/
Текст
основы
ТЕХНОЛОГИИ
МАШИНОСТРОЕНИЯ
Под редакцией заслуженного деятеля науки
и техники РСФСР проф. д-ра техн, наук В. С. КОРСАКОВА
Издание 3-е, дополненное и переработанное
Допущено Министерством высшего и среднего специального
образования СССР в качестве учебника для студентов
машиностроительных специальностей вузов
Москва- «МАШИНОСТРОЕНИЕ» • 1977
•" h -Mbs- . «
6П5.4
075
УДК 621.9(075.8)
Авторы: В. М. КОВАН, В. С. КОРСАКОВ, А. Г. КОСИЛОВА,
М. А. КАЛИНИН, Н. М. КАПУСТИН, М. Д. СОЛОДОВ
Рецензент кафедра «Технология машиностроения»
Московского автомеханического института
Основы технологии машиностроения. Под ред.
075 В. С. Корсакова. Изд. 3-е, доп. и перераб. Учебник
для вузов. М., «Машиностроение», 1977
416 с.
На обороте тит. л. авт.: В. М. Кован, В. С. Корсаков,
А. Г. Косилова и другие.
В учебнике изложены основные положения технологии машиностро-
ения. Освещены вопросу точности обработки и сборки, влияния качест-
ва поверхностей деталей машин на их эксплуатационные свойства,
технологичности конструкции изделий и рационального выбора заго-
товок. Дана методика построения высокопроизводительных и экономич-
ных технологических процессов. Приведены технологические характери-
стики основных методов выполнения и последующей обработки заго-
товок и сборки. Рассмотрены вопросы автоматизации проектирования
технологических процессов на ЭВМ.
Учебник предназначен для студентов машиностроительных специ-
альностей вузов.
31200-074 6П5.4
О --------74-77
038(01)-77
Научная библиотека ХГТУ
°u'llllllllllllllllli
ПРЕДИСЛОВИЕ
В отличие от ранее изданных учебников по основам технологии
машиностроения для специальности «Технология машиностроения,
металлорежущие станки и инструменты» в третьем издании учеб-
ника содержатся более подробные сведения о построении техноло-
гических процессов, технологическом обеспечении заданного ка-
чества машин, снижении трудоемкости и себестоимости их изготов-
ления. В учебнике значительное место отведено технологическим
характеристикам традиционных и новых прогрессивных методов
выполнения заготовок, обработки и сборки, необходимых для их
обоснованного выбора при проектировании технологических про-
цессов. Учебник содержит новый материал по проектированию
технологических процессов на электронных вычислительных маши-
нах (ЭВМ); в специальной части рассмотрена технология произ-
водства типовых деталей и сборки типовых соединений машин,
а также вопросы, отражающие особенности и направления авто-
матизации технологических процессов механосборочного произ-
водства.
Технологическая подготовка инженеров по указанной специаль-
ности осуществляется за период обучения студентов путем про-
работки курсов «Технология конструкционных материалов», «Ма-
териаловедение», «Взаимозаменяемость, стандартизация и тех-
нические измерения», цикла дисциплин по профилю этой специаль-
ности (теория резания и режущие инструменты, металлорежущие
станки, технология машиностроения, основы конструирования
приспособлений и др.), прохождения технологической практики,
выполнения курсового технологического и дипломного проектов.
Курс технологии машиностроения, читаемый в политехнических
и отраслевых машиностроительных вузах, содержит основы тех-
нологии машиностроения и специальную часть. В основах техно-
логии машиностроения излагаются общие и принципиальные поло-
жения курса технологии машиностроения, справедливые для всех
отраслей машиностроения. В специальной части рассматривается
технология производства машин в различных отраслях.
В ряде отраслевых вузов основы технологии машиностроения
излагаются применительно к данной отрасли машиностроения
(производство авиадвигателей, автомобилей, металлорежущих стан-
1* 3
ков, сельхозмашин, судов), с более полным отражением ее спе-
цифики и в меньшей степени особенностей других отраслей, что
вызывается необходимостью подготовки инженеров-технологов уз-
кого профиля.
Данный учебник содержит широкую трактовку основ техноло-
гии машиностроения; это расширяет кругозор студента, позволяет
ему критически оценивать существующую технологию и использо-
вать достижения других отраслей машиностроения. Учебник может
быть использован студентами при выполнении технологического
курсового и дипломного проектов. Он содержит методические ука-
зания и расчетные материалы по проектированию технологических
процессов. Курс «Основы технологии машиностроения» сопровож-
дается лабораторными работами, экспериментально подтверждаю-
щими положения технологии машиностроения.
Как показал опыт преподавания в МВТУ им. Н. Э. Баумана,
на основы технологии машиностроения целесообразно отводить
50—60% лекционного времени и отражать в них общие принципы
и закономерности построения технологии для всех отраслей маши-
ностроения. В специальной части курса необходимо давать фак-
тический и перспективный материал по технологии производства
машин данной отрасли, анализируемый и критически оценивае-
мый на базе основ технологии машиностроения. В связи с этим
учебную литературу по технологии машиностроения целесообразно
издавать раздельно по основам технологии машиностроения и
по отраслевой (специальной) технологии. При подготовке настоя-
щего учебника авторы придерживались изложенной точки зрения,
обращая основное внимание на технологическое обеспечение ка-
чества изделий, теорию построения и расчеты технологических
процессов, оценку технологичности конструкций проектируемых
машин, а также прогрессивную технологию производства элемен-
тов машин общего назначения.
При написании учебника использованы достижения отечествен-
ной и зарубежной науки и техники. Отражены ближайшие пер-
спективы развития технологии машиностроения.
ВВЕДЕНИЕ
Л\ашиностроение является важнейшей отраслью промышлен-
ности. Его продукция — машины различного назначения постав-
ляются всем отраслям народного хозяйства. Рост промышлен-
ности и народного хозяйства, а также темпы перевооружения
их новой техникой в значительной степени зависят от уровня
развития машиностроения.
Партия и правительство на всех этапах строительства комму-
нистического общества уделяют большое внимание развитию оте-
чественного машиностроения, подготовке инженерно-технических,
научных и педагогических кадров для этой ведущей области. Важ-
ное место отводится машиностроению и в перспективных планах
развития народного хозяйства на ближайшее будущее.
В СССР создана мощная машиностроительная промышленность,
обеспечивающая все отрасли высокоэффективным оборудованием.
Ее непрерывное развитие обусловило достижение высокого уровня
ряда производств в нашей стране. Советские технологи-машино-
строители выполнили большую работу ио совершенствованию
производства машин различного назначения, а советские ученые
внесли значительный вклад в развитие и формирование техноло-
гической науки. Перед технологами-машиностроителями стоят
задачи дальнейшего повышения качества машин, снижения трудо-
емкости, себестоимости и материалоемкости их изготовления,
внедрения поточных методов работы, механизации и автоматиза-
ции производства, а также сокращения сроков подготовки произ-
водства новых объектов.
Технический прогресс в машиностроении характеризуется не
только улучшением конструкций машин, но и непрерывным совер-
шенствованием технологии их производства. Важно качественно,
дешево и в заданные плановые сроки с минимальными затратами
живого и овеществленного труда изготовить машину, применив
высокопроизводительное оборудование, технологическую оснастку,
средства механизации и автоматизации производства. От принятой
технологии производства во многом зависит надежность работы
выпускаемых машин, а также экономика их эксплуатации. Совер-
шенствование технологии машиностроения определяется потреб-
ностями производства необходимых обществу машин. Развитие
5
новых прогрессивных технологических методов способствует кон-
струированию более совершенных машин, снижению их себестои-
мости и уменьшению затрат труда на их изготовление.
Массовый выпуск машин стал возможен в связи с развитием
высокопроизводительных методов производства, а дальнейшее по-
вышение быстроходности, точности, мощности, рабочих давлений
и температур, коэффициента полезного действия, износостойкости
и других показателей работы машин было достигнуто в результате
разработки новых технологических методов и процессов. Общая
компоновка и конструктивное оформление машины влияют на тех-
нологию ее производства. Конструкцию машины нельзя разраба-
тывать без учета технологии ее изготовления.
Совершенство конструкции машины характеризуется ее соот-
ветствием современному уровню техники, экономичностью в экс-
плуатации, а также тем, в какой мере учтены возможности исполь-
зования наиболее экономичных и производительных технологи-
ческих методов ее изготовления применительно к заданному
выпуску и условиям производства. Конструкцию машины, в кото-
рой эти требования учтены, называют технологичной. Улучшая
технологичность конструкции, можно увеличить выпуск продук-
ции при тех же средствах производства и сократить себестоимость
ее изготовления. Недооценка технологичности конструкции часто
приводит к корректировке рабочих чертежей изделия после их
составления, к удлинению сроков подготовки и дополнительным
затратам производства. Недостаточная технологичность конструк-
ции изделий — большое препятствие на пути автоматизации их
производства.
Актуальна задача повышения технологического обеспечения
качества производимых машин, и в первую очередь их точности.
Точность в машиностроении имеет большое значение для повыше-
ния эксплуатационного качества машин и для технологии их про-
изводства. Повышение точности изготовления заготовок снижает
трудоемкость механической обработки, а повышение точности
механической обработки сокращает трудоемкость сборки в резуль-
тате устранения пригоночных работ и обеспечения взаимозаменяе-
мости деталей изделия. При автоматизации производства необхо-
димое качество продукции должно получаться в результате устой-
чивой и надежной работы технологического оборудования. С раз-
витием автоматизации производства задача получения продукции
высокого качества становится все более актуальной. Ее решение
должно базироваться на исследовании технологических факто-
ров, влияющих на точность, а также на применении новых прогрес-
сивных технологических методов и процессов. Установление за-
данной точности — ответственная задача конструкторов, а ее тех-
нологическое обеспечение при наименьших затратах — основная
задача технолога. Точность должна назначаться на основе ана-
лиза условий работы машины с учетом экономики ее изготовления
и последующей эксплуатации.
6
Предметом технологии машиностроения является учение об изго-
товлении машин заданного качества в установленном программой
выпуска количестве при наименьших затратах материалов, мини-
мальной себестоимости и высокой производительности труда,
облегченного в максимальной степени и безопасного.
Одной из главных задач технологии машиностроения является
изучение закономерностей протекания технологических процессов
и выявление параметров, воздействуя на которые можно интенси-
фицировать производство и повысить его точность. Знание этих
закономерностей является основным условием рационального про-
ектирования технологических процессов и применения электрон-
ных вычислительных машин, обеспечивающих сокращение сроков
проектирования, облегчение труда технологов, и получение опти-
мальных вариантов проектируемых технологических процессов.
Лишь на базе этих закономерностей может решаться задача авто-
матизации производства. В каждом конкретном случае принятый
вариант автоматизации должен подтверждаться точными техноло-
гическими и экономическими расчетами.
В период научно-технической революции и при высоких тем-
пах технического прогресса важное значение имеет всемерное уско-
рение технологической подготовки производства новых объектов.
Эта задача может быть решена путем разработки и широкого исполь-
зования типовых технологических процессов, применения гибких
быстропереналаживаемых средств производства, нормализован-
ной и обратимой оснастки. При проработке курса «Основы техно-
логии машиностроения» студенты получают знания, необходимые
для повседневной творческой работы в области построения новой
прогрессивной технологии, автоматизации производства, а также
создания конструкций машин, позволяющих применить при их
изготовлении высокопроизводительные технологические методы.
В отличие от курса «Технология конструкционных материалов»
в курсе «Основы технологии машиностроения» не рассматривается
сущность технологических методов, а дается сравнительная харак-
теристика для их выбора и целесообразного применения при по-
строении технологических процессов в зависимости от конкретных
условий производства. На базе курса «Основы технологии машино-
строения» строятся курсы «Основы конструирования приспособле-
ний», «Технология производства машин», «Автоматизация произ-
водственных процессов», а также курс «Основы проектирования
машиностроительных цехов и заводов».
Технология машиностроения как научная дисциплина возникла
в СССР в 20-х годах в связи с быстрым ростом отечественного маши-
ностроения. Ее развитие — заслуга советских ученых, инженеров
и новаторов производства. Созданию этой дисциплины способство-
вали труды русских ученых И. А. Тиме и А. П. Гавриленко.
Дальнейшее формирование и развитие этого предмета отражено
в трудах Н. А. Бородачева, Ф. С. Демьянюка, А. И. Каширина,
В. М. Кована, Э. А. Сателя, А. П. Соколовского, А, Б, Яхина,
7
Б. С. Балакшина, М. Г. Егорова, А. А. Зыкова, С. А. Картавова,
М. В. Касьяна, В. И. Комиссарова, А. А. Маталина, С. П. Ми-
трофанова, М. П. Новикова, Ю. Г. Проскурякова, А. В. Подзея,
П. И. Ящерицына и других советских ученых.
В технологии машиностроения наряду с отражением передо-
вого производственного опыта и результатов специальных техно-
логических исследований широко используются теоретические и
прикладные науки; их положения синтезируются применительно
к решению общих и конкретных технологических задач.
На современном этапе развития технологии трудно сосредото-
чить всю совокупность непрерывно расширяющихся знаний во всех
областях производства машин в рамках одной специальности.
Поэтому в машиностроении имеют самостоятельное значение такие
специальности, как технология литейного производства, техно-
логия ковки и штамповки, технология сварки, технология терми-
ческой обработки, технология нанесения покрытий.
В технологии машиностроения решаются задачи, относящиеся
к конечным этапам производства машин — механической обра-
ботке заготовок и сборке машин. Эти процессы взаимосвязаны и
наиболее трудоемки (80—90% всей трудоемкости изготовления
изделия). По своему значению они являются определяющими во всем
процессе производства машин. Технолог заготовительных и спе-
циальных цехов не может решать свои задачи изолированно. Исход-
ные данные для работы он получает от технолога механосбороч-
ного цеха, который организует и координирует все технологические
разработки для производства данных машин, согласуй неясные
вопросы с конструктором изделия.
В СССР планомерно осуществляется унификация и стандарти-
зация изделий машиностроения, развивается специализация их
производства. Это позволяет шире применять поточные методы
работы и средства автоматизации производства.
Создание непрерывных производств с их полной или частичной
автоматизацией обусловливает включение в потоки механической
обработки и сборки разнородных технологических процессов (литья,
обработки давлением, термической обработки и пр.). Это опреде-
ляет комплексность технологии машиностроения и тесную связь
различных технологических областей. Нельзя также решать тех-
нологические задачи без учета организации и экономики произ-
водства.
Как прикладная наука технология машиностроения имеет боль-
шое значение в подготовке специалистов для машиностроительной
промышленности. Она вооружает их знаниями, необходимыми для
повседневной и творческой деятельности по разработке прогрес-
сивной технологии и созданию конструкций машин, позволяющих
применить при их производстве высокопроизводительные техно-
логические методы.
ГЛАВА I
ЗНАЧЕНИЕ, СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
И ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ
§ 1. НАРОДНОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ
И ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА МАШИН
Качество производимых машин имеет большое народнохозяй-
ственное значение. От него в большой степени зависит экономиче-
ская эффективность использования новой техники в различных
отраслях промышленности и народном хозяйстве. Качество машин
закладывается в их конструкцию при проектно-конструкторских
разработках, обеспечивается на заданном уровне в производстве
и поддерживается в течение определенного времени в эксплуатации.
По ГОСТ 15467—70 под качеством промышленной продукции
понимается совокупность свойств, обусловливающих ее пригод-
ность удовлетворять определенные потребности в соответствии
с ее назначением. Качество машин характеризуется системой пока-
зателей. Каждый показатель качества дает количественную харак-
теристику, которая изменяется в зависимости от служебного назна-
чения машины. Качество промышленной продукции регламенти-
руется ГОСТ 16456—70, 15895—70, 16949—71, 16431—70, 17341—71,
16035—70, 16504—74, 17102—71 и др.
К наиболее важным относятся эксплуатационные показатели:
технологический уровень машины, ее надежность, эргономическая
и эстетическая характеристики. Технический уровень (мощность,
к. п. д., производительность, точность работы, степень автомати-
зации, экономичность и др.) определяет степень совершенства
машины. Его можно оценивать в абсолютных и относительных еди-
ницах. Эти показатели используют при сопоставлении качества
производимых машин лучших отечественных и зарубежных образ-
цов. В некоторых случаях применяют интегральный (комплексный)
показатель. Он может, в частности, отражать отношение общего
полезного эффекта от эксплуатации машины к суммарным затратам
па ее создание и эксплуатацию. Технический уровень машины за-
висит не только от ее конструкции, но и от технологии ее изго-
товления.
Надежность является комплексным свойством, которое включает
безотказность, долговечность, ремонтопригодность, а также сохра-
няемость, под которым понимают свойство машины сохранять исправ-
ное и работоспособное состояние в течение определенного промежут-
ка времени. Надежность машины в значительной степени зависит
от технологии ее изготовления. Технология изготовления влияет
9
на эстетические характеристики машины (ее внешний вид, отделку),
а в некоторой степени и на ее эргономические характеристики.
Кроме эксплуатационных показателей качество машины оце-
нивается системой производственно-технологических показателей,
характеризующих технологичность ее конструкции.
Экономические показатели качества машины (капиталовложе-
ния в производство и эксплуатацию машины, себестоимость изго-
товления машины и себестоимость единицы продукции, изготовляе-
мой машиной) также в большой степени зависят от технологии
изготовления машины. Таким образом, качество машин зависит
не только от совершенства их конструкции, но и в большой степени
от уровня технологии их производства. Важным составляющим
элементом понятия качества машины является точность. Установле-
ние необходимой точности и технологическое обеспечение ее в про-
изводственных условиях является ответственной задачей конструк-
тора изделия и технолога.
§ 2. ТОЧНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ И СПОСОБЫ
ЕЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ
Значение точности в машиностроительном производстве. Под
точностью в технологии машиностроения понимается степень соот-
ветствия производимых изделий их заранее установленному эта-
лону. Точность—понятие комплексное. Оно характеризует не только
геометрические параметры машин и их элементов, но и единообра-
зие различных свойств изготовляемых изделий (упругих, динами-
ческих, магнитных, электрических и др.). Точность характеризует
единообразие качественных показателей машин (КПД, развивае-
мой мощности, напора, производительности): чем уже поле их раз-
броса, тем точнее они выдерживаются. На всех этапах технологи-
ческого процесса изготовления машин неизбежны те или иные
погрешности, в результате чего достичь абсолютную точность прак-
тически невозможно.
Погрешности, возникающие на различных этапах технологиче-
ского процесса, взаимосвязаны. Точность сборки машины зависит
от точности изготовления ее деталей, а последняя в свою очередь
зависит от точности изготовления заготовок, поскольку их свойства
в определенной степени передаются готовым деталям. Поэтому
вопросы точности должны решаться не изолировано, а комплексно
для всего технологического процесса.
Точность и качество готовых машин зависят от качества исход-
ных материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий,
поступающих со смежных предприятий. Таким образом, вопросы
качества машин не могут полностью решаться на данном, конкрет-
ном предприятии, а перерастают в большую народнохозяйствен-
ную задачу. Специализация и кооперирование производства должны
способствовать ее полному решению.
10
Точность в машиностроении имеет большое значение для повы-
шения эксплуатационного качества машин и построения технологи-
ческого процесса их изготовления. Увеличение скорости и удель-
ных нагрузок может быть достигнуто повышением точности обра-
ботки деталей. Зубчатые колеса, изготовленные с незначительной
точностью, не могут работать при высоких скоростях, так как при
этом в передаче возникают дополнительные ударные нагрузки.
Точность работы делительного механизма зависит от точности изго-
товления деталей делительной цепи. С повышением точности воз-
растает надежность машин, а это в свою очередь сокращает затраты
на обслуживание, простой и ремонт машин, находящихся в эксплуа-
тации. С повышением надежности машин можно уменьшить их
выпуск для народного хозяйства и соответственно высвободить
производственные мощности машиностроительных заводов. Каче-
ство изготовления (долговечность) подшипников качения влияет
(рис. 1, а) на расходы С в год по ремонту зубчатых редукторов
(кривая 1) и вынужденный простой машины, себестоимость подшип-
ников (кривая 2) и общие расходы (кривая 3). Затраты на эксплуа-
тацию машин зависят не только от качества изготовления их основ-
ных деталей, но и от качества изготовления таких комплектую-
щих изделий, какими являются подшипники качения.
Повышение точности изготовления заготовок снижает трудоем-
кость последующей обработки и сокращает расход материала из-за
уменьшения припусков. Повышение точности изготовления дета-
лей сокращает трудоемкость сборки машин вследствие частичного
пли полного устранения
пригоночных работ, спо-
собствует достижению вза-
имозаменяемости элементов
машин и обеспечивает воз-
можность поточной сборки
и сокращения сроков ре-
монта машин, находящих-
ся в эксплуатации.
За последнее время
точность изделий машино-
строительного производст-
ва заметно возросла. Так,
допуски на изготовление
деталей основных сопря-
жений автомобильных дви-
гателей сократились в свя-
зи с увеличением быстро-
ходности, мощности и мо-
торесурса примерно в 1,5—
2 раза. Многие детали из-
готовляют теперь с микрон-
ной точностью. Высокие
Рис. 1. Влияние качества изделий на трудо-
емкость и себестоимость их изготовления и
эксплуатации
11
требования предъявляют к точности изготовления продукции стан-
костроительной промышленности. Важным условием производства
машин на современном этапе является не только надежное обеспе-
чение необходимой точности, но и сохранение ее на заданный срок
эксплуатации машин.
Особое значение имеют вопросы точности при автоматизации
производства. В этом случае необходимое качество продукции
достигается в результате устойчивой и надежной работы техно-
логического оборудования. С развитием автоматизации произ-
водства задача достижения стабильного качества становится все
более актуальной. Ее решение должно базироваться на исследова-
нии технологических факторов, влияющих на точность, тщатель-
ном изучении условий работы оборудования и оснастки, а также
на изыскании новых прогрессивных технологических методов.
При решении вопросов точности устанавливают необходимую
точность изготовления машины и ее элементов, исходя из предъ-
являемых к ней требований и функционального назначения; опре-
деляют необходимые методы и средства технического контроля
производимой продукции на базе заданной точности изготовления *;
обеспечивают заданную точность изготовления машины и ее эле-
ментов соответствующим построением технологических процес-
сов, удовлетворяя требование экономичности; устанавливают тех-
нологические допуски на промежуточные размеры заготовок и
допуски на вспомогательные базы для выполнения операций обра-
ботки; определяют фактическую точность при лабораторных и
производственных исследованиях действующих или новых техно-
логических методов и процессов; выявляют причины погрешно-
стей изготовления в производственных условиях и изыскивают
пути повышения точности. Первая задача решается конструкто-
ром, а последующие задачи — технологом при проектировании
новых, отладке внедряемых и исследовании действующих техно-
логических процессов. Установление заданной точности является
ответственным этапом работы конструктора. Она устанавливается
на основе анализа условий работы машин с учетом экономики
их изготовления и последующей эксплуатации. Задача решается
на базе теоретических и экспериментальных данных с учетом опыта
эксплуатации машин аналогичного типа.
В зависимости от того, какие требования нужно выдержать,
подход к обеспечению точности может быть различным. В про-
стейших случаях необходимую точность находят па основе гео-
метрического анализа и расчета размерных цепей изделия. Для
быстроходных машин расчеты следует производить с учетом дина-
мических явлений. Для подвижных соединений нужно учитывать
условия смазки контактирующих поверхностей, а для соединений
с гарантированным натягом обязательна проверка по сдвигающим
1 Важной задачей является определение (прогнозирование) ожидаемой
надежности работы производимых машин при их окончательном контроле.
12
силам и моментам. Учитывают также тепловые явления, требова-
ния взаимозаменяемости, качество поверхностей сопряженных
деталей, условия сборки и ремонта, допустимый износ, определяю-
щий продолжительность работы машины до ее ремонта. Однако
излишне высокая точность увеличивает издержки производства
машин и мало повышает их функциональные качества. При жест-
ких допусках, т. е. с повышением точности изготовления машины
возрастает трудоемкость Т и себестоимость С ее изготовления
(рис. 1, б), причем себестоимость возрастает быстрее трудоемкости.
Для каждого конкретного случая имеется оптимальное решение
по назначению необходимой точности.
Оптимальный допуск на зазор между плунжером и цилинд-
ром гидравлической машины определяют по рис. 1, в. Кривая Сг
характеризует зависимость эксплуатационных расходов за уста-
новленный срок службы машины, вызываемых утечками жидкости
и трением в плунжерной паре и влияющих на КПД машины, от
допуска на зазор 65. Кривая С2 характеризует зависимость себе-
стоимости изготовления плунжерной пары от той же величины.
Минимум результирующей кривой С соответствует наивыгодней-
шему допуску на зазор.
Изменение эксплуатационных расходов при работе сопряжения
поршневой палец — шатун быстроходного двигателя в зависимости
от срока его работы приведено на рис. 1, г. Изменение расходов
для сопряженных деталей, выполненных с малой точностью (боль-
шим допуском на размер), характеризуется кривой 1, а деталей,
выполненных с более высокой точностью, — кривой 2. Отрезок с
выражает расходы на ремонт сопряжения, а отрезок b — расходы,
связанные с простоем двигателей за время их ремонта. Срок службы
сопряженных деталей зависит от точности их изготовления. За
установленный срок эксплуатации экономически выгоднее при-
менять более точные сопрягаемые детали, так как в этом случае
необходим один ремонт сопряжения.
Отсутствие методик и расчетных данных затрудняет примене-
ние аналитического метода определения точности. Нередко допуски
устанавливают на основе специально поставленных экспериментов
и испытаний опытных образцов изделий. В результате сбора и си-
стематизации материалов по точности создаются нормативы для
машин данного типа и данных производственных условий.
Точность обработки. У различных деталей обрабатывают взаи-
мосвязанные поверхности. Различают точность выполнения раз-
меров, формы поверхностей и их взаимного расположения. Точ-
ность выполнения размеров отдельных поверхностей детали (диа-
метр цилиндрической поверхности, глубина отверстия, угол конуса
и пр.) регламентируется допусками, проставляемыми на рабочих
чертежах деталей.
Под точностью формы поверхностей понимают степень их соот-
ветствия геометрически правильным поверхностям, с которыми
они отождествляются. Отклонения формы многообразны. Цилин-
13
дрнческая поверхность может иметь небольшую конусообразность,
некруглость поперечного сечения, искривление оси. Плоская
поверхность может иметь небольшие выпуклости, вогнутость
и другие отклонения. Отклонения формы сопряженных поверхно-
стей имеют часто большее значение для работы деталей в механизме,
чем погрешности их размеров. Допускаемое отклонение формы
поверхности нередко задается частью допуска на ее размер и
входит в поле этого допуска. При обработке шеек валов допу-
стимая овальность и конусообразность на всей их длине составляет
не более половины допуска на диаметр. Предельные отклоне-
ния формы плоских и цилиндрических поверхностей приведены в
ГОСТ 10356—63.
К погрешностям взаимного расположения поверхностей дета-
лей относят несоосность участков ступенчатого вала, непараллель-
ность противолежащих граней плит или планок, неперпендикуляр-
ность оси цилиндрической поверхности к ее торцу, погрешности
расположения отверстий в корпусных деталях и пр. Предельные
отклонения от параллельности и перпендикулярности, предель-
ные значения торцового и радиального биения приведены в
ГОСТ 10356—63. Допускаемые отклонения расположения поверх-
ностей часто устанавливают на основе опытных данных, получен-
ных в результате обобщения материалов по эксплуатации машин.
Общая (суммарная) погрешность обработки является следствием
влияния технологических факторов, вызывающих первичные по-
грешности. К их числу относят погрешности, вызываемые неточной
установкой обрабатываемой заготовки на станке; погрешности
обработки, возникающие в результате упругих деформаций тех-
нологической системы станок — приспособление — заготовка —
инструмент под влиянием сил резания; погрешности, возникающие
под влиянием сил закрепления заготовки; погрешности, вызывае-
мые размерным износом режущего инструмента; погрешности
настройки станка; погрешности, обусловливаемые геометрическими
неточностями станка (и в некоторых случаях приспособления);
погрешности, вызываемые неточностью изготовления инструмента;
погрешности обработки, возникающие в результате тепловых
деформаций технологической системы. Возникают также погреш-
ности от действия остаточных напряжений в материале заготовок
и готовых деталей; они достигают больших значений при малой
жесткости обрабатываемых заготовок.
Заданная точность может быть обеспечена различными техно-
логическими методами. В единичном производстве она обеспечи-
вается выверкой заготовок, устанавливаемых на станок, и после-
довательным снятием стружки пробными рабочими ходами инстру-
мента, сопровождаемыми пробными измерениями. Точность обра-
ботки при этом зависит от квалификации рабочего. В условиях
серийного и массового производства точность обеспечивается мето-
дом автоматического получения размеров на предварительно на-
строенном станке. Заготовки без выверки устанавливают в специаль-
14
ные приспособления на заранее выбранные базовые поверхности.
При большой партии заготовок этот метод более производителен,
так как обработка ведется за один рабочий ход, а затраты времени
на предварительную настройку станка раскладываются на всю
партию заготовок. Точность обработки в этом случае зависит
от квалификации наладчика, настраивающего и поднастраиваю-
щего станок. Примерами обработки методом автоматического
получения размеров могут служить обтачивание на многорез-
цовых полуавтоматах, фрезерование на продольно-фрезерных стан-
ках, тонкое растачивание и другие виды обработок.
В обоих рассмотренных методах на точность влияет субъектив-
ный фактор. При первом методе это влияние сказывается в про-
цессе обработки каждой заготовки, при втором методе —на партии
деталей, снимаемых со станка между его настройками или под-
настройками на заданный размер *. Влияние субъективного фак-
тора на точность обработки устраняется применением мерных режу-
щих инструментов (разверток, протяжек, фасонных фрез, калибро-
вочных резцов для канавок и пр.). Точность обработки в данном
случае не зависит от квалификации рабочего или наладчика, так
как при смене инструмента настроечный размер не изменяется.
В условиях мелко- и среднесерийного производства применяют
обработку за один рабочий ход с установкой инструмента по лимбу.
Нужное деление лимба определяют пробной обработкой первой
детали партии или по эталону. В этом случае на точность обработки
влияют субъективные факторы двух видов: один из них связан
с погрешностью установки необходимого деления лимба (погреш-
ность настройки), другой — с повторяющейся для каждой заго-
товки погрешностью установки режущего инструмента по най-
денному делению лимба.
В автоматизированном производстве применяют другой, более
прогрессивный метод обеспечения заданной точности. Он заклю-
чается в том, что в станок встраивают измерительное и регулирую-
щее устройство (подналадчик), которое в случае выхода выдержи-
ваемого размера обрабатываемой заготовки из поля допуска авто-
матически подналаживает (корректирует) систему на заданный
размер. Влияние субъективного фактора здесь исключено, если
не считать погрешностей регулировки самого подналадчика. Уст-
ройства данного типа характерны для станков, выполняющих
обработку за один рабочий ход (сквозное бесцентровое шлифо-
вание, тонкое и чистовое растачивание и т. п.). Для станков, вы-
полняющих обработку за несколько рабочих ходов (наружное круг-
лое и внутреннее шлифование), характерно использование устройств,
измеряющих заготовки на ходу. При достижении заданного раз-
мера эти устройства (активного контроля) автоматически выклю-
1 При ручном закреплении заготовок на точность обработки влияет нерав-
номерность сил зажима.
15
чают подачу инструмента. Их применение в станках повышает
точность и производительность обработки.
В последнее время предложены и развиваются самонастраиваю-
щиеся (адаптивные) и самооптимизирующиеся системы управления
станками. В адаптивных системах при обработке каждой заготовки
в партии режим и условия работы станка устанавливаются авто-
матически посредством датчиков и регулирующих устройств так,
чтобы обеспечивалось заданное качество изделий и требуемая
производительность. В простейших адаптивных системах часто
осуществляется стабилизация силы резания путем плавного изме-
нения подачи инструмента.
Рис. 2. Влияние классов точности (а) и отделочных методов обработки (б) на
себестоимость изготовления деталей:
/ — чистовое точение; 2 — предварительное шлифование; 3 — чистовое шлифо-
вание
Самооптимизирующиеся системы выгодны в тех случаях, когда
установление оптимальных условий работы оборудования (по точ-
ности, производительности, себестоимости) зависит от нескольких
нестабильных по своей величине технологических факторов. В этих
системах информация от датчиков поступает в электронно-вычис-
лительное устройство, которое за минимальное время находит
оптимальный вариант условий обработки без остановки станка.
С повышением заданной точности трудоемкость и себестоимость
изготовления машин растет (рис. 2, а). С повышением класса точ-
ности выдерживаемых размеров себестоимость обработки увели-
чивается. Это обусловлено использованием более точных отделоч-
ных методов и усложнением технологического маршрута обработки
данной поверхности, включением в него большего количества про-
межуточных методов. В зависимости от количества методов, со-
ставляющих данный технологический маршрут, себестоимость обра-
ботки растет нелинейно, а в несколько большей степени. Это вызы-
вается тем, что себестоимость отделочной обработки больше, чем
чистовой, а чистовой больше, чем предварительной. Точная обработка
более трудоемка и выполняется более квалифицированными ра-
бочими на более дорогом оборудовании,
16
Влияние отделочных (финишных) методов обработки, обеспечи-
вающих заданную точность наружной цилиндрической поверх-
ности, на себестоимость ее получения показано на рис. 2, б. Рабо-
чий высокой квалификации при соответствующих условиях обра-
ботки может, например, чистовым точением достичь 2-го класса
точности. Однако по сравнению со шлифованием это будет неэко-
номично. Средняя экономическая точность чистового точения на
предварительно настроенном станке составляет 3—За класс, пред-
варительного шлифования — 2а — 3-й класс и чистового шлифо-
вания 2— 2а класс. Для получения точности 1-го класса экономи-
чески целесообразно применять тонкое шлифование и другие
отделочные методы (например, притирку). Средняя экономическая
точность обработки зависит от развития технологии производства.
Для каждого метода обработки она обычно ниже максимальной
технологически достижимой точности обработки. Средняя эконо-
мическая точность различных методов обработки приведена в тех-
нологических справочниках; ее используют для предварительной
разработки технологических процессов. По мере совершенствова-
ния технологии обработки эти данные периодически корректируют.
Точность сборки. При сборке машин могут появляться ошибки
взаимного расположения их элементов, некачественные сопряжения,
а также деформации соединяемых деталей. Погрешности ухудшают
функциональные характеристики машин. Неправильное взаимное
расположение сопрягаемых деталей металлорежущих станков сни-
жает их геометрическую и кинематическую точность. Неправиль-
ная сборка вращающихся частей изделий (например, роторов лопа-
точных машин) вызывает их осевое и радиальное биение, а также
неуравновешенность. Некачественное сопряжение стыков умень-
шает их контактную жесткость и герметичность. Неправильная
сборка гидравлических машин может вызвать нарушение зазоров
в основных сопряжениях и, как следствие этого, снижение коэф-
фициента полезного действия, производительности и развивае-
мого напора. Перекосы деталей в сопряжениях трения скольже-
ния вызывают их неравномерный и интенсивный износ, нагрев,
а также возможность задиров контактирующих поверхностей.
Увеличенные зазоры в коренных и шатунных подшипниках колен-
чатого вала вызывают стук при работе двигателей внутреннего
сгорания и значительно сокращают срок их службы.
От качества сборки зависит надежность работы выпускаемых
машин. Основы надежности закладываются конструктором при
расчете и конструировании машины. Все факторы, обеспечиваю-
Щие надежную работу машины, должны быть отражены в черте-
жах, технических условиях и другой документации. Не менее
важным фактором обеспечения надежности является качественное
изготовление машин. На надежность влияют все этапы производ-
ства — от процесса выполнения заготовок до сборки машин. Отказы
могут быть вызваны некачественным выполнением соединений,
регулировочных и пригоночных работ; ослаблением крепежных
17
деталей; нарушением регулировки в процессе работы; некачествен-
ной очисткой сопрягаемых деталей; нарушением контактов в элек-
трических системах и другими причинами. Интенсивность отказов
X изделий в функции времени их эксплуатации приведена на рис.
3, а. На рисунке выделены три характерные зоны: приработки
деталей изделия (I), нормальной эксплуатации (II); резкого повы-
шения интенсивности отказов в результате появления износа
изделии (III). Кривая А характеризует машины, сборка которых
производилась недостаточно качественно, кривая Б — машины,
сборка которых производилась более качественно. В результате
этого сократился первый период и удлинился второй. Интенсив-
ность отказов, представляющая собой число отказов в единицу
времени, снизилась в зонах 1 и 11.
Рис. 3. Влияние качества изготовления на надежность работы машин
Надежность R работы изделий в функции времени t приве-
дена на рис. 3, б. Для периода нормальной эксплуатации изделия
интенсивность отказов имеет постоянное значение. Для этих усло-
вий надежность выражается экспоненциальной зависимостью R —
— е—Л/, где е — основание натуральных логарифмов. Кривая Б
характеризует более надежную работу изделий, сборка которых
произведена более качественно по сравнению с вариантом сборки,
выражаемым кривой А.
Погрешности сборки вызываются: 1) отклонениями размеров,
формы и взаимного расположения поверхностей сопрягаемых дета-
лей; эти отклонения влияют на зазоры и натяги (изменяя заданные
посадки), вызывают радиальные и торцовые биения при сборке
частей вращения, несоосность и другие погрешности взаимного
положения элементов машины; 2) некачественной обработкой сопря-
гаемых поверхностей, в результате чего возникает их неплотное
прилегание, снижение контактной жесткости стыков и герметич-
ности соединений; 3) неточной установкой и фиксацией элементов
машины в процессе ее сборки; 4) некачественной пригонкой и ре-
18
гулировкон сопрягаемых элементов машины; 5) нарушениями усло-
вий и режимов выполнения сборочных операций (неравномерная1
затяжка резьбовых соединений, вызывающая перекосы и дефор-
мации собираемых элементов, перекосы и деформации при запрес-
совке и других видах соединений, деформация при закреплении
деталей в сборочных приспособлениях); 6) геометрическими неточ-
ностями сборочного оборудования, приспособлений и инструмен-
тов; 7) неточной настройкой сборочного оборудования; 8) тепловыми
деформациями элементов технологической системы (сборочное обо-
рудование — приспособление — инструмент — собираемый объект).
Погрешности сборки могут возникать также в результате дефор-1
мации сопрягаемых деталей от действия остаточных напряжений
в их материале. Нетехнологичные конструкции изделий затрудняют
получение заданной точности.
Необходимая точность сопряжения деталей при сборке обеспе-
чивается методами полной, неполной (частичной) и групповой вза-
имозаменяемости, а также регулирования и индивидуальной при-
гонки. При сборке методом полной взаимозаменяемости происхо-
дит лишь соединение сопрягаемых деталей и частей изделия, что
обеспечивает организацию поточной работы, возможность коопе-
рирования производства, упрощает снабжение запасными частями
и ремонт машин, находящихся в эксплуатации. Этот метод сборки
используют в массовом и серийном производстве. При его осуще-
ствлении допуски на размеры сопрягаемых деталей, установлен-
ные по конструктивным соображениям, равны или больше техно-
логических допусков на те же размеры. Применение метода полной
взаимозаменяемости ограничивается высокой себестоимостью изго-
товления деталей с узкими допусками, что имеет место при сборке
изделий с многозвенными размерными цепями.
При сборке методом неполной (частичной) взаимозаменяемости
допуски на размеры сопрягаемых деталей берутся большими, чем
в случае сборки методом полной взаимозаменяемости. Требуемая
точность замыкающего звена достигается не у всех собираемых
объектов. В основе метода лежит положение теории вероятностей,
по которому крайние величины звеньев размерной цепи встреча-
ются реже, чем средние. Поэтому процент изделий, у которых вели-
чина замыкающего звена выходит за пределы требуемого допуска,
незначителен. Дополнительные затраты на исправление неболь-
шого числа изделий малы по сравнению с экономией труда и средств,
получаемой при изготовлении деталей с более широкими допусками.
В тех случаях, когда конструктивные допуски меньше техно-
логических, применяют метод групповой взаимозаменяемости. Тре-
буемые по конструктивным соображениям допуски посадок полу-
чают путем подбора охватывающих и охватываемых деталей, изго-
товленных с увеличенными допусками. Соединение деталей произ-
водят при непосредственном подборе, предварительной сортировке
деталей на группы, сочетании сортировки деталей на группы с не-
посредственным подбором. При непосредственном подборе сбор-
19
Рис. 4. Схема для расчета
точности сборки методом
групповой взаимозаменяемо-
сти
щик выбирает из всех деталей такие, которые на ощупь или по
щупу дают требуемую посадку. Этот метод неприемлем для условий
поточной сборки из-за значительных колебаний времени на под-
бор и зависимости качества посадки от квалификации сборщиков.
При предварительной сортировке деталей на группы метод
групповой взаимозаменяемости осуществляют в определенной после-
довательности.
1. По чертежу определяют допуск требуемой посадки путем
суммирования конструктивных допусков и на размеры сопря-
гаемых деталей (рис. 4).
2. Устанавливают приемлемые для производства расширенные
допуски на изготовление сопрягаемых деталей, т. е. технологиче-
ские допуски 6О1 и б1п. Эти допуски должны быть по величине
кратны конструктивным допускам.
3. Определяют число групп сортировки деталей
„6ат + 6г,т
(1)
Допуски на детали каждой размерной группы определяют деле-
нием технологических допусков на число групп. Для того чтобы
средний зазор Зср (или натяг) был одинаковым у всех размерных
групп, необходимо выдержать условия = 6/, и 6ut д/п. При
сортировке деталей на группы применяют специальные инстру-
менты, приспособления, а также высокопроизводительные сорти-
ровочные автоматы. Детали каждой группы маркируют и-достав-
ляют на сборку в особой таре.
Комбинация сортировки деталей на группы подбором заклю-
чается в том, что в пределах каждой группы производят непосред-
ственный подбор сопрягаемых деталей, чем достигается лучшая
посадка. Комбинированный метод используют, в частности, при
сборке прецизионных подшипников качения и в некоторых других
случаях. Затраты, связанные с сортировкой деталей на размерные
группы, окупаются за счет экономии, получаемой от обработки
деталей по широким допускам. Сборка по методу групповой вза-
имозаменяемости усложняет ремонт машин, так как номенклатура
запасных частей при этом возрастает.
Сборка методом регулирования заключается в том, что па раз-
меры деталей, входящих в данное соединение, устанавливают тех-
нологические допуски, а требуемую посадку достигают введением
в размерную цепь дополнительного компенсирующего звена. Сое-
20
динепие (рис. 5, о) собирают методом регулирования путем под-
бора кольца К (рис. 5, б) или перемещением втулки В (рис. 5, в)
для достижения зазора х. В качестве компенсатора применяют
шайбы, прокладки, регулируемые винты или втулки с резьбой,
клинья и другие элементы. Преимуществами этого метода сборки
являются возможность обработки входящих в соединение деталей
по расширенным допускам, простота сборки при высокой точности
ее выполнения; возможность регулирования не только при сборке,
но и в процессе эксплуатации.
Сборка методом индивидуальной пригонки заключается в том,
что заданную точность сопряжения достигают путем индивидуаль-
ной пригонки одной из сопрягаемых деталей к другой. Заданный
зазор х обеспечивается пригонкой детали А по толщине (рис. 5, г).
Этот метод используют в единичном и мелкосерийном производстве,
а также в случаях, когда конструкторские допуски уже техноло-
гических. Пригонку выполняют припиливапием, шабрением, при-
тиркой, а также совместной обработкой сопряженных поверхно-
стей (растачивание или развертывание отверстий для обеспечения
их соосности).
Выбор того или иного метода обеспечения точности определя-
ется анализом размерных цепей собираемого изделия. Эта задача
решается конструктором. В чертежах изделия должен быть отра-
жен и принятый метод его сборки.
Ошибка а>д, получающаяся на замыкающем звене размерной
цепи, равна сумме ошибок всех остальных звеньев, составляющих
Рис. 5. Схема для анализа размерных целей при выборе методов сборки
21
данную размерную цепь:
т— I
«х= >7 <0,-, (2)
1
где <о,- — ошибка i-ro звена размерной цепи, ат — число всех
звеньев; включая замыкающее звено.
Допуск на замыкающее звено размерной цепи
т— 1
бл = Е О)
1
где S,- — величина допуска i-ro звена этой цепи.
Правая часть этого равенства представляет сумму допусков
б + 61 + ба + 63 + + 65 (см. рис. 5, а) на звенья размерной
цепи.
Допуск на замыкающее звено размерной цепи задает конструк-
тор машины исходя из ее функционального назначения. При малой
величине этого допуска и многозвенной цепи допуски на остальные
звенья получаются очень жесткими. В этом случае сборку выпол-
няют методом регулирования при одновременной корректировке
конструкции изделия введением в него соответствующего компен-
сатора. При более простых размерных цепях и узком допуске
на замыкающее звено может быть применен метод групповой вза-
имозаменяемости. При простых размерных цепях и не очень жест-
ком допуске на замыкающее звено применяют сборку по методу
полной взаимозаменяемости.
Себестоимость сборки изделия различными методами приведена
на рис. 5, д. Линия А характеризует себестоимость изготовления
деталей изделия при различных допусках на их размеры, а линия Б
полную себестоимость изделия, включая сборку. При сборке мето-
дом полной взаимозаменяемости отрезок Cj выражает себестоимость
сборки соединения. При методе групповой взаимозаменяемости
отрезок С'% характеризует себестоимость сортировки деталей на
размерные группы, а отрезок Ci — себестоимость сборки изде-
лия. Если сборка производится методом пригонки, то отрезок С3
выражает себестоимость выполнения пригоночных работ и сборки
изделия. При сборке с использованием компенсатора отрезок С4
представляет себестоимость изготовления компенсатора, • а отре-
зок Ci — себестоимость сборки и регулировки изделия. При сборке
по методу ограниченной взаимозаменяемости отрезок С3 характе-
ризует удорожание сборки из-за возможности брака, а отрезок С» —
себестоимость выполнения сборки.
В зависимости от конструкции и программы выпуска изделий
положение линии Б может изменяться. В каждом конкретном слу-
чае выбор метода сборки необходимо дополнять экономическими
расчетами с учетом требований последующей эксплуатации изде-
лий и их ремонта.
22
По формулам (2) и (3) размерные цепи рассчитывают методом
максимума-минимума. Этот метод используют в тех случаях, когда
в размерных цепях должна быть установлена 100%-ная взаимоза-
меняемость всех составляющих звеньев. Если по условиям произ-
водства на составляющие звенья экономически выгодно назначать
более широкие допуски, предусматривая в то же время частичный
выход размеров замыкающих звеньев за пределы установленного
допуска, то расчет размерных цепей ведется вероятностным мето-
дом. Оба метода расчета размерных цепей с решением прямых
и обратных задач приведены в ГОСТ 16320—70.
§ 3. АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ
С ПОМОЩЬЮ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ
СТАТИСТИКИ
Виды погрешностей. Погрешности, возникающие при выполне-
нии заготовок, обработке резанием, контроле, сборке и других
видах обработки, можно разделить на три вида: систематические
постоянные, систематические закономерно изменяющиеся и слу-
чайные.
Систематические постоянные погрешности не изменяются при
обработке одной заготовки или нескольких партий заготовок.
Они возникают под влиянием постоянно действующего фактора.
Примером подобных погрешностей могут служить неперпендикуляр-
ность оси просверленного отверстия к базовой поверхности заго-
товки из-за неперпендикулярности оси шпинделя к поверхности
стола вертикально-сверлильного станка; погрешность межосевого
расстояния растачиваемых отверстий из-за ошибки расстояния
между осями направляющих втулок расточного кондуктора; по-
грешность формы обтачиваемой поверхности в результате непа-
раллельное™ оси шпинделя направляющим станины токарного
станка. Систематические постоянные погрешности могут быть
выявлены пробными измерениями нескольких обработанных дета-
лей. Эти погрешности сводятся к желаемому минимуму соответ-
ствующими технологическими мероприятиями.
Систематические закономерно изменяющиеся погрешности могут
влиять на точность обработки непрерывно или периодически.
Примером непрерывно влияющей погрешности может служить
погрешность, вызываемая размерным износом режущего инстру-
мента, а периодически действующей — погрешность, возникающая
в результате тепловой деформации станка в период его пуска до
достижения состояния теплового равновесия. Знание закона изме-
нения этих погрешностей позволяет принимать меры для их устра-
нения или уменьшения при построении станочных операций.
Случайные погрешности возникают в результате действия боль-
шого количества несвязанных между собой факторов. Случайная
погрешность может иметь различное значение. Определить заранее
23
момент появления и точную величину этой погрешности для каж-
дой конкретной детали в партии не представляется возможным.
Случайные погрешности могут быть непрерывными и дискретными.
Непрерывная случайная погрешность имеет любые численные
значения в границах определенного интервала. Примерами непре-
рывных случайных погрешностей могут служить погрешности поло-
жения заготовки на станке, а также погрешности обработки, вызы-
ваемые упругими отжатиями элементов технологической системы
под влиянием нестабильных сил резания. Дискретные случайные
погрешности в технологии машиностроения встречаются редко.
К ним можно, в частности, отнести погрешности регулирования
при использовании устройств ступенчатого типа.
Причинная связь между случайной погрешностью и факторами,
вызывающими ее появление, иногда бывает известной (явной),
а иногда не вполне известной; например, для конкретного случая
обработки может быть выявлена зависимость упругих отжатий
технологической системы от величины снимаемого припуска. Фак-
торы, вызывающие получение различных диаметров отверстий,
обработанных одной разверткой, являются пока полностью невыяс-
ненными.
Определить случайную погрешность для каждой детали в пар-
тии практически нельзя; тем не менее можно установить пределы
изменения этой погрешности. При явно выраженной связи между
случайной погрешностью и факторами, вызывающими ее появле-
ние, пределы изменения случайной величины могут быть определены
аналитическими расчетами; например, разность предельных рас-
стояний от измерительной базы до обрабатываемой поверхности,
представляющую собой погрешности базирования, можно заранее
вычислить, зная допуск на размер заготовки. При неявной (невыяв-
леппой) связи между случайной погрешностью и факторами, влия-
ющими на ее появление, пределы изменения случайной величины
могут быть установлены на базе экспериментальных исследований.
В процессе изучения явлений певыявленные ранее связи становятся
явными. В результате этого можно более полно учитывать влияние
различных технологических факторов на точность механической
обработки при разработке технологических процессов.
Кривые распределения и оценка точности обработки на их основе.
Статистический метод оценки точности применим в условиях про-
изводства большого числа одинаковых деталей, обрабатываемых
как на предварительно настроенных станках, так и методом пробных
рабочих ходов. Кривые распределения строят следующим образом.
Всю совокупность измерений 1 исследуемой величины (например,
какого-либо размера в партии заготовок, обрабатываемых при
определенных условиях) разбивают на ряд групп. В каждую группу
входят величины, результаты измерения которых находятся в пре-
1 Точность изменения должна быть не ниже 0,1 допуска (разброса значений)
исследуемой величины.
24
делах установленного интервала. Интервалы, число которых берут
в пределах 7—11, откладывают по оси абсцисс, а число измерения,
приходящееся па каждый интервал, откладывают по оси ординат.
После соединения нанесенных на график точек получают ломаную
линию, называемую полигоном распределения. Полигон распре-
деления диаметров колец, подвергнутых предварительному точе-
нию, приведен па рис. 6, а. На средние интервалы размеров при-
ходится большее число колец. При увеличении числа деталей в пар-
тии, сужении интервалов и увеличении их числа ломаная линия
приближается к плавной.
Вместо абсолютного числа т деталей в каждом интервале по оси
ординат откладывают также отношение этого числа к общему
числу п деталей в партии; данное отношение называется относи-
тельной частотой, или частостью.
В качестве приближенной меры точности исследуемого процесса
обработки может служить поле рассеяния размеров. Величину
поля рассеяния можно брать по полигону распределения или по
таблице измерения исследуемых значений. Чем уже поле рассея-
ния, тем точнее исследуемый технологический метод. Вид кривой
распределения определяется числом и характером факторов, влияю-
щих на исследуемую величину. В технологии машиностроения
размеры чаще распределяются по нормальному закону (закону
Гаусса). Соответствующая кривая распределения (рис. 6, б) имеет
симметричную шатрообразную форму.
Нормальный закон распределения наблюдается в тех случаях,
когда исследуемая случайная величина является результатом дей-
Z
Рис. 6. Кривые распределения
25
ствия большого числа различных факторов, причем все факторы
по интенсивности своего влияния действуют одинаково. Этому закону
подчиняются многие непрерывные величины: размеры деталей, обра-
ботанных на настроенных станках, масса заготовок и деталей ма-
шин, твердость и другие механические свойства материала, высота
микронеровностей на обработанных поверхностях, погрешности
измерений и некоторые другие величины. Во всех перечисленных
случаях приходится наблюдать небольшие отклонения от нормаль-
ного закона. Эти отклонения непостоянны во времени для одних
и тех же условий обработки. Кривая Гаусса выражается урав-
нением
Здесь о — среднее квадратичное отклонение аргумента; е —
основание натуральных логарифмов; а — значение абсциссы, при
которой ордината у кривой достигает максимума; величина а явля-
ется центром распределения (группирования) аргумента и в то же
время его средней арифметической.
Закон Гаусса двухпараметрический (параметры о и а). Орди-
ната вершины кривой при х = а
1 А Л
Утах — -г-- 0,4о.
а У 2л
Точки перегиба кривой лежат на расстояниях о от ее оси сим-
метрии. Их ординаты
Утах пс..
У — ,, - 0,6Х/гпах*
I е
Величина среднего квадратичного отклонения о, являющаяся
мерой точности, характеризует форму кривой распределения. При
больших значениях о кривая получается пологой и поле рассея-
ния растет. При малых значениях и точность исследуемого метода
повышается и кривая получается сильно вытянутой вверх с малым
полем рассеяния. Кривые распределения диаметров цилиндриче-
ского отверстия на различных этапах его обработки приведены
на рис. 6, в. Кривая о характеризует распределение диаметров
отверстия исходной заготовки; кривая ох — распределение диа-
метров после предварительной обработки, а кривые ст2 и о3 — рас-
пределение диаметров соответственно после чистовой и оконча-
тельной обработок. При правильном построении технологического
процесса обработки необходимо выполнять условие о > щ > ст2 >
> стя, так как на каждом последующем переходе обработки должна
обеспечиваться более высокая точность, чем на предыдущем. Кроме
того, величины х3 — х2, х2 — и х± — х должны быть достаточно
большими во избежание брака при обработке. По результатам
26
измерений
п
2 хср)“
J
п
(5)
где п — число произведенных измерений; х,- — значение текущего
измерения; хср — среднее арифметическое из произведенных изме-
рений;
п
(6)
Число измерений п рекомендуется брать равным 50. При этом
погрешность определения о равна ± 10%. Если п = 25, то по-
грешность определения о возрастет до ± 15%. Для определения
среднего арифметического с той же погрешностью число измере-
ний можно брать в 5 раз меньше. Величины о и хср удобно опре-
делять, занося данные измерений и вычислений в табл. 1. При ма-
лом числе наблюдений (15—10 и меньше) вычисление а связано
с большой ошибкой. Поэтому здесь приближенную оценку точ-
ности можно производить, определяя поле рассеяния, т. е. раз-
ность между наибольшей и наименьшей измеренными величинами.
Таблица 1
Пример вычисления о
Ns п'п х.. мм X- Х^ 1 ср’ мм (*£-хср)а. ММ2
1 62,74 0,05 0,0025
2 62,75 0,04 0,0016
3 62,83 0,04 0,0016
• . . . *
..... ....
50 62,81 ‘ 0,02 0,0004
= 3139: \р=Й = 6 2.79; Х(^-Лср)2=0 0573
1 /0.0573
О = |/ —gg— — 0,032 мм
Пользуясь кривой распределения, можно найти вероятное коли-
чество годных деталей, на размер которых установлен определен-
ный допуск. Предположим, что поле допуска 6 установлено двумя
размерами х± и х2 границ этого допуска от центра группирова-
ния (см. рис. 6, б). Вероятное количество годных деталей опреде-
ляется в этом случае отношением площади + F2 к площади F,
заключенной между кривой и осью абсцисс. С уменьшением до-
пуска отношение площадей и вероятное количество годных деталей
также уменьшаются. При значительном (безграничном) расшире-
27
нии допуска отношение площадей приближается к единице. В этом
предельном случае все детали становятся годными. Математически
это означает, что вероятность данного достоверного события равна
единице.
Примем симметричное расположение кривой распределения
относительно оси ординат. Тогда площадь левого заштрихованного
участка
Площадь правого заштрихованного участка
<8>
О
Эти интегралы обычно представляют в виде функции Ф (г),
причем г = у ;
F\ = 0.5Ф (Z1) = ~ ( е~ 2 dz- (9)
О
F'2 = 0,5Ф (г2) = ~ ? е~ 2 dz. (10)
Величины F'{ и Fj меньше единицы. Они выражают долю от всей
площади между кривой Гаусса и осью абсцисс, принимаемой за
единицу.
Значения функции Ф (г) через десятую долю аргумента при-
ведены в табл. 2. При z — ± 3 функция Ф (z) = 0,9973. Это зна-
чит, что из всей партии деталей, обработанных данным методом,
только 0,27% выходит за пределы допуска х — 6о.
Таблица 2
Значения функции Ф (г)
2 Ф (г) 2 Ф (г) 2 Ф(г)
0,0 0,0000 1,2 0,7699 2,4 0,9836
0,1 0,0797 1.3 0,8064 2,5 ’ 0,9876
0,2 0,1585 1,4 0,8385 2,6 0,9907
0,3 0,2358 1,5 0,8664 2,7 0,9931
0,4 0,3108 1,6 0,8904 2,8 0,9949
0,5 0,3829 1,7 0,9109 2,9 0,9963
0,6 0,4515 1,8 0,9281 3,0 0,9973
0.7 0,5161 1,9 0,9426 3,1 0,99806
0,8 0,5763 2,0 0,9545 3,2 0,99862
0,') 0,6319 2,1 0,9643 3.3 0,99903
1,0 0,6827 2,2 2,3 0,9722 3.4 0,99933
1,1 0,7287 0,9786 3,5 0,99953
28 4
Вычислив по данным наблюдений значение о, можно охарак-
теризовать точность исследуемого технологического метода про-
изведением 6о. В этом случае мы имеем практически 100%-ную
годность обрабатываемых заготовок, так как вероятный брак менее
0,3%. Величина бет является условной. При 7 ст вероятный брак
снижается незначительно. При 5<т он несколько возрастает. Пра-
вило «шести сигм» является достаточно простым, удобным и точ-
ным для практического пользования.
Рассмотренный метод позволяет объективно оценить точность
процесса обработки, выполняемого при определенных условиях.
При нахождении величины о, характеризующей точность данного
метода, необходимо при измерениях исключить влияние система-
тической ошибки. В частности, для исключения погрешности формы
цилиндрической поверхности (представляющей в данном случае
систематическую ошибку), измерять диаметры целесообразно в опре-
деленных сечениях у всех заготовок в партии. Приведенные рас-
четные формулы позволяют решать многие задачи практического
характера.
Пример 1. Определить вероятность получения брака детален, если среднее
квадратичное отклонение метода обработки о = 0,02 мм, а допуск на обработку
б = 0,08 мм. Границы поля допуска (см. рис. 6, б) расположены на расстояниях
X! = 0,02 мм и х2 — 0,06 мм от центра группирования.
Решение. Найдем значения Zj и z3
z, = -‘ =0,02 : 0,02= 1; z., = -2 =0,06 : 0,02 = 3.
1 а а
По табл. 2 F'i = 0,5 Ф (zj) = 0,3413; F'„ = 0,5 Ф (г3) = 0,4986. Вероятность
получения брака W -- 1 — (F[ + F'2) = 1 — (0,3413 -р 0,4986) = 0,16.
Пример 2. Насколько уменьшится вероятность получения брака по усло-
виям предыдущей задачи, если центр группирования кривой распределения
путем настройки технологической системы совместить с серединой поля допуска?
Решение. В данном случае zt = z2 — z = 0,04 : 0,02 = 2.
По табл. 2 F[ = F'a 0,5 Ф (z) = 0,4772.
Вероятность получения брака
W = 1 - (F J + Д') = 1 - (0,4772 + 0,4772) = 0,046
По сравнению с предыдущим случаем вероятность получения брака умень-
шилась па 11,5%.
Кроме закона Гаусса имеются и другие законы распределения.
Если на выполняемый размер влияет систематическая равно-
мерно возрастающая погрешность (погрешность, вызываемая раз-
мерным износом режущего инструмента, протекающим по закону
прямой), то распределение происходит по закону равной вероят-
ности. Погрешность х увеличивается в зависимости от числа обра-
ботанных деталей (рис. 7, а). Кривая распределения, имеющая
вид прямоугольника, приведена на рис. 7, б.
Если на выполняемый размер влияет закономерно изменяю-
щаяся погрешность, возрастающая сначала замедленно, а затем
ускоренно (рис. 7, в), то распределение размеров происходит по
закону треугольника (закону Симпсона, рис. 7, г). Это распределе-
29
ние может иметь место при совместном действии размерного из-
носа режущего инструмента с сильно выраженной фазой началь-
ного износа и увеличении силы резания в конце стойкости ин-
струмента в результате его прогрессирующего затупления.
Выполняемый размер х изменяется в зависимости от времени
обработки (числа обработанных деталей п) в результате тепловых
деформаций технологической системы (рис. 7, д). Кривая распре-
деления размеров приведена на рис. 7, е.
При обработке заготовок методом пробных рабочих ходов инстру-
мента кривая распределения действительных размеров получается
несимметричной относительно поля допуска (рис. 7, ж). Это обу-
словлено тем, что рабочий, производя пробные ходы и измерения
каждой заготовки, стремится обеспечить наибольшее предельное
значение выполняемого размера (используя проходную сторону
предельного калибра). При этом методе обработки влияние зако-
номерно изменяющихся и систематических постоянных погреш-
ностей значительно уменьшается и часто полностью отсутствует.
Закон распределения приближается к несимметричному закону
Шарлье.
Рассмотрим распределение погрешностей взаимного положе-
ния и погрешностей формы поверхностей обработанных деталей.
Эти погрешности являются существенно положительными вели-
чинами; они изменяются от нуля до определенного значения. Кри-
Рис. 7. Разновидности кривых распределения
30
вая распределения эксцентриситетов 7? ступенчатых цилиндриче-
ских деталей показана на рис. 7. з. Она имеет несимметричную
форму; деталей с нулевым эксцентриситетом нет; большая часть дета-
лей имеет средний эксцентриситет; деталей с большим эксцентри-
ситетом мало. Закону эксцентриситета (закону Релея) следует
также распределение значений непараллельное™ и неперпендику-
лярности двух поверхностей, неперпендикулярность оси детали
к ее торцовой поверхности, разностенность полых деталей (при
нефиксированной плоскости измерения). Этот закон однопараме-
трический. Среднее арифметическое значение хср эксцентрисите-
тов R связано со средним квадратичным отклонением постоянным
соотношением хср = 1,92о.
Закон распределения модуля разности г двух случайных вели-
чин Xi и хг, распределение которых следует нормальному закону
со средними значениями хср1 и хср2 и средним квадратичным откло-
нением о0 для величин г, выражает несимметричность поверхно-
стей, непараллельное™ плоских поверхностей, неперпендикуляр-
ность двух осей, овальность цилиндрической поверхности, откло-
нение шага резьбы и другие отклонения. Обозначив р — и
(^cpi *срг) „
Ро =---q----, можно написать уравнение кривой распределе-
ния
. (р —Ро)2 . (р —Ро)2
4/ = -4-е 2 л_—— е 2 . (11)
V 2п + J/2n ' 7
В зависимости от величины р0 имеем семейство кривых (рис.
7, и): при р0 = 1 получаем кривую распределения некруглости;
при Ро = 0 кривая получается ассиметричной; при р0 = 3 имеем
кривую Гаусса.
Кривая плотности вероятности отказов в работе собранного
изделия или его элемента приведена на рис. 7, к. По оси абсцисс
отложено время работы изделия (наработка на отказ). Кривая
носит экспоненциальный характер и выражается уравнением
4/ = f(/) = Xe-« (12)
где А — интенсивность отказов (при экспоненциальной зависимости
постоянна).
Вероятность отказа за время равна площади под кривой
в интервале от 0 до (заштрихованный участок). Кривая характе-
ризует надежность изделия.
Систематическая постоянная погрешность не влияет на форму
кривой распределения. Влияние этой погрешности выражается
в том, что кривая распределения сдвигается на величину этой по-
грешности по оси абсцисс. На рис. 7, л сплошной линией показана
кривая распределения, полученная при отсутствии систематиче-
ской постоянной погрешности. Штриховой линией изображена
кривая распределения, полученная после возникновения система-
31
тической погрешности. Данная кривая сдвинута вправо на вели-
чину с этой погрешности. Если наряду со случайными погрешно-
стями имеются и систематические закономерно изменяющиеся
погрешности, то кривая распределения искажается. Кривая, пред-
ставляющая собой композицию кривой Гаусса и кривой равной
вероятности, приведена на рис. 7, м. Эта кривая может полу-
читься в том случае, когда на точность обработки влияет размер-
ный износ инструмента.
Кривая распределения для двух одинаковых партий заготовок,
обработка которых производилась при двух различных настройках
станка, получается двухвершинной (рис. 7, «). Для нескольких
настроек может получиться многовершинная кривая. При большом
числе настроек кривая приобретает форму кривой нормального
распределения, но с более широкой базой. Ширина базы увеличи-
вается па величину погрешности настройки Дн. Распределение
размеров заготовок, обрабатываемых па предварительно настроен-
ных станках, близко к нормальному.
При подборе теоретического закона па основе эмпирического
распределения размеров задача проще решается путем определе-
ния разности ординат сопоставляемых кривых распределения.
Кривые должны при этом иметь одинаковые масштабы и одинако-
вые интервалы изменения частостей. Для суммарной оценки бли-
зости эмпирического распределения размеров к подобранному
теоретическому закону используют критерии согласия Пирсона,
В. И. Романовского и А. Н. Колмогорова.
Статистический метод исследования на базе кривых распределе-
ния позволяет объективно оценить точность различных способов
механической обработки. Данный метод универсален. Его можно
применить для исследования точности выполнения заготовок,
сборочных операций, операций технического контроля, а также
для некоторых операций (балансировка, холодная правка). В рав-
ной степени его можно применить для оценки качества изделий
по различным показателям. Единая методика, простота и неслож-
ные вычисления обусловили широкое применение этого метода
на практике. Он особенно удобен (а часто и незаменим) в тех слу-
чаях, когда механизм явлений не изучен. Его можно применять
и для проверки результатов, полученных аналитическими расче-
тами. К недостаткам данного метода относится то, что он не вскры-
вает сущность физических явлений и факторов, влияющих на точ-
ность обработки, а также то, что на его базе не выявляются кон-
кретные возможности повышения точности. Метод фиксирует
результаты законченного этапа, т. е. «обращен в прошлое». Полу-
ченные ранее значения о не могут быть использованы, если в усло-
виях выполнения данной операции произошли изменения (напри-
мер, режима резания, способа установки заготовки и т. п.). В этом
случае необходимо определить новое значение а.
Метод кривых распределения позволяет выявить количествен-
ные и качественные зависимости точности от отдельных технологи-
32
ческих факторов. Этим методом, в частности, установлено, что
величина о, характеризующая точность резки заготовок из проката
по длине по упору, практически не зависит от номинальной длины
отрезаемой заготовки.
Исследование точности выполнения отливок и штампованных
заготовок методом кривых распределения позволило установить,
что допуски на размеры отливок, получаемых в песчаных и постоян-
ных формах, зависят не только от величины размеров, но и от на-
правления размера относительно плоскости разъема формы. Раз-
меры, перпендикулярные плоскости разъема формы, выдержива-
ются с большими отклонениями, чем размеры, параллельные этой
плоскости. У штампованных заготовок размеры, перпендикуляр-
ные плоскости разъема штампов, выполняются с большими откло-
нениями, чем размеры, параллельные этой плоскости.
Метод кривых распределения позволяет объективно оценить
точность выполнения данной технологической операции. Однако
он не учитывает последовательность обработки заготовок. Вся
совокупность измерений рассматривается безотносительно к тому,
какая деталь обработана раньше, какая позже. Кроме того, кри-
вые распределения не позволяют определить причины, влияющие
на результаты процесса. С помощью построения и анализа кривых
распределения можно выявить постоянную систематическую по-
грешность, которая определяется величиной смещения центра
группирования кривой для данной совокупности. Влияние законо-
мерно изменяющихся погрешностей устанавливается по искаже-
нию формы кривой распределения. При интенсивном размерном
износе режущего инструмента кривая Гаусса искажается и при-
нимает форму плосковершинной кривой. Если, однако, по резуль-
татам измерений строится не кривая распределения, а непосред-
ственно вычисляется среднее квадратичное отклонение, то систе-
матически закономерно изменяющиеся погрешности не отделяются
от случайных. В этом случае возможности данного метода для
выявления и устранения причин, обусловливающих те или иные
погрешности, уменьшаются.
Точечные и точностные диаграммы и их применение для иссле-
дования точности обработки. Для построения точечной диаграммы
по горизонтальной осн откладывают номера обрабатываемых за-
готовок в той последовательности, как они сходят со станка. По
вертикальной оси в виде точек откладывают результаты измерений
заготовок. Точечные диаграммы можно строить как для одной,
так н для нескольких последовательно обрабатываемых партий
заготовок (рис. 8, а).
Длину точечных диаграмм можно сократить, если по горизон-
тальной оси откладывать не номера заготовок, а номера групп
заготовок, причем в каждую группу входит одинаковое количе-
ство последовательно снимаемых со станка заготовок (рис. 8, б).
Диаграмма, по вертикальной оси которой отложены средние
арифметические значения размеров заготовок, входящих в каждую
2 п/р. Корсакова В. С. 33
группу, приведена на рис. 8, в. По ней легче проследить тенден-
цию изменения выполняемых размеров с течением времени. Отчет-
ливо наблюдается периодичность изменения размеров в результа-
те износа режущего инструмента и периодически производимых
поднастроек станка.
Точечные диаграммы стали шире использовать в связи с раз-
витием и применением в промышленности статистического метода
контроля продукции. В процессе изготовления деталей периоди-
чески измеряют две — десять деталей. Результаты измерений этих
деталей, производимых универсальными инструментами, обраба-
тывают и наносят на специальную (контрольную) диаграмму.
На этой диаграмме предусмотрены параллельные прямые а, опре-
деляющие границы поля допуска, и прямые б, определяющие поле
рассеяния средних групповых значений и называемые контроль-
ными прямыми.
Место контрольных прямых находят на основе теоретических
положений статистического контроля. В качестве примера на
рис. 8, г приведена диаграмма с результатами контроля. Точки, соот-
ветствующие средним групповым значениям, соединены линиями.
Вначале процесс обработки протекает нормально, и ломаная линия
не выходит за пределы контрольных прямых. При контроле дета-
лей группы А установлен выходломаной линии за пределы контроль-
ных границ. Это служит сигналом для подпастройки станка с по-
мощью регулирования, смены инструмента или проверки поло-
жения упоров. На контрольные диаграммы можно наносить не только
средине групповые значения, но и другие параметры, характери-
зующие стабильность процесса обработки. К их числу можно от-
нести величину поля рассеяния, которая определяется по каж-
дой группе измерений как разность предельных значений.
Механизация статистического контроля достигается примене-
нием комбинированных приборов, измеряющих размеры и фик-
сирующих их на контрольной ленте. Известны приборы, которые
измеряют и усредняют результаты измерения суммирующим устрой-
ством с электрическими или пневматическими датчиками. На этих
приборах последовательно или одновременно измеряются детали,
входящие в группу. В автоматизированных производствах находят
применение устройства, автоматически управляющие процессом
обработки на основе результатов измерения и их преобразования
в статистические характеристики.
Применением статистического контроля предупреждается брак,
так как контролируется не вся совокупность уже изготовленных
деталей (как при обычных способах контроля), а правильность
выполнения самого технологического процесса. При обнаружении
отклонений своевременно применяют меры для их устранения.
При статистическом контроле значительно сокращается число
контролеров, так как выборочной проверке подвергают только
5—10% продукции.
Точечные диаграммы могут быть преобразованы в точностные.
Они позволяют более четко выявить влияние систематических
закономерно изменяющихся погрешностей на общую погрешность
обработки. Пример точностной диаграммы приведен на рис. 9, а.
Для каждой группы последовательно обработанных деталей на-
ходят среднее арифметическое хср и среднее квадратичное о откто-
нения, а также предельные верхнее и нижнее отклонения от
среднего арифметического (разность этих отклонений есть поле
рассеяния W для каждой группы). Число деталей в каждой группе
рекомендуется брать равным 25, а если обрабатывается большая
Рис. 9. Точностная диаграмма (а) и характерные кривые устойчивости (б) и ста-
бильности (в) технологических процессов
2* 35
партия заготовок (более 300), то и большим. При партии, напри-
мер, 300 заготовок общее число групп составляет 12. Если размер
партии исчисляется несколькими тысячами штук, то измерять
детали нужно в порядке их изготовления, но группы берут не под-
ряд, а через равное число неизмеряемых деталей.
В точностной диаграмме по оси абсцисс отложены номера по-
следовательно взятых групп, а по оси ординат вычисленные зна-
чения хср, о, £в и g„. Соединяя полученные точки ломаными линиями,
получаем характеристику изменения указанных величин во вре-
мени протекания исследуемого процесса обработки. Проведя ана-
логичные наблюдения по нескольким партиям, можно получить
более плавную диаграмму. Скачки, вызванные сменой или под-
наладкой режущего инструмента (или другими причинами), учи-
тывают путем совмещения границы ближайшей группы с местом
скачка. Поле рассеяния W размеров в пределах одной группы
значительно меньше поля рассеяния IFi всей совокупности деталей.
Если распределение размеров в пределах одной группы отве-
чает нормальному закону, то для всей совокупности деталей оно
может отличаться от этого закона из-за большего или меньшего
влияния систематической закономерности изменяющейся погреш-
ности. Например, при изменении хср по закону прямой, наклонен-
ной под углом к оси абсцисс (при размерном износе инструмента),
распределение размеров деталей во всей совокупности будет харак-
теризоваться плосковершинной кривой.
Наличие нескольких систематических факторов с постоянной
и переменной интенсивностью их действия во времени приводит
к целому семейству теоретических кривых распределения, под-
робно рассмотренных Н. А. Бородачевым. Установив на точ-
ностной диаграмме положение кривой, характеризующей изменение
хср для отдельных групп во времени, можно выявить влияние си-
стематических закономерно изменяющихся погрешностей на общую
погрешность обработки. Если, например, значения хср изменяются
по закону прямой, наклоненной к оси абсцисс под некоторым
углом, то величина систематической погрешности выражается
уравнением прямой с соответствующим угловым коэффициентом.
Величина систематической погрешности может быть дана в функ-
ции времени или числа снятых со станка деталей. Можно ее выра-
жать также в функции обработанной поверхности или длины пути
инструмента при обработке заготовок. При распределении значе-
ний хср по параболе величина систематической погрешности может
быть выражена уравнением кривой второго порядка. В более слож-
ных случаях зависимость целесообразно представлять аппрокси-
мирующейся функцией. К недостатку данного метода исследования
точности нужно отнести то, что при наличии нескольких законо-
мерно изменяющихся систематических погрешностей они не раз-
деляются, а их влияние на суммарную погрешность оценивается
комплексно. Кроме того, для исследования необходимо большое
число наблюдений.
36
Точностные диаграммы позволяют оценить технологические
процессы во времени их протекания по устойчивости и стабиль-
ности признаков качества производимой продукции. Устойчивость
характеризует во времени постоянство величины хср, а стабиль-
ность — постоянство поля рассеяния W.
Типичные случаи изменения во времени величин хср и W по-
казаны на рис. 9, б и в. Сочетание кривых 1 и 3 представляет собой
устойчивый и стабильный технологический процесс, а сочетание
кривых 1 и 4 — устойчивый, но не стабильный процесс с большим
полем рассеяния W; сочетание кривых 2 и 3 — неустойчивый,
но стабильный процесс, а сочетание кривых 2 и 4 — неустойчивый
и нестабильный процесс. Кривые 5 и 6 соответственно представляют
собой циклически устойчивый и циклически стабильный процессы;
в обоих случаях величины хср и W изменяются периодически по
определенному закону. Объективную оценку устойчивости и стабиль-
ности производят, сопоставляя амплитуды изменения величин хср
и W с полем допуска б. Устойчивость и стабильность технологи-
ческого процесса считают достаточной, если амплитуда изменения
указанных величин меньше (0,4-ъО,5) б. В отдельных случаях
требования к устойчивости и стабильности могут быть выше.
ГЛАВА II
РАСЧЕТЫ ПОГРЕШНОСТЕЙ И ПУТИ
ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ
§ 1. БАЗЫ И ПОГРЕШНОСТИ УСТАНОВКИ
ЗАГОТОВОК НА СТАНКАХ
Методы расчета погрешностей. Расчеты погрешностей необхо-
димы для обоснованного проектирования технологических процес-
сов и выявления резервов повышения качества продукции. Имеется
несколько методов расчета точности технологических процессов.
Расчетно-аналитический метод применяют при строго опреде-
ленных (детерминированных) условиях выполнения технологичес-
кого процесса. Расчет ведется по аналитическим или эмпирическим
формулам, достаточно точно описывающим протекание технологи-
ческого процесса и условий возникновения погрешностей. Этот
метод используют в единичном и мелкосерийном производстве. К его
достоинствам относится то, что он основан на учете физических
явлений и позволяет выявлять причины образования погрешностей.
Вероятностно-статистический метод применяют при больших
партиях деталей. Он позволяет без раскрытия физической сущности
явлений решать ряд задач по оценке и исследованию точности обра-
ботки, сборки, контролю и анализу точности работы оборудования.
Используя этот метод, можно определять как первичные, так и сум-
марные погрешности. Ранее (гл. I) отменатись его универсальность,
простота и пригодность использования при различных условиях
обработки.
Расчетно-статистический метод сочетает положительные стороны
расчетно-аналитического и вероятностно-статистического методов.
Он пригоден для различных условий производства и является весьма
гибким, так как позволяет рассчитывать первичные и суммарные
погрешности, оценивая их отдельные составляющие статистически
или расчетным путем. При недостатке расчетных данных он может
в большей мере носить вероятностно-статистический характер. В
то же время, применяя детерминированный подход, можно опреде-
лить поле рассеяния случайных погрешностей расчетно-аналити-
ческим методом. Ниже приводятся анализ и расисты погрешностей
обработки на базе расчетно-статистического метода.
Базы. Одной из причин, вызывающих погрешности выполняемого
размера и отклонения взаимного положения обрабатываемых поверх-
ностей заготовки, является погрешность ее установки па станке.
У заготовки различают: обрабатываемые поверхности; поверхности,
которыми ориентируют заготовку относительно инструмента, уста-
38
новленного на размер; поверхности, с которыми контактируют за-
жимные устройства; поверхности, от которых измеряют выполняе-
мый размер; свободные поверхности.
Поверхности (а также линии и точки) заготовки, ориентирующие
ее при установке для обработки на станке, называют базами, а при-
даваемое заготовке (детали, изделию) положение, определяемое
базами, называют ее базированием.
Следует различать установку для обработки способом автомати-
ческого получения заданных размеров, когда положение измери-
тельной базы относительно инструмента, установленного па размер,
непосредственно влияет на точность выдерживаемого размера, и
установку для обработки способом индивидуального получения
заданных размеров, когда положение измерительной базы заготовки
не влияет на точность обработки, так как заданный размер полу-
чается путем пробных измерений непосредственно от измеритель-
ной базы.
При первом способе применяют специальные приспособления,
под которыми понимают устройства, состоящие из установочных,
зажимных и направляющих инструмент элементов, смонтированных
в общем корпусе. Установку заготовок осуществляют доведением их
базовых поверхностей до соприкосновения с установочными элемен-
тами приспособлений и последующим закреплением заготовок за-
жимными устройствами. Преимущества этого способа установки:
быстрота, устранение выверки и влияния субъективных факторов
на точность положения заготовки в приспособлении.
При обработке способом автоматического получения размеров
станок предварительно настраивают, т. е. устанавливают инстру-
мент и приспособление в такое положение, при котором обеспечи-
вается выдерживание заданного размера в партии заготовок при
однопроходной обработке. Это положение остается неизменным до
очередного регулирования, требующегося вследствие размерного
износа инструмента или новой настройки в связи со сменой затупив-
шегося инструмента.
Расчет погрешностей и проектирование технологических процес-
сов обработки и сборки связаны с выбором баз. Рассмотрим их общую
классификацию.
Различают базы проектные, конструкторские, измерительные
и технологические. Проектными называют базы, выбранные при
проектировании изделия. Они определяют расчетное положение де-
тали относительно других деталей или частей изделия. На чертежах
изделий эти базы часто представляют в виде геометрических элемен-
тов (осн отверстий и валов, плоскости симметрии, биссектрисы
углов). Конструкторскими базами называют базы, используемые для
определения положения детали в изделии. Сборку изделия обычно
производят, сопрягая конструкторские базы его элементов друг
с другом без выверки. Конструкторские базы при этом представляют
собой реальные поверхности. В отдельных случаях сборку изделия
производят с выверкой взаимного положения его элементов по про-
39
верочным базам. После этого элементы изделия фиксируют тем или
иным способом (резьбовые детали, контрольные штифты и т. п.).
Измерительными называют базы, от которых производят
отсчет выполняемых размеров при обработке заготовки (при сборке
изделия) или проверку взаимного положения поверхностей детали
(элементов изделия). Если в качестве измерительной базы исполь-
зуют реальные поверхности, то проверка осуществляется обычными
(прямыми) методами контроля. При использовании геометрических
линий или точек применяют косвенные методы контроля. Нередко
указанные базы материально представляют посредством вспомога-
тельных деталей (оправки, натянутая по оси отверстия в детали
струна и пр.).*
Технологическими называют базы, используемые для определе-
ния положения заготовки или изделия в процессе изготовления.
При использовании приспособлений за технологические базы при-
нимают реальные поверхности, непосредственно контактирующие
с установочными элементами приспособлений. При установке с вы-
веркой используют как реальные поверхности заготовки, так и гео-
метрические линии и точки, материально представляемые на заго-
товке в виде разметочных рисок.
По месту положения в маршруте обработки технологические базы
делят на черновые (предварительные), промежуточные и окончатель-
ные. Черновые базы используют на первых операциях обработки,
когда обработанных поверхностей на заготовке еще нет. Они служат
для создания промежуточных технологических баз, а часто сразу
и окончательных, используемых для завершения обработки. В общем
случае последовательно применяют все три указанные разновид-
ности технологических баз. Нередки, однако, случаи использования
только черновых и окончательных баз. При обработке заготовок на
автоматических линиях в приспособлениях-спутниках вся обра-
ботка может быть завершена при одной установке заготовки. В этом
случае часто используют только черновые технологические базы.
Такие варианты базирования заготовок используют при обработке
на агрегатных станках, токарных многошпиндельных автоматах
и полуавтоматах, станках с программным управлением.
Черновая технологическая база может быть принята только для
одной установки. Повторное ее использование нарушает взаимное
расположение обрабатываемых поверхностей. Однако для заготовок,
полученных методами точного литья и штамповки, где термин чер-
новая база является условным, это правило не является обязатель-
ным. При неточной обработке допустимо также повторное приме-
нение черновых баз в однотипном приспособлении с обеспечением
контакта установочных элементов с базовыми поверхностями заго-
товки в тех же точках.
Технологические базы делят на основные и искусственные. Ос-
новные базы — это поверхности, которые предусмотрены конструк-
цией детали и выполняют определенную роль при ее работе в изде-
лии. Искусственные (вспомогательные) базы — это поверхности,
40
специально создаваемые на детали исходя из технологических сооб-
ражений. Для работы детали в изделии эти поверхности не нужны
и после завершения обработки при необходимости могут быть уда-
лены. Возможность создания искусственных технологических баз
должна быть предусмотрена и оговорена в конструкции детали.
Примерами искусственных баз могут служить центровые гнезда
валов, центрирующий поясок 1 и торец юбки 2 поршня автомобиль-
ного двигателя (рис. 10, а), плоскости 1 приливов 2 на заготовках
(рис. 10, б) для удобства установки и крепления их при обработке,
технологические бобышки 1 на заготовках турбинных лопаток
(рис. 10, в), два установочных отверстия 1 на заготовках корпусных
деталей (рис. 10, г).
Погрешности установки заготовок. При использовании при-
способлений возможно появление погрешности установки обрабаты-
ваемых заготовок (базовой детали изделия при его сборке). Погреш-
ность установки е, как одна из составляющих общей погрешности
выполняемого размера, состоит из погрешности базирования efi,
погрешности закрепления е3 и погрешности положения заготовки
впр, вызываемой неточностью приспособления.
Погрешностью базирования называется разность предельных
расстояний от измерительной базы заготовки до установленного
на размер инструмента. Погрешность базирования возникает при
иесовмещении измерительной и технологической баз заготовки; она
определяется для конкретного выполняемого размера при данной
схеме установки. Поэтому величине еб в расчетах присваивают ин-
декс соответствующего размера.
Схема установки заготовки для фрезерования в ней паза приве-
дена на рис. 11, а. Заготовку закрепляют силой Q. При обработке
партии заготовок погрешность базирования относительно размера А
равна нулю (ебл = 0), так как измерительная и технологическая
базы совмещены в плоскости 1 заготовки. Погрешность базирования
относительно размера В равна допуску 6 на размер С заготовки
(ебй — б). В этом случае технологическая база (плоскость /) не сов-
мещена с измерительной базой (плоскость 2 заготовки).
Рис. 10. Типы установочных баз
41
Рис. 11. Схема для определения погрешности базирования и закрепления
Схема установки цилиндрической заготовки в призму для фре-
зерования поверхности приведена на рис. 12, а. Двумя окружнос-
тями изображены наибольшая и наименьшая по диаметру заготовки
в партии с осями в точках С' и С"- При выполнении размера /гх
погрешность базирования определяется разностью предельных раз-
меров от измерительной базы (образующих Д' и А") до установлен-
ного на размер инструмента (точка А"'):
ебЛ1 = О А' -О А";
О А' = ОС -i- С A'
sin z
2
По аналогии
од"=£™/_2_ +i\
2 . а 1
\sm¥ )
Следовательно,
6n / 1 \
ебЛ1 — J’ |-а | ‘ (13)
\sin -2- )
Здесь 6D — допуск на диаметр заготовки; а — угол призмы.
По аналогии для размеров fi2 и Л3
ебЛ2= £-~ - П; (14)
\sin2' )
1
ЕбйЗ = -2---(15)
sin 2-
Погрешность базирования для размеров hlt h2 и h3 можно умень-
шить, увеличивая угол призмы. Изменяя положение призмы
(рис. 12, б), можно также уменьшить погрешности базирования для
размеров и hs. Для этого случая
ебЛ1 — 2~ ’ ебЛз — О’
42
При а < 60° (см. рис. 12, а) уменьшается также и погрешность
базирования для размера h2.
Схема установки заготовки базовым отверстием на цилиндричес-
кий палец приспособления с закреплением по торцам приведена
на рис. 12, в. При посадке без зазора (на разжимной палец) погреш-
ность базирования для размера А равна половине допуска на диа-
метр заготовки. При наличии зазора (посадка на жесткий палец)
погрешность базирования для того же размера возрастет на величину
предельного изменения зазора А
ебЛ = -| + А. (16)
Во всех случаях погрешность базирования равна нулю для диа-
метров обрабатываемых поверхностей и размеров, определяющих
взаимное положение поверхностей, обрабатываемых мерным или
настроенным инструментом. Так, для размеров В и С (см. рис. 12, в)
ЕбВ == 0 и ебС — 0.
Погрешность базирования также равна нулю для всех размеров,
определяющих взаимное положение поверхностей, обработанных
при единой установке заготовки. На погрешность базирования
влияет погрешность формы технологической базовой поверхности.
Так, овальность цилиндрической поверхности изменяет положение
оси заготовки в призме (при ее различных угловых положениях),
а поэтому возникает погрешность выполняемого размера Е
(рис. 13, а). Этот размер при эллипсности базовой поверхности изме-
няется в пределах 2 С, где С — расстояние от оси заготовки до фоку-
са эллипса.
Макронеровности на базовой установочной поверхности
(рис. 13, б) могут вызвать погрешность размера В. В большинстве
случаев эта погрешность мала (при опорах с развитой поверхностью
она составляет небольшую часть высоты макронеровностей Н)
и ею можно пренебречь. Эту погрешность можно рассматривать как
элемент погрешности базирования, так как измерительная база
(плоскость / —/) не совмещена с фактической установочной
Рис. 12. Схемы для расчета погрешности базирования
43
с
Е
базой — криволинейной поверхностью
профиля.
Погрешность базирования влияет на
точность выполнения размеров, точность
взаимного положения поверхностей и
не влияет на точность их формы. Для
различных схем установки погрешность
базирования может быть найдена на
основе геометрических расчетов. Для
устранения и уменьшения погрешности
базирования следует совмещать техно-
логические и измерительные базы, по-
вышать точность выполнения размеров
технологических баз, выбирать рацио-
нальное расположение установочных
элементов и назначать правильно их
размеры, устранять или уменьшать зазо-
ры при посадке заготовок на охваты-
ваемые или охватывающие установоч-
ные элементы.
Погрешностью закрепления е3 назы-
вается разность предельных расстояний
Рнс. 13. Влияние погрешно-
сти формы и шероховатости
базовой поверхности на по-
ложение заготовки в при-
способлении
от измерительной базы до установленного на размер инструмента
в результате смещения обрабатываемых заготовок под действием
силы закрепления. Для партии заготовок эта погрешность равна
нулю, если смещение хотя и велико, но постоянно; в этом случае
положение поля допуска выполняемого размера может быть скор-
ректировано настройкой станка.
Погрешность закрепления заготовки относительно размера А
(см. рис. 11, а) не равна нулю (езАу= 0), тогда как для размера Е
она равна нулю (езЛ; = 0), так как измерительная база 3 не пере-
мещается при закреплении заготовки в горизонтальном направлении.
Измерительная база заготовки смещается в результате деформации
звеньев цепи (заготовка, установочные элементы и корпус приспо-
собления), через которую передается сила закрепления. В этой цепи
наибольшие перемещения наблюдаются в стыке заготовка — уста-
новочные элементы. В остальных звеньях перемещения при рацио-
нальной конструкции приспособления малы.
Зависимость контактных деформаций для стыков заготовка —
установочные элементы выражается в общем виде нелинейным зако-
ном
JZ=CQ» (17)
где С — коэффициент, характеризующий вид контакта, материал
заготовки, шероховатость и структуру ее поверхностного слоя;
для партии заготовок при данной схеме установки этот коэффи-
циент изменяется от Cmin до Стах.', Q — сила, действующая на уста-
новочный элемент (опору).
44
Рис. 14. Схемы для расчета погреш-
ности закрепления
Показатель п в зависимости
(17) меньше единицы. Характер
данной зависимости показан на
рис. 14, а. В зажимных устрой-
ствах приспособлений сила за-
крепления при обработке пар-
тии заготовок колеблется от
Qmin До Qmax, изменяя контакт-
ные деформации (осадку заго-
товки). Применительно к разме-
рам А и В (см. рис. 11, а) раз-
ность уП1ах и f/пйп и будет со-
ставлять погрешность закрепле-
ния х.
Погрешность закрепления
заготовки часто сопоставима с
погрешностью базирования. Ее
можно уменьшить путем приме-
нения зажимных устройств
(пневматических, гидравличе-
ских и др.), обеспечивающих
постоянную силу закрепления
заготовок; повышения однородности поверхностного слоя и мате-
риала заготовок; рационального выбора направления силы за-
крепления.
Сила закрепления должна прижимать базовую поверхность заго-
товки к установочным элементам приспособления. При неправиль-
ной схеме закрепления, когда сила зажима ие обеспечивает плотного
прижатия заготовки к опорам, может произойти ее поворот или сме-
щение. Подобное смещение следует считать не погрешностью закреп-
ления, а грубой погрешностью из-за принципиально неправильной
схемы установки. Ошибки такого рода возникают при неправильных
конструкциях специальных и нерациональном использовании уни-
версальных приспособлений. Так при закреплении в машинных
тисках (см. рис. 11,6) заготовка 1 может повернуться вокруг точки О
с нарушением контакта ее нижней базы с опорной поверхностью
тисков. В результате этого возникнет непараллельность обрабаты-
ваемой поверхности заготовки ее нижней базе.
Погрешность положения заготовки епр, вызываемая неточностью
приспособления, определяется ошибками изготовления и сборки его
установочных элементов еус, их прогрессирующим износом е„,
а также ошибками установки и фиксации приспособления на станке
ес. Составляющая еус характеризует неточность положения устано-
1 Более точно составляющие еэ (отрезки yt и у2) следует складывать не алгеб-
раически, а по правилу квадратного корня = Г й'+ гщ так как они пред-
ставляют собой поля рассеяния случайных величин
У1 = ^min (^max ^inin)* {^“(^max ^Tnin) Qmax’
45
вочных элементов приспособления. При использовании одного при-
способления она представляет собой систематическую постоянную
погрешность. Ее можно устранить соответствующей настройкой
станка. При использовании нескольких одинаковых приспособле-
ний (приспособлений-дублеров и приспособлений-спутников), а
также многоместных приспособлений эта погрешность не компен-
сируется настройкой станка и входит полностью в погрешность
епр. При изготовлении приспособлений погрешность еус в зависи-
мости от их размеров находится в пределах 0,01—0,05 мм; для пре-
цизионных приспособлений она может быть менее 0,01 мм.
Составляющая ес характеризует изменение положения контакт-
ных поверхностей установочных элементов в результате их износа
в процессе эксплуатации приспособления. Интенсивность износа
установочных элементов зависит от их конструкции и размеров,
материала и массы заготовки, состояния ее базовой поверхности,
а также от условий установки заготовки в приспособление и снятия
ее. Исходя из требуемой точности установки, износ опор регламен-
тируют заранее рассчитанной величиной. Износ контролируют при
плановой периодической проверке приспособлений. Если износ
достиг предельно допустимой величины, то приспособление ремон-
тируют путем смены опор. При обработке заготовок средних разме-
ров по 2—3-му классам точности допустимая величина еи обычно
не превышает 0,015 мм. Для уменьшения износа опоры выполняют
из закаленной стали. Нередко их хромируют или наплавляют твер-
дым сплавом, что уменьшает износ соответственно в 3 и 10 раз.
Величины ’еус и е„ показаны на примере двухместного приспособ-
ления (рис. 14, б). Они влияют на размер Н, выдерживаемый при
обработке.
Составляющая ес возникает в результате смещений и перекосов
корпуса приспособления на столе, планшайбе или шпинделе станка.
В массовом производстве при однократном неизменном закреплении
приспособления на станке эту величину с помощью выверки доводят
до определенного минимума; она постоянна в течение эксплуатации
данного приспособления. Составляющая ес может быть устранена
(компенсирована) соответствующей настройкой станка. В серийном
производстве приспособления многократно периодически переуста-
навливают на станках; постоянная величина ес превращается при
этом в некомпенсируемую случайную величину, изменяющуюся
в определенных пределах. Аналогичное явление наблюдается на ав-
томатических линиях при использовании приспособлений-спутни-
ков. Применением направляющих элементов (шпонок для Т-образ-
ных пазов стола, центрирующих поясков, фиксаторов) и рациональ-
ным назначением зазоров в их сопряжениях величину ес можно
уменьшить до 0,01 мм.
Величины еус, ес и еп характеризуют расстояние между предель-
ными проекциями измерительной базы обрабатываемых заготовок
на направление выполняемого размера. В проектных технологи-
ческих расчетах их можно рассматривать как поля рассеяния слу-
46
чайных величин, распределение которых в первом приближении
можно принять по нормальному закону. При этом условии
енр = V е'ус 4- ей + е=. (18)
Погрешность установки как суммарное поле рассеяния выпол-
няемого размера
е = ]/еа + еН- ейр. (19)
Величины еб, е3 и е11р часто сопоставимы по своим значениям.
Уменьшать величины е3 н впр необходимо при точной обработке.
Анализ этих величин позволяет обосновать схему приспособления
и сформулировать технические условия на его изготовление. Это
особенно важно при конструировании прецизионных приспособле-
ний.
При обработке поверхностей вращения величины ей, е3 и епр
приобретают характер векторов, так как могут иметь различную
направленность. В этом случае погрешность установки, как погреш-
ность положения заготовки, определяется ее возможным смещением.
Величину этого смещения определяют геометрически как вектор-
ную сумму еб, е3 и епр.
При установке заготовки базовым отверстием на центрирующий
бурт приспособления с зазором смещение заготовки относительно
оси центрирующего бурта определяется радиальным зазором АР
При смещении оси бурта относительно оси вращения шпинделя на
величину Д2 общая погрешность установки е определяется вектор-
ной суммой величин А, и А2. Наиболее вероятное значение погреш-
ности установки в данном случае определяется суммированием по
правилу квадратного корня
е = ]/ДН-А1. (20)
Наибольшее значение погрешности е возможно тогда, когда век-
торы А, и А.г колинеарпы и суммируются арифметически. Получен-
ное значение е определяет несоосность базового отверстия и наруж-
ной обрабатываемой поверхности, но не влияет на ее диаметр. Не-
соосность учитывают при расчете припуска на обработку наружной
поверхности.
Для размеров, определяющих взаимное положение поверхностен,
обработанных при одном закреплении заготовки, погрешность уста-
новки, как составляющая общей погрешности обработки, равна
нулю. Этот случай наблюдается при обработке заготовок из прутка
на токарно-револьверных станках и автоматах, а также при обра-
ботке заготовок на агрегатных и других станках. Во всех случаях
погрешность установки заготовки в приспособлениях может быть
рассчитана исходя из геометрических связей и анализа схемы уста-
новки.
Погрешность установки заготовки приходится учитывать не толь-
ко при расчетах точности обработки, но и при проектировании конт-
47
рольно-измерительных и сборочных операций. Уменьшение погреш-
ности измерения заготовок в контрольных приспособлениях дости-
гается совмещением установочной базы с измерительной; проверяе-
мую заготовку устанавливают на ту поверхность, от которой на ра-
бочем чертеже заданы проверяемые размеры. В этом случае погреш-
ность базирования в процессе измерения равна нулю. Кроме того,
следует уменьшить величины е3 и елр, используя изложенные ранее
рекомендации. При узловой и общей сборке в сборочных приспособ-
лениях погрешность установки сопрягаемых элементов может быть
уменьшена путем сокращения всех ее трех составляющих. Это спо-
собствует повышению точности сборки и улучшению собираемости
деталей, что важно для условий автоматизации сборочных процес-
сов. Во всех рассмотренных случаях методика определения погреш-
ности установки является общей, хотя и имеет отдельные особен-
ности.
При обработке способом индивидуального получения заданных
размеров заготовку устанавливают с выверкой, а режущий инстру-
мент устанавливают на размер индивидуально для каждой заготовки
путем пробных рабочих ходов и измерений. Положение заготовки
выверяют либо непосредственно по обрабатываемой поверхности,
либо по разметочным рискам Е Эти элементы являются технологи-
ческими (проверочными) базами в отличие от опорных поверхностей,
на которые ставится заготовка. Разметку используют в единичном
и мелкосерийном производстве. Ее выполняют для проверки год-
ности исходных заготовок путем нанесения на их поверхности рисок,
определяющих границы обработки, выверки заготовок при установ-
ке их на станке, нанесения рисок для установки накладных кондук-
торов, а также контроля обработки сложных деталей машин. Тре-
буемое положение выверяемой заготовки достигается подкладками
и универсальными устройствами.
