биения.
Стабилизация температуры помещения, в котором осуще-
ствляется сборка и регулировка машин, является одним из средств
повышения их точности. Так, например, при изготовлении преци-
зионных станков колебания температуры помещения в пределах
Основы достижения точности машины при сборке	175
±5—10° С порождают погрешности относительного положения
исполнительных поверхностей станков, нередко выходящие за
установленные допуски. Происходит это вследствиё деформации
деталей машины, особенно базирующих. Поэтому для повышения
точности приходится стабилизировать колебания температуры по-
мещения иногда в довольно узких пределах. Так, для изготовления
прецизионных станков эти колебания не должны выходить за пре-
делы 20 ± 0,5° С.
Для стабилизации температуры делаются специальные термо-
статические помещения с окнами, выходящими на север и т. д.
Рассмотрев основы достижения точности машины, требуемой
ее служебным назначением, можно перейти к рассмотрению основ
достижения качества составляющих ее деталей.
Глава
V
ОСНОВЫ ДОСТИЖЕНИЯ КАЧЕСТВА
ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Выше были рассмотрены показатели, характеризующие ка-
чество деталей, требуемое их служебным назначением в машине.
Экономичное достижение качества деталей является одной из
основных задач технологии машиностроения.
Наиболее экономичным, видимо, был бы такой технологический
процесс, в результате выполнения которого из сырого продукта
природы непосредственно получалась бы готовая деталь, отве-
чающая своему служебному назначению.
Практика машиностроения на современном уровне развития
не имеет таких процессов и поэтому детали изготовляются из раз-
личных видов полуфабрикатов, поставляемых другими отраслями
народного хозяйства — металлургической, химической промыш-
ленности и др.
Таким образом, в машиностроении изготовление деталей за-
ключается в превращении выбранного полуфабриката в готовую
деталь. С точки зрения достижения требуемой точности детали
задача сводится к выбору требуемого объема полуфабриката,
к приданию ему формы и размеров, приближающихся к будущей
детали, и к их «уточнению» до отклонений, лимитированных до-
пусками на готовую деталь.
Под фактическим уточнением 1 е понимается отношение полей
рассеяния заготовки партии полуфабрикатов к.со^ партии го-
товых деталей рассматриваемой характеристики точности
Расчетное уточнение
«р = Ь	<85>
1 Понятие «уточнение» было введено впервые проф. д-ром А. П. Соко-
ловским.
Основы достижения качества деталей машин
177
где б3 — допуск на рассматриваемую характеристику точности
партии полуфабриката;
6d — допуск на рассматриваемую характеристику у партии
готовых деталей.
Обратное отношение, т. е.
? = &,	(86)
будем называть передаточным отношением системы СПИД [9]:
£ = 1	(87)
Например, если диаметр размера партии пруткового материала,
из которого изготовляется партия гладких цилиндрических ва-
ликов, имеет величину поля рассеяния со3 = 0,5 мм, а поле рас-
сеяния диаметра готовых валиков сод = 0,05, то
Естественно, что валики будут годны, если сод бд, где —
допуск на диаметральный размер готовых валиков. Из равенства
(85) следует, что для достижения требуемой точности рассматри-
ваемой характеристики точности партии деталей необходимо найти
такую технологическую систему СПИД, пройдя которую партия
деталей получилась бы годной. К сожалению, практика машино-
строения, на современном этапе ее развития, имеет мало таких
технологических систем СПИД. Поэтому в подавляющем боль-
шинстве случаев для достижения требуемой точности деталей
приходится использовать ряд технологических систем СПИД,
каждая из которых дает свою величину уточнения 8 или переда-
точного отношения
Таким образом, партия полуфабрикатов, пройдя последова-
тельно несколько технологических систем СПИД, получает тре-
буемое уточнение и превращается в годные детали.
Следовательно, если каждая из технологических систем имеет
свое уточнение еь е2,..., 8т-, то партия полуфабрикатов, пройдя
т технологических систем, будет иметь уточнение
т
еп = S& ... em = fj е,-.	(88)
/= 1
Для получения годных деталей по выбранной характеристике
точности (например, по размеру) необходимо, чтобы:
<89>
" п-е/
/=1
178
Основы достижения качества деталей машин
или
т
= fl h,
i = 1
(90)
Рис. 119. Включение обра-
батываемой детали в раз-
мерные цепи вертикально-
сверлильного станка
где m — число переходов для обработки поверхности детали.
Поскольку точность детали характеризуется рядом показате-
лей, постольку с точки зрения ее достижения необходимо найти
такую технологическую систему, которая обеспечивала бы ее до-
стижения сразу по всем показателям. Если
такой системы подобрать не удается, то
приходится полуфабрикат пропускать по-
следовательно через ряд технологических
систем, из которых одни будут обеспечивать
достижение точности по одним ее показате-
лям, другие — по другим. Так, например,
достижение требуемой точности некоторых
цилиндрических валиков осуществляется
их обработкой на бесцентрово-токарных,
шлифовальных, притирочных станках и
станках для суперфиниширования поверх-
ностей. Если первые станки дают постепен-
ное уточнение размеров и формы валиков,
то последние, в основном, предназначаются
для получения требуемой шероховатости
поверхности, поскольку изменением раз-
мера, как величиной второго порядка ма-
лости, получаемой при этом виде обра-
ботки, обычно пренебрегают.
Для возможности увеличения величины
уточнения или уменьшения величины пере-
даточного отношения, даваемого технологи-
ческими системами СПИД, необходимо изучить влияние основных
факторов, действующих в системе СПИД и порождающих в сово-
купности ту или иную величину уточнения е или передаточного
отношения £.
Выше (на стр. 56) указывалось, что полуфабрикат, заготовка
или обрабатываемая деталь для достижения требуемой точности
включается в размерные и кинематические цепи систем СПИД
в качестве их замыкающих звеньев.
В качестве примера на рис. 119 показано включение детали Б
в размерные цепи вертикально-сверлильного станка (в одной из
вертикальных координатных плоскостей) для достижения точности
расстояния оси отверстия от плоскости а и ее перпендикулярности
плоскости в.
Основы достижения качества деталей машин
179
Первая задача решается с помощью размерной цепи Лд — Лх +
Л2 = 0, вторая — с помощью размерной цепи ад — аг + а2 = 0.
В качестве второго примера на рис. 24 показано включение
обрабатываемой детали в размерные цепи продольно-строгального
станка (в одной из координатных плоскостей). При помощи раз-
мерной цепи Лд + Ai + А2 — А3 + А4 — А5 + А6 = 0 полу-
чается точность расстояния (звено Лд) плоской, вновь образуемой,
поверхности а от поверхности в. При помощи размерной цепи
«1 — «д — «2 = 0 получается параллельность поверхности а по-
верхности в (звено ад).
Из просмотренных примеров видно, что расстояния и относи-
тельные повороты, т. е. звенья Лд и ад деталей, в обоих случаях
представляют собой замыкающие звенья надлежащих размерных
цепей системы СПИД, в которые включаются обрабатываемые
детали. Следовательно, погрешности, появляющиеся в кинемати-
ческих и размерных цепях системы СПИД, переносятся на обра-
батываемые детали.
Анализ методов * достижения точности замыкающих звеньев
размерных цепей системы СПИД показывает, что в подавляющем
большинстве случаев для достижения требуемой точности расстоя-
ний между поверхностями детали или размеров поверхностей
используется метод регулировки. Действительно, из рис. 119
видно, что точность замыкающих звеньев размерной цепи Ад —
— Ai + Л2 = 0 достигается методом регулировки. Роль подвиж-
ного компенсатора выполняет сама обрабатываемая деталь, пере-
мещая которую можно расположить ось вращения сверла (т. е.
будущего отверстия) на расстоянии Лд от плоскости а. Звено
Л2 будет при этом выполнять роль компенсирующего звена раз-
мерной цепи.
Методом регулировки достигается также точность (см. рис. 24)
расстояния поверхности а от поверхности в (звено Лд) с помощью
размерной цепи Лд + Аг + Л2 — Л3 + Л4 — Л5 + Л6 = 0. Из
рисунка видно, что роль подвижных компенсаторов в этом слу-
чае выполняют траверса и Каретка, несущая резец. Траверса и
каретка могут перемещаться при помощи механизмов вверх и вниз.
Роль компенсирующих звеньев размерной цепи выполняют при
этом звенья Л5 и Л3 .
Для достижения точности расстояний между поверхностями
детали или размеров ее поверхностей методом регулировки, в ки-
нематические и размерные цепи системы СПИД встраиваются раз-
личного рода компенсирующие устройства, которые позволяют
вносить необходимые изменения в относительное расположение
режущих кромок инструмента и обрабатываемой детали. Такие
180
Основы достижения качества деталей машин
станка привернута
перемещении стола
изменения могут вноситься периодически между обработкой от-
дельных объектов или между отдельными проходами, или непре-
рывно, т. е. в процессе обработки объекта, и в этом случае обычно
производятся автоматически.
Для иллюстрации на рис. 120 дана схема компенсирующего
(корригирующего), автоматически действующего устройства к сто-
лу координатно-расточного станка. К столу
корригирующая линейка /, по
катится ролик 2, закрепленный
на конце рычага 5, имеющего
ось качания в точке 4. Верти-
кальное перемещение ролика 2
через рычаг 3 передается рыча-
которой при
Рис. 120. Схема компенсирующего устройства
стола коор
динатно-расточного станка
гу 5, а от него через шпильку 6 гайке 7, через которую проходит
ходовой винт S. Выпуклости и вогнутости корригирующей линейки
сделаны равными погрешностям ходового винта, увеличенными в
соответствии с передаточным отношением рычажного механизма.
Таким образом, по мере перемещения стола компенсирующее
устройство, непрерывно и автоматически поворачивая гайку 7,
сообщает ходовому винту добавочные осевые перемещения, рав-
ные, но противоположные по знаку, погрешностям его шага.
Анализ методов достижения точности замыкающих звеньев
размерных цепей системы СПИД показывает, что в подавляющем
большинстве случаев для достижения точности относительных
поворотов поверхностей обрабатываемой детали используется ме-
тод неполной взаимозаменяемости. Так, из рис. 119, например,
видно, что точность относительного поворота (перпендикулярность)
оси поверхности отверстия к плоскости в может быть получена толь-
ко методом неполной взаимозаменяемости, так как никаких под-
вижных компенсаторов в конструкции станка и инструмента не
Основы достижения качества деталей машин
181
предусмотрено, а следовательно, отсутствует какая-либо возмож-
ность без введения добавочного приспособления повернуть деталь
на столе станка или ось вращения сверла, чтобы получить требуемую
точность звена ад.
То же явление наблюдается и при достижении точности относи-
тельного поворота — параллельности поверхности а поверхности
в при обработке детали на продольно-строгальном станке (см.
рис. 24). Повернуть обрабатываемую деталь на столе без добавоч-
ного приспособления нельзя, как нельзя повернуть и рабочую
поверхность стола относительно его направляющих.
Следовательно, точность относительного поворота поверхно-
сти а детали относительно поверхности в достигается методом
неполной взаимозаменяемости, получившим название «автомати-
ческого получения точности относительных поворотов поверхностей
детали», поскольку рабочий лишен возможности оказать какое-
либо влияние на ход процесса. Это значит, что оказать какое-либо
влияние на повышение точности относительного поворота поверх-
ностей обрабатываемого объекта можно путем:
1) использования другого метода достижения точности в над-
лежащих размерных или кинематических цепях системы СПИД;
например, можно ввести в размерную цепь приспособление, поз-
воляющее поворачивать деталь в надлежащей плоскости или уста-
навливать деталь на регулируемые опоры и т. д.
2) повышения точности звеньев размерных и кинематических
цепей системы СПИД путем регулировки и ремонта.
Из изложенного видно, что методы достижения точности рас-
стояний между поверхностями деталей (или размеров поверхностей)
и методы достижения точности их относительных поворотов
различны. Это ч обстоятельство имеет важное принципиальное
значение и является одним из решающих факторов, влияющих на
экономичность достижения заданной точности деталей.
При включении объектов производства в размерные и кинема-
тические цепи системы СПИД необходимо, чтобы они прежде всего
заняли требуемое положение относительно баз станка, приспособ-
ления или рабочего места. “
Для этого полуфабрикат, заготовка или деталь устанавливается
на столе или в приспособлении технологической системы СПИД
(станка, пресса или другого оборудования) и координируется
своими технологическими базами относительно ее координатной
системы. Координатные оси каждой технологической системы обыч-
но проводятся по линиям пересечения поверхностей вспомогатель-
ных баз ее базирующей детали, при помощи которых в процессе
движения определяется положение сборочных единиц, несущих
исполнительные поверхности. У станков такими вспомогатель-
ными базами обычно являются направляющие станины. Например,
182
Основы достижения качества деталей машин
при обработке деталей на продольно-строгальном станке (рис. 121)
роль одной из координатных плоскостей выполняет сочетание двух
плоских горизонтальных направляющих станины (Z' — Z'), роль
второй — одна из вертикально расположенных направляющих
станины (У' — У'), если действует сила, прижимающая стол к
этой направляющей. В противном случае возникает явление не-
определенности базирования, так как стол вместе с обрабатываемой
деталью может, в зависимости от действующих в каждый момент
времени сил и их моментов, базироваться в пределах зазора или
по одной вертикальной направляющей станины, или по вертикаль-
Рис. 121. Координатные плоскости продольно-стро-
гального станка
ной направляющей прижимных планок. Возможен также случай,
когда стол будет базироваться при перекосе по обеим вертикально
расположенным направляющим.
Так как эти координатные плоскости неудобно использовать
для проверки положения устанавливаемой на столе станка детали,
то на станках и в приспособлениях обычно делаются специально
предназначенные для этой цели координатные плоскости, называе-
мые обычно базами станка (приспособления). Например, у про-
дольно-строгального станка (рис. 121) такими координатными
плоскостями (базами) являются рабочая плоскость стола (х — х)
и вертикальные стенки Т-образных пазов (у — у) стола. Все эти
координатные плоскости располагаются с наибольшей возможной
точностью относительно действительных координатных плоскостей
станка. Каждая погрешность их положения относительно действи-
тельных координатных плоскостей станка непосредственно пере-
ходит на обрабатываемую деталь.
Для иллюстрации на рис. 122 показано влияние отклонения
от параллельности рабочей плоскости детали 2, установленной на
столе /. Из рисунка видно, что у обрабатываемой детали появ-
Основы достижения качества деталей машин
183
ляется погрешность в виде отклонения вновь получаемой поверх-
ности а от параллельности (звено ад) поверхности в, которой де-
таль установлена на столе.
Рис. 122. Схема, показывающая влияние отклонения рабочей плоскости стола
от параллельности его направляющим на точность обрабатываемой детали
Из рассмотренного примера видно, что для исключения влия-
ния погрешностей положения баз станка относительно действи-
тельных баз устанавливаемую деталь следует координировать
Рис. 123. Схема установки детали, позволяющая исключить влияние по-
грешности стола на точность детали
технологическими базами относительно действительных баз станка,
как это схематически показано на рис. 123 (звено а3). Для этого
деталь устанавливают на подкладки а различной высоты. К этому
прибегают особенно в тех случаях, когда в качестве технологиче-
184
Основы достижения качества деталей машин
ских баз используют скрытые базы, материализованные в виде
разметочных рисок и накернивания (рис. 124). Деталь / устанавли-
вается на клинья 2 и <?, благодаря чему положение технологиче-
ских баз определяется непосредственно относительно действитель-
ных баз станка (направляющих станины и стойки, несущей шпин-
дельную бабку). Для этого рейсмусом 4, закрепленным на шпин-
деле 5, производится проверка положения детали по рискам в трех
координатных плоскостях путем перемещения стола с деталью или
Рис. 124. Схема установки детали с использованием скрытых баз,
материализованных накерненными линиями
шпиндельной бабки с рейсмусом и внесение необходимых поправок
в ее положение при помощи клиньев.
Из рассмотренного видно, что для достижения наибольшей
точности относительно поворота вновь получаемых поверхностей
детали на каждом из переходов необходимо правильно выбрать
технологические базы и с наименьшими погрешностями коорди-
нировать их относительно действительных баз станка или, в за-
труднительных случаях, относительно параллельно им распола-
гаемых баз стола, суппорта станка и т. д.
После того как деталь (заготовка) правильно координирована
на станке, в приспособлении или на рабочем месте, ее положение
должно быть зафиксировано и сохранено в течение всего времени
выполнения операции. Для этого деталь или заготовку закрепляют
тем или иным способом.
В результате установки и закрепления деталь (заготовка)
будет координирована относительно баз станка с той или иной
Основы достижения качества деталей машин
185
величиной погрешности, которую будем называть погреш-
ностью установки^. После установки деталь и режу-
щий инструмент должны занять требуемое для обработки относи-
тельное положение. Для этого режущие кромки инструмента
подводятся к обрабатываемой детали и располагаются на требуемых
расстояниях от ее выбранных технологических баз. После фик-
сации достигнутого положения станок включается, и производится
обработка детали. Во время обработки между режущими кром-
ками инструмента и материалом обрабатываемой детали возни-
кают силы резания, силы трения, образуются тепло, стружка и
происходит ряд других явлений, сопутствующих обработке.
В соответствии с изложенным, процесс достижения точности
обрабатываемого объекта можно разделить на три отдельных
этапа: 1) установку, координирование и закрепление обрабатыва-
емого объекта производства с требуемой точностью; 2) подведение
и установку без рабочих нагрузок режущего инструмента или
обрабатываемого объекта в требуемом относительном положении
и фиксация этого положения; 3) выполнение обработки со всеми
присущими ей явлениями.
Так как детали включаются в размерные и кинематические
цепи системы СПИД, то перечисленные этапы можно назвать [10]:
первый — включением детали в размерные и кинематические
цепи путем установки или, короче, установкой;
второй — статической настройкой размерных и кинематических
цепей системы СПИД, так как в это время отсутствуют рабочие
нагрузки и сопровождающие их другие факторы;
третий — динамической настройкой размерных и кинемати-
ческих цепей системы СПИД, так как в это время в них действуют
рабочие нагрузки и сопутствующие им другие факторы.
В ряде случаев первые два этапа меняются местами: вначале
производится статическая настройка кинематических и размерных
цепей системы СПИД, после чего производится установка обра-
батываемых объектов.
В_ процессе выполнения каждого из этих этапов в силу ряда
указанных ниже причин появляются погрешности, которые, сум-
мируясь и частично компенсируя друг друга, в конечном итоге
превращаются соответственно в результирующие погрешности:
а)	установки (со^,);
б)	статической настройки системы СПИД (<ос);
в)	динамической настройки системы СПИД (cod).
Каждая из слагаемых погрешностей, в свою очередь, пред-
ставляет сумму систематических и случайных погрешностей, по-
рождаемых большим количеством факторов, действующих во вре-
мя установки обрабатываемого объекта, статической и динамиче-
ской настройки кинематических и размерных цепей системы СПИД.
186
Основы достижения качества деталей машин
' Основными причинами погрешности установки со^ обрабаты-
ваемого объекта являются: 1) неправильный выбор технологиче-
ских баз; 2) погрешности технологических баз (расстояний, разме-
ров, относительных поворотов геометрической формы и шерохо-
ватости); 3) погрешности исполнительных поверхностей станка,
приспособления или рабочего места, используемых для определе-
ния положения обрабатываемого объекта; 4) неправильность исполь-
зования правила шести точек при определении положения обраба-
тываемого объекта; 5) неправильное силовое замыкание (создание
недостаточной величины, точек и последовательности приложения);
6) неправильный выбор измерительных баз, метода и средств изме-
рения; 7) неорганизованная смена баз в процессе закрепления обра-
батываемого объекта; 8) недостаточная квалификация рабочего и
ряд других причин.
Основными причинами образования погрешности статической
настройки со^ размерных и кинематических цепей системы СПИД
являются: 1) неправильный выбор технологических баз обраба-
тываемого объекта; 2) неправильный выбор измерительных баз
и метода измерения; 3) неправильный выбор метода и средств
статической настройки размерных и кинематических цепей; 4) не-
правильная установка режущих кромок инструмента относительно
исполнительных поверхностей машины, определяющих его поло-
жение; 5) неправильная установка и закрепление приспособлений,
служащих для определения положения обрабатываемого объекта
и режущего инструмента; 6) недостаточная статическая (геометри-
ческая) точность оборудования, приспособлений и режущего инстру-
мента (погрешности изготовления; состояние и т. д.); 7) недоста-
точная квалификация и ошибки, допущенные рабочим или налад-
чиком, производящими статическую настройку, и ряд других при-
чин.
Основными причинами, порождающими погрешность дина-
мической настройки размерных и кинематических цепей системы
СПИД, являются: 1) неоднородность материала обрабатываемых
объектов; 2) колебания припусков на обработку; 3) недостаточная
и переменная жесткость системы СПИД по координате относитель-
ного перемещения режущего инструмента и обрабатываемого
объекта; 4) изменение направления и величины сил, действующих
в процессе обработки; 5) качество и состояние режущего инстру-
мента; 6) состояние оборудования и приспособлений; 7) темпера-
тура обрабатываемого объекта, оборудования, приспособлений,
режущего и измерительного инструмента и среды, и особенно
ее колебания; 8) свойства, способ применения и количество
смазывающе-охлаждающей жидкости; 9) неправильный выбор
методов и средств для измерения погрешности динамической
настройки; 10) вибрации системы СПИД; 11) недостаточная
Сокращение погрешностей установки	187
квалификация и ошибки рабочего или наладчика и ряд других
причин.
В соответствии с изложенным, в результате обработки партии
объектов на них получается погрешность обработки, в общем слу-
чае равная:
а)	алгебраической сумме погрешностей установки, статической
и динамической настройки (при изготовлении каждого отдельного
объекта обработки):
Д1 ==	(91)
б)	сумме абсолютных значений полей рассеяния погрешностей
установки, статической и динамической настройки (при изготов-
лении партии объектов производства):
®n=|®yl + l®J + IM-	(92)
Для того чтобы экономично изготовить годные детали, необхо-
димо изучить влияние всех перечисленных выше факторов на точ-
ность обработки, с тем чтобы уметь ими управлять для достижения
поставленной задачи путем увеличения уточнения, даваемого си-
стемой СПИД.
СОКРАЩЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ УСТАНОВКИ
Выше указывалось, что одним из основных средств увеличения
точности относительных поворотов поверхностей обрабатываемых
объектов является сокращение погрешности установки. Одной
из основных причин, порождающих погрешности установки, яв-
ляется неправильный выбор технологических и измерительных
баз, особенно на первой операции. Поэтому рассмотрим вначале
роль и значение первой операции.
Роль и значение первой операции. На первой операции изготов-
ления из заготовки детали решаются две основные задачи: 1) уста-
навливаются связи, определяющие расстояния и повороты поверх-
ностей, получающихся в результате обработки, относительно по-
верхностей, остающихся необработанными; 2) производится распре-
деление фактически имеющихся припусков на обработку между
поверхностями, подлежащими обработке.
Как будет показано ниже, правильное решение обеих задач
оказывает решающее влияние на количество переходов и операций
технологического процесса, его трудоемкость, цикл и себестоимость
обработки.
При решении первой задачи обычно руководствуются необхо-
димостью обеспечить выполнение деталью ее служебного назначе-
ния при работе в машине. У ряда деталей их исполнительные по-
верхности, ввиду сложности формы, оставляются без обработки,
188
Основы достижения качества деталей машин
г
Рис. 125. Лопатка напра-
вляющего аппарата- гидро-
турбины
в то время как поверхности основных и вспомогательных баз обра-
батываются. Если у таких деталей в результате обработки не будут
обеспечены с требуемой точностью расстояния и относительные
повороты исполнительных поверхностей относительно поверхно-
стей основных баз, детали не будут правильно выполнять свое
служебное назначение.
Примером (рис. 125) могут служить лопатки направляющего
аппарата гидротурбины, у которых наружная обтекаемая поверх-
ность (перо), выполняющая функцию
исполнительной поверхности лопатки,
обычно только зачищается наждачным
кругом для получения класса чистоты,
обеспечивающего уменьшение гидравли-
ческих потерь при обтекании лопаток
направляющего аппарата водой. Если в
результате обработки не будет устано-
влена требуемая точность расстояний и
относительных поворотов между испол-
нительными поверхностями лопаток и
их основными базами — поверхностями
цапф и торцов, лопатки направляющего
аппарата не будут правильно работать.
Поэтому при зацентровке цапф лопаток
в качестве технологических баз выби-
рается исполнительная обтекаемая по-
верхность («перо») лопатки.
У некоторых деталей необходимость
установления рассматриваемых связей
вызывается требованиями:
1) получения равномерности толщины
стенки детали с целью обеспечения доста-
точной прочности или динамической уравновешенности детали, на-
пример при изготовлении пустотелых лопаток газовых двигателей,
гидравлических цилиндров, блоков автомобильных двигателей и т. д.
2) обеспечения необходимого зазора между свободными и дру-
гими поверхностями двух деталей, располагающихся или переме-
щающихся на небольшом расстоянии одна о.т другой при работе
в машине.
Для иллюстрации на рис. 126 дан разрез станины и револьвер-
ного суппорта станка. Чтобы станок правильно работал, между
направляющей 1 станины и свободной необрабатываемой поверх-
ностью фартука 2 на всем пути перемещения суппорта должен
остаться зазор, минимальную величину которого обозначим че-
рез Лд. Задача решается с помощью размерной цепи Лд =	+
+ Л2 + Л3 + Л4.
Сокращение погрешностей установки
189
В соответствии с изложенным необходимо на первой операции
обеспечить требуемую точность размера Д3, связывающего сво-
бодную необрабатываемую поверхность С фартука 2 с его основной
направляющей базой — одной из плоскостей шпоночного паза.
Для этого в качестве одной из технологических баз на первой опе-
рации должна быть использована свободная поверхность С фар-
тука 2.
При решении второй задачи, на первой операции руковод-
ствуются тремя основными положениями: 1) необходимостью со-
Рис. 126. Схема размерной цепи, связывающей не-
обработанную стенку фартука с направляющей
станины
хранения плотного однородного слоя материала на поверхностях
детали, подвергающихся при ее работе в машине наиболее интен-
сивному износу, с целью повышения их износостойкости; 2) необ-
ходимостью равномерного распределения припуска на обработку
на каждой отдельной поверхности и в первую очередь на охваты-
вающих и внутренних поверхностях (пазов, литых отверстий и т. п.);
3) необходимостью увеличения производительности обработки путем
сокращения объема материала, подлежащего удалению в процессе
обработки.
Примером, иллюстрирующим первое положение, может слу-
жить выбор технологических баз на первой операции обработки
станины токарного станка. Станины обычно отливают направляю-
щими вниз, чтобы получить на них наиболее плотный и однородный
слой материала. Следовательно, для сохранения износостойкости
190
Основы достижения качества деталей машин
направляющих с них необходимо снять равномерный и небольшой
слой металла. Для этого на первой операции в качестве двух тех-
нологических баз выбирают поверхности направляющих. При
обработке погрешности литой заготовки удаляются в виде неравно-
мерного слоя металла, снимаемого с поверхностей ножек, как это
схематически показано на рис. 127, а. На следующей операции
обработанные поверхности ножек используются в качестве техно-
логических баз; это позволяет снять с направляющих равномерный
слой металла, как это видно на рис. 127, б.
Нетрудно видеть, что при выборе в качестве технологических
баз на первой операции поверхностей ножек с поверхностей на-
Рис. 127. Схема последовательности
обработки станины станка, обеспечи-
вающая равномерность снимаемого
слоя металла с направляющих
о 
Рис. 128. Схема последовательности
обработки станины станка, обеспечи-
вающая равномерность снимаемого
слоя металла с поверхностей ножек
правляющих (рис. 128, а) будет снят неравномерный слой металла,
что приведет при эксплуатации станка к неравномерному износу
направляющих по длине. Съем равномерного слоя металла с по-
верхностей ножек (рис. 128, б) не имеет особых преимуществ.
Необходимость равномерного распределения припуска на обра-
ботку на каждой из поверхностей, особенно на охватывающих
и внутренних поверхностях, объясняется тем, что неравномерный
припуск всегда порождает колебания силы резания, вызывающие
вибрации и упругие перемещения в системе СПИД, порождающие
увеличение погрешности динамической настройки размерных и
кинематических цепей.
Результатом является увеличение случайных погрешностей
обработки, получение неправильной геометрической формы обра-
ботанных поверхностей, увеличение поля рассеяния размеров,
увеличение шероховатости поверхности и т. д.
Необходимость сокращения этих погрешностей заставляет вести
обработку на заниженных режимах или же вводить в технологиче-
ский процесс добавочные проходы или даже целые переходы и
Сокращение погрешностей установки
191
операции, что связано с потерей производительности и добавоч-
ными расходами.
Необходимость обеспечения равномерного припуска на вну-
тренних поверхностях (поверхностях пазов, отверстий и т. д.)
в первую очередь объясняется тем, что размеры отверстий и пазов
лимитируют геометрические размеры режущего и вспомогатель-
ного инструментов, в частности, оправок, расточных скалок и т. п.
Обусловленная этим недостаточная жесткость инструмента за-
ставляет вести обработку на заниженных режимах или с большим
числом проходов или переходов, нередко связанных со сменой
режущих инструментов, что вызывает увеличение трудоемкости
обработки.
Равномерность припуска на поверхностях деталей позволяет:
1) повысить точность обработки на первых операциях и тем самым
сократить количество проходов и переходов; 2) сократить расходы
на электроэнергию и амортизацию оборудования, так как можно
использовать станки с меньшей мощностью электродвигателя;
3) увеличить производительность обработки на последующих опе-
рациях.
При распределении припуска на обработку между несколькими
поверхностями, особенно параллельными, следует наибольшую
часть его снимать с менее ответственных поверхностей, имеющих,
по возможности, и меньшие габаритные размеры.
В соответствии с этим, например, при обработке станины то-
карного станка, показанной на рис. 127—128, целесообразно
наибольшую часть припуска снимать с поверхностей ножек, отве-
чающих указанным признака^.
Все перечисленные выше задачи решаются на первой операции
путем правильного выбора технологических баз. Выбор техноло-
гических баз на первой операции можно рассматривать как про-
цесс «выкраивания» или «разметки» будущей готовой детали из
ее заготовки. При небольших масштабах выпуска изделий техно-
логические базы выбирают и материализуют в виде рисок и и накер-
нивания при помощи ручной разметки. Пользуясь такими «раз-
меточными» технологическими базами, рабочий определяет поло-
жение подлежащего обработке объекта на столе станка или рабочем
месте.
При увеличении масштаба выпуска ручную разметку заменяют
механизированной, осуществляемой с помощью приспособления,
упрощающего определение положения обрабатываемого объекта
на станке и его фиксацию путем закрепления. Поэтому вопросу
правильной разработки конструкции приспособлений для первой
операции необходимо уделять должное внимание.
На многих заводах до сих пор еще сохранился неверный взгляд
на значение первой операции, как операции второстепенной, не
192
Основы достижения качества деталей машин
заслуживающей должного внимания. Такой взгляд порождает,
с одной стороны, серьезные ошибки, допускаемые при конструи-
ровании приспособлений для первой операции и при ее выполне-
нии, а с другой — приводит к введению в технологический процесс
дополнительных операций, необходимых для исправления допу-
щенных ошибок. В действительности же первая операция имеет
особое значение в экономичном достижении требуемого качества
обрабатываемой детали.
Выяснив роль и значение первой операции, можно перейти
к рассмотрению основ выбора технологических баз.
Основы выбора технологических баз. Выше указывалось, что
поверхности детали, получаемые в результате выполнения каждого
перехода технологического процесса, занимают положение (рас-
стояние и повороты) относительно технологических баз, исполь-
зованных на данном переходе.
Следовательно, в качестве технологических баз необходимо вы-
бирать те поверхности или оси детали, относительно которых
должны занять требуемое положение другие ее поверхности, под-
лежащие получению на данном переходе или операции.
При этом для получения требуемой точности расстояний и
размеров поверхностей безразлично, которую из двух поверхно-
стей, ограничивающих данный размер, выбрать в качестве техно-
логической базы.
Для получения точности относительных поворотов даже двух
координируемых поверхностей детали это положение сохраняет
силу только для частного случая — равенства габаритных размеров,
обеих координируемых поверхностей.
В общем случае, при обработке деталей возникает задача коор-
динирования нескольких поверхностей различных габаритных раз-
меров.
Отклонение от заданного направления измеряется величиной
тангенса угла, образуемого двумя прямыми — указывающей задан-
ное направление и указывающей фактически полученное направле-
ние. С уменьшением тангенса угла фактическое направление при-
ближается к заданному. Иначе говоря, при одной и той же линейной
погрешности а (величина первого катета) точность направления
возрастает с увеличением длины второго катета прямоугольного
треугольника, из которого определяется величина тангенса угла
между прямыми. Отсюда следует, что для достижения наибольшей
точности поворота одной поверхности детали относительно другой,
в каждой из координатных плоскостей следует в качестве направ-
ляющей технологической базы использовать поверхность наиболь-
шей протяженности.
Установочная технологическая база служит для координиро-
вания детали в двух перпендикулярных координатных плоскостях.
Сокращение погрешностей установки
193
В соответствии с этим, в качестве установочной технологической
базы используют поверхность, отличающуюся наибольшей протя-
женностью в двух перпендикулярных направлениях, т. е. поверх-
ность наибольших габаритных размеров.
В качестве опорной технологической базы следует использовать
поверхность наименьших габаритных размеров. При этом, при
всех обстоятельствах, необходимо, чтобы опорная технологическая
база определяла положение детали с помощью только одной опор-
ной точки.
Рассмотрим пример, иллюстрирующий изложенное (рис. 129).
Предположим, что у обрабатываемой детали требуется обеспечить
Рис. 129. Схема, показывающая уменьшение погрешности относи-
тельного поворота поверхностей при использовании в качестве
установочной технологической базы поверхности наибольших габа-
ритных размеров
наименьшую погрешность отклонения оси отверстия от перпенди-
кулярности плоскости в в двух перпендикулярных плоскостях.
На рис. 129 видно, что при одной и той же погрешности а уста-
новки, появившейся, например, из-за попадания стружки или
забоины на технологических базах, наиболее высокая точность
поворота оси отверстия относительно поверхности в, характери-
зуемая величинами с^, со2, «3, получится при использовании в ка-
честве установочной технологической базы поверхности наиболь-
ших габаритных размеров, т. е. поверхности б, так как в этом
случае оэх < g)2 < оэ3.
Погрешность установки, как правило, больше на первой опе-
рации, когда в качестве технологических баз используются не-
обработанные поверхности деталей. По мере повышения точности
обработки поверхностей погрешности установки сокращаются.
Следовательно, для сокращения погрешностей относительных пово-
ротов поверхностей обработку деталей необходимо начинать с
использования в качестве технологических баз поверхностей, отве-
чающих перечисленным выше условиям.
194
Основы достижения качества деталей машин
В ряде случаев, как уже сказано выше, в процессе обработки
детали происходит смена технологических баз. Использование
на последних переходах или операциях в качестве технологических
баз поверхностей, отвечающих перечисленным выше требованиям,
обеспечивает получение наименьших погрешностей относительных
поворотов поверхностей готовой детали.
Из изложенного следует, что при разработке технологического
процесса необходимо в первую очередь выбирать технологические
базы для достижения требуемой точности относительных пово-
ротов поверхностей детали, а затем выбирать технологические
базы для достижения точности относительных расстояний и
размеров поверхностей.
При этом, при прочих равных условиях, в каждой из коорди-
натных плоскостей следует стремиться идти от поверхностей с наи-
большей протяженностью к поверхностям с меньшей протяжен-
ностью.
Для упрощения задачи выбора технологических баз все детали
машин удобно разделить на две группы.
К первой группе относятся детали, к которым при их работе
в машине присоединяется не более одной детали (т. е. либо не
одна, либо только одна). Характерным признаком деталей этой
группы является наличие у них по одному полному или непол-
ному 1 комплексу основных и вспомогательных баз или исполни-
тельных поверхностей. В качестве примера можно указать такие
детали, как рычаги, простейшие конструкции зубчатых колес,
рукояток, валиков, кронштейнов, крышек, шкивов и ряд других.
Ко второй группе относятся детали более сложной конструкции,
к которым при их работе в машине присоединяется обычно не менее
двух деталей или сборочных единиц.
Характерной особенностью этой группы деталей является на-
личие также нескольких полных или неполных комплектов вспо-
могательных баз и иногда исполнительных поверхностей.
Основы выбора технологических баз у де-
талей первой группы. Выбор технологических баз
у деталей первой группы относительно прост. В первую очередь
следует выбирать поверхности, отличающиеся наибольшими габа-
ритными размерами, протяженностью и наименьшими размерами,
для их использования соответственно в качестве установочной,
направляющей и опорной технологических баз. При этом не имеет
значения, принадлежат ли эти поверхности основным или вспо-
могательным базам или выполняют роль исполнительных.
1 Под полным комплектом понимается наличие трех поверхностей или заме-
няющих их сочетаний поверхностей под неполным — наличие двух или одной
поверхности.	*
Сокращение погрешностей установки
195
На второй операции в качестве технологических баз необходимо
использовать поверхности, полученные в результате обработки
заготовки (детали) на первой операции.
На всех последующих операциях в качестве технологических
баз следует использовать поверхности, полученные в результате
обработки на второй операции (т. е. те, которые в необработанном
виде использовались в качестве технологических баз на первой
операции).
В тех случаях, когда имеется возможность произвести обра-
ботку всех поверхностей детали с одной ее установки, в качестве
Рис. 130. Рычаг
Рис. 131. Схема выбранных баз
и координатных плоскостей рычага
технологических баз следует использовать свободные поверхности
и скрытые базы, отвечающие трем основным признакам: устано-
вочная — должна быть наибольших габаритных размеров, на-
правляющая — наибольшей протяженности, опорная — наимень-
ших габаритных размеров.
Рассмотрим пример.
Задача первая. Исходя из служебного назначения рычага
(рис. 130), у него требуется путем обработки поверхностей двух
отверстий 2 и 4 и торцов втулок 1 и <?, расположенных с адной
стороны, обеспечить требуемую точность расстояния между осями
отверстий (допуск б£) и диаметров отверстий (допуск 8д) и равно-
мерность толщины стенок а и b (допуск S6) обеих втулок по пло-
скостям симметрии рычага.
Для решения поставленной задачи в качестве технологических
баз следует выбрать (рис. 131): сочетание поверхностей двух тор-
цов втулок в качестве установочной (точки /, 2 и <?); скрытую
базу, проходящую по наибольшей плоскости симметрии рычага,
в качестве направляющей (точки 4 и 5), и скрытую базу, прохо-
дящую по второй плоскости симметрии рычага, в качестве опор-
ной (точка 6).
196
Основы достижения качества деталей машин
Рис. 132. Схема материализации двух
скрытых баз при помощи разметочных
рисок и накернивания
При изготовлении одного или нескольких рычагов скрытые
базы можно материализовать с помощью ручной разметки в виде
накерненных рисок (рис. 132).
Используя выбранные тех-
нологические базы, рабочий
может правильно определить
положение рычага на столе
станка и режущего инстру-
мента для решения поста-
вленной задачи. С уве-
личением количества рыча-
гов, подлежащих обработке,
вместо ручной разметки и
длительной установки, вы-
верки и закрепления каж-
дого рычага экономичнее ис-
пользовать приспособление.
Принципиальная схема приспособления показана на рис. 133.
В качестве установочной технологической базы используется соче-
Рис. 133. Принципиальная схема приспособления для ис-
пользования одной реальной и двух скрытых баз рычага
такие торцовых поверхностей двух втулок рычага. Две самоцен-
трирующие подвижные призмы 1 и 2 материализуют две скрытые
базы (направляющую и опорную) и тем самым устанавливают
Сокращение погрешностей установки
197
автоматически рычаг по плоскостям симметрии, обеспечивая дости-
жение наиболее высокой равностенности толщины стенок у обеих
втулок вне зависимости от
и длины рычага (рис. 134).
Задача вторая. Вторая за-
дача отличается от первой
тем, что допуск 8в на нерав-
номерность толщины стенок
втулки А значительно умень-
шен по сравнению с величи-
ной аналогичного допуска &б
втулки Б. Предположим, что
для решения второй задачи
могут быть использованы тех-
нологические базы в соответ-
погрешностей диаметров втулок
Рис. 134. Схема, показывающая исключе-
ние влияния изменения диаметров вту-
лок и длины рычага на точность расстоя-
ния между осями отверстий и на толщину
стенок втулок
ствии со схемой, показанной на рис. 135, а или 135, б. При одной
неподвижной 1 и одной подвижной 2 призмах (рис. 135, б) при
установке в приспособление каждого из рычагов партии происхо-
дит явление смены опорной технологической базы (точка 6), мате-
риализуемой двумя «точками»
касания втулки рычага с по-
верхностями неподвижной
призмы. Это явление проис-
ходит вследствие колебаний
диаметра втулки у различных
рычагов, как это схематически
показано на рис. 136. Дей-
ствительно, рычаг 5 имеет
опорную базу /; рычаг 6 —
вторую базу 2 и рычаг 4 —
третью базу 3.
Рис. 135. Принципиальные схемы базиро- Возможные колебания сов
вания рычага при решении второй задачи (в направлении ОСИ рычага)
толщины стенки в втулки А,
возникающие вследствие смены опорной базы (точка 6), подсчи-
тываются на основе схемы рис. 137.
Из схемы видно, что
- Г - (тГ - с - г)=Гм - R™ 4- с.
Так как
то
рнм__рнй __
<^D
<“.=с—Г
(93)
198
Основы достижения качества деталей машин
Поскольку
Г) «б	пНМ
с=ом-ок=*-__*_
sm-g- sm-g-
_ Г)Нб	г\НМ
RH0=~ и /Г = ^,
то
Dh6 Dhm (0D
С =----------------—------—
n . a	n . а n • а
2 sin у	2 sin 2 sin 2"
где coD — поле рассеяния диаметра D втулки /;
а — угол призмы.
Рис. 136. Схема, показывающая смену опорной базы при
установке рычага с различным радиусом втулки
Подставляя полученные данные в выражение (93), получаем
со
<*р
о • а
2sin т
(94)
в
и, следовательно, если на толщину стенки в установлен до-
пуск 6в, то рассмотренная схема базирования будет давать пра-
вильное решение при соблюдении
условия
-----(95)
| . а 2 *
\sinT /
Рис. 137. Схема для расчета воз-
можной погрешности толщины
стенки втулки у партии рычагов
т. е. при установлении допуска на
диаметр D втулки 1 на основе равен-
ства
2бб
sin— — 1
2
и выполнения условия 6D.
Сокращение погрешностей установки
199
Схема базирования, как видно из рис. 135, а обеспечивает наи-
большую точность толщины стенки втулки А по оси х—х, но дает
неравномерность толщины стенок втулки А по оси у—у из-за от-
клонений диаметра D втулки А.
Если величина допуска на толщину стенки втулки А установ-
лена очень небольшая, то при прежней величине допуска на диа-
метр втулки бр с помощью рассмотренных схем базирования задачу
решить нельзя.
Для решения задачи необходимо изменить схему базирования
в соответствии с рис. 138, сделав опорную технологическую базу
неподвижной (точка 6), самоцентрирующий зажим с двумя пло-
скими губками и одну подвижную призму. При такой схеме бази-
Рис. 138. Принципиальная схема базирования рычагов
для обеспечения равномерности толщины втулки
рования и приспособления можно обеспечить наибольшую точность
толщины стенки втулки А в направлении оси х—х и равномер-
ность толщины стенок обеих втулок в направлении оси симметрии
у—У-
Свободные поверхности, отвечающие трем основным признакам,
следует использовать в качестве технологических баз и в тех слу-
чаях, когда деталь имеет всего один комплект поверхностей, под-
лежащих обработке.
Свободные поверхности следует использовать в качестве тех-
нологических баз на первой’операции и в случае необходимости
установления достаточно высокой точности расстояний и поворотов
между ними и обрабатываемыми поверхностями.
Основы выбора технологических баз у де-
талей второй группы. Отличительной особенностью де-
талей второй группы является наличие большого количества по-
верхностей вспомогательных баз, а в ряде случаев и исполнитель-
ных поверхностей, которые должны занять свое положение, в по-
давляющем случае, относительно поверхностей основных баз детали
или, реже, относительно одного из комплектов поверхностей
вспомогательных баз.
200
Основы достижения качества деталей машин
Поэтому, прежде чем выбрать технологические базы, необхо-
димо изучить служебное назначение детали в машине и установить
оба вида связей между всеми поверхностями детали, обратив в пер-
вую очередь внимание на связи, определяющие относительные
повороты поверхностей.
После этого, в первую очередь необходимо выбрать техно-
логические базы для обеспечения точности относительных пово-
ротов поверхностей и затем (или одновременно) технологические
базы для обеспечения точности размеров, связывающих поверх-
ности.
У подавляющего большинства деталей второй группы почти все
поверхности, выполняющие роль вспомогательных баз, и свобод-
ные поверхности должны быть координированы относительно
основных баз детали. Последние при правильно разработанной
конструкции детали отвечают обычно трем указанным выше при-
знакам. Поэтому в качестве технологических баз следует выбирать,
как правило, основные базы детали и от них получать все осталь-
ные, используя принцип единства баз.
При этом, на первой операции, используя основные базы детали
в качестве технологических, обычно обрабатывают параллельно
расположенные им поверхности вспомогательных баз или иногда
даже свободные. После этого на следующих переходах или опера-
циях производят обработку основных баз, используя в качестве
технологических ранее обработанные.
На всех последующих переходах и операциях в качестве тех-
нологических баз, по возможности, следует использовать основные
обработанные базы с целью получения наибольшей возможной
точности относительных поворотов и расстояний всех остальных
поверхностей. Среди деталей второй группы встречаются такие,
у которых подавляющее большинство поверхностей связано слу-
жебным назначением детали не с ее основными базами, а с некото-
рыми из вспомогательных баз.
Действительно, из анализа служебного назначения, например,
станины токарного станка (рис. 139, а и б) видно, что положение
всех сборочных единиц станка — таких, как передняя и задняя
бабки, суппорт, коробка подач и других, определяется относи-
тельно направляющих станины, т. е. относительно вспомогатель-
ных баз, а не основных, роль которых выполняют поверхности
ножек. Следовательно, все поверхности станины, служащие для
определения положения сборочных единиц, должны быть коор-
динированы относительно направляющих станины. Таким образом,
у подобного рода деталей второй группы в качестве технологических
баз следует использовать те из вспомогательных баз, относительно
которых определяется положение большинства остальных поверх-
ностей. Например, при обработке станины токарных станков в ка-
Сокращение погрешностей установки
201

«)
Рис. 139. Схемы размерных цепей токарного станка
202
Основы достижения качества деталей машин
честве технологических баз следует использовать поверхности
направляющих.
Анализ связей поверхностей деталей второй группы показы-
вает, что ряд поверхностей их вспомогательных баз связан
непосредственно с поверхностями других вспомогательных баз,
очередь, уже связаны или с основными,
которые в свою
или
с другими вспомогательными
базами.
В качестве примера можно
указать группу крепежных от-
верстий А, служащих для креп-
ления фланца передней опоры
шпинделя к корпусу передней
бабки станка (рис. 140). Положе-
ние осей группы этих отверстий
непосредственно связано с осью
поверхности отверстия 1 под
опоры шпинделя и плоскостью
фланца 2. Оси этой группы кре-
пежных отверстий должны нахо-
d
диться на расстоянии от оси
отверстия 1 и располагаться пер-
пендикулярно в двух плоскостях
к плоскости фланца 2.
В качестве второго примера
Рис. 140. Схемы связей поверхностей можно привести группу из четы-
корпуса коробки скоростей рех крепежных отверстий Б на
фланце 3 верхней стенки корпуса.
Чтобы крышка необрабатываемыми боковыми поверхностями пра-
вильно координировалась относительно выступов 4 фланца, оси
крепежных отверстий должны быть связаны размерами -- и ~-
со скрытыми базами YOX и YOZ, проходящими по осям симметрии
фланца. Кроме того, оси крепежных отверстий должны быть пер-
пендикулярны в двух плоскостях к плоскости фланца 3.
Из рассмотренного видно, что группы поверхностей отверстий
не имеют непосредственных связей с поверхностями основных
баз Е и Ж корпуса. Поверхности группы отверстий Б связаны
непосредственно с поверхностью фланца 3 и его скрытыми базами.
Поверхность фланца 5, в свою очередь, имеет непосредственные
связи с основными базами Е и Ж корпуса (расстояние 1\ и парал-
лельность в двух плоскостях и а2). Группа А крепежных отвер-
стий связана непосредственно с поверхностью отверстия 1 и флан-
ца 2, которые, в свою очередь, связаны с поверхностями основных
Сокращение погрешностей установки
203
баз Е и Ж (размерами /Сх и /С2, параллельностью в двух
плоскостях и 02 и перпендикулярностью фланца 2 в двух пло-
скостях).
Из данного анализа относительных связей поверхностей корпуса
можно сделать следующие выводы:
1.	В качестве технологических баз для обработки поверхностей
отверстий под опоры шпинделя и поверхностей всех фланцев (в том
числе 2 и 3) необходимо использовать основные базы Е и Ж корпуса,
с помощью которых может быть получена наименьшая погрешность
как относительных поворотов поверхностей отверстий под опоры
шпинделя и фланцев, так и их расстояний от основных баз.
2.	Для получения наименьших погрешностей отклонения от
перпендикулярности осей крепежных отверстий группы Б пло-
скости фланца 3 было бы естественно в качестве установочной
технологической базы использовать поверхность самого фланца.
Однако опыт показывает, что погрешность установки тяжелой де-
тали, когда в качестве установочной технологической базы исполь-
зуется поверхность относительно небольших габаритных размеров
(в данном случае — поверхность фланца 3), получается настолько
большой, что часто выходит за пределы допуска на отклонение осей
отверстий от перпендикулярности плоскости фланца. Кроме того,
подобная установка сложна и занимает много времени, приспособ-
ление для упрощения установки также получается сложным и
дорогим.
Еще сложнее использовать в качестве технологических баз
поверхности фланца 2 и отверстия 1 для получения перпендику-
лярности осей отверстий группы А поверхности фланца 2.
В целях упрощения решения рассматриваемых задач в практике
производства обычно прибегают к смене технологических баз для
достижения требуемой точности относительных поворотов поверх-
ностей. В таких случаях в качестве технологических баз исполь-
зуют поверхности основных или вспомогательных баз, отвечающие
трем основным признакам.
В соответствии с ранее изложенным, погрешности отклонений
от перпендикулярности осей крепежных отверстий группы Б пло-
скости фланца 3 в каждой из координатных плоскостей будут
* cox = a)ai + coY1; ^ = соа2 + соУ2,
где со01 и <0а2 — отклонения от параллельности плоскости флан-
ца 3 основной базе Е в координатной плоскости
XOZ (звено aj и в координатной плоскости YOZ
(звено а2);
<oYi и coYe — отклонения от перпендикулярности осей крепеж-
ных отверстий относительно основной базы Е в
двух плоскостях.
204
Основы достижения качества деталей машин
Естественно, что при смене баз должны быть соблюдены нера-
венства
6x>^ = (0ai + (DYi;
6^^G)v = G)aJ-a)Y2.
2
Рис. 141. Схема накладного кон-
дуктора для обработки крепеж-
ных отверстий фланца:
1 — корпусная деталь; 2 — кондук-
торная плита; 3 и 4 — рукоятки
Для этого необходимо произвести надлежащие расчеты и уста-
новить допуски на относительные повороты поверхности фланца 3
относительно основных баз корпуса.
Для фланца 3 допуски на звенья at
и а2 можно определить из равенства
беи б* — 6Y1;
ба2 6Ye-
Аналогично решается задача по-
лучения перпендикулярности осей
крепежных отверстий группы А пло-
скости фланца 2.
3.	Для получения наименьших по-
грешностей расстояний осей крепеж-
ных отверстий группы А от оси от-
верстия 1 в качестве технологических
баз следует использовать поверхность
отверстия 1 и поверхность фланца 2.
Для этого может быть, например,
сделан накладной кондуктор в виде фланца, схематически пока-
занный на рис. 141.
4.	Из изложенного видно, что у ряда деталей второй группы,
имеющих поверхности, непосредственно связанные служебным на-
значением детали с другими поверхностями, связанными, в свою
очередь, с основными базами, целесообразно использовать одни
поверхности в качестве технологических баз для получения точности
относительных поворотов поверхностей, другие — для получения
точности относительных расстояний между поверхностями. При
этом для получения точности относительных поворотов следует
использовать поверхности, отвечающие трем основным признакам.
5.	Так как одним из основных средств сокращения погрешно-
стей относительных поворотов поверхностей является повышение
точности установки, необходимо в первую очередь выбирать техно-
логические базы для решения этой задачи.
В ряде случаев, когда габаритные размеры основной или вспо-
могательной базы, выбранной в качестве установочной технологи-
ческой базы, малы, их искусственно увеличивают для сокращения
погрешностей установки и повышения жесткости детали на время
Сокращение погрешностей установки	205
ее обработки. Например, для обработки поверхностей основных
баз каретки револьверного суппорта станка (рис. 142, а) в качестве
установочной технологической базы используется плоскость а под
револьверную головку (/, 2, 3 — опорные точки). Эта плоскость
имеет относительно небольшой диаметр, поэтому при установке
получается, во-первых, значительная погрешность, во-вторых, кон-
S)
Рис. 142. Различные способы увеличения габаритных
размеров установочной технологической базы каретки
револьверного суппорта
сольная обработка сопровождается упругими деформациями де-
тали и, как следствие, ведет к получению неправильной геометри-
ческой формы поверхностей. Введение клиньев, домкратов б
(рис. 142, б) и других приспособлений для повышения жесткости
требует значительных затрат времени на установку; кроме того,
легко порождает значительные погрешности.
Хорошие результаты дает увеличение габаритных размеров тех-
нологической базы, достигаемое путем создания у заготовки спе-
циальных приливов в (рис. 142, в), площадки которых совместно
с плоской поверхностью а, выполняя роль установочной техноло-
гической базы, позволяют не только повысить жесткость детали
и сократить погрешность, но и уменьшить время установки. После
окончания обработки приливы такого рода обычно удаляют.
206
Основы достижения качества деталей машин
f и 2-я позиции 3 и h-я позиции
а)	6)
Рис. 143. Специальные технологи-
ческие базы для обработки шатуна
В некоторых случаях вместо специальных приливов или пло-
щадок у деталей делают специальные технологические базы в виде
поверхностей зацентрированных отверстий, которые и исполь-
зуются в качестве технологических баз для получения относитель-
ных поворотов всех поверхностей детали, а нередко и их расстоя-
ний. На рис. 143 показаны такие специальные технологические
базы для обработки шатуна, сделанные в виде четырех конических
отверстий, обеспечивающих тре-
буемую точность установки, не-
смотря на неопределенность бази-
рования.
Чаще всего такие специальные
технологические базы, материали-
зующие ось тела вращения, исполь-
зуются для получения требуемой
точности относительных поворотов
поверхностей валиков и других де-
талей в виде тел вращения.
Для получения точности рас-
стояний поверхностей таких дета-
лей обычно используются плоские
поверхности основных и вспомо-
гательных баз (торцовые поверх-
ности).
Введение специальных баз свя-
зано со сменой баз и возможно
при соблюдении приведенных выше
условий и установлении связей между прежними и специально
создаваемыми технологическими базами.
В ряде случаев, когда деталь отличается сложной конструкцией
или имеет такие стенки, которые затрудняют установку и обработку
деталей, прибегают к использованию «спутников», имеющих хорошо
и правильно оформленные технологические базы. Деталь устанав-
ливается в спутнике или на спутнике и вместе с ним проходит все
или часть операций обработки. Так, например, ряд очень тонко-
стенных деталей, состоящих из большого количества сот (напоми-
нающих пчелиные), устанавливается в спутнике в виде открытого
ящика, заливается в нем водой и замораживается. В таком виде,
вместе со спутником, деталь обрабатывается. Вместо воды и замо-
раживания в ряде случаев используется заливка детали или не-
скольких деталей легкоплавкими массами.
Из изложенного необходимо сделать следующие выводы:
1.	Выбору технологических баз должно предшествовать вы-
явление служебного назначения детали в машине и обусловленных
этим всех связей одних ее поверхностей с другими.
Сокращение погрешностей установки
207
2.	Особое внимание должно уделяться выбору технологических
баз для получения точности относительных поворотов поверх-
ностей.
3.	Необходимо также уделять внимание выбору технологических
баз на первой операции для установления связей между обрабаты-
ваемыми и необрабатываемыми поверхностями и для распределения
припуска между поверхностями.
4.	Необходимо, по возможности, избегать смены технологиче-
ских баз, а в случае необходимости смены соблюдать надлежащие
условия (см. стр. 148).
5.	В случае необходимости следует искусственно увеличивать
размеры технологических баз или делать специальные технологи-
ческие базы.
6.	Следует стремиться к обработке возможно большего коли-
чества поверхностей с одной установки детали, т. е. к широкому
использованию принципа единства баз.
7.	При выборе технологических баз приходится сталкиваться
с различными сочетаниями не только рассмотренных факторов,
но и ряда других. Вдумчивый анализ их и умелый учет являются
большой творческой работой, необходимой для правильного реше-
ния одной из наиболее ответственных задач технологического про-
цесса (правильного выбора технологических баз) и тесно связанной
с ней задачи — разработки технологического маршрута обработки
детали.
При обработке некоторых деталей в качестве технологических
баз на ряде операций используются сами обрабатываемые поверх-
ности (например, при обработке гладких валиков на бесцентрово-
шлифовальном станке, при обработке шариков и т. д.). В таких
случаях одни участки поверхности используются в качестве техно-
логических баз, в то время как другие в это время обрабатываются.
Действительно, при обработке, например, на бесцентрово-шлифо-
вальном станке гладкого валика, часть его поверхности, соприка-
сающаяся в каждый данный момент с поверхностями ведущего
круга и направляющего ножа, выполняет роль двойной направ-
ляющей технологической базы, в то время как другая часть под-
вергается обработке. Более строго следовало бы обе части поверх-
ности в каждый данный момент рассматривать как две различные
поверхности: одну — ранее образовавшуюся и другую — вновь
образующуюся.
Основы выбора измерительных баз. Для обеспечения требуемой
точности машины, проверке, а следовательно, и измерению под-
лежат величины отклонений относительного движения и положе-
ния поверхностей, связанных служебным назначением деталей
в машине. При этом путем измерения предварительно убеждаются,
что погрешности отклонений поверхностей от теоретически пра-
208
Основы достижения качества деталей машин
вильных геометрических форм и шероховатости находятся в пре-
делах надлежащих допусков.
Для измерения относительного движения и положения поверх-
ностей деталей необходимо выбрать измерительные базы. В ка-
честве измерительных баз в каждой из координатных плоскостей
следует выбирать одну из поверхностей, с которой другие поверх-
ности детали связаны ее служебным назначением в машине.
При этом для проверки точности расстояния безразлично, кото-
рая из двух связанных поверхностей используется в качестве изме-
рительной базы, однако для про-
верки точности их относитель-
““—	ного поворота это положение
справедливо только при одина-
ковой протяженности обеих по-
верхностей. В противном слу-
чае, в качестве измерительной
базы следует использовать по-
верхность, отличающуюся боль-
шей протяженностью в рассмат-
риваемой координатной плоско-
сти. Делается это для того,
чтобы сократить влияние по-
грешности установки на точность
 измерения.
Из сказанного нетрудно за-
метить, что между выбором из-
Рис. 144. Нарезание зубьев двух зуб- мерительных и .технологических
чатых колес одновременно баз существует определенная
связь. Это вполне понятно, так
как выбор тех и других баз имеет, в конечном счете, одну и ту же
цель — получение точности деталей, определяемой их служебным
назначением.
Развивая эту аналогию, нетрудно прийти к выводу, что в каче-
стве измерительных баз следует, как правило, стремиться исполь-
зовать технологические базы деталей', другими словами, жела-
тельно, чтобы измерительные базы совпадали с технологическими.
В этих случаях, при выборе измерительных баз можно исполь-
зовать все изложенные выше исходные положения для выбора
технологических баз. Необходимо все же учесть, что в практике
машиностроения имеются случаи, когда по ряду причин техноло-
гические базы нельзя использовать в качестве измерительных.
Примером может служить измерение толщины зуба колеса
с помощью оптического зубомера при настройке размерных и
кинематических цепей зубофрезерного станка. Из рис. 144 видно,
что при нарезании зубчатого колеса в качестве установочной тех-
Сокращение погрешностей установки
209
Рис. 145. Схема измерения
толщины зуба оптическим
зубомером
нологической базы используется его торцовая поверхность, в ка-
честве двойной опорной (центрирующей) базы — ось центрального
отверстия и в качестве опорной — одна из скрытых баз в виде
плоскости, мысленно проводимой через ось вращения колеса
перпендикулярно установочной технологической базе.
В зависимости от служебного назначения зубчатого колеса
необходимо выдержать в пределах допусков расстояния от рабочих
поверхностей зубьев до оси центрального отверстия и параллель-
ность* этих поверхностей той же оси.
Положение боковых поверхностей
зубьев в каждой из плоскостей, перпен-
дикулярных оси центрального отвер-
стия колеса, представляющих исходный
контур, связано с толщиной зуба, изме-
ренной по постоянной хорде.
При изменении толщины зуба вслед-
ствие этого будет изменяться и расстоя-
ние его исходного профиля от оси по-
верхности центрального отверстия. Осо-
бенностью оптического зубомера являет-
ся необходимость его базирования по
поверхностям головок зубьев (рис. 145);
следовательно, в данном случае эти по-
верхности используются в качестве одной
из измерительных баз.
Из изложенного видно, что для полу-
чения точности расстояний рабочих по-
верхностей зубьев от оси центрального
отверстия приходится использовать различные поверхности зуб-
чатого колеса в качестве технологических и измерительных баз.
В случаях, когда различные поверхности детали используются
в качестве измерительных и технологических баз для решения
одной задачи, имеет место явление, аналогичное смене баз со всеми
вытекающими последствиями.
Предположим, например,-что настройка зуборезного станка на
требуемую толщину зуба велась с использованием в качестве изме-
рительной базы поверхности головок зубьев зубчатого колеса.
При наличии значительной погрешности диаметра этой поверх-
ности отклонения расстояний боковых поверхностей зубьев колеса
от оси центрального отверстия могут легко выйти за границы уста-
новленного допуска.
Из схемы размерной цепи (рис. 146), видно, что расстояние Лд
в этом случае получается, как замыкающее звено размерной цепи
Лд = А2 — Л3. Составляющими звеньями являются расстояние Л2
от поверхности головок зубьев до оси центрального отверстия и
210
Основы достижения качества деталей машин
Рис. 146. Схема получения расстоя-
ний А боковых сторон зубьев ко-
леса от оси центрального отверстия
расстояние Л3 от поверхности головок зубьев до постоянной хорды,
от которой на схеме условно измеряется и расстояние Лд. Следо-
вательно, соЛд = сол2 + соЛз.
Из этого равенства следует, что размер Лд, полученный на каж-
дом из зубчатых колес, зависит не только от точности нарезания,
но и от колебаний диаметра поверхностей головок зубьев или, дру-
гими словами, — от колебаний диаметра заготовок зубчатого ко-
леса, поступающих на зуборезную
обработку.
Для создания возможности ис-
пользования в качестве измери-
тельных баз поверхностей детали,
непосредственно не связанных с ее
служебным назначением, необхо-
димо соблюдать все изложенные
выше условия, обязательные при
смене баз.
Опыт машиностроения показы-
вает, что, к сожалению, еще не-
редко несоблюдение этих условий
приводит к снижению качества из-
делий, к браку или к дополнитель-
ным расходам на исправление бра-
ка, если такое исправление оказы-
вается возможным.
Сокращение погрешности уста-
новки за счет ряда дополнительных
факторов. Выше был рассмотрен ряд основных факторов, оказываю-
щих влияние на погрешность установки, и указаны пути ее умень-
шения путем управления действием этих факторов в требуемом
направлении. Чтобы закончить с вопросом сокращения погреш-
ности установки, следует рассмотреть влияние действия ряда до-
полнительных факторов.
Ранее указывалось, что для сокращения погрешности установки
необходимо уменьшить шероховатость и повысить точность гео-
метрических форм поверхностей технологических баз, используемых
для определения положения детали при ее установке на станке,
в приспособлении или на рабочем месте.
Поверхности технологических баз, используемые при установках
заготовки (детали) на первых операциях, обычно отличаются
значительной шероховатостью и отклонениями от правильных
геометрических форм, особенно, если они не обработаны.
Одним из первых мероприятий для уменьшения погрешности
установки в таких случаях является сведение к минимуму элемента
случайности в выборе контакта между поверхностями технологи-
Сокращение погрешностей установки
211
1	6)2 3
Рис. 147. Схема установки
деталей необработанной по-
верхностью на плоскую по-
верхность стола станка
ческих баз обрабатываемой детали и поверхности деталей станка,
приспособления или рабочего места, используемых для установки и
определения положения детали.
Для иллюстрации изложенного рассмотрим установку доста-
точно жесткой детали необработанной «плоской» поверхностью
на рабочей плоскости стола станка (рис. 147, а—в). Из рисунка
видно, что каждая устанавливаемая деталь будет соприкасаться
даже с геометрически правильной рабо-
чей плоскостью стола в трех случайных
точках, положение которых зависит от
отклонений установочной технологиче-
ской базы детали от правильной гео-
метрической формы.
Очевидно, что чем ближе одна к дру-
гой расположены опорные точки кон-
такта, тем больше возможные погреш-
ности установки детали. Аналогичное
явление возникает и при сопряжении
жесткой детали необработанными по-
верхностями со сплошными поверхно-
стями деталей станка или приспособле-
ния, выполняющими роль направляю-
щей, двойной направляющей или цен-
трирующей базы. Такое же явление
имеет место, когда между поверхностями
технологических баз устанавливаемой
детали и сопрягаемыми поверхностями
станка или приспособления попадают
частицы грязи или куски стружки.
Погрешность установки сокращается,
если детали устанавливаются техноло-
гическими базами на заранее выбранные
и конструктивно оформленные опорные точки. Так, в случае уста-
новки тех же (рис. 147) деталей на четыре опорные точки приспо-
собления, расположенные наж наибольших допустимых расстояниях
одна от другой, погрешность установки значительно сократится.
Объясняется это тем, что вместо бесконечно большого количества
различных вариантов расположения трех точек, возможных в ранее
рассмотренном случае, при установке на четыре точки возможны
только четыре случая с наибольшим при этом удалении каждой
данной точки от других.
Действительно, деталь, устанавливаемая на четыре точки,
имеет возможность поворачиваться при установке только вокруг
оси, соединяющей две любые точки из четырех, до соприкосновения
с третьей точкой из двух оставшихся.
212
Основы достижения качества деталей машин
Если одну из четырех точек сделать подводимой (лучше само-
устанавливающейся), то погрешность установки сократится в еще
большей степени вследствие определения положения детали при
помощи трех неподвижных точек. Таким же образом протекает
процесс и в других координатных плоскостях.
Из изложенного следует, что для сокращения погрешности
установки жестких деталей необходимо соблюдать правило шести
точек. Отступления от этого правила возможны только в тех слу-
чаях, когда поверхности технологических баз обрабатываемых
деталей и поверхности деталей станка или приспособления обла-
дают настолько малыми отклонениями от правильных геометриче-
ских форм, что порождаемыми ими слагаемыми погрешности уста-
новки можно пренебречь. Во всех остальных случаях все опорные
«точки» сверх шести должны делаться подводимыми (самоустанав-
ливающимися.)
Такие подводимые самоустанавливающиеся точки, выполняя
роль подвижных компенсаторов, в размерных цепях Л, Б и В,
значительно сокращают влияние погрешностей формы поверх-
ности детали на погрешность установки, не порождая при этом
ни де(}юрмации детали, ни неопределенности ее положения, как
это схематически показано на рис. 148, в одной из координатных
плоскостей.
Каждая подводимая самоустанавливающаяся точка после на-
дежной фиксации занятого ею положения превращается в допол-
нительную опору, способствующую повышению жесткости обраба-
тываемой детали в процессе закрепления и обработки. В качестве
примера на рис. 149 показана одна из конструкций такой опорной
подводимой точки.
Для сокращения влияния погрешностей относительного пово-
рота поверхностей детали, используемых в качестве направляющих
и опорных технологических баз, на погрешность установки опор-
ные точки приспособлений следует располагать, по возможности,
ближе к средней линии или к центру поверхности базы. Этим можно
достичь сокращения в два раза возможного смещения детали при
установке, как это схематически показано на рис. 150.
При расположении опорных точек выше (рис. 150, а) или ниже
(рис. 150, б) средней линии направляющей базы деталь при уста-
новке будет смещаться вправо или влево на величину а отклонения
от перпендикулярности плоскости А относительно плоскости Б.
При расположении опорных точек по средней линии направляющей
базы (рис. 150, в и г) смещение детали резко сокращается и практи-
чески его величиной пренебрегают.
Правильный выбор точек приложения зажимных сил, постоян-
ство величин сил и соблюдение требуемой последовательности их
приложения также способствуют сокращению погрешности уста-
Сокращение погрешности статической настройки
213
новки. Постоянство величин зажимных сил достигается исполь-
зованием пневматических, гидравлических, пружинных, магнит-
ных, электромагнитных и других зажимов и приспособлений.
Опыт показывает, что одной из
причин увеличения погрешности уста-
новки является попадание стружки и
Рис. 148. Схема компенсации неровностей
поверхности детали самоустанавливаю-
щимися опорными «точками»
Рис. 149. Конструкция само-
устанавливающейся подводи-
мой опоры
в)
Рис. 150. Схема расположе-
ния опор, способствующая
сокращению погрешности
установки детали в одной из
координатных плоскостей
грязи между поверхностями технологических баз детали и по-
верхностями стола станка или приспособления, служащими для
установки и определения положения детали. Поэтому вопросам
своевременного удаления стружки и очистки этих поверхностей
необходимо уделять должное внимание.
СОКРАЩЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ СТАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ
В статическую настройку кинематических и размерных цепей
системы СПИД входят обычно следующие процессы:
а)	установка с требуемой точностью на станке приспособлений,
служащих для определения положения и закрепления обрабаты-
ваемых деталей и режущих инструментов;
214
Основы достижения качества деталей машин
б)	перемещение и установка на требуемом расстоянии (назы-
ваемом размером статической настройки) и с требуемой точностью
режущих кромок инструмента относительно выбранных коорди-
натных плоскостей в виде технологических баз детали, поверх-
ностей станка или приспособления, используемых для установки
и определения положения обрабатываемых деталей, или специально
созданных для этой цели измерительных баз;
в)	проверка точности статической настройки после фиксации
требуемого положения режущего инструмента и приспособлений,
предназначенных для установки детали.
Прежде чем приступить к статической настройке, необходимо
убедиться в правильном выборе и достаточной геометрической
точности оборудования, на котором предполагается производить
обработку.
Геометрическая, а частично и динамическая, точность подав-
ляющего большинства станков и других видов оборудования,
регламентирована Государственными общесоюзными стандартами
(ГОСТ), в которых определены наибольшие допускаемые отклоне-
ния (нормы точности) относительного движения и положения
основных деталей оборудования, определяющих его геометрическую
точность, а также указаны методика и средства проверки.
Установив, что оборудование соответствует требованиям тех-
нологического процесса и отвечает требованиям геометрической
точности, производят монтаж приспособлений, служащих для уста-
новки и определения положения обрабатываемых деталей и режу-
щих инструментов.
При использовании различного рода универсальных подкла-
док, пластинок, упоров, угольников и т. д. задача сводится к пра-
вильному расположению их с последующим закреплением отно-
сительно координатных плоскостей станка, в качестве которых
обычно используются рабочие плоскости и вертикальные стенки
пазов стола станка. Эти же поверхности станка обычно исполь-
зуются и для установки и определения требуемого положения
различного рода универсальных и специальных приспособлений.
Приспособление ставят на рабочую плоскость стола основной
установочной базой, благодаря чему оно сразу и автоматически
получает требуемую точность по трем координатам и лишается
трех степеней свободы.
В качестве основной направляющей базы, которая должна
обеспечить необходимую точность направления приспособления
на столе и лишить его двух степеней свободы, обычно используются
вделанные в основание приспособления одна или, чаще, две шпонки,
входящие в паз стола станка. В некоторых случаях вместо шпонок
делается цилиндрический хвостик, входящий в надлежащее отвер-
стие, сделанное в столе.
Сокращение погрешности статической настройки	215
В обоих случаях задачу получения требуемой точности ста-
раются решать методами взаимозаменяемости. Для этого ширину
шпонки или диаметр хвостовика делают равными ширине паза
стола или диаметру отверстия с посадкой, обеспечивающей надле-
жащее соединение.
Практика показывает, что ширина пазов и диаметры отверстий
столов, как правило, значительно отличаются от расчетных как
вследствие погрешностей изготовления, так, особенно, вследствие
износа и последующих ремонтов.
Результатом является появле-
ние значительной по величине по-
грешности установки в одной из
координатных плоскостей. Для
Рис. 151. Конструкции
шпонок, способствующие
повышению точности уста-
новки приспособления
Рис. 152. Схема использова-
ния шпонки и зажима для
повышения точности уста-
новки приспособления
уменьшения этой погрешности ширину шпонок следует делать мень-
ше ширины паза стола (рис. 151, а). Лучше делать шпонки односто-
ронними (рис. 151, б). Обе эти особенности шпонок заставляют ра-
бочего всегда прижимать приспособление к одной, вполне опреде-
ленной, стенке паза стола (тем самым обеспечивая определенность
базирования), существенно сократить погрешность установки и за-
крепления приспособления. Для исключения сдвигов приспособле-
ния во время закрепления иногда используют описанную конструк-
цию шпонок в сочетании с прижимным механизмом (рис. 152).
Путем поворота винта 1 приспособление автоматически через рычаг 2
прижимается шпонками 3 к базирующей стенке паза.
Правильный выбор и конструктивное оформление основных
баз приспособления является одним из основных средств умень-
шения погрешности установки. При этом нельзя забывать о пра-
вильном выборе точек приложения величин и последовательности
приложения сил, служащих для обеспечения правильности и
постоянства базирования приспособления на станке или другом
виде оборудования.
С целью создания возможности проверки точности установки
приспособления как после его закрепления, так и в процессе исполь-
216
Основы достижения качества деталей машин
зования бывает полезно делать на приспособлении специальные
поверхности. В качестве примера на рис. 153 показано приспособле-
ние, служащее для установки и закрепления зубчатых колес с ба-
зированием по торцу и с центрированием по делительной окружности
для шлифования поверхности центрального отверстия.
На приспособлении сделаны две специальные кольцевые вы-
точки Л, расположенные с требуемой точностью относительно
поверхностей, используемых для базирования устанавливаемой
детали. Наличие таких выточек позволяет проверить в любой мо-
мент точность положения приспособления относительно оси вра-
щения шпинделя и тем самым
сократить погрешность уста-
новки.
Исследованию и особенно
разработке новых конструк-
ций приспособлений, пол-
ностью обеспечивающих высо-
кую точность положения ре-
жущего инструмента относи-
тельно оси вращения шпин-
деля, до сих пор уделяется
незаслуженно мало внимания.
Между тем практика показы-
Рис. 153. Схема приспособления, снаб-
женного специально сделанными выточ-
ками, облегчающими контроль точности
его положения
вает, что в ряде случаев из-за
погрешностей установки и закрепления инструмента нельзя эко-
номично получить требуемую точность обрабатываемых деталей.
Выше указывалось, что в размерных цепях системы СПИД,
служащих для настройки на точность расстояний между поверх-
ностями и размеров поверхностей обрабатываемых деталей, исполь-
зуется метод регулировки. Для подведения и установки режущих
кромок инструмента относительно выбранных координатных пло-
скостей используются различные устройства и приспособления,
нередко встраиваемые в станки.
Наиболее простым средством для статической настройки раз-
мерных цепей служит включение в них одной из ранее обработанных
деталей. Например, при статической настройке размерных цепей
многорезцовых станков установка всех резцов на точность радиаль-
ных (диаметральных) и осевых (направляющих вдоль оси детали)
размеров производится нередко путем приведения режущих кро-
мок резцов в соприкосновение с соответствующими поверхностями
ранее обработанной детали, установленной в центрах станка.
С целью повышения точности настройки для этой цели нередко изго-
товляют специальные термически обработанные эталонные детали.
Чтобы не повредить режущие кромки инструмента и повысить
точность статической настройки размерной цепи, между поверх-
Сокращение погрешности статической настройки	217
ностями эталонной детали и режущей кромки подводимого к ней
инструмента вставляют полоску тонкой (папиросной) бумаги или
щуп необходимой толщины. Сближение инструмента и эталонной
детали осуществляется до тех пор, пока полоска бумаги или щуп
не будут «закушены».
В целях повышения точности статической, а иногда и динами-
ческой настройки размерной цепи размеры эталонной детали или
специального эталона делают меньше расчетных на толщину исполь-
Рис. 154. Использование габарита для статической
настройки размерных цепей системы СПИД
зуемой полоски бумаги или щупа. Изменением толщины щупа
вводятся поправки для компенсации части погрешности динами-
ческой настройки, о чем будет сказано ниже.
При обработке деталей сложного профиля, больших габарит-
ных размеров и большого веса использование ранее обработанных
деталей в качестве эталонов для статической настройки становится
громоздким и неэкономичным.
В таких случаях их заменяют специально изготовляемыми де-
талями, так называемыми габаритами. Габарит обычно представляет
собой уменьшенный на толщину щупа профиль подлежащих обра-
ботке поверхностей детали, выполненный в виде отливки небольшой
ширины или в виде сварной конструкции. G целью сохранения
точности габарита его рабочие поверхности делают из стальных
закаленных накладных пластин. На рис. 154 в качестве примера
показано включение габарита 1 в размерные цепи продольно-стро-
218
Основы достижения качества деталей машин
гального станка для их статической настройки при обработке
направляющих станины 2, установленной на столе станка.
Габарит иногда делают одновременно с обработкой первой
детали, чтобы использовать его для настройки системы СПИД при
обработке всех последующих деталей.
Для деталей простых конструктивных форм вместо габаритов
иногда используют плоскопараллельные концевые меры длины
(плитки), устанавливаемые на специально сделанные для этого
площадки приспособлений (рис. 155).
При установке режущих инструментов по габаритам в обычных
условиях отсутствует возможность видеть по какому-либо отсчет-
Рис. 155. Использование плоскопараллельных конце-
вых мер (плиток) для статической настройки размер-
ных цепей системы СПИД
ному устройству точность статической настройки. Поэтому точность
настройки в основном зависит от квалификации рабочего и не
превышает 0,03—0,05 мм. Для устранения этого недостатка в кон-
струкции ряда станков встраиваются различного рода измери-
тельные устройства. На рис. 156 показаны линейки с нониусами,
встроенные в расточный станок; для увеличения точности отсчета
около нониусов установлены увеличительные стекла. Для этой же
цели на некоторых станках встраиваются индикаторы обычно боль-
шого диаметра. На рис. 157 показан расточной станок, оборудо-
ванный двумя индикаторами часового типа 1 и 2.
На рис. 158 показана одна из размерных цепей расточного станка
с включенными в нее индикатором 1 и концевой мерой длины 2.
При помощи этой размерной цепи оси шпинделя и расточной скалки
устанавливаются на требуемое расстояние Дд относительно рабочей
плоскости стола.
Точность статической настройки может быть повышена до 1 мк
посредством многооборотного микрометра с ценой деления 0,001 мм.
Встроенные индикаторы в сочетании с концевыми мерами длины
позволяют реализовать основные преимущества координатного
способа получения требуемых расстояний между поверхностями
Рис. 156. Линейки с нониусами, встроенные в расточной
станок для увеличения точности статистической настройки
Рис. 157. Расточной станок, оборудованный индикаторами
для повышения точности статической настройки
220
Основы, достижения качества деталей машин
детали путем использования в качестве одной из технологических
баз плоскости, проводимой параллельно плоскости стола станка
касательно к пуговке индикатора при нулевом показании его
Рис. 158. Одна из размерных цепей расточ-
ного станка с встроенными индикаторами и
концевой мерой длины
стрелки. Как и при всякой
смене баз, новая техноло-
гическая база связывается
с прежней базой размером,
ограниченным допуском.
Все размеры, которые необ-
ходимо получить на детали
в результате обработки,
пересчитываются и проста-
вляются от новой техноло-
гической базы.
В качестве примера на
рис. 159 приведена корпус-
ная деталь, у которой схе-
матически показано образование размеров по координатному спо-
собу от двух новых технологических баз, расположенных в двух
перпендикулярных плоскостях. Жирными линиями показаны кон-
цевые меры длины, связываю-
щие новые технологические базы
с основными базами детали.
Все остальные размеры пере-
считаны от новых технологиче-
ских баз и показаны в виде
плоско-параллельных концевых
мер длины.
При повышении точности
статической настройки размер-
ных цепей системы СПИД
наряду с механическими устрой-
ствами в ряде случаев исполь-
зуются оптико-механические,
оптические, электрические и
электромеханические устрой-
ства. В частности, в коорди-
Рис. 159. Схема образования размеров
по координатному способу от вновь
выбранных технологических баз
натно-расточных станках при-
менение таких устройств позво-
ляет повысить точность стати-
ческой настройки до 0,002 мм.
Следует ожидать, что в ближайшее время в размерные цепи
системы СПИД будут встроены приборы и устройства, использую-
щие все современные методы измерения для повышения точности
статической настройки.
Сокращение погрешности динамической настройки
221
При повышенных требованиях к точности статической настройки
существенное значение приобретают деформации деталей системы,
вызываемые, например, колебаниями температуры, вследствие ко-
торых изменяется вязкость смазки в станках, а следовательно,
и величина контактных деформаций. Не меньшее значение приобре-
тают деформации и повороты деталей системы, вследствие изме-
нения моментов сил, вызываемых весом перемещающихся столов
станка с обрабатываемой деталью, шпиндельных бабок и т. д.
Для компенсации этих погрешностей в станки встраивают изме-
рительные системы, выдающие электрические сигналы при воз-
никновении деформаций, которые через усилитель подаются на
исполнительные механизмы (например, в станках Sip на гидрав-
лические домкраты), которые деформируют надлежащие детали
(станину, траверзу и т. д.) в обратном направлении на требуе-
мую величину для прямолинейности их направляющих.
СОКРАЩЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ
С момента начала взаимодействия (врезания) между режущими
кромками инструмента и материалом обрабатываемой детали воз-
никают силы резания, внутренние силы сопротивления материала,
препятствующие удалению с него снимаемого слоя, и силы трения.
Мощность, необходимая для преодоления всех сил сопротивления,
подводится от источника энергии (электродвигателя, гидропри-
вода и т. д.).
С начала действия сил резания и трения и их моментов режущие
кромки инструмента и обрабатываемая деталь начинают пере-
мещаться в пространстве в первый момент за счет зазоров в сты-
ках деталей системы СПИД, затем — контактных деформаций стыков,
и, наконец — собственных деформаций деталей системы СПИД.
Эти перемещения происходят до тех пор, пока силы сопротивле-
ния и их моменты, создаваемые упругими силами материалов дета-
лей, слоев смазки, сил трения и силы тяжести деталей, не уравно-
весят сил резания и их моментов.
Равновесие сил и моментов создает в системе СПИД величину
натяга, необходимую для съема слоя материала с обрабатываемой
детали.
Если бы в продолжение всего времени обработки детали это
равновесное состояние системы СПИД не было нарушено, то та
часть погрешности динамической настройки, которая порождается
изменением припуска на обработку и твердости материала дета-
лей, оставалась бы постоянной. Выше, на стр. 66, указывалось, что
благодаря непрерывному изменению всех факторов, действующих
в процессе обработки, равновесное состояние системы СПИД н а -
рушается, вследствие чего возникают дополнительные про-
222
Основы достижения качества деталей машин
странственные перемещения режущих кромок инструмента отно-
сительно технологических баз обрабатываемой детали. Резуль-
татом является появление погрешности динамической настройки
размерных и кинематических цепей системы СПИД.
Для того чтобы иметь возможность сокращать погрешность
динамической настройки, необходимо рассмотреть влияние основ-
ных факторов, действующих в процессе обработки, на образование
этой погрешности.
Отклонения качества материала. Отклонения качества материала
обрабатываемых деталей существенно влияют на величину погреш-
ности динамической настройки. Это влияние сказывается через
изменение силы резания.
До сих пор еще не установлена определенная зависимость между
качеством материала и силами резания. Известно, что при пере-
ходе от обработки деталей, изготовленных из одной группы мате-
риалов, к обработке другой группы, силы резания могут изменяться
в несколько раз. Например, коэффициент &J11], характеризующий
влияние группы металла в формуле для определения силы резания,
изменяется от kM = 1 (для деталей из горячекатаных, отожженных
нормализованных и термообработанных сталей) до kM = 0,2 (для
деталей из алюминия и силумина) и kM = 0,15 (для деталей из дур-
алюмина с 6б = 16 кГ!мм2).
Для практических расчетов обычно используются приближенные
зависимости, устанавливающие связи между силами резания и твер-
достью по Бринелю для данной группы материалов при опреде-
ленных условиях их обработки; с увеличением твердости по Бри-
нелю силы резания обычно увеличиваются. Следовательно, одним
из основных мероприятий для сокращения колебаний сил резания
является сокращение колебаний твердости материала обрабатывае-
мых деталей.
Это может быть достигнуто уменьшением допусков на откло-
нение твердости материала (т. е. повышением его качества), по-
ставляемого металлургической промышленностью, литейными и
кузнечными цехами заводов, введением дополнительной терми-
ческой обработки заготовок (отжига, улучшения) и проведением
ряда организационно-технических мероприятий; например, введе-
нием предварительной сортировки заготовок или пруткового мате-
риала на несколько групп по твердости.
Подобные мероприятия позволяют вносить поправки в на-
стройку кинематических и размерных цепей системы СПИД перед
переходом на обработку заготовок следующей по твердости мате-
риала группы. При обработке заготовок в пределах каждой такой
группы колебания сил резания, таким образом, значительно сокра-
щаются, в результате чего точность обработанных деталей увеличи-
вается за счет сокращения погрешности динамической настройки.
Сокращение погрешности динамической настройки
223
Для иллюстрации изложенного на рис. 160, а схематически
показана обычная обработка партии деталей с колебанием твер-
дости заготовок в пределах сон и полученной величиной поля рас-
сеяния а>Т.
На рис. 160, б показана обработка партии таких же заготовок
с предварительной сортировкой заготовок на три группы по твер-
дости со„, и и результаты их обработки с поднастройкой
а — из-за отклонений твердости материала при обычном методе обработки; б — с пред-
варительной сортировкой на три группы по твердости
системы СПИД перед обработкой каждой группы. В результате
сократилась не только величина сот, но и со.
Влияние неоднородности материала на погрешность динами-
ческой настройки можно сократить путем измерения, например,
твердости каждой заготовки (детали) до начала ее обработки с по-
следующим внесением, в зависимости от результатов измерения,
поправок в настройку кинематических и размерных цепей системы
СПИД. Поправки будут компенсировать дополнительные относитель-
ные движения инструмента -и обрабатываемой детали, которые
будут вызываться изменением твердости данной заготовки (детали)
по сравнению с твердостью расчетной заготовки (детали).
Отклонения припусков на обработку. Отклонения припусков на
обработку являются одним из решающих факторов, влияющих
на колебание сил резания, а тем самым на погрешность динами-
ческой настройки. Отклонение припуска от расчетной величины
у каждого экземпляра партии заготовок или обрабатываемых деталей
порождает появление погрешности их размеров. При этом, чем
больше отклонение фактических припусков, тем шире получается
поле рассеяния размера у партии обрабатываемых деталей. Откло-
224
Основы достижения качества деталей машин
нение припуска от расчетной величины в пределах каждой обраба-
тываемой поверхности детали порождает обычно появление погреш-
ности формы поверхности, а иногда и погрешности ее относительного
поворота.
Действительно, в начале обработки каждой новой поверхности
детали происходят относительные пространственные перемещения
режущих кромок инструмента и обрабатываемой детали на ве-
личину, зависящую от отклонения расчетного припуска на обра-
ботку данной детали.
В последующие моменты обработки каждой поверхности на эти
перемещения непрерывно накладываются дополнительные, порож-
даемые отклонениями припуска в пределах уже самой обрабатывае-
мой поверхности детали.
Обычно отклонения расчетного припуска по величине больше
при переходе от одной детали к другой, чем в пределах каждой из
поверхностей обрабатываемой детали. Поэтому поле рассеяния
размеров деталей обычно больше поля рассеяния погрешностей
формы поверхностей.
Рассмотренная схема влияния отклонений припуска на обработку
на погрешность динамической настройки почти полностью совпа-
дает с изложенной выше характеристикой влияния величин и
колебаний твердости материала. Изложенное представляет лишь
приближенную схему явления, в действительности более слож-
ного.
Основным мероприятием для уменьшения колебаний сил ре-
зания и тем самым погрешности динамической настройки является
сокращение отклонений припусков на обработку от расчетной ве-
личины. Последнее обстоятельство требует уменьшения допусков
на сортовой материал и все виды заготовок (поковку, штам-
повку, отливку), а также на механическую и другие виды обра-
ботки.
Учитывая необходимость экономии материалов и увеличение
производительности труда, особое внимание должно быть обращено
на уменьшение припусков на обработку и их колебаний на первых
этапах превращения сырья в полуфабрикаты, т. е. на повышение
качества различных видов заготовок.
Следующим мероприятием является введение предварительной
сортировки заготовок (деталей) на несколько групп, в каждой
из которых колебания величины припуска на обработку будут
в надлежащее количество раз меньше. Это позволяет вносить по-
правки в настройку кинематических и размерных цепей системы
СПИД при переходе от обработки деталей одной группы к другой
и тем самым сократить погрешность динамической настройки.
Схематически это можно представить так же, как это было пока-
зано на рис. 160 при рассмотрении вопроса о сокращении влияния
Сокращение погрешности динамической настройки	225
колебаний твердости материала на погрешность динамической
настройки, поскольку эти влияния аналогичны.
При обработке деталей в больших количествах процесс внесе-
ния поправок в настройку размерных и кинематических цепей
системы СПИД может быть, как будет показано ниже, автомати-
зирован. Предварительное изменение среднего припуска на обра-
ботку каждой заготовки (детали) позволяет, как показали иссле-
дования [12], значительно сократить погрешность динамической на-
стр ойки.
Правильный выбор технологических баз (см. стр. 192) с целью
равномерного распределения припуска по обрабатываемым по-
верхностям, и в первую очередь по охватывающим (т. е. поверх-
ностям отверстий, пазов и т. п.), также является одним из меро-
приятий, направленных к сокращению погрешности динамиче-
ской настройки.
Жесткость системы СПИД. Впервые понятие жесткости примени-
тельно к станкам и их узлам было введено в 1936 г. К. В. Воти-
новым [13], который первым начал исследования в этой области.
По его определению под жесткостью понимается «способность узла
сопротивляться появлению упругих отжатий».
Было предложено измерять жесткость узла / отношением «при-
ращения нагрузки к получаемому при этом приращению упругого
отжатия», т. е.
ДР
“ Да ’
где АР — приращение нагрузки в кГ\
Да — приращение упругого отжатия в мм.
В последующие годы исследованию рассматриваемого вопроса
было посвящено большое количество работ, проделанных в ЭНИМСе,
в лабораториях технологии машиностроения Московского стан-
коинструментального института и особенно Ленинградского по-
литехнического института под руководством А. П. Соколовского,
в заводских лабораториях и ряде других научно-исследователь-
ских институтов, втузов и заводских лабораториях. Результаты
этих работ внесли значительный вклад не только в познание явления,
но и в вопросы повышения точности и производительности обра-
ботки.
Принципиальная схема определения величины перемещения
одной детали узла станка относительно другой под действием при-
кладываемой силы (по К. В. Вотинову) показана на рис. 161.
По мере увеличения веса груза, навешиваемых на конец каната,
возрастает сила Р, прикладываемая к концу шпинделя 1 коробки
скоростей. По показаниям индикатора 2, расположенного против
точки приложения силы Р по направлению ее действия, судят'
8 Балакшин
226
Основы достижения качества деталей машин
о величине перемещений конца шпинделя относительно станины
станка. При каждом увеличении груза, т. е. силы Р, по показаниям
индикатора записывают величину перемещения конца шпинделя.
После того как нагрузка достигнет расчетной величины, ее посте-
пенно уменьшают, записывая одновременно показания индикатора
Все полученные данные на-
носят в виде точек на график
с координатами сила Р — переме-
щение Y. Соединяя точки, полу-
чают кривые зависимости пере-
мещений Y от изменения силы Р,
мещения шпинделя от изменения на-
грузки
Рис. 161. Схема определения вели-
чины перемещения шпинделя ко-
робки скоростей под действием
силы Р (по К. В. Вотинову)
как это показано на рис. 162. Две ветви построенной таким образом
кривой получили названия: первая — нагрузочной, вторая — раз-
грузочной.
Для изучения происходящих явлений нагрузку и разгрузку
узла повторяют иногда несколько раз. В качестве примера на
рис. 163 показаны три построенные таким образом кривые, харак-
теризующие перемещения вершины резца, в зависимости от раз-
личных значений силы, прикладываемой в направлении радиаль-
ной составляющей силы резания (ось У); резец закреплен в суп-
порте изношенного токарного станка с высотой центров //-200 мм.
Из графика видно, что нагрузочные ветви кривых (отмеченных
стрелками) расположились выше разгрузочных. Площадь петли
гистерезиса, образованной кривыми, представляет собой работу,
затраченную на преодоление силы трения в стыках, контактных
деформаций и, в ряде случаев, сил собственного веса деталей.
Сокращение погрешности динамической настройки
227
При повторных циклах нагрузки и разгрузки явление повто-
ряется обычно с уменьшением площадей гистерезиса вследствие
уменьшения остаточных перемещений, часто имеющих место при
первом цикле вследствие наличия зазоров в ряде стыков.
Исследования показали, что кривые перемещений узлов от
нагрузки имеют различный ход и редко приближаются к прямым.
Характер кривых говорит о том, что узлы станков являются не
вполне упругими звеньями системы СПИД.
Рис. 163. График, показывающий зависимость перемещений
от изменения силы при трехкратной нагрузке и разгрузке
Для объяснения причины различия кривых, характеризующих
перемещения деталей от нагрузки, рассмотрим приближенную
схему механизма перемещения какой-либо точки А детали / отно-
сительно детали II, если приложить силу в этой точке (рис. 164,а).
Для упрощения вопроса вначале рассмотрим перемещения точки А
под действием момента силы Р, приложенной в этой точке и на-
правленной параллельно плоскости, пересекающей чертеж по
оси у—у.
Когда приложенная к детали / сила достигнет величины Ръ
достаточной, чтобы преодолеть силы трения в стыке, деталь /
начнет перемещаться относительно детали II. Перемещение будет
происходить до тех пор, пока деталь I не придет в соприкосновение
с деталью II по небольшой поверхности контакта, как это схема-
тически показано на рис. 164, б. За это время при относительно
небольшом увеличении силы Р точка А переместится на значи-
тельную величину ух. На графике сила — перемещение (рис. 164, ж)
появляется пологий участок медленно поднимающейся кривой.
228
Основы достижения качества деталей машин
В следующий промежуток времени при увеличении силы Р
на сопряженных участках поверхностей детали I и II начнет про-
исходить контактная деформация (рис. 164, в), в результате чего
перемещение точки А будет происходить медленнее, чем увеличение
силы Р. На графике появится криволинейный участок кривой.
Рис. 164. Схема образования вогнутой кривой зависимости перемеще-
ния от силы
Дальнейшее увеличение силы Р приводит к статическому равнове-
сию, так как моменты, создаваемые силой Р и силой веса детали G,
будут равны:
Plt-Gl^
По мере дальнейшего возрастания силы Р, а следовательно,
и момента Р1, деталь начнет поворачиваться вокруг оси (рис. 164, г),
перпендикулярной к чертежу. На графике появится криволиней-
Сокращение погрешности динамической настройки	229
ный участок. Точка А переместится за это время на величину у3.
Когда поворачивающаяся при возрастании силы Р деталь / придет
в соприкосновение с поверхностью бб детали //, начнется контакт-
ная деформация. Точка А переместится дополнительно на вели-
чину z/4 (рис. 164, д). На графике появится новый криволинейный
участок.
Дальнейшее увеличение силы Р вызовет собственную деформа-
цию деталей. Точка А детали / получит добавочное перемещение
на величину у$ (рис. 164, ё). На графике появится круто поднимаю-
щийся участок кривой. Изложенное схематически, в несколько
утрированном виде, показано на графике сила — перемещение
(рис. 164, ж), где изображена вогнутая нагрузочная часть кривой.
В общем случае возможны как криволинейные, так и прямолинейные
участки кривой перемещений.
Рассмотренное явление усложняется, если от двух деталей
перейти к узлу, в котором детали, относительное перемещение
двух точек которых требуется определить, соединяются рядом
других деталей. Например, шпиндель соединяется с корпусом
коробки скоростей при помощи косороликовых подшипников и
втулок. В таких случаях описанные явления могут происходить
в различной последовательности между каждыми из двух сопря-
гаемых деталей, поэтому кривые на графиках сила — перемещение
имеют различный вид.
Таким образом, относительные перемещения выбранных точек
двух деталей узла представляют собой сумму перемещений, про-
исходящих из-за наличия зазоров в стыках, контактных и собст-
венных деформаций и поворотов деталей узла.
Выше указывалось, что во время измерения относительных
перемещений точек двух деталей эти перемещения происходят
под действием прикладываемой силы и ее момента. Аналогичное
явление наблюдается и при работе узла в станке. Однако, в общем
случае, здесь могут действовать несколько сил, каждая из которых
создает момент. Следовательно, каждое относительное перемещение
каких-либо двух выбранных деталей узла или узлов происходит
под действием результирующего момента силы, равного сумме
моментов всех действующих сил. Для изучения относительных
пространственных перемещений деталей станка, оказывающих вли-
яние на точность обрабатываемой детали, был создан специальный
стенд, показанный на рис. 165. На каждой из деталей станка было
закреплено по шесть индикаторов с использованием правила шести
точек. При создании рабочих нагрузок с помощью приспособления,
по показаниям индикаторов определялись величины пространствен-
ных перемещений и поворотов каждой из деталей.
Сила резания, порождающая упругие перемещения в системе
СПИД, действует под различными углами к нормали, проведенной
230
Основы достижения качества деталей машин
к обработанной поверхности в точке ее контакта с режущими кром-
ками инструмента.
Для того чтобы воспользоваться общепринятым понятием жест-
кости, как способности системы СПИД оказывать сопротивление
перемещению выбранных точек в направлении действия силы,
порождающей это перемещение, необходимо найти такую силу,
Рис. 165. Исследование пространственных перемещений деталей то-
карного станка
которая, действуя по нормали к обрабатываемой поверхности,
вызывала бы упругое перемещение Y. Для этого можно воспользо-
ваться понятием эквивалентной силы, представляющей собой силу,
момент которой равен моменту действующей силы или сумме мо-
ментов действующих сил. Так, например, применительно к суппорту
токарного станка за такую расчетную силу можно принять экви-
валентную силу, направленную по нормали к обработанной поверх-
ности, в направлении которой происходит перемещение режущих
кромок резца. Если рассматривать обработку пояска детали, т. е.
решение плоской задачи (без наличия составляющей Рх силы ре-
зания), то расчетную величину эквивалентной силы можно опреде-
лить из равенства
P9 = -Z17Gffll,	(97)
ИЛИ
Pa=P-!a~_Gm\	(98)
Сокращение погрешности динамической настройки
231
как это схематически показано на рис. 166, где /х; /2; /3 и /4; тх
и т2 — соответственно плечи, отсчитываемые от мгновенного по-
люса поворота О по нормалям к соответствующим силам.
Под мгновенным полюсом поворота, как известно, понимается
неподвижная точка, относительно которой осуществляется мгно-
венный поворот сборочной единицы или детали, рассматриваемой
как твердое тело.
Зная величину эквивалентной силы, можно рассчитать вели-
чину перемещения режущей кромки резца, вызываемой силой
Рис. 166. Схема определения эквивалентной силы, когда сила резания прохо-
дит справа (а) или слева (б) от мгновенного полюса поворота
резания и силой веса суппорта или, эквивалентной им, расчетной
силой из равенства
У = ^.	(99)
Определение величины у может быть произведено путем рас-
чета контактной жесткости и упругих деформаций деталей, исходя
из их конструктивных размеров и особенностей.
Большую точность дает расчет с использованием понятия эк-
вивалентной силы с экспериментальным определением координат
мгновенного полюса поворота в соответствии со схемой рис. 167,
данной для решения плоской задачи.
Предположим, что прямая А Б вследствие каких-либо причин
переместилась и заняла новое положение Д'Б'. Соединяя точки
А и А' и соответственно Б и Б' прямыми ММ и М'М', заменяем
кривые, представляющие места мгновенных положений точек А и Б
во время перемещения прямой АБ. Такая замена допустима из-за
малости перемещений. Координаты мгновенного полюса поворота
232
Основы достижения качества деталей машин
прямой А Б могут быть найдены путем совместного решения'урав-
нений двух прямых NN и N'N', представляющих собой геометри-
ческие места мгновенных полюсов поворота точек А и Б прямой
АБ. Мгновенный полюс поворота О' (у^) прямой А Б должен
лежать в точке их пересечения. Прямые NN и N'N' должны про-
ходить через середины отрезков АА' и ББ', перпендикулярно
12
Рис. 167. Схема определения координат мгновенного
полюса поворота
к ним. Координаты точек С и С' можно выразить через известные
координаты точек Л, Л', Б и Б'.
Так, для точки С (у2г2)
у2 = ^±^. и z2 = ^±^,	(100)
ДЛЯ ТОЧКИ С (у&ь)
У^УА+Ук и г;=£1+£1.	(101)
Поскольку прямая NN проходит через точку С (y2z2), следова-
тельно,
z — z2 = k1(y — у2).	(102)
Неизвестный угловой коэффициент можно найти из условия
перпендикулярности прямой NN к прямой ММ, уравнение которой
записывается так;
z — zx	у~Уг
г2 — zx	Уъ —
Сокращение погрешности динамической настройки
233
откуда
2 —2^ = ^2 (У — Уг),
где
<103>
Так как прямые NN и ММ перпендикулярны, то
= —1.	(104)
Из выражений (103) и (104) находим искомый коэффициент kti
К =	(105)
Z2 — 21
Найдем уравнение прямой N'N'. Эта прямая проходит через
точку С (yi; 20. Поэтому
z — zi = ki(y — yi).	(106)
Для определения неизвестного углового коэффициента k[ на-
пишем уравнение прямой Л4'ЛГ:
г — z'^k'Ay — yi),
где
Из условия k'iki = —1 находим
(Ю7)
(Ю8)
Приведем уравнение (102) к каноническому виду!
2 — z^k^y — k^,
откуда
kxy — z + (г2 — kxy^ = 0,
или, обозначая
А = kr; В = — 1 и С = г2 — £хг/2,
получаем
Ay -|- Вг -|- С — 0.
(Ю9)
234
Основы достижения качества деталей машин
По аналогии уравнение (106) при обозначении
A’ = k'r\ В' = —1 и C' = z3— k'ty'i
приводится к выражению
А’у -)• Вг2 *4“ = 0.
(ПО)
Решая совместно уравнения (109) и (ПО), получим координаты
мгновенного полюса поворота
_ В'С — ВС	_ АС — А'С
Уо — ВА' — В'А И Z°~~ ВА' — В’А'
(Н1)
Рассмотрим пример. Прямая, проведенная через две точки
резца под нагрузкой переместилась из положения I в поло-
,,	. жение II, как это схематически
2 .	/I	°’ ° показано на рис. 168. Коорди-
/ !	наты точек А и В в положении I
Рис. 168. Схема определения коор-
динат мгновенного полюса для
рассматриваемого примера
были:
<у1 = 0; zx = 0 и у1=340мм;
zj = 0,
в положении //:
у3 = 105 мм; z3 = — 80 мм;
у3 = 445 мм и 23 = — 20 мм.
Находим координаты точек О и О^.
у2 = ^±^ = 52,5;	г2 = £1+£1=-40;
у' = £+^ = 390,25; г; = ^Ц^- = —10.
Уравнение прямой ОО’, проходящей через точку О:
z —z2=^(y —z2),	(112)
где
k =	Уъ~ У
1	Z2 — ?! •
Подставляя значения гх, г2, уг и у3, находим kx — 1,31.
Уравнение прямой O'Olt проходящей через точку Ох:
2 — z3 = k[(y — у'3),	(113)
где
Сокращение погрешности динамической настройки
235
Подставив значения zj, z2, y'lf находим = 5.
Из равенства (112) находим значения коэффициентов урав-
нения
Ay -j- J?z -j- С = 0;	А± = ki~ 1,31 j
B = —1 и C = (z2 — kry^ = — 108,7 мм.
Аналогично из равенства (ИЗ) находим значения коэффициентов
уравнения Ау + Вг + С' = 0:
Д' = ^ = 5; В' =—1;
С = (?2 — k[y2) = — 1970 мм.
Решая уравнения (112) и
(113) совместно, находим
координаты мгновенного по-
люса поворота О':
Рис. 169. Схема измерения перемещений
двух точек с применением специального
бруска
СВ* - С'В ГЛГ
= = ММ
и ^о = ^Е^ = 555 мм.
С целью повышения точ-
ности измерения координат
точек А и Б можно, например
(рис. 169), около резца уста-
навливать на суппорте призматический брусок /, на концах кото-
рого укреплено по шарику 2. Тогда индикаторы плоскими измери-
тельными штифтами будут измерять величины перемещения двух
шариков, принимаемых за точки А и Б с достаточной точностью
в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Используя аналогичную методику, можно рассчитать вели-
чину эквивалентной силы лри пространственном расположении
силы резания Р. Зная, например, величину и направление реак-
ций задней и передней бабок токарного станка, можно рас-
считать эквивалентные им силы и перемещения центров или
жесткость.
В связи с изменением условий протекания процесса обработки,
а следовательно, и с изменением силы резания по величине и на-
правлению положение мгновенного полюса поворота непрерывно
изменяется. Изменение силы резания по величине вносит относи-
тельно небольшое изменение в положение мгновенного полюса
поворота, изменение направления силы резания оказывает значи-
тельно большее влияние на его положение.
236
Основы достижения качества деталей машин
Из изложенного выше можно сделать следующие выводы:
1.	Под жесткостью сборочных единиц и системы СПИД следует
понимать их способность оказывать сопротивление перемещению
выбранной точки в направлении действия силы, порождающей
это перемещение.
2.	В соответствии с этим жесткость / следует измерять отноше-
нием приращения эквивалентной силы к приращению пере-
мещения Дг/, измеряемого в направлении ее «действия»:
кГ!мм>	(114)
или, при определении величины средней жесткости, отношением
средней величины эквивалентной силы Рэср к средней величине
перемещения уср в направлении «действия» этой силы.
3.	Жесткость всегда является положительной величиной и не
может быть ни отрицательной, ни равной бесконечности. Дейст-
вительно, если нет силы, нет и перемещения — изменение направ-
ления перемещения может быть вызвано только изменением направ-
ления действующей силы.
4.	Жесткость сборочной единицы или системы СПИД, изме-
ренная в регламентированных условиях, представляет собой одну
из характеристик их физического состояния.
5.	Жесткость сборочных единиц и системы СПИД является
переменной величиной, зависящей от изменения ряда других их
характеристик, оказывающих влияние на ее величину.
К таким характеристикам относятся: состояние станка, его
конструктивные особенности, материал деталей, вязкость смазки
и ее количество в стыках, погрешности формы сопряженных по-
верхностей, величина и направление предварительных натягов,
температура и т. п. Например, средняя жесткость шпиндельной
бабки круглошлифовального станка, определенная у неработаю-
щего станка, т. е. при нормальной температуре, равна 1540 кГ/мм.
После 30-минутного разогрева на холостом ходу шпиндельной
бабки средняя жесткость оказалась равной 2280 кГ/мм, т. е. уве-
личилась на 44%.
6.	В соответствии с изложенным, определение жесткости или,
иначе говоря, зависимости нагрузка — перемещение’должно про-
изводиться при строгой регламентации всех факторов, оказываю-
щих влияние на изменение этой зависимости. В первую очередь
должны быть регламентированы координаты точек деталей узла
или узлов, относительное перемещение которых следует измерить,
координаты точек приложения нагрузок, температура узла (уз-
лов) и т. д.
В качестве примера на рис. 170 показано положение узлов и
деталей станков и точек приложения сил, регламентируемое нор-
Сокращение погрешности динамической настройки	237
мами жесткости токарных станков общего назначения по ГОСТу
7895—56.
Отдельные узлы станков оказывают влияние на получение
точности обрабатываемых деталей в направлении различных ко-
дид А
Индикатор для определения
относительных перемещении
Рис. 170. Схема положения узлов и деталей токарных
станков и точек приложения сил при проверке жесткости
ординатных осей, поэтому жесткость таких узлов должна опреде-
ляться в направлении надлежащих координатных осей. Например,
шпиндельная бабка токарного станка оказывает влияние на полу-
чение точности не только диаметральных, но и осевых размеров
обрабатываемой детали. В соответствии с этим, жесткость шпин-
дельной бабки необходимо определять как в двух перпендикуляр-
ных радиальных направлениях на конце шпинделя, так и в осевом
направлении.
238
Основы достижения качества деталей машин
Величина, обратная жесткости, получила название податли-
вости. Податливость представляет способность сборочной единицы
или системы СПИД изменять относительное положение выбранных
точек двух его деталей под влиянием приложенной силы в направ-
лении ее действия.
Рис. 171. Схема, образования погрешностей валика,
обрабатываемого в центрах токарного станка
Податливость обозначается буквой со и измеряется в мм! кг
или мк!кг'.
1	. Г 1000	, л	/11СЧ
(о = у MMjKi ='—- мк/кГ.	(115)
Ознакомившись с понятием и физической сущностью жест-
кости сборочных единиц и системы СПИД, рассмотрим влияние
жесткости на образование погрешностей динамической настройки
и основных путей их сокращения для повышения точности обра-
батываемых деталей.
Рассмотрим образование погрешностей гладких валиков, обра-
батываемых в центрах токарного станка. В качестве поводка ис-
Сокращение погрешности динамической настройки
239
пользуется рифленый передний центр. Заготовки имеют равно-
мерно расположенный припуск по всей поверхности.
В момент начала резания, когда резец находится около задней
бабки, обрабатываемая деталь под действием силы резания Р
(или эквивалентной ей силы Р9) начинает поворачиваться в цент-
рах станка вследствие их податливости. По мере перемещения резца
вдоль оси обрабатываемой детали величина сил реакции, дей-
ствующих в центрах задней и передней бабок станка, будет изме-
няться (на заднем центре уменьшаться, на переднем — возрастать),
вследствие чего деталь будет поворачиваться, огибая кривую,
описываемую уравнением
которое выводится на основе схемы (рис. 171, а),
где х — расстояние резца от переднего конца детали до точки
приложения силы резания Р;
jn — жесткость, измеренная на переднем центре;
j3 — жесткость, измеренная на заднем центре;
£ и т] — коэффициенты, учитывающие связь между силой ре-
зания Р и эквивалентной ей силой Рн у передней
и задней бабок.
Из схемы видно, что величина упругого перемещения уц оси
детали, измеряемая в сечении, расположенном на расстоянии х
от левого конца обрабатываемой детали,
у'ц = аб + бв = уп + бв.	(116)
Из подобия треугольников обе и огд
^в=~£ (Уз Уп) >
тогда
Уц = Уп+^ (Уз — Уп)= (1— т)^»+ Туз- (117)
Если реакции центров равны
Я„ = Р(1-|) и Ra = P~
и так как
Уп=^’, Уз = ^>
in	1з
и, в свою очередь,
Pan=Rnl и Рва-/?ЭТ1»
240
Основы достижения качества деталей машин
то после подстановки в выражение (117), получаем
п —fi * A fja _l e f 1 — \	_|_ (_5?i j-s1!
y* V И jn +[l1 j3 d l) jn is
__ x\2 Pg I pcV_Pn
L] in + \L] j3’
(118)
Уравнение (118) после некоторых преобразований приводится
к виду
£—(119)
Уч L2 \ Уп + Уз/ Уп + Уз
или к виду
уц = а(х — m)2+d,	(120)
т. е. к уравнению параболы с вершиной, находящейся в точке
с координатами:
II — УпУз
И Уп + Уз'
Таким образом, ось обрабатываемой в центрах детали, вслед-
ствие податливости центров передней и задней бабок станка по-
ворачиваются, огибая параболическую кривую, описываемую урав-
нениями (119) или (120). Отсюда следует вывод, что при обработке
детали в центрах в силу податливости центров станка нельзя по-
лучить цилиндрической детали даже при постоянстве силы резания
Р. Можно сократить погрешность формы в продольном сечении
обработанной детали, но нельзя от нее избавиться путем увеличе-
ния жесткости центров станка, так как их физически нельзя сделать
абсолютно жесткими.
Под действием силы резания обрабатываемый валик упруго
деформируется. Следовательно, к упругому перемещению ^добав-
ляется упругое перемещение детали у#, порождаемое собственной
деформацией (рис. 171, б).
Следовательно, общее упругое перемещение (рис. 171, в) центра
поперечного сечения детали на расстоянии х от ее левого конца
равно
। fl Х\2 Pg . / х\2 РТ\ . Ру	/1О1\
У* — Уц+Уд'—у 1 — "1) ~Г^\Т] “т + тГ’
\	/ !п / !з 1д
где у — коэффициент, учитывающий связь эквивалентной силы
с силой резания;
Сокращение погрешности динамической настройки
241
(jd — жесткость валика, т. е. способность его сопротивляться
перемещению в направлении радиуса, соединяющего ось
детали с точкой ее соприкасания с резцом.
При обработке достаточно жестких деталей, когда влиянием
их собственных деформаций на точность обработки можно пре-
небречь, последний член в равенстве (121) приравнивается
нулю.
Перемещения резца ус, возникающие из-за перемещений несу-
щего его суппорта, порождают дополнительную величину упру-
гого перемещения системы СПИД.
Под влиянием силы резания возникают собственные упругие
деформации резца ур.
Таким образом, в общем случае величина упругого перемеще-
ния, возникающая на замыкающем звене размерной цепи системы
СПИД, представляет собой алгебраическую сумму рассмотренных
выше упругих перемещений, порождаемых станком уц, обрабаты-
ваемой деталью уд, суппортом или другим узлом, несущим инстру-
мент ус, и собственными деформациями режущего инструмента
УР, т. е.
У1 = Уц + Уд + Ус+Ур,
(122)
или, подставляя вместо величин упругих перемещений их выра-
жения через силу и жесткость, получаем
х У Рэп	/х у ?эз । Рэд . Рэс . Рэр
l / in	\l) j3 id jc ip
или
x \2	। (x V । Py । Pu । p$
in + Ы i3 + id + ic + ip ’
(123)
(124)
где а и p — коэффициенты, показывающие зависимость Рэ от
силы резания у соответствующих узлов и де-
талей.
Из равенства (124) следует, что при изменении силы резания Р
величина упругого перемещения у системы СПИД будет также
изменяться, порождая тем самым часть погрешности динамической
настройки, зависящей от жесткости системы СПИД.
Так, например, даже при обработке гладких валиков с равно-
мерно расположенным припуском на обработку ho всей поверх-
ности сила резания и эквивалентная ей сила будут изменяться,
если детали передавать крутящий момент с помощью одностороннего
поводка (рис. 172). Из схемы видно, что эквивалентная сила будет
242
Основы достижения качества деталей машин
при каждом обороте обрабатываемого валика уменьшаться или
увеличиваться на величину, равную
Л> —-y-coscty,
Р	X
(125)
где г — радиус обрабатываемой поверхности валика;
р — радиус, на котором расположен палец поводкового пат-
рона;
/1 — расстояние от левого торца детали до плоскости по-
водка.
По мере перемещения резца от задней бабки к передней вели-
чина изменения силы Рп увеличивается до ее наибольшего воз-
а)
Рис. 172. Влияние одностороннего поводка на форму обработанной по-
верхности детали:
а — схема действующих сил; б — форма поверхности детали, обработанной
с односторонним поводком в центрах токарного станка (утрировано)
можного значения. Благодаря действию составляющей Pz в ре-
зультате обработки форма детали получится отличающейся от
цилиндра, как это, в утрированном виде, показано на рис. 172, б.
Погрешности, порождаемые односторонним поводком, дохо-
дят до величин, соизмеримых иногда с другими погрешностями, на-
пример, при средней жесткости переднего центра jcpn = 3000 кГ1мм
и Рг = 80 кГ, г = 50 мм и р = 100 мм величина добавочного
перемещения получается равной у — ± 0,013 мм.
Из анализа уравнения (120) следует, что одним из средств умень-
шения величины динамической погрешности (т. е. колебания вели-
чин у), появляющейся из-за податливости системы СПИД, является
увеличение ее жесткости.
Действительно, на рис. 173 построен график с координатами
Р — у а с двумя кривыми 1 и 2, характеризующими различную
Сокращение погрешности динамической настройки
243
переменную жесткость одной или различных систем СПИД. Из гра-
фика видно, что при обработке деталей с наиболее экономичными
режимами сила резания Р изменяется в пределах поля рассеяния сор^.
В связи с этим появляется часть погрешности динамической настрой-
ки поля рассеяния со^,, порождаемая податливостью системы. Из
графика видно, что обработка деталей на более жесткой системе
СПИД (кривая 2) дает меньшую величину поля рассеяния со^ по
сравнению с обработкой на менее жесткой системе СПИД (кривая /),
где величина поля рассеяния
Рис. 173. Схема, показывающая
влияние жесткости на точность
партии обработанных деталей
Рис. 174. Схема, показывающая
достижение требуемой точности 6'
путем сокращения колебаний си-
лы резания сор
Предположим, что на размер обрабатываемых деталей уста-
новлен допуск 6, часть которого 6' предназначена для компенса-
ции погрешности, получаемой из-за податливости системы. Со-
поставляя величину получаемых полей рассеяния со£ и со^ с ве-
личиной поля допуска, можно видеть, что при обработке на более
жесткой системе (кривая 2) &у < б', в то время как при обработке
на менее жесткой — (Оу > бу. Следовательно, для достижения тре-
буемой точности, т. е. соблюдения условия <о'у ==С б' на менее жест-
кой системе СПИД, необходимо сократить отклонения силы ре-
зания Р, т. е. уменьшить величину <од. Сделать это можно, на-
пример, путем уменьшения колебаний припуска на обработку
обрабатываемых деталей путем увеличения количества проходов,
выполняемых на одном станке или даже на различных, но это свя-
зано с дополнительными затратами.
Изложенное схематически показано на графике рис. 174. Пред-
положим, что при имеющихся заготовках для данной системы
СПИД установлены наиболее экономичные режимы обработки,
244
Основы достижения качества деталей машин
при которых возможны отклонения силы резания в пределах сор
из-за колебаний припуска на обработку и твердости заготовок.
Из графика видно, что в результате обработки появится поле рас-
сеяния размеров ®'y больше установленного допуска 6'. Следова-
тельно, для получения отклонений размера в пределах допуска
6' необходимо сократить колебания силы резания с о>р до (Ор. Для
Рис. 175. Пример сокращения количества звеньев
в размерной цепи СПИД путем введения приспособления
этого обработку деталей приходится вести вместо одного прохода
в два или три с таким расчетом, чтобы к последнему проходу детали
пришли с колебаниями припуска, обеспечивающими отклонения
силы резания в пределах top.
Таким образом, увеличение жесткости системы СПИД является
одним из средств сокращения части погрешности динамической
настройки и увеличения производительности обработки. Основ-
ными путями увеличения жесткости систем СПИД являются:
1.	Сокращение количества стыков и звеньев в размерных и
кинематических цепях системы СПИД, т. е. использование прин-
Сокращение погрешности динамической настройки
245
ципа наикратчайшего пути. Задача может решаться при разра-
ботке конструкций новых станков и при использовании сущест-
вующих. В последнем случае для этой цели используются при-
способления.
В качестве примера на рис. 175, а показана часть размерных
цепей, при помощи которых получается требуемая точность раз-
мера Дд детали, обрабатываемой на расточном станке. Предполо-
жим, что благодаря большому количеству звеньев и стыков требуе-
мая точность не достигается. Задача
может быть решена, если сократить
количество звеньев размерных це-
пей путем использования приспо-
собления.
Из рис. 175, б видно, что при
обработке детали в приспособле-
нии, расточная скалка которого
соединена со шпинделем станка гиб-
кой связью (двойным шарниром Гу-
ка), многозвенная размерная цепь
Дд —Д1 + Д2 + Дз 4" Д4 + А& — О
заменяется малозвенной цепью
Дд — Д1 + Д2 = 0. Результатом
является сокращение количества
слагаемых погрешностей и их ве-
Рис. 176. График, показывающий
влияние предварительного натяга
на повышение жесткости системы
СПИД
личин и, следовательно, увеличе-
ние точности обрабатываемой де-
тали.
2.	Обеспечение большей опре-
деленности базирования путем соз-
дания предварительного натяга. На графике рис. 176 схемати-
чески показаны две кривые сила — перемещение: одна (/) дана
без предварительного натяга в узле, другая (2) — после создания
предварительного натяга. Из графика видно, что во втором случае
относительное смещение у уменьшилось (уд1 < уд2).
Натяг может создаваться или непрерывно действующими ме-
ханизмами, например пружинными или гидравлическими задними
бабками станков, подвешенными грузами, или различными, пе-
риодически действующими, зажимными устройствами, при помощи
которых рабочий закрепляет узлы станка или их части после переме-
щения из одного положения в другое.
3.	Повышение контактной жесткости стыков как во время
изготовления машин, так и в процессе их эксплуатации путем
лучшей регулировки надлежащих устройств (клиньев, прижим-
ных планок), сокращения погрешностей сопрягаемых поверхно-
стей деталей, смазки надлежащей вязкости и т. д.
246
Основы достижения качества деталей машин
4,	Повышение собственной жесткости деталей системы СПИД,
в том числе и обрабатываемой детали.
5.	Стабилизация температуры СПИД и действия ряда дру-
гих факторов или внесение в системы СПИД поправок, компен-
сирующих влияние температурных и других деформаций.
6.	Управление жесткостью системы СПИД путем ее измене-
ния в процессе обработки деталей (вопрос рассмотрен позднее).
Явления вибраций и пути их сокращения. Изучению явления
вибраций, возникающих при обработке деталей на станках, по-
священо большое количество работ отечественных и зарубежных
ученых. В работах Тейлора, Никольсона, Н. А. Дроздова [14],
А. И. Каширина [15], А. П. Соколовского [16], В. А. Кудинова
[17], И. Тлустого [18] и др. даны различные объяснения механизма
возникновения и протекания вибраций.
Вибрации, возникающие в системах СПИД, делят на два вида:
вынужденные вибрации и автоколебания. Причинами, порождаю-
щими вынужденные вибрации, обычно являются динамическая
неуравновешенность быстровращающихся деталей станка, режу-
щего инструмента или самой обрабатываемой детали, погрешности
отдельных деталей станка, колебания припуска на обработку, пре-
рывистость обрабатываемых поверхностей детали, наличие зазоров
в стыках, колебания других работающих машин.
Автоколебаниями принято называть «незатухающие колеба-
ния системы», поддерживаемые постоянно действующим источни-
ком энергии. Автоколебания возникают в системе СПИД при опре-
деленных условиях и продолжаются до тех пор, пока эти усло-
вия не будут изменены. Предложено довольно много различных
гипотез объяснения явления автоколебаний, однако до настоящего
времени нет еще достаточно установившегося описания автоко-
лебательного процесса, которое объясняло бы причины возникно-
вения и фактическую сущность явления. Наибольшие трудности
связаны с решением проблемы сокращения автоколебаний, так
как этот вид вибраций является основным препятствием на пути
повышения качества и экономичности обработки деталей.
В реальных условиях вибрации представляют собой допол-
нительные относительные движения в пространстве обрабатывае-
мой детали, инструмента и всех других деталей системы СПИД.
Так как все детали системы СПИД связаны одна с другими,
то изменение каких-либо параметров в отдельных звеньях системы
СПИД немедленно будет сказываться в той или иной степени на
характеристиках колебаний всех других ее звеньев. Процесс виб-
раций описывается нелинейной системой уравнений, решение ко-
торых представляет сложную задачу. Для упрощения задачи сис-
тему рассматривают в ряде случаев как линейную с ограниченным
числом степеней свободы.
Сокращение погрешности динамической настройки	247
В работах [17] и [18] для объяснения механизма вибраций пред-
лагается теория, рассматривающая относительное колебательное
движение резца и обрабатываемой детали как сочетание взаимосвя-
занных колебаний по обобщенным координатам плоской системы.
При этом считается, что изменения сечения среза, возникающие в про-
цессе колебаний, порождают изме-
нения силы резания, необходимые ,(Л
для создания притока энергии в ко-
леблющуюся систему.	|
Для пояснения изложенного йс- X----------I 7
пользуется метод моделирования	//)
реальной системы. Обрабатываемая	/ >\	/
деталь рассматривается как абсо-	/ Л	/
лютно твердое тело, имеющее рав- /	Д J
номерное вращательное движение.	\
Весь колебательный процесс опре- НйеПаоОмаиии \ z	4
деляется только перемещением рез-
ца. Масса колеблющейся системы Рис. 177. Механическая модель си-
рассматривается сосредоточенной стемы с упругими связями
в точке, соответствующей вершине
резца (рис. 177). Упругие связи схематически показаны в виде
четырех пружин, на которых подвешена масса т. Пружины распо-
лагаются в двух перпендикулярных направлениях по главным осям
жесткости £ и О. Сила резания, действующая на резец, направлена
под углом а к оси г.
Уравнения движения для рассматриваемой системы, отнесенные
к координатам У и Z, имеют вид
mZ-\-hzZ 4- GzZ + CzyY = Р cos а;
mY + hyY + CyY+CyzZ=—Psina,
(126)
где m — масса колеблющейся системы, приведенная к точке
вершины резца;
hy и hz — коэффициенты, характеризующие силы сопротив-
ления;
Су и Сг — коэффициенты жесткости, показывающие отношение
сил, приложенных к массе, к порождаемым ими
перемещениям, принимаемым равным единице;
Cyz, Czy — коэффициенты дополнительных упругих связей,
налагаемых на массу и препятствующих ее смеще-
нию по другой из координат по принципу взаимности
= Czy,
Р — сила резания;
a — угол между направлением силы резания и осью Z.
248
Основы достижения качества деталей машин
В. А. Кудинов, используя энергетический метод Теодорчика,
дает решение уравнений (126), для чего представляет их в виде
Z + <»2z = (со2 — v|) Z — 2d*Z — агУ + Р cos а = 2 Рг',
Y + (а2у = (со2 — v}) У — 26 у Y 4- ayZ — Р sin а = £ Fy,
(127)
где vz; vy 6Z; 6У; аг и ау — коэффициенты, получающиеся в процессе
преобразования формулы (116) в формулу
(117) и равные
С-
у* = — •
2 т ’
V-1'- т ’
2бг =
т
2^ =
^zy
п= —
z т
т ’
^yz
И =
" т
Задаваясь формой движения (справедливой при скорости реза-
ния, значительно большей максимальной скорости колебательного
движения)
У = a sin W;
Z = b sin (at — с cos tot
(128)
и подставляя выражения (128) в равенство (127), приравняв нулю
коэффициенты при членах резонансной частоты, В. А. Кудинов
получает систему четырех алгебраических уравнений, определяю-
щих стационарные амплитуды и частоту.
Частота колебаний
Ч* = | ±	(129)
где
р = 2v| + ау ctg а — 4d| + av ctg а;
q= v* + ( v* + 7^ v>) ay ct8 a+aA
Амплитуда колебаний
1/ (wa — V2V) + (<o« — V*)	— So sin a
л>=“=2—--------S,-,.	'-------• ОЗО)
Сокращение погрешности динамической настройки
249
Угол сдвига фаз колебаний
<о2 — V8
^=-2М--
Отношение амплитуд
л л __________________________________________
-Г- =	Z(rn2 — Vs;)2 + 4<02dl.
Му О^Оу
(131)
(132)
Эллипс
перемещений
Рис. 178. Траектория пе-
ремещений режущей кром-
ки резца за один цикл
колебания
(133)
разность между движе-
Используя полученные уравнения, можно рассчитать все пара-
метры, определяющие движение вершины резца в процессе вибраций.
Это движение представляет сумму двух
колебательных движений, сдвинутых по
фазе одно относительно другого, как это
следует из выражений (128) и (130):
Y = /(у sin <ot;
Z = Az sin (tilt— ф).
В процессе работы резец, будучи вы-
веден какой-либо причиной из состояния
равновесия, начинает совершать колеба-
тельные движения в двух направлениях
таким образом, что результирующее отно-
сительное движение между инструментом
и деталью, наложенное на равномерное
вращательное движение детали, предста-
вляет собой замкнутую кривую (часто
эллипс) (рис. 178). В общем случае это дви-
жение может совершать инструмент или
деталь, или оно может представлять собой
ниями того или другого. При движении резца (рис. 178) в напра-
влении действия силы резания Р (т. е. от точки 1 в направлении к
точке 4) глубина резания, а следовательно, сечение стружки и сила
резания будут больше, чем при движении резца навстречу напра-
влению действия силы резания (от точки 4 в направлении к точке /).
Таким образом, изменение силы резания как бы сообщает допол-
нительные импульсы при каждом цикле колебания, что приводит
к нарастанию интенсивности колебаний до величин, соответствую-
щих состоянию равновесия между получаемой энергией и энергией,
расходуемой на преодоление трения (сухое, в смазке, о воздух,
внутреннее трение в металле), преодоление силы тяжести и сил
инерции деталей системы СПИД и т. д.
На рис. 179 показано изменение силы резания Р в зависимости
от перемещений вершины резца, отложенных на оси, параллельной
направлению действия силы Р. Площадь, ограниченная осью абсцисс
250
Основы достижения качества деталей машин
и верхней ветвью кривой, представляет собой работу, расходуе-
мую на сообщение колебательного движения резцу и связанным с ним
деталям, перемещающимся в направлении действия силы, в то время
как площадь, ограниченная осью абсцисс и нижней ветвью кривой,
представляет собой работу, отнятую от колебательного движения
резца и связанных с ним деталей станка. Разность площадей (заштри-
хованный контур) представляет собой совершаемую за один цикл
колебания работу, затрачиваемую на поддержание колебаний резца
Рис. 179. Изменение силы резания Р в зависимости от перемещений кромки
резца за один цикл колебаний
и связанных с ним деталей. Энергия, затрачиваемая на выполнение
этой работы, получается от основного привода станка, сообщающего
требуемое относительное движение инструменту и детали.
Таким образом, источник энергии компенсирует потери энергии,
расходуемой на сохранение периодического колебательного движе-
ния.
Все сказанное о колебаниях резца может быть повторено и в отно-
шении обрабатываемой детали.
Причиной, порождающей вибрации, может быть любой фактор,
вносящий изменения в условиях равновесия, существующее при
спокойном резании между силами резания и сопротивления. Такими
факторами могут быть изменения режимов резания, изменение твер-
дости материала, случайные толчки и ряд других.
Среди факторов, способствующих созданию условий для возник-
новения вибраций, значительную роль играет явление авторезо-
нанса
Сущность авторезонанса заключается в совпадении частот соб-
ственных колебаний отдельных взаимодействующих колебательных
систем. Например, по данным В. А. Кудинова [17] на определенной
Сокращение погрешности динамической настройки
251
Рис. 180. Схема, показывающая скалку
в неустойчивом положении
ступени числа оборотов частота крутильных колебаний привода
шпинделя сближается с частотой поперечных колебаний обрабаты-
ваемой детали и шпинделя. Этим создаются условия, облегчающие
возникновение вибраций.
На основе ряда исследований [16,18] и др. считается, что частота
возникших колебаний обычно близка к частоте одного из видов
собственных колебаний станка, как сложной колебательной системы.
Первичные автоколебания при обработке резанием, по мнению ряда
исследователей [14, 15, 18] почти всегда связаны с резонансными
вынужденными колебаниями и усиливаются под действием послед-
них. Например, во время
каждого последующего про-
хода инструмент срезает
стружку не с гладкой,
а с волнистой поверхности
детали, вследствие чего глу-
бина резания, а следователь-
но, и сила резания на про-
тяжении каждого прохода
периодически меняются.
Частота изменения силы
резания совпадает с частотой
автоколебаний, которые за
предшествующий проход вызвали появление волнистости на обра-
ботанной поверхности; в результате совпадения частот возникают
дополнительные резонансные вынужденные колебания, усиливаю-
щие и расширяющие область автоколебаний.
Необходимо обратить внимание на одну из возможных причин,
способствующих возникновению вибраций, заключающуюся в
неустойчивом равновесии деталей системы СПИД во время обра-
ботки.
Действительно, вследствие наличия зазора в стыках ряда дета-
лей (шпиндель — опора, направляющие суппорта — каретки и т. д.)
при некоторых условиях, детали или целые сборочные единицы
находятся в неустойчивом равновесии вследствие явления неопре-
деленности базирования.
На рис. 180, схематически показывающем такое явление, видно,
что деталь под влиянием момента силы Р1Г отошла от базы А
детали 2 и не пришла в соприкосновение с базой Б, так как
Ql2 = Р1г, Если при этом состоянии детали 1 величина силы Р
будет по каким-либо причинам отклоняться в ту или другую сто-
рону, то деталь 1 начнет колебаться вокруг оси, проходящей через
точку О.
Опыт показывает, например, что вибрации существенно сокраща-
ются при обработке деталей на токарных и многорезцовых станках
252
Основы достижения качества деталей машин
резцами, перевернутыми на 180° по сравнению с обычным положе-
нием. Благодаря действию силы резания в этих случаях, в противо-
положном обычному направлении, обеспечивается большая опре-
деленность базирования деталей суппорта (выбираются зазоры
в стыках благодаря соединению с помощью ласточкина хвоста)
и шпинделя в его опорах, а также повышается виброустой-
чивость путем создания условий максимального демпфирования
в стыках.
Действуя в одном направлении с моментом силы веса обрабаты-
ваемой детали, момент силы резания обеспечивает большую опреде-
ленность базирования шпинделя на его опорах.
На основании проведенных исследований основными путями
сокращения вибраций являются: увеличение демпфирующей способ-
ности системы СПИД и рациональное построение этой системы путем,
например, увеличения жесткости системы и правильного расположе-
ния главных осей жесткости. До сих пор нет общепризнанного объек-
тивного показателя, характеризующего вибростойкость системы
СПИД. Поэтому о вибростойкости системы судят чаще по отсутствию
во время обработки характерного шума и степени волнистости
обрабатываемой поверхности детали.
Основным мероприятием для борьбы с вибрациями является
повышение жесткости системы СПИД, т. е. всех составляющих ее
звеньев. Увеличение жесткости системы СПИД повышает частоту
собственных колебаний, что, в свою очередь, обычно приводит к
уменьшению амплитуды колебаний.
Необходимо еще раз обратить внимание на повышение жест-
кости системы путем создания конструкций, обеспечивающих боль-
шую степень определенности базирования деталей системы СПИД,
сокращения количества звеньев в размерных и кинематических
цепях, правильного создания и использования предварительного
натяга и т. д. .
Во многих случаях введение дополнительного натяга путем
нагружения деталей пружинами, грузами и т. п. способствует
сокращению зоны вибрации.
Использование пневматических, гидравлических и пружинных
задних центров на токарных, многорезцовых, шлифовальных
и других станках позволяет автоматически поддерживать в системе
требуемый предварительный натяг, способствующий уменьшению,
в ряде случаев, возможности возникновения вибраций
Сокращение влияния внешних сил, порождающих вынужденные
колебания системы СПИД, является также одним из методов борьбы
с вибрациями. Основными мероприятиями для этого служат: 1) умень-
шение возмущающих сил, например сокращение центробежных сил
путем лучшей балансировки быстровращающихся деталей системы
СПИД; 2) выбор для обработки таких режимов резания, при которых
Сокращение погрешности динамической настройки
253
частота возмущающих сил далека от частот собственных ко-
лебаний звеньев системы, — другими словами, рекомендуется
обработка в зонах отсутствия резонансных колебаний; 3) измене-
ние частоты собственных колебаний звеньев системы СПИД;
4) изоляция системы СПИД от влияния внешних воздействий
в виде колебаний других станков, молотов, работающих двигате-
лей и т. п.
В качестве примера на рис. 181 показана установка станка на
резиновые опоры с предварительным натягом, изолирующие ста-
нок от воздействия других колебаний.
Наибольшие трудности, с точки
зрения появления вибраций, предста-
вляет обработка недостаточно жестких
деталей. Основным средством борьбы
с вибрациями в этих условиях яв-
ляется повышение жесткости обраба-
тываемой детали путем введения до-
полнительных опор. При вращающихся
во время обработки деталях роль таких
опор выполняют неподвижные и подвиж-
ные люнеты.
Изменение частоты собственных коле- Рис. 181. Резиновая про-
баний такого типа деталей путем навеши- кладка для сокращения ви-
вания на них добавочных грузов также	брации станка
способствует сокращению вибраций.
В ряде случаев вибрации гасятся с помощью различного рода
виброгасителей. Назначением виброгасителя является снижение
интенсивности колебаний путем поглощения энергии колебатель-
ного движения. В качестве примера на рис. 182 показан виброгаси-
тель, в котором вибрации при обработке длинных валов малых диа-
метров гасятся за счет сил трения. Устройство, создающее силы
трения, состоит из кожаной манжеты /, сжимаемой двумя кольцами
и гайкой. В отверстие скалки 2 вставлена пружина 3 с кулачком 4
из модифицированного чугуна; жесткость пружины 20 кПмм.
Обрабатываемый вал зажимается между роликом 5 и кулачком 4
вращением скалки 2 с помощью рукоятки, надетой на ее хво-
стовик.
При возникновении вибрации скалка 2 перемещается вместе
с обрабатываемым валом. Гашение вибраций производится путем
поглощения энергии колебаний трением скалки в манжете.
В конструкциях некоторых виброгасителей, действующих бла-
годаря включению в систему искусственных сопротивлений, в ка-
честве последних используются гидравлические сопротивления,
возникающие при протекании масла через дроссельные отвер-
стия, и др.
254
Основы достижения качества деталей машин
В ряде случаев используются виброгасители, работающие на
принципе динамического гашения колебаний. Сущность их действия
заключается в следующем: к детали, колебания которой необходимо
погасить, упруго присоединяется небольшая масса, рассчитанная
Вид А
Рис. 182. Виброгаситель,
работающий с использо-
ванием сил трения
таким образом, чтобы частота ее собственных колебаний равнялась
частоте колебаний этой детали. При этом условии масса динамичес-
кого виброгасителя колеблется в фазе, отличающейся на л от фазы
колебаний вибрирующей детали. Возникающая сила равна силе,
возбуждающей колебания.
Так как силы действуют в
противоположных направле-
ниях, они уравновешиваются,
а следовательно, гасятся и ви-
брации.
Для гашения вибраций
необходима настройка вибро-
гасителя на каждую частоту
колебаний, так как без этого
Рис. 183. Виброгаситель ударного дей-
ствия
эффективность его действия резко снижается. В качестве примера
на рис. 183 показана конструкция виброгасителя ударного дей-
ствия, встроенного в расточную скалу. Груз 1 в виде цилиндра,
сделанного из материала с большой плотностью (например, из
твердых сплавов марок ВКЗ, ВК6, из стали с заливкой свинцом
и т. д.), расположен в полости скалки 2, закрытой пробкой 3, на-
ходящейся впереди резца.
Сокращение погрешности динамической настройки
255
На рис. 184 показан виброгаситель ударного действия Д. И. Ры-
жкова для гашения вибраций резцов при скоростном точении. Вибро-
гаситель закрепляется на резце
с помощью скобы 1. Он состоит
из свободно сидящей втулки 2,
прижимаемой пружиной 3 к пло-
скости скобы. Сила сжатия пру-
жины может изменяться с помощью
винта с полым хвостовиком 4.
Гашение вибраций происходит пу-
тем ударов втулки 2 о скобу,
а также благодаря рассеянию энер-
гии в резьбе и других соедине-
ниях. Виброгаситель хорошо гасит
вибрации при больших вылетах
резцов для наружного обтачивания
и при растачивании отверстий рез-
цами, закрепленными в расточных
скалках.
Размерный износ инструмента.
В процессе обработки вследствие
действия целого ряда факторов (сил Рис. 184. Виброгаситель ударного
трения, колебания, сил резания, действия Д. И. Рыжкова
температуры, свойств смазочно-
охлаждающей жидкости, материала, инструмента и обрабатываемой
детали и т. д.) происходит износ инструмента.
Следствием износа является изменение размера поверх-
ности или расстояния поверхностей обрабатываемых деталей.
Поэтому такой износ по-
лучил название размерно-
го, в отличие от износа по
задней поверхности, кото-
рым пользуются при иссле-
дованиях в области резания
металлов.
Протекание износа во
времени характеризуется
кривой (рис. 185), состоящей
обычно из трех участков.
Первый участок (оа)
Рис. 185. Кривая, характеризующая проте-
кание размерного износа инструмента во
времени	характеризуется доволь-
но быстрым возрастанием
подъема кривой. Износ на этом участке получил название перво-
начального износа. Его интенсивность, в основном, зависит от сте-
пени шероховатости поверхности инструмента, соприкасающегося
256
Основы достижения качества деталей машин
с поверхностью детали, получаемой в процессе ее обработки. После
окончания периода первоначального износа происходит нормаль-
ный размерный износ, характеризуемый почти пропорциональным
его возрастанием времени обработки (участок аб). Наконец,
третий участок кривой характеризует интенсивный износ ин-
струмента, приводящий нередко к его разрушению. Обычно
в конце участка нормального износа прибегают к смене инстру-
мента.
С точки зрения достижения требуемой точности обработки дета-
лей наиболее целесообразным является использование участка кри-
вой нормального размерного износа инструмента, угол наклона
которой характеризует интенсивность размерного износа. Для этой
цели период и, особенно, величину начального износа стараются
сократить путем доводки режущих кромок инструмента в процессе
его изготовления или переточки. В ряде случаев опытные наладчики
осуществляют «доводку» режущих кромок, например резцов, даже
после их установки и закрепления на станке абразивными брусками
вручную.
Наибольшее влияние на размерную стойкость инструмента
оказывают скорость резания и ее колебания. В ряде случаев суще-
ственное, а иногда и решающее, значение оказывают вибрации,
возникающие в системе СПИД, а также колебания силы резания,
возникающие вследствие ряда причин. Основными причинами этого
явления чаще всего являются колебания припусков на обработку
и свойств материала деталей.
Размерная стойкость инструмента больше всего зависит от каче-
ства материала режущего инструмента, его однородности и от ста-
бильности качества изготовления инструмента.
В соответствии с изложенным, основными путями сокращения
влияния размерного износа инструмента на величину погрешности
динамической настройки, а тем самым и на точность обработки,
являются: 1) повышение стабильности качества изготовления инстру-
мента; 2) повышение доводки его режущих кромок для сокращения
величины первоначального размерного износа; 3) стабилизация сил
резания; 4) сокращение вибраций в системе СПИД; 5) выбор наиболее
экономичных режимов обработки; 6) своевременная смена инстру-
мента для его переточки; 7) правильный подбор и применение смазы-
вающе-охлаждающих жидкостей; 8) своевременная компенсация
размерного износа инструмента путем поднастройки размерных
цепей системы СПИД; 9) правильная установка и закрепление
инструмента с учетом изменения его геометрии при возникнове-
нии силы резания и упругих перемещений и ряд других меро-
приятий.
Выше указывалось (стр. 74), что размерный износ инструмента
смещает поле рассеяния <от, порождаемое совокупным действием
Сокращение погрешности динамической настройки
257
случайных факторов увеличивая, тем самым, величину общего поля
рассеяния <о.
Следовательно, увеличение размерной стойкости инструмента
является мощным фактором увеличения точности обработки и ее
производительности, так как каждая смена инструмента связана
с потерей производительности из-за перерывов в ходе процесса.
Температурные деформации системы СПИД. Изменения темпе-
ратуры системы СПИД порождают дополнительные пространствен-
ные относительные перемещения ее исполнительных поверхностей и,
как следствие, добавочные слагаемые погрешности динамической
настройки. Перемещения, порождаемые изменениями температуры,
получили название температурных деформаций.
Основным источником образования тепла в системе СПИД явля-
ется механическая работа, затрачиваемая на резание, и работа,
затрачиваемая на преодоление сил трения, возникающих в стыках
движущихся деталей станка. К этому добавляется тепло, образую-
щееся в гидравлических и электрических системах станка и
поступающее из окружающей среды, воздуха, расположенных
по близости других станков нагревательных устройств, фунда-
мента и т. д.
Перечисленные источники тепла оказывают различныое влияние
на точность обрабатываемых деталей и ее отдельные характеристики.
Тепло, образующееся в зоне резания, в значительной своей части,
уходит в стружку. Часть его уходит через режущий инструмент,
меняя его температуру, а следовательно, размеры и относительное
положение. Часть тепла удаляется в окружающую среду через обра-
батываемую деталь, нагревая и деформируя ее.
Тепло, образующееся от работы трения в станке, изменяет темпе-
ратуру его деталей и, тем самым, их относительное движение и поло-
жение при работе в станке.
Все, вместе взятое, порождает температурные деформации систе-
мы СПИД, удельное влияние которых среди других составляющих
погрешности обработки бывает различно.
По мере уменьшения допусков на обрабатываемые детали и уве-
личения режимов обработки влияние температурных деформаций
возрастает. Это в первую очередь относится к обработке шлифова-
нием и при других отделочных операциях.
Тепло, образующееся в зоне резания, не только порождает
температурные деформации системы СПИД, но и оказывает сущест-
венное влияние на стойкость режущего инструмента, а следователь-
но, на производительность обработки.
Все эти источники, в зависимости от тех или иных условий,
оказывают, естественно, и различные влияния на величину и коле-
бания температуры различных звеньев системы СПИД, а следо-
вательно, и на величину и характер их температурных деформаций.
9 Балакшин —
258
Основы достижения качества деталей машин
Рис. 186. Температурное поле станка
Сокращение погрешности динамической настройки
259
Эти деформации порождаются отклонениями температуры звеньев
системы СПИД от нормальной, при которой она была изготовлена
и проверена на точность. На рис.
ний температуры различных то-
чек станка от нормальной. Рав-
номерное изменение температу-
ры какой-либо свободной детали
порождает увеличение или
уменьшение ее размеров. Нерав-
номерное изменение температу-
ры приводит к искажению фор-
мы. Так как большинство дета-
лей в системе СПИД связаны
одни с другими, то неравномер-
ное увеличение или уменьшение
температуры каждой из них вы-
зывает не только изменение их
размеров и формы, но и их от-
носительных положений, порож-
дающих погрешности обрабаты-
ваемых деталей.
На рис. 187 показаны кри-
вые, характеризующие измене-
ния температуры, перемещений
отдельных элементов, а также
изменения радиуса обрабатывае-
мых деталей. Из графиков вид-
но, что в ряде случаев переме-
щение возрастает быстрее уве-
личения температуры. Объяс-
няется это тем, что повороты
деталей станка, происходящие
из-за неравномерного нагрева
деталей, увеличивают перемеще-
ния связанных с ними других
деталей пропорционально рас-
стояниям точек, в которых из-
меряется перемещение, от оси
поворотов. Так, из рис. 188
видно, что из-за неравномерного нагрева стенок станины происхо-
дит поворот стола, вызывающий значительное перемещение оси
обрабатываемой детали из точки О в точку О'. Причиной не-
равномерного нагрева стенок станины являются источники тепла
в виде электронасосов для подачи масла в гидросистему и охлаж-
дающей жидкости, а также баки 3 и 4 с маслом и охлаждающей
186 показаны величины отклоне-
Рис. 187. Кривые, характеризующие
изменения температуры, перемещения
элементов станка и изменения радиуса
обрабатываемой детали:
/ — масло гидросистемы; 2 — корпус шли-
фовальной бабки; 3 — нагрев станины при
максимальном расчетном режиме работы;
4 — станина; 5 — охлаждающая жидкость;
6 — перемещение шлифовального круга в
результате температурных деформаций кор-
пуса бабки и винта врезания; 7 — измене-
ние радиуса обрабатываемой детали; 8 — пе-
ремещение детали в результате деформации
станины
9*
260
Основы достижения качества деталей машин
жидкостью, расположенные в правой части станины. Стенка 2,
расположенная ближе стенки 1 к источникам тепла, омывается
еще притоками теплого воздуха и вследствие этого удлиняется
больше стенки 1.
Температурная деформация корпусов опор и шпинделей перед-
них бабок токарных станков даже
Рис. 188. Схема образования погрешности
обрабатываемых деталей вследствие не-
равномерного нагрева стенки станка
при относительно небольших
числах оборотов вызывает
смещения конца шпинделя,
доходящие до 0,048 мм в вер-
тикальной и до 0,011 мм в
горизонтальной плоскости,
как это видно из графиков
рис. 189. Графики показывают
также, что нагрев узлов стан-
ка происходит значительно
быстрее, чем охлаждение.
Температура валов коро-
бок скоростей примерно на
30—40% выше средних темпе-
ратур корпусов, вследствие
чего и температурные дефор-
мации валов (учитывая и
несколько больший коэффи-
циент линейного расширения
сталей по сравнению с чугу-
ном) больше температурных
деформаций корпусов. Нагрев ходового винта резьбошлифовального
станка доходит до 1—3° С, что вызывает появление погрешности
шага, доходящей до 0,008 мм на длине винта 450 мм.
Для определения средней избыточной температуры корпуса
или его отдельных стенок с учетом теплообвода в сопрягаемые
детали может служить формула [19]
<2
О™------------------г ....,
р a1F+/a2ufl’
(134)
где ^Ср — средняя избыточная температура корпуса;
Q — количество тепла, образующегося в корпусе, в ккал/ч;
F — площадь наружной поверхности корпуса в м2;
ах и а2 — коэффициенты теплопередачи в ккал 1м2  ч  град;
f — площадь соприкосновения (стыка) с сопрягаемыми
деталями в м2;
и — периметр теплопроводящей поверхности сопряжен-
ных деталей в м;
К — коэффициент теплопроводности в ккал/м • ч • град.
Сокращение погрешности динамической настройки
261
Деформация корпуса на
щую размерную цепь системы
участке, входящем в надлежа-
СПИД, определяется по формуле
b = M'Cf, (135)
где Д — величина темпера-
турной деформа-
ции в мм;
h — расчетный размер
в мм;
а — коэффициент ли-
нейного расшире-
ния в 1/°С;
•&гр — средневзвешенная
температура стен-
ки на расчетном
участке в °C.
Для подсчета линейных
деформаций валов и ходовых
винтов может быть исполь-
зована формула
Ag — a^$xdx,	(136)
«
где х — текущая координата
измеряемой длины
вала.
Все приведенные формулы
пригодны для условий сво-
бодного расширения тел, и
подсчитанные по ним величи-
ны температурных деформа-
ций практически получаются
отличными как в сторону
уменьшения, так и увели-
чения. В силу изложенно-
го, в подавляющем большин-
Рис. 189. График, показывающий темпе-
ратурные деформации шпинделя перед-
ней бабки токарного станка
стве случаев, величины температурных деформаций приходится
определять экспериментально.
Приведенные выше цифры показывают, что температурные дефор-
мации станков оказываются во многих случаях соизмеримыми с до-
пусками на обрабатываемые детали. Поэтому приходится предпри-
нимать ряд мер для стабилизации температурных деформаций,
которые позволяют в ряде случаев уменьшать их влияние на точность
262
Основы достижения качества деталей машин
обрабатываемых деталей путем внесения необходимых поправок
в настройку системы СПИД на требуемую точность.
Основными мероприятиями для этого служат:
1)	поддержание температуры воздуха в помещениях в тре-
буемых пределах; например, при обработке точных деталей на
координатно-расточных станках температура в помещении под-
держивается на уровне 20 ± 0,5° С и даже еще более узких пре-
делах;
2)	дополнительное охлаждение или подогрев стенок станины или
корпусных деталей для сокращения температурных деформаций.
Рис. 190. Охлаждение шпинделя и обрабатываемой детали как одно из средств
уменьшения температурных деформаций
Например, у прецизионных резьбонарезных станков вводится охлаж-
дение шпинделя (рис. 190) и кареток путем пропускания через
специально сделанные каналы охлаждающей жидкости требуемой
температуры. Подвод потока теплого воздуха от шпиндельной бабки
вертикального плоскошлифовального станка к задней стенке ста-
нины позволяет выровнять ее температуру с температурой передней
стенки и тем самым уменьшить температурную деформацию станины,
порождающую отклонение оси вращения шпинделя от перпенди-
кулярности рабочей плоскости стола станка. Экранирование станков
также помогает в ряде случаев уменьшить влияние тепловых источ-
ников и температурные деформации станка;
3)	предварительный разогрев станков до температуры, при кото-
рой создается устойчивое тепловое равновесие. Разогрев может
осуществляться путем работы станка: на холостом ходу, на не-
сколько форсированных режимах или путем искусственного
нагрева;
4)	исключение длительных перерывов в работе станка, в течение
которых он может заметно изменить температуру. Температурные
Сокращение погрешности динамической настройки	263
деформации режущих инструментов оказывают в ряде случаев суще-
ственное влияние на точность обрабатываемых деталей. Например,
на рис. 191 показана зависимость удлинения резца от времени его
непрерывной работы при различных режимах резания. Обрабаты-
валась деталь из легированной термообработанной стали.
(ов — ПО кГ -мм2) резцом с пластинкой из твердого сплава Т15К6.
Вылет резца 40 мм; сечение 20 X 30 мм; у = 0; а = 8°; ф ' = 45;
Фх = 15; Л, = 0 и г = 0. Из графиков видно, что тепловое равновесие
Рис. 191. Зависимость температурных удлинений резца от времени его непре-
рывной работы и режимов резания:
а) £ = f (v) при t = 0,25 мм\ s = 0,1 мм]об\ б) £= f (/) при v = 122 м/мин, s = 0,1 мм{об\
в) % == f (s) при v « 120 mJ мин, t = 0,5 мм
достигалось, в большинстве случаев, через 24 мин. Удлинение £ резца
при тепловом равновесии составляло от 0,010 до 0,056 мм.
Опыты [16] показали, что влияние переднего и заднего углов
резца и радиуса закругления г значительно меньше, чем влияние
составляющих режимов резания (у, s и /). Существенное влияние на
удлинение резца оказывает величина его вылета, поперечное сече-
ние и толщина пластинки твердого сплава. Сокращение вылета,
увеличение сечения и толщины пластинки твердого сплава способ-
ствуют сокращению удлинения. Объясняется это тем, что первые
два мероприятия способствуют ускоренному отводу тепла, получае-
мого резцом, а последнее — сокращению количества тепла, отводи-
мого в резец из-за меньшей теплопроводности твердого сплава по
сравнению с теплопроводностью материала резца.
Приведенные данные относятся к работе без искусствен-
ного охлаждения. Введение последнего в достаточно большом
264
Основы достижения качества деталей машин
количестве при непрерывном омывании резца резко сокращает
его удлинение.
Графики рис. 191 показывают, что удлинение резца во времени
растет вначале быстро, затем, по мере дальнейшего повышения тем-
пературы, замедляется и становится в пределах постоянным, когда
наступает момент теплового равновесия.
Изложенное выше, относительно резца, в некоторой степени
относится и к зубьям фрез. Различие заключается в условиях работы.
Зубья .фрез нагреваются только во время резания, т. е. на длине
пути, соответствующей хорде, равной (при торцовом фрезеровании)
ширине обрабатываемой детали.
Направление подачи
Рис. 192. Тепловое поле «цилиндри-
ческого» источника тепла, движу-
щегося вдоль оси обрабатываемой
детали
но на чистовых и отделочных
На остальной длине окружности
зуб отдает тепло в окружающую
среду. Поэтому нагрев каждого
зуба фрезы, следовательно, и удли-
нение меньше, чем у резца.
Температурные деформации об-
рабатываемых деталей оказывают
во многих случаях решающее зна-
чение на получение требуемой точ-
ности. Количество тепла, переходя-
щего в обрабатываемую деталь,
зависит главным образом от режи-
мов обработки и может достигать
при работе без охлаждения 50—
60% общего количества тепла, вы-
деляющегося при резании, особен-
операциях. У большинства обраба-
тываемых деталей производится постепенная обработка отдельных
участков одной поверхности или одновременно нескольких поверх-
ностей. Благодаря этому, источник тепла, образующийся в зоне
резания, непрерывно (например, при точении, сверлении) или с пе-
рерывами (при строгании) перемещается по обрабатываемой поверх-
ности детали. Это обстоятельство вызывает неравномерный нагрев
обрабатываемой детали, и как правило, не только изменение ее
размеров, но и геометрической формы.
Происходит это от того, что деталь, нагреваясь в процессе обра-
ботки, искажает свою форму из-за невозможности свободного расши-
рения вследствие ее закрепления. Поэтому деталь обрабатывается
в деформированном состоянии. После охлаждения она, естественно,
приобретает погрешность вследствие деформаций во время охлажде-
ния.
На рис. 192 показано тепловое поле «цилиндрического» источника
тепла (резца), движущегося вдоль оси цилиндрической обтачиваемой
детали. Замена «точечного» источника тепла, перемещающегося по
Сокращение погрешности динамической настройки
265
винтовой линии, цилиндрическим, как показывают исследования
[12], достаточно близко отражает происходящее явление.
Из рисунка видно, что впереди источника тепла в поверхностных
слоях детали движется довольно значительная опережающая волна
тепла. Когда источник тепла приближается к концу цилиндра,
температура последнего значительно увеличивается (примерно в два
раза по отношению к средним сечениям). Это явление вызвано тем,
что на границе двух сред, из которых воздух обладает более
низкой теплопроводностью, опережающая волна тепла теряет ско-
рость и, следовательно, не
ростью, с какой она пере-
мещалась по обрабатывае-
мой детали.
В результате рассмот-
ренного явления получает-
ся искажение формы обра-
батываемой детали после
обработки (рис. 193). Удли-
нение обрабатываемой де-
тали, установленной между
может выйти в воздух с той же ско-
Рис. 193. Схема искажения формы детали
вследствие температурных деформаций, соз-
дающихся при перемещении источника тепла
вдоль оси обрабатываемой детали
неподвижными центрами
станка, вызывает дополнительные деформации и также приводит
к образованию погрешностей формы.
Наибольшие температурные деформации происходят при одно-
сторонней обработке длинных деталей типа станин станков, направ-
ляющих планок, реек.
Расчеты показывают, что температурные деформации деталей
соизмеримы в ряде случаев с допусками на их обработку. Например,
температурная деформация чугунной станины высотой 600 лш при
длине 2000 мм доходит до 0,01 мм на 1 м при разности температуры
по высоте станины в 2,4° С. Эта величина соразмерна с допуском
на отклонение от прямолинейности станин точных станков.
Основными мероприятиями для уменьшения температурных
деформаций являются:
1)	применение искусственного охлаждения с производитель-
ностью (л/мин), равной пяти — десятикратной мощности главного
привода станка в кет;
2)	увеличение скорости резания при обработке металлическим
инструментом, благодаря чему большая доля тепла отводится в
стружку;
3)	шлифование деталей кругами больших диаметров;
4)	закрепление обрабатываемых деталей с возможностью ком-
пенсации их линейных деформаций, например, с использованием
пружинных, гидравлических или пневматических задних центров
на шлифовальных, многорезцовых и других станках;
266
Основы достижения качества деталей машин
5)	одностороннее жесткое закрепление длинных деталей, с тем
чтобы второй конец мог перемещаться при удлинении из-за на-
грева;
6)	введение различного рода корректирующих устройств для
компенсации температурных деформаций, а также искусственной
деформации деталей при установке и закреплении их в направлении,
противоположном температурной деформации, в целях ее компен-
сации;
7)	правильная настройка системы СПИД с учетом величины
температурных деформаций и их расположения в поле до-
пуска.
При массовой обработке, колебания температуры деталей, посту-
пающих на обработку с предшествующей операции, оказывают
в ряде случаев, как показывает опыт, существенное влияние на
точность обработки деталей на данной операции. Средством борьбы
с этим явлением служит ритмичная работа или, еще лучше, установка
между станками термостатических устройств для стабилизации
температуры деталей, поступающих на обработку.
Влияние температурных деформаций системы СПИД на точность
и производительность обработки до сих пор слабо изучено. Для
сокращения температурных деформаций путем конструктивных
технологических и организационных мероприятий требуется про-
ведение комплексных экспериментальных и исследовательских
работ.
Деформация деталей из-за перераспределения внутренних напря-
жений. Внутренними (остаточными) называются такие напряжения,
которые остаются в деталях после снятия нагрузок или воздействия
внешних факторов. Внутренние напряжения образуются во всем
объеме металла детали или в наибольшей его части (напряжения
первого рода) и в микроскопических или ультрамикроскопических
зонах (напряжения второго и третьего рода). Непосредственной при-
чиной образования внутренних напряжений является неоднород-
ность линейных или объемных изменений в смежных макро-, микро-
или ультрамикроскопических объемах металла.
Обычно внутренние напряжения взаимно уравновешиваются и
внешне ничем не проявляются до тех пор, пока, по тем или иным
причинам, это равновесие не будет нарушено. Нарушение равнове-
сия приводит к перераспределению внутренних напряжений и,
как следствие, к деформации детали.
В технологии машиностроения приходится иметь дело с внутрен-
ними напряжениями, вызываемыми в машине процессами, проис-
ходящими при ее работе во время регулировки, испытаний и сдачи.
Еще чаще приходится сталкиваться с внутренними напряжениями,
порождаемыми рядом таких технологических процессов, как литье,
ковка и прессование, сварка, термообработка, холодная обработка
Сокращение погрешности динамической настройки	267
давлением (прокатка, штамповка, дробеструйная обработка), реза-
ние и др.
Например, при охлаждении отливки возникновение внутренних
напряжений происходит вследствие сопротивления материала форм
и стержней свободному протеканию усадки отливки (механическое
торможение) и главным образом вследствие неравномерности охлаж-
дения отдельных частей отливки при различной толщине стенок
или различии в условиях охлаждения (термическое торможение
усадки). Так, по некоторым данным, усадка больших цилиндров
составила по высоте 0,8%, а по диаметру — всего 0,4%, что
объяснялось механическим торможением усадки длины со стороны
стержней.
Наибольших величин внутренние напряжения достигают
в отливках, имеющих сложные конструктивные формы с рез-
кими переходами от местных скоплений металла к тонким реб-
рам, стенкам и т. д. Примерами таких деталей могут быть
станины станков, рамы, различные корпусные детали, кронш-
тейны и т. д.
Неравномерность остывания отдельных частей таких отливок
приводит к возникновению внутренних напряжений. Можно сказать,
что литые заготовки очень многих деталей поступают на механи-
ческую обработку в напряженном состоянии.
Внутренние напряжения отливок под влиянием суточных и сезон-
ных температурных колебаний постепенно перераспределяются,
вызывая остаточные деформации заготовок. При этом перераспре-
деление, а следовательно, и деформация отливок вначале протекают
интенсивно, а затем — постепенно замедляясь («успокаиваясь»).
Практикой машиностроения установлено, что детали машин после
их обработки продолжают деформироваться при работе в машинах
вследствие продолжающегося перераспределения внутренних напря-
жений.
Следовательно, для сохранения требуемой точности машины и
уменьшения себестоимости обработки деталей необходимо умень-
шать величину внутренних напряжений в деталях. Основным путем
решения этой задачи является правильная разработка конструктив-
ных форм детали, отвечающая требованиям равномерного остывания
всех ее частей. К основным технологическим мероприятиям относятся
правильное ведение технологического процесса отливки и особенно
остывания отливок и, наконец, выделение черновой обработки детали
в отдельную операцию.
Практика машиностроения и исследования показали, что интен-
сивность процесса перераспределения внутренних напряжений,
а следовательно, и деформаций отливок значительно возрастает при
удалении в процессе обработки поверхностных слоев металла.
Поэтому после черновой обработки следует освободить деталь от
268
Основы достижения качества деталей машин
зажимов, крепящих ее к столу станка или приспособления, чтобы
дать ей возможность свободно деформироваться под влиянием про-
исходящего перераспределения внутренних напряжений; в про-
тивном случае, при дальнейшей обработке деталь будет нахо-
диться в упруго-напряженном состоянии и после освобождения
от зажимов неизбежно будет деформироваться, чем и объясняется
необходимость выделять черновую обработку в отдельную опе-
рацию.
Это мероприятие уменьшает величину последующих деформаций
деталей, но обычно не настолько, чтобы их величиной можно было
пренебречь. Поэтому после черновой обработки детали обычно под-
вергают естественному или искусственному старению. Естественное
старение сводится к воздействию на деталь температурных колеба-
ний воздуха внутри или вне помещения. Продолжительность естест-
венного старения зависит от величины внутренних напряжений
и порождаемых ими деформаций и устанавливается обычно для
каждого типа и размера детали отдельно. Например, станина обыч-
ного токарного станка подвергается естественному старению в тече-
ние 5—10 суток. Некоторые детали прецизионных станков, приспо-
соблений и другие подвергаются естественному старению в течение
нескольких месяцев и даже лет.
Стремление сократить цикл производства и ускорить оборачи-
ваемость средств, затрачиваемых на длительное естественное старе-
ние деталей, привело к замене этого процесса искусственным ста-
рением. Исследования и опыт показали, что наиболее экономичным
способом искусственного старения является термическая обработка
деталей, прошедших черновую обработку. Например, по исследо-
ваниям ЭНИМСа, станина токарных станков должна проходить
термическую обработку при соблюдении следующих режимов:
равномерный нагрев до 500° С в течение 3—4 ч, выдерживание при
этой температуре в течение 4—6 ч и охлаждение совместно с печыо
до 200° С со скоростью охлаждения 20° в час.
На некоторых заводах температуру станины повышают ступенями
с различной интенсивностью во времени и, доведя до 675° С, меняют
в течение 4 ч, снижая в течение получаса до 480—430° С и повышая
в последующие полчаса до первоначальной. После этого станина
охлаждается с печью до 40° С. Режимы термической обработки под-
бираются в зависимости от конструктивных особенностей детали,
материала и ряда других показателей.
Известны механические способы искусственного старения путем
нанесения по деталям большого количества мелких ударов. Для
этого мелкие детали помещают во вращающиеся барабаны, где они
обкатываются вместе с небольшими кусками из чугуна или спе-
циальными деталями. Детали больших габаритных размеров встря-
хивают на специальных устройствах или подвешивают, после чего
Сокращение погрешности динамической настройки
269
по местам переходов местных скоплений металла в тонкие ребра
и стенки наносят удары пневматическими молотками,
Можно предполагать, что в ближайшем будущем для уменьшения
внутренних напряжений будут использоваться высокочастотные
колебания и вибраторы новейших типов.
Внутренние напряжения возникают в деталях и в результате
их термической обработки. Известно, что при температуре порядка
400° С для углеродистых и 500° С для специальных сталей возникает
явление ползучести. Ниже этих температур сталь находится в упру-
гом состоянии, выше — в пластическом. В момент остывания, когда
температура детали не достигла указанных выше значений, внутрен-
ние напряжения в детали не могут возникнуть, так как металл нахо-
дится в пластическом состоянии. При дальнейшем остывании поверх-
ностные слои металла детали, охлаждаясь быстрее внутренних
и достигая температуры, меньшей 400° С или соответственно меньше
500° С, переходят в упругое состояние и, стремясь сократить объем,
встречают сопротивление внутренних, более нагретых, слоев. В ре-
зультате в наружных слоях металла возникают внутренние напряже-
ния растяжения, в то время как во внутренних слоях создаются
напряжения сжатия.
При дальнейшем остывании детали наступает момент, когда
сокращение объема внутренних слоев металла компенсирует растя-
жение остывших поверхностных слоев, и внутренние напряжения
в детали становятся равными нулю. Дальнейшее охлаждение вну-
тренних слоев металла требует дальнейшего уменьшения их объема.
Однако препятствуют связанные с ними наружные остывшие слои
металла; теперь в наружных слоях возникают внутренние напряже-
ния сжатия, в то время как во внутренних появляются напряжения
растяжения.
Таким образом, детали, прошедшие термическую обработку,
поступают на последующую обработку в напряженном состоянии.
Чем сложнее конструктивные формы детали, чем резче переходы
от одних объемов металла детали к другим и чем быстрее и неравно-
мернее остывание детали, тем больше по величине возникающие
в ней внутренние напряжения.
Нередки случаи, когда детали, прошедшие термическую обра-
ботку, после нескольких часов пролеживания разрушаются имею-
щимися в них внутренними напряжениями, усилившимися под
воздействием каких-либо внешних факторов. Снятие поверхностных
слоев металла на последующих операциях приводит к перераспре-
делению внутренних напряжений и остаточным деформациям дета-
лей.
Основными средствами сокращения внутренних напряжений
являются придание деталям конструктивных форм, отличающихся
плавными переходами от одних объемов металла к другим, правиль-
270
Основы достижения качества деталей машин
ное ведение процесса термической обработки, особенно обеспечение
равномерного остывания деталей, а также введение дополнитель-
ной операции — отпуска.
В сварных деталях внутренние напряжения образуются* вслед-
ствие их неравномерного нагрева и остывания во время сварки.
В момент перемещения источника тепла в виде электрической дуги
или газового пламени происходит сильный (до 1600° С) нагрев
основного и наплавляемого металла в зоне наплавки, причем тепло,
а следовательно, и температура, распределяются неравномерно.
Участки металла, окружающие зону высоких температур, обладая
более низкой температурой, препятствуют свободному расширению
металла в этой зоне и тем самым создают в ней напряжения сжатия,
которые, так как металл в зоне наплавки находится в пластическом
состоянии, вызывают в нем значительные пластические деформации.
После остывания в зоне наплавки вместо напряжений сжатия обра-
зуются остаточные напряжения растяжения, так как свободному
уменьшению объема охлаждающегося металла этой зоны мешает
связанный с ним остальной металл детали. Отличительными особен-
ностями сварных деталей являются остающиеся температурные
деформации.
Остаточные деформации, особенно в виде искажения правильных
геометрических форм сварной детали, усложняют установку, бази-
рование и закрепление деталей при обработке и нередко приводят
к увеличению погрешности установки и введению дополнительных
операций, обеспечивающих требуемую точность.
Остаточные деформации сварных деталей нередко достигают
величин, соизмеримых с допусками на готовые детали. Для умень-
шения остаточных деформаций сварных деталей необходимо при-
нимать ряд конструктивных и технологических мероприятий; напри-
мер, чтобы избежать искривления оси детали, сварные швы следует
располагать на ней с разных сторон относительно ее геометриче-
ских осей. Примерами технологических мероприятий могут служить
правильная последовательность наложения сварочных швов, выбор
интенсивности сварочных режимов, применение последующей терми-
ческой правки деталей путем местных нагревов или наложения спе-
циальных «фальшивых» накладных швов (валиков) и т. д.
Перераспределение внутренних напряжений во времени вызы-
вает появление дополнительных остаточных деформаций как в про-
цессе обработки сварной детали, так и при последующей работе
в машине. Для устранения перераспределения внутренних напряже-
ний и сокращения в дальнейшем величин, порождаемых ими дефор-
маций сварных деталей, прибегают к естественному и искусствен-
ному старению, аналогично тому, как это делается с чугунными
отливками. Например, детали из малоуглеродистых сталей нагре-
вают в печах до температуры 600—650° С.
Сокращение погрешности динамической настройки
271
В прокатных материалах, благодаря неравномерному остыванию
различных их элементов (например, полок и стенок двутавров,
швеллеров и т. д.), а равно и в различных поковках также возникают
внутренние напряжения, порождающие при определенных обстоя-
тельствах появление остаточных деформаций деталей, изготовлен-
ных из этих материалов или заготовок.
Внутренние напряжения возникают в деталях или заготовках
и при холодной их правке. Задача холодной правки заключается,
как известно, в получении остаточ-
ных деформаций детали, направлен-
ных в стороны, противоположные де-
формациям, имевшимся до правки и
равным им по величине.
На рис. 194, а можно видеть, что
после приложения нагрузки Р в сред-
ней части металла изгибаемой детали
возникает зона упругих деформаций,
и эпюра напряжения (рис. 194, б)
в пределах участка аб в соответствии
с законом Гука будет выражаться
прямой линией. На крайних участках
металла бв и аг возникнут зоны пла-
стических деформаций, и напряжения
на этих участках будут изменяться
по кривым, аналогичным участку
кривой растяжения за пределом про-
порциональности.	Рис. 194. Распределение напря-
После снятия нагрузки деталь жений при холодной правке
начинает упруго деформироваться в
противоположном направлении под действием сил упругих
напряжений, оставшихся, в основном, в средней части металла
детали.
Когда наступает равновесие моментов и сил, порождаемых вну-
тренними напряжениями противоположных знаков (рис. 194, в),
упругие деформации детали прекращаются, несмотря на наличие
оставшихся в ней внутренних напряжений. Таким образом, детали
или заготовки, прошедшие холодную правку, как правило, посту-
пают на дальнейшую обработку в напряженном состоянии. В про-
цессе обработки детали, при частичном или полном снятии поверх-
ностного слоя материала возникает нарушение равновесия внутрен-
них напряжений. Происходящее, вследствие этого, их перераспре-
деление порождает остаточные деформации, которые могут иногда
продолжаться длительное время, сказываясь в виде потери точности
детали при ее работе в машине. Поэтому при изготовлении ряда
деталей, например, таких как прецизионные ходовые винты,
272
Основы достижения качества деталей машин
холодная правка их в процессе изготовления категорически запре-
щается.
Внутренние напряжения в поверхностных слоях металла возни-
кают также и в результате наклепа заготовок и деталей давлением
в холодном состоянии — холодной прокаткой, волочением, раз-
вальцовкой, калибровкой отверстий при помощи прошивок, шари-
ков и др.
Снятие поверхностного слоя металла (особенно с одной стороны
детали) приводит к перераспределению внутренних напряжений
и деформациям детали. Например, прорезка шпоночного паза в длин-
ном валике, изготовленном из холоднотянутого материала, приводит
к искривлению его оси.
В процессе обработки металлов резанием поверхностный слой
претерпевает существенные пластические деформации и местный
высокий кратковременный нагрев. Свойства этого слоя существенно
отличаются от свойств остальной массы металла. На процессе обра-
зования поверхностного слоя наиболее существенное влияние ока-
зывают процесс деформации металла в зоне образования стружки,
его физико-механические свойства, взаимодействующие поверхности
контакта режущей кромки и задней поверхности инструмента с обра-
батываемой деталью, их размеры и состояние, степень и скорость
деформации металла, свойства и количество смазывающе-охлаждаю-
щей жидкости и др. [21].
Влияние работающего на качество продукции. Ни один техноло-
гический процесс не может быть выполнен без участия человека.
Участие это может выражаться в различных формах. При ручных
работах работающий непосредственно осуществляет технологи-
ческий процесс. При высокомеханизированном, и особенно автомати-
зированном технологическом процессе, участие работающего сво-
дится к наблюдению за ходом технологического процесса, когда
ему приходится поддерживать непрерывность хода и надлежащий
уровень процесса, обеспечивающий выпуск продукции требуемого
качества и в необходимых количествах.
Индивидуальные особенности работающего оказывают наиболь-
шее влияние на качество продукции и производительность при непо-
средственном выполнении им технологического процесса. Действи-
тельно, в таких случаях квалификация рабочего, трудовые навыки
и состояние, в котором он находится, оказывают решающее влияние,
например, на величину прилагаемых им физических усилий, необ-
ходимых при выполнении технологического процесса.
Степень утомления работающего зависит от времени, прошедшего
от начала работы в течение дня и рабочей недели, а также и от его
душевного состояния. Это приводит к тому, что те или иные характе-
ристики качества в партии изделий получают отклонения от задан-
ных значений.
Сокращение погрешности динамической настройки
278
Повышение квалификации и культурного уровня работающего
является одним из основных средств повышения качества продукции
и производительности труда. Опыт показывает, что на устойчивость
качества продукции оказывают существенное влияние механизация
труда и, особенно, автоматизация технологических процессов.
Например, механизация закрепления обрабатываемых деталей на
станке с помощью пневматического и гидравлического зажимов
резко сокращает влияние колебаний силы зажима (обычных
при ручном зажиме) на величину деформаций устанавливаемых
деталей и тем самым уменьшает погрешность установки. Действи-
тельно, в таких случаях при значительно меньших колебаниях
силы зажима деформация закрепляемой детали будет больше
всего зависеть от колебаний размеров ее частей, которыми она
при установке входит между зажимами и базами приспособ-
ления.
По мере увеличения степени механизации и автоматизации техно-
логического процесса влияние индивидуальных особенностей рабо-
тающего на качество продукции уменьшается, и качество продукции
становится выше.
Общеизвестно, что механизация, и особенно автоматизация тех-
нологических процессов, облегчают труд человека и увеличивают его
производительность. По мере развития механизации и автоматиза-
ции производства, рабочий из непосредственного исполнителя тех-
нологических процессов превращается в работника, руководящего
ходом технологического процесса. На его долю остаются контроль,
профилактика и устранение различного рода отклонений, нарушаю-
щих нормальный ход технологического процесса. Выполнение этих
функций требует всесторонних знаний и навыков, т. е. требует
более квалифицированного труда. Следовательно, создание условий,
способствующих непрерывному повышению квалификации всех
работающих, является одним из средств повышения качества про-
дукции и производительности труда.
Совокупное влияние рассмотренных факторов на качество обра-
батываемых деталей. Во время обработки деталей на любой техноло-
гической системе СПИД действуют все или часть рассмотренных выше
факторов. Их совместное действие оказывает решающее влияние
на точность и другие характеристики качества обрабатываемых
деталей.
В зависимости от условий протекания технологического про-
цесса удельное влияние факторов бывает различно. Так, например,
при обработке партии деталей со значительным колебанием при-
пуска на обработку и твердости материала удельное значение влия-
ния этих факторов среди других возрастает и приводит к достаточно
большим полям рассеяния размеров и геометрических форм обра-
батываемых деталей. Естественно, что удельное значение погреш-
274
Основы достижения качества деталей машин
ностей установки и статической настройки размерных цепей при
этих условиях относительно невелико.
Наоборот, при обработке деталей с небольшими колебаниями
припуска на обработку и твердости материала удельное значение
погрешностей установки и статической настройки существенно
возрастет в общей погрешности обрабатываемых деталей.
Поскольку основной задачей каждого технологического процесса
является достижение требуемого качества обрабатываемых деталей
с наименьшими затратами, то возникает необходимость разрабаты-
вать такой процесс и управлять им при его выполнении.
Разработать процесс обработки на выбранной системе СПИД —
это значит установить экономичные допуски на возможные отклоне-
ния всех факторов, действующих во время выполнения процесса,
обработки одной или партии деталей или, другими словами, раз-
работать теоретическую диаграмму достижения требуемого качества
деталей с наименьшими затратами.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ДИАГРАММА ДОСТИЖЕНИЯ ТРЕБУЕМОЙ
ТОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ
Для каждого вновь разрабатываемого или действующего техноло-
гического процесса может быть аналитически рассчитана и построена
теоретическая диаграмма изменения любой характеристики качества
изделия.
Для ее расчета и построения выявляются все основные факторы,
которые могут действовать при выполнении данного технологи-
ческого процесса; все они делятся на две группы — систематиче-
ские и случайные факторы.
Знание законов изменения систематически действующих факто-
ров от времени, пути или количества обрабатываемых изделий дает
возможность: 1) алгебраическим суммированием величин отклоне-
ний, порождаемых постоянными по величине систематическими фак-
торами, определить величину и направление постоянной погреш-
ности, порождаемой их совместным действием; 2) алгебраическим
суммированием значений для ряда точек абсциссы найти погреш-
ности, порождаемые совместным действием систематически действую-
щих факторов, изменяющихся по известным законам по времени,
пути или от количества отработанных изделий т. По полученным
точкам можно построить кривую изменений их значений:
ДГ=Ф (zn).	(137)
Знание предельных погрешностей, порождаемых каждым из
основных случайных факторов, дает возможность путем использо-
Диаграмма достижения требуемой точности деталей
275
вания квадратичного суммирования определить возможную вели-
чину поля допуска бг, предназначаемого для их компенсации,
называемого недостаточно строго в ряде работ «полем мгновенного
рассеяния».
Используя перечисленные данные, можно построить теорети-
ческую диаграмму изменения надлежащей характеристики качества
изделия. В качестве примера на рис. 195 показано построение
теоретической диаграммы изменения одного из охватываемых
размеров детали.
В координатах размер детали — порядковые номера деталей
(гп) от условно выбранного начала отсчета (например, от наимень-
Рис. 195. Теоретическая диаграмма протекания технологиче-
ского процесса для достижения требуемой точности размера
партии деталей
шего предельного размера Анм) откладываются принимаемые
величины постоянных погрешностей, например погрешность изме-
рения боэ. От этой точки откладывается половина расчетного поля
допуска б г, предназначенного для компенсации погрешностей,
порождаемых совокупным действием случайных факторов при
намеченном технологическом процессе.
Приняв полученную точку О до начала отсчета, строят кривую
А = <р (т) изменения погрешности, порождаемой совместным дей-
ствием всех систематически действующих факторов, изменяющихся
по известным законам.
,	6Г
На расстояниях от полученной кривой, равных —, приводят
две эквидистантные кривые 1 и 2, ограничивающие расчетное поле
допуска бг. На расстояниях от кривых 1 и 2, равных допуску на
погрешность измерения бВЗЛ, проводят две эквидистантные кривые
3 и 4, ограничивающие поля погрешностей измерения. Построенная
таким образом теоретическая диаграмма показывает пределы воз-
можных изменений размера деталей по мере их обработки в пределах
276
Основы достижения качества деталей машин
поля допуска бА, установленного на данную характеристику каче-
ства (например, на размер).
Аналогичным способом можно построить теоретические диа-
граммы и для других характеристик качества детали. Теоретиче-
ские диаграммы позволяют предвидеть ход технологического про-
цесса и организовать управление им для обеспечения требуемого
качества деталей
В точке, где кривая 3 пересекает верхнюю границу поля допуска
(деталь порядкового номера тп), в технологический процесс необ-
ходимо внести поправку, так как продолжение процесса начнет
порождать выход размеров деталей за верхнюю границу поля
допуска. Внесение поправки заключается в том, чтобы все эквиди-
стантные кривые сместить к нижней границе поля допуска.
С целью реализации теоретической диаграммы хода техноло-
гического процесса на правильно выбранной технологической
системе СПИД ее надо вначале настроить, а затем периодически
поднастраивать для обеспечения требуемой точности обрабатывае-
мых деталей.
НАСТРОЙКА И ПОДНАСТРОЙКА СИСТЕМЫ СПИД
Процесс первоначального установления требуемой точности
относительного движения и положения исполнительных поверх-
ностей инструмента и оборудования или приспособления с целью
получения требуемой точности обрабатываемых деталей будем
называть настройкой (наладкой) системы СПИД.
Первоначально настроенная точность системы СПИД в про-
цессе обработки ряда последующих деталей постепенно теряется
вследствие действия систематически действующих факторов,
изменяющихся по определенным законам, как это видно из тео-
ретической диаграммы, и ее периодически необходимо восстана-
вливать.
Процесс восстановления первоначально требуемой точности
системы СПИД будем называть поднастройкой (подналадкой)
системы СПИД. Различают периодическую и непрерывную под-
настройку. Каждая из них может осуществляться вручную или
с помощью различного рода механизмов или устройств. В послед-
нее время такого рода устройства делают автоматически действую-
щими.
Как при настройке, так и при поднастройке размерных и кине-
матических цепей системы СПИД могут применяться и фактически
используются все ранее рассмотренные методы достижения точности
и их сочетания.
Настройка системы СПИД. Задачами настройки являются полу-
чение требуемой точности обрабатываемых деталей и получение
Настройка и поднастройка системы СПИД
277
Рис. 196. Схема настройки Ас
расчета размера станины
возможно большего количества годных деталей, обработанных до
первой поднастройки системы СПИД.
Для решения этих задач, как это видно из теоретической диа-
граммы, необходимо правильно разместить возможное для данной
технологической системы СПИД поле рассеяния сот, порождаемое
совокупным действием случайных факторов относительно границ
установленного поля допуска. Для этого прежде всего необходимо
знать, к получению какого размера необходимо стремиться при
настройке (к получению наибольшего, наименьшего, среднего или
какого-либо другого из допускаемых
размеров).
Размер, к получению которого
надо стремиться при настройке, по-
лучил название рабочего настроечного
размера Ар.
Выше указывалось (стр. 185), что
при настройке установка режущих
кромок инструмента относительно
базы, определяющей положение обра-
батываемой детали, осуществляется
на величину размера статической на-
стройки.
Следовательно, если в качестве
размера статической настройки Ас
принять рабочий Ар настроечный размер, т. е. Ас = Ар и осу-
ществить настройку, то размер, полученный после обработки детали
Лд, не будет равен Ар вследствие появления размера динамической
настройки А'д. Последний, как было выяснено, возникает вследствие
податливости системы СПИД и необходим для создания натяга
в системе СПИД, без которого невозможна обработка.
Из схемы рис. 196 видно, что для получения намеченного рабо-
чего настроечного размера Ар необходимо осуществить настройку
на размер статической настройки, равный
АС = АР — Ад или Ас = Ар + А'д,	(138)
в зависимости от направления упругого перемещения системы
СПИД или знака размера динамической настройки А'д.
Если по рассчитанному из равенства (138) размеру осущест-
вить статическую настройку системы СПИД, то при отсутствии
погрешностей можно было бы действительно получить величину
рабочего настроенного размера Ар.
Трудность настройки заключается в том, что рабочий или
наладчик не знают величины размера Ад динамической настройки
системы СПИД и величины погрешности динамической настройки
о)д, так как на станках нет встроенных приборов, которые измеряли
278
Основы достижения качества деталей машин
и устанавливали бы эту величину и ее отклонения в процессе
обработки одной партии деталей.
Следовательно, единственным источником познания величин
Ао и Ла является опыт рабочего или наладчика. Основываясь
на нем, они производят настройку кинематических и размерных
цепей системы СПИД, затрачивая на это достаточно много времени,
особенно в тех случаях, когда приходится осуществлять настройку
нескольких размерных цепей при многоинструментальной обра-
ботке.
Настройка для обработки одной детали.
Для наилучшего использования поля допуска для компенсации
возможных погрешностей Да, могущих равновероятно располо-
житься в обе стороны от рабочего настроенного размера Ар, в каче-
стве такового берут среднее значение допустимых предельных
размеров, т. е.
Ар — Аср
__ ДНМ
2
(139)
Предположим, что настройка ведется на токарном станке,
у которого размер динамической настройки положителен. При
настройке рабочий или наладчик определяет величины А'д и Да
на основании опыта и, боясь получить бракованную деталь, при-
бегает к постоянному уточнению величины Ла путем так называемых
пробных проходов.
Для этого вначале настройка ведется по размеру статической
настройки (рис. 197)
Ас = -^ — Ад,
(140)
после этого производится обработка небольшого участка детали
и измеряется величина получаемого размера Лд (рис. 197). Она
оказывается больше Ар на величину ЛА,, так как
АР_ А'
2	2
(141)
Боясь получить размер, выходящий за пределы поля допуска
из-за незнания величины Да, рабочий вносит поправку в перво-
начальный размер статической настройки А'с для получения нового
размера статической настройки А с (рис. 197, 2) на величину Лп1,
несколько меньшую А'п для исключения погрешности в определении
Ллр
Ас — Ас Ллц
(142)
Настройка и поднастройка системы СПИД
279
на которую и осуществляется изменение первоначальной на-
стройки.
После этого производится обработка нового участка поверх-
ности первоначального диаметра, измерение полученной величины
нового размера Лд и если Лд Ф Ар, то определяется новая вели-
чина Ani из равенства
2	2 — ЛпЬ
вносится новая (Л„г) несколько меньшая поправка в А' и т. д.
(рис. 197, 0.
Рис. 197. Схема настройки системы СПИД методом пробных проходов
Процесс повторяется до тех пор, пока после очередной обработки
небольшого участка Д’ не получается равенства (рис. 197)
Лд* —Лр.	(143)
После получения равенства (143) производят обработку на всю
требуемую длину. Количество пробных проходов зависит от квали-
фикации рабочего или наладчика, величины допусков и ряда дру-
гих факторов. Описанный метод получил название «метода пробных
проходов».
Необходимо обрабатывать участок детали такой длины, чтобы
его обработка производилась при установившемся процессе, так
как иначе величина размера динамической настройки Ад будет
другой, что внесет дополнительную погрешность в погрешность
динамической настройки системы СПИД. Это особенно сильно
сказывается при настройке размерных цепей фрезерных станков
при обработке деталей торцовыми фрезами и т. д.
*280
Основы достижения качества деталей машин
Настройка для обработки партии дета-
лей. Особенностью настройки системы СПИД для обработки
партии деталей является необходимость так расположить будущее
поле рассеяния <ог внутри поля допуска бл, чтобы оставить наиболь-
шую возможную величину последнего для компенсации погреш-
ностей, порождаемых систематически действующими факторами,
изменяющимися по определенным законам. Это дает возможность
обработать наибольшее количество деталей до первой под-
настройки системы СПИД, т. е. вести обработку наиболее произ-
водительно.
Из теоретической диаграммы точности (см. рис. 195) видно,
что для получения требуемой точности бл, охватываемого размера
партии деталей, необходимо в качестве рабочего настроечного
размера использовать размер, связывающий середину поля уста-
новленного допуска, предназначенного для компенсации погреш-
ности, порождаемой совокупным действием случайных факторов
8Т с началом отсчета размеров, если при установлении допуска
6Т принят закон нормального рассеяния случайных погрешностей
(при этом центр группирования совпадает с серединой поля допуска).
Предположим, что для этих условий
Ap = 4^ + a + 3or,	(144)
где Анм — номинальная величина размера;
а — часть поля допуска, предназначенная для компенсации
погрешностей постоянных систематически действующих
факторов (на рис. 195 — бй3);
= Заг— половина расчетной величины поля допуска,
предназначенного для компенсации будущих погреш-
ностей, порождаемых совокупным действием случайных
факторов.
Предположим далее, что, используя метод пробных проходов,
систему СПИД настроили по рабочему настроечному размеру,
подсчитанному по равенству (144). Если после этого при неизмен-
ной настройке обработать партию деталей, то с равной вероят-
ностью может оказаться, что возможное поле рассеяния (от распо-
ложится либо вниз (рис. 198, а), либо вверх (рис. 198, б) от конца
принятого рабочего настроечного размера Ар, либо в промежу-
точном положении. В первом случае, в результате обработки
часть обработанных деталей — до порядкового номера k — может
выйти за нижнюю границу поля допуска и попасть в неиспра-
вимый брак; во втором — все детали окажутся годными, однако
количество деталей, обработанных до первой поднастройки, со-
кратится.
Настройка и поднастройка системы СПИД
28Т
Следовательно, по одной пробной детали нельзя знать о воз-
можном расположении выбранного при настройке поля допуска
6 г относительно рабочего настроечного размера, а значит нельзя
судить и о правильности сделанной настройки. Эта возможность
появляется с той или иной степенью приближения к действитель-
ности, если вместо одной пробной детали обработать группу их
Рис. 198. Равновероятное возможное располо-
жение поля рассеяния относительно конца рабо-
чего настроечного размера Ар
при неизменной настрой-
ке. Тогда по величине и
направлению отклоне-
ния среднего группово-
го размера Агрср от ра-
бочего настроечного раз-
мера можно с некоторой
степенью п рибл ижен ия
судить о правильности
сделанной настройки.
J
6&Т
Рис. 199. Поля и кривые
рассеяния размеров пар-
тии деталей
Для предотвращения брака (для охватываемых размеров)
необходимо исключить возможность отклонения групповых сред-
них размеров от рабочего настроечного размера в направлении
нижней границы поля допуска. С этой целью можно, например,
использовать методику определения предельных значений группо-
вых средних размеров, разработанную А. Б. Яхиным [22], при
которых с требуемой степенью надежности обеспечивается правиль-
ность настройки.
Исходными предпосылками, на которых базируется рассматри-
ваемая методика, являются:
1) нормальный закон рассеяния размеров по возможному полю
допуска бг, принимаемому при настройке данной системы СПИД;
282
Основы достижения качества деталей машин
среднеквадратичное отклонение кривой нормального рассеяния
{кривая /) обозначим через ог (рис. 199);
2) нормальный закон рассеяния групповых средних размеров
и определено среднее значение
аТ
{кривая 2) со среднеквадратичным отклонением —, где п — число
деталей в группе, для которых определяются групповые средние
размеры (или другая характеристика качества детали).
Задача ставится таким образом: если при настройке системы
СПИД обработана группа деталей
размера, то какова будет ве-
роятность того или иного от-
клонения от этого значения
величины центра группирова-
ния возможного поля рассея-
ния сог в момент настройки?
/
/
’в,
\
^\0ц,
с
А НМ
—А ~
А гр ср
-Збт—
ъ—1
XI
а
Рис. 200. Схема, показывающая возможность выхода
ряда деталей за установленные пределы
Предположим, что при настройке системы СПИД обработано п
пробных деталей и их среднеарифметический размер оказался
равным Дгр.ер (рис. 200). Из рисунка видно, что величина Агр.ср
получилась отличной от рабочего настроечного размера
6»,
Ap = AHM + a + -j
или, так как при расчете = 6<гг, отличной от
Ар = А нм+а+Зег 1
(145)
на величину X;.
Центр группирования групповых средних при настройке си-
стемы СПИД может отклониться от величины Д,„ не более чем
3g у.	Gy.
на±^= в соответствии с тем, что о,„ =-~.
1/п	’гр у п
Настройка и поднастройка системы СПИД
283
Разделим участок 0пВн на I равных частей. Вероятность того,
что центр группирования возможного поля рассеяния окажется
в пределах одной из этих частей Дх, характеризуется заштрихован-
ной площадкой и может быть определена из равенства
А = 0,5[Ф(г1)-Ф(г2)],	(146)
где
Уп	Уп
Смещение середины возможного поля рассеяния относительно
принятого рабочего настроечного размера Ар в направлении его
уменьшения вызовет смещение самого поля возможного рассеяния
<о г, вследствие чего размеры ряда обработанных деталей партии
могут выйти за границу Зат. Это приведет к сокращению части поля
допуска а, оставляемой для компенсации погрешностей размеров,
порождаемых действием систематических факторов. Эти погрешности
могут вывести размеры части деталей партии за наименьший пре-
дельный размер Анм.
Вероятность qt возможного выхода размеров за пределы (или
при отклонении размеров под влиянием систематических факторов
на величину а за наименьший предельный размер Анм) можно
определить из выражения
9г = 0,5[1 — Ф(г3>],
(147)
где
Дх
За у с
гя —------------
8
Таким образом, вероятность того, что размер детали после
обработки окажется меньше Анм + а или Анм, потому что середина
возможного поля рассеяния цри настройке будет смещена и попадет
в интервал &х., является вероятностью сложного события.
Если при настройке исходить из необходимости получения всех
размеров годными (т. е. из условия, что qt = 0), то в этом случае
наименьшее предельное значение группового среднего размера
определится из выражения
3q	/	1 \
Агр.ер 5= А“м + а + За г +~^= А№я + а + Заг (1 + -7=), (148)
уп	\ у п)
как это схематически показано на рис. 201.
284
Основы достижения качества деталей машин
. На основе аналогичных рассуждений наибольшее предельное
значение группового среднего размера получится из выражения
Аягр.ср Анб—Ь — ЗаТ— =
уп
= Л«^-6-Заг(1+-^),
(149)
где Ь часть поля допуска 6Л, предназначаемая для компенсации
систематически действующих постоянных факторов (см. рис. 193).
Рис. 201. Схема определения наименьшего предельного значения
группового среднего размера
Разность предельных значений Лгр. ср дает допуск би для компен-
сации погрешностей настройки:
Л — Анб — Анм
ин — ™гр. ср	™гр. ср*
Чем больше величина бк, тем легче производить настройку
и тем экономичнее последняя. Однако с увеличением бк величина Ь
части поля допуска б, предназначаемая для компенсации погреш-
ностей систематически действующих факторов, уменьшается, что
приводит к необходимости более частых поднастроек.
Для облегчения настройки можно воспользоваться вероятност-
ными расчетами для установления предельных групповых средних
размеров в зависимости от принимаемого процента риска выхода
некоторой части размера за пределы поля допуска.
При этих условиях правильность настройки может быть пред-
ставлена в следующем виде:

(150)
Настройка и поднастройка системы СПИД
285
где г — пренебрежимо
больше число
малая величина, которая тем меньше, чем
п пробных деталей в группе и чем больше
величина xt",
I — число равных частей, на которые делится участок О„ВН
(см. рис. 200).
Процент риска выхода размера за пределы поля допуска
является вероятностью сложного события, поскольку г равно
произведению вероятностей.
Если обозначить наименьшее значение х, при котором (для
данного количества пробных деталей) обеспечивается правильность
настройки с принятым
процентом риска, че-
рез хпр, то выражения
(148) и (149) примут сле-
дующий вид:
А%ср^Аня + “ +
4-3<тг—Хпр', (151)
А%ср^Анб-ь +
+ Зог+хлр. (152)
Обозначив отношение ^р- через t и подставив в выражения
(150) и (152) значение хпр, получаем
л?рлср^л''4‘ + а + 3стг — t<Jr\	(153)
< Аяб - b - Зстг + toT,
ip, vp
(154)
или, обозначив (3 + 0 через k,
A*P.cP^AHM + a — k(3f,	(155)
A%.cP^AH6~b + k(JT.	(156)
На рис. 202 дан график, показывающий зависимость между k
i—l
и для различных значений п. Задаваясь тем или иным про-
/=1
центом риска выхода размеров деталей за пределы допуска (для
принятого количества пробных деталей), по графику можно опре-
делить значение k и по выражениям(155) и (156) предельные значения
групповых средних размеров.
Из изложенного видно, что при настройке какой-либо из раз-
мерных или кинематических цепей системы СПИД для обработки
286
Основы достижения качества деталей машин
партии деталей с использованием изложенной методики вместо
рабочего настроечного размера Ар (см. стр. 280) удобнее определять
два предельных групповых средних размера.
Если при настройке групповой средний размер первой пробной
группы деталей окажется в этих пределах, то настройку можно
считать сделанной правильно. В противном случае следует внести
надлежащую поправку в размер статической настройки и обрабо-
тать новую группу пробных деталей, после чего, определив средне-
арифметическое значение размеров, посмотреть, укладывается ли
оно в установленные пределы. Обработка пробных групп деталей
повторяется с внесением в настройку поправок до тех пор, пока
групповой средний размер не попадает в установленные гра-
ницы.
При настройке системы СПИД для обработки партии деталей
настройка для обработки первой детали пробной партии ведется
обычно с использованием «метода пробных проходов». Для упро-
щения настройки и сокращения затрачиваемого времени и коли-
чества пробных деталей целесообразно точнее знать величины
и Аз или иметь возможность измерять их в процессе обработки
с целью управления ими.
Другие методы настройки. При обработке деталей
одновременно несколькими инструментами настройка системы СПИД
значительно усложняется, в связи с чем возрастает потребное на
настройку время.
Для упрощения настройки, особенно для сокращения затрачи-
ваемого на нее времени, в ряде случаев используют ранее обработан-
ную деталь или специально изготовленный эталон.
При настройке по ранее обработанной детали последнюю с воз-
можно большей точностью устанавливают на станке или другом виде
оборудования. Все инструменты доводят рабочими кромками до
соответствующих поверхностей детали, ограничивающих рабочее
движение каждого из инструментов. В таком положении инстру-
менты закрепляются в державках или рабочих органах оборудо-
вания.
Если работа системы СПИД ведется по упорам, производятся
установка и регулировка всех упоров, служащих для выключения
механической подачи и т. д. После этого эталонную деталь сни-
мают, устанавливают заготовку и производят ее обработку и
измерение.
Инструменты, не обеспечивающие получение требуемой точности
на соответствующих размерах обработанной детали, подвергаются
дополнительной регулировке. После этого делается вторая пробная
деталь, и процесс повторяется до тех пор, пока по всем размерам
детали не будет получена требуемая точность. Другими словами,
эталонная деталь дает всегда возможность произвести только ста-
Настройка и поднастройка системы СПИД
287
тическую настройку системы СПИД, в которую всегда приходится
вносить поправки, вызываемые динамической настройкой.
Специальные эталоны в ряде случаев точно воспроизводят
обрабатываемую деталь, изготовленную ближе к верхнему или
нижнему предельному размеру, в зависимости от направления
действия систематических погрешностей.
Когда известны точностные характеристики системы СПИД,
на которой предполагается вести обработку деталей, эталоны де-
лаются с размерами, измененными на величину размера дина-
мической настройки, чтобы компенсировать возникающую величину
размера динамической настройки.
При настройке между рабочей кромкой инструмента и поверх-
ностью эталона в таких случаях вставляется щуп расчетной тол-
щины. Такого рода эталоны в сочетании со щупами могут исполь-
зоваться при обработке деталей на разных системах СПИД. Измене-
нием толщины щупов компенсируется разница в величине надлежа-
щих размеров динамической настройки разных систем СПИД.
В качестве примера на рис. 154 показано использование эталона
для настройки размерных цепей строгального станка при много-
резцовой обработке станины станка. Опыт показывает, что настройка
по эталонам при высоких требованиях к точности обрабатываемых
деталей обычно требует внесения корректировки с использованием
«метода пробных проходов», а иногда пробных деталей.
Изложенная выше методика настройки используется также
и в тех случаях, когда для достижения требуемой точности отно-
сительных поворотов поверхностей деталей в размерных цепях
применяется метод регулировки.
При настройке системы СПИД для получения точности размера
партии деталей можно использовать относительно простой метод.
Его сущность заключается в том, что из партии деталей выбирают
две, имеющие наибольшую и наименьшую величины припуска на
обработку, и, настроив вначале систему СПИД, используя «метод
пробных проходов», обрабатывают одну деталь и измеряют полу-
ченный размер Лд. После этого, не изменяя настройки, обрабаты-
вают вторую деталь и измеряют полученный размер Лд.
Разность двух полученных размеров даст величину поля рассея-
ния (1)7, порождаемую совокупным действием случайных факторов,
действующих в процессе обработки, так же как и его положение
относительно номинальной величины размера Анпм, определяемого
координатой Дш = Ад середины поля рассеяния сог. Зная величины
«г, Дш = Ад и Лл, можно внести надлежащие поправки в настройку,
чтобы обеспечить ее правильность.
Еще проще задачу можно решить иначе. Можно две детали,
имеющие наибольшую и наименьшую величины припуска на обра-
ботку, объединить в одну, т. е. сделать специальную ступенчатую
288
Основы достижения качества деталей машин
деталь, у которой величина ступени будет равняться полю рассеяния
припуска на обработку партии деталей сол, а материал будет таким
же, как и у обрабатываемой детали. Если в партии деталей
имеют место колебания твердости материала, то величину ступени
можно увеличить, учтя, что колебания твердости оказывают ана-
логичное влияние на величину
а)	б)
Рис. 203. Настройка системы СПИД
с помощью ступенчатой детали
упругих перемещении в системе
СПИД, как и колебание при-
пуска.
Имея ступенчатую деталь,
например в виде валика
(рис. 203), можно настроить
систему СПИД, используя
метод пробных проходов, на
чь снятие с поверхности наи-
меньшего диаметра наимень-
шей величины припуска zHM.
Тогда при обработке поверх-
ности большого диаметра с
детали будет снята наиболь-
шая величина припуска zH°.
В результате, после изме-
рения полученных размеров
обработанных поверхностей
будут известны величины диа-
метров Лд и А'а (рис. 203, б) и размера Лс, по которому произ-
водилась настройка системы.
Тогда можно определить
и величину поправки Лл, которую надо внести в размер статической
настройки Лс, чтобы расположить поле рассеяния сот около нижней
границы поля допуска:
д; Анм
=	(157)
Действительно, внеся поправку Ап в размер статической на-
стройки Ас и настроив систему СПИД на вновь полученный размер
статической настройки А№с = Ас — Ап, получим правильную
настройку системы СПИД, как это схематически показано на
рис. 203, а, где поле рассеяния сот разместится у нижней границы
поля допуска (Анм) и в процессе обработки партии деталей будет
перемещаться к его верхней границе, например, вследствие размер-
ного износа режущего инструмента.
Настройка и поднастройка системы СПИД	289
Поднастройка системы СПИД. Выше указывалось, что необходи-
мость в поднастройке возникает каждый раз, когда под воздействием
систематически действующих факторов погрешности обрабатывае-
мых деталей по той или иной характеристике качества прибли-
жаются к установленным границам, переход за которые приводит
к появлению брака. Следовательно, для обеспечения непрерывности
получения годных деталей требуется с возможно большей точностью
определить момент поднастройки. Обычным средством для этого
является измерение надлежащих характеристик качества деталей,
осуществляемое у каждой обработанной детали (100%-ный конт-
роль), или, периодически, у части деталей (выборочный контроль).
По результатам измерений путем сопоставления их с требуемыми
величинами допусков решают вопрос о времени поднастройки.
При изготовлении одинаковых деталей в больших количествах
данные измерений наносят на карты или точечные диаграммы,
одна из которых в качестве примера показана на рис. 40. Из рисунка
видно, что по точечной диаграмме довольно трудно уловить измене-
ние измеряемой характеристики качества (например, диаметра)
детали, происходящее под влиянием систематически действующих
факторов. Действительно, отклонение размера каждой отдельной
детали является алгебраической суммой отклонений, появившихся
под действием как систематически действующих, так и случайных
факторов.
Влияние действия систематических факторов становится гораздо
нагляднее, если вместо характеристики качества отдельных деталей
откладывать на диаграмме групповые средние величины, среднюю
величину и т. д.
Чтобы определить моменты поднастройки системы СПИД, на
диаграмме откладывают границы поля установленного допуска
и контрольные границы для групповых средних величин. Каждый
раз, когда групповое среднее значение характеристики качества
подходит к одной из контрольных границ или когда в выборке
обнаружено хотя бы одно отклонение, выходящее за контрольные
границы, считается необходимым прекратить дальнейшую обработку
и произвести поднастройку системы.
Для иллюстрации изложенного на рис. 204 дана точечная диа-
грамма групповых средних значений измеряемого размера обрабо-
танных деталей. Из диаграммы видно, что после 6-й, nlf п2 и п3
выборок производилась поднастройка системы СПИД. Поднастройка
после выборки п2 производилась вследствие того, что одна из дета-
лей выборки имела размер, вышедший за контрольную границу,
несмотря на то, что групповой средний размер выбранных деталей
оказался в пределах контрольных границ.
Вопрос об установлении значений контрольных границ для
групповых величин, базирующийся на основных положениях тео-
Ю Балакшин
290
Основы достижения качества деталей машин
рии вероятностей, должен решаться на основе технико-экономиче-
ских расчетов.
В тех случаях, когда исключается возможность риска получения
даже самого незначительного процента брака, контрольные гра-
ницы, естественно, суживаются. Это вызывает более частые под-
настройки, на что уходит время и, в связи с этим, уменьшается
выпуск деталей. В некоторых случаях экономичнее пойти на неко-
торый процент риска получения брака, расширив за счет этого
контрольные границы, что дает сокращение требуемого количества
поднастроек и увеличение выпуска изделий. Увеличение количества
проверяемых деталей уменьшает процент брака и потери на прове-
дение поднастроек, увеличивая одновременно расходы на контроль.
Верхняя граница
поля допуска
Контрольные границы
групповых средних размеров:
верхняя^^ нижняя
Нижняя граница
поля допуска
1Z3b56
Рис.
Порядковые номера2групп
204. Точечная диаграмма групповых
размеров
средних

Таким образом, в каждом конкретном случае, находят наиболее
экономичный вариант.
Изложенный метод контроля известен как одна из разновид-
ностей статистического метода контроля во время хода производства.
Наряду с описанным, существуют другие методы статистического
контроля, например методы медиан, индивидуальных значений,
упорядоченных выборок, скользящей средней и ряд других.
Различные методы достижения точности
при поднастройке. Поднастройка является средством
восстановления в размерных и кинематических цепях системы
СПИД требуемой точности относительных положений и движений
исполнительных поверхностей инструмента и оборудования или
приспособления, определяющих положение обрабатываемых заго-
товок. Следовательно, при поднастройке размерных и кинематиче-
ских цепей могут использовать все ранее рассмотренные методы
достижения точности и их сочетания.
Наибольшее применение при поднастройке получил метод
регулировки, несколько меньше — метод взаимозаменяемости; отно-
Настройка и поднастройка системы СПИД	291
сительно реже применяются методы групповой взаимозаменяемости
и пригонки.
Метод взаимозаменяемости. Для иллюстрации использования
метода взаимозаменяемости при поднастройке размерных и кине-
матических цепей системы СПИД на рис. 205 дана схема одной
из размерных цепей токарного полуавтомата. G помощью этой
размерной цепи достигается требуемая точность диаметрального
размера обрабатываемых деталей.
Рис. 205. Одна из размерных цепей токарного полуавто-
мата, поднастраиваемая методом взаимозаменяемости
Во время настройки требуемая точность достигается использова-
нием метода регулировки путем изменения величины компенсирую-
щего звена. Роль подвижного компенсатора выполняет суппорт 1.
закрепляемый после установки относительно салазок 2 с помощью
винта 3.
При всех последующих поднастройках, вызываемых размер-
ным износом резца, требуемая точность восстанавливается методом
взаимозаменяемости. Каждый износившийся резец в надлежащее
время заменяется новым, взаимозаменяемым с предыдущим.
Взаимозаменяемость сменных резцов достигается регулировкой
их длины (точнее размера Л7) после заточки. Регулировка (рис. 206)
осуществляется при помощи регулируемого упора в виде винта 1,
ввернутого в стержень резца 2, и контргайки 3. Регулировка длины
10»
292
Основы достижения качества деталей машин
резцов осуществляется в специальном приспособлении 4 по показа-
ниям индикатора 5 путем ввертывания или вывертывания винта 1.
Длина резца (размер Л?) не должна выходить за границы рассчи-
танного допуска. Каждый сменяемый резец устанавливается на
суппорте станка до упора, как показано на рис. 205.
По мере уменьшения допусков на требуемую точность изготов-
ления деталей ее достижение становится более сложным и дорогим.
Объясняется это тем обстоятельством, что возникает необходимость
рассчитать и установить допуски на отклонения всех факторов,
действующих в процессе обработки деталей, и, что не менее важно,
выдерживать эти отклонения в пределах установленных допусков.
Рис. 206. Схема приспособления для получения длины
резца методом регулировки
Так, например, если на диаметр валика установлен допуск бд,
то при обработке партии валиков для получения требуемой точности
методом взаимозаменяемости необходимо установить допуски на
все основные слагаемые, образующие отклонения диаметра валиков
в результате их обработки.
Для этого можно воспользоваться равенством
бд = бч + 6^ + 6С + 6р-f-бу,	(158)
где бч — допуск на упругое перемещение центров станка;
6д — допуск на величину упругой деформации валика в про-
цессе обработки;
бс — допуск на упругое перемещение суппорта, несущего
резец;
6Р — допуск на собственную деформацию резца;
бу — допуск на температурные деформации системы СПИД.
Установив допуски на отклонение всех основных факторов
и зная зависимости каждого из отклонений от порождающих их
факторов, можно установить допуски и на отклонения каждого
из этих факторов от расчетной величины.
Настройка и поднастройка системы СПИД
293
Так, например, зная зависимость между силой резания и упру-
гими перемещениями центров, можно установить допуски на откло-
нения силы резания. Исходя из допуска на отклонения силы реза-
ния, можно рассчитать допуски на отклонения порождающих их
факторов, таких как колебания припуска на обработку и твердости
обрабатываемых деталей. Идя по этому пути, необходимо устано-
Рис. 207. Схема системы СПИД с основными факторами, действующими в про-
цессе обработки
вить допуски на отклонения, всех основных факторов и выдержи-
вать эти отклонения в процессе обработки в пределах установлен-
ных допусков [9].
В качестве примера на рис. 207 схематически показаны система
СПИД и большинство основных факторов, оказывающих влияние
на получение требуемой точности бд размера партии обрабатывае-
мых деталей.
Система СПИД показана заключенной внутрь прямоугольника,
в стенках которого сделаны прорезы, схематически изображающие
поля допусков б, установленных на отклонения каждого из факто-
ров. Величина допусков рассчитана и установлена с использова-
294
Основы достижения качества деталей машин
нием метода полной взаимозаменяемости для достижения требуемой
точности бд размера партии деталей.
Залитыми тушью прямоугольниками показаны поля рассеяния со
отклонений каждого из факторов. Из схемы видно, что поля рас-
сеяния равны или меньше полей допусков; следовательно, точность
размера действительно достигается методом полной взаимозаменяе-
мости. Рассмотренную методику и схему установления допусков
можно использовать и для их расчета при других методах достиже-
ния требуемой точности.
Известно, что использование метода взаимозаменяемости для
достижения требуемой точности всегда связано со значительными
затратами. Поэтому вопрос об его использовании должен решаться
каждый раз на основе технико-экономического расчета.
Метод регулировки. Широкое применение для поднастройки
систем СПИД получил метод регулировки. В качестве подвижных
компенсаторов для этой цели в размерные цепи систем СПИД
встроен ряд различных устройств в виде подвижных суппортов,
несущих державки с режущим инструментом, сами державки и
целые специальные устройства для точного и плавного перемеще-
ния режущих инструментов, предназначенных главным образом
для компенсации размерного износа режущих инструментов.
В качестве примера на рис. 208 показана схема устройства для
автоматической поднастройки размерной цепи бесцентровошли4ю-
вального станка, с помощью которой достигается требуемая точность
диаметральных размеров поршневых пальцев автомобильного дви-
гателя.
Из схемы видно, что в момент, когда обработанные пальцы
попадают на призму 1, наконечник измерительного штифта 2 при-
ходит в соприкосновение с измеряемой поверхностью пальца и,
перемещаясь, поворачивает рычаг 3. Если увеличивающийся диа-
метр обработанного пальца достиг контрольной границы, рычаг 3
замыкает контакт 4, включая тем самым реле времени, находя-
щееся в шкафу 5. Реле, срабатывая, включает соленоид 6, который
вводит в действие механизм, подающий ведущий шлифовальный
круг в направлении к шлифующему, чем и достигается уменьшение
диаметра обрабатываемых пальцев. Механизм приводится в действие
от электродвигателя 7. В результате произведенной автоматической
поднастройки диаметр пальцев начнет постепенно уменьшаться.
При этом измерительный штифт 2 начнет опускаться, поворачивая
рычаг 3, который сначала выключает контакт 4, а затем включает
контакт 8, выключая тем самым и механизм подачи, сообщающий
перемещение ведущему кругу.
Контрольные границы размеров пальца устанавливаются при
помощи двух контактов 4 и 8, регулируемых винтами 9 и 10. Таким
образом, первоначально настроенная на требуемую точность раз-
Настройка и поднастройка системы СПИД
295
мерная цепь периодически поднастраивается по результатам изме-
рения обработанных деталей.
Поднастройка системы СПИД по результатам измерения обра-
батываемых или прошедших обработку заготовок или деталей
получила название «активного контроля». Поднастройка размер-
ных и кинематических цепей системы СПИД обычно осуществляется
в те моменты, когда групповой средний размер детали подходит
Рис. 208. Схема автоматической поднастройки одной из размерных
цепей бесцентрово-шлифовального станка
к одной из контрольных границ, или когда отклонения размера
хотя бы одной детали из группы (выборки) выходят за контрольные
границы.
Рассматривая точечную диаграмму, показанную на рис. 204,
можно видеть, что по мере уменьшения поля допуска 6 возникно-
вение моментов поднастройки системы будет учащаться; другими
словами, по мере уменьшения допуска число поднастроек системы
СПИД в единицу времени увеличивается. Следовательно, если
увеличить число поднастроек системы СПИД в единицу времени,
то окажется возможным повысить точность обработки за счет сокра-
щения той части поля допуска, которая предназначена для ком-
пенсации погрешностей, порождаемых систематически действую-
щими факторами.
296
Основы достижения качества деталей машин
Во ВНИИ [23] был разработан метод поднастройки, получивший
название поднастройки малыми импульсами. Сущность его заклю-
чается в том, что порождаемые систематически действующими
факторами погрешности компенсируются, по возможности, чаще
по мере их возникновения. Для этого обработанные детали изме-
ряются с помощью измерительного устройства, которое по резуль-
татам измерений дает импульсы специальному механизму, непо-
средственно осуществляющему поднастройку системы СПИД путем
перемещения режущей кромки инструмента на малую величину,
равную появившейся погрешности.
Порядковые номера изделий
Рис. 209. Точечная диаграмма, характеризующая процесс
поднастройки малыми импульсами
Например, по мере размерного износа режущего инструмента,
резец подается малыми импульсами на расстояние до 2 мк. В резуль-
тате, средние размеры групп изделий отклоняются в очень узких
пределах, как это видно из точечной диаграммы, показанной на
рис. 209.
Предельным случаем поднастройки системы СПИД является
непрерывная автоматически действующая поднастройка, с помощью
которой компенсируются погрешности всех или части системати-
чески действующих факторов, изменяющихся по известному закону.
Поднастройка системы СПИД по результатам измерения обра-
ботанных деталей обычно используется для компенсации погреш-
ностей систематически действующих факторов и чаще размерного
износа инструмента, происходящего во время обработки. Однако
этот метод поднастройки не дает возможности компенсировать
погрешности, образующиеся вследствие таких факторов, как коле-
бания величин припуска на обработку и свойств материала обра-
батываемых заготовок или деталей. Действительно, оба эти фактора
действуют обычно как случайные, и порождаемые их действием
Настройка и поднастройка системы СПИД
297
погрешности, оказывают существенное влияние на величину поля
рассеяния а>Т, а следовательно, и на точность обрабатываемых
деталей в целом. Чем больше величина поля рассеяния сог, тем
больше колебания припуска на обработку, остающуюся на после-
дующий технологический переход, а тем самым ниже производи-
тельность, так как настройка системы СПИД и установление режи-
мов обработки обычно ведутся по наибольшей величине припуска.
Анализ точечных диаграмм, схематически изображенных на
рис. 210, показывает, что сокращение величины поля рассеяния со7
Рис. 210. Возможные методы повышения точности и производительности
обработки
является мощным резервом повышения точности и производитель-
ности обработки.
Действительно, как видно из точечных диаграмм рис. 210, а — в
при одной и той же стойкости режущего инструмента (характери-
зуемой углом ах наклона поля' рассеяния сог) и одинаковых периодах
поднастройки системы СПИД по мере сокращения величины поля
рассеяния со? до со? появляется возможность получать отклонения
размеров частей в пределах меньшей величины допуска бг <бх
или, другими словами, повысить точность обрабатываемых деталей.
Аналогичная картина имеет место в тех случаях, когда обработка
ведется режущим инструментом, обладающим более высокой раз-
мерной стойкостью, как это схематически показано на рис. 210, г—и.
Из точечных диаграмм видно, что по мере сокращения величины
поля рассеяния со7 с со? до со?" (<о'г<С®г <со?) при обработке инстру-
ментом с большей размерной стойкостью (а8 <а2 <ах) уменьшение
298
Основы достижения качества деталей машин
величины поля рассеяния <ог, порождаемого совокупным действием
случайных факторов, приобретает все большее влияние на повыше-
ние точности обрабатываемых деталей (69 <6в <63).
Из изложенного следует, что увеличение точности обрабаты-
ваемых деталей может быть достигнуто путем:
1) сокращения величины поля рассеяния <лТ, порождаемого
совокупным действием случайных факторов; при этом, чем боль-
шую точность требуется получить и чем больший удельный вес
в поле допуска имеет величина поля рассеяния <ог, тем большее
значение приобретает этот путь;
2) сокращения поля рассеяния ©„, порождаемого систематически
действующими факторами, изменяющимися по известным законам,
среди которых доминирующую роль играет размерный износ режу-
щего инструмента. Решить последнюю задачу можно: а) увеличением
качества (стойкости, геометрии и т. п.) режущего инструмента;
б) путем периодических поднастроек системы СПИД с помощью
активного контроля (вручную или автоматически).
Многочисленные исследования показали, что среди большого
количества случайных факторов, совокупное действие которых
порождает поле рассеяния о)г, наиболее сильное влияние оказы-
вают такие, как отклонения припуска и твердости заготовок и
деталей, поступающих на обработку.
Совокупное действие остальных случайных факторов в значи-
тельном количестве технологических систем СПИД оказывает
значительно меньшее влияние на величину <ог. Отклонения при-
пуска и твердости партии заготовок или деталей, поступающих на
обработку, порождают, в свою очередь, отклонения силы резания.
Отклонения силы резания вследствие податливости системы СПИД
(см. стр. 238) вызывают отклонения упругих перемещений, состав-
ляющих обычно значительную часть погрешности динамической
настройки <ьд.
Таким образом, для повышения точности обработки необходимо
управлять упругим перемещением системы СПИД.
Кафедрой технологии машиностроения Московского станко-
инструментального института за последние годы проделана большая
научно-исследовательская работа по изучению возможности управ-
ления упругими перемещениями системы СПИД с целью увеличения
точности и производительности обработки [24].
В результате работы было разработано два направления управ-
ления упругими перемещениями системы СПИД с целью их ком-
пенсации. Управлять упругими перемещениями можно путем изме-
нения размера статической и динамической настроек надлежащих
размерных цепей системы СПИД.
Для обработки каждая деталь устанавливается и закрепляется
на станке или в приспособлении, в результате чего образуется
Настройка и поднастройка системы СПИД
299
размер установки Ау. После этого производится статическая (т. е.
без рабочих нагрузок) настройка размерных цепей, в процессе
которой устанавливают требуемое расстояние Ас между режущей
кромкой инструмента и базами станка или приспособления, опре-
деляющими положение обрабатываемой детали.
Установив выбранные режимы обработки, включают станок и
тем самым создают натяг в системе СПИД, необходимый для снятия
требуемого слоя материала. Натяг вызывает величину упругого
перемещения А#. Следовательно, размер Лд, получаемый в резуль-
тате обработки на детали, можно себе представить, как алгебраи-
ческую или векторную сумму
=	4-Лс4-Лд,	(159)
где Ау — размер установки;
Ас — размер статической настройки надлежащей размерной
цепи системы СПИД;
Лд — размер динамической настройки той же размерной цепи.
Если принять, что изменение размера установки представляет
малую величину по сравнению с погрешностями размера Ас и Лд,
то величину Ау можно считать постоянной.
После того, как настройка системы СПИД осуществлена, вели-
чина размера Ас при обычной обработке, как правило, остается
постоянной на все время обработки партии деталей до очередной
поднастройки. Следовательно, в процессе обработки партии деталей,
между двумя поднастройками системы СПИД изменяется размер Лд
динамической настройки, в результате чего образуется поле рас-
сеяния (0т.
Из равенства (159) видно, что для сохранения постоянства
размера Лд партии деталей при Ау = const можно использовать
принципиально два различных пути.
Первый путь заключается в компенсации изменений Дд размера
динамической настройки Лд, возникающих в процессе обработки
путем внесения необходимых поправок Дс в размер Ас статической
настройки, т. е.
Лд = Ау 4- (Ле — Дс) + (Лд 4- Дд),
где Д; = Дд.
Второй путь заключается в компенсации изменений Дд размера
динамической настройки Лд путем внесения в него надлежащих
поправок Да с обратным знаком, т. е.
Лд = Ау 4- Ас + (Лд 4- Да — Д<э)>
где Да = Дд.
Другими словами, второй путь заключается в сохранении,
с возможно большей точностью, постоянства размера динамической
настройки Лд.
300
Основы достижения качества деталей машин
Для возможности вносить поправки, т. е. управлять упругими
перемещениями системы СПИД для компенсации отклонений Дд
размера А в динамической настройки, необходимо знать их величину
и направление. Самым простым решением было бы непосредствен-
ное измерение величины размера Лд или величины и знака его
отклонений Дд. К сожалению, в подавляющем большинстве случаев
сделать это не удается, поэтому приходится прибегнуть к косвенным
методам измерения.
Из теории размерных цепей известно, что изменение размера
замыкающего звена зависит от изменения размеров всех составляю-
Рис. 211. Динамометрическое устройство со специально встроен-
ными упругими звеньями
щих ее звеньев. Следовательно, теоретически возможно по измере-
нию отклонений любого звена судить об изменении замыкающего
звена размерной цепи.
Поскольку собственные деформации деталей, составляющих
своими размерами размерную цепь, малы по сравнению с контакт-
ными деформациями, поэтому целесообразнее последние исполь-
зовать для измерения отклонений замыкающего звена, или встроить
в размерную цепь системы СПИД специальное упругое звено или
целое измерительное устройство.
Сила резания представляет собой векторную величину. Если
сила резания изменяется в процессе обработки только по величине,
то о ее изменениях можно судить путем измерения отклонений
любой из ее составляющих. В тех случаях, когда сила резания
изменяется по величине и направлению, для их измерения необхо-
димо иметь или трехкомпонентный динамометр или создать спе-
Настройка и поднастройка системы СПИД
301
циальное динамометрическое устройство, которое однозначно изме-
ряло ее отклонения по величине и направлению.
Исследования, выполненные в лаборатории «Технология маши-
ностроения» Московского станкоинструментального института, пока-
зали практическую возможность прямого и косвенного измерения
колебаний силы резания.
Для иллюстрации изложенного на рис. 211 в качестве примера
показано динамометрическое устройство, встроенное в круглошли-
фовальный станок, состоящее
из втулки, подпружиненной
с двух сторон пружинами 2
Бельвиля относительно крон-
штейна 3. В
торец втулки
L*.
Рис. 212. Динамометрическая державка, при помощи
которой измеряются силы резания по величине и на-
правлению
вставлен стакан 4 с шариком, в который упирается рычаг 5
соединенный беззазорным шарниром с кронштейном 3. На крон-
штейне 3 закреплен индуктивный датчик 6. При изменении силы
резания кронштейн 3 начинает-перемещаться относительно втулки 1,
соединенной с винтом механизма подачи станка. Эти перемещения
можно протарировать на отсчетном устройстве измерительного
прибора в величинах силы или связанных с ней упругих переме-
щений, возникающих на замыкающем звене Дд размерной цепи
системы СПИД.
В качестве второго примера на рис. 212 схематически показана
специальная динамометрическая державка, которая позволила
однозначно измерять отклонения силы резания по величине и на-
правлению при обработке деталей на гидрокопировальном токарном
полуавтомате. Из рис. 212 видно, что в теле несколько усиленной
резцедержавки сделана прорезь 1, разделяющая ее на части 2 и 3,
302
Основы достижения качества деталей машин
соединенные перемычкой. Один кронштейн 5 служит для закреп-
ления индуктивного датчика 6, другой для закрепления регулиро-
вочного винта 4. Каждая из составляющих силы резания, действуя
на своем плече, поворачивает часть державки 2 с резцом относи-
тельно второй части 3, вызывая тем самым перемещение сердечника
индуктивного датчика 6. Так, составляющая Рх, действуя на плечо
1Х, поворачивает левую часть державки относительно перемычки;
при этом кронштейн 7 через плечо Lx действует на датчик. Состав-
ляющие Pv и Рг действуют на плечо 1уг, поворачивая кронштейн
вокруг двух других координатных осей (z и х). В зависимости от
удельного влияния каждой из составляющих силы резания винт 4
Рис. 213. Ручное управление упругими перемещения-
ми системы СПИД с помощью встроенного прибора
будет перемещать сердечник индуктивного датчика на различную
величину. Датчик будет давать электрические сигналы, однозначно
характеризующие изменение величины и направление силы резания.
Следует заметить, что описанное динамометрическое устройство
не является универсальным, так как оно создается для определен-
ных условий обработки и системы СПИД и может надежно работать,
если изменения этих условий не выходят за принятые при их рас-
чете пределы. Имея, таким образом, возможность для измерения
величины размера АЛ или его отклонения, можно управлять упру-
гими перемещениями для увеличения точности обрабатываемых дета-
лей, используя оба перечисленных выше пути.
Наличие в системе СПИД измерительных устройств, непрерывно
показывающих рабочему изменение величины упругих перемещений
системы, дает ему объективные показатели о ходе процесса (рис. 213),
а следовательно, и возможность управлять процессом (т. е. осу-
ществлять обратную связь), обеспечивая требуемую точность при
наибольшей производительности, не боясь получения бракованных
деталей.
Управление упругими перемещениями
303
УПРАВЛЕНИЕ УПРУГИМИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯМИ
ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ РАЗМЕРА СТАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ
Выше указывалось, что отклонения Дд (возникающие на раз-
мере Ад динамической настройки) компенсируются за счет измене-
ния величины размера статической настройки. Для этого обрабаты-
ваемая деталь 4 (рис. 214) вместе с приспособлением 5 и столом
станка перемещается на величину необходимой поправки в проти-
воположном направлении. Перемещение может осуществляться
рабочим вручную или с по-
мощью системы автоматиче-
ского управления (САУ).
При обработке первой де-
тали размерную цепь настраи-
вают обычными методами на
требуемую точность обраба-
тываемых деталей. При этом
стрелку измерительных при-
боров путем перемещения
датчиков 3 и 2 устанавливают
в среднее положение на нуль.
В начале обработки каждой
последующей детали рабочий,
наблюдая отклонения стрел-
ки, вносит поправки указан-
ным выше способом до тех пор,
пока стрелка прибора не вбзвратится в исходное положение.
Таким образом, рабочий, внося поправки, сокращает погрешности
обработки каждой из деталей партии, возникающие вследствие от-
клонений припуска на обработку и твердости материала очередной
обрабатываемой детали от тех величин, при которых была осу-
ществлена первоначальная настройка системы СПИД.
Измерение отклонений размера статической настройки Ас
осуществляется с помощью двух датчиков 3 и 2. Датчик 3 изме-
ряет осевые перемещения фрезы, датчик 2 — приспособления 5
вместе с обрабатываемой деталью 4. Для возможности указанного
измерения в процессе обработки на кронштейне приспособления
закреплена линейка 6, расположенная параллельно направля-
ющим стола станка. Датчик 2 скользит своим контактным нако-
нечником по линейки. Электрические импульсы, поступающие от
двух датчиков, суммируются в измерительном приборе 1 и по-
казывают на его отсчетном устройстве величину отклонения упру-
гого перемещения к.д.
Внесение поправок при обработке каждой детали позволяет
повысить точность обработки размера партии деталей. Дополни-
304
Основы достижения качества деталей машин
тельное внесение поправок в процессе обработки каждой из де-
талей позволяет повысить точность геометрической формы обра-
ботанной поверхности каждой детали. Поправки в размер ста-
тической настройки целесообразнее вносить с помощью системы
автоматического управления (САУ). Блок-схема САУ показана на
рис. 215.
Настроечная величина упругого перемещения задается датчи-
ком 1. Величина появляющегося отклонения измеряется датчика-
.ми 2 и в виде электрического сигнала подается на сравнивающее
устройство 3, где происходит сопоставление с заданной величиной
и вычисляются величина и знак сигнала рассогласования. Пройдя
усилитель 4, сигнал подается на исполнительное устройство 5,
при помощи которого осуществляется малое перемещение каретки
Рис. 215. Блок-схема САУ размера А статической на-
стройки
со столом и обрабатываемой деталью на необходимую величину
и в требуемом направлении. Наибольшие затруднения при со-
здании системы автоматического управления путем изменения
размера статической настройки представляет получение малых
реверсивных перемещений каретки со столом и обрабатываемой
деталью.
Относительно малое перемещение узлов и деталей станков
всегда связано с появлением скачка, основной причиной которого
является изменение коэффициентов трения при переходе от трения
покоя к трению движения. В ряде случаев величина скачка дости-
гает величин, соизмеряемых с величиной поля допуска 6. Сле-
довательно, для достижения высокой точности обрабатываемых
деталей при помощи САУ необходимо иметь исполнительное устрой-
ство, обладающее возможностью осуществлять малые перемеще-
ния с незначительной величиной скачка или без него.
Использование САУ путем изменения размеров статической
настройки Ас, как показали исследования, позволило при обра-
ботке на фрезерном станке 6Н82 чугунных деталей размером
200 х250 мм твердостью НВ 150 с подачей s = 235 мм!мин и коле-
баниями припуска на обработку от 2 до 8 мм увеличить точность
Управление упругими перемещениями
305
обработки размера деталей в 2,5 раза, уменьшив поле рассеяния
с (лГ = 0,05 мм при обычной обработке до со? = 0,02 мм при об-
работке с САУ. Погрешность геометрической формы в среднем
сечении деталей с ют = 0,08/250 при обычной обработке до
со'г" — 0,03/250 при обработке с САУ. При обработке стальных
валиков на токарном станке 1А616 точность диаметральных раз-
меров увеличилась с соу = 0,10 мм без САУ до сот = 0,03 мм при
обработке _ с САУ.
Увеличение точности обработки позволяет в ряде случаев об-
работку деталей вести в один проход вместо двух и тем самым
увеличить производительность. Увеличение производительности
достигается также на последующих проходах или операциях за
счет сокращения отклонений припуска на обработку.
УПРАВЛЕНИЕ УПРУГИМИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯМИ ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ
РАЗМЕРА ДИНАМИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ
Второй путь управления заключается в том, что поправка Д^,
необходимая для компенсации отклонения размера динамической
настройки Ад, вносится за счет изменения последнего. Величина
размера динамической настройки Ад зависит от силы резания и
жесткости системы. Следовательно, при заданной жесткости управ-
лять величиной Ад можно, изменяя силу резания Р. Для изменения
силы резания можно использовать любой из факторов, от изме-
нения которого зависит величина и направление этой силы.
Из анализа формулы
Р = V (cJ^HB11)* + (CyfWHB*)* + (cxtxsyHBn)2,	(159а)
следует, что для управления силы резания можно воспользоваться
изменением величины: 1) продольной подачи; 2) твердости ма-
териала; 3) коэффициентов сг, су и сх, характеризующих условия
обработки, т. е. геометрию режущего инструмента, скорость резания
и т. д. Следовательно, управлять силой резания можно также пу-
тем изменения скорости резания v и геометрии режущего инстру-
мента. Изменять твердость-материала в процессе обработки дета-
лей с необходимой скоростью в требуемых пределах пока не пред-
ставляется возможным.
При заданной геометрии режущего инструмента и выбранной
скорости резания (исходя из стойкости режущего инструмента)
достаточно эффективно силой резания можно управлять измене-
нием продольной подачи. Основным преимуществом использования
подачи в качестве параметра управления силой резания является
возможность создания очень тонкого и чувствительного механизма
управления упругими перемещениями системы СПИД, не имеющего
никаких скачков. Действительно, поскольку поправка вносится
306
Основы достижения качества деталей машин
за счет самих упругих перемещений системы СПИД, никаких от-
носительных перемещений узлов станка не требуется. В соответ-
ствии с этим размер статической настройки Ас остается неизменным
в течение всего времени обработки деталей между двумя подна-
стройками, необходимыми для компенсации размерного износа
режущего инструмента и осуществляемыми с помощью механизма
активного контроля.
Управление подачей может осуществляться рабочим вручную или
с помощью системы автоматического управления. Подача может
изменяться дискретно или еще лучше непрерывно и автоматически.
Рис. 216. Блок-схема САУ размера А динамической настройки
При ручном изменении подачи рабочий наблюдает за отклонениями
стрелки прибора, вносит требуемые изменения в величину подачи,
пока стрелка не возвратится в исходное положение. При автома-
тическом управлении подачи эти функции выполняет САУ.
При обработке детали с большей величиной припуска и твердости
рабочий или САУ соответственно уменьшает величину подачи,
при обработке следующей детали с меньшей величиной припуска
на обработку увеличивают подачу и т. д.
Для иллюстрации в качестве примера на рис. 216 показана
блок-схема САУ управления упругими перемещениями системы
СПИД вертикально-фрезерного станка 6П10. Величина упругого
перемещения Ад определяется выбранными режимами обработки
и при настройке системы СПИД устанавливается задатчиком (ЗУ).
Отклонение составляющей силы резания Рх измеряется датчиком Д
и в виде электрического сигнала иг подается через усилитель в
сравнивающее устройство СС. В сравнивающем устройстве после
сопоставления полученного сигнала с заданным определяется
величина и знак рассогласования и в виде электрического сигнала
через усилитель подается в управляющее устройство (ро) —
серводвигатель. В соответствии со знаком рассогласования пос-
ледний поворачивает в ту или иную сторону движок реостата,
включенного в электросхему бесступенчатого изменения числа
Управление упругими перемещениями
307
оборотов электродвигателя тока, изменяющего величину подачи
стола станка. Изменение подачи происходит до тех пор, пока не
будет достигнута заданная величина составляющей Рх с погреш-
ностью, определяемой зоной нечувствительности САУ.
Результаты обработки партии чугунных деталей дали следую-
щие показатели: величина поля рассеяния <ог = 0,061 мм при
обычной обработке сократилось до со/ — 0,027 мм при исполь-
зовании САУ. Поле рассеяния погрешности формы детали в про-
дольном сечении с = 0,042/300 сократилось до ы'т — 0,012/300
с использованием САУ.
Основное технологическое время сократилось на 32%. При
обработке стальных валиков на токарном станке 1А616 поле рас-
сеяния Фг=0,10 мм при обычной обработке сократилось до
<О7-=0,03'льи при использовании САУ. Машинное время составило при
этом 50% от времени при обычной обработке. Основным недостат-
ком использования подачи для управления упругими перемеще-
ниями является получение большей шероховатости поверхности
поверхностей детали, чем при обработке с постоянной подачей.
Исследования показали, что обычно эти отклонения шерохова-
тости укладываются в пределы одного, реже двух классов чистоты
в зависимости от колебаний припуска на обработку и твердости
обрабатываемых деталей.
Управлять упругими перемещениями систем СПИД можно
путем изменения геометрии инструмента. Так, исследования по-
казали, что при обработке чугунных деталей па фрезерном станке
фрезой с углом режущих кромок в плане <р = 90° поле рассеяния
размера детали получается равным <аГ = 0,062 мм, при обработке
с углом в плане режущих кромок <рх = 60° поле рассеяния сокра-
щается до сот = 0,027 мм.
На рис. 217 дана блок-схема управления упругими перемеще-
ниями путем изменения геометрии резания в процессе обработки
стальных валиков на токарном станке. Сигнал датчика 1, изме-
ряющего упругие перемещения пиноли задней бабки, пройдя уси-
литель 2, попадает в сравнивающее устройство 3. Задатчик 3
устанавливает геометрию резца при выбранных режимах обра-
ботки в процессе настройки системы СПИД на требуемую точность
обработки в виде задаваемого электрического сигнала. Величина
последнего корректируется устройством 7 в зависимости от по-
ложения резца относительно датчика 1 в процессе обработки (для
пересчета изменения силы реакции пиноли задней бабки), а также
программирующим устройством 4, служащим для компенсации
влияния упругих перемещений переднего и заднего центров станка
на форму обрабатываемой поверхности детали в осевом сечении.
Результирующий сигнал, пройдя усилитель 5, управляет работой
электродвигателя 6, осуществляющего поворот резца вокруг его
308
Основы достижения качества деталей машин
оси, расположенной по нормали к обрабатываемой поверхности
детали. Повороты резца изменяют геометрию резания, а тем самым
силу резания и, следовательно, величину упругих перемещений.
Исследования показали, что описанная САУ сокращает поле
рассеяния со г = 0,08 мм диаметрального размера стальных ва-
ликов до <ог — 0,02 мм и поле рассеяния формы деталей в осевом
сечении <ог = 0,20 до сор = 0,03 мм. Поскольку обработка ведется
с постоянной величиной подачи шероховатость поверхности оста-
ется равной v6, как при обычной обработке.
Управлять упругими перемещениями системы СПИД можно
путем изменения жесткости, как это следует из равенства Ad — -j.
При изменении силы резания для сохранения Ад = const необ-
ходимо изменять /. Для этого можно, например, использовать спе-
циальный резцедержатель, показанный на рис. 218. Резец 1 опи-
рается на плоскую пружину 2, имеющую две опоры. Расстояние
между опорами может изменяться вручную или автоматически
при помощи электродвигателя, который вращает винт 3 с левой
и правой нарезкой. При сближении опор жесткость системы СПИД
увеличивается, при удалении — уменьшается. При увеличении
силы Р, например, вследствие увеличения припуска на обработку
для сохранения Ад = const необходимо опоры сближать и увели-
чить тем самым жесткость системы на требуемую величину.
Из рассмотренной выше схемы видно, что для увеличения
точности формы деталей в осевом сечении станок необходимо обо-
рудовать системой программирования силы резания или жесткости
системы СПИД, или того и другого одновременно по координате
перемещения резца для компенсации систематических погрешностей,
порождаемых упругими перемещениями центров станка, износом
направляющих собственными деформациями обрабатываемой де-
тали, изменением жесткости и т. д.
Управление у пр угими перемещениями
309
В ряде случаев имеет смысл использовать двухконтурную систему
автоматического управления путем одновременного внесения
Рис. 218. Схема резцедержателя с ре-
гулируемой жесткостью
Рис. 219. Профилограмма
поверхности после обработки
ступенчатой детали
обычным способом
поправок в размеры статической
мерных цепей системы СПИД.
Упругие перемещения, по-
рождаемые резкими изменениями
отклонений припуска и твердо-
сти, в таких системах компенси-
руются за счет изменения раз-
мера Ае статической настройки, а
более плавные — изменения раз-
мера динамической настройки Ад.
При этом, как показали иссле-
и динамической настройки раз-
60=0,005
Рис. 220. Профилограмма поверхности
после обработки с САУ
дования, получается не только
увеличение точности и производительности обработки, но и откло-
нения шероховатости остаются в сравнительно узких пределах.
Так, например, на рис. 219 показана профилограмма обработанных
поверхностей валика со ступенчатым изменением припуска от
2 до 5 мм при обычной обработке и на рис. 220 — с двухконтурной
САУ. Как видно погрешность уменьшилась с 0,025 до 0,005 мм.
Система СПИД, оборудованная двухконтурной системой, может
работать и как одноконтурная, путем включения того или другого
контура в зависимости от стоящих задач. Двухконтурная си-
стема, изменяющая одновременно подачу и скорость резания,
в зависимости от заданной температуры режущего инструмента
310
Основы достижения качества деталей машин
позволила оптимизировать процесс обработки, повысив точность
и производительность.
Исследования показывают возможность создания многоконтур-
ных систем автоматического регулирования для решения различных
задач, связанных с оптимизацией технологического процесса для
достижения заданной точности при наименьшей себестоимости
обработки.
УВЕЛИЧЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРИ УПРАВЛЕНИИ
УПРУГИМИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯМИ ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ ПОДАЧИ
При однопроходной обработке партии деталей производитель-
ность увеличивается путем обработки каждой детали с наиболее
высокими режимами, допускаемыми системой СПИД, и возможности
обработки деталей с программированием подачи в зависимости от
изменения жесткости системы по координате перемещения инстру-
мента. Например, при обработке деталей в центрах токарного или
гидрокопировальных станков жесткость системы возрастает по мере
перемещения резца к передней бабке; следовательно, при заданной
точности можно вести обработку жестких деталей с непрерывно
возрастающей подачей.
Возможность увеличения точности обработки путем управле-
ния упругими перемещениями позволяет в ряде случаев сократить
количество проходов для достижения требуемой точности и тем
увеличить производительность обработки, осуществляя ее в один
проход на одном станке вместо двух, выполняемых на различных
станках. Увеличение точности обрабатываемых деталей на пред-
шествующей операции, как правило, увеличивает производитель-
ность обработки на последующей.
При многопроходной обработке, например, при круглом шли-
фовании, управление упругими перемещениями позволяет уве-
личить производительность. Объясняется это тем, что, начиная
с первого — второго прохода, снимаемый слой материала соответ-
ствует величине поперечной подачи (кривая 2 на рис. 221), так
как система создает необходимый натяг в системе СПИД (размер
динамической настройки Ад) на первом или втором двойном ходе
(в зависимости от чувствительности системы регулирования).
При обычном процессе шлифования с автоматическим циклом соз-
дание необходимой величины натяга осуществляется значительно
позднее. Вследствие этого, на каждом двойном ходе в начале про-
цесса снимается значительно меньший слой материала по сравне-
нию с величиной поперечной подачи (кривая 1, рис. 221). Постоянное
накопление объема материала, подлежащего удалению шлифо-
вальным кругом по мере увеличения натяга, приводит к тому,
что на каком-то двойном ходе шлифовальный круг перестанет резать
из-за заполнения пространства между зернами и связкой снятым
Производительность при управлении изменением подачи
311
материалом. Начинается процесс вибрации, и обработку с уста-
новленной поперечной подачей приходится прекращать и перехо-
дить на обработку с меньшей величиной поперечной подачи.
При управлении упругими перемещениями этого явления не
происходит, так как режимы устанавливаются исходя из макси-
мальной возможности круга и всей технологической системы СПИД,
с которыми она и работает с первого — второго двойного хода.
2 4 6 8 10 12 W 16 18 20 22
Номера прохода
Рис. 221. Увеличение производительности обработки путем
управления упругими перемещениями на круглошлифоваль-
ном станке
Следовательно, при управлении упругими перемещениями шли-
фование можно вести с более высокими режимами, чем при обыч-
ной обработке с автоматическим циклом, т. е. более производительно.
Так, например, при обработке шлицевых валиков при обычном чер-
новом шлифовании с автоматическим циклом нельзя давать попереч-
ную подачу больше, чем 0,02лш на один двойной ход, так как с боль-
шей подачей вести процесс не удается. При наличии САУ упру-
гими перемещениями на той же технологической системе СПИД
обработка велась с подачей s = 0,04 мм/дв • ход, вследствие чего
штучное время на один валик сократилось от 2 до 2,5 раза при
той же точности.
Из всего вышеизложенного видно, что управление упругими
перемещениями системы СПИД позволяет повысить и стабили-
зировать полученную в результате обработки точность деталей
при тех же входных данных. Другими словами, управление упру-
гими перемещениями можно рассматривать, как управление по-
датливостью системы. Сокращение величины упругих перемеще-
312
Основы достижения качества деталей машин
ний равнозначно тому эффекту, который дает увеличение жесткости
системы.
Управление упругими перемещениями приводит к увеличению
уточнения 8, даваемого системой СПИД, так как отклонения силы
Р является результатом колебания припуска (твердости) на обработ-
ку о)заг, а так как ©г <.&'т, то
8P = ^>eo = ^f	(160>
или	=	(161)
ызаг	ызаг
где ер — уточнение, даваемое системой СПИД при управлении
упругими перемещениями;
80 — уточнение, даваемое системой СПИД без управления
упругими перемещениями;
—	передаточное отношение системы СПИД при управлении
упругим перемещением;
—	передаточное отношение системы СПИД без управления
упругими перемещениями.
Учитывая равенство (160), можно сказать, что управление
упругими перемещениями системы СПИД, особенно в сочетании
с системами активного контроля, дает возможность сократить ко-
личество проходов и технологических систем, необходимых для
получения деталей требуемой точности, и превратить систему СПИД
в полуавтомат или автомат со всеми вытекающими отсюда послед-
ствиями.
Из всего изложенного выше видно, что управление упругими
перемещениями дает возможность:
1.	Увеличить точность обрабатываемых деталей.
2.	Увеличить производительность обработки.
3.	Сократить количество проходов и технологических систем,
необходимых для достижения требуемой точности.
4.	При наличии САУ упругих перемещений путем изменения
подачи: а) обрабатывает каждую из деталей с использованием всех
возмэжностей технологической системы СПИД, т. е. наиболее произ-
водительно; б) обеспечивает большую безопасность работы; в) увели-
чивает размерную стойкость режущего инструмента; г) сокращает
расходы на инструмент и на содержание системы СПИД; д) позво-
ляет оптимизировать технологический процесс обработки; е) уве-
личивает возможность многостаночного обслуживания.
РАСЧЕТ МЕЖПЕРЕХОДНЫХ РАЗМЕРОВ И ПРИПУСКОВ НА ОБРАБОТКУ
В тех случаях, когда заготовки должны проходить через не-
сколько технологических систем СПИД для получения годных
деталей, возникает необходимость расчета межпереходных разме-
Расчет межпереходных размеров и припусков на обработку 313
ров и допусков. Межпереходным размером будем называть проме-
жуточный размер каждой из поверхностей детали, образующийся
после выполнения каждого перехода, необходимого для его полу-
чения. Исключением является последний, когда получается окон-
чательный размер, требуемый служебным назначением детали
в машине.
Все межпереходные размеры, будучи
связаны один с другими, образуют тех-
нологические размерные цепи.
Действительно, из рис. 222 видно,
что размер заготовки валика Ьзаг связан
с требуемым размером готовой детали Ld
рядом межпереходных размеров и раз-
мерами припусков на обработку Z, сни-
маемых при выполнении каждого из пе-
реходов. Все они образуют технологиче-
скую размерную цепь
^заг	^2	^4—^^“0, (162)
где
^аг
---- Ld	Ч н-1
Рис. 222. Схема образова-
ния межпереходных размеров
в технологических размер-
ных цепях
Ttv
Zi = L3az Ьг\ Z2 = Lr L2,
Z3 = L2 L§\ Z4 — Ag
получении линейных размеров) и
В3аг 2ZX 2Z2 Вдет = 0, (163)
(при
где
2ZX == D3az	2Z2 = D± Вдет
(при получении требуемого диаметраль-
ного размера Ddem).
Размеры, входящие в качестве зве-
ньев, являются расчетными (номиналь-
ными).
Для того чтобы иметь возможность рассчитать межпереходные
размеры, как видно из технологических размерных цепей, необ-
ходимо знать или уметь рассчитывать припуски на обработку Z.
Методика расчета припусков на обработку имеет свою историю.
Рядом проектных и научно-исследовательских организаций, бюро
технических нормативов и заводами, начиная с 1928 г., разраба-
тывались и выпускались различного рода инструкции и норматив-
ные таблицы для расчета и установления припусков на обработку.
Наиболее капитальными трудами, посвященными этому вопросу,
являются работы И. Б. Плоткина [25] и особенно В. М. Кована
[26, 27].
Припуском на обработку, как указывалось выше, принято
называть слой материала, удаляемый с поверхности, образующейся
314
Основы достижения качества деталей машин
в результате обработки детали. Слой материала, удаляемый с по-
верхности, образующийся в результате выполнения каждого пе-
рехода, называется промежуточным припуском на обработку или,
точнее, межпереходным. Межпереходный припуск определяется
как разность размеров, полученных на детали на предшествующем
(Lx) и данном (L2) переходах, т. е. Zr =	— L2.
Слой материала, удаляемый с поверхности готовой детали в ре-
зультате выполнения всех переходов технологического процесса,
называется общим припуском на обработку.
Общий припуск на обработку определяется