Точность установки с выверкой определяется тщательностью
производимой проверки. Она зависит от квалификации рабочего,
вида применяемого при проверке инструмента, а также состояния
поверхности, которую проверяют. Выверку производят до закреп-
ления заготовки и окончательно — после закрепления заготовки,
так как под действием сил закрепления заготовка может изменить
свое положение. Погрешность установки количественно равна по-
грешности проверки заготовок; погрешность закрепления заготовки
укладывается при этом в поле погрешности проверки. Погрешность
установки с выверкой учитывается при определении ошибок взаим-
ного расположения поверхностей (непараллельности, неперпенди-
кулярности), так как эти ошибки обычно не устраняются последую-
щей обработкой заготовки.
1 Практические приемы разметки должны быть усвоены студентом в процессе
учебной практики (в учебных мастерских) по курсу «Технология конструкци-
онных материалов».
48
§ 2. ВЫБОР БАЗ. ПЕРЕСЧЕТ РАЗМЕРОВ
Й ДОПУСКОВ ПРИ СМЕНЕ БАЗ
Выбор баз. При проектировании технологических процессов
большое значение с точки зрения обеспечения заданной точности
имеет выбор баз. Обработку заготовок обычно начинают с создания
технологических баз. Вначале за технологическую приходится при-
нимать черновую базу, т. е. необработанные поверхности заготовки.
Эти поверхности могут быть либо необрабатываемые, либо обрабаты-
ваемые в дальнейшем. Выбранная черновая база должна обеспечи-
вать равномерное снятие припуска при последующей обработке
поверхностей с базированием на обработанную технологическую
базу н наиболее точное взаимное положение обработанных и необра-
ботанных поверхностей детали. Черновые базовые поверхности
должны быть по возможности гладкими; не иметь штамповочных и
литейных уклонов; на них не следует размещать литники, прибыли,
делать плоскости разъема литейных форм и штампов.
При выборе технологических баз для обработки заготовок сле-
дует использовать принцип совмещения баз, т. е. в качестве техно-
логической базы брать поверхность, являющуюся измерительной
базой. Лучшие результаты достигаются при совмещении техноло-
гической, измерительной и конструкторской баз, т. е. тех поверх-
ностей, которые определяют положение детали в собранном изделии
(например, центральное отверстие и торец ступицы зубчатого
колеса). Учитывая взаимосвязь конструкторской, измерительной
и технологической баз, технолог при выборе баз и построении тех-
нологических процессов должен анализировать не только рабочие,
по и сборочные чертежи изделия. Конструктор также должен
проектировать деталь с учетом возможности совмещения кон-
структорской, измерительной и технологической баз при ее об-
работке.
При построении маршрута обработки следует соблюдать принцип
постоянства баз; на всех основных технологических операциях ис-
пользовать в качестве технологических баз одни и те же поверх-
ности заготовки. Принципы совмещения и постоянства баз совпа-
дают в тех случаях, когда выдерживаемые размеры проставлены
от одной достаточно устойчивой измерительной базы. Если измери-
тельные базы переменны и не имеют больших размеров, то первый
принцип осуществить трудно. В этом случае осуществляют второй
принцип, выбирая соответствующую постоянную технологическую
базу. Создание искусственных технологических баз на деталях спо-
собствует более полному соблюдению принципа постоянства баз.
Когда постоянство технологической базы не может быть обеспечено,
в качестве новой технологической базы выбирают обязательно обра-
ботанные, и желательно более точно обработанные, поверхности.
Если при этом базовая поверхность не является измерительной, про-
изводят проверочный расчет допуска на выдерживаемый размер
и в случае необходимости пересчет допусков на размеры базовых
49
поверхностей, т. е. прибегают к более жестким технологическим до-
пускам на размеры этих поверхностей.
Технологическая база должна обеспечивать достаточную устой-
чивость и жесткость установки заготовки, что достигается соответ-
ствующими размерами и качеством базовых поверхностей, а также
их взаимным расположением. При выборе технологических баз необ-
ходимо обеспечивать требуемую ориентацию обрабатываемой заго-
товки в приспособлении. Для полной ориентации заготовки в при-
способлении число и расположение установочных элементов должно
быть таким, чтобы при соблюдении условия неотрывности баз от
установочных элементов (т. е. сохранения плотного контакта между
ними) заготовка не могла иметь сдвига и вращения относительно
трех координатных осей. При выполнении этого условия заготовка
лишается всех степеней свободы. Число установочных элементов
(точек) должно быть равным шести (правило шести точек); их взаим-
ное положение должно обеспечить достаточную устойчивость заго-
товки в приспособлении. Схема установки заготовок на шесть точек
приведена на рис. 15, а. После закрепления силой Q заготовка 1
получает ориентированное положение в пространстве, необходимое
для точной обработки паза 2 по высоте, длине и ширине.
В зависимости от условий выполнения технологической операции
может быть допущена частичная (неполная) ориентация заготовки.
Схема установки гладкого диска 1 на пять точек показана на
рис. 15, б. Плоским торцом диск опирается на три точки, а цилиндри-
ческой поверхностью — на две остальные. Если по условиям обра-
ботки можно удалить металл для получения площадки 2 в произ-
50
вольном месте, то пяти опор оказывается достаточно. Схема уста-
новки круглой заготовки 1 на три точки для обдирочного шлифова-
ния ее верхнего торца приведена на рис. 15, в. Для выдерживания
размера И по толщине точная установка в горизонтальной плоскости
и относительно вертикальной оси не требуется. При установке заго-
товки на черновые базы применяют установочные элементы в виде
точечных опор (штифтов) с ограниченной опорной поверхностью.
При установке заготовки на точные и чисто обработанные базы во
избежание вмятин используют опорные пластинки или другие эле-
менты с достаточно большой опорной поверхностью.
Для определения влияния постоянства баз на погрешность бази-
рования рассмотрим два варианта обработки корпусной детали на
настроенном станке с получением размеров а, b и h (рис. 16, а).
Нижняя поверхность принята за основную технологическую базу.
Боковые поверхности 1 и 2 используют в первом варианте обработки
в качестве последовательно изменяемых технологических баз. Эти
поверхности обработаны на предшествующих операциях; при этом
по оси заготовки до поверхности 1 выдержан размер А с допуском
ЙЛ. Во втором варианте обработки используется постоянная техно-
логическая база (поверхность /). При определении погрешностей
базирования воспользуемся уравнениями размерных цепей. Схемы
цепей показаны на рис. 16, в и г.
Для обработки поверхности с получением размера а ориентируем
заготовку по боковой поверхности 1 (рис. 16, б). Погрешность бази-
рования для выполняемого размера а равна допуску на размер
между технологической и измерительной базами, т. е. допуску
Рис. 16. Схемы для расчета погрешности базирования при смене баз
51
на размер А:
Еба = &А-
Для обработки поверхности с получением размера b ориенти-
руем заготовку по боковой поверхности 2 (рис. 16, в). В этом случае
из размерной цепи имеем
е'бь — = 6Х.
Здесь бЛ — допуск на размер х между технологической и изме-
рительной базами.
Для обработки поверхности с получением размера h изменим
схему установки (рис, 16, г) и, пользуясь тем же методом расчета,
получим
ЕбЛ — бс.
Меньшие погрешности базирования получаются при обработке
поверхностей с получением размеров а, b и h по второму варианту
при ориентации заготовки во всех трех установках по единой неиз-
меняемой базе 1. Тогда при обработке с получением размера а (см.
рис. 16, б)
Е6о = 6а> т. е. Еба — Еба,
при обработке до размера b (рис. 16, д)
Ебб = 6С, Т. е. ЕбЬ < Ебб,
так как бс < бй + бс:
при обработке с получением размера h (рис. 16, е) е®, = 0. Это обус-
ловлено тем, что размер h характеризует расстояние между поверх-
ностями, обработанными при одной и той же установке заготовки.
Таким образом, в двух последних случаях (см. рис. 16, д и е) погреш-
ность базирования уменьшилась.
Анализируя погрешности базирования при переменных и по-
стоянных базах для различных случаев обработки, приходим к
выводу, что применением постоянных баз достигается уменьшение
погрешности базирования. Каждая смена технологической базы
при выполнении технологического процесса вносит новые погреш-
ности, зависящие от неточностей взаимного расположения баз.
Сопоставляя различные схемы установки при постоянной базе,
выбирают из них такую, которая обеспечивает наименьшую погреш-
ность базирования и более жесткие допуски выдерживаемых разме-
ров.
Пересчет размеров и допусков при смене баз. Указываемые
на рабочих чертежах размеры часто не соответствуют условиям
построения технологического процесса и неудобны для измерения
обрабатываемых заготовок. По технологическим соображениям при-
ходится иногда изменять принятые конструктором измерительные
базы. В этих случаях, а также при перемене технологических баз
в процессе обработки необходимо производить пересчет размеров
52
и допусков на базе геометрического
анализа связей между конструктив-
ными размерами и принятыми ба-
зами.
Рассмотрим в виде примера чер-
теж коленчатого вала (рис. 17). Для
условий эксплуатации важно, что
при изготовлении вала были выдер-
жаны размеры llt 12 и L; при этом
размер L задан с жестким допуском.
Измерить размер L в производствен-
ных условиях не представляется воз-
можным. Удобно измерять размер х'
или размер х". Определяя один из
этих размеров, технолог должен за-
дать на него допуск, обеспечиваю-
щий соблюдение заданного конст-
Рис. 17. Схема для расчета до-
пусков на технологические раз-
меры
руктором допуска на размер L. Исходя из этого условия, за-
дачу можно решить следующим образом.
Если вместо размера L задать размер х', то для цепи размеров
L, и х можно написать
= +
где &L—допуск на замыкающее звено размерной цепи, который
должен быть выдержан.
Отсюда имеем
6/ -f-б/
Тот же результат можно получить и для размера х". Из расчета
видно, что допуски на размеры и /2 должны быть более жесткими,
чем допуск на заданный размер L, а допуск на размер х' должен
быть меньше допуска б/..
Рассмотрим пересчет допусков при изменении цепного способа
простановки размеров (рис. 18, а) на координатный от единой изме-
рительной базы (рис. 18, б). При пересчете допусков нужно иметь
в виду, что каждый размер, проставленный конструктором по цеп-
ному способу, является замыкающим звеном цепи соответствующих
размеров координатного способа. Заданные конструктором допуски
должны быть в процессе обработки выдержаны. Найдем допуски
на координатные размеры и L2, обеспечивающие точность выпол-
нения размера /2 с наименьшим допуском 6/г. Из размерной цепи
следует, что
6/, = 6^+64,== 50 мкм.
53
Можно принять, что
бд, = бд2 = = 25 мкм.
„Допуски на размеры L3 и Lt найдем аналогичным путем из дру-
гой размерной цепи
б/4 = бд3 + бд4 = 100 мкм.
Соответственно примем
Л х 100 г-г»
од3 = од4 = ~2~ = 50 мкм.
При найденных допусках на размеры Llf L2, L3 и 1.4 допуски на
размеры /2 и /4 будут полностью выдержаны. Допуски на размеры
4 и 1-з будут также выдержаны, нос большим вынужденным их умень-
шением. Так, на размер 1г вместо допуска 800 мкм назначают допуск
25 мкм. Допуск на размер /3 с 500 мкм уменьшается до значения
бд3+ 6^ = 25 + 50 = 75 мкм.
Если бы допуски на все размеры по рис. 18, а были одинаковы,
то допуски на размеры по координатному способу следовало бы
уменьшить в среднем в 2 раза.
Рассмотрим пересчет допусков, связанный с изменением изме-
рительной базы. На рис. 18, в показана корпусная деталь, в которой
растачивают два отверстия. Размеры lL и /2 конструктором простав-
лены от поверхности, на которую устанавливают другую корпус-
ную деталь. Отверстия в этой детали связаны с отверстиями в рас-
сматриваемой детали размерными соотношениями. В качестве
установочной базы используют нижнюю поверхность детали. Необ-
ходимо найти допуски на новые размеры и £2, а также на раз-
мер Н.
Рис. 18. Схемы к пересчету до-
пусков на размеры деталей
54
Найдем допуск на размеры Ц и Н. Для этого рассмотрим цепь
размеров Н, Lj и /х, в которой размер является замыкающим зве-
ном.
б/, = бд1 + &н — 85 мкм.
Примем 6// = 50 мкм и б/., = 35 мкм. Для определения допуска
на размер £2 рассмотрим цепь размеров Н, L, и /2.
б/2 = 6// + бД1 = 200 мкм.
Отсюда
6д2 == 200 — 50 =150 мкм.
Из рассмотренных примеров видно, что при пересчете размеров
обычно приходится делать более жесткими допуски на новые раз-
меры.
§ 3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ТОЧНОСТЬ
ОБРАБОТКИ
Геометрические погрешности станка. Каждый металлообраба-
тывающий станок состоит из ряда конструктивных узлов, представ-
ляющих собой отдельные звенья единой технологической системы.
Одни узлы связаны с обрабатываемой заготовкой, другие — с режу-
щим инструментом. Погрешности взаимного расположения непод-
вижно закрепленных или перемещаемых узлов станка, вызванные
неточностями его сборки, являются причиной возникновения по-
грешностей выполняемой на нем обработки. Погрешности взаимного
расположения узлов станка (геометрические погрешности станка)
влияют на форму и расположение обрабатываемых поверхностей
заготовки, но не оказывают непосредственного влияния на ил раз-
меры. Геометрические погрешности станка могут быть следствием
неточностей сборки, неправильной обработки его основных деталей,
а также износа.
Допустимые геометрические погрешности станков различного
типа регламентированы нормами точности па их приемку, приве-
денными в соответствующих ГОСТах. В этих же нормах указаны
методы проверки точности. Проверку осуществляют в ненагружен-
UO.M состоянии, при неподвижном положении узлов станка или
медленном их перемещении вручную. В некоторых случаях на гео-
метрические погрешности станка влияют неточность его установки
и неправильное крепление на фундаменте. Погрешности, указанные
в ГОСТе, относятся к новым станкам. Для станков после ремонта
нормы точности принимают несколько ниже.
Геометрические погрешности станков влияют на точность обра-
батываемой поверхности. Однако оба понятия нельзя отождествлять.
Нормы точности обработки всегда ниже норм точности соответствую-
щих станков. В качестве примера рассмотрим влияние геометри-
55
Рис. 19. Схемы для расчета погрешности формы при консольном точении
ческих погрешностей станков токарного типа на погрешности обра-
батываемых заготовок. При обработке заготовок, закрепленных
в патроне, возможно появление конусообразности обтачиваемой
цилиндрической поверхности из-за непараллельности оси вращения
шпинделя направляющим станины в горизонтальной плоскости.
Если отклонение оси вращения на длине L составляет а, то конусо-
образность обработанной поверхности
При отклонении оси вращения только в вертикальной плоскости
обтачиваемая поверхность принимает форму гиперболоида. На
рис. 19, а ось ОХ представляет собой ось вращения заготовки. Пря-
мая АС — траектория движения резца наклонена к плоскости
XOY под углом |3:
tgP =
где b — отклонение осн вращения в вертикальной плоскости на
длине L.
Обозначив радиус обтачиваемой поверхности при х = 0 через г0,
найдем его величину для любого значения х:
r=Vrii+^tg2 р.
Подставив вместо tg Р его значение, получим
Г=/ + (21)
что представляет собой уравнение гиперболы.
Это легко показать, заменив г через у, если измерять радиус обта-
чиваемой поверхности в направлении оси у. После преобразований
имеем
56
Приращение радиуса обтачиваемой поверхности (рис. 19, б)
Дг = ]Лй + ^-П>. (22)
Если ось вращения одновременно отклонена в горизонтальной
и вертикальной плоскостях, то обтачиваемая поверхность также
представляет собой гиперболоид.
Обозначив а — отклонение осн вращения в горизонтальной и b —
отклонение оси вращения в вертикальной плоскостях, получим
радиус обтачиваемой поверхности при любом значении х:
(23)
Приращение радиуса обтачиваемой поверхности
Дг = г — г0. (24)
Если вместо цилиндрической обтачивается коническая поверх-
ность, то при отклонении оси вращения в горизонтальной плоскости
конусообразность обрабатываемой поверхности изменяется на вели-
чину 1 = ^. Отклонение оси вращения в вертикальной плоскости,
а также одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскос-
тях приводит к образованию гиперболической поверхности.
При шлифовании конических поверхностей смещение оси круга
по высоте также приводит к искажению формы шлифуемой поверх-
ности; образующая этой поверхности получается не прямолинейной,
а выпуклой. В процессе изготовления колец конических роликовых
подшипников такую поверхность, называемую бомбиной, или квази-
гиперболоидом, часто создают искусственно для повышения долго-
вечности подшипников.
Неперпендикулярность оси шпинделя к направляющим ползуна
каретки в горизонтальной плоскости при точении торцовых поверх-
ностей приводит к образованию вогнутых или выпуклых кони-
ческих поверхностей. Вогнутая поверхность получается при углах
между осью шпинделя и направлением движения резца больше 90“,
выпуклая — при углах меньше 90°. Установка резца выше или ниже
оси вращения приводит к образованию гиперболической поверх-
ности. Если ось шпинделя наклонена в вертикальной плоскости,
то торец заготовки во всех случаях получается плоским. Смещение
резца по высоте не искажает форму торцовой поверхности.
При обработке в центрах их неправильное положение может
вызвать погрешности формы и взаимного расположения обтачивае-
мых шеек. Встречаются следующие случаи. Передний центр «бьет»,
т. е. расположен со смещением на величину а относительно осн вра-
щения шпинделя, ось заднего центра совпадает с осью вращения,
ось обточенной поверхности не совпадает при этом с линией центров
заготовки (рис. 20, о). Если заготовку обтачивают за две установки
(с перевертыванием ее и перестановкой поводкового хомутика), то
57
Рис. 20. Погрешности формы при обтачивании на центрах за две установки
деталь получается двухосная. Так как угловое положение хомутика
не лимитировано, то в общем случае эти осн перекрещиваются, а в
частном случае могут пересекаться под углом а — 180 — 2(3, где
угол Р определяется из равенства
а а
sin р = у.
Здесь а — смещение центра передней бабки; L — расстояние
между центрами.
Возможно также смещение на величину а, но при параллельном
расположении обточенных шеек заготовки. На рис. 20, бив пока-
заны рассмотренные случаи искажения формы поверхности, когда
точение за каждую установку производится на половину длины де-
тали.
Передний центр установлен без смещения относительно оси вра-
щения, а задний центр смещен в горизонтальной плоскости. Обта-
чиваемая цилиндрическая поверхность получается конической.
Если задний центр расположен выше или ниже оси вращения, то
образующая обтачиваемой поверхности представляет собой гипер-
болу, вершина которой лежит у переднего центра. Гипербола полу-
чается также и в том случае, когда задний центр одновременно сме-
щен в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Если передний
центр «.бьет», а задний смещен в горизонтальной плоскости, то обто-
ченные за две установки участки вала получаются несоосными, а их
поверхности становятся коническими. В зависимости от смещения
заднего центра вперед или назад вершины конусов направлены
к концам или к середине вала. Когда передний центр «бьет», а зад-
ний смещен в вертикальной или в вертикальной и горизонтальной
плоскостях, то при обработке за две установки обточенные участки
получаются несоосными, а их форма искажается.
58
Биение центров у точных токарных станков допускается 0,01 мм.
Уменьшение биения переднего центра достигается шлифованием пос-
ле установки его в шпиндель токарного станка. Несоосность шеек
может быть устранена, если обработка ведется на станках с «мерт-
выми» центрами, т. е. па станках, у которых передний н задний цент-
ры неподвижны.
Искажение формы образующей обтачиваемой поверхности может
быть следствием непрямолинейности и износа направляющих ста-
нины, по которым перемещается каретка суппорта. Отклонение от
прямолинейности не должно превышать 0,02 мм на 1 м длины.
Непрямолинейность направляющих в вертикальной плоскости
мало влияет на изменение диаметров обрабатываемых заготовок
по длине. В то же время непрямолинейность направляющих в гори-
зонтальной плоскости оказывает большее влияние на точность диа-
метров заготовки. Местное искривление направляющих в резуль-
тате износа может повлечь за собой образование обрабатываемой
поверхности с криволинейной образующей. Износ направляющих
при обработке чугунных заготовок больше, чем при обработке сталь-
ных заготовок, а при обдирке больше, чем при чистовой обработке
в результате больших сил резання и наличия в снимаемом слое ока-
лины и формовочного песка. Интенсивность износа направляющих
зависит от коэффициента загрузки станка во времени. В массовом
производстве, где этот коэффициент сравнительно высок, износ
протекает интенсивнее, чем в серийном и единичном производ-
стве.
Некруглость обточенных поверхностей, лимитируемая требова-
ниями производства точных и быстроходных машин, вызывается
изменением положения оси вращения шпинделя станка в процессе
обработки. Если шпиндель вращается в подшипниках скольжения,
то под действием постоянной по величине и направлению силы реза-
ния он отжимается в радиальном направлении к определенным уча-
сткам поверхности подшипников. При этом условии овальность шеек
шпинделя передается обтачиваемым поверхностям. Для уменьше-
ния погрешностей формы обтачиваемых поверхностей в поперечном
сечении допустимая овальность шеек шпинделя должна быть мини-
мальной. У станков обычной точности овальность не превышает
5 мкм, а у станков повышенной точности она составляет 1 мкм и
меньше.
Овальность несущей поверхности подшипников меньше влияет
на точность обрабатываемой поверхности. При неустойчивом режиме
резания и неустановившемся характере смазки, когда возможен
переход от жидкостного к граничному трению, шпиндель может
занимать разное (неопределенное) положение в подшипнике. Такое
же явление наблюдается при чистовом точении. В этом случае ради-
альная составляющая силы резания мала н зазор в подшипниках
полностью не устраняется. В результате этого погрешность диамет-
ров составляет 3—8 мкм (при зазорах по диаметру 0,01—0,02 мм).
Овальность подшипников при непрерывном смещении в них шпинде-
59
ля вызывает соответствующее искажение формы обтачиваемых по-
верхностей.
При установке шпинделей на подшипники качения большое зна-
чение имеет ограничение их биения, так как оно передается обтачи-
ваемым поверхностям. Для шпинделей металлорежущих станков
необходимо применять прецизионные подшипники и производить их
правильный монтаж. Уменьшение некруглости обрабатываемых по-
верхностей достигается также использованием аэростатических
подшипников. Величина некруглости может быть уменьшена в не-
сколько раз по сравнению с обычными подшипниками.
Точность обработки зависит от сложности кинематических цепей
станка, передающих движение подачи. При коротких и простых
цепях, а также при наличии жесткого упора для каретки (суппорта,
стола) стайка точность повышается. Большие зазоры в кинемати-
ческих цепях и сопряжениях станка снижают точность обра-
ботки. Точность малых перемещений повышается при создании
натяга между винтом и гайкой, а также в подшипниках ка-
чения.
Упругие деформации технологической системы под влиянием
силы резания. При обработке станок, приспособление, обрабаты-
ваемая заготовка и режущий инструмент представляют собой зам-
кнутую упругую систему, которую далее будем называть техноло-
гической системой.
В процессе обработки сила резания изменяется в результате
неравномерной глубины резания из-за непостоянства размеров
заготовок в партии, нестабильности механических свойств материала
заготовок и прогрессирующего затупления инструмента. Сила реза-
ния при обработке вызывает упругие отжатия элементов техноло-
гической системы. Их величина зависит как от силы резания, так
и от жесткости элементов, т. е. их способности противостоять дейст-
вующей силе. Нестабильность силы резания и жесткости элементов
в различных сечениях вызывает неравномерность упругих отжатий
элементов системы, в результате чего появляются погрешности фор-
мы обработанной поверхности индивидуальных заготовок и изме-
нение размеров заготовок в партии. Таким образом, точность обра-
ботанных поверхностей зависит от жесткости элементов технологи-
ческой системы.
Жесткость определяется отношением действующей силы к дефор-
мации, вызываемой этой силой. На точность обработанной поверх-
ности больше всего влияет составляющая силы резания, направлен-
ная по нормали к этой поверхности. Под жесткостью (в кгс/мм)
какого-либо элемента технологической системы (например, шпин-
дельного узла станка) понимают отношение составляющей Ри силы
резания к смещению у данного элемента по нормали к обрабатывае-
мой поверхности:
(25)
60
Упругие свойства элемента тех-
нологической системы можно так-
же характеризовать его податливо-
стью, которая представляет собой
величину, обратную жесткости.
Она определяется отношением пе-
ремещения к силе (в мм/кгс)
На жесткость узлов влияют и
другие составляющие силы реза-
ния. Например, жесткость суп-
порта токарного станка при одновременном действии составляю-
щих Рг и Р„ силы резания выше, чем при действии только
одной радиальной составляющей силы резания Р„. Жесткость
элементов технологической системы находят экспериментально.
Для этого статически нагружают элемент в точке приложения
и в направлении действия силы Ру, увеличивая нагрузку сту-
пенчато от нуля до некоторой наибольшей величины. Для каж-
дой ступени нагружения измеряют отжатие испытуемого элемента
в направлении приложенной силы. Затем производят его разгруже-
ние, фиксируя остаточные отжатия; при нагружении и разгружении
строят зависимости Y — f (Ру).
При этом ветви нагружения 1 и разгрузки 2 характеристики же-
сткости обычно не совпадают из-за наличия гистерезиса (рис. 21).
При повторных многократных нагружениях и разгружениях петля
гистерезиса уменьшается. На гистерезис влияют зазоры, внутреннее
трение в сопряжениях и другие факторы. Зависимость упругих
отжатий элементов технологической системы от приложенной силы
редко выражается законом прямой. Истинную жесткость для каж-
дого текущего момента нагружения можно найти, используя отно-
шение приращения силы в данной точке кривой к приращению пере-
мещения. Для упрощения технологических расчетов целесообразно
пользоваться средней жесткостью, принимая абсциссу точки А
за среднее значение силы, возникающей в процессе обработки на дан-
ном станке.
Жесткость элементов технологической системы определяют экс-
периментально, а жесткость заготовок простых форм (гладких валов,
планок) и инструментов некоторых типов можно найти расчетным
путем. Жесткость узлов новых станков достигает 2000—4000 кгс/мм,
а в отдельных случаях 10 000 кгс/мм; жесткость узлов изношенных
и разрегулированных станков ниже 1000 кгс/мм. Жесткость узлов
неодинакова в различных направлениях.
С увеличением жесткости повышается точность и производитель-
ность обработки. Увеличение жесткости достигается уменьшением
числа стыков в конструкциях станков и приспособлений; предва-
рительной затяжкой неподвижных стыков с помощью резьбовых
61
креплений, а также созданием натяга в подшипниках качения шпин-
дельных узлов; тщательной пригонкой сопряженных поверхностей
и уменьшением зазоров; сокращением длины консоли, высоты
или вылета элементов технологической системы и увеличением раз-
меров их опорной поверхности; использованием дополнительных
опор, люнетов и направляющих скалок для заготовок и инструмен-
тов.
Для повышения точности обработанных поверхностей важно
не только увеличивать жесткость элементов технологической сис-
темы, ио и уменьшать ее неравномерность в различных сечениях
и направлениях. При определении упругих отжатий элементов тех-
нологической системы силу резания рассчитывают по формулам
теории резания, а жесткость находят экспериментально в статичес-
ком состоянии. Сила резания непостоянна по величине. При уста-
новившемся режиме резания она мгновенно (скачкообразно) изме-
няется от некоторого максимального ~до минимального значения,
что обусловливается характером стружкообразования и непо-
стоянством снимаемого припуска. Амплитуда колебаний силы реза-
ния достигает 0,1 ее номинальной величины. Точка приложения силы
резания непрерывно перемещается по поверхности обрабатываемой
заготовки, поэтому сила резания имеет не статический, а динами-
ческий характер.
При технологических расчетах упругих отжатий силу резания
следует умножать на коэффициент динамичности К- При предва-
рительной обработке этот коэффициент можно брать в пределах
1,2—1,4, а при чистовой — в пределах 1,0—1,2, причем мень-
шие значения соответствуют спокойной (безвибрационной) обра-
ботке.
Жесткости суппортов, столов и кареток не зависят от режимов
резания и представляют собой постоянную величину. Лишь жест-
кости шпинделей, смонтированных на подшипниках скольжения,
с увеличением частоты вращения несколько повышаются. Это обус-
ловлено возрастающим сопротивлением масляного слоя и наличием
гироскопического эффекта вращающихся масс.
Пульсирующий характер силы резания и неоднородная жест-
кость элементов технологической системы (шпиндельных узлов)
по углу поворота предопределяют возникновение вибраций, которые
часто являются самовозбуждающимися колебаниями (автоколеба-
ниями). Вибрации повышают шероховатость обработанной поверх-
ности, неблагоприятно влияют на работу режущего инструмента,
а также усиливают динамический характер сил резания. Если час-
тота собственных колебаний технологической системы совпадает
с частотой колебаний при обработке резанием, то возникает явление
резонанса, при котором амплитуда колебаний сильно возрастет.
С повышением жесткости элементов технологической системы уве-
личивается частота и уменьшается амплитуда их собственных коле-
баний. Для уменьшения амплитуды колебаний и смещения зоны
резонанса в диапазон более высоких скоростей резания необходимо
62
повышать жесткость технологиче-
ской системы, а вместе с тем и
частоту ее собственных колебаний.
В процессе обработки упругие
перемещения (отжатия) заготовки
и режущего инструмента нарушают
установленную наладкой станка
закономерность их относительного
движения. Схема перемещений
приведена на рис. 22. До начала
обработки путем настройки станка
устанавливают заданную глубину
резания (рис. 22, а). В про-
цессе обработки заготовка упруго
а инструмент на величину (рис. 22,
глубина резания уменьшается до зна
ний можно написать
Рис. 22. Схема упругих перемеще-
ний элементов технологической си-
стемы при обработке
отжимается на величину у1г
б). В результате этого заданная
чения /фак. Для отдельных сече-
У1 “Г У 2 — ^зад Арак»
Р" . _ ру
У1 Г ' У'~ [ >
J заг d иве
где J3ar — жесткость системы заготовка — приспособление — узел
станка, на котором при обработке закрепляют заготовку, JiliIC —
жесткость системы инструмент — приспособление (для крепления
инструмента) — узел станка, на котором закреплен инструмент.
Радиальная составляющая силы резания
Py = CyS^KHB".
Здесь хр,ур и п — показатели степеней.
Обозначим величину CtJsyvHBn через С. Тогда
Л,= С/*рк.
Подставив развернутые выражения ylt уг и Ру, получим
(С । С ,х i / _ /
+ + фаК ~ Зая‘
При дробном показателе хр точного решения этого уравнения
относительно /фок пет. Пренебрегая влиянием упругих отжатий заго-
товки и инструмента на силу резания и обозначая /зад — /фак =
= !о„, получим приближенное решение
/oc.i = C/^f7*- + J_\ (26)
\ J заг J вне /
Здесь выражение в скобках представляет собой податливость
технологической системы. Используя полученную формулу, можно
решать некоторые задачи.
Определение погрешности выполняемого размера при обработке
партии заготовок. Зная разность между наибольшей и наименьшей
63
величинами /3;1Л или поле допуска на размер заготовок, можно полу-
чить соответствующее поле рассеяния выполняемого размера как
разность между наибольшей и наименьшей величинами Обозна-
чим поле рассеяния выполняемого размера в данном сечении Ду.
Тогда
/ост шах /ост min*
Используя выражение (26), получим значение
Ду = С <txv — txp . ') -Д- 4- . (27)
» •, зад max зад тш/ I JilHC / ' >
Жесткости JMl. и /И1)С принимают в направлении заданного раз-
мера. Формула (27) пригодна для условия, когда С =--• const. В дей-
ствительности при обработке партии заготовок их твердость изменя-
ется от НВшах до HBmin. Кроме того, в процессе резания происходит
прогрессирующее затупление режущей кромки инструмента, в связи
с чем сила резания к концу его стойкости возрастает.
Таким образом,
б^тах “ Су max***' Н В
6*'min “- Су minS^PHBmin.
При определении C^min нужно ориентироваться на работу вновь
заточенным инструментом. При определении Сг/тах учитывают воз-
растание силы резания от допустимого отклонения параметров за-
точки. С учетом изложенного на основе формулы (27)
Ду = . Сщах/^Рд max — Cm in/*Рд min j •. J— Ж . (28)
Принимая во внимание нестабильность жесткости технологичес-
кой системы, величину^ Ду нужно определять в тех сечениях, где
жесткость минимальна.
Определение погрешности формы обрабатываемой поверхности
индивидуальной заготовки. Выражая J.m. (для некоторых частных
случаев JllliC) как функцию размеров заготовки, можно вычислить
погрешность формы обрабатываемой поверхности в результате изме-
нения жесткости технологической системы на различных участках
заготовки.
Принимая при обработке индивидуальной заготовки величины
/зал и С постоянными, по максимальными по своим значениям, най-
дем наибольшую погрешность формы обрабатываемой поверхности
Дф = /ост max /ост min “
i 1 , ' \ / 1 | 1 '
! 7 Г Л ; — . 7 1“ “г ;
;изагт'ш "ине min/ \ u заг max ‘’инетах
Погрешность формы обрабатываемой поверхности уменьшается
при выравнивании жесткости технологической системы в различных
сечениях заготовки,
Стах/3|*д п1ах
64
tsad max
ijaHmtn
Рис. 23. Схемы для расчета погрешностей обработки от упругих деформаций
технологической системы
Определение степени уменьшения (копирования) погрешности
формы, погрешности взаимного положения поверхностей и погреш-
ностей размеров заготовки. В условиях упругой технологической
системы погрешности, полученные на предшествующем технологи-
ческом переходе, не могут быть полностью устранены на выполняе-
мом переходе. С увеличением жесткости элементов технологической
системы остаточные погрешности обрабатываемой заготовки умень-
шаются. При постоянной жесткости технологической системы в раз-
личных сечениях обрабатываемой заготовки и показателе степени
при глубине резания, равном единице, происходит копирование пер-
вичных погрешностей заготовки в уменьшенном виде. Если, напри-
мер, форма поверхности заготовки искажена, то после обработки
величина искажения уменьшается, а вид искажения остается подоб-
ный. Предположим, что заготовка, из которой за один рабочий ход
вытачивают цилиндрическую деталь длиной /, имеет конусообраз-
пость. Величина последней (рис. 23, а)
2
1'заг = (^зад max ^зад mln)-
В результате непрерывно изменяющихся отжатий технологиче-
ской системы из-за переменной глубины резания на детали появля-
ется остаточная конусообразность
2
1дет = "2“ (^ост max tocr mln)-
3 п/р- Корсакова В. С.
65
Коэффициент уменьшения погрешности формы для данного слу-
чая
ь __'дет _ Сет max Сет min /опт
— i ~t —f . •
заг заг max заг min
При погрешностях взаимного положения поверхностей заготовки
первичные погрешности также копируются. В качестве примера
рассмотрим точение торца заготовки, неперпендикулярного оси ее
базовой шейки (рис. 23, б). После обработки за один ход торец оста-
нется плоским, а угол его перекоса уменьшится. Если торцовое бие-
ние ДО обработки равно /задтах — (задгтп, ТО ПОСЛС обработки ОНО
будет /остшах — ^остгот. Коэффициент уменьшения погрешности
находят по формуле (30).
В условиях переменной жесткости технологической системы при
обработке заготовки с геометрически правильной формой поверх-
ности и постоянной величиной припуска величина (ост не будет ста-
бильной из-за непрерывного изменения жесткости системы на раз-
личных участках заготовки. В этом случае форма обрабатываемой
поверхности искажается. При наличии погрешностей формы исход-
ной заготовки и дробном показателе степени при глубине резания
происходит дополнительное искажение формы обработанной поверх-
ности. Тем не менее погрешности обработанной заготовки при доста-
точно большой жесткости технологической системы могут быть в
несколько раз уменьшены по сравнению с погрешностями исходной
заготовки. В реальных условиях происходит не копирование, а
последовательное уменьшение погрешностей в процессе обработки.
Коэффициент уменьшения погрешностей ky можно определять
как для отдельных размеров в заданном сечении заготовки, так и для
всей ее поверхности. В общем виде
, Адет
д >
-Азаг
где Ддет — погрешность обработанной детали; Азаг — погрешность
исходной заготовки.
Величину этого коэффициента при выдерживании размера в слу-
чае обработки партии заготовок можно найти по формуле (30), при-
няв
А.та1- = (зад max (зад mini
АД|.Т ” (ост max (ост mini
ky = Cmax '^дтах ~ ^зад min)
Найдем коэффициент ky для характеристики уменьшения погреш-
ности формы шейки вала, обтачиваемой за один ход в условиях
переменной жесткости технологической системы:
66
где Дф_ ди — погрешность формы обтачиваемой шейки вала;
Дф заг — погрешность формы шейки заготовки;
Аф. заг “ (/зад max ’ /зад min)»
Аф. дет ~ 2 (/ост max /ост min)-
ВеЛИЧИНЫ /ост max И /Ocrmin МОЖНО НЭЙТИ ПО формуле
^=азГд(^ + т-).
предварительно вычислив для отдельных сечений наибольшее и наи-
меньшее значение произведения
tXapJ\j- + r-\
Аналогичным путем можно найти этот коэффициент и для харак-
теристики уменьшения погрешности взаимного положения поверх-
ностей детали.
При обработке за несколько рабочих ходов общий коэффи-
циент уменьшения погрешностей
^оу == ^1у^2у - • • ^Лу» (^3)
где п — число рабочих ходов; £1у, Л2у ... — коэффициенты уменьше-
ния погрешностей, полученные на отдельных рабочих ходах.
Коэффициент уменьшения погрешностей всегда меньше единицы,
поэтому при большом числе рабочих ходов величина Z?oy получается
малой.
Рассмотрим обработку поверхности заготовки за несколько (п)
рабочих ходов на одном станке, приняв хр — 1 (обычно 0,9 < хр <
< 1,0). Согласно определению общий коэффициент уменьшения
погрешностей
г. Адет
«оу — д — =
заг
ГДЕ ^щах И Zrnin
Адет
2 --2 • ’
max min
— наибольший и наименьший припуски на все рабо-
чие ходы обработки поверхностей партии заготовок (рис. 23, в).
В то же время
__АзаП ^заг2
°5 АзаГ Азаг1
Здесь
А33 г п
Аза г п-1
1
Азаг1 — С \ 1 "4“ г
\J3ar ’инс
где 6заг — допуск на размер заготовки,
л=с(^- + 5Д-);
^заг2 ^^заг! ^заг»
п МГ/
Z R
min
п
— ДЛ
— **мзаг>
А — Япх
'-'заг п — ™ мзаг
3*
67
Приняв во внимание, что в приведенных выше выражениях
Дзагп 3= Ддст, получим
^Л^заг “ А дет*
Используя полученное выражение, можно найти:
1) необходимую жесткость технологической системы, если задано
число рабочих ходов п, допуск на размер заготовки 6заг и допусти-
мая погрешность обработки детали Ддет
4- + -Д- = с V Ддег/6заг; (34)
•'заг ‘’мне
2) число рабочих ходов, если известна жесткость технологичес-
кой системы
Ддет 1g Адат . _
По формулам (28) — (30) можно определить возникающие при
обработке резанием погрешности размеров, формы и взаимного
положения поверхностей детали. Анализ этих формул позволяет
сделать следующие выводы.
При обработке партии заготовок на предварительно настроенном
станке точность выдерживаемых размеров возрастает: с увеличением
жесткости технологической системы, т. е. с уменьшением суммы
.J—И-т~— в формуле (28); с повышением точности выполнения
*заг «инс
ИСХОДНЫХ заготовок, Т. е. с уменьшением разности 4адтах — ^задты;
с повышением однородности механических свойств материала заго-
товки и стабильности условий выполняемой обработки, т. е. с умень-
шением разности Стах — Cmin-
При обработке индивидуальной заготовки на предварительно
настроенном станке или методом индивидуального получения раз-
мера возникающая погрешность формы обрабатываемой поверхности
может быть уменьшена в результате выравнивания жесткости тех-
нологической системы, т. е. уменьшения выражения в квадратных
скобках в формуле (29); уменьшения снимаемого пропуска, т. е.
глубины резания t3aR (это, в частности, можно получить при обра-
ботке за несколько рабочих ходов), а также уменьшения силы реза-
ния вследствие улучшения геометрических параметров и качества
заточки режущего инструмента, а в отдельных случаях и уменьше-
ния подачи. Учитывая копирование, следует повышать точность
формы обрабатываемой поверхности заготовки.
Для уменьшения погрешностей взаимного положения поверх-
ностей детали нужно повышать жесткость технологической системы,
точность выполнения заготовки (в результате чего уменьшается раз-
ность txv — txp . ), а также уменьшать силу резания.
зад max задтт7’ J J 1
Погрешность формы и взаимного положения обрабатываемых
поверхностей заготовки уменьшают и другими способами. Погреш-
68
ность формы можно уменьшить обработкой с непрерывно изменяю-
щейся подачей. По мере приближения режутцего инструмента к уча-
стку с наибольшей жесткостью подача увеличивается. В результате
этого можно получить постоянное значение to„ по всей обрабатывае-
мой поверхности. Изменение подачи в функции пути должно проис-
ходить по такому закону, чтобы упругие отжимы (при постоянном
припуске) были постоянны. При точении, например, гладкого вала,
консольно закрепленного в патроне, закон изменения подачи по
длине заготовки можно найти из выражения
l°CT 3EJ 3EJ i-onsi.
Отсчитывая / от места закрепления заготовки (при достаточной
жесткости шпиндельного узла), получим
= |р/ зЕЛ„„ _ (36)
V с/3№ИВп
Обработка с переменной подачей не только уменьшает погреш-
ность формы поверхности, но и сокращает время ее Обработки. Не-
прерывное изменение подачи в станках по заданному закону может
быть обеспечено с помощью механических, гидравлических или иных
устройств.
Точность обрабатываемых поверхностей и производительность
обработки повышаются при применении адаптивных устройств
управления технологическими системами. При непостоянстве при-
пуска или твердости материала заготовок эти устройства самонаст-
раиваются автоматически, изменяя режим обработки.
На станках с программным управлением точность формы можно
повысить, применяя предыскажение траектории движения режущего
инструмента, записываемое на программоноситель (перфоленту,
магнитную ленту). Так, при точении тонкого вала в центрах про-
дольную подачу резца следует осуществлять не по прямой, а по во-
гнутой линии, компенсируя возникающую бочкообразность обрабо-
танной поверхности. Изучение закона образования погрешностей
формы и большие возможности станков с программным управлением
позволяют полностью или в значительной степени устранять эти
погрешности.
Возникающие при обработке погрешности взаимного положения
заготовки могут быть устранены корректировкой положения эле-
ментов технологической системы. Корректируя установку приспо-
собления на столе сверлильного станка, можно устранить непер-
пендикулярность оси обрабатываемого отверстия базовой поверх-
ности заготовки, возникающую в результате упругой деформации
технологической системы от сил резания. Рассмотрим примеры опре-
деления погрешности обработки, вызываемое упругими отжатиями
элементов технологической системы.
69
Пример 1. Определить пределы рассеяния диаметров партии стальных шайб,
обтачиваемых на предварительно настроенном станке. Заготовки шайб закреп-
ляют на консольной оправке. Жесткость узла шпиндель—оправка—заготовка
J3aT — 500 кгс/мм. Жесткость узла суппорт—резец Jlllrc — 800 кгс/мм; /задтах =
4 мм; = 2,5 мм; = 120; C„,in — 100. Показатель степени при
глубине резания хр = 0,9.
Решение. Разность предельных упругих отжатий для партии шайб после
обтачивания найдем по формуле (28)
Д'/ = (130 4°-° -100 2,50,9) (gV + 8р()j = 0,78 мм.
Разность предельных диаметров шайб после обтачивания равна удвоенной
величине Аг/, т. е. 1,56 мм.
Пример 2. Определить погрешность формы консольно обтачиваемой заго-
товки. Жесткость заготовки на свободном конце J3arnljn ~ 300 кгс/мм, жесткость
заготовки в месте закрепления /заггпах = 500 кгс/мм. Жесткость узла суппорт—
резец JH11C - 800 кгс/мм; /задтах - 4 мм; Сп1ах = 130; - 0,9.
Решение. Погрешность формы обточенной поверхности находим по формуле (29)
Дф=2 • 130 4°-91 fgw + — ^5q0 + g0^ | = 1,2 мм.
Пример 3. Определить число ходов для условий обработки примера 1,
если допустимая погрешность размера детали составляет 0,4 мм (на диаметр).
Решение. ПЙ1 формуле (35) находим число ходов
„ = [lg 0,2 —1g (4-2,5)] : lg[100 + А)]= 1,8;
принимаем п = 2.
На основе зависимости (28) можно получить расчетные формулы
для различных случаев одноинструментальной обработки. При
выводе этих формул обобщенные значения -J— и -Д- необходимо
"заг «инг
выразить через конкретные величины жесткостей элементов данной
технологической системы.
Рассмотрим обработку гладкого вала в центрах токарного станка.
Для любого поперечного сечения обрабатываемой заготовки
/ост /зад /фак У1~{-Уъ~\-Уз,
где ух — смещение заготовки, вызываемое урф>угими отжатиями
передней и задней бабок; у2 — прогиб заготовки в месте приложе-
ния силы Ру; уя — упругий отжим суппорта.
По аналогии с перемещением жесткой балки на двух упругих
опорах будем иметь
, -fy хУ£у_,(х\2ру
у'~\ I) Льб + ш Л,.б’
где х — расстояние от переднего центра до рассматриваемого сече-
ния; /—длина заготовки; Jn б — жесткость передней бабки;
б — жесткость задней бабки;
Р^(/-Х)* Ру
У2~ ЗЕЛ ’ &3-Ду.1'
70
Учитывая, что Р = С*рд, окончательно получаем
4>ст = Ct^
!. _ х >2 ( х \~
\ ~ I ! . \ I ') . Х2(/~Х)2________1_
Jn. В J3. б ЗЕЛ Jcyn
(37)
Три первых слагаемых в квадратных скобках представляют собой
1 1
развернутое выражение величины -—, а слагаемое —- — вели-
•'заг ’'суп
чину -j—. Погрешности обработки /ост, полученные по этому урав-
нению для различных сечений заготовки, отсчитывают от заданной
теоретической образующей обработанной поверхности. При малой
жесткости заготовки третий член в квадратных скобках относительно
велик. В этом случае форма обработанной поверхности гладкого
вала получается бочкообразной (рис. 24, а). При большой жест-
кости заготовки этот член мал. Если обработка производится на
станке с пониженной жесткостью, то форма обточенной поверхности
получается корсетной (рис. 24, б). При большой жесткости передней
бабки и малой жесткости задней образующая обточенного жесткого
вала имеет утолщение с одной стороны (рис. 24, в).
Рассмотрим обработку валов на круглошлифовальных станках.
Если ширина шлифовального круга мала, то его давление на заго-
товку в радиальном направлении осуществляется по небольшой
площадке. Уравнение образующей прошлифованной за один рабочий
ход заготовки может быть представлено следующим выражением:
^ост ^зад
J п. б
/ X \2
I U i I Х2(/ —Х)2 1
J3. б ЗЕЛ *”
(38)
где J,„ — жесткость шпинделя шлифовального круга.
При шлифовании за несколько рабочих ходов можно получить
постепенное уменьшение погрешностей после каждого рабочего хода.
На рис. 25, а схематически
показаны снимаемые слои
металла, соответствующие
различным рабочим ходам
при постоянной подаче
шлифовального круга на
глубину. Границы снимае-
мых слоев при абсолютно
жесткой технологической
системе обозначены сплош-
ными линиями, фактиче-
ские профили заготовки
после отдельных рабочих
ходов — штриховыми ли-
ниями. Рассматривая по-
перечное сечение заготов-
ки (1—1 или 2—2), можно
Рис. 24. Погрешности формы при обтачи-
вании цилиндрических заготовок:
/ — теоретические (заданные) образующие вала;
2 — фактические (получаемые) образующие вала
71
Рис. 25. Схемы для расчета погрешностей обработки при круглом шлифовании
видеть, что при достаточно большой подаче на глубину за каждый
последующий рабочий ход погрешность обработки ZOCT увеличи-
вается. Это накопление погрешности будет большим там, где жест-
кость технологической системы меньше. Накопление погрешностей
обусловлено тем, что на всех последующих рабочих ходах задан-
ная глубина резания возрастает на систематически увеличиваю-
щуюся погрешность обработки /ост.
Показатель степени при глубине резания для многих случаев
близок к единице. Приняв хр = 1 и обозначив произведение коэффи-
циента С на выражение в квадратных скобках в формуле (38) через
А (Л < 1), будем иметь
- ост = ^зад Л,
погрешность после второго рабочего хода
^2ост = (4ад + tlост) А — ^зад (А + А2)',
погрешность после п-го рабочего хода
АП___________________________________________________________ 1
Uct = (U + /Я-1ост)Л<= 4ад (Л + А2 + ... + Л") = /задЛ (39)
Погрешности после каждого последующего рабочего хода увели-
чиваются. При менее жесткой технологической системе погрешности
растут быстрее (кривая 1, рис. 25, б), чем при более жесткой (кри-
вая 2). Это обусловлено тем, что Лх > Л.
Чтобы при каждом последующем рабочем ходе погрешность
обработки не увеличивалась (кривая 3), необходимо выдержать
следующие условия. Если при первом рабочем ходе подача на глу-
бину составляет /1зад, то соответствующая ей погрешность обработки
/ = / А
*ост *,1зад-Г1 •
Чтобы при втором рабочем ходе погрешность обработки /2ост
не превышала /1ОСТ, необходимо подачу круга на глубину принять
^2 зад = ^1зад ^1ост*
72
При третьем рабочем ходе
^Ззад ^2 зад ^2 ост Чзад Чост
и т. д. Таким образом, на всех последующих рабочих ходах (начи-
ная со второго) подача круга на глубину должна быть установлена
постоянной, но меньше, чем при первом рабочем ходе на величину
^1ост*
Для снижения погрешностей обработки при каждом последую-
щем рабочем ходе необходимо подачу на глубину уменьшить на
определенную величину. В данном случае должно выдерживаться
условие 1пзая = тл-1зад — ^п-1Ост«. где а — некоторая постоянная
величина, зависящая от жесткости технологической системы.
Изменение погрешностей обработки соответственно написанному
выражению характеризует кривая 4. При шлифовании с «выхажи-
ванием» погрешность обработки при каждом последующем проходе
уменьшается (кривая 5). Число рабочих ходов, необходимых для
достижения допустимой остаточной погрешности, зависит от жест-
кости технологической системы. Если после последнего рабочего
хода, осуществляемого с подачей круга на глубину, погрешность
обработки получилась равной /1ОСТ, то после второго рабочего хода
с выключенной подачей погрешность обработки /2ост = ^1ОС1Л.
После третьего рабочего хода погрешность обработки
^Зосл ^2ост^ ост-^ •
После n-го рабочего хода
/ —/. И”-1
*п ОСТ ~~~ <’1остг1
Чем жестче система, тем для достижения заданной точности
необходимо меньшее число рабочих ходов.
Логарифмируя выражение ino„, можно найти необходимое число
рабочих ходов для получения заданной точности обрабатываемой
поверхности
„ ост 1g h ост /дл\
IgX-p-l • ' '
В приведенных расчетах во внимание принималось только дейст-
вие составляющей силы резания Ру. В некоторых случаях прихо-
дится учитывать также и влияние составляющей Рх.
При многоипструментной обработке по принципу параллельной
концентрации технологических переходов расчет погрешностей
приходится делать для отдельных обрабатываемых участков (поверх-
ностей) заготовки. Для каждого участка погрешность формы может
быть найдена вычислением значений /ост в разных сечениях заго-
товки. Расчеты эти более сложны, чем при одноинструментной
обработке.
73
Рис. 26. Схемы для расчета погрешностей обработки при .многорезцовом обта-
чивании
Рассмотрим общую методику этих расчетов на примере много-
резцового точения жесткого ступенчатого вала (рпс. 26, а) с одно-
временным началом и одновременным окончанием работы всех
резцов наладки. Будем считать, что упругие отжимы элементов
технологической системы малы по сравнению с заданной глубиной
резания и не изменяют силы резания. Определим упругое переме-
щение заготовки под действием радиальных составляющих сил
резания (влиянием осевых составляющих пренебрегаем).
1. Для этого найдем равнодействующие радиальных составляю-
щих сил резания, действующих на заготовку со стороны продоль-
ного и поперечного суппортов (рис. 26, б),
Ру — РУ1 + Р у2 + РуЗ + Pyi,
Ру == Pyi + Рyi~\~ Руз-
74
2. Определим расстояния от равнодействующих до переднего
торца заготовки
г / _ ~Ь и/1 ~Ь
Ь — р,
'!/
3. Найдем упругие отжатия передней и задней бабок станка
под действием равнодействующих
Ry(l-L) R’y(l-L’)
(41)
(42)
УаЛ~ Jn.6l " Jn.6l
y'-6~J3.cl J3.6!'
где I — длина заготовки.
Угол между осями заготовки в исходном и отжатом состояниях
определяем из равенства
t g а — y.'-G~y4-.G
(43)
I
4. Определим расстояние от левой опоры заготовки до точки
пересечения осей (точки О)
__Уп. б _ Уп.
° tga ~ Уз. б —S/и. б
(44)
Точка О является центром поворота оси заготовки. Ее положе-
ние изменяется при перемещении продольного суппорта.
Упругие отжатия поперечного суппорта не влияют на точность
обработки шеек вала, а упругие отжатия продольного суппорта
изменяют их диаметр и вызывают появление погрешности формы.
Под действием радиальных и осевых сил продольный суппорт отжи-
мается в радиальном направлении (назад) и поворачивается на неко-
торый угол а относительно точки О', являющейся его мгновенным
центром поворота. Место положения точки О', радиальная жесткость
суппорта JcyiI и его крутильная жесткость JKp получаются экспе-
риментально,
5. Найдем упругий отжим продольного суппорта в радиальном
направлении под действием равнодействующей Ry
R^
i/суп i
Jcyn
6. Определим угол поворота суппорта под действием моментов
равнодействующей R., и равнодействующей осевых сил Rx проход-
ных резцов
, Rya~RRxC
здесь а — плечо силы Ry, с — плечо силы Rx.
75
Используя полученные формулы, можно найти /ост при обта-
чивании любой шейки ступенчатой детали, а также погрешность
ее формы.
Аф = 2 (/ост - /ост)-
Здесь /ост определяется в крайнем правом, а /<^т — в крайнем
левом сечениях рассматриваемой шейки. Для правой шейки
(рис. 26, в)
/«г = (/0 + /4) tga-|-j-F^ig0^, (45)
‘'суп
где 4 — расстояние от точки 0х до правого торца заготовки.
Для расчета /о'ст следует в формуле (42) пересчитать величины /0
и а, приняв вместо L в формулах (41) и (42) L—Ь, а величину /4
уменьшить на Ь, где b — длина обтачиваемой шейки. Тогда
Аф = 2 [(/о + /4) 1g а — (/« + /4 — b) 1g а']-
При постоянном припуске величины /ост неодинаковы на раз-
личных шейках заготовки. При обработке партии заготовок неста-
бильность их исходных размеров и качества материала вызывает
колебание величин Ry и а это обусловливает нестабильность
/ост в одном и том же сечении. Разность их предельных значений
(Аг/ = /осттах — /остт!п) будет различной для различных шеек обта-
чиваемого вала. В рассмотренном примере значения Аг/ умень-
шаются к левому концу заготовки. Следовательно, точность обра-
ботки с левой стороны будет выше, чем с правой стороны. Повысить
точность диаметров шеек можно увеличением точности размеров
исходной заготовки, стабилизацией свойств ее материала, а также
повышением жесткости основных элементов технологической си-
стемы.
Погрешности формы обточенных шеек различны по величине
и понижаются с уменьшением длины шеек, а также угла а путем
отдаления точки О поворота заготовки от переднего центра. Это
обеспечивается выравниванием упругих отжатий передней и задней
бабок станка, а также поперечным смещением задней бабки. В пос-
леднем случае получаемая погрешность формы может быть частично
компенсирована созданием «встречной» или «обратной» конусности.
Шейки валов можно также обрабатывать несколькими резцами
(рис. 26, г) вместо одного (рис. 26, в).
Для общего случая наладки, при котором резцы начинают и
кончают работать в разное время, расчетная схема может быть
представлена простейшими частными схемами, каждая из них
характеризуется определенным числом одновременно работающих
резцов. Для каждой частной схемы применима изложенная выше
методика расчета получаемых погрешностей обработки.
Деформации заготовок от действия зажимных сил. При закреп-
лении заготовок в приспособлениях или на станке с помощью уни-
версальных устройств возникают деформации, вызывающие ногреш-
76
Рис. 27. Схемы деформации кольца при закреплении в трехкулачковом патроне
ности формы обработанной поверхности. Так, при закреплении
в трехкулачковом патроне тонкостенное кольцо деформируется,
принимая форму, показанную на рис. 27, а. После растачивания
отверстия обработанная поверхность сохраняет правильную форму
до разжима заготовок (рис. 27, б). После извлечения заготовки из
патрона форма наружной поверхности кольца упруго восстанавли-
вается, а обработанная внутренняя поверхность искажается
(рис. 27, в). Погрешность формы этой поверхности определяется
разностью диаметров вписанной и описанной окружностей
Аф — ^max ^тЫ-
Зная абсолютные значения прогиба уг кольца в местах кон-
такта его с кулачками и его выпучивания у2 между кулачками при
закреплении (табл. 3), погрешность формы можно представить
в виде
Аф = 2(;г/1; + ]г/2|).
Непостоянство сил зажима и изменение размеров заготовок
в пределах установленных допусков предопределяют изменение
Аф от Лфппп до Афтах. Величина Аф состоит из двух частей.
Постоянная часть определяется значением Афты, переменная
часть — разностью Афтах—Афты. При пневматических и гидравли-
ческих зажимных устройствах отношение переменной части к по-
стоянной невелико (менее 0,1); поэтому в расчетах точности можно
принимать Аф за постоянную величину, определяемую по номиналь-
ным значениям зажимной силы.
Относительно большие деформации могут возникать при закреп-
лении тонкостенных нежестких заготовок (колец, гильз, труб, кор-
пусных и других деталей). Эти деформации снижают работоспособ-
ность деталей в машинах. Некруглость колец может снизить
долговечность подшипников качения в несколько раз. Для их
уменьшения (что важно на отделочных операциях обработки) сле-
дует правильно выбирать схему установки и закрепления загото-
вок. Для уменьшения прогиба стенок корпусных деталей, рычагов
и т. д. нужно стремиться к тому, чтобы зажимные силы были при-
ложены против установочных элементов приспособления. В некото-
77
рых случаях для уменьшения деформации обрабатываемых загото-
вок при закреплении применяют приспособления специального
типа.
Таблица 3
Прогибы и выпучивания тонкостенных колец при закреплении в патронах
Схема закрепления в патроне Прогиб кольца yi Выпучивание кольца х/2 Погрешность формы Дф
В трехкулачковом 0,016 с —0,014 С 0,06 с
В четырехкулачковом 0,006 с —0,005 С 0,023 С
В шестикулачковом 0,0017 С —0,0016 С 0,006 С
Примечание. С — -g- мм, где Q — сила на кулачке, кгс; R — радиус окруж-
ности, проходящей через нейтральную ось поперечного сечения кольца, мм; Е — модуль
продольной упругости материала кольца, кге/мм2; J — момент инерции поперечного
сечения кольца, мм4-
Размерный износ режущего инструмента. В процессе обработки
наблюдается износ режущего инструмента. При чистовой обработке
происходит износ по задней поверхности (рис. 28, с). Следствием
этого является как бы отдаление режущей кромки па величину и
от обрабатываемой поверхности. Износ, вызываемый трением, в про-
цессе обработки протекает непрерывно. Его величину в первом
приближении можно считать прямо пропорциональной времени
резания или пути, пройденному режущим инструментом в металле
заготовки.
У инструментов, изготовленных нз некоторых сталей (напри-
мер, ХВГ), помимо истирания контактных поверхностей, наблю-
дается округление режущей кромки. У инструмента из твердого
Рис. 28. Схемы для расчета погрешностей обработки от размерного износа ре-
жущего инструмента
78
сплава в большей мере, чем у всех остальных, режущая кромка
подвержена выкрашиванию.
Размерный износ инструментов определяют в направлении по
нормали к обрабатываемой поверхности или (менее точно) умноже-
нием ширины фаски h на тангенс заднего угла а.
Размерный износ строго не подчиняется линейному закону
(рис. 28, б). Первый непродолжительный период работы режущего
инструмента сопровождается повышенным размерным износом (уча-
сток /). Второй (основной) период характеризуется нормальным
износом инструмента (участок/7). Участок II прямолинеен и накло-
нен к оси абсцисс под небольшим углом. Третий период (участок 111)
связан с быстрым износом инструмента; через короткий промежу-
ток времени происходит разрушение его режущей кромки.
Интенсивность размерного износа на участке // характеризуется
тангенсом угла наклона р этого участка к оси абсцисс. Интенсив-
ность размерного износа принято называть относительным (удель-
ным) износом ио'.
«о = tg р = ,
где и2 — размерный износ, полученный за время основного периода
работы инструмента, мкм; I — путь резания, соответствующий
этому же периоду работы инструмента.
Расчет размерного износа можно упростить, заменив общую
кривую износа па рис. 28, б прямой аа. Эта прямая совпадает с кри-
вой на участке 11 и отсекает на оси ординат отрезок ни, который
характеризует величину износа на участке /. Величину н„ назы-
вают начальным износом и выражают в мкм. Зная величины и0
и и„, можно определить размерный износ на длине пути резания L
(в мм)
Дн = щ1 + -^. (46)
Приняв за основу формулу (46), можно представить ее в следую-
щем виде для различных методов обработки:
при продольном точении
Д и = ик 4- —, (47)
н 1 1О •s ' '
где d и I — соответственно диаметр и длина обрабатываемой поверх-
ности; s — подача на оборот.
При строгании
Л I
Ди —
Здесь I и В — длина и ширина обрабатываемой прямоугольной
поверхности; s — подача на один двойной ход.
79
При протягивании партии заготовок
AW — W]J -j~ HQ ,
где I — длина протягиваемого отверстия; п — число заготовок
в партии.
Относительный износ зависит от метода обработки, материалов
заготовки и режущего инструмента, режимов резания и геометриче-
ских параметров режущего инструмента (табл. 4). С повышением
твердости материала заготовки относительный износ возрастает.
Его можно уменьшить, повышая жесткость технологической систе-
мы и подачу. Глубина резания слабо влияет на относительный из-
нос, а задний угол режущего инструмента сильнее (с уменьшением
заднего угла относительный износ возрастает).
Таблица 4
Начальный и„ и относительный ио износ режущих инструментов
при чистовом точении и растачивании
Материал Износ
заготовки инструмента начальный, мкм относитель- ный, мкм/км
Сталь углеродистая и ле- гированная Серый чугун Сталь углеродистая и ле- гированная Закаленный чугун НВ 400 Сталь углеродистая и се- рый чугун Цветные сплавы Т15К6, Т30К4 ВК4, ВК8 Минералокерамические пластинки ЦМ332 ЦМ332 Эльбор Алмаз (при тонком растачивании) 2—8 3—10 1—3 10 2—10 3—12 0,5-1,0 8 0,003 0,0005—0,001
При обработке заготовок больших размеров размерный износ
режущего инструмента искажает форму их поверхностей. Если
обтачивают длинный вал большого диаметра, то по мере перемеще-
ния резца от задней бабки к передней диаметр обрабатываемой
поверхности непрерывно возрастает и поверхность получается кони-
ческой. Появление конусности также наблюдается при растачи-
вании глубоких отверстий.
При обработке партии небольших заготовок искажение формы
поверхностей невелико. Размерный износ инструмента в этом слу-
чае проявляется в непрерывном увеличении размеров обрабатывае-
мых заготовок в партии. При обтачивании партии валиков диаметр
последнего валика увеличивается на 2Аи.
Пример. На токарно-револьверном станке обрабатывают партию заготовок
из стали 45. Диаметр обтачиваемой поверхности заготовки d == 20 мм, длина
Z = 30 мм, подача s -- 0,3 мм/об, скорость резания 100 м/мин; резец с пластин-
кой из твердого сплава Т15К6. Определить увеличение диаметра последней заго-
80
товки в партии 500 шт., если обработка ведется без подналадки инструмента.
Решение. Размерный износ
. . л din
Ды=ы«+м01оГ7>
где п — число деталей в партии.
Приняв по табл. 4 ин = 5 мкм и и0 = 10 мкм/км, получим
Ди = 5+Юл-20 - 30 - 500: 10»-0,3 = 36 мкм.
Диаметр последней заготовки в партии возрастает на 2Ди = 72 мкм.
Уменьшать влияние размерного износа на точность обработки
резанием можно периодической подналадкой станка за время стой-
кости инструмента. Этот метод может быть применен для резцов,
фрез и других инструментов, допускающих корректировку настроеч-
ного размера изменением расстояния между заготовкой и режущей
кромкой инструмента, а также для инструментов, имеющих регу-
лировку (раздвижные развертки, борштанги).
При обтачивании, растачивании и строгании больших поверх-
ностей небольшой размерный износ имеют резцы с широкой режу-
щей кромкой. Они работают с большими подачами; поэтому путь
резца в металле, а следовательно, и размерный износ инструмента
малы. При обтачивании с поперечной подачей достижимая точность
диаметров зависит не только от размерного износа резца, но и от
наростообразования на его режущей кромке. Последнее уменьшает
влияние размерного износа, но его действие нерегулярно из-за
периодического возникновения и удаления нароста в процессе
обработки.
При обработке заготовок методом пробных ходов от размерного
износа зависит только точность формы обрабатываемой поверхно-
сти. При обработке заготовок на настроенных станках размерный
износ режущих инструментов можно контролировать проверкой
заготовок обычными методами или средствами статистического
контроля. Размерный износ обнаруживается при непрерывном
увеличении выполняемого размера. Подналаживая или меняя
режущий инструмент, можно регламентировать влияние размер-
ного износа на точность обрабатываемых поверхностей. Таким
образом, точность в определенной степени зависит от субъективного
фактора.
Применение автоматических подналадчиков в значительной мере
уменьшает влияние размерного износа режущего инструмента на
точность обрабатываемых поверхностей. Схема работы автоматиче-
ского подналадчика приведена на рис. 28, в. Приращение и ради-
альных размеров обрабатываемых заготовок в результате размер-
ного износа инструмента можно уменьшить, ограничивая размер-
ный износ линией а—а; расстояние между осью абсцисс и линией
а—а равно некоторой части допуска 6 на выполняемый размер.
Если размеры обрабатываемой заготовки выходят за установлен-
ные пределы, то подналадчик автоматически включается и коррек-
81
тирует положение режущего инструмента (работа подналадчика
характеризуется вертикальными участками пилообразной линии).
Прогрессирующий износ и затупление режущего инструмента
вызывают также увеличение радиальной составляющей силы реза-
ния. За период стойкости инструмента сила Ру может возрасти
в 1,5—2 раза. При больших значениях Р:1 и пониженных жесткостях
технологической системы погрешности обработки, вызванные воз-
растанием радиальной составляющей силы резания, могут быть
сопоставимы по величине с погрешностями в результате размерного
износа инструмента.
При абразивной обработке на точность влияет размерный износ
шлифовальных кругов. В процессе шлифования круги могут рабо-
тать с затуплением и самозатачиванием. В первом случае затупив-
шиеся зерна не отделяются и поры круга забиваются стружкой;
износ круга при этом сравнительно мал. Для восстановления
режущих свойств шлифовальный круг правят, срезая тонкий наруж-
ный слой. Во втором случае затупленные зерна силами резания
вырываются из связки круга. При этом режущая поверхность
круга непрерывно обновляется, так как в работу вступают новые
незатупленпые зерна. Работа с самозатачиванием связана с боль-
шим износом круга. При этом круг также правят для восста-
новления геометрических форм, так как он изнашивается нерав-
номерно.
Интенсивность износа шлифовального круга зависит от его
диаметра. Круги большого диаметра, применяемые при наружном
круглом шлифовании, изнашиваются медленнее, чем круги, исполь-
зуемые при внутреннем шлифовании. Если при круглом шлифова-
нии круг правят через 15—20 мин, то на внутришлифовалышх
станках, работающих по автоматическому циклу, его правят перед
каждым чистовым ходом.
Обработку заготовок на круглошлифовальных и внутришлифо-
вальиых станках производят методом пробных измерений. В этом
случае износ круга не влияет на точность выполняемых размеров.
При использовании индикаторных скоб для измерения размеров
заготовки в процессе обработки, а также средств активного кон-
троля влияние износа круга также исключено. Приближенно износ
шлифовального круга можно определить по объему удаляемого
металла с обрабатываемых заготовок. На один объем материала
круга, теряемого при его износе, приходится в среднем 20 объемов
удаляемого металла. На основе этого соотношения размерный износ
и (па радиус) шлифовального круга можно рассчитывать следую-
щим образом. Обозначим F — площадь шлифуемой поверхности,
мм2; z — снимаемый припуск; мм; п — число деталей в партии;
FK — рабочая площадь поверхности шлифовального круга, мм2.
Тогда
^- = uF
20 к’
82
откуда
Fzn
U~20F~‘
(48)
Погрешности настройки станка. Периодическая смена затупив-
шегося инструмента вызывает необходимость каждый раз настра-
ивать станок на выполняемый размер. При малых допусках прихо-
дится осуществлять одну или несколько подпастроек за время
стойкости инструмента путем регулировки его положения относи-
тельно заготовки для компенсации размерного износа. Задача на-
стройки и подпастройки заключается в том, чтобы выполняемые
размеры всех деталей партии находились в пределах поля допу-
ска.
Известны два принципиально различных метода настройки.
По первому методу установку режущего инструмента производят
последовательным приближением к заданному настроечному размеру
в результате обработки на станке пробных деталей, размеры которых
проверяют универсальными измерительными инструментами или
предельными калибрами. По данным проверки пробных деталей
определяют величину и направление необходимого смещения инстру-
мента. По второму методу режущий инструмент устанавливают
в требуемое, заранее рассчитанное по эталону положение. Установку
инструмента производят в нерабочем (статическом) состоянии станка
или вне его (при использовании съемных суппортов, расточных
скалок, револьверных головок и других устройств).
При каждой смене режущего инструмента нельзя обеспечить
такую установку, чтобы инструмент занимал совершенно одинако-
вое положение па станке. Для отдельных партий обрабатываемых
заготовок опо будет различным. Условимся расстояние между
двумя предельными положениями инструмента или поле рассеяния
его положений называть погрешностью настройки станка. Эту
величину обозначим АД; она зависит от метода выполнения настрой-
ки станка и представляет собой разность между максимальным
и минимальным настроечными размерами. Погрешность настройки
определяется квалификацией наладчика и точностью применяемого
измерительного инструмента и эталонов. При выполнении настройки
по пробным заготовкам погрешность настройки является также
функцией неточности расчета, свойственной данному методу. При
настройке по пробным заготовкам о точности настройки судят по
результатам измерений обработанных заготовок. Обычно среднее
арифметическое (или медиану) полученных размеров принимают
за центр группирования размеров партии заготовок, обрабатывае-
мых при данной настройке. Задача настройщика — добиться воз-
можно полного совмещения центра группирования с точкой, соот-
ветствующей настроечному размеру г. Если вычисленное значение
среднего арифметического размеров пробных заготовок отличается
Определение настроечного размера приведено в гл. VII.
83
от настроечного размера, то настройщик корректирует (регулирует)
положение инструмента с помощью лимба или другого устройства.
Погрешности измерения Дизм пробных заготовок и погреш-
ности регулирования Дрег положения инструмента приводят к тому,
что центр группирования кривой распределения для каждой партии
заготовок смещается относительно настроечного размера. Если
считать, что неточность измерения пробных заготовок и регулиро-
вания положения инструмента обусловлена влиянием случайных
погрешностей, то сложение величин Дизм и Дрсг можно производить
по правилу квадратного корня
Д/7 = ^Дизм + Дрег, (49)
где k = 1 -е- 1,2 — коэффициент, учитывающий отклонение за-
кона распределения погрешностей измерения и регулирования от
нормального закона.
Если учесть, что определение необходимого смещения инстру-
мента связано с погрешностью метода ее расчета, то погрешность
настройки возрастет. В этом случае
ДЯ = 2k ]ЛАГ.зм + Дрег + Драеч, (50)
где Драсч’—погрешность метода расчета смещения инструмента;
эта величина определяется погрешностью вычисления средней ариф-
метической для пробных заготовок. Как известно,
. _ . о
Дрзсч- —
где о — среднее квадратичное отклонение, характеризующее точ-
ность данного метода обработки; п — число пробных заготовок
(и = 5 -ь 10).
Приближенно можно принять
где 6— допуск на выдерживаемый размер.
С достаточной точностью в приближенных технологических
расчетах погрешность настройки можно принять равной 2о или
0,16 (для размеров с более широкими полями допусков 3 — 5-го
классов точности). При многоинструментной обработке сначала
определяют ДЯ для наиболее точного размера. Для менее точных
размеров ДЯ может быть увеличено в 1,5—2 раза в зависимости си-
допуска на выполняемый размер или принято равным 0,16. Реже
применяют настройку станка по пробным заготовкам с использо-
ванием предельных и нормальных калибров. Этот способ менее точен
и требует большого числа пробных заготовок.
Режущий инструмент устанавливают по эталону обычно при
наладке фрезерных и токарных станков. Щупом проверяют расстоя-
ние между эталоном, закрепленным на корпусе приспособления,
и зубом фрезы. Точность установки по щупу зависит от квалифика-
84
ции рабочего, радиального биения зубьев фрезы (так как устанав-
ливать можно по наиболее или наименее выступающему зубу),
а также от точности изготовления и степени износа эталона и щупа.
Погрешность установки по щупу в данном случае можно ориенти-
ровочно оценить в пределах 15—45 мкм.
Настройка по эталону относится к статическому методу, так
как инструмент устанавливают на размер при неработающем
станке. В этом случае упругие отжатия звеньев технологической
системы учитывают, корректируя размер эталона или подбирая
нужную толщину щупа между эталоном и инструментом. Наст-
ройка по эталону занимает меньше времени, чем другие методы.
Особые преимущества имеет данный метод при настройке токарных
многорезцовых станков. Необходимое положение резцов в ради-
альном и осевом направлениях определяют доведением их режущих
кромок до соприкосновения с соответствующими поверхностями
эталона. Последний выполняют в виде обрабатываемой заготовки
и устанавливают в центрах станка. Погрешность настройки по
эталону
Д// = /г)/ Дцзг. ЭТ 4" Дуст. ИНС* (51)
Погрешность Дизг.эт изготовления эталона может быть в преде-
лах 10—20 мкм, а эксцентриситет шеек эталона 5 мкм. Погрешность
Дуст, „нс установки инструмента по щупу или полоскам бумаги
можно принять 20—50 мкм. При k — 1,2 погрешность АД состав-
ляет 25—60 мкм. Большие значения АД можно отнести к настройке
обычной точности, а меньшие — к повышенной.
В некоторых случаях необходимо отводить инструмент от обра-
батываемой заготовки и затем вновь возвращать его в прежнее поло-
жение с помощью жестких или индикаторных упоров. Для обыч-
ных условий погрешность установки по жесткому упору состав-
ляет 20—25 мкм. Квалифицированный рабочий может ее снизить
до 10 мкм. Погрешность установки по индикаторным упорам значи-
тельно меньше и находится .в пределах 10—20 мкм.
Инструмент должен быть установлен по эталону точно по нор-
мали к обрабатываемой поверхности. В некоторых случаях (при
обтачивании заготовок малого диаметра) необходимо установить
инструмент точно и по высоте. При точении широкими резцами
погрешности диаметров могут возникнуть из-за неправильной уста-
новки резца относительно осей Z и У.
На основании изложенного можно сделать следующие выводы.
Настройка по пробным заготовкам обеспечивает высокую точность,
но трудоемка. В условиях массового производства при обработке на
автоматах и многоинструментных станках на настройку затрачи-
вается 20% общего фонда времени. К недостаткам метода следует
отнести и то, что часть пробных заготовок идет в брак. Это непри-
емлемо для крупных и дорогих изделий. Метод настройки по проб-
ным заготовкам применяют для станков с относительно простой
наладкой и при небольших размерах обрабатываемых заготовок.
85
Настройка по эталонам менее трудоемка, что обеспечивает
более полное использование оборудования во времени. Она дает
надежную и стабильную точность и исключает расход пробных заго-
товок. Преимущества этого метода особенно проявляются при обра-
ботке с мпогоинструментной оснасткой. При настройке по эталону
не требуются наладчики высокой квалификации; ее можно произ-
водить вне станка при наличии сменных инструментальных блоков,
суппортов и револьверных головок.
Погрешность изготовления режущего инструмента. Погрешно-
сти механической обработки могут быть вызваны неточностью
изготовления мерных и фасонных режущих инструментов. К первым
относятся канавочпые резцы (например, для прорезки канавок под
поршневые кольца), дисковые и пальцевые фрезы для обработки
шпоночных пазов, сверла, зенкеры, развертки и протяжки; ко
вторым — фасонные резцы и фрезы, специальные протяжки, резь-
бонарезной инструмент, а также профильные абразивные круги.
Работа режущих инструментов обоих типов основана на методе
копирования, так как их размер и профиль непосредственно пере-
даются обрабатываемой заготовке. При использовании дисковых
и пальцевых фрез на точность ширины прорезаемых канавок влияет
также осевое и радиальное биения зубьев инструмента вследствие
его неправильной заточки или установки на станке.
Простейшие случаи обработки методом копирования наблю-
даются при использовании однолезвийных режущих инструментов.
К ним относится, в частности, прорезка канавочным резцом пря-
моугольной канавки, па ширину которой задан небольшой допуск.
Если обрабатывают одну заготовку, то ширина канавки несколько
превышает ширину резца. Эта разница в ширине сравнительно неве-
лика (0,01—0,03 мм); она вызывается нагревом резца и зависит от
обрабатываемого материала, режимов резания и номинальной
ширины канавки.
При обработке партии заготовок за одну смену инструмента на
погрешность выполняемого размера дополнительно влияет размер-
ный износ резца. При большом размерном износе ширина канавки
может оказаться меньше номинальной. Если партия заготовок
достаточно велика и обработка ведется за несколько смен инст-
румента, то на погрешность выполняемого размера будет еще
влиять и допуск на размер резца. Поле рассеяния ширины воз-
растает при этом максимально. Точность ширины повышают, при-
меняя последующую чистовую прорезку канавок калибровочными
резцами.
Более сложный процесс происходит при обработке многолезвий-
ным инструментом. Точность диаметра отверстий при сверлении
спиральными сверлами определяется допусками на диаметр сверла и
погрешностями, возникающими в результате увеличения (раз-
бивки) диаметра отверстий. Увеличение диаметра отверстий воз-
никает из-за неуравновешенности радиальной силы резания в ре-
зультате того, что режущие кромки сверл могут быть расположены
86
под разными углами к его оси или смещены по высоте. С увеличе-
нием глубины сверления это увеличение возрастает в связи с тем,
что радиальная жесткость системы сверло — шпиндель из-за уве-
личивающейся при этом длины консоли снижается. Другая причина
увеличения диаметра отверстия — несоосность рабочей части сверла
и его хвостовика.
Точность диаметра отверстия зависит также от обратной конус-
ности сверла. Для сверл диаметром свыше 18 мм обратная конусность
находится в пределах 0,05—0,1 мм на каждые 100 мм длины. В ре-
зультате последовательных переточек длина, а следовательно, и диа-
метр сверла уменьшаются.
Сверление отверстий по кондукторным втулкам повышает точ-
ность их диаметра. Несимметричность заточки и несоосность эле-
ментов сверла в этом случае меньше влияют па увеличение диаметра
отверстий. Обратная конусность сверла, однако, несколько снижает
преимущество использования кондукторных втулок, так как с уве-
личением глубины сверления и по мере стачивания сверла зазор
между инструментом и втулкой возрастает. При сверлении обычных
(неглубоких) отверстий без кондукторной втулки погрешность их
диаметра возрастает в среднем на 50%.
Сверление по кондукторным втулкам обеспечивает большую,
точность положения оси отверстий. Точность направления сверла
в этом случае зависит от зазора между инструментом и отверстием
втулки, а также от длины втулки. При допусках на диаметр сверл
по ГОСТ 885—64 и выполнении отверстий во втулках по посадкам
X и Д (для компенсации теплового расширения инструмента в про-
цессе резания) получаются, однако, относительно большие зазоры.
Для повышения точности направления сверла отверстия во втулке
можно выполнять по посадке С (например, при сверлении точно
расположенных отверстий и соблюдении условий, устраняющих
чрезмерный нагрев инструмента в работе и его заедание во втулке).
Для повышения точности направления целесообразно уменьшать
допуск на диаметр сверл или сортировать сверла на размерные
группы с меньшими отклонениями по диаметру. Точность направле-
ния сверла можно повысить применением высоких втулок, длина
которых равна шагу винтовых канавок сверла.
Точность диаметра зенкерованных отверстий зависит от допуска
на размер зенкера и увеличения диаметра обрабатываемых отвер-
стий. Допуск на диаметр зенкера устанавливают в зависимости от
допуска на диаметр зенкеруемых отверстий. Неправильная заточка
зенкеров приводит к несимметричному положению режущих кромок
относительно оси вращения. В результате этого возникает неурав-
новешенная сила резания, которая, как и при сверлении, вызывает
увеличение диаметра («разбивку») обрабатываемых отверстий. Диа-
метр отверстий возрастает с повышением скорости, подачи, глу-
бины резания, твердости материала заготовки и обратной конус-
ности инструмента. Диаметр отверстия увеличивается меньше при
возрастании главного угла в плане, заднего угла и жесткости техно-
87
логической системы. Обратную конусность зенкеров принимают
в пределах 0,06—0,10 мм па 100 мм.
Применение кондукторных втулок повышает точность диаметра
зенкеруемых отверстий. Увод оси огверстий, зенкеруемых в исход-
ных заготовках (штампованных и отливках), также уменьшается
в результате того, что кондукторная втулка противодействует
упругому отжатию инструмента при неравномерном припуске у от-
верстий со смещенными осями. Как и при сверлении, основные
погрешности зенкерования зависят от зазора между инструментом
и кондукторной втулкой. Чем меньше этот зазор, тем меньше по-
грешности отверстия.
При развертывании отверстий точность их диаметра во многом
зависит от допуска па размер инструмента. На разбивку отверстия
влияет качество смазочно-охлаждающих жидкостей. При разверты-
вании всухую отверстие увеличивается больше. Применение сма-
зочно-охлаждающих жидкостей уменьшает разбивку в 2—4 раза.
По мере затупления развертки диаметр отверстия увеличивается
все больше. При резании острой разверткой диаметр отверстия уве-
личивается минимально на 5—10 мкм.
Развертывание с малыми скоростями резания (v — 3 н- 5 м/мин)
вызывает уменьшение диаметра отверстий (отрицательную раз-
бивку). С увеличением скорости резания диаметр отверстия увели-
чивается. Уменьшение диаметра отверстия объясняется влиянием
упругих свойств материала детали. На увеличение диаметра отвер-
стия влияют нарост и налипание мельчайших частиц металла на
ленточку развертки.
Развертывание часто производят без втулок, используя плаваю-
щее крепление инструмента.
При протягивании круглых отверстий допуск на диаметр режу-
щих зубьев протяжки принимают в пределах ±1/2 подъема зубьев,
но не более 0,02 мм. Допуск на диаметр калибрующих зубьев при-
нимают равным 1/3 допуска па протягиваемое отверстие, но не
более отклонений посадки С по ОСТ 1012. При соблюдении указан-
ных допусков обеспечивается точность обработки в пределах 2-го
класса.
Тепловые деформации технологической системы. В процессе
механической обработки происходит нагрев технологической си-
стемы в результате тепла, выделяющегося в зоне резания, и
в частях станка из-за потерь на трение, а также тепла от внешних
источников.
Тепловое состояние системы может быть стационарным и неста-
ционарным. В первом случае устанавливается тепловое равновесие
системы — подвод тепла количественно равен его потерям и темпе-
ратура отдельных звеньев технологической системы постоянна во
времени. К условиям стационарного теплового состояния прибли-
жаются процессы обработки небольших заготовок на станках, про-
шедших период предварительного нагрева. Нестационарное тепло-
вое состояние наблюдается в период пуска станка после его длитель-
88
ного останова. Всякий процесс можно считать нестационарным, если
выделяющееся при резании тепло заметно нагревает заготовку.
Для определения влияния тепловых деформаций на точность
механической обработки можно рассматривать два периода в работе
станка: от начала пуска станка до получения теплового равновесия
системы — период нестационарного теплового состояния, и до
окончания обработки — период стационарного теплового состояния.
Тепловые деформации станка. Нагрев станины, корпусных и
других деталей станков происходит в результате потерь на трение
в механизмах, гидроприводах и электроустройствах. Большое коли-
чество тепла передается этим деталям смазочно-охлаждающей жид-
костью, отводящей тепло из зоны резания, а также от встроенных
электродвигателей. Тепло передается также из внешней среды,
окружающей станок.
Станина нагревается в большинстве случаев неравномерно, что
обусловлено нерациональным с точки зрения тепловых деформаций
расположением электродвигателей, электронасосов, резервуаров для
масла и охлаждающей жидкости и других источников тепловыделе-
ния. Разность температур отдельных элементов станины может дости-
гать 10 °C. В этих условиях правильная форма станины и положение
основных элементов станка нарушаются. При доводке станков новых
конструкций необходимо добиваться выравнивания температурного
ноля станины и их лучшего охлаждения.
Одним из основных источников образования тепла в станке
является шпиндельная бабка. Температура в различных точках
корпуса бабки изменяется в пределах 10—50° С. Наиболее высокая
температура наблюдается в местах расположения подшипников
шпинделя и подшипников быстроходных валов. Температура валов
и шпинделей на 30—40% выше средней температуры корпусных
деталей, в которых они смонтированы. При большой длине шпин-
деля необходимо считаться с его осевым перемещением в результате
нагрева, что влияет на точность обрабатываемых поверхностей.
Если фиксация шпинделя от осевого перемещения осуществлена
у заднего подшипника, то при длине L и разности температур
между корпусом и шпинделем А/ перемещение патрона в осевом
направлении
AL — a.L Ы,
где а — относительный температурный коэффициент линейного
расширения материала шпинделя.
Приняв L — 800 мм, А/ = 10е С и а = 0,000012 1/°С, получим
AL = 0,1 мм. Найденная величина может вызвать значительную
погрешность заготовки, обрабатываемой на настроенном станке,
если ее не компенсировать периодическими подналадками станка.
Нагрев шпиндельных бабок изменяет положение оси шпинделя.
Например, шпиндель передней бабки токарного станка может
сместиться в вертикальной и горизонтальной плоскостях на не-
сколько сотых долей миллиметра.
89.
Точность обработанной заготовки зависит от удлинения винтов
подачи из-за нагрева. Длина винта влияет на точность перемещений
бабки шлифовальных станков. В неудачных конструкциях, где
длина рабочего участка винта велика, погрешность может достигать
0,03—0,05 мм. .
Тепловые деформации обрабатываемых заготовок. Кроме тепло-
вых деформаций станка па точность обработанных поверхностей
влияют также тепловые деформации обрабатываемых заготовок,
нагрев которых происходит в результате выделения тепла в про-
цессе резания. Основная часть тепла аккумулируется в стружке;
в обрабатываемую заготовку переходит незначительная часть тепла
(при точении, фрезеровании, строгании, наружном протягивании).
При сверлении большая часть тепла остается в заготовке.
Во время токарной обработки в стружку уходит 50—85% тепла,
а при высоких скоростях резания свыше 90%; 10—40% тепла пере-
ходит в резец; 3—9% остается в заготовке и около 1% рассеивается
в окружающей среде. При сверлении в стружку уходит 28% тепла;
14% переходит в сверло; 55% остается в заготовке и 3 % уходит
в окружающую среду.
Обильное охлаждение (при обработке стальных заготовок)
позволяет устранить нагрев заготовки. В этом случае ее тепловые
деформации незначительны и их влияние на точность обрабатываемой
поверхности можно не учитывать. Обработку заготовок из серого
чугуна, бронзы и других материалов производят без охлаждения;
в этом случае тепловые деформации будут большими.
Тепловые деформации заготовки определяют, считая ее темпе-
ратурное поле постоянным, что будет справедливым, если поверх-
ность заготовки обрабатывать за несколько рабочих ходов, за
несколько последовательно выполняемых переходов, а также не-
сколькими режущими инструментами.
Средняя температура нагрева заготовки (в °C)
t=Q_
cpV ’
где Q — полученное заготовкой тепло резания, ккал; с—удель-
ная теплоемкость материала заготовки, ккал/(кг -°C); р— плот-
ность материала заготовки, кг/м3; V — объем заготовки, м3.
Тепловое расширение (деформация) в направлении линейного
размера L
&T = a.Lt, (53)
где а — температурный коэффициент линейного расширения мате-
риала заготовки.
Пример. На вертикально-сверлильном двухшпиндельном станке, оснащен-
ном поворотным трехпозиционным столом (одна позиция загрузочная), произво-
дят сверление и последующее развертывание отверстия в чугунной заготовке.
Определить насколько уменьшится диаметр развернутого отверстия после охлаж-
дения заготовки до 20° С. Частота вращения шпинделя п = 310 об/мин; подача
90
(52)
s — 0,36 мм/об; мощность на шпинделе станка N = 0,95 кВт. Объем заготовки
V = 40 см3. Диаметр отверстия d — 20 мм, его глубина L 55 мм.
Решение. Количество тепла, образующегося при сверлении.
Q=A7o60 - 0,024,
где — основное время сверления;
1 L 55
to= - = =0,5 мип>
ns 310-0,36
следовательно,
Q=0,95 -0,5 -60 -0,24 = 6,85 ккал.
При обработке отверстий в заготовку уходит около 50% образующегося при
резании тепла:
Q' = 0,5Q=3,42 ккал.
Принимая плотность чугуна р — 7600 кг/м3 и его удельную теплоемкость
с= 0,11 ккал/(кг-° С), найдем температуру нагрева заготовки
t--------3’^2________Ю2 °C
0,11-7600-0,00004
Не учитывая нагрева заготовки при развертывании, определим погрешность
выполняемого размера
Д7 = 0,000012-20-102 = 0,025 мм.
Найденная величина сопоставима с допуском 2-го класса точности. Для
уменьшения тепловой деформации необходимо принять меры для охлаждения
заготовки перед развертыванием отверстия.
Тепловые деформации массивных заготовок малы, и их влиянием
на точность обработки можно пренебречь, особенно при незначи-
тельных размерах обрабатываемых поверхностей. Тепловые дефор-
мации тонкостенных заготовок с относительно большими обраба-
тываемыми поверхностями могут достичь величин, сопоставимых
с допусками 2-го класса точности. Влияние тепловых деформаций
на точность растет при обработке внутренних поверхностей, когда
поглощение тепла заготовкой увеличивается.
При нестационарном температурном поле заготовки расчеты
тепловых деформаций усложняются, и к тому же источник образо-
вания тепла (зона резания) непрерывно перемещается по обрабаты-
ваемой поверхности. При условиях, что поле температур нестацио-
нарно, материал заготовки изотропен, коэффициент теплопровод-
ности Л, плотность р и удельная теплоемкость с постоянны, в мате-
риале заготовки не происходит изменений агрегатного состояния,
процесс нагрева можно выразить уравнением теплопроводности
в виде линейного дифференциального уравнения второго порядка
в частных производных
dr’
где G = и — оператор Лапласа или дифференциальный
параметр второго порядка от t;
d2t , d2t d2t , ,
V2/ = , д « + д-град/см2.
ох~ dy2 дг2 г
91
В уравнении неизвестные переменные — время т и три про-
странственные координаты; зависимая переменная — температура t.
Выражение а, представляющее собой меру быстроты выравнива-
ния температуры в различных точках поля, называется коэффици-
ентом температуропроводности и имеет размерность м2/с.
Для тел вращения приведенное уравнение удобнее выражать
в цилиндрических координатах
dt _ / дЧ . £ д! 1 &Ч дЧ \
дТ ~ а \ <Э/2 + 'г дг + Л
При одномерном тепловом потоке, когда температурное поле
зависит только от одной координаты х, уравнение теплопроводности
примет вид
dt _ гтч
дт; а дх9-'
В результате интегрирования этого уравнения и последующих
преобразований можно получить выражение для определения вре-
мени, через которое температура точки, отстоящей от источника
тепла на расстоянии х, повысится до заданной температуры:
(54)
где tx — температура в рассматриваемой точке поля; /нст — тем-
пература в месте расположения источника тепла.
Зависимость между величинами и Ф. 1 — приведена
*ист \ *ист /
в табл. 5.
Расчетные величины для одномерного температурного поля
Таблица 5
tx ^1!СТ фЛ_А_\ \ ^ист / *ист ! \ \ ист! *ист
1.0 0 0,6 1,8 0,2 0,3
0,9 26.7 0,5 1,14 0,1 0,18
0,8 0,4 0,7 0 0
0,7 3,5 0,3 0,47
Определим погрешность длины призматической заготовки в ре-
зультате ее тепловой деформации. Базовым торцом заготовку уста-
навливают в приспособление по упору; второй торец шлифуют до
определенного размера по длине (рис. 29). Длина стальной заго-
товки L = 200 мм; длительность процесса шлифования т = 20 с.
Температура поверхностного слоя в зоне обработки /нст = 1000 °C;
потерями тепла в окружающую среду и в опоры приспособления
пренебрегаем.
52
Используя формулу (54), найдем температуру tx в различных
сечениях заготовки по ее длине. Для стали коэффициент темпера-
туропроводности можно принять а — 16-Ю3 м2/с (0,16 см2/с).
Задаваясь разными значениями х при т — 20 с, можно найти соот-
ветствующие значения величины ф(1 — /М. По табл. 5 находим
отношения Помня, что по условию задачи /ист — 1000° С, опре-
*ИСТ
деляем для каждого сечения температуру tx. За 20 с тепло не успело
распространиться до базового торца заготовки.
Удлинение заготовки AL = a$ txdx .Ъ нашемслучае зависимость
о
tx от х в аналитической форме не выражена, поэтому можно приме-
нить графические или численные методы интегрирования. Подын-
тегральное выражение можно определить также, найдя площадь,
заключенную между кривой температур и осью абсцисс. Для рас-
сматриваемого примера А/ — 0,25 мм. На такую величину заго-
товка будет короче после охлаждения.
При обработке партии заготовок т будет меняться в извест-
ных пределах из-за непостоянства припуска. Это повлечет за собой
изменение величины AL и, следовательно, соответствующее рассе-
яние длины обработанных деталей.
При точении сплошная цилиндрическая заготовка нагревается
медленно перемещающимся вдоль оси кольцевым источником тепла.
Скорость перемещения источника тепла равна минутной подаче
проходного резца.
В процессе обработки наблюдаются три периода распростране-
ния тепла и развития тепловых деформаций заготовки. Первый
период характеризуется небольшим нагревом заготовки, так как
слои металла перед резцом холодные. Второй (установившийся)
период характерен тем, что тепловые деформации возрастают до
определенного уровня и остаются постоянными на большей части
длины заготовки. Сзади, на.некотором расстоянии от резца, уста-
Рис. 29. Схема шлифования
торца (а) и температурное
поле (б) по длине заготовки
Рис. 30. Температурное поле
(а) и форма поверхности за-
готовки после обработки (б)
навливается постоянное температурное поле. Третий (завершаю-
щий) период обработки характерен повышением температуры остаю-
щегося участка заготовки из-за отражения тепловой волны от ее
левого торца. Тепловые деформации на этом этапе возрастают.
Температурное поле обтачиваемой заготовки приведено на
рис. 30. Там же схематически изображена форма образующей обто-
ченной детали после ее охлаждения до температуры окружающей
среды. Для определения диаметра детали в разных сечениях при
расчете можно исходить из постоянного температурного поля,
вводя поправочный коэффициент kK. При х — 0 величина k„ = 0,
так как деталь еще не нагрелась; при обработке средней части детали
kK = 0,6 4- 0,7; в конце обработки kw = 2 4- 2,8 (у самого торца
детали). Увеличение длины детали от нагрева можно определить,
считая температурное поле постоянным. Большие тепловые дефор-
мации наблюдаются при односторонней обработке длинных загото-
вок типа планок, реек, а также пластин и плит. Тепловые деформа-
ции обрабатываемых заготовок могут быть уменьшены обильным
подводом охлаждающей жидкости в зону резания; повышением
скорости резания, в результате чего большая доля тепла отводится
в стружку; чередованием операций с большим и мепыпим нагревом
заготовки; устранением накопленного ранее в заготовках тепла
достаточной выдержкой на транспортирующем устройстве или в таре;
шлифованием заготовок кругами больших диаметров. Влияние
ошибок обработки из-за тепловых деформаций может быть умень-
шено рациональным распределением этих ошибок по полю допуска
детали.
Тепловые деформации режущего инструмента. Несмотря на то,
что при обработке резанием в инструмент переходит сравнительно
небольшая доля образующегося тепла, инструмент во многих
случаях все же подвержен интенсивному нагреву. Температура
рабочей поверхности резцов из быстрорежущей стали 700—850° С.
С отдалением от зоны резания температура стержня резца заметно
снижается.
В начале резания наблюдается быстрое повышение температуры
резца. Затем ее рост замедляется, и через непродолжительное время
достигается состояние теплового равновесия. Характерная зависи-
мость удлинения £ консольной части резца от времени резания
приведена на рис. 31, а. Величина означает удлинение резца
при его тепловом равновесии. При обычных условиях работы
удлинение резца может достигать 30—50 мкм. Нагрев, а следова-
тельно, и удлинение резца растут с увеличением подачи, глубины и
скорости резания; резец удлиняется также с повышением предела
прочности (твердости по Бринеллю) материала заготовки.
Удлинение резца (в мкм) с пластинкой из твердого сплава при
установившемся тепловом состоянии
Вт = С^ров(&)°.'®г>°.\ (55)
94
Рис. 31. Влияние удлинения резца на точность обработки
где С — постоянная (при /<1,5 мм; s < 0,2 мм/'об; v~ 100 <-
-ь 200 м/мин; С — 4,5); Lp —длина рабочей части резца, равная
его вылету, мм; F — площадь поперечного сечения резца, мм2;
ак — предел прочности материала заготовки, кгс/мм2; t — глубина
резания, мм; s — подача, мм/об; v — скорость резания, м/мин.
Удлинение резца (в мкм), соответствующее моменту времени,
g = (56)
где е — основание натуральных логарифмов.
Во время перерывов в работе, длительность которых равна про-
межуткам между основными временами to выполняемых операций,
резец охлаждается.
Изменение длины резца при обработке партии заготовок пока-
зано на рис. 31, б. Если работа протекает ритмично, то перерывы t
процесса резания одинаковы и деформации резца постоянны для
всех заготовок. При отсутствии ритмичности (t #= tlt #= t2) дефор-
мации резца различны. В этом случае рассеяние размеров заготовок
в партии будет большим.
При обработке крупной заготовки тепловые деформации резца
могут вызвать погрешность формы обрабатываемой поверхности.
Тепловые деформации влияют на точность размеров при обра-
ботке на предварительно настроенных станках по методу автомати-
ческого получения размеров, но могут быть учтены при обработке
методом пробных рабочих ходов.
Остаточные напряжения в материале заготовок. Остаточные
напряжения в наибольшей степени влияют па точность обрабаты-
ваемых тонкостенных нежестких заготовок.
Остаточными (или собственными) называют напряжения, кото-
рые существуют в заготовке или готовой детали при отсутствии
внешних нагрузок. Остаточные напряжения полностью уравнове-
шиваются, и их действие на деталь не проявляется. С нарушением
равновесия, вызываемого удалением припуска, обработкой без
снятия стружки или термическим воздействием, деталь начинает
95
деформироваться до тех пор, пока перегруппировка напряжений
не приведет к новому равновесному состоянию.
Различают три рода остаточных напряжений. Напряжения пер-
вого рода уравновешиваются в пределах больших объемов материа-
ла, соизмеримых с размерами обрабатываемых заготовок. Напря-
жения второго рода образуются в микроскопических объемах,
соизмеримых с размерами зерен и кристаллитов. Напряжения
третьего рода возникают в ультрамикроскопических объемах; они
уравновешиваются в пределах нескольких ячеек кристаллической
решетки вещества. В технологии машиностроения наибольшее вни-
мание уделяется напряжениям первого рода.
В зависимости от причины образования остаточные напряжения
делят на конструкционные и технологические. Первые вызываются
в деталях процессами, происходящими в конструкции; вторые
возникают в детали при ее изготовлении. Технологические напряже-
ния возникают в результате неоднородных объемных изменений
вследствие неоднородного (неравномерного) нагрева или охлажде-
ния; фазовых или структурных превращений металла, а также
происходящих в нем диффузионнных процессов; пластической
деформации при наклепе. Одновременное действие двух или трех
причин приводит к весьма сложным эпюрам распределения оста-
точных напряжений по сечениям детали. Взаимодействие перечис-
ленных причин нередко приводит к образованию столь больших
напряжений растяжения, что возможно появление трещин.
Для многих деталей желательно создание сжимающих напряже-
ний в поверхностных слоях для повышения их усталостной проч-
ности. Знать характер распределения, а также качественную и коли-
чественную характеристики остаточных напряжений необходимо
для повышения качества деталей и правильного построения техно-
логических процессов их изготовления. Поэтому методам упроч-
няющей технологии, повышающих прочность и долговечность дета-
лей машин, уделяется большое внимание.
Рассмотрим влияние изменения объема при охлаждении на обра-
зование остаточных напряжений в стальном диске, нагретом до
700—800° С (рис. 32, а). Сначала осты-
вает наружный слой, который при тем-
пературе ниже 500° С, стремясь сокра-
титься по диаметру, сжимает еще горя-
чую и пластичную сердцевину. В ре-
зультате наружные слои упруго рас-
тянуты, а внутренние сжаты. Эпюра
напряжений для этого периода пока-
зана на рис. 32, б. Продолжающееся
охлаждение диска вызывает сначала
возрастание разности температур меж-
ду сердцевиной и наружным слоем, а
затем ее уменьшение. При дальнейшем
охлаждении сердцевина стягивает на-
Рис. 32. Остаточные напря-
жения в диске при осты-
вании
96
ружный остывший слой, создавая в нем напряжения сжатия.
Эпюра напряжений в остывшем диске показана на рис. 32, в.
Напряжения в результате структурных превращений наблюда-
ются в стальных деталях при переходе аустенита в мартенсит. На
величину и распределение напряжений в металле действуют и такие
факторы, как конфигурация детали, равномерность нагрева, прока-
ливаемость, величина зерна, температура отпуска.
В зависимости от применяемого технологического метода раз-
личают остаточные напряжения литейные, возникающие при осты-
вании отливок; ковочные, образующиеся в поковках и горячештам-
пованных заготовках; термические, создающиеся при термической
обработке; сварочные; от наклепа при холодной прокатке, волоче-
нии, холодной штамповке, чеканке, дробеструйной обработке и
других методах; от обработки металлов резанием; при электролити-
ческих покрытиях деталей.
Литейные напряжения влияют на точность обработки заготовок
из отливок. Они возникают из-за того, что температура толстых
и тонких частей отливки получается неодинаковой при переходе из
области пластических в область упругих деформаций. Для отливок
из серого чугуна область этого перехода расположена в интервале
620—400° С. Тонкие части отливки охлаждаются быстрее толстых,
поэтому усадка ее массивных элементов происходит позднее. Од-
нако усадка не может протекать свободно, так как ранее остыв-
шие тонкие части отливки вызывают ее торможение (термическое).
Торможение (механическое) усадки происходит также в том слу-
чае, если на отливке имеются выступающие элементы.
Чем медленнее охлаждается отливка в указанном интервале тем-
ператур и меньше разница толщины ее стенок, тем меньше остаточ-
ные напряжения в остывшей заготовке. Особенно большими оста-
точные напряжения получаются в местах резкого изменения сечения
отливок. Их величина может быть иногда настолько значи-
тельной, что отливка коробится и в ней возникают трещины. Оста-
точные напряжения могут быть уменьшены в правильно сконструи-
рованных отливках. Уменьшают напряжения также путем разруше-
ния формы после перехода металла из жидкого состояния в твердое
до его окончательного охлаждения. При обработке отливки реза-
нием равновесие остаточных напряжений из-за снятия поверхност-
ных слоев нарушается и заготовка деформируется. Эта деформация
происходит не мгновенно, а в течение продолжительного времени.
При передаче предварительно обработанной заготовки на после-
дующую отделку (без разрыва во времени) деформация продолжается
и после приемки готовой детали, что вызывает нарушения при экс-
плуатации машин. Маложесткие детали часто деформируются
значительно.
Снятие или уменьшением остаточных напряжений в отливках
достигается естественным старением, термической обработкой (ис-
кусственным старением) и некоторыми методами механического
воздействия. Естественное старение заключается в длительном хра-
4 п/р. Корсакова В С. 97
80
Рис. 33. Остаточные напряжения при естественном (а) и искусственном (б)
старении
нении (вылеживании) заготовок на воздухе. Продолжительность
вылеживания составляет нередко 6—12 месяцев. Естественное
старение обычно производят после предварительной обработки
(обдирки) отливки. Его протеканию способствует периодическое
изменение температуры окружающей среды. Основной недостаток
этого способа — длительность процесса и неполное снятие напряже-
ний. Уменьшение остаточных напряжений от времени вылеживания
при естественном старении приведено на рис. 33, а. Через полгода
остаточные напряжения уменьшаются только на 30%.
Термическая обработка целесообразна для снятия остаточных
напряжений в мелких и средних отливках. Для крупных отливок
она не всегда применима, так как для ее выполнения необходимы
печи больших размеров. Термическая обработка заключается в мед-
ленном нагреве заготовок до 500—6001' С, выдержке их при этой
температуре в течение 1—6 ч (в зависимости от размера отливок)
и последующем медленном охлаждении в печи до 150—200° С.
Скорость нагрева должна быть небольшой (60- 150 °С/ч), чтобы
избежать большого перепада температур между толстыми и тон-
кими стенками отливки. Скорость охлаждения принимают в пре-
делах 25—75 сС/ч; ниже 150° С охлаждение может вестись уско-
ренно на открытом воздухе. Влияние нагрева на снятие остаточных
напряжений в отливках приведено на рис. 33, б. При нагреве до
350° С напряжения не снимаются.
Для уменьшения остаточных напряжений в отливках механиче-
ским действием используют пневматические молотки или дробе-
струйную обработку. Места концентрации напряжений (переходы
в сечениях) подвергают обстукиванию. Этот метод, однако, не дает
радикальных результатов.
Ковочные напряжения возникают в заготовках, получаемых
ковкой и горячей штамповкой, из-за их неравномерного охлаждения,
особенно сильно сказывающегося при нерациональной конструктив-
ной форме последних. Ковочные напряжения влияют на деформа-
цию маложестких заготовок (длинные валики, коленчатые валы
и пр.). Для снятия остаточных напряжений в поковках и штампо-
ванных заготовках применяют отжиг.
98
Термические напряжения являются следствием неравномер-
ности нагрева и охлаждения деталей, а также результатом струк-
турных изменений их материала. Термические напряжения вызы-
вают деформацию (коробление) деталей и часто бывают настолько
большими, что от их действия возникают трещины. Уменьшение
деформации деталей с резкими изменениями сечений производится
постепенным нагревом под закалку, защитой тонких стенок изо-
лирующей обмазкой, выполнением закалки и отпуска в приспо-
соблениях, а также смягчением закалочной среды. На остаточные
напряжения и остаточные деформации влияют скорость охлажде-
ния при закалке, температура нагрева под закалку, исходная микро-
структура материала, а также глубина закалки.
Сплошная закалка обеспечивает большую деформацию, чем
поверхностная закалка после нагрева с помощью ТВЧ. Деформа-
ции при термической обработке влияют на точность детали и при-
пуск под последующую механическую обработку. Для данной де-
тали и данного вида термической обработки опытным путем можно
определить уменьшение или увеличение нужного размера. Най-
денную таким образом поправку используют для предварительного
изменения размера детали под термическую обработку. При за-
калке метчиков часто уменьшается шаг резьбы. Эта погрешность
компенсируется нарезанием резьбы с несколько большим шагом.
Необходимая поправка находится экспериментально на пробной
партии заготовок.
Сварочные напряжения возникают в результате неравномерного
нагрева и остывания металла в процессе сварки. При перемещении
источника тепла вдоль шва металл в зоне наплавки интенсивно
нагревается. Смежные участки металла, обладая более низкой
температурой, препятствуют расширению нагретого металла и
создают в нем напряжения сжатия. При остывании в наплавленном
слое возникают остаточные напряжения растяжения, так как окру-
жающий металл тормозит уменьшение его объема. Величина этих
напряжений иногда достигает предела текучести металла. При
сварке заготовок из пизкоуглеродистых сталей возникают в основ-
ном остаточные напряжения первого рода, а при сварке заготовок
из закаливающихся сталей — напряжения всех трех родов. Свароч-
ные напряжения вызывают остаточные деформации в сварной кон-
струкции, величина которых может быть значительно больше
допуска на размеры изделия. Действие сварочных напряжений
необходимо учитывать при изготовлении технологической оснастки,
так как от этого зависит точность обрабатываемых заготовок и
сборки. Сварочные напряжения могут быть уменьшены правиль-
ным конструированием изделия, рациональным выбором режима
сварки, а также последующей термической обработкой.
Остаточные напряжения в сварных изделиях могут быть сняты
последующим высокотемпературным отпуском (600 —650° С). Од-
нако после этого форма изделия не восстанавливается из-за новых
деформаций, которые часто превышают деформации, имевшиеся
4:
99
до отпуска. Сварочные деформации бывают большими при сварке
соединения из материалов, обладающих меньшей теплопровод-
ностью и большим коэффициентом теплового расширения. Дефор-
мация соединений из нержавеющей стали больше деформации сое-
динения из низкоуглеродистых сталей. Деформации при сварке
соединения из алюминия меньше, чем при сварке соединения из
низкоуглеродистых сталей.
Остаточные деформации зависят от расположения швов, свойств
материала соединения, режимов сварки, а также от последователь-
ности наложения швов. При рациональном построении техноло-
гического процесса сварки эти деформации могут быть минимальны.
Напряжения от наклепа возникают при холодной обработке ме-
талла методом пластической деформации. При прокатке и волочении
прутки с наружной поверхности деформируются сильнее, чем с вну-
тренней; поэтому в заготовках, полученных этими методами, наб-
людаются значительные остаточные растягивающие напряжения
в поверхностных слоях и сжимающие напряжения внутри. Остаточ-
ные напряжения в заготовках проката нередко достигают предела
текучести. Эпюра распределения этих напряжений в поперечном
сечении приведена на рис. 34, а. Если заготовку из проката раз-
резать вдоль, то ее концы разойдутся (рис. 34, б). Это происходит
в результате нарушения равновесия остаточных напряжений.
При точении недостаточно точно зацентрованной заготовки из
проката снимается неравномерный припуск. В результате равно-
весное состояние нарушается и обработанная деталь (при отноше-
нии длины к диаметру более 30) заметно искривляется. По той же
причине прорезка длинных шпоночных канавок в заготовках из
проката часто искривляет их. Нежелательное влияние остаточных
напряжений на последующую обработку может быть устранено
отжигом заготовок.
Холодную правку применяют
для устранения искривления заго-
товок и готовых деталей. Правка
до обработки уменьшает снимаемые
припуски и сокращает время об-
работки. Холодной правке подвер-
гают гладкие и ступенчатые валы,
шатуны, коленчатые и распреде-
Рис. 35. Остаточные напряже-
ния при холодной правке
Рис. 34. Остаточные напряжения в за-
готовке из проката
100
лительные валы двигателей, планки, пластины и другие детали.
Холодная правка основана на пластическом изгибе. Схема правки
с приложением сосредоточенной силы приведена на рис. 35, а.
С увеличением силы заготовка сначала изгибается упруго. При опре-
деленном значении силы нормальные напряжения в крайних волок-
нах достигают предела текучести от и заготовка начинает изгибаться
пластически. При снятии силы форма заготовки частично восста-
навливается. Поэтому прогиб при правке должен быть несколько
больше стрелы изогнутости f (на рис. 35, б показана заготовка после
того, как поперечная.сила достигла конечного значения, необхо-
димого для устранения изогнутости; заштрихованные участки —
области пластических деформаций; эпюра напряжений дана для
участка, нагруженного силой). Заготовка и эпюра остаточных
напряжений после удаления силы приведены на рис. 35, в, дей-
ствие остаточных напряжений уравновешено. Если заготовку под-
вергают повторной обработке резанием, то равновесие остаточных
напряжений нарушается и заготовка деформируется (рис. 35, г).
Остаточные напряжения уменьшились, а их эпюра осталась подоб-
ной эпюре, приведенной на рис. 35, в. При повторной правке и обра-
ботке наблюдается образование остаточных напряжений, однако
их величина заметно уменьшается.
Процесс холодной правки был рассмотрен при условии, что
материал исходной заготовки свободен от собственных остаточных
напряжений. В действительности заготовки часто находятся в на-
пряженном состоянии. При их правке схема образования остаточных
напряжений усложняется. Так как исходное состояние отдельных
заготовок неизвестно, то конечный результат правки по эпюрам
полученных остаточных напряжений представляется неопределен-
ным.
Перспективна правка со снятием остаточных напряжений.
Круглую деталь (вал) устанавливают на опоры и вращают, нагру-
жая ее возрастающей поперечной силой. По достижении предела
текучести направление вращения реверсируется, а изгибающая
сила уменьшается до устранения изгиба детали. Стержни часто
правят растяжением, а тонкостенные кольца на эспандере — при-
ложением радиальных сил.
При изготовлении ответственных и точных деталей холодную
правку не производят. Изогнутость заготовок устраняют в этом
случае снятием больших припусков. Для изготовления таких дета-
лей часто производят тщательный отбор прутков с проверкой их
прямолинейности. Если правке подвергают готовые детали, то в их
материале также возникают уравновешенные остаточные напряже-
ния. С течением времени наблюдается некоторое искривление
выправленных деталей, в результате чего зазоры в машине могут
измениться. Причина такого искривления — неравномерная релак-
сация остаточных напряжений на различных участках или явле-
ния прямого или обратного последействия. Равномерная релак-
сация напряжений не искривляет детали.
101
§ 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНОЙ ПОГРЕШНОСТИ
МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Суммарная погрешность при обработке на предварительно на-
строенном станке. Суммарная погрешность механической обработки
является следствием влияния технологических факторов, каждый
из которых вызывает появление отдельной первичной погрешности.
Суммарная погрешность определяет величину технологического
допуска (допуска на промежуточные размеры заготовки по техноло-
гическим переходам). Эти допуски необходимо правильно назна-
чать, особенно при проектировании технологических процессов
для массового и автоматизированного производства, когда широко
применяют средства циклической автоматики. Определим суммарную
погрешность обработки партии заготовок, считая, что их установка
производится в приспособления и обработка ведется за большое
число настроек.
Суммарную погрешность или поле рассеяния выполняемого раз-
мера можно выразить в общем виде следующей функциональной
зависимостью:
е, АД, Aw, АТ, £АФ).
Каждая из стоящих в скобках величин не зависит одна от другой
и для данного конкретного случая определяется условиями пост-
роения технологической операции.
Величина Аг/ представляет собой погрешность (поле рассеяния)
выполняемого размера в данном сечении, которая возникает в ре-
зультате упругих отжатий звеньев технологической системы под
влиянием нестабильности сил резания. Ранее отмечалось, что
Аг/ = tGQi max ^ост min*
В то же время Аг/ равно разности предельных значений упру-
гих отжатий технологической системы. Определять Леттах и /Остгтп
следует по формуле (33). При указанных пределах изменения
глубины резания, определяемых снимаемым припуском, твердо-
сти материала заготовки и сил резания (в результате прогрессирую-
щего затупления режущего инструмента) значение Аг/ получается
вполне определенным. Величину Аг/ находят по тому сечению
заготовки, где эта величина получается наибольшей. В обычных
условиях таким сечением является то сечение, где жесткость техно-
логической системы минимальна. При точении консольно закреп-
ленной заготовки величину Аг/ следует определять у ее свободного
конца, так как именно здесь жесткость системы наименьшая.
Если величину Аг/ как разность предельных значений для дан-
ных условий можно считать вполне постоянной, то текущее значе-
ние у при обработке каждой индивидуальной заготовки представ-
ляет собой величину случайную. Распределение величин у можно
считать подчиняющимся нормальному закону.
102
Погрешность установки заготовки е состоит из погрешности
базирования е0, погрешности закрепления е3 и погрешности поло-
жения заготовки епр, вызываемой неточностью приспособления.
Для конкретных условий построения данной операции е представ-
ляет собой вполне определенную величину, — это расстояние
между проекциями предельных положений измерительной базы,
от которой ведется отсчет выполняемого размера, на направление
этого размера. В то же время для каждой индивидуальной заго-
товки положение измерительной базы будет случайным. Распреде-
ление положений измерительной базы в большинстве случаев
подчиняется нормальному закону.
Погрешность настройки станка АД является разностью пре-
дельных положений режущего инструмента на ставке при настройке
его на выполняемый размер. Значение АД для данного метода
обработки регламентируется определенной величиной. Для каждой
партии заготовок текущее значение настроечного размера Д яв-
ляется величиной случайной, распределение которой также подчи-
няется нормальному закону или закону, близкому к нему.
Размерный износ инструмента систематически изменяет положе-
ние его режущей кромки относительно исходной установочной базы
заготовок в процессе обработки. В результате этого выполняемый
размер непрерывно изменяется между двумя сменами или подна-
стройками инструмента. Величина Aw регламентируется определен-
ными значениями для каждого метода обработки в зависимости от
допустимого износа инструмента. Приближенно можно считать,
что размерный износ Ан протекает по закону прямой, а соответ-
ствующая кривая распределения имеет вид прямоугольника (кри-
вая равной вероятности).
Погрешности выполняемого размера, вызываемые тепловыми
деформациями системы, изменяются во времени (или от числа
обработанных деталей) по более сложному закону. В первоначаль-
ный период работы станка они рЯстут; после того как будет достиг-
нуто тепловое равновесие технологической системы, они стабили-
зируются (точка А на рис. 7, д). До момента теплового равновесия
системы кривая распределения погрешностей имеет вид, показан-
ный на рис. 7, е. По достижении этого момента данная погреш-
ность превращается в систематическую постоянную погрешность
(кривая распределения переходит в вертикальную прямую линию).
Первые шесть членов выражения суммарной погрешности пред-
ставляют собой пределы изменения погрешностей, вызываемых
теми или иными технологическими факторами. Последний седьмой
член 2АФ равен сумме погрешностей формы данного элемента,
вызываемых геометрическими неточностями станка, деформациями
заготовки под влиянием сил закрепления и неравномерным но раз-
личным сечениям заготовки упругим отжатием технологической
системы (под действием сил резания). В случае, например, точения
консольно закрепленной заготовки (рис. 36) 2Аф будет выражаться
разностью диаметров d., и (часто заштрихованный участок эпюры
103
Рис. 36. Схема для опре-
деления суммарной по-
грешности обработки кон-
сольно-закрепленной за-
готовки
характеризует погрешность формы обработанной поверхности, а ред-
ко заштрихованный — изменения величины Аг/ по различным попе-
речным сечениям заготовки). Погрешность формы входит в состав Л
потому, что измерение обработанной поверхности при ее контроле
может происходить в разных сечениях. Допуск на размер деталей
обычно охватывает и погрешность формы их размеров.
Задачу определения суммарной погрешности механической обра-
ботки можно сравнить с задачей определения допуска на замыкаю-
щее звено размерной цепи. При решении этой задачи по максимуму
и минимуму члены выражения суммарной погрешности алгебраи-
чески складываются
Д = Дг/+е + ЛД4-Ац4-ДТ + ГДф. (57)
Суммарную погрешность диаметральных размеров следует опре-
делять без учета величины е. Составляющая е исключается также
при определении суммарной погрешности размера, связывающего
два противолежащих элемента, подвергаемых одновременной обра-
ботке цельным или наборным инструментом.
Величину 2Дф следует определять с учетом взаимной компен-
сации ее отдельных составляющих. Например, обтачивая консольно-
закрепленный в патроне цилиндрический валик, получаем искаже-
ние формы поверхности вращения в результате неравномерной жест-
кости технологической системы в различных поперечных сечениях.
В то же время при наличии непараллельности оси шпинделя направ-
ляющим станины в горизонтальной плоскости обточенная поверх-
ность получается конической. Если вершина конуса обращена
в сторону задней бабки, погрешности формы частично или пол-
ностью компенсируются. При обратном положении конуса погреш-
ности формы суммируются.
Определим Д в предположении, что на суммарную погрешность
выполняемого размера влияют только два фактора: Дг/ и погреш-
ность формы из-за неравномерности упругих отжатий по сечениям
заготовки. Величину Д можно определить как разность между
диаметром d3 описанного цилиндра и диаметром d± вписанного
цилиндра
Д — d3 — di = 2 Лу -j- (d2 — di) = 2 Ду -j- Дф.
104
Величину Az/ следует определять по сечению, для которого
жесткость системы будет наименьшей, т. е. в данном случае по
сечению 2—2 у свободного конца заготовки:
— /ост. 2max tocr. Smin-
Погрешность формы
Дф = 2 (/ост. smax /ост. imln),
где индексы 1 и 2 означают сечения в месте заделки и у свободного
конца.
Расчет суммарной погрешности обработки по формуле (57) прост.
Однако значение Д получается завышенным. Даже при большом
числе обрабатываемых заготовок предельные размеры, соответствую-
щие величине Д, встречаются редко. Технологический допуск,
принятый по этой величине Д, увеличивает промежуточные и об-
щие припуски на обработку.
Рассмотрим другой закон суммирования первичных погрешно-
стей. По аналогии с решением размерных цепей методом неполной
взаимозаменяемости суммирование первых пяти членов выражения
суммарной погрешности можно производить по формуле
Д = / V Хх A2zy + Х2е2 + Х3 Д2Д + Х4 Д2п + Х5 ДТ2, (58)
где / — коэффициент, определяющий процент риска получения брака
при обработке; при / = 1 процент риска равен 32, при / — 2 он
равен 4,5, при / = 3 он равен 0,27; X,, Х2, ... — коэффициенты, зави-
сящие от формы кривых распределения соответствующих первич-
ных погрешностей.
Для кривой распределения, близкой к нормальной, X — 1/9.
Для кривой равной вероятности и в случае, когда о форме кривой
распределения ничего неизвестно, рекомендуется принимать X =
= 1/3. Если форма кривой распределения приближается к форме
треугольника, то X = 1/6.
Распределение величин у, е и Н близко к нормальному, тогда
Хх = Х2 = Х3 = ~. Распределение величины и подчиняется закону
равной вероятности. Следовательно, Х4 = . Характер распреде-
ления величины Т мало изучен. Поэтому можно принять Х6 = -* .
Примем / — 3. Тогда выражение (58) можно переписать в виде
Д = V Л.у2 + е2 + ДД2 + ЗДы2 + ЗДТ2. (59)
С учетом погрешностей формы суммарная погрешность выпол-
няемого размера
Д = V Ьу2 + е2 + ДД2 + ЗДи2 + ЗДТ2 + v Дф. (60)
105
При определении суммарной погрешности диаметральных раз-
меров составляющая е исключается. В этом случае
А = УДу2 + Д№ + ЗДн2 + ЗДТ2 + V Дф. (61)
При выполнении данной операции на нескольких стайках по-
стоянная систематическая величина 2ДФ переходит в случайную.
При определении Дее квадрат вводится слагаемым под знак радикала.
Пример. Определить суммарную погрешность механической обработки по
формулам (57) и (60), пренебрегая влиянием погрешностей формы (2Дф — 0)
при Аг/ — 10 мкм, е — 25 мкм, Л// = 30 мкм, Ди — 15 мкм, АТ = 10 мкм.
Решение. По формуле (57)
Д = 10 + 25 + 304-15 + 10 = 90 мкм.
По формуле (60)
Д=/102 + 252 + 302 + 3-152 + 3- 102 = 51 мкм.
Если поле допуска на выполняемый размер принять равным
51 мкм, то для заданных условий выполнения станочной операции
и при симметричном расположении поля допуска относительно се-
редины поля рассеяния риск получения брака будет 0,27%. При
поле допуска 90 мкм этот риск будет ничтожно малым. Коэффи-
циент t риска брака в этом случае вместо 3 равен 5,3. Риск брака ра-
вен 0,00000001. Таким образом, в партии 10 млн. деталей одна де-
таль может пойти в брак. При поле допуска 51 мкм одна бракован-
ная деталь приходится на партию из 370 деталей.
Если партия деталей сравнительно невелика и ее обработку
можно выполнить без смены инструмента, то ДЯ из приведенных
формул можно исключить. В этом случае суммарная погрешность
как разность предельных размеров обработанных деталей умень-
шается. Однако поле величины Л 7/ сместится в результате погреш-
ности установки инструмента на размер. Это смещение не влияет
на поле рассеяния размеров деталей данной партии.
Метод автоматического получения размеров нередко целесооб-
разно применять при очень малых партиях деталей. В этом случае
фактическая суммарная погрешность может оказаться меньше рас-
считанной по приведенным формулам, так как размерный износ
инструмента определяется не заранее регламентированной величи-
ной Aw, а действительной (меньшей), получаемой в данных конкрет-
ных условиях. Кроме того, при малых партиях разность предельных
значений припусков и твердости материала заготовок, на которой
определяется величина Ду, также уменьшается.
Суммарная погрешность диаметра отверстия, обрабатываемого
сверлением, зенкерованием и развертыванием,
А — Отах ф-6И + Аи — Omin, (62)
где «та* — увеличение диаметра (разбивка) отверстия при наиболь-
шем предельном размере инструмента d„lax (рис. 37); 6„ — допуск
на диаметр инструмента; Ан — размерный износ, допустимый при
106
наименьшем предельном диамет-
ре инструмента; «min — увели-
чение диаметра отверстия при
допустимом наименьшем диамет-
ре инструмента с учетом его
размерного износа.
Пользуясь формулой (62),
можно решать обратную зада-
чу — по величинам Д, «тих и
Рис. 37. Схема для определения сум
маркой погрешности обработки мер
ным инструментом
«min находить допуск на диаметр
инструмента при заданном Ди
или при заданном 6И находить
допустимый износ инструмента.
Суммарная погрешность, определяемая при обработке методом
пробных рабочих ходов. Рассмотрим суммарную погрешность ин-
дивидуально обрабатываемой заготовки методом пробных рабочих
ходов. В этом случае погрешность выполняемого размера
Д — Ду 4- еп в3 + Дм Д Т 4- Дст, (63)
где Ду — погрешность формы обрабатываемой поверхности, полу-
чаемая в результате копирования первичных погрешностей заго-
товки в условиях упругой технологической системы, жесткость кото-
рой различна в отдельных сечениях; еп — погрешность установки
режущего инструмента на размер (погрешность проверки), завися-
щая от квалификации рабочего и вида применяемого измерительного
инструмента; Д3 — погрешность формы обработанной поверхности
или погрешность ее положения относительно измерительной базы
в результате деформации технологической системы от приложения
зажимных сил; Д« — погрешность формы поверхности в результате
размерного износа режущего инструмента; Д7 — погрешности
формы, вызываемые тепловыми деформациями технологической
системы в процессе обработки одной детали; Дст — погрешность
формы обрабатываемой поверхности, возникающая из-за геометри-
ческих неточностей станка.
В данном случае первичные погрешности суммируем алгебраи-
чески, учитывая возможность их частичного или полного перекры-
тия и взаимной компенсации.
При обработке цилиндрической поверхности достаточно жесткой
заготовки суммарная погрешность диаметра
Д -— Ду 4~ 2вп 4- Д« 4~ Д 7* 4~ Дст-
(64)
Величина еп удваивается в связи с тем, что мы ее относим к диа-
метру.
107
§ 5. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ, РАСЧЕТЫ И АНАЛИЗ
ТОЧНОСТИ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ
Повышение точности необходимо на всех этапах производства
от выполнения заготовок до сборки машин. Повышение точности
заготовок снижает трудоемкость механической обработки в резуль-
тате устранения предварительной и сокращения объема чистовой
обработки. Повышение точности отделочной обработки способст-
вует ликвидации пригоночных работ и выполнению сборки по прин-
ципу полной взаимозаменяемости.
На всех этапах производственного процесса точность должна
повышаться так, чтобы трудоемкость и себестоимость изготовления
машин снижались без ухудшения их качества. Затраты на повыше-
ние точности изготовления заготовок должны быть меньше той эко-
номии, которая получается в результате соответствующего сниже-
ния трудоемкости механической обработки, а дополнительные за-
траты на повышение точности изготовления деталей должны пере-
крываться снижением себестоимости узловой и общей сборки.
Задачу повышения точности можно разбить на общую и частные.
Общая задача повышения точности одновременно решается для всех
отраслей машиностроения вследствие непрерывного развития произ-
водственной техники и технологии машиностроения в целом. Резуль-
таты научных исследований и достижений передовых заводов исполь-
зуют остальные предприятия машиностроения. Частные задачи
носят конкретный характер. Они решаются в каждом отдельном
случае при проектировании технологических процессов, их внедре-
нии и отладке. Эти задачи всегда актуальны, но их постановка,
содержание и методы решения видоизменяются в зависимости от
условий производства. Задачи повышения и технологического обес-
печения точности более актуальны в поточно-массовом, нежели
в единичном и серийном производстве; еще большее значение они
имеют в автоматизированном производстве, где заданная точность
должна обеспечиваться надежной и устойчивой работой технологи-
ческого оборудования. Актуальна задача управления точностью.
Она должна решаться выполнением расчетов точности при проекти-
ровании технологических процессов, установлением регламентов
на оборудование и оснастку и определением условий работы с мини-
мальной подналадкой станков. Целесообразна разработка адаптив-
ных систем, повышающих точность, производительность и эконо-
мичность обработки.
Для выявления возможности повышения точности обработки
спроектированный технологический процесс анализируют. Зная
условия выполнения операций технологического процесса, можно
определить и оценить значения первичных погрешностей, а также
установить возможность их уменьшения или взаимной компенса-
ции.
Доля первичных погрешностей в их общем балансе .(суммарной
погрешности) непостоянна и зависит от выполняемой операции
108
(предварительной или чистовой), метода обработки, типа и состояния
станка, его жесткости и других факторов. При предварительной об-
работке доминирующее значение могут иметь погрешности, вызывае-
мые упругими деформациями технологической системы под влия-
нием сил резания. В отдельных случаях их величина достигает 30%
поля допуска на заданный размер. В условиях чистовой и отделоч-
ной обработки доля этих погрешностей снижается.
Погрешности, вызываемые размерным износом режущего инстру-
мента с пластинками из твердых сплавов, сравнительно невелики;
их величина для чистовой и предварительной обработки находится
в пределах 10—20% суммарной погрешности. Погрешности наст-
ройки станка составляют 30—40% при чистовой обработке, 20—30%
при предварительной обработке. Погрешности обработки, возни-
кающие в результате геометрических неточностей станка, достигают
10-30 %. Для заводов, изготовляющих станочное оборудование,
устанавливают допустимую геометрическую погрешность станков
в пределах 10—15% заданного допуска на обработку; для изношен-
ных станков эта погрешность несколько возрастает.
Погрешности, возникающие из-за тепловых деформаций техно-
логической системы, достигают в отдельных случаях 10—15% сум-
марной погрешности. При обработке тонкостенных и маложестких
заготовок погрешности в результате действия остаточных напряже-
ний достигают 40%. При нерациональных схемах базирования и
закрепления заготовок в приспособлениях погрешности установки
могут достигать 20 —30% суммарной погрешности.
Для каждой конкретной технологической операции целесооб-
разно выявлять наиболее эффективные возможности повышения точ-
ности. Подобный анализ может носить комплексный характер, если
исследованию подвергают не отдельные операции, а процесс в целом.
Проектируемый процесс рассчитывают в несколько этапов. При
этом: 1) подробно анализируют технологический процесс по всем
основным операциям и переходам для выявления первичных по-
грешностей, вызываемых отдельными технологическими факторами;
2) устанавливают первичные погрешности и их влияние на точность
выдерживаемых размеров и другие точностные характеристики
обрабатываемой заготовки; 3) суммируют первичные погрешности
для определения общей (результативной) погрешности обработки
по каждой операции; 4) выявляют возможности устранения, умень-
шения или взаимной компенсации первичных погрешностей. В ре-
зультате этого намечают конкретные мероприятия по повышению
точности выполнения отдельных промежуточных или финишных
операций.
Первичный и суммарные погрешности рассчитывают по изложен-
ным выше формулам и методикам. В результате расчета суммарных
погрешностей могут быть скорректированы допуски на промежуточ-
ные размеры заготовки, устанавливаемые при разработке техноло-
гического процесса по нормативным материалам. Рассчитанная ве-
личина суммарной погрешности должна быть меньше или равна до-
109
пуску на соответствующий промежуточный размер заготовки. При
этом условии создается небольшой «запас» точности и гарантируется
работа без брака. Это особенно важно при проектировании техно-
логического процесса обработки, осуществляемого на автоматиче-
ском оборудовании (полуавтоматах, автоматах, агрегатных станках,
автоматических линиях). Точность обработанных поверхностей на
автоматическом оборудовании не остается стабильной во времени,
а постепенно снижается. За первый период работы (рис. 38), про-
должающийся менее одного года, суммарная погрешность обработки
заметно увеличивается. После окончания этого периода (точка Д)
суммарная погрешность растет медленно. Этот период продолжается
несколько лет. В конце этого периода суммарная погрешность на-
чинает расти быстро (точка В). К концу второго периода суммарная
погрешность увеличивается в 1,5—2 раза. Эго обусловлено прогрес-
сирующим износом, снижением жесткости технологической системы,
ее разрегулированием, остаточными деформациями корпусных дета-
лей и другими причинами. Ремонт оборудования позволяет умень-
шить суммарную погрешность, однако не до прежней величины
(точка С).
При приемке нового специального оборудования допустимую
суммарную погрешность обработки обычно принимают равной ча-
сти допуска на соответствующий размер обрабатываемой заготовки.
Этим гарантируется работа оборудования в течение предусмотрен-
ного срока без ремонта.
После расчета суммарной погрешности обработки и выявления
возможности повышения точности обработки на каждой операции
корректируют разработанный технологический процесс. В отдель-
ных случаях можно существенно изменить технологический процесс
путем ликвидации отдельных операций обработки или, наоборот,
включения дополнительных. Все вносимые изменения, должны быть
обоснованы расчетом и зафиксированы в технологической докумен-
тации.
Во многих случаях погрешности рассчитывают на основе эмпири-
ческих зависимостей. В этих условиях существенное значение имеет
использование таблиц, графиков, номограмм, а также современной
вычислительной техники. Сложные процессы целесообразно пред-
ставлять в виде математических моделей, отражающих изучаемые
явления. В качестве примера моделирования процесса образования
погрешностей обработки, вызываемых упругими отжатиями элемен-
тов технологической системы, рассмотрим процесс обтачивания
ПО
консольно закрепленной заготовки (рис. 39, а). Заменив шпиндель
токарного станка консольной жестко заделанной балкой с разме-
рами D и L, получим принципиальную схему нагружения заготовки
(рис. 39, б). Диаметр D и длину L условной консольной балки опре-
деляют на основе экспериментальных данных по измерению прогиба
Рис. 39. Действительная и условная схема консольного закрепления заготовки
у и угла поворота 9 сечения патрона в плоскости закрепления за-
готовки под влиянием радиально приложенной силы Р
L—\,5y; Г) = 2,191/-ft#2.
Величину Е берут равной модулю упругости материала обраба-
тываемой заготовки. Погрешность выполняемого диаметра в резуль-
тате упругих отжатий технологической системы будет наибольшей
у свободного конца заготовки
2Д</ = 2 (Сгпах/Зг>д max — Cmin/3Pfl min) j— + j-—У.
Здесь J3ar — жесткость системы шпиндель — станок — патрон —-
заготовка в сечении у ее свободного конца.
Величину 2Дг/ можно найти в любом сечении гладкой заготовки
на расстоянии х от места ее закрепления в патроне, подставив вместо
1 А
— отношение -г :
•лаг
А = х> 4- 1-'х~ 4- -'2 4- -L-
3J J' ’ J' г 3J' ’
Здесь J — момент инерции поперечного сечения обрабатываемой
заготовки; J' — момент инерции поперечного сечения балки, ус-
ловно заменяющей шпиндельный узел и имеющей диаметр D, Е —
модуль упругости материала заготовки.
Если выступающий конец заготовки имеет длину I, то в выраже-
нии А величину х следует заменить на I при расчете наибольшего
значения 2Д//.
Приведенные зависимости удобны для расчета погрешностей об-
работки на ЭВМ. Путем замены сложной трудно поддающейся рас-
Ш
Рис. 40. Корреляционная связь между величинами х и у
чету системы шпиндельного узла простой моделью значительно
упрощается расчет, погрешность которого не превысит 10%.
В технологии машиностроения расчеты точности нередко затруд-
няются из-за отсутствия явно выраженной связи между отдельными
погрешностями, носящих случайный характер и возникающих на
смежных технологических переходах. В этом случае для решения
частных задач применяют корреляционный анализ технологических
процессов. Он позволяет выявить наличие и связь исследуемых
погрешностей. Установив эту связь, путем воздействия на предыду-
щую операцию можно повысить точность обработки на данной опе-
рации. В каждом случае эта связь носит конкретный частный ха-
рактер. При незначительном изменении условий обработки изме-
няется и связь между погрешностями обработки. Корреляционный
анализ нельзя применять там, где нет физической взаимосвязи ис-
следуемых явлений; формально установленная связь между иссле-
дуемыми величинами в этом случае не имеет практического смысла.
В простейшем случае наличие корреляционных связей может
быть выявлено путем построения графика, по осям которого отло-
жены сопоставляемые показатели точности или качества производи-
мой продукции. Если точки располагаются в диагональном направ-
лении через координатную плоскость (рис. 40, а), то корреляция
существует. Если точки разбросаны по всей плоскости или запол-
няют площадь, ограниченную более или менее симметричной кривой,
приближающейся к окружности (рис. 40, б), то корреляционной
связи нет. Для количественной оценки корреляционных связей ана-
лиз выполняют в определенной последовательности. Сначала запол-
няют расчетную таблицу (табл. 6), в которую заносят значения х
N
и у. По этим значениям находят средние арифметические х = -1у-
N
и у = , где N — количество значений х и у, а также их средние
квадратические отклонения ох и ау. Далее записывают значения
112
разностей х — х и у — д. Коэффициент корреляции
— S(x—х) (у—у)
уХ ~ Noxoy
(65)
Если гух близок к единице, то существует прямолинейная связь
между у и х. При приближении гух к нулю прямолинейная корреля-
ция пропадает, однако криволинейная корреляция возможна.
Таблица 6
Пример расчета корреляционных связей
№ п.п Л У Л' — X У — У (ж — ж) (у — Z/)
1 2 3 4 5
1 35,42 30,12 0,22 0,07 0,0154
2 35,28 30,02 0,08 —0,03 —0,00’4
3 35,37 30,10 0,17 0,05 0,0085
35,18 30,05 —0.02 0,00 0,00
N 35,25 29,95 0,05 0,10 0,005
2с = 711,15;
ж =35,20
== 605.07
-=30,05
2(ж —ж)(|/- //) = 0,2176
Если между величинами хну установлена прямолинейная
корреляционная связь, то зависимость у от х может быть выражена
уравнением
у = а + ЬХ; (66)
коэффициент
5 = (67)
Если b — 0, то погрешность обработки, полученная на предше-
ствующей операции, полностью устраняется на выполняемой опера-
ции. При b = \ погрешность не устраняется. Если 0 < b < 1, то
имеет место частичное устранение погрешности предшествующей
обработки.
По уравнению (66) для данного частного случая обработки можно
вычислить значения у по X. Если задано допустимое значение у,
то можно найти величину X для предшествующей операции.
Точность выполнения технологических операций можно анализи-
ровать и оценивать также по нарастающим отклонениям размеров
от средней арифметической. Этот способ разработан проф. А. А. Зы-
ковым.
113
По результатам измерения размеров х деталей в партии из п
штук находят среднее арифметическое хср. Затем для всех детален
определяют нарастающее отклонение размеров от хср, обозначаемое
X. Для i-й детали с размером х{
i
Х,-=у 2(xt-xcp). (68)
i =1
На график х — п наносят горизонтальную линию, соответствую-
щую хср, и значения величин х и X для каждой детали данной пар-
тии. Соединяя точки, получают кривые х и X, по виду которых судят
о погрешностях обработки. Значения X отсчитывают от линии хср.
Причины, вызывающие погрешность обработки, можно разделить
на две основные категории. Первая категория причин сопутствует
процессу от его начала и является функцией времени работы станка
или числа обработанных деталей; примером такой причины может
служить размерный износ режущего инструмента. Вторая категория
причин не зависит от числа деталей. Эти причины возникают в про-
цессе обработки и имеют долговременный или кратковременный
характер. Отдельные причины подчиняются периодическому закону.
Их величина является функцией времени протекания процесса.
Кроме перечисленных определенных причин на процесс влияют слу-
чайные причины. Они изменяют размеры деталей равновероятно
от средней арифметической всей совокупности деталей.
Развернутое выражение нарастающего отклонения Xi для i-й де-
тали
i If i
хг= ’ у<р(о+4!ь. (69)
i —-I /--О i — k
Первый член этого выражения характеризует действие опреде-
ленной причины, зависящей от числа обработанных деталей и; вто-
рой член выражает влияние причины, зависящей от времени t\
третий член учитывает влияние постоянного фактора, появивше-
гося в процессе обработки детали k, причем k < I, и сохранившего
свою величину от детали к детали; четвертый член выражает влияние
единичной кратковременно действующей причины, вызвавшей по-
грешность Ь.
Влияние причины, следующей линейному закону (приближенно
выражающему износ инструмента), на изменение нарастающего от-
клонения показано на рис. 41, а. Влияние периодически изменяю-
щейся во времени причины на величину X приведено на рис. 41, б
Кривая X имеет затухающий характер, пересекаясь с линией Хср
па n-й детали. Причина рассмотренного характера имеет место при
вращении частей станка с биением, влияющего на размеры обраба-
тываемой заготовки (например, при радиальном биении ведущего
круга бесцентрово-шлифовального станка). Влияние длительно дей-
ствующей постоянной причины а, возникающей после обработки
114
Рис. 41. Схемы для анализа погрешностей обработки методом нарастающего
отклонения
/г-й заготовки и сохраняющей свое влияние до конца обработки пар-
тии п заготовок, показано на рис. 41, в. Нарастающее отклонение
сначала постоянно, а после /г-й детали уменьшается. Постоянная
величина отклонения
(70)
Влияние на хп внезапно возникшей после обработки /г-й заготовки
кратковременной причины (заготовка с преувеличенным припуском
или повышенной твердости) приведено на рис. 41, г.
Рассмотренные причины можно распознать на графиках по из-
менению X для различных методов обработки. Один из таких графи-
ков приведен на рис. 42. Из анализа графика можно сделать следую-
щий вывод. Постепенный подъем кривой X указывает на системати-
чески действующую причину, зависящую от числа обработанных
заготовок. Затухающая форма начального участка кривой свидетель-
ствует о действии причины периодического характера. Подъем кри-
вой в точке А свидетельствует о появлении долгодействующей по-
стоянной причины, которой может быть, например, разрегулирова-
ние станка. Рассмотренный метод анализа точности позволяет обна-
Рис. 42. Характерная
кривая нарастающего от-
клонения
п
115
ружить и устранить систематические причины, уменьшающие точ-
ность обрабатываемых поверхностей. При необходимости каждой
систематической причине может быть дана и количественная оценка.
Достоинство метода — возможность выполнения анализа точности
различных методов обработки при малом числе заготовок (25 —
30 шт.); его недостаток — затухающий характер кривой X, затруд-
няющий выявление особенностей протекания технологического про-
цесса.
Точность обработки можно анализировать и по нарастающей сум-
ме отклонений X текущих размеров от размера настройки. Эта сумма
для i обрабатываемых заготовок может быть выражена следующим
образом:
S,.= £ Xt. (71)
i = 1
При наличии причин, действующих по линейному и периодиче-
скому законам,
X, = (а — Л) Ц-В/ф-С sin со/, (72)
где А — настроечный размер; а — размер, получаемый при обра-
ботке первой заготовки в партии; В — коэффициент угла наклона
линии, характеризующей влияние причины, действующей по ли-
нейному закону; t — время обработки заготовок; С — амплитуда
колебания механизма станка, вызывающего периодически изменяю-
щуюся погрешность обработки; со — угловая частота периодически
действующей причины, рад/с.
При графическом изображении величины S; влияние причин,
действующих по линейному закону, выражается параболой. Дейст-
вие периодических причин характеризуется незатухающей синусои-
дой. К достоинству данного метода нужно отнести то, что результи-
рующая кривая носит незатухающий характер. При ее анализе
можно выявить причины линейного и периодического характера
для любого числа заготовок в исследуемой партии.
ГЛАВА III
КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
И ЗАГОТОВОК
§ 1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Под качеством поверхности детали (заготовки) понимают состоя-
ние ее поверхностного слоя как результат воздействия на него од-
ного или нескольких последовательно применяемых технологиче-
ских методов. Оно характеризуется шероховатостью, волнистостью,
а также физико-механическими свойствами поверхностного слоя.
Шероховатостью поверхности называется совокупность неров-7
ностей с относительно малыми шагами на базовой длине. Под вол-
нистостью поверхности понимают совокупность периодически чере-;
дующихся неровностей с относительно большим шагом, превышаю- ?
щим принимаемую при измерении шероховатости базовую длинуД
Волнистость занимает промежуточное положение между шерохш
ватостью и погрешностями формы (макрогеометрией) поверхности.
Критерием для разграничения шероховатости и волнистости служит
величина отношения шага к высоте неровностей. Для шероховатости
(рис. 43, а) и <50; для волнистости = 50 ч- 1000; для макро-
геометрии > 1000. Высота неровностей у шероховатой и вол-
нистой поверхностей изменяется от долей мкм до 1 мм и более.
Меньшие значения приведенного отношения : и Aj лежат в обла-
сти больших высот неровностей.
При оценке шероховатости учитывают не только высоту и форму
неровностей, но также их направление. Форма микронеровностей
влияет на несущую поверхность, предопределяющую износ и кон-
тактную деформацию сопряженных деталей. При островершинных
неровностях (рис. 43, б) несущая поверхность мала; при плоско-
вершинных она возрастает (рис. 43, в). В то же время наличие глу-
боких впадин (микротрещин) нарушает сплошность поверхностного
слоя, снижая усталостную прочность детали. Направление штри-
хов от предшествующей обработки следует оценивать с учетом сов-
местного контакта сопряженных деталей (при неподвижных соеди-
нениях) и направления движения деталей в подвижных соединениях.
Различают шероховатость поперечную, измеренную в направлении
движения подачи, и продольную, измеренную в направлении глав-
ного движения резания.
117
Рис. 43. Шероховатость и волнистость поверхности
Шероховатость и волнистость поверхности взаимосвязаны с точ-
ностью размеров. Высокой точности всегда отвечают малые шерохо-
ватость и волнистость поверхности. Это определяется условиями ра-
боты сопряженных деталей и необходимостью получения надежных
результатов измерения.
Физико-механические свойства поверхностного слоя характери-
зуются его твердостью, структурными и фазовыми превращениями,
величиной, знаком и глубиной распространения остаточных напря-
жений, деформацией кристаллической решетки материала. При при-
менении хи.мико-термических методов обработки изменяется также
химический состав материала поверхностного слоя.
У готовой детали качество обработанных поверхностей в основ- .
ном обеспечивается при окончательной обработке; предшествующая
обработка, а также заготовительные процессы в определенной сте- •
пени влияют на качество поверхности готовой детали в силу техноло-
гического наследования исходных свойств заготовки на различных
этапах ее обработки. Необработанные поверхности сохраняют ка-
чество, полученное при изготовлении заготовки. Достижение необ-
ходимого качества поверхностей деталей машин и поддержание его '
на заданном уровне в производственных условиях является задачей |
построения всего технологического процесса. 1
В процессе эксплуатации машин качество поверхностей их дета-
лей изменяется. Такие явления, как износ, образование и развитие £
микротрещин, задиры, коррозионное и эрозионное разрушения,
питтинг, ухудшают качество поверхности; поэтому важно не только |
обеспечить требуемое качество поверхностей деталей машин в про- |
цессе производства, но и сохранить их постоянство на длительный. |
срок эксплуатации машин. а
По ГОСТ 2789 —73 установлено шесть параметров шероховато- у
сти поверхности: Ra, Rz, Rmax, Sm, S и tp (рис. 44). щ
Среднее арифметическое отклонение профиля Ra определяется |
из абсолютных значений отклонений профиля у от средней линии |
в пределах базовой длины I j
z Ч
Ra= * у у (х) ’ dx .1
О У
118
или приближенно
2 li/.-l
Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz — это сумма
средних арифметических абсолютных отклонений точек пяти наи-
больших минимумов и пяти наибольших максимумов профиля в пре-
делах базовой длины:
в в
Наибольшая высота неровностей профиля /?гпах — расстояние
между линией выступов профиля и линией впадин профиля в преде-
лах базовой длины.
Средний шаг неровностей Stn — это среднее арифметическое зна-
чение шага неровностей профиля в пределах базовой длины. Сред-
ний шаг неровностей профиля по вершинам S — среднее арифмети-
ческое значение шага неровностей профиля по вершинам в пределах
базовой длины.
Относительная опорная длина профиля 1р — отношение опорной
длины профиля к базовой длине
/р = у У Ы.
1 — 1
ГОСТ регламентирует следующие пределы значений параметров
шероховатости: Ra --= 0,008 ч- 100 мкм; Rz и /?тах равны 0,025 —
1600 мкм; Sm hS равны 0,002—12,5 мм; tp = 10 -г- 90%; I — 0,01 -г-
-ь 25 мм, а также направление неровностей. Требования к шерохо-
ватости устанавливаются по одному или песколькшм параметрам.
Рис. 44. Профилограмма поверхности
119
§ 2. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ
НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Обеспечение заданного качества машин и длительное сохранение
его во многом зависит от качества поверхностей их деталей. Основ-
ная причина (80%) выхода из строя машин — это износ рабочих
поверхностей сопряженных деталей. Значительно реже наблюдаются
поломки деталей из-за некачественного изготовления, их конструк-
тивного несовершенства или заниженной усталостной прочности.
Уменьшение износа повышает долговечность машин, сохраняет за-
данную конструктором точность и сокращает расходы на ремонт,
которые нередко за весь срок эксплуатации машин превышают себе-
стоимость их изготовления.
Трущиеся поверхности изнашиваются во времени (кривая Г,
рис. 45, а). Первичный износ (приработка) сопряженной пары харак-
теризуется участком /. При правильном режиме смазки износ проте-
кает сравнительно медленно (участок II). Аварийный износ пары
характеризуется участком ///. В процессе приработки микронеров-
ности трущихся поверхностей вызывают местный разрыв масляной
пленки, и наиболее выступающие неровности разрушаются путем
среза, отламывания или пластического сдвига. В результате этого
несущая поверхность увеличивается, и зазор в сопряженной паре
возрастает. По мере уменьшения давления в местах контакта неров-
ностей интенсивность первичного износа снижается. На рис. 45, а
кривая 2 характеризует износ поверхностей с меньшими шерохова-
тостями. В этом случае величина и время первичного износа умень-
шаются, а интенсивность эксплуатационного износа остается той же.
Продолжительность работы трущихся пар в пределах размера А
Рис. 45. Влияние шероховатости и микротвердости поверхности на ее износ
120
допустимого износа будет различной. При меньшей шероховатости
сопряженных поверхностей время работы деталей будет большим
(Т2 > Л).
Влияние шероховатости поверхностей сопряженных деталей на
их износ в основном проявляется в процессе приработки. В период
нормальной эксплуатации износ определяется физико-механиче-
скими свойствами поверхностного слоя и режимами работы трущейся
пары (скоростью скольжения, нагрузкой, характером смазки). Осо-
бенно большой износ наблюдается при частых пусках машин, когда
нарушается режим смазки поверхностей трения. Нередко это свя-
зано с их задирами и схватыванием.
Для повышения износостойкости трущихся деталей путем умень-
шения первичного износа целесообразно создавать поверхности
скольжения, шероховатость которых соответствует шероховатости
поверхностей приработанных деталей.
На первичный износ сопряженных деталей влияют форма и вы-
сота микронеровностей, направление неровностей (штрихов обра-
ботки) относительно направления скольжения поверхностей, вол-
нистость и макрогеометрические отклонения поверхностей трения.
Влияние этих факторов по-разному проявляется при сухом, гранич-
ном и жидкостном трении. Островершинные микронеровности изна-
шиваются быстрее плосковершинных. Влияние высоты микронеров-
ностей на износ показано на рис. 45, б (кривая 1 соответствует
более легким, а кривая 2 более тяжелым условиям работы). Шерохо-
ватость целесообразно снижать до определенного предела. На очень
чистых поверхностях смазка удерживается плохо; в результате
возможно увеличение износа и схватывание сопряженных деталей.
Поэтому пришабренные поверхности лучше притертых, так как на
них имеются углубления («карманы»), удерживающие смазку.
Хорошее удержание смазки обеспечивается слоем пористого хрома,
пористой структурой металлокерамических деталей, а также систе-
мой мелких маслоудерживающих каналов, получаемых вибронакаты-
ванием.
Наименее выгодное направление неровностей у обеих трущихся
деталей перпендикулярно направлению скольжения (кривые 1 на
рис. 45, в). Если направление скольжения совпадает с направлением
неровностей одной детали и перпендикулярно направлению неров-
ностей другой, износ уменьшается (кривая 3) и достигает минимума
при совпадении направления скольжения с направлением неровно-
стей обеих деталей (кривые 2 на рис. 45, в). В ответственных сопряже-
ниях направление неровностей может быть оговорено в техниче-
ских условиях. Влияние направления неровностей на износ более
заметно при сухом и граничном трении (кривые А на рис. 45, в);
при жидкостном трении это влияние заметно при большой высоте
микронеровностей, так как слой смазки разделяет сопрягаемые де-
тали (кривые Б).
Большое влияние на износ трущейся пары оказывают волни-
стость и макрогеометрические погрешности сопряженных поверх-
121
ностей. Эти дефекты уменьшают поверхности контакта и увеличи-
вают удельные нагрузки по сравнению с расчетными, что обуслов-
ливает повышенный износ поверхностей сопряжения. Уменьшая вол-
нистость и макрогеометрические погрешности, можно увеличить
срок службы соединения.
Наклеп, возникающий в результате обработки резанием, умень-
шает износ поверхностей в 1,5—2 раза. Влияние микротвердости по-
верхностного слоя на его износ приведено на рис. 45, г. При высокой
микротвердости (в результате перенаклепа) износ возрастает из-за
шелушения частиц металла. Износ уменьшается значительно при
термической и химико-термической обработке деталей (поверхно-
стной закалке, цементации, цианировании, азотировании, диффу-
зионном хромировании, борировании, алитировании, силицирова-
нии, сульфидировании и др.), наплавке и плазменном напылении
деталей твердыми сплавами, а также гальваническом нанесении
твердых, покрытий (хромировании). Износостойкость чугунных де-
талей повышают созданием на поверхностях трения отбеленной
корки.
Па уменьшение износа влияют твердость, структура и химиче-
ский состав поверхностного слоя. Наличие в слое остаточных на-
пряжений сжатия несколько уменьшает износ, а остаточных напря-
жений растяжения — увеличивает. Это влияние больше проявляется
при упругом контакте и меньше при упругопластическом. Износ
изменяет остаточные напряжения в поверхностном слое детали.
Остаточные напряжения растяжения при износе снимаются, и воз-
никают напряжения сжатия. Остаточные сжимающие напряжения
в поверхностном слое повышают долговечность деталей, работаю-
щих по принципу качения. Это обусловлено тем, что позади катя-
щегося ролика в материале сопряженной детали (шейке вала, кольце
подшипника) возникают напряжения растяжения. Исследования
проф. П. И. Ящерицына показывают, что направление волокон
материала колец подшипников качения влияет на их долговечность.
Лучше, когда направление волокон копцентрпчно рабочей по-
верхности колец. С увеличением угла выхода волокон к поверх-
ности беговой дорожки кольца долговечность подшипников сни-
жается .
Шероховатость поверхности влияет на прочность деталей, рабо-
тающих в условиях циклической и знакопеременной нагрузок.
Впадины микропрофиля являются своеобразными надрезами на
поверхности и в значительной степени влияют на концентрацию
напряжений и образование усталостных трещин. Коэффициент
концентрации напряжений для поверхностей, обработанных реза-
нием, находится в пределах 1,5—2,5. Особенно вредно наличие рисок
от режущего инструмента в местах концентрации напряжений (ка-
навки, резкие переходы в сечениях). Эти дефекты часто являются
причиной поломки многих ответственных деталей. Для устранения
влияния дефектов предварительной обработки приходится назна-
чать дополнительную отделочную обработку поверхностей ответ-
122
ственных деталей (шатунов, коленчатых -валов, дисков и роторов
турбин). Влияние шероховатости поверхности на прочность при
ударной нагрузке заметно у заготовок из высокоуглеродистых
сталей. Наличие наклепа и остаточных напряжений сжатия в
поверхностном слое повышает предел выносливости материала
ответственных деталей (пружин, рессор, торсионных валов).
Отстаточные напряжения растяжения снижают ее. Обезуглеро-
женный поверхностный слой снижает предел выносливости дета-
лей, заготовки которых были получены ковкой и штамповкой.
При обработке ответственных деталей этот слой надлежит удалять
полностью.
От качества поверхности зависит контактная жесткость стыков
сопрягаемых деталей. Шероховатость и волнистость поверхностей
уменьшают фактическую площадь контакта. Несущая поверхность
детали зависит от ее шероховатости и метода обработки; при высоте
микронеровностей от 2,5 до 8 мкм после развертывания и шлифова-
ния она составляет 10%; при высоте мнкронеровностей от 0,8 до
2,5 мкм для тех же методов обработки она повышается до 40%; при
алмазном точении и обычной притирке она достигает 63%, а в резуль-
тате тонкого шлифования, алмазного выглаживания, тонкой при-
тирки и суперфиниша 80—90%. Для повышения контактной жест-
кости целесообразно уменьшать шероховатость и волнистость
сопрягаемых поверхностей, применяя шабрение, шлифование, при-
тирку и другие методы отделочной обработки, обеспечивать совпаде-
ние направления неровностей, а также повышать твердость поверх-
ностного слоя. Контактную жесткость стыков можно также повысить
сильной предварительной затяжкой крепежных деталей. При этом
происходит смятие соприкасающихся неровностей и поверхность
контакта увеличивается.
Прочность сопряжений с натягом во многом зависит от шеро-
ховатости поверхностей. При запрессовке происходит сдвиг ми-
кронеровностей и фактический натяг уменьшается по сравне-
нию с расчетным. Прочность снижается значительнее при более
шероховатых поверхностях. Прочность прессовых соединений вы-
ше при шлифовании и развертывании сопряженных поверхно-
стей, чем при их точении и растачивании. При посадке с тепло-
вым воздействием микронеровности не сдвигаются. Прочность та-
ких соединений выше, чем при обычной запрессовке с тем же
натягом.
Коррозия в атмосферных условиях возникает легче и распрост-
раняется быстрее на грубообработанных поверхностях. Наклеп
ускоряет коррозию в 1,5—2 раза. Это обусловлено тем, что при
пластической деформации поликристаллического материала в нем
возникают микроскопические неоднородности, способствующие об-
разованию часто расположенных очагов коррозии. Наиболее ин-
тенсивно коррозия распространяется в зонах плоскостей сдвигов
и местах выхода дислокаций на поверхность. В агрессивных средах
и при высоких температурах шероховатость и наклеп мало влияют
123
на антикоррозионную стойкость. Сопротивление коррозии и эрозии
при высоких температурах повышают путем алитирования, плаз-
менного напыления, эмалирования и другими методами обработки
поверхностей деталей.
Шероховатость поверхности влияет на условия смазки, трение,
теплопроводность и герметичность стыков, отражательную и пог-
лощающую способность поверхностей, сопротивление протеканию
газов и жидкостей в трубопроводах, сопротивление кавитационному
разрушению в гидравлических машинах и другие характеристики
поверхностей и сопряжений.
Предел выносливости деталей машин в большинстве случаев оп-
ределяется величиной, знаком и глубиной распространения оста-
точных напряжений в поверхностном слое; в меньшей степени он
зависит от шероховатости поверхности (исключая случаи влияния
острых и глубоких царапин и рисок в местах концентрации напря-
жений).
Остаточные напряжения больше влияют на хрупкие материа-
лы. Их влияние резко возрастает, если детали имеют концентра-
торы напряжений. Высокие растягивающие остаточные напря-
жения, складываясь с напряжениями от рабочих нагрузок, нередко
приводят к появлению трещин на поверхности, развитие которых
может быть ускорено действием корродирующей среды. Если ра-
бота осуществляется при высокой температуре (700—800° С), то
в результате неравномерной релаксации полезных остаточных
напряжений сжатия могут возникнуть растягивающие напря-
жения.
Неравномерная релаксация остаточных напряжений в тонкостен-
ных нежестких деталях может привести к искажению их формы и
размеров в процессе эксплуатации машины. В этом случае целесо-
образно применять такие методы обработки, при которых в повер-
хностном слое отсутствуют как растягивающие, так и сжимающие
напряжения. В частности, это обеспечивается электрохимической
обработкой, нашедшей большое применение при изготовлении
турбинных лопаток. При электрохимической обработке, однако,
несколько снижается предел выносливости по сравнению с преде-
лом выносливости при обработке резанием. Это обусловлено по-
вышением концентраций напряжений во впадинах микронеровно-
стей, где радиус закругления меньше, чем при обработке резанием
при одинаковых параметрах шероховатости. В то же время после
электрохимической обработки отсутствует наклеп поверхности; поэ-
тому после электрохимической обработки нередко применяют до-
полнительную упрочняющую обработку.
Остаточные напряжения растяжения снижают предел выносли-
вости хромированных деталей; па хромовом покрытии возникают
трещины, происходит его отслаивание. Этот дефект можно устра-
нить, создавая в поверхностном слое остаточные напряжения сжа-
тия, применяя до хромирования накатывание поверхности роли-
ком или алмазное выглаживание.
124
§ 3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАЧЕСТВО
ПОВЕРХНОСТИ
На шероховатость поверхностей заготовок в процессе их получе-
ния влияет несколько факторов. Заготовки из проката имеют следы
шероховатостей прокатных валков. Высота неровностей горячеката-
ного проката не превышает 150 мкм, а холоднотянутого 50 мкм. За-
готовки, полученные свободной ковкой, в зависимости от их размера
имеют неровности поверхности высотой до 1,5—4 мм. У горячештам-
пованных заготовок на поверхности остаются следы окалины и вос-
производятся поверхностные неровности штампов. В зависимости
от размера заготовок и состояния штампов высота неровностей со-
ставляет 150—500 мкм.
Шероховатость поверхностей отливок зависит от шероховатости
стенок литейных форм, величины зерен формовочной смеси, плот-
ности ее набивки и других факторов. При литье мелких заготовок
в песчаные формы ручной формовки неровности достигают 500 мкм;
при литье крупных заготовок — 1500 мкм; при машинной формовке
они равны 300 мкм; при кокильном и центробежном литье 200 мкм;
при литье под давлением 10 мкм; при литье по выплавляемым моде-
лям и в корковые формы 10—40 мкм.
Поверхностный слой заготовок, полученных ковкой, горячей
штамповкой и прокаткой, имеет обезуглероженную зону, которая
далее переходит в зону, в которой наблюдается частичное обезугле-
роживание. Глубина обезуглероженного слоя: у заготовок, полу-
ченных свободной ковкой, 500—1000 мкм (в зависимости от их раз-
мера); у проката до 150 мкм и у калиброванного проката до 50 мкм.
Отливки из серого чугуна имеют перлитную корку (перлитная зона)
глубиной 300 мкм и за ней зону со значительным содержанием фер-
рита, переходящую постепенно в основную зону.
Поверхностный слой стальных отливок имеет зону обезуглеро-
живания глубиной 200 мкм и далее переходную зону с частичным
обезуглероживанием.. Поверхностный слой обезуглерожен почти до
чистого феррита на глубину 150 мкм. Глубина обезуглероженного
слоя горячештампованной заготовки 200 мкм.
При обработке заготовок резанием на их поверхности возникают
микронеровности. Шероховатость, измеренная в направлении дви-
жения подачи (поперечная шероховатость), обычно больше шерохо-
ватости, измеренной в направлении главного движения режущего
инструмента (продольная шероховатость). На шероховатость обра-
ботанной поверхности влияет несколько факторов. Прежде всего
она зависит от метода обработки. Каждому методу обработки свойст-
вен определенный диапазон высоты микронеровностей, форма и схема
расположения штрихов от режущего инструмента на обрабатывае-
мой поверхности, определяемые кинематикой движения инстру-
мента относительно заготовки (параллельные, кругообразные, пе-
ресекающиеся, по спирали). Режимы резания влияют на шерохова-
тость обрабатываемой поверхности. При скорости резания 20—
125
резания па шероховатость
обработанной поверхности
s
Рис. 47. Влияние подачи на
шероховатость обработанной
поверхности
25 м/мин высота микронеровностей достигает наибольшего значе-
ния. При дальнейшем увеличении скорости резания, при прочих
неизменных условиях, шероховатость поверхностей постепенно
уменьшается (рис. 46). Зона увеличенной шероховатости связана
с образованием нароста на режущей кромке инструмента. С увели-
чением скорости резания наростообразование прекращается и шеро-
ховатость уменьшается. На шероховатость поверхности влияют зах-
ват и отрыв слоев, расположенных под режущей кромкой инстру-
мента (при обработке стальных заготовок) и явления хрупкого
выламывания частиц материала (при обработке заготовок из серого
чугуна и твердых цветных сплавов). При высоких скоростях реза-
ния стружка отделяется режущим инструментом более плавно без
вырывания частиц металла.
Подача по-разному влияет на шероховатость поверхности при
разных методах обработки. При точении стандартными проходными
резцами с углом в плане 45° и малым радиусом закругления вер-
шины (до 2 мм) подача заметно влияет на шероховатость (кривая 1
на рис. 47). При точении резцами с широкой режущей кромкой
(кривая 2) шероховатость поверхности не зависит от подачи, что
позволяет повысить производительность отделочных операций. При
сверлении и зенкерованйи отверстий, торцовом и цилиндрическом
фрезеровании и других методах обработки (кривая 3) подача незна-
чительно влияет на шероховатость поверхности.
Глубина резания не оказывает заметного влияния па шерохо-
ватость поверхности, если жесткость технологической системы до-
статочно велика. В некоторых случаях (при снятии корки или удале-
нии наклепанного слоя) увеличение глубины резания уменьшает ше-
роховатость поверхности, так как инструмент работает по основ-
ному металлу.
Форма режущей кромки инструмента также влияет на шерохо-
ватость поверхности. Однако образование микронеровностей нельзя
объяснить только следом движения режущей кромки в материале
заготовки. Фактическая шероховатость, особенно при чистовой и
тонкой обработке, получается больше расчетной, найденной из гео-
метрических соотношений.
При шлифовании шероховатость снижается с увеличением
окружной скорости шлифовального круга и с уменьшением скоро-
126
сти вращения обрабатываемой заготовки, размера зерна круга и
глубины шлифования. Шлифование с выхаживанием снижает шеро-
ховатость поверхности.
Микронеровпости образуются также вследствие трения задней
поверхности инструмента но обрабатываемой поверхности, которое
возрастает по мере износа режущего инструмента. Уменьшение
неровностей н зазубрин на режущей кромке путем ее доводки спо-
собствует получению более гладкой обработанной поверхности. Это
особенно заметно при чистовой обработке развертками, протяжками,
широкими резцами.
На шероховатость поверхности влияют механические свойства,
химический состав и структура материала заготовок. При обработке
заготовок из мягкой пизкоуглеродистой стали получается более
шероховатая поверхность, чем при обработке заготовок из твердой
стали с большим содержанием углерода. Заготовки из стали с повы-
шенным содержанием серы (автоматные стали) и из стали с присад-
кой свинца после обработки имеют менее шероховатую поверхность,
чем заготовки из углеродистой стали. Заготовки из сталей с мелко-
зернистой структурой обрабатываются лучше заготовок из сталей
с крупнозернистой структурой. Заготовки из стали со структурой
пластинчатого перлита обрабатываются хуже заготовок из сталей
с глобулярным перлитом.
Соответствующим выбором смазочно-охлаждающей жидкости
можно уменьшить шероховатость и повысить стойкость инструмен-
та. При применении минеральных осерненных и растительных
масел высота микронеровпостей уменьшается на 25—40% по срав-
нению с обработкой без охлаждения. Шероховатость поверхности
при шлифовании можно уменьшить тщательной фильтрацией охла-
ждающей жидкости от частиц абразива.
На шероховатость поверхности влияет жесткость технологиче-
ской системы. Различная жесткость в сечениях заготовки, обуслов-
ленная условиями ее закрепления, вызывает появление неодинако-
вой шероховатости обработанной поверхности. При консольном за-
креплении вала (рис. 48, а) шероховатость поверхности повышается
па свободном конце вала; при обработке вала в центрах с вращаю-
щимся задним центром (рис. 48, б) шероховатость поверхности повы-
шается у заднего центра при длине вала L до 15с/, а при большей
Рис. 48. Влияние способа установки заготовки при обработке на шероховатость
поверхности
127
длине вала повышается от заднего центра к середине его длины и
затем уменьшается по мере приближения к переднему центру. Неод-
нородность шероховатости поверхности, определяемая отношением
Rzmax/Rzmin, может достигать 2—3.
Вибрации элементов технологической системы периодически
изменяют положение режущей кромки инструмента относительно
обрабатываемой поверхности, создавая на ней выступы и впадины.
.На процесс вибрации влияют жесткость системы, зазоры в ее
звеньях, неуравновешенность вращающихся частей и дефекты при-
водов стайка.
В зависимости от частоты и амплитуды колебаний изменяются
форма и размеры неровностей. При относительно невысокой частоте
и большой амплитуде колебаний на обрабатываемой поверхности
образуется волнистость; на отдельных участках поверхности она
изменяется в зависимости от жесткости технологической системы
в различных сечениях обрабатываемой заготовки. Вибрации техно-
логической системы являются основной причиной появления вол-
нистости. Волнистость может возникать в результате копирования
неровностей заготовки, а также от действия остаточных напряжений
в нежестких заготовках.
Зная влияние технологических факторов на шероховатость по-
верхности, можно назначить условия обработки, обеспечивающие
достижение заданной шероховатости поверхности.
Физико-механические свойства поверхностного слоя деталей ма-
шин изменяются под влиянием комплексного действия силовых и
тепловых факторов в процессе обработки. При обработке лезвийными
инструментами превалирующее влияние оказывают силовые фак-
торы. Результатом силового действия при пластической деформации
является разрушение структуры, повороты и смещения кристаллов и
наклеп поверхностного слоя, характеризуемый повышением мик-
ротвердости и снижением вязкости. В поверхностном слое возникают
остаточные напряжения, которые в зависимости от режима обра-
ботки могут быть положительными или отрицательными.
В поверхностном слое стальных деталей наблюдаются три зоны:
а) зона резко выраженной деформации; она характеризуется значи-
тельными искажениями кристаллической решетки, измельченными
зернами, деформированной структурой и резким повышением микро-
твердостп; б) зона деформации, характеризуемая вытянутыми зер-
нами, наволакиванием одних зерен на другие и значительным сни-
жением микротвердости по сравнению с микротвердостью верхнего
слоя; в) переходная зона, представляющая собой зону влияния
’ деформации и зону постепенного перехода к строению основного
металла.
При обработке заготовок из серого чугуна иногда обнаруживается
слабо выраженная деформация на глубине не более 15 мкм. При
чистовой и черновой обработке стальных заготовок деформация
распространяется на глубину от 50 до 300 мкм, а при обдирке до
1000 мкм. При шлифовании состояние поверхностного слоя опре-
128
деляется в основном тепловыми явлениями и в меньшей степени
силовыми. В поверхностном слое происходят структурные преобра-
зования, и на границах зерен появляются карбиды, образуются
зоны закалки или отпуска, возникают остаточные напряжения.
Глубина поверхностных слоев с резко выраженными изменениями
при черновом шлифовании составляет 10—30 мкм, а при чистовом и
тонком шлифовании 5 мкм. Остаточные напряжения распростра-
няются на глубину 50—150 мкм; их величина может быть равной
пределу текучести материала заготовки.
Рис. 49. Эпюра остаточ-
ных напряжений в по-
верхностном слое заю-
товки после шлифования
Для шлифования характерна высокая температура, возникаю-
щая в тонком поверхностном слое, и распространение тепла в усло-
виях нестационарного температурного поля. При этом возможно
появление структурной неоднородности и вследствие этого мелких
трещин. Эти дефекты свойственны поверхностям со шлифовочными
прижогами, возникающими в результате съема неравномерного
припуска и работы затупленным кругом. У закаленных деталей
в верхнем слое может образоваться зона вторичной закалки, а под
ней зона вторичного отпуска с относительно низкой твердостью.
В поверхностном слое при шлифовании возникают остаточные
напряжения растяжения. Схема распределения остаточных напря-
жений о после шлифования на глубину h (рис. 49, а) приведена на
рис. 49, б (кривая /). На образование этих напряжений влияют
тепловые процессы. В момент контакта шлифовального круга с не-
большим участком заготовки поверхностный слой кратковременно
сильно нагревается и стремится расшириться. Расширению препят-
ствуют окружающие более холодные слои материала. В результате
поверхностный слой оказывается пластически сжатым. После охла-
ждения этого участка заготовки в поверхностном слое из-за его
стремления сжаться возникают остаточные напряжения растяжения.
Основной фактор, влияющий на величину этих напряжений, — глу-
бина шлифования. Уменьшение остаточных напряжений в поверхно-
стном слое достигается снижением интенсивности теплообразова-
ния, т. е. путем увеличения скорости вращения заготовки, уменьше-
ния глубины резания, применения более мягких кругов и обильного
охлаждения. Применяя шлифование с выхаживанием, можно
уменьшить напряжения растяжения и увеличить напряжения
сжатия (кривая 2).
6 п/р. Корсакова В. С.
129
Остаточные напряжения растяжения в поверхностном слое шли-
фованной закаленной детали могут быть уменьшены в 2—3 раза
путем выдержки детали в течение 90 с в растворе солей с температу-
рой 260—315е С и последующего охлаждения в воде или масле. При
нагреве до 340 СС, что снижает твердость стальной заготовки на
2—3 единицы HRC (при первоначальной твердости HRC 60), оста-
точные напряжения уменьшаются в 5 раз.
Снять остаточные напряжения после предварительного шлифова-
ния заготовки можно высоким отпуском, а после ее окончательного
шлифования — обкатывание.м роликом, алмазным выглаживанием,
обычным и виброконтактным полированием. При обработке этими
методами на поверхности заготовки образуются сжимающие напря-
жения. Остаточные напряжения можно уменьшить также, применяя
рациональную схему закрепления заготовки в приспособлении, при
которой возможна деформация заготовки в наиболее выгодных на-
правлениях. Регулирование остаточных напряжений в поверхно-
стном слое является резервом повышения эксплуатационных свойств
деталей машин. Кроме остаточных напряжений в поверхностном
слое шлифованной детали образуется наклеп. Он возникает в резуль-
тате больших градиентов температур и больших деформаций, приво-
дящих поверхностные слои к упрочнению.
При точении величина, знак, глубина залегания и характер ос-
таточных напряжений определяются также тепловым и силовым
воздействием на материал заготовки в процессе резания. Эпюры
остаточных напряжений зависят от свойств материала заготовки и
условий обработки. В мягких сталях при низкой скорости резания
возникают остаточные напряжения сжатия, а при высокой скорости
резания — остаточные напряжения растяжения; при этом способ-
ность стали к закалке при высоких скоростях резания приводит
к превращению растягивающих напряжений в сжимающие. Увели-
чение подачи вызывает рост пластической деформации поверхност-
ного слоя, что при обработке пластических материалов способствует
развитию остаточных напряжений растяжения. В поверхностных
слоях заготовок из малопластичных материалов при увеличении
подачи могут возникать остаточные напряжения сжатия.
Износ и притупление инструмента приводят к повышенному тре-
нию его задней поверхности об обработанную поверхность; это спо-
собствует формированию остаточных напряжений растяжения при
относительно большой глубине их распространения.
При электроимпульсной обработке изменяется структура ме-
талла; измененная структура отличается большей или меньшей
неоднородностью. С увеличением силы тока толщина измененного
слоя возрастает; с увеличением частоты импульсов толщина умень-
шается. У закаленных деталей в поверхностном слое наблюдается
слой вторичной закалки, отпущенный слой и слой исходного мар-
тенсита. У незакаленных деталей наблюдается слой закалки и слой
исходной микроструктуры. При большой силе тока и малой частоте
импульсов в поверхностном слое возникают трещины.
130
При обработке в электролите (при электрохимической обработке
и др.) поверхностный слой насыщается водородом, что может при-
вести к хрупкой поломке деталей при их эксплуатации. Для
устранения этого недостатка, а также для уменьшения остаточных
напряжений, образующихся в поверхностном слое при изготовлении
ответственных деталей (турбинные лопатки), нередко применяют до-
полнительное (механическое) полирование, что повышает их предел
выносливости. Опасность насыщения поверхностного слоя водоро-
дом увеличивается с понижением скорости прокачки электролита
через межэлектродный зазор; она больше при обработке заготовок
из титановых и жаропрочных сплавов; чем из других материалов.
При электролитическом хромировании также происходит насыщение
поверхностного слоя водородом, вызывающее снижение предела
выносливости детали. Водород можно удалить отпуском детали при
температуре 120—140° С.
§ 4. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ И ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
ПОВЕРХНОСТИ
Шероховатость поверхностей оценивают при контроле и приемке
деталей, а также при исследованиях в лабораторных условиях. При-
меняемые методы оценки можно разделить на прямые и косвенные.
Для прямой оценки шероховатости применяют щуповые (профило-
метры и профилографы) и оптические (двойной и интерференцион-
ный микроскопы) приборы. Для косвенной оценки используют эта-
лоны шероховатости и интегральные методы.
Профилометры выпускают стационарного и переносного типов;
они позволяют измерять шероховатость в пределах 0,02—5 мкм.
Действие профилометра основано на ощупывании поверхности алмаз-
ной иглой, движущейся по ней по заданной траектории. Колебания
иглы вызывают в электрической системе прибора соответствующую
ЭДС. Наиболее распространены индукционные профилометры (201,
253 завода «Калибр», приборы Филлипс, Тейлор-Гобсон, Браш).
На шкале профилометра оценка шероховатости дается по парамет-
рам Ra или Нск (среднее квадратичное отклонение высоты микроне-
ровностей от средней линии профиля).
Профилографы применяют для записи микропрофиля поверхно-
сти (Rz — 0,025 4- 80 мкм) в виде профилограмм. При последую-
щей обработке снятой профилограммы могут быть получены значе-
ния Ra и Rz для данной поверхности. Профилографы предназначены
для лабораторных исследований и не пригодны для цехового конт-
роля деталей. В оптико-механических профилографах профило-
грамма записывается световым лучом на фотопленке или пером
самопишущего устройства на бумажной ленте. Вертикальное уве-
личение при снятии профилограмм значительно больше, чем горизон-
тальное. При измерении шероховатости поверхностей деталей из
мягких материалов щуповыми приборами наблюдается царапанье
5*
131
Рис. 50. Профилограммы и круглограмма обработанной поверхности
поверхности деталей, несмотря на малое давление на иглу. Радиус
закругления иглы (10—12 мкм) не позволяет ей проникнуть в узкие
и глубокие впадины и отразить их на профилограмме.
Двойной микроскоп ПСС-2 и МИС-11 предназначен для изме-
рения шероховатости поверхностей Rz = 0,8 80 мкм. В этом при-
боре микронеровности освещают световым лучом, направленным
под некоторым углом к контролируемой поверхности. Микронеров-
ности измеряют с помощью окулярного микрометра или фотографи-
руют. Сменными объективами достигают увеличения в 517 раз. На
приборе определяют шероховатость поверхности по показателю
Rz. Недостаток метода — необходимость измерений и подсчетов
результатов измерений. Микроскоп ПСС-2 применяют при лабора-
торных исследованиях и выборочном контроле. Профилограммы,
снятые двойным микроскопом и на профилографе, приведены соот-
ветственно на рис. 50, а и б.
Микроинтерферометры (МИИ-4) используют для измерения
шероховатости поверхностей Rz = 0,025 ч- 0,6 мкм. Интерферен-
ционные полосы искривляются соответственно профилю микроне-
ровностей на рассматриваемом участке поверхности. Высоту этих
искривлений измеряют окулярным микрометром при увеличении
в 490 раз. Фотографирование производят при увеличении в 290 раз.
Микроинтерферометры применяют при лабораторных исследова-
ниях и производственном контроле прецизионных деталей.
Метод сравнения поверхности контролируемой детали с аттесто-
ванными эталонами шероховатости поверхности является наиболее
простым. Эталоны должны быть изготовлены из тех же материалов,
что и контролируемые детали, так как отражательная способность
материала (стали, чугуна, цветных сплавов и др.) влияет на оценку
шероховатости поверхности. Эталоны необходимо обрабатывать
теми же методами, которыми обрабатывают контролируемые детали.
Визуальная оценка по эталонам субъективна. При обработке де-
талей с малой шероховатостью рекомендуется использовать перенос-
ные или стационарные сравнительные микроскопы, в которых изоб-
ражения контролируемой поверхности и эталона совмещены в поле
одного и того же окуляра, разделенном на две равные части, и уве-
личены в 10—50 раз.
132
Интегральные методы позволяют косвенно оценить шерохова-
тость поверхности по расходу воздуха, проходящего через щели,
образуемые впадинами микропрофиля и торцовой поверхностью
сопла пневматической измерительной головки, опирающейся на
исследуемую поверхность. Настройку пневматических приборов
производят по эталонным деталям. Шероховатость поверхности
может быть косвенно оценена на определенной площади методом
измерения электрической емкости конденсатора, образующейся
между деталью и накладываемой на нее металлической пластинкой,
разделенными диэлектриком; по износу графитовой палочки, при-
жимаемой к контролируемой поверхности с определенной силой;
по количеству отраженного света, падающего на деталь, и другими
методами.
Волнистость поверхностей можно измерять на профилографах
при большой базовой длине и применении ощупывающих игл с боль-
шим радиусом округления острия.
Погрешности формы и волнистость измеряют па приборах завода
«Калибр» и фирмы Тейлор-Гобсон. Запись производят в полярных
координатах при увеличении в 50—10 000 раз (рис. 50, в).
Для определения глубины и общей характеристики поверхност-
ных слоев необработанных заготовок, а также после предваритель-
ной и чистовой обработки резанием используют метод исследования
микрошлифов. Микротвердость поверхностных слоев исследуют
методом вдавливания алмазной пирамиды на приборе ПМТ-3. Наи-
более удобно исследовать глубину поверхностного слоя и изменение
его микротвердости по мере удаления от поверхности по микро-
шлифу, выполненному в виде косого среза под углом а = 0°30' ч-
-V- 2° (рис. 51). Глубина наклепанного слоя h — I tgcc.
Косой срез получают притиркой, используя пасту ГОИ, что
уменьшает возможные изменения поверхностного слоя. Изготовлен-
ный образец устанавливают на приборе так, чтобы исследуемая
поверхность расположилась горизонтально. Затем алмазной пира-
мидой при нагрузке 50—100 гс наносят отпечатки, измеряют их
диагонали и определяют по таблицам числа твердости; наклепан-
ный слой кончается там, где микротвердость для соседних отпечат-
ков оказывается одинаковой.
Для исследования изменений поверхностного слоя после тонкой
обработки применяют рептгеноструктурный анализ. Остаточные
Рис. 51. Схема измерения микротвердости
133
напряжения в поверхностном слое металла при этом определяют,
стравливая с поверхности образна слои толщиной 5—10 мкм, и
после каждого травления снимают рентгенограмму. Этот метод
длителен и трудоемок; на снятие и обработку одной рентгенограммы
требуется около 10 ч.
Изменения в слоях металла толщиной менее 5 мкм не улавлива-
ются рентгеноанализом. В этих случаях поверхностный слой иссле-
дуют методом структурной электронографии, основанным на ди-
фракции электронов, позволяющим исследовать строение тончайшего
поверхностного слоя различных материалов. Микротрещины в по-
верхностном слое определяют различными методами дефектоскопии
(магнитной суспензии, магнитной индукции, ультразвуком, флюо-
ресценции).
Остаточные напряжения в поверхностных слоях после предвари-
тельной и чистовой обработки исследуют, используя методы
Н. Н. Давиденкова или Г. Закса. Эти напряжения определяют рас-
четом по величине деформации образца после снятия с него напря-
женного слоя. Для тонких слоев применим рентгеновский метод,
основанный на измерении межатомных расстояний в напряженном
и ненапряженном металле. Этот метод является неразрушающим и
позволяет получать данные с площадок размером 1—3 мм.
Перспективен бесконтактный метод неразрушающего исследова-
ния микродеформаций детали для определения остаточных напряже-
ний методом голографической интерферометрии. Он основан на ди-
фракции и интерференции электромагнитных сигналов и пригоден
для исследования деталей простой и сложной формы, позволяя об-
наруживать области повышенной концентрации остаточных напря-
жений.
§ 5. РЕГЛАМЕНТАЦИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ
НА ЧЕРТЕЖАХ ДЕТАЛЕЙ
Параметры шероховатости поверхности назначает конструктор.
Излишне высокие параметры шероховатости усложняют и удоро-
жают обработку. Нередко это и не улучшает эксплуатационные ка-
чества деталей. Исследования износа поршневых колец в двигателях
показали, что оптимальная шероховатость поверхности скольжения
соответствует Ra = 1,25-4-0,8 мкм. Небольшая шероховатость
(Ra = 0,16 -4- 0,04 мкм) после короткого периода работы двигателя
заметно увеличивается. В различных отраслях машиностроения
конструкторы пользуются нормативами, полученными на основе
изучения производства и эксплуатации машин. Например, обработку
дорожек качения роликовых конических подшипников обычно
производят с получением Ra = 0,25 -4- 0,08 мкм, а обработку по-
верхностей желобов шариковых подшипников с получением Ra =
= 0,12-4- 0,04 мкм.
131
Параметры Ra основных деталей автомобильных двигателей при-
ведены в табл. 7.
Значение Ra основных деталей автомобильных двигателей
Таблица 7
Деталь Поверхности Ra, мкм
Коленчатый вал Коренные и шатунные шейки 0,2
Поверхность юбки 0,8
Поршень Отверстие под палец 0,5
Канавки под кольца 0,8
Поршневой палец Наружная поверхность Отверстие в малой головке 0,16
Шатун 0,5
в большой головке 0,6
Распределительный вал Шейки и кулачки 0,4
Параметры шероховатости различных поверхностей деталей ма-
шин приведены ниже.
Поверхности Да, мкм
Свободные несопряженные торцы валов, фланцев, крышек, корпус-
ных деталей, отверстия ...................................... 25—3,2
Не являющиеся посадочными опорные поверхности корпусов,
кронштейнов, торцы бобышек, шкивов, крышек и других деталей 6,3—2,5
Базовые корпусных и других деталей, мест посадки подшипников
качения в отверстиях деталей, шпонок и шпоночных пазов, наруж-
ные деталей общего назначения, к внешнему виду которых предъ-
являют повышенные требования................................. 2,5—1,25
Посадочные 2 — 3-го классов точности, мест посадки подшипников
качения, скольжения небыстроходных валов, фрикционных дисков,
центрирующие поверхности...................................... 1,25—0,63
Ответственных деталей, работающих при знакопеременной нагрузке,
посадочные 2-го класса точности, посадочные места на валах
подшипников качения, вкладыши подшипников быстроходных
машин, герметичных соединений, подверженные действию коррозии 0,63—0,32
Ответственных деталей, обеспечивающих требования прочности и
долговечности работы без нарушения характера посадки, плун-
жеров гидроприводов и шеек валов, мест посадки на валах
подшипников качения классов А, В, С........................... 0,32—0,16
Качения шариковых подшипников, плунжерных пар топливных
насосов и быстроходных гидроприводов, трения деталей прецизион-
ных станков и приборов....................................... 0,08—0,04
В особых случаях на чертежах деталей указывают направление
неровностей и другие характеристики качества поверхностей.
Высокой точности обработки всегда отвечает малая шерохова-
тость поверхности. При обработке, например, прецизионных плун-
жерных пар по 1-му классу точности шероховатость поверхности
скольжения Ra — 0,08 — 0,02 мкм. Такое соответствие вызывается
не только условиями работы детали, но и необходимостью получе-
ния устойчивых и надежных результатов измерения ее размеров.
135
Высота неровностей находится в пределах 0,05—0,2 допуска
на размер. Для поверхностей с шероховатостью Ra - 5,0
-4- 0,02 мкм при прессовых посадках высота неровностей равна
0,10—0,12, при переходных посадках 0,08—0,1, при посадках дви-
жения 0,05—0,07.
Таблица 8
Взаимосвязь между классами точности и шероховатостью при обработке
заготовок из стали и серого чугуна
Метод обработки Класс ТОЧ- НОСТИ Ra, МКМ Метод обработки Класс точ- ности Ra. мкм
Точение: предварительное чистовое .... тонкое Фрезерование: предварительное чистовое тонкое Сверление Чистовое зенкеро- вание 5 3 2—1 5 3 2 4—5 4 12,5 2,5—1,25 0,63—0,32 12,5 2,5—1,25 0,63—0,32 2,5—6,3 6,3—2,5 Развертывание: предварительное оконнательное тонкое Протягивание от- верстий Шлифование: чистовое тонкое Притирка 1 3 2 2—1 3—2 3 о 1 2 1 2,5 1,25-0,63 0,32 1,25—0,63 0,63—0,32 0,32—0,08 0,16—0,04
Связь между классами точности и параметрами шероховатости
при обработке заготовок из углеродистой конструкционной стали
и серого чугуна различными методами подтверждает табл. 8. При
обработке деталей из цветных металлов и сплавов могут быть по-
лучены несколько более высокие параметры шероховатости по-
верхности.
§ 6. ФОРМИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ
МЕТОДАМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
Качество поверхности деталей машин зависит в основном от ме-
тода и режимов проведения отделочной обработки. При определен-
ных условиях поверхностный слой может быть упрочнен, а иногда
ослаблен; поэтому путем технологического воздействия необходимо
в поверхностном слое создавать такие механические свойства и оста-
точные напряжения, которые в наибольшей степени соответствуют
условиям длительной и надежной эксплуатации. Целенаправленное
формирование поверхностного слоя с заданными свойствами в про-
цессе изготовления детали является одной из важнейших задач тех-
нологии машиностроения.
Качество поверхностного слоя может быть повышено в результате
применения как обычных методов при определенных режимах, так
и специальных (упрочняющих) методов обработки. Поверхностные
слои деталей машин формируются в основном на окончательных опе-
136
рациях механической обработки. На формирование этих слоев вли-
яют операции предшествующей обработки и даже заготовительные
процессы. При положительном влиянии припуски на чистовую и
отделочную обработку, а также последовательность выполнения
операций устанавливают так, чтобы сохранить у детали получен-
ные ею в силу технологической наследственности положительные
качества (наклеп поверхностного слоя, остаточные напряжения,
высокую поверхностную твердость, отбеленную корку у отливок
и пр.). Остаточные напряжения растяжения в поверхностном слое
вынуждают увеличивать припуск на последующую отделочную
обработку. Наиболее важно получить высокое качество поверхност-
ного слоя после шлифования и тонкого точения, т. е. для широко
применяемых при достижении 2—3-го классов точности отделочных
методов обработки.
Поверхности деталей машин упрочняют различными методами
обработки без снятия стружки. Эти методы основаны на пла-
стическом деформировании поверхностного слоя. В результате при-
менения этих методов твердость поверхностного слоя повышается,
в нем возникает наклеп и сжимающие остаточные напряжения
40—70 кгс/мм2. При упрочняющей обработке участков концентра-
ции напряжений уменьшается влияние этих напряжений на проч-
ность детали. Влияние наклепа благоприятно для повышения пре-
дела выносливости деталей. Используются следующие методы
упрочняющей обработки, основанные на поверхностно-пластическом
деформировании материала детали.
Дробеструйное наклепывание применяют для повышения пре-
дела выносливости деталей из стали и цветных сплавов, а также
для упрочнения сварных швов. Наклепыванию подвергают пру-
жины, листы рессор, зубчатые колеса и другие детали сложных
форм после их окончательной обработки. На качество поверхности
влияют размер и скорость движения дроби, а также угол, под кото-
рым она ударяет обрабатываемую поверхность, расход дроби и
продолжительность обработки. Глубина наклепа достигает . 0,5—
1,5 мм, исходная твердость повышается на 20—50%, в поверхност-
ном слое образуются сжимающие напряжения 50—80 кгс/мм2, а
под ним — растягивающие. Срок службы пружин повышается
в 1,5—2 раза, зубчатых колес в 2,5 раза, рессор в 10—12 раз. После
обработки дробью шероховатость поверхности Ra — 3,2 -j- 0,8 мкм;
шероховатость грубообработанных (исходных) поверхностей умень-
шается, а чистообработанных увеличивается.
Обработке подвергают незакаленные п термообработанные де-
тали, используя чугунную или стальную дробь диаметром 0,4—2 мм.
Продолжительность обработки не более 10 мин; ее производят в спе-
циальных камерах с помощью пневматических или центробежных
дробеметов.
Наклепывание бойками (чеканку) осуществляют с помощью пнев-
матических молотков. Рабочим инструментом является сферический
ударник. От его действия на поверхности остаются вмятины. Метод
137
применяют для наклепывания участков концентрации напряжений
крупных деталей до их окончательной обработки.
Обкатывание роликами и шариками применяют для отделки и
упрочнения деталей. Обкатывание цилиндрических поверхностей
производят стальными закаленными или твердосплавными роликами;
реже стальными шариками, закрепленными в державке. Обкатыва-
ние переходных поверхностей и канавок производят радиусными
роликами, а консольно-закрепленных нежестких деталей (при обра-
ботке на автоматах) с помощью трехроликовых головок. Обкатыва-
ние роликами после чистовой обработки лезвийным инструментом
уменьшает высоту микронеровностей в 2—3 раза и увеличивает
несущую поверхность. После обкатывания обточенных деталей из
стали 45 уплотняющими роликами их предел выносливости может
быть повышен в 2 раза. Если целью обработки является упрочнение
поверхности, то силы обкатывания увеличивают; однако в этом слу-
чае несколько снижается точность обработки.
Раскатывание отверстий выполняют многороликовыми инстру-
ментами на сверлильных, токарно-револьверных, горизонтально-
расточных и агрегатных станках, а также на токарных автоматах.
При раскатывании повышается твердость поверхностного слоя на
20—50% и его износостойкость в 1,5—2 раза. Такой же результат
получают при дерновании отверстий шариками и калибрующими
оправками.
Расточенное или развернутое по 3—2-му классу точности отвер-
стие можно довести раскатыванием или дорнованием до 2—1-го
класса точности.
Обработка стальными щетками — эффективный метод упрочне-
ния детали на глубину 0,04—0,06 мм. Щетки, состоящие из стальных
проволок диаметром 0,3—0,1 мм, вращаются с окружной скоростью
30—45 м/с; их стойкость — несколько тысяч часов. При обработке
щетками средней жесткости исходная шероховатость уменьшается
в 2—4 раза. Через 4—6 с шероховатость поверхности достигает ми-
нимального значения и далее начинает резко увеличиваться с обра-
зованием наплывов. На первом этапе микротвердость поверхност-
ного слоя возрастает в 1,5—2 раза и далее продолжает нарастать,
увеличиваясь в 3—4 раза против исходной. Процесс может быть
автоматизирован для обработки деталей различных типов и раз-
меров.
Наклепывание поверхности происходит в результате многократ-
ных ударов по ней шариков, размещенных в быстровращающемся
диске. Этот метод целесообразно применять для местного наклепа
участков небольшой протяженности. После обработки твердость на-
клепанного слоя повышается на 20—60%; при этом чем выше исход-
ная твердость материала, тем меньше эффект наклепа. Шерохова-
тость поверхности после обработки понижается. Шероховатость об-
точенных или шлифованных поверхностей с Ra = 2,5 ч- 0,4 мкм
после наклепывания шариками уменьшается до Ra = 0,63 -4-
-ь0,16 мкм. Большое значение имеет выбор режима обработки; при
138
неправильно выбранном режиме в поверхностном слое могут воз-
никнуть растягивающие напряжения. При перенаклепе чугунных
заготовок поверхностный слой разрушается.
После обработки поверхностно-пластическим деформированием
при малых давлениях инструмента может сказываться в силу тех-
нологического наследования влияние предшествующей обработки
на наклеп и остаточные напряжения в поверхностном слое детали.
При больших давлениях наклеп и остаточные напряжения опре-
деляются режимами деформирования.
По критериям работоспособности и причинам выхода деталей
машин из строя их можно разбить на три группы. К первой группе
относятся детали, работоспособность которых лимитируется изно-
состойкостью трущихся поверхностей. В зависимости от вида износа
следует применять различные методы упрочнения. При абразивном
износе эффективны упрочнения поверхностной закалкой; химико-
термической обработкой (цементация, азотирование, цианирова-
ние, сульфидирование и др.); наплавкой; гальваническое (хромиро-
вание, борирование и др.). При коррозионно- и молекулярно-механи-
ческом износе кроме перечисленных методов можно применять
упрочнение поверхностно-пластическим деформированием с созда-
нием большей глубины наклепа, упрочнение поверхностной закал-
кой и химико-термической обработкой, а также комбинацию послед-
них методов с последующим наклепом.
Ко второй группе относятся детали, выходящие из строя в ре-
зультате износа трущихся поверхностей и разрушения поверхностей
контакта. По характеру работы они являются средненагруженными
и подвержены переменным напряжениям. Явления усталости у этих
деталей наблюдаются главным образом в поверхностных слоях ме-
талла. Рекомендуемые методы упрочнения: поверхностно-пласти-
ческое деформирование (глубина наклепа 0,5 мм и более), поверхно-
стная закалка, химико-термическая обработка (самостоятельно и
в комбинации с наклепом).
К третьей группе относятся тяжелонагруженные детали. Их ма-
териал подвержен переменным напряжениям, величина которых
может быть выше предела выносливости. Детали этой группы вы-
ходят из строя в результате явлений усталости, вызывающих раз-
рушение по всему сечению детали. Методы упрочнения: поверхно-
стно-пластическое деформирование (дробеструйный наклеп, чеканка,
обкатывание роликами), поверхностная закалка, химико-терми-
ческая обработка и сочетание двух последних методов с последую-
щим наклепыванием.