Рис. 223. Схема одно-
стороннего расположе-
ния припусков на об-
работку
стороннего расположе-
ния припусков на об-
работку
разностью размеров заготовки и готовой де-
тали, измеренных от одной базы.
Различают односторонние припуски на
обработку (рис. 223), понимая под ними
слои материала, удаляемые с какой-либо
одной стороны детали, и двухсторонние, уда-
ляемые с двух сторон (рис. 224, б) или с обра-
зующих (рис. 224, а) детали.
Двухсторонние припуски на обработку в
зависимости от величины их слагаемых, рас-
положенных на каждой из сторон или по
образующим детали, делятся на симметрич-
ные и асимметричные. У симметричного при-
пуска на обработку величины его слагаемых
с каждой из сторон или под образующим де-
тали равны между собой (рис. 224, б), у асим-
метричного припуска эти величины не равны
(рис. 224, а).
Необходимо различать: расчетный или но-
минальный размер припуска, устанавливае-
мый расчетом, действительный размер при-
пуска, т. е. величину слоя материала, фак-;
тически удаляемого при обработке деталей, и измеренный размер
припуска, полученный путем измерения и вычисления.	/
Припуски на обработку возникли из-за необходимости компен-
сации:
1)	погрешности установки заготовки или детали на станке,
в приспособлении или на рабочем месте. Чем больше величина
погрешности установки, тем большую величину припуска необ-
ходимо иметь для ее компенсации. Из рис. 225 видно, что при не-
достаточной величине припуска поверхность детали может ока-
заться неполностью обработанной. В результате, на вновь полу-
ченной поверхности останется часть поверхности а, образован-
ной на предыдущем переходе, как это в утрированном виде пока-
зано на рис. 225;
Расчет межпереходных размеров и припусков на обработку
315
Рис. 225. Сохранение части поверхности, по-
лученной на предшествующем переходе,
из-за погрешности установки детали на дан-
ном переходе
2)	погрешностей относительных поворотов поверхностей заго-
товок или обрабатываемых деталей, поступающих на данный пе-
реход;
3)	погрешностей формы поверхностей заготовок или деталей,
если эти погрешности по каким-либо причинам могут выходить
за пределы допуска на размер (например, в результате термооб-
работки, деформации, происходящие вследствие перераспределе-
ния внутренних напряже-
ний и т. д.);
4)	следов режущего ин-
струмента, оставшихся от
предшествующего перехо-
да, в виде шероховатости
поверхности;
5)	удаления дефектного
поверхностного слоя мате-
риала, если он появляет-
ся в результате выполне-
ния предшествующего пе-
рехода и может сохра-
ниться частично или воз-
расти на данном переходе.
Из изложенного сле-
дует, что для компенсации
всех рассмотренных погрешностей, оказывающих влияние на каче-
ство поверхности детали, получаемой на данном переходе, необхо-
димо оставлять наименьший припуск ZHM, для расчета которого
может служить формула
Z^^H^+T + П + Ф + У,	(164)
где Я"6 — расчетная высота микронеровностей, установленная
для поверхности детали, получаемой на предыдущем
переходе;
Т — расчетная глубина дефектного поверхностного слоя,
получаемого на предыдущем переходе;
П — расчетная величина погрешности относительных пово-
ротов поверхности детали, получаемой на предыдущем
переходе;
Ф — расчетная величина погрешности формы поверхности де-
тали, получаемой на предыдущем переходе;
У — расчетная величина погрешности установки детали на
данном переходе.
В формулу входят расчетные, т. е. номинальные величины
погрешностей, несмотря на то, что практически погрешности всегда
будут иметь отклонения в каких-то пределах. Поэтому было бы
316
Основы достижения качества деталей машин
правильнее, наряду с расчетом номинальных величин, ввести
расчет допусков на припуски, для чего, однако, предстоит еще
разработать методику расчета, которая позволила бы установить
допуски на все величины, входящие в формулу.
Все перечисленные погрешности можно рассматривать как
независимые или малозависимые величины. При выполнении тех-
нологических процессов часть этих погрешностей, естественно,
может взаимно компенсироваться. Вследствие этого, для расчета
минимально необходимого припуска на обработку можно использо-
вать вероятностный метод расчета, если пойти на некоторую долю
риска получения у части деталей поверхностей, на которых может
оказаться недостаточный припуск на обработку.
Исходя из этих соображений, а также из соображений удоб-
ства использования при расчетах данных ГОСТом 2789—51, в фор-
муле (164) в качестве расчетной величины Ннб можно использо-
вать Нср.
При расчете минимально необходимой величины припуска на
обработку следует всегда учитывать конкретные условия протека-
ния разрабатываемого технологического процесса, так как в зави-
симости от этого, в ряде случаев, часть слагаемых будет не нужна.
Благодаря этому можно существенно уменьшить величину мини-
мального припуска на обработку, сэкономив материал и расходы,
затрачиваемые на его удаление при обработке. Например, при вы-
полнении ряда технологических процессов дефектный слой на-
столько незначителен, что он легко удаляется за счет других со-
ставляющих припуска на обработку и для его компенсации спе-
циально оставлять слой материала нет необходимости. Так, при
закалке направляющих станин дефектный слой удаляется при
последующей обработке шлифованием за счет других слагаемых
припусков на обработку. При обработке поверхностей жестких
деталей с одной установки, погрешности их относительных пово-
ротов получаются настолько незначительными, что, практически,
ими можно пренебречь, а следовательно, нет необходимости ос-
тавлять слой материала для их компенсации и т. д.
Для расчета, в первом приближении, минимальных припусков
на обработку по формуле (164) в качестве исходных данных можно
использовать таблицы значений отдельных слагаемых, разрабо-
танных В. М. Кованом [27], перейдя для этого к обозначениям,
принятым им:
77 + Ф = рв; У = гь.
Зная минимальный межпереходный припуск на обработку,
можно рассчитать и его максимальную величину по формуле
2«б = 6я + 2«“-Ьбд,	(165)
Расчет межпереходных размеров и припусков на обработку 317
где 6Я — допуск на расстояние или размер поверхности, уста-
новленный для предыдущего перехода;
— наименьший расчетный припуск, установленный для
данного перехода;
6Й — допуск на расстояние или размер поверхности, уста-
новленный для данного перехода.
Взаимосвязи между межпереходными припусками на обработку
и полями их колебаний иллюстрируют схемы, показанные на
а)
Рис. 226. Схемы связей между межпереходными размерами, припусками
на обработку и допусками
рис. 226, из которых схема на рис. 226, а дана для охватываемого,
а схема на рис. 226, б — для охватывающего размеров.
Используя схемы, можно рассчитать межпереходные средние
и предельные размеры. Для этого необходимо выбрать начало
отсчета. Если, например, за начало отсчета выбрать наибольший
из допустимых размеров готового вала, то предельные межпереход-
ные размеры, как это видно из рис. 226, а, для последнего перехода
D«* = D-|_Z™
а для предыдущего перехода
D«ff=D“ff4-Z“* + 6a;
318
Основы достижения качества деталей машин
Обозначая индексом п последующие переходы, а индексом д
данный переход, можно написать для любого перехода (при при-
нятом начале отсчета Dh6 готовой детали):
(166)
=	+	(167)
Аналогично, для охватывающих размеров при принятом на
рис. 226, б начале отсчета (за которое принят наименьший допу-
стимый диаметр готового отверстия) получаем
D«ff=D0 — Z«-“;
D™ = D0 — Z«* — 6i.
В общем случае, при принятом начале отсчета
D^=D«*_zr;	(168)
D*dM = РГ — гГ — 6J.	(169)
Симметричные припуски на обработку обычно устанавливаются
на поверхностях, получаемых вращением образующей вокруг оси
(цилиндрические, конические и т. д.). Асимметричные припуски
устанавливаются на размеры, связывающие поверхности или оси
поверхностей детали.
Из изложенного видно, что предельные межпереходные размеры
устанавливаются в зависимости от выбранной системы отсчета,
т. е. системы расположения поля устанавливаемого допуска отно-
сительно номинальной величины размера.
Например, при симметричной системе расположения поля до-
пуска на размер в качестве номинальных размеров берутся вели-
чины средних размеров
Аср ~	2
В таких случаях в качестве номиналов при расчете межпере-
ходных размеров надо брать их средние величины, в том числе
и среднюю величину припуска
_ZH6 + ZHM
£ср~ 2
Таким образом, расчет номинальных величин межпереходных
размеров основывается на использовании теории размерных це-
пей и особого труда не представляет. Остается выяснить вопрос,
откуда следует брать допуски на межпереходные размеры.
Обеспечение требуемого качества поверхностного слоя	319
Из ранее рассмотренных точечных диаграмм было видно, что
каждая технологическая система СПИД при наиболее производи-
тельном ее использовании дает надлежащую величину поля рас-
сеяния и величину уточнения или передаточного отношения.
Следовательно, при этих условиях величины поля рассеяния
со, уточнения е и передаточного отношения | являются основными
точностными характеристиками технологической системы СПИД.
При разработке технологического процесса, как указывалось
выше, выбираются системы СПИД, одна или несколько, в зависи-
мости от требуемой величины уточнения, необходимой для пре-
вращения заготовки в годную деталь.
После того как система СПИД выбрана, становятся известными
ее точностные характеристики, а следовательно, появляется возмож-
ность установить на их основе и допуск на каждый межпереход-
ный размер. К сожалению, до сих пор в паспорте станков не введены
такие точностные характеристики и поэтому в практике маши-
ностроения для установления допусков на межпереходные размеры
пользуются так называемой «средней» экономической достига-
емой точностью.
Даже в ГОСТах на проверку станков не регламентированы ре-
жимы обработки и входные данные обрабатываемых образцов или
деталей, при которых должна достигаться точность их обработки
на новых станках. Для упорядочения решения рассматриваемой
задачи в ГОСТах на проверку новых станков необходимо ввести
точностные характеристики образцов или деталей и условия, при
которых они могут быть получены. В качестве таких характеристик
можно указать величину уточнения 8, передаточного отношения £
с обязательной регламентацией условий, при которых должны про-
изводиться испытания (входные данные системы СПИД, колеба-
ния припуска и твердости материала, режимы обработки, геомет-
рия и состояние режущего инструмента и т. д.).
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТРЕБУЕМОГО СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ
МАТЕРИАЛА И ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
Требуемая служебным назначением шероховатость поверх-
ностей деталей машин задается при разработке конструкции ма-
шины в виде того или иного класса чистоты по ГОСТу 2789—59.
Одновременно для деталей многих машин устанавливаются и тре-
бования к состоянию поверхностного слоя материала, характе-
ризуемого структурой, твердостью, знаком и величиной напря-
жений и т. д.
Достижение установленных количественных показателей, ха-
рактеризующих перечисленные характеристики качества деталей
машин, должно быть обеспечено в результате их обработки. Сле-
320
Основы достижения качества деталей машин
довательно, при разработке технологического процесса должны
быть включены необходимые переходы или целые операции и по-
добраны необходимые для их выполнения оборудование и режимы
обработки.
Для получения требуемого состояния поверхностного слоя ма-
териала используются различные технологические процессы [21,
28]. Так, например, для получения плотного и износостойкого
поверхностного слоя металла используются:
1. Термическая обработка в виде нагрева, закалки и отпуска.
В зависимости от требуемой твердости и глубины слоя нагрев
ведется в различных печах, пропусканием электрического тока,
нагревом газовым пламенем, индук-
Рис. 227. Схемы устройств и
способов обработки поверхно-
стей деталей накатыванием
тивным нагревом т. в. ч. с последую-
щей закалкой олаждением; струей
жидкости или воздуха и т. д. Дости-
гаемая твердость поверхностных слоев
доходит до HRC 45—60. Для этих же
целей используется цементация по-
верхностных слоев с помощью раз-
личных карбюризаторов с нагревом
в печах, в газовых средах и т. д.
с последующей закалкой и отпуском,
азотирование, обеспечивающее полу-
чение чрезвычайно высокой твердо-
сти поверхностного слоя (до НВ 1000)
при минимальной деформации дета-
лей, так как процесс ведется при отно-
сительно низких температурах (550—500° С). Используются также
цианирование (насыщение поверхностного слоя углеродом и азотом),
хромирование и ряд других процессов. Наряду с перечисленным
находят применение и способы механического упрочнения поверх-
ностного слоя материала деталей. К ним относятся: накатывание
поверхностей деталей роликами, закрепляемыми в специальных
державках на суппортах станков (рис. 227, а и б). Ролики делают
закаленными до HRC 60 с полированной поверхностью диаметром
100—250 мм и шириной порядка 10—12 мм. Давление на ролик
берется 50—300 кг. В результате накатывания поверхностный
слой уплотняется и упрочняется, вследствие чего повышается
долговечность деталей от 50 до 100%. Чистота накатанной поверх-
ности достигает 10—12-го классов по ГОСТу 2789—59. Вальце-
вание поверхностей отверстий деталей шариками, роликами, про-
шивками создает на поверхности пластически уплотненный слой
глубиной до 0,8—1,0 мм при чистоте 9—10-го классов. Под валь-
цевание оставляется небольшая величина припуска (0,02—0,2 мм)
на диаметр. В качестве инструмента используются специальные
Обеспечение требуемого качества поверхностного слоя
321
раскатные головки с шариками или роликами, специальные про-
шивки и обычные шарики от подшипников.
Для упрочнения поверхностного слоя деталей используется
также дробеструйный наклеп, осуществляемый с помощью голо-
вок, в сопло которых подводится стальная дробь диаметром 0,4—
2 мм, выбрасываемая из него струей сжатого воздуха на обраба-
тываемую поверхность детали. Головка и кинематическая схема
Рис. 228. Схема дробеструйной установки для обработки поверхностей
деталей наклепом
дробеструйной установки для наклепа поверхностей зубчатых
колес показаны на рис. 228. Над рабочей камерой 1 установлено
два ротора 2, выбрасывающих дробь на зубчатые колеса 5, на-
детые по нескольку штук на оправки, вращающиеся от роликов 8
и вала 7. Подача зубчатых колес производится конвейером 6.
Отработавшая дробь поднимается элеватором 3 в бункер и очищает-
ся сепаратором 4. Глубина наклепа достигает 0,2—1 мм. Стальные
дробинки выбрасываются со скоростью 70—90 м/сек при помощи
пневматических или механических дробеметов. Количество дроби,
подаваемой в минуту, достигает до 150 кг. Шероховатость получае-
мой поверхности находится в пределах 4—6-го классов чистоты.
В поверхностном слое создаются условия более эффективного
его сопротивления пластической деформации и усталостному из-
носу, а также снижаются напряжения в местах их концентрации
11 Балакшин
Чистота поверхности ори различных видах обработки
Таблица «5
Вид обработки		Класс чистоты										
		3-й	4-й	5-й	I 6-й	| 7-й	| 8-й | 9-й	| 10-й	1 "* 1	| 12-й	| 13-й	| 14-й
		Ra в мк не более										
		20	10	5 1	1 2,5	| 1,25	0,63 | 0,32	1 0,16 |	0,08	0,04	0,02	| 0,01
Наружное точение	Черновое					1		1				
	Чистовое							1				
												
	Алмазное											
Сверление	—							1				
												
Зенкерование	Черновое					1	|					
												
	Чистовое							1				
												
Развертывание	Чистовое						1 1	1				
												
	Тонкое											
												
Протягивание	Чистовое											
												
	Отделочное			1	1							
												
Растачивание	Черновое						1 1					
	Чистовое							1 1	1			
												
	Алмазное											
Калибрование шариком	После сверления						 ——						
	После растачива- ния											
	—		1								1	
												
322	Основы достижения качества деталей машин
Продолжение табл. 5
Вид обработки		Класс чистоты											
		3-й j	4-й	5-й |	6-й |	7-й |	8-й |	9-й |	10-й |	11-й |	12-й |	13-й |	14-й
		Ra в мк не более											
		20	10	5 1	2S	1.25	0,63 1	0,32	0,16	0,08	0,04	0,02	0.01
Строгание	Черновое			1	1								
													
	Чистовое												
													
Фрезерование	Черновое												
													
	Чистовое												
													
Круглое шлифование	Черновое												
													
	Чистовое												
													
	Тонкое					1	1						
													
Плоское и внутрен- нее шлифование	Чистовое												
													
	Тонкое												
													
Хонингование	Черновое												
													
	Чистовое						*						
													
Суперфиниши- рование	Чистовое												
													
	Тонкое												
													
	Зеркальное												
													
Ручная доводка	Чистовая												
													
	Отделочная												
													
	Зеркальная												
													
Обеспечение требуемого качества поверхностного слоя
324
Основы достижения качества деталей машин
(в канавках, резких переходах из одних сечений к другим ит. д.). По-
вышению качества поверхностного слоя материала деталей способ-
ствуют также обработка с управлением упругими перемещениями
системы СПИД. Например, заточка режущих инструментов с по-
стоянной величиной давления способствует сохранению в более
узких пределах отклонений качества поверхностного слоя, в ре-
зультате чего увеличивается стойкость режущего инструмента.
При шлифовании исключается появление прижогов в поверх-
ностном слое металла деталей и т. д.
Для достижения требуемой шероховатости поверхностей де-
талей используются все виды механической, а также ряд процес-
сов электрической обработки. Каждый технологический процесс
обработки деталей характеризуется возможностью экономического
достижения надлежащего класса чистоты поверхности. Для ил-
люстрации в табл. 5 даны ориентировочные данные х. Факторов,
оказывающих влияние на чистоту поверхности обработанной де-
тали, много. Среди*них доминирующими являются: скорость ре-
зания, подача, геометрия, состояние режущего инструмента и ис-
пользуемая смазочно-охлаждающая жидкость. В зависимости от
требуемого класса чистоты поверхности приходится регламентиро-
вать надлежащим образом перечисленные факторы или дополни-
тельно использовать другие процессы, обеспечивающие достижение
требуемого класса чистоты. К ряду таких процессов относятся хо-
нингование, тонкое обтачивание и растачивание, суперфиниширова-
ние, полирование, притирка, абразивное гидрохонингование и др.
К электрическим способам получения высоких классов чистоты
поверхностей относятся:
1) электрополирование, основанное на неоднородном анодном
растворении отдельных участков шероховатой поверхности при
электролизе (электрополирование используется для получения
чистоты поверхностей выше 4-го класса);
2) анодно-механическая обработка, основанная на удалении
с поверхности нерастворимой пленки толщиной от нескольких
сотых до нескольких сот микрон. Пленка образуется на поверх-
ности металла, погружаемого в электролит, при пропускании по-
стоянного тока. Деталь используется как анод. Механическим
удалением пленки производят полирование поверхности, достигая
2—7-го классов чистоты. При анодно-механическом шлифовании
получают 6—10-й классы чистоты и при анодно-механической
доводке 9—12-й классы чистоты.
Таким образом, в зависимости от требуемого класса чистоты
выбирают один из имеющихся наиболее производительных про-
цессов.
1 По данным проф. д-ра техн, наук А. В. Панкина [29].
Глава
VI
ОСНОВЫ СНИЖЕНИЯ СЕБЕСТОИМОСТИ
МАШИНЫ
РАСЧЕТ СЕБЕСТОИМОСТИ ЕДИНИЦЫ ПРОДУКЦИИ
Выше указывалось, что каждая выпускаемая машина должна
полностью отвечать своему служебному назначению, т. е. об-
ладать требуемым качеством. Без соблюдения этого условия ни-
какое увеличение производительности общественного труда путем
сокращения себестоимости машины не имеет смысла. Опыт пока-
зывает, что сокращение себестоимости за счет снижения качества
машины приводит к увеличению расходов, связанных с эксплуата-
цией машины, сокращению ее срока службы, надежности в ра-
боте и т. п. Все это, в конечном счете, приводит к снижению произ-
водительности общественного труда, являющегося основным ис-
точником повышения материального и культурного уровня жизни
человека. Таким образом, обеспечение качества машины является
обязательным условием ее выпуска.
Себестоимость выпускаемой машины является одним из основ-
ных факторов, характеризующих в денежном выражении основ-
ные затраты обоих видов человеческого труда и материалов на ее
изготовление. Поэтому изучение основ снижения себестоимости
изготовления машины является одним из основных средств изго-
товления машин на заводе с наименьшими затратами.
Для решения поставленной задачи необходимо, прежде всего,
выявить основные факторы,оказывающие влияние на себестои-
мость изготовленной машины*. Для этого, используя ранее приве-
денную формулу себестоимости (2), рассмотрим несколько подроб-
нее ее слагаемые.
Расходы на материалы, затрачиваемые на изготовление еди-
ницы продукции, подсчитываются по формуле
р	р
m=s о1Я1- £g2(?2 руб.,	(170)
1=1	t=l
где Gx — масса материала каждой марки, расходуемого на из-
готовление единицы продукции, в кг\
326
Основы снижения себестоимости машины
qA — стоимость 1 кг материала надлежащей марки в руб.
б2 — вес массы отходов материалов каждой марки в кг-,
q2 — стоимость 1 кг отходов материалов в руб.
р — количество марок материалов расходуемых на изготовле-
ние единицы продукции.
Подсчет суммы расходов на заработную плату, затрачиваемых
на единицу продукции, производится по формуле
т
<171)
/«=1
где 3 — сумма расходов на заработную плату, затрачиваемых
на единицу продукции в руб.;
s — часовая ставка первого разряда, устанавливаемая на
определенный период времени коллективным договором,
в руб.;
— разрядный коэффициент работы, определяемый по ква-
лификационному справочнику;
/1 — количество станков или оборудования другого вида или
рабочих мест, обслуживаемых одним рабочим;
z2 — разрядный коэффициент работы, выполняемой наладчи-
ком, обслуживающим данный вид станка или другого
оборудования;
/2 — количество станков или оборудования другого вида, об-
служиваемого одним наладчиком;
t — время, затрачиваемое на операцию, в мин (трудоемкость),
иногда называемое штучно-калькуляционным;
т — количество операций, необходимых для изготовления еди-
ницы продукции.
Время I, затрачиваемое на операцию, слагается из двух частей:
1) подготовительно-заключительного времени, приходящегося на
единицу продукции, проходящей данную операцию, и 2) штучного
времени, т. е. времени, затрачиваемого на выполнение данной
операции.
Изложенное может быть записано в виде следующей формулы:
t =	+	(172)
где ТП1 a — подготовительно-заключительное время;
п — количество изделий в партии;
/шт — штучное время.
В подготовительно-заключительное входит время, затрачи-
ваемое на приемы, производимые рабочим один раз на всю партию
собираемых сборочных единиц или изготовляемых заготовок и де-
талей; время, необходимое на ознакомление с чертежом и техно-
Расчет себестоимости единицы продукции
327
логическим процессом, на подготовку рабочего места, оборудо-
вания, приспособления и инструмент, на наладку станка, получе-
ние и сдачу работы, снятие и сдачу приспособлений и инструмента,
сдачу чертежей, приведение в порядок станка после окончания
своей работы.
Штучное время ^ожет быть выражено формулой
+ Ajtf + ^<>»	(173)
где tom — основное технологическое время;
te — вспомогательное время;
tog — время обслуживания рабочего места;
td — время, необходимое на личные потребности и при уто-
мительных работах на отдых.
Основное технологическое время tom затрачивается на измене-
ние размеров, формы, состояния поверхностного слоя, структуры
материала (или других физико-механических свойств), заготовки
или детали, или на изменение ее положения в процессе сборки
и т. д.
Если перечисленные изменения производятся при помощи
оборудования — станка, пресса, печи — без участия человека,
основное технологическое время называется машинным. Если та-
кие изменения производятся человеком без помощи оборудования,
то в этом случае основное технологическое время называется руч-
ным. При изменениях, производимых одновременно при помощи
машины и с участием рабочего, основное технологическое время
называется машинно-ручным.
Вспомогательное время te затрачивается на приемы, сопут-
ствующие изменениям формы, размеров, состояния .или измене-
ния положения деталей. К такого рода приемам относятся: уста-
новка и закрепление деталей для обработки, открепление и снятие
их после обработки, пуск и останов станков и подъемников, загруз-
ка и выгрузка деталей из печей и ванн, измерение и перемещение
деталей на рабочем месте, подвод инструмента к детали и отвод
его и т. д.
Сумму основного технологического и вспомогательного времени
называют оперативным временем.
Время обслуживания to6 рабочего места представляет собой
время, затрачиваемое работающим на уход за рабочим местом
и поддержание его в рабочем состоянии.
Обычно время обслуживания to6 подразделяется на две части —
время технического и время организационного обслуживания
рабочего места.
Время технического обслуживания затрачивается на подна-
стройку системы СПИД, смену затупившегося режущего инстру-
мента, удаление стружки с рабочих органов.
328
Основы снижения себестоимости машины
Время организационного обслуживания рабочего места за-
трачивается на смазку и чистку оборудования, удаление стружки
со станка, приведение в порядок рабочего места. В ряде случаев
время обслуживания рабочего места нормируется в процентном
отношении к оперативному времени.
Время перерывов на отдых включает в себя лишь время, рег-
ламентированное условиями работы, например при работах, тре-
бующих интенсивного труда или затрат значительной физической
силы. При нормальных условиях работы нормируется лишь время
на личные потребности, которое обычно принимается равным
2% оперативного времени.
При определении штучного времени время обслуживания tog
и время перерывов на отдых td исчисляются обычно в процентах
от оперативного времени; тогда формула штучного времени при-
мет вид
U = (UW(l+4^)	(174)
или, если to6 + td обозначить через k, то
ч.
^шт ~ (tom 4~ (g) ( 1 4“ ((Jo) *
(175)
Нормируемое количество времени t, необходимое для выполне-
ния данной операции в нормальных производственных условиях
при наиболее экономичном использовании всех средств произ-
водства, получило название технической нормы времени.
Величина, обратная технической норме времени, получила на-
звание нормы выработки:
шт. в единицу времени.	(176)
Норму выработки за определенный промежуток времени, на-
пример за смену, можно определить делением продолжительности
времени одной смены Тсм на техническую норму времени:
Q —Том
Чем I
(177)
Определение технических норм времени получило название
технического нормирования.
Основы технического нормирования. Из формулы (172) видно,
что для установления нормы времени необходимо уметь опреде-
лять все ее слагаемые.
Расчет себестоимости единицы продукции
329
Наиболее просто определяется машинное время. Действительно,
для определения машинного времени Тмаш служит основная ис-
ходная формула
Тмаш=^ = ^,	(178)
где L — требуемое перемещение инструмента с рабочей подачей
относительно обрабатываемого объекта или, наоборот,
обрабатываемого объекта относительно инструмента в мм\
i — количество необходимых для обработки проходов;
S — минутная рабочая подача инструмента или обрабаты-
ваемой детали в мм/мин;
п — число оборотов или двойных ходов обрабатываемой детали
или инструмента;
s — рабочая подача инструмента или обрабатываемой детали
на один оборот шпинделя или двойной ход станка в мм.
Обычно величина L представляет собой сумму:
L = /1 + Ld + /2,	(179)
слагаемыми которой являются:
Ld — размер длины поверхности, указанный на чертеже об-
рабатываемого объекта;
4 — добавочное относительное перемещение инструмента или
детали, необходимое для исключения удара их одного
о другую; такие удары оказываются возможными вследствие
колебаний размеров поверхностей обрабатываемых деталей,
зазоров в кинематических цепях и упругих деформа-
ций звеньев системы СПИД, возникающих в результате
действия сил, особенно при быстром подводе инстру-
мента к детали или детали к инструменту;
Z2 — добавочное относительное перемещение инструмента и де-
тали, необходимое, в ряде случаев, для врезания и выхо-
да режущего инструмента, как это, например, показано
на рис. 229.
Формула (178) несколько видоизменяется в зависимости от
вида станка или другого оборудования, на котором произво-
дится обработка деталей, сохраняя свою принципиальную сущ-
ность.
Для токарной обработки, где ;г== формула (178) при-
нимает вид
’-«“ITOS-	<180>
330
Основы снижения себестоимости машины
Для обработки деталей на продольно-строгальном станке, где
и
1000(^4-^)
2 (Ld 4-2/0
L = В 4- /х 4- ^2,
(В — ширина поверхности, подлежащей обработке, в
vx — соответственно скорости рабочего и холостого
Ld
Сг
Рис. 229. Схема определения
длины хода инструмента
с рабочей подачей
Ci
ботки, технологических
ММ’, vp и
хода стола
станка в м/мин-, L°d — длина поверхно-
сти, подлежащей обработке, в мм), фор-
мула (178) принимает вид
т _2(В4-/14-/г)/(^4-2/Э ,1ЯП
С маш— 1000(t)p + vx)s • '	'
Исходные данные для подсчета Тмаш
берутся из рабочих чертежей деталей,
технологических процессов их изготов-
ления, нормативов по режимам обра-
характеристик и паспортных данных обо-
рудования и инструмента.
Сложнее обстоит дело с нормированием ручных приемов и их
элементов, так как время, необходимое рабочему для их выполне-
ния, пока не поддается расчету. Поэтому для нормирования руч-
ных приемов и их элементов используются различного рода норма-
тивные данные в виде таблиц, графиков и номограмм, в которых
даются нормы времени на выполнение типовых ручных приемов
и их элементов, связанных с подготовкой рабочего места к работе,
с управлением станком, со сменной установкой и закреплением
обрабатываемых деталей.
В качестве примера приведена одна из таких таблиц (табл. 6),
в которой дан ряд нормативных данных на вспомогательное время,
затрачиваемое на приемы управления станком.
Пользуясь таблицами такого рода, можно найти затраты вре-
мени на ручные приемы, которые должны быть осуществлены
при выполнении разработанного технологического процесса.
Разработка нормативных данных базируется на сборе, система-
тизации и математической обработке статистических данных о фак-
тических затратах времени на ручные приемы и их элементы при
выполнении существующих технологических процессов в нормаль-
ных производственных условиях и при нормальной интенсивности
труда.
Измерению затрат времени обычно предшествует изучение
технологического процесса, определение степени его устойчиво-
Расчет себестоимости единицы продукции
331
Таблица 6
Вспомогательное время на приемы управления станком
(токарно-револьверные)
иипиеоп до	Наименование приемов		Группа станков		
			 1	1 »	1 111
			Диаметр отверстия шпинделя в мм до		
			22	| 60	I по
			Время в мин		
1	Пустить или остановить двигатель кнопкой или выключателем		0,010	0,010	0,010
2	Включить или выключить вра- щение шпинделя	Отводкой	0,020	0,025	0,030
3		Рычагом или горизонтальной штангой	0,010	0,015	0,015
4	Изменить число оборотов шпин- деля	Одним рычагом	0,015	0,020	0,025
5		Двумя рычагами	0,025	0,030	0,035
6		Тремя рычагами	0,035	0,040	0,045
7	Изменить направление враще- ния шпинделя	Отводкой	0,030	0,030	0,040
8		Рычагом	0,015	0,015	0,020
9	Включить или выключить подачу рычагом		0,010	0,010	0,015
10	Изменить величину подачи	Одним рычагом	0,010	0,015	0,020
11		Двумя рычагами	0,015	0,025	0,030
12	Изменить направление подачи рычагом		0,010	0,015	0,020
13	Переместить каретку суппорта в продольном направлении маховичком вручную	На расстояние до 100 мм	——	0,020	0,025
332
Основы снижения себестоимости машины
Продолжение табл, б
№ позиции	Наименование приемов		Группа станков		
			1	1 » 1	111
			Диаметр отверстия шпинделя в мм до		
			22 1	I 60	| но
			Время в мин		
14 15 16 17	Переместить каретку суппорта в продольном направлении маховичком вручную	До 200 мм » 300 > > 400 > » 500 >	—	0,030 0,040 0,050 0,060	0,040 0,045 0,065 0,080
18 19 20 21 22 23	Переместить суппорт в попе- речном направлении махо- вичком вручную	До 25 мм >	50 » » 75 » >	100 » >	150 > >	200 >	0,020 0,030 0,040 0,050	0,025 0,035 0,045 0,060 0,080 0,100	0,035 0,045 0,060 0,070 0,095 0,120
24	Подвести инструмент к детали	На расстояние до 10 мм	0,020	0,020	0,020
25	Повернуть четырехрезцовую головку с ослаблением и креплением	На угол 90°	0,035	0,045	0,055
26		180°	0,040	0,050	0,060
27 28 29 30 31	Переместить револьверную го- ловку в продольном направ- лении маховичком или штур- валом вручную	На расстояние до: 100 мм 200 > 300 » 500 » 700 » .	0,020 0,030 0,040 0,035	0,020 0,030 0,040 0,060	0,030 0,040 0,050 0,080 0,095
32 33 34 35 36	Переместить револьверную го- ловку в поперечном направ- лении маховичком вручную	До 25 мм » 50 » » 100 » » 150 > > 200 >	0,020 0,030 0,040	0,020 0,030 0,040 0,050 0,060	0,025 0,040 0,055 0,065 0,080
37 38 39 40	Повернуть револьверную го- ловку (с вертикальной осью вращения) с откреплением и закреплением	На 1 гнездо » 2 гнезда >3	» >4	>	0,015 0,020 0,025 0,030	0,020 0,030 0,035 0,045	0,025 0,040 0,055 0,060
41 42 43 44	Подвернуть револьверную го- ловку (с горизонтальной осью вращения) маховичком вруч- ную	На 1 гнездо > 2 гнезда >3	> >4	>	0,015 0,020 0,025 0,025	0,020 0,025 0,030 0,035	0,025 0,030 0,035 0,040
Расчет себестоимости единицы продукции
333
сти и разбивка на последовательные, т. е. следующие один за
другим, отдельные ручные приемы, элементы приемов и элемен-
тарные движения, разделяемые так называемыми «фиксажными
точками». Обычно после этого, при помощи хронометра, произ-
водится замер продолжительности отдельных приемов. Процесс
замера получил название хронометража.
Замеры, как правило, повторяются несколько раз в зависи-
мости от продолжительности операции. В среднем делается 10
повторных замеров. Чем меньше время операции, тем больше от-
носительная погрешность измерения; поэтому, чтобы повысить
точность и надежность будущих нормативных данных, при малой
трудоемкости операции количество замеров увеличивают. С уве-
личением времени операции количество замеров сокращается
до пяти. Полученные хронометражные данные обрабатываются,
и на этой основе устанавливается обычно среднее время, затрачен-
ное на каждый прием.
Путем систематизации полученных таким способом однородных
данных из различных технологических процессов обработки де-
талей на однородных станках разрабатываются нормативные таб-
лицы приведенного выше типа.
Для изучения элементов отдельных ручных приемов, на кото-
рые затрачиваются иногда секунды и даже их доли, исполь-
зуется ускоренная киносъемка с отметкой малых промежутков
времени.
Опыт нормирования ручных приемов показывает, что для
получения наиболее надежных норм времени наилучшие резуль-
таты дает пользование исходными нормативными данными, имею-
щими однозначные цифровые значения по каждому ручному приему
или его элементу. Таблицы же, содержащие исходные нормативные
данные по каждому ручному приему в неоднозначной форме, т. е.
в виде наименьшего и наибольшего из возможных значений, так
же как графики и номограммы, вносят неоднородность в исходные
нормативы и тем самым увеличивают погрешности отдельных норм
времени, устанавливаемых различными работниками.
Имея исходные данные, -рассчитывают и устанавливают про-
грессивную норму времени, необходимую для выполнения опера-
ции. Под прогрессивной нормой времени понимается такая норма,
в которую заложены нормальные условия труда надлежащей
интенсивности на исправном оборудовании при использовании
всех возможностей системы СПИД. Благодаря этому прогрессив-
ная норма времени способствует устранению различного рода
неполадок и наилучшему использованию всех возможностей обо-
рудования, технологической оснастки и организации.
Из изложенного видно, что для установления технической
прогрессивной нормы времени следует иметь:
334
Основы снижения себестоимости машины
Операционно-нормировочная карта
VJ ОСТАЛЬНОЕ
Цех меха-
нический
Составил
Проверил
Утвердил
<	1 2 3	
			1	 ।
		
		

650
*— 350 -------------
h— 200

Участок
или
группа
валов
Состав нормы времени в
минутах	
Подготовительно-	6,8
заключительное Основное техноло-	
гическое .... На обслуживание рабочего места	4,85
и перерывы . .	0,49
Штучное		10,02
Рис. 230. Чертеж вала редуктора
1 № перехода	1	Переходы	Инструмент			Расчетные размеры обработки в мм				Припуск на сторону в мм	
		Режущий Наименова- ние и раз- меры	Марка мате- 1 риала	1	[Измери- тельный	Диаметр или длина хода	Длина обработки в направлении подачи	Врезание, под- ход и перебег	Расчетная длина		
А 1	Установить деталь и снять Обточить грубо поверхность 10 до ф 9О_оив	Резец проходной 20x30	Т5К10	Скоба	100	189	6	195	5	
2	Обточить грубо поверхность 8 до ф ЮО_о>1в			Скоба	ПО	140	6	146	5	
3	Обточить грубо поверхность 6 до ф Ю8_0>10			Скоба	120	123	7	130	6	
4	Подрезать уступ 9	Резец подрезной	Т5К10	Шаблон	100	15	2	17	5	
5	Подрезать уступ 7			Шаблон	108	14	2	16	4	
6	Подрезать уступ 5			Шаблон	122	14	2	16	7	
7	Обточить получи- сто поверхность# ДО Ф 12О_о>1	Резец проходной чистовой 20х 30	Т5К6	Скоба	122	90	9	99	1	
Расчет себестоимости единицы продукции
335
механической обработки
	ОПЕРАЦИЯ IV Наименование операции: грубая обработка с одной стороны (по- верхностей 5, 6, 7, 8, 9, 10) и получистовая обработка (поверхно- сти 4) Приспособление: центры, поводковый па- трон, хомутик Индекс 10-104-021 Разряд работы 4-й Станок — токарно-цен1ровой,	Н а 200; £ = 1000 Инвентарный № 356 Паспорт № 204 Число станков, обслуживаемых рабо- чим 	1 Число одновременно обрабатываемых деталей 	 1						Изделие 	 Редуктор Наименование детали . . Вал редуктора Кг детали	 12-205 № чертежа	 4723 Вид и размер заготовки . Штамповка Марка и механические свойства	материала 18ХНВА 	 аб	= 80-? 4- 90 кГ[мм*, НВ 232-251 Количество деталей на одно изделие	 1 Вес черновой заготовки . .	49 кг. Размер партии	 25	шт.					
	Число проходов	Глубина резания в мм	Режим обработки				Основное технологиче- ское время Го в мин	Вспомогательное время в мин на				
			Подача на обо- рот или двойной ход в мм	Скорость резания В M jMUH	Число оборотов или двойных хо- дов в минуту	Подача в мм [мин		смену инстру- мента	изменение режима		связанное с про- ходом	Всего
									подачи	оборотов		
	1	5	1,1	56,3	179	197	0,99	о,ю	0,07	0,11	0,31	0,59
	1	5	1,1	61,7	179	197	0,74	—	—		0,31	0,31
	1	6	0,98	55,5	147	144	0,90	—	0,07	0,11	0,31	0,49
	1	5	0,3 ручная	56,3	179	53,7	0,32	0,10	—	0,11	0,29	0,50
	1	4	0,3 ручная	60,6	179	53,7	0,30	—	—	—	0,29	0,29
	1	7	0,2 ручная	56,4	147	29,4	0,55	—	—	0,11	0,29	0,40
	1	1	0,25	144	375	93,75	1,05 4,85	0,1	0,07	0,11	0,42	0,70 4,68
336
Основы снижения себестоимости машины
1)	тщательно разработанный, с использованием передового
опыта, технологический процесс данной операции с перечнем
всех ручных приемов (а в ряде случаев и их элементов), содержа-
щий все исходные данные, необходимые для расчета машинного
времени;
2)	нормативы по выбору режимов обработки, технологические
характеристики и паспортные данные по оборудованию, техноло-
гической оснастке и инструменту;
3)	исходные нормативные данные по ручным приемам и их
элементам.
Наличие перечисленных данных позволяет отдельно пронор-
мировать время, потребное на ручные приемы, и подсчитать ма-
шинное время. После этого простым суммированием продолжи-
тельности не совмещенных во времени ручных приемов и машин-
ных времен подсчитываются оперативное и подготовительно-за-
ключительное времена. Имея эти данные, по формулам (172) и
(173) определяют техническую прогрессивную норму времени.
В качестве примера даны чертеж (рис. 230) и карта расчета
нормы времени на черновую обработку вала редуктора. Изложен-
ный метод нормирования, получивший название аналитически
расчетного, отличается от других наиболее детальной разработкой
технологического процесса с учетом наиболее передового опыта
и использованием новейшей техники. Этот метод рекомендуется
в качестве основного для расчета прогрессивных технически обо-
снованных норм времени.
Установление таких норм времени диктуется, во-первых, тре-
бованием непрерывного повышения производительности труда и
наиболее экономичного использования всех средств производ-
ства и, во-вторых, необходимостью обеспечить надежные исходные
данные для планирования производства, так как нормы времени,
устанавливаемые на отдельные технологические операции, яв-
ляются основой планирования.
Неправильные нормы времени приводят к значительным по-
грешностям в планировании и способствуют нарушению ритмич-
ного хода производства.
В зависимости от изменения факторов, действующих при вы-
полнении технологического процесса, время, фактически затра-
чиваемое на выполнение операции технологического процесса,
может отличаться от расчетной нормы в ту и другую сторону.
Следовательно, на норму времени, как и на всякую величину,
имеющую отклонения, строго говоря, следовало бы устанавли-
вать допуск; как будет показано ниже, это имело бы прогрессивное
значение при планировании производства и его организации.
Нормирование должно производиться высококвалифицированны-
ми работниками, хорошо знающими оборудование, инструмент
Расчет себестоимости единицы продукции
337
и другую оснастку современного производства, так как, в против-
ном случае, нормы могут оказаться недостаточно обоснованными
и ошибочными.
Рассчитанные изложенным методом нормы проверяются при
внедрении выбранного варианта технологического процесса и
уточняются, если при освоении запроектированного технологи-
ческого процесса в него вносятся те или иные изменения. Уста-
новленные, таким образом, уточненные нормы времени сохраня-
ются до первого внесения какого-либо усовершенствования в тех-
нологический процесс. Каждое улучшение технологического про-
цесса (изменение самого процесса, внедрение нового обрудования,
приспособления, инструмента и т. д.) требует пересмотра норм
времени.
Техническое нормирование, как и всякий человеческий труд,
должно способствовать увеличению производительности общест-
венного труда. Следовательно, затраты на установление норм
времени, как и на разработку технологических процессов, не
должны быть чрезмерными, так как, в противном случае, это при-
ведет только к увеличению себестоимости единицы продукции,
а следовательно, и к снижению производительности труда.
Чем больше количество изделий или деталей подлежит изго-
товлению по неизменяемым чертежам и чем выше трудоемкость
их изготовления, тем тщательнее и детальнее разрабатываются
технологические процессы, тем точнее должны быть установлены
технические нормы времени. Связанные с этим затраты квалифи-
цированного труда и другие расходы быстро окупаются той эко-
номией, которая достигается уменьшением потерь в производи-
тельности труда рабочего и лучшим использованием средств про-
изводства.
По мере того, как количество изделий, полежащих изготов-
лению, уменьшается, естественно, должны сокращаться и расходы
на разработку технологических процессов и установление норм
времени. В таких случаях наиболее рационально пользоваться
укрупненными нормативами, создаваемыми на базе аналитически
расчетного метода. Для разработки таких нормативов поступают
следующим образом. Тщательно разрабатывают технологические
процессы для обработки нескольких, отличающихся друг от друга
размерами, деталей из группы деталей одного служебного назна-
чения, например гладких втулок, ступенчатых валиков или зуб-
чатых колес одного класса.
Используя аналитический расчетный метод, нормируют опе-
рации. Полученные нормы времени в виде точек наносят на гра-
фики; по оси ординат откладывают время, затрачиваемое на вы-
полнение операции; на оси абсцисс — один из параметров об-
рабатываемой детали, характеризующий затраты времени на дан-
338
Основы снижения себестоимости машины
ную операцию. Полученные точки соединяют плавной кривой,
как это схематически показано на рис. 231. В ряде случаев путем
математической обработки находят эмпирическую формулу.
Используя метод интерполяции, или реже экстраполяции по
данным полученного графика, или применяя эмпирическую фор-
Рис. 231. График зависимо-
сти времени револьверной
обработки колец от их диа-
метра
мулу, составляют таблицу однозначных норм времени на ана-
логичные операции обработки подобных деталей, но других раз-
меров.
В качестве примера приведены нормы времени на револьвер-
ную обработку колец, построенные по кривой рис. 231.
Диаметр кольца в мм . . . . 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Норма времени в мин..... 1,9 2,3 3,0 3,6 4,0 4,6 5,1 6,0 6,8 7,5
Если норма времени на ту или иную операцию зависит от не-
скольких параметров, то вместо одной строят семейство кривых,
как это, например, показано на рис. 232 для валов различных
диаметров и длин.
По мере улучшения технологического процесса в нормы вре-
мени вносятся поправки. Для этого бывает достаточно пронорми-
ровать операцию для одной детали, и определив по полученной
(на графике) точке разницу в нормах времени (старой и новой),
сдвинуть шкалу норм времени на надлежащую величину, после
чего внести необходимые поправки в табличные данные. Описан-
ный метод нормирования по укрупненным нормативам получил
название нормирования методом сопоставления или сравнения.
В ряде случаев аналитически расчетный метод нормирования за-
меняется статистическим и опытным методами. При статистическом
Расчет себестоимости единицы продукции
339
методе нормы времени устанавливают на основании обработки
статистических данных о времени, фактически затраченном на
выполнение аналогичных операций обработки подобных деталей
на станках одинакового типоразмера. Норма времени устанавли-
вается сразу на всю операцию. В основе опытного метода норми-
рования заложен производственно-технический опыт работника,
устанавливающего нормы времени на отдельные операции. Эти
методы получили название сум-
марного нормирования, так как
нормы времени устанавливаются
здесь сразу на всю операцию,
без анализа технологического
процесса, выявления возможно-
стей системы СПИД и без учета
передового опыта.
Методы суммарного нормиро-
вания по существу фиксируют
достигнутый в прошлом уровень
производительности труда и не
отражают новых возможностей
более производительного и эко-
номичного использования всех
средств производства и внедре-
ния новой техники.
Поэтому последние два ме-
тода считаются малопригодными
для нормирования, и их исполь-
зование не рекомендуется. Рис. 232. график для определения
Определение расходов на СО- норм времени на шлифование незака-
держание И амортизацию средств ленных гладких валов из стали
труда. Для осуществления техно-	с ав = 53 -ь 60 кПмм*
логических процессов следует со-
держать средства труда в таком состоянии, чтобы они в любой
момент времени могли правильно выполнять свое служебное наз-
начение. Для этого необходимо, чтобы все средства труда находились
в теплом и светлом помещении, снабжались для приведения в дей-
ствие потребной электроэнергией, сжатым воздухом, топливом,
смазкой, охлаждением и своевременно ремонтировались. На все
это расходуются средства, называемые расходами на содержание
средств труда. Эти расходы обычно подразделяются на расходы
по содержанию оборудования, приспособлений и инструмента.
Средства труда постепенно изнашиваются. Различают два вида
износа: физический, в результате которого средства труда лиша-
ются возможности выполнять свое служебное назначение, и мо-
ральный,-в результате которого использование имеющихся средств
340
Основы снижения себестоимости машины
труда, даже находящихся в хорошем состоянии, становится не-
экономичным вследствие появления новых, более современных
и экономичных.
Средства, необходимые для замены износившегося оборудования,
приспособлений и инструмента новыми, накапливают за опреде-
ленный период времени путем так называемых амортизационных
отчислений, входящих в качестве одного из слагаемых в себесто-
имость единицы продукции.
Оборудование, приспособления и инструмент принято делить
на два основных вида — универсальные и специальные.
К универсальным относятся: оборудование, приспособления
и инструмент, которые можно использовать для изготовления или
обработки различных изделий (или деталей).
К специальным относятся: оборудование, приспособление и
инструмент, при помощи которых можно изготовлять или обра-
батывать одно или одновременно несколько изделий (или деталей),
для которых они предназначены.
При снятии с производства такого изделия (или детали), спе-
циальное оборудование, приспособление и инструмент совсем
не могут быть использованы или требуют значительных допол-
нительных затрат на их переделку с целью использования при
обработке нового изделия (или детали).
Подсчет суммы амортизационных отчислений, входящих в себе-
стоимость единицы продукции, производится различно для уни-
версальных и специальных средств труда.
Для универсальных средств труда подсчет производится сле-
дующим образом. Вначале подсчитывают сумму амортизационных
отчислений, приходящихся на 1 мин работы оборудования, при-
способления и инструмента. Затем, взяв из карт технологического
процесса каждой операции время обработки или изготовления
данной детали (или изделия), простым умножением на каждую
из этих величин надлежащих амортизационных отчислений, при-
ходящихся на 1 мин, получают суммы амортизационных отчисле-
ний, входящих в себестоимость каждой операции. Суммированием
амортизационных отчислений по всем операциям определяют
общую сумму амортизации, приходящуюся на единицу про-
дукции.
Для специальных средств труда сумму амортизационных от-
числений, входящих в себестоимость единицы продукции, под-
считывают путем деления первоначальных расходов на необходимое
оборудование, приспособления и инструмент на общее количество
изделий, подлежащих изготовлению по неизменяемому чертежу.
Расходы на содержание и амортизацию оборудования (О) сла-
гаются из расходов на электроэнергию, необходимую для работы
оборудования (Ох), расходов на амортизацию оборудования (О2),
Расчет себестоимости единицы продукции	341
расходов на ремонт оборудования (О3) и расходов на амортиза-
цию части здания, относящейся к данному оборудованию (О4).
Таким образом,
0 = 01 + 02 + 0s + 04.	(182)
Ниже приводятся формулы для подсчета каждого из слагаемых.
Расходы на электроэнергию
т
<183’
*=1
где Л4 — мощность электродвигателей в квт\
kM — коэффициент машинного времени работы электродвига-
телей, представляющий собой отношение машинного вре-
мени к общему времени обработки;
q — стоимость 1 кет • ч электроэнергии;
— к. п. д. двигателей;
т|с — к. п. д. сети (^0,96);
t — время, затрачиваемое на операцию, в мин\
т — число операций.
Расходы на амортизацию универсального оборудования
т
°2 = 2 лиоо-бо	(1 84)
1 = 1
расходы на амортизацию специального оборудования
т
(185)
«=1
где S — стоимость единицы оборудования в руб.;
аг — процент амортизационных отчислений;
п — количество единиц одинакового оборудования, необхо-
димого для выполнения данной операции;
F — годовой фонд времени работы оборудования в ч;
— коэффициент использования оборудования, представляю-
щий собой отношение времени работы оборудования к об-
щему времени обработки;
I — общее количество объектов производства, подлежащих
обработке по неизменяемому чертежу.
Расходы на ремонт оборудования
т
342
Основы снижения себестоимости машины
где а2 — средняя норма расходов на ремонт в процентах от рас-
ходов на амортизацию оборудования.
Расходы на амортизацию части здания, относящейся к данному
оборудованию:
°‘-2гта‘-	<187>
где Q — площадь здания, занимаемая оборудованием и обеспе-
чивающая возможность обработки на нем изделий, в ма;
Н — высота здания в ж;
b — стоимость 1 jws здания в руб.;
Оз — процент амортизации здания.
Расходы П на содержание и амортизацию приспособлений (или
другой технологической оснастки) на единицу продукции:
универсальных
<|88>
1=1
специальных
т
<189>
/=1
где Д — стоимость единицы приспособления в руб.;
а4 — процент амортизационных отчислений;
а5 и ав — расходы на содержание (эксплуатацию) приспособле-
ния, выраженные в процентах от его стоимости.
Расходы И на содержание и амортизацию инструмента, при-
ходящиеся на единицу продукции, подсчитываются по следующим
формулам:
универсального
т S
<190’
специального
т S
Ях = 2	+ Уя)^,	(191)
i=i ь=1
где J — стоимость инструмента в руб.;
i — количество переточек, допускаемых инструментом;
tn — время, затрачиваемое на одну переточку, в ч;
гв — стоимость одного часа переточки инструмента в руб.;
Расчет себестоимости единицы продукции	343
ku — коэффициент использования инструмента по времени,
представляющий собой отношение времени работы дан-
ного инструмента к общему времени обработки /; '
а — количество одинаковых, одновременно работающих ин-
струментов;
R — стойкость инструмента, т. е. продолжительность его ра-
боты между двумя переточками в час;
kc — количество одинаковых инструментов, необходимых для
выпуска I объектов, изготовляемых по неизменяемому
чертежу;
S — количество различных типов инструментов, одновременно
работающих на каждой из операций.
Таким образом, имея в своем распоряжении все необходимые
данные, можно определить себестоимость единицы продукции,
используя формулу (2).
Выше указывалось, что основным показателем экономичности
изготовления единицы продукции является себестоимость единицы
продукции. В ряде случаев, когда, например, изменение конструк-
ции и технологии изготовления нескольких деталей какой-либо
сборочной единицы изделия не сказывается на конструкции (и
технологии изготовления) других сборочных единиц, надобность
в' калькуляции себестоимости всего изделия (в целях сравнения
вариантов) отпадает. В таких случаях можно и целесообразно
определять себестоимость рассматриваемых вариантов конструкции
только надлежащей сборочной единицы. Аналогично поступают
и в тех случаях, когда, например, изменение конструкции или
технологии изготовления какой-либо детали не сказывается су-
щественно на изменении количества материала, расходуемого на
ее изготовление. В таких случаях обычно оказывается достаточным
сопоставить себестоимость вариантов обработки, не включая рас-
ходов на материал.
В ряде случаев бывает достаточно сопоставить себестоимость
выполнения даже отдельных операций технологического процесса,
если все остальные операции не претерпевают каких-либо замет-
ных изменений.
Выбор наиболее экономичного варианта технологического про-
цесса. Для сопоставления двух и большего количества возможных
вариантов конструкции машины или технологических процессов
с целью выбора наиболее экономичного, можно воспользоваться
графо-аналитическим методом. Для этого все расходы, свя-
занные с выполнением надлежащих вариантов, делят на две
группы:
расходы, не зависящие от количества подлежащих обработке
заготовок, деталей или машин, и расходы, зависящие от количества
заготовок, деталей или машин, подлежащих изготовлению.
344
Основы снижения себестоимости машины
В первую группу включаются такие расходы, как расходы
на оборудование, приспособления и комплект инструмента, на-
стройки оборудования и процесса и т. д. Во вторую группу вклю-
чаются расходы на заработную плату рабочему и наладчику,
расходы на материалы, содержание и амортизацию оборудова-
ния, приспособлений и инструмента, электроэнергию.
Рис. 233. Графическое сопоставление себестоимости трех раз-
личных вариантов технологического процесса
Если обозначить первую группу расходов через Ь, вторую
через т и количество изделий через х, то себестоимость изготовле-
ния х единиц продукции выразится формулой
С = Ь + тх.	(192)
Формула (192) действительна только в пределах значений от
х = 0 до х = при котором вместо одной единицы оборудования,
с установленными на нем приспособлениями и инструментами,
требуются уже две, вследствие чего независимые расходы Ь уве-
личатся сразу в 2 раза. Аналогичное явление будет происходить
каждый раз, когда при увеличении количества изделий потре-
буется добавлять единицу оборудования с необходимым количеством
приспособлений и инструмента.
Изложенное можно представить в виде графика в координатах
С — х (рис. 233).
При сравнении нескольких вариантов технологических про-
цессов, например трех, понадобится составить три уравнения
типа (192):
== Ьк 4” tri^x\ С 2 == 4- т^х} С3 == b$ 4“	(193)
Расчет себестоимости единицы продукции	345
каждое из которых действительно в различных пределах значения
величины х.
Из графика следует, что при х — хг при первом варианте тех-
нологического процесса следует добавить единицу оборудования
с потребным количеством приспособлений и инструментов и сделать
то же самое второй раз при х = х4. При втором варианте техно-
логического процесса добавление одной единицы оборудования
необходимо при х = х3; при третьем варианте значение х, при
котором надо добавлять оборудование, находится за пределами
графика.
Из рассмотрения графика видно, что при значениях х от О
до X! обработку детали экономичнее вести по первому варианту
технологического процесса; в пределах х от х, до х2 — по второму
варианту и после х = х3 — по третьему варианту. Из графика
также видно, что если сопоставлять только первый и второй ва-
рианты, то первый вариант оказывается экономичнее второго
в пределах значений х от 0 до хх и от х3 до х4, а второй вариант
экономичнее первого в пределах значений х от хх до х3 и от х4 до
некоторого значения х5, выходящего за пределы графика.
Таким образом, графики рассмотренного вида, построенные
для различных технологических процессов изготовления типовых
деталей или сборочных единиц изделий, применительно к данным
производственным условиям, позволяют правильно и быстро вы-
бирать наиболее экономичный вариант технологического процесса
как при освоении новых, так и при изменении количества выпускае-
мых изделий.
Нанесение на графики кривых себестоимости обработки деталей
по каждому вновь появляющемуся технологическому процессу,
связанному с возможностью использования новых видов обору-
дования, приспособлений, инструмента и т. д., позволяет легко
видеть область его экономичного использования и определять его
эффективность.
Используя приведенные выше формулы, можно разработать
алгоритмы, т. е. системы вычислительных и логических операций,
подлежащих выполнению в строго определенной последовательности
для решения задачи сопоставления и выбора наиболее экономич-
ного варианта технологического процесса в заданных производ-
ственных условиях.
Используя алгоритмы, можно разработать рабочие программы
для решения задачи на любой универсальной цифровой автомати-
ческой вычислительной машине.
Ознакомившись с основными факторами, влияющими на се-
бестоимость изготовления машины, и методами расчета их влия-
ния, можно перейти к рассмотрению вопроса управления этими
факторами для снижения себестоимости.
346
Основы снижения себестоимости машины
Количество машин. Наиболее существенное влияние на снижение
себестоимости машины оказывает количество машин данной модели,
подлежащих изготовлению: а) в единицу времени (смену, месяц,
год); б) в течение возможно более длительного времени по неиз-
меняемым чертежам.
Количество машин, подлежащих изготовлению в единицу вре-
мени, определяется потребностями народного хозяйства. Дли-
тельность времени выпуска машины, или, другими словами, об-
щее количество машин, изготовляемых по неизменяемым черте-
Рис. 234. График, показываю-
щий сокращение суммы затрат
на оборудование и технологи-
ческую оснастку, приходящуюся
на одну машину, по мере уве-
личения выпуска машин
жам, зависит от морального износа
машины.
Под моральным износом пони-
мается потеря машинной возможности
экономично выполнять свое служеб-
ное назначение по сравнению с новой
машиной того же назначения, обла-
дающей более высокими технико-эко-
номическими показателями. Действи-
тельно, если новая машина даже при
более высокой стоимости обладает
настолько большой производитель-
ностью, что себестоимость выпускае-
мой ею единицы продукции ни^ке,
чем на ранее изготовленной машине,
эксплуатация последней становится
не экономичной.
Чем лучше в конструкции машины
отражены современные достижения,
тенденции и перспективы развития
науки и техники, тем выше ее технико-экономические показатели,
тем, при прочих равных условиях, меньше будет ее моральный
износ, тем дольше во времени, а следовательно, и в большем
количестве, такая машина будет изготовляться без изменения.
С увеличением количества выпускаемых машин меняется структура
себестоимости машины вследствие уменьшения доли затрат живого
труда и увеличения доли затрат овеществленного труда при одно-
временном снижении их суммы. Объясняется это тем, что с уве-
личением количества машин, подлежащих изготовлению, возра-
стает возможность использования более дорогого, но и более произ-
водительного оборудования, инструмента и другой технологической
оснастки, способствующей сокращению трудоемкости изготовления
машины.
Из графика на рис. 234 видно, как с увеличением количества
машин сокращается доля первоначальных затрат, приходившаяся
на одну выпускаемую машину.
Расчет себестоимости единицы продукции
347
Из изложенного следует, что одним из основных мероприятий,
способствующих снижению себестоимости машины при известной
в них потребности, является всемерное увеличение количества
машин, их сборочных единиц и деталей, подлежащих изготовлению
по неизменяемым чертежам. Средствами для этого служат:
1.	Разработка конструкции машины с максимальным учетом
достижений и перспектив развития науки и техники и вследствие
этого создания машины с наименьшим моральным износом,
Рис. 235. Схема унификации ряда сборочных единиц фрезерных станков
2.	Широкая унификация машин на основе конструктивной
преемственности, т. е. использование в различных машинах одних
и тех же сборочных единиц и деталей: например, использование
в различных конструкциях станков одинаковых гидравлических
насосов, гидроцилиндров, панелей управления и т. д. позволяет
сконцентрировать их изготовление в отдельных цехах завода
путем увеличения выпуска и использовать при этом наиболее
производительные методы изготовления. В качестве примера на
рис. 235 показана унификация ряда узлов фрезерных станков
(узлы, используемые на различных станках, заштрихованы оди-
наково), позволяющая увеличить их выпуск на заводе с исполь-
зованием более производительных процессов и оборудования.
Унификация карбюраторов, электродвигателей, шарикоподшип-
ников и т. д. позволяет увеличить их количество и организовать
специальные цехи или заводы с использованием наиболее произ-
водительных процессов изготовления.
348
Основы снижения себестоимости машины
3.	Нормализация и ограничение номенклатуры применяемых
в конструкции машины диаметров отверстий резьб, диаметров
валов, шлицев и т. д. позволяет увеличить их количество и тем
самым сократить номенклатуру используемого режущего и из-
мерительного инструмента, а следовательно, первоначальные зат-
раты на них, так же как и вспомогательное время на смену инстру-
мента.
СОКРАЩЕНИЕ РАСХОДОВ НА МАТЕРИАЛЫ
Основными путями сокращения расходов на материалы, за-
трачиваемые на изготовление машины, как это следует из фор-
мулы (170)
р	р
М = S ^141 S ^2?2»
i = l	i = l
являются:
1)	сокращение массы материалов, расходуемых на изготовление
одной машины, т. е. величины 2^;
2)	использование, по возможности, более дешевых материалов,
т. е. материалов с наименьшей стоимостью единицы веса
3)	получение отходов материалов в наиболее ценном виде,
с целью последующего использования их для изготовления дру-
гих деталей, т. е. увеличение величины q2.
Сокращение массы материалов, затрачиваемых на изготовление
одной машины, зависит в первую очередь от того, насколько ра-
ционально разработана конструкция машины. Недостаточное зна-
ние свойств материалов, недостаточно стабильное качество ма-
териалов и приближенные методы расчета приводят, в конечном
счете, к значительным величинам запасов прочности, т. е. к из-
лишнему расходу материалов.
Повышение однородности свойств материалов является одним
из средств сокращения их расхода. Например, использование
однородных исходных материалов при составлении щихты, ра-
циональное ведение технологии плавки, литья и остывания отли-
вок повышает однородность свойств металла литых заготовок,
приводит к уменьшению колебаний массы отливки, сокращению
брака и к повышению производительности операций последующей
обработки.
Сокращение различного рода отходов и потерь материалов яв-
ляется одним из основных технологических и организационных
мероприятий, способствующих сокращению расходов на материалы.
Значительное количество отходов и потерь имеет место на машино-
строительных заводах при получении заготовок деталей. К такого
рода отходам и потерям относятся угар металлов при плавке
Сокращение расходов на материалы
349
сплески, скрап, остатки в плавильных агрегатах, окалина при
нагреве, отходы в виде заусенцев, обрезки, облой, брак загото-
вок и др.
При механической обработке часть материалов уходит в стружку,
в обрезки при раскрое деталей из листового материала, в обрезки,
получающиеся из-за некратности длины детали длине куска ис-
ходного материала при прутковых заготовках и в виде кусков,
необходимых для закрепления деталей при обработке, на изго-
товление пробных деталей при настройке системы СПИД на тре-
буемую прочность и др. *
Сокращение потерь и отходов не только экономит материалы,
позволяя увеличить выпуск изделий, но и экономит непроизво-
дительные затраты обоих видов труда как на данной, так и на всех
предшествующих стадиях производства.
Для суждения о рациональности использования материалов
обычно служит коэффициент использования материала пред-
ставляющий собой отношение массы материала готового изделия
g2 к массе материала glt затраченного на его изготовление:
(194)
По данным М. Д. Горшунова [30], в 1952 г. потери черных
металлов в машиностроении составляли в среднем 20—25%, из
них около половины составляли потери в кузнечных цехах. От-
ходы металлов в стружку при обработке резанием по данным того
же автора доходили в 1952 г. до 28%, причем коэффициент ис-
пользования металла не превышал 0,55.
По данным Ю. Е. Максарева [31] (1959 г.), безвозвратные
потери при обработке металла в машиностроении составляли около
2 млн. т в год и отходы в стружку порядка 4,5 млн. т в год.
Потери материалов сокращаются с уменьшением количества
стадий, которые проходит продукт природы до его превращения
в готовое годное изделие. Идеальным было бы непосредственное
превращение продукта природы в годное изделие. В машиностроении
эта тенденция сводится к непосредственному получению годного из-
делия из полуфабриката или к сокращению до минимума коли-
чества операций, которые должен пройти полуфабрикат до его
превращения в готовое изделие. Например, непосредственное по-
лучение готовых болтов диаметром М10 из круглого прутка на
современных холодно-высадочных автоматах позволяет сократить
отход металла, как это видно из рис. 236, в 2,4 раза по сравнению
с изготовлением тех же болтов из шестигранного прутка на токар-
ном автомате.
Если получить готовое изделие непосредственно из полуфабри-
ката не удается, наибольший эффект дает повышение качества
350
Основы снижения себестоимости машины
Рис. 236. Сравнительное количество отходов
металла при изготовлении болта на токар-
ном автомате и методами холодной высадки
с последующей накаткой резьбы -
заготовки путем максимального приближения ее по форме и раз-
мерам к готовому изделию. При этом не только экономится ма-
териал, но и сокращаются затраты, связанные с необходимостью
съема с заготовки излишнего материала для ее превращения в го-
товое изделие. Примером может служить сопоставление масс за-
готовок коленчатого вала, из которых одна, полученная свободной
ковкой, составляет 162,7 кг
(рис. 237, а), а другая,
близкая по размерам к го-
товому коленчатому валу
(рис. 237, б), полученная
штамповкой в закрытых
штампах, составляет 87 кг,
что дает сокращение рас-
хода металла почти в 2
раза.
Трудоемкость механиче-
ской обработки при одина-
ковом масштабе выпуска и
на том же оборудовании
в первом случае составляет
40,6 нормо-часа, а во вто-
ром — всего 19 нормо-ча-
сов, т. е. сокращается на
59%.
Переход от литья в зе-
млю к литью в кокиль
для стола горизонтально-
фрезерного станка дал сни-
жение массы отливки с 107
до 85 кг, или на 20,6% при
одновременном снижении трудоемкости механической обработки
с 23,14 до 16,4 ч, или на 29%.
Значительную экономию металла, во многих случаях, дает
использование сварных, штампо-сварных и лито-сварных заго-
товок. Примером может служить перевод конструкции передней
тормозной камеры колеса автомобиля с литой (рис. 238, а) на
штампо-сварную (рис. 238, б). Если литая камера имеет массу
1,8 кг, то масса штампо-сварной заготовки снижается до 0,44 кг,
или на 75,6%. При этом трудоемкость изготовления камеры сни-
жается с 9,6 до 2,71 мин, или на 71,8%, а себестоимость изго-
товления — на 64%.
Значительную экономию листового материала дает рациональ-
ный раскрой листов, в особенности сопровождаемый изменением
конструктивных форм деталей, способствующий сокращению отхо-
Сокращение расходов на материалы
351
30
Рис. 237. Заготовки коленчатого вала
Контактная сварка S 4-х точках
Рис. 238. Литая и штампо-сварная конструкция передней тормозной
камеры колеса автомобиля
352
Основы снижения себестоимости машины
дов. Примером служит небольшое конструктивное изменение де-
тали (рис. 239, а и б), позволившее сократить отходы на 25%.
Из рассмотренных примеров видно большое влияние повышения
качества заготовки на экономию материалов и, следовательно,
затрат на материалы в структуре себестоимости машины.
Использование наиболее дешевых материалов. Наиболее глубо-
кое выявление служебного назначения каждой детали в машине
и четкие формулировки всех условий, в которых должна работать
та или иная деталь, дают возможность использовать для ее из-
готовления наиболее дешевые материалы без снижения качества
машины. Примером может служить замена стальных шпинделей,
Рис. 239. Схема изменения конструкции
детали, способствующая сокращению от-
ходов металла
в ряде станков, литыми чу-
гунными, замена ряда сталь-
ных деталей (например, рыча-
гов, вилок и др.) деталями
из ковкого или модифициро-
ванного чугуна и т. д.
Уровень развития совре-
менной технологии позволяет
делать отдельные части той
или иной детали, работающие
в различных условиях, из
разных материалов. Напри-
мер, втулку, служащую опо-
рой для вала, делают из раз-
ных материалов: внутреннюю
часть втулки — из более дорогого цветного сплава, а основную
часть — из обычной стали (биметаллические втулки).
Головка выхлопного клапана двигателей внутреннего сгорания
работает в потоке горящих газов с высокой температурой, в то
время как стержень клапана работает в нормальных условиях.
Стыковая сварка позволяет делать стержень клапана из обычной
хромистой стали, а головку клапана из жаростойкой сильхромо-
вой стали 4Х10С2М (рис. 240).
Во многих случаях экономия металла получается при переводе
ряда деталей на изготовление из различного рода заменителей —
древопластики, пластмассы и др.
Получение отходов в наиболее ценном виде. Отходы, получаемые
при обработке различных материалов, могут иметь различную
стоимость, зависящую от той или иной возможности их дальней-
шего использования. Действительно, если при обработке отходы,
например, металла, превращаются в стружку, обрезки, заусенцы
и т. п., то стоимость 1 кг отходов получается значительно ниже
первоначальной стоимости материала. Если отходы могут быть
использованы для получения полноценных заготовок для изго-
Сокращение расходов на материалы
353
товления других деталей, стоимость их обычно или не отличается
от первоначальной стоимости материала или близка к ней.
Заготовки (ЬХ10С2М)
------------136----
10*г На сварку
а)
270±2-
ИХ10С2М
Стыковая сварка до высадки
4,75
145
40Х*
152 не менее------*
в)
Рис. 240. Заготовка клапана (а) и готовый клапан (б) из двух раз-
личных материалов, сваренных стыковой "сваркой
Рис. 241. Пример полноценного использования отходов для после-
довательного изготовления заготовок нескольких деталей
Примером полноценного использования отходов может служить
получение четырех заготовок колец и стержня резца из отходов,
образующихся при изготовлении каждой предшествующей за-
готовки, как это видно из рис. 241. Другим примером может слу-
жить получение отхода в виде стержня металла при кольцевом
12 Балакшин
354
Основы снижения себестоимости машины
сверлении детали большой длины специальной кольцевой головкой,
как это показано на рис. 242.
На ряде заводов отходы нередко используются для изготовле-
ния других деталей машины или других машин или изделий ши-
рокого потребления.
Рис. 242. Схемы высвер-
ливания центральной ча-
сти заготовки в виде
стержня вместо превраще-
ния ее в стружку:
1 — обрабатываемая деталь;
2 — сверлильная головка;
3 — высверливаемый стер-
жень (отход)
Сокращение расходов на заработную плату, приходящихся на еди-
ницу продукции. Сокращение расходов на заработную плату, при-
ходящихся на единицу продукции, как это видно из формулы (171)
L\h + fc/60’
1 = 1
может быть осуществлено путем: 1) сокращения времени, затра-
чиваемого на выполнение операции /; 2) увеличения количества
единиц оборудования, обслуживаемых рабочим Д и наладчиком /2:
3) снижения квалификации (Zj и Z2) работы путем ее упрощения;
4) уменьшения количества операций, необходимых, при всех про-
чих равных условиях, для изготовления изделия. Уменьшение
факторов 1, 2 и 4 осуществляется путем сокращения времени,
затрачиваемого на выполнение операций, т. е. их трудоемкости,
или, другими словами, за счет увеличения производительности
труда рабочего и наладчика (живого труда).
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТРУДА
Сокращение подготовительно-заключительного времени. Анализ
формулы затрат времени на выполнение операции технологиче-
ского процесса показывает пути повышения производительности
труда рабочего: сокращение подготовительно-заключительного вре-
мени Тя. 3, увеличение количества изделий п в партии и сокращение
штучного времени
Подготовительно-заключительное время складывается из вре-
мени получения и ознакомления рабочего с задачей, которую
ему необходимо выполнить (Q; времени на получение и установку
Основы увеличения производительности труда
355
на станке режущего инструмента (/и) и приспособлений, служащих
для установки и закрепления обрабатываемых объектов (/0); вре-
мени на статическую настройку размерных и кинематических
цепей системы СПИД (tc):
Tn.3 = t4 + tu + t0 + tc.	(195)
Четко и исчерпывающе ясно написанный технологический про-
быстро понять задачу
цесс и разработанный чертеж
и тем самым сократить время t4.
При современной организа-
ции производства считается необ-
ходимым всю технологическую
оснастку и обрабатываемые
объекты доставлять к рабочему
месту. Сокращение времени, за-
трачиваемого на установку ре-
жущего инструмента (/и), осуще-
ствляется с помощью* быстро-
сменных приспособлений, напри-
мер, для смены сверл, развер-
ток, блоков с заранее устано-
вленными режущими инструмен-
тами и т. п. при использовании
для достижения точности мето-
дов взаимозаменяемости.
В качестве примера на рис.
243 показана сменная револьвер-
Рис. 243. Сменная револьверная го-
ловка с набором заранее установлен-
ных инструментов
ная головка с державками и настроенным режущим инструментом
для обработки одной или нескольких, близких по назначению,
а иногда и различных, деталей. Сменные головки позволяют быстро
осуществить перенастройку высокопроизводительного станка с об-
работки одной детали на другую.
В качестве другого примера на рис. 244 показано приспособ-
ление в виде кольцевого стола, на котором установлено восемь
приспособлений, настроенных на обработку различных деталей
на вертикально-сверлильном станке. Перенастройка заключается
в подводе в рабочую позицию необходимого приспособления путем
поворота верхней части кольцевого стола и соединения со шпин-
делем станка конца валика редуктора приспособления или не-
посредственно режущего инструмента. Использование различных
регулировочных устройств, позволяющих быстро и с достаточной
точностью осуществлять настройку размерных цепей при исполь-
зовании метода регулировки, решает ту же задачу. В качестве
примера на рис. 245 показана настройка размерных цепей Д, £*,
Ж при помощи регулировки. Роль подвижного компенсатора вы-
12*
356
Основы снижения себестоимости машины
полняет резец. Для достижения требуемой точности диаметрального
размера £д и осевого Ж& резец приходится перемещать с помощью
Рис. 244. Приспособления в виде
кольцевого стола
легких ударов молотка, на что за-
трачивается много времени. Вве-
дение дополнительных регулиро-
вочных упоров 1 с винтами 2
(рис. 246) позволяет более точно
и быстро осуществлять настройку.
Сокращение времени на установку
приспособлений t0 достигается пу-
тем правильного его базирования
на станке с использованием пра-
вила шести точек.
Для сокращения времени tCi за-
трачиваемого на статическую на-
стройку размерных цепей системы
СПИД, используются различные
средства, служащие одновременно
и для увеличения точности, в виде
встроенных индикаторов, линеек,
габаритов и т. д. (стр. 217).
Одним из радикальных средств,
служащих для этой же цели яв-
ляются станки с программным упра-
влением. Первый станок с програм-
мным управлением при помощи
перфоленты был создан в лабора-
тории технологии машинострое-
ния Московского станкоинструмен-
тального института в 1949 г. [32].
В последующие годы было создано
большое количество различных
станков с программным управле-
нием, осуществляемым от штеккер-
ных устройств, перфокарт и пер-
фолент.
Программные станки могут быть
достаточно быстро перенастроены
с обработки одной детали на дру-
гую путем смены программы. Про-
грамма позволяет обеспечить необ-
ходимые начальные перемещения узлов станка и их рабочие и
холостые движения. Однако при программированном управлении
за наладчиком остается настройка размерных цепей системы СПИД
на требуемую точность обрабатываемой детали.
Рис. 245. Схема настройки размерных цепей путем
перемещения резцов ударами
Рис. 246. Схема настройки размерных цепей путем
перемещения резцов винтами
Основы увеличения производительности труда
358
Основы снижения себестоимости машины
В 1965 г. в лаборатории технологии машиностроения Станкина
была разработана и осуществлена первая система автоматической
переналадки станков на точность при переходе с обработки одной
детали к другой.
На рис. 247 схематически показан гидрокопировальный ста-
нок, оборудованный программным устройством, системой автома-
тического регулирования упругими перемещениями, активным
контролем и системой автоматической переналадки на точность.
Рис. 247. Гидрокопировальный станок, оборудованный программным управле-
нием
Поскольку станок выполняет автоматически все функции рабочего
и наладчика, оба они могут перейти на первичную наладку новых
станков. Смену программ в этом случае осуществляет технолог-
программист. В программирующее устройство станка можно до-
бавить небольшое приспособление для расчета оптимальных ре-
жимов обработки и внесения необходимых поправок, в зависимости
от изменяющихся условий обработки. Такой станок позволяет
автоматически обеспечивать заданное качество и себестоимость опе-
рации обработки деталей.
Одним из путей сокращения подготовительно-заключительного
времени, приходящегося на единицу изделия, является увеличе-
ние количества изделий в партии, обрабатываемой при одной
настройке размерных и кинематических цепей системы СПИД.
Увеличение количества изделий может быть достигнуто двумя
путями:
1) увеличением одинаковых изделий в партии, как это имеет
место, например в массовом производстве, когда на ряде настроен-
Основы увеличения производительности труда
359
ных систем производится непрерывная обработка одних и тех же
изделий иногда в течение нескольких лет. В таких условиях Тпз
вообще теряет смысл, так как становится исчезающе малой ве-
личиной;
2) увеличением количества деталей за счет обработки различ-
ных деталей, близких по служебному назначению и по конструк-
ции, размерам, материалу, техническим условиям и т. д.
Следовательно, обработка группы таких деталей требует не-
значительной переналадки системы СПИД при переходе от обра-
ботки одной детали к другой. Действительно, если, например,
на револьверном станке обрабатывают винты одного диаметра,
но различных длин, то для перехода на обработку более длинного
винта необходимо только переставить упоры для ограничения
длины хода револьверной головки. Следовательно, обработка группы
такого типа деталей как бы увеличивает количество деталей, об-
рабатываемых с одной настройки или при небольшой перенастройке
системы СПИД.
Исходя из изложенных положений, на заре развития техноло-
гии машиностроения при появлении первых револьверных стан-
ков появилась групповая обработка деталей, получившая за послед-
ние годы широкое применение в машиностроении не только при
обработке деталей резанием, но и при других видах обработки
(ковке, штамповке, литье и т. д.) [33].
В группе изделий (деталей), подобранных на основе изложен-
ных выше положений, выбирается типовая деталь, охватывающая
конструктивные особенности и требования всех деталей группы.
Если такую деталь среди группы подобрать трудно, тогда соз-
дается «комплексная» деталь, т. е. искусственная деталь, охваты-
вающая все особенности деталей группы. Типовую и комплексную
деталь удобно получить при помощи вычерчивания в одном масштабе
всех деталей группы путем их наложения одних на другие. На
типовую или «комплексную» деталь разрабатывается технологи-
ческий процесс и необходимая для обработки всех деталей группы
технологическая оснастка. ’При переходе от обработки одной де-
тали к другой перенастройка системы СПИД сводится к смене
вкладышей приспособления или зажимного патрона, без смены
их самих. На рис. 248 показано несколько губок к пневматическим
тискам. Из рисунка видно, что смена губок дает возможность
использовать те же тиски для закрепления и обработки различных
деталей.
Для решения поставленной задачи служат различного рода
универсальные приспособления, позволяющие обрабатывать группу
деталей с быстрой перенастройкой. В качестве примера на рис. 249
показано универсальное приспособление, позволяющее с неболь-
шой перенастройкой обрабатывать отверстия в различных флан-
360
Основы снижения себестоимости машины
цах группы. Из рисунка видно, что фланцы закрепляются в па-
троне. Сменная кондукторная втулка может быть установлена
на требуемой величине радиуса по верхней линейке и по высоте
Рис. 248. Сменные губки к универсальным тискам для закрепления различ-
ных деталей
с помощью боковой линейки. Делительное устройство позволяет
обрабатывать отверстия, расположенные под требуемыми углами
по окружности.
Для тех же целей используются различного рода унифициро-
ванные наладки, позволяющие осуществлять быстрый переход
Рис. 249. Универсальное быстропереналаживаемое приспособление для
обработки отверстий во фланцах
с обработки одной детали на другую, например, сменой ряда ре-
жущих инструментов без смены державок. Примером может слу-
жить наладка для обработки двух зубчатых колес на шестишпин-
дельном полуавтомате (рис. 250).
Рис. 250. Схема унифицированной наладки для обработки двух зубчатых колес
Основы увеличения производительности труда
s?
362
Основы снижения себестоимости машины
Сокращение подготовительно-заключительного времени сущест-
венно для решения двух задач: уменьшения трудоемкости опе-
рации, а следовательно, и изделия, и экономической возмож-
ности использования наиболее производительного оборудования
с целью сокращения трудоемкости обработки изделия. Решение
обеих задач приводит к увеличению производительности труда
рабочего.
Сокращение штучного времени. Из анализа формулы штучного
времени
^шт ~ ^от 4" + tog + tg
видно, что оно может быть сокращено двумя путями:
1) сокращением величин слагаемых;
2) совмещением переходов технологического процесса во вре-
мени, полным или частичным.
Штучное время может быть сокращено главным образом за
счет основного технологического и вспомогательного времени, со-
ставляющих наибольшую долю среди других слагаемых.
Анализ формулы
Т ... (Lo + k-^l
м	ns *
где Тм — машинное время;
Ld — размер длины поверхности, указанной на чертеже;
li и /2 — размеры, необходимые для входа и выхода режущего
инструмента (обычно размеры /х и /2 режущий ин-
струмент проходит с рабочей подачей);
i — количество проходов;
п — число оборотов или двойных ходов обрабатываемой
детали или режущего инструмента;
s — подача на оборот или двойной ход, показывает,
что сокращение основного технологического времени, если оно
является машинным, может производиться путем: 1) сокращения
пути относительного движения режущего инструмента и обра-
батываемой детали с рабочей подачей (L + 1г + 12\, 2) сокращения
количества проходов i; 3) обработки каждой детали с оптималь-
ными режимами; 4) совмещения переходов во времени.
Сокращение пути относительного движения режущего инстру-
мента и обрабатываемой детали может осуществляться за счет
уменьшения размеров пути на вход lt и выход /2 режущего ин-
струмента.
В качестве примера на рис. 251 схематически показаны раз-
меры Zx и /2 при обработке отверстия спиральным сверлом. Ре-
жущий инструмент проходит расстояния и /2 с рабочей пода-
Основы увеличения производительности труда
363
чей s, поэтому все мероприятия, позволяющие уменьшить эти
размеры, способствуют сокращению машинного времени. При-
мерами могут служить два способа уменьшения размера при об-
работке деталей торцовой фре-
зой. На рис. 252, а показано
уменьшение Zx путем увеличе-
ния диаметра фрезы, а на рис.
252, б — за счет установки оси
фрезы по линии симметрии де-
тали (в обоих случаях < Zj).
Уменьшению размеров 1г и Z2
способствуют повышение точно-
сти работы станков и введение
предварительного натяга в си-
стеме СПИД.
Обработка нескольких после-
довательно установленных дета-
лей также способствует сокра-
Рис. 251. Схема удлинения пути, про-
ходимого режущим инструментом с ра-
бочей подачей за счет входа (ZJ и
выхода (Z2) инструмента
щению пути захода и выхода
инструмента, приходящегося на одну деталь, особенно если детали
установлены впритык одна к другой.
Наибольшее значение сокращение величин пути входа и вы-
хода режущего инструмента приобретает при переходе к обра-
ботке коротких поверхностей
деталей.
Наибольший эффект полу-
чается при сокращении длины
пути рабочего хода инстру-
Рис. 252. Два способа сокращения величины добавки
на вход (/J режущего инструмента при фрезеровании
мента путем обработки каждой из поверхностей одновременно
несколькими инструментами. Наиболее часто этот способ находит
применение на многорезцовых токарных и револьверных станках
и автоматах. Как видно из схемы на рис. 253, увеличение коли-
чества резцов позволяет сократить длину рабочего хода пропор-
364
Основы снижения себестоимости машины
ционально их количеству. В соответствии с этим, машинное время
уменьшается также в надлежащее число раз:
'Р ____(£ 4- /1 + /2) i е
1 м'~~ ns
т*	I.
Mi	2ns	’
у __ "Hi + 1г) i
мт	mns	’
где т — число резцов.
В результате обработки одной поверхности одновременно нес-
колькими инструментами в местах стыка участков поверхностей,
Рис. 253. Схемы обработки одной поверх-
ности детали несколькими инструментами
полученных при обработке
каждым из инструментов,
всегда остается ступень из-за
различной динамической по-
грешности в каждой из раз-
мерных цепей, с помощью ко-
торых образуется каждый из
этих участков, обрабатывае-
мых отдельным инструментом.
Если продолжать увеличи-
вать количество одновременно
работающих резцов или уве-
личивать режущую кромку
резца до тех пор, пока она
не станет равной длине обра-
батываемой поверхности с
прибавкой на колебание раз-
мера длины, то длину рабочего хода инструмента можно сократить
до величины припуска на обработку, плюс некоторая величина на
вход инструмента, т. е. совершить переход к наиболее производи-
тельному способу, сокращения машинного времени — к обработке
способом врезания. К сожалению, современные станки, инстру-
менты и многие детали не обладают еще достаточной жесткостью,
чтобы можно было полностью использовать основные преимуще-
ства обработки способом врезания, т. е. с подачей в направлении,
нормальном к обрабатываемой поверхности.
Увеличение режимов обработки является одним из основных
средств сокращения машинного времени. Выбор режимов обра-
ботки тесно связан с требуемой точностью обрабатываемой детали.
Упругие перемещения системы СПИД, порождающие в значи-
тельной части погрешности обработки, и особенно недостаточная
жесткость обрабатываемых деталей, лимитируют допускаемую при
обработке силу резания, а тем самым и величину подачи при всех
Основы увеличения производительности труда
365
прочих равных условиях. Величина скорости резания лимитиру-
ется размерной стойкостью режущего инструмента и количеством
образующегося тепла, порождающего температурные деформации
системы СПИД.
Таким образом, установление режимов обработки должно осно-
вываться исходя из экономичного достижения требуемой точности
детали, а в ряде случаев и качества поверхностного слоя.
Этот способ обработки таит в себе значительные резервы сокра-
щения машинного времени.
Сокращение количества проходов i позволяет уменьшить ма-
шинное время. Достичь сокращения количества проходов можно
уменьшением припусков на обработку путем приближения заго-
товок к размерам и форме готовой детали. Другим средством
уменьшения количества проходов является обработка деталей на
системах СПИД, позволяющих вручную или автоматически управ-
лять упругими перемещениями.
Действительно, как было показано (стр. 297), управление
упругими перемещениями позволяет получить меньшую величину
поля рассеяния, порождаемого совокупным действием отклонений
припуска на обработку и твердости материала обрабатываемой
детали. Следовательно, для достижения требуемой точности об-
рабатываемой детали при этом условии требуется меньшее коли-
чество проходов.
Увеличение точности обработки на одной из операций позво-
ляет, как правило, сократить количество проходов или увеличить
режимы обработки на последующих операциях, и следовательно,
выполнить их более производительно.
При многопроходных операциях управление упругими пере-
мещениями системы СПИД позволяет с первых проходов создать
требуемую величину натяга Ад и тем самым сократить количество
проходов, необходимых при обычных способах обработки для
достижения требуемой точности (стр. 299).
Управление упругими перемещениями позволяет вести обра-
ботку с оптимальными режимами, при которых достигается наи-
лучшее использование всех технологических особенностей системы
СПИД.
Действительно, если в процессе обработки партии деталей
каждая из них поступает с различной величиной припуска и твер-
достью, система изменяет режимы обработки, устанавливая оп-
тимальные. Например, при уменьшении припуска на обработку
система автоматического управления увеличит подачу, а при уве-
личении сократит и т. д.
В пределах обработки каждой детали система управления
упругими перемещениями может, кроме изложенного выше, изме-
нять режимы резания (например, подачу) в зависимости от изме-
366
Основы снижения себестоимости машины
нения жесткости системы СПИД по координате движения инстру-
мента и тем самым увеличивать производительность обработки.
Например, известно, что жесткость задней бабки существенно
меньше жесткости передней. Несмотря на это, при обычных спо-
собах обработки последняя ведется с одинаковой подачей на всей
длине детали, несмотря на постоянное увеличение жесткости
системы. Система управления упругими перемещениями позволяет
изменять подачу по программе. С увеличением жесткости подача
увеличивается, и тем самым время обработки значительно сокра-
щается. Например, на ступенчатом валике длиной 250 мм дости-
гается сокращение машинного времени на 30%.
Доля (удельный вес) вспомогательного времени в штучном
и его абсолютная величина при обработке деталей на некоторых
видах оборудования достигает значительных величин, превосхо-
дящих, довольно часто, в несколько раз основное технологическое
время. Увеличение режимов обработки, особенно скорости реза-
ния, путем использования новых видов режущего инструмента,
оснащенного пластинами из твердого сплава и керамики, а также
и внедрение нового, более быстроходного и мощного оборудования,
способствует дальнейшему возрастанию доли вспомогательного
времени. Это может стать помехой на пути дальнейшего внедрения
высокопроизводительного оборудования и повышения произво-
дительности труда. Действительно, при незначительной доле в штуч-
ном времени машинного дальнейшее уменьшение последнего уже
не дает значительного эффекта. Отсюда следует, что сокращение
вспомогательного времени является во многих случаях одним из
решающих факторов дальнейшего увеличения производительности
труда. Сокращение вспомогательного времени осуществляется двумя
путями: непосредственным сокращением времени, затрачиваемого
при выполнении технологического процесса на вспомогательные
приемы, и частичным или полным совмещением затрат времени
вспомогательных приемов с основным технологическим временем.
Наибольший эффект дает одновременное использование обоих этих
путей.
Непосредственное сокращение вспомогательного времени осу-
ществляется:
1)	уменьшением времени, расходуемого за замену одних обра-
ботанных деталей другими: путем использования методов взаимо-
заменяемости и определенности базирования для достижения
требуемой точности .установки при смене обрабатываемых деталей,
путем сокращения времени закрепления при смене обрабатывае-
мых деталей, автоматизации смены обрабатываемых деталей и др.;
2)	уменьшением времени, затрачиваемого на управление обо-
рудованием и приспособлениями, путем упрощения управления,
его механизации и автоматизации;
Основы увеличения производительности труда
367
3)	уменьшением времени, затрачиваемого на контроль за ходом
выполнения технологического процесса, путем правильного выбора
методов средств измерения, механизации и автоматизации контроля;
4)	комплексной автоматизации технологического процесса.
Смена обрабатываемых деталей и их установка с требуемой
точностью на станке занимает, как известно, много времени. Напри-
мер, установка и закрепление тяжелых крупногабаритных дета-
лей иногда занимают 8—12 ч. Использование для этой цели метода
взаимозаменяемости путем приме-
нения приспособлений или универ-
сальных средств, позволяющих при
смене обработанной детали сразу
установить ее с требуемой точ-
ностью, резко сокращает потребное
время. Действительно, если срав-
нить, например, затраты времени
на смену деталей в обычном четы-
рех- или трехкулачковом самоцен-
трирующем патроне, то окажется,
что в первом случае в среднем за-
трачивается в 2—10 раз больше
времени из-за необходимости много-
кратных проверок и внесения необ-
ходимых поправок. Установка кор-
пусных деталей с максимальным
приближением к использованию
правила шести опорных точек,
как это было показано на стр. 131,
и силового замыкания, обеспечи-
Рис. 254. Схема установки детали
на приспособление с базированием
по плоскости и поверхностям двух
отверстий:
/ — деталь; 2 — приспособление
вающего определенность базирования, позволяют достичь наиболь-
шей точности установки с наименьшими затратами времени.
Использование при установке корпусных деталей в качестве
технологических баз плоскости и поверхностей двух отверстий
(рис. 254) всегда дает меньшую точность установки по сравнению
с рассмотренным выше способом. Объясняется это наличием за-
зоров между поверхностями установочных штифтов и базирую-
щих отверстий деталей.
Применение при установке и закреплении деталей стандарти-
зованных и нормализованных средств в виде крепежных болтов,
подкладок, накладных планок и т. п. является одним из наиболее
простых средств сокращения затрат вспомогательного времени.
Использование таких средств при установке корпусной детали
показано на рис. 255.
Сокращение количества типоразмеров крепежных средств, за-
мена круглых шайб в винтовых зажимах разрезными (подково-
368
Основы снижения себестоимости машины
образными) сокращает время, потребное для навертывания и
свертывания гаек. Введение пружин, поддерживающих прижим-
ные планки, служит той же цели. Переход от винтовых зажимов
к эксцентриковым и плунжерным является следующим шагом
в этом направлении.
Сокращение типоразмеров крепежных средств и особенно ко-
личества независимых зажимов, т. е. концентрация управления
Рис. 255. Схема использования нормализованных крепежных средств
при установке деталей
зажимами приспособления в одной точке, является наиболее мощ-
ным средством сокращения времени закрепления деталей.
В качестве упругого звена, при помощи которого первона-
чально создаваемое в одной точке давление передается элементам
приспособления, непосредственно закрепляющим деталь или де-
тали, используются пластические массы (гидропласты), жидкости
(масло, глицерин, тормозная жидкость), механические упругие
звенья (шарики, ролики, тарельчатые пружины, металлические
мембраны), резина и сжатый воздух.
Приспособления с гидропластом и жидкостями, вследствие
трудности создания необходимой герметичности, находят пока
ограниченное применение по сравнению с приспособлениями, в ко-
торых в качестве упругого звена используются резина, металли-
Основы 'увеличения производительности труда	369
ческие упругие элементы и сжатый воздух. Примером приспо-
соблений этих типов может служить тонкостенная оправка для
обработки деталей в центрах (рис. 256). Давление от нажимного
винта 1 через клин 2 и плунжер 3 передается двум резиновым
стержням 4 и 5, разделенным стальной шайбой 6 и упирающимся
в шайбу 7. Сжимаясь, резиновые стержни 4 и 5 разжимают тонко-
стенную оправку 8, центрирующую и закрепляющую надетую
на нее обрабатываемую деталь 9.
Широкого внедрения заслуживают универсальные приводы, ме-
ханизирующие ручной зажим. Примерами таких приводов являются
Рис. 256. Зажимное приспособление с резиной в качестве упругого
звена
привод с пневмоцилиндром (рис. 257) или привод с пневмокаме-
рой (рис. 258). Такого типа приводы устанавливаются на столах
станков и соединяются рычажной системой с приспособлениями,
служащими для установки и закрепления деталей. С помощью
этих приводов удается механизировать закрепление деталей, по-
высить точность установки и сократить вспомогательное время
даже при обработке деталей в небольших количествах. Широкое
применение пневматические зажимы находят в приспособлениях
для обработки деталей, изготовляемых в значительных количествах.
Сокращение времени, затрачиваемого на управление станком,
осуществляется концентрацией управления в одном месте, его
механизацией и автоматизацией. Введение механизмов ускоренных
перемещений режущих инструментов в рабочее и исходное поло-
жения, приспособлений и механизмов для быстрой смены режу-
щих инструментов является основными мероприятиями по сокра-
щению затрат вспомогательного времени. В качестве примера на
рис. 259 показано устройство, автоматизирующее смену режущих
инструментов путем программного управления. Каждый из 30
инструментов вставляется в специальные оправки 1, снабженные
370
Основы снижения себестоимости машины
Рис. 257. Привод с пнев-
моцилиндром
Рис. 258. Привод с пневмокамерой
Основы ^увеличения производительности труда
371
десятью кольцами 2, с помощью которых он кодируется, а сле-
довательно, и выдается из барабана 3 специальному устройству 4,
осуществляющему смену инструмента, требуемого по программе.
Предварительно все инструменты вкладываются в магазинное
устройство. На рис. 259 показан момент, когда двухплечий рычаг 5
устройства 4 вынимает инструмент из шпинделя станка и второго
Рис. 259. Устройство для автоматической смены
режущего инструмента по программе
инструмента — из магазина путем их захвата и перемещения
в направлении оси. После Того как инструменты вынуты, рычаг
поворачивается на 180° и при обратном движении вставляет один
инструмент 6 в отверстие шпинделя, второй инструмент 7
в цангу барабана 3. После этого рычаг отходит и поворачи-
вается в нейтральное положение, а вложенный в магазин инстру-
мент поворачивается на 90° и занимает свое нормальное поло-
жение.
Совмещение переходов. В общем случае, у каждой из деталей
необходимо обработать несколько одинаковых или различных по-
верхностей, расположенных на одной или нескольких сторонах
детали.
372
Основы снижения себестоимости машины
 Обработку поверхностей можно выполнять последовательно,
одновременно и комбинированно.
При последовательной обработке основное технологическое
время t0T будет представлять сумму затрат времени на обработку
каждой из поверхностей, т. е.
Рис. 260. Схема последовательной об-
работки трех отверстий детали
^от 1 “Ь ^otn 2 Ч” • • • Ч~ ^отк
= 2 tom. (196)
i = l
На рис. 260, а показана по-
следовательная обработка трех
отверстий в детали.
Основное время будет в этом
случае равно
/	 + ^1 Н~ ^2 I ^2 4~ ^2 [
Лз«э Zd ni$i
(197)
Из анализа равенств (196)
и (197) видно, что при по-
следовательной обработке по-
верхностей детали сократить
основное технологическое вре-
мя можно только путем со-
кращения его слагаемых.
При одновременной обработке (рис. 260, б) всех поверхностей
детали основное технологическое время t0T будет равно времени,
затрачиваемому на выполнение наиболее продолжительного пере-
хода, т. е.
t от — tom нб)
(198)
если
omi 1отнб\
torn 2
tomn6f
(199)
Сопоставляя равенства (198) и (199), можно видеть возмож-
ность существенного сокращения основного технологического вре-
мени при одновременной обработке всех поверхностей детали.
Например, в случае одинаковых размеров всех поверхностей их
одновременная обработка сокращает затраты основного техно-
логического времени в k раз, так как ^tomi=k. Дости-
*от
Основы увеличения производительности труда
373
гается этот эффект путем совмещения выполнения переходов во
времени при выполнении условия (199). Анализ условия (199)
и равенства (198) показывает, что наибольшее сокращение основного
технологического времени может быть достигнуто, если размеры
всех поверхностей детали, подлежащих обработке, будут равны
наименьшей из них, т. е.
£1 = £2 = ... = £к=£«*	(200)
где к —количество поверхностей, как это видно на рис. 260, в.
Из рассмотренного примера видно, что технология обработки
деталей предъявляет к их конструкции свои требования, удовлет-
творение которых позволяет использовать наиболее производи-
Рис. 261.
тельные способы обработки. В тех случаях, когда из-за конструк-
тивных особенностей детали, вследствие, например, расположения
осей отверстий на близких расстояниях или большой разности
диаметров отверстий, или расположения поверхностей на разных
уровнях и т. д. исключается возможность одновременной обра-
ботки всех поверхностей, приходится использовать комбинирован-
ную обработку. Поверхности делят на ряд групп. Поверхности
каждой из групп обрабатывают одновременно, различные группы
поверхностей обрабатывают последовательно.
В качестве примера на рис. 261 дана схема обработки плоско-
стей ножек станины одного йз станков. Поверхности 1 и 2 соеди-
нены в одну группу для совместной обработки, а поверхности 3
и 4 — в другую.
В рассматриваемом случае
tom=!l±h±h + (L+_^+_f?>	(201)
где з — минутная подача при фрезеровании в мм.
Совмещение переходов может осуществляться как при обра-
ботке различных поверхностей одной детали инструментами оди-
наковых типов и размеров, так и разных. В качестве примера на
374
Основы снижения себестоимости машины
Рис. 262. Схема одновременной обработки
нескольких поверхностей станка различными
режущими инструментами
Рис. 263. Схема обработки отверстий с двух сторон на агрегатном
станке
Рис. 264. Схема многорез-
цовой обработки различ-
ных поверхностей заго-
товки зубчатого колеса
Основы увеличения производительности труда
375
рис. 262 показана одновременная обработка поверхностей станины
различными типами и размерами фрез, а на рис. 263 одновре-
менная обработка отверстий различных диаметров коробки ско-
ростей с двух сторон на агрегатном многошпиндельном станке.
В качестве последнего примера на рис. 264 показана много-
резцовая обработка поверхностей различных диаметров ступен-
чатой заготовки блока зубчатых колес на многорезцовом станке
с максимальным совмещением выполняемых переходов во времени.
Из рис. 265 видно, что поверхности разделены на две группы.
К первой отнесены все цилиндрические, ко второй — торцовые.
Сначала обрабатывается первая группа поверхностей резцами,
установленными на переднем суп-
порте, затем вторая — резцами зад-
него суппорта. Совмещать можно
не только переходы, образующие
основное технологическое время,
но и переходы, составляющие вспо-
могательное время и время обслу-
живания.
Совмещать перечисленные пере-
ходы во времени можно одни с
другими. Наибольший эффект по-
лучается в том случае, если их
совмещать с переходами, состав-
Рис. 265. Принципиальная схема
«маятниковой» обработки
ляющими основное технологическое время, во время которого и
осуществляются качественные изменения объекта производства.
В пределе, когда все переходы вспомогательного времени и
времени обслуживания совмещены с основным технологическим
временем, технологический процесс будет протекать непрерывно,
без каких-либо перерывов, т. е. потерь, а следовательно, с наи-
большей производительностью. Из несколько развернутой формулы
штучного времени
Кт = Км + К + Кт + Кз + Код + Кб +	(202)
где tCM — время, затрачиваемое на смену обрабатываемых деталей;
ty — время, затрачиваемое на управление станком (включе-
ние, переключение, подвод инструмента в рабочее по-
ложение и возвращение в исходное, перемещение дета-
лей из одной рабочей позиции в другую и т. д.);
tom — основное технологическое время;
tU3 — время, затрачиваемое на измерение обрабатываемых де-
талей;
tnod — время, затрачиваемое на подналадку системы СПИД;
to6 — время, затрачиваемое на обслуживание системы СПИД;
td — дополнительное время,
376
Основы снижения себестоимости машины
видно, что совмещение затрат времени на переходы может быть
полным, если может быть соблюдено условие
.... tg^ti,	(203)
где tq — продолжительность перехода, с которым совмещаются
другие ti (i — порядковый номер совмещаемого перехода).
При этом условии, если все переходы совмещаются с ос-
новным технологическим переходом, т. е. tom, формула штучного
времени превращается в равенство
Рис. 266. Схема ис-
пользования поворот-
ного стола для совме-
щения части вспомо-
гательного времени с
основным технологи-
ческим
(204)
При несоблюдении условия (203), т. е. при
•••>	(205)
совмещение затрат времени на выполнение
переходов получается неполным, и формула
штучного времени приобретает другой вид:
1шт — tCM + ty + tom + tU3 4" tnod + to6 + t0> (206)
где символом штрих' обозначены несовмещен-
ные части затрат времени по каждому из
видов переходов.
При полном совмещении отдельных сла-
гаемых равенства (206) формула штучного
времени может претерпевать те или иные
видоизменения. Совмещение переходов, свя-
занных со сменой обрабатываемой детали,
с основными технологическими может осу-
ществляться различно. Наиболее просто оно осуществляется при
помощи так называемой «маятниковой» обработки. Сущность ее
сводится к тому, что во время обработки одной детали, закреп-
ленной в приспособлении, установленном на одном конце стола
станка (рис. 265), осуществляется смена другой, ранее обрабаты-
ваемой детали в приспособлении, установленном на втором конце
стола. После окончания обработки детали стол быстро переме-
щается для обработки детали Б. Пока обрабатывается деталь Б,
осуществляется смена детали А, после чего цикл обработки повто-
ряется до тех пор, пока все детали партии не будут обработаны.-
Вместо «маятниковой» обработки* для той же цели можно ис-
пользовать обработку с поворотным столом (рис. 266), при кото-
рой, после обработки каждой детали и ускоренного отвода детали,
стол поворачивается на 180° для обработки следующей детали,
установленной во время обработки предыдущей.
Основы увеличения производительности труда
377