Применение методов упрочняющей технологии повышает долго-
вечность машин, сокращает потребность в материалах и запасных
частях, позволяет уменьшить габаритные размеры и массу деталей
вследствие повышения допускаемых напряжений, а также снижает
расходы на изготовление и эксплуатацию машин.
ГЛАВА IV
ИЗДЕЛИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
В МАШИНОСТРОЕНИИ
§ 1. ИЗДЕЛИЕ И ЕГО ЭЛЕМЕНТЫ
Изделием в машиностроении называется любой предмет произ-
водства, подлежащий изготовлению на предприятии. Изделием
может быть машина, ее элементы в сборе и даже отдельная деталь
в зависимости от того, что является продуктом конечной стадии
данного производства. Например, для автомобильного завода из-
делием является автомобиль, для карбюраторного завода — кар-
бюратор, для автоматического завода поршней — поршень.
Деталь — это изделие (составная часть изделия), изготовленное
из однородного по наименованию и марке материала без применения
сборочных операций. Характерный признак детали — отсутствие
в ней разъемных и неразъемных соединений. Деталь — это первич-
ный сборочный элемент каждой машины.
Сборочная единица — это изделие, составные части которого
подлежат соединению. Характерным признаком составной части
изделия с технологической точки зрения является возможность
ее сборки обособленно от других элементов изделия. Составная
часть в зависимости от конструкции может состоять либо из отдель-',
ных деталей, либо из составных частей высших порядков и деталей.
Различают составные части первого, второго и более высоких по-
рядков. Составная часть первого порядка входит непосредственно
в составную часть изделия. Она состоит либо из отдельных дета-
лей, либо из одной или нескольких составных частей второго по-
рядка и деталей. Составная часть второго порядка входит в состав-
ную часть первого порядка. Она расчленяется на детали или на
составные части третьего порядка и детали и т. д., составная часть
наивысшего порядка расчленяется только на детали. Рассмотренное
деление изделия на составные части производится по технологи-
ческому признаку.
Существует другое деление, когда изделие расчленяется на
составные части по функциональному признаку. К ним можно,
например, отнести механизм газораспределения двигателя, систему
его смазки или охлаждения. Эти составные части изделия не явля-
ются сборочными с технологической точки зрения, так как их
в большинстве случаев нельзя обособленно и полностью собрать
отдельно от других элементов изделия. Деление изделия на состав-
140
ные части и оформление чертежей и других технических документов
в машиностроении дано в ГОСТ 2.101—68.
В современном машиностроении сборка расчленяется на общую
и узловую. Объектом общей сборки является изделие, объектом
узловой сборки являются его составные части. Построение про-
цессов общей и узловой сборки может быть представлено с помощью
технологических схем. Эти схемы отражают структуру и последо-
вательность комплектования изделий и его составных частей.
В качестве примера на рис. 52 показан сборочный чертеж червяч-
ного редуктора, а на рис. 53 показаны технологические схемы
его общей (а) и узловой (б) сборки. На этих схемах каждый элемент
изделия обозначен прямоугольником, разделенным на три части.
В верхней части прямоугольника приведено наименование элемента;
в левой нижней части — его числовой индекс, а в правой нижней —
число элементов, входящих в данное соединение.
Индексацию элементов машины производят в соответствии с но-
мерами, проставленными на сборочных чертежах и в специфика-
циях. Перед числовым индексом составной части изделия ставят
буквы сб. (сборка), перед индексом составной части первого по-
рядка — 1 сб., перед индексом составной части второго порядка —
2 сб. и т. д.
Элемент, с которого начинается сборка изделия (его составной
части), называется базовым. По его номеру ставится числовой индекс
составной части, в которую он входит.
Процесс общей сборки изображают на схеме горизонтальной
линией. Ее проводят в направлении от базового элемента изделия
к собранному объекту. Сверху располагают в порядке последова-
Рис. 52. Червячный редуктор
141
Обод колеса
15 I 1
Вал колеса в сборе
Сб. 12 ' i
Столор
Червяк
п i Г
Напрессовать
Рис. 53. Технологические схемы общей и узловой
сборки червячного редуктора
тельности сборки условные обозначения всех непосредственно
входящих в изделие деталей, а снизу всех непосредственно вхо-
дящих в изделие составных частей. На технологических схемах
узловой сборки эти составные части расчленяются на составные
части высших порядков, а в отдельных случаях только на детали.
Технологические схемы сборки снабжают надписями-сносками,
поясняющими характер сборочных соединений и выполняемый
при сборке контроль (запрессовка, клепка, пайка, регулировка,
выверка, проверка зазоров и пр.), когда они не ясны из схемы.
Отдельные соединения подвергаются по условиям общей сборки
частичной или полной разборке при их окончательной установке
в собираемую машину. Например, поршень с шатуном в сборе
предварительно собирают и проверяют на контрольном приспособ-
лении, а при сборке машины (в данном случае компрессора) крышку
шатуна снимают для соединения его с шатунной шейкой ко-
ленчатого вала. Этот вид дополнительных работ также отра-
жается пояснительной надписью на технологической схеме общей
сборки.
Технологические схемы упрощают проектирование процессов
сборки и позволяют оценить конструкцию изделия с точки зрения
технолога. Предпочтительна та конструкция изделия, при которой
возможна его сборка из предварительно собранных взаимозаменяе-
мых составных частей; в этом случае они устанавливаются на соби-
раемое изделие после технического контроля качества их сборки.
Это позволяет быстрее обнаружить дефекты общей сборки, которые
в этом случае следует искать в соединениях составных частей,
а не внутри их. Кроме того, конструкция изделия, сборку которого
можно производить из предварительно собранных составных частей,
позволяет выполнять сборочные работы путем параллельной сборки
составных частей и изделия, что сокращает длительность цикла
сборки. Технологические схемы сборки отражают степень соблю-
дения перечисленных условий узловой сборки; при построении
технологических схем можно обнаружить также возможные конст-
руктивные неувязки собираемого изделия.
Возможны варианты технологических схем общей и узловой
сборки одного и того же изделия, которые отличаются структурой
и последовательностью комплектования сборочных элементов. Ва-
риант схемы выбирают с учетом удобств выполнения процессов
сборки и контроля. Выбранный вариант технологического процесса
сборки, зафиксированный составленной схемой, должен обеспечи-
вать заданное качество изделий и быть наиболее рентабельным
и производительным для данных условий производства (единичного,
серийного, массового).
При создании новых машин нужно предусмотреть их общую
сборку из предварительно собранных и проверенных составных
частей (принцип узловой сборки), что обеспечивает преимущества
не только при их производстве, но также при обслуживании, экс-
плуатации и ремонте.
143
§ 2. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
ПРОЦЕССЫ
Производственный процесс представляет собой совокупность
взаимосвязанных действий, в результате которых исходные мате-
риалы и полуфабрикаты превращаются в готовые изделия, соот-
ветствующие своему служебному назначению. Средством для мак-
симального удовлетворения постоянно растущих потребностей
общества является непрерывный рост и совершенствование социали-
стического производства на базе наиболее прогрессивной техники.
Производственный процесс в машиностроении охватывает подго-
товку средств производства и организацию обслуживания рабочих
мест; получение и хранение материалов и полуфабрикатов; все
стадии изготовления деталей машин; сборку изделий; транспорти-
ровку материалов, заготовок, деталей, готовых изделий и их эле-
ментов; технический контроль на всех стадиях производства; упа-
ковку готовой продукции и другие действия, связанные с изготов-
лением выпускаемых изделий.
Технологическим процессом называют часть производственного
процесса, содержащую действия по изменению и последующему
определению состояния предмета производства. Увеличение вы-
пуска машин должно обеспечиваться не путем простого расширения
(экстенсификации) производства, а в первую очередь интенсифи-
кацией технологических процессов. Поэтому основная задача
технолога-машиностроителя заключается в построении высоко-
производительных технологических процессов.
По последовательности выполнения различают технологические
процессы изготовления исходных заготовок, термической обработки,
механической (и другой) обработки заготовок, узловой и общей
сборки изделий.
В технологических процессах выполнения заготовок происходит
превращение материала в исходные заготовки деталей машин за-
данных размеров и конфигурации путем литья, обработки давлением
резки сортового или специального проката, а также комбинирован-
ными методами. В процессе термической обработки происходят
структурные превращения, изменяющие свойства материала за-
готовки.
В процессе механической обработки происходит последователь-
ное изменение состояния исходной заготовки (ее геометрических
форм, размеров и качества поверхностей) до получения готовой
детали. Для обработки заготовку устанавливают на станке и закреп-
ляют. После обработки заготовку снимают со станка. Эти действия
(установка и снятие заготовки, пуск и остановка станка и т. п.)
не изменяют состояния заготовки, однако они настолько связаны
с выполнением обработки, что не могут быть отделены от техноло-
гического процесса.
Технологический процесс сборки связан с образованием разъем-
ных и неразъемных соединений составных частей изделия. Для его
144
выполнения также необходимо произвести вспомогательные дей-
ствия, неразрывно связанные с процессом соединения составных
частей.
Технологический процесс выполняют на рабочих местах. Рабочим
местом называется участок производственной площади, оборудо-
ванный в соответствии с выполняемой на нем работой. Технологи-
ческий процесс расчленяют на операции. Технологической опера-
цией называют законченную часть технологического процесса,
выполняемую на одном рабочем месте. Операция охватывает все
действия оборудования и рабочих над одним или несколькими
совместно обрабатываемыми объектами (операционная партия) или
собираемыми объектами производства. Так, при обработке на стан-
ках операция включает все действия рабочего, управляющего
станком, а также автоматические движения станка, осуществляе-
мые в процессе обработки заготовки до момента снятия ее со станка
и перехода к обработке другой заготовки. Содержание операции
изменяется в широких пределах — от работы, выполняемой на от-
дельном станке (сборочной установке) в обычном производстве,
до работы, выполняемой на автоматической линии, представляющей
собой комплекс технологического оборудования, связанного единой
транспортной системой и имеющей единую систему управления,
в автоматизированном производстве. Число операций в техноло-
гическом процессе обработки заготовок изменяется от одной (изго-
товление детали на прутковом автомате) до ста (изготовление слож-
ных корпусных деталей).
Установление содержания и последовательности выполнения
операций входит в задачу разработки технологического процесса.
Операция является основной частью технологического процесса.
По операциям определяют трудоемкость процесса, требую-
щееся число производственных рабочих и его материально-
техническое обеспечение (оборудование, приспособления, инстру-
мент).
Кроме технологических различают еще вспомогательные опера-
ции. К ним относятся транспортировка, контроль, маркировка
и другие работы. По объему выполняемой работы технологические
операции делят на технологические и вспомогательные переходы,
а также на рабочие и вспомогательные ходы.
Технологический переход — законченная часть операций, харак-
теризуемая постоянством применяемого инструмента и поверхно-
стей, образуемых обработкой или соединяемых при сборке. Вспо-
могательный переход — законченная часть технологической опе-
рации, состоящая из действий человека и оборудования, которые
не сопровождаются изменением формы, размеров и качества по-
верхностей, но необходимы для выполнения технологического
перехода.
Переходы могут выполняться последовательно, параллельно и
параллельно-последовательно. Простейшие операции состоят из
145
одного технологического перехода; более сложные — из несколь-
ких сотен переходов.
Рабочий ход — законченная часть технологического перехода,
состоящая из однократного перемещения инструмента относи-
тельно заготовки, сопровождаемого изменением формы, разме-
ров, качества поверхности или свойств заготовки. Вспомогатель-
ный ход состоит из однократного перемещения инструмента от-
носительно заготовки, не сопровождаемого перечисленными изме-
нениями заготовки, но необходимого для выполнения рабочего
хода.
При изменении положения обрабатываемой заготовки (собирае-
мого изделия) операция может состоять из нескольких установов
и позиций.
Установом называется часть технологической операции, выпол-
няемая при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки
или собираемого объекта. Например, одновременная центровка
обоих торцов вала на двустороннем центровальном станке является
операцией, выполняемой за один уставов. Последовательная цент-
ровка торцов того же вала на одностороннем центровальном станке
является также одной операцией, но выполняемой уже за два уста-
нови.
Положение обрабатываемой заготовки или собираемого изде-
лия относительно оборудования или инструмента изменяют с по-
мощью поворотных или перемещаемых устройств; в этом случае
они будут занимать различные позиции.
Позицией называется фиксированное положение, занимаемое
неизменно закрепленной обрабатываемой заготовкой или собирае-
мого изделия совместно с приспособлением относительно инстру-
мента или неподвижной части оборудования для выполнения опре-
деленной части операции.
Прием представляет собой законченную совокупность движений
рабочего в процессе выполнения операции. Примером вспомогатель-
ного перехода является установка заготовки в приспособление.
Этот переход состоит из приемов: взять заготовку из тары, устано-
вить в приспособление и закрепить.
Проектирование операций осуществляют по методу концентра-
ции и дифференциации входящих в их структуру технологических
переходов. При высокой степени концентрации переходов (парал-
лельной, последовательной или смешанной) технологический про-
цесс состоит из малого количества сложных по своей структуре
операций. В этом случае сокращаются производственный цикл
изготовления изделий, число единиц оборудования, производствен-
ные площади, численность производственных рабочих. При проек-
тировании операций по методу дифференциации переходов обеспе-
чивается большая гибкость производства, что важно при частой
смене выпускаемых изделий. Более простое оборудование и оснастка
способствуют сокращению сроков подготовки производства новых
изделий.
146
§ 3. ТЕХНИЧЕСКИ ОБОСНОВАННАЯ НОРМА ВРЕМЕНИ
Операция является основным расчетным элементом технологи-
ческого процесса. Время и себестоимость выполнения операции
служат критерием, характеризующим целесообразность ее построе-
ния в условиях заданной производственной программы.
Технически обоснованной нормой времени называют регламен-
тированное время выполнения технологической операции в опре-
деленных организационно-технических условиях, наиболее благо-
приятных для данного производства. Технически обоснованную
норму времени устанавливают в соответствии с эксплуатационными
возможностями оборудования, инструментов и других средств произ-
водства при условии применения методов работы, соответствующих
современным достижениям техники, и с учетом опыта работы нова-
торов производства. На основе технически обоснованных норм вре-
мени устанавливают расценки, определяют производительность
оборудования, осуществляют календарное планирование произ-
водства, выявляют возможность организации многостаночного об-
служивания.
Технической нормой выработки называют величину, обратную
норме времени; ее выражают числом изделий, выпускаемых в еди-
ницу времени.
Штучным временем называют отношение времени выполнения
технологической операции к числу изделий, одновременно изго-
товляемых на одном рабочем месте.
Различают метод технического расчета норм по нормативам,
метод расчета норм на основе изучения затрат рабочего времени
наблюдением и метод сравнения и расчета по укрупненным типовым
нормам. При первом методе длительность нормируемой операции
определяют расчетным путем по элементам, используя нормативы,
представляющие собой расчетную продолжительность выполнения
отдельных элементов работы. Норму времени устанавливают в ре-
зультате анализа последовательности и содержания действий рабо-
чего и машины-орудия при наивыгоднейшем использовании ее
эксплуатационных свойств. При втором методе норму времени
устанавливают на основе изучения затрат/^абочего времени наблю-
дением непосредственно в производственнцх условиях. Этот метод
имеет особое значение для изучения и обобщения передовых приемов
труда, а также для разработки нормативов, необходимых для уста-
новления технически обоснованных норм расчетным путем. При
третьем методе норму времени определяют более приближенно
по укрупненным типовым нормативам, которые разрабатывают
на основе сопоставления и расчета типовых операций и про-
цессов по отдельным видам работ. Этот метод нормирования
применяют при единичном и мелкосерийном изготовлении про-
дукции.
Технически обоснованную норму времени и техническую норму
выработки устанавливают на каждую операцию. Для неавтомати-
147
зированного производства штучное время
^ш==^о + ^в + ^1 + ^орг + ^и» (73)
где /0 — основное (технологическое) время; 4 — вспомогательное
время; — время технического обслуживания; 1орг — время орга-
низационного обслуживания; — время перерывов работы.
Основное (технологическое) время учитывает изменение состоя-
ния продукта производства в процессе обработки или сборки.
При обработке на станках основное время определяют расчетом
для каждого технологического перехода
= (74)
где L — расчетная длина перемещения инструмента, мм/мин; i —
число рабочих ходов в данном переходе; sM — nso5 — минутная
подача инструмента, мм; величины so6 и п берут по нормативам
или рассчитывают.
При ручном подводе инструмента величину L получают сумми-
рованием длины I обрабатываемой поверхности, длины /вр врезания
и длины /сх схода режущего инструмента:
L = I /вр /сх,
при автоматическом цикле обработки к величине L прибавляют
длину /пд подвода инструмента к заготовке для предупреждения
удара в начале резания:
Z. = /пд -}- /вр -}-1 -}- /сх.
Величины /,1Д и /сх равны 1 мм; величину /вр определяют из
геометрических соотношений; длину I берут из чертежа заготовки.
Составляющие L при сверлении сквозного отверстия (для стан-
дартного сверла /вр = 0,3d, где d — диаметр сверла) приведены
на рис. 54, а, а при прорезке паза дисковой фрезой (/вр = ]/1 (d — /),
где d — диаметр фрезы и h — глубина паза) на рис. 54, б. Для
многоинструментной обработки длину I находят по длине наиболь-
шего участка обрабатываемой поверхности (рис. 54, в). Величины
/вр и /сх в отдельных случаях равны нулю (при цековании бобышек,
прорезке узких канавок резцом на шейках вала, проточке шейки
до уступа). При одновременной обработке п заготовок (операцион-
ная партия) величины /пд, /вр и /сх делят на п.
При прерывистом резании (строгании, долблении, резке проката
приводной ножовкой) to учитывает время не только рабочих, но
и обратных (холостых) движений инструмента (заготовки). Так,
при строгании
_Л + ^+ 4 ^ + 4р + 4-х / 1 I
° 1000 s \ VpX 1 кОх/
148
Рис. 54. Схема для расчета основного времени при разных методах обработки
Здесь /j и /2 — перебег резца соответственно в начале и конце
рабочего хода, мм; I — длина заготовки, мм; В — ширина заго-
товки, мм; s — подача, мм, на двойной ход; црх и иох — соответст-
венно скорости рабочего и обратного ходов стола, м/мин.
Произведение первых двух членов характеризует общий путь
движения резца; умножая его на третий член, получают время
рабочих и холостых движений инструмента, т. е. время строгания
заготовки.
Пример. Определить основное время торцового точения прямоугольной
заготовки размерами L = 200 мм, В — 140 мм, d — 80 мм (рис. 54, г). Подача
резца s = 0,3 мм/об. Частота вращения заготовки п — 60 об/мин. Глубина реза-
ния t= 5 мм. Угол резца в плане <р — 45е.
Решение. Находим составляющие величины L. Длина врезания инстру-
мента
1вр = t etg <р=5 etg 45° = 5 мм.
Основной путь находим из чертежа заготовки
Принимаем путь схода инструмента /сх = 1 мм. Тогда
^вр + ^+^сх
«об«
5 + 82 + 1
0,3 • 60
= 4,89 мин
Рассчитаем to при обработке заготовок с переменными режимами
резания. На рис. 55, а показана схема торцового точения заготовки
с постоянной скоростью резания (v = const), что обеспечивается
149
Рис. 55. Схема для расчета основного времени при переменных режимах резания
непрерывным изменением частоты вращения п шпинделя при пере-
мещении резца от периферии к центру. Основное время точения
участка шириной dr равно
< =
dr ____ 2пг ,
soCn ~ 1000soCd йГ'
Интегрируя это выражение, получим
Я1
t = —*1— С =
° 1000so6a 3 ш 1000so6v •
^2
Основное время при п = const (v также устанавливают по наи-
большему радиусу R2)
f (R't ^1)
° ~ 1000so6t> •
При уменьшении /?j отношение *° ->2.
*0
Изменение подачи so6 при сверлении глубокого отверстия на
специальном станке с автоматическим регулированием постоянства
момента на шпинделе (М = const) приведено на рис. 55, б. Вели-
чина soC уменьшается с увеличением глубины сверления I. Зависи-
мость sM = f (I) определяется экспериментально. Основное время
сверления элементарного участка dl
.f _ dl
° nso6 nf(l)’
Основное время сверления отверстия глубиной
dl
f(iy
150
На графике кривая / характеризует изменение to при перемен-
ной подаче, а кривая 2 при постоянной (so6 устанавливается по
участку сверления на глубине 1^.
При многопереходных операциях суммируется по отдельным
переходам обработки. При слесарных работах и сборке to норми-
руется по соответствующим нормативам.
Время действий, сопровождающих выполнение основной работы,
относится к вспомогательному. Оно включает время на установку,
закрепление и снятие обрабатываемой заготовки или собираемой
составной части изделия, управление механизмами оборудования,
подвод и отвод рабочего инструмента, а также измерение обрабаты-
ваемой заготовки. Вспомогательное время находят суммированием
элементов времени на выполнение перечисленных действий по
всем переходам операции, устанавливаемых по нормативам вспомо-
гательного времени. Сумму основного и вспомогательного времени
называют оперативным временем /оп; нормируется время/в,не пере-
крываемое временем to. Как и основное, вспомогательное время
может быть ручным, машинно-ручным и машинным (автоматиче-
ским). Так, все движения суппортов токарного многорезцового
полуавтомата (кроме непосредственно связанных с процессом реза-
ния) учитываются машинным вспомогательным временем.
Время технического обслуживания затрачивается на смену зату-
пившегося инструмента, подналадку оборудования, заправку и
регулировку инструмента. Его величину берут в процентах (до 6%)
от основного или оперативного времени или рассчитывают по форму-
лам в зависимости от вида выполняемых работ по нормативам.
При черновой обработке
4 = ^. <75)
т
где Тн — время на смену затупившегося инструмента; k = -------
7о
число заготовок, обрабатываемых за время стойкости Т режущего
инструмента.
При чистовой обработке
__^гЛп 4~ 4- 7,, (76)
Здесь и t3 время, затрачиваемое на каждую подналадку и
заправку инструмента; k„ и k3 — число подналадок и заправок
инструмента за время его стойкости.
Время организационного обслуживания рабочего места учиты-
вает затраты времени на подготовку рабочего места к началу работы,
уборку рабочего места в конце смены, смазку и чистку станка и
другие аналогичные действия в течение смены. Оно определяется
в процентах от оперативного времени по нормативам (0,6—8%).
Время перерывов в работе отводится на отдых и личные надоб-
ности рабочего; его берут по нормативам в процентном отношении
к оперативному времени (^2,5%).
151
Штучное время определяют также по упрощенной формуле
/Ш = Ц1+Ц|±1). (77)
Здесь а, р и у — коэффициенты, определяющие соответственно
время технического обслуживания, организационного обслужива-
ния и время перерывов в работе. Значения а, 0 и у берут по норма-
тивам в зависимости от условий выполняемой операции. При нор-
мировании сборочных работ а принимают равным нулю.
При обработке заготовок партиями определяют подготовительно-
заключительное время Т„_ з, которое затрачивается рабочим на
ознакомление с чертежом, подготовку и наладку оборудования,
приспособлений и инструментов, снятие и сдачу приспособлений
и инструментов после окончания работы и сдачу выполненной ра-
боты. В серийном производстве при периодически повторяющихся
операциях, а также на переналаживаемых групповых и автомати-
ческих станочпых линиях время Т„-3 затрачивается главным обра-
зом на наладку оборудования. Это время зависит от оборудования,
на котором выполняется работа, характера выполняемой работы,
степени сложности наладки и не зависит от размера партий.
Норма времени на заданную партию
7"пар = 7"п. з+/шЛ, (78)
где п — число заготовок в партии, шт.
При использовании автоматического оборудования штучное
время определяется по формуле (73) без учета составляющих /орг
и tn. В условиях автоматизации устанавливают норму времени
на изготовление единицы продукции и норму, заданную рабочему
(или бригаде рабочих), выраженную в единицах обслуживания
(численности рабочих).
Различают два основных способа изучения рабочего времени
наблюдением: хронометраж и фотографию рабочего дня. С помощью
хронометража изучают затраты времени на выполнение циклически
повторяющихся ручных и машинно-ручных элементов операции
для установления их нормальной продолжительности, а также для
разработки на этой основе нормативов, используемых при расчете
технических норм времени.
Фотографией рабочего дня называют наблюдения с последова-
тельным измерением всех затрат рабочего времени в течение одной
или нескольких смен. Основное назначение фотографии рабочего
дня — определение потерь рабочего времени, установление вре-
мени на обслуживание рабочего места и перерывы. В условиях
автоматизации эти методы позволяют выявить резервы произво-
дительности, рационально загрузить обслуживающих рабочих и
наиболее полно использовать оборудование.
Под трудоемкостью понимают количество труда в человеко-
часах, затрачиваемое на технологический процесс изготовления
единицы производимой продукции. Нод станкоемкостью понимают
152
время работы технологического оборудования (станков) в станко-
часах, затрачиваемое на выполнение технологического процесса
изготовления одной детали. В условиях автоматизации производ-
ства трудоемкость составляет часть станкоемкости. По станкоемкостн
рассчитывают число необходимых станков, по трудоемкости —
число рабочих.
§ 4. ТИПЫ Л1АШИНОСТРОИТЕЛБНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
И МЕТОДЫ РАБОТЫ
В машиностроении различают три типа производства: массовое,
серийное и единичное и два метода работы: поточный и непоточный.
В массовом производстве изделия изготовляют непрерывно
в относительно больших количествах и в течение продолжительного
(нескольких лет) времени. Характерным признаком массового
производства является, однако, не количество выпускаемых изде-
лий, а выполнение на большинстве рабочих мест только одной
закрепленной за ними постоянно повторяющейся операции. Про-
дукция массового производства — это изделия узкой номенклатуры
и стандартного типа, выпускаемые для широкого сбыта потреби-
телю. Такой продукцией являются автомобили, тракторы, велоси-
педы, электродвигатели, швейные машины и т. п.
В серийном производстве изготовляют партии деталей и серии
изделий, регулярно повторяющиеся через определенные промежутки
времени. Серийное производство многоиоменклатурное; его харак-
терный признак — выполнение на большинстве рабочих мест по
нескольку периодически повторяющихся операций. Продукцией
серийного производства являются машины установившегося типа
(металлорежущие станки, стационарные двигатели внутреннего сго-
рания, насосы, компрессоры, оборудование для пищевой промыш-
ленности и т. п.), выпускаемые в значительных количествах.
В единичном производстве выпускают изделия широкой номен-
клатуры в относительно малых количествах и часто индивидуально;
поэтому оно должно быть универсальным и гибким для выполнения
различных заданий. Изготовление изделий либо совсем не повто-
ряется, либо повторяется через неопределенные промежутки вре-
мени. Характерным признаком единичного производства является
выполнение на рабочих местах разнообразных операций. Продук-
ция единичного производства — машины, не имеющие широкого
применения и изготовляемые по индивидуальным заказам, преду-
сматривающим выполнение специальных требований. К ним отно-
сятся также опытные образцы машин в различных отраслях маши-
ностроения. Единичное производство характерно для тяжелого
машиностроения, продукцией которого являются крупные гидро-
турбины, уникальные металлорежущие станки, прокатные станы
и другое оборудование. Программа выпуска в массовом производ-
стве обусловливает возможность узкой специализации рабочих
153
мест, за каждым из которых закреплено выполнение только одной
операции, и расположение оборудования по ходу технологического
процесса в виде поточных линий. На каждой линии производят
обработку отдельной детали (сборку отдельного изделия или его
составной части). Если длительность операций на всех рабочих
местах одинакова и соответствует заданной производительности,
то работа на линии выполняется с непрерывной передачей объекта
производства с одного рабочего места на другое (непрерывным
потоком). Такт выпуска, т. е. фактический интервал времени, через
который периодически производится выпуск изделий, для всех
рабочих мест будет один и тот же.
Условимся под темпом при поточном методе работы понимать
расчетный (регламентированный) промежуток времени, через ко-
торый с поточной линии должна выпускаться единица продук-
ции.
При заданном режиме работы цеха темп t зависит исключительно
от заданного выпуска и определяется как частное от деления фонда
времени F (годового, за смену пли другой период времени) в часах
на программное задание N (выпуск в штуках за тот же период
времени):
. _ 60F
г— N •
Номинальный (или календарный) годовой фонд времени работы
оборудования составляет 2070 ч для работы в одну смену, 4140 ч
для двух смен и 6210 ч для трех смен. Умножая приведенные вели-
чины соответственно на коэффициенты 0,98; 0,97 и 0,96, учитываю-
щие потери времени на ремонт оборудования, получим соответствен-
но следующие значения действительного фонда времени для одно-,
двух- и трехсменной работы: 2030, 4015 и 5965 ч. Календарный
фонд времени для рабочих составляет 2070 ч и действительный
1860 ч (при 15-дневном отпуске). Соответственно этим значениям
фонда времени темп может быть календарным /к и действительным tR.
При проектировании технологических процессов используют дейст-
вительный темп.
Темп существенно влияет на построение технологического про-
цесса, так как необходимость привести штучное время каждой опе-
рации к величине, равной или кратной темпу, обусловливает необ-
ходимость соответствующего расчленения технологического про-
цесса на операции и в некоторых случаях дублирования станков
для получения требуемой производительности. Время обработки
на любом рабочем месте поточной линии не может быть больше
темпа выпуска, так как на этом рабочем месте будет накапливаться
постоянно возрастающее количество необработанных заготовок,
а выпуск всего потока отставать от заданного. При большом разли-
чии штучного времени отдельные рабочие места могут иметь малую
загрузку. Для лучшего использования обслуживающих рабочих
через отдельные рабочие места продукцию пропускают периоди-
154
чески (партиями). В этом случае непрерывность потока (синхрон-
ность) нарушается. Такое производство называют прямоточным.
Примеры корректировки технологического процесса механи-
ческой обработки заготовки на поточной линии с темпом t3 - 2 мин
приведены в табл. 9 и 10. До корректировки операцию 2 выполняют
на двух станках-дублерах, однако загрузка их недостаточна.
На операциях 6—8 загрузка станков также недостаточно высока.
На операции 10 загрузка контролера также недостаточна.
Таблица 9
Технологический процесс до корректировки
№ операции Операция 'ш- МИН Число станков Коэффициент загрузки станков
1 Фрезерование 1,78 1 0,89
2 Точение 2,14 2 0,57
3 > 1,6 1 0,8
4 Фрезерование 1,7 1 0,85
5 Сверление 1,42 1 0,71
6 Шлифование 0,96 1 0,48
7 0,6 1 0,3
8 0,3 1 0,15
9 Полирование 1,5 1 0,75
10 Контроль 0,6 1 0,3
В откорректированном варианте (табл. 10) норма времени на
операцию 2 сокращена путем ужесточения режима резания. Это
позволило использовать один станок и повысить его загрузку.
Операции 6, 7 и 8 (см. табл. 9) объединены в одну. В результате
используют один станок при загрузке 0,93. На операции контроля
контролер дополнительно проверяет детали с двух смежных поточ-
ных линий; его загрузка повысилась до 0,85.
Технологический процесс после корректировки
Таблица 10
№ операции Операция 'ш- МИН Коэффициент загрузки станков
1 Фрезерование 1,78 0,89
2 ТЬчение 1,93 0,95
3 1.60 0,80
4 Фрезерование 1,70 0,85
5 Сверление 1,42 0,71
6 Шлифование 1,86 0,93
7 Полирование 1,50 0,75
8 Контроль 1,70 0,85
155
Массовое производство является поточным. Его часто называют
поточно-массовым. Темп потока является основной расчетной вели-
чиной, организующей все рабочие места поточных линий в единый
производственный механизм. Бесперебойная работа поточных линий
обеспечивается продуманной технологией производства выпускае-
мых изделий, планомерным питанием линий заготовками (деталями),
а также ритмичной работой всех звеньев производства. Во избежа-
ние перебоев в работе поточной линии на рабочих местах предусмат-
ривают межоперационпые запасы (заделы) заготовок или деталей.
Заделы обеспечивают непрерывность выпуска продукции в случае
вынужденной остановки отдельных станков линии.
Поточные линии часто проектируют комплексными. На них
кроме операций обработки резанием выполняют процессы терми-
ческой обработки, обработки давлением, сборки, окраски, нане-
сения покрытия, мойки, контроля качества продукции.
При поточном методе работы поштучное перемещение обраба-
тываемых заготовок и собираемых изделий от одного рабочего
места к другому в соответствии с последовательностью операций
технологического процесса осуществляется либо вручную (на те-
лежках, рольгангах и т. п.), либо транспортирующим механизи-
рованным устройством непрерывного или периодического действия
(конвейером или транспортером).
Достигнуть равенства штучного времени на всех операциях
не удается. Это предопределяет технологически неизбежное раз-
личие загрузки оборудования по рабочим местам поточной линии.
Недостаточную загрузку рабочих устраняют многостаночным обслу-
живанием двух — трех (или большего числа) единиц оборудования,
с тем чтобы суммарное время их обслуживания не превышало
темпа потока.
При малой программе выпуска изделий загрузка оборудования
поточных линий может получиться низкой. В этом случае изготов-
ление изделий организуется по принципу серийного производства.
Технологические особенности серийного производства изменя-
ются в зависимости от номенклатуры, выпуска и трудоемкости
изделий; поэтому различают мелко-, средне- и крупносерийное
производство.
Мелкосерийное производство приближается по своим техноло-
гическим особенностям к единичному. В нем применяют преиму-
щественно универсальное оборудование (с расположением его
в цехах по типам стапков), универсальный рабочий и измерительный
инструмент. В мелкосерийном производстве коэффициент закреп-
ления операций лежит в пределах 20—40. Детали обрабатывают
методом пробных рабочих ходов и промеров.
В крупносерийном производстве наряду с универсальным обо-
рудованием достаточно широко применяют оборудование специаль-
ного назначения и агрегатные станки. Оборудование в цехах рас-
полагают не по типам станков, а по изготовляемым предметам
и в ряде случаев в соответствии с выполняемым технологическим
156
процессом. Наряду с универсальным применяют специальный ра-
бочий инструмент, предельные калибры и контрольные приспособ-
ления. Коэффициент закрепления операций в этом производстве
от 1 до 10 включительно. Обработку заготовок выполняют на пред-
варительно настроенных станках. Среднесерийное производство за-
нимает промежуточное положение между крупно- и мелкосерийным.
На размер партии в серийном производстве, под которым пони-
мают число одновременно запускаемых в производство заготовок,
влияют годовой выпуск изделий, календарные сроки их выпуска,
длительность процессов обработки (сборки) и наладки технологи-
ческого оборудования. В мелкосерийном производстве размер
партии обычно составляет несколько единиц, в среднесерийном —
несколько десятков и в крупносерийном — несколько сотен деталей.
Заготовки во время работы хранят у станков, а затем транспор-
тируют партией на следующие рабочие места. Хранение заготовок
и деталей перед отдельными видами обработки, перед узловой и
общей сборкой осуществляется на промежуточных складах или
специальных площадках.
Около 80% машин выпускается серийно. Это обусловило раз-
витие поточных методов работы и в серийном производстве. Поточ-
ный метод работы обеспечивает значительное сокращение (в десятки
раз) цикла производства, межоперационных заделов и незавершен-
ного производства; возможность применения высокопроизводитель-
ного оборудования и резкое снижение трудоемкости и себестоимости
изделий; простоту планирования движения заготовок и управления
производством; возможность комплексной автоматизации произ-
водственных процессов. При поточных методах работы уменьша-
ются оборотные фонды, а оборачиваемость вложенных в производ-
ство средств значительно повышается. Длительность цикла обра-
ботки партии заготовок из п штук при непоточном методе произ-
водства и последовательной их передаче
i
Тп = y\tu,n Txvk Тт (2k 1). (80)
1
i
Здесь 2 tul — сумма штучных времен всех i операций обработки
I
данной заготовки; Тхр — время хранения одной партии заго-
товок на промежуточном складе; k — число завозов заготовок на
промежуточный склад (в самом невыгодном случае равно числу
операций I в процессе обработки); Тг — время одного транспорти-
рования партии заготовок от станка к складу (и обратно); коли-
чество транспортирований заготовок 2k -j- 1 учитывает одну пере-
возку готовых деталей на сборку.
При поточном методе длительность цикла обработки той же
партии заготовок из п штук при темпе t
Тц = ti ф- tn = t (i ф- ti). (81)
157
В непоточном производстве необходимый задел заготовок зависит от
длительности цикла
<2 = Тцп. (82)
где Ти цикл в днях, ап — среднедневной выпуск деталей.
Минимальный задел заготовок на поточной линии
i i
(83)
1 1
где m — число одновременно обрабатываемых заготовок на данном
рабочем месте; Т — время, на которое поточная линия должна
быть обеспечена заготовками, а сборочная линия деталями; /т —
время технического обслуживания данного станка.
Поточные методы в серийном производстве разнообразны. Рас-
полагая оборудование по ходу технологического процесса, получают
движение деталей от станка к станку, хотя и прерывистое (партия-
ми), но прямоточное (прямоточное серийное производство); при этом
сокращается путь перемещения деталей. Пропуская через ту це-
почку станков сменяемые партии деталей, получают непрерывно-
поточное (в пределах одной партии) производство с поштучной
передачей деталей от станка к станку. Это значительно сокращает
цикл обработки. Для повышения загрузки оборудования в серийном
производстве находят применение многономенклатурные поточные
линии. К ним относятся переменно-поточные и групповые линии,
а также предметно-замкнутые участки линий.
При переменно-поточной обработке за каждым станком линии
закреплено по нескольку операций для технологически однотипных
деталей, запускаемых в обработку попеременно. В течение опреде-
ленного периода времени (обычно несколько смен) на линии ведется
поточная обработка одной заготовки. Затем ее переналаживают
для обработки другой прикрепленной заготовки. Приспособления
для переменно-поточных линий закреплены на станках постоянно.
Их конструируют так, чтобы в них можно было обрабатывать заготов-
ки всей прикрепленной группы. Это значительно сокращает время
переналадки линии. Часто ее выполняют в перерыве между сменами.
При групповой обработке на каждом станке линии одновременно
осуществляют несколько операций разных технологических про-
цессов. Это обеспечивается применением специальных многоместных
приспособлений. При групповой обработке повышается загрузка
оборудования, а линия работает без переналадки станков. Число
деталей в группе от двух (линии для обработки спаренных деталей,
например, выпускного и впускного клапанов) до восьми. Основой
для проектирования групповых и переменно-поточных линий слу-
жат тщательно разработанные технологические процессы. Пере-
менно-поточную и групповую обработку (сборку) выполняют на
обычных и автоматических линиях.
158
Для обработки конструктивно- и технологически-сходных за-
готовок применяют также предметно-замкнутые участки. Техноло-
гические процессы обработки этих заготовок имеют одинаковую
структуру, однородные операции и одинаковую последовательность
их выполнения. Некоторые технологические методы, возникшие
в поточно-массовом производстве, применяют не только в серийном,
но и в единичном производстве; например, в единичном производ-
стве, как и в массовом, сборку разделяют на узловую и общую.
Планомерно проводимая унификация и стандартизация изделий
машиностроения способствует специализации производства. Огра-
ничивая число типоразмеров изделий одного назначения минималь-
ным ассортиментом наиболее совершенных образцов, стандартиза-
ция приводит к сужению номенклатуры изделий при значительном
увеличении программы их выпуска. Это позволяет шире применять
поточные методы работы и автоматизацию производства.
Специализация производства является важнейшим условием
технического прогресса и рациональной организации общественного
труда. Специализация производства повышает производительность
труда и радикально улучшает структуру машиностроительной
промышленности, способствуя концентрации производства конст-
руктивно- и технологически-однородных изделий. Специализация
и кооперирование машиностроительного производства должны про-
водиться по всем стадиям технологического процесса и в рамках
крупных территориально-производственных комплексов. Ее раз-
витие должно происходить по линии прямых длительных связей
между предприятиями и объединениями. В связи с этим развитие
поточно-массового производства в отечественном машиностроении
заметно возрастет уже в ближайшем будущем.
Деление машиностроительных заводов по типам производства
является условным. Можно называть производство массовым, если
на большинстве рабочих мест выполняется одна постоянно повто-
ряющаяся операция. Если па большинстве рабочих мест выпол-
няется несколько периодически повторяющихся операций, то такое
производство следует считать серийным. Отсутствие периодичности
повторения операций на рабочих местах характеризует единичное
производство.
ГЛАВА V
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ МАШИН
§ 1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ
конструкций
Совершенство конструкции машины характеризуется ее соот-
ветствием современному уровню техники, экономичностью и удоб-
ствами в эксплуатации, а также тем, в какой мере учтены возмож-
ности использования наиболее экономичных и производительных
технологических методов ее изготовления применительно к задан-
ному выпуску и условиям производства.
Конструкцию машины, в которой эти возможности полностью
учтены, называют технологичной. Оценку технологичности конст-
рукции данной машины по сравнению с другой (лучшего отечест-
венного или зарубежного образца) производят, сопоставляя их
трудоемкость, себестоимость и материалоемкость. Дополнительную
оценку производят по степени унификации марок материалов, уни-
фикации и нормализации элементов изделия, рациональности
расчленения его на конструктивные и технологические элементы,
достигнутому уровню взаимозаменяемости элементов изделия, массе
машины, конструктивной преемственности оригинальных деталей
и составных частей изделия, коэффициентам среднего класса точ-
ности и шероховатости поверхностей деталей изделия, возможности
сокращения сроков подготовки и освоения производства изделия,
а также возможности автоматизации его изготовления. Выбор
показателей технологичности производится с учетом требований
ГОСТ 14.201—73. Термины и определения даны в ГОСТ 18831—73.
Технологичность конструкции изделия — понятие относительное.
Технологичность конструкции одной и той же машины будет разной
для различных типов производства. Изделие, достаточно техноло-
гичное в единичном производстве, может быть малотехнологичным
в поточно-массовом и совершенно нетехнологичным в поточно-
автоматизированном производстве. Технологичность конструкции
одного и того же изделия будет разной для заводов с различными
производственными возможностями. Если в единичном производ-
стве используют станки с программным управлением или другое
переналаживаемое автоматическое оборудование, то характеристика
технологичности конструкции выпускаемых изделий для этих
условий может измениться по сравнению с условиями единичного
производства, оснащенного универсальным оборудованием. Разви-
тие производственной техники изменяет уровень технологичности
160
конструкции. Ранее нетехнологичные конструкции могут стать
вполне технологичными при новых методах обработки.
Технологичность конструкции изделий — понятие комплексное.
Технологичность конструкции нельзя рассматривать изолированно
без взаимной связи и учета условий выполнения заготовительных
процессов, процессов обработки, сборки и контроля. Отработанная
на технологичность конструкция заготовки не должна усложнять
последующую механическую обработку. В то же время отработку
на технологичность конструкции заготовки следует производить
с учетом выполнения заготовительных процессов и сборки, стремясь
получить наименьшую трудоемкость и наименьшую себестоимость
изготовления машины в целом.
Улучшением технологичности конструкции можно увеличить
выпуск продукции при тех же средствах производства. Трудоем-
кость машин нередко удается сократить на 15—25% и более, а себе-
стоимость их изготовления на 5—10%. По отдельным деталям эти
показатели можно повысить еще больше. Недооценка технологич-
ности конструкции часто приводит к необходимости корректировки
рабочих чертежей после их составления, удлинению сроков подго-
товки и дополнительным издержкам производства.
Понятие технологичности конструкции машин распространяют
не только на область производства, но и на область их эксплуатации.
Конструкция машин должна быть удобной для обслуживания и
ремонтопригодной. Последнее важно, поскольку затраты на все
виды ремонта часто превышают себестоимость изготовления новых
изделий. Повышение ремонтопригодности изделия обеспечивается
легкостью и удобством его разборки и сборки, осуществлением
принципа узловой смены и узлового ремонта элементов изде-
лия, введением в конструкцию сменных изнашиваемых деталей,
а также возможностью восстановления наиболее сложных де-
талей.
При конструировании машин необходимо предусматривать ис-
пользование технологических методов, повышающих их надежность.
Конструкцию изделия лучше отрабатывать на технологичность
в процессе создания самой конструкции. При этом достигается
деловой контакт и творческое содружество конструкторов и техно-
логов. Отработка конструкции на технологичность начинается уже
на стадии разработки технического задания и технического пред-
ложения на проектирование нового изделия. Эта работа продолжа-
ется и углубляется на стадиях разработки эскизного и технического
проектов, составления рабочей документации. На стадии разра-
ботки технического предложения анализируют варианты прин-
ципиальных схем и компоновок изделия, выявляют сложные по
конструкции и изготовлению его оригинальные детали. На стадии
эскизного проекта выявляют номенклатуру и параметры этих
деталей, выявляют возможности их унификации и стандартизации,
определяют возможность рационального членения или объединения
деталей, анализируют условия сборки основных деталей, точность
6 п/р. Корсакова В. С. 1G1
изготовления и шероховатость их поверхностей, определяют номен-
клатуру сменных и ремонтируемых деталей изделия.
На стадии технического проекта выполняют работы по обеспе-
чению технологичности основных сложных деталей, а на стадии
разработки рабочей документации производят оценку технологич-
ности конструкции на соответствие основным требованиям с учетом
условий сборки изделия.
Технологичность конструкции оценивается качественно и ко-
личественно. Качественная оценка («хорошо — плохо», «допусти-
мо—недопустимо») предшествует количественной. Количественную
оценку выполняют по принятым показателям технологичности
путем расчета их значений. Далее определяют показатели уровня
технологичности конструкции, разрабатывают рекомендации по
улучшению показателей технологичности и обеспечивают техноло-
гичность конструкции путем внесения изменений в конструктор-
скую документацию.
При последующем изготовлении опытного образца установив-
шейся серии изделий производят, если необходимо, окончательную
корректировку конструкции на технологичность. Общие правила
обеспечения технологичности конструкции изделий приведены
в ГОСТ 14.202—73 — 14.204—73.
§ 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
К КОНСТРУКЦИИ МАШИН ПРИ ИХ СБОРКЕ
При конструировании машин конструктор должен учитывать
следующие требования, обусловливающие возможность построения
высокопроизводительных технологических процессов общей и уз-
ловой сборки. Прежде всего конструкция машины должна допу-
скать возможность ее сборки из предварительно собранных состав-
ных частей. Принцип узловой сборки позволяет осуществлять
параллельную сборку этих составных частей и изделия, значительно
сокращать длительность цикла сборки машины. Конструктор дол-
жен предусмотреть возможность расчленения машины на рацио-
нальные составные части. Технологическое преимущество можно
получить в том случае, когда механизмы изделия, выполняющие
определенные функции, являются одновременно и его технологи-
ческими составными частями, сборку которых можно производить
обособленно и независимо от других составных частей изделия.
Эти составные части перед передачей их на общую сборку проходят
соответствующий контроль и испытания; этим устраняется появле-
ние дефектов на общей сборке, повышается качество изделий.
Для сокращения длительности общей сборки желательно преду-
смотреть возможность одновременного и независимого друг от
друга присоединения различных составных частей к базовой детали
(базовому элементу) изделия. Возможность параллельного выпол-
162
нения сборочных работ желательно предусмотреть и при узловой
сборке.
В тех случаях, когда по условиям сборки, условиям правильного
функционирования собираемого соединения или условиям прира-
ботки сопрягаемых деталей важно обеспечить определенное и един-
ственно возможное относительное положение собираемых элементов
в изделии, необходимо предусмотреть соответствующие установоч-
ные метки, контрольные штифты или смещенное (несимметричное)
размещение крепежных деталей; осуществление этих несложных
конструктивных мероприятий позволяет исключать субъективные
ошибки при сборке изделий и их ремонте. Необходимо предусмот-
реть возможность механизации и автоматизации сборочных работ
при узловой и общей сборке, максимальное облегчение условий
труда (особенно при сборке тяжелых объектов), а также упрощение
и качественное выполнение контрольно-измерительных работ.
Машина в целом должна иметь простую компоновку и простое
конструктивное решение, не вызывающее затруднений при ее сборке.
Следует по возможности уменьшать количество наименований де-
талей и составных частей машины, а также стремиться к их взаимо-
заменяемости. Использование стандартных деталей и составных
частей позволяет приобретать их со стороны по сравнительно низ-
кой цене. Нормализация и унификация отдельных деталей и состав-
ных частей обусловливает увеличение серийности выпуска, а следо-
вательно, снижение трудоемкости и себестоимости их изготовления.
Нормализация крепежных и некоторых других деталей изделия
способствует сокращению номенклатуры сборочных инструмен-
тов и более эффективному использованию средств механизации
сборочных работ. Если, например, шестигранные головки крепеж-
ных винтов какого-либо соединения сделать одного размера, то
вместо обычных гаечных ключей при большой программе выпуска
изделий выгодно применять электрические или пневматические
винтоверты. При большой номенклатуре винтов эффективность
использования этих устройств снижается.
При конструировании машин нужно обеспечить возможность
удобного и свободного подвода высокопроизводительных механи-
зированных инструментов к местам соединения деталей и преду-
смотреть легкость захвата их грузоподъемными устройствами для
транспортировки и установки на собираемое изделие.
Для соблюдения принципа взаимозаменяемости целесообразно
избегать многозвенных размерных цепей, которые сужают допуски
на размеры составляющих звеньев. Если сократить число звеньев
размерной цепи невозможно, то в конструкции изделия следует
предусмотреть жесткий или регулируемый компенсатор. В этом
случае необходимую точность замыкающего звена легко обеспечить
подбором или пригонкой жесткого компенсатора или установкой
на необходимый размер регулируемого компенсатора.
Для достижения требуемой точности взаимного положения эле-
ментов собираемого изделия следует совмещать сборочные базы
6* 163
Рис. 56. Примеры конструктивного оформления сборочных соединений
с измерительными, от которых задаются выдерживаемые при сборке
размеры. Совмещение технологической и измерительной баз обес-
печивает более высокую точность обработки. При сборке измери-
тельную базу желательно использовать в качестве технологической.
Совмещение сборочной, измерительной и технологической баз
обеспечивает более высокую точность сборки.
В конструкции изделия должна быть предусмотрена возмож-
ность его сборки без сложных приспособлений, предпочтительно без
поворота базовой детали, путем осуществления простых движений
для установки сопрягаемых деталей, подвода и отвода сборочного
инструмента. Базовая деталь изделия должна иметь технологиче-
скую базу, обеспечивающую достаточную устойчивость собираемого
объекта. Следует сокращать совместную механическую обработку
соединяемых деталей, а также пригоночные и доделочные работы
при сборке.
Для разборки машины при ее обслуживании и ремонте необхо-
димо предусмотреть применение простых инструментов, съемников
и других несложных приспособлений, а также резьбовые отверстия
для отжимных винтов, заменяющих съемники (рис. 56, а), отверстия
для выколоток (рис. 56, б), рым-болты или литые выступы для за-
хвата и подъема тяжелых деталей. Кроме перечисленных общих
требований необходимо учитывать частные условия сборки раз-
личных соединений. При сборке соединений с гарантированным
зазором и натягом целесообразно иметь заходпые фаски (рис. 56, в)
на наружной и внутренней поверхностях, а также направляющие
элементы (пояски) для устранения перекоса (рис. 56, г). Для об-
легчения сборки деталей по двум поверхностям следует соединять
их последовательно-параллельно. Поверхности сопряжения во
избежание задиров нужно делать ступенчатыми. На рис. 56, д
ширина пояска 1 корпусной детали больше ширины пояска 2
(bi > b2), поэтому палец при сборке сначала будет направлен
164
пояском 1, а затем войдет участком большего диаметра в поясок 2.
Центровку деталей большого диаметра (крышек и фланцев) по
цилиндрическим пояскам целесообразнее заменять центровкой по
двум контрольным штифтам.
Сборку резьбовых соединений следует облегчать с помощью
заходных фасок или направляющих элементов на резьбовых поверх-
ностях (заточек или канавок). Крепежные детали для повышения
производительности сборки следует завертывать и затягивать тор-
цовыми ключами. Для этой цели должно быть предусмотрено доста-
точно большое расстояние от оси резьбового элемента до стенки
корпусной детали (рис. 56, а). Расстояния между резьбовыми эле-
ментами должны быть достаточно большими для использования
многошпиндельных завертывающих устройств. Гайки, располо-
женные на внутренних поверхностях деталей, следует шплинто-
вать; гайки, расположенные на наружных поверхностях деталей,
можно ставить с пружинными шайбами, что облегчает сборку.
Стопорение резьбовых деталей обеспечивается при наличии кони-
ческой опорной поверхности у гаек и головок винтов (рис. 56, ж).
В этом случае отпадает необходимость шплинтовки и использования
пружинных шайб. При соединении деталей методом развальцовки
или отбортовки следует обеспечивать удобство подвода рабочего
инструмента в зону сборки. Предпочтительно сборку выполнять
при прямолинейном движении (дернование, > отбортовка на прессе).
На прочность и герметичность соединения влияют качество ма-
териала деталей и точность обработки сопрягаемых поверхностей.
По конструктивному оформлению заклепочных соединений могут
быть даны следующие рекомендации. Замыкающие головки закле-
пок формируют на более толстой детали или детали из более проч-
ного материала. При групповой клепке целесообразно применять
закладные и замыкающие головки плоской формы. В этом случае
поддержки и обжимки выполняют в виде плоских плит или планок.
В соединениях из легких сплавов и неметаллических материалов
следует применять заклепки из мягких (алюминиевых) сплавов
во избежание деформации собираемых изделий. Следует ограничи-
вать применение односторонней (и особенно двусторонней) потайной
клепки из-за дополнительной обработки гнезд под головки заклепок
и ослабления шва. В конструкциях с ограниченным двусторонним
подходом можно применять специальные заклепки для односторон-
ней клепки. В конструкциях изделий целесообразно предусматри-
вать прессовую, а не ударную клепку, как более производительную
и качественную. Предпочтительнее также холодная клепка. Ее
применяют для заклепок из алюминиевых и медных сплавов, а также
для стальных заклепок диаметром менее 14 мм.
Для паяных соединений нужно учитывать следующее. Паяные
швы нельзя располагать на переходных поверхностях или в местах
концентрации напряжений. Медные припои способствуют возникно-
вению трещин в основном материале при пайке или последующей
сварке (если опа предусмотрена) около паяного шва. При нагреве
1С5
соединяемых деталей индукционным методом необходимо преду-
смотреть беспрепятственный подвод индуктора в зону пайки. У де-
талей соединения не должно быть острых углов и тонких стенок,
так как при этом методе нагрева они могут оплавляться. Возможны
кроме того, коробление изделия, выгорание легкоплавких состав-
ляющих припоя и перегрев основного материала. В конструкции
соединения должны быть предусмотрены места для закладки припоя
в виде колец, шайб, пластинок или канавки, в которые методом
экструзии подают пасту, состоящую из порошкообразного припоя
и флюса. Во многих случаях общий нагрев соединения обеспечивает
лучшее качество соединения. Сложные многошовные объекты соеди-
няют методом ступенчатой пайки. При этом припои и температуру
пайки выбирают так, чтобы при образовании последующих швов
не происходило расплавление ранее выполненных. В конструкции
соединения должны быть правильно выбраны зазоры, предусмот-
рено временное скрепление деталей перед пайкой и базы для пред-
варительной сборки, если пайку производят в приспособлении.
Технологичность современных машин может быть повышена
применением сварных конструкций, которые могут сочетать эле-
менты различных видов (штампованные, кованые, литые и из про-
ката). При замене стальных отливок штампосварными иногда сни-
жается их масса на 20—30% и уменьшается объем последующей
обработки резанием на 30—50%. Штампосварные (и паяные) соеди-
нения находят применение в серийном и массовом производстве.
В тяжелом машиностроении применяют соединения, элементы кото-
рых получают свободной ковкой, литьем или резкой из проката.
После обработки резанием или без нее элементы соединяют электро-
дуговой или электрошлаковой сваркой. В одной конструкции
могут сочетаться элементы из различных материалов.
Конструкции после сварки не подвергают обработке резанием,
если их размеры по чертежу не оговорены допусками. Конструкции
после сварки подвергают только чистовой обработке. Для этого
детали конструкции предварительно обрабатывают, в результате
чего обеспечивается их более точное положение в соединении. Такое
построение технологического процесса в условиях тяжелого машино-
строения уменьшает загрузку станочного оборудования, которое
часто является уникальным и лимитирующим пропускную спо-
собность цеха. В общем машиностроении, автомобилестроении и
других отраслях конструкции обрабатывают после сварки (стыко-
вой, дуговой, контактной).
Сложная деталь может быть получена из простых элементов,
выполняемых горячей или листовой штамповкой, резкой сортового
или специального проката. Примером могут служить заготовки
задних и передних мостов автомобиля, сварные корпусы редукторов,
карданные валы. В отдельных случаях возможна замена литых
станин металлорежущих станков (например, протяжных) штампо-
сварпыми; при этом масса уменьшается на 30% и трудоемкость
снижается на 25%.
1G6
Рис. 57. Примеры улучшения конструктивного оформления сварных соединений
При конструировании соединения необходимо учитывать общую
схему технологического процесса, предусматривать применение
наиболее рациональных и производительных методов сварки и
предупреждать возможность получения брака. К таким методам
сварки относятся контактная, автоматическая под флюсом, в среде
защитных газов, электрошлаковая (для деталей большой толщины).
Необходимо сокращать объем сварочных работ путем замены пакета
тонких листов одним толстым (рис. 57, а), применять гибку вместо
сварки (рис. 57, б), заменять приваренные ребра жесткости штам-
пованными ребрами жесткости (рис. 57, в), делать минимально до-
пустимые углы разделки кромок и соединения без скоса кромок,
проектировать соединения без накладок и при минимальном сечении
швов, применять штампосварные и литейно-сварные конструкции;
для отливок использовать стали 15Л, 20Л или 25Л.
Конструкции с большим количеством сложнорасположенных
соединений целесообразно расчленять на отдельные менее сложные
соединения. При этом упрощается последующая общая сборка и
сварка, снижается деформация и повышается точность изготовления
изделий. Предпочтительны сварные соединения, допускающие
одновременную установку для сварки максимального количества
деталей. Последовательная установка и сварка каждого элемента
нежелательна. При контактной сварке деталей в массовом производ-
стве необходимо предусмотреть возможность одновременной сварки
всех точек. Следует шире применять горизонтальные швы, избегая
вертикальных и особенно потолочных; для сварки сложных деталей
предусматривать возможность их кантования.
Напряжения и деформации, вызываемые сваркой, необходимо
снижать уменьшением количества сварных швов и объема наплав-
ленного металла; симметричным расположением швов; недопущением
скученного расположения швов и их пересечения; применением
прерывистых симметричных швов или электрозаклепок в неответ-
ственных соединениях; устранением резких переходов в сечениях
свариваемых соединений, расположением швов, допускающих пред-
варительную сборку соединения до начала его сварки; расположе-
167
нием швов не по одной прямой при сварке цилиндрических емкостей;
закреплением элементов тонколистовых конструкций вблизи стыка;
заменой дуговой сварки другими видами сварки, дающими меньшую
деформацию.
Обработанные поверхности деталей необходимо предохранять
от повреждения при сварке путем размещения сварных швов на
достаточном расстоянии от обработанных поверхностей. При сварке
тонкостенной втулки с листом (рис. 57, а) форма ее отверстия может
быть искажена; при сварке втулки с фланцем искажение формы
отверстия устраняется; при сварке окончательно обработанных
деталей с жесткими требованиями к взаимному положению (рис.
57, д) их предварительную сборку рекомендуется производить по прес-
совой посадке -4^, а швы располагать преимущественно со стороны,
обратной запрессовке.
Соединения внахлестку и с накладками не рекомендуются
для деталей толщиной более 10 мм. Длину нахлестки не сле-
дует назначать менее четырех толщин свариваемых листов.
При точечной сварке отношение толщин свариваемых деталей
рекомендуется принимать не более 2 : 1; в исключительных слу-
чаях оно может быть 3 : 1. В соединении двух деталей должно быть
не менее двух точек. Число деталей в свариваемом пакете больше
трех не рекомендуется.
Ответственные швы размещают в местах, удобных для выполне-
ния сварки, визуального осмотра и специального контроля.
Чем проще вид контроля, тем технологичнее сварная конст-
рукция.
В зависимости от применяемого метода сварки в каждом отдель-
ном случае могут возникнуть частные требования, рассматриваемые
подробно в специальной литературе.
В условиях автоматической сборки к конструктивному оформле-
нию изделий предъявляют следующие дополнительные требования.
Детали изделия должны иметь простые симметричные формы. Это
упрощает задачу ориентации при выдаче их из бункерно-ориенти-
рующих устройств на рабочую позицию сборочного автомата. Кон-
струкция деталей должна быть такой, чтобы при выдаче из бункер-
ных устройств не происходило их взаимного сцепления. Следует
в максимальной степени использовать унифицированные стандарт-
ные или нормализованные детали для большего применения одно-
типных исполнительных сборочных устройств. Целесообразно за-
менять разъемные соединения неразъемными (для неремонтируемых
частей изделия), применяя методы сборки, основанные на пласти-
ческом дефомировании (развальцовка, клепка и пр.). Сборка
должна осуществляться при простых (преимущественно прямолиней-
ных) движениях исполнительных устройств без поворота изделия.
Для повышения надежности работы сборочных автоматов в ряде
случаев целесообразно назначать более жесткие допуски на детали
изделия.
168
§ 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
К КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Общие требования к деталям машин. Возможность применения
прогрессивных технологических методов определяется конструкцией
деталей машин. При конструктивном оформлении деталей нужно
учитывать ряд технологических требований. Соблюдение этих тре-
бований уменьшает производственные трудности, сокращает цикл
производства, повышает производительность труда и снижает себе-
стоимость деталей машин. Эти требования диктуются как техноло-
гией производства заготовок, так и технологией их последующей
обработки. Особое значение приобретают вопросы технологичности
конструкции при обработке деталей на станках с программным
управлением, агрегатных станках, автоматах, и полуавтоматах,
а также автоматических линиях.
Конструирование является творческим процессом, поэтому дать
общие для всех случаев правила конструирования деталей машин
не представляется возможным. Общую задачу можно сформулиро-
вать следующим образом. Конфигурация детали должна быть про-
стой, обусловливающей возможность применения высокопроиз-
водительных технологических методов, и предусматривать удобную,
надежную базу для установки заготовки в процессе ее обработки.
В тех случаях, когда такая база не обеспечивается, должны быть
предусмотрены специальные элементы (приливы, бобышки, отвер-
стия) для базирования и закрепления заготовки. При необходи-
мости эти элементы могут быть удалены после обработки.
Заданные точность и шероховатость поверхностей детали должны
быть строго обоснованы ее служебным назначением. Необоснованно
завышенные требования к точности и шероховатости вынуждают
вводить дополнительные операции, удлиняют цикл обработки,
увеличивают трудоемкость обработки и повышают себестоимость
детали.
Стандартизация и унификация деталей и их элементов способст-
вуют уменьшению трудоемкости процессов производства и сни-
жению себестоимости деталей в связи с увеличением серийного вы-
пуска и унификацией станочных наладок.
Требования к конструкции заготовок деталей. В крупносерийном
и массовом производстве применение специального профильного и
периодического проката для изготовления заготовок в значитель-
ной степени сокращает, а часто и исключает их последующую об-
работку резанием. Специальный профильный прокат как исход-
ный материал уменьшает трудоемкость процесса горячей штам-
повки заготовок. Заготовки профильного сечения, не требующие
последующей обработки, получают на машиностроительном заводе
методом холодного волочения из сортового проката.
При ковке желательно, чтобы заготовки имели простую симмет-
ричную форму. Следует избегать пересечений цилиндрических
элементов между собой и цилиндрических элементов с призмати-
169
ческими, а также бобышек и выступов на основных поверхностях
поковки. Детали, конфигурация которых не поддается упрощению,
целесообразно заменять сварными конструкциями, состоящими
из простых элементов.
При конструировании штампованных заготовок, получаемых на
молотах и прессах, рекомендуется руководствоваться следующими
указаниями.
Геометрическая форма заготовки должна обеспечивать возмож-
ность ее свободного извлечения из штампа. Выемки и углубления
в заготовках можно выполнять только в направлении движения
штампов. Недопустимы узкие и длинные выступы, расположенные
в плоскости разъема штампа или перпендикулярно к ней. Они обра-
зуют в штампе труднозаполнимые полости и приводят к браку за-
готовок. Боковые поверхности заготовки должны иметь штамповоч-
ные уклоны. В зависимости от отношения высоты стенки к ее
ширине штамповочные уклоны принимают 5—15° для наружных
и 7—15° для внутренних стенок при отсутствии выталкивателей.
При наличии выталкивателей эти уклоны будут соответственно
2—10° и 3—12°.
Переходы от одной поверхности к другой должны осуществляться
с закруглениями. Острые углы по условиям горячей штамповки
недопустимы. Радиусы закруглений внутренних углов должны
быть больше радиусов закруглений наружных углов во избежание
брака при штамповке и для повышения стойкости штампа. В зави-
симости от высоты и отношения высоты к ширине элемента радиусы
закруглений принимают 1,5—12,5 мм для наружных и 4—45 мм
для внутренних углов.
Следует избегать форм заготовок, вызывающих боковое смеще-
ние штампов. Из-за несимметричных скосов заготовки (рис. 58, а)
возникает сдвиг штампов и брак продукции. Целесообразно на-
правление волокон в материале заготовки совмещать с ее продольной
осью. Нежелательно перерезание волокон или изгиб их под малым
радиусом. Конструкция заготовки должна, как правило, допускать
разъем штампов по горизонтальной плоскости. Эго упрощает кон-
струкцию ковочного и обрезного штампов. Нежелателен разъем по
170
ломаной и особенно по криволинейной поверхности. При ломаной
поверхности разъема участки этой поверхности не должны иметь
угол наклона к горизонтальной плоскости больше 60° в целях полу-
чения чистого среза облоя. В плоскости разъема должны распола-
гаться наибольшие габаритные размеры заготовки (рис. 58, б);
в этом случае получаются минимальные глубины полостей штампов
и обеспечивается их наилучшее заполнение металлом. Исключение
составляют заготовки в виде тел вращения при длине меньше трех
диаметров. Их проще штамповать вдоль оси, допуская в нижней
части штампа глубокую выемку.
Большая разница площадей поперечных сечений заготовки на
различных участках ее длины не допускается, так как она затруд-
няет штамповку и сопряжена с повышенным браком по зажимам
и незаполнению полости штампа. Тонкие стенки штампуемой заго-
товки уменьшают стойкость штампа вследствие быстрого остывания
и повышения сопротивления течению металла, обусловливают не-
доштамповку и повышают брак по незаполнению полости штампа.
Возрастает отход металла на обрезку облоя по периметру заготовки
(рис. 58, в). Рекомендуется принимать D 12S для штампованных
заготовок из стали и D 15S. для штампованных заготовок из
алюминиевых и магниевых сплавов.
Симметричная форма заготовки относительно плоскости разъема
и симметричные уклоны выступающих стенок упрощают изготовле-
ние штампов и процесс штамповки, снижают расход металла на
напуски и брак, связанный со смещением штампов. Выступы и
ребра не должны быть расположены близко друг к другу, так как
это затрудняет течение металла и заполнение полостей штампа.
Размеры бобышек, в которых осуществляют сверление и после-
дующую обработку отверстия, определяют исходя из минимальной
толщины стенки после обработки отверстия и возможного смещения
штампов. Детали цельной конструкции в ряде случаев можно за-
менять сварными для экономии металла и упрощения штамповки
(рис. 58, г). Однако в каждом конкретном случае необходимо про-
верять целесообразность такой замены. Иногда целесообразно соеди-
нить штампованную заготовку и прокат (пруток, труба) стыковой
или шовной сваркой.
Следует располагать заготовку в одной половине штампа (рис.
58, д), что снижает себестоимость его изготовления и повышает
точность штамповки, так как устраняется влияние сдвига штампов.
При конструировании заготовок, штампуемых на горизонтально
ковочных машинах, рекомендуется руководствоваться следую-
щими соображениями. На этих машинах можно штамповать заготовки
разнообразной конфигурации; чаще они представляют собой тела
вращения с односторонним утолщением или фланцем, сквозными
или глухими отверстиями. Толщина стенок заготовок с отверстиями
должна быть не менее 0,15 наружного диаметра заготовки.
Сужения в продольном сечении заготовки затрудняют течение
металла при штамповке, поэтому их следует избегать. Хвостовики
171
Рис. 59. Пример применения сварки для экономии материала:
а — штамповка крышки 1 из листа 2 с отходами 3 и 4; б — безотходная штамповка -
крышки / из полосы 2 после ее сварки в кольцо 3
конической формы также затрудняют штамповку, предпочтительно
их делать цилиндрическими. Объем фланцев на конце или посере-
дине заготовки из условий высадки не должен превышать значе-
пия lU-^-, где а — диаметр исходного прутка для получения заго-
товки.
Штамповочные уклоны для этого вида поковок могут быть не-
большими: 0,5° на высаживаемых в полости пуансона цилиндри-
ческих участках длиной более половины их диаметра, 0,5—1,5°
на буртах, формируемых во впадинах матриц, 0,5—3° на стенках
глухих отверстий длиной пять и более диаметров. Переходы от од-
ной поверхности к другой следует делать с закруглениями ради-
усом 1,5—2 мм.
Для холодной высадки применяют калиброванный пруток. Вы-
саживаемые элементы должны иметь по возможности простую
форму при минимальных объеме и диаметре. Для повышения стой-
кости холодновысадочных штампов не следует без необходимости
уменьшать допуски на размеры высаживаемых элементов. Пере-
ходы от одной поверхности к другой должны осуществляться с за-
круглениями радиусом не менее 0,5 мм.
При холодной листовой штамповке используют ленты, полосы
и листы. Ленту применяют для изготовления деталей толщиной
2—2,5 мм, полосу для деталей толщиной до 10 мм, лист для деталей
больших размеров. Ребра жесткости, отбортовки и другие конструк-
тивные элементы на штампованных деталях позволяют в ряде слу-
чаев уменьшить толщину материала. С помощью сварки (рис.
59,6 и 60, б) можно значительно экономить материал.
Конфигурация детали должна обусловливать минимальный от-
ход металла при раскрое. Для этого конфигурация одной стороны
детали по возможности должна быть копией другой ее стороны;
схемы нерационального, малоотходного и безотходного раскроя
полосы приведены соответственно на рис. 60, в, г и д.
172
Рис. 60. Примеры раскроя листового материала:
а — раскрой стандартного листа для вырезки заготовки / с отходами 2 и 5; б — безот-
ходный раскрой укороченного листа для вырезки заготовки /с последующей сваркой;
в — нерациональный раскрой полосы под штамповку вырезкой; г — малоотходный рас-
крой; д — безотходный раскрой
Минимальные размеры пробиваемых отверстий в зависимости
от их формы (круглое, квадратное, прямоугольное, овальное) со-
ставляют от толщины листа при пробивке заготовок: из мягкой
стали 0,7—1,2; из твердой стали 0,9—1,5; из титановых сплавов
1,75—2; из латуни и меди 0,6—0,9; из цинка 0,5—0,8; бакелита
и текстолита 0,4—0,7; картона и бумаги 0,3—0,6.
Расстояние между отверстием и краем заготовки и соседними .
отверстиями принимают для заготовок из мягкой стали равным
0,7—1,5 толщины листа. Расстояние от края отверстия до стенки
изогнутых и вытянутых заготовок
х = R + 0.5S,
где R — радиус сопряжения стенки с поверхностью заготовки,
в которой пробивают отверстие; S — толщина листа.
Минимальная ширина заготовки из мягкой стали должна быть
в 1,5 раза больше толщины. Предельные отклонения размеров
сопрягаемых штампованных заготовок (диаметра и длины)
следует назначать предельные отклонения несопрягаемых
размеров следует назначать Л8—Л8 с двусторонним расположением
поля допуска. Повышенная точность штампованных заготовок
(2—3-й класс точности) может быть получена введением операции
чистовой штамповки или зачистки. Шероховатость поверхности
среза получается в пределах Ra — 100 -ь 2,5 мкм при толщине
заготовки 1—5 мм.
При гибке в штампах высота прямой части отгибаемых стенок
должна быть больше удвоенной толщины материала (листа, полосы).
Меньшая высота может быть получена при наличии выдавленной
канавки у отгибаемой стенки или последующей обработкой реза-
нием.
При гибке в штампах угольников и скоб размер полки в зави-
симости от толщины S листового материала может быть выполнен
со следующими отклонениями А:
S, мм..........................................................2 2 — 4 4
Д, мм........................................................ ± 0,15 ± 0,3 ± 0,4
173
При вытяжке заготовок с большими плоскими поверхностями
во избежание местной деформации следует предусматривать на этих
поверхностях удлиненные и пересекающиеся ребра жесткости.
Сложные трудно выполнимые вытяжкой формы следует расчленять
на простые элементы с последующим соединением их сваркой или
пайкой.
При гибке под углом 90° минимальный радиус изгиба
r = kS.
Значение k для углеродистой стали 2,0—0,5; нержавеющей стали
1,0; титановых сплавов 2,0—3,5; латуни 0,3—0,5; алюминия 0,35.
При конструировании отливок необходимо выбрать способ
литья, определить положение отливки в форме, выбрать плоскость
разъема, установить количество и схему расположения стержней,
назначить толщину стенок отливки. Способ литья выбирают с уче-
том материала заготовки, ее конфигурации, требуемой точности,
программы выпуска и срока выполнения заказа. Во многих слу-
чаях основными наиболее сложными и дорогими в исполнении
деталями машин являются отливки. При производстве металло-
режущих станков, двигателей внутреннего сгорания, компрессоров
и других машин масса отливок литых деталей достигает 70—85%
всей массы изделия, поэтому выбор способа литья является важной
и ответственной задачей. При решении перечисленных вопросов
рекомендуется пользоваться следующими указаниями.
Если принять среднюю себестоимость изготовления отливок
из серого чугуна за 1, то для других материалов эта величина состав-
вит: 1,1 для модифицированного чугуна; 1,3 для ковкого чугуна;
1,8 для углеродистой стали; 2,5 для низколегированной стали;
3—6 для цветных сплавов; 6—8 для высоколегированных сталей.
При конструировании отливок следует упрощать их конфигура-
цию. При этом условии можно снизить себестоимость изготовления
моделей, стержневых ящиков, кокилей, пресс-форм. Упрощая кон-
фигурацию отливки, можно снизить себестоимость изготовления
деревянного модельного комплекта на 30%, а металлического на
40% и больше. Нетехнологичная конструкция литого (криволиней-
ного) кронштейна приведена на рис. 61, а. Следует стремиться
к более компактным отливкам. Крупные и сложные стальные от-
ливки целесообразно разделять на несколько частей, собираемых
сваркой. Конфигурация отливки должна обеспечивать возможность
беспрепятственного извлечения модели из формы и стержней из
стержневых ящиков. С этой целью необходимо назначать формо-
вочные уклоны для вертикальных поверхностей отливки. Для внут-
ренних поверхностей отливок принимают уклон большей величины,
чем для наружных. Следует по возможности избегать сложных
поверхностей разъема и отъемных частей модели, так как это
усложняет и удорожает формовку отливок (рис. 61, в и д).
Необходимо учитывать положение поверхностей при -заливке,
так как на верхних горизонтальных поверхностях отливки могут
174
Рис. 61. Примеры улучшения кон-
структивного оформления литых
заготовок:
а, в. д, ж, ut л, н, п, с — недостаточ-
но технологичные конструкции загото-
вок; б, 2t е, з, к, м, о, р, т, у—х —
технологичные конструкции заготовок
возникать газовые раковины. Ответственные поверхности заготовок
должны занимать в форме нижнее положение. Следует обращать
внимание на беспрепятственное заполнение формы жидким метал-
лом, избегая резких изменений направления и скорости его течения.
При конструировании отливки следует учитывать ее усадку,
торможение усадки, создаваемое формой и стержнями, и тормо-
жение, возникающее вследствие разной скорости остывания частей
отливки. Торможение усадки вызывает образование остаточных
напряжений в отливке. С возникновением остаточных напряжений
связаны коробление отливок и возможность появления трещин.
Необходимо предусматривать по возможности равномерное охлаж-
дение отливки и ее свободную усадку.
Конфигурация отливки должна обеспечивать возможность бес-
препятственного отрезания прибыли, литников и выпоров, вы-
бивки, стержней и удаления каркасов. На чертежах отливок следует
отмечать базовые поверхности, которые будут использовать при
последующей обработке заготовок, а также при проверке моделей и
отливок. Базовые поверхности должны образовываться моделью
175
и находиться в одной опоке для исключения влияния смещений
опок и стержней на их точность.
При назначении толщины стенок отливок необходимо учитывать
размер и массу отливки, ее материал и метод литья. Определение
толщины стенки расчетом по действующим нагрузкам не всегда
дает нужный результат. В малонагруженных местах стенка полу-
чается тонкой, и ее толщину приходится увеличивать. С увеличе-
нием толщины стенки отливки из серого чугуна прочность матери-
ала всегда понижается. Для отливок из серого чугуна при литье в
песчаные формы минимальная технологически допустимая тол-
щина стенки (мм)
= 200 + 4’
где L — наибольший габаритный размер отливки, мм.
Внутренние стенки отливки должны быть на 20% тоньше наруж-
ных стенок. В одной отливке рекомендуется предусматривать пере-
ходные поверхности одного радиуса. Резкие изменения толщины
стенки и острые углы в отливке недопустимы. Это особенно важно
в отливках из нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов. Пере-
ходы от одного сечения к другому должны быть плавными. Радиусы
закруглений при сопряжениях на одной стенке и угловых сопря-
жений двух или трех стенок зависят от толщины сопрягаемых сте-
нок. При скоплении металла (рис. 61, ж) в одном месте отливки воз-
можно образование пор, раковин и трещин.
Ребра жесткости располагают перпендикулярно плоскости разъ-
ема формы (рис. 61, к). В местах перехода от толстой стенки к тон-
кой ставят литейные смягчающие ребра. Если необходимо, эти ребра
после отжига отливки отрезают. Их толщина составляет 0,5—0,6
толщины топкой стенки. Радиусы закругления сопрягаемых поверх-
ностей принимают 2—120 мм в зависимости от габаритных размеров
поверхностей и углов сопряжения. При конструировании от-
ливок нужно обеспечивать принципы направленного затвердевания
и кристаллизации металла в литейной форме. Неправильная кон-
струкция отливки вызывает столбчатую кристаллизацию металла и,
как следствие этого, трещины. В отливках из сплавов, имеющих
большую усадку, необходимо, чтобы затвердевание происходило
снизу вверх в сторону прибыли.
При конструировании угловых элементов учитывают, что ско-
рость охлаждения их внешней стороны больше скорости охлажде-
ния внутренней стороны. Тепловые потоки, идущие перпендикулярно
стенкам отливки, пересекаясь, создают «горячее место» во внутрен-
ней области угла. Толщину стенок здесь берут на 20—25% меньше
толщины сопрягаемых стенок.
Внутренним полостям отливок желательно придавать конфигу-
рацию, не требующую применения стержней (рис. 61, о и р),
что снижает трудоемкость изготовления форм. Соединение
двух стержней (рис. 61, у и ф) устраняет применение жеребеек и
176
улучшает отвод газов из формы. Соотношения размеров внутренних
полостей, образуемых частями формы без применения стержней,
зависят от положения этих полостей в форме. При машинной фор-
мовке размеры полостей, образуемых частями формы, расположен-
ными в нижней опоке, принимают (рис. 61, х); полости,
образуемые частями формы в верхней опоке, должны иметь h 0,3 d;
при ручной формовке принимают И < 0,5 d и h 0,15 d. При
значительном числе полостей, образуемых стержнями, следует
стремиться к их унификации. При длине стержня, превышающей
его удвоенный диаметр, форма полости должна предусматривать
возможность крепления стержня за оба конца. Размеры полостей
и диаметры отверстий, образуемых стержнями, должны позволять
применение металлических упрочняющих каркасов.
Конструкция отливки должна обусловливать возможность уда-
ления из внутренних полостей заготовки стержневой смеси и кар-
касов, а также тщательной очистки ее внутренних полостей. В зак-
рытых внутренних полостях должны быть предусмотрены специаль-
ные усиленные бобышками отверстия для удаления стержневой
смеси; после очистки эти отверстия заделывают заглушками.
Наименьшая высота бобышек должна быть 5 мм при наибольших
габаритных размерах детали до 0,5 м, 10—15 мм — при размерах
детали 0,5—2 м и 20—25 мм — при размерах деталей свыше 2 м.
При литье в кокиль толщина стенок площадью 30 см2 в зависи-
мости от материала заготовки будет следующая: 3 мм для силуминов,
8—10 мм для стали, 15 мм для серого неотбеленного чугуна. Тол-
щину внутренних стенок и ребер рекомендуется брать 0,6—0,7 тол-
щины наружных стенок. Толщина стенок должна быть по возмож-
ности одинаковой, а конструкция отливки — удобной для ее уда-
ления из формы.
При литье по выплавляемым моделям можно получить заготовки
сложной формы с минимальной толщиной стенок 1—2 мм и мини-
мальным диаметром отверстий 2 мм. Из-за малой жесткости керами-
ческого материала литейной формы следует избегать в заготовке
поверхностей большой протяженности. Желательно выдерживать
одинаковую толщину стенок. Минимальный радиус закругления
стенок 1—3 мм. Отливки могут быть получены без литейных уклонов
(уклон около 0,5° нужен только для удаления выплавляемой
модели из формы). Следует избегать глухих отверстий.
При литье в оболочковые формы должна быть одна плоскость
разъема. Следует выдерживать равную толщину стенок и избегать
отъемных частей и стержней. Уклоны не менее 1° (желательно
2—4°), а минимальные радиусы закругления 2,5—3 мм. Минималь-
ная толщина стенок отливки 2—2,5 мм.
Требования к механической обработке. Требования к обработке
можно сформулировать следующим образом.
1. Сокращать объем механической обработки, уменьшая протя-
женность обрабатываемых поверхностей (рис. 62, а), предусматри-
вать допуски только на размеры поверхностей сопряжения.
177
Рис. 62. Примеры улучшения конструктивного оформления деталей машин
2. Повышать точность выполнения заготовок, так как объем
обработки резанием при этом может быть значительно сокращен.
При выборе материала детали назначать материал, обладающий
лучшей обрабатываемостью, учитывая, что скорость резания в этом
случае может быть повышена.
3. Предусматривать возможность удобного и надежного закреп-
ления заготовки на станке. Повышать жесткость заготовки, что
уменьшает ее деформации от сил резания и закрепления, позволяет
увеличивать режимы резания и одновременно использовать не-
сколько режущих инструментов путем совмещения переходов обра-
ботки (рис. 62, б).
4. Предусматривать возможность удобного подвода высокопроиз-
водительного режущего инструмента к обрабатываемой поверх-
ности. Сокращать путь врезания инструментов и уменьшать вспо-
могательное время, предусматривая конструкции, допускающие
возможность одновременной установки нескольких заготовок для
обработки (рис. 62, в). Для обработки на проход предусматривать
выход режущего инструмента (рис. 62, г, размер Д).
5. Обеспечивать удобные и надежные базирующие поверхности
для установки заготовок в процессе их обработки; соответствующей
простановкой размеров предусматривать совмещение технологи-
ческих и измерительных баз, а также соблюдение принципа посто-
янства баз.
Выбор измерительных баз и простановка размеров должны
обеспечивать наибольшие удобства, надежность и производитель-
ность контроля, возможность применения простых по конструкции
контрольно-измерительных инструментов и приспособлений, а также
проверки нескольких размеров заготовки при одной ее установке.
При простановке размеров следует учитывать особенности проме-
178
.я-
жуточного и окончательного контроля, осуществляемого как на
контрольных постах, так н непосредственно на станке.
Простановка размеров должна быть увязана с последователь-
ностью выполнения и содержанием операций обработки. Нельзя
координировать несколько необработанных поверхностей относи-
тельно обрабатываемой (размеры а, Ь, с на рис. 62, 5). Необработан-
ные поверхности нужно координировать между собой и задавать
только один размер от необработанной поверхности до обрабаты-
ваемой. Не рекомендуется проставлять размеры от линий построе-
ния, осей, острых кромок и поверхностей, от которых измерение
детали затруднено (размеры а, Ь, с на рис. 62, е). Недопустима
простановка размеров, проверка которых связана с выполнением
подсчетов и косвенных методов контроля.
В некоторых случаях выгодно разделять сложные детали на
простые. Сборный вариант крупногабаритной шестерни (рис. 62, ж)
позволяет выполнить фланец из более дешевого материала, чем
венец, удешевляет ремонт детали, обеспечивает нарезку зубьев
на небольшом станке. Сборную конструкцию, напротив, часто
можно заменить моноблочной (рис. 62, з), что уменьшает объем
обработки детали резанием. Выбор того или иного варианта должен
подтверждаться конкретными экономическими расчетами.
Наружные поверхности вращения. Ступенчатые поверхности
должны иметь минимальный перепад диаметров. При больших
перепадах применяют высадку головок, фланцев или используют
составные конструкции для уменьшения объема обработки резанием
и расхода металла. Не рекомендуется делать кольцевые канавки
на торцах, особенно со стороны стержня (рис. 63, а), так как они
трудоемки в обработке, и выступы, не вписывающиеся в контур
поперечного сечения детали (рис. 63, б). Элементы тел вращения
унифицируют для использования одних и тех же многорезцовых
наладок (рис. 63, в). Рекомендуется заменять переходные поверх-
ности фасками (рис. 63, г). Сферические выпуклые поверхности
делают со срезом перпендикулярно оси (рис. 63, д), в местах сопря-
жения точных поверхностей предусматривают выход инструмента
(рис. 63, е).
Отверстия. На деталях предусматривают сквозные отверстия,
так как обрабатывать их легче, чем глухие. Конфигурация глухих
Рис. 63. Примеры улучшения конструктивного оформления деталей типа тел
вращения
179
Рис. 64. Примеры улучшения конструктивного оформления обрабатываемых
отверстий в деталях машин
отверстий должна быть увязана с конструкцией применяемого
инструмента (зенкера, развертки, рис. 64, а), имеющего коническую
заборную часть и образующего у дна отверстия переходную поверх-
ность. Ось отверстия должна располагаться от вертикальной стенки
детали па расстоянии (рис. 64, б)
Л^-В+R.
а для отверстий под соединительные болты на расстоянии
л
где D — диаметр отверстия; Dr — диаметр описанной окружности
гайки; R — радиус переходной поверхности к поверхности фланца.
Расстояния между отверстиями назначают с учетом возможности
применения многошпиндельных сверлильных головок. Расположе-
ние и размеры отверстий во фланцах унифицируют с целью примене-
ния многошпиндельных головок. Во избежание поломки сверл
при сверлении поверхности на входе и выходе инструмента должны
быть перпендикулярны оси отверстий (рис. 64, в). Для одновре-
менной обработки нескольких отверстий, расположенных на одной
оси, рекомендуется последовательно уменьшать размеры отвер-
стий на величину, превышающую припуск на обработку предшест-
вующего отверстия (ступенчатое расположение отверстий). У дна
точных глухих отверстий предусматривают канавку для выхода
инструмента (рис. 64, г). Нужно избегать отверстий с непараллель-
ными осями (рис. 64, д), а также глухих отверстий, пересекающихся
180
Рис. 65. Примеры улучшения конструктивного оформления обрабатываемых
поверхностей деталей машин
с внутренними полостями. В последнем случае предпочтительно
делать сквозное отверстие с заглушкой (рис. 64, е). Цекование тор-
цов отверстий лучше заменять точением (рис. 64, ж) или фрезеро-
ванием. Рекомендуется избегать растачивания канавок в отверстиях
на сверлильных и агрегатных станках; вместо выточек рекомен-
дуют литые выемки (рис. 64, з) глубиной l-i-1,5 мм.
Резьба. В нарезаемом отверстии рекомендуется делать заходную
фаску. При сквозных резьбовых отверстиях улучшаются условия
работы режущего инструмента. При нарезании резьбы метчиком
в глухом отверстии без канавки, а также при нарезании резьбы
на концах валиков должен предусматриваться сбег резьбы. При
резьбофрезеровании канавки для выхода фрезы необязательны.
Резьба должна быть нормализована для всех производимых изде-
лий. Следует избегать применения резьб малого диаметра (до 6 мм)
в крупных деталях из-за частой поломки метчиков.
Плоские поверхности. Конфигурация обрабатываемых поверх-
ностей в плане должна обеспечивать равномерный и безударный
съем стружки. Ширину поверхностей необходимо увязывать с нор-
мальным рядом диаметров торцовых или длин цилиндрических
фрез. Предпочтительна обработка поверхностей на проход (нижний
вариант на рис. 65, а). В случае, когда не предусмотрен выход
для режущего инструмента, переходная часть обрабатываемых
поверхностей должна соответствовать размерам и виду режущего ин-
струмента (верхний вариант на рис. 65, а). Бобышки и платики
па деталях следует располагать на одном уровне (рис. 65, б). Не
следует обрабатывать внутренние поверхности корпусных деталей.
Обрабатываемые поверхности желательно располагать выше при-
мыкающих элементов (ребер, выступов, рис. 65, в), что облегчает
обработку на проход.
Пазы и гнезда. Пазы должны по возможности допускать обра-
ботку на проход; переходная часть паза должна соответствовать
радиусу дисковой фрезы. Глубину и ширину пазов выбирают в со-
ответствии с размерами нормальных пазовых фрез. Предпочти-
181
тельны пазы, обрабатываемые дисковыми, а не концевыми фрезами
(рис. 65, г). Радиусы закругления у гнезд и выемок (рис. 65, д)
должны быть одинаковыми по всему контуру обрабатываемой
поверхности и соответствовать размерам нормальных пазовых
фрез.
Приведенные правила и рекомендации носят общий характер.
Для деталей, обрабатываемых на станках с программным управле-
нием, агрегатных станках и автоматических линиях, существуют
дополнительные рекомендации, учитывающие особенности этих
станков.
§ 4. ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛЕЙ
С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ
И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Термическая и химико-термическая обработка, проводимая на
начальной, промежуточной и заключительной стадиях процесса
изготовления деталей, позволяет повысить их надежность и долго-
вечность в несколько раз. Это достигается улучшением общих
свойств металла, а также поверхностным упрочнением деталей,
в результате чего уменьшается их износ.
Детали, подвергаемые термической обработке, должны иметь
простые геометрические формы и симметричную конфигурацию
без острых граней, тонких перемычек и резких переходов в сече-
ниях. Перед термической обработкой на деталях нежелательно
иметь прорези, отверстия и канавки, в зоне которых могут возник-
нуть напряжения и трещины при нагреве и охлаждении. Шерохо-
ватость поверхности деталей, подвергаемых закалке, должна быть
не ниже Ra = 10 мкм. При большей шероховатости возможно
образование трещин и разрушение детали. Обезуглероженный
поверхностный слой и следы окалины приводят при закалке к не-
равномерной и заниженной твердости.
В деталях, закаливаемых с помощью токов высокой частоты,
толщина закаленного слоя должна быть больше глубины имею-
щихся кольцевых выточек, иначе предел выносливости деталей
снижается и они разрушаются по выточке. Следует избегать выхода
закаленного слоя в опасную (нагруженную) зону детали. В этой
зоне может произойти разрушение детали в результате суммиро-
вания напряжений, возникающих при работе детали, с напряже-
ниями в закаленном слое. Для предупреждения оплавления кромок
на торцах деталей и в отверстиях следует предусматривать фаски.
Резьбы на деталях, подвергаемых химико-термической обработке,
рекомендуется не калить, так как они получаются повышенной
твердости и хрупкими. В опасных зонах (тонкие стенки и пере-
мычки) следует назначать местную химико-термическую обработку
для предупреждения трещин при закалке. Детали, склонные к ко-
182
роблёнию, рекомендуется выполнять из легированных сталей,
закаливающихся в масле или на воздухе.
Разработка разнообразных и в особенности сложных конструк-
ций деталей машин, полностью отвечающих производственным
условиям, часто связана с технологическими задачами, решать
которые могут только специалисты в различных областях техноло-
гии (обработки давлением, литейном производстве, обработки ре-
занием и т. п.). Поэтому при конструировании деталей машин целе-
сообразны консультации соответствующих специалистов-технологов.
§ 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
КОНСТРУИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПЛАСТМАСС
Детали из пластмасс изготовляют прессованием исходных мате-
риалов в виде порошков или таблеток с применением или без при-
менения арматуры или волокнистых наполнителей; литьем в спе-
циальных литьевых машинах; методом экструзии для получения
прутков, полос, труб и специальных профилей; пневмо- и вакуум-
формованием из листового термопласта, нагретом до пластичес-
кого состояния; штамповкой из подогретых листов текстолита,
гетинакса и других материалов типа термопластов. Обработке реза-
нием подвергают детали, получаемые из прутков, труб и другого
профильного материала, а также прессованные детали и отливки.
В последнем случае выполняют в основном отделочные опера-
ции.
Детали должны иметь простую форму для легкого извлечения
их из пресс-форм. Разностенность, допускаемая в конструкции
детали, не должна быть более 30%. Величины уклонов принимают
1 : 100 для наружных поверхностей и 1,5 : 100 для внутренних
поверхностей. Эти значения рекомендуются для деталей с размерами
в направлении уклона до 20 мм. С увеличением размеров деталей
уклоны следует уменьшать в 2—3 раза. Необходимо избегать под-
нутрений в конструкциях деталей, так как это усложняет пресс-
формы и ухудшает условия прессования. Толщину стенок назна-
чают в зависимости от размера детали; для порошкообразных фено-
пластов ее можно брать в пределах 1—6,5 мм; для аминопластов
в пределах 1—3,5; для волокнистых пластмасс в пределах 1,5—8 мм.
Острые углы в деталях заменяют плавными скруглениями. Это облег-
чает течение материала в пресс-форме, увеличивает прочность де-
тали и устраняет опасность возникновения трещин.
Для повышения прочности детали и уменьшения ее коробления
предусматривают ребра жесткости. Их толщину рекомендуется
брать в пределах 0,6—0,8 толщины примыкающей стенки. Направ-
ление ребер должно совпадать с направлением прессования. Откры-
тые торцы деталей целесообразно усиливать буртиками, что пре-
дохраняет деталь от растрескивания. Буртики располагают по
всему периметру торца без разрывов.
183
При наличии отверстий в пластмассовой детали минимальную
толщину перемычки следует брать не менее 0,5 мм при диаметре
отверстий 2,5 мм и не менее 2,5 мм при диаметре отверстий 16 мм.
Минимальное расстояние от края детали до стенки отверстия при
тех же диаметрах рекомендуется соответственно 1 и 4,5 мм.
Резьбу в пластмассовых деталях можно получать прессованием
(при использовании металлических резьбовых стержней в пресс-
форме), нарезанием метчиками и применением резьбовых ме-
таллических вставок, заливаемых в пластмассовую деталь. При
наличии резьб в пластмассовой детали длину свинчивания берут
в 1,5—2,5 раза больше поминального диаметра резьбы. Резьбы диа-
метром менее 3 мм в пластмассовой детали рекомендуется нарезать
метчиками. Высота арматуры в пластмассовых деталях (втулки,
стержни, усиливающие вставки) должна быть не менее двух ее диа-
метров для повышения прочности ее посадки.
Точность размеров пластмассовых деталей рекомендуется назна-
чать в пределах 5—7-го классов. В отдельных случаях опа может
быть повышена до 4-го класса. Шероховатость поверхностей для
деталей из термопластов можно назначать Ra — 1,0 0,04 мкм,
а для деталей из термореактивных пластмасс Ra — 6,3 -5- 0,5 мкм.
§ 6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
КОНСТРУИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ
ИЗ МЕТАЛЛОКЕРАМИКИ
Основной показатель качества деталей из металлокерамики —-
равномерная плотность их материала. Неравномерная плотность
вызывает напряжения в материале, следствием чего может быть
коробление и растрескивание деталей. Этот брак устраняют вырав-
ниванием толщины стенок и правильным выбором направления
прессования детали. Отношение ее размера в направлении прессо-
вания к максимальному поперечному размеру не должно превышать
единицы. Минимальная толщина стенки детали цилиндрической фор-
мы 1 мм, для деталей других типов 1,5 мм. Радиусы закругления
внутренних углов сопрягаемых стенок следует назначать не менее
0,3 мм, а наружных не менее 2,5 мм. Различные утолщения, при-
ливы, фланцы нужно располагать в плоскости, перпендикулярной
направлению прессования, и возможно ближе к верхней части матри-
цы. Канавки, углубления и выемки следует выполнять также в на-
правлении прессования. Для облегчения выталкивания полученных
заготовок из прессформы следует предусматривать уклоны на стен-
ках, перпендикулярных плоскости разъема пресс-формы. Угол ук-
лона должен быть в пределах 5—10°. Не следует конструировать
детали с узкими пазами и тонкими гребнями, так как на этих
элементах возможно появление дефектов.
ГЛАВА VI
ХАРАКТЕРИСТИКА И РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ВЫБОРУ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
§ 1. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК
Заготовки деталей машин получают литьем, обработкой давле-
нием, резкой сортового и профильного проката, а также комбини-
рованными способами.
Получение заготовок литьем характеризуется данными, при-
веденными в табл. 11. Методы 2—5 и 8-й хорошо механизированы,
а методы 6, 7, 9, 10 и 11-й частично и полностью автоматизированы.
Часовая производительность методов: 11-го до 1000 мелких отливок,
10-го до 30 отливок и 9-го 15 отливок. При автоматизации 6-го
метода можно получать до 450 полуформ в час. Наибольший коэф-
фициент использования металла (0,9 и выше) обеспечивается мето-
дами 7, 8 и 11 (без учета потерь металла на литники), а также мето-
дами 6, 9 и 10 (коэффициент использования металла 0,8—0,9). При
центробежном литье литников нет, ио на внутренней поверхности
полой заготовки оставляют большой припуск. Коэффициент исполь-
зования металла при других методах литья 0,6—0,8. Перспективен
метод литья по газифицируемым (выжигаемым) моделям из пено-
полистирола. Он сокращает процесс изготовления заготовок и по
сравнению с литьем по выплавляемым моделям позволяет получать
более крупные точные отливки. Прогрессивна штамповка заготовок
из жидкого металла; ее преимущества: нет литниковой системы,
высокая точность (5—7-й класс по ОСТ 1015 и 1010) и малая шеро-
ховатость поверхности (Ra — 12,5 -н 3,2 мкм), возможность полу-
чения тонких стенок (0,5 мм).
Получение заготовок обработкой давлением характеризуется
данными, приведенными в табл. 12. Наиболее полно автоматизиро-
ваны методы 3, 6, 7, 10—12-й и в меньшей степени методы 1 и 2-й.
Наиболее производительны методы 10 и 11-й (до 300 шт/мин). При
штамповке небольших заготовок на молотах и прессах достигается
производительность до 1000 шт/ч. Наименее производительны ме-
тоды 1 и 2-й. Наибольший коэффициент использования металла (0,9)
обеспечивается при использовании методов 6, 7, 8 и 10-го (отсутствие
облоя и малые штамповые углы) и особенно при использовании мето-
дов 11, 12 и 13-го. В последнем случае коэффициент использования
металла приближается к единице. Самый короткий цикл формообра-
зующих операций (без очистки и термической обработки) обеспе-
чивают методы 6, 8, 10—12-й.