Рис. 267. Схема прибора, служа-
щего для контроля диаметров ва-
лов во время обработки
Совмещение переходов, связанных с относительным переме-
щением режущего инструмента и детали, обычно возможно при
многоинструментальной обработке, особенно когда инструменты
расположены на различных суппортах, головке и т. д. Так, на-
пример, при обработке деталей на револьверных станках или
одношпиндельных автоматах, во время работы инструмента, уста-
новленного на револьверной головке, осуществляется быстрый
подвод в рабочее положение режущих инструментов, закреплен-
ных на поперечном суппорте. Во время работы последних осуще-
ствляется быстрый отвод головки,
ее поворот для смены инструмента
и быстрый его подвод в рабочее
положение и т. д.
Совмещение переходов, связан-
ных с измерением обрабатывае-
мых деталей, осуществляется обыч-
но или с помощью приспособле-
ний и измерительных устройств,
позволяющих осуществлять измере-
ние во время обработки (рис. 267),
или путем использования систем
активного контроля (см. стр. 295).
Системы активного контроля по-
зволяют также осуществлять совме-
щение переходов, связанных с под-
настройкой системы СПИД, с пе-
реходами основного технологиче-
ского времени, поскольку подна-
стройка осуществляется во время
обработки.
Эту же задачу можно в ряде случаев решить и с помощью систем
управления упругими перемещениями, как это указывалось на
стр. 303.
Совместная обработка деталей. При увеличении количества дета-
лей прибегают к их совместной обработке с целью увеличения
производительностии оборудования и труда.
При совместной обработке детали могут устанавливаться и
обрабатываться последовательно (рис. 268, а); параллельно
(рис. 268, б); комбинированно (рис. 268, в).
Основное технологическое время при последовательной обра-
ботке деталей (рис. 269) определяется из формулы
т — 1
^от —
_ 2	"I"	I 2 ^Х0Л1
_ [	ns	‘	«1S1
(207)

378
Основы снижения себестоимости машины
где Z1£ — длина пути для входа инструмента при обработке
i-й детали;
Z2l- — длина пути для выхода инструмента при обработке
Z-й детали;
Li — размер Z-й детали, проходимой инструментом с ра-
бочей подачей;
Ьхол i — длина относительного перемещения инструмента и
детали без обработки;
i — количество проходов;
п — число двойных ходов или оборотов;
s — подача на 1 дв. ход или оборот;
— ускоренная подача.
Из анализа формулы следует, что для сокращения основного
технологического времени необходимо:
1. По возможности, сокращать расстояние между последова-
тельно устанавливаемыми деталями для уменьшения длин Ьхол.
При установке деталей вплотную одна к другой, во-первых, устра-
т—1
няются холостые пути режущего инструмента (т. е. член У, LX0Jt ,)
))
Рис. 268. Схема возможной установки
деталей для обработки
и, во-вторых, сокращаются пути
для входа и выхода инструмента,
так как остается путь для’входа
инструмента в начале обработки
первой детали и выхода при об-
работке последней.
Формула (207) превращается
в формулу вида
2. При невозможности выпол-
нения изложенного выше усло-
вия необходимо все расстояние между деталями Ьхол проходить
с ускоренной подачей.
При обработке параллельно установленных деталей (в один
ряд) (рис. 270) основное технологическое время определяется по
формуле
(l1 + L+h)i{l1 + L+h)i
nsK
(209)
где К — количество параллельно устанавливаемых деталей.
Основы увеличения производительности труда
379
При обработке деталей, установленных комбинированно, т. е.
последовательно-параллельно (см. рис. 268, в), основное техноло-
Рис. 269. Схема обработки последовательно установленных деталей
гическое время, при наличии расстояний между деталями в на-
правлении движения подачи, определяется из формулы
__ 2	“t"	। 2 LXOai
1 пёк
Для случая установки деталей вплотную в направлении
подачи
tom~ ( J
Из анализа формул (207)—
(211) видно, что при всех про-
чих равных условиях обработ-
ка деталей, устанавливаемых па-
раллельно (или, как иногда
говорят, в несколько парал-
лельных потоков), дает наи-
больший эффект с точки зре-
ния сокращения основного тех-
нологического времени. Для
иллюстрации изложенного на
рис. 271 показана последова-
тельная обработка шести ста-
нин фрезерных станков на стро-
гальном станке.
На рис. 272 показана парал-
лельная обработка восьми кони-
ческих зубчатых колес на двух-
шпиндельном станке, установ-
Рис. 270. Схема обработки параллель-
но установленных деталей
ленных в двух приспособлениях (по четыре штуки в каждом).
Обработка на плоскошлифовальном станке последовательно-парал-
лельно установленных деталей показана на рис. 273.
§
Рис. 271. Схема последовательной обработки станин
Основы снижения себестоимости машины
Основы увеличения производительности труда
381
Рис. 272. Параллельная обработка конических колес на двухшпиндель-
ном станке
Для увеличения производительности труда при обработке де-
талей в небольших количествах используется одновременная обра-
ботка различных деталей,
обработка деталей с «пере-
кладкой» или совместно та и
другая. В качестве примера
на рис. 274 показана одно-
временная обработка трех
различных деталей. После ра-
бочего хода стола и возвра-
щения его в исходное поло-
жение детали 1 и 2 заменя-
ются другими. Деталь 4 пе-
ревертывается и переставляет-
ся на место детали 5, кото-
рая снимается. На место
детали 4 ставится другая,
необработанная.
ном столе плоскошлифовального станка,
сокращающая время холостых ходов
Одновременное использование совмещения переходов и сов-
местной обработки деталей. При увеличении количества деталей,
подлежащих обработке, становится экономичным одновременное
382
Основы снижения себестоимости машины
Рис. 274. Обработка деталей с «переналадкой»
использование совмещения переходов и совместной обработки де-
талей. Как правило, для этого создается высокопроизводительное
оборудование в виде многошпиндельных
полуавтоматов и автоматов, агрегатных
многошпиндельных и многопозицион-
ных станков, автоматических линий, ро-
торных линий, автоматических цехов
и заводов. Например, при обработке
большого количества ступенчатых вали-
ков используют полуавтоматы парал-
лельного действия (иногда их называют
полуавтоматами непрерывного действия).
Такой полуавтомат представляет собой
как бы несколько многорезцовых или
Рис. 275. Схема обработки копировально-токарных станков, подве-
деталей на роторном станке шейных на роторе (барабане), который
непрерывно вращается вокруг верти-
кальной колонки. Следовательно, на таком полуавтомате обра?
батывается параллельно несколько одинаковых деталей.
Смена обрабатываемых деталей осуществляется во время вра-
щения ротора при прохождении загрузочного места. За один
Рис. 276. Схема обработки деталей на четырех- и шестишпиндельных прутковых автоматах
Основы увеличения производительности труда
384
Основы снижения себестоимости машины
оборот ротора со станка обычно снимается одна обработанная
деталь, как это видно на схеме рис. 275.
Последовательная и комбинированная обработка деталей с сов-
мещением переходов во времени получили наиболее широкое при-
менение. Примером может служить обработка одинаковых дета-
лей на многошпиндельных полуавтоматах последовательного дей-
ствия, например токарных, где за один оборот шпиндельного блока
шестишпиндельного полуавтомата производится полная обработка
одной детали, но при этом на каждой из рабочих позиций, ко-
торые последовательно проходит каждая из деталей, обычно од-
новременно осуществляется несколько, совмещенных во времени,
технологических переходов, как это показано на рис. 276 на при-
мере обработки деталей на четырех- и шестишпиндельном прут-
ковых автоматах.
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА
Одним из мощных средств увеличения производительности
труда является автоматизация производства. Известно, что меха-
низация процесса труда человека облегчает труд, не освобождая
однако человека от непосредственного участия в выполнении ме-
ханизированного процесса. Например, механизация подъема де-
талей при их установке и съеме со станка или при сборке машины,
путем использования электрических тельферов или кранов, зна-
чительно сокращает затраты физического труда, не освобождая
человека от управления тельфером или краном при подъеме, опу-
скании и перемещении деталей. Автоматизация орудий произ-
водства освобождает человека от непосредственного участия в вы-
полнении той части (или целого) технологического процесса,
которая выполняется на автоматизированном или на автоматическом
оборудовании. Труд человека при автоматизации качественно ме-
няется, так как за человеком сохраняются функции наблюдения
за правильностью действия автоматизированного оборудования по
различного рода приборам, показывающим ход процесса. Рабочий
превращается в наладчика оборудования.
На следующей стадии автоматизации, когда автоматизируется
и процесс подналадки оборудования при помощи активного конт-
роля и управление упругими перемещениями, смены затупившегося
режущего инструмента и другие функции, выполняемые налад-
чиком, труд наладчика качественно меняется и становится еще
более квалифицированным.
Таким образом, автоматизация орудий труда позволяет не
только облегчить труд и увеличить его производительность,
но и качественно изменяет труд, делая его более квалифициро-
ванным.
Автоматизация производства
385
Автоматизация технологических процессов обработки деталей
началась с замены тяжелого физического труда человека по из-
менению формы обрабатываемого объекта механической обработкой,
осуществляемой станком. Следующим шагом в этом направлении
была автоматизация управления станком; появились станки-полу-
автоматы, на которых все движения инструмента, необходимые
для обработки детали, а также и управления станком, выпол-
нялись автоматически. В дальнейшем, на ряде станков была авто-
матизирована загрузка заготовок и материала, из которых из-
готовлялись детали, и, таким образом, станок превратился в автомат.
Примерами могут служить одно- и многошпиндельные прутковые
токарные автоматы.
Однако смена обрабатываемых деталей на большинстве станков
оставалась долгое время неавтоматизированной. Эта задача приоб-
рела особую актуальность, когда введение режущих инструментов,
армированных твердыми сплавами, позволило перейти на обра-
ботку деталей с высокими режимами. Результатом было резкое
сокращение удельного значения машинного времени в штучном,
что привело к увеличению доли вспомогательного времени, затра-
чиваемого главным образом на смену обрабатываемых деталей,
и времени, затрачиваемого рабочим на обслуживание станка.
В силу этого, дальнейшее увеличение производительности труда
потребовало проведения ряда мероприятий, направленных на
сокращение вспомогательного времени и, в первую очередь, обес-
печивающих автоматизацию смены обрабатываемых деталей. Был
создан ряд станков различного назначения с автоматической сменой
обрабатываемых деталей, примерами которых могут служить зу-
борезные и зубоотделочные станки, токарные многошпиндельные
станки для обработки деталей из штучных заготовок и т. д.
Параллельно с созданием новых станков возникла необходимость
автоматизации парка действующих станков, что было особенно
важно в связи с переходом на поточное производство. Было соз-
дано значительное количество различного рода специальных приспо-
соблений, предназначенных для смены обрабатываемых изделий.
В качестве примера на рис. 277 показано одно из таких уст-
ройств для автоматической смены обрабатываемых деталей на
токарном автомате. Детали из наклонного лотка 1 захватываются
специальным загрузочным устройством 2, имеющим три захвата 3,
расположенных под углом 120°. Захват 3 при повороте устройства 2
на 120° переносит обрабатываемую деталь 4 и загружает ее в за-
жимное устройство шпинделя для обработки. После окончания
обработки захват берет деталь и переносит ее в третью позицию 6
для измерения. Измеренная деталь скатывается со станка при
помощи поднимающегося лотка 7. Подъем лотка 7 осуществляется
гидроцилиндром 5.
13 Балакшин
Рис. 277. Устройство для автоматической смены обрабатываемых деталей
Основы снижения себестоимости машины
Автоматизация производства
387
На всех современных автоматических станочных линиях пере-
мещение обрабатываемых деталей из одной рабочей позиции в дру-
гую, их установка и закрепление осуществляются автоматически.
Детали сложной формы или детали, базовые поверхности которых
могут легко износиться или получить забоины вследствие много-
кратной установки и закрепления, предварительно устанавлива-
ются и закрепляются на одной из позиций на специальные бази-
рующие устройства, получившие названия «спутников». Примером
может служить установка поршней 1 на специальные спутники 2
(рис. 278), с которыми каждый из поршней проходит почти все
переходы механической обработки на заводе-автомате. «Спутники»
упрощают перемещение, установку и закрепление деталей слож-
ной формы и сохраняют точность базирующих поверхностей. В конце
линии «спутники» отделяются от обрабатываемых деталей и воз-
вращаются на исходную позицию.
Одним из радикальных решений задачи автоматизации орудий
производства было создание автоматических поточных линий,
предназначенных для обработки одной детали или группы деталей.
13*
388
Основы снижения себестоимости машины
В последнем случае автоматические линии получили название
переналаживаемых. Сначала такие автоматические линии начали
создаваться на базе действующего оборудования, соединяемого
при помощи различного рода транспортных и загрузочных уст-
ройств. Примером может служить автоматическая линия станков
(рис. 279), предназначенная для обработки и сборки поддерживаю-
щего ролика гусеницы трактора, созданная в 1939 г. под руко-
водством И. П. Иночкина. На первых трех станках линии произ-
водилась механическая обработка ступицы, на четвертой позиции
установлен гидравлический пресс, на котором на ступицу за-
прессовывались бандажи, подаваемые в обработанном виде спе-
циальным транспортером. На последней (пятой) позиции произ-
водилось окончательное растачивание десяти отверстий с двух
Рис. 279. Автоматическая линия И. П. Иночкина
сторон и нарезание в них резьбы. Окончательно обработанные
детали скатывались по лотку в тележку. Линия обслуживалась
двумя рабочими, из которых один был занят загрузкой деталей
на первой позиции, а второй следил за качеством продукции и
осуществлял смену режущего инструмента и поднастройку линии.
При обработке тех же деталей на неавтоматизированной станочной
линии требовалось семь рабочих.
Наряду с созданием автоматических линий, на базе имеюще-
гося на заводах оборудования проектируются и строятся автома-
тические линии на базе новых агрегатных и универсальных стан-
ков. В конструкции последних закладываются возможности вклю-
чения их в автоматические линии. Примером автоматической ли-
нии, построенной на базе агрегатных станков, может служить
линия для обработки блока автомобильного двигателя, показан-
ная на рис. 280. Блок обрабатывается почти на всех позициях,
одновременно с двух сторон. Перемещение блоков с одной пози-
ции на другую осуществляется шаговым транспортером, пере-
двигающим одновременно все блоки на один шаг, равный расстоя-
нию между осями смежных станков. Блок обрабатывается в пере-
вернутом состоянии, располагаясь установочной базовой плос-
Рис. 280. Автоматическая линия для обработки блока двигателя
390
Основы снижения себестоимости машины
костью кверху. На каждой из рабочих позиций блок при помощи
гидравлических устройств поднимается, прижимаясь установоч-
ной базовой плоскостью к базам приспособления и лишаясь осталь-
ных степеней свободы, при помощи двух фиксаторов, входящих
в два базирующих отверстия.
Управление работой всех станков, приспособлений и шагового
транспортера — электрическое, по системе путевого контроля, осу-
ществляющего обратную связь. Линия работает по следующему
циклу: 1) подача блока транспортером в исходное положение;
2) предварительное закрепление, введение фиксаторов и оконча-
тельное закрепление; 3) быстрый подвод силовых головок; 4) об-
работка блока, с которой по времени совмещен обратный отвод
шагового транспортера; 5) быстрый отвод силовых головок;
6) освобождение блока и вывод фиксаторов приспособления.
В системе управления предусмотрена возможность работы па
трех режимах — автоматическом, полуавтоматическом и на-
строечном.
Замена автоматическими линиями отдельных работающих стан-
ков позволяет в несколько раз снизить себестоимость обработки,
повысить производительность труда и другие технико-экономи-
ческие показатели. Например, при выпуске блоков автомобильного
двигателя с тактом 2,4 мин (~400 шт. в две смены) для обработки
отверстий на обычных станках требуется 32 станка, занимающих
площадь 480 м2, и 64 рабочих. На обработку отверстий затрачи-
вается 75,2 мин. При обработке тех же отверстий на автоматиче-
ских линиях требуются четыре автоматические линии с 47 силовыми
головками, занимающие площадь 250 м2 (т. е. на 48% меньше),
и восемь рабочих (в 8 раз меньше); затраты времени на обработку
составляют 9,4 мин, т. е. в 8 раз меньше.
Себестоимость операций по обработке других деталей, выпол-
няемых на автоматических линиях, снижается в несколько раз
по сравнению с себестоимостью аналогичных операций, выполняе-
мых на неавтоматизированных линиях. Например, себестоимость
обработки толкателя клапана двигателя сокращается в 3,5 раза,
клапана — в 3,7 раза, направляющей втулки клапана — в 4,4 раза,
седла клапана — в 13,7 раза.
Таким образом, основными преимуществами автоматических
линий являются: 1) увеличение производительности труда и высво-
бождение в связи с этим значительного количества рабочих для
использования их на других работах; 2) более низкая’себестоимость
изделия (при достаточной загрузке и использовании линии) по
сравнению с обработкой такого же количества деталей на обычных
высокопроизводительных станках; 3) увеличение выпуска с 1 м2
площади или уменьшение потребности в площадях; 4) сокращение
цикла производства.
Автоматизация производства
391
К недостаткам автоматических линий следует отнести труд-
ности перевода линии на изготовление детали но новому чертежу,
так как это обычно связано с заменой шпиндельных коробок и
приспособлений агрегатных станков существенной модернизацией
оборудования, а нередко и заменой некоторых станков и устройств
новыми. Все эти работы связаны со значительными расходами.
Поэтому автоматические линии экономичны при выпуске на них
достаточных количеств изделий по одному неизменяемому чер-
тежу. Это, в свою очередь, требует сохранения устойчивости кон-
струкции изделия во времени.
От разрешения проблемы быстрого и экономичного перевода
линий с обработки одного изделия на обработку другого зависит
расширение области их применения.
Другим недостатком автоматических линий является более
низкий коэффициент использования оборудования, обусловленный
случаями простоев всех или части станков и машин, вследствие
остановки какого-либо одного из них, и трудностями синхрони-
зации операций, выполняемых на отдельных станках на уровне
наибольшей производительности каждого из них. Непрерывное
улучшение конструкций станков и других устройств автоматиче-
ских линий способствует сокращению количества и продолжитель-
ности простоев линий и тем самым повышению их производитель-
ности и лучшего использования оборудования.
Несмотря на отмеченные недостатки, автоматические линии
находят широкое применение в различных отраслях современного
машиностроения в связи с непрерывным ростом потребности в раз-
ных видах машин и их деталях, с развитием специализации и
кооперирования заводов. Наиболее широкое применение автома-
тические линии получили в автомобильной и тракторной промыш-
ленности в сельскохозяйственном машиностроении, оборонной
промышленности и ряде других отраслей.
На автоматических линиях обрабатываются корпусные де-
тали (блоки двигателей, корпусы коробок скоростей, станины,
рамы), валы (электродвигателей, автомобильных двигателей),
зубчатые колеса, втулки, рычаги, рессоры и ряд других де-
талей.
Автоматические линии используются как для выполнения всех
операций изготовления заготовок и обработки различных деталей,
так и для выполнения лишь части операций.
Автоматические линии находят применение при получении заго-
товок ряда деталей, изготовляемых в больших количествах. Приме-
ром может служить автоматическая линия для изготовления головки
клапана для двигателя автомобиля «Москвич» на заводе малолит-
ражных автомобилей. Применяются автоматические линии и для
получения литых и сварных заготовок деталей.
392
Основы снижения себестоимости машины
При изготовлении целого ряда деталей в больших количествах
находят применение роторные автоматические линии. В качестве
примера на рис. 281 показана схема обработки деталей, осуществля-
емая на четырех рабочих роторах /, II, III, IV, из которых первые
три имеют по девять шпинделей, последний — пять. Роторная
линия имеет четыре загрузочных Г— IV и один разгрузочный
V' роторы. Каждая из обрабатываемых деталей проходит четыре
операции, выполняемых последовательно на всех четырех рабочих
роторах, на каждом из первых трех параллельно обрабатываются
по восемь деталей и на последнем — четыре. Детали укладываются
в загрузочный ротор I", который загружает их при непрерывном
Рис. 281. Схема обработки деталей на роторном станке
вращении в зажимные устройства ротора /; после выполнения пер-
вой операции детали с помощью ротора II" перекладывают из ро-
тора / в ротор II. Таким образом, пройдя все роторы, детали про-
ходят все операции обработки и выгружаются последним разгру-
зочным ротором из автоматической линии.
Из рассмотренного примера видно, что роторные линии позво-
ляют увеличить производительность путем параллельной обработки
нескольких деталей (за счет количества параллельно работающих
шпинделей на каждом роторе) в сочетании с последующей обработ-
кой, осуществляемой на каждом из рабочих роторов (увеличением
количества роторов).
Широкое внедрение автоматических линий является одним из
основных путей дальнейшего увеличения производительности труда,
снижения себестоимости и увеличения выпуска изделий на тех же
производственных площадях. В последние годы автоматизации
самых различных производственных процессов в машиностроении
получает все большее развитие. Автоматизируются процессы полу-
чения заготовок: литых, кованых, штампованных, сварных, из
пластмасс. Автоматизируются процессы обработки резанием, тер-
мической обработки, химических и других видов покрытий.
Автоматизация производства
393
Непрерывно возрастающие темпы развития науки и техники
требуют в ряде отраслей машиностроения быстрой замены новых
типов недавно созданных машин новейшими, так как первые быстро
морально стареют.
Традиционные методы изготовления машин с использованием
большого количества специальных приспособлений, другой техно-
логической оснастки, специальных станков и целых автоматических
линий стали в этих условиях не экономичными. Возникла необхо-
Рис. 282. Обрабатывающий центр для корпусных деталей
димость создания таких технологических систем, которые обеспечи-
вали бы возможность быстро перенастраиваться на изготовление
новых деталей машин путем смены программы и выполнять их изго-
товление с наименьшим количеством перестановок и перемещений.
За последние годы такие технологические системы были созданы
и стали находить все более* широкое применение. Они известны
под названием обрабатывающих центров. Обрабатывающие центры
созданы для изготовления деталей, представляющих собой тела
вращения, корпусные детали, рычаги, кронштейны и т. д. В ка-
честве примера на рис. 282 показан центр для обработки корпусных
деталей. Детали устанавливаются на сменных плитах, из которых
одна 1 находится в рабочей позиции, вторая 2 в загрузочной. Этим
совмещается время смены деталей и обработки. Обрабатываемая
деталь 3 автоматически вместе со столом может поворачиваться и
закрепляться в любом из 72 положений и направлений. Режущий
инструмент 4 подается и автоматически заменяется в любом порядке
394
Основы снижения себестоимости машины
в соответствии с программой обработки. На обрабатывающем
центре автоматически по программе производится обработка плоских
поверхностей детали фрезерованием, в том числе по контуру —
обработка отверстий с точным позицированием, сверлением, зенке-
рованием, развертыванием и т. д.
Таким образом деталь с одной установки проходит почти пол-
ную обработку. Поскольку на обрабатывающем центре нет ни-
каких приспособлений, требуемую точность детали должна обеспе-
чить система СПИД. Следовательно, обрабатывающий центр должен
изготовляться с более высокой точностью, чем обычные системы
СПИД, и оборудоваться системами управления упругими переме-
щениями. Несмотря на более высокую стоимость обрабатывающих
центров, обработка на них деталей экономична даже в условиях
мелкосерийного производства, так как нет необходимости затра-
чивать много средств на изготовление технологической оснастки
и времени на подготовку производства, как это делается в обычных
условиях.
Единственным участком машиностроения, где автоматизация
производственного процесса находится в начальной стадии, яв-
ляются сборка и регулировка сборочных единиц и машин в целом.
Впервые автоматизация сборки возникла одновременно с появле-
нием первой автоматической станочной линии И. П. Иночкина
(см. рис. 279), где автоматизирована операция запрессовки банда-
жей на ступицу ролика. Однако до последних лет автоматизация
сборки значительно отстает от развития автоматизации других
производственных процессов. Трудности заключаются как в не-
дооценке эффективности автоматизации сборочных работ, на ко-
торых занято от 20 до 50% работающих на машиностроительных
заводах, так и в специфических особенностях автоматизации сбо-
рочных работ.
Возросшие масштабы выпуска ряда изделий требуют более
быстрых темпов внедрения автоматизации сборочных процессов.
Сущность сборочного процесса в значительной степени за-
висит от выбранного метода достижения требуемой точности за-
мыкающего звена надлежащих размерных цепей [34].
Наибольшей простотой сборочный процесс отличается тогда,
когда задача решается с использованием метода полной взаимо-
заменяемости.
При этом сущность сборочного процесса заключается: 1) в ори-
ентации с требуемой точностью руки рабочего относительно опре-
деленных поверхностей детали, подлежащех сборке и, в общем
случае, лежащей в любом положении на рабочем месте; 2) в захвате
детали и ее перемещении в пространстве к сопрягаемой детали
или к сборочному приспособлению; 3) в базировании детали, под-
лежащей монтажу, с требуемой точностью относительно поверх-
Автоматизация производства
395
ностей сопрягаемой детали; 4) в присоединении монтируемой де-
тали к ранее смонтированной с требуемой точностью.
Для автоматизации сборочного процесса необходимо создать
сборочную машину, которая на основе заложенной в нее программы
должна осуществлять все перечисленные выше действия, заменяя
рабочего и решая при этом пространственную задачу.
Рис. 283. Вибробункер для выдачи деталей на сборку в требуемом положении
Наибольшие трудности из перечисленных выше задач пред-
ставляет ориентация в пространстве захватывающего устройства
сборочной машины для того, чтобы взять подлежащую сборке де-
таль, лежащую в любом положении. До сих пор таких экономично
работающих устройств не создано. Практика пошла пока по пути
подачи к сборочной машине деталей в предварительно ориентиро-
ванном положении. Мелкие детали и ряд деталей средних раз-
меров подаются и ориентируются при помощи различных устройств
в виде, например, вибробункеров (рис. 283). Детали засыпаются
в чашу вибробункера и за счет сообщаемых им вибрационных
396
Основы снижения себестоимости машины
движений и специальных устройств (прорезей в лотках, направляю-
щих пластин и т. д.) ориентируются в пространстве и в таком
виде по склизам, трубкам и т. д. подаются к сборочной позиции
автомата. Детали средних размеров, и особенно больших габа-
ритных размеров, загружаются непосредственно в сборочную ма-
шину рабочим вручную или подаются к сборочной машине при
помощи специальной тары, в которую они предварительно укла-
дываются вручную рабочим.
Рис. 284. Схема размерных цепей, с помощью которых достигается тре-
буемая точность соединения двух деталей на сборочном автомате
Последние обстоятельства в целом ряде случаев существенно
снижают технико-экономический эффект автоматизации сбороч-
ных работ. Радикальным решением этой проблемы является ком-
плексная автоматизация технологических процессов, при которой
заготовки деталей, поступающие на первую операцию, однажды
ориентируются и в ориентированном положении проходят все
операции механической обработки вплоть до сборочного автомата.
Несколько меньший эффект дает перемещение деталей к сбо-
рочным автоматам в специальной таре, в которую они уклады-
ваются в требуемом положении рабочим, выполняющим послед-
нюю операцию их обработки.
В общем случае, любая сборочная машина осуществляет решение
перечисленных выше пространственных задач с помощью размер-
ных цепей, замыкающими звеньями которых являются расстояния
и относительные повороты поверхностей сопрягаемых при сборке
деталей (например, расположение осей валика и втулки на заданной
величине расстояния, соосно, параллельно и т. д.). Составляющими
Автоматизация производства
397
звеньями таких размерных цепей являются размеры и относитель-
ные повороты поверхностей: 1) деталей, связывающих детали сбороч-
ной машины, несущие ее исполнительные поверхности, при помощи
которых сборочная машина базирует и соединяет собираемые детали;
2) самих собираемых деталей или сборочных единиц.
Таким образом, при разработке конструкции автоматических
сборочных машин можно использовать все положения теории кине-
матических и размерных цепей и все известные из них методы дости-
жения требуемой точности.
Наибольшей простотой будет отличаться конструкция машин
при использовании метода полной взаимозаменяемости для полу-
чения требуемой точности соединения собираемых деталей.
В качестве примера на рис. 284 схематически показаны размер-
ные цепи, при помощи которых осуществляются достижения тре-
буемой точности соединения при сборке валика и втулки.
На схеме координатные плоскости изображают базы сборочной
машины, координирующие рабочие движения ее исполнительных
поверхностей.
Положение радиуса относительно втулки в плоскостях, парал-
лельных XOZ и XOY, определяется четырьмя размерными цепями
Лд — Л1 — А 2 4- Л 8 -|- Л4=0; 2>д 4- Б^ 4" Ба — Б3 — 2>4 = 0;
Од —ах — а2 4-Q3 4“ а*=0’> 0д 4-014- 02 — 0» — 04=0-
Первыми из них определяются расстояния А и Б оси валика отно-
сительно оси втулки. Вторыми определяются повороты ад и 0д оси
валика относительно оси втулки.
Под Л2; Л3; £>2; Ба; а2; а3; 02 и 03 понимается сумма всех состав-
ляющих размерные цепи звеньев, относящихся к деталям сборочной
машины. При помощи размерной цепи Вд — Вг 4- Ва 4- В3 = О
определяется требуемое расстояние Вд торца К валика относительно
торца М втулки после их соединения. При помощи размерной цепи
Уд — у2 4- Vi = 0 определяться вхождение шпонки валика в паз
втулки.
Для достижения требуемой точности соединения валика и втулки
методом взаимозаменяемости-необходимо не только рассчитать до-
пуски на все звенья размерных цепей, исходя из допуска исходного
звена (допуска соединения), но и выдерживать отклонения на всех
звеньях во время работы сборочной машины. При относительно
широких допусках на исходные звенья (допусках на соединения)
задача построения и эксплуатации сборочной машины решается
сравнительно просто.
Действительно, опыт показывает, что автоматические сборочные
машины были созданы и создаются в первую очередь для сборки
таких изделий, как крышки для радиаторов, корпусов распределителя
зажигания, шаровых шарниров передних подвесок автомобиля и т. д.
398
Основы снижения себестоимости машины
По мере уменьшения допусков на исходные звенья задача
создания надежно работающей сборочной машины осложняется,
так как допуски на составляющие звенья требуются жесткие,
что не только удорожает изготовление, но и сильно осложняет
сохранение отклонений
Рис. 285. Детали с фасками
(а — в) для расширения до-
пусков на время базирова-
ния деталей при автомати-
ческой сборке
допуск на отверстие So
всех звеньев в пределах этих допусков
во время эксплуатации сборочной ма-
шины. В таких случаях, для упроще-
ния решения задачи используют другие
методы достижений точности. Чаще всего
используется метод регулировки. С этой
целью одну из собираемых деталей во
время их соединения превращают в под-
вижный компенсатор с использованием
при этом базирования присоединяемой
детали сопрягаемыми поверхностями
другой («самоцентрирование»). Для этого
у одной или обеих соединяемых деталей
делают фаски.
Как видно из рис. 285, это позволяет
значительно расширить допуски на рас-
стояние и относительный поворот осей
собираемых деталей на время их бази-
рования и начала соединения.
Так, допустимая величина смещения
осей деталей баз фасок = А'нм, где
к'нм — наименьшая величина зазора.
При наличии фаски у одной из деталей
е2 = Л«л< ± h, где h — величина фаски.
Знак ± показывает, что деталь может
смещаться на величину фаски в одну и
другую сторону.
Угол поворота детали без фаски при
наиболее неблагоприятном случае, когда
= 0; допуск на вал бв = 0 nh = 0 при
длине детали L измеряется величиной катета у2 треугольника.
Деталь без фаски
с фаской
Уз = d-^-h К2</(Д«з. + й)-(Д„Л + /г)г.
Для того чтобы одна из собираемых деталей могла смещаться
и поворачиваться, чтобы войти в другую, необходимо: 1) обеспечить
возможность ее перемещения и поворота на базирующих устройствах
Автоматизация производства
399
исполнительного механизма машины, как это схематически показано
на рис. 286, а\ 2) создать у сборочного автомата: а) специальное
базирующее устройство, обладающее
способностью обеспечивать подвиж-
ность одной из собираемых деталей
(например, валика); б) достаточно
упругие звенья размерной цепи, обес-
печивающие необходимую при сборке
подвижность одной из сопрягаемых
деталей (не создавать звеньев размер-
ной цепи, обладающих высокой кон-
тактной и собственной жесткостью,
рис. 286, б).
Практика машиностроения пока-
зала, что сборочные автоматы, в ко-
торых для достижения требуемой точ-
ности соединения использованы ме-
тоды полной взаимозаменяемости и
жесткая конструкция всех звеньев
надлежащей размерной цепи, не толь-
ко трудно и дорого было сделать, но,
как правило, такие машины обычно
надежно не работали.
Средством создания дешевых и на-
дежно работающих сборочных авто-
матов является использование прин-
ципа наикратчайшего пути, т. е.
сокращения до минимума количества
Рис. 286. Схемы базирующего
устройства
звеньев в кинематических и размер-
ных цепях, при помощи которых необходимо получить требуе-
мую точность при сборке. Например, если в результате сборки
Рис. 287. Схема использования припуска наикратчайшего
пути для расширения допусков на детали сборочной
машины
необходимо обеспечить с достаточно высокой точностью расстоя-
ние между торцами валика и втулки (звено В д), то, как это видно
из рис. 284, размерная цепь В, с помощью которой решается
400
Основы снижения себестоимости машины
эта задача, имеет большое количество звеньев, что влечет за собой
установлениена них очень жестких допусков. Решение той же задачи
по схеме на рис. 287 позволяет, используя принцип наикратчайшего
пути, сократить количество звеньев до трех (Бг — Б2 — Б& = 0)
Рис. 288. Коленчатый вал швейной машины
благодаря установке на шток / цилиндра, запрессовывающего валик 2
упора <?, доходящего до торца втулки 4 и тем самым обеспечивающего
требуемую точность звена Вд.
В качестве другого примера использования принципа наикрат-
чайшего пути может служить автоматизация сборки коленчатого
вала швейной машины (рис. 288). На вал / требуется смонтировать
Рис. 289. Схема автомата для автоматической сборки коленчатого вала
и втулок с использованием принципа наикратчайшего пути и «искателя»
втулку 2 и кулачок с эксцентриком 3. После запрессовки кулачка 3
он должен быть застопорен на валу при помощи винта 4. Вал 1
автоматически подается и укладывается на две призмы 2. Кулачок 3
(рис. 289) подается в сборочное положение и надевается на выдвиж-
ной центр 4. Эксцентриком кулачок 3 свободно входит в отверстие,
сделанное в штоке 5 сборочной машины. После предварительного
Автоматизация производства
401
базирования сверху опускается «искатель» 6 в виде вилки, имеющей
два конических штифта 7. Один из штифтов входит в отверстие
под стопорный винт валика, второй — в отверстие под стопорный
винт кулачка. Входя в отверстия, штифты перемещают валик
и кулачок, устанавливая их оси на требуемом расстоянии одна от
другой. Кроме этого, кулачок добавочно поворачивается штифтом
и занимает требуемое угловое положение относительно шейки колен-
чатого валика. После базирования валика и кулачка между торцом
вала 1 и упором 8 машины вводится клин 9. Между торцом кулачка 3
и опорным торцом штока 5 вводится клин 10. С помощью клиньев 9
и 10 компенсируются погрешности осевых размеров от осей отвер-
стий до этих торцов как у кулачка, так и у валика.
Занятое кулачком и валиком положение фиксируется, после
чего «искатель» отводится, и кулачок штоком 5 пневмоцилиндра
запрессовывается на валик путем перемещения на размер, равный
расстоянию между штифтами «искателя». Благодаря этому, оси
отверстий под крепежный штифт у обеих сопряженных деталей
совпадают, и положение деталей фиксируется путем автоматического
завертывания штифта.
Как видно на рис. 291, задача решается с помощью трехзвенной
цепи, т. е. с использованием принципа наикратчайшего пути. Его
использование позволяет существенно расширить допуски на все
другие звенья машины, не участвующие в решении задачи и самих
собираемых деталей, и тем удешевить изготовление и эксплуатацию
сборочного автомата.
При достижении требуемой точности замыкающего звена той или
иной размерной цепи собираемого изделия методом неполной взаимо-
заменяемости автоматизация сборочного процесса деталей несколько
усложняется.
Действительно, даже при сборке таких простых соединений, как
валики и втулки, в соединение могут попасть втулки и валики, имею-
щие крайние значения размеров, исключающих возможность их
сборки. Следовательно, для исключения поломки сборочной машины
в ее конструкцию необходимо включить блокирующее устройство,
останавливающее работу маШины в таких случаях или заменяющее
автоматически одну из собираемых деталей* другой с другим разме-
ром, чтобы обеспечить собираемость.
Достижение требуемой точности замыкающего звена с исполь-
зованием метода групповой взаимозаменяемости позволяет автома-
тизировать сборочный процесс, если каждая из деталей участвует
только одним из своих размеров в качестве звена надлежащей раз-
мерной цепи. В противном случае осложняется сортировка деталей
по группам, а следовательно, и конструкция сборочного автомата.
В дополнение к сборочному автомату, при использовании групповой
взаимозаменяемости, необходимо иметь еще измерительные автоматы
402
Основы снижения себестоимости машины
стопроцентного измерения деталей, их сортировки на группы
и хранения до момента выдачи на сборку.
Использование метода пригонки для достижения требуемой
точности собираемой сборочной единицы вносит существенные ослож-
нения в автоматизацию процесса и конструкцию автомата.
В практике машиностроения стремятся избавиться от метода
пригонки при автоматизации процесса сборки машины путем измене-
ния конструкции изделия.
Рис. 290. Сборочная машина для автоматической сборки шарико-
подшипников
Автоматическая окончательная обработка одной из сопрягаемых
деталей по фактически полученному размеру другой (пригонка)
сопрягаемой детали позволяет в ряде случаев (при простых деталях)
автоматизировать и процесс пригонки.
Использование метода регулировки для достижения требуемой
точности сборочной единицы позволяет автоматизировать сборочный
процесс особенно при использовании неподвижных компенсаторов.
Примером может служить автоматическая сборка шарико- и ролико-
подшипников на 1ГПЗ.
Автоматическая сборка осуществляется с использованием метода
регулировки с неподвижным компенсатором, роль которого выпол-
няют шарики. В сборочную машину поступают два кольца — наруж-
ное и внутреннее. После того как их соединяют, автоматически изме-
Автоматизация производства
403
ряется размер между беговыми канавками пары колец. В зависи-
мости от полученного размера автоматически вызывается комплект
шариков требуемого диаметра, которые и монтируются между
кольцами. Шарики, рассортированные предварительно на 50 групп
с интервалом 2 мк, хранятся в магазине, в кассетах. Снизу и сверху
к шарикам подводятся половинки сепаратора, автоматически соеди-
няемые одна с другой.
Общий вид одной из
автоматических сбороч-
ных машин показан на
рис. 290.
При использовании
подвижных компенсато-
ров автоматизация про-
цесса сборки несколько
усложняется, так как
сборочный автомат дол-
жен иметь механизм для
измерения точности за-
мыкающего звена и для
осуществления процесса
регулировки и фиксации
подвижного компенса-
тора.
Однако в методе регу-
лировки заложено столь-
ко возможностей даль-
нейшего повышения точ-
ности машин и увеличе-
ния производительности
труда, что разработка
технологии автоматиче-
ской регулировки соби-
раемых сборочных еди-
Рис. 291. Начало участка автоматической сбор-
ки автомобильного двигателя
ниц и целых машин представляет собой одну из серьезных проблем
автоматизации, таящих большие возможности.
Автоматизация сборки более сложных изделий, таких, например,
как автомобильный двигатель, пока затрагивает только наиболее
простые операции и участки. В качестве примера на рис. 291 пока-
зано начало участка автоматической сборки автомобильного дви-
гателя, на котором с необходимой точностью производится установка
картеров двигателя на приспособления периодически перемещаю-
щегося цепного конвейера. По мере перемещения конвейера рабочими
устанавливаются на картер различные детали, которые автомати-
чески подаются к местам сборки. При этом детали небольших
404
Основы снижения себестоимости машины
Рис. 292. Бункеры для автоматической загрузки деталей в ячейки специаль-
ных ящиков для подачи к местам сборки	9
I
Рис. 293. Многошпиндельный агрегатный станок для авто-
матического завертывания и крепления гаек
Автоматизация производства
405
размеров подаются к местам сборки в особых ящиках (рис. 292), в
специальные ячейки которых детали автоматически загружаются из
JfIL Ж.Ж1. Jt.	»в.. £

Рис. 294. Общий вид участка для автоматической обкатки двигателей
бункеров, расположенных вдоль конвейера, перемещающего ящики
с деталями.
По ходу технологического процесса рабочие навинчивают на
первую нитку крепежные шпильки и гайки. Завертывание и креп-
ление шпилек и гаек с требуемой величиной крутящего момента
производятся автоматически при помощи многошпиндельных агре-
гатных станков, установленных вдоль сборочного конвейера. Один
406
Основы снижения себестоимости машины
из таких многошпиндельных
агрегатных станков показан
на рис. 293. После окончания
сборки моторы автоматически
подаются на испытательные
стенды, где проходят обкатку.
Общий вид испытательных
стендов показан на рис. 294.
Из изложенного видно,
что автоматизация сборочных
процессов находится еще в
начальной стадии развития,
несмотря на то, что дальней-
шая автоматизация сбороч-
ных работ может значитель-
но увеличить производитель-
ность труда.
Непрерывный рост потреб-
ностей в различного рода ма-
шинах и их деталях создает
экономическую целесообраз-
ность и необходимость пере-
хода в ряде случаев от авто-
матических линий к автома-
тическим цехам и заводам.
Примером автоматическо-
го цеха может служить цех
(рис. 295) по производству
шарико- и роликоподшипни-
ков, спроектированный и по-
строенный дЛя 1ГПЗ Мини-
стерством станкостроительной
и инструментальной промыш-
ленности. Цех состоит из двух
автоматических линий. Одна
предназначена для выпуска
900 000 шарикоподшипников,
вторая — для выпуска 600 000
роликоподшипников в год.
Благодаря поточному виду
организации производствен-
ного процесса цикл производ-
ства подшипников сокращен
в 9 раз по сравнению с суще-
ствующим. Линия построена
Автоматизация производства
407
с разделением на отдельные участки, между которыми установлены
магазинные устройства, что позволяет сократить частоту и продол-
жительность остановок отдельных участков и тем самым повысить
производительность цеха.
Заготовки для колец в виде штамповок и труб поступают в цех
через ворота В и размещаются: штамповки — в бункеры а, трубы —
на стеллажи б. В бункерах поковки автоматически укладываются
в определенном положении, правильно ориентируясь базовыми
поверхностями относительно направляющих бункеров, вмещающих
от 250 до 300 заготовок колец. Из бункеров заготовки при помощи
подъемников и транспортеров подаются на токарные восьмишпин-
дельные двусторонние автоматы 1 и 2, где производится обработка
всех поверхностей.
Наружные кольца после обработки поступают через отводящие
лотки, подъемники и верхний транспортер на пресс 5, где произ-
водится операция клеймения, и оттуда они передаются в автомати-
ческий магазин 4 для последующей термической обработки. Вну-
тренние кольца после второй операции токарной обработки, выпол-
няемой на двух одношпиндельных токарных автоматах 5, пере-
даются на пресс 6 для клеймения, откуда попадают в автомати-
ческий магазин 4 для выдачи в цех с целью термической обра-
ботки.
Кольца, изготовленные из труб, проходят токарную обработку
на автоматах 7 и 8, клеймятся на прессах 9 и 10 и передаются транс-
портером в автоматические магазины И и 12. Из магазинов кольца
при помощи специальных раскладчиков 13—15 загружаются на
пульсирующие поды электронагревательных печей, по пять-шесть
колец в ряд. Пройдя печи, кольца попадают в закалочные баки
16—18, заполненные маслом. Из баков кольца поступают в моечные
машины 18—20, где промываются горячей водой с содой, после чего
проходят сушку и обработку холодом на установках 21—23, после
которой подвергаются отпуску в печах 24.
Термически отработанные кольца, пройдя визуальный контроль,
поступают в автоматические магазины 25—28, откуда выдаются на
плоскошлифовальные станки 29 и 30 для обработки торцов. После
плоского шлифования кольца поступают в магазины 31—34, откуда
выдаются на дальнейшие шлифовальные операции на станки 35—38.
После шлифования наружных поверхностей кольца проходят через
контрольно-блокировочные устройства, отбраковывающие дефектные
кольца. Годные поступают в магазины 39—41. Шлифование внутрен-
них поверхностей производится на станках 42—49. Окончательно
отшлифованные кольца поступают в дисковые магазины 50—53,
где производятся визуальный контроль двумя контролерами и за-
кладка колец в накопители моечных машин 54—57, осуществляющих
первую операцию сборочного отделения цеха.
408
Основы снижения себестоимости машины
Требования высокой точности, которым должны отвечать гото-
вые шарико- и роликоподшипники, вызвали необходимость введения
в технологический процесс мойки колец, шариков и сепараторов;
контроля стабильности температуры в сборочных помещениях, под-
держиваемой при помощи специальной установки для кондициони-
рования воздуха, обеспечивающей одновременно влажность и чис-
тоту воздуха. Кольца проходят контрольные автоматы 58—61,
на каждом из которых контролируется от 20 до 33 параметров,
характеризующих качество колец с точностью до 0,5 мк. Брако-
ванные кольца отделяются от годных, передаваемых непосредственно
на сборочные автоматы.
Сборка роликоподшипников производится на четырехпозицион-
ном вертикальном автомате 62. Сборка шарикоподшипников осу-
ществляется на сборочном агрегате, состоящем из четырех машин:
автоматов 63 и 64 (служащих для аттестации колец и для выдачи
шариков необходимого размера), сборочной машины 65 и автомата 66
для контроля радиального зазора. Собранные подшипники проходят
контроль на автоматах 67 и 68, демагнитизаторы и антикоррозий-
ные агрегаты 69, 70. После этого подшипники охлаждаются до 30° С
и передаются на упаковку на автоматы 71 и 72, где завертываются
в парафинированную бумагу и укладываются в здесь же изготовляе-
мые из картонного раскроя коробки, которые закрываются и заклеи-
ваются. На коробки наклеивается бандероль и затем они выдаются
на стол для упаковки в ящики для последующей отправки.
Комплексная автоматизация всего производственного процесса
превращения заготовок в готовую продукцию позволила не только
увеличить выработку на одного производственного рабочего в 2 раза,
но и изменить характер и условия труда. Место утомительного,
однообразного труда станочника и контролера занял более квалифи-
цированный труд наладчика автоматических станков и другого
оборудования. Автоматическое удаление стружки, подача охлаж-
дающей жидкости и ряд других мероприятий создали другую, более
высокую, культуру производства. Все оборудование линий рассчи-
тано на возможность изменения размеров изделий в пределах
1—15%, что позволяет вносить изменения в конструкцию изделий
без существенных, а следовательно, и дорогостоящих изменений
оборудования автоматических линий. Этим самым сокращается
моральный износ автоматических линий, а следовательно, умень-
шаются и расходы на их амортизацию.
Плановое социалистическое хозяйство нашей Родины обеспе-
чило возможность создания в 1951 г. первого в мире автоматического
завода по производству поршней к автомобильным двигателям. На
рис. 296 даны общий вид оборудования завода и схема технологи-
ческого процесса производства поршней. Алюминиевые чушки с же-
лезнодорожной платформы разгружаются на конвейер, по которому
Автоматизация производства
Рис. 296. Схема технологического про-
цесса автоматического производства порш-
ней на заводе:
1 — конвейер для чушек; 2 — конвейер для возврата литников; 3 — плавильная печь;
4 — литейная машина; 5 — отрезка литников; 6 — печь для отпуска; 7 — приборы
для проверки твердости; 8 — станок для обработки баз; 9 — бункер; 10 — автома-
тическая линия станков; 11 — автомат для подгонки по весу; 1Z— чистовое шлифова-
ние; 13 — автомат для лужения; 14 — бункер; 15 — станки для отделочной обра-
ботки отверстий под палец; 16 — моечная машина; 17 — машина для контроля и
сортировки; 18 — упаковочная машина
410
Основы снижения себестоимости машины
поступают в плавильную печь. Расплавленный металл поступает
дозами в автоматическую литейную машину для отливки в металли-
ческих кокилях заготовок поршней. Из литейной машины застывшие
заготовки поступают на станки для отрезки литников, которые
особым транспортом возвращаются для загрузки в плавильную
печь. После этого заготовки проходят отпуск в специальной печи,
далее — специальное устройство для измерения твердости, и годные
по твердости поступают в бункеры, а выходящие за установленные
пределы твердости возвращаются вместе с литниками в плавильную
печь. Из бункера заготовки поступают на обработку. После ряда
операций детали проходят специальный станок, где осуще-
ствляется их подгонка по весу. Следующая операция — чистовое
шлифование, после которого поршни подвергаются лужению,
затем производятся окончательная механическая обработка, кон-
троль и сортировка на группы, упаковка в бумагу, коробки
и ящики. Все управление завода централизовано на пульте упра-
вления.
Технологический процесс производства поршней на автомати-
ческом заводе является комплексным. Он объединяет различные
процессы, необходимые для превращения алюминия, поступающего
в чушках, в готовые, упакованные для отправки поршни. Действи-
тельно, наряду с металлургическими, литейными, термическими
процессами, механической обработкой и контролем при изготовле-
нии поршней применяются химические процессы, смазка, сорти-
ровка и упаковка.
Автоматический завод представляет собой сложную систему
различных видов автоматически работающего оборудования, требу-
ющего высококвалифицированного наблюдения обслуживающего
персонала и своевременной подстройки. Автоматический завод
спроектирован для выпуска поршней двух автомашин как нормаль-
ных, так и ремонтных размеров, и состоит из двух параллельно
работающих автоматических линий.
Из изложенного видно, что автоматизация технологических
процессов является одним из основных стредств дальнейшего увели-
чения производительности труда в машиностроении и увеличения
выпуска машин, необходимых народному хозяйству и населению
нашей Родины.
Дальнейшее развитие автоматизации должно протекать в следую-
щих трех направлениях:
1.	Автоматизация отдельных работающих станков и других
видов оборудования как вновь создаваемых, так и работающих на
машиностроительных заводах.
2.	Создание автоматических линий оборудования для комплек-
сного изготовления разнообразных видов деталей и целых изделий
в различных отраслях машиностроения. При этом должно быть уде-
Автоматизация производства
411
лено внимание созданию автоматических линий на базе действую-
щего оборудования как одному из средств, могущих дать значитель-
ный эффект в наиболее короткий промежуток времени. Наряду с
этим, естественно, должны разрабатываться автоматические линии
на базе вновь создаваемого, более производительного, обору-
дования.
3.	Создание новых автоматических цехов и заводов по выпуску
изделий, требуемых в наибольших количествах (шарико- и ролико-
подшипники, запасные части к автомобилям и тракторам, электро-
двигатели, электрооборудование, электроаппаратура, приемники,
метизы и др.).
Все виды автоматизации связаны с дополнительными затратами
средств, поэтому необходимо в каждом случае путем надлежащего
технико-экономического расчета определять экономически целе-
сообразную степень автоматизации технологического процесса
в данных производственных условиях с учетом перспективы дальней-
шего увеличения выпуска изделия. Эффективность, а следовательно,
и расширение области автоматизации технологических процессов
зависит от следующих основных факторов:
1)	увеличения количества изделий, изготовленных по неизме-
няемым чертежам путем наиболее глубокого отражения в кон-
струкции изделия современных достижений и перспектив раз-
вития науки и техники, т. е. уменьшения моральнрго износа из-
делия, широкого использования в конструкции изделия унифи-
цированных (с другими изделиями) стандартных и нормализован-
ных единиц и деталей, специализации заводов по изготовлению уни-
фицированных и стандартизованных сборочных единиц и деталей;
2)	сокращения первоначальных затрат на автоматизацию путем
создания автоматических линий и цехов на базе стандартного обо-
рудования с ограниченным до минимума количеством вновь созда-
ваемого специального оборудования, создания автоматического
оборудования и линий, допускающих с небольшими затратами пере-
настройку при переходе на изготовление изделия по новым черте-
жам;
3)	сокращения времени на настройку и перенастройку автома-
тического оборудования линий;
4)	повышения надежности работы всех средств автоматизации
и оборудования для сокращения частоты и продолжительности
остановок и простоев.
Работы, которые сделаны и ведутся по всем перечисленным
выше направлениям, позволили не только значительно расширить
область экономического использования автоматизации производ-
ственных процессов, но и непрерывно создавать новые возможности
еще большего развития автоматизации производственных процессов
в различных областях машиностроения.
412
Основы снижения себестоимости машины
ТИПИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Задачи дальнейшего увеличения производительности труда
и выпуска различных машин требуют непрерывного внедрения в про-
изводство наиболее производительных и экономичных технологи-
ческих процессов, обеспечивающих требуемое качество выпускаемых
машин. Одним из мощных средств, способствующих решению пере-
численных задач, является типизация технологических процессов.
Под типизацией технологических процессов понимается процесс
разработки технологических процессов на изготовление типовых
деталей и целых машин, отражающих наиболее передовой опыт
и достижения промышленности, науки и техники.
Так как наука, техника и промышленность непрерывно и быстро
развиваются, то разработанные типовые технологические процессы
должны систематически пересматриваться для отражения в них
новейших достижений.
Типовые технологические процессы оказывают существенную
помощь не только во внедрении передового опыта в машиностроение,
но и позволяют упростить и сократить трудоемкость и цикл подго-
товки производства новых изделий.
Идея разработки типовых технологических процессов родилась
в Советском Союзе в 1932—1935 гг., когда началось широкое раз-
витие машиностроения и потребовалось быстро и качественно раз-
рабатывать технологические процессы на большое число новых
машин и их деталей при проектировании новых заводов и внедре-
нии новых машин на действующих предприятиях.
Отдельными заводами, отраслевыми научно-исследовательскими
институтами и кафедрами втузов была проделана большая работа
по изучению, анализу и обобщению опыта советского и зарубежного
машиностроения и разработке на этой основе различного рода руко-
водящих материалов, а затем и типовых технологических про-
цессов.
Большую работу по разработке научных основ и широкой про-
паганде идеи типизации технологических процессов проделал А. П.
Соколовский. Всесоюзная конференция по типизации технологи-
ческих процессов [35], состоявшаяся в 1938 г. в Ленинграде, подвела
итоги проделанной в стране работы, определила ее значимость, роль
и дальнейшие пути развития.
Для разработки типовых технологических процессов необходимо
прежде всего выбрать типовую машину или типовые детали, так как
каждый технологический процесс имеет целью экономичное изго-
товление изделия, полностью отвечающего его служебному назна-
чению. Для выбора типовой машины и детали, те и другие принято
делить на классы. Классификацию деталей машины предлагалось
вначале строить по подобию геометрических форм, затем с учетом
Типизация технологических процессов
413
ряда добавочных признаков, например геометрических размеров,
общности технологических задач и т. д.
Как показал опыт машиностроения, наиболее правильным при-
знаком для классификации машин, сборочных единиц и деталей
является одинаковое или близкое их служебное назначение.
В соответствии с этим классом можно назвать совокупность из-
делий (машин, сборочных единиц или деталей), обладающих одина-
ковым или близким служебным назначением.
Сходство служебного назначения изделий всегда порождает
сходство требований, которым должна отвечать готовая машина,
сборочная единица или деталь. Как то, так и другое порождает
близость кинематических схем, конструктивных форм и размеров
используемых материалов и других качественных показателей
машин и деталей. Действительно, практикой машиностроения неда-
ром установлено деление машин на классы на основе их служебного
назначения. Например, токарные станки делят на прецизионные,
нормальные и для грубых работ, внося дополнительное деление
станков в каждом из классов по размерам обрабатываемых на них
изделий — на мелкие и средние станки и станки для обработки
деталей больших габаритных размеров (тяжелые). В отдельные клас-
сы выделяются токарно-винторезные станки для нарезания точных
резьб, для обтачивания валков прокатных станов и т. д. То же отно-
сится и к деталям машин. Например, к двум ходовым винтам даже
одинаковых конструктивных форм и размеров предъявляются раз-
личные требования к качеству с учетом их служебного назначения.
К ходовому винту прецизионного станка предъявляются значительно
более высокие требования к точности создаваемых им перемещений
ц к сохранению ее на более длительное время эксплуатации винта,
чем к винту для нормального станка. Естественно, что для изготов-
ления ходовых винтов различного служебного назначения исполь-
зуются разные материалы и технологические процессы изготовления.
Рассмотренные примеры показывают целесообразность классифи-
кации машин, сборочных единиц и деталей на основе их служебного
назначения. Исходя из этого, машины, как и их специальные сбо-
рочные единицы и детали, целесообразно классифицировать по от-
дельным отраслям машиностроения; унифицированные, стандартные
и нормализованные сборочные единицы (шарикоподшипники, насосы,
гидропневмосистемы, электрооборудование, муфты включения) и
детали (ступенчатые валы, втулки, зубчатые колеса, крепежные
детали) — классифицировать по машиностроению в целом.
Например, в станкостроении станины станков делятся на шесть
классов, как это показано на рис. 297.
В каждом классе машин, сборочных единиц и деталей выбираются
типовая машина, сборочная единица или деталь. Типовой назы-
вается деталь, сборочная единица или машина, наиболее полно
414
Основы снижения себестоимости машины
Технологическая карта двух
1. вариант. Станки универсального типа								
Суточный выпуск — 59 деталей, ритм г = 13,73 мин								
1 № операций	Наименование опе- раций (см. рис. 298)	Припуск на обра- ботку Допуск на обра- ботку в мм	Оборудова- ние	Приспособления и база	. Станкоемкость в мин	Количество стан- ков в шт.	Загрузка стан- ков в %	
1	Подрезка торцовых поверхностей 1	3—5 0,25	Токарный станок 1А62	Базовые поверхно- сти 2,	10,	16. Ручной винтовой зажим	4,0	1	30	
2	Центрование детали с двух сторон	—	То же	Базовые поверхно- сти 2, 10, Трех- кулачковый патрон	3,0	—	22	
3	Черновое обтачивание поверхностей 2, 3, 15, 16 и 17	3-5 0,25	То же	Центры, поводок	18,0	2	66	
4	Чистовое обтачивание поверхностей 2, 3, 15, 16 и 17	0,8-1,0 0,20	То же	Центры, поводок	16,0	1	115	
5	Черновое обтачивание поверхностей 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13; по радиусам, фасок	3-5 0,25	То же	Центры, поводок *	26,0	2	94	
6	Чистовое	обтачива- ние поверхностей 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, канавок, ра- диусов, фасок, за- тупление кромок	0,8-1,0 0,20	То же	Центры, поводок	22,0	2	80	
7	Шлифование поверх- ностей 2, 10, 17	0,3 0,015	Круглошли- фовальный станок 3151П	Центры, поводок	4,0	—	30	
8	Сверление 12 отвер- стий	—	Сверлильный станок 2135	Центры, зажим руч- ной	13,0	1	96	
Типизация технологических процессов
415
Таблица 7
вариантов обработки вала-шестерни
				II вариант. Высокопроизводительное оборудование						
				Суточный выпуск — 175 деталей, ритм г == 4,6 мин						
-	Трудоемкость	Число рабочих в смену	№ операций	Оборудование	Приспособление и база	Станкоемкость в мин	Количество стан- ков в шт.	Загрузка стан- ков в %	Трудоемкость	Число рабочих в смену
	4,0	0,3	—	—	—	—	—	—	—	—
	3,0	0.2	1	Фрезерно-центровоч- ный станок ФЦ-1	Базовые поверхности 2, 10 и 14. Пневма- тическое на две де- тали	2,0	1	44	1,0	0,21
1	18,0 1	1,3	—	—	—	—	—	—	—	—
	16,0	1,14	2	Шестишпиндельный токарно-карусель- ный полуавтомат непрерывного дей- ствия типа 1284	Базовые поверхности, центры, патроны гидравлические 6 шт.	2,5	1	54	1,2	0,25
	26,0	1,9								
	22,0	1,6	3	То же	То же	2,5	1	54	1,2	0,25
	4,0	0,3	4	Круглошлифовальный станок 3151П	Центры, поводковый патрон	3,2	1	70	3,2	0,67
	13,0	0,9	5	Сверлильный станок 2153	12-шпиндельная свер- лильная головка, пневматическое	1,6	1	35	1,6	0,34
416
Основы снижения себестоимости машины
1 вариант. Станки универсального типа
Суточный выпуск — 59 деталей, ритм г = 13,73 мин
№ операций	1	Наименование one- раций (см. рис. 298)	Припуск на обра- ботку Допуск на обра- ботку в мм	Оборудова- ние	Приспособления и база	Станкоемкоыь в мин	Количество станков в шт.	Загрузка стан- ков в %
9	Черновое фрезеро- вание 14 зуоьев	—	Зубофре- зерный станок Ф532	Центры, зажим вин- товой, ручной	14,2	—	—
10	Чистовое фрезерова- ние 14 зуоьев	—	То же	То же	19,2	3	81
11	Шевингование зубьев	—	Не шевин- гуется, чисто фрезеруется	—	—	—	—
12	Зачистка заусенцев	—	Верстак	Вручную	—	—	—
13	Промывка деталей	—	Моечный бак	—	—	—	—
14	Контроль	—	Контрольный стол	—	—	—	—
15	Термическая обра- ботка	—	—	—	—	—	—
16	Чистовое шлифова- ние шеек и торцо- вых поверхностей 2, 10, 11, 17	0,3 0,019	Круглошли- фовальный станок 315Ш	Центры, поводок	5,0	1	! 36 1
17	Чистовое шлифова- ние поверхностей 4 и 15		То же	То же	3,0	—	21 1
18	Зачистка, затупление острых углов		Верстак	Вручную	—	—	—
Типизация технологических процессов
417
Продолжение табл. 7
			11 вариант. Высокопроизводительное оборудование						
			Суточный выпуск — 175 деталей, ритм г = 4,6 мин						
Трудоемкость	Число рабочих в смену	№ операций	Оборудование	Приспособления и база	Станкоемкость в мин	Количество стан- ков в шт.	Загрузка стан- ков в %	Трудоемкость	Число рабочих в смену
—	—	6	Двухшпиндельный зубофрезерпый станок	Центры, гидравличе- ское на две де- тали	1,2	2	78	1,0	0,21
1,5	0,11	7	То же	То же	8,6	2	93	1,0	0,21
—	—	8	Одношпиндельный шевинговальный станок	Центры	3,0	1	65	1,5	0,31
ад	0,3	9	Верстак	Электрозачистная машина	0,3	1	7,0	0,3	0,06
—	—	10	Моечная машина						
1,5	0,11	11К	Контрольный стол	Для проверки за- цепления по эта- лонной шестерне	—	—	—	—	—
—	—	12	—						
5,0	0,6	13	Круглошлифовальный станок типа 3151П	Центры, поводковый патрон	3,2	1	70	3,2	0,67
3,0	0,2	14	Круглошлифовальный станок типа 316 с кругом под углом	То же	2,5	1	54	2,5	0,52
4,0	0.3	15	Верстак	Электрозачистная машина	—	—	—	1,0	0,21
14 Балакшин
418
Основы снижения себестоимости машины
представляющая служебное назначение данного класса. Такая
типовая деталь должна отличаться наиболее часто встречающимися
Рис. 297. Классификация станин станков
конструктивными фор-
мами, точностью, разме-
рами, материалом и дру-
гими основными показа-
телями качества, опреде-
ляющими ее служебное
назначение.
В зависимости от тре-
буемого качества подле-
жащих изготовлению ма-
шин, сборочных единиц
или деталей типовые
технологические процес-
сы должны разрабаты-
ваться для различных
масштабов выпуска из-
делий. В качестве при-
мера на рис. 298 показан
вал-шестерня, а в табл. 7
приведены два типовых
технологических процесса механической обработки вала-шестерни
для двух масштабов выпуска в сутки: 59 и 175 шт. [36].
Типовые технологические процессы нередко сопровождаются
рядом дополнительных данных в виде эскизов отдельных переходов
Рис. 298. Вал-шестерня
и операций, оборудования, типовых приспособлений, инструмента,
методов и средств контроля, таблицами исходных данных для рас-
четов себестоимости.
Пользуясь типовыми технологическими процессами, технолог
может разработать рабочий технологический процесс обработки,
Технологичность конструкций машин и деталей	419
например, блока двигателя, подобной или близкой конструкции,
для любого масштаба выпуска.
Типовые технологические процессы облегчают труд технолога,
сокращают время, потребное на разработку технологического про-
цесса, и позволяют внедрить наиболее передовые, производитель-
ные и экономичные технологические процессы, оборудование и тех-
нологическую оснастку.
Таким образом, правильно разработанные типовые технологи-
ческие процессы способствуют:
1)	внедрению в производство наиболее передового опыта и дости-
жений науки и техники;
2)	упрощению разработки рабочих технологических процессов
и сокращению потребного на это времени;
3)	сокращению циклов подготовки производства новых изделий;
4)	ознакомлению, с наименьшими затратами труда, конструкто-
ров, технологов и других заводских работников с передовыми тех-
нологическими процессами, что повышает квалификацию работ-
ников;
5)	критической оценке уровня технологии, существующей в дан-
ное время на заводе;
6)	выявлению потребностей в новых видах оборудования, инстру-
мента и технологической оснастки;
7)	разработке новых, более производительных и экономичных
технологических процессов;
8)	отработке конструкции машины и деталей в целях полного
использования всех особенностей технологических процессов (т. е.
достижению технологичности конструкции).
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ МАШИН И ДЕТАЛЕЙ
На стр. 23 указывалось, что конструктивные формы машин,
сборочных единиц и деталей определяются в первую очередь их
служебным назначением. Однако машина, сборочная единица или
деталь, сконструированные без учета требований технологии их
изготовления, могут оказаться не экономичными. Поэтому при
разработке конструктивных форм машин, сборочных единиц и дета-
лей необходимо также учитывать и отражать в конструкции требо-
вания технологии их наиболее экономичного изготовления.
Современная технология машиностроения располагает большим
количеством различных технологических процессов получения заго-
товок деталей, их обработки и сборки сборочных единиц и машин.
Из всего количества имеющихся технологических процессов в пер-
вую очередь отбираются обычно процессы, при помощи которых
можно обеспечить требуемое качество машины, сборочной единицы
или детали. Из равноценных, в смысле обеспечения качества, выби-
14*
420
Основы снижения себестоимости машины
рается технологический процесс, обеспечивающий наибольшую
экономичность изготовления машины.
Изучение и анализ технологических процессов показывают, что
каждый из них, или группа процессов, однородных по кинематике
относительных движений режущих инструментов и обрабатываемых
деталей, обладаютрядомособенностей, использование которых позво-
ляет сократить время изготовления изделий. Например, при много-
резцовой обработке (см. стр. 266) все резцы, закрепленные на каждом
Рис. 299. Схема обработки «на проход», показывающая услож-
нение обработки по мере усложнения конструкции
из суппортов, имеют одинаковую длину хода. Эта длина определяется
размером наиболее длинной из одновременно обрабатываемых поверх-
ностей плюс добавки на вход и выход инструмента (см. стр. 265).
Следовательно, для обработки с наименьшим машинным временем
желательно, чтобы длина всех одновременно обрабатываемых поверх-
ностей детали была равна или кратна длине наиболее короткой по-
верхности. В последнем случае, все длинные поверхности можно
обрабатывать одновременно несколькими резцами, и длина пути
хода суппорта с резцами определяется поверхностью наименьшей
длины. При этом детали не должны иметь резких переходов диамет-
ральных размеров одновременно обрабатываемых поверхностей,
чтобы иметь возможность их обрабатывать за одинаковое число про-
ходов. Аналогичная картина наблюдается при одновременной обра-
ботке поверхностей отверстий инструментами, закрепляемыми в од-
ной головке.
Технологичность конструкций машин и деталей
421
Рис. 300. Расположение поверхностей
детали в одной плоскости при их обра-
ботке «на проход» на вращающемся
столе фрезерного станка
Почти все способы механической обработки деталей с плоскими
поверхностями требуют возможности обработки детали «на проход»,
т. е. возможности прохода режущего инструмента при обработке
поверхностей на длину, превышающую длину детали. Это позволяет
вести обработку нескольких последовательно установленных дета-
лей на настроенной системе СПИД, т. е. с наибольшей производи-
тельностью. При обработке «на
проход» с прямолинейным отно-
сительным движением режущих
инструментов и обрабатываемых
деталей поверхности, подвергаю-
щиеся обработке, могут распо-
лагаться в любом относительном
положении в плоскости, перпен-
дикулярной направлению дви-
жения при обработке, как это
схематически показано на рис.
299. Из рисунка видно, что чем
меньше число отдельных поверх-
ностей выполняет совместно
одно служебное назначение и
чем проще их относительное
расположение, тем производи-
тельнее и экономичнее осуще-
ствляется обработка, так как
меньше затрачивается времени
на настройку системы СПИД и
измерения, проще и дешевле
режущий инструмент и т. д.
При обработке «на проход»
с круговым относительным дви-
жением режущих инструментов
и обрабатываемых деталей необходимо, чтобы все подлежащие
обработке поверхности на каждой из сторон детали располагались
в одной плоскости, как это схематически показано на рис. 300.
Только при этом условии все такие поверхности можно обработать
с одной установки детали за один или несколько проходов, т. е.
обработать наиболее производительно.
Изменение количества машин или деталей, подлежащих изготов-
лению, требует перехода от одних используемых технологических
процессов к другим. Известно, что технологические процессы отли-
чаются относительно небольшой штучной производительностью при
небольших первоначальных затратах на оборудование, инструмент
и технологическую оснастку; другие, наоборот, отличаются высокой
штучной производительностью и требуют больших первоначальных
422
Основы снижения себестоимости машины
затрат; остальные занимают промежуточное положение. Естественно,
что при небольшом количестве изделий, подлежащих изготовлению,
экономичнее использовать первые виды технологических процессов,
а при большом количестве — последние процессы.
Таким образом, для каждого масштаба выпуска и общего коли-
чества изделий, подлежащих изготовлению по неизменяемым черте-
жам, выбирается наиболее экономичный технологический процесс,
предъявляющий ряд требований к конструкции изделия. Следова-
тельно, анализ конструкции каждого изделия и каждой его детали
должен быть направлен на создание такой конструкции, которая
позволяла бы использовать все особенности технологических про-
цессов, обеспечивающих наиболее экономичное изготовление изде-
лий, при намеченном его масштабе выпуска и общем количестве
изделий, подлежащих изготовлению по неизменным чертежам. Для
иллюстрации изложенного на рис. 301, а—в показаны три различ-
ных способа обработки колпачка (рис. 302), выполняющего роль
защитного устройства коробки подач. Как видно из рис. 301, а, при
обработке колпачка на токарном станке все переходы выполняются
последовательно, поэтому конструктивная форма колпачка, пока-
занная на рис. 301, а и 302, а, отвечает требованиям технологиче-
ской отработки на токарном станке. При обработке колпачка на
револьверном станке (рис. 301, б) имеется возможность совместить во
времени ряд переходов, например обработку отверстия с обработкой
наружной поверхности (поз. 3). Из рис. 301, б видно, что часть наруж-
ной поверхности при этом остается не обработанной, так как резец
и сверло имеют одинаковую длину перемещения. Обработку остаю-
щейся части наружной поверхности целесообразно совместить во
времени с другим переходом, например со вторым, что позволяет ис-
пользовать особенность технологии револьверной отработки и сокра-
тить время обработки.
Чтобы избежать появления случайных величин ступенек на
наружной поверхности, неизбежных при ее обработке двумя раз-
личными инструментами, установленными на разных суппортах,
в конструкцию детали целесообразно внести изменения, сделав
наружную поверхность заведомо ступенчатой формы, как это пока-
зано на рис. 302, б. При обработке колпачка на четырехшпиндель-
ном автомате для сокращения машинного времени все переходы,
выполняемые на каждой из четырех позиций, как это видно из
рис. 301, в, совмещаются во времени. При этом обработка отверстия
и равной ему длины наружной поверхности делится между 2-й
и 3-й позициями. Для обеспечения быстрого подвода сверла на 3-й
позиции в рабочее положение необходимо диаметр отверстия, полу-
чаемого на второй позиции, сделать больше диаметра отверстия,
получаемого на третьей позиции. Без этого на поверхности отвер-
стия образуется риска от быстро вводимого на третьей позиции
Технологичность конструкций машин и деталей
423
Рис 301. Три различных способа об-
работки детали:
1—7 — номера переходов
в)


>7777777777777777777^7^/ “у
-----------------------ь
’ZZZZSZZ2ZZZZZ2ZZEZ _1
€1
€1
6)	г)
Рис. 302. Конструкции колпачка, отвечающие требованиям различных
технологических процессов его изготовления
424
Основы снижения себестоимости машины
сверла вследствие погрешностей фиксации шпиндельного блока
и упругих деформаций системы СПИД. Та же картина будет наблю-
даться и на наружной поверхности.
Поэтому для получения детали требуемого качества и максималь-
ного использования всех особенностей обработки колпачка на че-
тырехшпиндельном автомате для сокращения штучного времени
конструкцию колпачка целесообразно сделать в соответствии
с рис. 302, в.
При большом количестве колпачков, подлежащих изготовлению,
становится экономичным получать их с помощью штамповки. В этом
случае конструкция колпачка должна быть радикально изменена
в соответствии с требованиями процесса штамповки (рис. 302, г).
Для выявления эффекта, получаемого от простого перехода
с одного технологического процесса на другой и дополнительно от
изменения конструкции в связи с требованиями каждого из техноло-
гических процессов, в табл. 8 приведены данные о затратах штучного
времени (Тщт) и себестоимости колпачка.
В графах 5 и 6 даны, соответственно, штучное время и себестои-
мость колпачка для каждого из технологических процессов при
обработке исходной конструкции (рис. 302, а), отвечающей требо-
ваниям технологии токарной обработки. Как видно из цифр, при
обработке на четырехшпиндельном автомате штучное время сокра-
щается в 3 раза, себестоимость — на 40%.
В графах 8 и 10 даны штучное время и себестоимость изготовления
колпачков в тех же количествах, но различной конструкции, каж-
дая из которых отвечает требованиям надлежащего технологического
процесса. В графах 9 и 11 эти же данные выражены в процентах
относительно штучного времени и себестоимости, указанных в гра-
фах 5 и 6. Из граф 8—11 видно, что изменение конструкции колпачка,
в соответствии с требованиями технологии, дает дополнительное
сокращение штучного времени и себестоимости от 2 до 16%.
В графах 13 и 15 даны штучное время и себестоимость колпачка
конструкции, отвечающей требованиям технологии обработки на
четырехшпиндельном автомате (рис. 301, в). В графах 14 и 16 дано
сопоставление этих величин с соответствующими данными колпачка
конструкции, отвечающей требованиям технологии токарной обра-
ботки. Анализ цифр показывает, что трудоемкость и себестоимость
увеличиваются соответственно до 32 и 36% по мере перехода на
другие способы обработки в связи с уменьшением количества, без
изменения конструкции.
Рассмотренный пример показывает необходимость изменения
конструкции изделия как в связи с увеличением, так и уменьшением
его выпуска.
Конструкцию машины или детали принято называть техно-
логичной, если она позволяет в полной мере использовать все возмож-
Таблица 8
Сравнительная трудоемкость и себестоимость механической обработки колпачка
U/U к	Количество изделий, подлежащих изгото- влению	Технологиче- ский процесс обработки	Конструкция, отве- чающая требованиям токарной обработки			Конструкция, отвечающая требованиям соответствующих видов обработки					Конструкция, отвечающая требованиям обработки на четырехшпиндельном > автомате				
			Эскиз детали	* «	С в коп.	Эскиз детали	япяг в	В в % (к гра- фе 5)	С в коп.	В в % (к гра- фе 6)	Эскиз детали	ЯЯЯГ 8	В в % (к гра- фе 5) 1 		С в коп.	В в % (к гра- । Фе 6)
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
1	10	На токар- ном станке	>	6	25	См. рис. 302, а	6	100	25	100		8	132	34	136
2	40	На револь- верном станке	См. рис. 302, а	4	23	См. рис. 302,6	3,9	97,5	22,5	98	См. рис. 302, в	4,8	120	29	126
3	100	На одно- шпиндель- ном автомате		3,6	19		3,3	91,5	17,0	89,5		3,1	119,6	19	100
4	250	На четы- рехшпин- дельном автомате		2	15	Рис. 302, в	1,8	90,0	И	73,5		1,8	90	11	73,5
Технологичность конструкций машин и деталей
426
Основы снижения себестоимости машины
ности и особенности наиболее экономичного технологического про-
цесса, обеспечивающего ее качество при надлежащем количественном
выпуске [37].
Опыт показывает, что конструкция машины или детали, техно-
логичная при одном количественном выпуске, оказывается нетехно-
логичной при другом. Особенно радикальные изменения необходимо
вносить в конструкцию, если для ее изготовления используется
качественно новый технологический процесс. Например, по данным
В. Т. Мещерина, при переходе от литой конструкции заготовки ста-
нины к сварной (рис. 303),
с сохранением конструктив-
ных форм, отвечающих тре-
бованиям технологии литей-
ного производства, происхо-
дит увеличение себестоимости
станины на 20%.
При переходе от литой за-
готовки станины к штампо-
сварной с внесением в кон-
струкцию изменений, учиты-
вающих хотя бы частично тре-
бования технологии штампо-
сварки, себестоимость заго-
товки (рис. 304) сокращается
на 10%. При радикаль-
ном изменении конструкции
(рис. 305) себестоимость заго-
товки станины снижается на 30% по сравнению с литой, не говоря уже
о том, что станина одновременно становится легче1 и жестче литой.
Технико-экономический эффект, получаемый при увеличении
количественного выпуска, в ряде случаев тесно переплетается
с эффектом, получаемым одновременно в результате улучшения тех-
нологичности конструкции. В связи с этим, в некоторых работах
понятие технологичности конструкции почти отождествляют с эко-
номичностью конструкции. Например, заготовку с меньшим при-
пуском вследствие использования только более качественного тех-
нологического процесса, без каких-либо конструктивных изменений,
отражающих требования нового технологического процесса, счи-
тают более технологичной. Такое расширенное понятие техноло-
гичности приводит к тому, что часто в конструкцию машин и деталей
не вносят конструктивных изменений, необходимых для исполь-
зования особенностей новых технологических процессов и получе-
ния технологичности конструкции, как таковой. Между тем опыт
1 Литая станина весит 685 кГ, штампо-сварная — 105 кГ.
Технологичность конструкций машин и деталей
427
А-А
Рис. 304. Более технологичная конструкция штампо-сварной станины
станка
А-А
Л—-
Рис. 305. Наиболее технологичная конструкция штампо-сварной станины
станка
428
Основы снижения себестоимости машины
машиностроения показывает, что путем повышения технологичности
конструкции машины можно получить дополнительно сокращение
ее трудоемкости, в среднем до 15—25%, и снижение себестоимости
до 5—6%.
Вопрос создания технологичных конструкций машин и их дета-
лей необходимо рассматривать как комплексный. Технологичная
машина не представляет собой арифметическую сумму деталей тех-
нологичной конструкции. При технологической обработке конструк-
тивных форм отдельных деталей необходимо их рассматривать во
взаимосвязи с другими и решать задачу комплексно. Действительно,
Рис. 306. Изменение трудоемкости и себестоимости в зависимости от изменения
конструкции соединений
для валов, например, наиболее технологичной является гладкая
цилиндрическая форма одного диаметра. Однако в ряде случаев
(рис. 306, б, в, е)Атакая конструкция вала вызывает увеличение
себестоимости конструкции сборочной единицы из-за усложнений
конструкции сопрягаемых с валом деталей и себестоимости их
изготовления и монтажа.
Создание технологичных конструкций машин, их сборочных
единиц и деталей может осуществляться: 1) в процессе разработки
конструкции новой машины; 2) внесением необходимых изменений
в конструкцию после выпуска чертежей и критического анализ
конструкции технологами и рабочими.
Как показал опыт машиностроения, первый путь дает наиболь-
ший эффект, так как создается не только более технологичная
конструкция, но и сокращается цикл подготовки производства
новой машины по сравнению с циклом, требующимся при исполь-
зовании второго пути.
Наилучшие результаты дает творческое содружество конструк-
торов с технологами и квалифицированными производственниками
с самого начала конструирования новой машины.
Многостаночное обслуживание
429
Основными показателями технологичности конструкции, как
это следует из изложенного, являются сокращение трудоемкости
и себестоимости по сравнению с конструкцией, не позволяющей
в полной мере использовать дополнительные возможности техноло-
гических процессов, экономичных при данном масштабе выпуска.
ОБСЛУЖИВАНИЕ ОДНИМ РАБОЧИМ НЕСКОЛЬКИХ ЕДИНИЦ
ОБОРУДОВАНИЯ И СОВМЕЩЕНИЕ ПРОФЕССИЙ
Выше указывалось, что одним из средств увеличения произво-
дительности труда и сокращения расходов на заработную плату,
приходящихся на единицу изделия, является увеличение количе-
ства (Д) единиц оборудования, обслуживаемого одним рабочим,
получившее название «многостаночного обслуживания».
Действительно, во время работы станка или другого вида обо-
рудования у рабочего остается часть свободного, не используемого
производительно времени. Следовательно, в течение этого времени
он может обслуживать дополнительно некоторое число единиц
оборудования. Например, количество станков ip, которое может
обслужить один рабочий при полном использовании его времени
и при условии выполнения на каждом из станков одинаковых опе-
раций, может быть определено из отношения
(212>
где ТШТ — штучное время обработки на одном станке;
Тр — время работы рабочего на одном станке;
Тх — время перехода рабочего от одного станка к другому,
отнесенное к каждому из станков.
Например, при Тшт = 10 мин, Тр = 3 мин и Тж = 0,5 мин
ста“ка-
Из этого примера видно, что при обслуживании одним рабочим
трех станков его время будет использовано полностью, в то время
как станки частично будут простаивать. Это хорошо видно из цикло-
граммы работы станков и рабочего (рис. 307).
Количество станков ic при полном их использовании можно
определить из соотношения (212), изменив знак неравенства на
противоположный:
<213»
Подставляя числовые данные, получаем
44 ^2,85 я» 2 станка.
--	и,О
430
Основы снижения себестоимости машины
Из циклограммы, показанной на рис. 307, б, видно, что в этом
случае, при полном использовании станков во времени, появляются
довольно значительные простои рабочего, в результате которых
снижается производительность его труда, поэтому необходимо
стремиться к полному использованию во времени труда рабочего
и работы оборудования. Из неравенства (212) и (213) видно, что это
Время
<0
i-й станок
2-й станок
Рабочий
О 5	10	15	20	25	30	35 мин
~ время
У///Л Машинное бремя	( —J Время работы рабочего
J время перехода рабочего
от одного станка к другому
ЯП Потери времени (простои)
Рис. 307. Циклограммы, показывающие возможность обслужи-
вания рабочим нескольких станков:
а — трех станков; б — двух станков
возможно в тех случаях, когда ТШТ кратно сумме Тр + Тх. Следо-
вательно, для более полного использования труда рабочего и ра-
боты оборудования во времени необходимо разрабатывать техноло-
гический процесс или подбирать работу на станках, обслужива-
емых одним рабочим, так чтобы возможно больше соблюдать это
соотношение. Этому же способствует такая расстановка оборудо-
вания и организация рабочего места, при которой рабочим за-
трачивается наименьшее время на переходы от одного станка к
другому, как это схематически показано на рис. 308, б, вместо
расстановки, показанной на рис. 308, а, при которой путь рабочего
больше.
Выше рассмотрен наиболее простой случай многостаночного
обслуживания. В современном машиностроении, в подавляющем
Многостаночное обслуживание
431
большинстве случаев, оборудование расставляется по ходу техно-
логического процесса обработки детали или групп однородных
деталей. При этом обычно такую «технологическую цепочку» со-
ставляют не только различные станки, но нередко и другие виды
оборудования, например установки для нагрева деталей т. в. ч.
и их поверхностной закалки, моечные машины, машины для по-
верхностных защитных покрытий, для динамической балансировки.
Нередко в различные виды оборудования (станки, горизонтально-
ковочные машины и др.) встраиваются устройства для нагрева
обрабатываемых деталей т. в. ч., а иногда и для закалки. Созданы
станки-комбайны, в которых совмещены различные виды обработки.
В поточных и автоматических линиях в автоматизированных це-
хах массового производства в технологическую цепочку в ряде
Рис. 308. Расстановка оборудования, сокращающая вре-
мя переходов рабочего от одного станка к другому
случаев включаются все виды оборудования, необходимые для
превращения куска металла в готовую деталь. Из изложенного
выше следует, что для увеличения производительности труда ра-
бочего ему приходится обслуживать: 1) одинаковое оборудование,
на котором выполняются а) одинаковые операции; б) различные
операции; 2) различные виды оборудования, на котором выполня-
ются различные операции.
В соответствии с этим возникает необходимость в «совмещении
профессий», т. е. в приобретении рабочим знаний и навыков (ква-
лификации), необходимых для обслуживания различных станков
и даже различных видов оборудования.
Из изложенного видно, что внедрение обслуживания одним
рабочим возможно большего количества единиц оборудования пред-
ставляет сложную проблему комплексного решения ряда техно-
логических и организационных вопросов. Как показывает опыт,
в большинстве случаев стремятся к полному использованию вре-
мени рабочего, сокращая при этом до минимума простои оборудо-
вания. Только при эксплуатации уникального или дорогостоящего
оборудования, особенно лимитирующего пропускную способность
производства, прежде всего стремятся максимально использовать
432
Основы снижения себестоимости машины
оборудование. Увеличение производительности труда при обслу-
живании одним рабочим нескольких единиц оборудования, естест-
венно, должно происходить не только путем увеличения количе-
чества единиц оборудования, но и за счет максимального исполь-
зования всех возможностей оборудования.
УЛУЧШЕНИЕ УСЛОВИЙ ТРУДА И СОКРАЩЕНИЕ УТОМЛЯЕМОСТИ
Производительность труда каждого работника в значительной
степени зависит от его интереса к выполняемой работе и тех ус-
ловий, в которых она протекает. Работа, увлекающая работника,
порождает его инициативу, выполняется быстрее и лучше, вызы-
вая к тому же меньшее утомление. Поэтому работник, получаю-
щий работу, должен не только четко понимать поставленную перед
ним задачу, но, что не менее важно, и понимать значение своей
работы, ее связь с общими задачами, решаемыми на заводе, в стране.
Умело поставленная задача пробуждает творческие способности
человека, делая его труд более производительным.
Не меньшее значение имеют условия, в которых выполняется
работа. Приятная для глаз окраска оборудования и стен поме-
щения, удобное положение работающего на рабочем месте, про-
стота и удобство управления процессом и наблюдения за его хо-
дом, чистота, свежий воздух, отсутствие резких колебаний темпе-
ратуры и шума сверх допускаемых пределов, хорошая, четко ра-
ботающая организация, удобная для работы одежда, товарищеское
отношение членов производственного коллектива, как показывает
опыт, влияют решающим образом на производительность труда.
Механизация и автоматизация технологических процессов, облег-
чающая труд, является одним из мощных средств увеличения про-
изводительности.
Забота о человеке должна лежать в основе разработки техно-
логических процессов, разработки конструкций оборудования и
технологической оснастки, планировки оборудования, организа-
ции рабочих мест и культурно-бытового обслуживания работающих.
ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ФОРМЫ И ВИДЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
Существенное влияние на повышение производительности труда
оказывают организационные формы и виды производственных
процессов. Количество изделий, подлежащих изготовлению в
единицу времени и по неизменяемым чертежам, является основным
фактором, предопределяющим выбор организационной формы и
вида производственного процесса.
В производстве изделий (заготовок, деталей или машин) ши-
рокой номенклатуры, изготовляемых единицами или в неболь-
Организационные формы и производственные процессы
433
ших количествах, исключается возможность полной загрузки обо-
рудования или даже отдельных его единиц на длительный проме-
жуток времени изготовлением одного изделия. В таких случаях,
для более полного использования оборудования, его делят на группы
по признаку одинакового служебного назначения: например, на
группу токарных, группу фрезерных станков и т. д. Каждая группа
одинакового оборудования устанавливается на отдельном участке
цеха (групповая расстановка) и обычно организационно подчиня-
ется мастеру.
Испытание
двигателей
Склад готовых
деталей

2
Сборка
двигателей
Проезд
Сборка узлов и машин
Сборка машин
Проезд
^Склад готовых деталей
Склад
ОТК Склад
Зубо-
резные
Прутковые
автоматы
лильные
вальньн
I
&
Расточные
Проезд
2
Склад
1
2
Склад
4
^Специ-
альные
Револь"
верные
Механик
цеха
Тяжелые
револьверные
карусельные
строгальные
ВТК Склад ОТК
Слесарный
участок
Склад ОТК
Рис. 309. План цеха с групповой расстановкой оборудования
Изготовляемые изделия, в зависимости от разработанного тех-
нологического процесса, проходят в определенной последователь-
ности отдельные участки, на которых выполняются намеченные
операции; при этом изделия небольших размеров и веса после
выполнения каждой операции поступают в центральный или про-
межуточный склад для учета- и хранения до выдачи на следующую
операцию. В складах или на отдельных участках организуются конт-
рольно-измерительные пункты отдела технического контроля для
проверки изделий, прошедших тот или иной вид обработки (токар-
ную, фрезерную, сверлильную). В качестве примера на рис. 309
показан план цеха с групповой расстановкой оборудования; стрел-
ками показан путь прохождения одной из деталей. Изделия боль-
шого веса и габаритных размеров хранятся около станков или на
специально отведенных подкрановых площадях. Изделия, про-
шедшие последнюю операцию и контроль, поступают на склад
готовых изделий и оттуда, после комплектации, выдаются на сборку.
434
Основы снижения себестоимости машины
Из изложенного видно, что при рассматриваемой форме орга-
низации производственного процесса изготовляемые изделия со-
вершают многократные и значительные по ддине пути перемеще-
ния, требующие широкого применения транспортных средств, до-
вольно сложного планирования, документации и учета.
Группами однородного оборудования руководят мастера, и, сле-
довательно, каждый мастер отвечает за качество и сроки выполне-
ния отдельных операций по обработке деталей, закрепленных
за его участком. За сроки и последовательность выполнения опе-
раций по всему технологическому процессу изготовления изделий
отвечает планово-распределительное бюро цеха.
Сложность планирования из-за большой номенклатуры изде-
лий и малых количеств их, различная станкоемкость операций,
необходимость значительных перемещений изделий приводят, в
конечном итоге, к относительно невысоким технико-экономичес-
ким показателям производства, к которым относятся например,
выпуск на одного рабочего, на один станок, на единицу площади
цеха и т. д.
С увеличением количества изделий, подлежащих изготовлению
в единицу времени, возникает возможность перехода к следующей,
более совершенной, форме организации производственного процесса,
получившей название организации технологически замкнутых участ-
ков. При этой форме организации все подлежащие изготовлению
изделия группируются по однородности служебного назначения,
по подобию конструктивных форм и близости размеров, а следова-
тельно, и по сходству технологических процессов. Для изготовле-
ния каждой из таких групп изделий организуются отдельные ор-
ганизационно оформленные участки, подчиненные мастеру. Все
необходимое для обработки каждой из групп изделий оборудо-
вание устанавливается на отдельном участке, по возможности в той
последовательности, в которой должны протекать технологические
процессы большинства изделий группы. Например, на многих стан-
костроительных заводах даже при относительно небольших выпус-
ках значительной номенклатуры станков организуются технологи-
чески замкнутые участки для изготовления станин, корпусных
деталей, валов и шпинделей, зубчатых колес, нормалей.
При рассматриваемой организации обычно снижается коэф-
фициент использования оборудования, так как некоторые станки
технологически замкнутого участка нельзя полностью загрузить
(например, сверлильные станки на участках валов, зубчатых колес).
Мастер технологически замкнутого участка отвечает за выпуск
определенной номенклатуры готовых годных изделий, закреплен-
ных за участком.
Относительно меньшая номенклатура изделий, закрепленных
за каждым из технологически замкнутых участков, дает возмож-
Организационные формы и производственные процессы
435
ность лучше и проще организовать планирование; изделие прохо-
дит меньшую длину пути, сокращается время на перенастройку
оборудования при переходе от обработки одного изделия к другому,
близкому по технологическому процессу.
Результатом являются более высокие технико-экономические
показатели по сравнению с получаемыми при групповой расста-
новке оборудования.
Дальнейшее увеличение количества изделий, подлежащих из-
готовлению в единицу времени, позволяет перейти к сокращению
номенклатуры изделий, закрепленных за каждым из технологически
замкнутых участков. Это делает возможным еще более четко
организовать технологический процесс и тем самым повысить
технико-экономические показатели технологически замкнутых
участков. В качестве примера на рис. 310 показан план одного из
таких технологически замкнутых участков. Участок предназначен
для параллельно последовательного изготовления 18 мелких де-
талей из пруткового материала; материал поступает на стеллажи,
расположенные около токарных автоматов.
После первой операции, выполняемой на автоматах, детали
проходят все последующие операции на универсальных станках,
расположенных цепочкой посредине участка.
В ряде случаев, при увеличении выпуска машин одной номенк-
латуры, некоторые технологически замкнутые участки превра-
щают в комплексные, на которых изготовляют целые сборочные
единицы машины, включая и их сборку. Примерами могут служить
участки изготовления радиаторов, коробок скоростей и задних
мостов автомобилей.
Оборудование в технологически замкнутых участках нередко
связывается при помощи подъемно-транспортных устройств в виде
подвесных балок с электротельферами, пневматических подъемни-
ков, рольгангов, склизов, лотков, специальной тары для перевозки
деталей небольших размеров. Все изложенное способствует повы-
шению производительности труда рабочих, сокращению цикла
производства и повышению других технико-экономических по-
казателей.
Существенным недостатком организации технологически замк-
нутых участков является более низкий коэффициент использо-
вания оборудования по сравнению с организацией участков с
групповым его расположением, а также вследствие недогрузки,
как правило, ряда его единиц, необходимых для выполнения
некоторых операций. Несмотря на это, благодаря значитель-
но более высоким другим технико-экономическим показателям,
рассмотренная форма производства находит широкое приме-
нение на многих машиностроительных заводах, не только
производящих ограниченную номенклатуру изделий в больших
436
Основы снижения себестоимости машины
количествах, но даже и изготовляющих изделия большой номен-
клатуры при относительно небольших количествах.
Порядковые номера деталей.
Рис. 310. План технологически замкнутого участка для изготовления восем-
надцати деталей из пруткового материала
Все рассмотренные формы организации производственного про-
цесса относятся к непоточному виду производственного процесса.
Действительно, ни одна из этих форм не предусматривает непрерыв-
ности движения изготовляемых изделий и равномерный выпуск
Организационные формы и производственные процессы
437
их в единицу времени, т. е. основных признаков поточного вида
производства.
Рассмотренная выше последняя форма организации произ-
водственного процесса по мере увеличения количества изделий
заключает в себе возможности перехода на следующую, еще более
качественную, ступень — поточный вид производственного про-
цесса, в виде одной из его разновидностей — переменно-поточного
производства, которое успешно используется в случаях, когда
количество изделий одного наименования не позволяет полностью
загрузить основное оборудование технологически замкнутого участ-
ка.
Переменно-поточное производство отличается периодическим
запуском на одном и том же оборудовании нескольких закреплен-
ных за ним изделий. При переходе от изготовления партии изделий
одного наименования к изготовлению партии другого наименова-
ния необходимое оборудование постепенно перенастраивается, как
это показано в качестве примера на рис. 311. В продолжение всего
времени изготовления партии изделий одного наименования про-
изводственный процесс организуется и действует как непрерывно-
поточный.
Переход на непрерывно-поточную форму организации произ-
водственного процесса обычно оказывается целесообразным в тех
случаях, когда количество изделий одного наименования позволяет
в достаточной степени загрузить основную часть оборудования,
необходимого для его изготовления.
Отличительными особенностями поточного производства яв-
ляются непрерывность движения заготовки, детали, сборочной
единицы или машины и их выход со станка, автоматической линии
или сборочного участка или цеха с требуемым тактом.
Расчетная величина такта Т работы станка, машины или сбо-
рочного участка определяется по формуле
(214)
где F — календарный фонд времени (в год, квартал, смену) в час;
т] — коэффициент использования календарного фонда времени;
N — программа выпуска изделия в календарное время (F).
Выполнение условий, характеризующих поточный вид произ-
водственного процесса, достигается при изготовлении деталей с
помощью поточных линий, в которые включаются различные виды
оборудования, необходимого для превращения полуфабриката, по-
ступающего на завод, в готовую деталь.
В поточных линиях оборудование расставляется по ходу тех-
нологических операций таким образом, чтобы сократить до мини-
мума длину пути, проходимого обрабатываемой деталью, обеспе-
			т		П 1 L	..							
Типы станков		Бремя на nept [настройку,ми	i'nH9tlgaoHh6ifri\	ui.-rwun.	- Время обработки деталей находящихся в заделе				JtJ HUH»		’	w Время на перенастройку	О1,я MUH ’ * Время на создание межоперационного задела-до выдачи У—// пот			
1	Фрезерно-	60							/ U Uulu D на сбопки			
	-центровочный		Z	дастр'^^								
2	Шестишпиндель-, ный вертикальный полуавтомат	300	2.5									
									!			
3	Шестишпиндель-, ный вертикальные полуавтомат	300	2,5									
						настр. ?88888888888888888888888888888888888888й						
4	Круглошлифо- вальный.		3.3			•						
		50				• 	 . ;						
5	Сверлильный	90	♦ с			i :	,								
			1,0	Е				1	~				
6	Зубощрезерный	80	12			।		i 	 I						
												
7	Зубофрезерный	80	8.6			।						
						7/	1	! 					
8	Шевинговальный	40	ЧП				—1 1	I	;	... L		 .				
			J.U				,1	1	•	W.Hacmp^	_	5				
9	Круглошлифо-	50	3.2				1	1	'	!					
	вальный						: “1	|					
W	Кругло шли (ро-	50	2.5				1	i	i				
	дильный						1	1	№&>Настр%&				
Обработка детали А
Основы снижения себестоимости машины
tSSSSt Обработка детали Б
Перенастройка
Рис. 311. График перенастройки станков для обработки двух различных деталей с использованием переменно-поточ-
ной формы организации производственного процесса
Организационные формы и произзодственные процессы
439
чить возможность многостаночного обслуживания и наилучшим
образом использовать производственную площадь. Все оборудова-
ние поточной линии связывается при помощи транспортных ус-
тройств для передачи обрабатываемой детали с одной операции
на другую. Технологический процесс разрабатывается таким об-
разом, чтобы продолжительность каждой из операций поточной
линии была, по возможности, равна или кратна такту. Это позво-
ляет наиболее полно использовать оборудование поточной линии
и создает предпосылки для ее последующей автоматизации. Необ-
ходимость лучшего использования времени рабочих с целью повы-
щения производительности труда заставляет при многостаночном
обслуживании пойти в ряде случаев на неполное использование
отдельных единиц оборудования.
Как правило, каждая деталь, прошедшая какую-либо операцию
поточной линии, должна сразу же передаваться на следующую
тем рабочим, которые обслуживают эту операцию, без ее перевозки
на какой-либо склад. Время на передачу детали в таких случаях
включается в норму времени. В качестве примера на рис. 312 по-
казана планировка оборудования поточной линии изготовления
коленчатого вала, в которой детали с одной операции на другую
передаются по рольгангу уложенными в особых подставках. Пе-
редача деталей с рольганга на станки и обратно на рольганг и уста-
' новка их осуществляются при помощи электротельферов, подве-
шенных на монорельсах.
Из рассмотренных примеров видно, что при непрерывно-поточ-
ном производстве деталей с использованием поточных линий ни-
каких отдельно организованных промежуточных складов нет. Де-
тали, как правило, непосредственно передаются с одной операции
на другую. В отдельных случаях, для компенсации колебаний
времени, фактически затрачиваемого рабочими на выполнение от-
дельных операций, на транспортных устройствах, связывающих
оборудование, допускаются небольшие межоперационные заделы,
аварийные запасы деталей или промежуточные заделы, чтобы не
останавливать всего оборудования из-за случайной остановки од-
ной из его единиц. Промежуточные заделы размещают после не-
скольких единиц оборудования, деля, таким образом, всю поточную
линию на ряд отдельных участков, каждый из которых может ра-
ботать некоторое время независимо от других. Контрольные опе-
рации, как обычные операции технологического процесса, вклю-
чаются непосредственно в поточную линию.
По мере увеличения количества подлежащих изготовлению де-
талей поточная линия комплектуется из более производительного
оборудования, нередко вновь создаваемого. Необходимость в созда-
нии новых видов оборудования возникает каждый раз, когда на
отдельные операции приходится ставить по нескольку одинаковых
Рис. 312. План расположения оборудования поточной линии изготовления коленчатого вала с передачей валов от
станка к станку по рольгангу и установкой на станок с помощью подвесных электротельферов
Организационные формы и производственные процессы
441
единиц наиболее производительного оборудования, каким рас-
полагает на данное время техника. Рабочие на поточных линиях
обслуживают, как правило, несколько единиц одинакового или,
чаще, различного оборудования, совмещая, таким образом, раз-
личные профессии; например, один рабочий может обслуживать
многорезцовые и шлифовальные станки, машину для литья под
давлением и эксцентриковый пресс.
При производстве деталей на поточных линиях значительно
упрощается планирование, распределение работы, учет и сокра-
щается документация. Мастер несет ответственность за работу
одной или нескольких поточных линий, а следовательно, и за рит-
мичный выпуск готовых деталей, или даже сборочных единиц.
Цехи по изготовлению деталей состоят из ряда поточных линий,
нередко связанных с поточными линиями сборки отдельных сбороч-
ных единиц. Изготовление мелких деталей выделяется в отдельные
цехи или осуществляется на технологически замкнутых участках,
если количество деталей при малой их трудоемкости не позволяет
экономично использовать переменно-поточные линии.
Выше были рассмотрены организационные формы и виды про-
изводственных процессов изготовления отдельных деталей. Не-
которые особенности организации производственных процессов
сборки изделий требуют их отдельного рассмотрения.
Организационные формы и виды производственного процесса
сборки изделий. Организационные формы и виды сборки можно
представить в виде схемы, показанной на рис. 313. Отличитель-
ными особенностями поточного вида сборки являются непрерывное
или периодическое движение собираемых объектов или рабочих-
сборщиков с соблюдением заданного такта. Сборка, осуществляемая
без соблюдения этих условий, относится к непоточному виду.
Собираемый объект может оставаться на одном месте или пере-
мещаться непрерывно или периодически в продолжение всего про-
цесса сборки.
В первом случае сборку называют стационарной, а во втором —
подвижной.
Стационарная сборка отличается от подвижной возможностью
сохранения неизменности положения базирующей детали собирае-
мого объекта в продолжение всего процесса сборки. Этим наиболее
просто исключается влияние упругих деформаций недостаточно
жесткой базирующей детали на точность собираемого объекта.
Наиболее ранней по времени возникновения является непоточ-
ная стационарная сборка. Она характеризуется тем, что собирае-
мый объект остается в продолжение всего процесса сборки на одном
рабочем месте или сборочном стенде. Все сборочные единицы
и детали подаются на место сборки. Рабочие или, чаще, бригада
рабочих, приходят на рабочее место к собираемому объекту и ве-
442
Основы снижения себестоимости машины
дут его сборку. Для облегчения труда рабочие места или стенды
обычно оборудуются универсальными приспособлениями и подъемно-
транспортными средствами. Выполнение отдельных переходов на
сборке распределяется между рабочими, обычно бригадиром или,
реже, мастером участка.
Выполнение всего сборочного процесса одной бригадой рабочих
на одном месте сокращает возможности совмещения во времени
переходов сборочного процесса. Объясняется это отсутствием фи-
зической возможности разместить большое количество рабочих
у одного собираемого объекта без того, чтобы они не мешали ра-
боте друг друга. Вследствие этого значительное число переходов
приходится выполнять последовательно. В результате цикл сборки
удлиняется. Трудности организации ритмичной работы при работе
бригады создают колебания трудоемкости, цикла сборки и приво-
дят к неравномерному выпуску собираемых объектов в единицу
времени и сравнительно невысоким другим технико-экономическим
показателям.
Расчетное количество рабочих мест или стендов для параллель-
ной сборки одинаковых объектов подсчитывается по формуле
70 = ^^,	(215)
где 70 — расчетное количество рабочих мест или стендов для парал-
лельной сборки одинаковых объектов;
То — расчетная трудоемкость всех переходов сборки одного
объекта;
Тс — расчетная трудоемкость переходов, выполнение которых
совмещено во времени с выполнением других;
Т — расчетный такт сборки.
Областью экономического использования непоточной стационар-
ной сборки является производство изделий, изготовляемых едини-
цами или в небольших количествах.
Организационные формы и производственные процессы
443
При увеличении количества собираемых объектов появляется
возможность перехода к более экономичной организации сбороч-
ного процесса — к непоточной подвижной сборке. Отличительной
особенностью непоточной подвижной сборки является наличие
транспортных устройств, используемых для перемещения собирае-
мых объектов от одного рабочего места к другому.
Выполнение отдельных сборочных операций производится ра-
бочим или бригадой на отдельных рабочих местах, расположенных
рядом с транспортным устройством или непосредственно на нем.
Окончив выполнение всех переходов, составляющих операцию,
рабочий перемещает собираемый объект в направлении к следую-
щему рабочему месту.
Фактическая продолжительность выполнения каждой опера-
ции сборочного процесса при непоточной подвижной сборке зави-
сит от квалификации и интенсивности труда рабочего, а также
от качества собираемых деталей и сборочных единиц, поэтому она,
как правило, колеблется. Для компенсации колебаний фактиче-
ской продолжительности сборочных операций между рабочими
местами создаются небольшие межоперационные заделы собирае-
мых объектов.
Это позволяет каждому из сборщиков, закончивших операцию
раньше сборщика, работающего на предыдущем рабочем месте,
продолжать свою работу за счет использования межоперацион-
ного задела, не тратя времени на ожидание. Таким образом,
межоперационный задел способствует повышению производи-
тельности труда сборщиков, сокращая возможные простои из-за
колебаний фактических затрат времени на сборочные опе-
рации.
Для определения расчетного количества рабочих мест или по-
зиций, которые последовательно должен пройти собираемый объект,
служит формула
<21б>
где — расчетное количество рабочих мест или позиций, которые
должен последовательно пройти собираемый объект в про-
цессе сборки;
fn — расчетное время, необходимое для перемещения одного
собираемого объекта с рабочего места на следующее
место;
Ух — количество параллельных потоков, необходимых для па-
раллельной сборки одинаковых собираемых объектов,
в зависимости от намечаемой производственной про-
граммы.
444
Основы снижения себестоимости машины
Объяснение остальных, входящих в формулу величин, дано
выше. Величина
Тнб A-1
71 = -^^
(217)
где — продолжительность наиболее длительной сборочной опе-
рации (трудоемкость всех несовмещенных переходов,
составляющих наиболее длительную операцию).
В зависимости от возможных колебаний продолжительности
отдельных операций определяют необходимые количества собирае-
мых объектов, составляющих межоперационные заделы.
В качестве транспортных средств, наряду с рольгангами, ис-
пользуются и другие, например различного рода тележки, пере-
мещающиеся по рельсам, закрепленным на полу или подвешенным
к потолку цеха и т. д. Транспортные устройства, связывающие
отдельные рабочие места в одну систему, создают взаимосвязи
между рабочими, занятыми на смежных рабочих местах, и оказы-
вают существенное влияние на сокращение затрат времени на от-
дельных операциях.
Рабочие места оборудуются также необходимыми верстаками,
стеллажами для сборочных единиц и деталей, монтажно-сборочным
и контрольно-измерительным инструментами.
Перечисленные мероприятия способствуют повышению произ-
водительности труда и повышению других технико-экономических
показателей по сравнению с непоточной стационарной сборкой,
несмотря на дополнительные затраты, связанные с изготовлением
и установкой транспортных устройств. Поэтому непоточная под-
вижная сборка находит экономичное применение при переходе
от сборки единичных изделий к их серийному изготовлению.
Дальнейшее увеличение количества подлежащих сборке изде-
лий делает экономичным использование поточного метода сборки,
обеспечивающего, при прочих равных условиях, наиболее высокую
производительность труда и соответствующий уровень других тех-
нико-экономических показателей.
Одной из форм поточной сборки, требующей наименьших за-
трат на ее организацию, является стационарная сборка, при
которой все собираемые объекты остаются на рабочих местах
или стендах в течение всего процесса их сборки. Рабочие
(или бригады) по сигналу все одновременно переходят от одних
собираемых объектов к следующим через периоды времени, равные
такту.
Каждый рабочий (или каждая бригада) выполняет закреплен-
ную за ним (бригадой) одну и ту же операцию на каждом из соби-
раемых объектов.
Организационные формы и производственные процессы
445
Для подсчета количества рабочих или бригад сборщиков, не-
обходимых для одного потока (или количества объектов, находя-
щихся на сборке в одном потоке), может служить формула
’=ТО?	<218’
где — расчетное количество рабочих или бригад, необходимых
для одного потока;
tp — расчетное время для перехода рабочих или бригад от
одних собираемых объектов к другим;
у2 — количество параллельных потоков, необходимых для па-
раллельной сборки одинаковых объектов, в зависимости
от намеченной производственной программы.
Величина
Тнб4-1
Ъ =	(219)
Примером организации поточной стационарной сборки с перио-
дическим переходом рабочих от одних объектов к другим может
служить общая сборка токарных станков, показанная на рис. 314.
Из рисунка видно, что сборка осуществляется двумя потоками
/ и II, расположенными один за другим. В каждом из потоков
находится до пяти станков в различных стадиях сборки. Каждая
из пяти рабочих бригад выполняет следующие операции: на пер-
вом стенде (/) первая бригада снимает ранее собранный станок
и устанавливает его на испытательный стенд справа. Вместо сня-
того станка устанавливает станину следующего. Вторая бригада
в это же время на втором стенде (2) подготавливает станки к сборке
шабрением и проверкой направляющих. Третья производит на
третьем стенде (3) шабрение каретки суппорта, пригонку планок
и их крепление, четвертая бригада монтирует переднюю и заднюю
бабки, корыто и коробки подачи и фартука на четвертом (4) стенде.
Пятая бригада осуществляет монтаж верхней части суппорта,
электрооборудования и системы охлаждения на пятом стенде (5).
Время работы каждой из брйгад равно установленному такту Т
за вычетом времени tp, необходимого для перехода каждой из бри-
гад к следующему стенду. После окончания этого промежутка
времени все бригады по световому или звуковому сигналу перехо-
дят на соседние стенды и выполняют свои операции на станках,
стоящих на этих стендах. Таким образом, сборка станка на каждом
из стендов заканчивается после того, как каждая из пяти бригад
выполнит закрепленные за ней операции.
Основным преимуществом поточной стационарной сборки явля-
ется работа с установленным тактом, результатом чего являются
равномерный выпуск продукции, короткий цикл сборки, высокая
446
Основы снижения себестоимости машины
производительность труда, высокий съем продукции с 1 м2 площади
и т. д.
Областью экономического использования поточной стационар-
ной сборки является серийное производство ряда машин, отлича-
Рис. 314. Стационарная поточная общая сборка токар-
ных станков двумя потоками
ющихся недостаточной жесткостью базирующих деталей, большими
габаритными размерами и весом или теми и другими признаками
одновременно. В качестве примера можно указать на использо-
вание поточной стационарной сборки при серийном изготовлении
ряда тяжелых станков, крупных дизелей, тяжелых грузовых авто-
мобилей, самолетов.
При выпуске машин и их сборочных единиц в значительных
количествах становится экономичным использование поточной по-
Организационные формы и производственные процессы	447
движной сборки с непрерывно или периодически перемещающимися
собираемыми объектами. Для перемещения собираемых объектов
в процессе сборки используются различного род конвейеры —
ленточные, цепные, штанговые и рамные. Электрические или ги-
дравлические приводы конвейеров делаются с редукторами, обес-
печивающими бесступенчатое регулирование скорости перемеще-
ния собираемых объектов.
Рис. 315. Подвижная сборка автомобилей, скользящих непосредственно
по направляющим конвейера
Ленточные конвейеры используются при сборке изделий не-
больших габаритных размеров и веса, например небольших электро-
двигателей, карбюраторов автомобильных двигателей и электро-
аппаратуры.
В настоящее время наиболее широкое применение Нашли цепные
конвейеры. При помощи одной или двух параллельных бесконеч-
ных цепей осуществляется перемещение непосредственно собирае-
мых объектов по специальным направляющим (рис. 315) или при-
способлений (спутников), на которых устанавливаются собираемые
объекты (рис. 316). Эти приспособления (часто закрепляемые на
тележках) после окончания сборки возвращаются к месту начала
сборочного процесса вместе с перемещающей их цепью по нижней
части конвейера в перевернутом положении (часто под полом цеха).
448
Основы снижения себестоимости машины
Рис. 316. Цепной непрерывный конвейер с перемещающимися тележками,
несущими приспособления (спутники) для установки собираемых объектов
Рис. 317. Подвесной конвейер ‘для сборки автомобильных двигателей
Организационные формы и производственные процессы
449
С целью лучшего использования площади сборочного цеха кон-
вейеры делают кольцевого типа; сборка на таких конвейерах может
производиться по всей их длине.
За последнее время намечается тенденция использования для
сборки подвесных цепных конвейеров, освобождающих площадь
пола, благодаря чему улучшаются условия работы сборщиков
и повышается производительность их труда. В качестве примера
на рис. 317 показан подвесной цепной конвейер для сборки авто-
мобильного двигателя. Из рисунка видно, что тележки, перемещаю-
щиеся по подвешенному рельсу, имеют специальные приспособле-
ния для установки собираемых двигателей. Двигатель может пово-
рачиваться вокруг двух горизонтальных осей для установки его
в удобное для сборки положение.
Переход от сборки конструкции собираемого объекта к другой
требует изготовления большого количества новых приспособлений
(спутников), а нередко даже замены самого конвейера в связи с
изменением габаритных размеров собираемого объекта или трудо-
емкости сборки, а следовательно, изменения и числа операций.
Все это связано с большими затратами средств и времени.
С целью экономичного использования поточной подвижной сбор-
ки при производстве изделий в небольших количествах с частой за-
меной старых конструкций новыми Харьковским станкозаводом был
создан новый универсальный тип рамного сборочного конвейера х.
На всю длину этого конвейера (рис. 318) делается металличе-
ская сварная рама /, монтируемая на необходимом количестве
роликов гидравлических домкратов 2. В обычном положении рама
располагается несколько ниже уровня сборочных стендов или
пола.
На сборочных стендах, расположенных на требуемых расстоя-
ниях вдоль конвейера, устанавливаются собираемые объекты, как
это видно на верхней части рис. 318.
Для одновременного перемещения всех собираемых объектов
на один шаг или на соседние рабочие позиции рама 1 конвейера
сначала поднимается на 10 мм при помощи гидравлических дом-
кратов 2, в которые под давлецием 12—15 кГ/см2 нагнетается масло
насосом 3 из бака 4. Рама одновременно поднимает все стоящие
на сборочных стендах собираемые объекты. После этого раме (вместе
со стоящими на ней собираемыми объектами) сообщается поступа-
тельное движение на один шаг. Для этого на раме закреплена зуб-
чатая рейка 5, находящаяся в зацеплении с зубчатым колесом гид-
равлического привода 6, приводимого в действие электродвигате-
лем 7. По окончании движения рама опускается и, освободившись
от собираемых объектов, опустившихся на сборочные стенды,
1 Рамный конвейер на ряде заводов называют шаговым.
15 Балакшин
Рис. 318. Перспективный вид рамного конвейера Харьковского станкозавода
Основы снижения себестоимости машины
Организационные формы и производственные процессы
451
возвращается в исходное положение. Длина хода рамы конвейера
регулируется переставными конечными выключателями.
Управление конвейером сосредоточено на пульте. Время пере-
мещения собираемых объектов от одного стенда к другому состав-
ляет 30 сек.
Сборочные стенды делаются в виде неподвижных металлических
плиток, залитых бетоном. При необходимости точной установки
собираемого объекта для исключения влияния упругих деформаций
на точность одна из плиток делается регулируемой, или собира-
емый объект устанавливается на три точки. Описанный конвейер
отличается универсальностью, относительной простотой и надеж-
ностью в работе.
При поточной сборке каждая рабочая позиция или участок,
располагаемый вдоль конвейера, оборудуются всеми приспособле-
ниями для сборки, сборочно-монтажным и измерительным ин-
струментом, стеллажами для сборочных единиц и деталей, необ-
ходимых по ходу сборки.
Рабочие, находящиеся на сборочных позициях, расположенных
вдоль конвейера с одной или обеих сторон,осуществляют комплекс
всех переходов, входящих в каждую из сборочных операций. При
этом в случае сборки с непрерывным перемещением собираемого
объекта каждый из рабочих производит сборку, перемещаясь со
скоростью движения конвейера на длину сборочной позиции (участ-
ка). По окончании сборки рабочие возвращаются в исходное по-
ложение для сборки следующих изделий. Эта особенность поточной
сборки с непрерывным движением собираемого объекта лимитирует
скорость конвейера физиологическими возможностями человека
и его утомляемостью.
Скорость движения конвейера при непрерывном перемещении
собираемого объекта
(22°)
где L — длина собираемого объекта, измеряемая в направлении
движения конвейера, в м.
li — промежуток между собираемыми объектами, необходи-
мый для удобства сборки, в м;
Уз — количество параллельных потоков, необходимых для па-
раллельной сборки объектов в зависимости от намечае-
мой производственной программы.
Подсчитанная по формуле (220) величина v не должна быть
больше допускаемой техникой безопасности и охраной труда.
В противном случае, для выполнения заданной программы при
известных величинах L и 4 увеличивается количество параллель-
ных потоков у3.
16*
452
Основы снижения себестоимости машины
Первым преимуществом поточного вида сборки с непрерывным
движением собираемого объекта является выполнение работы с
требуемым тактом, со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Вторым преимуществом поточной сборки с непрерывным дви-
жением собираемых объектов является возможность почти полного
совмещения времени, затрачиваемого на транспортирование объек-
тов, со временем их сборки. Этим достигается дополнительное со-
кращение цикла сборки и потребной сборочной площади.
Подсчет количества параллельных потоков, необходимых для
выполнения намеченной производственной программы, произво-
дится по формулам:
при сборке с непрерывным движением собираемого объекта
'Т'вб I j»
% = —(221)
для сборки с периодическим движением собираемого объекта
применяется формула (205), где — расчетное время, необходимое
рабочему для возвращения в исходное положение после выполне-
ния операции.
Для определения расчетного количества q3 рабочих мест или
позиции, которые должен пройти в процессе сборки собираемый
объект, служат формулы:
при сборке с непрерывным движением собираемого объекта
’“ТОТ	<222)
при сборке с периодическим движением собираемого объекта
<223)
Длина рабочей части конвейера определяется из формулы
Lpa6=(L + l1)(q3 + l).	(224)
Из изложенного видно, что поточная сборка с перемещением
собираемых объектов отличается наиболее высокой производитель-
ностью, наименьшим циклом, равномерным пуском продукции
и наиболее высокими технико-экономическими показателями по
сравнению с другими видами и формами организации сборки.
Значительные первоначальные затраты на изготовление и уста-
новку конвейеров и другого оборудования ограничивают эконо-
мическое использование поточной сборки с перемещением собирае-
мых объектов изготовлением изделий, выпускаемых в больших
количествах в единицу времени, по неизменяемым чертежам.
При поточном производстве планировка оборудования на участ-
ках и участков в цехе осуществляется таким образом, чтобы по воз-
Организационные формы и производственные процессы
453
можности обеспечить «сквозной поток», т. е. непрерывность дви-
жения всех объектов производства по наикратчайшим путям от их
поступления в цех до выхода готовой продукции. В качестве при-
мера на рис. 319 дана схема расположения линий механической
обработки деталей и сборки двигателя автомобиля. Из схемы видно,
что планировка линий механической обработки деталей сделана
так, что оборудование для выполнения последних операций обра-
ботки деталей непосредственно примыкает к тем местам сборочного
Детали j 1 двигателя
блок
цилиндров
j ^оренподш втул.
||Р?Т=?
I Клапаны _
+ + *
{Кольцо маховика
11+ + +
I Маховик
Проезд