185
g Характеристика методов выполнения отливок
1 № метода | Литье заготовки Масса заготов- ки, т Наименьшая тол- щина стенки, мм
1 В песчаную смесь: при ручной формовке по деревянным моделям или шаблонам в опоках, поч- ве или кессонах Не огра- ничена (100 и более) Из чугу- на 3- 5, из стали 5—8, из цветных металлов 3-8
2 при машинной формовке по деревянным и металли- ческим моделям До 10 То же
3 при машинной формовке но металлическим моде- лям со сборкой стержней в кондукторах 3-5
4 в стержневые формы Не огра- ничены »
5 в многократные (цементные, графитовые, асбесто -и графи- тоалебастровые) формы1 0,03-30 То же
6 в оболочковые формы До 0,15 Из стали 3—5, из алюми- ния 1-1,5
Таблица 11
Форма заготов- ки Класс точности Шероховатость поверхности Ra, мкм Материал Производство
Сложная » » Сложная То же З-й по ГОСТ 1855—55 (чугун) и ГОСТ 2009-55 (сталь) 2 -З-й по тем же ГОСТ ам 1 -2-й по тем же ГОСТам » 2—З-й по тем же ГОСТам 5—7-й по ОСТ 1015 и 1010 80—20 20-5 » » 80-20 10—2,5 Чугун, сталь, цветные и специ- альные сплавы То же » » Единичное и мел- косерийное Серийное Массовое и круп- носерийное Единичное, серий- ное и массовое Серийное Серийное и массо- вое
Продолжение табл. 11
метода
Литье заготовки а о н о « tn я , и h U « -Г s г Наименьшая тол- щина стенки, мм Форма заготов- ки Класс точности Шорохов атость поверхности Ra, мкм Материал Производство
7 По выплавляемым моделям До 0,15 0,о Сложная 4—5-й по ОСТ 1013 10—2,5 Сталь, Серийное и массо-
8 По замораживаемым ртутным До 0,14 0,5 (при сбор- ных мо- делях) То же и 1015 (0,1 мм на 100 мм) » 5-1,25 трудно- обраба- тываемые сплавы То же вое То же
9 моделям Центробежное 0,01-1,0 5-8 Тело вра- 5- 7-й по тем же 40-10 Чугун,
10 В кокиль3 0,25-7 Из силу- щения2 Зависит ОСТам 5—8-й по ОСТ 1015 20-2,5 сталь, цветные сплавы То же
И Под давлением До 0,1 мина 3,0; из стали 10; из чу- гуна (без отбела) 15 0,5 от кон- струкции кокиля То же и 1010 3-5-й по ОСТ 1013 5,0-0,63 Сплавы Крупносерийное и
12 По газифицируемым моделям До 15 Из стали Сложная и 1015 5-7-й по ОСТ 1015 10-2,5 цветных металлов Сталь, массовое Единичное и серий-
1 Стойкость форм несколько десятков 8 Возможно также получение сложны отливок. х радиальн 6-8 расположе иных в фор и 1010 ме отливок размером до 200 мм от чугун одного сто ное яка.
3 Метод экономически целесообразен при партии не менее 300 заготовок, а при литых поверхностях формы — не менее 100 заготовок.
§0 Характеристика методов обработки заготовок давлением
а и а; Метод выполнения заготовок Размер или мас- са Толщина стенки, мм
1 Ковка:
на молотах и прессах До 250 т 3—5
2 на молотах в подкладных 10 кг и 3—5
кольцах и штампах более
3 на радиально-ковочных ма- Диаметр 3-5
шинах прутка
(трубы)
до 150
ММ
4 Штамповка:
на молотах и прессах До 0,4 т 2,5
Таблица 12
Форма заготовки Точность Шероховатость поверхности Ra, мкм Материал Производство
Простая На молотах по Углеро- Единичное и мел-
ГОСТ 7829 - 70 и прессах 1—2-й группы по ГОСТ 7062—67 До 80 д истые и легиро- ванные стали, специаль- ные спла- вы косерийное
Средней сложно- сти По ГОСТ 7829—70 До 80 То же Мелкосерийное
Ступен- чатые те- ла вра- щения 0,04—0,4 мм (хо- лодная) и 0,! - 0,6 мм (горячая) До 0,4 (холод- ная) » Серийное
Ограни- чена воз- можно- стью из- влечения заготовки из штам- па 1 и 2-й классы по ГОСТ 7505-74 80-20 » Серийное и массо- вое
метода
Метод выполнения
заготовок
5 Штамповка:
с последующей калибров- кой Плошадь калибруе- мой поверхности 2,5—80 см2
6 высадкой па горизонталь- но-ковочных машинах Ло 0,015 т 2,5
7 безоблойиая До 0,015 т —
8 выдавливанием Диаметр до 200 мм Для алю- миниевых сплавов
00
Продолжение табл. 12
Форма заготовки Точность Шероховатость поверхности Ra, мкм Материал Производство
Ограни- чена воз- можно- стью из- влечения заготовки из штам- па 0,05—0,1 мм 10—2,5 Углеро- дистые и легиро- ванные стали, специаль- ные сплавы Серийное и массо- вое
Простая 1—2-й классы по ГОСТ 7505-74 80—20 Стали и цветные сплавы То же
Простые 1—2-й классы по ГОСТ 7505—74 80 -20 То же »
Простые (преиму- ществен- но тела вращения) 0,2—0,5 мм 80—20 Углеро- дистые и легиро- ванные стали, специаль- ные сплавы
Vo метода Метод выполнения заготовок Размер или мас- са Толщина стенки, мм
9 Штамповка: на чеканочных кривошип- но-коленных прессах До 0,1 т 2,5
10 Фасопнное вальцевание на ко- вочных вальцах До 0,05 т X.
И Прокатка заготовок на попе- речно-винтовых и специаль- ных станах До 0,25 т 2,5
12 Холодная высадка на автома- тах Диаметр 1-30 мм 2,5
13 Волочение прутков через спе- циальные профили для после- дующего изготовления штуч- ных заготовок Диаметр 1—25 мм 2,5
Продолжение табл. 12
Форма заготовки Точность Материал Производство
Шероховато Я □ г а. j ~
Средней сложно- сти На 25-30% вы- ше, чем на моло- тах 80- -20 Углеро- дистые и легиро- ванные стали, специаль- ные сплавы Серийное и массо- вое
То же 1 и 2-й классы по ГОСТ 7505—74 80- -20 То же То же
Тела вра- щения 0,5—2,5 мм 40 -10 » »
Тела вра- щения 3 5-й класс по ОСТ 1013 и 1015 5,0- -1,25 » »
Фасон- ный про- филь 0,05-0,1 мм 5,0- -1,25
Перспективен метод электровысадки, при котором предвари-
тельно обработанную на станке заготовку (или прокат) подвергают
местному нагреву с помощью тока низкого напряжения в течение
2—4 с. При температуре 900—1000° С заготовка формируется
в штампе пресса. Заготовки получают без окалины по 2—3-му классу
точности.
Холодная листовая штамповка является высокопроизводитель-
ным методом. Исходным материалом для получения заготовок
широкой номенклатуры служат листовой металл в виде полос и
ленты. Для восстановления пластических свойств металла после
штамповки вытяжкой применяют отжиг. При листовой штамповке эф-
фективны групповые штампы (целесообразны при партии 70—80 заго-
товок). Точность листовой штамповки в совмещенном штампе ± 0,02
— 0,08 мм, последовательном ±0,10—0,30 мм и раздельном
± 0,30—0,50 мм. При свободных размерах холодноштамповавных
деталей может быть выдержан 7-й класс точности.
Для формообразования заготовок толщиной до 6 мм и диаметром
до 2 м в серийном производстве применяют также беспрессовую
гидровзрывную и электрогидравлическую штамповку. В этом слу-
чае штамп имеет одну матрицу. Точность профиля штампованной
заготовки при диаметре 2 м достигает 2—3 мм. В качестве источника
энергии используют бризантные взрывчатые вещества, высоковоль-
тные разряды в воде и импульсы электромагнитного поля.
К обработке давлением относятся также гибка заготовок из
проката на гибочных машинах, раскатка полых заготовок (колец,
втулок) для увеличения их диаметра, а также вальцовка обечаек
на вальцовочных станках. Особый случай представляет давильные
работы для получения фасонных тел вращения из листового мате-
риала с исходной заготовкой в виде диска.
Правкой поковок устраняют искривления и коробления заго-
товок, возникающие при обрезке облоя и прошивке отверстий,
а также от действия остаточных напряжений. Правку осуществляют
в горячем или холодном состоянии. Горячую правку производят
на прессе после обрезки облоя и прошивки отверстий; холодную —
после термической обработки и очистки поковки от окалины. Холод-
ная правка в штампах производительнее горячей правки (100—
150 шт/ч).
Заготовки из проката используют при непосредственном изго-
товлении из него деталей на металлорежущих станках и для выпол-
нения поковок и штампованных заготовок. Применяют сортовой
и фасонный прокат, используя калиброванные прутки по ГОСТ
7417—75 и горячекатаную сталь повышенной и обычной точности
по ГОСТ 2590—71.
Детали из проката изготовляют после его резки на заготовки
или из прутка (полосы, листа). Для изготовления деталей соответ-
ствующей конфигурации применяют круглый, квадратный, ше-
стигранный, полосовой прокат, а также бесшовные и сварные
трубы.
191
Рис. 66. Гнутые профили (а) и прокат специальных профилей (б)
Заготовки валов часто получают из полосы, которую после раз-
резки вальцуют в цилиндр, а шов сваривают па роликовом аппарате.
Для получения уступов цилиндр обжимают на гидравлических
прессах. Экономия материала при изготовлении валов из полосы
достигает 60% по сравнению с изготовлением из прутка.
Гнутые профили, применяемые для изготовления многих деталей, ;
легкие и достаточно жесткие. В конструкциях используют откры-
тые, закрытые и многослойные профили (рис. 66, а). Форма гнутых
профилей может быть приближена к форме отдельных элементов •
конструкции. Экономию металла (30—70%) и сокращение времени £
обработки (20—40%) можно получить при изготовлении деталей з
из фасонных труб или труб переменного сечения. я
Специальный прокат, применяемый в крупносерийном и массо-
вом производстве, почти полностью исключает обработку резанием,
на долю которой остается в основном отрезка, сверление отверстий 4
и зачистка. Профили специального проката показаны на рис. 66, б. J
Правка проката предшествует его резке на мерные заготовки, кото- 'й|
рые в некоторых случаях также подвергают правке. Правкой умень- 3
тают припуск на последующую механическую обработку заготовки |
и устраняют поломки зажимных механизмов револьверных станков ;
и автоматов. Методы правки проката и заготовок приведены в табл. 13. i
В результате холодной правки возникают остаточные напряже-
кия в материале заготовки; поэтому ее не применяют при изготов-
лении особо ответственных деталей машин. Резку заготовок из про- |
ката (табл. 14) обычно производят по упору.
Комбинированные методы целесообразно применять для изго- л
товления сложных и крупных заготовок. Обычно их расчленяют , ‘Я
на отдельные простые элементы, изготовляемые прогрессивными -я
способами с последующим соединением этих частей сваркой или
пайкой. Примеры заготовок: листоштампованные элементы, соеди- j
пенные точечной или шовной сваркой в одну сложную заготовку; ! 1
Г]
192 U
Таблица 13
Методы правки проката и заготовок
№ п/п Правка Точность правки на 1 м длины, мм Применяется для
1 На правильных валках 1-2 Листового и углового проката
2 На гибочных и правильных прессах 1 Листов, прутков, литых (ковкий чугун, сталь) и штампованных заготовок
3 На правильно-растяжных ма- шинах и экспандерах 0,5 —0,9 Листов, прутков и сварных кон- струкций
4 На правильно-отрезных стан- ках 0,5—0,7 Прутков и проволоки, поставля- емых в бухтах
5 На правильно-калибровоч- ных станках 0,5 —0,9 Круглого проката диаметром до 100 мм
6* На накатных станках глад- кими плашками 0,05 — 0,1 Круглых заготовок длиной до 200 мм
7** Ручная на плитах, в приспо- соблениях и струбцинами 0,1—2 Плоских и цилиндрических заго- товок
8 Ацетилено-кислородпая До 0,5 Листов, сварных конструкций
* Производительность 60 шт/мин.
** Производительность не выше I — 2 шт/мин.
штампованные из листа и механически обработанные заготовки,
соединенные в одно целое пайкой; полученные газовой резкой
элементы из листового проката (или отливки), соединенные шовной
сваркой в крупногабаритные заготовки (фундаментальные кольца
гидротурбин, рамы стационарных двигателей внутреннего сгорания,
станины тяжелых станков); штампованные или обработанные реза-
нием заготовки, залитые в одну сложную заготовку (диафрагмы
паровых турбин с залитыми лопатками); предварительно обрабо-
танные поковки или элементы из проката, соединенные электро-
шлаковой сваркой в одну крупную заготовку; средние по размеру
отливки, соединенные термитной сваркой в одну крупную и слож-
ную заготовку.
При значительном упрощении технологии изготовления элемен-
тов сварной конструкции по сравнению с технологией литья
или ковки цельной заготовки сварная заготовка получается более
легкой. Ее наиболее нагруженные элементы могут быть выпол-
нены из легированной стали. Трудоемкость последующей обработки
резанием комбинированных заготовок сокращается на 20—40%.
Металлокерамические детали изготовляют из металлов, не смеши-
ваемых в расплавленном виде (железо — свинец; вольфрам — медь)
или композиций, состоящих из металлов и неметаллов (медь —
графит и др.). Заготовки этих деталей получают прессованием сме-
сей порошков в пресс-формах под давлением 1000—6000 кгс/см2
с последующим спеканием. Порошки получают измельчением метал-
7 п/р. Корсакова В. С. 193
Таблица 14
Методы резки проката
№ п/п Резка Точность резки, мм Ra, мкм Обработка
1 Газовая (ацетилено-кисло- родная, кислородная, плазменно-дуговая) Ручная -| 2-5. машинная •| 0,5—1 50-25 Листового и про- фильного проката, заготовок различ- ной конфигурации
2 На приводных ножницах -!. 0,12—1,5 12,5 — 6,3 Листового проката, полос и прутков разного профиля
3 Фрикционными дисками г 1 50-25 Прутков и труб
4 Круглыми пилами 0,4 — 3,0 6,3—3,2 Прутков разного профиля
5 На приводных ножовках 2,0—4,5 12,5 — 6,3 Круглого и про- фильного проката
6 Ленточными пилами 1.5 —3,5 12,5-6,3 —
7 Отрезными резцами 0,3 —0,8 1,6-0,8 Круглого проката и труб
8 Абразивными кругами 0,5—1,0 1,6 —0,8 Твердых материа- лов
9 Электрох ими ч еск а я 0,08 — 0,5 1,6—0,2 То же
10 Электроэрозиоиная Черновая 0,5—2,0, чистовая 0,08 — 0,2 6,3 —0,8 Круглого проката (прутки, трубы)
Примечания: По методам резки (см. К» п/п): 1. Поверхность реза обезуглерэ-
живается на глубину 1 — 1,5 мм.
2. Поверхность реза неровная. Необходима подрезка торца при обработке резанием.
3. Поверхность реза имеет наплывы и заусенцы.
4. Метод производителен, но велики отходы в стружку при толщине диска 8—12 мм
и коротких заготовках.
5. Метод мало производителен. Отход металла в стружку незначителен.
6. Самый малый отход металла в стружку (толщина ленты 1 мм).
7. Наиболее производителен при резке труб.
лов в шаровых мельницах и бегунах (частицыразмером0,04—0,10мм),
в вихревой мельнице (частицы размером 0,02—0,04 мм), а также
путем распыления легкоплавких металлов в жидком виде. Прессо-
вание осуществляется на гидравлических или кривошипных прессах,
а спекание — в газовых или электрических печах. Время спекания
от 15 мин до 24 ч в зависимости от размеров заготовок и свойств
материала. Этим методом обычно получают заготовки массой до 5 кг
с точностью 5—7-го класса. Шероховатость поверхности Ra =
— 3,2 <- 6,3 мкм.
Для придания заготовкам более точных размеров их до спекания
нередко подвергают обработке резанием или калибровке в пресс-
формах. Металлокерамические заготовки подвергают чистовой и
тонкой обработке металлическим инструментом. Шлифование не
производят во избежание попадания частиц абразива в поры мате-
риала.
194
Малая плотность, демпфирующая способность, стойкость к агрес-
сивным средам, электротеплоизоляционные и антифрикционные
свойства, простота переработки в изделия способствуют широкому
применению пластмасс в машиностроении. При замене черных ме-
таллов пластмассами себестоимость массового изготовления деталей
снижается в 1,5—3,5 раза, а при замене цветных металлов в 5—
20 раз. Обычно пластмассы представляют собой многокомпонентные
материалы, состоящие из связующего вещества, наполнителя,
пластификатора, красителя, связывающего вещества, катализатора,
ингибитора и других добавок. Подбором компонентов материалу
придают желаемые свойства. В качестве связующего вещества
применяют искусственные термопластичные и термореактивные
смолы, смеси этих смол и эфиры целлюлозы.
В зависимости от наполнителя пластмассы делят на порошко-
образные, волокниты и слоистые материалы. Пластмассы с порошко-
вым наполнителем представляют собой в основном термореактивные
композиции. Наполнителем служат древесная мука, молотый кварц,
тальк, молотый шлак, графит, окись алюминия, карбид кремния
и другие вещества. Для деталей общего назначения (корпусы, махо-
вики, колпачки, ручки) используют пресс-порошки из фенолофор-
мальдегидных смол К18-2, К21-22, К17-36и др.; пресс-порошкитипа
К17-36 водо- и химически стойкие, типа К21-22 электроизоляцион-
ные, К18-56 теплостойкие. Пресс-порошки всех видов перерабаты-
вают в изделия методом горячего и литьевого прессования. Крупные
изделия получают в формах с виброуплотнением. Специальными
технологическими методами удается изменять стандартные свойства
пластмасс. Быстрое охлаждение прессованных изделий повышает
поверхностную твердость и общую прочность материала; выдержка
их в термостате повышает стабильность размеров.
Пластмассы с листовым наполнителем (текстолиты, стеклотек-
столиты) термореактивны. Их поставляют в виде листов и труб. Зуб-
чатые колеса, подшипниковые вкладыши и другие детали получают
прессованием пакета заготовок из хлопчатобумажной ткани или
стеклоткани, пропитанных синтетическими смолами. Фрикционные
свойства, твердость, ударо- и вибростойкость, жаропрочность и
технология обработки зависят от свойств наполнителей. Средний
предел прочности на разрыв эпоксидных смол 1000 кгс/см2, а пласт-
масс с листовым наполнителем 3000—9500 кгс/см2. Наполнитель
в виде стеклянных чешуек повышает прочность стеклопластиков
до 15 000 кгс/см2. Детали машин из этих пластмасс изготовляют в два
этапа: сначала получают заготовку, а затем ее обрабатывают реза-
нием.
Пластмассы с волокнистым наполнителем (хлопковая целлюлоза,
асбестовое и стеклянное волокно, шерстяные очесы) также термо-
реактивны. По прочности они уступают слоистым материалам, но
превосходят их по технологичности и экономичности изготовления
деталей машин. Из пластмасс с волокнистым наполнителем детали
сложной формы можно изготовить методами обычного и литьевого
у*
195
прессования или склеиванием синтетическими клеями. Волокниты
применяют в виде листов, труб, прутков.
К пластмассам без наполнителя относятся все полимеры. Они
в основном термопластичны и допускают многократную переработку.
Детали из поливинилхлорида (капрон, капролон), полистирола, поли-
этилена, полипропилена, полиметилметакрилата изготовляют прес-
сованием и литьевым методом. На экструдерах из полимеров полу-
чают материалы для изготовления различных деталей обработкой
резанием.
Пластмассы с газовоздушным наполнителем имеют малую плот-
ность. В зависимости от структуры их разделяют на пенопласты,
поропласты и сотопласты и изготовляют на основе поливинилхло-
рида, полистирола, эпоксидных смол или их модификаций. Пусто-
телая структура получается химическими, физическими и механи-
ческими методами или их сочетанием. Пенопоропласты применяют
в качестве теплоизоляторов, амортизирующих средств и для изго-
товления специальных деталей.
§ 2. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК
Обработка резанием. Заданные формы, размеры и качество
поверхностей деталей машин достигаются в основном обработкой
резанием; обработку резанием разделяют на обдирочную, черновую,
получистовую и чистовую. Для получения точных размеров и мини-
мальной шероховатости поверхности применяют тонкую обработку.
Обдирке подвергают крупные поковки и отливки 3-го класса точ-
ности. Обдиркой уменьшают пострапственные отклонения и погреш-
ности (popмы исходной заготовки. При обдирке выдерживают точ-
ность поковок 10—11-го и отливок 9—10-го классов точности по
ГОСТ 2689—54. Черновую обработку используют для заготовок,
подвергавшихся обдирке, для крупных штампованных заготовок
2 и 3-й групп точности и для "крупных отливок 2-го класса точности.
В первом случае достигается 7—9-й класс, а во втором 7—5-й класс
точности по ОСТ 1010. Шероховатость поверхности Ra = 100 4-
4- 25 мкм.
Получистовую обработку применяют, когда при черновой обра-
ботке не может быть удален весь припуск или когда к точности
геометрических форм обрабатываемой заготовки и пространственным
отклонением ее элементов предъявляются повышенные требования.
При получистовой обработке выдерживают 4—5-й класс точности
и шероховатость поверхностей Ra — 50 4- 12,5 мкм.
Чистовую обработку применяют либо как окончательную, либо
как промежуточную под последующую отделку. Она обеспечивает
4 —За класс точности и шероховатость поверхности Ra = 12,5 4-
4- 2,5 мкм. Однократной чистовой обработке подвергают заготовки,
полученные методами, обеспечивающими высокую точность их
выполнения (штамповка по первой группе точности, литье в кокиль,
196
литье по выплавляемой модели и т. п.) на режимах, близких к ре-
жимам чистовой обработки.
Тонкую обработку резцами применяют как метод окончательной
отделки наружных и внутренних цилиндрических поверхностей,
заменяющий шлифование, и осуществляют при высоких скоростях
резания, малых глубинах резания (0,05—0,5 мм) и малых подачах
(0,05—0,15 мм/об) на специальных станках.
Обработку резцами выполняют на станках токарного типа для
цилидрических, конических, сферических, плоских торцевых и
фасонных поверхностей вращения. Плоские поверхности прямо-
угольного типа обрабатывают резцами на строгальных и долбежных
станках. Тонкое точение и растачивание обеспечивает 2а—2-й
класс точности и шероховатость Ra = 1,0 4- 0,32 мкм. Тонкая
обработка широкими резцами обеспечивает 2а и 3-й класс точности
и шероховатость Ra = 2,5 4- 0,03 мкм.
Алмазные резцы применяют па операциях топкого точения заго-
товок из цветных металлов и сплавов, обеспечивая точность 1-го
класса и шероховатость Ra — 0,04 4- 0,016 мкм. Алмазные резцы
имеют высокую стойкость, превышающую в десятки раз стойкость
инструментов из твердых сплавов. Они могут работать длительное
время без поднастройки и регулировки, что важно в автоматизи-
рованном производстве.
При обработке фрезами различают черновое, получистовое,
чистовое, а при обработке торцовыми фрезами и тонкое фрезерова-
ние. Черновое фрезерование применяют для обработки отливок
и поковок, припуск на предварительную обработку которых превы-
шает 3 мм. Черновое фрезерование плоских поверхностей обеспе-
чивает точность по прямолинейности 0,15—0,3 мм на 1 м длины
и шероховатость Ra — 50 ч- 12,5 мкм. Получистовое фрезерование
используют для уменьшения погрешностей геометрических форм
и пространственных отклонений. При получистовом фрезеровании
шероховатость /?о = 25-:-6,3 мкм и отклонение от плоскостности
0,1—0,2 мм на 1 м длины. Чистовое фрезерование применяют в ка-
честве окончательной обработки после чернового фрезерования
либо как метод промежуточной обработки перед последующей от-
делочной обработкой. Чистовое фрезерование позволяет получить
шероховатость Ra — 10 ч- 1,25 мкм и отклонение от плоскостности
0,04—0,08 мм на 1 м длины.
Тонкое фрезерование осуществляют как метод окончательной
обработки плоских поверхностей торцовыми фрезами. Припуск под
тонкое фрезеровапие берут в пределах 0,2—0,5 мм. Тонкое фрезе-
рование обеспечивает шероховатость Ra 2,5 4- 0,4 мкм и откло-
нение от плоскостности 0,02—0,04 мм на 1 м длины. Однократное
фрезерование прйменяют в тех случаях, когда погрешности ис-
ходной заготовки обусловливают иезнанительный припуск на
обработку (менее 2 мм); при этой обработке'^ обеспечивается
шероховатость Ra — 12,5 4- 2,5 мкм и отклонение от плоскост-
ности 0,06—0,1 мм на 1 м длины. Применяя скоростные режимы
197
при фрезеровании, уменьшают высоту микронеровностей в 1,5—
2,5 раза.
Торцовые фрезы используют для обработки больших открытых
плоских поверхностей; набор цилиндрических, прорезных и угловых
фрез, закрепленных на одной оправке, — для обработки фасонных
поверхностей; фасонные фрезы — для обработки сложнопрофили-
рованных поверхностей; пальцевые и дисковые фрезы — для обра-
ботки пазов и гнезд. Цилиндрическое фрезерование против подачи
характеризуется большими силами. При торцовом фрезеровании
сила подачи незначительна, но велика боковая сила, сдвигающая
заготовку. При многоипструментных наладках, осуществляемых
на продольно-фрезерных и агрегатных станках, достигают высокой
производительности труда.
Спиральными сверлами сверлят отверстия диаметром до 80 мм
в сплошной заготовке. Сверление обеспечивает 5—4-й класс точности
и шероховатость поверхности Ra — 25 4- 2,5 мкм; его применяют
в качестве предварительной обработки точных отверстий. Обработка
грубых отверстий для болтов и заклепок ограничивается одним
сверлением. При диаметре отверстия более 30 мм сверлят отверстие
малого диаметра (одна треть заданного), а затем производят его
рассверливание. Положение оси отверстия обеспечивают сверлением
по разметке, кондуктору и на координатно-сверлильных станках.
Сверление по кондуктору уменьшает смещение оси и увеличение
диаметра (разбивку) отверстия.
Зенкерование разделяют на черновое (обработка литых или про-
шитых отверстий) и чистовое (обработка просверленных или предва-
рительно расточенных отверстий). Зенкеруют отверстия диаметром
до 120 мм. Зенкерование повышает точность формы исходного отвер-
стия, уменьшает смешение его оси, что достигается направлением
инструмента кондукторной втулкой. Зенкерование производят на
сверлильных и агрегатно-расточных станках, а также на станках
токарной группы. При зенкеровании литых и прошитых отверстий
получают 5-й класс точности и шероховатость поверхности Ra =
— 25 4- 12,5 мкм, а при зенкеровании отверстий после сверления
(чернового зенкерования) — 4-й класс точности и шероховатость
поверхности Ra = 12,5 4- 6,3 мкм. Однократное скоростное зен-
керование литых отверстий в заготовках из серого чугуна обеспе-
чивает 4-й класс точности и шероховатость поверхности Ra —
— 12,5 4- 2,5 мкм.
Развертывание отверстий применяют как метод окончательной
обработки либо как метод, предшествующий хонингованию, тон-
кому растачиванию, притирке. Развертывание не уменьшает сме-
щение оси отверстия; его используют для получения отверстий
точного диаметра. В зависимости от предъявляемых к отверстию
требований применяют предварительное, чистовое и тонкое развер-
тывание. Предварительное развертывание обеспечивает 3—За класс
точности и шероховатость поверхности Ra — 2,5 4- 1,25 мкм (диа-
метр развертки выполняют по 2а классу точности); чистовое раз-.
198
вертывание обеспечивает 2а класс точности и шероховатость поверх-
ности Ra — 1,25 4- 0,63 мкм (диаметр развертки выполняют по
2-му классу точности); тонкое развертывание — 1—2 -й класс
точности и шероховатость поверхности Ra = 0,63 4- 0,32 мкм
(допуск па диаметр развертки принимают равным 0,6 допуска 1-го
класса точности). Для окончательной обработки отверстий по 1—
—2-му классам точности применяют также развертывание плаваю-
щими пластинами. Развертывают отверстия диаметром до 120 мм.
Развертыванию предшествуют сверление, чистовое зенкерование
и чистовое растачивание. Применяют комбинированные инстру-
менты (сверло—зенкер,сверло—развертку), позволяющие сократить
время обработки совмещением в одной операции нескольких пере-
ходов. В серийном и массовом производстве сверление, зенкеро-
вание и развертывание отверстий производят на многошпиндель-
ных станках, обеспечивающих высокую производительность
труда.
Протягиванием обрабатывают сквозные отверстия, пазы любого
сечения, плоские и криволинейные поверхности, а также наружные
поверхности вращения. Протягивание сокращает маршрут обра-
ботки, так как протяжка заменяет комплектинструментов (напри-
мер, зенкер или расточный резец и развертку; черновую и чистовую
фрезы). Протягивание отверстий производят после сверления,
а пазов и наружных поверхностей —• по необработанной поверх-
ности. Протягиванием обеспечивается 2а — За класс точности и
шероховатость поверхности Ra = 6,3 4- 0,63 мкм.
Прошивание как метод окончательной обработки отверстий
любой формы обеспечивает 2-й класс точности и шероховатости
Ra = 1,25 4- 0,32 мкм. Протягивание осуществляют на горизон-
тальных или вертикальных станках обычного типа, полуавтома-
тах и автоматах, а прошивание — на прессах.
Шлифование применяют как метод предварительной и оконча-
тельной обработки. Обдирочное шлифование часто используют
для получения базовых поверхностей у мелких и средних
отливок. При обдирочном шлифовании применяют сегментные
круги зернистостью 80—125, реже зернистостью 50—80; дости-
гаемая шероховатость поверхности Ra — 2,5 4- 1,25 мкм. Предва-
рительное шлифование плоских поверхностей после обработки
лезвийным инструментом производят периферией или торном ча-
шечного круга. В первом случае применяют круги зернистостью
40—50, во втором зернистостью 50—80. Для чистового шлифования
используют круги зернистостью 12—40 и для тонкого шлифования
— зернистостью 6 — 10.
При плоском шлифовании периферией круга обеспечивается шеро-
ховатость поверхности: на режимах предварительной обработки
Ra — 6,3 4- 1,25 мкм, чистовой обработки Ra = 1,0 4- 0,4 мкм и
тонкой обработки Ra = 0,634-0,20 мкм. Скоростное плоское шлифо-
вание периферией круга уменьшает высоту микронеровностей
в 1,5 раза.
199
При обработке внешних поверхностей вращения применяют пред-
варительное, чистовое и тонкое шлифование. Предварительное шли-
фование обеспечивает За—З-й классы точности и шероховатость
поверхности Ra — 6,3-^-0,63 мкм, тонкое шлифование—2 и 1-й
классы точности и шероховатость Ra = 0,63 -ь 0,08 мкм. Однократное
шлифование применяют для заготовок, не подвергающихся терми-
ческой обработке после точения, для достижения 3-го и 2а классов
точности и шероховатости Ra — 2,5-^0,32 мкм.
При обработке отверстий применяют предварительное и чистовое
или однократное шлифование. Предварительное шлифование обеспе-
чивает За—З-й классы точности и шероховатость Ra = 6,3-^-0,63 мкм.
Чистовое и однократное шлифование обеспечивает 3—2-й классы
точности и шероховатость Ra = 1,25-ь0,32 мкм.
Тонкое шлифование при обработке отверстий не применяют и,
если требуется более высокая точность и малая шероховатость, то
используют другие методы обработки лезвийными или абразивными
инструментами (тонкое растачивание, тонкое развертывание, хо-
нингование, притирку). Шлифованием обрабатывают различные
поверхности, применяя станки соответствующего типа (плоско-
и круглошлифовальные, для внутреннего шлифования, сферошли-
фовальные, резьбо- и зубошлифовальные).
Для тонкого шлифования применяют алмазные круги, состоящие
из корпуса и алмазоносного кольца. Алмазоносный слой содержит
алмаз и связку (металлическую или органическую). Алмазные
круги изготовляют 25-, 50- и 100%-ной концентрации, которой опре-
деляется содержание алмаза в миллиграммах в 1 мм3 алмазонос-
ного кольца. За 100% концентрации принято содержание в 1 мм3
0,879 мг алмаза (0,00439 кар.).
Выбор зернистости определяется требованиями, предъявляе-
мыми к шероховатости обрабатываемой поверхности. При шлифова-
нии кругами с более крупным размером зерна удельный расход круга
уменьшается, а производительность увеличивается. Круги на ме-
таллических связках рекомендуются для предварительного шлифо-
вания заготовок из твердых сплавов, шлифования заготовок из
стекла и керамики, а круги на органических связках —для до-
водки деталей из высокопрочных и хрупких материалов. Шлифова-
ние ведут с непрерывной подачей охлаждающей жидкости в количе-
стве 1—2 л/мин. Круги из кубического нитрида бора обеспечивают
высокую стойкость, производительность и малую шероховатость
поверхности.
Хонингование осуществляют специальной головкой с равно-
мерно раздвигающимися в радиальном направлении абразивными
брусками. Головка совершает одновременно вращательное и возврат-
но-поступательное движения; в результате на обрабатываемой по-
верхности создается мелкая сетка пересекающихся рисок от абра-
зивных зерен, хорошо удерживающих смазку. Хонингованием уда-
ляют слой 0,01 —0,20 мм в зависимости от диаметра отверстия и пред-
шествующей обработки. Хонингуют отверстия диаметро?»! 20—400 мм
200
и выше (цилиндры компрессоров и других поршневых машин), дли-
ной более одного диаметра. Для хонингования отверстий в тонких
заготовках их скрепляют пакетом по несколько штук. Хонингова-
нием устраняют конусообразность и овальность отверстия без изме-
нения положения его оси, так как головка шарнирно соединена
со шпинделем станка. Хонингование подразделяют на предвари-
тельное, чистовое и тонкое в зависимости от снимаемого припуска
и зернистости абразивных брусков. Смазочно-охлаждающей жид-
костью служит смесь керосина с машинным маслом. Хонингование
обеспечивает точность 1—2 класса и шероховатость поверхности
/?а = 0,8-ь0,1 мкм. Предшествующая хонингованию обработка —
развертывание, тонкое растачивание, шлифование.
Суперфиниширование производят специальной головкой с мел-
козернистыми абразивными брусками; его применяют для оконча-
тельной отделки наружных и внутренних поверхностей вращения.
В процессе работы абразивные бруски прижимаются к обрабатывае-
мой поверхности с небольшой силой.
В результате суперфиниширования шероховатость поверхности
Ra уменьшается до 0,2—0,025 мкм, но погрешности предшествующей
обработки (тонкого точения, шлифования, хонингования) не устра-
няются. Процесс протекает с подачей смазочно-охлаждающей жид-
кости, состоящей из керосина и 10—15% веретенного масла. При
этом бруски касаются лишь выступающих микронеровностей в
местах разрыва масляного слоя; через 0,5—1 мин, в связи с тем
что достигается определенная высота неровностей, опорная по-
верхность увеличивается и разрыв масляной пленки прекра-
щается.
Притиркой достигается 1-й класс точности и выше и шерохова-
тость Ra ниже 0,1 мкм. Инструмент —притир изготовляют из бо-
лее мягкого материала, чем материал обрабатываемой заготовки.
Его поверхность шаржируется абразивными порошками или пас-
тами. Притирке подвергают наружные и внутренние цилиндриче-
ские, плоские и другие поверхности. Ее выполняют на универсаль-
ных и специальных станках. Предварительной притиркой снимают
припуск, необходимый для устранения погрешностей геометриче-
ской формы шлифованной поверхности; окончательной притиркой
уменьшают шероховатость поверхности.
Полирование производят мягким полировальным кругом (из
войлока, фетра, бязи), с нанесенной на него полировальной пастой
или струей абразивной жидкости. В результате полирования шеро-
ховатость поверхности уменьшается до Ra — 0,032-ь 0,012 мкм.
Обработка поверхностей с применением притирочных и полироваль-
ных паст основана па одновременном действии инструмента (при-
тира или полировального мягкого круга) и поверхностно-активных
веществ, содержащихся в пастах. В отличие от притирки полирова-
ние не повышает точность обработки.
Шлифование абразивными лентами применяют для металличе-
ских и неметаллических деталей. Этот метод используют для от-
201
делки криволинейных поверхностей фасонных деталей типа турбин-
ных лопаток и шеек коленчатых валов. Рабочая поверхность ленты
значительно превышает рабочую поверхность круга; при этом про-
исходит рассеяние тепла, возникающего в процессе шлифования.
Метод применяют после чистовой обработки. Он обеспечивает повы-
шение точности и уменьшение шероховатости поверхности. Удельный
съем металла составляет 1,2—1,6 г на 1 мм ширины ленты в 1 мин.
На производительность процесса влияет сила, с которой прини-
мается лента, и ее скорость.
Электрофизическая и электрохимическая обработка. Электроме-
ханическую обработку осуществляют в условиях местного нагрева
снимаемого слоя металла при подводе в зону резания электриче-
ского тока большой силы (300—1000 А) и малого напряжения (1 —
5 В). Зона перед режущей кромкой резца при этом нагревается, что
снижает силы резания и уменьшает шероховатость обработанной
поверхности. При электромеханическом сглаживании происходит
деформирование микронеровностей поверхности, нагреваемой с по-
мощью электрического тока. Инструментом служит ролик или поли-
ровальник. В результате обработки получают шероховатость по-
верхности Ra = 0,20 мкм. Сочетание теплового (температура в зоне
контакта инструмента и заготовки достигает 800—900° С) и силового
действия изменяет структуру и механические свойства поверхност-
ного слоя, повышая его твердость и износостойкость. Поверхност-
ная твердость увеличивается на глубину 0,10—0,15 мм.
Электроэрозионная (электрофизическая) обработка заготовок
из особо прочных и труднообрабатываемых конструкционных мате-
риалов имеет четыре разновидности: электроискровая, электроим-
пульсная, анодно-механическая и электроконтактная.
Электроискровая обработка основана на действии кратковремен-
ных искровых разрядов (длительность менее одной стотысячной
доли секунды) па обрабатываемый материал. Для получения искро-
вых разрядов используют электрический генератор импульсов огра-
ниченной мощности. Обрабатываемая заготовка и электрод-инстру-
мент, связанный со следящей системой, погружают в диэлектриче-
скую жидкость. Частицы расплавленного и испаряемого металла,
попадая в жидкость, быстро твердеют и превращаются в микроско-
пические шарики. Съем металла при этом не превышает 600 мм3/мин.
Эту обработку применяют для прошивки отверстий малого диаметра,
прорезки узких пазов и вырезки по контуру, обеспечивая шерохо-
ватость поверхности Ra = 14-0,20 мкм и точность обработки 2—
1-го класса.
Электроимпульсная обработка заключается в последовательном
возбуждении разрядов между поверхностями инструмента и заго-
товки с помощью импульсов напряжения, вырабатываемых специаль-
ным генератором, дающим более продолжительный и мощный дуго-
вой разряд. Увеличение мощности позволяет повысить произво-
дительность процесса при обработке стальных заготовок до
20 • 103 мм3/мин. Этим методом можно обрабатывать сложные фасон-
202
ные поверхности с точностью 0,03 —0,05 мм и отверстия с точностью
0,01—0,02 мм. Качество поверхности зависит от режимов работы.
При грубом режиме высота неровностей составляет 0,3—1,5 мм,
а поверхностный слой с измененными свойствами имеет глубину
0,2—0,4 мм; при чистовом режиме достигается шероховатость по-
верхности Ra — 12,54-6,3 мкм.
При анодно-механической обработке для создания кратковре-
менных разрядов используют быстрое перемещение инструмента
относительно обрабатываемой заготовки. Инструментом служат вра-
щающийся металлический диск, металлическая лента или проволока.
В зону обработки подается электролит. На поверхности заготовки
образуется токонепроводящая пленка. В местах соприкосновения
заготовки с инструментом она удаляется. Образующиеся в резуль-
тате разряда частицы металла из зоны обработки выбрасываются
движущимся инструментом. Кроме эрозионного действия дости-
гается и электрохимическое растворение (полирование) металла;
съем металла незначительный при большой шероховатости поверх-
ности. Электрохимическое полирование происходит при низком
напряжении (12—15 В) и плотности тока 30 —60 А/дм2 без меха-
нического действия на заготовку. Этот процесс, длительность кото-
рого составляет 10—20 мин, основан на том, что растворение металла
па вершинах неровностей происходит быстрее, чем во впадинах. В ре-
зультате достигается зеркальный блеск поверхности Л С помощью
анодно-механического процесса можно резать прокат и прорезать
пазы, обеспечивая шероховатость поверхности Ra — 6,3 мкм и точ-
ность в пределах 3—4-го класса. При анодно-механическом шлифова-
нии достижима шероховатость Ra — 0,80 мкм и точность 2—3-го
класса.
При электроконтактной обработке для создания кратковремен-
ных разрядов используют быстрое перемещение инструмента отно-
сительно обрабатываемой заготовки без подачи электролита. Ско-
рость инструмента в 2,5—3 раза больше, чем при анодно-механиче-
ском способе. Съем металла при электроконтактной обработке до-
стигает 8 кг/мин; однако поверхность заготовки получается грубой
(шероховатость 50 мкм).
Электрохимическая обработка основана на анодном растворении
металла с прокачкой электролита между заготовкой и электродом.
При обработке используют постоянный ток напряжением 12—25 В
и дешевый электролит (водный раствор поваренной соли). Произво-
дительность обработки составляет 0,3—0,5 мм3/мин с 1 см2 поверх-
ности заготовки. Электрохимическая обработка обеспечивает точ-
ность 0,1 мм при глубине дефектного слоя в пределах 0,005 —0,05 мм
и шероховатость обработанной поверхности Ra = 0,40 мкм. Про-
качкой электролита предупреждается осаждение металла на инстру-
менте катода. Поэтому инструмент может работать очень долго, не
изменяя своей формы и размеров.
Электроабразивная обработка основана на электрохимическом
растворении твердого материала при одновременном удалении про-
203
дуктов растворения из зоны обработки. Этот метод отличается от
анодно-механической обработки тем, что используется только один
инструмент —электропроводный абразив с графитовым наполни-
телем, являющийся одновременно и катодом, и инструментом, уда-
ляющим анодную пленку УЭлектроабразивиая обработка позволяет
получить шероховатость Ra — 0,1 мкм и 1—2-й класс точности.
Производительность обработки достигает 25 мм3/мин с 1 см2 по-
верхности. Для электрофизических и электрохимических методов
обработки характерно ведение процесса при простом поступатель-
ном движении инструмента с копированием его формы по всей обра-
батываемой поверхности, возможность изменения технологических
показателей процесса в широком диапазоне, отсутствие силового
действия на обрабатываемую заготовку, а также независимость
обрабатываемости материала заготовки от его вязкости и твердости.
Эти процессы сравнительно легко автоматизируются.
Ультразвуковую обработку применяют для обработки заготовок
из материала повышенной хрупкости (твердые сплавы, стекло,
кварц, минералокерамика, ситалл, алмаз, германий, кремний и др.).
При этом получают глухие и сквозные отверстия различного сече-
ния, узкие пазы, резьбы, производят обработку поверхностей вра-
щения и выполняют другие операции. Достижимы точность обра-
ботки отверстий 1—2-го класса и шероховатость Ra = 0,10 мкм.
Производительность метода зависит от свойств обрабатываемого ма-
териала и поверхности инструмента и составляет 10—9000 мм3/мин.
При ультразвуковом шлифовании и хонинговании обеспечиваются
уменьшенное давление абразивного инструмента на обрабатывае-
мую заготовку и меньшее засаливание инструмента. Ультразвуко-
вую обработку производят на станках с диапазоном частот 15—
30 кГц при амплитуде колебаний 0,05 мм. Выходная мощность
станков 0,2—10 кВт.
Электрофизико-термическую обработку осуществляют с помощью
источника тепла, образующегося в результате концентрации энер-
гии пучка электронов, ионов, фотонов и испарения материала. К та-
ким методам относится электронно-лучевая, ионно-лучевая и свето-
лучевая (лазерная) обработка. Эти методы применяют для прошивки
мелких отверстий и пазов в тонких деталях, а также для их разрезки.
Электронно- и ионно-лучевую обработку осуществляют в глубоком
вакууме с обеспечением 3—4-го класса точности и шероховатости
Ra = 0,8-т-0,1 мкм.
Обработку дуговой плазменной струей производят с помощью
горелки, в которой дуговой разряд возникает в узком электрически
нейтральном канале между двумя электродами. Вдоль столба
дуги пропускают газ, который в зоне разряда ионизируется, приоб-
ретает свойства плазмы и выходит из горелки в виде ярко светя-
щейся струи, имеющей температуру 15 000° С. С помощью этого вида
обработки можно наносить покрытия и резать заготовки из разнооб-
разных материалов—проводников, полупроводников и диэлект-
риков. Кроме резки горелками можно осуществлять строгание по-
204
верхностей, подготовку кромок листов из нержавеющей стали и дру-
гих металлов и сплавов под сварку.
Термическая и химико-термическая обработка. Эту обработку
применяют для изменения физико-механических и физико-химиче-
ских свойств металлов, определяющих технологические и эксплуа-
тационные характеристики деталей. При термической обработке
происходят структурные и фазовые изменения, а также изменения
напряженного состояния металла. Основные виды термической
обработки — отжиг, нормализация, закалка и отпуск, улучшение
и старение. Химико-термическая обработка протекает с диффузион-
ным насыщением поверхностных слоев заготовки различными эле-
ментами; при этом химический состав поверхностного слоя изме-
няется. К химико-термической обработке относятся цементация
(науглероживание), азотирование, цианирование, алитирование,
хромирование, силицирование и сульфидирование. В результате
неравномерности нагрева и охлаждения при термической обработке
возникают термические напряжения, а неравномерность структур-
ных превращений во времени и по сечению данной заготовки вызы-
вает структурные напряжения, что приводит к деформации (короб-
лению). При отпуске закаленных заготовок остаточные напряже-
ния уменьшаются тем в большей степени, чем выше температура
отпуска.
Искривление деталей простой конфигурации (валов, планок,
плит) устраняют после термической обработки правкой, а искажение
размеров — шлифованием. Для уменьшения коробления заготовок
их закалку производят в штампах или в закалочных машинах.
Детали сложной формы для уменьшения деформаций при терми-
ческой обработке предпочтительно изготовлять из легированной
стали и закаливать в масле. Очистку деталей после термической
обработки производят травлением в растворах кислот с последующей
промывкой, электрохимическим травлением, обдувкой на дробе-
струйных установках для удаления окалины, мойкой в моечных
баках или машинах для удаления масла, солей и других загряз-
нений.
Обработка без снятия стружки. Этот метод обработки заготовок
заключается в пластическом деформировании их материала без
образования стружки. Пластическому деформированию подвергают
значительные объемы материала заготовки или ее поверхностные
слои. В первом случае происходит формообразование новых эле-
ментов заготовки (резьб, зубчатых поверхностей, шлицев, рифлений),
во втором случае происходит отделка поверхностей путем сглажи-
вания неровностей и упрочнения поверхностного слоя заготовки.
Отделку поверхностей производят накаткой наружных поверх-
ностей уплотняющими роликами (или шариками), раскаткой цилинд-
рических отверстий роликовыми или шариковыми раскатками, дер-
нованием отверстий, калиброванием отверстий шариками или оправ-
ками, алмазным выглаживанием поверхностей вращения. Эти ме-
тоды производительны и обеспечивают высокое качество поверх-
205
ности; обработка производится на универсальном оборудовании
и легко автоматизируется. Ей предшествует чистовая обработка
(чистовое точение и растачивание, предварительное развертывание).
Перед обработкой резанием заготовки часто подвергают плоской
или объемной чеканке на прессах. Цель этой операции —повыше-
ние точности размеров заготовки и уменьшение припуска под после-
дующую обработку. Перед чистовой обработкой заготовки нередко
подвергают дробеструйной обработке для повышения качества по-
верхностного слоя. Поверхностная обработка без снятия стружки
применяется для пластических и хрупких (серый чугун) материалов.
Алмазное выглаживание применяют для отделки поверхностей за-
каленных деталей.
Готовые детали машин перед окончательной приемкой очищают
от следов охлаждающей жидкости, стружки и других загрязнений.
Только при этом условии можно выполнить качественный контроль.
Детали, поступающие на контроль, моют в моечных баках или ма-
шинах. В однокамерной машине моечный раствор, подаваемый на-
сосом, интенсивно обмывает детали со всех сторон; раствор стекает
в отстойник и,пройдя через фильтр, снова поступает в насос. Темпе-
ратура моечного раствора 60—80' С, поэтому детали, выйдя из
машины, достаточно быстро просушиваются. Применяют двухка-
мерные моечные машины: в первой камере производят мойку, во
второй —ополаскивание деталей для удаления остатков моечного
раствора. Иногда моечные машины снабжают сушильными каме-
рами (трехкамерные машины). Для мойки применяют водные рас-
творы, содержащие 1—2% кальцинированной соды и 1% жидкого
стекла, 1—2% тринатрийфосфата и другие растворы. Для мелких
деталей используют органические растворители (ацетон, трихлор-
этилен).
Крупные детали (корпусы, станины) перед обработкой очищают
приводными стальными щетками с последующей обдувкой струей
сжатого воздуха. Перед контролем эти детали также очищают.
С помощью ультразвука можно очищать не только наружные,
но и труднодоступные внутренние поверхности мелких деталей.
Этот метод состоит из трех этапов: предварительной мойки деталей,
ультразвуковой очистки и заключительного ополаскивания деталей
чистым моющим раствором (керосином, трихлорэтиленом, четырех-
хлористым углеродом и др.). При ультразвуковой очистке загрязне-
ния не превышают 1%.
Тщательная очистка деталей — необходимое условие качест-
венной сборки изделий.
§ 3. МЕТОДЫ ПОКРЫТИЯ
В машиностроении применяют покрытия лакокрасочные, галь-
ванические, окисными и пластмассовыми пленками. Классифика-
ция, ряды толщин и обозначение металлических и неметаллических
покрытий тестированы.
206
Лакокрасочные покрытия применяют как декоративные, для
защиты металлических поверхностей от коррозии и деревянных от
влаги и загнивания. Процесс нанесения лакокрасочных покрытий
в общем случае состоит из трех основных этапов: подготовки поверх-
ности, ее окраски и сушки, отделки. Подготовка поверхности вклю-
чает ее очистку, выравнивание, грунтовку и шпатлевку с последую-
щим шлифованием. Очистку производят химическим или механиче-
ским (пескоструйной обработкой, шлифованием переносными ма-
шинами и стальными приводными щетками) воздействием. Для уда-
ления следов масла детали промывают в моечных агрегатах в обез-
жиривающих растворах или нагревают (если допустимо) до 250—
300° С. Поверхности крупных деталей очищают органическими рас-
творами.
Поверхности крупных листоштампованных деталей выравни-
вают путем пайки оловянно-свинцовистыми припоями с последующей
зачисткой, а поверхности крупных отливок шлифованием ручными
машинами. Используют также газопламенное напыление пласт-
массами с последующим шлифованием дефектных мест. Грунт на-
носят на подготовленную поверхность для прочного сцепления
с ней последующего покрытия. Применяют лакомасляные, битумо-
масляные, нитроразбавляемые и водоразбавляемые грунты. Загрун-
тованную поверхность подвергают шпатлевке. Толщина шпатле-
вочного слоя должна быть минимальной; при большой толщине
слоя снижается прочность покрытия. Наибольшее применение в ма-
шиностроении получили лакомасляные и быстровысыхающие нитро-
шпатлевки. Неровности зашпатлеванпой поверхности устраняют
шлифованием механизированным инструментом.
Окраску поверхности производят одним или несколькими сло-
ями. Для окраски применяют масляные и эмалевые краски и лаки.
Эмалевые краски разделяют на масляные, нитро- и спиртовые эмали.
Срок сушки нитроэмалей 30—40 мин. При высыхании они образуют
твердый блестящий слой. Продолжительность сушки масляных
и спиртовых эмалей 24—48 ч.
В машиностроении применяют следующие методы окраски. Руч-
ная окраска кистью не требует предварительной защиты смежных
неокрашиваемых участков, малопроизводительна (до 10—12 м2/ч
для больших открытых поверхностей) и неудобна при работе с быст-
росохнущими материалами. Потери краски при этом методе до 5%.
Окраска распылением наиболее распространена н высокопроизво-
дительна; она позволяет наносить быстросохнущие лакокрасочные
материалы (нитролаки, нитроэмали) с образованием ровной гладкой
поверхности. Метод легко автоматизируется с помощью специальных
установок и промышленных роботов. Различают механическое, воз-
душное и безвоздушное распыление и распыление в электростатиче-
ском поле. При механическом распылении краска подается к фор-
сунке насосом. При воздушном распылении краска распыляется
в струе сжатого воздуха и в виде тумана переносится на окрашивае-
мую поверхнесть. Производительность этого метода 30—80 м2/ч,
207
а потери краски 40—50%. При безвоздушном распылении краска
в нагретом до 70—90° С состоянии под давлением 20—40кгс/см2
выбрасывается из сопла и распыляется. Этот метод позволяет при-
менять более вязкие материалы, что сокращает расход растворителя
и время сушки. Потери краски при этом методе составляют 25—
50%, а производительность 50—200 м2/ч. При окраске в электро-
статическом поле краска подается распылителем и переносится
на окрашиваемую поверхность металлического изделия, получаю-
щего положительный заряд от источника постоянного тока высокого
напряжения (распылитель имеет отрицательный заряд). Этим мето-
дом можно окрашивать и неметаллические детали, Помещая за ними
металлические экраны. Потери краски составляют менее 5%. При
этом методе улучшаются условия работы, обеспечивается достаточно
высокая производительность (50 м2/ч) и создаются условия комплекс-
ной автоматизации процесса окраски.
В автоматизированном производстве применяют окраску мето-
дом электрофореза. Окрашиваемые детали подвешивают на цепном
конвейере. На рабочем участке их подключают к положительному
полюсу генератора и погружают в резервуар с водорастворимой
краской. За 2 мин деталь покрывается равномерным слоем краски
толщиной 45 мкм, не требующим последующей отделки. При этом
методе потери краски пе превышают 5%. Условия работы безвредны
для здоровья и огнебезопасны. Метод окунания является произво-
дительным и дешевым в условиях массовой окраски небольших де-
талей с хорошо обтекаемой поверхностью.
При окраске обливанием окрашиваемая деталь находится в парах
растворителя определенное время, в течение которого краска расте-
кается по поверхности равномерным слоем. Покрытие получается
гладким, беспористым и одинаковой толщины. Окраску в барабанах
применяют для однослойного покрытия быстросохнущими красками
мелких однотипных деталей. Окраску на вальцах применяют для
нанесения лакокрасочного материала на листовой материал.
Качество лакокрасочного покрытия зависит от способа сушки.
Сушка —это сложный химический процесс, состоящий из испаре-
ния растворителя и окисления или полимеризации пленки. Разли-
чают сушку естественную и искусственную. Естественную сушку
производят при температуре 18—25° С в течение длительного вре-
мени. Искусственная сушка ускоряет процесс высыхания пленки
и значительно улучшает качество покрытия. Существует несколько
способов искусственной сушки. Наиболее распространена конвек-
ционная сушка. Она основана на нагреве окрашенных деталей горя-
чим воздухом в специальных сушилках. Образующаяся при этом
корка препятствует улетучиванию растворителя, что удлиняет
время сушки.
Терморадиационная сушка (рефлекторная, панельная, лампо-
вая) основана на поглощении инфракрасных лучей окрашенной
поверхностью. Сушка пленки начинается с нижних слоев покры-
тия, чем ускоряется испарение растворителя. Время сушки сокра-
208
щается в 5—10 раз, а качество пленки повышается. Индукционная
сушка эффективна; она ограничена необходимостью изготовления
сложных индукторов и окраской деталей только из токопроводящих
материалов.
Отделка окрашенной поверхности включает лакирование, поли-
рование и художественное оформление. Лакирование повышает стой-
кость покрытия и придает ему блеск; лаковое покрытие наносят
на окрашенную поверхность в один или несколько слоев. При поли-
ровании достигается блестящая поверхность с помощью фетровых
кругов или шкурок с применением специальных паст. Художест-
венное оформление предусматривает нанесение узких декоративных
линий (цировка), рисунков и фабричных знаков.
В некоторых случаях окраску деталей производят по более про-
стому технологическому процессу без выравнивания поверхности,
шпатлевки и отделки (окраска задних мостов автомобиля, коробок
передач и других изделий). В одних случаях окраску элементов
машины производят до ее общей сборки, в других окраске подвер-
гают окончательно собранную и проверенную машину (металлоре-
жущие станки и другое технологическое оборудование).
Гальванические покрытия деталей машин применяют как защит-
ные, декоративные, износостойкие и технологические. Процесс на-
несения покрытия состоит из операций подготовки поверхности
перед покрытием, нанесения его и полирования (если нужно). Под-
готовка поверхности деталей перед покрытием включает шлифова-
ние, полирование и обезжиривание. Гальваническое покрытие
производят при напряжении 10 В и плотности тока до 10 А/дм2.
Характеристика гальванических покрытий приведена в табл. 15.
Покрытие никель-кобальтовыми сплавами повышает твердость,
цинк-кадмиевыми сплавами повышает коррозионную стойкость,
свинцово-оловянными сплавами уменьшает пористость и улучшает
внешний вид. Эти покрытия наносят гальванотермическим или термо-
диффузионным способами. Сущность последнего заключается в том,
что отдельные металлы наносят на деталь последовательно, а при
дальнейшем нагреве они взаимно диффундируют, образуя покры-
тие из сплавов смешанного состава.
Оксидные и фосфатные покрытия стальных деталей получают
термическим, химическим и электрохимическим способами. Терми-
ческий способ заключается в нагреве детали на воздухе, в среде
водяного пара или в расплавленной селитре. При этом на поверх-
ности детали образуется пленка толщиной около 1 мкм, которая в за-
висимости от температуры оксидирования имеет различную окраску.
Воздушно-термический способ используют для получения тонких
пленок на деталях электротехнической аппаратуры.
К химическим способам относится щелочное и кислое оксидиро-
вание. В первом случае стальные детали обрабатывают в горячем
концентрированном растворе едкой щелочи, содержащем окислители;
во втором случае раствор содержит ортофосфорную кислоту и окис-
лители. Бесщелочное оксидирование по сравнению с щелочным
209
Таблица 15
Характеристика гальванических покрытий
Процесс Ra, мкм Толщина слоя, мкм Покрытие
до покрытия после покрытия
Меднение — — 5—25 Для защиты стальных деталей от науглерожи- вания при цементации, для улучшения прираба- тываемости, в качестве подслоя при многослой- ном покрытии
Никелирова- ние глян- цевое 0,8 —0,1 0,1—0,12 До 25 Защитно-декоративное
Хромирова- ние 0,8 —0,1 0,1—0,12 30 — 40 Защитно-декоративное, износостойкое (лучше удерживает смазку и имеет более низкий коэф- фициент трения)
Цинкование 0,8 —0,4 3,2 —0,8 До 15 Для защиты от атмосфер- ной коррозии и улучше- ния внешнего вида
Кадмирова- ние 0,8 —0,4 1,6 —0,8 15 Для защиты от коррозии в морской воде, для улучшения притирки ра- бочих поверхностей
Борирование — — —— Высокой твердости
Лужение 1,6 —0,4 1,6 —0,4 3-12 Для защиты деталей от коррозий в слабых кис- лых средах, под пайку и для защиты при азотиро- вании
Фосфатиро- вание 3,2-1,6 1,6 —0,4 0,5— 1 Для защиты от коррозии
Примечание. Минимальная шероховатость поверхности после покры-
тия достигается полированием.
сокращает продолжительность обработки деталей в 2—3 раза, повы-
шает прочность пленки и стойкость ее против коррозии.
Оксидные пленки на стальных деталях, получаемые этим спосо-
бом, вследствие малой толщины (0,8—3 мкм) и пористости не явля-
ются надежной защитой от коррозии. Защитную способность их
повышают покрытием лака. Химическим способом можно оксиди-
ровать детали из алюминия, магния, меди, цинка и их сплавов.
Оксидирование используют для отделки деталей приборов, инстру-
мента и изделий широкого потребления.
Электрохимическое оксидирование деталей из черных и цветных
металлов и сплавов производят в растворе едкой щелочи. Процесс
210
протекает при более низкой температуре и сопровождается меньшим
расходом химикатов, чем при химическом щелочном оксидировании.
Детали, подвергаемые оксидированию, являются анодом. Их пред-
варительно очищают от следов коррозии и обезжиривают, а после
оксидирования промывают в воде. Декоративное оксидирование
продолжается 30—40 мин; для получения пленок, стойких против
коррозии, время увеличивают до 1,5—2 ч.
При фосфатировании на поверхности детали химическим путем
создают пленку нерастворимых фосфорнокислых солей марганца
и железа или железа и цинка. В зависимости от структуры фосфат-
ной пленки и метода подготовки к покрытию толщина ее 2—15 мкм.
Ускоренный способ фосфатирования известен под названием бонда-
ризации. Фосфатировать можно детали из черных, цветных и легких
металлов.
Покрытие напылением (металлизацию) производят распылением
расплавленного металла струей сжатого воздуха. Движущиеся
со скоростью 100—150 м/с частицы металла ударяются о поверх-
ность детали и сцепляются с ней, образуя слой прочного мелкопо-
ристого металлического покрытия. Нанесенный слой хрупок, но
хорошо сопротивляется сжатию. Его толщина изменяется от несколь-
ких сотых до 3—4 мм. Деталь с напыленным слоем можно обтачивать
и шлифовать. Этим методом производят защитно-декоративные,
антифрикционные и жаростойкие покрытия, восстанавливают изно-
шенные детали и исправляют дефекты отливок. Металл расплав-
ляют ацетилепо-кислородным пламенем (газовая металлизация)
либо дугой (электрометаллизация). Исходным материалом служит
металлическая проволока. Реже используют аппараты, работающие
на расплавляемых порошках. Покрываемую поверхность очищают
от масла и окислов. Пескодувной обработкой или грубым обтачи-
ванием создают условия для лучшего сцепления с напыленной
поверхностью.
Пластмассы используют в качестве декоративных, антикорро-
зионных и антифрикционных покрытий. Их наносят газопламенным
или вихревым способом. В качестве исходных материалов служат
термопластичные пластмассы (полиэтилен, полипропилен, поли-
амид, капролактам, поливинилбутираль, фторопласт, полиуретан)
в виде мелкодисперсного порошка, переходящего при нагреве в вяз-
котекучее состояние. Толщина покрытий 0,15—0,35 мм. Заготовки
перед напылением нагревают до температуры 180 —300° С в зависи-
мости от применяемой пластмассы. Продолжительность напыления
2—5 с. Пластмассовые покрытия позволяют использовать углероди-
стые стали вместо легированных и цветных металлов.
Готовый детали, передаваемые на длительное хранение или тран-
спортировку, подвергают консервации. Консервацию производят
нанесением антикоррозионной смазки (технический вазелин, пуш-
сало и др.) с помощью кистей, окунанием в подогретый состав
или пульверизацией. Применяют также нанесение антикоррозион-
ных лаков, смываемых при расконсервации бензином или другими
211
растворителями. Эффективна консервация погружением деталей
в ванну с 30%-ным раствором нитрита натрия при температуре 40—
50° С в течение 2—3 мин, а также упаковкой в оберточную бумагу,
пропитанную 10%-ным раствором нитрита натрия или другими ин-
гибиторами коррозии.
§ 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СБОРКИ
При узловой и общей сборке осуществляют пригонку, соедине-
ние элементов изделия и регулировку его составных частей. При-
гонкой называют дополнительную обработку сопрягаемой поверх-
ности детали для получения заданной посадки, геометрической точ-
ности и ее качества. Основными видами слесарно-пригоночных работ
являются опиливание, зачистка, шабрение, притирка, полирование,
обработка отверстий по месту; их применяют в единичном и мелко-
серийном производстве; они трудоемки и выполняются рабочими
высокой квалификации. Весьма актуальна задача уменьшения их
объема и механизации.
Опиливание производят в основном для пригонки сопрягаемых
деталей, снятия заусенцев и неровностей; точность опиливания 0,01 —
0,05 мм, снимаемый припуск 0,1—0,5 мм. Средства механизации для
опиливания — переносные машины с абразивным кругом (для боль-
ших поверхностей) и установки с гибким валом, работающие напиль-
ником или абразивным кругом (для небольших деталей).
Шабрение применяют для устранения неплоскостности сопрягае-
мых поверхностей направляющих и перемещающихся по ним каре-
ток; обеспечения герметичного и плотного прилегания поверхностей
разъема соединяемых деталей; повышения прилегания поверхностей
в подшипниках скольжения. Этот процесс малопроизводителен и тру-
доемок; его заменяют шлифованием и тонким растачиванием. Сред-
ства механизации шабрения —специальные головки с приводом
от гибкого вала и шаберы с встроенными электрическими или пнев-
матическими двигателями.
Притирку применяют для плотного и герметичного соединения
сопрягаемых деталей (клапаны двигателей внутреннего сгорания,
плунжерные пары топливной аппаратуры). Притирку сопрягаемых
деталей производят вручную или на специальных станках. После
совместной притирки детали передают на сборку спаренными. При-
пуск на притирку 0,01—0,02 мм.
Полирование при слесарно-пригоночных работах уменьшает
шероховатость поверхности; его осуществляют на специальных
станках. После сборки и выверки положения сопряженных деталей
в них часто по месту сверлят и развертывают отверстия под контроль-
ные штифты. В некоторых случаях сверлят и нарезают отверстия
под стопорные винты. В зависимости от габаритных размеров сопря-
гаемых деталей эти операции производят на сверлильных станках,
ручными пневматическими или электрическими сверлильными ма-
212
шинами, на переносных радиально-сверлильных станках (в тяже-
лом машиностроении).
Соединения деталей делят на неподвижные и подвижные. Как
неподвижные, так и подвижные соединения выполняют разъемными
и неразъемными. Разъемными называют соединения, которые могут
быть разобраны без повреждения сопряженных элементов или кре-
пежных деталей. Неразъемными называют соединения, разборка
которых при эксплуатации не предусмотрена; она вызывает повреж-
дение сопряженных элементов или разрушение крепежных деталей
или скрепляющего шва. К неподвижным разъемным соединениям
относят резьбовые, шпоночные и шлицевые. Эти соединения часто
осуществляют в сочетании с переходными посадками (глухой, тутой,
напряженной, плотной) и с посадкой на конус.
Резьбовые соединения осуществляют с помощью шпилек, болтов
и винтов. Трудоемкость сборки резьбовых соединений в массовом
производстве составляет 25—40% общей трудоемкости сборочных
работ; поэтому вопросы ее механизации актуальны. Соединения резь-
бовыми шпильками применяют при непосредственном сопряжении
плоских поверхностей или с прокладками между ними. Соединению
предшествует ввертывание шпилек в корпусную деталь. При сборке
ответственных соединений резьбовые шпильки ввертывают в корпус
с гарантированным натягом.
Ввертывание шпилек производят различными ключами или пат-
ронами, захватывая их за резьбовую или гладкую цилиндрическую
поверхность. В единичном или серийном производстве применяют
ручные ключи. На рис. 67, а показан ключ, навертываемый на резь-
бовой конец шпильки. Для свертывания ключа с затянутой шпильки
угол наклона спиральных прорезей 1 должен быть больше угла
подъема резьбы шпильки. На рис. 67, б показан ключ с захватом
шпильки за гладкую часть посредством роликов 1, заклинивающихся
в спиральных канавках корпуса 2. В массовом производстве приме-
няют электро- или пневмошпильковерты с самораскрывающимися
головками (рис. 67, в), а также специальные многошпиндельные
установки; они в несколько раз повышают производительность
сборщиков. Шпильки должны быть перпендикулярны плоскости
сопряжения и иметь заданную высоту над этой плоскостью. Перпен-
дикулярность шпильки может быть проверена угольником и щупом,
а ее высота — предельным шаблоном.
Резьбовые соединения собирают с предварительной затяжкой
крепежных деталей, которая зависит от сил, нагружающих соеди-
нение. Для выполнения затяжки применяют предельные ключи, вы-
ключающиеся при достижении заданного момента затяжки, и дина-
мометрические ключи с указателем момента затяжки. В технических
условиях на сборку ответственных резьбовых соединений указывают
предельные значения осевой силы или момента затяжки.
Гайки и винты при сборке нужно затягивать в определенном
порядке (рис. 68, а и б). При прямоугольной форме соединяемых
деталей затягивание винтов и гаек следует начинать с середины,
213
Рис. 67. Приспособления для завертывания шпилек
а не с краев. Гайки, расположенные по окружности, следует затя-
гивать крест-накрест. Затяжка в произвольном порядке может вы-
звать коробление или перекос закрепляемой детали. Затяжку нужно
производить не только в определенном порядке, но и постепенно,
в два-три приема.
Болтовые и винтовые соединения в единичном и мелкосерийном
производстве собирают с помощью гаечных ключей, что трудоемко
и не обеспечивает равномерность затяжки. Время на сборку резьбо-
вых соединений сокращают применением усовершенствованных
ручных инструментов. К ним относят торцовый ключ, применяемый
для работы на открытых участках; торцовый коловоротный ключ;
торцовый шарнирный ключ, а также трещоточный и фрикционный
ключи; торцовый шарнирно-трещоточный ключ, применяемый в труд-
нодоступных местах.
Для обеспечения заданного момента затяжки гаек применяют
тарированные (предельные) ключи (рис. 69). На стержне 8 закреп-
Рис. 68. Пример последовательности затяжки крепежных деталей
214
лена торцовая шестигранная головка 9; стержень 8 соединен со ста-
каном 7 штифтом 4, а головка 5 с рукояткой 6 скреплена со стерж-
нем 8 винтом. Торцовые зубья стакана 7 и головки 5 сцеплены под
действием пружины <?; сжатие пружины регулируется гайками 1
и 2. Сцепление торцовых зубьев нарушается при достижении уста-
новленного момента затяжки. Выключение происходит вследствие
скольжения штифта 4 по наклонной прорези в стакане 7. Неточность
изготовления пружины и колебание сил трения в механизме ключа
приводят к отклонениям фактического момента затяжки от задан-
ного номинала в пределах ±10—15%.
Рис. 69. Торцовый тарированный ключ
Динамометрические ключи имеют шкалу и указатель, с помощью
которых можно определить момент затяжки. Упругий элемент этих
ключей работает на изгиб или скручивание; по его деформации судят
о величине момента. По сравнению с предельными динамометриче-
ские ключи обеспечивают большую равномерность затяжки. В диа-
пазоне больших моментов отклонение от заданного номинала не
превышает ±5%. С уменьшением момента при одном и том же ключе
отклонения возрастают до ±15%. Более точную затяжку обеспечи-
вают поворотом гайки на определенный угол с помощью градуиро-
ванного диска, а также измеряя удлинение шпильки или болта спе-
циальными микрометрами.
Механизация сборки резьбовых соединений в условиях массо-
вого и серийного производства, а также в тяжелом машиностроении
достигается применением электрических и пневматических инстру-
ментов. Они ускоряют сборку резьбовых соединений и повышают их
качество. Механизированные сборочные инструменты делят на три
типа по принципу передачи крутящего момента. К первому типу
относят инструменты с редуктором 3 и ограничивающей муфтой 2
(рис. 70, а, б). Последнюю выполняют фрикционной (рис. 70, а)
или кулачковой (рис. 70, б). Двигатель 1 этих инструментов может
быть электрическим или пневматическим. Путем смены насадок
на шпинделе 4 меняют назначение инструмента. При использова-
215
Рис. 70, Зависимости момента затяжки от времени работы механизированного
инструмента
нии торцового ключа получают гайковерт, патрона для шпилек —
шпильковерт, отвертки — винтоверт. При достижении момента за-
тяжки диски фрикционной муфты проскальзывают, а торцовые зубья
муфты со скошенными гранями раздвигают диски, преодолевая со-
противление пружины. Применение быстроходных электродвига-
телей для инструментов (10 000 — 12 000 об/мин) снижает их массу
на единицу мощности. Эти электродвигатели питаются переменным
током повышенной частоты (180—200 Гц), получаемым от специаль-
ного мотор-генератора. В целях безопасности корпусы электриче-
ских инструментов заземляют, а также используют ток напряжением
36 В.
В пневматических или электрических инструментах ударно-им-
пульсного действия (рис. 70, в) сжатый воздух через пусковое устрой-
ство поступает в роторный пневматический двигатель 1. Вращение
от вала двигателя передается на ударно-импульсный преобразова-
тель 2 момента. Вырабатываемые им ударные импульсы передаются
на торцовый ключ 3, обеспечивая затяжку резьбового соединения.
Гайковерты этого типа могут работать без редуктора.
При работе пневматических сборочных инструментов без ограни-
чивающих муфт (рис. 70, г) по мере затягивания резьбового соеди-
нения двигатель 1, соединенный через редуктор 2 с торцовым ключом
3, затормаживается и останавливается. При постоянном давлении
воздуха обеспечивается высокая стабильность затяжки.
Относительная неравномерность затяжки инструментами первого
типа ±0,16; второго типа ±0,18 и третьего типа ±0,08—0,1,
216
Характеристики механизированного сборочного инструмента
трех типов приведены на рис. 70. Точки и А2 (см. рис. 70, а)
характеризуют предельные моменты срабатывания фрикционной
муфты из-за нестабильности трения. При переходе от трения покоя
к трению скольжения передаваемые муфтой моменты уменьшаются
до значений A ( и А'ъ. Работу инструмента с тарированной кулачковой
муфтой характеризуют кривые 1 и 2 на рис. 70, б; в точках А, и А2
эта муфта срабатывает, но от соударения ее зубьев происходит даль-
нейшая затяжка соединения. Работу инструмента ударно-импульс-
ного действия характеризуют кривые 1 и 2 на рис. 70, в; до точек
Д и А2 из-за нестабильности работы инструмента осуществляется
свободное завертывание гайки или винта, а затем включается ударно-
импульсный механизм, и затяжка производится ступеньками. Ра-
боту инструмента с остановкой двигателя в конце затяжки характе-
ризуют прямые 1 и 2 на рис. 70, г. В точках и А2 (рис. 70, г)
шпиндель останавливается, и далее момент затяжки не возрастает.
При изменении времени работы инструмента от до t2, при сборке
партии соединений наиболее стабильный крутящий момент обеспе-
чивает инструмент с торможением двигателя в конце затяжки.
В этом случае разность между наибольшим и наименьшим момен-
тами затяжки (величина т) минимальна.
В условиях массового и крупносерийного производства исполь-
зуют многошпиндельные гайковерты, у которых все шпиндели при-
водятся во вращение от одного двигателя, и с индивидуальным при-
водом каждого шпинделя (рис. 71). Двигатель гайковертов первой
группы может быть электрическим или пневматическим. Каждый
шпиндель снабжен тарированной муфтой, так как начало и конец
затяжки всех гаек не совпадают во времени. В гайковертах второй
группы таких муфт нет. Их пневматические двигатели по мере затя-
гивания каждой гайки затормаживаются и останавливаются в раз-
ное время.
При затяжке резьбовых соединений переносными многошпин-
дельными гайковертами реактивный момент замыкается в корпусе
Рис. 71. Схема многошпиндель-
ного гайковерта:
1 — гидроцилиндр для опускания
и подъема гайковерта; 2 — корпус
гайковерта; .? — нормализованный
одношпиндельиый гайковерте пиев-
модвигателем; 4 — торцовый ключ;
5 — направляющая корпуса гайко-
верта; 6 — собираемое изделие
217
гайковерта и базовой детали собираемой части. В многошпиндельных
гайковертах стационарного типа реактивный момент восприни-
мается специальными направляющими устройствами. Компоновки
многошпиндельных гайковертов выполняют из нормализованных
элементов.
Для облегчения работы механизированный инструмент подвеши-
вают на пружинных блоках. При поточной сборке на непрерывно
движущемся конвейере пружинные блоки подвешивают к тележкам,
перемещающимся по монорельсам. В тяжелом машиностроении для
затяжки резьбовых соединений применяют специальные гидравли-
ческие машины, перемещаемые краном. Сборку резьбовых соедине-
ний нередко автоматизируют. Более легко автоматизируется сборка
винтовых соединений, труднее —сборка соединений с резьбовыми
шпильками и болтовых соединений.
В шпоночных соединениях используют призматические, сег-
ментные и клиновые шпонки. При сборке соединения с клиновой
шпонкой ось охватывающей детали смещается относительно оси вала
на величину посадочного зазора, что вызывает радиальное биение.
Несоответствие уклона дна паза охватывающей детали уклону
шпонки ведет к перекосу детали. Призматические или сегментные
шпонки ставят в паз вала с натягом. Между ними и дном паза охва-
тывающей детали оставляют зазор; в этом случае обеспечивают цент-
рирование охватывающей детали.
Шлицевые соединения (неподвижные) в зависимости от приме-
няемой посадки центрирующих элементов разделяются на туго-
разъемные и легкоразъемные. При тугоразъемных соединениях реко-
мендуется нагрев охватывающей детали до 80—120° С. После на-
прессовки проверяют биение охватывающей детали в контрольном
приспособлении. При легкоразъемных соединениях посадка охваты-
вающей детали происходит под действием небольшой силы. В этом
случае у охватывающей детали кроме проверки биения контроли-
руют ее посадку на валу.
Неподвижные конические соединения часто применяют вместо
цилиндрических, так как они обеспечивают хорошее центрирова-
ние. Плотность посадки осуществляют напрессовкой или затяжкой
охватывающей детали на охватываемую. Сборку соединения начи-
нают подбором охватывающей детали по конусу вала. Проверка
ведется по краске, глубине посадки охватывающего конуса, а также
по отсутствию зазора.
Штифтовые соединения осуществляют посредством конических
и цилиндрических штифтов. Штифты применяют в качестве соедини-
тельного и установочного элемента, координирующего взаимное
положение сопрягаемых деталей. При выполнении штифтовых соеди-
нений с посадкой на копус сверление и развертывание отверстия
под штифт следует производить при сборке.
К неподвижным неразъемным соединениям относят соединения,
выполненные с гарантированным натягом, развальцовкой, клепкой,
сваркой, пайкой и склеиванием. Соединения с гарантированным
218
натягом осуществляют на прессах или путем теплового воздействия
на сопрягаемые детали. Способность прессовых соединений выдержи-
вать передаваемые нагрузки зависит от натяга, который определяет
и силу запрессовки. На величину натяга влияет шероховатость поса-
дочных поверхностей сопрягаемых деталей; ее рекомендуется назна-
чать в пределах Ra = 2,54-0,63 мкм. Запрессовку деталей произво-
дят ударами ручника при посадке небольших штифтов, клиньев,
шпонок и заглушек. При большей силе применяют разнообразные
прессы: винтовые ручные (усилием 2000 кгс), реечно-рычажные
(усилием 1000—1500 кгс), маятниковые педальные (усилием 300—
500 кгс), пневматические (усилием 3000—5000 кгс), винтовые и рееч-
ные приводные (усилием 5000 — 10 000 кгс), гидравлические и пнев-
могидравлические (усилием свыше 10 000 кгс). Пресс выбирают
по силе запрессовки с учетом коэффициента запаса, величину кото-
рого принимают от 1,5 до 2,0.
Сборку соединений с гарантированным натягом автоматизируют
для посадки небольших деталей типа втулок, пальцев и штифтов.
Эти детали обычно подаются из бункера на рабочую позицию сбо-
рочного автомата. Качество соединений с гарантированным натя-
гом контролируют по силе запрессовки. При сборке ответственных
соединений (колесные пары подвижного состава) снимают диаграмму
изменения силы запрессовки, которая является паспортом этого
соединения.
Сборка с тепловым воздействием повышает прочность соедине-
ния в 1,5—2,5 раза по сравнению со сборкой на прессе, так как
в этом случае микронеровности не сглаживаются. Поверхности
сопряжения можно обрабатывать менее тщательно. Тепловые посадки
целесообразно применять при больших диаметрах и незначительной
длине сопряжения (бандажи колес, зубчатые венцы), а также для
тонкостенных охлаждаемых деталей. При сборке этих сопряжений
под прессом охватывающие детали могут сминаться. Сборку с теп-
ловым воздействием производят с общим и местным нагревом охва-
тывающей детали. Детали небольших и средних размеров нагревают
в масляных или водяных ваннах. Для крупногабаритных деталей
(станины, щиты электродвигателей) применяют местный нагрев
участка, примыкающего к посадочному отверстию, газовым пламе-
нем, устройствами с электрическими спиралями или индуктором
ТВЧ. Температура нагрева колеблется в пределах 75—400° С в зави-
симости от требуемого натяга. Время и интенсивность нагрева
устанавливают опытным путем.
При автоматической сборке детали нагревают в тоннельно-кон-
вейерных нагревательных устройствах. Детали типа колец нагре-
вают индукционными устройствами. Нагрев крупногабаритных
деталей затруднен; в этих случаях применяют охлаждение охваты-
ваемых деталей. При охлаждении исходная структура и механиче-
ские свойства металла не изменяются. Время охлаждения охватывае-
мых деталей (особенно тонкостенных) меньше, чем время нагрева
охватывающих. Охлаждение производят в жидком азоте (темпера-
219
тура —195,8° С) или в ванне, содержащей денатурированный спирт
и сухой лед (температура —78,5° С). Затраты на охлаждение 1 кг
стальных деталей этими способами составляют 2—3 к.
Охватываемые детали при автоматической сборке пропускают
через конвейерную холодильную установку. При выполнении соеди-
нений этим методом необходимо строго соблюдать мероприятия по
технике безопасности.
Для лучшего направления деталей на сопрягаемых поверхностях
необходимо предусмотреть фаски или цилиндрические пояски и при-
менять специальные приспособления. Для предупреждения задиров
поверхностей и уменьшения сил запрессовки применяют минераль-
ное масло, масло с дисульфитом молибдена или графитом. В случае
разборки соединений с гарантированным натягом применяют съем-
ники; в конструкциях деталей для облегчения демонтажа предусмат-
ривают соответствующие элементы.
Развальцовывание применяют при сборке герметичных неразъем-
ных соединений, осуществляемых путем увеличения диаметра полой
охватываемой детали под действием давления, создаваемого вра-
щающимся роликовым инструментом. Развальцовывание произво-
дят на сверлильных, токарно-револьверных станках и специальных
станках и установках, а также вручную; скорость вальцевания
15—20 м/мин.
Для увеличения диаметра полой охватываемой летали применяют
импульсное воздействие высоких энергий (электрическим высоко-
вольтным разрядом), что повышает производительность и качество
соединений.
Для развальцовывания труб используется также метод «взрываю-
щейся проволочки», соединенной с источником питания. Стержень
с проволочкой закладывают в трубу, свободно вставленную в сопря-
женную деталь. При действии импульса тока большой мощности
(напряжение 5—10 кВ) проволочка и ее диэлектрическое покрытие
мгновенно (за 10—20 мкс) испаряются. Образующаяся при этом
взрывная волна развальцовывает трубу, создавая прочное соедине-
ние сопрягаемых деталей.
При автоматизированной сборке операции развальцовывания
выполняют на специальных полуавтоматах и автоматах. Поверхности
сопрягаемых деталей очищают струей сжатого воздуха. Подача
воздуха включается и выключается автоматически. Цикл автомати-
ческой сборки содержит также операции пневмо- или гидропробы
собранных изделий на герметичность.
Отбортовка —метод неразъемного прочного соединения дета-
лей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям. Охватываемая
деталь имеет с одной стороны полость (или выточку). Ее выступаю-
щий торец отбортовывают в радиальном направлении специальной
вращающейся вальцовкой или на прессе.
Клепку применяют для прочного и герметичного соединения
деталей. С развитием технологии сварочного производства удельный
вес клепки постепенно сокращается. Ее применяют в тех случаях,
когда нагрев соединяемых деталей нежелателен, а также при сборке
деталей из разнородных материалов (сталь —чугун, металл —
пластмасса), сварка и пайка которых затруднена, а склеивание не
обеспечивает нужной прочности. Для клепки применяют стандарт-
ные заклепки с головками различного вида и специальные (пустоте-
лые, трубчатые). Клепку в труднодоступных местах производят
заклепками, которые можно ставить с одной стороны («слепая»
клепка).
Клепку выполняют в горячем и холодном состояниях. Горячую
клепку применяют для заклепок диаметром более 14 мм. При горя-
чей клепке заклепки нагревают до 1000—1100° С; закапчивается
клепка при температуре 450—500" С. Ниже этой температуры ме-
талл теряет пластичность и приобретает синеломкость. Клепку
производят ударами пневматическими клепальными молотками
или под прессом.
Для заклепок диаметром 3—12 мм используют пневматические
прессы, диаметром свыше 12 мм — гидравлические и пневмогидрав-
лические прессы. Клепальные прессы указанных типов применяют
в виде стационарных установок или подвесных скоб. Для заклепок
диаметром до 3 мм используют вибрационные, винтовые и педально-
рычажные прессы. Для заклепок диаметром до 1 мм (часовая про-
мышленность, приборостроение) применяют клепальные соленоид-
ные машины. Электронные регулирующие устройства их позволяют
точно установить силу ударов и продолжительность клепки.
Полуавтоматы и автоматы применяют для холодной клепки с наи-
большим диаметром заклепок до 4 мм; время на расклепывание за-
клепки около 0,5 с. При работе на прессах на заклепку требуется
около 3 с.
Сила горячей клепки на прессах должна быть не менее 10F тс,
а при холодной клепке 25F тс, где F — площадь поперечного сече-
ния стержня заклепки, см2.
Сварка находит все более широкое применение в машинострое-
нии. Она обеспечивает значительную экономию материала и снижает
трудоемкость изготовления изделий. Специальные электросвароч-
ные машины включают в общий поток обработки деталей в механо-
сборочном цехе. Сборочные работы при сварке предусматривают
правильное положение соединяемых деталей и их временное скреп-
ление. Правильность соединения контролируют выверкой или уста-
новкой в приспособлении. Применяемые методы сварки приведены
в табл. 16.
Плазменную сварку осуществляют сварочной головкой, которая
может быть применена и для резки. Производительность сварки
40 м/ч. Квантовая сварка по качеству не уступает электронно-луче-
вой: она может производиться дистанционно и без вакуума. Диффу-
зионной сваркой в вакууме можно соединять не только металлы,
но и керамические материалы, а также металлы с керамикой. Ее
преимуществом является низкая температура, небольшая сила при-
жатия соединяемых деталей, а также отсутствие их окисления.
221
Таблица 16
Характеристика основных способов сварки
Сварка Материал свари- ваемых деталей Рекомендуе- мая толщина или площадь сечения сва- риваемых элементов Сварное соединение Очистка эле- ментов перед сваркой
Электродуговая ручная ме- таллическим электродом Сталь, алюми- ниевые сплавы > 1,5—2 мм Встык, внахле- стку с отбор- товкой, тавро- вые Стальной щет- кой
Автоматическая под флюсом Сталь > 2—2,5 мм То же Стальной щет- кой или газо- вым пламе- нем
Электродуговая угольным электродом Низкоуглероди- стая сталь, алюминий, хмедь 4—12 мм Встык, с от- бортовкой Стальной щет- кой
Аргонодуговая Нержавеющая сталь, алю- миниевые и магниевые сплавы < 4 мм Встык, тавро- вые, с отбор- товкой То же
Атомно-водо- родная Легированные стали < 8 мм То же »
Газовая Сталь, алюми- ниевые, мед- ные и твер- дые сплавы < 2 мм 10 мм » Встык, с от- бортовкой »
Газопрессовая Контактная стыковым: Сталь <25 000 мм8 Встык Обработка ре- зан иегл тор- цов
оплавлени- ем Сталь и алюми- ниевые сплавы <25 000 мм2 Встык Стальной щет- кой
сопротивле- нием Точечная Сталь, алюми- ниевые и мед- ные сплавы Сталь низ ко уг- леродиста я, легирован- ная, нержа- веющая, алю- миниевые и медные сплавы Прутки < 10 мм < 12 мм < 10 мм < 6 мм < 2,5 мм » Внахлестку Обработка ре- занием тор- цов Холодноката- ная сталь без очистки, горячеката- ная сталь — травление, пескоструй- ная обработка или обработ- ка резанием
Роликовая То же < 2 мм » Пескоструйная обработка и обработка ре- занием
222
Продолжение табл. 16
Сварка Материал свари- ваемых детвлей Рекомендуе- мая толщина или площадь сечения сва- риваемых элементов Сварное соединение Очистка элемен- тов перед сваркой
Трением Сталь углеро- дистая, леги- рованная, цветные сплавы Круглые детали диаметром <40 мм Встык Стальной щет- кой, песко- струйная об- работка
Электр ошлако- ван Сталь углеро- дистая и легированная 20—000 мм Встык То же
Конденсаторная Сталь углеро- дистая, леги- рованная и нержавеющая 0,03—0,6 мм Внахлестку Тщательная очистка и обезжирива- ние необяза- тельны
Ультразвуком Однородные и разнородные металлы и сплавы 0,05—0,5 мм ъ То же
Электронным лучом в ва- кууме Химически ак- тивные и ту- гоплавкие металлы и сплавы < 10 мм Встык ъ
Лучом лазера То же < 1 мм Внахлестку »
Можно сваривать также термопластичные пластмассы; термореак-
тивные пластмассы не свариваются ни одним из существующих спо-
собов. К наиболее распространенным методам относится сварка
газовыми теплоносителями, нагревательными элементами, ТВЧ и
ультразвуком. При сварке газовыми теплоносителями свариваемые
детали нагреваются подогретым воздухом, азотом, аргоном. Темпе-
ратура теплоносителя должна быть на 30—50° С выше точки плавле-
ния основного материала. Сварку винипласта производят в струе
горячего воздуха с помощью присадочного прутка. Пруток и стенки
шва нагреваются до 190—200° С. Термопласт размягчается и приоб-
ретает клейкость. Листы полипропилена сваривают в струе инерт-
ного газа, нагретого до 280° С; таким методом можно сваривать
и полиамиды.
Сварку под давлением 2—10 кгс/см2 листов и деталей из органи-
ческого стекла, винипласта, полистирола и полиэтилена производят
при контакте с нагревательным элементом. Сварку осуществляют
внахлестку, встык и с косым срезом. Температура сварки в зависи-
мости от материала, давления и других факторов достигает 120—
240° С. Выдержка при температуре и давлении составляет примерно
1 мин на 1 мм толщины детали.
223
Сварка ТВЧ обеспечивает высокое качество соединений, высоко-
производительна и применяется для деталей из полихлорвинилового
пластиката, труб из винипласта и элементов из полиэтилена. Недо-
статком сварки ТВЧ является ограничение толщины свариваемых
деталей (не более 5 мм).
Ультразвуком сваривают элементы из органического стекла,
винипласта, полиэтилена, хлорвинила, полистирола. Наибольшая
толщина свариваемых элементов 10 мм. Этот метод производителен.
Например, время сварки в одной точке деталей из винипласта сум-
марной толщиной 10 мм составляет 0,7 с.
Пайка металлов является процессом соединения, при котором
в зазор между нагретыми элементами вводят расплавленный припой,
смачивающий их поверхности и скрепляющий соединяемые эле-
менты после охлаждения и затвердевания. Расплавленный припой
благодаря хорошему смачиванию поверхностей собираемых деталей
и капиллярности проникает в соединительный шов и образует сплав,
обладающий после затвердевания более высокой прочностью, чем
прочность припоя.
Различают пайку твердыми (на серебряной, медной и никелевой
основах) и мягкими (оловянно-свинцовистыми) припоями. Твердые
припои имеют температуру плавления выше 550° С, а мягкие ниже
400° С.
При пайке применяют различные флюсы; их состав зависит от
материала соединяемых деталей, припоя и метода пайки. Качество
соединения повышается при пайке в восстановительной среде, среде
нейтральных газов (например, аргона) и вакууме. Процесс, проте-
кающий в условиях нейтральной среды, предохраняет поверхности
соединяемых деталей от образования окислов, что обеспечивает
лучшее их смачивание расплавленным припоем. Пайку производят
с местным или общим нагревом соединяемых деталей.
В единичном и мелкосерийном производстве применяют пайку
термическим контактом (паяльником) и газовой горелкой; в крупно-
серийном и массовом производстве детали нагревают в ваннах и га-
зовых печах, а также широко применяют электронагрев. На многих
заводах внедрены различные средства механизации пайки, включая
индукционный нагрев.
Перспективно развитие технологии пайки металлов и неметалли-
ческих материалов ультразвуком. Этот метод пайки удобен для дета-
лей из алюминиевых сплавов, так как высокочастотные колебания
(20 000 Гц) разрушают окисную пленку, и пайка происходит без
флюса. В качестве припоя используют оловянно-цинковые сплавы
(олова 80—98%), сплавы кадмия с оловом или кадмия с цинком.
Алюминиевые сплавы паяют также способом натирания для уда-
ления окисной пленки. Соединяемые детали нагревают до темпера-
туры плавления припоя. На место пайки наносят припой. Пленка
окиси под слоем припоя разрушается и удаляется стальной щеткой
или острым концом паяльника. Затем наносят остальную часть
припоя. Удобна пайка деталей из алюминиевых сплавов химиче-
224
скими реагентами. На поверхность деталей наносят флюс (хлористое
олово, хлористый цинк, хлористый калий и другие соли). При
350—450° С флюс взаимодействует с пленкой окиси, выделяя олово
или другие металлы. Одновременно с плавлением флюса на поверх-
ность наносят припой, равномерно распределяя его по месту соеди-
нения.
В приборостроении применяют высокопроизводительный метод
групповой пайки волной припоя. Его производительность в 20 раз
больше обычного метода пайки термическим контактом.
Склеиванием соединяют детали из разнородных материалов,
уменьшают массу изделий, обеспечивают герметичность и коррозион-
ную стойкость деталей в местах соединения, снижают себестоимость
изделий.
По сравнению со сварными, паяными и клепаными деталями
в склеенных деталях напряжения распределены равномерно и не
вызывают их коробления. Клеевые соединения хорошо работают
на сдвиг, равномерный отрыв, переносят динамические и переменные
нагрузки. К недостаткам клеевых соединений относятся их незначи-
тельная тепловая стойкость (для большинства клеев опа не превы-
шает 100° С), склонность к ползучести при длительном действии
больших статических нагрузок, а также длительная выдержка при
полимеризации.
Отечественная и зарубежная промышленность выпускает боль-
шое количество клеев для металла и неметаллических материалов.
Среди них можно выделить основные группы.
1. Клеи на основе эпоксидных смол применяют при холодном
и горячем соединениях металлов, керамики, пластмасс, древесины
и других материалов. Клеи для холодного отверждения изготовляют
из смолы ЭД5 или ЭД6 (100 вес. ч.) и отвердителя полиэтилепполиа-
мида (8—10 вес. ч.) или кубового остатка гексаметилендиамина
(20 вес. ч.).
Для приготовления клеев горячего отверждения к смоле до-
бавляют отвердитель — малеиновый ангидрид (40 вес. ч.). Предел
прочности склеивания стали со сталью при сдвиге 350 —400 кгс/см2.
Теплостойкость не выше 90° С. Соединяемые детали склеивают без
прижима. Клеи горячего отверждения можно хранить длительное
время в закрытой посуде.Клеи холодного отверждения приготовляют
перед употреблением, так как их жизнеспособность составляет
30—40 мин. На основе эпоксидных смол разработаны клеи горячего
и холодного отверждения.
2. Клеи на основе фенольных смол модифицируют различными
составами. Отверждение происходит при температуре 150° С с при-
жатием деталей. Клеи типа БФ поставляют в готовом виде без после-
дующего введения отвердителя. Их теплостойкость не выше 70° С,
прочность на сдвиг 250—300 кгс/см2 при соединении стали со
сталью.
Фенольнокаучуковые клеи и клеи на основе фенольных смол,
модифицированные органическими полимерами и кремнийорганичес-
8 п/р. Корсакова В. С. 225
кими соединениями, отличаются высокой теплостойкостью. Их проч-
ность на сдвиг 200 кгс/см2 при 20 э С и 50—80 кгс/см2 при 250—
300° С.
3. Полиуретановые клеи имеют теплостойкость 100—120° С
и такую же прочность, как и у клеев БФ.
4. Специальные клеи обладают повышенной теплостойкостью;
прочность на сдвиг 600—700 кгс/см2.
При склеивании сопрягаемые поверхности деталей очищают,
обезжиривают и в некоторых случаях обрабатывают для получения
шероховатости, обеспечивающей лучшее удержание клея. Кроме
клеевых соединений применяют комбинированные — клеесварные
и клеезаклепочные соединения.
ГЛ AB A VII
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ
§ 1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ
И ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В основу разработки технологических процессов положены два
принципа: технический и экономический. В соответствии с техниче-
ским принципом проектируемый технологический процесс должен
полностью обеспечить выполнение всех требований рабочего чертежа
и технических условий на изготовление заданного изделия. В соот-
ветствии с экономическим принципом изготовление изделия должно
вестись с минимальными затратами труда и издержками производ-
ства. Технологический процесс изготовления изделий должен вы-
полняться с наиболее полным использованием технических возмож-
ностей средств производства, при наименьшей затрате времени и наи-
меньшей себестоимости изделий.
Из нескольких возможных вариантов технологического процесса
изготовления одного и того же изделия, равноценных с позиций тех-
нического принципа проектирования, выбирают наиболее эффектив-
ный (т. е. производительный) и рентабельный вариант. При равной
производительности сопоставляемых вариантов выбирают наиболее
рентабельный, а при равных рентабельностях — наиболее произво-
дительный. При разных производительностях и рентабельностях
выбирают наиболее рентабельный при условии, что производитель-
ность всех сравниваемых вариантов не ниже заданной. В исключи-
тельных случаях (срочный выпуск особо важной продукции, ликви-
дации возникающих «узких» мест производства и пр.) в рамках дан-
ного завода и на определенный период времени за основу может быть
принят наиболее производительный вариант процесса. Эффектив-
ность и рентабельность проектируемого процесса выявляют по всем
элементам, из которых они складываются, либо определяют расче-
том по укрупненным показателям.
Оптимизация технологического процесса заключается в том,что
в установленный промежуток времени необходимо обеспечить выпуск
потребного количества изделий заданного качества при возможно
минимальной себестоимости их изготовления. В простейшем случае
оптимизируют отдельные технологические (обычно лимитирующие)
операции. По установленным ограничениям определяют наивыгод-
нейшие режимы резания и другие условия обработки. Более слож-
ная задача оптимизации технологического процесса в целом; она
решается методом динамического программирования с учетом влия-
8* 227
ния предыдущих операций на последующие. Поэтому нельзя изоли-
рованно по каждой операции принимать такое решение, при кото-
ром эффективность этой операции будет наибольшей. При оптимиза-
ции технологического процесса может измениться пе только содер-
жание операций, но и его структура.
Оптимизацию вновь проектируемых и действующих технологи-
ческих процессов производят по различным целевым функциям.
Чаще оптимизацию производят для получения наименьшей себестои-
мости изготовления изделий. В других случаях объектом оптимиза-
ции могут быть наибольшая производительность или наивысшее
качество производимых изделий. Знание основных закономерностей
построения технологических процессов и использование математиче-
ских методов позволяет находить оптимальные решения с помощью
электронно-вычислительных машин.
Проектирование технологических процессов механической обра-
ботки имеет целью датыюдробное описание процессов изготовления
детали с необходимыми технико-экономическими расчетами и обосно-
ваниями принятого варианта. В результате составления технологи-
ческой документации инженерно-технический персонал и рабочие
исполнители получают необходимые данные и инструкции для осу-
ществления спроектированного технологического процесса на пред-
приятии. Технологические разработки позволяют выявить необхо-
димые средства производства для выпуска изделий, трудоемкость
и себестоимость изготовления изделий.