IS0
dh
Проезд
Рис. 319. План расположения оборудования и сборочных конвейеров, обеспе-
чивающий «сквозной поток»:
I — заготовка деталей; 2 — запас деталей, поступающих с поточных линий; 3 — запас
деталей, поступающих из других цехов и линий, отделенных от сборки проездом
конвейера, где эти детали требуются по ходу сборки. Это способ-
ствует организации непрерывного движения объектов производства.
Из сказанного следует, что основными преимуществами поточ-
ного вида производства, по сравнению с ранее рассмотренными
формами организации производственного процесса, являются:
1) более высокая производительность труда; 2) короткий цикл
изготовления изделий, а следовательно, сокращение средств, вкла-
дываемых в производство; 3) более высокие технико-экономические
показатели (выпуск на единицу площади, на единицу оборудова-
ния); 4) большее постоянство качества продукции; 5) значительное
упрощение планирования производства, учета и управления; 6)
значительное снижение себестоимости продукции.
К основным недостаткам поточного вида производства относятся:
1. Необходимость выпуска в большом количестве изделий по
неизменяемым чертежам (необходимость устойчивой конструкции),
так как переход с изготовления одного изделия на другой (смена
454
Основы снижения себестоимости машины
конструкции) сопряжен с большими затратами, связанными с про-
ектированием и изготовлением большой номенклатуры режущего
инструмента, штампов, приспособлений, подъемно-транспортного
и специального оборудования. Например, при переходе на новую
модель грузового автомобиля на ЗИЛе было изготовлено более
3600 штампов, 10 000 приспособлений и около 37 000 наименований
различного инструмента.
2. Более низкий коэффициент использования оборудования.
Несмотря на это, перечисленные выше преимущества настолько
велики, что широкое внедрение поточного вида производства яв-
ляется одним из наиболее могущественных средств дальнейшего
роста производительности общественного труда.
Каждый из рассмотренных выше способов технологического
увеличения производительности труда связан с сокращением за-
трат времени на выполнение операции или технологического про-
цесса изготовления детали или машины в целом.
Сокращение затрат времени при нормальной интенсивности
труда всегда связано с затратами на изготовление и эксплуатацию
приспособлений для установки и закрепления обрабатываемых
деталей, для совмещения переходов во времени, измерения дета-
лей, механизации и автоматизации систем СПИД и т. д.
Следовательно, каждый раз, когда намечаются те или иные
мероприятия, имеющие целью увеличение производительности
труда, необходимо сделать технико-экономический расчет для
того, чтобы убедиться, что они дадут, в конечном итоге, сокраще-
ние суммьгобоих видов труда, выражающегося в денежной форме,
в виде сокращения себестоимости перехода операции или изготовле-
ния изделия в целом.
ВРЕМЕННЫЕ ЦЕПИ
Каждый технологический процесс обработки деталей, сборки
сборочных единиц или изделия протекает не только в простран-
стве, но и во времени. Промежутки времени Tif затрачиваемые на
выполнение несовмещенных во времени переходов, можно изобра-
зить в виде отрезков прямых и расположить их один за другим
в соответствии с последовательностью выполнения переходов тех-
нологического процесса. Сумма продолжительностей всех несов-
мещенных во времени переходов составляет, как известно, про-
должительность операции 7д или при многократном повторении
процесса цикл операции, как это схематически показано на рис. 320.
Из изложенного следует, что протекание любого технологического
или производственного процесса во времени можно графически
изобразить в виде временной цепи, звеньями которой являются
продолжительности отдельных переходов, замыкающим или ис-
Временные цепи
455
ходным звеном — продолжительность операции. Звеньями вре-
менной цепи могут быть продолжительности операций, тогда за-
мыкающим звеном может быть продолжительность или цикл тех-
нологического процесса обработки деталей, сборки сборочной еди-
ницы или машины в целом.
6 -Ч—4-НЛ h--4
4
Рис. 320. Временная цепь, определяющая цикл
обработки
В зависимости от поставленной задачи, исходным или замыка-
ющим звеном временной цепи может быть продолжительность лю-
бого перехода. Тогда составляющими звеньями будут продолжи-
тельность всех других переходов и продолжительность или цикл
операции. Так, например, при известной продолжительности,
или цикле операции, Т6 = 30 мин и продолжительностях перехо-
дов Tt = 6 мин, Т2 = 7 мин, Ts = 10 мин, Т\ = 3 мин требуется
-ч— *
Гл
Те
Г3
	Рис. 321. Схема расчета составляющего звена вре- менной цепи
определить мыкающего	расчетную продолжительность 7\ перехода, как за- звена размерной цепи (рис. 321). Л + ^ + Тз + Л + Тд-Т^О,	(225)
откуда	Тд = 7й —Л-Тз-Тз-Л
или	7^ = 30—6—7—10—3 = 4 мин.
По аналогии с размерными цепями к временным цепям можно
в полной степени приложить все изложенные выше положения
и использовать расчетные формулы теории размерных цепей.
Временные цепи, как и размерные, могут иметь три вида связи:
параллельный, последовательный и комбинированный. Например,
при изготовлении рам дизелей в начале обработки самой рамы
и крышек опор под шейки коленчатого вала обработка ведется
параллельно, после этого крышки монтируются на свои места
456
Основы снижения себестоимости машины
на раму, закрепляются на ней и затем в раме совместно с крышками
растачиваются отверстия под опоры коленчатого вала.
Схематически описанный технологический процесс может быть
изображен в виде паралелльно связанных временных цепей (рис.
322).
Составляющими звеньями первой временной цепи являются
продолжительности отдельных переходов по обработке рамы(звенья
7\; Т3 и Т4) до начала монтажа крышек. Составляющими звень-
ями второй временной цепи являются продолжительности отдель-
ных переходов по обработке крышек (звенья 7\; и Т3) до начала
их монтажа на раму. После начала монтажа крышек в обеих вре-
менных цепях появляются общие звенья продолжительности пере-
Рис. 322. Параллельно связанные временные цепи,
описывающие технологический процесс обработки
и сборки деталей
ходов монтажа крышек (звенья Тъ = Т[), их закрепления (звенья
Тв = и продолжительности совместного растачивания от-
верстий (звенья Т7 = Tg) под опоры коленчатого вала.
Примерами последовательного вида связи могут служить вре-
менные цепи двух операций, выполняемых одна за другой. Так,
при общей сборке токарного станка вначале монтируется станина,
затем последовательно: каретка, коробка передач, фартук, ходо-
вой винт, крышка и т. д. Каждая из последовательно выполняемых
операций описывается во времени своей временной цепью, звень-
ями которой являются продолжительности отдельных переходов,
замыкающими продолжительность самих операций, или их цикла.
Продолжительности повторяющихся одинаковых переходов,
операций или целых процессов изготовления машин, как и всяких
других величин в природе, отличаются одна от другой. Действи-
тельно, если измерить продолжительности какого-либо перехода
или операции, например, при обработке партии в 500 деталей на
шлифовальнО1М станке, то все они окажутся различными. Объяс-
няется это явление рассеяния продолжительностей перехода тем,
что все факторы, оказывающие влияние на продолжительность
перехода, непрерывно изменяются как в процессе обработки одной
Временные цепи
457
детали, так и особенно при переходе с обработки одной детали
к другой. Изменяются величина припуска на обработку, твер-
дость материала обрабатываемой детали, затупление шлифоваль-
ного круга, время его правки, количество переходов и т. д. В
результате изменяется затрачиваемый промежуток времени на вы-
полнение операции или ее продолжительность. Для характери-
стики явления рассеяния продолжительности переходов и опера-
ций можно использовать все ранее изложенные понятия и характе-
ристики. Так, поле рассеяния ®т продолжительности выполнения
перехода или операции представляет собой разность между наи-
большей Тнб и наименьшей Тнм продолжительностями операций, за-
меренными при обработке партии деталей:
ат=Тнб—Тнм.	(226)
С увеличением удельного веса затрат времени ручного труда
в продолжительности операции величина поля рассеяния продол-
жительности операции вырастает. Для того чтобы иметь возмож-
ность выполнять с наибольшей производительностью все связан-
ные одни с другими технологические процессы изготовления дета-
лей и сборки машин во времени, необходимо устанавливать допуск
на исходное звено временной цепи и исходя из него рассчитывать
и устанавливать допуски на все составляющие звенья, т. е. от-
клонения продолжительности выполнения каждой из оцераций
процесса.
Для достижения требуемой точности выполнения любого про-
цесса во времени необходимо использовать временные цепи, в ос-
нове которых лежат методика и расчетные формулы теории раз-
мерных цепей.
Расчеты точности выполнения технологических процессов во
времени с помощью временных цепей приобретают все большее
значение как при разработке самих технологических процессов,
особенно для поточного и автоматизированного производства, так
и для планирования производства, обеспечивающего ритмичную
работу и выполнение программ в установленные сроки.
Действительно, отклонения продолжительности операций вы-
зывают задержки в выполнении всех последующих или предшест-
вующих операций в поточном и особенно автоматизированном
производствах.
Поскольку все операции и переходы по обработке деталей на
различных технологических системах СПИД связаны одно с дру-
гими и со сборочными операциями во времени, то каждое отклоне-
ние продолжительности операции, выходящее за установленный
допуск, вносит погрешности, нарушающие нормальный ход техно-
логического процесса изготовления деталей и машин во времени.
458
Основы снижения себестоимости машины
Разработка и особенно использование теории временных цепей
находятся в начальной стадии, а расчет и планирование технологи-
ческих процессов и производства во времени до сих пор базируются,
к сожалению, на использовании номинальных величин, в лучшем
случае, с некоторыми поправками. Такой метод расчета соответ-
ствует уровню достижения требуемой точности, с расчетом по но-
минальным величинам размеров (без допусков), который использо-
вался в машиностроении 50—60 лет назад.
Таким образом, разработка теории временных цепей и особенно
ее широкое внедрение в практику машиностроение ждет своих
энтузиастов.
СОКРАЩЕНИЕ НАКЛАДНЫХ РАСХОДОВ
Рассмотрев технологические основы увеличения производи-
тельности труда и сокращения расходов на заработную плату,
приходящихся на единицу продукции, необходимо кратко оста-
новиться на сокращении накладных расходов.
Из формулы себестоимости видно, что снижение себестоимости
зависит не только от рассмотренных выше факторов, но также
и от сокращения накладных расходов, которое может осуществ-
ляться за счет всех слагаемых, составляющих накладные расходы
в формуле себестоимости. Из анализа формулы и ее слагаемых
видно, что основными путями сокращения накладных расходов
являются:
1) уменьшение расходов на амортизацию и содержание обору-
дования, технологической оснастки (приспособлений, транспорт-
ного и подъемного оборудования, стеллажей) и инструмента;
2) уменьшение прочих статей накладных расходов (упрощение
управленческого аппарата завода, сокращение цикла производ-
ства для увеличения оборачиваемости оборотных средств, сокра-
щение брака, потерь).
Уменьшение расходов на амортизацию, как это следует из фор-
мул (184) — (191), осуществляется путем выбора наиболее дешевых
видов оборудования, технологической оснастки и инструмента, ра-
циональной планировки оборудования, цехов и других служб за-
вода с целью сокращения расходов на строительство зданий цехов
и завода. Этой же цели служит повышение производительности
труда за счет сокращения времени выполнения технологических
процессов.
Уменьшение расходов на содержание осуществляется повыше-
нием к. п. д. оборудования и технологической оснастки, подбором
к оборудованию электродвигателей требуемой мощности для со-
кращения расходов на электроэнергию, повышением качества
ухода за оборудованием и технологической оснасткой путем их
Сокращение накладных расходов	459
периодической смазки, очистки, регулировки, профилактического
ремонта.
Принудительная смена режущего инструмента, его централизо-
ванная качественная заточка и переточка, работа с требуемыми
режимами и использованием надлежащих смазывающе-охлаждаю-
щих средств, восстановление и использование износившегося ин-
струмента, бережное его хранение являются средствами уменьшения
расходов на содержание режущего инструмента. Правильный вы-
бор методов и средств контроля сокращает расходы на амортизацию.
Соблюдение условий правильной эксплуатации уменьшает расходы
на содержание измерительного инструмента.
Выше указаны только основные мероприятия, позволяющие сни-
зить накладные расходы, так как эти вопросы более детально рас-
сматриваются в курсах организации и экономики производства.
Глава
VII
ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАШИНЫ
Ознакомившись с явлениями, происходящими при выполнении
технологических процессов, их основными закономерностями,
методикой использования этих закономерностей для построения и
управления технологическими процессами, выполняемыми на от-
дельных станках или рабочих местах, необходимо рассмотреть
основы разработки технологического процесса изготовления ма-
шины.
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
На основании изложенного ранее для разработки технологиче-
ского процесса изготовления машины необходимы следующие ис-
ходные материалы: 1) краткое описание, предельно ясно опреде-
ляющее служебное назначение машины; 2) технические условия
и нормы, определяющие ее служебное назначение; 3) рабочие чертежи
машины; 4) данные о количестве машин, намеченных к выпуску
в единицу времени (год, квартал, месяц); 5) общее количество
машин, намеченных к выпуску по неизменяемым чертежам; 6) ус-
ловия, в которых предполагается организовать и осуществлять
подготовку, изготовление и выпуск машин (вновь создаваемый или
действующий завод, имеющееся на нем оборудование, перспективы
получения нового оборудования); 7) местонахождение завода (воз-
можности кооперирования с другими заводами, условия снабжения
и т. д.); 8) наличие и перспективы получения кадров; 9) плановые
сроки подготовки и освоения новой машины и организации ее
выпуска.
Все эти исходные материалы необходимы для детального выяс-
нения задачи, которая ставится перед технологическим процессом,
и условий, в которых должна протекать его разработка и осуще-
ствление. Чем правильнее, точнее и яснее сформулирована задача
и условия ее выполнения, тем быстрее и с меньшими затратами
она решается.
Исходные материалы
461
Опыт освоения многих машин показал, что каждая неясность,
недостаточно четкое понимание служебного назначения машины за-
ставляют вносить много изменений, иногда существенных, в кон-
струкцию машины в период подготовки ее производства и даже
внедрения. Эти изменения технических условий или конструкций
влекут за собой пересмотр технологических процессов, переделку
конструкций технологической оснастки, перестановку оборудования
и т. д. Результатом является удлинение сроков подготовки произ-
водства и освоения выпуска новых машин. Иногда в случае не-
достаточной ясности служебного назначения машины до начала
разработки ее конструкции приходится даже изменять первона-
чально намеченное служебное назначение машины, заменяя его
другим, так как изготовленная машина не выполняет первоначально
намеченного служебного назначения без радикальной переделки
конструкции и изменений технологических процессов. Из изложен-
ного следует необходимость предельно ясного выявления служеб-
ного назначения машины, и что не менее важно, правильного его
отражения в технических условиях и различных нормах, которым
должна отвечать новая машина.
Выше указывалось, что на все показатели, характеризующие
качество машины и выполняемые ею процессы, необходимо иметь
установленные допуски.
Количество машин, намечаемых к выпуску в единицу времени
и по неизменяемым чертежам, требуется для выбора наиболее эко-
номичного варианта технологического процесса, оборудования, ин-
струмента, технологической оснастки, степени механизации, авто-
матизации и организационных форм.
Очень важно также знать все условия, в которых будет осу-
ществляться технологический процесс. Когда технологический про-
цесс разрабатывается и будет осуществляться на вновь проекти-
руемом заводе, тогда свобода выбора варианта технологического
процесса, оборудования, инструмента значительно больше, чем при
технологическом процессе, разрабатываемом для внедрения на дей-
ствующем заводе. В последнем случае на выбираемый вариант
технологического процесса оказывает существенное влияние имею-
щееся оборудование, иногда даже его загрузка, перспектива полу-
чения нового, производственные возможности инструментального
цеха, цеха приспособлений, возможности кооперирование по этим
вопросам с другими заводами и т. д.
Месторасположение завода необходимо знать для выяснения во-
просов кооперирования с другими заводами по изготовлению за-
готовок, ряда деталей (литых, штампованных, кованых), получения
готовых деталей и сборочных единиц (крепежных, нормалей, ша-
рико-роликоподшипников, электрооборудования, муфт, насосов,
смазочных агрегатов, электродвигателей).
462	Разработка процесса изготовления машины
Наличие кадров, перспективы их получения и подготовки ока-
зывают влияние на разработку технологических процессов. Чем
менее квалифицированными кадрами располагает завод и чем боль-
ший намечается выпуск машин, тем более детально приходится
разрабатывать технологический процесс и его документацию, карты
технологических процессов, операционные чертежи и эскизы.
Технологическая документация и чертеж должны позволять ра-
бочему, наладчику и мастеру самим, без каких-либо дополнитель-
ных указаний, выполнять операцию, изготовлять деталь или со-
бирать сборочную единицу или машину, отвечающие полностью
их служебному назначению.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАШИНЫ
Задачей каждого технологического процесса, как указывалось
выше, является экономичное изготовление машин или комплекса
машин, отвечающих их служебному назначению.
В соответствии с этой задачей разработка технологического про-
цесса изготовления машины должна осуществляться в следующей
последовательности: 1) ознакомление со служебным назначением
машины; 2) изучение и критический анализ технических условий
и различных норм (точности, производительности, к. п. д., расхода
горючего), определяющих служебное назначение машины; 3) озна-
комление с намечаемым количественным выпуском машин в единицу
времени и общим количеством выпуска по неизменяемым чертежам;
4) изучение рабочих чертежей машины и их критический анализ
под углом зрения возможности выполнения машиной ее служебного
назначения, намечаемых конструкцией способов получения точ-
ности, требуемой служебным назначением, выявления и исправле-
ния допущенных ошибок; 5) разработка технологического процесса
последовательности общей сборки машины, обеспечивающего воз-
можность выполнения ею служебного назначения и выявление
требований технологии общей сборки к конструкции машины, сбо-
рочным единицам и деталям; 6) анализ служебного назначения
сборочных единиц и разборка последовательности технологического
процесса сборки сборочных единиц, их регулировки и испытания;
выявление требований технологии сборки к деталям, составляющим
сборочные единицы, и к конструкции сборочных единиц; 7) изу-
чение служебного назначения деталей, критический анализ техни-
ческих условий и требований к деталям со стороны технологии
выявление требований к конструкции деталей; 8) выбор техноло-
гического процесса наиболее экономичного получения заготовок
с учетом требований служебного назначения деталей и намечаемого
количественного выпуска в единицу времени и по неизменяемым
Изучение служебного назначения машины	463
чертежам; 9) разработка наиболее экономичного технологического
процесса изготовления деталей при намеченном количестве выпуска
в единицу времени и по неизменяемым чертежам; внесение кор-
рективов в технологию сборки и, если необходимо, в конструкцию
деталей; 10) планировка оборудования и рабочих мест, подсчет
загрузки и внесение необходимых коррективов в технологический
процесс; 11) проектирование и изготовление инструмента, техноло-
гической оснастки и оборудования; опробование их и внедрение
в производство; 12) внесение в технологический процесс всех кор-
рективов для исправления ошибок и недочетов, обнаруженных во
время внедрения технологических процессов в производство.
ИЗУЧЕНИЕ СЛУЖЕБНОГО НАЗНАЧЕНИЯ МАШИНЫ
Перед началом разработки технологического процесса технологу
необходимо детально изучить и понять служебное назначение ма-
шины, намечаемой к изготовлению.
Каждая машина предназначается для выполнения какого-либо
процесса, результат которого должен быть полезен человеку. По-
этому изучение служебного назначения ма-
шины следует начинать с ознакомления с на-
мечаемыми результатами ее действия. Напри-
мер, изучение служебного назначения станка
необходимо начинать с ознакомления с фор-
мами, размерами и техническими условиями
на изготовление деталей, намечаемых для
обработки на станке. Ознакомление должно
сопровождаться критическим анализом, кото-
рый нередко приводит к уточнению ряда
параметров, характеризующих точность и
другие показатели качества деталей, подле-
жащих обработке, а также к уточнению
их взаимной увязки и методики изме-
рения.
Опыт машиностроения показывает, что при
анализе технических условий и рабочих черте-
жей машин приходится сталкиваться с не-
Рис. 323. Образец для
испытания фрезерных
станков на точность
обработки
достаточно обоснованными требованиями, характеризующими слу-
жебное назначение машины и ее деталей. Например, по ГОСТу
13—54 для проверки фрезерного консольного станка в работе ре-
комендуется обработка чугунного образца, показанного на рис. 323.
После обработки образца рекомендуется среди ряда проверок и та-
кая: «взаимная перпендикулярность боковых (и торцовых) поверх-
ностей между собой». Установленная величина допуска — 0,02 на
длине 150 мм и 0,03 на длине 300 мм.
464	Разработка процесса изготовления машины
Нетрудно подсчитать, что при получении отклонений от пер-
пендикулярности в результате обработки поверхности 2 относитель-
но поверхности 1 в 0,02/150, затем отклонения поверхности 3
относительно поверхности 2 в 0,02/150, поверхности 4 относительно
поверхности 3 в 0,02/150, отклонение последней из обработанных
поверхностей 4 относительно поверхности 1 окажется равным
0,06/150 мм, Таким образом, требуемую взаимную перпендикуляр-
ность боковых поверхностей между собой можно получить у по-
верхности 4 относительно поверхности 1 только при ужесточении
допуска до 0,0065/150. Таким образом, методическая ошибка
в техническом условии требует неоправданного служебным на-
значением станка ужесточения допусков не только на образец
для проверки, но и норм точности на приемку и изготовление
станка.
Правильная методическая обработка технических условий, ба-
зирующаяся на предельно ясном определении служебного назна-
чения машины, теории размерных и кинематических цепей,
является непременным и обязательным условием наиболее эко-
номического изготовления машин, отвечающих служебному назна-
чению.
НАМЕЧАЕМЫЙ ВЫПУСК МАШИН
Перед разработкой технологического процесса изготовления
машины необходимо знать: 1) намечаемый выпуск машин в единицу
времени (в год, квартал, месяц); 2) общее количество машин, наме-
чаемое к изготовлению по неизменяемым чертежам, или, другими
словами, календарный промежуток времени, в течение которого
намечается выпуск машин по данным чертежам.
Эти данные требуются для выбора наиболее экономичных ва-
риантов технологических процессов, видов оборудования, инстру-
мента, объема технологической оснастки, организации техно-
логического процесса, степени его механизации и автомати-
зации.
В процессе разработки технологического процесса нередко при-
ходится несколько изменять намечаемый выпуск машин в единицу
времени в ту или иную сторону. Объясняется это тем, что при на-
меченном выпуске часть оборудования может остаться недоисполь-
зованной вследствие его некомплектности, что снижает основные
технико-экономические показатели. Опыт показывает, что добав-
ление некоторого количества оборудования позволяет в ряде слу-
чаев повысить использование всего оборудования, а тем самым
и технико-экономические показатели за счет увеличения первона-
чально намеченного выпуска машин.
Изучение рабочих чертежей машины
465
ИЗУЧЕНИЕ РАБОЧИХ ЧЕРТЕЖЕЙ МАШИНЫ
Изучение рабочих чертежей машины должно производиться не
только под углом зрения понимания ее служебного назначения,
но и с учетом возможностей наиболее экономичного ее изготовле-
ния при намеченных количествах.
Изучение следует начинать со сборочных чертежей машины.
При этом в самом начале необходимо найти исполнительные по-
верхности машины и установить их взаимосвязи, обеспечивающие
выполнение машиной ее служебного назначения. Нахождение ки-
нематических связей, обеспечивающих требуемый закон относи-
тельно движения исполнительных поверхностей, осуществляется
сравнительно просто благодаря кинематической схеме машины,
даваемой в описании машины в ее рабочих чертежах. Схем раз-
мерных цепей, к сожалению, как правило, не дается, поэтому их
приходится пока что составлять.
Схемы размерных цепей помогают: 1) правильно разобраться
во взаимосвязях деталей, составляющих машину и ее сборочные
единицы; 2) вскрыть заложенные в конструкции методы достиже-
ния требуемой точности при помощи каждой из размерных цепей;
3) проанализировать правильность простановки размеров и допу-
сков на чертежах деталей машины; 4) внести в чертеж, если не-
обходимо, поправки; 5) правильно наметить последовательность
сборки машины и ее сборочных единиц; 6) правильно выбрать тех-
нологические и измерительные базы деталей и разработать после-
довательность обработки поверхностей деталей и их измерения;
7) рассчитать межоперационные размеры, припуски и допуски;
8) правильно вносить изменения в размеры и допуски деталей.
Нахождение размерных цепей удобно вести в следующей последо-
вательности. Вначале находят размерные цепи, при помощи которых
определяются расстояния между исполнительными поверхностями
машин; после этого находят размерные цепи, при помощи которых
определяются относительные повороты исполнительных поверхно-
стей.
Нахождение каждой из размерных цепей следует осуществлять,
начиная с исходного звена, ограниченного исполнительными по-
верхностями машины. При этом в размерную цепь необходимо
включать только те звенья, которыми сборочные единицы и детали
действительно (непосредственно) участвуют в решении рассматри-
ваемой задачи, т. е. необходимо использовать принцип наикрат-
чайшего пути и находить кратчайшую (основную) размерную
цепь,
В качестве примера на рис. 139, а показана последовательность
нахождения нескольких основных размерных цепей токарного
станка, определяющих расстояния между его исполнительными по-
466
Разработка процесса изготовления машины
верхностями. Так, при помощи размерной цепи А достигается рас-
стояние А д между осями заднего и переднего центров в вертикаль-
ной плоскости, при помощи размерной цепи А' — расстояние между
осями центров в горизонтальной плоскости, при помощи размерной
цепи А" — расстояние между центрами станка. При помощи раз-
мерной цепи Б достигается расстояние £д от плоскости резцовой
головки, служащей для установки резцов, до оси вращения шпин-
деля коробки скоростей.
После того как построены размерные цепи, определяющие рас-
стояния исполнительных поверхностей, находятся размерные цепи,
при помощи которых достигаются расстояния сборочных единиц
и деталей, обеспечивающих выполнение машиной ее служебного
назначения. В рассматриваемом примере к таким основным раз-
мерным цепям относятся: В и Г, определяющие расстояния Вди Гд
между осями ходового винта и отверстий для его монтажа в коробке
подач и заднем кронштейне в вертикальной плоскости; В' и Г',
определяющие те же расстояния и Г\ в горизонтальной пло-
скости; Д и £, определяющие аналогичные расстояния для обес-
печения работы ходового валика в вертикальной плоскости.
Продолжая, таким образом, дальше, находят все размерные
цепи, при помощи которых обеспечиваются размерные связи между
сборочными единицами и деталями, составляющими машину. Ана-
логичным образом находятся и строятся схемы размерных цепей,
при помощи которых достигается точность относительных поворотов
исполнительных поверхностей машины, ее сборочных единиц и де-
талей.
В качестве примера на рис. 139, б показана часть основных
размерных цепей токарного станка, определяющих относительные
повороты поверхностей. Так, при помощи размерных цепей а и а'
достигается параллельность оси заднего центра оси переднего
(звенья ад и ад), при помощи размерной цепи |3 — параллельность
плоскости для установки резцов резцовой головки оси вращения
шпинделя (звено рд), при помощи размерных цепей у и у' дости-
гается параллельность оси ходового винта оси отверстия в коробке
подач (в которое он монтируется) в двух плоскостях.
Имея схемы размерных цепей, производят проверку наличия
в рабочих чертежах надлежащих размеров и допусков на размеры
и точность относительных поворотов поверхностей деталей. При
отсутствии надлежащих величин в рабочие чертежи вносятся не-
обходимые поправки. Например, на основе анализа размерных це-
пей, определяющих только служебное назначение координатно-
расточного прецизионного станка, было обнаружено отсутствие 14
необходимых допусков на отклонения, определяющие относитель-
ные повороты поверхностей и размеры деталей; 15 допусков по-
требовали изменения и только 4 остались нетронутыми.
Изучение рабочих чертежей машины
467
Используя схемы размерных цепей, производят выявление ме-
тодов достижения требуемой точности, намеченных конструкцией
машины, и их критический анализ в смысле возможности эконо-
мического изготовления машины при намеченных количествах
выпуска. Если требуемую точность намечено получить методом ре-
гулировки, в конструкцию машины должны быть включены непод-
вижные или подвижные компенсаторы. Их функции могут выпол-
нять специальные детали или устройства или детали самой машины.
Как те, так и другие должны быть выявлены для последующего
указания в картах технологических процессов сборки машины.
В тех размерных цепях, нри помощи которых намечено полу-
чить требуемую точность методом пригонки, следует критически
оценить правильность выбора компенсирующих звеньев и наличие
надлежащим образом установленных припусков на пригонку. На
схемах размерных цепей компенсирующие звенья нужно заключить
в рамки для их отличия от других. На основе проделанного анализа
вносятся необходимые поправки и изменения в рабочие чертежи,
а нередко и в конструкцию машины. На некоторых заводах указан-
ный анализ производится в процессе разработки конструкции (что
надо считать наиболее правильным) и на его основе составляются
специальные схемы, указывающие все детали, выполняющие роль
468	Разработка процесса изготовления машины
подвижных компенсаторов. Примером может служить схема меж-
узловой компенсации горизонтально-расточного станка (рис. 324),
разработанная Ленинградским станкозаводом им. Свердлова. На
схеме стрелками указаны направления возможных перемещений де-
талей и узлов, выполняющих роль подвижных компенсаторов и
процесс сборки.
Анализ размерных цепей токарного станка (см. рис. 139, а
и 139, б) показывает, что требуемую точность в размерных цепях
А', В', Г А", у' запроектировано,получить методом регулировки.
В качестве подвижных компенсаторов выбраны детали: корпус зад-
ней бабки (А5), (Ар, фартук суппорта (В'3 = Г[; -уз). В по-
давляющем большинстве остальных размерных цепей требуемую
точность намечено получить методом пригонки с использованием
в качестве компенсирующих звеньев А2, Вх, Г4, а3, а2, уь е4, £3.
Точность в размерных цепях Б, Д, |3, т) и О намечено получать
методом взаимозаменяемости вследствие значительных величин
допусков на их исходные звенья.
Одновременно с размерным анализом машины просматривается
и ее конструкция в отношении требований намечаемых технологи-
ческих процессов сборки, механической и других видов обработки,
а также получения заготовок с последующим уточнением этих тре-
бований во время разработки технологических процессов.
ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
СБОРКИ МАШИН
В соответствии с делением машины на сборочные единицы и
детали, кроме общей сборки машины различают сборку узлов
(узловую), сборку подузлов (подузловую) и сборку комплектов
(комплектную). Под узловой сборкой понимается соединение, ко-
ординирование и фиксация с требуемой точностью подузлов, ком-
плектов и деталей, составляющих узел. В результате узловой
сборки должен получаться узел, полностью отвечающий служеб-
ному назначению. Под подг/зловой сборкой понимается соединение,
координирование и фиксация с требуемой точностью комплектов
и деталей, составляющих подузел. Под комплектной сборкой
понимается соединение, координирование и фиксация с требуемой
точностью всех деталей, составляющих комплект.
В результате подузловой сборки и сборки комплектов должны
получаться подузлы и комплекты, отвечающие их служебному
назначению.
Технологический процесс сборки складывается из ряда пере-
ходов, заключающихся в соединении сопрягаемых сборочных еди-
ниц и деталей путем приведения в соприкосновение основных баз
деталей присоединяемой сборочной единицы или детали со вспо-
Разработка процесса сборки машины
469
могательными базами деталей сборочной единицы, к которой они
присоединяются; проверки, если необходимо, полученной точности
относительного положения и движения сборочных единиц и дета-
лей; внесения необходимых поправок для достижения требуемой
точности путем пригонки, подбора или регулировки; фиксации
относительного положения сборочных единиц и деталей, обеспечи-
вающего правильность выполнения ими их служебного назна-
чения.
К технологическому процессу сборки обычно относят также
переходы, связанные с проверкой правильности действия сбороч-
ных единиц и деталей, например плавности и точности относитель-
ных перемещений, действия смазочной системы, последовательности
включения отдельных механизмов. В сборочные процессы вклю-
чаются также переходы, связанные с очисткой, мойкой, ок-
раской и отделкой деталей, сборочных единиц и нередко машины
в целом, а также переходы, связанные с регулировкой машины
и ее механизмов, и переходы по разборке машины, если она отправ-
ляется потребителю в разобранном виде с целью удобства транспор-
тировки.
Выбор вида и организационной формы производственного про-
цесса сборки машины. На основе изучения служебного назначения
машины, ее сборочных и рабочих чертежей, размерного анализа
и намеченного количества машин, подлежащих изготовлению
в единицу времени и по неизменяемым чертежам, выбираются
вид и организационная форма производственного процесса сборки
машины. Решающим фактором является количество машин, под-
лежащих изготовлению, причем к вопросу о выборе вида и орга-
низационной формы производственного процесса сборки необхо-
димо подходить с точки зрения экономической эффективности.
При больших количествах, подлежащих изготовлению машин
или их сборочных единиц, следует выяснить экономичность ис-
пользования поточного вида сборки. Если конструкция машины
обладает достаточной жесткостью базирующей детали и отличается
сравнительно небольшим весом, целесообразно выбрать подвиж-
ную сборку с непрерывным -перемещением собираемой машины;
в противном случае следует остановиться на подвижной сборке
с прерывистым перемещением собираемой машины.
Машины большого веса при относительно небольших количе-
ствах экономично собирать с использованием поточного вида сборки
и с периодически перемещающимися бригадами рабочих от одного
собираемого объекта к другому.
С уменьшением количества машин, подлежащих изготовлению,
когда использование поточного вида сборки становится неэконо-
мичным, следует применить непоточный вид сборки с перемещаю-
щимися объектами. При единичном изготовлении машин или ма-
470
Разработка процесса изготовления машины
лых количествах их приходится использовать непоточный вид
стационарной сборки.
После того как на основе приведенных ранее соображений’
предварительно намечены вид и организационная форма техноло-
гического процесса сборки машины, приступают к разработке по-
следовательности ее общей сборки.
Основы разработки последовательности сборки машины. Для
установления последовательности общей сборки машины прежде
всего необходимо произвести анализ ее конструкции для выявле-
ния всех составляющих машину сборочных единиц и отдельных
деталей, которые должны поступать на общую сборку.
Анализ удобно начать с выявления номенклатуры подразделений
сборочных единиц, из которых состоит конструкция машины.
Обычно, как это видно из изложенного, конструкция состоит из
узлов, подузлов, комплектов и отдельных деталей. Конструкция
ряда более сложных машин состоит из узлов первого, второго
и т. д. порядков, подузлов, комплектов и деталей. Установив но-
менклатуру сборочных единиц, выявляют все сборочные единицы,
из которых состоит машина. При этом необходимо помнить правило,
что каждая последующая, более сложная, сборочная единица всегда
должна содержать не менее одной предшествующей, более простой,
сборочной единицы. Так, узел второго порядка должен иметь хотя
бы один узел первого порядка, узел первого порядка должен иметь
хотя бы один подузел и т. д.
В каждой сборочной единице должна быть найдена базирующая
деталь, определяющая положение всех составляющих данную сбо-
рочную единицу других сборочных единиц и деталей.
Последовательность общей сборки машины определяется ее кон-
структивными особенностями и заложенными в конструкцию мето-
дами получения требуемой точности.
Общая сборка машины должна начинаться с установки бази-
рующей детали или базирующей сборочной единицы машины, роль
которой обычно выполняют рамы станины, основания и т. п.
Базирующую деталь при этом можно установить в любом удобном
для сборки положении, если ее упругие деформации в процессе
сборки настолько малы, что их влиянием на точность машины
можно пренебречь. В противном случае жесткость базирующей де-
тали увеличивают путем ее установки на жесткий сборочный стенд,
обеспечив в пределах требуемой точности относительное положение
ее вспомогательных баз. При подвижной сборке базирующую де-
таль или перемещают вместе со сборочными приспособлениями,
увеличивающими ее жесткость (например, используя спутник в виде
плиты и т. п.), или производят выверку требуемой точности отно-
сительно положения ее вспомогательных баз на тех сборочных по-
зициях, где это требуется по ходу процесса.
Разработка процесса сборки машины	471
После установки базирующей детали разрабатывают последова-
тельность установки на нее всех сборочных единиц и деталей. Для
этого можно воспользоваться схемами размерных цепей, построенных
на основе размерного анализа и выявленных методов достижения тре-
буемой точности в каждой из размерных цепей, при это i следует
руководствоваться указанными ниже исходными положениями:
1.	Сборку следует начинать с тех сборочных единиц или дета-
лей, размеры и относительные повороты поверхностей которых яв-
ляются общими звеньями, принадлежащими наибольшему количе-
ству размерных цепей. Примерами могут служить общие звенья
В3 = Г2 = Дз = £2; В3 = rj; Уз = е2 == Пз = ^2 поперечного суп-
порта токарного станка (см. рис. 139, а и 139, б).
2.	Следует постепенно переходить к сборке тех сборочных еди-
ниц и деталей, размеры и относительные повороты поверхностей
которых являются общими звеньями, принадлежащими постепенно
уменьшающемуся количеству размерных цепей. Примерами могут
служить звенья Д4 — Е3;	фартука упомянутого токарного
станка; звенья А4 = В4; а3 = 03 коробки скоростей и др.
3.	В каждой из размерных цепей сборку следует начинать с тех
сборочных единиц и деталей, размеры или относительные повороты
поверхностей которых являются звеньями основной ветви размер-
ной цепи, т. е. ветви, не содержащей исходного (замыкающего)
звена.
4.	При прочих равных условиях сборку следует начинать с той
размерной цепи, при помощи которой решается наиболее ответст-
венная задача.
5.	В размерных цепях, где конструкцией машины намечено по-
лучить требуемую точность замыкающего звена методом регули-
ровки, находят компенсирующие звенья и детали, выполняющие
роль неподвижных или подвижных компенсаторов. Если необхо-
димо, надо произвести подсчет количества ступеней неподвижных
компенсаторов, установить их размеры, допуски и потребное коли-
чество компенсаторов каждой ступени размеров. При подвижных
компенсаторах следует проверить достаточность максимальной ве-
личины компенсации и возможности перемещения на эту величину
подвижного компенсатора.
6.	В размерных цепях, в которых конструкцией машины, на-
мечено получать требуемую точность замыкающего звена методом
пригонки, необходимо проверить правильность выбора или про-
извести выбор компенсирующего звена и проверить правильность
его номинального размера с точки зрения обеспечения возможно-
сти пригонки за счет выбранного звена. При обнаружении ошибок
следует произвести расчеты и внести изменения.
7.	В размерных цепях, точность замыкающего звена которых
намечено получить методом групповой взаимозаменяемости, необ-
472
Разработка процесса изготовления машины
ходимо проверить правильность расчета допусков и количество
намеченных групп деталей.
Наметив на основе перечисленных положений последовательность
общей сборки машины, следует проверить возможность ее соблю-
дения на реальной машине, имеющей надлежащие конструктивные
формы, габаритные размеры, вес сборочных единиц и деталей.
В ряде случаев реальные возможности вносят существенные
поправки в теоретически разработанную последовательность сборки.
Построение схемы сборки машины. Разрабатывая последователь-
ность сборки машины, очень удобно изображать ее в виде графиче-
ской схемы сборки.
Последняя не только помогает в разработке последовательности
сборки машины, но и является основным оперативным докумен-
том, по которому персонал сборочного цеха знакомится с последо-
вательностью сборки новой машины, организует выполнение сбо-
рочного процесса, производит комплектование машины, подачу сбо-
рочных единиц и деталей в надлежащей последовательности к ме-
стам сборки, ведет учет, расставляет рабочих, планирует произ-
водство и разрешает вносить усовершенствования в конструкцию,
технологический процесс и организацию производства машины.
Конструкции подавляющего большинства машин не позволяют
вести их сборку без предварительной частичной разборки их сбо-
рочных единиц, поступающих на общую сборку в собранном виде.
Даже в таких машинах, как автомобильные двигатели, до сих пор
сохранилась операция снятия у блока цилиндров крышек опор
под коленчатый вал перед его монтажом. При сборке многих стан-
ков перед монтажом шпинделя в коробку скоростей с него пред-
варительно снимается ряд деталей — зубчатые колеса, внутреннее
кольцо роликоподшипника и т. д. Поэтому при построении схемы
сборки в нее необходимо включать и все неизбежные по ходу тех-
нологического процесса разборки сборочных единиц. Для машин,
которые посылаются потребителю в разобранном виде, строятся
специальные схемы их демонтажа у изготовителя и повторной сборки
у потребителя, так как в таких случаях сборочные единицы обычно
значительно укрупняются.
Схема сборки и разборки должна отличаться наглядностью, по-
казывать последовательность процессов и служить оперативным
документом. Для этого схему общей сборки машины удобнее всего
строить следующим образом.
Лист бумаги делят на несколько зон: деталей, комплектов, под-
узлов, узлов (последние, если необходимо, разбивают по зонам
узлов первого порядка, второго и т. д.) и машины в целом.
Каждому из составляющих машину элементов дается условное
обозначение, например деталь обозначается небольшим прямоуголь-
ником, в котором указываются наименование и номер детали по
Разработка процесса сборки машины
чертежу. Прямоугольни-
ками больших размеров
или другими геометриче-
скими фигурами обозна-
чаются и все остальные
элементы. На схему общей
сборки машины наносятся
только условные обозначе-
ния деталей и сборочных
единиц, непосредственно
поступающих на общую
сборку.
В качестве примера на
рис. 325 дана схема общей
сборки токарного станка.
Местоположение условных
обозначений деталей и сбо-
рочных единиц показывает
последовательность их по-
ступления на сборку, ли-
нии со стрелками — напра-
вление их движения и ха-
рактер выполняемого про-
цесса — сборки или раз-
борки. Для обозначения
характера сборочной опера-
ции (например, установки,
проверки, шабрения, регу-
лировки, сверления, раз-
вертывания) стрелки де-
лаются различной формы
или на их линиях вводятся
добавочные условные обоз-
начения в виде букв или
фигур.
При построении схем
сборки сборочных единиц
в прямоугольниках, обоз-
начающих данную сбороч-
ную единицу, иногда ука-
зывают трудоемкость ее
сборки.
В качестве примера по-
строения схемы разборки-
сборки на рис. 326, а и б
474
Разработка процесса изготовления машины
| Станка Узлов Подузлов Комплектов I Деталей | Jw| [станка Узлов \Подузлов Комплектов] Деталей ]доно/1
а)
б)
Риг. 326. Схема разборки — сборки
Разработка процесса сборки машины
475
показана одна из таких схем применительно к суппорту револь-
верного станка. Их схемы видно, что после поступления суппорта
с него демонтируется ряд деталей и одна сборочная единица, после
чего суппорт монтируется на каретку и на него снова монти-
руются снятые детали и сборочная единица в определенной после-
довательности.
Как показывает опыт машиностроения, есть основание пред-
полагать, что дальнейшая разработка схем сборки может привести
к замене карт технологических процессов сборки схемами сборки
как документом, обеспечивающим большую наглядность, оператив-
ность и простоту.
Одновременно с разработкой схем сборки машин или с неболь-
шим сдвигом во времени производится нормирование всех сборочных
переходов для определения трудоемкости сборочных работ и по-
строения циклограммы сборки. Циклограмма сборки служит: 1) для
установления возможно более короткого цикла сборки путем сов-
мещения во времени выполнения отдельных переходов; 2) для со-
единения переходов технологического процесса сборки с целью
формирования операций, выполняемых на каждой из рабочих по-
зиций (или мест) в промежутки времени, по возможности равные
или кратные установленному такту; 3) для внесения необходимых
для этого изменений в конструкцию машины (повышающих ее тех-
нологичность), в технологический процесс сборки или технологиче-
скую оснастку.
В качестве примера на рис. 327 дана циклограмма общей сборки
токарного станка. Из циклограммы видно, что сокращение цикла
сборки может осуществляться двумя путями: 1) совмещением вы-
полнения отдельных переходов или целых операций во времени;
2) сокращением трудоемкости выполнения отдельных переходов.
Продолжительность выполнения переходов различна. Если для
достижения наиболее высокой производительности труда намечено
воспользоваться поточным видом сборки, то продолжительность
всех несовмещенных операций необходимо запроектировать равной
или кратной установленному такту, или, как говорят, добиться
«синхронизации операций».
Этого можно достигнуть путем перераспределения переходов
технологического процесса между операциями и сокращения тру-
доемкости переходов за счет механизации труда, внедрения новых
видов технологической оснастки, увеличения точности механиче-
ской обработки сборочных единиц и деталей, поступающих на
сборку, изменения конструкции машины для перехода на достиже-
ние требуемой точности методами взаимозаменяемости или регули-
ровки, дополнительного деления машины на сборочные единицы,
повышения квалификации работающих, лучшей организацией ра-
бочих мест.
2k
?j_
м
21
20
1L
18
17
16_
15_
1k
13_
12
11
10
9
_7
6
Ч
з_
2_
1
Установка электрооборудования
Отделка и установка электрооборудования
Отделка и установка трубопроводов и электрооборудования
Отделка и установка трубопроводов
Установка щитков и электронасоса__________________
Проверка перпендикулярности суппорта и установка стоек
Проверка перпендикулярности суппорта и установка стоек _
Окончательная сдача_______________________________
Окончательная сдача	~
Окончательная сдача
Окончательное протачивание граней револьверной головки
Окончательное растачивание револьверной головки ~
Проверка станка на точность_______________________
Проверка станка на точность_______________________
Регулирование движения механизмов
Регулирование движения механизмов
Подготовка и регулировка__________________________
Зачистка и сдача станка___________________________
Установка ходового вала___________________________
Установка коробки скоростей_______________________
Установка прижимных планок каретки ~
Установка поперечного суппорта и каретки
Установка рейки	____________________
Установка на ножи
Шабрение станины
Шабрение платина _________________________________
Сборка трубопровода-
сборка кранов трубопровода - комплект п/г
Сборка электронасоса - комплект
Сборка щитков- цзел 15
Сборка стойки ПИ-710-узел 1k______________________
Сборка стойки ПИ-751- узел 13
Сборка кронштейна 5618-узел 12
Сборка кронштейна 1712-узел 11____________________
Сборка коробки ускоренного хода-узел 10
Сборка каретки-узлы 5,7и 9
Сборка продольного фартика — изел 6
Часы
Норма 2 4 6 8 101214 16 18 20 2224 26 28 30 32 34 3638 40 42 44 46 48
| ;gg | । I । « ।  Ь . 1 > < . ,  1....................
200
~2'0§‘
229
^Об
jOO
JsT
7®Г
jOO
ТЕГ
1Q0
W
7ж
~/1йг
7£Г
1Q0
/00
W
/09
~/бб
/05
021
9Q2
0%
OS!
210
149
Q20
ОН
229
17™
|it.yy^g поперечного фартука — узел У
[сборка суппорта - узел 5
\lk49
IzHF
J
^j^^l
7ЛГ//7//7Л
-*г-Тцикла в *£«•
Рис. 327.
Циклограм-
ма общей
сборки то-
карного
станка
Разработка процесса изготовления машины
Разработка процесса сборки машины
477
Одновременно с разработкой технологического процесса общей
сборки машины должен производиться критический анализ ее кон-
струкции под углом зрения использования всех возможностей
и особенностей намечаемого технологического процесса и внесения
необходимых изменений для повышения технологичности машины.
Выше указывалось, что в конструкцию машины надо вносить
изменения в зависимости от изменения количества машин, подле-
жащих выпуску в единицу времени и по неизменяемым чертежам.
Основными требованиями поточной сборки являются переход к до-
Рис. 328. Пример изменения конструкции прижим-
ных планок для замены метода пригонки методом
регулировки
стижению требуемого качества машины методами взаимозаменяемо-
сти и регулировки и устранение или сведение к минимуму исполь-
зования метода пригонки.
На рис. 328 приведен пример изменения конструкции прижим-
ных планок каретки суппорта токарного станка. В старой конструк-
ции (рис. 328, а) требуемая точность зазора между направляющими
станины /, суппорта 2 и прижимной планки 3 достигалась методом
пригонки. В новой конструкции (рис. 328,6) та же точность до-
стигается методом регулировки. Роль подвижного компенсатора
выполняет промежуточная прижимная планка 4, положение кото-
рой регулируется винтами 5.
Требованием технологии серийного и поточного производства
является создание машины на принципе четкого деления ее на
отдельные сборочные единицы, т. е. использование в конструкции
так называемого принципа агрегатирования. Конструкция машины,
построенная по этому принципу, позволяет: 1) осуществлять не-
зависимую и параллельную сборку, регулировку и испытание
каждой сборочной единицы; 2) подавать на общую сборку машины
сборочные единицы, отвечающие их служебному назначению;
478	Разработка процесса изготовления машины
3) сокращать вышеизложенными путями цикл и трудоемкость
общей сборки, увеличивать выпуск с единицы сборочной площади
и улучшать другие технико-экономические показатели; 4) быстрее
вносить усовершенствования и изменения в конструкцию сборочных
единиц для повышения качества машины; 5) использовать коопера-
цию и специализацию заводов для изготовления сборочных единиц.
Опыт показывает, что с увеличением выпуска машины делятся
на все увеличивающиеся количества сборочных единиц, в особенности
при переходе на массово-поточное производство, когда деление ма-
шины на сборочные единицы является одним из средств синхро-
низации сборочных операций и широкого использования кооперации
заводов, специализированных на производстве отдельных сборочных
единиц.
Следующим требованием технологии поточной сборки является
создание такой конструкции машины и ее сборочных единиц, при
сборке которых не требовалось бы производить хотя бы частичной
их разборки. Другими словами, машина и ее сборочные единицы
должны при сборке подвергаться только сборочным операциям.
Это требование до сих пор удовлетворяется в конструкциях только
очень ограниченного количества машин, а между тем оно приоб-
ретает особое значение в связи с переходом на автоматическую
сборку сборочных единиц, а в недалеком будущем и целых машин.
Непрерывное и быстрое развитие науки и техники создает новые
конструкции с новым служебным назначением, новые материалы
и технологические процессы, поэтому требования к технологичности
конструкций современных и будущих машин также будет непре-
рывно меняться и развиваться. Это требует постоянной творческой
разработки требований новой технологии для использования до-
полнительных резервов повышения производительности труда путем
создания более технологичной конструкции машин.
Параллельно с разработкой технологического процесса сборки
должны разрабатываться принципиальные схемы (в некоторых
случаях общие виды) конструкций всех видов технологической ос-
настки, необходимой в первую очередь для экономичного обеспече-
ния требуемого качества машины и облегчения труда, а также
для увеличения производительности. Объясняется это тем, что при
разработке принципиальных схем конструкций технологической
оснастки, во-первых, иногда возникает необходимость внесения ряда
изменений в конструкцию машины и ее деталей, в допуски и т. д.;
во-вторых, появляется возможность найти наиболее экономичные
варианты технологического процесса и конструкций технологиче-
ской оснастки, обеспечивающие требуемое качество машины.
Из изложенного видно, что технические условия, описывающие
служебное назначение машины, сборочные и рабочие чертежи, схемы
размерных цепей, схемы сборки-разборки и циклограмма сборки
Разработка процесса сборки машины
479
являются основными оперативными документами, служащими для
разработки наиболее экономичного варианта технологического про-
цесса сборки машины и обработки ее конструкции в смысле повы-
шения технологичности.
Средства облегчения труда и увеличения его производительности.
При разработке технологического процесса сборки машины и ее
сборочных единиц возникает необходимость выбора или разработки
средств, служащих для облегчения труда и увеличения его про-
изводительности при выполнении различного рода переходов и опе-
раций. Выбор указанных выше средств, состоящих из различных
видов технологической оснастки и оборудования, зависит от коли-
чества объектов, подлежащих сборке в единицу времени и по не-
изменяемым чертежам, а также и от методов достижения требуемой
точности в каждой из размерных и кинематических цепей, заложен-
ных в конструкцию машины.
Технологическая оснастка и оборудование необходимы при
сборке для выполнения следующих типовых переходов и операций:
перемещения собираемых сборочных единиц и деталей к местам
их сборки, перемещения в процессе сборки, координирования в про-
цессе сборки с требуемой точностью, соединения, проверки достиг-
нутой точности относительного положения и движения, регулиров-
ки, пригонки, фиксации относительных положений, испытания со-
бранных сборочных единиц и машин, очистки, разборки и т. д.
Для перемещения собираемых объектов к месту сборки исполь-
зуются ручные тележки и электрокары, снабженные нередко спе-
циальной тарой, исключающей возможность повреждения сбороч-
ных объектов в процессе перемещения, а также различного рода
краны, кран-балки, электротельферы, конвейеры и специальные
устройства. Перемещение собираемых объектов в процессе сборки,
как указывалось выше, осуществляется при помощи различного
типа конвейеров.
Наибольшие трудности вызывает механизация переходов и опе-
раций, связанных с координированием сборочных единиц и деталей
в процессе сборки и их соединения. Эти трудности порождаются
тем, что координирование и последующее соединение мелких де-
талей и сборочных единиц должны быть выполнены с высокой
точностью, при этом, как правило, должна быть решена простран-
ственная задача. Малейшая погрешность координирования, выхо-
дящая за пределы допусков, приводит к невозможности соединения
без устранения полученных погрешностей координирования и по-
лучению недостаточной точности соединения из-за возникновения
перекосов, что приводит к необходимости разборки и повторной
сборки соединения для достижения требуемой точности. При этом
в случае разборных соединений приходится вносить исправления
в сопрягаемые детали, а в случае неразборных — заменять одну
480
Разработка процесса изготовления машины
или обе сопрягаемые детали новыми из-за порчи их поверхностей
при разборке.
Даже такие, на первый взгляд, простые соединения, как резь-
бовые, требуют точного координирования гайки относительно оси
резьбы шпильки или винта, на которую должна быть навернута
гайка, без чего навернуть ее не представляется возможным.
Простейшая механизация процесса координирования деталей
и сборочных единиц сводится главным образом к облегчению труда
и тем самым к повышению его производительности.
Рис. 329. Приспособление для координирования шпинделя при
сборке
В качестве примера на рис. 329 показано приспособление, слу-
жащее для координирования и соединения шпинделя и монти-
руемых на него деталей при сборке коробки скоростей. Шпиндель 1
передним концом координируется и закрепляется в требуемое по-
ложение на пиноли 2 приспособления 3, могущей перемещаться
по направляющим станины 4 при повороте штурвала 5. Шпиндель
перемещают и на него поочередно монтируют кольца косоролико-
вого подшипника, зубчатые колеса, кольца второго подшипника
и натяжную гайку, затягиванием которой фиксируется положение
шпинделя в корпусе.
Из рассмотренных примеров видно, что процесс координирования
и соединения деталей и сборочных единиц при сборке представ-
ляет собой сложную пространственную задачу, которая обычно
должна решаться с высокой требуемой точностью.
При разработке технологического процесса сборки необходимо
не только выбрать и указать все компенсирующие звенья, но и обе-
Разработка процесса сборки машины	481
спечить внесение требующихся изменений в их номинальные раз-
меры, чтобы гарантировать выполнение пригонки за счет правильно
выбранных компенсирующих звеньев. Для облегчения пригонки,
представляющей собой утомительную физическую работу, важно
ограничиться минимально необходимым припуском на пригонку
(см. стр. 111) и разработать необходимые для выполнения пригонки
Рис. 330. Приспособление для шабрения втулок, служащих
опорами шпинделя
контрольно-измерительные приспособления для определения точ-
ности относительного положения собираемых деталей и сборочных
единиц, а также приспособления для пригонки (шабровочные плиты,
угольники, приспособления для установки, закрепления и пово-
рота шабрируемых деталей) и режущий инструмент удобной кон-
струкции (шаберы).
В качестве примера на рис. 330 показано поворотное приспо-
собление для шабрения опор шпинделя коробки скоростей токар-
ного станка. Ось шабрируемых поверхностей совмещена с осью
вращения приспособления для удобства работы и обеспечения по-
стоянства усилий рабочего. Рабочее место оборудовано измеритель-
ным инструментом и подставкой для шпинделя.
16 Балакшин
Поверхность переднего
конца шпинделя
ц Ось вращения *-»[// ль
~ шпинделя
47
Рис. 331. Схема влияния погрешностей
относительного положения поверхно-
стей переднего конца шпинделя на по-
ложение оправки относительно оси его
вращения
Ви3 CS°Ky	ппваВ^
ии Ось вращения цПбг/
и-1 шпинделя
Вид сверху
ц Ось вращения «-ЛТЕ/Ц
“““	~"*Uj / Сь
Рис. 332. Схема несоосного располо-
жения оси оправки относительно оси
вращения шпинделя
482	Разработка процесса изготовления машины
При выполнении технологического процесса сборки, естественно,
возникает необходимость систематической проверки качества соби-
раемой машины и ее сборочных единиц. Это необходимо делать
каждый раз, когда требуемая точность в тех или иных размерных
и кинематических цепях достигается методами регулировки и осо-
бенно пригонки. Необходимость проверки соответствия собранных
сборочных единиц их служебному назначению возникает даже в тех
случаях, когда для достижения
требуемого их качества исполь-
зуются. методы взаимозаменяе-
мости, так как в процессе сборки
возникает ряд дополнительных
погрешностей, связанных с влия-
нием упругих деформаций, сме-
ной баз и т. д.
Все это говорит о необходи-
мости включения в разрабаты-
ваемый технологический процесс
сборки ряда переходов и опера-
ций, связанных с проверкой до-
стигнутой точности, и других
показателей, характеризующих
качество собираемого объекта,
а также разработки методики и
средств осуществления провер-
ки. Методы и средства для про-
верки размеров и расстояний
между поверхностями деталей
разработаны достаточно хорошо.
Наибольшие трудности возни-
кают при разработке методов и
средств для измерения относи-
тельных поворотов поверхностей (параллельности, перпендикуляр-
ности, биения, соосности), так как эти методы до сих пор недо-
статочно разработаны.
В качестве примера рассмотрим методику разработки приспо-
собления для проверки отклонений от параллельности оси вра-
щающейся детали (например, шпинделя) двум координатным
плоскостям, расположенным под прямым углом (например, пря-
моугольным направляющим станины). Для решения поставленной
задачи прежде всего необходимо материализовать ось вращения
шпинделя. Это позволит исключить при измерении погрешности
относительного положения поверхностей его переднего конца, если
их использовать для установки оправки, как это схематически
показано на рис. 331.
Разработка процесса сборки машины
483
Принципиальная схема поставленной задачи дана на рис. 332
в двух проекциях. Из рисунка видно, что в общем случае ось оправки
может расположиться относительно оси вращающейся детали
несоосно (т. е. под различными
углами а и р в двух координат-
ных плоскостях, не пересекаясь
с осью вращения шпинделя). Для
совмещения оси оправки с осью
вращения необходимо: 1) повер-
нуть ось оправки на соответ-
ствующие углы в каждой из коор-
динатных плоскостей (рис. 333, а),
после чего она расположится
параллельно оси вращения
шпинделя (рис. 333, б); 2) сме-
стить ось оправки на величину
смещения, т. е. на величину
эксцентрицитета в каждой из
координатных плоскостей (рис.
333, в).
Из анализа схемы видно, что
приспособление в виде оправки
должно иметь возможность по-
ворачиваться и смещаться в двух координатных плоскостях.
Конструктивное оформление приспособления показано на
рис. 334. На конец шпинделя закрепляется любым, наиболее удоб-
ным, способом фланец 1
приспособления. С флан-
цем 1 соединяется оправ-
ка 2 своим фланцем 3
при помощи девяти вин-
тов (на рисунке показа-
ны три). Винты 4 и 5
удерживают оправку на
фланце и совместно соз-
дают возможность пово-
рота оправки в одной
из координатных пло-
скостей. Для этого винт 4
надо отвернуть, а винт 5
завернуть. Поворот в
другой из плоскостей осуществляется второй парой винтов. Винты 6
служат не только для соединения фланца 3, оправки 2 и фланца 1
приспособления, но и для смещения оправки перпендикулярно
оси вращения шпинделя.
16*
u-j	uuQjj ^0
в)
Рис. 333. Схема совмещения оси
оправки с осью вращения шпинделя
Рис. 334. Приспособление в виде оправки, слу-
жащее для материализации оси вращения шпин-
деля
484
Разработка процесса изготовления машины
Таким образом, действуя винтами и наблюдая за показаниями
индикаторов 7, установленных на мостике 8 на направляющих
станины, совмещают ось оправки с осью вращения шпинделя, про-
изводя измерения в двух координатных плоскостях на двух концах
оправки.
О совмещении оси оправки с осью вращения шпинделя судят
по неизменности показаний индикаторов, устанавливаемых пооче-
редно на обоих концах оправки при обязательном ее вращении
не менее чем на 360°. После этого по разности показаний индика-
торов, полученных на обоих концах неподвижной оправки, судят
об отклонении оси вращения шпинделя от параллельности направ-
ляющих в каждой из координатных плоскостей. При перемещениях
мостика с индикаторами он должен правильно базироваться по
направляющим, для чего мостик прижимают к направляющим ру-
кой или пружинами.
При разработке методики и средств измерения относительных
положений поверхностей деталей и сборочных единиц необходимо
помнить, что при этом приходится иметь дело с решением про-
странственной задачи. Как показывает практика машиностроения,
нередко пространственная задача заменяется без достаточных осно-
ваний плоской, что приводит к погрешностям, неправильному по-
ниманию сущности происходящих явлений, дополнительным затра-
там труда на исправление обнаруживаемых дефектов и нередко
к снижению качества машин.
Испытание машин. Машины и сборочные единицы после их
сборки подвергаются, как правило, различного рода испытаниям,
служащим для проверки соответствия машин и сборочных единиц
их служебному назначению.
Испытания сборочных единиц перед их подачей на общую сборку
машины исключают возможности удлинения цикла сборки и испы-
тания готовой машины, а также нарушения ритма сборки в ре-
зультате попадания на общую сборку какой-либо дефектной сбо-
рочной единицы и устранения связанных с этим потерь.
Испытания машины и сборочных единиц обычно производятся
с максимальным приближением к рабочим режимам, на которых
машины должны работать, выполняя свое служебное назначение.
В ряде случаев испытания ведутся на форсированных режимах
с целью быстрейшего выявления имеющихся дефектов и экономии
производственных площадей, требующихся для проведения испыта-
ний.
Для испытания машин и сборочных единиц средних размеров
и веса (особенно при значительных объемах выпуска) создаются
специальные испытательные стенды. В качестве примера на рис. 335
показан стенд для стационарного испытания и обкатки коробок
скоростей станков под нагрузкой для проверки работы механизмов
Разработка процесса сборки машины
485
в соответствии с требованиями их служебного назначения. Шпин-
дели двух коробок соединяются специальным приспособлением 1.
Приводные шкивы 2 соединяются клиновидными ремнями с дви-
гателями постоянного тока. Каждый из этих двигателей может
работать как двигатель, либо как генератор. Благодаря этому, когда
одна из электромашин используется как двигатель, приводящий
в движение спаренные коробки скоростей, вторая работает в ка-
честве генератора, создающего необходимую нагрузку. Для испы-
тания обеих коробок в одинаковых условиях электромашины через
определенные периоды времени переключаются, при этом электро-
машина, выполняющая роль двигателя, превращается в генератор,
Рис. 335. Стенд для спаренного испытания и обкатки коробок скоростей
а генератор превращается в двигатель. Спаренная обкатка позво-
ляет иметь постоянный крутящий момент на шкивах при изменении
числа оборотов шпинделей.
Испытания тяжелых машин больших габаритных размеров про-
изводятся обычно на сборочных стендах, для чего последние обо-
рудуются всем необходимым. К таким машинам относятся, напри-
мер, паротурбины, тяжелые станки, дизели.
Детали должны поступать на сборку очищенными от грязи,
стружки и масла. Однако в процессе сборки часть деталей снова
покрывается маслом, в некоторые попадает стружка от пригоноч-
ных работ, засверливания отверстий под контрольные шпильки,
на поверхностях деталей остаются следы от прикосновения рук
сборщиков. Удаление стружки и грязи в процессе сборки произ-
водится путем обдувки деталей струей сжатого воздуха или при
помощи специальных пылесосов. Часть деталей и небольших сбо-
рочных единиц подвергается мойке в моечных машинах. Соответ-
ствующие переходы и операции должны включаться в разрабаты-
ваемый технологический процесс сборки.
Документация технологических процессов сборки. Окончательный
вариант технологического процесса сборки машины и ее сборочных
486
Разработка процесса изготовления машины
единиц оформляется обычно в виде ряда оперативных технологи-
ческих документов. К ним в первую очередь относятся в настоящее
время карты технологического процесса.
Приводимое в технологических картах описание операций и пе-
реходов должно давать в предельно сжатой форме исчерпывающую
постановку задачи (что и для чего должно быть сделано) и указа-
ния, как, чем и с какими затратами времени эта задача должна
быть решена.
Наряду с картами технологического процесса следует давать
схемы размерных цепей, схемы сборки и циклограммы. Все они
помогают правильно понять задачу, а равно и принять пра-
вильные решения при возникновении каких-либо отклонений от
разработанного технологического процесса.
По-видимому, в недалеком будущем при изготовлении ряда
машин карта технологических процессов как дорогой и громозд-
кий для оперативной работы документ постепенно уступит место
схемам сборки, на которые дополнительно в виде условных знаков
и цифр будут наноситься все данные для выполнения процесса
сборки машины или ее сборочных единиц.
ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
Разработка технологического процесса изготовления детали пред-
ставляет собой решение сложной комплексной задачи. Требуется
найти оптимальный для данных производственных условий вариант
перехода от полуфабриката, поставляемого обычно металлургической
промышленностью, к готовой детали, отвечающей всем требованиям
ее служебного назначения. Выбранный оптимальный вариант дол-
жен обеспечить наиболее низкую себестоимость изготовления детали.
При разработке технологического процесса приходится учитывать
влияние большого количества различных, ранее изученных факторов
выявлять и оценивать их удельное значение и на основе синтеза
разрабатывать технологический процесс. Разработку техноло-
гического процесса удобно вести в определенной последователь-
ности:
1)	изучить по сборочным и рабочим чертежам, техническим усло-
виям и нормам точности и требованиям технологии сборки служеб-
ное назначение детали и все требования, которым деталь должна
отвечать;
2)	выявить количество деталей, подлежащих изготовлению в еди-
ницу времени и по неизменяемому чертежу;
3)	наметить вид и организационные формы будущего произ-
водственного процесса (поточное или непоточное производство, вид
потока, форма организации);
Разработка процесса изготовления деталей
487
4)	выбрать полуфабрикат, из которого должна изготовляться
деталь;
5)	выбрать технологический процесс получения заготовки, если
изготовлять деталь непосредственно из полуфабриката неэкономично
или физически невозможно;
6)	разработать технологический процесс изготовления детали
из заготовки;
7)	разработать изложенным выше путем несколько возможных
вариантов изготовления детали и выбрать из них наиболее эконо-
мичный.
Для решения поставленных задач необходимо иметь следующие
исходные данные и материалы: 1) сборочные и рабочие чертежи
изделия и детали; 2) технические условия, нормы точности и дру-
гие данные, характеризующие служебное назначение детали в рабо-
тающей машине, требования к детали, выявлению при разработке
технологического процесса сборки; 3) количество деталей, подлежа-
щих изготовлению в единицу времени по неизменяемому чертежу;
4) условия, в которых должен осуществляться технологический
процесс, вновь проектируемый или действующий завод, состав обо-
рудования—наличие и перспектива обновления путем модернизации,
получения нового, наличие производственных площадей, перспек-
тивы расширения, наличие и перспектива получения кадров;
5) стандарты и нормали на полуфабрикаты; 6) типовые и рабочие
технологические процессы на основные виды деталей; 7) технологи-
ческие характеристики оборудования рабочего (режущего, давящего)
измерительного инструмента; 8) различного рода справочная лите-
ратура, руководящие материалы, инструкции, нормативы.
Разработка технологического процесса изготовления каждой де-
тали должна начинаться с детального изучения ее служебного на-
значения в машине. Для этого необходимо изучить сборочные чер-
тежи машины или той сборочной единицы, в которую в качестве
одного из взаимосвязанных звеньев входит данная деталь. Это изу-
чение необходимо сопровождать критическим анализом рабочего
чертежа, технических условий и требований технического процесса
сборки, которым должна отвечать готовая деталь. Все выявленные
ошибки в неправильной постановке размеров, в назначении допус-
ков, определяющих точность размеров и относительных поворотов
поверхностей, геометрических форм поверхностей, в требованиях
к их шероховатости, качеству поверхностного слоя, в установлении
требуемых припусков на пригонку и т. д. должны быть исправлены
в рабочих чертежах и технических условиях на деталь.
Так, например анализ служебного назначения наружного кольца
подшипника с коническими роликами (рис. 336) показывает, что
его положение в сборочной единице определяется двумя поверхно-
стями: торцовой А, отличающейся наибольшими габаритными раз-
488
Разработка процесса изготовления машины
мерами, выполняющей функции основной установочной базы, и цилин-
дрической Б, отличающейся меньшими размерами и выполняющей
роль основной двойной опоры (центрирующей) базы. В соответствии
с ранее изложенным (см. стр 130) положение цилиндрической по-
верхности, отличающейся меньшими габаритными размерами, должно
определяться относительно торцовой поверхности, габаритные раз-
меры которой больше.
Рис. 336. Подшипник
с коническими роли-
ками, работающий в
узле машины
Рис. 337. Схема про-
становки размеров и
относительных поворо-
тов поверхностей на-
ружного кольца под-
шипника по рабочему
чертежу и техническим
условиям
Рис. 338. Схема про-
становки размеров и
относительных поворо-
тов поверхностей на-
ружного кольца под-
шипника в соответ-
ствии с его служебным
назначением
В технических условиях, относящихся к данной детали, дано
указание, по которому допускается отклонение от перпендикуляр-
ности ф торцовой поверхности А к оси наружной поверхности, как
это схематически показано на рис. 337. Другими словами, цилиндри-
ческая поверхность в этом случае принимается за основную двойную
направляющую базу, хотя она не выполняет функций таковой, как
это видно из анализа служебного назначения кольца.
Следовательно, в технические условия необходимо внести из-
менение, заменив неправильную редакцию следующей: «Ось наруж-
ной цилиндрической поверхности должна быть перпендикулярна ф
поверхности базового торца; допускаемое отклонение 0,004 мм на
длине 10 мм» (рис. 338).
Разработка процесса изготовления деталей
489
В другом месте технических условий говорится о том, что допу-
стимая непараллельность (?) (рис. 337) торцовых поверхностей А и В
не должна превышать 0,02 мм. Этим вносится неопределенность,
какую из торцовых поверхностей следует выбрать в качестве базы.
Нетрудно видеть, что, выбрав в качестве базы торцовую поверхность В
для получения параллельности к ней торцовой поверхности А,
можно получить отклонение от перпендикулярности оси наружной
цилиндрической поверхности, выходящей за пределы допуска. Сле-
довательно, в соответствии со служебным назначением кольца со-
ответствующий пункт технических условий также необходимо изме-
нить, изложив его в следующей редакции: «Допускаемое отклонение
торцовой поверхности В от параллельности @ (рис. 338) торцовой
поверхности А не должно быть более 0,02 мм на диаметре».
Таким образом, критический анализ технических условий и ра-
бочих чертежей деталей позволяет привести их в большее соответ-
ствие с требованиями служебного назначения детали и установить
оптимальное число требований технических условий. В результате
этой работы четко и ясно формулируется задача, для решения кото-
рой должен разрабатываться технологический процесс изготовления
каждой детали.
В каждую машину различные детали входятв разных количествах.
Например, для четырехцилиндрового автомобильного двигателя тре-
буется один блок цилиндров; поршней, пальцев и шатунов по четыре
штуки, крепежных деталей — в еще больших количествах. Поэтому
следующим этапом является выявление количества каждой из дета-
лей, подлежащих изготовлению в единицу времени по неизменяемому
чертежу. Зная количество деталей, подлежащих изготовлению, наме-
чают вид и форму организации производственного и технологического
процессов в целом и по отдельным его стадиям. При этом, как сказано
выше, прежде всего необходимо выяснить возможность использо-
вания наиболее производительных вида и формы организации про-
изводственного и технологического процессов (непрерывный поток,
переменный поток и т. д.). В тех случаях, когда относительно неболь-
шие количества недостаточно трудоемких деталей делают неэконо-
мичным использование непрерывно-поточного производства, детали
соединяют в группы с учетом их служебного назначения, подобия
конструктивных форм, близости основных размеров, сходства техни-
ческих условий, материалов. Каждая такая правильно построенная
группа деталей позволяет использовать все преимущества групповых
переменных потоков как при изготовлении заготовок (ковша, штам-
повка, литье), так и при их обработке на станках.
Там, где незначительное количество деталей делает неэконо-
мичным использование групповых потоков, остается возможность
экономичного использования высокопроизводительных видов обору-
дования и технической оснастки благодаря значительному сокра-
490	Разработка процесса изготовления машины
щению времени на их переналадку при переходе от изготовления
одной детали группы к другой, ей подобной (групповая обработка).
Имея отработанный рабочий чертеж, технические условия, кото-
рым должна отвечать готовая деталь, и зная количество деталей,
подлежащих изготовлению в единицу времени и по неизменяемому
чертежу, можно приступить к выбору экономичного вида полу-
фабриката и разработке технологического процесса его превращения
в готовую деталь с наименьшими затратами обоих видов труда.
При этом возможны различные варианты.
При одних из них можно использовать полуфабрикат, макси-
мально приближающийся по качественным показателям (размерам,
форме, шероховатости поверхности, механическим свойствам, хими-
ческому составу, качеству поверхностного слоя материала) к тре-
бованиям готовой детали, что сокращает потери, связанные с его
превращением в готовую деталь. Однако стоимость такого полу-
фабриката возрастает с увеличением степени его приближения к тре-
бованиям готовой детали и повышением уровня самих этих тре-
бований.
Другие полуфабрикаты или заготовки, отличающиеся меньшей
степенью приближения к требованиям готовой детали, стоят меньше,
но требуют больших последующих расходов по их превращению
в готовую деталь, например, путем обработки резанием.
Следовательно, из нескольких возможных вариантов превра-
щения полуфабриката в готовую деталь необходимо использовать
наиболее экономичный.
Предположим, требуется изготовить 200 гладких цилиндриче-
ских валиков диаметром 30 мм, длиной 120 мм, по 3-му классу
точности по диаметру и с точностью S = 0,5 мм по длине, при
чистоте цилиндрической поверхности 6-го класса.
В качестве полуфабриката (заготовки) при заданном количестве
валиков для их изготовления может быть использован круглый
прокат нормальной точности или калиброванные холоднотянутые
прутки из надлежащей марки стали. В первом случае показатели
качества прутков несколько ниже требований к готовой детали,
поэтому технологический процесс изготовления валиков будет заклю-
чаться в обработке прутков резанием до получения заданной точ-
ности диаметрального размера, точности формы и шероховатости
поверхностей. После этого прутки могут быть установлены на станок
и разрезаны на куски требуемой длины.
Калиброванные холоднотянутые прутки из надлежащей марки
стали несколько превышают по своей точности требования к го-
товой детали по всем ее точностным показателям. Следовательно,
в этом случае технологический процесс их превращения в готовые
детали будет сводиться к установке на станке и разрезке на куски
необходимой длины.
Разработка процесса изготовления деталей
491
Нетрудно видеть, что стоимость первого вида заготовки, с мень-
шей степенью приближения к требованиям готовой детали, меньше
стоимости второго вида заготовки. Однако себестоимость обработки
резанием в первом случае значительно выше, чем во втором. Таким
образом, вопрос о выборе вида полуфабриката и варианта превра-
щения его в готовую деталь должен решаться на основе сравнения
себестоимости детали при каждом из возможных вариантов. При
одних и тех же требованиях к готовой детали себестоимость меха-
нической обработки обычно выше себестоимости получения загото-
вок. При этом, чем дальше отстоят размеры и другие показатели
качества заготовок от требований к готовой детали, тем в большей
степени возрастает себестоимость обработки заготовок резанием и по-
тери материала. По мере приближения заготовок к требованиям
готовой детали себестоимость их последующей обработки довольно
быстро снижается.
Например, по данным Кировского завода [38], приближение
качества заготовки к требованиям готовых деталей путем перевода
их изготовления со свободной ковкина горячую штамповку, несмотря
на увеличение себестоимости тонны заготовок на 20%, позволило
сократить себестоимость изготовления готовых деталей в среднем
на 45,6 % без учета экономии металла, потери которого при этом
сократились с 75 до 60 % от массы металла, затраченного на изго-
товление деталей. Объяснением является сокращение в 2 раза себе-
стоимости обработки резанием тонны штампованных заготовок по
сравнению с обработкой таких заготовок, полученных свободной
ковкой. Себестоимость обработки резанием тонны заготовок в
14,5 раза больше себестоимости тонны заготовок, полученных сво-
бодной ковкой, и только в 6 раз больше себестоимости тонны штам-
пованных заготовок.
Современный прогресс в развитии и совершенствовании техноло-
гических процессов и средств производства порождает непрерывное
сокращение, при прочих равных условиях, себестоимости и повы-
шение качества полуфабрикатов и заготовок.
Опыт машиностроения показывает, что чем раньше по ходу тех-
нологического процесса полуфабрикат, заготовка и обрабатываемая
деталь приближаются к требованиям, предъявляемым к готовой дета-
ли, тем в конечном итоге экономичнее становится процесс превра-
щения полуфабриката в готовую деталь.
Изложенное направление является одним из ведущих в разви-
тии современной технологии машиностроения. Учитывая это, можно
сказать, что первым, чем надо руководствоваться при выборе полу-
фабриката, является выявление возможности получения полуфабри-
ката, максимально приближающегося по качественным показателям
к соответствующим показателям требований, предъявляемых к гото-
вой детали.
492
Разработка процесса изготовления машины
С целью проверки правильности выбора полуфабриката необхо-
димо параллельно разработать один или несколько вариантов тех-
нологических процессов
Рис. 339. Прутки профиль-
изготовления той же детали из других
полуфабрикатов. Из сопоставления раз-
ных вариантов выбирается тот, при ко-
тором получается наименьшая себестои-
мость детали.
Современная металлургическая и дру-
гие отрасли промышленности выпускают
довольно значительную номенклатуру
сортового и профильного материала, из
которой (хотя она еще далеко недоста-
точна) можно подобрать необходимые
для изготовления деталей полуфабрика-
ты. В качестве примера на рис. 339 по-
казано несколько готовых деталей и
прутков профильного проката, из кото-
рых эти детали сделаны. Максимальное
приближение полуфабриката по профи-
лю и размерам к готовым деталям эконо-
мит отходы металла и резко сокращает
себестоимость механической обработки.
Если для изготовления детали нельзя
подобрать полуфабрикат, позволяющий
превратить его сразу в готовую деталь,
приходится выбирать другой вид полу-
фабриката, позволяющего превратить его
сначала, с наименьшими потерями и рас-
ходами, в заготовку, приближающуюся
по требованиям к готовой детали, а за-
тем — заготовку в готовую деталь.
В таких случаях в качестве полуфабри-
ката используются металл в слитках,
сортовой материал в виде прутков, ли-
ста, ленты или проволоки для изгото-
вления кованых, штампованных, свар-
ных, редуцированных, высаженных,
штампо-сварных, литейно-сварных и
ного проката и изготовлен- других видов заготовок.
ные из них детали	Выбор технологических процессов
получения заготовок. В современном
машиностроении для получения заготовок деталей используется
большое количество разнообразных технологических процессов
и их сочетаний. Основными из этих процессов являются: 1) раз-
личные способы литья (в почву, в опоках, кокильное, центробеж-
Разработка процесса изготовления деталей
493
ное, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, под давле-
нием, с использованием вакуума); 2) различные способы пластиче-
ской деформации металлов (свободная ковка, ковка в подкладных
штампах, штамповка на молотах и прессах, периодический и по-
перечный прокат, высадка, выдавливание); 3) резка; 4) сварка;
5) пайка; 6) комбинированные способы штамповки-сварки, литья-
сварки и т. д.; 7) порошковая металлургия и др.
Выбор полуфабриката и разработка технологического процесса
его превращения в готовую деталь тогда дают наиболее высокие
технико-экономические показатели, когда эти вопросы разрабатыва-
ются комплексно и одновременно с разработкой конструкции машины
и ее деталей.
В результате совместной работы конструктора и технолога с при-
влечением производственников разрабатывается оптимальный вари-
ант и создается наиболее технологичная конструкция детали и маши-
ны в целом. Однако и при разработке нескольких вариантов тех-
нологического процесса по готовым чертежам машины и ее деталей
технолог обязан найти наиболее экономичное решение задачи и под
этим' углом зрения критически просмотреть конструкцию детали,
добившись внесения в нее, если необходимо, требуемых изменений.
Практически перед технологом всегда возникает задача разработки
технологического процесса изготовления конкретной детали. Поэтому
вопрос о выборе технологического получения заготовок целесообраз-
но рассмотреть применительно к типовым деталям машиностроения.
Корпусные детали. Корпусные детали отличаются боль-
шим разнообразием конструктивных форм, размеров, веса и матери-
алов, используемых для их изготовления. В настоящее время наи-
более распространенными технологическими процессами изготовле-
ния заготовок корпусных деталей являются литье, в меньшей сте-
пени — резка-гибка, сварка, штампо-сварка и литье-сварка.Пос-
ледние два процесса, по-видимому, получат в ближайшее время зна-
чительно большее распространение благодаря ряду преимуществ
и дальнейшему бурному развитию технологии литья, сварки и штам-
повки.
Заготовки корпусных деталей, рам и оснований больших габарит-
ных размеров и наиболее сложных конструктивных форм полу-
чают при помощи литья обычно с использованием закрытой почвен-
ной формовки по моделям, шаблонам, скелетным моделям, по кон-
трольным сечениям и т. п. Как правило, применяется ручная фор-
мовка с использованием простейших средств механизации (пнев-
матические трамбовки, подъемники и т. д.). В качестве примера
на рис. 340 даны эскизы литой заготовки станины агрегатного станка
и песчаной формы с верхней опокой. Основные преимущества этого
способа получения заготовок — относительно небольшие расходы на
изготовление опок, приходящиеся на одну отливку, и возможность
494
Разработка процесса изготовления машины
получения тяжелых отливок при недостаточной грузоподъемности
кранов; недостатки — невысокая точность отливок, являющаяся
следствием использования деревянных моделей, увеличения разме-
ров и искажения форм получаемых при расталкивании моделей
перед их выниманием из форм, недостаточно высокой точности изго-
товления стержней и сборки форм, большие литейные уклоны, боль-
шая трудоемкость, длительный цикл формовки, искажения отливки
вследствие неравномерного уплотнения формы в различных ее час-
тях. Эти особенности ограничивают область экономичного использо-
вания рассматриваемого способа литья производством единичных
Рис. 340. Эскизы литой заготовки станины агрегатного станка и песчаной формы
с верхней опокой
или изготовляемых в небольших количествах крупных деталей,
а также и заготовок, которые не могут быть получены экономично
или физически при помощи других способов. Примерами таких
деталей могут служить станины, траверсы и стойки тяжелых стан-
ков, станины шестеренных клетей, корпусы редукторов, станины
силовых лебедок, статоры и крышки гидротурбин.
За последнее время при изготовлении отливок корпусных и дру-
гих деталей в машиностроении появились новые процессы, значи-
тельно приближающие заготовки к требованиям, предъявляемым
к готовым деталям. Основным из них является литье в оболочко-
вые формы (оболочковые вставки), изготовляемые из химически
твердеющих смесей с жидким стеклом. Процесс химического твер-
дения оболочковых форм или их частей осуществляется продувкой
уплотненной смеси углекислым газом до их отделения от моделей
или стержневых ящиков. В качестве примера на рис. 341 показана
собранная форма для литья стойки трехтонного штамповочного моло-
та с чистой массой 7700 кг. Из рисунка видно, что форма собрана
Разработка процесса изготовления деталей
495
из нескольких оболочек (оболочковых вставок 1—6). Габаритные
размеры оболочковых вставок достигают 3000 X 1100 леи. Для при-
дания оболочкам большей прочности внутри них помещают литые
рамы каркаса. Для изготовления оболочек используются стержне-
вые ящики, в которых сразу же после изготовления оболочек
производится их твердение продуванием углекислого газа.
После сборки оболочковой формы из составляющих ее отдельных
частей — оболочек — производится заливка ее металлом. Полу-
ченная отливка отличается припусками на обработку, составляю-
щими примерно 5—7 мм на сторону вместо 12—18 мм при обычном
Рис. 341. Форма для литья стойки штамповочного молота, собран-
ная из нескольких оболочковых вставок
способе литья в почву. В связи с этим в приведенном примере масса
стружки, снимаемой при механической обработке отливки, сокра-
тилась с 756 до 314 кг, или на 58,5%; общая трудоемкость сни-
зилась с 432 до 312 нормочасов (на 26,5%), причем время, затра-
чиваемое на механическую обработку, сократилось с 208 до 128 нор-
мочасов (на 38,4%).
Одновременно была проведена большая работа по усовершен-
ствованию технологического процесса путем применения более точ-
ной технологической оснастки измерительного инструмента при кон-
троле точности сборки формы и ряд других.
Разработка и экспериментальная проверка нового технологичес-
кого процесса на ряде заводов тяжелого машиностроения показала
возможность широкого его внедрения для получения литых заго-
товок корпусных и других крупных деталей. Отдельные исполь-
зованные оболочки формы имели длину до 3000 мм и ширину до
1100 мм. Точность полученных отливок была выше требований
ГОСТов 2009—55 и 1855-55.
496
Разработка процесса изготовления машины
За последние годы в связи с дальнейшими успехами электро-
сварки появились новые технологические возможности получения
заготовок крупных деталей. Заготовку делят на ряд простых час-
тей, каждая из которых получается при помощи литья. Последую-
щей сваркой отдельные части соединяются, образуя литейно-сварную
заготовку детали. Так, например, получают заготовки статоров диа-
метром 14 000 мм (рис. 342) для больших гидротурбин. Для
Рис. 342. Литейно-сварная конструкция
статора гидротурбины
этого статор делится на два
кольца и надлежащее число
ребер, получаемых литьем и
соединяемых сваркой. В ре-
зультате цикл изготовления
статоров сократился больше
чем в 2 раза по сравнению
с изготовлением цельнолитой
детали. Резко сократилась и
тр удоемкость из готов лен ия
статора.
При изготовлении загото-
вок ряда деталей отдельные
их части получают газовой
резкой и гибкой с последую-
щей сваркой. На рис. 343 по-
казана заготовка траверсы
пресса, сваренная из частей,
полученных литьем, газовой
резкой и гибкой. Основными
преимуществами рассмотрен-
ного типа заготовок является
устранение расходов на изго-
товление дорогостоящих моделей, значительное сокращение цикла
изготовления, экономия металла и обычно меньшая трудоемкость
изготовления. Многие ответственные сварные заготовки корпусных
деталей сложных конструктивных форм требуют отжига для сни-
жения внутренних напряжений, образующихся при сварке. Без
отжига сварные детали такого типа во время и после их обработки
теряют достигнутую точность, что сказывается на увеличении себе-
стоимости изготовления и эксплуатации. Несмотря на отмеченные
недостатки, последние способы получения крупных заготовок нахо-
дят все более широкое применение, особенно при изготовлении
деталей больших габаритных размеров и веса, литье которых цели-
ком трудно выполнимо, требует много времени и связано с риском
получения неисправимого брака.
Вопрос о выборе технологического процесса получе-
ния заготовки в каждом конкретном случае решается как
Разработка процесса изготовления деталей
497
комплексная задача на основе технико-экономических рас-
четов.
Менее крупные заготовки детали получают при помощи литья в
опоках (двух и более) с использованием ручной, пескометной и машин-
ной формовок. Ручная формовка даже с использованием пневма-
тических трамбовок и других средств механизации отличается малой
производительностью и получением отливок относительно невы-
сокой точности. Поэтому она используется в основном при полу-
Рис. 343. Заготовка траверсы пресса, сваренная из
частей, полученных литьем, газовой резкой и гибкой
чении заготовок деталей, изготовляемых единицами или в малых
количествах.
Формовка с использованием пескометов (рис. 344) позволяет
механизировать наиболее трудоемкую операцию формовки — набив-
ку опок формовочной смесьто. При этом наряду с высокой про-
изводительностью (при объеме опоки 1 At3 на набивку затрачивается
в среднем 5 не л.-мин) достигается равномерность плотности набивки
по всей глубине полости формы [39]. Существенным недостатком
такого способа литья являются трудности, связанные с удалением
моделей из форм, несмотря на установку моделей и опок на метал-
лические плиты для увеличения точности их относительного поло-
жения при сборке формы.
Более высокая точность отливок по сравнению с получаемой при
формовке в почву и более высокая производительность позволяют
экономично использовать опочную формовку с набивкой песко-
498
Разработка процесса изготовления машины
метом при изготовлении заготовок деталей, отличающихся большими
габаритами в плане и по высоте (станины станков, рамы, столы,
коробки, траверсы) при их единичном и серийном изготовлении.
Машинная формовка по сравнению с ручной дает: 1) более высо-
кую точность форм при удалении из них моделей; 2) возможность
уменьшения формовочных уклонов; 3) получение форм с большой
прочностью и однородностью
Рис. 344. Набивка опоки песко-
метом
уплотнения вследствие механизации
уплотнения; 4) меньшую трудо-
емкость формовки с использова-
I нием менее квалифицированного
I труда.
I В результате применения ма-
| шинной формовки отливки полу-
чаются более точными по размерам
и геометрическим формам, с мень-
шими колебаниями по весу. С одной
формовочной машины в смену в за-
висимости от сложности отливок
можно снять в среднем от 30 до 360
форм. Относительно высокая точ-
ность отливок, получаемых при
помощи машинной формовки, при
высокой производительности про-
цессов и невысокой трудоемкости
делает этот способ одним из основ-
ных в производстве литых загото-
вок различных корпусных и дру-
гих деталей при серийном и мас-
совом производстве.
Машинная формовка, заливка,
выбивка и очистка отливок орга-
низуются в виде поточного производства с использованием роль-
гангов и непрерывно движущихся напольных и подвесных конвей-
еров.
В последние годы на ряде заводов нашло применение получе-
ние заготовок корпусных деталей, столов и плит при помощи коки-
льного литья. При этом способе используется сочетание металли-
ческой формы с земляным стержнем. Экономическая эффективность
этого вида заготовок в значительной степени зависит от стоимости
изготовления постоянных металлических форм.
В практике машиностроения разработаны простые и дешевые
способы изготовления кокилей, обладающих достаточной стойко-
стью, что сделало экономичным использование этого способа для
получения отливок таких деталей, как коробки скоростей, столы,
салазки станков и других деталей.
Разработка процесса изготовления деталей
499
На рис. 345 показан кокиль для получения литых чугунных
заготовок хобота горизонтально-фрезерного станка.
Заготовки, полученные при помощи полукокильного литья, отли-
чаются точностью и правильностью геометрических форм — мень-
шими припусками на обработку и меньшими их колебаниями. Резу-
льтатом являются экономия металла и сокращение трудоемкости
механической обработки отливок.
Например, при литье стола фрезерного станка в кокиль масса
заготовки сократилась со 107 до 85 кг, трудоемкость изготовления
отливки снизилась с 8 до 3,5 ч и трудоемкость механической обра-
ботки — с 23,14 до 16,4 ч.
Рис. 345. Кокиль для отливки хобота фрезерного станка
Для изготовления литых заготовок мелких корпусных и ряда
других деталей используется литье под давлением до100 кПсм2 и
более. Для литья используются прессформы, изготовляемые из жаро^
стойких сплавов, допускающих нагрев до 1000°С. Поэтому литье под
давлением используется для отливок из цинковых, алюминиевых
и магниевых сплавов, латуни и бронзы. Полученные литые заго-
товки отличаются высокой точностью размеров и форм (порядка
0,02—0,04 мм). Заготовка, отлитая под давлением, обычно подвер-
гается только отделочной обработке плоских поверхностей и отвер-
стий, сверлению отверстий малых (< 2 мм) диаметров и большой
длины.
Все это позволяет сократить трудоемкость механической обра-
ботки отливок, получаемых литьем под давлением, на 80—85 %
по сравнению с обычными литыми заготовками. Например, трудо-
емкость обработки чугунного корпуса карбюратора, отлитого обыч-
ным способом, составляет 26 мин [36], а отлитого под давлением
из цинкового сплава — всего 10,7 мин, т. е. в 2,5 раза меньше.
За последнее время наметилось расширение области примене-
ния литья под давлением для получения заготовок средних размеров
500
Разработка процесса изготовления машины
(например, алюминиевых, массой до 60 кг и выше). Для этого исполь-
зуются мощные машины с давлением до 250 /и, обеспечивающие
получение 100—200 заготовок в час. Получение точных литых заго-
товок средних размеров позволит резко сократить трудоемкость
механической обработки отливок, особенно таких, как сложные
детали реактивных двигателей — крыльчатка вентилятора, корпус
маслопомпы и др.
Для изготовления заготовок ряда корпусных и других деталей
средних размеров используется ряд таких технологических про-
цессов, как штамповка, сварка, резка, гибка. Заготовки детали
предварительно делятся на несколько более простых частей. Отдель-
Рис. 346. Корпус электродвигателя (масса заготовки — 20,8 кг,
чистая масса детали — 4,8 кг)
ные части изготовляются из листового, ленточного, сортового или
профильного материала путем резки, гибки, штамповки, после чего
соединяются при помощи сварки, образуя заготовки деталей. Заго-
товки, полученные штамповкой отдельных частей и их последующей
сваркой, получили название штампо-сварных.
Основными преимуществами деталей, изготовленных из перечис-
ленных выше заготовок, являются наиболее полное использование
свойств материалов, вследствие чего достигается уменьшение массы
деталей и отходов, и незначительный цикл изготовления деталей
по сравнению с литьем. Недостатком данного способа является необ-
ходимость отжига заготовок для снижения внутренних напряже-
ний, возникающих при сварке, с целью уменьшения деформаций
деталей.
В качестве примера на рис. 346 показан корпус электродвигателя,
для изготовления которого в качестве заготовки использовалась
труба с толщиной стенки 23 мм, разрезаемая на части с массой по
20,8 кг с последующей обработкой резанием.
Разработка процесса изготовления деталей
501
Использование электросварки позволяет получить заготовку кор-
пуса из листового материала толщиной 7,5 мм, сгибаемого на трех-
валковой гибочной машине или в штампах на прессе с последующей
сваркой по образующей. Новый вид заготовки снижает ее массу
с 20,8 до 4,8 кг, общий расход ме-
талла в 4 раза и трудоемкость обра-
ботки в 12 раз.
В качестве другого примера
на рис. 347 показан процесс фор-
мообразования заготовок корпуса
заднего моста грузового автомо-
4)
Рис. 347. Два различных способа получения заготовки корпуса
заднего моста грузового автомобиля

биля’при изготовлении их из трубы (рис. 347, а) и листа (рис. 347, б)
с последующей .приваркой фланцев и других частей, на кото-
рые предварительно была разделена заготовка. Примером могут
служить также штампо-сварные конструкции станин токарных стан-
ков, показанные ранее (см. стр. 429).
Опыт машиностроения показывает, что штампо-сварные заго-
товки получили наиболее широкое применение при изготовлении
502
Разработка процесса изготовления машины
деталей большими сериями и особенно при массовом их производ-
стве, когда расходы на изготовление штампов и другой технологи-
ческой оснастки, приходящиеся на одну деталь, становятся незна-
чительными.
Особого внимания заслуживает получение штампо-сварных заго-
товок,"части которых изготовляются из металлической ленты,ширина
которой в ряде случаев доходит до 1,5 м. Производительность круп-
ного пресса составляет 360—600 деталей в час. Части заготовок,
полученные на одном или нескольких прессах, соединяются сваркой.
При массовом выпуске деталей устанавливают несколько прессов,
образующих автоматически действующую линию; такая линия
используется, например, для выпуска готовых частей кузова лег-
кового автомобиля.
Большая производительность и сравнительно небольшая зани-
маемая площадь делают экономичным внедрение рассмотренного
вида получения частей заготовок и деталей в условиях массово-по-
точного производства.
Заготовки для валов. Подавляющее большинство заго-
товок для изготовления различных валов на машиностроительных
заводах изготовляется из стали различных марок. В меньшей мере
используются обычные и высокопрочные чугуны. Использование в ка-
честве заготовки круглого проката экономично только для изго-
товления гладких и ступенчатых валов с небольшой разницей в диа-
метрах шеек, так как в противном случае получаются значительные
отходы металла в стружку и затраты на обработку резанием.
Заготовки для многоступенчатых и коленчатых валов, изгото-
вляемых единицами, получают при помощи свободной ковки, под
ковочными молотами и прессами.
В процессе ковки предварительно нагретый кусок металла сво-
бодно устанавливается и координируется на молоте или прессе
рабочим или бригадой рабочих с использованием необходимых подъе-
мных средств или специальных манипуляторов, механизирующих
эту работу. Используемый инструмент также свободно устанавли-
вается и координируется рабочим относительно поковки или молота
(пресса.)
Для упрощения конфигурации заготовок по сравнению с гото-
вой деталью с целью облегчения ее изготовления нередко прибе-
гают к добавлению к заготовке некоторого объема металла, полу-
чившего название напуска. Примером может служить заготовка
коленчатого вала, показанная на рис. 348.
В зависимости от размеров детали ковка ведется с одного или
нескольких нагревов, каждый нагрев вызывает появление окалины
и дефектного поверхностного слоя металла. В результате точность
заготовки, полученной методом свободной ковки, и другие показа-
тели ее качества, зависящие почти целиком от квалификации рабо-
Разработка процесса изготовления деталей
503
чих, отличаются большими колебаниями, для компенсации которых
приходится оставлять большие припуски на механическую обра-
ботку, что удорожает изготовление валов. Применение подкладных
штампов и фигурных бойков при получении заготовки позволяет
значительно приблизить заготовку к требованиям готовой детали
за счет сокращения на-
пусков, припусков и осо-
бенно допусков на при-
пуски.
По данным П. В. Кам-
нева [38], переход от полу-
чения заготовки коленча-
того вала (рис. 349) сво-
бодной ковкой к ковке
с использованием подклад-
Рис. 348. Заготовка коленчатого вала, вы-
полненная с напуском
ных штампов и специаль-
ных приспособлений позволил снизить массу поковки с 11,5 до 6,7 т,
массу слитка металла с 18 до 11,5 /и, сократить цикл ковки с 20,5
до 6 ч и расходы последующей обработки на станках в 4—5 раз.
При замене ковочного молота кривошипным прессом появляется
ряд дополнительных возможностей точности и других характеристик
качества заготовок, получаемых с помощью подкладных штампов
и других видов инструмента. В качестве примера на рис. 350 пока-
Рис. 349. Заготовка коленчатого вала
зана кованая заготовка ступенчатого валика, а на рис. 351— схема
формирования головки этого валика размером 80 X 100 мм при
помощи подкладного инструмента. Из рис. 351 видно, что размеры
головки получаются за два хода пресса с поворотом заготовки на 90°.
Так как ход пресса постоянен, при формировании головки валика
используются мерные подкладки 1 и 2 для получения размера 80 мм
и 3 и 4— для получения размера 108 мм.
Постоянство хода кривошипного пресса и жесткость системы
«Пресс — приспособление» — подкладки позволяют получить зна-
чительно более высокую точность размеров головки валика, чем
504
Разработка процесса изготовления машины
это может быть осуществлено на ковочном молоте. Для получения
поверхностей шеек вала также используются подкладки необхо-
димой формы и размеров.
Дополнительные расходы, связанные с изготовлением подклад-
ных штампов, окупаются сокращением последующих расходов на
Рис. 350. Кованая заготовка ступенчатого валика
механическую обработку заготовки и получаемой экономией метал-
ла. Поэтому использование заготовок, получаемых в подкладных
штампах, экономично даже при их изготовлении в небольших коли-
чествах (от нескольких штук до нескольких десятков). Большее
приближение заготовок к требованиям, предъявляемым к готовым
деталям, достигается путем их штамповки в открытых и закрытых
штампах. Штампы делаются одно-
ручьевыми и многоручьевыми.
Получение заготовок в одноручье-
вых штампах обычно осуществляется
путем нескольких ударов ковочного
молота. При этом происходит доволь-
но интенсивный износ штампов, вызы-
ваемый появлением внецентровых
ударов и наличием окалины. Окалину
Рис. 351. Схема формирования выдувают при каждом подъеме верх-
головки ступенчатого валика ней части штампа, что делается также
для уменьшения припуска, необходи-
мого для компенсации дефектного поверхностного слоя металла,
в который вдавливается окалина.
Для снижения расходов, связанных с амортизацией штампов,
заготовку, поступающую на штамповку, предварительно прибли-
жают по размерам и форме к штампованной заготовке при помощи
свободной ковки, ковки с подкладными штампами или использо-
ванием периодического проката.
Характерным недостатком штамповки в открытых штампах яв-
ляется образование вокруг заготовки облоя по плоскости разъема
верхней и нижней частей штампа. Удаление облоя осуществляется
в обрезных штампах. Штамповка на штамповочных молотах благо-
Разработка процесса изготовления деталей
Г 05
даря отсутствию жесткой связи в системе «молот — верхняя — ниж-
няя части штампа» всегда дает колебания размеров штампованных
заготовок в направлении удара.
Минимальная высота после возобновления - 350
—~\30\**-----175
А
Рис. 352. Трехручьевой штамп для штамповки заготовки вала
привода насоса автомобиля
Использование многоручьевых штампов еще больше приближает
штампованную заготовку к требованиям, предъявляемым к готовой
детали. На рис. 352 показан трехручьевой штамп для штамповки
заготовки вала привода водяного насоса грузового автомобиля. Для
повышения точности заготовки окончательный ручей располагается
506
Разработка процесса изготовления машины
в середине с целью использования центральных ударов при окон-
чательном формировании заготовки. Наличие эксцентричных ударов
при штамповке в крайних ручьях ускоряет, как уже сказано, износ
штампа и штамповочного молота, что приводит к снижению точности
заготовок. Поэтому в ряде случаев считается экономически целесо-
образным дифференцировать процесс штамповки, выполняя его в от-
дельных штампах с использованием одного или нескольких штампо-
вочных молотов или даже различных способов выполнения отдель-
ных переходов (т. е. применяя, например, периодический прокат).
Таким образом, штамповка в одно- или многоручьевых штам-
пах на штамповочных молотах дает более точные заготовки по сравне-
нию с получаемыми на ковочных молотах. Производительность штам-
повочных молотов также выше ковочных. По данным Ф. С. Демья-
нюка [26], производительность при работе на штамповочных моло-
тах по сравнению с ковочными повышается от 4 до 10 раз.
Относительно высокая стоимость изготовления и содержания
штампов, особенно многоручьевых, делает экономичным использо-
вание штамповки на штамповочных молотах при крупносерийном
и массовом производстве валов и других подобных деталей.
Использование кривошипных ковочно-штамповочных прессов
позволяет сократить расходы на амортизацию и содержание штампов
вследствие повышения их стойкости за счет безударной работы
пресса.
Постоянство хода ползуна позволяет уменьшить колебания раз-
меров штампованных заготовок в направлении усилия, а возмож-
ность использования жестких выталкивателей заготовок из штампа
позволяет уменьшить штамповочные уклоны, повысить точность заго-
товок и сократить на 10—15% расход металла и стоимость последую-
щей обработки резанием. Безударная работа ковочно-штамповочных
прессов позволяёт легко встроить их в комплексные поточные линии
и автоматизировать производство заготовок.
Производительность кривошипных ковочно-штамповочных прес-
сов в 1,5 раза больше производительности штамповочных молотов.
Подсчеты показывают, что получение заготовок валов и других
подобных деталей рассмотренным способом экономично в ряде случаев
даже при изготовлении относительно небольших количеств заготовок.
Если для изготовления заготовок валов штамповкой не хватает
мощности пресса, рационально использовать новый технологичес-
кий процесс, получивший название секционной штамповки.
В качестве примера рассмотрим получение заготовки тяжелого
коленчатого вала.Из слитка массой 2,5 т при помощи свободной ковки
получают предварительную заготовку .После второго нагрева ее штам-
пуют в заготовительном литом штампе, после которого она получает
форму с необходимым распределением металла по местам, предназ-
наченным для образования колен. Затем заготовительный штамп
Разработка процесса изготовления деталей
Ы>/
заменяется секционным (рис. 353). Три верхние секции штампа
подвешиваются к траверсе пресса. Нагретую заготовку, уложенную
в штамп, обжимают полным давлением пресса, передаваемым на
все три секции. Заготовка принимает вид, показанный на рис. 354, а.
После этого заготовку штампуют по частям (секциям), сосредоточивая
все давление пресса поочередно на каждой из трех верхних секций
при помощи плавающей накладки, устанавливаемой поочередно над
каждой из секции. После этого секционный штамп заменяется обрез-
ным для обрезки облоя, после чего он вводится снова для правки
заготовки.
508	Разработка процесса изготовления машины
Новый процесс оказался довольно эффективным. До введения
секционной штамповки заготовка весила 5 т и для ее изготовления
расходовался слиток массой 8 т. Введение секционной штамповки
позволило использовать слиток массой 2,5 т, получить заготовку
массой 1,1 т и сократить трудоемкость механической обработки
на 600 ч. Заготовка была получена на прессе мощностью 10 000 т
вместо пресса мощностью 28 000 т, который был бы необходим для
получения такой заготовки в цельном штампе.
г)
Рис. 354. Эскизы коленчатого вала по переходам штамповки
в секционном штампе:
а — заготовка после первого перехода; б и в — заготовка, последова*
тельно штампованная по секциям; г — готовая заготовка
Для изготовления в значительных количествах ряда валов неболь*
ших габаритных размеров применяют экономичный способ полу-
чения заготовок на горизонтально-ковочных машинах. В качестве
исходного полуфабриката для получения заготовок обычно исполь-
зуются круглые прутки, полученные прокаткой. Инструментом слу-
жит одно- или многоручьевый штамп, состоящий из двух половин,
и пуансон,совершающий поступательно-возвратные движения в гори-
зонтальной плоскости. Жесткость конструкции машины и возмож-
ность регулировки объема исходного материала с большой точно-
стью позволяют получать заготовки валов и других деталей с незна-
чительными колебаниями припусков,малошероховатой поверхностью
и небольшими (не более 0,5—1,0%) отходами металла в заусенцы,
Разработка процесса изготовления деталей
504
легко удаляемые при помощи наждачного круга. Производитель-
ность горизонтально-ковочных машин достигает 900 заготовок в час.
На рис. 355, а показано шесть переходов образования заготовки
полуоси автомобиля на двух горизонтально-ковочных машинах. На
первой машине, в штампе (рис. 355, б), выполняются первые че-
тыре перехода. Машина развивает давление до 1 300 т. Два послед-
них перехода выполняются на второй машине, давление на которой
достигает 450 т.
6)
Рис. 355. Переходы образования
заготовки полуоси автомобиля на
горизонтально-ковочных машинах
Табл. 9 дает представление о точности заготовок, получаемых
•на горизонтально-ковочных машинах. В ряде случаев горизонталь-
но-ковочные машины используются для предварительного превра-
щения исходного полуфабрйката в заготовку, последующая обра-
ботка которой осуществляется на штамповочных молотах или прес-
сах.Иногда горизонтально-ковочные машины применяются для окон-
чательной обработки заготовок, предварительно обработанных на
ковочных штамповочных молотах или прессах. Областью наиболее
экономичного использования горизонтально-ковочных машин явля-
ется получение заготовок деталей средних и малых размеров, изго-
товляемых в больших количествах.
Значительного внимания и распространения заслуживает исполь-
зование поперечно-винтовой прокатки для получения заготовок мно-
гоступенчатых валиков, полуосей автомобилей и других деталей. На
Таблица 9
Припуски и допуски на штамповку на горизонтально-ковочных машинах для деталей типа стержня
с утолщениями1
It						н< ///		-xg 	 *	L —		п П= Г		Н, U— н—-Д								
Припуски П на сторону и допуски Д на размер утолщения в мм																				
Высота Н в мм	Класс точ- ности	Диаметр или толщина D в мм																		
		До 50					50-100						100—200				свыше 200			
		Н		D			Н		D				н		D		H		D	
		П	Д	П	Д		п	Д	п \		1 д		п	Д	П	Д	П	Д	П	Д
До 20	1-й 2-й	1,0 1,5	+0,5 —0,5 +1 -0,5	1,25 1,75	+0,5 -0,5 +1 —1		1,25 1,75	+1 -0,5 +1,5 —1	1,5 2,0		+1 -0,5 +1,5 —1		1,5 2,0	+1 -0,5 +1,5 —1	1,75 2,25	+1 -0,5 +1,5 —1	1,75 2,25	+1,5 -1 +2 -1,5	2,0 2,5	+1,5 —1 +2 -1,5
20—50	1-й 2-й	1,25 1,75	+0,5 -0.5 +1 -0,5	1,5 2,0	+0.5 -0,5 +1 -1		2,5 2,0	+1.5 —1	1,75 2,25		±1 +1.5 -1,5		1,75 2,25	±i.5 +1,5 -1	2,0 2,5	±1 +1.5 -1,5	2,0 2,5	+1,5 +2 -1,5	2,25 2,75	+1.5 +2 -1.5
1 По А. Н. Брюханову и А. В. Ребельскому.
Разработка процесса изготовления машины
Продолжение табл. 9
Пропуски П на сторону и допуски Д на размер утолщения в мм																
Высота Н в мм	Класс точ- ности	Диаметр или толщина D в мм														
		До 50				50—100			100—200				Свыше 200			
		Н		D		н		D	н		D		Н		D	
		П	Д	П	д	п	Д	П ; д	п*	Д	П	Д	п	Д	П		Д
50-100	1-й 2-й	1,25 1,75	-0,5 4-1,5 —1	1,5 2,0	+1 -1 4-L5 -1,5	1,5 2,0	. Г1 4-11 1	-1,5 -1 —2 —’.,5	1,75 2,25	4-1.5 —1 4-2 -1,5	2,0 2,5	4-1.5 -1 4-2 -1,5	2,0 2,5	4-2 -1,5 4-2,5 —2	2,25 2,75	4-2 -1,5 4-2,5 -2
100—150	1-й 2-й	1,5 2,0	+1 -0,5 4-L5 -1	1,75 2,25	+1 -1 4-1,5 -1,5	1,75 ! 2.25	'|	7 ।	4 .. ‘|	1 1	1		2,0 2.5	4-1.5 -1 -1,5	2,25 2,75	4-1.5 -1 4-2 -1,5	2,25 2,75	4-2 -1,5 4-2,5 -2	2,5 3,0	4-2 -1,5 4-2,5 —2
Свыше 150	1-й 2-й	1,75 2,25	L ±L ± QI	Q1	2.0 2.5	? Г’ 1 III till Г 1	I 4- 77 7					4-1,5 -1 —1,5	2,5 3,0	4-1.5 — 1 +2 -1.5	2,5 3,0	4-2 -1,5 4-2.5 —2	2,75 3,25	4-2 -1,5 4-2,5 -2
Разработка процесса изготовления деталей
Продолжение табл. 9
ьэ
я,
Припуски П на сторону и допуски Д на размер утолщений в мм
Диаметр или толщина d в мм
Длина L в мм	Класс точ- ности	До 15				15-30				30—60				Свыше 60			
		L		d		L		d		L		d		L		d	
		П	Д	П	Д	П	Д	П	д	П	Д	П	Д	П	д	П	Д
До 100	1-й 2-й	1,5 2,0	+1 -0,5 +1,5 -1	1,0 1,5	+0,5 -0,5 4-1 —1	2,25	4-1 —0,5 +1,5 —1	1,25 1,75	+1 -0,5 +1 —1	2,0 2,5	4-1 —1 +1,5 —1	1,5 2,0	+1 -0,5 +1,5 -1	2,25 2,75	+1,5 —1 +2 -1,5	1,75 2,25	4-1 -1 +1,5 —1
100—200	1-й 2-й	1,75 2,25	4-1 —0,5 +1,5 —1	1,25 1,75	+0,5 -0,5 4-1 -1	2,0 2,5	+1 -0,5 +1,5 -1	1,5 2,0	4-1 -0,5 +1 -1	2,25 2,75	+1 —1 +1,5 — 1	1,75 2,25	+1 -0,5 +1,5 —1	2,5 3,0	+1,5 — 1 +2 -1,5	2,0 2,5	+1 —1 +1,5 —1
200—500	1-й 2-й	1,75 2,25	+1,5 —1 +2 -1,5	1,25 1,75	4-1 -0,5 +1,5 —1	2,0 2,5	+1,5 —1 +2 -1,5	1,5 2,0	+1,5 — 1 4-2 —1	2,25 2,75	+1,5 —1 4~2 -1,5	1,75 2,25	+1,5 —1 +2 —1	2,5 3,0	+2 -1,5 +2,5 -1,5	2,0 2,25	+2 —1 +2 -1,5
Разработка процесса изготовления машины
Продолжение табл. 9
17 Балакшин
Припуски П на сторону и допуски Д на размер стержня в мм	
	Диаметр или толщина d в мм
Длина L	Класс	До	15—30	30—60	Свыше 60
в мм	точ- ности	L	d	L	d	L	d	L	d
		П	Д П	Д П	Д	П \ Д	И	Д	П	Д	П	Д	П	Д
	.	+1,5	+1	+2	_	+1,5	+2	।	+1,5	+2	+2
	1-й	2,0	1,5	2,25	1,75	2,5	j 2.3 i	2,75	2,25
500-1000	—1	-0,5	-1,5	-I	—1.5 !	i -1	-1,5	-1 +2	4-1	4-2,5	4-2	4-2	—2	4-2,5	4-2.5
	2-й	2,5	2,0	2,75	2.25	3,0	25 J	3,25	2,75
	-1,5	-0,5	-2	-1	-2	-1	-1,5	-1,5 i
	|	1 4-1,5	4-1	4-2	4-1.5	, -i.5	- 5	-^3	4-2
	1-й	2,25	1,75	2,5	2,0	2.75 j	1 1*	V !	2,5
Свыше	—1	-0,5	-1,5	-1	-* -	-	-2	-I
1000	4-2	4-1	4-2,5	4-2	—1	—3	4-2.5
	2-й	2,75	2,25	3,0	25	3.25	’ ~	’ -	3.9
	-1,5	-0,5	-2	-1	-	-Z	-1,5 i
Разработка процесса изготовления деталей
Примечания. 1. Припуски на сторону и допуски н*-размеры	—я - « мь -г з., --- - -	.
и по диаметру (D, Dj, D%, . . .) или ширине (Д,	Д*, . . .1 опэеделаютса ~z ~i - - _	* «.)h *. r« «-- •? Г- г 3 пли Д.
2. Допуски на размеры выемок Do, do, Iq и t. д. следует принимать с	Л «
3. В местах стержня вблизи утолщения на длине l^ld	-г ~.ш -» _ - .и-	>. -- —	=а С.5 мм
больше табличного значения.
514
Разработка процесса изготовления машины
рис. 356 дана схема получения заготовки переменного профиля на
трехвалковом стане. Радиальные перемещения валиков /, необхо-
димые для получения требуемой формы заготовки, осуществляются
при помощи трех гидравлических цилиндров 2, управляемых щу-
пом 5, скользящим по копиркой линейке 4,
На рис. 357 показаны заготовки деталей, полученные попере-
чно-винтовой прокаткой. Поданным А. И. Целикова [40], основными
преимуществами рассмат-
риваемого способа получе-
ния заготовок являются:
1) более высокая точность
заготовок по сравнению со
штампованными (отклоне-
К насосу
Рис. 356. Схема получения заготовки переменного профиля на трехвал-
ковом стане
ния от требуемых размеров составляют в среднем не белее 1 %
по диаметру и не более 1,5 мм по длине); 2) экономия металла
до 24—30%; 3) повышение механических свойств металла по
сравнению с заготовками, полученными ковкой или обработкой
из целого куска металла; 4) высокая производительность,
характеризуемая скоростью выхода заготовок из валков в среднем
6—10 м/мин, например производительность получения заготовок
полуосей автомобиля «Москвич» составляет 100—120 деталей в час;
5) возможность производства широкой номенклатуры заготовок бла-
годаря простоте и быстроте перекладки; 6) возможность полной
автоматизации процесса.
Эти преимущества создают необходимые предпосылки для внедре-
ния нового способа получения заготовок валов и других деталей
как в условиях массового, так, по-видимому, и серийного производ-
ства.
Разработка процесса изготовления деталей
515
Поперечно-винтовая прокатка используется также для предвари-
тельного получения заготовок под последующую их обработку на
горизонтально-ковочных машинах или на штамповочных молотах
> Г ,	к*»	'>/*<	ц , , , .. .	«.л»/-*»"' I