" На основе проектного технологического процесса устанавливают
исходные данные для организации снабжения основными и вспомо-
гательными материалами, календарного планирования, техниче-
ского контроля, инструментального и транспортного хозяйства.
Технологические процессы разрабатывают при проектировании
новых и реконструкции существующих заводов, а также при орга-
низации производства новых объектов на действующих заводах.
Кроме того, новые технологические процессы корректируют или
разрабатывают на действующих заводах при выпуске освоенной
продукции. Это вызывается непрерывными текущими конструктив-
ными усовершенствованиями объектов производства и необходимо-
стью систематического использования и внедрения в действующее
производство новейших достижений производственной техники.
По объекту и условиям разработки технологические процессы
подразделяют на единичные и типовые. Единичные разрабатывают
на изделия одного наименования, типоразмера и исполнения незави-
симо от типа производства, типовые — на группу изделий с общими
конструктивными признаками. Применяемые в промышленности
групповые технологические процессы разрабатывают на конструк-
тивно и технологически сходные изделия.
При проектировании новых и реконструкции существующих
заводов разработанные технологические процессы являются осно-
вой проекта. Они определяют потребное оборудование, производст-
венные площади и энергетику цеха, его транспортные средства, рабо-
228
чую силу, необходимые основные и вспомогательные материалы.
От качества технологических разработок в значительной степени
зависят техпико-экономические показатели работы завода.
При организации производства новых объектов на действующем
заводе разработка технологических процессов предшествует подго-
товительным и организационным работам. На ее основе выявляют
возможности использования имеющегося и необходимость приобре-
тения нового оборудования, определяют потребное количество рабо-
чей силы, инструмента, транспортных средств, материалов, энергии.
§ 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Исходные данные для проектирования технологических про-
цессов механической обработки. В тех случаях, когда технологиче-
ские процессы проектируют для новых заводов, исходными данными
являются: рабочий чертеж, определяющий материал, конструктив-
ные формы и размеры детали; технические условия на изготовление
детали, характеризующие точность и качество обработанных поверх-
ностей, а также особые требования (твердость и структура матери-
ала, термическая обработка, балансировка и пр.); объем выпуска
изделий, в состав которых входит изготовляемая деталь, с учетом
выпуска запасных частей; планируемый интервал времени (обычно
в годах) выпуска изделий и запасных частей. Если выпуск во вре-
мени неравномерный, то его указывают по годам или другим перио-
дам времени.
При проектировании технологических процессов для действую-
щих или реконструируемых заводов необходимо располагать све-
дениями о наличном оборудовании, площадях и других местных
производственных условиях. В частном случае возможности тех-
нолога при проектировании и корректировке технологических про-
цессов механической обработки могут быть еще более ограничены
заданным видом исходной заготовки.
При проектировании используют справочные и нормативные ма-
териалы; каталоги и паспорта оборудования; альбомы приспособле-
ний; ГОСТы и нормали на режущий и измерительный инструменты,
нормативы точности, шероховатости, расчета припусков, режимов
резания и технического нормирования времени; тарифно-квалифи-
кационные справочники и другие вспомогательные материалы. Для
оформления технологических разработок необходимо иметь бланки
технологической документации.
Общая методика и последовательность проектирования. Задача
проектирования технологических процессов характерна многовари-
антностью возможных решений. Даже для сравнительно простых
деталей может быть разработано несколько различных технологиче-
ских процессов, полностью обеспечивающих требования рабочего
чертежа и технических условий. Методом последующего сопостав-
229
ления эффективности и рентабельности этих вариантов оконча-
тельно отбирают один или небольшое число равноценных вари-
антов.
Проектирование технологических процессов отличается слож-
ностью и трудоемкостью. Как и многие другие виды проектирования,
его выполняют в несколько последовательных стадий. Вначале
делают предварительные наметки технологического процесса; на
последующих стадиях их уточняют и конкретизируют на основе де-
тальных технологических расчетов. В результате последовательного
уточнения предварительных наметок получают законченные раз-
работки технологического процесса. К правильному и приемлемому
решению обычно удается приблизиться после разработки и сравне-
ния нескольких технологических вариантов. Для сокращения тру-
доемкости и длительности технологических разработок сопоставле-
ние и выбор варианта целесообразно производить на предваритель-
ных и промежуточных стадиях проектирования.
Степень углубленности технологических разработок зависит от
типа производства. В условиях массового производства технологи-
ческие процессы разрабатывают подробно для всех деталей изделия;
эти технологические процессы называют операционными. Их выпол-
няют по документации, в которой содержание операций излагается
с указанием переходов и режимов обработки. В единичном произ-
водстве ограничиваются сокращенной разработкой технологических
процессов, учитывая, что подробная разработка их в данных усло-
виях экономически не оправдывается. Эти технологические про-
цессы называют маршрутными. Их выполняют по документации,
в которой содержание операций изложено без указания переходов
и режимов обработки. Для сложных и дорогих деталей, особенно
в тяжелом машиностроении, технологические процессы разрабаты-
вают подробно. В серийном производстве при широкой номенкла-
туре выпускаемых изделий проектируют групповые технологиче-
ские процессы. На оригинальные детали разрабатывают единичные
технологические процессы.
Процесс проектирования содержит взаимосвязанные и выполняе-
мые в определенной последовательности этапы. К ним относятся
определение типа производства и методов работы, выбор метода
получения заготовки и установление предъявляемых к ней требо-
ваний, выбор технологических баз, выбор последовательно выполняе-
мых методов (маршрута) обработки отдельных поверхностей, со-
ставление маршрута обработки детали в целом, предварительная
наметка операций, расчет промежуточных припусков, установление
технологических допусков и предельных размеров заготовки по
технологическим переходам, уточнение содержания операций и сте-
пени концентрации технологических переходов, выбор оборудова-
ния, инструментов и приспособлений, установление режимов реза-
ния, определение настроечных размеров, уточнение схем установки
и закрепления заготовки для разработки технического задания на
конструирование приспособлений, установление норм времени и ква-
230
Рис. 72. Основные этапы проектирования технологических процессов механи-
ческой обработки
лификации исполнителей, оформление технологической докумен-
тации.
Из укрупненной схемы последовательного выполнения этапов
проектирования технологии обработки заготовки резанием примени-
тельно к условиям массового производства (рис. 72) видна взаимо-
связь этапов проектирования и многовариантность частных и общих
решений поставленной задачи. Общие и частные варианты (выполне-
ния отдельных этапов) показаны штриховыми разветвляющимися
линиями. Отдельные этапы (расчет темпа и определение типа произ-
водства, расчет режимов резания, установление нормы времени
на обработку) решаются однозначно по предварительно установлен-
ным условиям и исходным данным.
При проектировании технологических процессов обработки
сложных заготовок общее количество возможных вариантов полу-
чается весьма большим. В этих условиях сопоставление вариантов
и выбор оптимального даже при использовании современных вычис-
лительных средств становятся трудоемкимй и длительными из-за
большого числа переменных факторов. Для уменьшения числа сопо-
ставляемых вариантов важно использовать типовые решения, реко-
мендации нормативных и руководящих материалов и не рассматри-
вать те варианты, от реализации которых не ожидаются ощутимые
положительные результаты. Варианты этапов желательно анализи-
ровать и сопоставлять на промежуточных стадиях проектирования,
ориентируясь на средние (рекомендуемые) условия их выполнения,
устанавливаемые по соответствующим нормативам.
Технологический контроль чертежа и технических условий.
Проектированию технологического процесса предшествует подроб-
ное изучение рабочего чертежа детали, технических условий на
ее изготовление и условий ее работы в изделии. Проверяют достаточ-
ность проекций, правильность простановки размеров, изучают тре-
бования к точности и шероховатости обработанных поверхностей,
а также другие требования технических условий. Нередко конструк-
торы завышают класс точности и уменьшают регламентируемую
231
шероховатость поверхностей детали, что усложняет технологиче-
ский процесс ее изготовления. В этом случае технолог может предло-
жить соответствующие коррективы, и на основе обсуждения с кон-
структором находят правильное решение.
При контроле рабочего чертежа выявляют возможность улучше-
ния технологичности конструкции детали. Обращают внимание
на уменьшение размеров обрабатываемых поверхностей, что снижает
трудоемкость механической обработки; повышение жесткости де-
тали, что обеспечивает возможность многоинструментной обработки;
применение многолезвийных инструментов и высокопроизводитель-
ных режимов резания; облегчение подвода и отвода режущих ин-
струментов, в результате чего уменьшается вспомогательное время;
унификацию размеров пазов, канавок, переходных поверхностей
и отверстий, что сокращает номенклатуру размерных и профильных
инструментов; обеспечение надежного и удобного базирования заго-
товки, а при простановке размеров — возможность совмещения тех-
нологических и измерительных баз; удобство осуществления много-
местной обработки заготовок. В результате улучшения техноло-
гичности конструкции может быть получен значительный эффект
от снижения трудоемкости и себестоимости выполнения процессов
обработки.
Тип производства определяют после расчета темпа работы для
заданной детали по формуле (79). Если темп близок или меньше пред-
варительно и ориентировочно установленной средней длительности
наиболее характерных операций обработки, то производство прини-
мают массовым. В этом случае закрепление постоянно выполняемой
операции за каждым рабочим местом будет целесообразным в резуль-
тате достаточно высокой (не ниже 70%) загрузки оборудования.
Длительность операций определяют на основе прикидочных расче-
тов, исходя из размеров наиболее характерных поверхностей детали
и пользуясь укрупненными нормативами для нормирования вре-
мени обработки.
Если темп значительно превосходит предполагаемую длитель-
ность отдельных операций обработки, то деталь должна изготов-
ляться по принципам серийного производства. В этом случае из-за
недогрузки оборудования обработку заготовок целесообразно вести
партиями х.
При серийном производстве ориентировочно намечают производ-
ственную партию, исходя из трудоемкости наладки оборудования,
длительности процессов обработки, календарных сроков выпуска
изделий, затрат незавершенного производства, номенклатуры изде-
лий и других организационных и экономических соображений. Для
крупных и сложных заготовок производственную партию можно
брать равной двухнедельной программе, для средних заготовок —
1 При наличии ряда технологически сходных заготовок следует выполнять
обработку на групповых или переменно-поточных линиях или организовывать
для ее выполнения технологически замкнутые участки.
232
месячной программе, для простых и мелких заготовок — трехмесяч-
ной программе. Установленные производственные партии корректи-
руют при последующей детальной разработке технологического
процесса.
Выбор метода получения заготовки. Конструктор устанавливает
материал заготовки и его марку по имеющимся стандартам. Он на-
значает также необходимую термическую обработку. Учитывая
условия работы детали в машине, он может указать предпочтитель-
ный способ получения исходной заготовки (ковка вместо литья,
ковка вместо проката). На основе этих данных технолог выбирает
конкретный метод получения заготовки. Выбор метода определяется:
1) технологической характеристикой материала заготовки, т. е.
его литейными свойствами и способностью претерпевать пластиче-
ские деформации при обработке давлением, а также структурными
изменениями материала заготовки, получаемыми в результате при-
менения того или иного метода выполнения заготовки (расположе-
ние волокон в поковках, величина зерна в отливках и пр.); 2) кон-
структивными формами и размерами заготовки; 3) требуемой точ-
ностью выполнения заготовки, шероховатостью и качеством ее
поверхностей; 4) программой выпуска и заданными сроками выпол-
нения этой программы.
На выбор метода выполнения заготовки влияет время подготовки
технологической оснастки (изготовление штампов, моделей, пресс-
форм и пр.); наличие соответствующего технологического оборудова-
ния и желаемая степень автоматизации процесса. Выбранный метод
должен обеспечивать наименьшую себестоимость изготовления де-
тали, т. е. затраты на материал, выполнение заготовки и последую-
щую механическую обработку вместе с накладными расходами
должны быть минимальны. С повышением точности выполнения заго-
товки и приближением ее формы к конфигурации готовой детали
удельный вес механической обработки заметно снижается. Однако
при малой программе выпуска не все методы могут оказаться рента-
бельными из-за того, что расходы на оснастку для заготовительных
процессов экономически не окупаются. Это видно из структурной
формулы себестоимости изготовления детали (в коп.)
Сяст = Ga 4- 3arZ3ar (1 + +
+ Z А„. заЛ +1 А.,. обр/обр (1 + , (84)
где G — масса материала на одну заготовку, кг; а — цена 1 кг мате-
риала, коп.; S/,H3arZ3.ir —производственная заработная плата рабо-
чих заготовительного цеха на одну заготовку по всем операциям
ее выполнения, коп. (/шзаг — штучное время на одну операцию,
мин, Z3ar — минутная ставка рабочего при выполнении этой опера-
ции, коп.); z3ar—накладные расходы по заготовительному цеху
без учета издержек на специальную оснастку и использование обору-
дования, %; Е — расходы на специальную оснастку (штампы, пресс-
233
Рнс. 73. Влияние точности и программы
выпуска на себестоимость изготовления
заготовки и детали
10 20 тыс. шт.
Программа
г)
формы, модели и пр.), руб.; N —выпуск продукции, на который
распределяются расходы на оснастку, шт.; /ш.заг k — затраты на экс-
плуатацию оборудования заготовительного цеха на одну заго-
товку, коп. (k — затраты на эксплуатацию оборудования в 1 мин,
коп.); 2/ш.обР4>бР—производственная заработная плата рабочих
механического цеха на одну заготовку по всем операциям обра-
ботки, коп. (А„.Обр —штучное время на одну операцию обработки
резанием, мин, /обр — минутная ставка рабочего при выполнении
этой операции, коп.); zo6p —накладные расходы по механическому
иеху, %.
Зависимость себестоимости изготовления заготовки от допуска
на размер приведена на рис. 73, а. Себестоимость изготовления
заготовки при определенной программе выпуска (кривая Л) сумми-
руется из расходов на материал, производственную заработную плату,
расходов на оборудование и оснастку и прочих издержек производ-
ства по заготовительному цеху (кривые 1—4). С увеличением допуска
на размеры заготовки себестоимость ее изготовления снижается.
Зависимость себестоимости полного изготовления детали от допуска,
на размер заготовки приведена па рис. 73, б. Условные обозначе-
ния: 0 — себестоимость изготовления заготовки; /, 2 и 3 — себестои-
мости выполнения предварительной, чистовой и отделочной механи-
ческой обработки. Минимальная себестоимость изготовления детали
в данных производственных условиях может быть получена при
комплексном решении задачи по выбору метода выполнения заго-
товки и построению последующей механической обработки.
Зная технологические характеристики заготовительных мето-
дов, можно отобрать небольшое число методов, удовлетворяющих
исходным данным (по материалу заготовки, ее размерам, сложности
формы, точности и шероховатости поверхностей). Предварительный
234
выбор метода может производиться по таблицам или графикам, ана-
логичным рис. 73, в и г, где показаны сравнительные области целе-
сообразного применения различных методов в зависимости от про-
граммы выпуска изделий. По вертикальной оси на этих графиках
отложена себестоимость заготовки в условных единицах. Условные
обозначения (рис. 73, в): 1—прокат; 2—свободная ковка; <3 —
штамповка на молотах; 4 —штамповка на горизонтально-ковочных
машинах; 5 —прокатка на специальных станах; 6 —штамповка
выдавливанием (рис. 73, г): 1 — литье в землю при ручной формовке;
2 —литье в землю при машинной формовке; 3 —литье в оболочко-
вые формы; 4 —литье по выплавляемым моделям; 5 —литье в ко-
киль; 6 —литье под давлением. Применение быстропереналаживае-
мого оборудования и обратимой оснастки способствует распростране-
нию высокопроизводительных методов в мелкосерийном производ-
стве. Метод получения заготовки нужно выбирать окончательно
на основе экономических расчетов себестоимости выполнения заго-
товительных процессов и процессов обработки резанием.
При литье заготовок или пластическом деформировании предва-
рительно устанавливают припуски на обработку; допуски на раз-
меры обрабатываемых и необработанных поверхностей; базовые
поверхности для первой операции обработки резанием и требова-
ния, предъявляемые к этим поверхностям; термическую обработку
заготовок (если она нужна) и требования к структуре и твердости
материала применительно к его обрабатываемости; метод очистки
поверхностей заготовки; места вырезки пробных образцов для
оценки качества материала (у ответственных заготовок); методы
предварительной обработки заготовок (обдирка, зачистка, цент-
ровка, правка и т. и.). При изготовлении заготовок из сортового
материала устанавливают профиль и размеры прутка или толщину
листа. Указанные данные должны быть приведены на чертеже заго-
товки или в технических условиях на ее изготовление.
Контроль качества заготовок предусматривает выявление дефек-
тов материала путем внешнего осмотра необработанных и предвари-
тельно обработанных поверхностей; проверку размеров заготовок
с помощью универсальных измерительных инструментов, шаблонов
или разметки; проверку механических свойств материала и его хи-
мического состава.
Выбор технологических баз для установки заготовок. Выбор тех-
нологических баз — это ответственный этап проектирования техно-
логического процесса обработки резанием. Выбор баз тесно связан
с построением маршрута обработки заготовки. При выборе баз нужно
четко представлять общий (укрупненный) план обработки заготовки,
который на последующих этапах подвергается дальнейшей детали-
зации и уточнению. Исходными данными при выборе баз являются
рабочий чертеж детали, чертеж заготовки, технические условия
на изготовление детали и заготовки.
В зависимости от сложности изготовляемой детали возможно
несколько случаев базирования.
235
1. Заготовку базируют на необработанные поверхности и при
одной установке (за одну операцию) производят ее полную обра-
ботку. Случаи характерен для простых деталей, обрабатываемых
на автоматах, агрегатных станках, а также в приспособлениях —
спутниках автоматических линий.
2. Заготовку базируют при выполнении основной части операций
на обработанные несменяемые поверхности. Подготовку этих по-
верхностей производят на первых операциях технологического
процесса с базированием на необработанные поверхности заготовки.
Этот случай характерен для более сложных деталей, обработка кото-
рых выполняется за несколько установок.
3. Данный случай аналогичен предыдущему, за исключением
того, что перед последним этапом технологического процесса (отде-
лочная обработка) принятые технологические базы подвергают
повторной (отделочной) обработке. Случай характерен для сложных
деталей повышенной точности.
4. Заготовку базируют на различные последовательно сменяе-
мые обработанные поверхности. Часть этих поверхностей обрабаты-
вают с установкой заготовки на необработанные базы, другую часть
с установкой на обработанные поверхности. Выполнение отдельных
операции обработки возможно с одновременным базированием на
обработанные и необработанные поверхности. Этот случай (нежела-
тельный) может встретиться при обработке деталей, к которым
предъявляются особые требования.
5. В отличие от предыдущего данный случай характерен повтор-
ной (многократной) обработкой последовательно сменяемых баз.
Примером может служить предварительное и чистовое шлифование
планки или диска на магнитной плите с последовательным перевер-
тыванием заготовки для обработки ее каждой стороны.
При выборе технологических баз следует стремиться к более
полному соблюдению принципа совмещения баз. В этом случае
погрешности базирования равны нулю и точность обработки повы-
шается. При невозможности выдержать данный принцип (например,
из-за недостаточной устойчивости установки при малых размерах
измерительной базы) за технологическую базу принимают другую
поверхность, стремясь уменьшить нежелательные последствия не-
совмещения баз.
Выдерживание принципа постоянства баз способствует повыше-
нию точности взаимного положения поверхностей детали. Высокая
точность по концентричности расположения поверхностей вращения
обеспечивается путем использования на разных операциях обра-
ботки (или переходах) одной и той же технологической базы. Луч-
ший результат при этом обеспечивается выполнением всех перехо-
дов за одну установку и одно закрепление обрабатываемой заго-
товки. При нескольких установках на одну и ту же базу точность
взаимного расположения поверхностей снижается.
Соблюдение принципа постоянства баз повышает однотипность
приспособлений и схем установки, что особенно важно при автомати-
236
зации процессов обработки. Стремление к более полному выдержи-
ванию этого принципа приводит к созданию на детали искусствен-
ных баз (бобышек, платиков, центровых гнезд, установочных пояс-
ков и других элементов).
При вынужденной смене баз следует переходить от менее точ-
ной к более точной базе (принцип последовательной смены баз).
В каждом отдельном случае в зависимости от сложности обрабаты-
ваемой заготовки может быть предложено несколько схем базиро-
вания. При анализе и сопоставлении этих схем приходится рассчи-
тывать погрешности установки, пересчитывать размеры и допуски
(если происходит изменение баз), а также определять допуски на
размеры технологических баз. Для уменьшения числа вариантов
схем базирования следует по возможности использовать типовые
схемы установки.
При выборе баз необходимо учитывать дополнительные сообра-
жения: удобство установки и снятия заготовки, надежность и удоб-
ство ее закрепления в выбранных местах приложения сил зажима,
возможность подвода режущих инструментов с разных сторон заго-
товки. По выбранным базам должны быть сформулированы требова-
ния к точности и шероховатости, а также предусмотрена необходи-
мость повторной обработки для устранения возможной деформации
от действия остаточных напряжений в материале заготовки.
Установление маршрута обработки отдельных поверхностей
заготовки. Знать маршрут обработки отдельных поверхностей необ-
ходимо для последующего расчета промежуточных и общих при-
пусков на обработку, а также промежуточных размеров заготовки
по технологическим переходам обработки. Маршрут обработки уста-
навливают исходя из требований рабочего чертежа и принятой заго-
товки. По заданному классу точности и шероховатости данной
поверхности и с учетом размера, массы и формы детали выбирают
один или несколько возможных методов окончательной обработки.
Решение этой задачи облегчается при использовании технологиче-
ских характеристик методов обработки. Зная вид заготовки, таким же
образом выбирают первый начальный метод маршрута. Если точ-
ность заготовки невысока, то обработку данной поверхности начи-
нают с использования черновой обработки. При точной заготовке
сразу можно начинать чистовую, а в некоторых случаях и отделоч-
ную обработку.
Базируясь на завершающий и первый методы маршрута, уста-
навливают промежуточные методы. При этом исходят из того, что
каждому методу окончательной обработки предшествует один или
несколько возможных предварительных (менее точных) методов.
Например, чистовому развертыванию отверстия предшествует пред-
варительное, а предварительному развертыванию — чистовое зен-
керование или сверление.
При построении маршрута исходят из того, что каждый последую-
щий метод должен быть точнее предыдущего. Технологический
допуск на промежуточный размер и качество поверхности, получен-
237
ное на предыдущем этапе обработки, должны находиться в преде-
лах, при которых можно использовать намечаемый последующий
метод обработки. После чернового растачивания нельзя, напри-
мер, применять чистовое развертывание, так как для устранения
всех погрешностей предшествующей обработки зубья развертки
работали бы с недопустимо большой глубиной резания. Выбор
маршрута обработки поверхности на последующих этапах проекти-
рования связан с установлением припуска па эту поверхность.
Число возможных вариантов маршрута обработки данной по-
верхности может быть довольно большим. Все они, однако, различны
по эффективности и рентабельности. Выбор окончательного вари-
анта по этим показателям важен, но сложен и трудоемок.
Рассмотрим в качестве примера формирование вариантов марш-
рута обработки цилиндрического отверстия по 2а классу точности
(рис. 74). Отверстие в заготовке получено литьем. В качестве пред-
варительных методов обработки можно применить предваритель-
ное растачивание и предварительное зенкерование, а в качестве
окончательных (обеспечивающих заданную точность и показанных
на схеме в нижнем ряду) развертывание, тонкое растачивание и про-
тягивание. В качестве промежуточных методов обработки исполь-
зуют чистовое зенкерование и чистовое растачивание. Для данного
конкретного случая можно построить десять различных маршрутов
обработки отверстия.
Маршрут выбирают приближенно, оценивая трудоемкость сопо-
ставляемых вариантов по суммарному основному времени обработки
и используя для расчета нормативные материалы. Более точно выби-
рают маршрут при сравнении суммарной себестоимости обработки.
Решение данной задачи может быть облегчено разработкой типовых
рекомендуемых маршрутов обработки основных поверхностей дета-
лей машин.
Число вариантов можно сократить с учетом некоторых сообра-
жений. К их числу можно отнести необходимость обработки данной
поверхности на одном станке за несколько последовательных пере-
Рис. 74. Схема формирования маршрута обработки сквозного отверстия:
1 — предварительное растачивание; 2 — предварительное зенкерование; 3 — разверты-
вание; 4 — тонкое растачивание; 5 — протягивание; 6 — чистовое' зенкерование; 7 —
чистовое растачивание
238
ходов, ограничение возможности применения других методов обра-
ботки из-за недостаточной жесткости детали, а также необходимость
обработки данной поверхности совместно с другими поверхностями
заготовки (например, для достижения большей точности их взаим-
ного расположения).
Составление маршрута обработки заготовки. Составление марш-
рута представляет сложную задачу с большим числом возможных
вариантов решения. Его цель —дать общий план обработки заго-
товок, наметить содержание операций технологического процесса
п выбрать тип оборудования. Для решения этой задачи могут быть
даны следующие методические указания. При установлении общей
последовательности обработки сначала обрабатывают поверхности,
принятые за технологические базы. Затем обрабатывают остальные
поверхности в последовательности, обратной степени их точности;
чем точнее должна быть обработана поверхность, тем позже ее
обрабатывают. Последней обрабатывают ту поверхность, которая
является наиболее точной и имеет наибольшее значение для работы
детали в машине. В конец маршрута часто выносят обработку легко-
повреждаемых поверхностей, к которым, например, относят наруж-
ные резьбы и другие элементы. Для своевременного выявления
раковин и других дефектов материала сначала производят черно-
вую, а если потребуется, и чистовую обработку поверхностей, на
которых эти дефекты не допускаются. В случае обнаружения дефек-
тов заготовку либо бракуют, либо принимают меры для исправления
брака.
В производстве точных ответственных машин маршрут обработки
часто делят на стадии: черновую, чистовую и отделочную. На пер-
вой снимают основную массу металла в виде припусков и напусков;
вторая имеет промежуточное значение; на последней обеспечивается
заданная точность и шероховатость поверхностей. На стадии черно-
вой обработки появляются сравнительно большие погрешности,
вызываемые деформациями технологической системы от сил реза-
ния и сил закрепления заготовки, а также ее интенсивный нагрев.
Чередование черновой и чистовой обработок в этих условиях не обес-
печивает заданную точность. После черновой обработки наблю-
даются наибольшие деформации заготовки в результате перераспре-
деления остаточных напряжений в ее материале. Группируя обра-
ботку по указанным стадиям, увеличивают разрыв во времени между
черновой и отделочной обработкой и позволяют более полно проя-
виться деформациям до их устранения на последней стадии обра-
ботки. Вынесением отделочной обработки в конец маршрута умень-
шают риск случайного повреждения окончательно обработанных
поверхностей в процессе обработки и транспортировки. Кроме
того, черновую обработку могут выполнять рабочие более низкой
квалификации на изношенном оборудовании.
Изложенный принцип построения маршрута, однако, не во всех
случаях является обязательным. При жесткой заготовке и малых
размерах обрабатываемых поверхностей окончательную обработку
239
отдельных элементов можно выполнять и в начале маршрута. Дан-
ный принцип в известной степени противоречит также принципу
концентрации обработки, когда в одной операции можно совместить
переходы черновой и чистовой обработок (например, при изготовле-
нии деталей из прутка на автоматах).
Если деталь подвергают термической обработке, то технологиче-
ский процесс механической обработки расчленяют на две части:
процесс до термической обработки и после нее. Для устранения
возможных короблений часто приходится предусматривать правку
деталей или повторную обработку отдельных поверхностей для обес-
печения заданных точности и шероховатости. Отдельные виды терми-
ческой обработки усложняют процесс механической обработки.
Так, при цементации обычно требуется науглеродить отдельные
участки заготовки. Это достигается защитным омеднением остальных
участков или оставлением на них припуска, который снимают при
дополнительной обработке после цементации, но до закалки.
Последовательность обработки зависит от системы простановки
размеров. В первую очередь следует обрабатывать ту поверхность,
относительно которой на чертеже координировано большее число
других поверхностей. При простановке размеров согласно рис. 75
сначала обрабатывают поверхность А, а затем поверхности 1—4.
Вспомогательные операции (сверление мелких отверстий, снятие
фасок, прорезка канавок, зачистка заусенцев и т. п.) обычно выпол-
няют на стадии чистовой обработки. На данном этапе маршрута
последовательность выполнения этих операций часто может ме-
пяться; она не влияет на качественные показатели и экономику про-
цесса в целом.
При проектировании технологических процессов для существую-
щих заводов, где цехи организованы по видам обработки, последова-
тельность обработки устанавливают с учетом возможного сокращения
путей транспортировки деталей.
Предварительное содержание операций устанавливают объеди-
нением тех переходов на данной стадии обработки, которые могут
быть выполнены на одном станке.
В массовом производстве содержание
операций определяют из условия,
чтобы их длительность была равна
или кратна темпу. На содержание
операций влияет также необходи-
мость сокращения числа перестано-
вок заготовок со станка на станок,
что имеет большое значение для усло-
вий тяжелого машиностроения. При
составлении маршрута обработки за-
готовки по отдельным операциям ус-
танавливают также тип станков и
другого технологического оборудова-
ния. На последующих этапах разра-
Рис. 75. Схема простановки
размеров и последовательность
обработки поверхностей заго-
товки Л, 1—4
240
ботки технологического процесса эти наметки уточняют, определяют
основные размеры и характеристики станков, а также их конкрет-
ные марки и модели. Итоги работы по данному этапу (перечень и со-
держание операций, оборудование и оснастку) заносят в техноло-
гическую маршрутную карту. Принципиально правильный подход
к составлению маршрута обработки заготовок различного класса
точности для данных производственных условий должен опреде-
ляться на базе типизации технологических процессов.
Технический контроль при обработке заготовок. При проектиро-
вании технологических процессов важное место занимает техниче-
ский контроль качества выпускаемой продукции. Обеспечение ка-
чества достигается предупреждением и своевременным выявлением
брака продукции на всех этапах производственного процесса. Про-
филактический контроль направлен прежде всего на проверку полу-
фабрикатов и исходных заготовок смежных производств, на про-
верку оборудования и оснастки, а также на систематическую про-
верку правильности протекания технологического процесса обра-
ботки деталей.
Качество продукции в механических цехах должны контроли-
ровать производственные рабочие, наладчики оборудования и ма-
стера участков. Меньший объем работ выполняют контролеры. Они
проводят приемку готовых деталей, контроль заготовок, передавае-
мых из цеха в цех, а также заготовок на отдельных этапах их обра-
ботки в механическом цехе. В маршруте обработки должны быть
указаны как выделенные операции контроля, так и элементы кон-
троля, включаемые в операции обработки данной заготовки. На
отдельных, в основном предварительных операциях, где используют
мерный режущий инструмент (сверла, зенкеры), контроль не предус-
матривают, полагаясь на правильность размера стандартного ин-
струмента, предварительно проверенной оснастки и наладки станка.
Например, после сверления отверстий на многошпипдельном станке
межосевое расстояние, диаметр и глубину отверстий не контроли-
руют, особенно если допуски на эти размеры широкие.
По месту выполнения контрольные операции делят на стационар-
ные и скользящие. Первые выполняют на стационарных контроль-
ных пунктах, вторые непосредственно на рабочих местах. Стацио-
нарные контрольные операции планируют для проверки большого
числа одинаковых деталей, которые удобно контролировать на
специально оборудованном контрольном пункте (выделенном от-
дельно или включенном в поток). Скользящие контрольные опера-
ции предусматривают на месте изготовления громоздких деталей,
а также при малом числе проверяемых деталей.
По степени охвата различают сплошные и выборочные контроль-
ные операции. Сплошной контроль осуществляют после тех этапов
обработки, где вероятен повышенный брак, перед сложными опера-
циями, после операций, имеющих решающее значение для качества
последующей обработки, а также в конце обработки (при приемоч-
ном контроле). Выборочный контроль выполняют при высокой
241
устойчивости технологического процесса, при большом числе одина-
ковых деталей, а также после второстепенных операций обработки,-
не имеющих решающего значения для качества деталей. По форме
организации выборочный контроль может быть статистическим и ле-
тучим, выполняемым контролером и при систематическом обходе
прикрепленных рабочих мест.
Задача проектирования технологического процесса механической
обработки связана с выбором организационно-технической формы
и средств контроля. В единичном производстве выполняют поопера-
ционный пассивный контроль деталей с использованием универсаль-
ных измерительных средств. При изготовлении сложных деталей
стремятся предупредить брак, тщательно проверяя выдерживаемые
размеры в процессе обработки, положение устанавливаемых на
станок заготовок (в присутствии представителя ОТК) и другие
мероприятия. В серийном производстве контроль осуществляют
после нескольких операций и при окончательной приемке деталей.
Наряду с универсальными средствами используют контрольные
приспособления, жесткие предельные калибры и шаблоны.
В массовом производстве используют контрольно-измерительные
приборы, контрольные приспособления многомерного типа, а также
устройства для автоматического контроля. Универсальные средства
применяют преимущественно при наладке станков и оснастки. Опе-
рации технического контроля разрабатывают тщательно; часто
они составляют одно целое с технологическими операциями.
Контроль делят на пассивный и активный. Пассивный контроль
применяют при сплошной приемке готовых деталей, проверке ка-
чества особо ответственных деталей, сортировке деталей на размер-
ные группы перед сборкой по принципу групповой взаимозаменяе-
мости. Пассивный выборочный контроль применяют в тех случаях,
когда вероятность брака мала. Для предотвращения брака необхо-
димо использовать средства активного контроля. При устойчивом
технологическом процессе эффективен статистический контроль.
При малоустойчивом процессе целесообразно применять встраивае-
мые в станки подналадчики, осуществляющие активный контроль
и предупреждающие брак в процессе обработки. Если процесс
неустойчивый, то выгодно использовать устройства, прекращающие
обработку, когда размеры детали будут соответствовать установлен-
ному пределу.
Средства контроля выбирают с учетом их метрологических харак-
теристик (пределов измерения, пределов показаний, цены деления
и точности измерения), конструктивных особенностей деталей (габа-
ритных размеров, массы, жесткости, шероховатости поверхностей),
экономических соображений, а также улучшения условий труда
контролеров.
При проектировании операций технического контроля исходными
данными являются точность контроля (допустимая погрешность
контроля обычно не превышает 20% допуска на размер) и его произ-
водительность. Технолог устанавливает объект, метод и средства
242
контроля. Он дает техническое задание па конструирование спе-
циальных контрольно-измерительных инструментов и приспособ-
лений; выбирает схему контрольного приспособления с учетом наи-
меньшей себестоимости выполнения контрольной операции.
Технолог устанавливает размер и периодичность выборок при
приемочном и предупредительном контроле продукции, используя
методы математической статистики (например, метод акад. А. Н. Кол-
могорова). Технолог разрабатывает план регулирования техноло-
гического процесса с установлением таких условий контроля, при
которых сумма расходов на выход брака, простой станков при их
поднастройке и выполнение регулирования процесса составляют
минимум. Перед контрольными операциями в технологическом
маршруте необходимо предусмотреть операции очистки и промывки
проверяемых деталей, а также удаление с их поверхностей заусен-
цев. Без этих вспомогательных операций нельзя получить надежные
результаты контроля.
Определение припусков на обработку. Припуском называют слой
материала, удаляемый в процессе механической обработки заго-
товки для достижения заданных точности и качества обрабатывае-
мой поверхности. Различают припуски промежуточные и общие.
Промежуточным припуском называют слой, снимаемый при выпол-
нении данного технологического перехода механической обработки.
Промежуточный припуск определяют как разность размеров заго-
товки, полученных на смежном предшествующем и выполняемом
технологических переходах. Общим припуском называют сумму
промежуточных припусков по всему технологическому маршруту
механической обработки данной поверхности. Общий припуск
определяют как разность размеров заготовки и готовой детали.
Установление оптимальных припусков на обработку и техноло-
гических допусков па размеры заготовок по всем переходам имеет
существенное технико-экономическое значение при разработке тех-
нологических процессов изготовления деталей машин. Преувеличен-
ные припуски вызывают перерасход материала при изготовлении
деталей и необходимость введения дополнительных технологических
переходов, увеличивают трудоемкость процессов обработки, расход
энергии и режущего инструмента, повышают себестоимость обра-
ботки детали. При увеличенных припусках в некоторых случаях
удаляют наиболее износостойкий поверхностный слой обрабатывае-
мой детали. Уменьшенные припуски не обеспечивают удаление де-
фектных поверхностных слоев и получение требуемой точности и
шероховатости обработанных поверхностей, а в некоторых случаях
создают неприемлемые условия для работы режущего инструмента
по литейной корке или окалине. В результате недостаточных при-
пусков возрастает брак, что повышает себестоимость выпускаемой
продукции.
Слишком широкие допуски на размеры заготовок усложняют
выполнение технологических операций на предварительно настроен-
ных станках, снижают точность обработки и затрудняют использо-
243
ванне приспособлений. Определение оптимальных припусков на
обработку тесно связано с установлением предельных промежуто-
чных и исходных размеров заготовки. Эти размеры необходимы для
конструирования штампов, пресс-форм, моделей, стержневых ящи-
ков, приспособлений, специальных режущих и измерительных ин-
струментов, а также для настройки металлорежущих станков и дру-
гого технологического оборудования. На основе оптимальных при-
пусков можно обоснованно определить массу исходных заготовок,
режим резания, а также нормы времени на выполнение операций
механической обработки.
Методы определения припусков. В машиностроении широко при-
меняют опытно-статистический метод установления припусков на
обработку. При этом методе общие и промежуточные припуски
берут по таблицам, которые составляют на основе обобщения и си-
стематизации производственных данных передовых заводов. Недо-
статок этого метода заключается в том, что припуски назначают
без учета конкретных условий построения технологических про-
цессов. Так, общие припуски назначают без учета маршрута обра-
ботки данной поверхности, а промежуточные без учета схемы уста-
новки заготовки и погрешностей предшествующей обработки. Опыт-
но-статистические припуски во многих случаях завышены, так как
они ориентированы на условия обработки, при которых припуск
должен быть наибольшим во избежание брака. Методика построения
нормативных таблиц припусков заставляет технолога назначать
припуск отвлеченно, без анализа условий выполнения операций
и изыскания путей уменьшения припусков. В связи с этим возникла
задача научно обоснованного определения припусков на обработку.
Расчетно-аналитический метод определения припусков разра-
ботал д-р техн, наук проф. В. М. Кован. Согласно этому методу
промежуточный припуск должен быть таким, чтобы при его снятии
устранялись погрешности обработки и дефекты поверхностного
слоя, полученные на предшествующих технологических переходах,
а также погрешности установки обрабатываемой заготовки, возни-
кающие на выполняемом переходе. Данный метод определения при-
пусков основан на учете конкретных условий выполнения техноло-
гического процесса обработки. Он выявляет возможности экономии
материала и снижения трудоемкости механической обработки при
проектировании новых и анализе существующих технологических
процессов.
Минимальный промежуточный припуск определяют следующие
факторы *.
1. Высота неровностей полученная на смежном предшест-
вующем переходе обработки данной поверхности. При выполнении
первой операции эту величину выбирают по исходной заготовке.
При выполнении второй операции нужно снять неровности, полу-
1 Фактором, возникшим на предшествующей обработке; присвоен в даль-
нейшем индекс i — 1, а на выполняемом переходе индекс I.
244
ченные на первой операции, и т. д. Величина Rzi-i зависит от ме-
тода, режимов и условий выполнения предшествующей обработки.
2. Состояние и глубина поверхностного слоя, полученные
на смежном предшествующем технологическом переходе. Этот слой
отличен от основного металла. Он подлежит полному или частич-
ному удалению на выполняемом переходе. У отливок из серого чу-
гуна поверхностный слой состоит из перлитной корки, наружная
зона которого нередко имеет следы формовочного песка. Для созда-
ния благоприятных условий работы режущему инструменту этот
слой полностью снимают па первом переходе обработки дайной по-
верхности. Многие детали машин (например, распределительные
валы автомобильных двигателей) отливают с отбеленным поверх-
ностным слоем. При последующей обработке этот слой желательно
сохранить для повышения износостойкости детали. У стальных по-
ковок и штампованных заготовок поверхностный слой характери-
зуется обезуглероженной зоной. Этот слой подлежит полному уда-
лению, так как он снижает предел выносливости детали. В резуль-
тате обработки резанием в поверхностном слое возникает зона
наклепа. При последующей обработке эту зону целесообразно сохра-
нить, так как она повышает износостойкость детали и способствует
снижению шероховатости поверхности. После поверхностной за-
калки поверхностный слой детали также желательно в максималь-
ной степени сохранить, так как его ценные свойства быстро снижа-
ются с увеличением снимаемого припуска. Схема поверхностного
слоя заготовки приведена на рис. 76.
3. Пространственное отклонение р,- j расположения обрабатывае-
мой поверхности относительно базовых поверхностей заготовки.
К пространственным отклонениям относятся несоосность наружной
(базовой) поверхности и растачиваемого отверстия заготовок втулок,
дисков и гильз; несоосность обтачиваемых ступеней базовым шей-
кам или линии центровых гнезд заготовок ступенчатых валов; не-
перпепдикулярность торцовой поверхности оси базовой цилиндри-
ческой поверхности заготовки; непараллельность обрабатываемой
и базовой поверхностей заготовок корпусных деталей и другие по-
грешности взаимного расположения обрабатываемых и базовых
элементов.
Схема, иллюстрирующая влияние несоосности р^ наружной
и внутренней поверхностей втулки на припуск для растачивания
отверстия, приведена на рис. 77, а. Наружной (базовой) поверх-
ностью втулку закрепляют в трехкулачковом самоцентрнрующем
патроне. Штриховая линия характеризует заданное обработкой
отверстие диаметром D. Составляющая промежуточного припуска
(на диаметр), компенсирующая несоосность поверхностей втулки,
равна 2Р,-!. Диаметр отверстия заготовки с учетом влияния только
одной этой составляющей d = D — p,_j.
Схема влияния несоосности утолщенной шейки (в результате изо-
гнутости заготовки) на припуск для обтачивания этой шейки при-
ведена на рис. 77, б. Дополнительная составляющая промежуточ-
245
него припуска для компенсации несоосности равна 2pi v Состав-
ляющую р,- j можно приближенно выразить через размеры заготовки
и изогнутость Л113. Заменив искривленную ось ломаной линией,
приближенно получим
Р,- i = tg₽/.v = ^G,
где р — угол между ломаной линией и осью центров; 1Х — расстоя-
ние от среднего сечения обрабатываемой шейки до ближайшей
опоры; L — длина заготовки.
Пространственные отклонения возникают в результате неточ-
ного выполнения заготовок и операций механической обработки.
При механической обработке может происходить также копирование
в уменьшенном виде первичных погрешностей заготовки.
Рис. 76. Шероховатость поверхности
и структура поверхностного слоя за-
готовки:
А — удаляемая дефектная часть поверх-
ностного слоя; В — неудаляемая часть
поверхностного слоя; С — основная струк-
тура металла; Rz. — высота неровно-
стей; г — глубина дефектного поверх-
ностного слоя
Влияние пространственных отклонений на массу металла, сня-
тую в виде припуска, зависит от принятой схемы базирования заго-
товки. При механической обработке заготовок типа дисков целе-
сообразно, например, сначала расточить отверстие на базе наружной
цилиндрической поверхности (для устранения несоосности), а затем
на базе отверстия обточить наружную поверхность. При обратной
последовательности обработки с наружной (доминирующей для
этой заготовки) поверхности снимают значительно больше (по
объему) металла.
4. Погрешность установки е,, возникающая на выполняемом
переходе. Вследствие погрешности установки обрабатываемая по-
верхность занимает различное положение при обработке партии
заготовок на предварительно настроенном станке. Нестабильность
положения обрабатываемой поверхности должна быть компенси-
рована дополнительной составляющей промежуточного припуска.
В отличие от погрешности установки, рассмотренной в гл. II
и представляющей собой составляющую общей погрешности выпол-
няемого размера при механической обработке, погрешность уста-
новки при определении промежуточного припуска характеризуется
смещением обрабатываемой поверхности. Это смещение происходит
при закреплении заготовки из-за неточности ее базовых поверхно-
стей, в результате неточного изготовления и износа установочных
элементов приспособления, а также в результате погрешностей
выверки при индивидуальной установке заготовок.
246
Рис. 77. Примеры погрешностей пространственного расположения обрабаты-
ваемых поверхностей относительно технологической базы
Схема образования погрешности установки в результате осадки
заготовки из-за контактных деформаций в местах касания ее базо-
вой поверхности с установочными элементами приспособления,
вызываемых силой приведена на рис. 78, а. Неоднородность по-
верхностного слоя заготовок и непостоянство силы зажима приводят
к тому, что осадка в партии заготовок колеблется от Утах ДО t/min-
Величина £,• определяется разностью ywax и уп\п. Наименьший
удаляемый припуск равен толщине дефектного (заштрихованного)
слоя z, а наибольший удаляемый припуск (при f/min и одинаковых
по размеру заготовках) толщине z + е,-. Величина е; должна быть
меньше допуска на выполняемый размер Н, иначе обработку нужно
вести пробными проходами. При стабилизации силы зажима (пнев-
матические и другие устройства) величиной е, можно ввиду малости
пренебречь.
Схема установки заготовки с цилиндрической базовой поверх-
ностью диаметром D !'6 в призму приведена на рис. 78, б. Приняв
величину Н в партии заготовок постоянной, из геометрических
связей можно найти смещение обрабатываемой
ности по высоте
I \
плоской поверх-
6
Е/ — ‘2
sm 2 J
где a — угол призмы.
Рис. 78. Влияние погрешностей установки обрабатываемых заготовок на вели-
чину промежуточного припуска
247
Если постоянным в партии заготовок считать размер Нъ то
соответствующая погрешность установки
6
е' = 2
—— Л.
• a I
sm 2- 1
Как и в предыдущем случае, наименьший припуск равен г,
а наибольший припуск при обработке самой полной заготовки
z + ег.
Схема установки заготовки базовым отверстием на оправку
с зазором приведена на рис. 78, в. Смещение заготовки относительно
нейтрального положения
е1=д + ^ + ^ + ^,
где Д —гарантированный минимальный радиальный зазор между
заготовкой и оправкой; —допуск на диаметр базового отверстия;
62 —допуск на изготовление оправки; 63 —допуск на износ оправки.
При обтачивании наружной поверхности заготовки снимаемый
припуск на диаметр из-за возможного одностороннего смещения
заготовки увеличивается на величину 2 Недостаток этой схемы
заключается также и в том, что обточенная поверхность получается
несоосной с базовым отверстием на величину ег. Если посадку заго-
товки на оправку производят с гарантированным натягом, то е,- =
— 0. Общий минимальный промежуточный припуск определяют
суммированием величин Rz,^, Т\.л, рЬ1 и е,-.
Отклонение размеров и погрешность формы (овальность, конусо-
образность, бочкообразность, седлообразпость поверхностей враще-
ния, вогнутость, выпуклость и изогнутость поверхностей и др.)
обрабатываемой поверхности величиной минимального промежуточ-
ного припуска не учитываются. Это обусловлено тем, что минималь-
ные припуски при обработке наружных поверхностей отсчитывают
от наименьшего предельного размера заготовки, а при обработке
внутренних поверхностей —от ее наибольшего предельного раз-
мера.
Все отклонения от этих размеров увеличивают действительный
припуск по сравнению с расчетным минимальным припуском. По-
грешности формы обрабатываемых поверхностей составляют опре-
деленную долю допуска на соответствующий размер заготовки.
Пространственные отклонения и погрешности установки пред-
ставляют собой векторы, так как они имеют не только величину,
но и направление. Их суммируют по правилу сложения векторов.
При обработке плоских поверхностей имеем колинеарные векторы
Рм и е;. В этом случае
I Pi-1 4~ Е/ ! = Pi-1 4~ ei»
т. е. векторная сумма определяется арифметической суммой зна-
чений векторов.
248
При обработке наружных и внутренних поверхностей вращения
векторы р/-! и £/ могут принимать любое угловое положение, пред-
видеть которое заранее не представляется возможным. Наиболее
вероятное суммарное значение этих векторов определяется их сло-
жением по правилу квадратного корня
I Pi-1 + Ё/ 1 = J^pi —1 4- 6/•
Пользуясь методом приближенных вычислений, можно получить
более простые приближенные формулы:
j Pi-1 + ё,-! — Уpi—1 + t'f ^О.Эбр,-! + 0,4е,- при р,-_! > е,-;
У pi — ! + Ei «=; 0,4р/_х + 0,96е(- при pi-1 < E/J
Vpl-1 + ^i^Pi-i При p/_1=s4ei;
Kpi-i + ef ««ег при p/-i^4e/.
В некоторых случаях пространственное отклонение равно сумме
нескольких (двум или даже трем) составляющих, каждая из которых
представляет собой вектор. Например, смещение оси одной из сред-
них шеек ступенчатого вала может быть следствием смещения оси
центровых гнезд, несоосности данной шейки крайним шейкам (на
базе которых производили центровку), а также искривления оси
заготовки.
Наиболее вероятная суммарная величина пространственных
отклонений
Pi-i= I Pi + Pa ' == 0,96pi-|-0,4p2 при pi>p2>
Pi-i — I Pi + Рз 4~Рз , = V Pl + p2 + Рз
0,96pi 4~ 0,39p2 4" 0,Зр3 при р1>Рг>рз.
Таким образом, получим следующие расчетные структурные
формулы для определения минимального промежуточного припуска
на обработку:
припуск на сторону при последовательной обработке противо-
положных или отдельно расположенных поверхностей
2/ min = (RZl-1 4" Тi-1) 4- (Pi-1 + £i)i (85)
припуск на две стороны при параллельной обработке противо-
лежащих поверхностей
2z/ min = 2[(2?2/-14" Тi-1) + (Pi-14" £i)]j (86)
припуск на диаметр при обработке наружных или внутренних
поверхностей вращения
2гг min = 2 4- Т г_1) 4- УР/-! 4- ej. (87)
На основе приведенных общих структурных формул могут быть
получены частные расчетные формулы для конкретных случаев
обработки. В этих формулах в зависимости от условий выполнения
операции исключают те или иные составляющие.
249
Рассмотрим несколько примеров частных расчетных формул.
При обтачивании цилиндрической поверхности заготовки, установленной
в центрах, погрешность установки может быть принята равной пулю. Припуск
на диаметр в этом случае
2г/ min = 2 [(^г;-1 + Ti 1) + Pi-i]. (88)
При развертывании плавающей разверткой и протягивании отверстий сме-
щения и увод оси не устраняются, а погрешности установки в этом случае нет.
Припуск
2г; m in = 2 (^г i-1 + 1). (89)
При суперфинишировании и полировании цилиндрической поверхности,
когда уменьшается лишь шероховатость поверхности, припуск определяется
высотой микронеровностей обрабатываемой поверхности, т. е. 2zZmin = 2Rzl_-i,
Если при обработке лезвийным или абразивным инструментом необработан-
ной поверхности необходимо только получить чистую поверхность, то минималь-
ный снимаемый слой металла определяется толщиной поверхностного слоя (гя)
и погрешностью формы обрабатываемой поверхности Аф, которая обычно не пре-
вышает х/4 допуска на размер необработанной заготовки. Для данного случая
обработки
гд=(«г/_1 + 7’1-_1) + 0,256£_1. (90)
^При шлифовании заготовок после термической обработки поверхностный
слой необходимо по возможности сохранить, следовательно, слагаемое
нужно исключить из расчетной формулы. Возможные при термической и химико-
термической обработке заготовок коробления, создающие пространственные
отклонения, компенсируются величиной p/_i- Для этих условий при наличии
погрешности установки
2imin~^2i-i'bPi-l'J-eij (91)
2*imin = 2 (^i-i + KPt-j+e?). (92)
Если погрешности установки нет, то
2imin = ^2i-i+Pi-i; (93)
2zimin = 2(№/_1 + p;_1). (94)
Исключение составляющей Т;_1 из расчетной формулы для определения
припусков на обработку после термической обработки обосновано результатами
исследований.
Промежуточные припуски рассчитывают после детального выяс-
нения условий и особенностей выполнения технологических про-
цессов получения заготовки и последующей обработки резанием.
Припуск не должен быть меньше той глубины резания, при которой
работа нормально заточенной режущей кромки инструмента ста-
новится неустойчивой. Например, острозаточенный резец может
снимать стружку толщиной около 5 мкм. Однако через короткое
время кромка затупляется, и резец снимает стружку с минимальной
толщиной около 10—20 мкм.
Составляющие расчетной формулы приведены в технологических
справочниках и зависят они от конфигурации и размеров обрабатыва-
емой заготовки, материала, метода ее получения и последующей
обработки, а также способа установки заготовки на станках. Спра-
вочные материалы по расчету припусков даны по классам деталей
в зависимости от размеров элементарных поверхностей, обрабатывае-
250
Рис. 79. Схема для расчета промежуточных размеров заготовок
мого материала и методов обработки. Справочные данные для опре-
деленной отрасли машиностроения строятся применительно к клас-
сификации деталей машин и специфике технологии производства
данной отрасли машиностроения.
Предельные промежуточные и исходные размеры заготовки.
На основе расчета промежуточных припусков определяют предель-
ные размеры заготовки по всем технологическим переходам.
При обработке за один рабочий ход на предварительно настроен-
ных станках в результате упругих отжатий элементов технологи-
ческой системы происходит копирование. Оно заключается в том,
что при обработке заготовки с наименьшим предельным размером
«min (рис. 79) выдерживаемый размер bmin также получается наи-
меньшим, а при обработке заготовки с наибольшим размером Стах
выдерживаемый размер bmax получается наибольшим. В этих усло-
виях минимальный промежуточный припуск
Zj min = Omin ^minj
наибольший припуск
max — Отах Ьтах- (96)
Учитывая, ЧТО Ятах = anlin + 6n И Ьтах = &min + &b, ПОЛуЧИМ
2/ max — ^niin “Ь binin ИЛИ Z/max — 271гйп4"ба (97)
В этих формулах б„ — допуск на размер заготовки; 6й —до-
пуск на выполняемый размер.
(95)
Рис. 80. Схемы расположения промежуточных припусков и допусков
251
Схема расположения промежуточных припусков и допусков
на промежуточные и исходные размеры заготовки, наружную ци-
линдрическую поверхность которой обрабатывают по маршруту
черновое, чистовое и тонкое точение, приведена на рис. 80, а. При
построении схемы исходными являются заданные чертежом пре-
дельные размеры d3 min и d3 max готовой детали, которые получают
на последней операции обработки поверхности (тонкое точение).
К наименьшему предельному размеру готовой детали прибавляем
минимальный припуск на операцию тонкого точения z3min (цифровой
индекс означает порядковый номер операции в технологическом
маршруте механической обработки данной поверхности) и получаем
наименьший предельный размер заготовки после чистового точения
d2 min- Для получения наименьшего предельного размера dt ты
заготовки после чернового точения к размеру d2 min прибавляем
минимальный припуск z2 min на чистовое точение. Наименьший
предельный размер Omin исходной заготовки получается прибавле-
нием к размеру d± min минимального припуска z,min на черновое
точение.
Наибольшие предельные размеры d2max, dlmax заготовки по тех-
нологическим переходам и исходной заготовки Dmsx получаются
прибавлением к соответствующим наименьшим предельным разме-
рам технологических допусков 62, и 6.
Из приведенной схемы легко определить минимальный общий
припуск z0 min на обработку, который получается суммированием
промежуточных минимальных припусков по всему технологическому
маршруту, и максимальный общий припуск z0 max, который также
получается суммированием всех промежуточных максимальных
припусков. Промежуточный максимальный припуск для выполне-
ния какого-нибудь перехода равен разности наибольших предель-
ных размеров заготовки на предшествующем и выполняемом пере-
ходах.
Рассмотренная схема расположения полей припусков и допу-
сков характерна для тех случаев, когда обработку производят на
предварительно настроенных станках, а промежуточный припуск
снимают за один рабочий ход.
При обработке за несколько рабочих ходов, выполняемой по
методу последовательного приближения к заданному размеру
(шлифование, хонингование, притирка и другие методы), схема
расположения полей припусков и допусков несколько изменится.
В этом случае упругие отжатия элементов технологической системы
из-за малых сил на последних рабочих ходах обработки отсутствуют,
а рабочий, используя проходную сторону калибра, стремится по-
лучить наибольший предельный размер. При этом условии мини-
мальный промежуточный снимаемый припуск равен разности
наименьшего предельного размера заготовки на предшествующем
переходе и наибольшего предельного размера на выполняемом пере-
ходе. Этот припуск должен быть достаточным для того, чтобы гаран-
тировать устранение всех дефектов и неточностей предшествующей
252
обработки, что особенно важно при выполнении последней опера-
ции, когда получается готовая деталь. Данный случай обработки
заготовки по наибольшему предельному размеру может быть оправ-
дан стремлением получить максимальный запас на изнашивание.
Для промежуточных переходов обработки данный случай нежела-
телен, так как он связан с большим съемом металла.
Схема расположения полей припусков применительно к приве-
денному ранее технологическому маршруту обработки наружной
цилиндрической поверхности, в котором тонкое точение заменено
шлифованием, приведена на рис. 80, б. Общий припуск в резуль-
тате смещения поля минимального припуска на шлифование воз-
растает на допуск на размер детали.
Схема расположения полей допусков на деталь и заготовку при
обработке за один рабочий ход, когда расчетный припуск меньше
допуска на выполняемый размер, приведена на рис. 80, в. В данном
случае поля допусков перекрываются. При многопереходной обра-
ботке минимальный общий припуск будет равен сумме промежуточ-
ных минимальных припусков.
Припуски, а также предельные промежуточные и исходные раз-
меры заготовки удобно рассчитывать, заполняя специальную карту.
Пример. Определить припуски, предельные промежуточные и исходные
размеры заготовки при обработке шейки ступенчатого вала диаметром 50_п.о5 мм
с шероховатостью поверхности Ra = 0,5 мкм. Заготовка вала — штампованная;
материал вала — сталь 40.
Таблица 17
Карта расчета припусков на обработку и предельных размеров
по технологическим переходам
Маршрут Элементы припуска, мкм Расчетный h М С Г я го я X X Принятые (ок- ругленные) ра- змеры заготов- Предель- ный при-
к и по дам, мт перехо- пуск МКМ
обработки 5 1 w* припуск г., мкм «5 _ 1 X О 5 -а 2 СО „ s го го 2 2 S C-S Допуск б «суточные мкм наиболь- ший наимень- ший X го Е N С! Е м
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Штамповка — — .— 53,39 2000 55,50 53,50 — —.
Точение: предвари- тельное .... 200 300 700 200 2800 50,59 500 51,10 50,60 4400 2900
чистовое... 50 55 75 15 390 50,20 150 50,35 50,20 750 400
Шлифование: предвари- тельное .... 25 35 15 5 160 50,04 100 50,14 50,04 210 160
чистовое... 15 25 5 — 90 49,95 50 50,00 49,95 140 90
Решение. Соответственно заданным условиям устанавливаем следующий
маршрут обработки шейки: штамповка, предварительное обтачивание, чистовое
обтачивание, предварительное шлифование, чистовое шлифование. Заносим
маршрут обработки в графу 1 карты (табл. 17). Графы 2—5 заполняем по спра-
253
вочнику. Суммируя и удваивая их, получаем расчетный припуск на диаметр
(графа 6). Расчетный минимальный размер заготовки по переходам обработки
(графа 7) получаем последовательным прибавлением к минимальному размеру
готовой детали соответствующих расчетных припусков. После заполнения графы 8
определяем принятые округленные предельные размеры заготовки по переходам
обработки (графы 9 и 10). Окончательно полученные значения припусков записы-
вают в графах 11 и 12.
По наибольшему припуску определяют максимальную силу ре-
зания для расчета режущих инструментов, мощности станка, силы
закрепления заготовки в приспособлении. По среднему припуску
определяют стойкость режущего инструмента при расчете режимов
резания.
Допуски на выполнение технологических переходов, необходи-
мые для расчета промежуточных размеров заготовки, берут по
нормативам. Для условий массового и автоматизированного про-
изводства допуски целесообразно рассчитывать по приведенной
в гл. II методике, учитывая условия выполнения данной опера-
ции. Полученные наименьшие предельные размеры заготовки по
технологическим переходам необходимо округлять до расчетного
(принятого) размера. Для наружных поверхностей размеры, округ-
ляя, увеличивают, а для внутренних поверхностей уменьшают.
Округление следует выполнять до того же знака десятичной дроби,
с каким дан допуск на размер для каждого перехода.
Расчет припусков на обработку индивидуальных заготовок (осо-
бенно в тяжелом машиностроении) имеет некоторую специфику.
Завышенные припуски при обработке крупных деталей вызывают
большие потери металла в стружку и увеличение длительности
обработки. В то же время в этом случае недопустим брак из-за
недостаточных припусков. Расчет припусков в данных условиях
основан на принципах, изложенных ранее. Однако следует учиты-
вать индивидуальные особенности процессов выполнения заготовки
и последующей механической обработки. Обработку индивидуаль-
ных заготовок ведут после их выверки на станке. Под погрешностью
установки в расчетной формуле^дужно понимать погрешность вы-
верки заготовки; ее величину назначают в зависимости от метода
выверки.
У заготовок, получаемых ковкой, пространственными отклоне-
ниями являются общая и местная изогнутость, несоосность ступеней
валов, несоосность наружной поверхности и отверстия дисков, колец
и муфт. У отливок пространственные отклонения в основном зави-
сят от смещения стержней, образующих отверстия и внутренние
поверхности заготовок. Для заготовок из проката основными видами
пространственных отклонений являются погрешности зацентровки
и изогнутость.
В некоторых случаях приходится обрабатывать частично или
полностью собранные части машин (растачивать разъемные корпусы
редукторов, отверстия в большой головке шатуна и пр.). При рас-
чете припусков на эти операции нужно учитывать возможные сме-
щения собранных деталей относительно друг друга, что увеличи-
254
вает припуск па совместную обработку. Величина этих смещений
должна выявляться с учетом погрешностей предшествующей меха-
нической обработки и сборки.
Рассмотренный расчетно-аналитический метод определения при-
пусков и промежуточных размеров заготовки по технологическим
переходам применяют в условиях массового, средне- и крупносерий-
ного производства. Его целесообразно применять и в тяжелом маши-
ностроении даже при единичном изготовлении крупных деталей.
Этот метод обеспечивает значительную экономию металла, снижает
трудоемкость и себестоимость обработки.
Промежуточные и общие припуски устанавливают по норматив-
ным таблицам (опытно-статистический метод) в условиях единич-
ного и мелкосерийного производства при изготовлении небольших
и сравнительно дешевых деталей. В этих условиях расчетно-анали-
тический метод часто неприменим, так как технологические про-
цессы, на базе которых определяют припуски, или совсем не разра-
батывают, или разрабатывают ориентировочно.
Построение операций механической обработки. Для проектиро-
вания отдельной операции необходимо знать маршрут обработки
заготовки, схему ее базирования и закрепления, какие поверхности
и с какой точностью нужно обрабатывать, какие поверхности и
с какой точностью были обработаны на предшествующих операциях,
припуск на обработку, а также темп работы, если операцию проек-
тируют для поточной линии. При проектировании операции уточ-
няют ее содержание (намеченное ранее при составлении маршрута),
устанавливают последовательность и возможность совмещения пере-
ходов во времени, окончательно выбирают оборудование, инстру-
менты и приспособление (или дают задание на их конструирование),
назначают режимы резания, определяют норму времени, устана-
вливают настроечные размеры и составляют схему наладки. Про-
ектирование операции —задача многовариантная. Возможные ва-
рианты оценивают по производительности и себестоимости, сохраняя
технико-экономический принцип проектирования. Проектируя тех-
нологическую операцию, стремятся к уменьшению штучного вре-
мени. При поточном методе работы штучное время увязывают
с темпом, обеспечивая заданную производительность поточной
линии.
Норма времени сокращается уменьшением ее составляющих и
совмещением времени выполнения нескольких технологических
переходов. Основное время снижается в результате применения
высокопроизводительных режущих инструментов и режимов реза-
ния, уменьшения припусков на обработку, а также числа рабочих
ходов и переходов при обработке поверхностей. Вспомогательное
время сокращается уменьшением времени холостых ходов станка,
рациональным построением процесса обработки, а также уменьше-
нием времени па установку и снятие заготовок путем использования
приспособлений с быстродействующими зажимными устройствами.
При одновременном выполнении элементов времени t0 и при сов-
255
мещении их с элементами времени tB в состав времени входят
лишь наиболее продолжительные (лимитирующие) элементы вре-
мени из числа всех совмещаемых.
Остальные составляющие времени 1Ш берутся в процентах вре-
мени ton и мало влияют на структуру операции.
Возможности совмещения технологических переходов во времени
зависят от схемы построения станочной операции. Вопрос ана-
лиза структуры и построения схем станочных операций впервые был
отражен в трудах В. М. Кована, Ф. С. Демьянюка и Д. В. Чарнко.
Его решение выявляет возможности повышения производительности
механической обработки. Схемы построения станочных операций
целесообразно классифицировать по составу слагаемых времени /оп.
Вспомогательное время при анализе возможностей перекрытия
его основным временем нельзя рассматривать как одно целое. При-
нятое в техническом нормировании деление времени tB на два сла-
гаемых (время на установку и снятие заготовок и время, связанное
с переходом) не отвечает целям анализа производительности ста-
ночных операций; его целесообразно расчленить на пять соста-
вляющих: 1) время /ус установки заготовки и время съема ее со
станка по окончании обработки; оно включает установку штучных
заготовок в приспособления, установку сменных приспособлений-
дублеров или спутников в рабочие позиции; при обработке прут-
ков tyl. включает время разжима цанги, подачи прутка до упора и
зажима цанги; 2) время tyn на приемы управления станком; оно
учитывает пуск и останов станка, переключение скоростей и подач,
изменение направления вращения шпинделей или перемещения суп-
портов, головок и кареток; 3) время /и„д индексации включает время
на перемещениебчастей станка в новые и исходные позиции и фикса-
цию; поворот шпиндельных блоков, столов и барабанов, несущих
заготовки, установочное перемещение столов с заготовками или инст-
рументальных блоков; поворот делительных устройств и кондукто-
ров; перемещение заготовок в новые позиции; 4) время /си смены
инструмента при выполнении отдельных переходов операции (время
последовательной смены инструментов в быстросменном патроне
сверлильного станка; быстросменных кондукторных втулок; ра-
сточных блоков в борштангах и сменных борштанг; поворота рез-
цовых или револьверных головок); 5) время установки инструмента
на стружку и время /изм контрольных измерений при работе методом
индивидуального получения размеров; обычно время /изм не удается
перекрыть основным временем; однако, применяя автоматизиро-
ванные методы контроля (например, при шлифовании валов),
можно измерять поверхности в процессе их обработки.
Схемы построения операций. Возможности перекрытия элемен-
тов времени ton при выполнении станочных операций зависят от
числа устанавливаемых для обработки заготовок, а также исполь-
зуемых инструментов и от порядка обработки заготовок инструмен-
тами. По числу устанавливаемых для обработки. заготовок схемы
станочных операций делят на одно- и многоместные, а по числу
256
инструментов — на одно- и многоинструментные. Последователь-
ная или параллельная работа инструментов при обработке поверх-
ностей заготовки, а также последовательное или параллельное рас-
положение нескольких заготовок относительно режущих инстру-
ментов обусловливают схемы операций, различные по условиям
совмещения переходов во времени. В зависимости от этого операции
могут быть последовательного, параллельного и параллельно-после-
довательного выполнения.
От числа устанавливаемых для обработки заготовок зависит воз-
можность перекрытия времени их установки и съема. Одноместные
схемы обработки исключают возможность перекрытия времени /ус
основным временем, и оно входит в состав штучного времени t,„.
У многоместных схем эта возможность имеется. При последователь-
ных схемах невозможно перекрытие переходов обработки во време-
ни, и во время 4, входит сумма времен всех переходов. Параллельные
и параллельно-последовательные схемы дают такую возможность,
и учитываемое во времени основное время равно времени лими-
тирующего перехода или сумме нескольких лимитирующих пере-
ходов.
При сочетании указанных признаков образуется несколько схем.
При одноместной последовательной обработке одним или не-
сколькими инструментами (рис. 81) неперекрываемое время to,
входящее во время включает сумму времен toi всех переходов:
' 4 = ^4/. (98)
1 = 1
При одноместной, одноинструментной последовательной схеме
(рис. 81, а)
4 = 4с+4п. (99)
При обработке несколькими сменяемыми инструментами
(рис. 81, б)
tB — 4с + 4" + 4и- (190)
Иногда в формулу (100) вместо /си входит /инл, что имеет место
при последовательном повороте четырехрезцовой головки при то-
карной обработке.
Основное время при одноместной параллельной обработке
(рис. 82) определяется продолжительностью лимитирующего (наи-
более длительного) перехода, перекрывающего все остальные пере-
ходы:
4 = 4/. (Ю1)
Параллельно-последовательные схемы имеют место при одновре-
менной обработке нескольких поверхностей заготовки и в несколь-
ких позициях последовательно (рис. 83, с); при этом заготовка или
инструменты меняют позиции путем поворота инструментального
9 п/р. Корсакова В. С. 257
Рис. 81. Схемы обработки с последовательным (/—4) выполнением технологи-
ческих переходов:
и — одноместная одноинструментиая обработка; б — одноместная обработка сменяемыми
инструментами
блока. Неперекрываемое время to представляет собой сумму вре-
мени нескольких лимитирующих переходов, остающихся непере-
крытыми:
(Ю2)
i -- 1
Вспомогательное время операции
4 = ^ус + ^уп + Лшд- (103)
Иногда в формулу (103) вместо времени /|1ПД входит время /си;
это, в частности, имеет место при последовательном перемещении
многошпиндельной сверлильной головки (рис. 83, 6).
Рис. 82. Схемы обработки с параллельным выполнением технологических пере-
ходов:
а — одноместная обработка различными инструментами; б — одноместная обработка
одинаковыми инструментами
258
Для многоместных схем характерно более эффективное, чем для
одноместных схем, совмещение элементов времени tn и перекрытие
элементов времени Возможны такие схемы, при которых время /„
перекрывает время /ус; в некоторых случаях время tB исключается
полностью.
Многоместные схемы могут осуществляться в трех основных ва-
риантах: 1) обрабатывают операционную партию заготовок, уста-
навливаемых на станке одновременно (шлифование па магнитной
плите партии мелких заготовок); 2) заготовки (или группы загото-
вок) устанавливают в своп приспособления независимо от других
Рис. 83. Схемы обработки с параллельно-последовательным выполнением техно-
логических переходов:
а — на токарно-револьверном станке с шестнпозицнонной головкой; б — на сверлильном
станке с последовательным перемещением многошпиндельной головки-в позиции / —3
и обрабатывают поочередно (фрезерование заготовок с маятниковой
подачей или в поворотных приспособлениях); 3) обработку выпол-
няют на непрерывно вращающемся столе или барабане.
В многоместных схемах с одновременной установкой операцион-
ной партии время обработки заготовки определяется путем деления
общих затрат времени на число заготовок в операционной партии.
На обработку одной заготовки в этом случае приходится меньше
времени, чем в случае одноместных схем. В многоместных схемах
время /о часто существенно сокращается за счет времени врезания
и сбега инструмента. Время при установке операционной партии z
несколько возрастет, но на одну заготовку она значительно меньше,
чем в одноместных схемах.
При многоместной последовательной обработке (рис. 84) загото-
вок одним (рис. 84, а) или несколькими инструментами (рис. 84, б)
(Ю4)
При многоинструментной параллельной обработке (рис. 85, а)
возможно совмещение переходов основного времени, которое в этом
9*
259
Рис. 84. Схемы многоместной последовательной обработки:
а — обтачивание; б — растачивание пакета колец
случае определяется лимитирующим переходом
to = ~- (Ю5)
При параллельно-последовательном расположении заготовок
(рис. 85, б) возможно частичное совмещение переходов, и время to
определяется суммой времен нескольких неперекрываемых пере-
ходов:
п
to=^. (106)
Для многоместных схем с одновременной установкой заготовок
при одноинструментной обработке
^ус + ^уп
При параллельной и параллельно-последовательной
струментной обработке
/ус + ^уп + ^си
В некоторых случаях время заменяется временем
Рис. 85. Схемы многоместной параллельной обработки:
а — обтачивание трех заготовок на оправке; б — фрезерование колец
260
(Ю7)
многоин-
(108)
Ашд*
Многоместные схемы с независимой (раздельной) установкой
заготовок (или групп заготовок) более производительны, так как
они позволяют перекрывать время /ус основным временем. При
этом заготовки в одной позиции обрабатываются, а в другой
они снимаются со станка и заменяются необработанными.
При последовательной обработке (рис. 86) время to определяется
лимитирующим переходом, а время
^в = 1уп + ^инд- (109)
При многоместной параллельной и параллельно-последователь-
ной обработке заготовок (рис. 87) время to уменьшается соответст-
Рис. 87. Схема многоместной парал-
лельно-последовательной обработки с
раздельной установкой заготовок:
/ — позиция загрузки и съема заготовок;
2, 3 — позиции обработки заготовок
Рис. 86. Схема многоместной после-
довательной обработки с раздельной
установкой заготовок:
/ — позиция загрузки и съема заготовки;
2 — позиция сверления малого отверстия;
3 — позиция сверления большого отверстия
венно числу одновременно обрабатываемых заготовок [см. фор-
мулу (105)], а время tE уменьшается в зависимости от числа одно-
временно обрабатываемых заготовок:
/b=S±^_ (ПО)
Наиболее благоприятные условия для совмещения элементов
времени /оп создаются при осуществлении многоместных схем с не-
прерывной установкой заготовок (рис. 88, а). В этом случае преоб-
ладают схемы параллельно-последовательной обработки, хотя воз-
можны и последовательные схемы. Такие схемы осуществляются
преимущественно на станках с непрерывно вращающимися столом
или барабаном. Установка и съем заготовок осуществляются на
ходу станка в его загрузочной зоне. При этом время to определяется
делением времени одного оборота стола или барабана на число
установленных на нем заготовок; если припуск удаляют за несколько
рабочих ходов (например, при шлифовании, рис. 88, б), то время to
на одну заготовку увеличивается соответственно требующейся
частоте вращения. При многоместной обработке с непрерывной уста-
261
Рис. 88. Схемы многоместной параллельно-последовательной обработки с не-
прерывной (а) и периодической (б) установкой заготовок операционной партией
ловкой заготовки время tB полностью перекрывается временем реза-
ния во времени ta„ поэтому tB -- 0.
Приведенные структурные формулы времени to дают качествен-
ную характеристику схем станочных операций; они показывают воз-
можность совмещения выполняемых переходов.
Для количественной характеристики схем построения станоч-
ных операций может служить коэффициент совмещения основного
времени
(1Н)
п
где to —основное неперекрывасмое время, входящее в Д„; У1, toi —
i — 1
сумма элементов to переходов операции.
Величина k(U изменяется в пределах 0—1; чем в большей сте-
пени совмещаются элементы времени to, тем меньше величина kco;
если совмещения переходов нет, /гсо — 1.
Операцию можно характеризовать коэффициентом совмещения
оперативного времени
(П2)
262
где tB —вспомогательное неперекрываемое время, входящее в /ш;
п
У, tBi— сумма всех п элементов времени /в операции.
i = i
При проектировании операций с параллельными и параллельно-
последовательными схемами обработки рост производительности
в зависимости от числа инструментов в наладке происходит в ка-
ждом отдельном случае до определенного предела. Дальнейшее уве-
личение числа инструментов снижает производительность в связи
с увеличением времени технического обслуживания tx на их смену
и регулировку и снижения скорости резания.
Зависимость от числа инструментов п в наладке приведена
на рис. 89. С ростом п основное время снижается (ломаная /0),
а время технического обслуживания, затрачиваемое на смену и
регулировку инструментов, растет (ломаная /,). При постоянном
значении всех остальных составляющих штучного времени (/„,
/орг 11 I») ломаная получается геометрическим сложением лома-
ных to и t, с прямой /. Время t„, минимально при наивыгоднейшем
числе пО11 инструментов в наладке. Нецелесообразность чрезмер-
ного увеличения числа инструментов определяется часто и тем,
что время io оказывается меньше времени
На оптимальную совмещенность переходов влияет также себе-
стоимость обработки. Время и себестоимость обработки в зависи-
мости от числа инструментов в наладке изменяются по-разному,
а минимум этих кривых, как правило, нс совпадает. Нахождение
минимума себестоимости обработки связано с более сложными
расчетами. Рациональное совмещение технологических переходов
в каждом конкретном случае определяется в зависимости от взаим-
ного расположения обрабатываемых поверхностей, размещения
инструментов в зоне обработки и возможностью удаления из нее
образующейся стружки. Недостаточная жесткость заготовки часто
является причиной отказа от параллельного выполнения переходов.
Обработку поверхностей с высокими требованиями к точности и ше-
роховатости выделяют в особую операцию, применяя одноместные
одноинструментные последовательные, а часто п однопроходные
схемы.
263
Конфигурация и габаритные размеры обрабатываемой заготовки
определяют возможную операционную партию, порядок располо-
жения заготовок па столе или в приспособлении, сложность наладки
станков и величину холостых ходов при многоместной обработке.
Построение операций в тяжелом машиностроении. Сложные
многопереходные операции обработки крупных заготовок осущест-
вляются в тяжелом машиностроении на тяжелых, иногда уникаль-
ных станках без специальных приспособлений, с установкой по
выверке. Вспомогательное время, вследствие многократной смены
инструментов, пробных ходов и измерений, сложной транспорти-
ровки и выверки крупногабаритных заготовок при их установке,
длительно. Поэтому при проектировании технологических процес-
сов стремятся к сокращению числа операций и установок и к вы-
полнению наибольшего числа переходов при одном установе заго-
товки. Для этого обычные универсальные станки снабжают при-
способлениями, расширяющими их технологические возможности.
Например, на карусельном станке с помощью долбежного приспо-
собления можно строгать шпоночные пазы в ступице детали после
ее растачивания.
Для тяжелого машиностроения характерны те же направления
интенсификации процессов обработки резанием, что и для других
отраслей машиностроения. Параллельную обработку нескольких
поверхностей тяжелой заготовки осуществляют с помощью пере-
носных сверлильных, расточных, долбежных и других станков,
устанавливаемых на одной плите с заготовкой. Тяжелые токарные
станки выполняют многосуппортными, что позволяет выполнять
параллельную обработку нескольких шеек заготовки. При серий-
ном изготовлении крупногабаритных деталей в тяжелом машино-
строении применяют специальные станки агрегатного типа.
Вспомогательное время обработки на тяжелых станках сокра-
щают заменой ручного перемещения столов, кареток, кулачков и
других устройств ускоренным механическим. При ограниченных
возможностях применения многоместных схем операций возможно
перекрытие времени установки одной заготовки основным временем
обработки другой; например, с помощью радиально-сверлильного
станка можно попеременно сверлить отверстия в двух деталях,
устанавливаемых в зоне расположения шпинделя при повороте
рукава станка.
Обработка на автоматических линиях осуществляется по парал-
лельно-последовательным схемам; заготовка последовательно пере-
ходит из позиции в позицию; при этом в каждой позиции одновре-
менно несколько инструментов обрабатывают разные поверхности
заготовки. Одновременно в работе используется несколько сотен
инструментов. Основное время операции определяется временем
лимитирующего перехода [см. формулу (102)]. Вспомогательное
время операции на автоматической линии включает время тран-
спортировки заготовки в следующую позицию, которое можно
отнести к времени индексации /ннд, время установки /ус (фиксация —
264
расфиксация, зажим —открепление) и время подвода и отвода
инструмента tyn и определяется по формуле (103). Несмотря на боль-
шое число слагаемых, условия выполнения операций позволяют
довести величину tB до 10—15 с.
Наряду с анализом и расчетным обоснованием возможных по-
грешностей обработки и производительности должны быть решены
задачи транспортировки заготовки в ходе обработки и автоматиче-
ского контроля процесса, исключающего появление брака.
При проектировании операций обработки на станках с програм-
мным управлением на первом этапе разрабатывают технологиче-
ский процесс обработки заготовки, определяют траекторию движе-
ния режущих инструментов, увязывают ее с системой координат
станка и с заданной исходной точкой и положением заготовки,
устанавливают припуски на обработку и режимы резания. На этом
этапе определяют всю предварительную обработку заготовки, ее
базы и необходимую технологическую оснастку. В конце первого
этапа составляют расчетно-технологическую карту (РТК) с черте-
жом, на котором вместе с контуром детали наносят траекторию
движения инструмента. На втором этапе рассчитывают координаты
опорных точек траектории от выбранного начала координат, произ-
водят аппроксимацию криволинейных участков профиля детали
ломаной линией с учетом требуемой точности обработки; устана-
вливают скорости движения инструмента на участках быстрого
перемещения, замедленного подвода к детали и на участках обра-
ботки; определяют необходимые команды (включение и выключение
подачи, изменение скорости движения, остановы, подачу и выклю-
чение охлаждающей жидкости и др.), продолжительность переходов
обработки и время подачи команд. Второй этап наиболее трудоемок.
При обработке сложных деталей он выполняется с использованием
электронно-вычислительных машин; для простых деталей приме-
няют настольные клавишные машины. На третьем этапе оператор-
программист кодирует технологическую и числовую информацию
с помощью ручного перфоратора и записывает ее на перфоленту. Для
сложных деталей эта работа выполняется па электронновычисли-
тельной машине. При использовании станков с магнитной лентой
информация с перфоленты записывается на магнитную ленту с по-
мощью интерполятора, установленного вне станка. Применение
систем автоматического программирования уменьшает время под-
готовки управляющих программ в 30 раз, а себестоимость их вы-
полнения в 5—10 раз. В системе управления несколькими станками
от одной ЭВМ блок памяти используется как централизованная
управляющая программа; ЭВМ управляет также работой крана-
штабелера на промежуточном складе, а также работой роботов-
манипуляторов, обслуживающих станки (для установки и снятия
обрабатываемых заготовок). В функции ЭВМ входит также дис-
петчирование работы участка станков и учет производимой про-
дукции. Применение этих систем позволяет уменьшить число ра-
ботающих и радикально изменяет условия труда в механических
265
цехах. Для одноинструментных станков с программным управле-
нием схемы построения операций и условия совмещения элементов
времени такие же, как и для универсальных станков соответ-
ствующих типов; абсолютная величина отдельных элементов вре-
мени может быть меньше из-за большей скорости автоматических
перемещений по сравнению с ручными перемещениями. Для много-
инстру.ментных станков и особенно многооперационных станков
характерны многоинструментные последовательные схемы (одно-
местные или многоместные) построения операций, включающие
большое число технологических переходов. Технологический про-
цесс обработки корпусной детали средней сложности на универ-
сальных станках включает 5—15 операций; при обработке на мно-
гооперационных станках он состоит из двух-трех операций (вклю-
чая отделочные). Трудоемкость обработки при этом снижается
в основном из-за сокращения времени на установку заготовки.
При обработке на многооперационных станках элементы вре-
мени to не совмещаются и время t0 равно сумме времен всех пере-
ходов обработки. Применяя сборные инструменты (например, при
обработке ступенчатых отверстий), можно совместить несколько
переходов.
Однако время to при обработке заготовок на многооперацион-
ных станках сокращается в 1,5—2 раза по сравнению с основным
временем при обработке на универсальных станках; это достигается
устранением пробных рабочих ходов при программном управлении.
Вспомогательное время сокращается из-за автоматической смены
инструмента, меньших перебегов, устранения измерений после
пробных ходов и сокращения времени установки и съема заго-
товок.
При правильном построении операций доля времени to во вре-
мени tia при обработке па многооперационных станках достигает
70 —85% вместо 30—60% при обработке на универсальных стан-
ках. Вспомогательное время при работе на мпогооперационных
станках не отличается от времени tB при обработке на универсаль-
ных станках, но имеет некоторые особенности.
При установке заготовки в рабочей позиции станка учиты-
вается время 1у-. При установке в запасной позиции (на втором
столе или в приспособлении-спутнике) время /ус содержит только
время /сс смены спутника. При обработке на многооперационных
станках элементы времени £уп те же, однако приемы изменения
режимов резания можно совместить с автоматической сменой инст-
румента. Время /1|11Д при обработке заготовок на мпогооперационных
станках учитывает поворот стола и кантование спутника в рабочей
позиции для обработки заготовки с нескольких сторон. Составляю-
щая времени t,vm содержит время перемещения и установки стола
с заготовкой или шпинделя с инструментом на другую координату.
Составляющая времени /с„ содержит время осуществления приемов
по отысканию, захвату, откреплению, переносу, установке и за-
креплению инструмента; при использовании револьверной головки
266
Рис. 90. Схемы совмещения времени установки и времени обработки заготовок
на многооперационных станках
время /си затрачивается только на поворот и фиксацию револьвер-
ной головки.
Время 7„зн на измерение и пробные ходы при обработке на мно-
гооперационных станках затрачивается только на отладку про-
граммы и в не входит.
Совмещение времени /ус и to при обработке заготовок на мпо-
гооперациоиных станках достигается с помощью запасных уста-
новочных позиций (рис. 90). Некоторые схемы позволяют полно-
стью перекрыть время основным временем, другие позволяют
заменить время /ус временем /сс в рабочей позиции.
При системе с двумя запасными позициями (рис. 90, а) заготовка,
обработанная в рабочей позиции /, с поворотным столом перемеща-
ются со спутником в позицию III. Здесь она снимается и на ее место
устанавливается необработанная; из позиции II в рабочую пози-
цию перемещается спутник с другой установленной во время ра-
боты станка заготовкой. Неперекрывае.мое вспомогательное время
~ ^СС 4~ ^ув 4“ ^ПЗЦ~1* ^ИИД 4“ ^СИ- (113)
Система с двумя поворотными столами 1 и 2 и перемещающейся
шпиндельной головкой 3 (рис. 90, б) позволяет обрабатывать в ка-
ждой позиции заготовку 4 с четырех сторон; время tyc полностью
перекрывается временем обработки заготовки в другой позиции;
неперекрываемое вспомогательное время определяется по фор-
муле (ИЗ) за вычетом времени смены спутника fcc.
Применение стационарного двухместного приспособления на
поворотном столе 3 (рис. 90, в) обеспечивает полное исключение вре-
мени установки и съема заготовок из штучного времени. Заготовка 2
устанавливается во время обработки заготовки Г, при повороте
стола она вводится в рабочую зону, а обработанная заготовка снн-
267
мается. Для обработки заготовки с трех сторон необходимы индек-
сации стола и позиционирование шпинделя на координаты не-
скольких отверстий; поэтому неперскрываемое вспомогательное
время определяется так же, как и в предыдущем случае. Применяют
и другие схемы, включающие кантование заготовки.
Время смены спутника с установленной в запасной позиции за-
готовкой составляет 20% времени установки заготовки. Время
смены одного инструмента составляет 3—7 с, а время позициониро-
вания по координатам и время индексации поворотных столов
5—10 с; при этом для замедленного перемещения на последнем
участке пути, необходимого для повышения точности позициониро-
вания, требуется до 80% времени позиционирования.
При проектировании многоинструментной наладки составляют
план размещения инструмента по переходам и предварительно рас-
считывают режимы резания, составляют наладочную карту с раз-
мещением инструментов и указанием их шифров, уточняют схему
установки, корректируют режимы резания, уточняют схемы и эле-
менты наладки, определяют штучное время, составляют техниче-
ские задания на проектирование рабочих и контрольных приспо-
соблений и специальных инструментов. Проектирование станоч-
ной операции и многоинструментной наладки станка сопровождается
расчетами настроечных размеров, действующих сил и ожидаемой
точности обработки. Настроечный размер определяет такое поло-
жение режущей кромки инструмента относительно рабочих элемен-
тов станка и установочных элементов приспособления, которое обес-
печивает с учетом явлений, происходящих в процессе обработки,
получение выдерживаемого размера в пределах установленного
допуска.
Настройка станка связана с выбором номинальной величины
настроечного размера и установлением допускаемых отклонений
для него. Настроечный размер и допуск на настройку должны учи-
тывать возможное изменение выдерживаемого размера под влия-
нием систематически действующих факторов. При обработке на
предварительно настроенных станках основным фактором, изменяю-
щим выдерживаемый размер, является размерный износ режущего
инструмента.
Обоснованным выбором настроечного размера и допуска на него
исключается возможность появления брака по непроходной сто-
роне калибра сразу после настройки станка и достигается более
полное использование поля допуска на износ инструмента одно-
временно с уменьшением числа регулировок инструмента на про-
тяжении периода его стойкости. Исходя из этого, настроечный раз-
мер для наружной поверхности должен приближаться к наимень-
шему, а для внутренней — к наибольшему предельному размеру.
Однако при таком настроечном размере брак по непроходной сто-
роне калибра может быть из-за возможной погрешности настройки.
Применяемая иногда настройка на середину поля допуска в боль-
шинстве случаев не является рациональной, так как приводит
268
Рис. 92. Схема для расчета на-
строечного размера при растачива-
нии отверстия
Рис. 91. Схема для расчета настроечно-
го размера при обработке наружных
поверхностей
к недоиспользованию резервов точности и производительности
технологических процессов. Настроечный размер при обработке
с достаточно большими упругими отжатиями технологической си-
стемы должен учитывать явление копирования, когда наибольшие
и наименьшие действительные размеры поверхностей после обра-
ботки получаются соответственно из заготовок с наибольшими и
наименьшими действительными размерами.
Схемы определения настроечных размеров приведены на рис. 91
и 92. Для наружных поверхностей предельные величины настроеч-
ных размеров составляют:
при односторонней обработке (рис. 91)
Си min — ^min — //min! (П4)
Сн max = Св min +ДД- '(1 16)
для диаметрального размера внутренней поверхности (рис. 92).
Ск max = ----Ь//mini Сн min — Сн max ДД;
для диаметрального размера наружной поверхности
CHmin— 2 ~ //mini Сн max — Сн min “Ь ДД.
(116)
(117)
Наименьшее упругое отжатие ymin берут в том сечении обраба-
тываемой заготовки, где жесткость технологической системы наи-
большая. Величина z/min представляет сумму упругих отжатий режу-
щего инструмента и заготовки. Величина погрешности ДД для
различных методов настройки рассмотрена ранее.
Руководствуясь опытными данными и не прибегая к анализу
факторов, определяющих настроечный размер, последний смещают
на величину, гарантирующую от появления брака, выражаемую
в долях поля допуска или в величинах среднеквадратичного откло-
нения размера.
Проектирование миогоинструментных наладок связано с опре-
делением условий размерной настройки для нескольких поверх-
269
постен с различными требованиями точности. Настроечный размер
и допуск на настройку необходимо в первую очередь рассчитать
для поверхностей, обрабатываемых с наиболее жесткими допусками.
В технологическом процессе должны быть назначены и зафиксиро-
ваны настроечные размеры также и для других поверхностей, так
как в некоторых случаях обработка этих поверхностей может про-
текать в неблагоприятных условиях, при более интенсивно?.) изме-
нении настроечного размера и быстро привести к опасности появле-
ния брака.
При многопереходной обработке поверхностей расчет настроеч-
ных размеров должен обеспечить наиболее благоприятные условия
обработки па всех технологических переходах; настроечные раз-
меры с допусками на настройку, зафиксированные в техноло-
гических картах и наладках, обязательны для производства.
Несоблюдение настроечных размеров на предшествующих пере-
ходах может вызвать увеличение припуска на последующую
обработку и, как следствие этого, снизить ее производитель-
ность.
Уточнение содержания операции позволяет правильно выбрать
станок из имеющегося парка или по каталогу. Характер операции
и принятый метод обработки определяют тип станка (токарный,
сверлильный, фрезерный), а размеры заготовки и обрабатываемых
поверхностей — основные размеры станка (высота центров, расстоя-
ние между центрами, размеры стола в плане). Установленная сте-
пень концентрации технологических переходов влияет на выбор
модели станка. При высокой степени концентрации выбирают
мпогосуппортные или многошпиндельные станки. Установленным
требованиям обычно удовлетворяют станки нескольких моделей
данного типоразмера. Выбранная модель должна обеспечивать
заданную точность обработки, наибольшую жесткость и производи-
тельность. Предпочтительна модель с большим запасом мощности
и большей степенью автоматизации рабочего цикла. Если пред-
ставляется целесообразным выполнять операцию на специальном
станке, то должно быть составлено техническое задание па его про-
ектирование.
Тип режущего инструмента определяется выбранным методом
обработки. Его размеры устанавливают по приведенному ранее
расчету промежуточных размеров заготовки (для зенкеров, развер-
ток, протяжек и других инструментов) либо после установления
режимов резания расчетом на прочность по силе резания (для рез-
цов, расточных скалок).
К заданию на проектирование специального станка должны быть
приложены чертежи заготовки с указанием массы, размеров, допу-
сков и шероховатости поверхности до и после обработки па станке;
чертежи специального инструмента; карты технологического про-
цесса обработки заготовки и выполняемой на проектируемом станке
операции; должны быть также показаны базирующие поверхности
и места крепления заготовки.
270
Установление режимов резания и норм времени на операцию.
Режимы резания (глубина, подача и скорость резания) определяют
точность, качество обработанной поверхности, производительность
и себестоимость обработки. Сначала устанавливают глубину реза-
ния, затем подачу и в последнюю очередь скорость резания. Глу-
бина резания при обработке за один рабочий ход па предвари-
тельно настроенном станке определяется ранее рассчитанным про-
межуточным припуском па обработку данной поверхности. При
обработке за несколько рабочих ходов глубину резания назначают
наибольшей, соответственно уменьшив число ходов. На последних
рабочих ходах глубину резания уменьшают для обеспечения задан-
ных точности и шероховатости поверхности. Подачу назначают
максимально допустимую. При черновой обработке подача огра-
ничивается прочностью самого слабого звена данной технологиче-
ской системы (инструмента, заготовки или отдельных элементов
станка). При чистовой обработке и отделке подача определяется
в зависимости от заданных точности и шероховатости поверхности.
Подачу выбирают по нормативам или рассчитывают, согласовывая
ее величину с паспортными данными станка.
Зная допуск 6 на выдерживаемый размер и условия выполнения
проектируемой операции, по формулам (59) —(61) решаем обрат-
ную задачу —находим величину Ьу. Зная глубину резания, ха-
рактеристику обрабатываемого материала и жесткость элементов
технологической системы, по формуле (28) решаем вторую обратную
задачу — по Ау находим подачу. Приведенная методика расчета
пригодна для всех операций обработки данного технологического
маршрута. Для операций окончательной обработки в расчет при-
нимают допуск, проставленный на чертеже детали. Для промежу-
точных операций допуски па выдерживаемый размер рассчитывают
по формулам (58) — (64) или берут по справочникам. При проекти-
ровании технологического процесса допуски на промежуточные
размеры определяют ранее — на этапе расчета припусков на обра-
ботку.
Подачу, найденную из условий точности обработки, проверяют
по условиям обеспечения заданной шероховатости поверхности (по
нормативам) и окончательно согласовывают с паспортными данными
станка.
Пример. Определить подачу при чистовом точении партии стальных дисков
на предварительно настроенном токарь-ом полуавтомате. Допуск на диаметр,
равный 100 мм, составляет 6 — 100 мкм. Шероховатость обработанной поверх-
ности Ra = 2,5 4- 1,25 мкм.
Решение. По формуле (61) находим величину Аг/, приняв для данных усло-
вий обработки Лгг — 35 мкм, i\ll — 30 мкм, в — 0, ДТ — 20 мкм и ХДф -- 0
(обтачивается короткая ступень). Аг/ •-= р б2 — ЗДн2 — Д/72 — ЗДТ- =
= К1002—3-352—302—3-202 = 65 мк.м.
Но формуле (28) находим подачу, приняв (по паспорту станка) податливость
технологической системы (у?---' = (1 ; 5001 : 500) =0,004 мм/кге,
\«Gar Анк /
СУ max - °>0°3. Су min - 0,002, /тах = 0,7 мм, fmin - 0,5 мм, лр = 0,9, ИВтах =
271
= 200, НВт1п = 180, ур = 0,75, п = 2.
Ду
__С
#max/J£3max *max ^y m!nn ° min
=5=0,25 мм.
Найденная подача удовлетворяет и заданным условиям обра-
ботки по шероховатости поверхности при использовании стандарт-
ного проходного резца. Она должна быть согласована с паспорт-
ными данными станка.
По подаче и глубине находят силу и момент резания, а по ним
для данных условий обработки рассчитывают силу закрепления за-
готовки (эта сила нужна для конструирования приспособления),
прочность инструмента (элементов оснастки или станка), мощность
и расходуемую энергию. При расчетах прочности и силы закрепле-
ния заготовки за основу берут максимальную глубину резания,
которую принимают равной наибольшему припуску на обработку,
рассчитанному ранее. Для расчета расходуемой при обработке
энергии в основу берут глубину резания, определяемую по среднему
промежуточному припуску, так как он при обработке партии заго-
товок является наиболее вероятным.
Скорость резания рассчитывают по формулам теории резания или
устанавливают по нормативным таблицам, зная условия выполне-
ния данного перехода обработки. В обычных условиях при расчете
скорости резания ориентируются на экономическую стойкость ре-
жущего инструмента. В особых случаях принимают во внимание
стойкость при наибольшей производительности. Зависимость себе-
стоимости С и продолжительности 1Ш обработки поверхности заго-
товки от скорости резания v приведена на рис. 93. Минимальные
ординаты обеих кривых соответствуют скорости при наименьшей
себестоимости обработки Ст-Ш и ско-
рости при наибольшей производи-
тельности /штш. Скорость резания 1
Рис. 93. Влияние скорости ре-
зания на себестоимость и вре-
мя обработки
А
V fm’
(118)
— постоянная для данных ус-
обработки, учитывающая глу-
резания, подачу и материал
Т — стойкость режуще-
m — показа-
где А
ловим
бину
заготовки;
го инструмента, мин;
тель относительной стойкости (т
1 Для отдельных материалов
диапазоне стойкости.
272
эта формула справедлива лишь при узком
Стойкость при наибольшей производительности
1 —т ,
(Н9)
а стойкость при наименьшей себестоимости обработки (экономиче-
ская стойкость)
у 1 — т
® т
(120)
Здесь tv—время на смену инструмента; ts—время работы
станка, эквивалентное расходам, связанным с переточкой инстру-
мента.
( I '1-L г<с У । s<°'100
(й<а\ + 100/+ k
ф+w)
(121)
Здесь — время заточки инструмента, мин; 1Ы — минутная
заработная плата заточника, коп.; гы — процент расходов по за-
точному цеху; so —начальная цена инструмента, руб.; k —число
переточек, допускаемых инструментом; I — минутная заработная
плата рабочего; г — процент расходов по механическому цеху.
Уменьшая время 4 работы станка, можно приблизить значения
стойкости при наименьшей себестоимости к стойкости при наиболь-
шей производительности.
При чистовой обработке больших поверхностей стойкость инст-
румента должна быть равна (или несколько больше) времени обра-
ботки, иначе при вынужденной смене инструмента на обрабатывае-
мой поверхности возникает уступ. При растачивании цилиндриче-
ской заготовки путь резца в металле
«об
В то же время Tss ~ . Подставляя значение v из формулы (118),
после преобразований получим
(122)
Зная стойкость инструмента, по формуле (118) или таблицам
можно найти V. По скорости резания определяют частоту вращения
шпинделя (или число двойных ходов стола, ползуна). Эти величины
согласовывают с паспортными данными станка, принимая ближай-
шие меньшие. Рассмотренная методика характерна для одноинстру-
ментной обработки.
При обработке на станках с многоинструментной оснасткой ме-
тодика установления режимов резания изменяется.
273
1. Обработку производят, последовательно используя инстру-
менты, каждый из которых может работать независимо друг от
друга с различной подачей и скоростью резания. После каждой
смены инструмента изменяют режимы резания.
2. Обработку производят параллельным (или параллельно-
последовательным) использованием комплекта инструментов, ка-
ждый из которых работает с различными режимами резания (мно-
гошпиндельные сверлильно-расточные, агрегатные станки с инди-
видуальной подачей каждой одношпинделыюй головки).
3. Обработку производят комплектом инструментов, закреплен-
ных в одном или нескольких блоках (суппортах, державках, скал-
ках). Инструменты, установленные в одном блоке, имеют единую
подачу на одни оборот шпинделя станка, но разную скорость реза-
ния в зависимости от размеров обрабатываемых поверхностей.
Продолжительность работы каждого инструмента в общем случае
различная. Она определяется размерами и конфигурацией обраба-
тываемой заготовки. Этот случай характерен для многорезцовых
токарных полуавтоматов, токарно-револьверных станков, расточ-
ных станков и другого оборудования.
4. Комплект инструментов, закрепленных в общем блоке (го-
ловке), имеет единую минутную подачу, но работает с разными
скоростями. Продолжительность работы каждого инструмента раз-
личная. Такой случай характерен для многошпиндельных свер-
лильных, расточных и продольно-фрезерных станков.
5. Комплект инструментов работает с одинаковой скоростью
резания, но с разной подачей (на продольно-строгальных станках).
Для первого и второго случая полностью применима рассмотрен-
ная выше методика установления режимов резания. Если подача и
скорость резания для различных инструментов (первый случай)
оказываются близкими по величине, то применительно к произво-
дительности часто бывает выгодным вести обработку' на одном по-
стоянном (среднем) режиме резания. В этом случае экономится время
на останов и пуск станка, переключение подач и частот вращения
шпинделя.
В третьем случае глубину резания и подачу устанавливают для
каждого инструмента по той же методике, что и для одноинструмент-
ной обработки. Для каждого блока инструментов выбирают наи-
меньшую технологически допустимую (лимитирующую) подачу. Эта
подача ограничивается допускаемой механизмом станка силой по-
дачи, прочностью самого слабого в наладке инструмента или проч-
ностью обрабатываемой заготовки. При чистовой обработке подача
лимитируется заданной шероховатое! ью поверхности. Подачу выби-
рают по нормативам; ее величину согласовывают с паспортными дан-
ными станка. Далее рассчитывают скорость резания. Для этого
находят лимитирующий по скорости резания инструмент. Лимити-
рующими инструментами в многопнетрументных наладках яв-
ляются инструменты, обрабатывающие участки наибольшего диа-
метра и наибольшей длины. Для нескольких предположительно
274
лимитирующих инструментов находят коэффициент времени реза-
ния X, который равен отношению пути / при подаче данного инстру-
мента ко всему пути L при подаче инструментного блока:
Л = (123)
Условно-экономическая стойкость предположительно лимити-
рующих инструментов
Т = ТЯК, (124)
где Т„ — условно-экопомпческая стойкость инструментов данной
наладки при условии их равномерной загрузки, мин.
Величину Тк берут по нормативным таблицам. Она учитывает
число инструментов в наладке, тип, размер и материал инстру-
мента, а также материал обрабатываемой заготовки.
По стойкости Т для выделенных предположительно лимитирую-
щих инструментов по нормативам для данных условий обработки
находят соответствующие скорости резания с. За лимитирующий
инструмент принимают тот, у которого найденная скорость резания
оказалась наименьшей. По этой скорости рассчитывают частоту
вращения шпинделя п, которую корректируют по паспортным дан-
ным станка. По найденным режимам определяют суммарный мо-
мент резания и суммарную мощность резания, которые сравнивают
с паспортными данными станка при установленной частоте враще-
ния шпинделя. При необходимости эти величины корректируют по
паспорту станка, соответственно изменив рассчитанные подачу и
скорость резания.
В четвертом случае для каждого инструмента наладки назначают
глубину резания, а затем по нормативам подачу на один оборот
шпинделя so6. Аналогично предыдущему случаю выявляют лимити-
рующие по скорости резания инструменты и по ним определяют
условно-экономическую стойкость Т фактически лимитирующего
инструмента. По величине Т для различных инструментов наладки
по нормативам находят скорость резания v. Для отдельных инстру-
ментов (разверток) скорость резания определяют не но стойкости,
а в зависимости от требований к точности и шероховатости обрабо-
танной поверхности. Далее определяют частоту вращения инстру-
1000а ,
ментальных шпинделей n = -~d~, где а —диаметр инструмента, мм.
Минутная подача инструмента
SM = s0$n.
Минутную подачу многошпиндельной головки принимают по на-
именьшей величине sM. Значения п корректируют для различных
шпинделей в соответствии с принятой величиной sM
275
В соответствии с найденными значениями п устанавливают дей-
ствительные скорости резания
zidn
v “Togo-
Зная установленные режимы резания, можно найти суммарные
осевую силу, момент и мощность. По этим величинам оконча-
тельно корректируют режимы резания в соответствии с паспортом
станка.
Режимы резания для пятого случая устанавливают в той же по-
следовательности. Сначала для отдельных инструментов назначают
глубину резания, а затем подачу. Для каждого инструментального
блока (суппорта) выбирают лимитирующую подачу и по наибольшему
пути резания —лимитирующие инструменты. По лимитирующему
инструменту для всех блоков устанавливают скорость резания.
Подачу и скорость резания согласовывают с паспортными данными
станка.
При обработке заготовок на автоматических линиях и агрегат-
ных станках скорости резания назначают так, чтобы стойкость инст-
рументов была равна не менее половины времени рабочей смены.
В этом случае затупившиеся инструменты меняют в обеденный пере-
рыв и в перерыве между сменами без простоя оборудования. Мало-
нагруженные инструменты меняют через одну или несколько ра-
бочих смен. Обычно производят принудительную смену инстру-
ментов со слабыми признаками износа или без таковых.
Нормы времени на операции механической обработки определяют
по методике, изложенной в гл. IV. Составляющие штучного вре-
мени рассчитывают, используя соответствующие нормативы. Основ-
ное технологическое время нормируют по переходам обработки.
При последовательном выполнении переходов основное время на
операцию суммируют по переходам. При параллельном выполнении
переходов основное время на операцию принимают по наиболее
длительному переходу обработки. Вспомогательное время норми-
руют с помощью нормативов по элементам, которые не перекры-
ваются основным временем. Остальные составляющие штучного
времени определяют в процентах от основного и вспомогательного
времени для данных конкретных условий обработки. Зная содержа-
ние и характер выполняемых операций, по тарифно-квалификацион-
ным справочникам устанавливают разряды рабочих.
Документация, фиксирующая технологические разработки. По
единой системе технологической документации предусмотрены сле-
дующие виды технологической документации.
Маршрутная карта —документ, содержащий описание техноло-
гического процесса изготовления изделия по всем операциям в тех-
нологической последовательности с указанием соответствующих
данных по оборудованию, оснастке, материальным, трудовым и дру-
гим нормативам. Маршрутные карты применяют в единичном и
серийном производстве.
276
Операционная карта —документ, содержащий описание опера-
ций технологического процесса изготовления изделий с расчлене-
нием операций по переходам и указанием режимов работы, расче-
тов норм и трудовых нормативов. Операционные карты применяют
в серийном и массовом производстве. Комплект этих карт на изде-
лия по всем операциям дополняют маршрутной картой.
При проектировании операций обработки на станках с програм-
мным управлением составляют расчетно-технологическую карту,
содержащую необходимые данные по траектории движения инстру-
мента и элементам работы. На основе этой карты подготовляют
управляющую программу станка.
Карты эскизов и схем —документы, содержащие графические
иллюстрации технологического процесса изготовления и отдельных
его элементов. Применительно к обработке резанием эти карты дают
в виде эскизов наладок, в которых приведены схемы установки за-
готовок, указаны выполняемые размеры с допусками, а также шеро-
ховатость обрабатываемых поверхностей.
Спецификация технологических документов — перечень всех
технологических документов, выпущенных па изделие.
Технологические инструкции —документы, содержащие опи-
сание специальных приемов работы или описание методов контроля
технологических процессов, правила пользования оборудованием и
приборами и пр. К этим документам, в частности, относится карта
раскроя материала для холодноштампованных деталей, в которой
фиксируется расположение деталей па полосе при их вырезке.
Материальные ведомости —документ, содержащий предвари-
тельные данные для подготовки производства.
Ведомость оснастки —документ, содержащий перечень специ-
альных и стандартных приспособлений и инструментов, необходи-
мых для оснащения технологического процесса.
К прочей технологической документации относится также чер-
теж заготовки с техническими условиями на ее приемку. В техноло-
гической документации необходимо четко излагать содержание и
условия выполнения предписываемой обработки. Точное выполне-
ние всех указаний технологической документации имеет важное
значение для обеспечения технологической дисциплины на произ-
водстве и выпуска качественных изделий.
§ 3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
Технологический процесс изготовления каждой детали можно
спроектировать в нескольких вариантах, обеспечивающих выпол-
нение заданных технических условий. Наиболее экономичный ва-
риант выбирают, сопоставляя технико-экономические показатели,
характеризующие сравниваемые варианты. Полную оценку вариан-
тов производят, сравнивая себестоимость изготовления детали, так
как при этом учитывают затраты живого и овеществленного труда.
277
Различают цеховую себестоимость, учитывающую только цехо-
вые расходы* и заводскую, учитывающую и общезаводские расходы.
Для сравнения вариантов технологических процессов используют
цеховую себестоимость. Существует несколько методов определения
себестоимости. При бухгалтерском методе себестоимость изготовле-
ния детали
C — M-\-L-\-Z, (125)
где М —себестоимость изготовления заготовки за вычетом воз-
вращаемой суммы за сдачу отходов; L —заработная плата произ-
водственных рабочих; Z — сумма всех остальных цеховых расхо-
дов; эти расходы выражают в процентах от величины L; тогда
C = M + l(1 +i*0), (126)
где г — процент величины Z от L; он зависит от типа и степени авто-
матизации производства и изменяется в пределах 150 —800%.
Этот метод прост, по не пригоден для сравнения вариантов, так
как не выделяет составляющих Z.
Наиболее точен метод прямого расчета всех составляющих себе-
стоимости. При этом можно не учитывать те затраты, которые не
зависят от технологического процесса и остаются неизменными
в сопоставляемых вариантах (затраты па заработную плату цехо-
вых работников, внутрицеховой транспорт, текущий ремонт и амор-
тизацию зданий, сооружений и др.).
В этом случае себестоимость
С = М4-Ь + £н + Я-|-Л1в + Л + №+У + Е, (127)
где — заработная плата наладчиков с начислениями; R — рас-
ходы на ремонт оборудования; Е — расходы на электроэнергию,
потребляемую оборудованием; М„ — расходы на вспомогательные
материалы (смазочные масла, смазочно-охлаждающие жидкости
и пр.); А —расходы на амортизацию оборудования; W —расходы
па эксплуатацию и амортизацию инструмента; V — расходы на экс-
плуатацию и амортизацию специальных приспособлений.
Величина
M = M' — Ga, (128)
где М’ — себестоимость изготовления заготовки; G — масса реа-
лизуемого отхода материала на деталь в кг; а — цена 1 кг отходов
(ориентировочно для черных металлов 5 р. и для цветных металлов
10 р. за 1 т).
При выполнении п операций обработки заработная плата с на-
числениями
Ь=1,14У;//Ш, (129)
I
278
где 1,14—коэффициент, учитывающий расходы по социальному
страхованию и па дополнительную заработную плату; I —минут-
ная заработная плата станочника на данной операции; /ш — норма
штучного времени на операцию, мин.
Заработная плата наладчиков в серийном производстве па все
операции обработки данной детали
1.14 £ 1ат„
^п = 60<v ’ (130)
где /„ —часовая заработная плата наладчика; Ти —длительность
наладки, мин; m — количество партий в течение года; N — годо-
вая программа, шт.
В поточно-массовом производстве* заработная плата наладчиков
определяется по фактическому числу наладчиков, обслуживаю-
щих линию.
Расходы на ремонт оборудования, отнесенные к одной детали,
^=2^7’ (131)
где Gp—затраты па выполнение всех видов ремонтных работ за
межремонтный цикл на одну ремонтную единицу; rv — категория
сложности ремонта, выражаемая числом ремонтных единиц данного
станка; k—число станков для обработки деталей; 7’мр—межре-
монтный цикл, станко-часов.
Значения этих величин определяют по нормативам планово-
предупредительного ремонта.
Расходы на электроэнергию
k
\( A\,CTaBs,
(132)
1
где Nycr —суммарная установленная мощность всех электро-
двигателей станка, кВт; аир — коэффициенты использования
установленной мощности по времени и по величине соответственно;
произведение ар — 0,5 -е 0,9; s, —цена 1 кВ-ч электроэнергии;
1О —основное время на операцию.
Расходы па вспомогательные материалы
к D
^н==^,?д.С0 (133)
где £>год — расходы на эти материалы в руб. на один станок в год
(принимается по справочникам); Рл — действительный годовой фонд
времени работы оборудования, ч.
279
Расходы на амортизацию универсальных станков
Hw (134>
1
где а — ежегодные амортизационные отчисления в руб. принимае-
мые равными 10% цены станка So6op. В So6op включают расходы
(до 0,15 5об0р) на его транспортирование, устройство фундаментов
и монтаж; <2 = 0,1-1,15 So6op = 0,115 So6op; т)3—коэффициент
загрузки станка во времени.
При определении расходов на амортизацию специальных стан-
ков считают, что их цена должна быть списана на то число деталей,
которое они обработают.
k
1 «15 У Sogop
‘л—> П35)
где пс — число лет работы станка; N — годовая программа выпуска
деталей.
Расходы на эксплуатацию и амортизацию режущих инструмен-
тов зависят от полного или частичного их использования за период
выпуска изделия. Расходы на эксплуатацию и амортизацию режу-
щих инструментов при их полном использовании
k
<•*»
1
где Sw —первоначальная цена инструмента; т —число переточек
до полного износа инструмента; Snep — затраты на одну переточку;
Т —стойкость инструмента между двумя переточками, мин; 1О —
основное время, мин.
При неполном использовании инструмента
fe ' \
1 \ /
где N — число обрабатываемых деталей; т' — число переточек
данного инструмента.
Расходы па эксплуатацию и амортизацию универсальных при-
способлений можно из-за малости не учитывать. Расходы на экс-
плуатацию и амортизацию специальных приспособлений
(138)
где Snp — себестоимость изготовления приспособления; гк, гс, гг —
затраты на капитальный, средний и текущий ремонты приспособле-
280
ния; пк, nc, nA — число капитальных, средних и текущих ремонтов
приспособления за весь срок его службы; р —срок службы при-
способления п годах; Fn —годовой фонд времени работы приспо-
собления, ч.
Для упрощения расчетов можно принять срок амортизации спе-
циального приспособления равным двум годам и годовые расходы по
ремонту приспособлений равными 10—20% от Slip. Тогда
у___ V* 0,5 Slip-f-0,15 Sup _ y-i 0,655пр (139)
где Мгод — годовая программа выпускаемых деталей.
Метод прямого расчета себестоимости трудоемок. При сопоста-
влении проектируемых вариантов допустимы приближенные рас-
четы. Часто можно ограничиться учетом тех затрат, которые наи-
более влияют на себестоимость.
Нормативный метод расчета себестоимости значительно сокра-
щает трудоемкость расчетов. При этом методе используют таблицы,
в которых указаны периодически корректируемые расходы по всем
элементам себестоимости, приведенных к одной минуте работы
станка. Расчет себестоимости сводится к выбору из этих таблиц
расходов по каждому элементу, суммированию их и умножению
полученной суммы на штучное время проектируемой операции.
При выборе наиболее экономичного варианта сопоставления
себестоимостей может оказаться недостаточно. При сравнении ва-
риантов необходимо также определить срок окупаемости дополни-
тельных капитальных вложений на оборудование и оснастку по
принятому варианту
(140)
где Ki — капитальные вложения по первому варианту; К2 — капи-
тальные вложения по второму варианту; С1 — себестоимость годо-
вого выпуска по первому варианту; С2 —себестоимость годового
выпуска по второму варианту.
В формуле (140) разность — Ki представляет собой дополни-
тельные капитальные вложения, необходимые при осуществлении
второго (принимаемого) варианта, а разность Q — С2 годовую эко-
номию от применения второго варианта. Срок окупаемости для
машиностроения установлен 3—5 лет.
Частичную оценку вариантов технологического процесса можно
получить, сравнивая их по трудоемкости механической обработки,
коэффициентам основного времени и коэффициентам использования
материала.
Трудоемкость процесса равна сумме трудоемкостей всех п опе-
раций, составляющих данный процесс:
7 = (141)
1
281
При переналадке оборудования варианты следует сопоставлять
не только по трудоемкости, но и по времени, которое затрачивается
на переналадку. При обработке партии пп заготовок по первому
варианту технологического процесса общие затраты времени на
обработку партии
^пярт! = Ли1^о Н- Т 1131*
При обработке такой же партии по второму варианту общие за-
траты времени на обработку партии
^парт2 = Д12^0 Т Тпз2 •
Приравнивая 7пярт1 и Тпяр,2, можем определить количество де-
талей в партии, при котором оба варианта будут одинаково выгодны
по затратам времени:
(142)
‘1111 ‘1112
На рис. 94 по оси абсцисс отложено число заготовок в партии п,
по оси ординат время, затрачиваемое на обработку партии Т11ар1.
При размере партии и0 оба варианта равноценны. При партии, мень-
шей п0, предпочтение отдается первому варианту, при партии боль-
шей п0 —второму варианту.
В поточном производстве трудоемкость процесса равна произве-
дению темпа / на число операций п, обслуживаемых отдельными
рабочими, Т --- tn. Варианты сравнивают также по станкоемкости.
Последнюю можно определять отдельно для операции и детали.
Для оценки технологических вариантов используют относитель-
ные критерии.
1. Коэффициент основного времени представляет собой отноше-
ние основного времени к штучному
По =
(143)
Этот коэффициент используют для оценки построения станочных
операций. Чем выше его величина, тем производительнее исполь-
Рис. 94. Схема для расчета партии
обрабатываемых деталей
зуется станок. Он может быть
применен и для оценки всего
процесса в комплексе. В этом
случае
(144)
где 7ф —суммарное основное
время по всем операциям обра-
ботки, а Т —сумма штучных
времен по всем операциям.
2. Коэффициент использова-
ния материала определяют отпо-
282
шением массы готовой детали к массе заготовки
Ti = g. (145)
В массовом производстве у3 -- 0,85; в серийном у3 — 0,7, а в еди-
ничном (включая тяжелое машиностроение) у, 0,5 -г- 0,6. Для
повышения коэффициента у, необходимо приближать форму заго-
товки к конфигурации готовой детали, повышать точность ее изго-
товления и улучшать качество ее поверхностей.
Степень использования материала в заготовительных цехах харак-
теризуется коэффициентом у.», представляющим собой отношение
массы заготовки, поступающей на механическую обработку, к массе
исходного материала, затрачиваемого на изготовление этой загото-
вки. Этот коэффициент также меньше единицы (для отливок и штам-
пованных заготовок у2 — 0,75). Увеличение у2 достигается умень-
шением отходов металла (облоя у штампованных заготовок, лит-
ников и прибылей у отливок), а также переходом к более прогрес-
сивным методам получения заготовок (безоблойная штамповка,
высадка, прессование, поперечно-винтовая прокатка). Общий коэф-
фициент использования материала у -- уху2 характеризует весь
технологический процесс изготовления детали.
3. Коэффициент загрузки оборудования характеризует отношение
расчетного числа станков к фактически принятому
<146>
Этот коэффициент также стремятся приблизить к единице. В мас-
совом производстве т]3 — 0,85 -к 0,9; в серийном т]3 0,6 0,7.
Этот коэффициент может быть применен для оценки отдельных опе-
раций и для всего технологического процесса. В последнем случае
он представляет собой среднее арифметическое из т]3 по всем станкам,
на которых производят обработку деталей.
Относительные критерии используют в дополнение к абсолют-
ным. Самостоятельного значения для оценки технологических ва-
риантов они ife имеют. Если сопоставляемые технологические про-
цессы однородны по структуре, то их сравнивают и оценивают по
операциям, имеющим различное построение. В этом случае в качест-
ве критерия оценки можно использовать величины /0, Со, т)0 и т]3.
§ 4. ТИПИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Для одной и той же детали при одинаковой производственной
программе может быть разработано несколько вариантов технологи-
ческих процессов. В зависимости от опыта технического персонала
и местных производственных условий эти варианты иногда отли-
чаются друг от друга маршрутом и содержанием операции, являясь
в то же время достаточно равноценными по технико-экономической
283
эффективности. На разработку таких процессов в отдельности
затрачивается много времени и средств, так как работа технологов
многократно повторяется. В конце 30-х годов проф. А. П. Соколов-
ский высказал идею типизации технологических процессов. Первым
этапом типизации технологических процессов является классифи-
кация деталей машин. Детали могут быть разделены на классы по
общности технологических задач, возникающих при их изготовлении
(валы, втулки, диски, рычаги, плиты, стойки, угольники, бабки,
зубчатые колеса и другие детали). Каждый класс деталей разбивают
на группы, подгруппы и типы. Проф. Ф. С. Демьянюк при класси-
фикации деталей предусматривал шесть классов: I — корпусные
детали; II—круглые стержни (валы); III —полые цилиндры;
IV —диски; V —некруглые стержни (рычаги); VI — крепежные
детали. В общесоюзном классификаторе все машиностроительные
детали делятся на два класса. К первому классу относятся все детали
типа тел вращения (валы, втулки, диски, цилиндры и др.), ко вто-
рому— детали не тела. вращения (рычаги, корпусные детали,
угольники, плиты и др.). Каждый класс делится на подкласс, затем
на группы и подгруппы; при этом учитывают определенные конструк-
тивные признаки деталей.
Типовая деталь объединяет совокупность деталей, имеющих
одинаковый план (маршрут) операций, осуществляемых на одно-
родном оборудовании с применением однотипных приспособлений
и инструментов. Разработка классификации деталей сочетается
с унификацией и нормализацией их конструкций. Это позволяет
укрупнить партии деталей, применить при их изготовлении более
прогрессивную технологию, а также сократить номенклатуру ре-
жущих и измерительных инструментов.
Следующим этапом типизации технологических процессов яв-
ляется разработка принципиально общего технологического процесса
с установлением типовых последовательности и содержания опера-
ций, типовых схем базирования и типовых конструкций оснастки.
Если детали достаточно полно унифицированы, то на них состав-
ляют одну технологическую карту с нормами времени. При меньшей
степени унификации разрабатывают, как обязательный образец,
принципиальный технологический процесс, на базе которого состав-
ляют технологические процессы для конкретных деталей. Типизация
технологических процессов предусматривает анализ и обобщение
существующих процессов. Она способствует внедрению новых про-
грессивных методов обработки, сокращению сроков и удешевлению
подготовки производства, более широкому применению средств
механизации и автоматизации, установлению и обоснованию типажа
технологического оборудования, а также использованию типовой,
часто переналаживаемой (обратимой) оснастки. На основании типо-
вых технологических процессов создают типовые компоновки
специализированного оборудования. Типизацию проводят в раз-
личных отраслях машиностроения, что дает положительные резуль-
таты при производстве различных изделий. Дальнейшим развитием
284
идеи типизации технологических процессов является разработка
комплексной нормализации элементов производственных процессов.
В основу этого метода положена взаимосвязь технологического про-
цесса, оснастки и оборудования. С развитием типизации выявля-
ются принципы, общие для всего машиностроения. Вместе с тем по
мере совершенствования технологии производства машин типовые
технологические процессы необходимо периодически корректи-
ровать.
§ 5. ПОСТРОЕНИЕ ГРУППОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ
Поточно-массовое производство имеет технико-экономические
преимущества перед непоточным производством. В поточном произ-
водстве достигается более высокая производительность труда н бо-
лее низкая себестоимость изделий, сокращается цикл производства
и повышается использование производственных площадей.
В серийном производстве на каждом рабочем месте выполняют
несколько операций; переход от одной операции к другой вызывает
простои станков при их переналадке. Однако при соответствующем
построении технологического процесса и проведении необходимых
организационных мероприятий в серийном производстве осущест-
вимы принципы поточно-массового производства; это достигается
применением групповых технологических процессов, выполняемых
на групповых поточных линиях.
В групповых поточных линиях оборудование располагают по
маршруту обработки близких по конфигурации и размерам деталей
нескольких наименований, закрепленных за линией. Все закреп-
ленные за линией детали обрабатываются периодически пропускае-
мыми партиями, и в каждый данный момент линия работает как
непрерывно-поточная. Переход от обработки одной детали к другой
возможен без переналадки линии; в других случаях производят
частичную переналадку. Оборудование линии комплектуют и рас-
полагают по технологическому маршруту обработки наиболее слож-
ной и трудоемкой детали в группе (ее часто называют комплексной
деталью), другие детали группы можно обрабатывать с пропуском
отдельных переходов или операций. Несколько реже используют
другой способ групповой обработки, когда на станках линии одно-
временно обрабатывают весь комплект деталей группы. Линия все
время работает как непрерывно-поточная без переналадок станков.
Приспособления для такой обработки более сложные. Даже при
более низком коэффициенте загрузки оборудования по времени
в сравнении с массовым производством на групповых поточных
линиях обеспечивается более высокая производительность и эконо-
мичность, чем в непоточном серийном производстве. Необходимо
лишь, чтобы экономия времени обработки закрепленных за линией
деталей была больше затрат времени на ее переналадку. При хорошо
285
продуманной технологии групповой обработки, научные основы
которой были разработаны проф. С. П. Митрофановым, групповые
линии могут обеспечить большой экономический эффект.
Групповые поточные линии, в том числе и переналаживаемые,
могут быть автоматическими. При использовании станков с програм-
мным управлением упрощается задача подбора деталей и конструи-
рования оснастки, сводится к минимуму время на переналадку
станка. Если при изготовлении группы детален отдельные операции
можно выполнять на одних и тех же станках при однотипной налад-
ке, а другие операции требуют различных станков и не могут быть
выполнены по групповому технологическому процессу, то целесооб-
разно на общих операциях применять групповые наладки.
Проектированию групповых технологических процессов или
операций предшествует классификация деталей: 1) по типу применя-
емого при выполнении основных операций оборудования и его
размерам; 2) по методу установки заготовки для обработки и типу
необходимого приспособления; 3) по требуемой точности и качеству
поверхностей обрабатываемых деталей.
Проектирование технологических процессов для групповых
поточных линий можно рассматривать только в конкретном приложе-
нии к изделиям. Общие соображения по проектированию групповых
наладок, используемых как раздельно, так и в групповых поточных
линиях, могут быть изложены применительно к отдельным типам
станков.
Эффективны групповые наладки токарно-револьверных станков.
При консольном закреплении заготовок в цанге или патроне воз-
можна обработка наружных, внутренних и торцовых поверхностей.
Большое число устанавливаемых в револьверной головке и в резце-
держателе суппорта инструментов при наличии независимых упоров
позволяет обрабатывать указанные поверхности деталей при разно-
образных сочетаниях их по взаимному положению и размерам.
Характерным для групповых наладок револьверных станков явля-
ется сокращение затрат времени на наладку на 50—60% и общее
повышение производительности станков на 40—50%.
Групповые наладки револьверных станков выполняют трех раз-
новидностей: 1)для попеременной обработки в патроне без перена-
ладки станка двух-трех деталей с использованием для каждой из них
нескольких позиций револьверной головки; 2) для попеременной
обработки из прутка без переналадки нескольких деталей; 3) для
обработки нескольких деталей в патроне или из прутка с частичной
переналадкой.
Схема наладки револьверного станка, приведенная на рис. 95,
предназначена для обработки трех деталей (рис. 96) без переналадки.
Основной в этой наладке является деталь ///; для ее полной обра-
ботки за два устапова нужно использовать четыре позиции револь-
верной головки, оснащенных тринадцатью инструментами, и четыре
резца в суппорте. Для полной обработки деталей / и //с двух уста-
новов нужно десять инструментов, размещенных в трех позициях
286
Рис. 95. Групповая наладка то-
карно-револьверного станка для
обработки трех заготовок;
/—6 — позиции револьверной го-
ловки; I— III — обрабатываемые
заготовки
головки, и восемь резцов
в суппорте. Резцы в суп-
порте станка для разных
деталей располагают от од-
ной базы так, чтобы осу-
ществлять подрезку при
постоянном положении
суппорта по длине стани-
ны; если это невозможно,
то для суппорта предусма-
тривают две фиксирован-
ные позиции. Заготовки
устанавливают в разных
уступах кулачков с бази-
рованием по наружной или
внутренней поверхности.
Это позволяет решить во-
прос размещения инстру-
ментов в осевом направле-
нии, а также сохранять
постоянство положения
упоров для позиций го-
ловки, с которой обраба-
тываются несколько заго-
товок.
Патрон для установки
заготовок с базированием
по наружной и внутрен-
ней поверхностям показан
на рис. 97. Промежуточ-
ное кольцо служит для
изменения положения ус-
тановочной базы на одной
из ступеней.
Высокопроизводитель-
ные групповые наладки
Рис. 9С. Заготовки, обрабаты-
ваемые при групповой наладке
револьверного станка но схеме
па рис. 95
' $215 С5
287
Рис. 97. Патрон со
специальными кулач-
ками для групповой
обработки
Рис. 98. Схема групповой наладки
многорезцового полуавтомата с пере-
становкой резцовых блоков:
1,2 — упоры; 8, 4 — съемные резцовые
блоки
для обработки мелких и средних заготовок удобно создавать на
револьверных станках с горизонтальной осью вращения головки.
Наладки этих станков могут включать большое число инструмен-
тов, а перевод головки из позиции в позицию происходит очень
быстро.
Переналадку револьверных станков с групповой наладкой целе-
сообразно производить: а) заменой инструментных блоков в пози-
циях головок и суппортах без регулировки размера на станке;
б) изъятием из наладки инструментов, мешающих обработке других
заготовок; в) заменой патрона или фиксированной сменой зажимных
кулачков.
Групповые наладки для токарно-карусельных станков проекти-
руют аналогично револьверным. Групповую наладку многорезцовых
токарных полуавтоматов
Рис. 99. Схема индексации
стола при двухцикловой на-
ладке восьмишпиидельного
полуавтомата:
1, 2 — позиции загрузки и съе-
ма заготовок
осуществляют использованием сменных
или поворотных резцовых блоков на
суппортах станка. Групповая наладка
для обработки двух сторон одного сту-
пенчатого валика приведена на рис. 98.
Первая наладка обеспечивает обработку
трех шеек с продольного суппорта,
а двух канавок и фаски —с попереч-
ного. Положение резцовых блоков по
расстоянию от линии центров и по
длине фиксируется упорами 1 и 2. При
обработке другой стороны валика рез-
цовые блоки повертывают резервными
резцами к линии центров и фиксируют
упорами; вторая наладка предусматри-
вает обтачивание трех других шеек с про-
дольного суппорта, одной широкой ка-
навки и фаски с поперечного суппорта.
288
Проектируя операции обработки наружных поверхностей корот-
ких заготовок с отверстием (типа ступенчатых втулок), целесообразно
предусматривать их групповую обработку при установке на общей
оправке и использовании общей инструментной наладки; оправку
устанавливают в центрах и заготовки обрабатывают при полном
использовании возможностей станка.
Вертикальные многошпиидельные полуавтоматы применяют для
высокопроизводительной обработки сложных деталей. Так, на
восьмишпиндельном полуавтомате за 3—5 мин обрабатывают во-
семь — десять внутренних и наружных поверхностей по 2—3-му
классам точности. Длительность наладки этих станков (4—8 ч) пре-
пятствует их использованию в серийном производстве. Эффективна
двухцикловая групповая обработка на этих станках без переналадки
(рис. 99). Заготовку 1 устанавливают в позицию 1 для обработки
в позициях 111—V—VII; заготовку 2 соответственно в позициях
Н—IV—VI—VIII. Часто при такой наладке обрабатывают одну
заготовку с двух сторон. Сначала заготовку устанавливают в пози-
цию 1 (например, в патроне) и после обработки в нечетных позициях
переустанавливают в позицию II (например, на оправке) для после-
дующей обработки в четных позициях. Двухцикловую наладку
широко применяют в массовом производстве для обработки относи-
тельно несложных заготовок, обработка которых может быть выпол-
нена инструментами, размещенными в трех позициях восьмишпин-
дельного полуавтомата.
Групповую наладку вертикальных восьми- и шестишпиндельных
полуавтоматов с переналадкой осуществляют при применении пово-
ротных инструментальных плит. На каждой стороне двух- или трех-
сторонних плит (резцедержателей) установлены инструменты соот-
ветственно для обработки двух или трех различных заготовок. При
настройке на обработку заготовки 1 (рис. 100) эти плиты во всех
позициях станка переводятся в первое положение. Инструменты
на других сторонах, установленные и отрегулированные для обра-
ботки заготовок 2 и 3, находятся в нерабочем положении.
Заготовки для групповой обработки подбирают с таким расчетом,
чтобы переналадка установочного приспособления была минималь-
ной. Этой задаче отвечают фасонные кулачки и оправки со сменными
переходными частями. Схема наладки для обработки трех заготовок
приведена на рис. 100, а схема установки их в специальных кулач-
ках на рис. 101. Групповая обработка на этих станках целесообразна
в крупносерийном производстве деталей двух-трех наименований
с суммарным выпуском 30—40 тыс. шт. в год.
Групповые наладки фрезерных станков выполняют с наиболее
полным использованием площади стола и применением наборов
фрез. Эффективность групповой обработки на фрезерных станках
зависит от работоспособности переналаживаемых приспособлений
и от быстроты переналадки. Для обработки плоских поверхностей
необходимо разместить заготовки в групповом приспособлении
так, чтобы обрабатываемые поверхности располагались на одном
10 п/р. Корсакова В. С. 289
2
Рис. 100. Пример групповой наладки восьмишпиндельного полуавтомата для
обработки трех заготовок:
/ — j — обрабатываемые заготовки; 4 — фиксатор
уровне; при этом можно обрабатывать заготовки одного наименова-
ния с двух или нескольких сторон с перекладыванием из позиции
в позицию или различные заготовки. На горизонтально-фрезерных
станках используют наборы фрез. Их располагают на оправке соот-
ветственно установленным на столе станка групповым приспособле-
ниям (рис. 102, а). Групповая наладка карусельно-фрезерных стан-
ков предусматривает последовательную обработку заготовок группы
в разных зонах стола (рис. 102, б); во время обработки заготовок
у периферии стола приспособления внутреннего ряда не загружают
заготовками, но они остаются в состоянии, готовом для обработки
заготовки другого наименования. Переналадка станка при переходе
к обработке других заготовок незначительна. Применением группо-
вой технологии в серийном и мелкосерийном производстве дости-
гается повышение производительности труда на 20—30%, а время
наладки станков сокращается на 60—80%.
Операции обработки на вертикально- и радиально-сверлильных
станках, осуществляемые со сменой инструментов (сверла —зенков-
ки— метчика или сверла—зенкера—развертки), характеризу-
ются большой трудоемкостью при низком коэффициенте основного
времени (т]о = 0,5 -ь 0,4). Трудоемкость сверлильных операций
сокращается применением многошпиндельных многопозиционных
станков, но этот путь приемлем в массовом производстве. Групповые
наладки сверлильных станков разрабатывают главным образом
с целью применения высокопроизводительной многошпиндельной
обработки отверстий в нескольких заготовках. Для этой цели
290
универсальные вертикально-
сверлильные станки оснаща-
ют мпогошпиндельными свер-
лильными головками с регу-
лируемым межосевым рас-
стоянием шпинделей. Пере-
наладка станка заключается
в замене кондуктора и фик-
Рис. 101. Схема установки трех заготовок
при групповой обработке (по рис. 100)
сированной одновременной
установке всех шпинделей
с нужным межосевым рас-
стоянием. В крупносерийном производстве для групповой обра-
ботки применяют специальные мпогошпиндельные мпогопозици-
онные станки.
Схема групповой обработки заготовок типа рычагов в крупносе-
рийном производстве на специальном многошпиндельном станке
приведена на рис. 103, а. В каждой позиции поворотного стола
установлены переналаживаемые приспособления. В определенный
момент времени приспособления во всех позициях станка налажены
для обработки заготовок нескольких (рис. 103, 6) или одного наиме-
нования (рис. 103, в). Шпиндели станка размещают с учетом межосе-
вого расстояния каждой заготовки. При обработке заготовок в дан-
ной наладке пе все шпиндели станка могут оснащаться инструмента-
ми; другие шпиндели в это время вращаются вхолостую; их осна-
щают инструментами для обработки других заготовок при последую-
щих наладках станка.
Схема групповой обработки заготовок нескольких наименований
на агрегатном многошпиндельном сверлильном станке приведена
на рис. 104. Заготовки 7 устанавливают в приспособлениях, распо-
ложенных по окружности радиуса R на поворотном столе станка,
и обрабатывают в три перехода в рабочих позициях II, III и IV по-
следовательно. По окружности радиуса г стола расположены при-
способления для установки малогабаритных заготовок (рычаги
с одним отверстием, рукоятки и т. п.) шести наименований. Три
заготовки (/, 3 и 5) имеют отверстия диаметром 22 А мм, три другие
Рис. 102. Схемы группо-
вой обработки заготовок:
а — на горизонтально-фре-
зерном станке; б — на ка-
руселыю-фрезерном станке;
/, 2 — обрабатываемые за-
готовки; 3 и 4 — торцовые
фрезы
10*
291
Рис. 103. Схема групповой обра-
ботки на многошпиндельном четы-
рехпозиционном агрегатно-свер-
лильном станке:
а — схема работы станка; б, в — схе-
мы наладок
Рис. 104. Схема групповой об-
работки семи заготовок на 15-
шпиндельном агрегатно-свер-
лильном станке:
а — схема работы станка; б — схе-
ма наладки
(2, 4 и 6) — отверстие диаметром 25 А мм; каждое отверстие обраба-
тывается сверлом, зенкером и разверткой в трех позициях станка
последовательно. Для одновременной обработки в приспособлении
на межосевом расстоянии С устанавливается пара заготовок (/ и 2 или
3 и 4, или 5 и 6); шпиндели в каждой рабочей позиции расположены
на расстоянии С, причем один из них оснащен инструментом дляобра-
ботки отверстий диаметром 22 мм, другой —для обработки отвер-
стий диаметром 25 мм. Конструкция приспособлений предусматри-
вает небольшую переналадку при переходе от обработки одной пары
заготовок к другой паре. На основе тех же принципов проектируют
групповые наладки и на станки других типов.
Автоматические линии для групповой обработки обеспечивают
значительное повышение производительности труда и снижение
себестоимости продукции. Наиболее важным условием для этого
является сокращение до минимума затрат времени на переналадку,
что достигается продуманным решением технологических и кон-
структорских задач переналадки линии, а также правильной эксплу-
атацией и организацией производства.
292
В машиностроении используют автоматические линии для обра-
ботки валов электродвигателей восьми типоразмеров, станин элект-
родвигателей пяти габаритов и многие другие.
Групповые технологические процессы проектируют в определен-
ном порядке. 1. Подбирают группу деталей, удовлетворяющих тре-
бованиям групповых наладок; намечают маршрут обработки и схемы
групповых наладок; ориентировочно определяют основное время
обработки. 2. Разрабатывают наладку для наиболее сложных и вы-
пускаемых в большем количестве деталей группы; затем учитывают
другие детали группы; определяют штучное время обработки.
3. Уточняют требования к станку (в некоторых случаях дают задание
на модернизацию или специализацию станка). 4. Разрабатывают
конструкцию установочного приспособления и инструментальную
наладку; уточняют режимы обработки и окончательно определяют
норму времени. 5. Составляют техническую документацию, вклю-
чающую все данные для обработки каждой заготовки и компоно-
вочные чертежи.
Эффективность групповых технологических процессов, а в не-
которых случаях и возможность их применения зависят от уровня
стандартизации и нормализации конструкций деталей. При подборе
деталей в группу и разработке групповых технологических про-
цессов и наладок контролируют чертежи и унифицируют материалы
и виды заготовок, конструктивные формы и размеры отдельных по-
верхностей, а также разрабатывают технические требования к ним.
На основе максимальной унификации конструкций можно разрабо-
тать рациональный технологический процесс групповой обработки.
§ 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ СБОРКИ
Сборка является заключительным этапом производственного про-
цесса в машиностроении. Трудоемкость сборки составляет 25—35%
общей трудоемкости изготовления изделий. При большом объеме
пригоночных работ она достигает 40—50%. Качество готовых машин
во многом зависит от технологии их сборки. Исходными данными
для проектирования технологических процессов сборки являются
сборочный чертеж, определяющий конструкцию изделия; техничес-
кие условия приемки изделия; объем выпуска изделий; планируемый
интервал времени выпуска изделий.
Степень углубленности разработки технологического процесса
сборки зависит от объема выпуска изделий. При больших объемах
выпуска технологический процесс сборки разрабатывают детально
и с возможно полной дифференциацией; при незначительном объеме
выпуска ограничиваются сокращенной разработкой.
Для проектирования используют справочные и нормативные
материалы: рекомендации по улучшению технологичности конструк-
ции изделий, каталоги и паспорта сборочного оборудования, аль-
293
бомы сборочных приспособлений и инструментов, нормативы по
нормированию сборочных работ; полезно иметь примеры решений
сборки аналогичных изделий. Разработке технологического про-
цесса предшествует изучение конструкции изделий, технологический
контроль сборочного чертежа и технических условий приемки.
Сборочный чертеж должен содержать необходимые проекции
и разрезы; спецификацию элементов изделия; размеры, выдержи-
ваемые при сборке, натяги и зазоры в сопряжениях; данные о массе
изделия.
Технические условия должны содержать данные о точности
сборки, требуемом качестве сопряжений, их герметичности, плот-
ности и жесткости стыков, о моментах затяжки резьбовых соедине-
ний и допустимых колебаниях этих моментов, о натягах и зазорах
в соединениях, о требуемой точности балансировки вращающихся
частей и другие сведения в зависимости от назначения изделия.
В технических условиях допускают указания технологического
характера о методах выполнения соединений, желательной последо-
вательности сборки, методах промежуточного и окончательного
контроля изделий. Замеченные в сборочных чертежах и технических
условиях недостатки, неясности и ошибки исправляют в конструк-
торском бюро. Одновременно с анализом конструкции изделия
составляют возможные предложения по его конструктивным изме-
нениям, упрощающим сборку. Эти изменения не должны нарушать
конструкцию изделия в целом и неблагоприятно влиять на его слу-
жебное назначение.
Конструктор изделия при составлении сборочных чертежей
должен решить вопрос о методе обеспечения заданной точности
замыкающих звеньев размерных цепей изделия. Прежде всего уста-
навливают возможность применения метода полной взаимозаменяе-
мости. Если назначенный конструктором допуск на замыкающее
звено данной размерной цепи равен или больше суммы допусков на
все ее остальные составляющие звенья, то этот метод сборки возмо-
жен. При многозвенной цепи и узком допуске на замыкающее звено
данный метод неприменим, так как допуски на составляющие
звенья приходится брать очень жесткими, что нерентабельно.
В этом случае конструктор может попытаться осуществить сборку
методом частичной (неполной) взаимозаменяемости, предусматривая
больший или меньший процент риска получения брака при сборке
из-за невыдерживания допуска на замыкающее звено размерной
цепи.
При высокой точности замыкающего звена и малозвенной цепи
может быть применен метод групповой взаимозаменяемости. Все
данные по этому методу сборки (допуски на изготовление сопряжен-
ных деталей и число размерных групп, на которые разбивают детали)
должны быть полно и четко изложены в сборочных чертежах и тех-
нических условиях. Если методы полной, частичной и групповой
взаимозаменяемости неприменимы, то конструктор решает вопрос об
использовании методов пригонки или регулировки. Решение как
294
по тому, так и по другому варианту находит отражение в конструк-
ции изделия. В первом случае в чертежах изделия должно быть
оговорено, по каким поверхностям производится пригонка и какой
припуск на нее оставлен. Во втором случае в конструкции преду-
сматривают жесткий или регулируемый компенсатор.
Таким образом, вопрос о методе сборки решает конструктор.
При изучении конструкции изделия технолог проверяет принятое
решение. Оно может быть изменено по согласованию с конструк-
тором изделия, если технолог предложит более рациональный метод
сборки.
Принимая решение об использовании метода пригонки или регу-
лирования, конструктор должен внести в сборочный чертеж соответ-
ствующие изменения и примечания. Размеры звена, подвергаемого
пригонке, указывают с учетом снятия припуска на пригонку. При
использовании индивидуально подбираемых по толщине деталей
определяют предельные размеры, а в остальных случаях и размер-
ные группы этих деталей. Если используют регулируемый компен-
сатор, то устанавливают величину его регулирования.
Изучение собираемого изделия завершается составлением техно-
логических схем общей и узловой сборки. При наличии образца
изделия составление технологических схем сборки упрощается.
В этом случае последовательность сборки может быть установлена
в процессе его пробной разборки. Элементы, которые могут быть
сняты в неразобранном виде, представляют собой части изделия,
на которые далее составляют технологические схемы узловой сборки;
детали, снимаемые отдельно, являются элементами, непосредственно
входящими в общую сборку изделия.
Технологические схемы сборки являются основой для проекти-
рования технологических процессов сборки. Разработка технологи-
ческого процесса сборки сложного изделия значительно упрощается
при наличии этих схем. Сначала разрабатывают схему общей сборки
изделия, а затем схемы узловой сборки. Технологические процессы
узловой сборки проектируют в этом случае несколько технологов
параллельно, что значительно сокращает время на подготовку произ-
водства.
Общую и узловую сборку начинают с установки базовой детали
на стенд или в приспособление. Если изделие имеет несколько раз-
мерных цепей, то сборку следует начинать с наиболее сложной и от-
ветственной цепи, звенья которой являются составляющими звенья-
ми других более простых цепей. В каждой размерной цепи сборку
завершают установкой тех элементов соединения, которые образуют
ее замыкающее звено. Эта последовательность сборки должна быть
четко и ясно отражена в технологических схемах.
Технологические схемы сборки можно составлять в нескольких
вариантах, отличающихся как по структуре, так и по последователь-
ности выполнения сборки. Число вариантов тем больше, чем слож-
нее собираемое изделие. На выбор варианта схемы, графически отоб-
ражающей процесс сборки, влияют число сборщиков, трудоемкость
295
п себестоимость выполнения сборки, удобство выполнения сборки,
а также возможность применения средств механизации и автоматиза-
ции сборки.
Во всех случаях следует стремиться к минимизации необходимых
рабочих, трудоемкости и себестоимости сборочных процессов. Эта
задача при различных ограничивающих условиях может быть ре-
шена на ЭВМ с использованием математических или эвристических
алгоритмов. Ее решение связано с установлением содержания сбо-
рочных операций.
По принятым технологическим схемам узловой и общей сборки
выявляют основные сборочные операции, а затем определяют необ-
ходимое для их выполнения время. Содержание операций сборки
устанавливают так, чтобы на каждом рабочем месте выполнялась
по возможности однородная по своему характеру и технологически
законченная работа, что способствует лучшей специализации сбор-
щиков и повышению производительности их труда.
По формуле (79) рассчитывают темп общей и узловой сборки.
Если темп значительно превосходит среднюю продолжительность
характерных сборочных операций, то сборку ведут по принципам
серийного производства. В этом случае на одном рабочем месте
собирают (для его догрузки) различные изделия. Сборка может быть
поточной или стационарной (при малом выпуске изделий). Если
темп близок или меньше средней длительности операций, то сборку
ведут по принципам массового производства, закрепляя за каждым
рабочим местом определенную сборочную операцию. В этом случае
сборку выполняют поточным методом. При малом темпе процесс
сборки дифференцируют, выделяя небольшие по своему содержанию
операции. Если по технологическим соображениям затруднительно
или невозможно это сделать, то операции выполняют параллельно,
дублируя рабочие места.
При поточном методе работы штучное время на операцию должно
быть равно темпу (точнее, несколько меньше темпа для создания
небольшого резерва в случае непредвиденных задержек сборки) или
кратно ему. Коэффициент загрузки рабочих мест должен быть доста-
точно высоким (не ниже 0,95); его величину на первых операциях
поточной линии следует брать меньшей, чем на последних операциях;
этим обеспечивается большая надежность работы линии в случае
вынужденных задержек сборки.
При проектировании сборочной операции уточняют ее ранее
намеченное содержание, выявляют возможность совмещения перехо-
дов во времени, определяют схему установки и закрепления базо-
вого элемента изделия, выбирают оборудование, инструменты и при-
способления (или дают задание на их конструирование), устанавли-
вают режимы работы сборочного оборудования, определяют норму
времени на операцию и соответствующий разряд работы. При проек-
тировании сборочных операций необходимо также обеспечить задан-
ное качество и точность изделий. Различные варианты операций
оценивают по производительности и себестоимости, сохраняя в основе
296
технико-экономический принцип проектирования. Учитывая боль-
шую относительную трудоемкость сборочных работ, стремятся
повысить их производительность. Основные направления повышения
производительности — устранение пли сокращение пригоночных
работ, рациональное построение технологического процесса сборки,
его механизация и автоматизация. Пригоночные работы устраняют
повышением точности обработки резанием; сокращение их трудо-
емкости достигается применением средств механизации, а также
подбором сопряженных деталей по результатам предварительного
измерения (для сложных сопряжений задача может быть решена на
ЭВМ).
В массовом производстве эффективно использовать несколько сбо-
рочных инструментов (при многоинструментных схемах) и приспо-
соблений для сборки нескольких изделий (при многоместных схемах).
В зависимости от порядка использования инструментов применяют
схемы последовательного, параллельного и параллельно-последова-
тельного выполнения. При сочетании указанных признаков полу-
чаются схемы наименее производительные (одноместные, одноинстру-
ментные, последовательные) и наиболее производительные (много-
местные, многоинструментные, параллельные).
Производительность труда сборщиков повышается при исполь-
зовании механизированных сборочных инструментов. В крупно-
серийном и массовом производстве применяют средства автоматиза-
ции (сборочные автоматы и полуавтоматы, автоматические и полу-
автоматические линии). Они повышают производительность труда
в 5 раз и более; в 2—3 раза сокращаются производственные площади.
Важным условием автоматизации сборки является унификация
и нормализация соединений, а также типизация технологических
процессов их выполнения. При построении маршрута и операций
сборки решается важный вопрос об организационных формах
сборки. Сборка может быть поточной и стационарной. Поточная
сборка сокращает цикл производства и межоперационные заделы
деталей, повышает Специализацию сборщиков и возможности меха-
низации и автоматизации производства, а также уменьшает трудо-
емкость изделий, так как при специализации сборщиков повышается
их производительность.
Перемещение собираемого объекта от одного рабочего места
к другому при поточной сборке осуществляется: 1) вручную (по
верстаку, наклонному лотку-рольгангу, на тележках); 2) с помощью
механических транспортирующих устройств; в этом случае транспор-
тирующие устройства (распределительный конвейер) предназначены
для межопер анионного перемещения собираемых возле них объек-
тов; 3) на конвейере с периодическим перемещением (пластинчатый
конвейер, шаговый конвейер, тележки, ведомые по рельсовому пути
замкнутой цепью); в этом случае сборку производят на конвейере
в периоды его остановки; 4) на непрерывно движущемся конвейере,
перемещающем собираемое изделие со скоростью, обеспечивающей
возможность выполнения сборочных операций.
297
Поточную сборку при неподвижном объекте осуществляют на
расположенных в линию неподвижных стендах. Каждый рабочий
(бригада рабочих) выполняет свою операцию, переходя последова-
тельно от одного стенда к другому. Поточную сборку при неподвиж-
ном объекте целесообразно применять в серийном производстве
при значительном оперативном времени, в особенности для сборки
тяжелых машин, перемещение которых затруднено.
Скорость перемещения принимается следующая: 10—15 м/мин
при перемещении собираемого объекта вручную; до 20 м/мин по
рольгангу; 30—40 м/мин для механических транспортирующих
устройств; 15—20 м/мин для сборочного конвейера периодического
действия. Скорость непрерывно движущегося конвейера
v=~-, (147)
‘д
где I —длина рабочего места, м; /д —действительный темп сборки,
мин/шт.
Для сборки на непрерывно движущемся конвейере принимают
скорость 0,25—3,5 м/мин. Длительность поточной сборки (в мин)
Т„ = пЛ, (148)
где п„ — число рабочих мест (станций) на сборочной линии;
определяется по формуле (79) с учетом действительного фонда рабо-
чего времени.
Число рабочих мест зависит от числа сборочных и контрольных
операций с учетом резервных мест. Число рабочих на каждом сбо-
рочном месте устанавливают в зависимости от трудоемкости техно-
логических переходов, составляющих выполняемую операцию, воз-
можности их совмещения и удобства одновременного выполнения,
а также от размеров собираемых изделий. Производительность
сборочного рабочего места
= (149)
где Q — производительность в единицу времени (часовая, сменная),
шт.; Т —рабочее время, к которому отнесена производительность
(час, смена), мин; В —число рабочих на сборочном месте; /ш —
штучное время выполнения сборочной операции, мин.
При конвейерной сборке в время входит время на перемещение
собираемого изделия (при периодически движущемся конвейере) и
на возвращение рабочего в исходную позицию (при непрерывно
движущемся конвейере). Эти дополнительные величины не учиты-
вают, если они перекрываются элементами штучного времени.
Коэффициент загрузки сборочного места поточной линии
11зп =7^Г'
298
Коэффициент загрузки поточной линии сборки с рабочими
местами
Внедрение поточной сборки связано с выполнением определен-
ных требований, которые распространяются на все предшествующие
этапы производственного процесса. При поточной сборке конструк-
ция изделия должна быть тщательно отработана и увязана с техно-
логическими условиями поточного производства. Должно быть
обеспечено бесперебойное снабжение сборочной линии взаимозаме-
няемыми деталями собираемого изделия. На линии поточной сборки
могут быть допущены слесарно-пригоночные работы лишь в том
случае, если они вполне регламентированы по времени и увязаны
с темпом сборки. При необходимости индивидуальной пригонки
элементов изделия ее выполняют вне поточной линии с последующей
передачей пригнанных элементов на сборку. Обработка резанием
деталей машин должна обеспечивать соблюдение технологических
требований поточной сборки (взаимозаменяемость, регламентиро-
ванные пространственные отклонения элементов деталей и другие
условия).
Поточная сборка способствует повышению технологической куль-
туры на всех этапах производственного процесса и росту произво-
дительности труда. В процессе сборки важное значение имеет тех-
нический контроль. Контролируют взаимное положение элементов
изделия, качество выполненных соединений, правильность установки
деталей и их наличие в соединениях, массу частей и изделия в целом,
уравновешенность вращающихся частей изделий и другие требова-
ния технических условий. В качестве средств технического контроля
используют универсальные инструменты (щупы, индикаторы, ди-
намометрические ключи и др.), а также специальные контрольно-
измерительные устройства и приспособления. Контроль делят на
приемочный и промежуточный. При приемочном контроле прове-
ряют все собранные изделия и наиболее ответственные части. Про-
межуточный контроль (сплошной или выборочный) производят после
выполнения наиболее сложных операций и тех операций сборки,
где высокая вероятность брака.
При уточнении содержания сборочных операций, выборе обору-
дования, оснастки и установлении режимов производят необходимые
технологические расчеты.
Для осуществления соединений с натягом необходимо знать
силу запрессовки, чтобы выбрать пресс:
P„=fpndl, . (152)
где f — коэффициент трения при запрессовке; р — давление на
сопрягаемых поверхностях, кгс/мм2; d — номинальный диаметр
соединений, мм; I —длина посадочных поверхностей, мм.
299
Коэффициент трения / зависит от материала сопрягаемых Дета-
лей, шероховатости обработанных поверхностей, наличия смазки
и давления на сопрягаемых поверхностях. Для сопрягаемых дета-
лей из стали 40 f — 0,06 4- 0,22 (смазка —машинное масло), из
чугуна СЧ 28—48 f --- 0,06 4- 0,14, из магниево-алюминиевых спла-
вов f = 0,02 4- 0,08, из латуни f - 0,05 -5- 0,10, из пластмассы
f = 0,40 4- 0,50.
Принимая наружный диаметр втулки (ступицы) D, мм; диаметр
отверстия пустотелого вала d0, мм; натяг посадки i, мм; модуль про-
дольной упругости материала втулки Ед, кгс/мм2; модуль продоль-
ной упругости материала вала Ей, кгс/мм2, можно определить
значение
i
при этом
^а £>2___На»
г d*+d*
Cli d'2 — d*
(153)
(154)
(155)
где рд и рй — коэффициенты Пуассона для материалов охватываю-
щей и охватываемой деталей (для стали р — 0,3; для чугуна р =
- 0,25).
Усилие пресса выбирают по силе запрессовки с учетом коэффи-
циента запаса k = 1,5 ч- 2,0. При запрессовке увеличивается на-
ружный диаметр охватывающей и уменьшается внутренний диаметр
охватываемой детали. При разработке технологического процесса
эти изменения необходимо учитывать, если указанные размеры
ограничены допусками.
Увеличение наружного диаметра охватывающей детали (в мкм)
<, 2pDd* -103
2 ~EA(D*-d2) •
(156)
Уменьшение внутреннего диаметра охватываемой детали (в мкм)
_ 2pd2d0 10»
1 “ ЕВ (^-^й) '
(157)
При сборке с тепловым воздействием на сопрягаемые детали необ-
ходимо знать температуру, время нагрева или охлаждения и другие
данные.
Для облегчения процесса сборки увеличивают или уменьшают
диаметр d на величину
Ad = 6 4-1, (158)
где 6 — наибольший натяг для данного соединения; i — гарантиро-
ванный зазор, который выбирают в зависимости от габаритов сопря-
гаемых деталей.
300
Температуру Тв нагрева охватывающей детали или температуру
охлаждения охватываемой детали, которая должна быть в начале
выполнения соединения, определяют из условия
Ad 10~3<a7';jd,
откуда
„ Ad • ib-o
Лв> ad ’
(159)
где a —коэффициент линейного расширения материала детали,
подвергающейся нагреву или охлаждению; величины коэффициента
а приведены в табл. 18.
Таблица 18
Температурный коэффициент линейного расширения а-10~е, 1/°С
Материал При нагреве При охлаждении
Сталь углеродистая и низколегированная . . 11,0 — 8,5
Серый и ковкий чугун 10,0 -8,0
Бронза 17,0 — 15,0
Латунь 18,5 — 16,0
Алюминиевые сплавы 23,0 — 18,0
Магниевые сплавы 26,0 — 21,0
При перемещении детали из нагревающего или охлаждающего
устройства на сборочную позицию неизбежны ее охлаждение или
нагрев. Задаваясь временем t перемещения детали, определяют тем-
пературу ТА, которая должна иметь деталь в момент выгрузки ее
из нагревающего устройства:
Гл- (160)
где Т —температура окружающей среды, °C; е = 2,7172 —осно-
вание натуральных логарифмов.
Для деталей типа втулок
Ь_«1 Д1 Zifin
+ I i 3 ’ (1Ь11
где h и I — соответственно толщина и длина втулки, мм; аг — коэф-
фициент теплопередачи между втулкой и окружающей средой,
ккал/(м2«°C-с). При = 0,15 ч-0,25после нагрева в ки-
пящей воде ах = 100 -г- 140, в горячем масле ах = 50 -ь 70, в элек-
трической печи ах = 20 -г- 30; после охлаждения в спирте (ацетоне,
бензине) с твердой углекислотой ar = 25, в жидком азоте ах — 22,
в твердой углекислоте ах = 10 -ь 15; С — удельная теплоемкость
материала втулки, ккал/(кг•°C); р —плотность материала втулки,
кг/м3.
301
(162)
Время, необходимое для нагрева или охлаждения втулки
в жидкой и газообразной средах до температуры ТА,
t____1 1п7’сР-^
н — — i, 1П т
к 1 ср 1 н
где 7’ср —температура нагревающей или охлаждающей среды
(ванны, печи, шкафа), °C; Т„ — начальная температура детали, СС.
Коэффициент теплопередачи для данного случая имеет следую-
щие значения [в ккал/(м2-сС-с)]: после нагрева в электропечи
ctj = 50, в масле = 90, в кипящей воде щ — 800; после охлажде-
ния в твердой углекислоте щ = 40, в ацетоне с твердой углекисло-
той — 570, в спирте с твердой углекислотой 04 380, в жидком
азоте щ = 700 (для последних четырех сред 04 указан приближенно,
так как его величина переменна).
При проектировании сборки неразъемных соединений клепкой
рассчитывают потребную силу при клепке. Клепальный пресс вы-
бирают так, чтобы развиваемое им усилие на 30—50% было выше
расчетного. Усилие клепки зависит от материала заклепки, ее раз-
меров и формы головки. Размеры замыкающей головки принимают
равными размерам закладной головки. Усилие холодной клепки
Рк = М1-7Бав’75, (163)
где d —диаметр стержня заклепки, мм; ов —предел прочности
при растяжении материала заклепки, кгс/мм2; коэффициент
формы равен 28,6 для сферических головок; 26,2 —для потайных
головок; 15,2 —для плоских головок; 4,33 —для трубчатых и
полутрубчатых заклепок.
Технологические процессы сборки при выборе разработанных
вариантов оценивают по абсолютным показателям: трудоемкости
и себестоимости выполнения отдельных сборочных операций и всего
технологического процесса сборки в целом. В качестве относитель-
ных показателей для оценки технологических процессов сборки
используют коэффициент загрузки каждого сборочного места и сред-
ний коэффициент загрузки сборочной линии [формулы (150) и
(151)1; коэффициент <рсб трудоемкости сборочного процесса, опреде-
ляющий отношение трудоемкости 7\б процесса сборки к суммарной
трудоемкости 7\CT процессов производства всех деталей, входящих
в изделие:
ю ___?сб
Феб у
1 дет
Этот коэффициент характеризует процесс производства изделия
в целом. Чем меньше значение коэффициента <рсб, тем лучше прора-
ботаны и увязаны процессы производства деталей изделия и его
сборки; <рс6 = 0,1 -г 0,4. С развитием производственного коопе-
рирования в машиностроении коэффициент <рсб не характеризует
процесс производства в целом. Вместо коэффициента трудоемкости
(164)
302
сборочного процесса в условиях кооперированного производства
применяют коэффициент <рс себестоимости сборки, определяемый
отношением себестоимости Ссб сборки к себестоимости С„зд изделия
в целом (включая себестоимость сборки):
4>с = ^-. (165)
ьизд
Коэффициент фс более надежно характеризует удельное значение
процесса сборки в общем процессе производства данного изделия,
отражая участие не только живого, но овеществленного (прошлого)
труда (т. е. труда, вложенного в средства производства).
Основными технологическими мероприятиями, повышающими
технико-экономические показатели процессов сборки, являются
замена в максимально возможной степени ручных операций механи-
зированными; широкое применение сборочных и контрольных при-
способлений; ликвидация или возможное уменьшение технологиче-
ски неизбежных простоев путем соответствующего перераспределе-
ния технологических переходов между операциями.
Технологическая документация процессов сборки, кроме ранее
рассмотренной, включает сборочные чертежи и технологические
схемы узловой и общей сборки (см. гл. IV).
В сборочной маршрутной карте дается общий план операций
технологического процесса сборки и содержатся данные для выпол-
нения технологического процесса сборки. Операционные карты со-
держат описание операций с расчленением их на переходы и с ука-
занием режимов работы и расчетных норм. Технические инструкции
составляют на отдельные операции в случае особой их сложности;
они содержат подробные указания, относящиеся к выполнению
операции.
ГЛАВА VIII
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА типовых
ДЕТАЛЕЙ МАШИН И СОЕДИНЕНИЙ
§ 1. ВАЛЫ
Валы выполняют гладкими, ступенчатыми и с фланцами на кон-
цах. Наиболее распространены ступенчатые валы; они имеют утол-
щение посередине или с одного конца. Валы с фланцами применяют
в гидротурбинах и выполняют полыми; особую группу составляют
коленчатые и кулачковые валы. Шейки ступенчатых валов могут
иметь шпоночные пазы, шлицы и резьбу. При переходе от одной
ступени к другой предусматривают канавки или переходные поверх-
ности.
Обработка переходных поверхностей более сложная; поэтому
во всех случаях, когда это допустимо, следует предусматривать
канавки. Валы, длина которых не превышает 12-кратного среднего
диаметра, считают жесткими, а при большем отношении длины
к среднему диаметру нежесткими.
Валы выполняют из сталей 35, 40, 45. Для ответственных валов
используют легированные конструкционные стали (хромоникелевые,
хромистые, хромоникелемолибденовые). Для специальных валов
(валки прокатные, шпиндели крупных металлорежущих станков)
используют также перлитные ковкие и модифицированные чугуны;
эти материалы износостойки и гасят колебания. По техническим
условиям на изготовление валов диаметры посадочных шеек выдер-
живают по 2—3-му, а в отдельных случаях и по 1-му классу, точ-
ности. Овальность и конусообразность шеек не превышает 0,2—0,4
допуска на их диаметр. Биение посадочных шеек относитель-
но базирующих не должно превышать 10—20 мкм. Осевое биение
упорных торцов или уступов не должно быть больше 10 мкм на
наибольшем радиусе. Непараллельность шпоночных канавок или
шлицев оси не должна превышать 0,1 мкм на 1 мм длины, допуски
на длину ступеней 50 —200 мкм, допустимая искривленность оси
вала 0,03—0,05 мм/м, «шероховатость поверхности посадочных
шеек Ra = 1,0 -j- 0,125 мкм, а торцов и уступов Ra = 10 4-
4- 3,2 MKM.V
В массовом и крупносерийном производстве заготовки ступен-
чатых валов штампуют на молотах и прессах, выполняют на рота-
ционно-ковочных машинах и поперечно-винтовой прокаткой, а за-
готовки с односторонним утолщением —на горнзонтально-ковоч-
ных машинах методом высадки.
•304
Эти методы обеспечивают получение коэффициента использова-
ния металла 0,7 и выше. Заготовки ступенчатых валов нередко полу-
чают резкой горячекатаных прутков; их применяют в мелкосерий-
ном и единичном производстве, а также в массовом при изготовле-
нии валов с небольшой разницей диаметра ступеней. В единичном и
мелкосерийном производстве заготовки также выполняют ковкой
(в мелкосерийном производстве ковкой в подкладных штампах).
Заготовки гладких валов получают резкой холоднотянутого калиб-
рованного проката. Метод получения заготовки выбирают, сравни-
вая суммарные себестоимости производства заготовок и чер-
новой механической обработки по сопоставляемым вариантам.
Исходным материалом для кованых заготовок служит круглый
прокат. Заготовки крупных валов получают ковкой из слитков или
электрошлаковой сваркой из предварительно подготовленных эле-
ментов. В связи с тем, что кривизна проката и поковок достигает
5 мм/м, заготовки часто правят для уменьшения припусков на меха-
ническую обработку; правкой уменьшают кривизну заготовок до
0,5 мм/м. Несоосность шеек заготовок ступенчатых валов не должна
превышать х/4 поля допуска на диаметр большей шейки.
Технология обработки и применяемое оборудование зависят от
конфигурации, размеров и жесткости валов, а также от заданного
выпуска. Рассмотрим технологию обработки ступенчатых и гладких
валов. При одностороннем расположении ступеней и длине вала
до 120 мм обработку производят из прутка на револьверных станках
(рис. 105) или автоматах, выполняя до отрезки детали все черновые
и чистовые переходы. Уменьшение отжима прутка при обработке
обеспечивается использованием люнетов и многорезцовых державок
для уравновешивания радиальных сил резания.
Штампованные и нарезанные из прутка заготовки ступенчатых
валов длиной более 120 мм обрабатывают в центрах по следующему
Рис. 105. Схема обработки вала на токарно-револьверном станке:
I — подача прутка до упора: 2 — зацентровка торца: 3 (4) — предварительное и чистовое
обтачивание наружной поверхности; 5 (6) — предварительное и чистовое обтачивание
концевой шейки; 7 — прорезка канавки; 8 — отрезка вала
305
маршруту: 1) поочередное или единовременное фрезерование торцов
заготовки; 2) зацентровка заготовки с двух сторон; 3) предваритель-
ное обтачивание заготовки; 4) чистовое обтачивание; 5) предваритель-
ное шлифование шеек; 6) фрезерование шпоночных пазов и шлицев;
7) сверление отверстий (если предусмотрены чертежом); 8) нарезание
резьб; 9) термическая обработка; 10) окончательное шлифование
шеек.
Маршрут обработки нежестких валов усложняется введением
дополнительных операций точения и шлифования шейки под люнет
(до токарной обработки), а также нескольких операций промежу-
точной правки (если она допускается техническими условиями).
Погрешности заготовки закономерно уменьшаются после каждого
перехода механической обработки; число переходов обработки
каждой элементарной поверхности определяется точностью выпол-
нения заготовки и требованиями чертежа детали. Соосность шеек
обеспечивают обработкой заготовки с одного установа. За базы при
выполнении большинства операций принимают центровые гнезда.
Для полых валов должна быть обеспечена соосность наружных по-
верхностей относительно центрального отверстия; базирование
таких валов производят на центровые пробки или на конические
фаски отверстия.
Для обеспечения параллельности шпоночных пазов или шлицев
оси вала их обработку производят с установкой на центра; установку
в призмы или центрирующие втулки допускают при условии точной
обработки базирующих шеек. Жесткие допуски по длине ступеней
при обработке на предварительно настроенном станке выдержива-
ются при параллельной подрезке торцов и установке заготовки
на плавающий передний центр с простановкой размеров от левого
торца.
В массовом и крупносерийном производстве для фрезерования
и зацентровки торцов применяют фрезерно-центровальные полуавто-
маты МР-71 и МР-73 (диаметр заготовки до 125 мм и длина до 500 мм),
фрезерные полуавтоматы МР-77 и МР-78 (диаметр заготовки до
60 мм и длина до 825 мм), двусторонние торцефрезерпые автоматы
А981М и двусторонние центровальные автоматы А982М (диаметр
заготовки до 50 мм и длина до 525 мм); их можно встраивать в автома-
тические липин. В серийном и мелкосерийном производстве эти
операции выполняют на фрезерно-центровальных станках 73С1
(рис. 106). Производят также раздельное фрезерование торцов
на горизонтально- или продольно-фрезерных станках, а центрова-
ние — на двух- или односторонних станках. Согласно заданным
точности и шероховатости поверхности торцы валов обрабатывают
за один рабочий ход. При фрезеровании торцов заготовку устанав-
ливают в призмы с фиксацией в осевом направлении базовым усту-
пом по упору. За базу выбирают уступ, расположенный в средней
части заготовки. Это обеспечивает равные припуски на обработку
каждого торца и равные глубины центровых гнезд, если фрезерова-
ние торцов и зацентровку производят в одной операции. При раз-
306
Рис. 106. Схемы фрезерования торцов и зацентровка на фрезер но-центроваль-
ном станке:
а — позиция фрезерования торцов; б — позиция сверления центровых гнезд; 1 — ба-
зовый выступ для установки заготовки по длине
дельном выполнении операции зацентровки на двустороннем станке
за базу принимают тот же уступ или один из обработанных торцов.
В последнем случае разница в глубине центровых гнезд будет равна
допуску на длину фрезерованной заготовки. Центровые гнезда
часто выполняют с предохранительным конусом, защищающим
установочный конус гнезда от повреждений.
Черновое и чистовое обтачивание валов в массовом и крупносе-
рийном производстве выполняют на токарных многошпиндельных
и вертикальных полуавтоматах типа 1К.282 или 1283, на одношпин-
дельных многорезцовых полуавтоматах 1711, 1721, 1А730, А938 и
А984М (последние две модели можно встраивать в автоматические
линии), а также на токарных гидрокопировальных полуавтоматах
типа 1712, 1713, 1722 и 1732. В серийном и мелкосерийном произ-
водстве применяют станки с программным управлением, токарные
гидрокопировальные полуавтоматы, токарные станки, оборудован-
ные гидрокопировальными суппортами, а также токарные станки
обычного типа.
Многошпиндельные вертикальные полуавтоматы из-за их высокой
цены и сложности наладки применяют в массовом и крупносерийном
производстве. Схема наладки для обработки ступенчатого вала на
шестишпиндельном вертикальном токарном полуавтомате непрерыв-
ного действия по двухцикловой схеме приведена на рис. 107. При
многорезцовой обработке на вертикальных многошпиндельных
полуавтоматах последовательного действия достигается 3-й, а на
полуавтоматах параллельного (непрерывного) действия 4-й классы
точности. При построении технологического процесса часто приходит-
ся делать выбор между обработкой на одношпиндельном многорез-
цовом и обработкой па гидрокопировальном полуавтомате. На точ-
ность многорезцового обтачивания влияют погрешность взаимного
положения резцов в наладке, их неравномерный износ, переменные
отжатия элементов технологической системы при разновременном
вступлении резцов в работу. При предварительном обтачивании
на одношпиндельных многорезцовых полуавтоматах получают 4—
5-й класс, а при чистовом — 4-й класс точности; размеры по длине
выдерживаются по 4—5-му классу точности. Многорезцовое обта-
чивание производительнее обтачивания на обычных токарных стан-
307
Рис. 107. Схема обработки вала на вертикальном многошпиндельном полуавто-
мате непрерывного действия
ках. Наиболее эффективно многорезцовое обтачивание по методу
деления длины обрабатываемых поверхностей. При этом каждую
шейку вала обрабатывают за один рабочий ход и основное время
определяют по резцу, обрабатывающему наиболее длинный участок
вала. Наладка для обработки ступенчатого вала на многорезцовом
полуавтомате приведена на рис. 108, а. Для уменьшения основного
времени длинные ступени обтачивают несколькими резцами одно-
временно.
Для многорезцового обтачивания наиболее целесообразна такая
конструкция детали, когда ее ступени расположены по возрастаю-
щей степени от одного конца к другому. При использовании в ка-
честве заготовки проката обработку ведут по методу деления припус-
ка (рис. 108, б). В этом случае ступень меньшего диаметра обраба-
тывают последовательно несколькими проходными резцами; основ-
ное время определяют по суммарной длине обтачиваемых ступеней
вала.
Производительность многорезцового обтачивания часто ниже
производительности обтачивания на гидрокопировальных полуавто-
матах. Это объясняется большими затратами подготовительно-
Рис. 108. Схемы обтачивании заготовки ступенчатого вала на многорезцовом
полуавтомате:
а — по методу деления длины; б — по методу деления припуска на обработку
308
Рис. 109. Схема обтачи-
вания заготовки ступен-
чатого вала на гидроко-
ппровальном полуавто-
мате :
1 — траектория движения
проходного резца
заключительного времени и времени технического обслуживания на
многорезцовых станках, а также тем, что скорость резания на гидро-
копировальных станках выше, чем на многорезцовых. Число резцов
в наладке лимитируют жесткость обрабатываемых заготовок, мощ-
ность многорезцового станка и сложность конструкций резцедержа-
телей. Время наладки и подналадки гидрокопировальных полуавто-
матов меньше, чем время наладки многорезцовых полуавтоматов,
в 2—3 раза и составляет для наладки средней сложности 30—35 мин.
При чистовой обработке на гидрокопировальных станках точность
повышается до 3-го класса, что обусловлено уменьшением упругих
отжатий элементов технологической системы, исключением неточ-
ности взаимного положения резцов и неравномерности их износа.
Обтачивание на гидрокопировальных станках целесообразно
для валов нежесткой конструкции и для чистового точения валов
с длинными шейками, которые из-за высоких требований к шерохо-
ватости поверхностей можно обрабатывать за один рабочий ход.
Выпускаемые гидрокопировальные полуавтоматы позволяют обра-
батывать валы диаметром до 320 мм и длиной до 1600 мм. Схема
обтачивания ступенчатого вала на гидрокопировальном полуавтома-
те приведена на рис. 109.
В серийном производстве целесообразно обтачивать валы на
токарных станках, оборудованных универсальными гидрокопиро-
вальными суппортами. При этом вспомогательное время по сравне-
нию с вспомогательным временем обработки па токарных станках
сокращается в 2,5—3 раза. Малое подготовительно-заключительное
время позволяет применять гидрокопировальные суппорты при пар-
тии в три-четыре заготовки.
На заводах мелкосерийного производства обработку валов
выполняют на станках с программным управлением. Токарные стан-
ки с числовым программным управлением (16К20ПУ, 1Б732ФЗ,
1713ФЗ, 1М63Ф306 и др.) оснащают одним или двумя суппортами
с поворотными резцедержателями, револьверной головкой и суп-
портом. В зависимости от выбранной схемы возможна последователь-
ная, параллельная и параллельно-последовательная обработка.
При выборе схемы обработки следует учитывать особенности кон-
струкции станков с ЧПУ. На этих станках обычно по программе
изменяется лишь подача; частота вращения шпинделя в большинстве
309
Рис. ПО. Схема обтачи-
вания вала на токарном
станке с ЧПУ;
/ — 6 — траектория движе-
ния резца при предвари-
тельных и чистовом рабочих
ходах
случаев не регулируется, и при проектировании операций обработки
ее устанавливают по диаметру средней шейки вала.
Токарные станки с ЧПУ выгодно применять при обработке слож-
ных многоступенчатых заготовок, особенно с криволинейными по-
верхностями. Схема обтачивания ступенчатого вала на токарном
станке с ЧПУ приведена на рис. ПО. Заготовкой служит прокат.
Предварительная обработка производится за пять последовательно
выполняемых рабочих ходов (/—5), а чистовая (6) за один рабочий
ход суппорта по окончательному контуру детали. Проходной резец
оснащен неперетачиваемой пластинкой твердого сплава, обеспечи-
вающий высокую стойкость при большом суммарном пути резания.
Время обработки на станках с ЧПУ по сравнению с временем обра-
ботки на обычных станках уменьшается в 1,5—2 раза в результате
значительного сокращения вспомогательного времени; при этом
квалификация обслуживающих рабочих может быть ниже и умень-
шается вероятность получения брака. Кроме станков с ЧПУ обра-
ботку ступенчатых валов простой конфигурации производят на
станках 1Б7332САУ, 16М16САУи других с цикловым программным
управлением. Промежуточные припуски на обтачивание шеек, под-
резку торцов и уступов при выполнении основных переходов обра-
ботки определяют по формулам (87) и (88), в которых особенность
имеет составляющая р; г При обтачивании шеек составляющая
рц учитывает следующие величины: 1) смещение рц оси центровых
гнезд относительно оси базовых (при зацентровке) шеек заготовки;
величину рц можно брать равной 1/4 допуска 6тах на диаметр боль-
шей базовой шейки заготовки; 2) несоосность рст обрабатываемой
ступени базовым шейкам заготовки; величину рст берут равной
0,25 Стах; 3) искривление оси заготовки, вызывающее дополнитель-
ное смещение рн оси обтачиваемой шейки относительно линии
центровых гнезд; величина ри зависит от общего искривления заго-
товки и от расстояния среднего сечения обрабатываемой шейки до
ближайшей опоры. Суммирование величин рц, рст и ри производят
по правилу квадратного корня
P/-i = /Pu+Pct+pJ.
Погрешность установки при обтачивании шеек вала в центрах
может быть принята равной нулю. При подрезке торцов и уступов
вала значение рц в формуле промежуточного припуска также при-
310
нимают равным нулю, а погрешность установки в случае обработки
на жестком переднем центре равна допуску на глубину центрового
гнезда. В случае плавающего переднего центра е, = 0. Величина
pi ! при определении промежуточного припуска на последующие
чистовые переходы рассчитывается как результат копирования
исходной несоосности.
Допуски на промежуточные размеры могут быть рассчитаны по
формуле (58) при обработке партии заготовок на предварительно
настроенном станке и по формуле (63) при обработке методом инди-
видуального получения размера.
После рассеяния диаметров в различных поперечных сечениях
заготовки при однорезцовом обтачивании в центрах можно опреде-
лить как результат непостоянства упругих отжатий элементов тех-
нологической системы
х2 (I—х)2
2&y = 2f.C fv —С txP .
и \ max зад max min зад min
ЗЕЛ
Здесь Стах — Cr/тах1^ гДВтах! Cmin — Cgtr\inS~ P//5min» / ДЛИНа
заготовки; х — расстояние от переднего центра до рассматривае-
мого сечения; Jn 6 —жесткость передней бабки; J3 б —жесткость
задней бабки; jcyn—жесткость системы суппорт—резцедержа-
тель — резец; Е — модуль упругости материала заготовки; J —
момент инерции поперечного сечения заготовки; s — продольная
подача резца, мм/об; НВ —твердость по Бринеллю материала
заготовки.
Приведенная формула получена на основе общей принципиаль-
ной формулы (28) для одноинструментной обработки. Погрешности
формы обтачиваемой шейки определяются по формуле Аф =
~ ст гл ах — ^остпйп’, ВЫЧИСЛЯЯ /остгпах И Goermin При СООТВСТСТВуЮЩИХ
значениях х,
( х\2
/' . , 1 , x-(t-xy-
^3.6 ^суп ЗЕЛ
(а)
Если жесткость узлов станка велика по сравнению с жесткостью
заготовки, то образующая обработанного вала принимает выпук-
лую форму и деталь получается бочкообразной. При обтачи-
вании жесткой заготовки образующая получается вогнутой, а по-
верхность детали седлообразной формы. Анализ формулы (а) пока-
зывает, что при соизмеримых жесткостях частей станка и заготовки
происходит спрямление образующей обточенного вала. При обта-
чивании валов малой жесткости образующая спрямляется сниже-
нием жесткости задней бабки (что обеспечивается выдвижением
ее пиноли). При обтачивании жестких валов полезно повышать
311
Рис. 111. Схемы изменения профиля образующей нежесткого (о) и жесткого (б)
вала до (кривая /) и после (кривая 2) изменения жесткости задней бабки
жесткость задней бабки. На рис. 111, а и б кривые 1 и 2 соответ-
ственно характеризуют изменение профиля образующих обраба-
тываемого вала до и после снижения (повышения) жесткости зад-
ней бабки .станка. Если обтачивание производят на всю длину
вала, то жесткость задней бабки должна быть равна жесткости
передней бабки. Если обтачивание производят за две установки
(с перевертыванием заготовки), то жесткость задней бабки следует
брать выше жесткости передней. Используя для последнего случая
условие, что величины /(,ст у задней бабки (х = /) и посередине заго-
товки I х = будут равны, можно на основе формулы (а) получить
*^3- 6 ~ Ц25 ’ (166)
7^ + 48£7
При большей жесткости заготовки J3 6 — 3./п.б-
Другой способ спрямления образующей вала заключается в пред-
намеренном (коррекционном) сдвиге задней бабки в поперечном
направлении для частичной компенсации выпуклости или вогну-
тости образующей получающейся при этом конусообразностью.
При выпуклости образующей заднюю бабку сдвигают назад, чтобы
вершина конуса была обращена в сторону передней бабки.
Точность обработки повышается также использованием адаптив-
ных систем управления станком. При непостоянстве твердости ма-
териала заготовки и припуска на обработку эти системы автомати-
чески изменяют подачу, обеспечивая более высокую точность, чем
на обычных станках.
Повышение точности токарпой обработки может быть достиг-
нуто уменьшением составляющей силы резания что обеспе-
чивается использованием проходных резцов с углом в плане <р = 90°.
При использовании станков с ЧПУ повышение точности формы
шеек достигается путем предыскажения управляющей программы.
При обтачивании, например, в центрах нежесткой заготовки резец
подается не по прямой, а по вогнутой линии, которая должна пред-
ставлять собой зеркальное отражение выпуклой образующей обто-
ченного вала, возникающей из-за его упругой деформации.
312
Рис. 112. Схема для рас-
чета отжатий технологи-
ческой системы при обра-
ботке вала с подвижным
люнетом
Задача определения погрешностей, вызываемых упругими отжа-
тиями элементов технологической системы, при обтачивании в цен-
трах ступенчатых валов значительно усложняется. Расчет упро-
щается приведением ступенчатого вала к гладкому, диаметр кото-
рого определяется из равенства объемов ступенчатого и приведен-
ного гладкого валов. Ошибка расчетов при этом составляет менее
10%, что можно считать вполне допустимым.
Более сложная задача возникает при расчете погрешностей
обработки валов на многорезцовых токарных станках; ее решение
применительно к жестким валам приведено в гл. И.
При консольном закреплении заготовки в патроне наибольшее
значение величины 2Ду будет на свободном конце консоли, т. е.
там, где жесткость системы наименьшая. Расчет погрешностей для
этого случая см. гл. II. При обтачивании гладкого вала с подвиж-
ным люнетом упругими элементами технологической системы яв-
ляются передняя и задняя бабки, люнетпая стойка, суппорт и
обрабатываемая заготовка (рис. 112). При перемещении резца
вдоль образующей происходит перераспределение упругих отжа-
тий этих элементов. Приняв действие силы Ру в плоскости люнет-
ной стойки, расчет отжатий упругой системы ведем, как и при уста-
новке на два центра, но с учетом жесткости люнета -7Л. Для произ-
вольного положения резца по длине заготовки
2 Ду = 2(С txP — С /'р .
\ max зад max min задтш/
Приняв жесткость люнетной стойки равной нулю, получим фор-
мулу для случая обработки в центрах без люнета.
у Фрезерование шпоночных пазов производят на шпоночно-фре-
зерных станках пальцевой фрезой или на горизонтально-фрезерных
станках дисковой фрезой в зависимости от конструкции паза.
Вал устанавливают в центра или призмы, выверенные на параллель-
ность направлению движения подачи. В массовом производстве
нередко эту операцию выполняют на многоместном приспособле-
нии. Пальцевые фрезы при этом крепят в многошпиндельной фре-
зерной головке, а дисковые фрезы в одной общей оправке.Vх
Шлицевые поверхности обрабатывают на шлицефрезерных стан-
ках (5350, 5613 и 5618А) червячной фрезой с установкой вала на
313
центра. При диаметре шеек до 60 мм шлицы фрезеруют за один
рабочий ход, а при больших диаметрах и термической обработке
вала за два хода — предварительный и чистовой. В последнем
случае предварительное нарезание осуществляют до термической
обработки; чистовое фрезерование после термической обработки
устраняет возникающие погрешности и обеспечивает требуемые
точность и шероховатость поверхности без шлифования; этот ва-
риант применим при твердости заготовки HRC < 40.
Производительность обработки шлицев повышается примене-
нием многошпиндельных шлицефрезерных станков, многоинстру-
ментных шлицестрогальных и шлицепротяжных станков. Перспек-
тивен процесс холодного накатывания шлицев.
Отверстия сверлят на одношпиндельных или многошпиндель-
ных станках. Тип станка и схема установки зависят от конструкции
вала и расположения отверстий. Резьбу на закаливаемых шейках
нарезают до термической обработки, а на незакаливаемых — после
их окончательного шлифования, чем уменьшается опасность повреж-
дения резьбы при транспортировке заготовок. Метод образования
резьбы зависит от ее класса точности. Для валов с резьбой 2-го
класса точности в массовом и крупносерийном производстве приме-
няют резьботокарные полуавтоматы 1920 и 1921. Нарезание резьбы
осуществляют инструментом из твердого сплава по автоматическому
циклу. Для образования резьб 3-го класса точности применяют
резьбонакатные (5А932 и 5А936) и резьбофрезерные (КТ-45, КТ-43,
КТ-86) станки. В серийном и мелкосерийном производстве резьбы
2-го класса точности получают на токарно-винторезных станках
обычным или вихревым методом. Резьбы 3-го класса точности наре-
зают на универсальных токарных, а в отдельных случаях на бол-
торезных станках. При нарезании резьбы на наружной поверхности
вала, чтобы облегчить работу, следует предусматривать канавки
для выхода инструмента или сбег резьбы. Диаметры шеек под наре-
зание резьбы выполняют по 3-му классу точности для гладких
поверхностей.
Термическую обработку выполняют путем поверхностной за-
калки шеек с нагревом в индукторе с помощью ТВЧ, используют
также цементацию с последующей закалкой шеек или общую за-
калку вала. Шейки валов шлифуют в две операции —предвари-
тельную и чистовую, а валы —на круглошлифовальных станках
методом продольной или поперечной подачи с установкой заготовки
в центрах; гладкие и ступенчатые валы шлифуют также на бес-
центрово-шлифовальных станках. Шлифование с поперечной подачей
(врезное шлифование) отличается высокой производительностью,
особенно при обработке набором кругов, когда одновременно шли-
фуют несколько шеек вала. Общая ширина круга достигает при
этом 300 мм.
При врезном шлифовании обработка шеек вала часто ведется
по автоматическому циклу. Наиболее производительный цикл шли-
фования представлен на рис. 113. Этап реверсирования в цикле
314
Рис. 113. Автоматический цикл обра-
ботки при врезном шлифовании:
I — быстрый подвод шлифовального кру-
га; II — замедленный подвод шлифоваль-
ного круга до встречи с заготовкой; III —
врезание круга; IV — установившийся
съем металла; V — реверсирование круга;
VI — чистовое шлифование; VII — отвод
шлифовального круга в исходное поло-
жение
шлифования позволяет сократить время обработки вследствие
замены значительных деформаций технологической системы при
установившемся процессе небольшими упругими деформациями
при чистовом шлифовании. Одновременное шлифование шейки и
торца уступа производят на торцешлифовальных станках ЗТ16Е
с наклоном круга. На станках этого типа можно более точно выдер-
жать линейный размер от базового торца, применяя установку
на передний плавающий центр. Шейки и торцы уступов можно
обработать также на обычном круглошлифовальном станке, при-
меняя круг с поднутрением на торце. Для повышения производи-
тельности труда на шлифовальных операциях предусматривают
устройства для контроля размеров в процессе обработки и выклю-
чения подачи при достижении заданного размера.
УД л я условий единичного, мелкосерийного и серийного произ-
водства находят все большее применение круглошлифовальные
станки с ЦПУ/Станок ЗА151У предназначен для врезного и про-
дольного шлифования. В нем предусмотрена аналоговая измери-
тельная система управления с числовым вводом координат. В си-
стему входят прибор активного контроля; приборы, контролирую-
щие перемещения шлифовальной бабки и стола станка; прибор для
начальной осевой ориентации заготовки; командно-отсчетное уст-
ройство для задания размеров и отсчета отработанных координат.
Это позволяет сократить время обработки в 1,5—2 раза по сравне-
нию с обработкой на станке с ручным управлением. Производитель-
ность шлифования повышают также путем использования станков,
работающих по принципу силового шлифования со скоростями реза-
ния 50—80 м/с.
Точность формы шеек вала после шлифования зависит от состоя-
ния центровых гнезд; поэтому перед чистовым шлифованием центро-
вые гнезда исправляют с помощью конусного абразивного круга или
притира. При шлифовании шеек предусматривают канавки для
выхода шлифовального круга. Для облегчения обработки шейки
вала, имеющие один и тот же размер, но разные посадки, разгра-
ничивают канавками. Если по условию прочности вала канавки
недопустимы, то на размер, определяющий протяженность данной
посадки, дают допуск 3—5 мм. Бесцентровое шлифование осущест-
вляют при сквозной подаче (на проход) или поперечной подаче
(врезанием). Жесткость технологической системы при бесцентро-
вом шлифовании в 1,5—2 раза выше жесткости системы при круг-
315
лом шлифовании; поэтому при бесцентровом шлифовании режимы
резания повышают в 1,5—2 раза; в то же время облегчается задача
обработки нежестких валов. Однако при шлифовании на центрах
можно получить более круглые шейки и их большую соосность.
Бесцентровые станки легко автоматизируются и встраиваются в авто-
матические линии.
На бесцентровых станках осуществляют шлифование с продоль-
ной и поперечной подачами. Первое наиболее производительное;
его применяют, когда обрабатываемая большая по диаметру шейка
значительно длиннее остальных (рис. 114, а). Шлифование меньшей
по диаметру шейки осуществляется с продольной подачей до упора
(рис. 114, б); при этом >/2, где —длина обрабатываемой
шейки. При шлифовании длинных заготовок предусматривается
также осевой упор, а их правильное и устойчивое положение на
опорном ноже обеспечивается люнетом (рис. 114, в). При одновре-
менном врезном шлифовании шеек ведущий круг выполняют сту-
пенчатым, если длина шеек примерно одинаковая (рис. 114, г),
и прямым, если большая по диаметру шейка значительно длиннее
меньшей (рис. 114, д). Аналогично выбирается форма опорной по-
верхности ножа. В многокруговых наладках (рис. 114, е) шлифо-
вальные круги монтируют на одном шпинделе; опорные ножи
делают с вырезом. Опорный нож должен регулироваться по высоте
так, чтобы обеспечить необходимое превышение h оси обрабатывае-
мой заготовки над центровой линией кругов (рис. 115). Это превы-
шение составляет 0,35—0,4 диаметра обрабатываемой заготовки,
но не более 14 мм. Недостаточная или завышенная величина h
вызывает огранку шлифуемой поверхности.
При настройке станка направляющие призмы должны быть
установлены параллельно образующей поверхности шлифовального
круга. Отклонение их в горизонтальной плоскости в сторону шли-
фовального или ведущего кругов вызывает погрешности формы
в продольном направлении —бочкообразность (рис. 116, а) или
седлообразность (рис. 116, б).
Шейки с малой шероховатостью после шлифования подвергают
суперфинишу, отделке абразивной лентой (переходные поверхности),
Рис. 114. Схемы наладок
при бесцентровом шлифовании ступенчатых валов
316
Рис. 115. Схема установки шлифуе-
мой заготовки 1 и опорного ножа 2
Рис. 116. Схема образования погреш-
ности формы при бесцентровом шли-
фовании
алмазному выглаживанию, а также обкатыванию уплотняющими
роликами (для незакаленных заготовок); последний метод осущест-
вляют на обычных и специальных станках (включая станки с про-
граммным управлением). Шлицы шлифуют в том случае, если цен-
трирование вала со втулкой осуществляют по их дну и боковым
сторонам. При шлифовании шлицев обеспечивают их симметрич-
ность, требуемый радиус дна и параллельность оси вала. Шлицы
шлифуют профильным кругом или набором кругов на шлицешли-
фовальном станке. Вал устанавливают в жестких центрах; для
выверки углового положения вала применяют установочный
шаблон.
v Гладкие валы изготовляют из калиброванной стали 3-го, За и
4-го классов точности по определенному маршруту: 1) отрезка
заготовки по длине на отрезных автоматах или на токарных отрез-
ных станках в зависимости от заданной программы; 2) предвари-
тельное шлифование заготовки на бесцентрово-шлифовальном станке
со сквозной подачей; 3) фрезерование закрытых шпоночных пазов
на шпоночно-фрезерных или горизонтально-фрезерных станках;
4) сверление поперечных отверстий, если они предусмотрены кон-
струкцией; 5) термическая или химико-термическая обработка (если
предусмотрена); 6) чистовое шлифование после термической обра-
ботки на бесцентрово-шлифовальных станках. w
Длинные валы из горячекатаной стали предварительно обта-
чивают на бесцентровых станках (9330Л), а затем шлифуют на бес-
центрово-шлифовальных станках или обкатывают роликами на
правильно-полировальных станках. До обтачивания прутки правят
и калибруют на правильно-калибровочных станках. Правку обто-
ченных заготовок после отрезки производят также на прессах.
Валы с центральными отверстиями получают из сплошных
заготовок, а отверстие сверлят после предварительного обтачива-
ния в центрах наружных поверхностей вала и подготовки шеек
под зажим в патроне и под люнет. Сквозные отверстия получают
сверлами для глубокого сверления одностороннего или двусторон-
него резания в зависимости от диаметра отверстия. При диаметре
отверстия более 80 мм применяют головки для кольцевого сверле-
ния. Для чистовой обработки центрального отверстия используют
317
зенкеры и развертки или расточные головки в зависимости от
предъявляемых требований и диаметра отверстия. Последующую
обработку наружных поверхностей производят с помощью пробок
с центровыми гнездами, вставляемыми в отверстие вала. Для до-
стижения наибольшей концентричности наружных поверхностей
относительно отверстия рекомендуется последующие операции
обработки производить без смены пробок.
Тяжелые валы имеют диаметр более 200 мм и массу более 1 т.
Их конструктивные разновидности и технические условия на изго-
товление те же, что и обычных валов. Тяжелые валы в большинстве
случаев имеют центральные отверстия для уменьшения массы и
контроля качества материала заготовки, а также для размещения
внутри вала управляющих устройств машины.
Заготовки для тяжелых валов получают ковкой па прессах и
молотах; исходным материалом для заготовки является слиток.
После ковки заготовки подвергают отжигу для снятия остаточных
напряжений и нормализации. Заготовки пустотелых валов фланце-
вого типа получают электрошлаковой сваркой из предварительно
подготовленных элементов. При этом варианте достигается эконо-
мия материала и значительное снижение трудоемкости последую-
щей обработки резанием. После термической обработки от концов
поковки отрезают пробы для испытаний.
Маршрут механической обработки тяжелых валов следующий.
Заготовку размечают для контроля, нанесения рисок для сверления
центрового гнезда и выверки при установке на станках. Зацен-
тровку производят на стационарном или переносном горизонтально-
сверлильном станке (колонке) с установкой заготовки в призмы.
Токарную обработку выполняют за несколько установов. При пер-
вом установе один конец заготовки зажимают в кулачках план-
шайбы, а другой зацентрованный конец поджимают центром зад-
ней бабки; при этом выверяют заготовку рейсмасом по разметочным
рискам, нанесенным на наружной поверхности; эту установку
используют для обтачивания шеек под люнеты. Обдирку и после-
дующую обработку производят с креплением вала кулачками
планшайбы и установкой в люнеты. Обработку на центрах не
производят из-за износа центровых гнезд, вызываемого большой
массой заготовки при значительной длительности токарной опера-
ции. При каждой повой установке выверяют бирние заготовки
индикатором по специально проточенным контрольным пояскам;
биение устраняют перемещением кулачков патрона.
У полых валов глубокое сверление производят после предва-
рительного обтачивания наружных поверхностей, которые исполь-
зуют в качестве установочных баз на операции глубокого сверления.
При расчете припуска на последующую обработку наружных поверх-
ностей с базированием по отверстию необходимо учитывать увод
осн этого отверстия при глубоком сверлении. При установке в четы-
рехкулачковом патроне с поджимом задним центром проверяют
заготовку на биение со стороны патрона.
318
•?
Окончательную обработку шеек валов 2—3-го класса точности
диаметром до 300 мм производят на круглошлифовальных станках.
Шейки более крупных валов отделывают широким резцом, обеспе-
чивающим шероховатость Ra = 2,5 -ь 0,63 мкм, а также уплот-
няющим роликом.
В условиях автоматизированного производства валы обраба-
тывают на специальных и переналаживаемых автоматических
линиях. Линии компонуют из универсальных и специальных
станков, соединенных транспортными устройствами. Они имеют
загрузочные устройства и средства активного контроля. В мелко-
серийном производстве для обработки валов применяют автома-
тизированные участки, состоящие из станков с ЧПУ и управляемые
от ЭВМ. Для установки и снятия заготовок используют роботы.
Автоматические линии для обработки валов имеют один или
несколько участков с промежуточными накопителями. Линия
ЭНИМСа предназначена для полной механической обработки вала
ротора, запрессовки вала в ротор, окончательного обтачивания
ротора в сборе с валом и балансировки собранного ротора. Линия
переналаживаемая; на ней можно обрабатывать валы восьми типо-
размеров.