Рис. 357. Обр^цы заготовок деталей, полученные по-
перечно-винтовой прокаткой
и прессах с целью увеличения производительности и снижении < «•(«•
стоимости.
Литые заготовки применяются для получении p.i uihmhi.i ч hi ни»
для прокатных станов, ипишдглгй и пинолей ряда 1иж< лыч < i.mum,
Рис. 358. Получение литых заготовок
валов в вертикально расположенных
формах
маслот и т. д. В зависимости от служебного назначения вала, его
конструктивных особенностей и количеств, подлежащих изготовле-
нию в единицу времени и по неизменяемому чертежу, для полу-
чения литых заготовок используются все ранее рассмотренные методы
литья. При этом для получения качественных литых заготовок длин-
17*
516
Разработка процесса изготовления машины
ных валов целесообразно производить заливку металла в формы
с вертикальным расположением оси отливаемой заготовки, как
это показано на рис. 358. Ряд заготовок не только заливается, но
и формуется в специальных, вертикально располагаемых формах,
для чего используются специально сделанные кессоны.
Для получения более качественных литых заготовок пустотелых
валов используется центробежный способ литья, при котором заго-
товка получает требуемую форму путем использования центробеж-
Рис. 359. Схема машины для центробежного литья заготовок
шпинделей
ной силы расплавленного металла, создаваемой вращением изло-
жницы вокруг ее оси. При этом внутренняя поверхность самой отлив-
ки всегда получается цилиндрической или в виде параболоида враще-
ния (при вертикальной оси вращения изложницы). В качестве примера
на рис. 359 схематически показана машина для центробежного литья
заготовок шпинделей.
Основными преимуществами центробежного литья пустотелых
заготовок являются сокращение расхода жидкого металла до 50—
60 % по сравнению с литьем в почву и сокращение массы заготовки
до 40 %. Для иллюстрации относительной эффективности центро-
бежного литья по сравнению с другими способами литья в табл. 10
дана относительная стоимость получения литой заготовки шпин-
деля револьверного станка разными способами [39].
Уменьшение массы литых заготовок пустотелых валов и дру-
гих деталей приводит к сокращению трудоемкости и себестоимости
их механической обработки.
Разработка процесса изготовления деталей
517
Учитывая изложенное, можно считать экономичным использо-
вание центробежного литья для получения пустотелых литых
заготовок валов и других деталей (барабанов, маслот и т. д.) даже
при относительно небольших объемах выпуска. Центробежным
способом можно получить литые заготовки валов и других дета-
лей из чугуна, стали, бронзы, алюминия и ряда сплавов.
Таблица 10
Относительная стоимость получения заготовки
Количество отливок	Литье		
	в почву	в кокиль	центробежным способом
5	1	2	1,5
25	1	и	1,3
100	1	1,7	1,1
^500	1	1,1	0,К
1000	1	0,«	0,5
В последние годы для литья заготовок коленчатых валов и
ряда других деталей используются оболочковые (корковые) формы
небольшой толщины (5—8 лш), состоящие из смеси кварцевого
песка (93—95%) зернистостью № 12—8 и порошкообразной термо-
реактивной смолы (типа бакелита, фенолформальдегидной или
другой).
Для получения половины корковой формы этой смесью обсы-
пают половину металлической модели, укрепленной на плите и на-
гретой предварительно до 200—250° С. При соприкосновении с
нагретой моделью в течение 10—15 сек смесь плавится, образуя
однородную тонкую прочную корку. Излишек смеси ссыпается
обратно в бункер. Образовавшаяся полуформа помещается в печь
на 20—30 сек, где при 250—450° С окончательно затвердевает.
После удаления модели корковая полуформа имеет прочность
16—25 кПсм2. Две полученные таким образом корковые полу-
формы соединяются вместе при помощи клея, болтами или струб-
цинами, образуя корковую форму, готовую для заливки металлом.
Прочные корковые формы могут храниться длительное время.
Производительность обычных установок для изготовления корко-
вых полуформ составляет 320 съемов в смену. На рис. 360 пока-
зан двухпозиционный автомат для изготовления корковых полу-
форм производительностью 720—1000 съемов за 8 ч.
Отливки, полученные в оболочковых (корковых) формах, от-
личаются высокой точностью (отклонения от заданных размеров
0,2—0,4 мм на 100 мм) и правильностью геометрических форм.
Чугунные и* стальные отливки можно получать с толщиной стенок
до 3—5 мм.
518	Разработка процесса изготовления машины
Литые заготовки коленчатых валов автомобильных двигателей
требуют только обработки шеек, шлифования, сверления мелких
отверстий, обработки шпоночных канавок, нарезания резьбы и дру-
гих мелких операций. Время на обработку сокращается на 60—70%
по сравнению с обработ-
кой штампованных заго-
I	товок.
В оболочковых (кор-
ковых) формах отли-
ваются заготовки массой
до 100 кг из серого,
ковкого и сверхпрочного
чугуна, стали, алюми-
ниевых и медных спла-
ВОВ.
Заготовки, отлитые в
оболочковые формы, по
мере сокращения стои-
мости смол и увеличения
выпуска необходимого
оборудования найдут
широкое применение не
:	||| Ц только для различных
fc;	j валов, но и для ряда
Ж-йй ЛЖ?'1'	других особенно слож-
ных деталей. Уже на со-
временном уровне раз-
s	вития получение заго-
!	товок в оболочковых
I	формах сравнительно
	просто может быть авто-
-----———------------ !	матизировано.
Для получения заго-
рие. 360. Двухпозиционный автомат для изго- ТОВОК некоторых валов
товления корковых полуформ	средних и небольших
размеров, отдельные ча-
сти которых работают в различных условиях, находит применение
сварка встык. При этом для различных частей вала могут быть ис-
пользованы различные марки стали. Например, для некоторых ва-
лов, работающих на опорах скольжения, опорные шейки делаются
из легированной стали, в то время как другие — из более деше-
вых марок сталей. Этим достигается экономия на расходах на ма-
териал и обработку за счет сокращения припусков на обработку.
Для получения заготовок коленчатых валов простейших кон-
струкций из калиброванных прутков используется одновременная
Разработка процесса изготовления деталей	Г» IЧ
гибка нескольких колен на специальной гибочной машине НИИТ-
ракторосельмаша.
Заготовка зубчатых колес, Зубчатые колеса в по-
давляющей массе изготовляются из различных марок сталей,
реже из чугунов, цветных металлов и сплавов, пластмасс и других
материалов.
При изготовлении зубчатых колес небольшого диаметра (до
60—80 мм), с небольшой разницей диаметров зубчатого венца
и ступицы считается экономичным использование в качестве за-
готовок калиброванных прутков материала. В зависимости от ко-
личества изготовление зубчатых колес ведется обычно или на ре-
врльверных стадах, или на одно- и многошпиндельных автоматах.
Объясняется это тем, что при этих способах обработки отходы
металла обычно не выше, чем при изготовлении зубчатых колес
из штампованных заготовок, получаемых (при малых диаметрах)
без прошитого отверстия и с потерями металла на облой. Трудо-
емкость изготовления зубчатых колес малых диаметров из прутко-
вого материала обычно* ниже, чем из штампованных загото-
вок [41].
Изготовление зубчатых колес диаметром больше 80 мм из прутка
становится не экономичным из-за увеличения отходов металла
и себестоимости изготовления. В этом случае оказывается эконо-
мичным переход на изготовление зубчатых колес из штучных за-
готовок. При этом для получения штучных заготовок в зависимости
от размеров, материала, конструктивных форм и потребного ко-
личества могут использоваться свободная ковка, штамповка в под-
кладных, открытых и закрытых штампах, на ковочных молотах
и прессах, штамповочных молотах и кривошипных прессах, на
горизонтально-ковочных машинах.
Получение заготовок свободной ковкой на ковочных молотах
и прессах отличается малой производительностью. Низкое ка-
чество заготовок с большими колебаниями размеров, отклонений
относительных' поворотов поверхностей, отклонений поверхностей
от правильных геометрических форм с • значительной глубиной
дефектного слоя металла требует установления больших припус-
ков на обработку, приводит к значительным их колебаниям, по-
терям металла и дорогостоящей последующей механической об-
работке. Поэтому получение заготовок свободной ковкой может
быть использовано только при единичном и мелкосерийном изго-
товлении зубчатых колес или в тех случаях, когда отсутствует
необходимое оборудование для получения более качественных за-
готовок.
Опыт показывает, что даже при изготовлении заготовок в ко-
личестве 200—300 по неизменяемому чертежу экономично пере-
ходить на использование подкладных штампов. Предварительная
520
Разработка процесса изготовления машины
Припуски и допуски на штамповку на
Q							* 1; П1 HL-iJI ill! 1 [ г1 Гт:					& R о ыГ ст rfx7_4 (B-r,)			
							1—or—-1 l—4—l —1, аг-0								
Максимальный размер В в мм				Класс точ- ности	Максимальный										
				1-й 2-й 3-й	До 50 До 18		50—120 18-50 До 18		120-250 50-120 18—50		260-500 120—260 50-120		500-800 260—500 120—260		
Классы точности				Припуски П на сторону В и допу											
1-й	2-й	3-й	Г Г1	П	П	Д	П	Д	П	Д	П	д	П	Д	
До 30	До 18	До 10	<2 2-5		1,0 0,75 0,6	0,8 0,5 0,6 0,4 0,6 0,3	1,25 1,0 0,75	1,0 0,6 0.8 0,5 0,6 0.4	1,5 1,25 1,0	1,2 0,7 1,0 0,6 0,8 0,5					
30—50	18—30	10—18	<2 2-5 >5		1,25 1,0 0,75	1,0 0,6 0,8 0,5 0,6 0,4	1,5 1,25 1,0	1,2 0,7 1,0 0,6 0,8 0,5	1,75 1,5 1,25	1,5 0,8 1,2 0,7 1.0 0,6	2,0 1,75 1.5	1.6 1.0 1,5 0,8 1.2 0,7	2,25 2,0 1,75	1,8 1.2 1,6 1,0 1.5 0.8	
50-80	30—50	18—30	<2 2-5 >5		—	—	1,75 1,5 1,25	1,5 0,8 1.2 0,7 1,0 0,6	2,0 1,75 1,5	1,6 1.0 1,5 0,8 1,2 0,7	2.25 2,0 1,75	1,8 1.2 1.6 • 1.0 1.5 , 0,8	2.5 2.25 2.0	2,0 1,3 1,8 1,2 1,6 1,0	
80 120	50—80	30-50	<2 2—5 >5		—	—	2,0 1,75 1,5	1,6 1,0 1,5 0,8 1.2 0,7	2,25 2,0 1,75	1,8 1,2 1,6 1,0 1.5 0,8	2,5 2,25 2,0	2,0 1.3 1.8 1.2 1.6 1.0	2,75 2,5 2,25	2.2 1,3 2,0 1,3 1.8 1.2	
120 180	80 120	50—80	<2 2—5 >5		—	—	—	—	2,5 2,25 2,0	2,0 1,3 1.8 1.2 1.6 1.0	2,75 2.5 2,25	2,2 1,3 2,0 1,3 1,8 1,2	3,0 2,75 2.5	2,4 1.4 2,2 1.3 2,0 1,3	
180 260	120 180	80 120	<2 2-5 >5				—	—'	2,75 2,5 2.25	2,2 1,3 2,0 1,3 1,8 1,2	3.0 2,75 2,5	2,4 1,4 2.2 1.3 2,0 1.3	3.25 3.0 2,75	2,6 1.5 2,4 1,4 2,2 1.3	
1 По Н. А. Брюханову.
Разработка процесса изготовления деталей
паровоздушных и штамповочных молотах1
Таблица II
размер Г в мм
800—1250 500—800 260—500		1250-2000 800—1250 500—800		До 50 *		50-120 18-50 До 18		120—260 50-120 18-50		260—500 120—260 50—120		500-800 260—500 120—260		800-1250 500-800 260—500		1250—2000 800—1250 500—800	
ски Д на размер В																				
П	д	П	д	П	Д	П	д	П	Д	П	д	П	Д	П	Д	П	Д
				1,25 1,0 0,75	0,9 0,7 0,7 0,6 0,5 0,4	1,5 1,25 1,0	1,0 0,8 0,9 0,7 0,7 0,6	1,75 1,5 1,25	1,2 1,0 1,0 0,8 0,9 0,7								
—	—	—	—	1,5 1,25 1,0	1,0 0,8 0,9 0,7 0,7 0,6	1,75 1,5 1,25	1,2 1,0 1,0 0,8 0,9 0,7	2,0 1,75 1,5	1,4 1,2 1,2 1,0 1.0 0.8	2,25 2,0 1,75	1,5 1,3 1,4 1,2 1,2 1,0	2,5 2,25 2,0	1,6 1,4 1,5 1,3 1,4 1,2				
2,75 2,5 2,25	2,2 1,3 2,0 1,3 1,8 1,2	3,0 2,75 2,5	2,4 1,4 2,2 1,3 2,0 1,3	—	—	2,0 1,75 1,5	1,4 1,2 1,2 1,0 1,0 0,8	2,25 2,0 1,75	1,5 1,3 1,4 1,2 1,2 1,0	2,5 2,25 2,0	1,6 1,4 1,5 1,3 1,4 1,2	2,75 2,5 2,25	1,8 1,5 1,6 1,4 1,5 1.3	3,25 3,0 2,75	2,2 1.8 2.0 1.6 1,8 1,5	3,5 3,25 3,0	2,4 2,0 2,2 1,8 2,0 1.6
3,0 2,75 2,5	2,4 1,4 2,2 1,3 2,0 1,‘3	3,25 3,0 2,75	2,6 1,5 2,4 1,4 2,2 1,3		—	2,25 2,0 1,75	1,5 1,3 1,4 1,2 1,2 1,0	2,5 2,25 ЛО	1,6 1,4 1,5 1,3 1,4 1,2	2,75 2,5 2,25	1,8 1,5 1,6 1,4 1,5 1,3	3,0 2,75 2,5	2,0 1.6 1.8 1.5 1.6 1.4	3,5 3,25 3,0	2,4 2,0 2,2 1,8 2,0 1,6	3,75 3.5 3,25	2,6 2,2 2.4 2,0 2.2 1,8
3,25 3,0 2.75	2,6 1,5 2,4 1,4 2,2 1,3	3,5 3,25 3,0	2,8 1,6 2.6 1,5 2.4 1,4	—	—	—	—	2,75 2,5 2,25	1,8 1,5 1.6 1,4 1,5 1,3	3,0 2,75 2,5	2.0 1,6 1,8 1,5 1,6 1,4	3,25 3,0 2,75	2,2 1.8 2,0 1.6 1,8 1,5	3,75 3,5 3,25	2,6 2,2 2,4 2,0 2,2 1,8	4,0 3,75 3,5	2,8 2,4 2,6 2,2 2.4 2.0
3,5 3,25 3,0	2,8 1,6 2,6 1,5 2,4 1,4	3,75 3,5 3,25	0,0 1,8 2,8 1,6 2,6 1,5	—	—	—	—	3,25 3,0 2,75	2,2 1,8 2,0 1,6 1,8 1,5	3,5 3,25 3,0	2.4 2.0 2,2 1,8 2,0 1,6	3,75 3,5 3,25	2.6 2,2 2.4 2.0 2,2 1.8	4,0 3,75 3,5	2,8 2,4 2,6 2,2 2,4 2,0	4,25 4,0 3,75	3,0 2,8 2.4 2.6 2.2
522
Разработка процесса изготовления машины
группировка деталей по размерам и подобию конструктивных
форм способствует сокращению расходов на штампы, приходя-
щихся на одну заготовку, путем использования их основных де-
талей для изготовления большего количества подобных заготовок.
Переход от свободной ковки к получению заготовок в подклад-
ных штампах дает возможность сэкономить до 25% металла, уве-
личить в 2—3 раза производительность при получении заготовок
и на 20—30% производительность при обработке зубчатых колес
резанием за счет уменьшения припусков на обработку.
С увеличением количества зубчатых колес, подлежащих из-
готовлению, становится экономичным использование штамповки
в открытых штампах, осуществляемой на штамповочных молотах
и прессах или на более производительных кривошипных hpeccax.
Получение штампованных заготовок в открытых штампах произ-
водится с образованием значительных штамповочных уклонов
(внешних поверхностей около 7°, внутренних — около 10°), что
приводит не только к увеличенным припускам на обработку, но
и к трудностям, связанным с надежным закреплением и обработ-
кой деталей. По данным автотракторных заводов, расход металла
на образование штамповочных уклонов доходит до 2—8% массы
заготовки. При штамповке в открытых штампах теряется свыше
20% металла на образование облоя, требующего, помимо того,
дополнительных расходов на его обрезку.
Штампованные заготовки, получаемые на штамповочных мо-
лотах, отличаются меньшими припусками на обработку и коле-
банием их величин по сравнению с получаемыми свободной ковкой
и в подкладных штампах. Данные табл. 11 дают представление
о припусках и допусках на штампованные заготовки, полученные
на штамповочных молотах.
Лучшие результаты по производительности и качеству штам-
пованных заготовок дают штамповочные кривошганые «прессы,
работающие без ударов. Их производительность по сравнению со
штамповочными молотами выше на 60—100%. При этом сокраща-
ются расходы, приходящиеся на одну заготовку, главным обра-
зом за счет сокращения стоимости штампов и повышения их стой-
кости. Поэтому штамповку следует производить на штамповочных
кривошипных прессах.	>
С целью дальнейшего приближения заготовки к требованиям
готовых деталей штамповку ведут в двух или большем < количестве
отдельных штампов или в многоручьевых штампах. Пр^ этом име-
ется возможность сократить штамповочные уклоны с 7 до 3° и умень-
шить припуски на обработку и их колебания у партии заготовок.
Для иллюстрации изложенного на рис. 361 показаны две за-
готовки зубчатого колеса, из которых одна получена штамповкой
на штамповочйом молоте, вторая —на кривошипном прессе. При
Разработка процесса изготовления деталей
штамповке на молоте расходуется 4,68 кг металла при массе к»
товой детали 2,35 кг\ при штамповке на кривошипном прессе рас-
ходуется 4 кг, т. е. на 14,5% меньше. Как видно из рисунка, при
пуски на обработку почти по всем размерам также значительно
меньше. Данные табл. 12 дают представление о припусках и до
пусках, устанавливаемых на штампованные заготовки, получаемые
на кривошипных прессах.
Еще большее приближение заготовки к требованиям, предь
являемым к готовой детали, дает штамповка в закрытых штампах.
На рис. 362 дана принципиальная схема безоблойной штам
повки в закрытом штампе, а на рис. 363 показан закрытый штамп
для безоблойной штамповки. Для удаления заготовки из штампа
ъ
Рис. 361. Заготовки зубчатого колеса, полученные:
QUO
I-—0 75—
б)
а — на штамповочном молоте; б — на кривошипном прессе
используются механические выталкиватели. Количество заготовок,
получаемых в закрытых штампах, выше, так как удается почти
полностью избавиться от штамповочных уклонов.
Наиболее широкое применение закрытые штампы получили
на горизонтально-ковочных машинах. Представление о точности
заготовок, получаемых на горизонтально-ковочных машинах, дает
табл. 13.
Вопрос о выборе технологического процесса получения заго-
товок зубчатых колес в зависимости от их количества, подлежа-
щего изготовлению по измейяемому чертежу, должен решаться
как комплексная задача нахождения наиболее экономичного варианта
изготовления зубчатого колеса в целом. Подсчеты, проделанные раз-
ными авторами [41, 36], показывают значительные расхождения
в оценке количества зубчатых колес, при которых экономически
выгодно переходить на другой вид заготовки.
В первом приближении можно сказать, что для изготовления
зубчатых колес малых размеров диаметром меньше 80 лсж в неболь-
ших количествах экономично использовать колиброванные прутки
материала, а при больших количествах колес — штучные заготовки,
полученные на горизонтально-ковочных машинах.
Припуски и допуски на штамповку на вертикальных ковочных прессах1
Таблица 12 •
Максимальный размер В в мм	Г Г1	Максимальный размер Г в мм															
		До 120		120-260		260—500		500-800		До 120		120—260		260-500		500—800	
		Припуски П на сторону В и допуски Д на размер В								Припуски П на сторону Г и допуски Д на размер Г							
		П	Д	П	Д	П	д	п	Д	П	Д	П	Д	П	Д	П	Д
‘ До 50	<2 2-5 >5	1,0 0,75 0,6	0,8 0,5 0,6 0,4 0,6 0,3	1,25 1,0 0,75	1,0 0,6 0,8 0,5 0,6 0,4	1,5 1,25 1,0	1,2 0,7 1,0 0,6 0,8 0,5	—	—	1,25 1,0 0,75	0,9 0,7 0,7 0,6 0,5 0,4	1,5 1,25 1,0	1,0 0,8 0,9 0,7 0,7 0,6	1,75 1,5 1,25	1,2 1,0 1,0 0,8 0,9 0,7	—	—
50-80	<2 2-5 >5	1,25 1,0 0,75	1,0 0,6 0,8 0,5 0,6 0,4	1,5 1,25 1,0	1,2 0,7 1,0 0.6 0,8 0,5	1,75 1,5 1,25	1,5 0,8 1,2 0,7 1,0 0,6	2.0 1,75 1,5	1,6 1,0 1,5 0.8 1,2 0.7	1,5 1,25 1,0	1,0 0,8 0,9 0,7 0,7 0,6	1,75 1,5 1,25	1,2 1,0 1,0 0,8 0,9 0,7	2,0 1,75 1,5	1,4 1,2 1,2 1,0 1,0 0,8	2,25 2,0 1,75	1,5 1,3 1,4 L2 1,2 1,0
1 По А. Н.		Брюханову.															
Разработка процесса изготовления машины
Продолжение табл. 12
Максимальный размер В в мм	г Г1	Максимальный размер Г в мм															
		До 120		120-260		260-500		500-800		До 120		120-260		260-500		500-800	
		Припуски П на сторону В и допуски Д на размер В								Припуски П на строну Г и допуски Д на размер Г							
		П	Д	П	Д	Z7	Д	П	Д	П	Д	П	д	П	Д	П	Д
80-120	<2 2-5 >5	—	—	1,75 1,5 1,25	1,5 0,8 1,2 0,7 1,0 0,6	2,0 1,75 1,5	1,6 1,0 1,5 0,8 1,2 0,7	2,25 2,0 1,75	1,8 1,2 1,6 1,0 1,5 0,8	—	—	2,0 1,75 1,5	1,4 1,2 1,2 1,0 1,0 0,8	2.25 2,0 1,75	1,5 1,3 1,4 1,2 1,2 1,0	2,5 2,25 2,0	1,6 1,4 1,5 1,3 1,4 1,2
120-180	<2 2-5	—	—	2,0 1,75 1,5	1,6 1,0 1,5 0,8 4,2 0,7	2,25 2,0 1,75 1	1,8 1,2 1,6 1,0 1,5 1 0,8	2,5 2,25 2,0	2,0 1,3 1,8 1,2 1,6 1,0	—	—	2.25 2,0 1,75	1,5 1,3 1,4 1,2 1,2 1,0	2.5 2.25 2.0	1,6 1,4 1,5 1,3 1,4 1,2	2,75 2.5 2.25	1,8 1,5 1,6 1,4 1,5 1,3
180-260	<2 2-5 >5	—	—	—	—	2,5 2,25 2,0	2,0 1,3 1,8 1,2 1,6 1,0	2,75 2,5 2,25	2,2 1,3 2,0 1,3 1,8 1,2	—	—			—	2,75 2,5 2,25	1,8 1,5 1,6 1,4 1,5 1,3	3,0 2,75 2,5	2,0 1,6 1,8 1,5 1,6 1.4
Разработка процесса изготовления деталей
526
Разработка процесса изготовления машины
С увеличением размеров зубчатых колес, изготовляемых еди-
ницами или в небольших количествах, можно использовать сво-
бодную ковку, выяснив предварительно, не будет ли экономичнее
использовать при этом подкладные штампы.
При увеличении количества колес до нескольких сот необхо-
димо переходить к штамповке, по возможности в закрытых штам-
Заготовка
Рис. 362. Принципиальная
схема безоблойной штам-
повки в закрытом штампе
А-А
Рис. 363. Закрытый штамп
для безоблойной штам-
повки
пах с использованием штамповочных кривошипных прессов, а при
больших количествах и надлежащих размерах использовать го-
ризонтально-ковочные машины.
Для сокращения расхода металла на изготовление зубчатых
колес и снижения их себестоимости в последнее время получил
практическое применение новый, разработанный в 1947—1954 гг.
в ЦНИИТМАШе, метод приближения заготовки к требованиям,
предъявляемым к готовой детали — накатка зуба. Существуют
два способа накатки зуба на штампованных или прошедших ме-
ханическую обработку резанием заготовках при помощи валков,
Таблица 13
Припуски и допуски (в мм) на штамповку на горизонтально-ковочных машинах для деталей
со сквозной и несквозной прошивкой 1
	
	
	ос 4-^ к
Поковки со сквозной прошивкой
Высота И в мм	Класс точ- ности	Диаметр или толщина D в мм															
		До 50				50-100				100-200				Свыше 200			
		Н		D		Н		D		н		D		Н		D	
		П	Д	П	Д	п	Д	П	Д	п	Д	П	Д	П	Д	П	Д
До 20	1-й 2-й	1 1,5	4-0,5 -0,5 4-1 -1	1,25 1,75	4-0,5 -0,5 4-1 -1	1,5 1,75	+1 -0,5 +1,5 -1,0	1,25 2,0	+1 -0,5 +1,5 -1	1,5 2,0	+1 -0,5 +1.5 -1	1,75 2,25	+1 -0,5 +1,5 -1	1,75 2,25	+1,5 -1 +2 -1,5	2,0 2,5	+1,5 -1 +2 -1.5
20—50	1-й 2-й	1,25 Г, 75	4-0,5 -од 4-1 -1	1,5 2,0	+0,5 -0,5 +1 -1	1,5 2,0	+1 -0,5 +1,5 -1	1,75 2,25	+1 — 1 +1,5 -1,5	1,75 2,25	+1 -0,5 +1,5 -1	2,0 2,5	+1 -1 +1.5 -1,5	2,0 2,5	+1,5 -1 +2 -1.5	2,25 2,75	+1.5 -1 +2 -1.5
1 По А. Н. Брюханову и А. В. Ребельскому.
Разработка процесса изготовления деталей
Продолжение табл. 13 Ц
Поковки со сквозной прошивкой																	
Высота Н в мм	Класс точ- ности	Диаметр или толщина D в мм															
		До 50				50—100				100-200				Свыше 200			
		Н		D		Н		D		н		D		Н		D	
		П	Д	П	Д	п	Д	п 1	Л	п	Д	П	Д	п 1	1 Л	П	Д
50-100	1-й 2-й	1,25 1,75	+1 -0,5 4-1.5 — 1	1,5 2,0	+1 -1 +1,5 -1,5	1,5 2,0	+1,5 —1 +2 -1.5	1,75 2,25	+1,5 —1 4-2 -1,5	1,75 2,25	+1,5 -1 +2 -1,5	2,0 2,5	+1,5 -1 +2 -1,5	2,0 2,5	+2 -1,5 +2,5 —2	2,25 2,75	+2 -1,5 +2,5 —2
100-150	1-й 2-й	1,5 2,0	4-1 -0,5 4-1,5 —1	1,75 2,25	+1 -1 +1,5 -1,5	1,75 2,25	+1,5 —1 +2 -1.5	2,0 2,5	+1 —1 +2 -1,5	2,0 2,5	+1,5 —1 +2 -1,5	2,25 2,75	+1,5 —1 +2 -1,5	2,25 2,75	+2 -1,5 +2,5 —2	2,5 3,0	+2 -1,5 +2.5 -2
Свыше 150	1-й 2-й	1,75 2,25	+1 —1 +1,5 -1,5	2,0 2,5	4-1 —1 +1,5 —1,5	2,0 2,5	+1,5 —1 +2 -1,5	2,25 2,75	+1,5 —1 4-2 -1,5	2,25 2,75	+1,5 —1 +2 -1.5	2,5 3,0	+1,5 —1 +2 —1,5	2,5 3,0	+2 -1,5 +2,5 -2	2,75 3,25	+2 -1,5 +2,5 —2
Разработка процесса изготовления машины
Продолжение табл. 13
18 Балакшин >
...	- ——	.	....... .	.	, S*
Поковки с несквозной прошивкой
Диаметр или толщина D в мм
Высота Н в мм 1	Класс точ- ности	До 50				50-100				100-200				Свыше 200			
		Н		D		н		D		н		D		Н		D	
		П	Д	П	Д	п	Д	П	Д	п	Д	П	Д	п	д	П	Д
До 20	1-й 2-й	1,25 1,75	4-0,5 —0,5 4-1 —1	1,5 2,0	4-0,5 -0,5 4-1 —1	1,5 2,0	4-1 -0,5 4-1.5 — 1	\,1Ь 2,25	4-1 -0,5 4-1.5 —1	1,75 2,25	4-1 -0.5 4-1.5 -1	2,0 2,5	+1 —0,5 4-1.5 —1	2.0 2,5	+1,5 -1 +2 -1.5	2,25 2,75	+1,5 -1 +2 -1,5
20—50	1-й 2-й	1,5 2,0	4-0.5 -0,5 4-1 —1	1,75 2,25	4-0,5 —0,5 4-1 —1	1,75 2,25	4-1 —0,5 4-1.5 -1	2,0 2,5	4-1 -1 4-1.5 -1,5	2,0 2,5	4-1 —0,5 4-1.5 -1	2,25 2,75	4-1 —1 +1.5 -1,5	2,23 2,75	+1,5 —1 4-2 -1,5	2,5 3,0	+1.5 —1 +2 —1,5
Разработка процесса изготовления деталей
Продолжение табл. 13
Поковки с несквозной прошивкой																	
Высота Н в мм	Класс точ- ности	Диаметр или толщина D в мм															
		До 50				50-100				100-200				Свыше 200			
		Н		D "		Н		D		Н		D		н	1		1	£		
		П	Д	П	Д	п	Д	П	Д	п	Д	П	Д	п	д	1 п	Д
50—100	1-й 2-й	1,5 2,0	+1 -0,5 4-L5 -1	1,75 2,25	4-1 -1 4-1,5 -1,5	1,75 2,25	4-1,5 -1 4-2 -1,5	2,0 2,5	4-1,5 —1 4-2 -1,5	2,0 2,5	4-1,5 -1 4-2 -1,5	2,25 2,75	4-1.5 -1 4-2 -;,5	2,23 2,75	4-2 -1,5 4-2,5 -2	2,5 3,0	4-2 -1,5 4-2,5 —2
100—150	1-й 2-й	1,75 2.25	4-1 -0,5 4-1,5 -1	2,0 2,5	4-1 —1 4-1,5 -1,5	2,0 2,5	4-1,5 -1 4-2 -1,5	2,25 2,75	4-1,5 -1 4-2 -1,5	2.25 2,75	4-1,5 —1 4-2 -1,5	2,5 3,0	4-1,5 —1 4-2 -1,5	2,5 3,0	4-2 -1,5 4-2,5 -2	2,75 3,25	4-2 -1,5 4-2,5 -2
Свыше 150 П1 (D, Di. Ds 2. , 3. 1 значения.	1-й 2-й > и м е ч , . . .) и Попуски На диам	2,0 2,5 а н и я ли ши на раг [етр о	4-1 —1 4-1Л -1,5 : 1. Пр рине (А, шеры О1 тверстия	2,25 2,75 йпуск! Al, А •верстг В КС	+1 —1 4-1,5 -1,5 1 77 на 2, • • •) 1й (Do, а щечной 1	2,25 2,75 СТОрО! опреде о, 7о Е засти	4-1,5 -1 4-2 -1,5 зу и дс ляют по 1 т. Д.) с do доп$	2,5 3,0 ►пуски табли ледует гски с.	4-1,5 —1 4-2 -1,5 D на { це, исхо, приним ледует i	2,5 3,0 >азмер ДЯ ИЗ 1 ать с с триним	4-1.5 -1 4-2 -1,5 поковки я а и болы )братны» :ать соо	2,75 3.25 1 по вь пих ра I знаке гветст!	4-1,5 -1 4-2 -1,5 1соте (/ змероз j )М. зенно нг	2,75 3,25 7, Ht, Н Н и D и 1 0,5 м.	4-2 -1,5 4-2,5 —2 Г2, • - •) ли А. м больи	3,0 3,5 и по диа ле табл!	4-2 -1,5 4-2,5 —2 1метру 1ЧНОГО
Разработка процесса изготовления машины
Разработка процесса изготовления деталей
531
представляющих собой зубчатые колеса того же модуля, что и на-
катываемые.
При первом способе (рис. 364, а) расстояние между валками 1
остается постоянным. По мере индукционного нагрева заготовки 2
(которая может быть длинной цельной или состоять из набора
заготовок) ей сообщается осевая подача со скоростью 6—8 мм /сек
(снизу вверх) (рис. 364, б). Для облегчения захвата заготовки
заборная часть валков делается конической.
При втором способе (рис. 364, б) накатка штучных заготовок
после установки их на оправку и индуктивного нагрева осуществ-
ляется перемещениями валков в радиальном направлении. Тем-
пература нагрева заготовки 1050—1100° С, температура в конце
процесса накатки должна быть не ниже 850—950° С. Окружная
скорость накатки 0,2—0,5 м/сек. Производительность стана при
втором способе достигает 60 больших колес в час (диаметром до
600 мм с модулем до 10) и 1500 малых колес (диаметром до 24 мм
с модулем 3).
Накатка зубьев позволяет сэкономить 10—15% металла и по-
высить стойкость накатанных зубьев по сравнению с нарезанными
(сырыми) на 20—50%.
Накатка дает достаточно высокую точность наружной поверх-
ности головок зубьев; эта поверхность и используется в качестве
одной из баз при обработке поверхности отверстия. При некоторых
способах накатки зуба на детали одновременно производится об-
работка резанием поверхности головок зубьев и торцов для ис-
пользования их в качестве технологических баз при обработке
поверхностей центрального отверстия. Достигнутая точность изго-
товления зубчатых колес отвечает 4-му и в отдельных случаях
3-му классу точности.
Практически метод накатки пока нашел применение только для
получения сырых зубчатых колес. Распространение его для изго-
товления термически обработанных колес требует проведения ряда
исследований и экспериментов.
Не исключена возможность использования литья в оболочко-
вые (корковые) формы и центробежного литья для получения
литых заготовок зубчатых колес вместо штампованных. Пока для
получения литых заготовок зубчатых колес в зависимости от раз-
меров и потребного количества используются изложенные выше
способы формовки и литья.
Заготовки деталей типа рычагов, вилок
и профильных стер ж.н е й. Детали типа рычагов, вилок
и профильных стержней (шатуны, балки передних осей автомо-
билей, крюки) изготовляются из чугунов обычных марок, ковкого
чугуна, различных марок сталей, цветных металлов и сплавов.
При получении литых чугунных заготовок для перечисленных
18»
532
Разработка процесса изготовления машины
Рис. 364. Станок для накатки зубьев на заготовках
зубчатых колес
Разработка процесса изготовления деталей	533
деталей в зависимости от их количества и размеров используется
формовка в почву, в опоках, ручная и машинная.
Заготовки из ковкого чугуна применяются для изготовления
деталей, испытывающих при работе толчки и удары, когда серый
чугун не применяется вследствие недостаточной его вязкости.
Отличительной особенностью заготовок из ковкого чугуна яв-
ляется необходимость их отжига, в результате которого многие
заготовки теряют правильность геометрических форм вследствие
коробления.
Поэтому в дополнение к отжигу многие заготовки подвергаются
еще и правке. Все это удорожает производство и в ряде случаев
делает более экономичным замену заготовок из ковкого чугуна
стальными, литыми, коваными, штампованными.
Заготовки ряда деталей, особенно сложных конструктивных
форм и небольших габаритных размеров, экономично получать
при помощи литья по выплавляемым моделям. Заготовки мелких
рычагов, собачек, балочек, лопаток роторов газовых турбин и ряда
других деталей отливаются этим способом даже при изготовлении
небольших количеств заготовок.
Применение давления (пневматического или от центробежной
силы) при заливке форм обеспечивает получение отливок по ме-
ханическим свойствам, ие уступающим кованым. Отсутствие у
формы^ плоскостей разъема позволяет получить точную форму
заготовки без перекосов, смещений и заусенцев. Полученные
этим методом заготовки отличаются высокой точностью и в ряде
случаев совсем не нуждаются в обработке резанием или позволяют
сократить ее на 90—95%.
Ниже указаны допуски1, устанавливаемые на размеры отли-
вок, полученных методом литья под давлением.
Размеры До 6 Св. 6 Св. 12 Св. 25 Св. 50 Св. 100
отливок	до 12 до 25 до 50 до 100
в мм
Допуски ±0,06 ±0,08 ±0,10 ±0,15 ±0,20 ±0,25
в мм
По выплавляемым моделям делаются отливки из чугуна, раз-
личных марок легированных сталей, твердых сплавов и других
материалов.
Процесс литья по выплавляемым моделям заключается в по-
лучении эталона детали или заготовки, изготовлении по нему
прессформы для получения выплавляемых моделей, изготовлении
моделей оболочки и формы, в выплавке модели и прокаливании
формы, в заливке ее металлом, выбивке и очистке отливок и уда-
лении литников.
1 По Н. Н. Рубцову.
534	Разработка процесса изготовления машины
Стальные заготовки рассматриваемых типов деталей получа-
ются свободной ковкой при изготовлении единичных заготовок
или нескольких их штук. С увеличением количества заготовок,
подлежащих изготовлению по неизменяемому чертежу, становится
экономичным использовать подкладные^ штампы для формообразо-
вания заготовки в целом, или отдельных, более сложных ее частей
(например, концов рычага).
При больших количествах заготовок, особенно в массовом
производстве, экономично использовать штамповку в открытых
Рис. 365. Ковочные вальцы
и тем более в закрытых штампах на штамповочных молотах, луч-
ше — на кривошипных и фрикционных прессах, горизонтально-
ковочных машинах и ковочных вальцах. Последние, однако, дают
заготовки, отличающиеся невысокой точностью размеров и недо-
статочным приближением форм заготовки к готовой детали. По-
этому ковочные вальцы (рис. 365) обычно используют для пред-
варительного высокопроизводительного формирования заготовки
из исходного полуфабриката.
Окончательное формирование заготовки производится в штам-
пах на штамповочных молотах, кривошипных прессах или гори-
зонтально-ковочных машинах.
Такой комбинированный процесс позволяет во многих случаях
получать высококачественные штампованные заготовки с наиболь-
шей производительностью и снизить их себестоимость.
Разработка процесса изготовления деталей
535
Для получения заготовок, максимально приближающихся к тре-
бованиям, предъявляемым к готовым деталям, используются ка-
либровка и чеканка штампованных заготовок. Наибольший эффект
от использования этих процессов достигается в тех случаях, когда
они заменяют полностью или частично обработку деталей резанием.
В результате калибровки и чеканки можно получить заго-
товки, не требующие обработки наружных поверхностей деталей,
так как размеры, форма и шероховатость поверхностей нередко
укладываются в допуски 2-го класса точности. Обычно остается
только обработка внутренних поверхностей отверстий, пазов и т. п.
Калибровка представляет собой как бы дополнительную штам-
повку заготовок для повышения
ристик качества. Калибровку
производят, как правило, с од-
ного нагрева, сразу после штам-
повки и обрезки заусенцев,
чтобы избежать снижения каче-
ства поверхности из-за образую-
щейся при каждом нагреве ока-
лины. Для калибровки исполь-
зуют штамповочные прессы, мо-
лоты и фрикционные прессы.
Для чеканки конструируют и
изготовляют специальные штам-
пы и используют специальные
чеканочные прессы мощностью
их точности и других характе-
Таблица 14
Допуски на размеры
Площадь горизонталь- ной проекции поверхности чеканки в лслс2	Допуск в мм при чеканке	
	обычной точ- ности	повышен- ной точ- ности
До 300	±0,10	±0,05
300—1000	±0,15	±0,08
1000—2000	±0,20	±0,10
2000—4000	±0,25	±0,15
от 30 до 2500 т. Чеканка заготовок производится после их тер-
мической обработки, холодной правки и очистки от окалины.
Для повышения точности чеканки заготовки предварительно сорти-
руют внутри установленного допуска на группы по более узким
допускам. Представления о допусках на размеры между поверх-
ностями деталей, обработанных чеканкой, указаны в табл. 14*;
далеко не всегда более высокому классу чистоты, полученному
одним методом, соответствует меньшее значение, чем для преды-
дущего низшего класса чистоты, но полученного другим методом.
Значения величины одинаковы для обоих рассмотренных методов.
Практически при многократной чеканке достигается точность
размеров по высоте заготовки до ±25 мк.
Заготовки мелких и крепежных деталей.
Мелкие и крепежные детали составляют большую номенклатуру
самых разнообразных деталей. Примерами могут служить раз-
личного рода кулачки, угольники, тройники, штуцеры, резьбовые
втулки, болты, гайки, винты, шпильки, шурупы, шпонки. Мелкие
* По В. Н. Степанову.
536
Разработка процесса изготовления машины
детали изготовляются из самых различных металлов, сплавов,
пластмасс и других материалов.
С целью использования наиболее производительных и эконо-
мичных технологических процессов изготовление мелких деталей
обычно организуют на специализированных предприятиях или,
по крайней мере, в специализированных цехах (участках завода).
Чтобы увеличить серийность выпуска мелких и крепежных деталей,
при разработке конструкций новых машин номенклатуру этих
деталей обычно ограничивают, используя в максимальной степени
нормализованные детали в машинах, выпускаемых данным заво-
дом, или, что еще эффективнее, целой отраслью машиностроения.
Рис. 366. Образцы заготовок, полученных методом холодной высадки
Группирование мелких деталей по служебному назначению,
размерам, подобию конструктивных форм и техническим требова-
ниям к этим деталям создает предпосылки для их группового из-
готовления. Эти предпосылки позволяют использовать наиболее
экономичные технологические процессы изготовления деталей. В та-
ких случаях становится экономичным использование в качестве
заготовок профильного материала. При отсутствии специального
профильного проката материалы специального профиля экономично
получать, как показывает опыт, даже в условиях машиностроитель-
ных заводов при помощи сравнительно простых приспособлений.
Такие приспособления закрепляются на протяжных или воло-
чильных станках. Нагретый пруток материала стандартного про-
филя путем протягивания между роликами приспособления прев-
ращается в пруток специального профиля.
Одним из наиболее экономичных технологических процессов
получения заготовок крепежных и других видов мелких деталей,
выпускаемых в большом количестве, является их холодная вы-
садка на специальных холодно-высадочных автоматах. В качестве
Разработка процесса изготовления деталей	537
примера на рис. 366 показаны образцы заготовок, полученных
методом холодной высадки.
В настоящее время на заводах создается й работает ряд авто-
матических линий для производства болтов, гаек и других деталей,
выпускаемых в больших количествах. Линии состоят из холодно-
высадочных автоматов и резьбонакатных или резьбонарезных
станков. В зависимости от технических требований к деталям
в состав линий включается и оборудование для термической обра-
ботки. На рис. 367 схематически показаны две автоматические
линии: для изготовления болтов и для изготовления гаек.
Исходным полуфабрикатомдля изготовления болтов является бунт
проволоки. Первые три перехода выполняются на первом холодно-вы-
садочном автомате, два последующие — на втором, шестой — на резь-
бонакатном автомате; последним переходом является термическая
обработка.
Для получения заготовок мелких и крепежных деталей при
небольшом объеме выпуска используются штамповка в закрытых
и открытых штампах, свободная ковка и различные способы литья.
Для производства литых заготовок мелких деталей, особенно
сложных форм, изготовляемых из цветных металлов и сплавов,
считается экономичным в условиях даже небольшого выпуска
деталей использование литья по выплавляемым моделям и литья
под давлением.
Основы разработки технологического процесса обработки деталей.
Наметив технологический процесс получения заготовки и уточнив
количественные значения качественных показателей, которыми
должны обладать заготовки (точность размеров и относительных
поворотов поверхностей, их формы, шероховатость, величина де-
фектного слоя материала), можно приступить к разработке тех-
нологического процесса обработки для перехода от заготовки
к готовой детали. Разработку технологического процесса обра-
ботки детали удобно производить в следующей последовательности:
1.	После изучения служебного назначения детали в машине,
технических условий и требований, которым она должна отве-
чать, а также выбора заготовки по каждой из поверхностей де-
талей необходимо установить требуемое уточнение еж (где к — по-
рядковый номер поверхности, подлежащей обработке).
2.	Наметить последовательность обработки поверхностей дета-
лей, выявить возможность их одновременной обработки и наме-
тить технологические базы.
3.	Выяснить возможность получения требуемой величины уточ-
нения 8К путем подбора оборудования, обладающего необходимыми
данными.
4.	При отсутствии возможности получения требуемой точности
каждой из поверхностей детали с одного перехода подобрать
538
Разработка процесса изготовления машины
Рис. 367. Автоматические линии для изготовления:
(? — болтов; б — гаек
Разработка процесса изготовления деталей	г»
оборудование, обеспечивающее получение требуемой точности или
уточнения с наименьшего количества переходов, т. е. обеснсчи
вающее соблюдение равенства
т>
eK = lkh	(227)
где — уточнение, даваемое каждым видом выбранного обору-
дования;
т — количество оборудования, необходимого для достижения
требуемой точности детали;
ех — уточнение, которое необходимо получить при обработке
заготовки для достижения требуемой точности детали
по каждой из поверхностей.
5.	Выяснить возможность совмещения переходов обработки по-
верхностей детали и сформировать из них операции.
6.	Уточнить технологические базы, намеченные для использо-
вания на каждом выбранном оборудовании.
7.	Выявить необходимую технологическую оснастку для вы-
полнения каждой операции и разработать требования, которым
должен отвечать каждый вид технологической оснастки (приспо-
собление для установки детали, режущего инструмента, режущий
инструмент, измерительный инструмент и т. д.).
8.	Рассчитать и установить межпереходные размеры и допуски
(по всем показателям точности).
9.	Разработать другие варианты технологических процессов
изготовления детали, начиная от полуфабриката, составить каль-
куляцию себестоимости деталей для каждого варианта и выбрать
наиболее экономичный вариант.
10.	Оформить технологический процесс необходимой докумен-
тацией.
<11. Разработать технические задания на конструирование, если
необходимо, новых видов оборудования, приспособлений, режу-
щего и измерительного инструментов.
Разработка последовательности обработ-
ки поверхностей деталей. Анализ отработанного
чертежа детали, технических условий, которым она должна от-
вечать, исходя из служебного назначения, позволяет установить
оба вида связей между всеми поверхностями, образующими кон-
структивные формы детали и показатели точности. Поскольку по-
верхности детали выполняют различные функции при работе де-
тали в машине, то между ними требуется обеспечить и различную
степень точности по каждому из ее показателей.
Так, например, из анализа^ служебного назначения корпуса
коробки скоростей токарного станка видно, что в результате его
обработки необходимо:
540
Разработка процесса изготовления машины
1) расположить ось поверхностей отверстий под опоры шпин-
деля параллельно плоскостям оснований (основным базам) кор-
пуса в двух перпендикулярных координатных плоскостях в пре-
делах от 0,0 до 0,02/300 мм, при этом отклонение допускается от
нуля до+0,02/300 в одну из сторон в каждой из координатных
стями корпуса коробки скоростей:
а — плоскость основания; б — плоскость под
крышку; /—/ — ось отверстий под опоры
шпинделя; //—11 — ось опор под один из
валиков
плоскостей, как это схемати-
чески показано на рис. 368;
2)	расположить рассмот-
ренные поверхности на рас-
стояниях от плоскостей осно-
вания (основных баз) в преде-
лах допуска 0,02—0,05 мм;
3)	расположить поверх-
ности отверстий под опоры
каждого последующего вали-
ка параллельно оси предыду-
щего, с которым он связан
кинематически в двух коор-
динатных плоскостях с точ-
ностью порядка 0,02/300 мм
и на расстоянии с точностью
порядка 0,05—0,07 мм;
4)	расположить плоскую
поверхность под крышку па-
раллельно плоским поверх-
ностям оснований (основной
установочной базе); точность
расстояния — порядка 0,2—
0,5 мм;
5)	расположить торцовые
плоские поверхности перпен-
дикулярно плоским поверх-
ностям основания (основной
установочной и направляющей базам); допуск—порядка 0,02/300мм;
расстояние между торцовыми поверхностями должно быть выдер-
жано в пределах допуска 0,3—0,5 мм;
6)	оси крепежных отверстий под фланцы опор шпинделя рас-
положить перпендикулярно торцовым плоскостям; расстояния до
осей крепежных отверстий выдержать от оси поверхностей от-
верстий под опоры шпинделя с допуском порядка 0,1—0,2 мм;
7)	оси крепежных отверстий под винты, крепящие крышку,
располагать перпендикулярно в двух плоскостях — плоскости под
крышку и на расстояниях от литых кромок корпуса, чтобы по-
лучить переход от формы крышки к форме корпуса; точность раз-
меров — порядка ±о,5-ь±1,0 мм.
Разработка процесса изготовления деталей
511
Выше рассмотрены размерные связи и связи, определяющие
относительные повороты части поверхностей, составляющих кон-
структивные формы корпуса. Аналогичным образом производится
анализ и устанавливаются связи всех остальных поверхностей
корпуса.
Из анализа связей можно сделать следующие выводы: 1) поло-
жение всех плоских поверхностей определяется по отношению
к основным базам корпуса как по размерным связям, так и по
связям, определяющим относительные повороты поверхностей;
2) положение осей отверстий под опоры шпинделя определяется
по отношению к основным базам; 3) положение осей отверстий
опор под другие валики определяется по отношению одних к дру-
гим, связанным с первыми кинематически; 4) положение осей
крепежных отверстий определяется по отношению к ряду ранее
перечисленных плоских и цилиндрических поверхностей. Изло-
женное частично схематически показано на рис. 374.
Из проделанного анализа видно, что точность расположения
отдельных поверхностей (одних относительно других) различна.
Учитывая точность заготовки, можно рассчитать требуемую вели-
чину уточнения 8, которую необходимо обеспечить в результате
обработки каждой из поверхностей детали. Действительно, если,
например, расстояние от оси поверхностей под опоры шпинделя
до основных баз корпуса у заготовки имеет допуск 631 = 7 лш,
а у готовой детали должен быть выдержан допуск 6д1 = 0,05 мм,
то
е1 = |21=	7	=140
О,ио
При допуске на расстояние между осью отверстий под опоры
валйка II к оси отверстий / под опоры шпинделя, равном 0,07 мм,
т. е. при Sd2 — 0,07 мм, и допуске на этот размер у заготовки
бз2 = 5 величина уточнения
„ _§з2__5_ — 71 4
2~	0,07“	’
Установив, таким образом, уточнения, которые необходимо
обеспечить между поверхностями детали в результате их обра-
ботки, т. е. зная задачу, можно перейти к установлению последо-
вательности обработки отдельных поверхностей детали, к выбору
в соответствии с этим технологических баз и к выявлению возмож-
ности совмещения переходов по обработке различных поверхнос-
стей во времени.
Совмещать переходы во времени можно исходя из возможнос-
тей их физического выполнения на одном и том же виде намечае-
мого оборудования.
542
Разработка процесса изготовления машины
Ранее, на стр. 180, указывалось, что точность относительных i
поворотов поверхностей деталей при обработке на станках полу- |
чается в подавляющем большинстве случаев автоматически, в то
время как точность расстояний и размеров достигается путем
настройки. Эти обстоятельства оказывают решающее значение на
установление последовательности обработки поверхностей, так как
для получения точности относительных поворотов используется
принцип единства баз.
Сначала необходимо обработать те поверхности или их соче-
тания, относительно которых большинство других должно занять
положение требуемое служебным назначением. После этого, ис-
пользуя обработанные поверхности в качестве технологических,
а по возможности и измерительных баз, следует обработать дру-
гие поверхности, координируемые относительно них. Наконец надо
произвести обработку остальных поверхностей, которые должны
быть координированы относительно ранее обработанных и обра-
ботку которых физически нельзя совместить во времени.
. В рассматриваемом примере (рис. 368), учитывая изложенное,
необходимо:
1)	обработать в первую очередь и с одной установки поверх-
ности основания корпуса, выполняющие роль двух основных баз
(установочной и направляющей);
2)	используя эти поверхности в качестве технологических и из-
мерительных баз, обработать: а) плоские поверхности, им парал-
лельные (плоскость под крышку, плоские фланцы на передней
и задней стенках); б) плоские поверхности, расположенные перпен-
дикулярно к поверхностям основания корпуса; в) поверхности
отверстий под опоры шпинделя; г) поверхности отверстий под
опоры других валиков, используя преимущества координатного
метода достижения точности расположения осей отверстий (см.
стр. 152); д) поверхности отверстий под опоры валиков, оси кото-
рых расположены перпендикулярно оси отверстий опор под шпин-
дель;
3)	использовать поверхности основных баз в качестве техно-
логических для получения точности относительных поворотов осей
крепежных отверстий; использовать другие поверхности, относи-
тельно которых оси крепежных отверстий должны располагаться
на требуемых расстояниях, в качестве технологических баз для
получения требуемой точности их расстояний; обработать крепеж-
ные отверстия на основных базах, на передней и задней стенках,
для крепления крышки, на фланцах торцовых поверхностей; с од-
ной установки нарезать резьбу в обработанных крепежных отвер-
стиях каждой из групп.
Для обработки поверхностей основания корпуса, руководству-
ясь соображениями о выборе технологических баз для первой
Разработка процесса изготовления деталей
513
операции (см. стр. 187), в качестве таковых следует использовать;
поверхность под крышку (установочная технологическая база),
образующие двух отверстий под опоры шпинделя (направляющая
база) и торцовую поверхность передней стенки корпуса (опорная
база).
Из сказанного видно, что установление последовательности
обработки поверхностей тесно связано с правильным выбором
технологических измерительных баз.
Ряд подлежащих обработке поверхностей расположен обычно
на различных стенках корпуса и поэтому их приходится обраба-
тывать с различных установок детали. Последовательность их
обработки может быть различной. Этот вопрос решается с учетом
ряда соображений. Например, в первую очередь стремятся обра-
ботать те из поверхностей, на которых могут обнаружиться ли-
тейные пороки (раковины, пустоты), чтобы не затрачивать беспо-
лезно труд на обработку других поверхностей из-за возможного
брака детали по дефектам литья. Последовательность обработки
может быть обусловлена также желанием обеспечить возможно
меньшее число перестановок и поворотов детали.
Наметив последовательность обработки поверхностей детали
и возможность совмещения переходов по обработке различных
поверхностей, следует выбрать способ и средства обработки, опреде-
лить количество переходов технологического процесса, необходимых
для того, чтобы перейти от заготовки к готовой детали и затем ском-
поновать из переходов операции.
Выбор способов обработки и количества необходимых перехо-
дов. После предварительной наметки последовательности обработки
всех поверхностей детали следует выбрать способы и средства
обработки каждой из них и определить количество переходов,
необходимых для экономичного превращения заготовки в готовую
деталь.
На выбор способов, средств и количества переходов оказывают
влияние следующие основные факторы: 1) требования к качеству,
которым должна отвечать готовая деталь; 2) требуемые величины
уточнения ех, которые необходимо обеспечить в результате обра-
ботки каждой из поверхностей деталей; 3) количество поверхнос-
тей, подлежащих обработке, и их относительное расположение
на детали (соосно, на различных станках или одной и т. д.); 4) ве-
личина уточнений е, даваемых различными технологическими сис-
темами при экономичной обработке деталей; 5) расчетные допуски
по всем характеристикам качества, которым должны отвечать за-
готовки или детали, поступающие на оборудование, при помощи
которого осуществляются тот или иной способ обработки (напри-
мер, фрезерование, строгание, сверление), назовем «входными» до-
пусками; 6) технико-экономические" показатели, характеризующие
544
Разработка процесса изготовления машины
каждый способ обработки; 7) количество деталей, подлежащих из-
готовлению в единицу времени и по неизмеряемому чертежу.
Учитывая все изложенное, при выборе способов обработки
каждой из поверхностей детали (или сочетаний поверхностей)
следует найти такой способ, который позволил бы экономично
осуществить непосредственный переход от заготовки к готовой де-
тали при обработке каждой из поверхностей, т. е. обеспечить полу-
чение требуемой величины уточнения 8. При этом желательно,
чтобы все или возможно большее число поверхностей детали обра-
батывались одним способом. Это позволит совместить наибольшее
количество переходов во времени, уменьшить количество операций,
сократить трудоемкость, цикл и себестоимость обработки.
Поскольку в результате обработки каждой из поверхностей
необходимо обеспечить получение своей величины уточнения 8,
то при выборе способа обработки необходимо найти такой способ,
который мог бы обеспечить наибольшую из всех величин уточнения
одновременно обрабатываемых поверхностей. При соблюдении этого
условия на всех остальных поверхностях получится требуемая ве-
личина уточнения.
Если такого способа обработки и оборудования подобрать
нельзя, тогда приходится выбирать ряд способов, произведение
уточнений которых давало бы наибольшую из требуемых величин
уточнения 8 совместно обрабатываемых' поверхностей детали.
Поскольку требуемую величину уточнения 8 можно получить
сочетанием различных способов обработки, осуществляемых на
различном оборудовании, как это видно из равенства (78), то не-
обходимо из равнозначных, с точки зрения обеспечения требуемой
величины уточнения 8, вариантов выбрать тот, который дает наи-
меньшую себестоимость.
Рассмотрим в качестве примера выбор способов обработки и
установления количества, необходимых для обработки большого
количества гладких цилиндрических валиков диаметром d = 25 мм,
длиной L ~ 60 мм с допуском на диаметр 6д = 2-т-З мк, с отклоне-
ниями формы, не выходящими за пределы допуска на диаметр
и с чистотой поверхности по 12-му классу.
Учитывая большое количество и конструктивные особенности
валиков, выберем в качестве заготовки калиброванный прутковый
материал. Допуск на диаметральный размер материала равен
6заг=0,280 мм, Следовательно, для получения валиков с требуемой
точностью диаметрального размера необходимо в результате об-
работки обеспечить получение уточнения.
Ьзаг 280 1ЛА
e*=i?=^-=140
и чистоты поверхности по 12-му классу.
Разработка процесса изготовления деталей
545
Анализ существующих способов, обеспечивающих получение
требуемого класса чистоты, позволяет выбрать два способа: супер-
финиш и притирку.
Суперфиниш, обеспечивая требуемую шероховатость поверхности,
практически не позволяет по своей природе получить требуемое
уточнение 6^ = 140 для достижения точности диаметрального раз-
мера и формы валиков.
Притирка в отличие от суперфиниша позволяет получить эко-
номично не только требуемую шероховатость поверхности, но
и точность размера формы в пределах требуемых допусков при
условии, что поступающие на притирку детали имеют припуск
на обработку не более 5—20 мк на диаметр (для стали) при откло-
нениях формы в пределах допуска 62 = 15 мк. Другими словами,
притирка экономично может дать уточнение, равное
е1 = ^ = ^ = 7,5.
Сопоставляя эту величину с требуемой ед = 140, видим, что
осуществить переход от заготовки к готовой детали путем одного
способа обработки не представляется возможным. Необходимо найти
еще один или несколько способов обработки, которые бы обеспе-
чили получение оставшейся величины уточнения
Ел 140	1 о z?
^=е;=7^=18’6-
Для обработки калиброванных прутков можно использовать
бесцентровое шлифование, которое при допуске на диаметр ка-
либрованных прутков при их экономичной обработке может обес-
печить уточнение, равное
„ _$заг__280_q о
s~ “100 - ,б’
где 8Ш = 100 мк — допуск на точность диаметральных размеров
прутков, обрабатываемых бесцентровым шлифованием. Как видно,
величина уточнения двух намеченных процессов получается равной
е4 = 81.83 = 7,5 • 2,8 — 21
вместо требуемого = 140. Следовательно, между притиркой и
бесцентровым шлифованием необходимо ввести еще один способ
обработки, который давал бы уточнение
8х 140 с о
8» = ^=2Г^6’8*
В качестве такого способа может быть использована предвари-
тельная притирка, которая позволяет экономично обеспечить тре-
буемую величину уточнения е5!=«6,8 при деталях, поступающих
546
Разработка процесса изготовления машины
с отклонениями по диаметральному размеру, не выходящими за
пределы допуска 8’ш = 0,1 мм, что обеспечивается предшеству-
ющим бесцентровым шлифованием.
Таким образом, для получения требуемой точности валик должен
пройти четыре операции: 1) бесцентровое шлифование, обеспечиваю-
щее уточнение е3 = 2,8; 2) разрезку прутков на валики требуемой
длины; 3) предварительную притирку, дающую уточнение е5 = 6,8;
4) окончательную притирку, дающую уточнение ej = 7,5.
В результате обработки общее уточнение получается равным
8д = 838б81=:2»8*6,8-7,5= 142,8,
т. е. даже несколько больше требуемого уточнения е# = 140.
Таким образом, намеченный технологический процесс обеспе-
чит требуемую точность валиков по всем показателям точности
(размеру, форме и шероховатости поверхности).
Установив последовательность обработки поверхностей и выбрав
способ обработки и необходимое оборудование и другие виды тех-
нологической оснастки и инструмента, производят расчет припусков
на обработку и межпереходных размеров в соответствии с методикой,
изложенной выше на стр. 314—320.
Формирование операций и выбор вариан-
та технологического процесса изготовле-
ния детали. Наметив последовательность обработки поверхностей
детали, количество переходов, способы их выполнения и необхо-
димое для этого оборудование, можно приступить к формированию
всех операций технологического процесса обработки детали.
Формирование операций для поточных видов производства дол-
жно быть подчинено получению трудоемкости каждой операции,
равной или кратной такту.
При этом желательно (хотя и не обязательно), чтобы станко-
емкость каждой операции по возможности была равна или кратна
такту, что, как известно, позволяет лучше использовать оборудо-
вание по времени, иными словами, повысить коэффициент использо-
вания оборудования.
Переходы, в которых удельное значение машинного времени
достаточно велико, следует формировать в операции с расчетом
возможности обслуживания одним рабочим нескольких станков или
даже различных видов оборудования (станков, моечных машин,
нагревательных устройств).
При больших количествах деталей, подлежащих изготовлению,
экономично использовать наиболее производительные вида обору-
дования, автоматы и автоматические линии, позволяющие вести
обработку с максимальной концентрацией переходов в одной опе-
рации и максимальным совмещением их по времени.
Разработка процесса изготовления деталей
547
С уменьшением количества деталей, подлежащих изготовлению,
в целях использования наиболее производительного и точного обо-
рудования применяют, как указывалось выше, групповые потоки
или групповую обработку деталей. В этих случаях формирование
операций ведется путем включения в них переходов, при помощи
которых решаются аналогичные задачи у разных деталей одной
группы.
Существенное влияние на формирование' операций оказывают
условия, в которых должен выполняться технологический процесс.
Если технологический процесс разрабатывается для действующего
завода, при формировании операции приходится учитывать имею-
щееся на заводе оборудование, его загрузку деталями других изде-
лий и перспективы модернизации оборудования и замены или попол-
нения его новым. При разработке технологического процесса для
нового завода, когда можно выбирать новое оборудование, задача
формирования операции решается проще. В этих случаях обору-
дование подбирается из условий наиболее экономичного изготовле-
ния деталей.
На формирование операции оказывают влияние существующая
и намечаемая организация и система планирования производства
и ряд других факторов.
Выше указывалось, что выполнение каждого перехода и фор-
мируемых из переходов операций может осуществляться различными
способами, следовательно, с использованием различных типов обо-
рудования, инструмента, приспособлений и другой технологической
оснастки.
Таким образом, при формировании операций и технологического
процесса изготовления детали, начиная от полуфабриката и кончая
готовой деталью, может быть разработано несколько равнозначных,
в смысле достижения требуемого качества детали, вариантов тех-
нологических процессов. Естественно, что из них путем надлежа-
щих расчетов должен быть выбран вариант, при котором получается
наиболее низкая себестоимость изготовления детали.
Изложенная выше последовательность разработки технологичес-
кого процесса изготовления детали представляет собой первое при-
ближенное решение сложной комплексной задачи, требующей твор-
ческого труда, глубоких знаний и широкого кругозора.
Наличие этих данных позволяет творчески решать рассматри-
ваемую задачу путем одновременного и комплексного продумывания
всех входящих в нее вопросов с учетом всего комплекса факторов
и в результате находить наиболее экономичный процесс изготовле-
ния детали, отвечающей всем требованиям ее служебного назна-
чения.
При разработке технологических процессов изготовления деталей
следует в самых широких пределах использовать типовые техноло-
548
Разработка процесса изготовления машины
гические процессы, опыт заводов, справочную и периодическую
литературу, различного рода нормативы и опыт людей, непосред-
ственно занятых выполнением техноло-
Рис. 369. Пример техничес-
кого задания на проектиро-
вание приспособления
гических процессов. При этом не следует
забывать о быстром развитии науки и
техники, создании новых методов и
средств выполнения технологических
процессов, разработке принципиально
новых технологических процессов и со-
вершенствовании существующих. Непре-
рывное движение вперед должно быть
руководящим направлением и основой
разработки любого технологического
процесса.
После того как технологические про-
цессы разработаны, обычно производятся
планировка оборудования и разработка
организации рабочих мест, определение необходимых для этого
транспортных и подъемных средств и другого потребного оборудо-
вания, облегчающего труд человека.
Рис. 370. Общий вид приспособления, сконструированного на основе
технического задания
Разработка процесса изготовления деталей
549
Документация. Каждый технологический процесс изготовления
детали оформляется в виде необходимой для его выполнения доку-
ментации. Документация должна быть простой и понятной.
Основным документом является карта технологического про-
цесса, в которой наряду с перечнем операций и переходов указы-
ваются межпереходные размеры и допуски, необходимые для выпол-
нения технологического процесса, оборудование, приспособления,
рабочий режущий и измерительный инструмент, режим работы,
потребное для выполнения работы подготовительно-заключительное
и штучное время, разряд работы и расценки. К этому добавляются
все другие данные, характеризующие материал детали и его каче-
ство, номер чертежа детали, количество деталей в партии и др.
В зависимости от количества деталей, подлежащих изготовле-
нию, документация принимает различные формы. Например, для
сложных операций иногда разрабатываются инструкционные карты
и эскизы, показывающие все переходы, составляющие операцию
и их последовательность.
Одновременно с разработкой технологического процесса разра-
батываются технические задания на разработку конструкций специ-
ального оборудования, приспособлений, режущего и измерительного
инструмента, штампов. В качестве примера на рис. 369 показано
одно из технических заданий на конструирование приспособлений.
В техническом задании задаются принципиальная схема базиро-
вания, закрепления, межпереходные размеры и т. д. На рис. 370 дан
общий вид приспособления, сконструированного по этому заданию.
При разработке форм и количества технологической докумен-
тации необходимо постоянно помнить, что стоимость ее разработки
не должна превышать стоимость изготовления деталей и оставлять
достаточное время персоналу для творческой работы.
ЛИТЕРАТУРА
1.	Балакшин Б. С. Роль размерных цепей и компенсаторов при конструи-
ровании машин. «Машиностроитель», 1933, № 10.
2.	Балакшин Б. С. К вопросу о точности машин. Повышение производи-
тельности труда и точности обработки металлов. (Мосстанкин). М., Машгиз,
1953.
3.	Б а л а к ш и н Б. С. Размерные цепи и компенсаторы. И., Госмашметиз-
дат, 1934.
4.	Б а л а к ш и н Б. С. Размерные цепи. Основные понятия и определения.
М., ЦБТИ, 1954.
5.	Бородачев Н. А. Обоснование методики расчета допусков и ошибок
кинематических цепей. М., Академиздат, 1943.
6.	БалакшинБ. С. К вопросу о выборе баз. «Вестник машиностроения»,
1943, № 3.
7.	Я х и н А. Б. Проектирование технологических процессов механической
обработки. М. Оборонгиз, 1946.
8.	Н о в и к о в М. П. Основы технологии сборки машин и механизмов. М.#
Машгиз, 1962.
9.	Балакшин Б. С. Использование теории размерных цепей при разра-
ботке и выполнении технологических и производственных процессов сборки.
Современные направления в области технологии машиностроения. М., Маш-
гиз, 1957.
10.	Балакшин Б. С. Технология станкостроения. М., Машгиз, 1949.
11.	Грановский Г. И., Трудов П. П., К р и Д о у х о в В. А. и др.
Резание металлов. М., Машгиз, 1954.
12.	Б а л а к ш и н Б. С. Новые принципы наладки и подналадки технологиче-
ских процессов. «Вестник машиностроения», 1957, № 1.
13.	В о т и н о в К. В. Временная инструкция по изучению и повышению жест-
кости узлов станка. ЭНИМС, 1936.
14.	Д р о з д о в Н. А. К вопросу о вибрациях станка при токарной обработке.
«Станки и инструмент», 1937, № 22.
15.	Каширин А. И. Исследование вибраций при резании металлов. АН
СССР, 1944.
Литература
551
16.	Соколовский А. П. Научные основы технологии машиностроения.
М., Машгиз, 1955.	-
17.	Кудинов В. А. Теория вибраций при резании. Сб. «Передовая техно-
логия машиностроения». М., АН СССР, 1955.
18.	Т л у с т ы й И. Автоколебания в металлорежущих станках. М., Машгиз,
1956.
19.	С о к о л о в Ю. Н. Исследование и расчет температурных полей и темпера-
турных деформаций металлорежущих станков. ЭНИМС, 1955.
20.	Смирнов В. Э. и Решетов Д. Н. Влияние тепловых деформаций на
точность металлорежущих станков. «Станки и инструмент», 1952, № 1.
21.	Исаев А. И. Процесс образования поверхностного слоя при обработке*
металлов резанием. М., Машгиз, 1950.
22.	ЯхинА. Б. и Е ф и м о в П. В. Технология приборостроения. М., Оборон-
гиз, 1955.
23.	Альтшуллер А. Н. Автоматическое регулирование размеров малыми
импульсами при обработке резанием. Сб. «Автоматизация технологических
процессов в машиностроении». М., АН СССР, 1956.
24.	Самоподнастраивающиеся станки. Управление упругими перемещениями на
станках. М., Изд-во «Машиностроение», 1967.
25.	П л о т к и н И. Б. Операционные припуски и допуски на механическую
обработку. М., Машгиз, 1947.
26.	К о в а н В. М., Корсасаев В. С., Косилова А. Г. и др. Основы
технологии машиностроения. М., Изд-во «Машиностроение», 1965.
27.	К о в а н В. M/Расчет припусков на обработку в машиностроении. М., Маш-
гиз, 1953.
28.	М а т а л и н А. А. Качество поверхности и эксплуатационные свойства
деталей машин. М., Машгиз, 1956.
29.	П а н к и н А. В. Обработка металлов резанием. М., Машгиз, 1961.
30.	Г о р ш у и о в М. Д. Пути экономии металла. Сб. «Передовой опыт эконо-
мии черных металлов». Ред. издат. сектор Госплана СССР, 1952.
31.	М а к с а р е в Ю. Т. Технический прогресс промышленности СССР в 1959—
1965 гг. Изд-во «Знание», 1959.
32.	Глейзер Л. А. Автоматизация станков для мелкосерийного производ-
ства. Сб. «Автоматизация технологических процессов». М., ВНИТОМАШ, •
1951.
33.	Митрофанове. П. Научные основы групповой технологии. Лениздат,
1959.
34.	Б а л а к ш и н Б. С. Некоторые теоретические вопросы автоматизации
сборки машин. «Вестник машиностроения», 1962, № 12.
35.	Труды Ленинградской конференции по типизации технологических процес-
сов. М., Машгиз, 1939.
36.	Д е м ь я н ю к Ф. С. Технологические основы поточно-автоматизированного
производства. М., «Высшая школа», 1965.
37.	Балакшин Б. С. Технологичность конструкции и сокращение циклов
освоения. «Машиностроение», 1940, № 85, 12. IV.
552	Литература
38.	Каменев П. В. Пути приближения формы и размеров поковок (загото-
вок) к форме и размерам деталей. ЛДНТП, 1956.
39.	Ш е с т о п а л В. М. Литье в станкостроении. М., Машгиз, 1949.
40.	Ц е л и к о в А. И. Автоматизация технологических процессов в машино-
строении путем применения прокатки. Сб. «Автоматизация технологических
процессов в машиностроении. Горячая обработка металлов». М., АН СССР,
1955.
41.	Ч а р н к о Д. В. Основы выбора технологического процесса механической
обработки. М., Машгиз, 1963.
ПРЕДМЕТНЫЙ
УКАЗАТЕЛЬ
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Автоматизация технологических про-
цессов 385
Автоматическая сборочная машина
396
Аналитически расчетный метод нор-
мирования 336
Б
Базирующие поверхности — базы 29
В
Величина замыкающего звена раз-
мерной цепи 64—65
Виброгаситель ударного действия
254—255
Внутренние напряжения 266
Временная цепь 454
Время, затрачиваемое на операцию
326
Время обслуживания рабочего места
327
Вспомогательные базы детали 30
Вспомогательное время 327
. Г
Габариты для статической настройки
размерных цепей системы СПИД
217
Групповая расстановка оборудования
433
Д
Двойная направляющая 133
Деталь 32
Допуски на приемку готовой машины
45
Ё
Единичное производство 18
3
Закон равной вероятности 75
Звено размерной цепи 59
И
Избирательный закон суммирования
погрешностей 171
Измерительные базы 144
Искатель 400
Исполнительная поверхность 22
Исходное или замыкающее звено раз-
мерной цепи 60
К
Калькуляция 47
Качество машины 38
Класс (машин, сборочных единиц или
деталей) 413
Комбинированный метод 154
Компенсирующее звено размерной
цепи 61
Комплект 33
Конструкторские базы 35
Координатный метод 152
Кратчайшая (основная) размерная
цепь 62
Коэффициент относительной ассимет-
рии 82
Коэффициент риска 96
Л
Литейно-сварные конструкции 497
М
Массовое производство 19
Масштаб выпуска 18
Маятниковая обработка 376
Метод групповой взаимозаменяемо-
сти 100
П редметный указатель
555
Метод неполной (частичной) взаимо-
заменяемости 93
Метод полной взаимозаменяемости 88
Метод пригонки 109
Метод регулировки 116
Метод пробных проходов 279
Монтажные базы детали 35
Моральный износ 346
Н
•
Наибольшая возможная величина
компенсации 110
Наибольшая величина радиального
биения 172
Направляющая база 132
Напуск 503
Настройка системы СПИД 276
Неопределенность базирования 142
Неподвижный компенсатор 117
Непоточный вид производственного
процесса 19
Норма времени 16
Норма выработки 17
О
Оболочковая форма 495
Общее звено размерной цепи 61
Опытный метод нормирования 339
Оперативное время 327
Операция И
Опорная база 133
Определенность базирования 138
Основные базы детали 29
П
Параллельная обработка 379
Параллельно-связанные размерные
цепи 63
Партия 18
Передаточное отношение системы
СПИД 177
Переменно-поточное производство
437
Переход 12
Пескомет 498
Плоская размерная цепь 62
Податливость системы СПИД 238
Подвижный компенсатор 116
Погрешность замыкающего звена раз-
мерной цепи 82—84
Погрешность установки 184
«— статической настройки 185
динамической настройки 185
Подвесной конвейер 449
Подвижная сборка 443
Подкладные штампы 503
Поднастройка малыми импульсами
296
Поднастройка системы СПИД 276
Подузел 33
Позиция 14
Поле рассеяния 67
Поперечно-винтовая прокатка 509
Последовательность разработки тех-
нологического процесса изготовле-
ния машины 462
Поточный вид производственного про-
цесса 19
Правило шести опорных точек 131
Практическая кривая рассеяния 68
Предварительная калькуляция 47
Принцип наикратчайшего пути 86
Принцип равных влияний 90
Программа 17
Производная размерная цепь 63
Производственный процесс 9
Проход 12
Р
Роторная автоматическая линия 392
Расчетная глубина дефектного по-
верхностного слоя 395
Размерная цепь 55
Размер статической настройки 277
Размерный износ инструмента 255
Размер динамической настройки 277
Рабочий прием 15
Рабочий настроечный размер 277
Рабочее место 10
С
Сборочные базы 35
Свободные поверхности детали 30
Серийное производство 18
Серия 17
Скрытая база 135
Служебное назначение машины 21
Смена баз 144
Совмещение переходов 371
Станкоемкость 16
Станки с программным управлением
356
Статический метод нормирования 338
Стационарная поточная форма 444
Стационарная сборка 441
Специальное оборудование, приспо-
собления и инструмент 340
556	Предметный
Спутник 387
Схема сборки 472
Т
Такт выпуска 18
Техническое нормирование 328
Технологический замкнутый участок
434
Технологические базы 144
Технологичная конструкция 424
Технологическая размерная цепь 58
Технологический процесс 10
Типовая деталь 413
Точность детали 39
У
Увеличивающее звено размерной це-
пи 61
Уменьшающее звено размерной цепи
61
Универсальное оборудование, при-
способления и инструмент 340
Унификация машин 347
Узел первого порядка 33
Установка 13
указатель
Установочная база 132
Уточнение расчетное
— фактическое 176
Ф
Формирование операций 546
ц
Центр группирования случайной ве-
личины 70
Цепной метод 150
Цепной конвейр 447
Цикл 17—51
Ч
Число ступеней неподвижных ком-
пенсаторов 123
Ш
Штучное время 327
Э
Эквивалентная сила 230
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение..............................................................  3
Глава 1. Основные понятия и определения................................ 9
Глава 11. Машина как объект производства..........................     21
Служебное назначение машины..................................... 21
Основы разработки конструктивных форм машины и ее деталей ...	23
Качество машины................................................. 37
Точность детали................................................. 39
Точность машины...............................................   42
Другие показатели качества машины...........................     43
Глава 111. Технико-экономические показатели изготовления машины...	47
Себестоимость машины............................................ 47
Трудоемкость единицы продукции ................................. 51
Сокращение цикла................................................ 51
Другие показатели............................................... 53
Глава IV. Основы достижения качества машины........................... 54
Основные виды связей между поверхностями деталей машины . .	54
Основные понятия и определения, относящиеся к теории размерных .
цепей.......................................................... 59
Образование величины замыкающего звена размерной цепи	....	64
Отклонения характеристик качества изделий от требуемых величин	.	66
Влияние действия отдельных факторов на изменения характеристик
качества изделий............................................... 73
Погрешность замыкающего звена размерной цепи ................... 82
Три пути повышения точности............................... 86
Различные методы достижения точности замыкающего звена....	88
Использование рассмотренных методов....................... 127
Основы базирования........................................ 128
Скрытые базы.............................................. 133
Необходимость силового замыкания .............................. 138
558
Оглавление
Сборочные, технологические и измерительные базы............... 143
Смена баз..................................................... 144
Три метода получения и измерения расстояний, размеров и относи-
тельных поворотов поверхностей деталей...................... 150
Принцип единства баз.......................................... 155
Погрешности измерения......................................... 157
Основы достижения точности машины при сборке.................. 162
Глава V. Основы достижения качества деталей машин.................. 176
Сокращение погрешностей установки............................. 187
Сокращение погрешности статической настройки.................. 213
Сокращение погрешности динамической настройки................. 221
Теоретическая диаграмма достижения требуемой точности деталей 274
Настройка и поднастройка системы СПИД......................... 276
Управление упругими перемещениями путем изменения размера ста-
тической настройки .......................................... 303
Управление упругими перемещениями путем изменения размера ди-
намической настройки.................................... 305
Увеличение производительности при управлении упругими переме-
щениями путем изменения подачи............................... 310
Расчет межпереходных размеров и припусков на	обработку ....	312
Обеспечение требуемого состояния поверхностного слоя материала и
шероховатости поверхностей деталей........................... 319
Глава VI. Основы снижения себестоимости машины..................... 325
Расчет себестоимости единицы продукции........................ 325
Сокращение расходов на материалы.............................. 348
Технологические основы увеличения производительности труда . .	354
Автоматизация производства.................................... 384
Типизация технологических процессов........................... 412
Технологичность конструкций машин и деталей................... 419
Обслуживание одним рабочим нескольких единиц оборудования и
совмещение профессий ........................................ 429
Улучшение условий труда и	сокращение утомляемости............. 432
Организационные формы и виды производственных процессов . . .	432
Временные цепи................................................ 454
Сокращение накладных расходов................................. 458
Оглавление	Ы>()
Г лава VH Основы разработки технологического процесса изготовления ма-
шины ........................................................... 4<»<>
Исходные материалы для разработки технологического процесса	.	4<»0
Последовательность разработки технологического процесса изготов-
ления машины.............................................. 462
Изучение служебного назначения машины....................... 463
Намечаемый выпуск машин..................................... 464
Изучение рабочих чертежей машины............................ 465
Основы разработки технологического процесса сборки машин , . .	468
Основы разработки технологических процессов изготовления деталей	486
Литература..........................................................   550
Борис Сергеевич Балакшин
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
МАШИНОСТРОЕНИЯ
Редактор издательства И. И. Лесниченко
Технический редактор Н. В. Тимофеева
Корректор Л<. Л. Суходолова
Переплет художника А. Я. Михайлова
Сдано в производство 4/IV 1969 г. Под-
писано к печати 24/IX 1969 г. Т-13438.
Тираж 100 000 экз. Печ. л. 35,0. Бум. л.
17.5. Уч.-изд. л. 34,5. Формат 60х90’/1б.
Цена 1 р. 31 к. Зак. № 631
Издательство «Машиностроение»,
Москва, Б-66, 1-й Басманный пер., 3
Отпечатано с матриц Ордена Трудового
Красного Знамени Ленинградской типогра-
фии № 1 «Печатный двор» им. А. М. Горь-
кого на Ярославском полиграфкомбинате
Главполиграфпрома Комитета по печати
при Совете Министров СССР. Ярославль,
ул. Свободы, 97.