Автоматическая переналаживаемая линия для токарной обра-
ботки валов на базе станков 1722 имеет один фрезерно-центроваль-
ный станок и пять гидрокопировальных токарных полуавтоматов,
два элеваторных промежуточных магазинов-накопителей и один
магазин в начале линии. ЙМеются также линии для обработки пер-
вичных валов автомобиля ЗИЛ-130, вагонных осей, поршневых
пальцев и других деталей. Линия для обработки поршневых пальцев
состоит в основном из бесцентрово-шлифовальных станков. Для
транспортирования деталей и передачи их в зону обработки на пред-
варительных операциях шлифования применяют роликовые транс-
портеры с перемещением деталей от силы продольной подачи. На
операциях окончательного шлифования используют цепные транс-
портеры.
В ЭНИМСе создан участок с централизованным и групповым
программным управлением для комплексной обработки валов и
других деталей типа тел вращения. Автоматизированный участок
используют в мелкосерийном и единичном производстве; он имеет
фрезерно-центровальный станок МР179Ф4 с инструментальным
магазином; два токарных центровых полуавтомата 1713ФЗ с че-
тырехпозиционной револьверной головкой; два токарных патрон-
ных полуавтомата Ш713ФЗ с пятипозиционной револьверной
головкой; два токарных патронно-центровых полуавтомата
1715МФЗ с инструментальным магазином и устройствами для
контроля состояния режущего инструмента; вертикально-фрезер-
ный станок МА655-1 с инструментальным магазином; вертикально-
сверлильный станок 2Р135Ф2 с револьверной головкой; вертикально-
фрезерный станок МА655. Система группового ЧПУ обеспечивает
управление станками без применения индивидуальных пультов,
319
что повышает надежность работы и удешевляетсистему . Транспортно-
складская система служит для хранения и транспортирования заго-
товок. Она состоит из однорядного трехъярусного стеллажа, обслу-
живаемого штабелером, и напольных тележек. Предусмотрена
загрузка станков с помощью программооператоров. Управление
работой участка и диспетчирование производится от ЭВМ, благо-
даря чему улучшается организация производства и сокращается
цикл изготовления деталей.
Быстровращающиеся валы должны быть динамически отбаланси-
рованы; балансируют валы в сборе, предусматривая места для уда-
ления металла. Причины неуравновешенности следующие: погреш-
ность формы и несоосность шеек, неравномерная плотность мате-
риала, несимметричное расположение массы вала и сопряженных
деталей относительно оси вращения. Балансировку производят на
специальных стендах или станках. В массовом производстве приме-
няют автоматическое балансировочное оборудование.
Технический контроль валов предусматривает проверку диа-
метров и длин ступеней, размеров шлицев и резьб. Эту проверку
осуществляют предельными скобами, шаблонами, шлицевыми коль-
цами и резьбовыми скобами. Для выявления биения шеек вала его
укладывают на призмы базирующими шейками, а щуп индикатора
ставят на проверяемую шейку; разность наибольшего и наимень-
шего показаний индикатора при повороте вала определяет биение
шейки. Применяют также многомерные индикаторные и светофор-
ные контрольные приспособления для проверки диаметров и биения
шеек валов относительно базовых шеек. Параллельность шлицев
оси вала определяют индикатором в двух крайних положениях
при установке вала на призмах или центрах; эту же установку
можно использовать для проверки биения шлицев, отмечая показа-
ния индикатора по диаметрально противоположным впадинам.
Для контроля применяют также автоматические устройства.
В автомобилестроении, например, используют автоматы для кон-
троля и сортировки поршневых пальцев двигателя на размерные
группы.
Тяжелые валы контролируют обычно на станках после обработки.
Правильность геометрической формы шеек проверяют скобами
с микрометрическими наконечниками; концентричность смежных
шеек и перпендикулярность торцов —индикатором при проверты-
вании вала, а неплоскостность фланцев —контрольной линейкой
на краску, просвет или под щуп.
§ 2. КОРПУСНЫЕ ДЕТАЛИ
Корпусные детали служат для монтажа в них различных меха-
низмов машин. (Для корпусных деталей характерно наличие точно
обработанных отверстий, координированных между собой и отно-
сительно базовых поверхностей, крепежных и других отверстий.
. < 320
По общности решения технологических задач все корпусные детали
можно разбить на призматические и фланцевые. Для деталей приз-
матического типа характерно наличие плоских поверхностей боль-
ших размеров и основных отверстий, оси которых расположены
параллельно или под углом. У фланцевых деталей плоскости часто
являются торцовыми поверхностями основных отверстий и имеют
выточки или выступы, предопределяющие их обработку точением.
Как призматические, так и фланцевые корпусные детали нередко
} выполняют разъемными./ Оси основных отверстий расположены
в плоскости разъема ЙЙи перпендикулярны ей.
^Материалом для корпусных деталей обычно, .служит серый
чугун. Применяют также модифицированный и ковкий (автострое-
ние) чугуны, углеродистую сталь типа ДЗО, нержавеющие и жаро-
прочные стали и сплавы (турбостроение, атомная техника), силу-
мины, магниевые сплавы (авиастроение), медные сплдвц (судо-
строение), а также пластмассы (приборостроение). |р1ри обработке
корпусных деталей должны быть обеспечены в установленных
пределах параллельность и перпендикулярность осей основных
отверстий друг другу и базовым поверхностям; соосность этих
отверстий; заданные межосевые расстояния; точность диаметров
и правильность формы отверстий; перпендикулярность торцо-
вых поверхностей осям отверстий; прямолинейность поверхно-
стей.
Основные отверстия под подшипники выполняют по 2-му классу
точности с шероховатостью Ra = 2,5 4- 0,25 мкм, реже по 1-му
классу точности с шероховатостью Ra = 0,63 4- 0,08 мкм. Несо-
осность отверстий допускают в пределах половины допуска на
диаметр меньшего отверстия, а их конусообразпость и овальность
не более 0,3—0,5 поля допуска на диаметр. Допуски на межосевые
расстояния для цилиндрических зубчатых передач с межцентро-
вым расстоянием 50—800 мм рекомендуются по ГОСТ 1643—72 от
±25 до ± 280 мкм. Межосевой угол конических передач по
ГОСТ 1758—56 выдерживают от ± 18 до ± 210 мкм на длине обра-
зующей делительного конуса 50—800 мм. Отклонения межосевого
расстояния червячных передач по ГОСТ 3675—56 при 7, 8 и 9-й
степенях точности и межцентровом расстоянии 40—630 мм состав-
ляют ± 30 4- 210 мкм. Непараллельность осей отверстий состав-
ляет 0,02—0,05 мм на 100 мм длины. Поверхности прилегания обра-
батывают с шероховатостью Ra — 6,3 4- 0,63 мкм, а их отклонения
от прямолинейности допускают 0,05—0,20 мм на всей длине. К по-
верхностям скольжения предъявляют более высокие требования:
шероховатость Ra — 1,0 4- 0,2 мкм, пеплоскостность 0,05 мм на
1 м. Неперпендикулярность торцовых поверхностей к осям отвер-
стий допускают в пределах 0,01—0,1 мм на 100 мм радиуса. Шеро-
ховатость этих поверхностей задают в пределах Ra = 6,3 4- 1,25 мкм".
У разъемных корпусов несовпадение осей отверстий с пло-
скостью разъема допускается 0,2 мм, а при диаметре отверстий более
300 мм —0,3 мм.
11 л/р. Корсакова В. С.
321
(Заготовки корпусных. деталей отливают в земляные и реже
в стержневые .форкши) Заготовки из серого чугуна в серийном прои'з-'
водствё выполняют в соответствии с ['ОСТ 1855—55 по II и III клас-
сам, а в массовом производстве по I и II классам точности. Стальные
отливки выполняют с допусками по ГОСТ 2009 —55. \Литье в обо-
лочковые формы и по выплавляемой модели целесообразно исполь-
зовать для сложных корпусов с жесткими требованиями к точности
и шероховатости необрабатываемых поверхностей,] например, по
выплавляемой модели, собираемой из нескольких секций, получают
рабочие полости сложной конфигурации корпусов центробежных
насосов.
'^Заготовки из алюминиевых сплавов часто отливают в кокиль
с песчаными стержнями по классам ЛТ7—ЛТ5 (нормаль
АН 1026—56), что ориентировочно соответствует 7-му классу точ-
ности по ОСТ 1010. При выполнении сложных алюминиевых кор-
пусных деталей (блоков цилиндров) литьем под давлением дости-
гается точность размеров 5-го класса. Все отверстия, получаемые
в отливке, подвергают только чистовой обработке. । Сложные кор-
пусные детали получают также соединением из отдельно отлитых
секций с помощью пайки.
Сварные корпусы применяют вместо литых для уменьшения
массы; их стенки могут быть на 30—40% тоньше литых. Заготовку
корпуса выбирают, производя технико-экономический расчет.
В отливках корпусных деталей из-за неравномерного охлажде-
ния и торможения усадки возникают остаточные напряжения,
вызывающие их коробление. Методы устранения остаточных напря-
жений в литых и сварных заготовках см. в гл. II.
Заготовки после дробеструйной или пескоструйной очистки
испытывают с помощью гидропробы на плотность или герметичность.
Детали, работающие под давлением, подвергают повторной гидро-
пробе после обработки основных поверхностей. Для нормального
выполнения обработки и устранения брака необходим контроль
заготовок на размеры, твердость материала и на отсутствие дефектов
поверхностей.
^Корпусные детали базируют, выдерживая принципы постоян-
ства и совмещения баз. При обработке корпусных деталей призма-
тического типа широкое распространение получил метод базирова-
ния по плоской поверхности 1 и двум отверстиям 2 (рис. 117, а),
развернутым”по~2-му классу-точности. У деталей фланцевого типа
(рис. 117, б) используют торец фланца 1, одно отверстие 3 большого
диаметра (или поверхность выточки 4 в торце) и отверстие 2 малого
диаметра (во фланце).
Корпусные детали с небольшими по размеру или неудобно рас-
положенными поверхностями обрабатывают в приспособлениях-
спутниках с использованием необработанных или искусственно соз-
данных поверхностей. В станкостроении ко_рпусные детали часто
базируют п<э направляющим поверхностям /, 2- (рис. 117, в), а в тя-
желом машиностроении —на шесть точек, расположенных в трех
322
координатных плоскостях. Основным недостатком этих схем бази-
рования является необходимость в переустановках заготовки для
того, чтобы обработать поверхности, закрытые зажимными элемен-
тами приспособлений.
IrtHa первой операции заготовку устанавливают по необработан-
ным поверхностям, стремясь достичь правильного положения
обрабатываемой базовой поверхности относительно необрабатывае-
мых поверхностей и правильного распределения припусков на
поверхности, обрабатываемые на последующих операциях. Если у де-
тали несколько основных отверстий и они имеют достаточно боль-
шие размеры, то ее часто базируют по двум необработанным отвер-
стиям 1 и 2 с параллельными осями, используя консольные оправки
с выдвижными элементами, и перпендикулярной им плоской поверх-
ности <3 (рис. 117, г); при этой установке обрабатывают платики 4
и 5. Устанавливая заготовку на эти платики при последующей
обработке, можно обеспечить снятие равномерного припуска при
растачивании основных отверстий. В схеме, приведенной на
рис. 117, д, заготовку базируют по поверхности полукруглых
выемок 2, нижней плоской поверхности 3 и торцу /. Жесткий упор 5
служит для установки заготовки в продольном направлении,
а подводимые опоры 4 предупреждают сдвиг заготовки в поперечном
направлении.
Заготовки корпусных деталей с одним основным отверстием
часто устанавливают на самонентрирующих оправках /, вводимых
в это отверстие. Оправка концами опирается на призмы 2. Поворот
11* 323
заготовки предупреждают прижатием ее к боковому упору 3
(рис. 117, е). Эта схема обеспечивает точное положение оси симме-
трии заготовки в приспособлении. Корпусные детали, у которых
основные отверстия неудобны для базирования или отсутствуют,
устанавливают по внутренней или наружной поверхности 1
(рис. 117, ж). Установочные элементы приспособлений в этих
случаях могут быть жесткими или самоцентрирующими (для заго-
товок круглой формы). Базированием по внутренней поверхности /
обеспечивается заданная толщина стенки 5 (рис. 117, з), если поверх-
ность обрабатывают снаружи; самоцентрирующие устройства ис-
ключают разностенность заготовки между базовой и обработанной
поверхностями.
Применяя базирование по обработанной поверхности 1 разъема
и внутренней необрабатываемой поверхности 2 проточного капала
обеих половин корпуса 3 центробежного насоса (рис. 117, и), обес-
печивают совмещение контура этого канала у обеих половин корпуса
при его последующей сборке по просверленным по кондуктору и
развернутым отверстиям 4. Установочные элементы 5 имеют кони-
ческую поверхность для выборки зазора и выполняются самоуста-
навлнвающегося типа.
Общий укрупненный план включает'рбработку. базовых-поверх--
лрстей корпусных деталей при установке на необработанные базы,
взаимосвязанных плоских поверхностей;. взаимосвязанных основ-.
ных отверстий; крепежных отверстий; отделочную обработку пло- 1
ских поверхностей и основных отверстий, (требуется не всегда).
Каждый этап состоит из нескольких операций в зависимости от ?
вида обрабатываемых поверхностей, их расположения и точности
обработки. j3 маршрут обработки разъемных корпусов дополни-
тельно включают~ббработку поверхностей разъема у оснований и
крышки, а также крепежных отверстий на поверхностях разъема;
промежуточную сборку корпуса. ,
В мелкосерийном и единичном производстве обработку корпусных !
деталей выполняют на универсальных станках без приспособлений. >
Ей предшествует разметка заготовкиЛРазметкой определяют поло- 1
жение осей основных отверстий, плоских поверхностей и других j
поверхностей детали, учитывающее целесообразное распределение *
припусков на обработку.». Установку для обработки поверхностей j
делают с выверкой по разметочным рискам; дальнейшую обработку
выполняют с установкой на обработанные поверхности с выверкой
по ним пли по рискам.
с ^Плоские поверхности деталей в поточно-массовом производстве
обрабатывают на барабанно- и карусельно-фрезерных станках и
на плоскопротяжиых станках; в автоматических линиях используют
агрегатно-фрезерные станки.. В серийном производстве плоские
поверхности обрабатывают на продольно-фрезерных и продольно-
v строгальных станках.»В качестве отделочной обработки, если она» ••
требуется, используют шлифование. Сначала обрабатывают базовые -
поверхности; одновременно с ними часто обрабатывают и другие!
324
Рис. 118. Схема обработки на
барабанно-фрезерном станке
двух параллельных плоскостей
заготовки
Рнс. 119, Схема обработки на
ка русел ы ю-фрезер ном ста н ке
двух поверхностей с перекла-
дыванием заготовок:
/ — съем заготовки; 2 — перекла-
дывание заготовки из позиции / в
позицию //; 3 — установка новой
заготовки
плоские поверхности. При проектировании операций обработки
плоских поверхностей необходимо предусматривать использование
всех технологических возможностей станка и достижение наивыгод-
нейшей концентрации переходов. Так, на барабанно-фрезерном стан-
ке (рис. 118) фрезамй, расположенными с двух сторон заготовки,
обрабатывают одновременно две параллельные плоские поверх-
ности предварительно (позиция 7) и окончательно (позиция 1Г).
Схема черновой и чистовой обработки двух поверхностей заготовки
.последовательно двумя фрезами при непрерывном вращении стола
с перекладыванием деталей попарно из позиции I в позицию II
приведена на рис. 119. Подобные процессы применяют и при груп-
'повой обработке различных деталей.
На автоматических линиях поверхности обрабатывают торцо-
выми фрезами с использованием агрегатных продольно-фрезерных
автоматов с одной или с двух сторон одновременно (рис. 120).
Фрезерные головки 4 перемещаются влево до упора 1, осуществляя
черновую и чистовую обра-
ботку заготовки, зафиксиро-
ванной в рабочей позиции
установочными пальцами 3.
Транспортер 2 подает следу-
ющую заготовку в рабочие
позиции; в то же время фре-
зерные головки перемещают-
ся вправо и занимают ис-
ходное положение. Фрезеро-
Рнс. 120. Схема обработки на автомати-
ческой линии двух поверхностей заго-
товок
325
Рис. 121. Схема обработ-
ки поверхностей с пере-
кладыванием заготовок
ванием в два перехода на агрегатных станках обеспечиваются
предельные отклонения от плоскостности в пределах VIII степени
точности по ГОСТ 10356—63.
^Поверхности корпусных деталей протягивают в массовом про-
изводстве на горизонтально-протяжных станках. Протягивание
высокопроизводительно; его применяют при большом выпуске
деталей, конструкция которых должна быть жесткой. Плоскопро-
тяжные станки можно встраивать в автоматические линии.
В серийном производстве поверхности заготовок корпусных
деталей обрабатывают с использованием многоместных схем построе-
ния операций, в том числе по методу «перекладывания деталей».
Он заключается в том, что каждую заготовку переустанавливают
последовательно в несколько положений с таким расчетом, чтобы
сделать доступными для обработки поверхности, расположенные
с разных сторон.
Схема фрезерования шести сторон заготовки корпусной детали
приведена на рис. 121. Верхнюю а и нижнюю б плоскости распо-
лагают на одной высоте и обрабатывают в позициях I и II фрезой 1.
Боковые поверхности в и г, расположенные в одной плоскости,
обрабатывают в позициях I и II фрезой 2. Торцы д и е обрабатывают
в позиции III фрезами 2 и 3. После каждого хода стола из позиции
III снимается полностью обработанная заготовка; заготовки из
позиций I и II перекладываются в следующие позиции, а в пози-
цию I ставится новая заготовка. При таком построении операции
лучше, чем при обработке партиями, используется станок, устра-
няется переналадка станка, обеспечивается непрерывное питание
поточной линии заготовками с законченной фрезерной обработкой.
Метод перекладывания заготовок удобен при обработке комплекта
корпус —крышка для разъемных корпусных деталей.
Корпусные детали, имеющие узкие длинные плоские поверхности,
обрабатывают на специализированных продольно-фрезерных стан-
ках, оснащенных наборами фрез; в мелкосерийном производстве
такие поверхности строгают. Строганию подвергают также широкие
поверхности, если требуются торцовые фрезы чрезмерно большого
диаметра.
Фрезерованием в два перехода (черновой и чистовой) может
достигаться точность 4-го класса, шероховатость Ra = 6,3
4- 1,0 мкм, отклонение от плоскостности VII — IX степеней точности.
Точность строгания несколько выше, чем фрезерования.
326
При более высоких требованиях к точности и шероховатости
поверхности вводят отделочную операцию — шлифование или тон-
кое фрезерование; в мелкосерийном производстве поверхности
шабрят. Поверхности прилегания типа рамок при значительной
ширине окна целесообразно фрезеровать на станке с ПУ торцовой
фрезой по контуру. Отклонения от плоскостности соответствуют
V1-VIII степеням точности.
На станках с ПУ возможна обработка концевой фрезой углуб-
лений на поверхностях или внутренних поверхностей рамок раз-
личных очертаний; при этом все стенки контура следует сопрягать
по дуге, соответствующей радиусу концевой фрезы. На этих стан-
ках возможно планетарное фрезерование отверстий большого диа-
метра в отливках вместо растачивания.
При проектировании операций обработки поверхностей важно
учитывать и по возможности предупреждать деформации заготовок
под влиянием сил зажима и резания. Повышению производитель-
ности обработки поверхностей способствует соблюдение основных
требований технологичности. Деформации уменьшают, вводя ребра
жесткости. Все обрабатываемые участки на одной стороне заготовки
следует делать открытыми и располагать в одной плоскости, а на
разных сторонах — во взаимно параллельных и перпендикулярных
плоскостях. Образуемая таким образом форма параллелепипеда
отвечает требованиям надежной установки с соблюдением правила
постоянства базы и делает возможной сквозную обработку несколь-
ких заготовок, установленных на одном столе, с двух-трех сторон.
Базовые отверстия обрабатывают на радиально-сверлильном
станке с последовательной сменой инструмента или на станке с двух-
шпиндельной головкой, используя комбинированный инструмент
сверло — развертку. Базовые отверстия небольших заготовок обра-
батывают на трехпозиционных станках (загрузка, сверление, развер-
тывание) или в автоматических линиях последовательно в двух
позициях.
У заготовок фланцевого типа в серийном производстве поверх-
ность фланца, центрирующую выточку (выступ) и центральное
отверстие протачивают на токарно-револьверном или токарно-ка-
русельном станках. Отверстия во фланце обрабатывают на радиаль-
но-сверлильном или на многошпиндельном сверлильном станке.
В массовом производстве эту обработку выполняют на вертикальном
многошпиндельном полуавтомате; сверление отверстий производят
на одной из позиций многошпиндельной вращающейся головкой
(рис. 122).
Основные отверстия корпусных деталей обрабатывают на агре-
гатных многошпиндельпых станках, универсальных горизонтально-
расточных станках, станках с ПУ расточно-фрезерной группы и
многооперационных станках. Точность межосевых расстояний,
'параллельность и перпендикулярность осей, а также соосность
отверстий обеспечивают обработкой отверстий с направлением и
.без направления инструмента. Обработку с направлением инстру-
' 327
Рис. 122. Схема обработки фланца и базовых отверстий корпусной детали на
вертикальном многошпиндельном полуавтомате
мента выполняют на универсально-расточных и агрегатных много-,
шпиндельных станках. Точность расположения отверстий дости-;
гают с помощью направляющих втулок приспособления; при этом;
снижается трудоемкость операции. Обработку без направления:
инструмента выполняют также на универсальных горизонтально-,
расточных станках и на станках с программным управлением.
Точность расположения отверстий обеспечивают перемещениями'
узлов станка по заданным координатам^ Трудоемкость операции'
при выполнении ее на универсальных станках с ручным управле-
нием высокая; на станках с ПУ благодаря высокой степени автома-
тизации она резко снижается и может быть ниже, чем в случае обра-
ботки на горизонтально-расточных станках с применением кон-
дуктора.
При обработке с направлением инструмента задача координа-
ции осей отверстий решается с помощью кондуктора (рис. 123).
Расточный кондуктор ориентируют на столе станка шпонками /;
при этом оси кондукторных втулок 2 размещаются параллельно оси
шпинделя 3. Корпусную деталь 4 устанавливают базовой поверх-
ностью на опорные пластины приспособления и двумя отверстиями
т-т
Рис. 123. Схема растачивания отверстий в корпусной детали
328
на установочные пальцы 5. Заданное положение первого отверстия
в горизонтальной плоскости (от боковой поверхности или оси дру-
гого отверстия) выдерживается с помощью размеров а и Ь, а рас-
стояния А и С обеспечиваются соответствующим расположением
кондукторных втулок. Расточная скалка для обработки отверстий
направляется двумя кондукторными втулками. При такой настройке
системы достигается полная определенность положения заготовки
п возможность получения заданных координат обрабатываемых
отверстий без выверки.
При обработке отверстий без кондуктора заготовку устанавли-
вают на стол станка обработанной поверхностью. Ее положение
относительно шпинделя станка выверяют по рискам разметки.
Рис. 124. Схемы обработки отверстий с направлением расточной скалки:
а—г — жесткое крепление скалки в шпинделе; д, е — шарнирное соединение скалки
со шпинделем; а, б, г — направление скалки одной втулкой; в. д, е — направление скалки
двумя втулками
Перед растачиванием каждого следующего отверстия необходимо
производить точный отсчет заданного перемещения стола или шпин-
деля, а при перпендикулярных осях — поворотом стола. На стан-
ках с ПУ заготовку ориентируют на столе станка путем совмещения
точки отсчета размеров с началом координат станка, а установоч-
ные перемещения частей станка на заданные координаты осей отвер-
стий выполняют по программе.
Обработку отверстий с направлением инструмента выполняют
с помощью мерных режущих инструментовДсверло, зенкер, раз-
вертка) и расточных головок, блоков или резцов, установленных
в оправках консольного типа или расточных скалках; схемы направ-
ления инструмента даны на рис. 124. Оправку применяют для корот-
ких отверстий, расположенных вблизи шпинделя. Ее жестко сое-
диняют со шпинделем с помощью конуса и направляют кондуктор-
ной втулкой, расположенной перед отверстием или за ним.
Для обработки отверстий большой длины или в двух стенках
применяют расточные скалки (борштанги), направляемые двумя
кондукторными втулками. Расточную скалку соединяют со шпин-
делем станка шарнирно, что исключает необходимость точного сов-
мещения осей шпинделя и кондукторных втулок. При большой
329
Рис. 125. Схема многошпиндель-
ного растачивания отверстий в
корпусных деталях сменной рас-
точной головкой
Рис. 126. Схема многошпиндельного
растачивания на двухпозиционном
станке:
/ — расточный станок: 2 — расточные кон-
дукторы; 3 — поворотный двух позицион-
ный {1 и //) стол; 4 — поворотный бара-
бан со сменными расточными скалками;
5 — растачиваемая деталь
длине заготовки используют промежуточное направление расточ-
ной скалки. Па специальных станках обработку соосных отверстий
выполняют с двух сторон. Точность диаметров отверстий обеспе-
чивают использованием мерных инструментов или настройкой
резцов в расточных скалках на радиальный размер. Соосность
отверстий во всех случаях обработки с направлением инструмента
достигают повышением жесткости расточных скалок и направле-
нием их во втулках с минимальным зазором.
При обработке основных отверстий на универсальных горизон-
тально-расточных станках с направлением инструмента по кондук-
тору шпиндель станка последовательно соединяют с отдельными
расточными скалками. Черновую и чистовую обработку выполняют
при последовательном введении в работ)' расточных скалок, осна-
щенных соответствующими режущими инструментами.
Производительность труда при работе на расточных станках по-
вышают, применяя многошпиндельные расточные головки 4 для
одновременной обработки по кондуктору 1 нескольких отверстий
с параллельными осями. Головку соединяют со шпинделем 5 станка,
а шпиндели 3 головки передают крутящие моменты расточным скал-
кам 2 (рис. 125). Головку устанавливают на направляющие станины
станка.
В крупносерийном производстве целесообразна обработка си-
стем отверстий на многошпиндельных станках, позволяющих выпол-
нять несколько операций. На рис. 126 показан пример применения
многошпинделыгого агрегатного станка 1 для последовательного
чернового и чистового растачивания отверстий корпусной детали 5.
330
Установив заготовку в позицию I, вводят в кондуктор 2 комплект
борштанг для предварительного растачивания отверстий. Обра-
ботка происходит в позиции II после поворота стола 3 и сцепления
скалок с соответствующими шпинделями агрегатной головки. В это
время в позиции 1 снимается окончательно обработанная деталь
или, если она прошла только предварительную обработку, ее под-
готавляют для чистовой обработки. Скалки подаются из загрузоч-
ного поворотного барабана 4 вручную или автоматически.
Возможны варианты построения операций обработки отверстий
в два-три перехода на многошпиндельных агрегатных станках
с двумя-тремя вертикальными головками, имеющими шпиндели,
оснащенные инструментом. Заготовка последовательно переме-
щается из одной позиции в другую вместе с приспособлением или
со столом станка.
В массовом производстве основные отверстия обрабатывают
на многошпиндельиых агрегатных станках при параллельных и
параллельно-последовательных схемах построения операций, одно-
временно с двух или трех сторон заготовки. Требуемое положение
осей отверстий корпусной детали обеспечивается соответственно
расположенными в агрегатных головках шпинделями. Каждый
шпиндель соединен с расточной скалкой, направляемой кондуктор-
ными втулками расточного приспособления. Черновую и чистовую
обработку выполняют на двух станках, установленных последо-
вательно в поточной линии. Соосные отверстия обрабатывают с од-
ной или двух сторон заготовки. Сверление и зенкерование выпол-
няют при жестком соединении инструмента со шпинделем, а раста-
чивание и развертывание — при плавающем.
Обработку отверстий без направления инструмента на универ-
сально-расточных станках производят после разметки осевых линий
заготовки. Базой для разметки служат внутренняя полостьзаготовки
и обработанные поверхности. По разметочным рискам выверяют
положение заготовки на станке относительно оси шпинделя. Выпол-
нение расточных операций связано с совмещением оси шпинделя
с осью каждого растачиваемого отверстия. При обработке отверстий
с помощью консольной оправки на станке с подвижным столом осу-
ществляют выверку размеченных осей корпуса на параллельность
оси шпинделя; совмещение оси шпинделя с осью первого растачи-
ваемого отверстия; перемещение стола и шпинделя на заданное
межосевое расстояние для растачивания следующего отверстия;
поворот стола для обработки отверстий на перпендикулярной оси
(при необходимости).
При растачивании отверстий расточной скалкой задача услож-
няется необходимостью совместить ось шпинделя с осью люнетной
стойки. Заданные межосевые расстояния обеспечивают перемеще-
нием стола или шпиндельной коробки, начиная от оси первого рас-
точенного отверстия; погрешность отсчета перемещения не должна
быть более 0,2—0,25 допуска. На горизонтально-расточном станке
при отсчете по линейке с нониусом выдерживают допуск на межосе-
331
вое расстояние 0,3 мм; по линейке с оптическим устройством
0,1 мм; по индикатору и штихмасу 0,05 мм, по упорам и фиксаторам
0,2 мм.
В заданное положение шпиндель устанавливают по координат-
ному шаблону, расположенному перед заготовкой. Этот шаблон
имеет отверстия, оси которых точно совпадают с осями отверстий
обработанной детали. С помощью индикаторного центроискателя
совмещают ось шпинделя с осью отверстия в шаблоне (точность
совмещения осей 0,05 мм). Установив в шпиндель вместо центро-
искателя оправку с инструментом, растачивают отверстие.
Наиболее сложная и трудоемкая обработка крупногабаритных
разъемных корпусных деталей на горизонтально-расточных стан-
ках с неподвижным столом (расточными колонками). При установке
разъемных корпусов выполняют выверку на горизонтальное рас-
положение поверхности разъема корпуса; размещение оси шпин-
деля в плоскости разъема корпуса; совмещение оси расточной
скалки с осью шпинделя; перенос скалки в положение параллель-
ной оси.
Выверку горизонтальности корпуса производят уровнем в на-
правлении осей X и Ус точностью 0,1 мм на 1 м длины. Совмещение
оси шпинделя с плоскостью разъема корпуса проверяют, измеряя
расстояние от поверхности разъема до образующей оправки, встав-
ленной в конус шпинделя; оно должно быть равно радиусу оправки.
Соосность расточной скалки и шпинделя достигается проверкой
соосности отверстий шпинделя и втулки задней стойки оптическим
прибором. При этом достигается точность совмещения осей 0,02 мм
на 1 м длины; параллельность осей выверяют с точностью 15 угло-
вых секунд. При малых расстояниях возможна выверка соосности
шпинделя с втулкой центроискателем, закрепленным в шпиндель-
ной оправке. Соосность скалки со шпинделем проверяют раздельно
в двух плоскостях: в вертикальной плоскости по одинаковым пока-
заниям уровня; в горизонтальной плоскости измерением расстоя-
ния скалки от ее концов до посторонней базы, установленной парал-
лельно оси шпинделя.
Точность углового положения осей отверстий обеспечивается
поворотом стола и точной (до 15 с) индексацией его. При этом откло-
нение от перпендикулярности осей расточенных отверстий состав-
ляет 0,05—0,1 мм на 100 мм длины. Если станок не обеспечивает
точной фиксации поворота, то необходима проверка положения
детали.
Для растачивания отверстий с осями, пересекающимися в про-
странстве, необходимы вертикальное перемещение шпинделя на
заданное межосевое расстояние и поворот стола на 90° (рис. 127).
Межосевое расстояние С определяют измерением размера т при
известных размерах hud. Перпендикулярность осей проверяют по
прилеганию измерительных штифтов приспособления 1 к образую-
щей расточной скалки 2 в точках а и Ь. Размер А проверяют изме-
рением размера Б при известном размере К приспособления. Рас-
332
Рис. 127. Схема выверки положения заготовки корпусной детали на расточном
станке:
/ — приспособление для проверки положения заготовки и расточной скалки; 2 — рас-
точная скалка
стояние от оси отверстия до внутренних торцов или от торца до оси
отверстия при обработке по разметке выдерживают с допуском
±0,5 мм. Более жесткий допуск на размер А можно выдержать,
если при установке шпинделя для растачивания отверстий на вто-
рой оси измерить размеры D и b от образующей расточной скалки
(рис. 128, а), установить в ней центроискатель или применить съем-
ное индикаторное контрольное приспособление /, 2 (рис. 128, б)
с известным расстоянием А. Если приспособление нельзя разме-
стить внутри детали, его устанавливают снаружи (рис. 128, в);
однако в последнем случае точность размера А зависит от погреш-
ностей размеров К и Ь и погрешности перемещения шпинделя
на размер I.
Обработку систем отверстий на универсальных расточных стан-
ках осуществляют по одноместной последовательной схеме; она
характеризуется большими трудоемкостью и вспомогательным вре-
менем [/в = (0,6 -5- 0,7)/ш].
Обработку отверстий на станках с ПУ производят без направ-
ления инструмента. В отличие от станков с ручным управлением
при этом повышается точность и производительность обработки,
а доля вспомогательного времени в штучном времени уменьшается
Рис. 128. Схемы выверки корпусных деталей для получения линейных размеров
333
— (0,2 0,3)/ш1. На многооперационных станках по единой
программе автоматизируется процесс обработки каждой поверх-
ности, все установочные перемещения, индексация стола, позици-
онирование стола и шпинделя, смена инструмента. Программное
управление исключает необходимость в размерной настройке при
обработке каждой последующей заготовки партии, чем устраня-
ются погрешности настройки и затраты времени на нее. Станки
с ПУ изготовляют более высокого класса точности, чем универсаль-
ные; отсчет перемещений осуществляют по более совершенным
устройствам с использованием обратной связи, и точность переме-
щения столов и шпинделей на координаты у станков с ПУ фрезерно-
расточной и сверлильной групп составляет 0,01—0,05 мм, а у мно-
гооперационных станков 0,005—0,02 мм. Трудоемкость обработки
снижается главным образом при совмещении времени установки
и снятия заготовок с основным временем; этому благоприятствует
наличие дополнительных столов и быстросменных спутников.
На станках с ПУ обработка производится только консольным
инструментом, что отвечает условиям частой и автоматической смены
инструментов в ходе операции. Отверстия, расположенные с разных
сторон заготовки, обрабатываются при повороте стола; многопере-
ходная обработка каждого отверстия выполняется со сменой инстру-
мента. Отверстия с одной стороны заготовки обрабатываются при
установке на их координаты за счет перемещения стола или шпин-
деля по программе.
Торцовые поверхности кольцевой формы, если они не обрабо-
таны вместе с другими поверхностями, обрабатывают на расточном
станке. Торцы отверстий диаметром 80—100 мм обрабатывают
широкой подрезной пластиной при осевой подаче; торцы больших
размеров протачивают резцом с радиальной подачей. Для этого,
а также для обработки канавок, на горизонтально-расточных стан-
ках используют «летучий» суппорт, устанавливаемый на план-
шайбе станка или па борштанге.
На агрегатных станках и автоматических линиях обработку
торцовых поверхностей, растачивание канавок и выемок произ-
водят с помощью механизма радиальной подачи резца. Эти меха-
низмы выполняют в виде специальных подрезных агрегатных голо-
вок с плансуппортами пли подрезных оправок, устанавливаемых
на расточных силовых головках. В скалке, показанной на рис. 129,
радиальное перемещение резцедержателя с подрезным и фасочным
резцами начинается после окончания работы расточного резца.
Оно происходит в результате поворота рычага 2 при осевом движе-
нии стержня 1 и неподвижном положении наружной части скалки.
Специальные подрезные головки обеспечивают большую длину
хода резца и более высокую точность расположения торцовой по-
верхности относительно оси отверстия. На станках с ПУ подрезку
внутренних торцов и проточку канавок целесообразно выделять
из расточной операции, а наружные торцовые поверхности обраба-
тывать фрезой при координатном или контурном перемещении.
334
Точность обработки
корпусных деталей при
любых вариантах и схемах
обработки определяется
влиянием тех же факто-
ров, которые были рас-
смотрены в гл. II. Вместе
с тем на точность влияют
условия обработки, харак-
терные для расточных опе-
раций.
Влияние геометриче-
ских неточностей станка
Рис. 129. Схема устройства для подрезки
торца
наиболее заметно при чистовой обработке и при обработке за-
готовок из мягких материалов. При черновой обработке возра-
стает влияние упругих отжатий технологической системы, а влия-
ние геометрических неточностей в результате этого снижается.
Погрешности, зависящие от геометрических неточностей станка и
от упругих отжатий, взаимосвязаны, так как податливость станка
изменяется в результате нарастающего износа. При обработке
в кондукторе погрешности размеров, форм и пространственного
положения отверстий зависят от точности приспособления и зазора
посадки скалки в кондукторной втулке.
Поперечная жесткость шпиндельного узла зависит от угла дейст-
вия силы PtJ. Она уменьшается с увеличением вылета шпинделя
до определенной величины (~ 100 — 150 мм) сначала незначитель-
но, а затем резко. Жесткость шпиндельной бабки и стола вследствие
неравномерного износа направляющих изменяется в зависимости
от положения их по длине станины. Она зависит от места прило-
жения силы и от направления действия силы в вертикальной пло-
скости; при закреплении жесткость стола повышается в несколько
раз. Жесткость задней стойки также зависит от высоты располо-
жения растачиваемого отверстия. В процессе обработки силы реза-
ния действуют на части станка и обрабатываемую заготовку, вызывая
их отжатия. На точность обработки влияет не только абсолютная
величина жесткости системы, но и се неравномерность на длине
рабочего хода, которая зависит от схемы обработки.
Обработка отверстий без кондуктора возможна при неизменном
вылете шпинделя с подачей стола с закрепленной на нем заготовкой
или при неподвижном столе путем выдвижения шпинделя; в обоих
случаях инструмент может быть закреплен в консольной оправке
(рис. 130, а) или в расточной скалке, имеющей вторую опору в зад-
ней стойке станка (рис. 130, б). При работе без кондуктора с подачей
стола податливость систем заготовка —стол (и>зэг) и расточная
скалка —шпиндельный узел (а',;11С) не изменяется по длине раста-
чиваемого отверстия и форма отверстия в осевом направлении не
искажается. Поперечная податливость этих систем изменяется за
один оборот шпинделя. Эпюры податливостей обеих систем и совме-
335
Рис. 130. Схемы растачивания отвер-
стий без кондуктора
wjas wuhc
Рис. 131. Эпюры податливостей
основных элементов технологи-
ческой системы при растачива-
нии
щенная эпюра для соответствующих направлений действия силы Ру
приведены на рис. 131. По ним для соответствующих условий обра-
ботки может быть определена погрешность формы растачиваемого
отверстия. Податливость меньше при работе со скалкой и больше
при работе с консольной оправкой.
При работе без кондуктора с подачей (выдвижением) шпинделя
изменяются также поперечные податливости ьузаг и ьу1111С за один
оборот шпинделя, причем величина чуипс изменяется в различных
поперечных сечениях растачиваемого отверстия по мере выдвижения
шпинделя. В этом случае погрешность формы отверстия на всей его
длине будет зависеть от изменения суммы податливостей ьуИ11С и
щзаг, найденной для концевых поперечных сечений растачиваемого
отверстия.
При растачивании заготовки 4 в кондукторе <3 (рис. 132) расточ-
ная скалка 2 соединена со шпинделем 1 станка шарнирно и шпин-
дельный узел не влияет на точность обработки. Податливость лузаг
и характер ее изменения в поперечном и осевом направлениях
зависят от конструкции кондуктора, конструкции обрабатываемой
заготовки и от способа ее установки в кондукторе; по сравнению
с податливостью щ„,с в нормальных условиях податливость w3ar
невелика. Расточную скалку, направляемую в кондукторных втул-
ках достаточной длины и при малом зазоре посадки, можно приб-
лиженно рассматривать как балку, заделанную обоими концами.
Рис. 132. Схема растачи-
вания в кондукторе с
шарнирным соединением
расточной скалки со
шпинделем станка
336
Рнс. 133. Искажение формы отверстий в продольном сечении при растачивании
в кондукторе
При достаточной жесткости кондуктора податливость инструмента
U’„I1C можно считать в поперечном направлении не изменяющейся;
в продольном направлении она изменяется по мере удаления резца
от кондукторной втулки, что приводит к плавному изменению
формы образующей отверстия.
При обработке в кондукторе соосных отверстий расточной
скалкой с несколькими резцами (рис. 133, а) на расточную скалку
действует система подвижных сосредоточенных сил; условия нагру-
жения усложняются в результате неодновременного вступления
в работу и выхода из работы резцов; форма образующей отверстия
изменяется скачкообразно (рис. 133, б).
При обработке с направлением инструмента на точность обра-
ботки соосных отверстий наряду с упругими деформациями влияет
геометрическое смещение инструмента в кондукторных втулках.
Удельное значение упругих отжатий и геометрических смещений
в суммарном смещении осей зависит от схемы обработки соосных
отверстий.
Производительна обработка соосных отверстий на агрегатных
станках с двух сторон. При этой схеме доминирующее влияние на
соосность отверстий оказывают зазоры между инструментами и
направляющими втулками.
Соосность отверстий, обрабатываемых инструментом с одной
стороны заготовки, направляемым двумя кондукторными втулками,
в большей степени зависит от жесткости инструмента и в меныпей
степени от зазоров в сопряжениях втулка —инструмент. В связи
с этим схему обработки отверстий с двух сторон заготовки целесооб-
разно использовать во всех случаях черновой обработки соосных
отверстий; она имеет преимущества также при чистовой обработке
отверстий небольшого диаметра (18—20 мм), расположенных на
значительном расстоянии друг от друга [/ (6 4- 7) d], В случае
обработки подобных отверстий с одной стороны заготовки из-за
упругих деформаций нежесткого инструмента может быть полу-
чена большая несоосность. Для отверстий большого диаметра
(30—40 мм) существенно снижаются упругие отжатия инструмента,
и по условиям точности имеет преимущества схема обработки соос-
ных отверстий с одной стороны заготовки.
При обработке на многошпиндельных станках неодновременное
вступление в работу одновременно работающих в данной позиции
инструментов вызывает скачкообразное смещение осей. Учет условий
337
обработки и жесткости направляющего устройства может влиять на
возможность совмещения тех или иных переходов обработки в одной
позиции исходя из заданной точности координат взаимосвязанных
отверстий.
VНа агрегатно-расточных станках возможна обработка коорди-
нированных отверстий и без направления инструмента. Если в заго-
товке обрабатывают два отверстия, то агрегатный станок выполняют
двухшпиндельным с заданным расстоянием между осями шпинде-
лей. При этой схеме обработки возрастает роль шпиндельного узла
станка в обеспечении точности координат осей отверстий.
Число переходов, необходимое для достижения заданной точ-
ности, зависит от размеров обрабатываемых отверстий и качества
отливок. В серийном производстве применяют отливки, выполнен-
ные по III и II классам точности ГОСТ 1855—55, а в массовом про-
изводстве отливки II и I классов точности; отливки из алюминие-
вых сплавов получают литьем в кокиль и под давлением при точ-
ности, соответствующей 7, реже 5 или 9-му классам.
В серийном производстве обработка отверстий диаметром до
120—150 мм по 2-му классу точности включает черновое растачи-
вание по 7-му классу точности; получистовое растачивание или
зенкерование по 5—4-му классу точности; чистовое растачивание
или развертывание по 3-му классу точности; тонкое растачивание
или развертывание плавающей разверткой по 2-му классу точности.
____Для массового производства при обработке на агрегатных
станках и автоматических линиях характерны следующие маршруты
обработки. Отверстия диаметром 10—30 мм сверлят, зенкеруют,
развертывают (однократно при требуемой точности обработки клас-
сов 3 и За и двукратно при точности 2-го класса). Отверстия диаме-
тром 30—50 мм, полученные в отливках, зенкеруют или раста-
чивают по 4-му классу точности, развертывают (однократно или
двукратно) или тонко растачивают по 2-му или 2а классу точности.
Отверстия диаметром более 50 мм при точности обработки 2-го
класса обрабатывают резцами за три перехода. Более жесткие тре-
бования точности в серийном и массовом производстве обеспечи-
вают включением в технологические процессы операций алмазного
растачивания или хонингования.
Заготовки тяжелых корпусов для экономии времени на их
установку и снятие обрабатывают при минимальном числе Устино-
вой. Поэтому, настроив станок для обработки одной системы соос-
ных отверстий со сменой инструмента, осуществляют все черновые,
получистовые и чистовые переходы, и только при достижении за-
данных размеров и шероховатости поверхностей отверстий, рас-
положенных на одной оси, начинают обрабатывать отверстия,
расположенные на следующей оси.
Для экономии времени желательно применять консольную
расточную оправку. Она может быть применена при расстоянии
между отверстиями / < (5 6)d, а для корпусов пониженной точ-
ности при I (8 -г- 10) d. Иногда точные корпусы растачивают
338
Координата Координата
позиции х, мм
545, 35
572, 90
750,00
930.00
958,15
355,92
922,10
905,50
922.10
359,92
Рис. 134. Схема для расчета координат осей отверстии при растачивании на
станке с программным управлением
предварительно с помощью консольных оправок, а чистовой пере-
ход в обеих стенках делают с помощью расточной скалки с опорой
в задней стойке.
Для сокращения трудоемкости обработки применяют параллель-
ное растачивание крупногабаритных корпусных деталей одновре-
менно несколькими расточными скалками, приводимыми в движение
от переносных расточных головок. Расточные головки устанавливают
на плите станка с разных сторон заготовки на нужном межосевом
расстоянии; здесь же монтируют люнетные стойки для направления
скалок. В результате образуется сборный стенд типа кондуктора
для многошпиндельного растачивания параллельных отверстий.
Погрешности отверстий при растачивании без кондуктора зави-
сят от схемы растачивания. При растачивании консольной оправкой
влияние погрешностей станка на точность расположения осей отвер-
стий больше, чем при растачивании скалкой, так как положение
ее оси зависит от выверки, а не от точности станка.
Непрямолинейность и непараллельность осей растачиваемых
отверстий при обработке консольной оправкой с подачей стола
значительно меньше, чем с подачей шпинделя. На прямолинейность
и расположение осей расточенных отверстий влияет также износ
направляющих станины и рабочей поверхности стола станка.
На станках с ПУ технологические процессы выполняются при
большом числе инструментов, сменяемых по программе, и много-
кратных установочных перемещениях в направлении осей коор-
динат, для чего на рабочем чертеже размеры проставляют в направ-
лении осей координат. Начало координат связывают с базами станка
(рис. 134). Система простановки размеров и допусков, а также
схема базирования заготовки должны быть простыми для програм-
мирования и достижения точности автоматического позициони-
рования.
Вопросы установки заготовок для обработки сохраняют акту-
альность и при проектировании операций для станков с ПУ, хотя
погрешности установки влияют в этом случае на точность обработки
меньше, так как обработку некоторых поверхностей осуществляют
339
с одного установа. Задача установки заготовки для обработки
на станках с ПУ заключается в совмещении осей относительной
системы координат (заготовки) с осями абсолютной системы коор-
динат (станка). Для этого заготовка при установке на столе станка
должна занять определенное положение относительно точки, при-
нятой за начало координат.
Исходная точка обработки может быть совмещена с началом
координат перемещений станка при использовании в качестве баз
центрального отверстия или пазов стола, ориентацией от ранее
обработанных поверхностей заготовки или более совершенной
системой управления перемещений станка с корректирующим
устройством, позволяющим совмещать точки начала обеих систем
координат. В последнем случае необходимо при технологической
подготовке чертежа детали установить положение начала относи-
тельной системы координат относительно начала абсолютной си-
стемы.
При использовании для базирования заготовки стола станка
необходим переходный элемент, выполненный, например, в виде
плиты, установленной в пазах стола с помощью шпонок и имеющей
на поверхности координированные отверстия, пальцы, угольники,
линейки или другие установочные базы для заготовки. Если заго-
товка имеет обработанную поверхность (например, базовое отвер-
стие), то ее устанавливают на столе станка путем совмещения оси
этого отверстия с оправкой, установленной в шпинделе станка.
Для этого шпиндель с оправкой устанавливают так, чтобы его ось
совпадала с началом абсолютной системы координат. Затем стол
станка перемещают вдоль осей координат на расстояние, равное
значениям координат базового отверстия заготовки. После этого
в базовое отверстие заготовки вводят оправку шпинделя и в этом
положении закрепляют заготовку.
Обработка с одного установа или при переустановке вместе
с приспособлением позволяет использовать па станках с ПУ в ка-
честве баз необработанные поверхности, как при обработке на авто-
матических линиях со спутниками.
Для закрепления заготовок применяют универсальные прихваты;
их расположение и габаритные размеры учитывают при разработке
программы, чтобы ограничить перемещения инструмента. Если
это невозможно, то отдельные прихваты переставляют в другие
места, однако работа с «перехватом заготовки», как и вообще уста-
новка на необработанные поверхности, может привести к снижению
точности обработки вследствие упругих деформаций при закре-
плении.
По характеру обработки корпусной детали требуется позицион-
ная система программного управления. В некоторых случаях станки
оборудуют контурной системой управления, позволяющей обраба-
тывать поверхности сложной формы или обрабатывать фрезой
отверстия при ее перемещении по окружности, что более произво-
дительно при диаметре отверстия свыше 30 мм.
340
Возможные маршруты обработки ответственных поверхностей
и структуры операций в целом отличаются друг от друга точностью
и производительностью. Например, для схем операций с многократ-
ным позиционированием характерна накопленная погрешность
позиционирования. Оптимальный вариант построения операции
для заданных точности и производительности выявляют сравнением
возможных вариантов при расчете на ЭВМ.
На станках с ПУ применяют только консольный инструмент,
установленный на размер вне станка (погрешность настройки не
выше 0,05 мм). Соосность отверстий, расположенных в двух стенках
корпусной детали, обеспечивается обработкой с двух сторон с пово-
ротом стола. При нескольких соосных системах отверстий заго-
товки возможны два варианта их обработки, различных по точности
и трудоемкости. При первом варианте последовательно обрабаты-
вают все отверстия в одной стенке с последовательным позициони-
рованием на координаты, затем стол поворачивают на 180° для
обработки всех отверстий во второй стенке с повторным позициони-
рованием на каждую ось. При втором варианте соосные отверстия
в обеих стенках обрабатывают полностью с поворотом стола, затем
происходит позиционирование на координаты оси второй системы
отверстий и их полная обработка с поворотом стола. При первом ва-
рианте получается минимальный перекос отверстий, но труднее
обеспечивается точность межосевых расстояний и соосность отвер-
стий в двух стенках; при втором варианте выдерживаются более
жесткие требования к соосности и межосевому расстоянию, но
возрастает перекос осей. Оба варианта различны и по затратам
вспомогательного времени. Выбор варианта по критериям точности
и производительности можно рассчитывать на ЭВМ.
При проектировании операций для станков с ПУ рекомендуется
ступенчатые отверстия с жесткими требованиями к соосности обра-
батывать по возможности без координатных перемещений, а только
путем смены инструмента и осевого перемещения шпинделя.
Поворотные столы многооперационных станков имеют четыре—
восемь позиций; это создает возможность для обработки всех поверх-
ностей, расположенных на четырех сторонах параллелепипеда;
для обработки пятой и шестой сторон необходимо кантовать заго-
товку вокруг другой оси. В этом случае целесообразно установить
заготовку в спутнике и переустанавливать ее вместе с ним. На столе
станка можно установить несколько заготовок небольшого размера
и обрабатывать их по одной программе.
На станках типа многооперационных возможна полная обра-
ботка корпусной детали. Для одновременного выполнения различной
обработки некоторые многооперационные станки имеют два шпин-
деля, один из которых предназначен для тяжелых работ. Однако
это усложняет программу и увеличивает число инструментов в мага-
зине. Полная обработка приемлема при малых сериях выпуска
деталей. Рациональное использование станков с ПУ достигается
созданием специализированных участков, включающих несколько
341
простых станков с ПУ, и таким построением операции, при котором
число используемых на каждом станке инструментов составляет
семь—десять и предельно 20—25 шт.
Такой технологический процесс включает несколько опера-
ций, предусматривающих разделение обрабатываемых поверхностей
и обработку основных из них в несколько стадий. Предварительную
обработку поверхностей и основных отверстий выполняют на одном
многоонерационном станке, а получистовую и чистовую обработку
отверстий 2-го класса точности п чистовое фрезерование поверхно-
стей на другом. Обработку крепежных и других мелких отверстий
выделяют в отдельную операцию, выполняемую также на станке
с ПУ. Шлифование поверхностей, хонингование отверстий, а также
сверление глубоких отверстий, растачивание канавок в отверстиях
выполняют на универсальных станках.
Повышению производительности труда при обработке основных
отверстий в корпусных деталях способствует соблюдение требова-
ний технологичности. В любом варианте обработки предпочтительны
сквозные отверстия, по возможности без пересечения с другими
отверстиями; глухие отверстия трудно обрабатывать, особенно при
большой глубине. При наличии односторонних выемок (окон)
в отверстии нарушается точность формы отверстия в местах одно-
стороннего резания. Соотношение длины и диаметра отверстия
должно обеспечивать возможность применения жесткой расточной
скалки.
Установка инструментов в скалке через проемы в стенках
корпуса при выполнении расточной операции допустима только при
обработке единичных корпусов на универсально-расточных стан-
ках, но и в этом случае обработка внутренних торцов (особенно
с «обратной подачей») и канавок затруднительна.
При односторонней обработке соосных отверстий разного диа-
метра наиболее удобно расположить отверстия по убывающим
размерам. Для обработки отверстий с двух сторон диаметры отвер-
стий должны от каждого торца убывать к середине. Отверстия одного
диаметра легко обрабатывать одним инструментом во всех стенках
заготовки последовательно. Для одновременной обработки отверстий
расточную скалку необходимо ввести предварительно в корпус
заготовки. Для этого корпус с помощью специального устройства
в установочном приспособлении приподнимают, а после ввода
скалки опускают и закрепляют.
Условия обработки па станках с ПУ специфичны. Детали, наме-
чаемые для обработки на этих станках, необходимо конструировать
с учетом этих особенностей, а имеющиеся чертежи корректировать.
Так, в связи с использованием консольного инструмента нежела-
тельны большая длина обрабатываемых отверстий и их расположе-
ние в углубленных местах заготовки. Поверхности необходимо
максимально унифицировать, чтобы сократить число необходимых
инструментов. Нежелательны элементы, обрабатываемые с ради-
альной подачей инструмента. Должна быть полностью исключена
342
необходимость в какой-либо регулировке инструмента во время
обработки. Конструкция детали должна быть удобной для програм-
мирования и достижения точности.
Обработка крепежных отверстий занимает значительное место
в технологии обработки корпусных деталей. Эти отверстия распо-
лагают группами с взаимной координацией внутри группы и коор-
динацией группы относительно осей симметрии детали, базовых
поверхностей или других групп отверстий. Заданное расположение
отверстий обеспечивается направлением сверл по кондуктору.
Многошпиндельная обработка повышает производительность на дан-
ных операциях. На специальных агрегатных станках число шпин-
делей часто достигает нескольких десятков, а в автоматических
линиях по всем позициям —нескольких сетей. Многошпиндельная
обработка крепежных отверстий в автоматических линиях позво-
ляет снизить станкоемкость в 50—100 раз в сравнении с одношпин-
дельной обработкой в серийном производстве.
Сверление отверстий без направления инструмента производят
по разметке; оно трудоемко и характерно низкой точностью распо-
ложения осей отверстий (± 0,25 мм). Обработка без кондуктора на
станках с ПУ происходит при точном позиционировании и быстрой
смене инструмента. Однако во всех случаях сверления отверстий
без кондуктора наблюдается увеличенный увод осей отверстий по
сравнению со сверлением по кондуктору.
На многошпиндельных станках группы отверстий обрабаты-
вают при последовательном перемещении заготовки в несколько
позиций, оснащенных инструментом (например, первая позиция
оснащена соответственно расположенными сверлами, вторая пози-
ция зенковками, третья позиция метчиками). При этом заготовка
переводится в новую позицию поворотом стола или поступа-
тельным перемещением. Каждая позиция снабжена кондукто-
ром.
На радиально-сверлильных станках многопереходную обработку
отверстий производят путем последовательного выполнения пере-
ходов со сменой инструментов и кондукторных втулок. Для такой
операции характерна значительная трудоемкость обработки и
большой удельный вес вспомогательного времени в штучном (50—
60%). Последовательную обработку отверстий в нескольких стенках
производят в поворотном кондукторе.
При использовании комбинированного или сборного инстру-
мента (сверло —зенкер, сверло —развертка, сверло с зенковкой
и цековкой) устраняется необходимость в смене инструмента.
Резьбонарезание выполняют на сверлильных станках с помощью
резьбонарезного патрона без кондуктора. При малом объеме вы-
пуска применяют накладные и сборные кондукторы на базе универ-
сально-сборных приспособлений. Установку накладного кондуктора
на заготовке осуществляют следующими способами: от обработан-
ных основных поверхностей корпуса (отверстий или плоских
поверхностей); по совмещению рисок, определяющих положение
343
осей на кондукторе и на заготовке; путем совмещения контуров
кондуктора и платика на заготовке.
При серийном производстве разъемных корпусов отверстия
на поверхностях разъема обрабатывают в поворотном кондукторе,
предназначенном для сверления сопрягаемых отверстий в корпусе
и крышке попеременно, через одни и те же кондукторные втулки;
этим достигается совмещение отверстий в момент сборки обеих
частей и непрерывность подачи заготовок.
При составлении программы обработки на станке с ПУ групп
крепежных отверстий, расположенных на нескольких сторонах
заготовки, необходимо расчетное обоснование, так как точность
и производительность зависят от принятой схемы обработки. Воз-
можны три основных варианта, различающихся поворотами стола,
позиционированием на координаты и сменой инструмента. При
первом варианте все отверстия одного диаметра сверлят со всех
сторон заготовки при нескольких поворотах стола и многократном
позиционировании на ось каждого отверстия; далее по тому же
плану выполняют второй переход (зенкование фаски) для тех же
отверстий, затем третий переход (нарезание резьбы). При втором
варианте все отверстия на одной стороне обрабатывают последо-
вательно по всем трем переходам при смене инструментов и трех-
кратном позиционировании на ось каждого отверстия; затем стол
поворачивают для обработки всех отверстий на второй стороне и т. д.
При третьем варианте полностью обрабатывают каждое отверстие
с трехкратной сменой инструмента. Далее следует координатное
позиционирование на вторую ось и полная обработка следующего
отверстия, и так до полной обработки всех отверстий с одной сто-
роны заготовки; после поворота стола аналогично обрабатывают
все отверстия с другой стороны и т. д. Оптимальный вариант обра-
ботки выбирают с помощью ЭВМ из условий обеспечения точности
с учетом возможного накопления погрешностей индексации стола
и позиционирования на координаты и при обеспечении наибольшей
производительности.
Крепежные отверстия корпусных деталей должны по возмож-
ности иметь одинаковые размеры; это важно для сокращения вспо-
могательного времени при обработке отверстий со сменой инстру-
мента. Отверстия с одной стороны заготовки должны иметь парал-
лельные оси.
При контроле предусматривают проверку прямолинейности и
взаимного положения поверхностей, образующих конструкторские
Рис. 135. Схема контроля соосности отверстий
344
Рис. 1Э6. Схема контроля параллельности осей отверстий
базы корпуса; правильности геометрических форм основных отвер-
стий; соосности отверстий; параллельности осей основных отвер-
стий конструкторским базам; параллельности осей основных отвер-
стий и расстояний между ними; взаимной перпендикулярности
осей отверстий и перпендикулярности торцовых поверхностей
к осям отверстий.
Соосность двух отверстий проверяют контрольными оправ-
ками. Схема проверки трех соосно расположенных отверстий
приведена на рис. 135. Отклонение от соосности среднего отверстия
определяется индикатором 1, связанным штоком и системой рычагов
со щупом 2, при повороте контрольной оправки 3 с помощью ру-
коятки 4. Для крупногабаритных корпусов используют оптические
методы контроля.
Параллельность осей основных отверстий конструкторским
базам и расстояние от оси до базы контролируют с помощью кон-
трольных оправок. Параллельность осей основных отверстий и рас-
стояние Н между ними проверяют контрольными скалками и
индикатором (рис. 136).
Перпендикулярность осей отверстий в плоскости может быть
проверена, например, по схеме, приведенной на рис. 137. Диск 1
вставлен хвостовиком в одно из отверстий; в другое отверстие встав-
лена хвостовиком линейка 2; зазор между диском и линейкой,
проверяемый щупом, указывает неперпендикулярность. Может
быть применено и приспособление с двумя индикаторами на ли-
нейке. Перпендикулярность пересекающихся осей проверяют с по-
мощью приспособления, изображенного на рис. 127. Перпенди-
Рис. 137. Схема конт-
роля перпендикуляр-
ности осей отверстий
Рис. 138. Схема контроля перпен-
дикулярности торца к осн отвер-
стия
345
кулярность торцовых поверхностей к осям отверстий проверяют
индикаторным приспособлением на поворотной оправке, введенной
в отверстия до упора (рис. 138).
В производстве с большим объемом выпуска применяют при-
способления для одновременной проверки диаметров всех обработан-
ных отверстий с помощью пневматических или пневмоэлектрических
приборов. В автоматических линиях наряду с автоматическим кон-
тролем размеров применяют особые контрольные приспособле-
ния. Например, для предупреждения поломки метчиков в отвер-
стия после их сверления вводят контрольные штыри. Если глубина
отверстий достаточна, линия продолжает работу; если отверстия
нет или оно имеет недостаточную глубину из-за поломки сверла,
линия останавливается.
§ 3. ВТУЛКИ
Основные конструктивные разновидности подшипниковых вту-
лок показаны на рис. 139. Наиболее распространены втулки с отно-
шением L/D 2. Для изготовления втулок применяют сталь,
латунь, бронзу, серый или ковкий антифрикционный чугун, спе-
циальные сплавы, металлокерамику, пластмассы (текстолит, ка-
прон). Технические условия изготовления втулок характеризуются
следующими данными. Диаметры наружных поверхностей выпол-
няют по 2-му или 3-му классу точности; отверстия — по 2-му,
реже по 3-му классу точности, для ответственных сопряжений —
по 1-му классу точности. Отверстия окончательно обрабатывают
после запрессовки втулки. Разностенность допускается в пределах
0,03—0,15 мм, а неперпендикулярность торцовых поверхностей
к оси отверстия 0,2 мм па 100 мм радиуса; при осевой нагрузке
на торцы неперпендикулярность не должна превышать 0,02 —
0,03 мм. Шероховатость наружных поверхностей вращения Ra —
— 2,5 ч- 1,0 мкм; для отверстий Ra = 2,5 0,1 мкм, для_хорцо-.
вых поверхностей Ra = 12,5 -ь 5,0 мкм, а при осевой нагрузке
Ra — 2,5 -и 0,5 мкм.
Рис. 139. Конструктивные разновидности
подшипниковых втулок:
а — гладкая; б — с буртом; в — с фланцем для
крепления к тонкой стенке; г — с коническим
отверстием; д — разжимная; е — с заливкой
антифрикционным сплавом; ж — свернутая из
листа
346
Для втулок с диаметром отверстия 20 мм применяют калибро-
ванные или горячекатаные прутки, а также литые стержни. Для
втулок с диаметром отверстия более 20 мм применяют цельнотя-
нутые трубы или полые отливки; при этом осуществляют литье
в песчаные формы машинной формовки, в постоянные металличе-
ские формы, центробежное и под давлением. Для свернутых тон-
костенных втулок с открытым швом применяют латунные листы,
а также биметаллическую ленту. Заготовки из металлокерамиче-
ских материалов получают прессованием с последующим спека-
нием; заготовки из пластмасс получают прессованием.
Технологические задачи при обработке втулок заключаются
в достижении концентричности наружных поверхностей относи-
тельно отверстия и перпендикулярности торцов к оси отверстия.
Д^я тонкостенных втулок возникает дополнительная задача закреп-
ления заготовки при обработке без ощутимых ее деформаций.
Задача обеспечения концентричности наружных поверхностей
относительно отверстия и перпендикулярности торцовых поверх-
ностей к оси отверстия может быть решена обработкой: 1) наружных
поверхностей, отверстий и торцов за один установ; 2) всех поверх-
ностей за два установа или за две операции с базированием при
окончательной обработке отверстия по наружной поверхности;
3) всех поверхностей за два установа или две операции с базиро-
ванием при окончательной обработке наружной поверхности по
отверстию. •
Обработка за один установ возможна при изготовлении втулок
из прутка или трубы с отрезкой обработанной заготовки в конце
выполнения операции. При индивидуальном литье крупных заго-
товок обработка за один установ требует наличия приливов, что
значительно увеличивает отходы и понижает коэффициент исполь-
зования металла; поэтому для индивидуальных отливок этот спо-
соб может быть применен только в единичном производстве.
Базирование по обработанному отверстию имеет ряд преиму-
ществ по сравнению с базированием по обработанной наружной
поверхности: а) при обработке на жесткой или разжимной оправке
погрешность установки или отсутствует, или значительно меньше,
чем при обработке в патроне с креплением заготовки по наружной
поверхности; б) более простое, точное и дешевое центрирующее
устройство, чем патрон; в) при использовании оправок может
быть достигнута высокая степень концентрации обработки.
При обработке за один установ заготовок и» прутка или труб
базами являются наружная поверхность и подрезанный торец,
устанавливаемый по упору. При обработке индивидуальной заго-
товки за базу целесообразно принимать предварительно обрабо-
танное отверстие и торец заготовки.
Погрешность установки определяется при креплении прутка
или трубы в цанге или в патроне радиальным и осевым смещением
заготовки; при креплении индивидуальной заготовки в трехкулач-
ковом патроне для зенкерования литого отверстия радиальным
347
смещением заготовки; при протягивании отверстия и при обработке
на разжимной оправке, установленной в центрах, погрешность
установки отсутствует. Погрешность установки влияет на точность
осевых размеров при несовмещенных технологической и измери-
тельной базах. Припуски на обработку цилиндрических поверхно-
стей и торцов должны устанавливаться с учетом погрешности
установки.
Пространственные отклонения характеризуются: при изготов-
лении втулок из прутка или трубы — местной кривизной заготовки
и уводом оси при сверлении отверстия; при изготовлении втулок
из индивидуальных отливок или прессованных заготовок — уводом
оси отверстия заготовки, несоосностью наружных поверхностей
и отверстия и неперпендикулярностью торцовых поверхностей оси
отверстия.
Пространственные отклонения, изменяя глубину резания в про-
цессе обработки, влияют на отжатия элементов технологической
системы, но непосредственно в расчетную формулу для определения
допуска не входят; вместе с тем пространственные отклонения
влияют на припуски и суммируются с погрешностью установки
для припусков на диаметры по правилу квадратного корня, а для
осевых размеров арифметически.
Технологию механической обработки втулок выполняют в раз-
ных вариантах. При обработке втулок из прутка придерживаются
следующего технологического маршрута:^!) подрезка торца у прут-
ка, подача прутка до упора, зацентровка торца под сверление,
сверление отверстия и обтачивание наружной поверхности, раста-
чивание или зенкерование отверстия и обтачивание наружной
поверхности со снятием фасок на свободном торце, предварительное
развертывание, окончательное развертывание, отрезка (рис. 140);
эту операцию выполняют на токарно-револьверном станке, одно-
шпинделыюм или многошпиндельном автомате; 2) снятие фасок
с противоположного торца втулки на вертикально-сверлильном
или токарном станке; 3) сверление смазочного отверстия; 4) наре-
зание смазочных канавок на специальном станке.
При обработке втулок из трубы вместо сверления производят
зенкерование или растачивание отверстия; в остальном процесс не
отличается от обработки втулки из прутка.
г- При обработке втулок из индивидуальной отливки или штам-
пованной заготовки целесообразно применять следующий техноло-
гический марщр^т^!) зенкерование отверстия втулки и снятие фаски
в отверстии на вертикально-сверлильном станке (рис. 141); в связи
с тем, что при закреплении втулки в патроне базирующей является
наружная поверхность втулки, расчет припуска на зенкерование
следует производить по формуле (87) с учетом увода оси отверстия
отливки и погрешности установки втулки в патроне; 2) протяги-
вание отверстия на горизонтально-протяжном станке со сфериче-
ской самоустанавливающейся шайбой, которую применяют в связи
с тем, что торец втулки не обработан; протягиванием остаточный
348
Рис. 140. Схема обработки втулки на токарно-
револьверном стайке
Рис. 141. Схема зеикеро-
вания базового отверстия
втулки
увод оси отверстия не устраняется, а погрешность установки отсут-
ствует; поэтому припуск под протягивание определяют по формуле
(89) с учетом поверхностных неровностей и дефектного поверхност-
ного слоя; вместо протягивания применяют прошивание отверстия
на прессе; у втулок, запрессовываемых в корпус, оставляют припуск
на окончательную обработку отверстия после запрессовки; при
точном выполнении заготовок и тщательной очистке их поверхности
протягивание отверстия можно производить и без его предваритель-
ного зенкерования; 3) предварительное (чистовое) обтачивание
наружной поверхности (в зависимости от точности выполнения
заготовки), подрезка торцов и снятие наружных (а часто и внутрен-
них) фасок на токарно-многорезцовом полуавтомате; операцию
выполняют с базированием по отверстию на разжимной оправке
или с запрессовкой втулки на цилиндрическую оправку (рис. 142);
при расчете припуска погрешностью установки можно пренебречь,
а пространственное отклонение должно включать остаточное сме-
щение оси отверстия после зенкерования; 4) чистовое обтачивание
наружной поверхности, если производили предварительное обта-
чивание; чистовую подрезку
торцов производят лишь в том
случае, если это вызывается до-
пуском на размер по длине и
требованиями, предъявляемыми
к торцовым поверхностям; если
производят обтачивание только
наружной гладкой поверхно-
сти, то операцию выполняют
на обычном токарном станке,
а если ступенчатую наружную
поверхность, то па .многорезцо-
вом полуавтомате. Последующие
Рис. 142. Схема обтачивания втулки
на многорезцовом полуавтомате
349
четыре технологические операции аналогичны операциям второго-
пятого маршрута обработки втулки из прутка.
Технология изготовления втулок различных конструктивных
разновидностей отличается лишь наладкой для обработки наружных
поверхностей на многорезцовых полуавтоматах. Втулки с кониче-
ским отверстием зенкеруют и развертывают коническим инстру-
ментом с подачей до упора. У разрезных конических втулок при
многорезцовой обработке коническую поверхность обтачивают по
копиру; кроме того, предусматривают фрезерование прорезей и
надрезов на наружной поверхности втулок, а также нарезание
резьбы на их концевых уступах. В отверстиях втулок, заливаемых
антифрикционным сплавом, растачивают канавки для удержания
сплава. Свернутые втулки с открытым швом после запрессовки на
место подвергают дорнованню или тонкому растачиванию с получе-
нием окончательного размера.
Гильзы цилиндров автомобильных и тракторных двигателей
являются крупными тонкостенными втулками. Их изготовляют из
заготовок, полученных центробежным литьем, литьем в песчаные
формы с корковым стержнем и литьем в оболочковые формы. Наи-
более часто гильзы обрабатывают по следующему технологиче-
скому маршруту: черновое и получистовое растачивание; черновое
и получистовое обтачивание; закалка с помощью ТВЧ и отпуск;
чистовое растачивание; гидравлическое испытание, предварительное
и чистовое хонингование; шлифование поясков и бурта; подрезка
торцов и обтачивание наружной поверхности бурта; тонкое хонин-
гование.
Металлокерамические втулки изготовляют преимущественно из
материалов на железной или медной основе. Материалы на медной
основе отличаются меньшим коэффициентом трения, лучшей прира-
батываемостью, но обладают меньшей прочностью.
При обработке железокерамических заготовок резцы с пластин-
ками из твердого сплава ВК8 обеспечивают высокую стойкость,
а наличие переходной режущей кромки с углом заточки 1,5—2Q
обеспечивает малую шероховатость поверхности при v — 200 -г-
-—400 м/мин, s = 0,05 -5- 0,15 мм/об и # = 0,5-ь 1,2 мм.
Для улучшения антифрикционных свойств втулки после спе-
кания подвергают пропитке минеральным маслом в ванне, нагретой
до ПО—120° С. В зависимости от толщины стенки втулки продол-
жительность ее пропитки колеблется от 45 (для стенки толщиной
4 мм) до 120 мин (для стенки толщиной 9,5 мм).
Отверстия втулок не рекомендуется калибровать шариком или
уплотняющей оправкой, так как в этом случае поры частично
закрываются и смазочная способность понижается; поэтому пред-
почтительно тонкое растачивание. Обычно применяют однократное
чистовое растачивание.
Втулки из пластмасс изготовляют из прутка, трубы или инди-
видуальной заготовки, полученной прессованием. Технология обра-
ботки втулок из прутка и трубы аналогична обработке металличе-
350
ских втулок. Высокая точность прессования индивидуальных заго-
товок для втулок позволяет ограничиться чистовой обработкой.
У втулок проверяют диаметры и осевые размеры, шероховатость
поверхностей (преимущественно по эталонам), соосность наружных
поверхностей относительно отверстий и перпендикулярность торцов
к оси отверстия. В массовом производстве для контроля наружных
поверхностей вращения, их соосности отверстию и перпендикуляр-
ности торцов к оси отверстия целесообразно применять многомерные
индикаторные или светофорные контрольные приспособления. При
большой программе выпуска втулки целесообразно проверять на
контрольных автоматах.
§ 4. РЫЧАГИ
К деталям данного класса относятся собственно рычаги, тяги,
серьги, вилки, балансиры. Особую группу деталей представляют
шатуны. Конструктивные разновидности рычагов показаны на
рис. 143. (Детали класса рычагов имеют два отверстия или больше,
оси которых расположены параллельно или под прямым углом.
Тело рычагов представляет собой стержень, не обладающий доста-
точной жесткостью. В деталях этого класса кроме основных отвер-
стий обработке подвергают шпоночные или шлицевые канавки,
крепежные отверстия и прорези в головках. Торцы основных
отверстий и стержни шатунов часто не обрабатывают.
^Материалом для изготовления рычагов служит сталь 35, ковкий
чугун и реже серый. Особо ответственные рычаги выполняют из
легированной стали.
Основные технические условия на изготовление рычагов: 1) обес-
печение правильной геометрической формы основных отверстий
и их торцов; 2) обеспечение заданных размеров, из которых глав-
Рис. 143. Конструктивные разновидности рычагов:
а — прямой; б — изогнутый; в — с центральным отверстием; г — вильчатый; д — с пере-
секающимися осями; е — с разъемной головкой; ж — серьга; з — тяга; и — вилка
переводка
351
ними являются диаметры основных отверстий, расстояния между
их осями н расстояния между торцами головок; диаметры основных
отверстий выполняют по 2—3-му классу точности; расстояния
между их осями с точностью 0,05—0,2 мм, расстояния между тор-
цами головок по 4-му и шпоночные пазы по 3-му классам точности;
3) обеспечение взаимного расположения поверхностей; параллель-
ность осей основных отверстий выдерживают в пределах 0,05 —
0,25 мм па 100 мм длины; перпендикулярность торцовых поверх-
ностей головок к осям основных отверстий 0,1—0,3 мм на 100 мм
радиуса; параллельность торцовых поверхностей головок между
собой в пределах 0,05—0,25 мм на 100 мм длины; у вилок обеспе-
чивают перпендикулярность торцов лапы и торцов головки к оси
основного отверстия в пределах 0,1—0,3 мм на 100 мм длины;
несоосность основных отверстии наружной поверхности головок
из условий прочности головок тяг, серег и других деталей, под-
верженных осевой нагрузке, не более 0,5 — 1 мм; 4) шероховатость
поверхности основных отверстий выдерживают в пределах Ra =
— 2,5 -5- 0,5 мкм, а для торцов головок Ra = 3,2 мкм. Для уст-
ранения возможного искривления рычаги из стали и ковкого чугуна
часто подвергают правке до и в процессе обработки.
ДТри изготовлении заготовок рычагов ковкощ желательны про-
стые формы, очерченные плоскими и цилиндрическими поверхно-
стями. Следует избегать сложных пересечений и ребристых сечений.
При изготовлении заготовок штамповкой/ выбранная поверхность
разъема должна обеспечивать легкую выемку заготовки из штампа
и хорошее заполнение его рельефа металлом. Предпочтительна сим-
метричная форма заготовки относительно поверхности разъема
и разъем по плоской поверхности (а не по криволинейной). Это
облегчает процесс штамповки и упрощает изготовление штампов.
Необходимо стремиться к возможно меньшей разнице площадей
поперечных сечений детали по ее длине и к отсутствию топких
стенок, высоких ребер, длинных и тонких отростков.
В массовом производстве заготовки рычагов получают попе-
речно-винтовой прокаткой и ковкой на ковочных вальцах^ Эти
методы высокопроизводительны при высоком коэффициенте исполь-
зования материала. Плоские рычаги (типа серег) штампуют из
листа соответствующей толщины. ;
При изготовлении заготовок литьем предпочтительнее прямоли-
нейная форма рычага вместо криволинейной.. Это упрощает изго-
товление модели и формы, так как допускает разъем в одной пло-
скости. Конфигурация детали должна исключать необходимость
подрезки поверхности разъема и применение отъемных частей модели
для удаления ее из формы.' Заготовки рычагов обычно отливают
в песчаные формы..Заготовки стальных рычагов небольших раз-
меров получают литьем по выплавляемым моделям. <
В массовом и серийном производстве обработку производят
в специальных приспособлениях, обеспечивая взаимное положение
поверхностей рычага, расстояний между осями его основных отвер-
352
стий и торцами головок. Точность основных отверстий достигают
применением мерного режущего инструмента, а торцовые поверх-
ности фрезеруют, цекуют или шлифуют.
Л1аршрут обработки резанием рычагов следующий: 1) последо-
вательная или одновременная обработка торцовых поверхностей
головок (у заготовок, прошедших чеканку, эту обработку часто не
производят); 2) обработка основных отверстий; 3) обработка шпо-
ночных пазов или шлицевых поверхностей в основных отверстиях;
4) обработка вспомогательных отверстий, включая нарезание в них
резьб (если нужно). Применяют также варианты этого маршрута,
в которых первая и вторая операции меняют местами или объеди-
няют в одну.
Для обеспечения регламентированного распределения массы
(для шатунов быстроходных двигателей) в конце маршрута вводят
операцию по снятию необходимого количества металла с неответ-
ственных частей заготовки. Эта операция сопровождается контро-
лем на специальной установке. На отдельных этапах обработки
используют различные технологические базы. 'При фрезеровании.'
торцовых поверхностей головок за базу принимают поверхности
стержня рычага или поверхности головок; при их шлифовании
за базу принимают противоположные поверхности головок, опирая
их на поверхность магнитного стола. Для обработки основных
отверстий в качестве базы выбирают обработанные поверхности
головок и их наружные поверхности, в результате чего обеспечи-
вается равная толщина стенок головок. Последующие заключи-
тельные этапы обработки выполняют на базе одного или двух ос-
новных отверстий с использованием опорного торца головки.
Принцип постоянства баз может быть полностью выдержан при
обработке в приспособлениях-спутниках на автоматических линиях.
В этом случае рычаги базируют и закрепляют за их стержень.
Аналогичная схема встречается при обработке небольших рычагов
в поворотных приспособлениях в условиях непоточного производ-
ства. Все операции обработки, включая цекование торцов головок,
выполняют на вертикальных или радиально-сверлильных станках.
Поверхности головок целесообразно фрезеровать одновременно
с двух сторон на горизонтально-фрезерном станке набором фрез
с установкой заготовки 1 в приспособление (рис. 144). Для повы-
шения производительности на столе станка могут быть установлены
два приспособления 3, и обработку заготовок 2 набором фрез 1
производят с маятниковой подачей стола 4 (рис. 145) либо приспо-
собления 3 устанавливают на поворотный стол 4 (рис. 146). Заго-
товку 2 устанавливают в приспособление за время обработки набо-
ром фрез 1 другой заготовки во втором приспособлении. При обра-
ботке по схеме, приведенной на рис. 146, возможно фрезерование
с перекладыванием заготовок. Учитывая малую жесткость рычагов,
приспособление должно обеспечивать надежное крепление заго-
товки. Наиболее технологичны такие конструкции шатунов, у ко-
торых поверхности головок с каждой стороны расположены на
12 п/р. Корсакова В. С. 353
Рис. 144. Схема фрезерования торцов головок рычагов
одном уровне; это позволяет вести их обработку за один рабочий
ход. Характерным пространственным отклонением заготовки, кото-
рое необходимо учитывать при расчете припусков на торцовые по-
верхности головок, является коробление.
В массовом и крупносерийном производстве обработку основных
отверстии производят на агрегатных миогошпиндельиых 'одно- и
многопозиционных станках, на вертикально-сверлильных станках
с применением многошпиндельных головок, а также на протяжных
станках. В серийном производстве основные отверстия обрабатывают
на радиально- и вертикально-сверлильных станках со сменой инстру-
мента в одной операции и быстросменных втулок в кондукторах..
При групповой обработке применяют специальные многоместные
приспособления и многоинструментные наладки?
Схема обработки первого основного отверстия рычага с помощью
скальчатого кондуктора приведена на рис. 147. Базирование по
торцу и наружной поверхности головки обеспечивает ее равностен-
ность. Этот кондуктор одновременно является и групповым приспо-
соблением, предназначенным для обработки двух рычагов, разли-
чающихся размерами головок. Второе основное отверстие обраба-
Рис. 145. Схема маятникового фрезе-
рования поверхностей головок
Рис. 146. Схема многоместного фрезе-
рования головок рычагов
354
Рис. 147. Схема сверления от-
верстия в головке рычага с ба-
зированием ее но контуру
Вид A
Рис. 148. Схема сверления отвер-
стия в головке рычага с базирова-
нием по отверстию во второй го-
ловке
тывают в другом кондукторе (рис. 148), который также предназна-
чен для обработки обоих рычагов. Рычаг устанавливают обрабо-
танным отверстием на базирующий палец кондуктора; при этом
он лишается четырех степеней свободы. При опускании кондук-
торной плиты рычаг ориентируется и прижимается вниз, т. е. его
лишают двух остальных степеней свободы. Расстояние между осями
отверстий обеспечивают тем, что пальцы, на которые устанавли-
вают рычаги обработанными отверстиями, расположены на опре-
деленных расстояниях от оси кондукторной втулки. Равностенность
второй головки рычага при этом не обеспечивается, так как рас-
стояние между осями бобышек в партии заготовок непостоянно.
Наибольшая величина разностенности головки равна допуску на
межосевое расстояние.
Схема приспособления для обработки отверстий при одном
закреплении рычага приведена на рис. 149. Базами служат нижние
и боковые поверхности головок, которыми они соприкасаются с цен-
трирующими призмами. Наличие штамповых уклонов обеспечи-
вает прижатие рычага призмами вниз. При этой схеме установки
несоосность просверленного отверстия и контура левой головки
равна 6Д2 sin где 6 —до-
пуск на диаметр головки, а
а — угол призмы. Несоос-
ность контура правой голов-
ки отверстию увеличивается
еще на допуск на межосевое
расстояние.
Основные отверстия об-
рабатывают по маршруту:
сверление, зенкерование, од-
но- или двукратное развер-
тывание. Применяют также
повременного сверления отверстий в го-
ловках рычага
12*
355
маршрут: сверление, протягивание или прошивание. Для дости-
жения точности 1-го класса и шероховатости Ra < 0,32 мкм
осуществляют тонкое растачивание и хонингование. Отверстия
диаметром более 30 мм получают прошивкой или литьем (в неболь-
ших рычагах, получаемых точным литьем, можно получать отвер-
стия и меньшего диаметра). В этом случае в маршрут включают
вместо сверления предварительное зенкерование и последующие
чистовые методы обработки.
Наибольшая параллельность осей отверстий достигается при од-
новременной их обработке несколькими инструментами на много-
шпиндельных станках; несколько меньшая точность получается
при последовательной обработке, но при одном закреплении заго-
товки (обработку осуществляют с перемещением стола расточного
станка или на радиально-сверлильном станке); наименьшая точность
получается при последовательной обработке отверстий на разных
станках и в разных приспособлениях. Для достижения параллель-
ности осей отверстия стержень рычага при закреплении не должен
подвергаться изгибу. Это достигается приложением зажимных
сил к головкам рычага. Непараллельность осей отверстий устра-
няют холодной правкой рычагов под прессом или вручную в спе-
циальных приспособлениях с последующим контролем.
В единичном и мелкосерийном производстве рычаги обрабаты-
вают по разметке без приспособлений или с использованием
приспособлений переналаживаемых типов. Основные отверстия и
торцы обрабатывают на вертикально-расточных станках, а в рыча-
гах малых размеров и на токарных. При обработке на вертикально-
расточных станках без приспособлений заготовку устанавливают с
выверкой по рискам, разметке и с креплением ее прихватами. При
одной установке стараются обработать наибольшее количество
поверхностей заготовки, перемещая стол в поперечном и про-
дольном направлениях. Точность отверстий достигается примене-
нием мерного режущего инструмента или чистовым растачиванием
по методу пробных рабочих ходов и измерений. Межосевые расстоя-
ния обеспечиваются координатным методом растачивания, расстоя-
ния между торцами головок —методом пробных рабочих ходов.
Обработку выполняют за два установа; при первом установе обра-
батывают торцы головок с одной стороны, при втором —торцы
головок с другой стороны и основные отверстия рычага; в после-
дующих операциях обрабатывают остальные поверхности (шпоноч-
ные пазы, мелкие отверстия и др.) на фрезерных и сверлильных
станках с использованием уже обработанных поверхностей в каче-
стве баз для установки и выверки.
В массовом и крупносерийном производстве рычаги контроли-
руют с помощью приспособлений, а в производствах других видов
с помощью универсальных измерительных средств. Неплоскостность
торцов головок проверяют на контрольной плите по щупу. Рас-
стояние между осями отверстий измеряют, вставляя в них гладкие
контрольные оправки, а также измеряя микрометром или микроме-
356
Рис. 150. Схема контроля параллель-
ности осей отверстий в головках ша-
туна
Рис. 151. Схема контроля перпендИ'
кулярности торца к оси отверстия
^Д-'трической скобой расстояние между оправками. Расстояние между
осями равно измеренному за вычетом радиусов оправок. Соосность
расположения отверстий у вильчатых рычагов определяют гладким
контрольным валиком, который должен без заеданий входить в оба
отверстия. Непараллельность осей отверстий проверяют следую-
щим образом. В отверстия рычага вставляют контрольные валики
(рис. 150). Рычаг устанавливают в вертикальное положение на
призмы. При покачивании рычага на нижней оправке определяются
показания двух индикаторов 1 и 2, расположенных на одинаковых
расстояниях а от торцов верхней головки. Разница показаний этих
индикаторов указывает на непараллельность осей отверстий. Раз-
ность показаний двух горизонтально расположенных индикато-
ров 3 и 4 выявляет перекрещивание осей отверстий рычага в про-
странстве, доведенного до упора 5. Перпендикулярность торцов
головок к осям основных отверстий проверяют индикатором при
установке рычага на контрольной оправке в центрах (рис. 151)
или с помощью щупа, используя контрольный валик с буртом.
§ 5. ЗУБЧАТЫЕ КОЛЕСА
\3убчатые колеса делят на цилиндрические, конические и чер-
вячные. Цилиндрические зубчатые колеса выполняют одно- и мно-
говенцовыми (блочными). По конфигурации зубчатые колеса делают
в виде дисков, фланцев и валиков (с хвостовиками). У зубчатых
колес в виде дисков (рис. 152, а) отверстия выполняют гладкими,
со шпоночными пазами и шлицевыми. Отношение длины к диа-
метру отверстий у этих колес больше 1. У зубчатых колес типа флан-
цев (рис. 152, б) это отношение значительно меньше 1. При посадке
на ступицу эти колеса центрируются на ней посадочным отверстием
и крепятся к ней по торцовой поверхности. У валиков зубчатые
венцы могут быть расположены на крайней или средних шейках
357
Рис. 152. Конструктивные разновидности зубчатых колес н формы зубьев
/АД
e) *)
(рис. 152, в). У цилиндрических колес зубья выполняют прямыми, *
спиральными и шевронными (рис. 152, г); у конических — прямыми,
косыми и криволинейными. Переключаемые цилиндрические колеса
в коробках скоростей имеют закругленные с торца зубья (рис. 152, д),
что обеспечивает плавное попадание зубьев во впадины другого
колеса. У быстроходных колес зубья для снижения шума делают
бочкообразными (рис. 152, ё) или фланкированными (рис. 152, ж).
При наличии перекоса осей пятно контакта у бочкообразных зубьев
располагается не с краю, а в середине; бочкообразность достигает
0,02—0,04 мм.
Слабонагруженные колеса изготовляют из углеродистой стали,
чугуна, цветных сплавов, пластмасс (текстолит, капрон и др.); при
большой нагрузке их изготовляют из углеродистых и легированных
сталей (45, 40Х, 20Х, 18ХГТ, 35ХМ и др.) и подвергают термической
и химико-термической обработке (закалке с помощью ТВЧ, цемен-
тации и закалке, цианированию, азотированию); червячные колеса
выполняют из бронзы (БрАЖ9-4, БрОНФ, БрОБ10 —1) и чугуна
(СЧ 15-32, СЧ 21-40).
Центральное отверстие и посадочные шейки зубчатых колес
и валиков выполняют по 2-му и реже по 1 —3-му классам точности.
Неперпендикулярность торцов к оси отверстия допускается 0,1—-
0,15 мкм/мм. Эксцентриситет зубчатого венца от носительно посадоч-
ных поверхностей может быть не более 0,03—0,05 мм. Точность ос-
тальных элементов зубчатых колес выдерживают в пределах 3—5-го
класса.
Допуски цилиндрических эвольвентных зубчатых передач моду-
лей от 1 до 50 мм регламентированы ГОСТ 1643—72. Из 12 степеней
точности в машиностроении в основном применяют 5, 6, 7, 8 и 9-ю
степени. ГОСТом установлены требования к кинематической точ-
ности зубчатых колес, плавности их работы и контакту зубьев.
Допуски на конические зубчатые передачи установлены по
ГОСТ 1758—56, а на червячные передачи по ГОСТ 3675—56.
358
Заготовки зубчатых колес простой конфигурации диаметром
50 мм получают резкой из проката. Более крупные заготовки в еди-
ничном и мелкосерийном производстве получают свободной ковкой
и ковкой в подкладных штампах. В серийном и массовом производ-
стве заготовки выполняют на молотах в закрытых штампах. Заго-
товки зубчатых колес с хвостовиками нужно штамповать на гори-
зонтально-ковочных машинах методом высадки. В этом случае
уменьшаются отходы металла, так как отсутствует облой, и штам-
повые углы заготовки сводятся к минимуму.
Зубчатые венцы большого диаметра целесообразно получать рас-
каткой; этим обеспечивается равиостенность заготовки, однако
овальность получается больше, чем при штамповке. Заготовки зуб-
чатых колес с односторонней ступицей при небольшом перепаде
диаметров нередко выполняют методом безоблойнбй штамповки,
экономя при этом металл.
Кованые и штампованные заготовки целесообразно выполнять
с прошитыми отверстиями, если их диаметр более 30 мм и длина
не более двух диаметров. Ковкой if штамповкой повышают механи-
ческие свойства материала, а штамповка высадкой позволяет полу-
чить благоприятное расположение волокон, увеличивающее проч-
ность зубьев на изгиб. Штамповкой достигается размельчение зерен
материала, что уменьшает шероховатость поверхности зубьев при
обработке резанием.
Заготовки из чугуна и цветных сплавов (иногда из стали) полу-
чают литьем. Этим методом можно получать и зубчатые венцы 10—
12-й степеней точности без последующей механической обработки.
Такие зубчатые колеса используют в сельскохозяйственных и
подъемно-транспортных машинах. У чугунных колес зубья могут
быть отлиты с отбеленной износостойкой поверхностью. Заготовки
колес, подвергающиеся цементации, проходят нормализацию. Ко-
леса, не подвергаемые цементации, улучшают до твердости НВ
220—260. Заготовки из пластмасс получают прессованием и литьем.
Зубчатые колеса можно расчленить на два основных этапа —
обработку до нарезания зубьев и обработку зубчатого венца. Послед-
нюю нередко сочетают- с некоторыми отделочными операциями обра-
ботки корпуса колеса. В зависимости от конфигурации и размеров
колеса маршрут первого этапа обработки можно изменять. Заготов-
ки, получаемые из прутка, обрабатывают на револьверных станках,
одно- или многошпиндельных автоматах за одну операцию.
Штампованные и литые заготовки типа дисков или венцов в се-
рийном производстве обрабатывают на токарно-револьверных стан-
ках за одну или две установки в патроне. При обработке за одну
установку заготовку закрепляют в кулачках патрона за необрабо-
танную поверхность ступицы или за необработанную внутреннюю
поверхность обода. В этом случае обеспечивается хорошая концент-
ричность всех поверхностей вращения колеса. При обработке за
две установки заготовку сначала крепят за. необработанную поверх-
ность обода и обрабатывают отверстие; при второй установке заго-
359
Рнс. 153. Схемы обработки поверхностей вращения зубчатых колес на восьми-
шпиндельном полуавтомате
товки на оправку обрабатывают поверхность обода и другие поверх-
ности колеса. В этом случае также обеспечивается концентричность
всех обработанных поверхностей. В массовом производстве обра-
ботку производят на многошпиндельных патронных полуавтоматах.
Дублированная наладка восьмишпиндельного полуавтомата для
обтачивания заготовки колеса приведена на рис. 153. Применяют
также вариант многорезцовой обработки, включающей следующие
основные операции: ^сверление или зенкерование прошитого отвер-
стия в ступице с подрезкой ее торца на вертикально-сверлильном
станке, протягивание отверстия и шлицев, предварительное обтачи-
вание заготовки на многорезцовом полуавтомате, чистовое обта-
чивание на полуавтомате такого же типа. Схема обтачивания заго-
товки, напрессованной на оправку, приведена на рис. 154. Вслед-
ствие применения подкладных колец при запрессовке заготовка
точно ориентируется по длине оп-
равки. Перед нарезанием зуба часто
производят шлифование одного тор-
ца заготовки на оправке для полу-
чения точной опорной базы.
Маршрут первого этапа обработки
зубчатых колес с хвостовиком прин-
ципиально ничем не отличается от
маршрута обработки ступенчатых ва-
лов. Перед нарезанием зуба здесь
необходимо обеспечить шлифованием
точные базы — одну из шеек и опор-
Рис. 154. Схема обтачивания
зубчатого колеса на многорез-
цовом полуавтомате
360
ный торец ее уступа. В серийном производстве обработку зубчатых
колес целесообразно производить групповым методом, используя
указанное оборудование. При большом выпуске применяют автома-
тические одно предметные и переналаживаемые станочные линии.
Маршрут обработки зубчатого венца зависит от предъявляемых
к колесу требований. Для получения зубьев 5—7-й степени точности
зубчатый венец подвергают предварительной и чистовой обработке,
а затем отделке; для получения 8-й степени точности обработку ведут
без отделки; а для получения 9—10-й степени точности ограничи-
ваются однократной обработкой. Предварительную обработку пря-
мых и спиральных зубьев цилиндрических колес производят червяч-
ными двух- или трехзаходными фрезами на зубофрезерных полу-
автоматах. Фрезу устанавливают при наладке станка с наклоном
так, чтобы винтовая линия ее зубьев совпадала с направлением пря-
мого или спирального зуба нарезаемого колеса.
Рис. 155. Схемы предварительной прорезки впадин (А —деление заготовки
на один или несколько зубьев)
Высокопроизводительны методы нарезки дисковыми модульными
фрезами путем последовательного фрезерования впадин при исполь-
зовании делительного многоместного приспособления (рис. 155, а),
двумя или тремя дисковыми специальными фрезами, закрепленными
на одной оправке (рис. 155, б); одновременным строганием всех впа-
дин профильными резцами с радиальной подачей на специальных
станках (рис. 155, в), протягиванием (рис. 155, г); ,в последнем слу-
чае протягивают несколько (три —пять) зубьев,' затем заготовку
повертывают на соответствующий угол и протягивают следующие
зубья. Одновременное протягивание всех зубьев производят лишь
при обработке зубчатых венцов внутреннего зацепления. Колеса
малого диаметра с небольшой длиной зуба можно нарезать гребен-
чатой фрезой в многоместном приспособлении методом обката.
Применение червячных фрез с пластинками твердого сплава позво-
лило достичь высоких скоростей резания (150 —250 м/мин). При
подачах 2—4 мм на один оборот заготовки производительность повы-
шается в 10—15 раз по сравнению с обработкой инструментом из
быстрорежущей стали. Производительность обработки можно повы-
сить установкой нескольких заготовок на станке пакетом. При
выступающей ступице рекомендуется оформлять конструкцию зуб-
чатого колеса по рис. 62, г, что позволяет обработать две заготовки.
351
Зубья колес модуля 2,5 мм нарезают за один рабочий ход; при боль-
шем модуле —за два или три рабочих хода. Малые венцы блочных
колес нарезают на зубодолбежных станках с оставлением достаточ-
ного зазора на выход инструмента (см. рис. 152, а). Фрезерование
производительнее зубодолбления, однако последнее обеспечивает
лучшие точность и шероховатость поверхности зубьев.
Зубья можно также получать методом холодного (колеса модуля
1 мм) и горячего накатывания. Холодное накатывание применяют
как заключительный переход обработки при изготовлении неболь-
ших зубчатых колес из прутка на токарных автоматах, получая
7—8-ю степень точности. Горячее накатывание производят на спе-
циальных станках, достигая 9-й степени точности. Дополнительной
обработкой (удалением окалины, калиброванием зуба холодным
обкатыванием, азотированием) точность можно повысить до 7—
8-й степени. Нагрев заготовки перед накатыванием зуба производят
с помощью ТВЧ. Накатниками служат шестерни из быстрорежущей
стали, что обеспечивает их высокую стойкость. Накатывание в 5 раз
производительнее зубофрезерования. Оно экономит металл, повы-
шает прочность и износостойкость зубьев. Последнее достигается
только после холодного накатывания в результате наклепа.
Чистовую обработку зубьев осуществляют червячными одно-
заходными или многозаходными шлифованными фрезами и долбя-
ками. Последующее шевингование применяют после нарезания
зуба червячными шлифованными фрезами и долбяками. При чи-
стовом зубофрезероваиии часто выполняют фланкирование зубьев
(см. рис. 152, ж), применяя червячные фрезы специального про-
филя.
В крупносерийном и массовом производстве используют высоко-
производительные станки, снабженные загрузочными автомати-
ческими устройствами ротационного типа с запасом заготовок на
половину смены или на одну смену. При цикловой системе програм-
много управления станками достигается полная автоматизация рабо-
чего цикла (установка и снятие заготовок, выполнение всех рабочих
и вспомогательных движений станка).
На точность чистовой обработки зубьев влияют некоторые фак-
торы. Погрешность шага зубьев зависит от точности делительных
цепей станка, а погрешность толщины зуба еще от точности изготов-
ления зуборезного инструмента. Эксцентриситет зубчатого венца
зависит от биения оправки и от погрешности установки заготовки
зубчатого колеса на эту оправку базовым отверстием. Погрешности
профиля зуба определяются неточностями зуборезного инструмента
и его износом в процессе обработки. От наладки станка зависит по-
грешность направления зуба, его толщина и высота. Рациональным
построением обработки и регламентацией требований к точности
станка и технологической оснастки можно повысить точность обра-
ботки зубчатых венцов. При использовании различных методов
обработки виды погрешностей и их количественные соотношения
изменяются.
362
Рис. 156. Схемы базирования зубчатых колес при шлифовании центрального
отверстия
До термической обработки торцы зубьев колес коробок скоростей
закругляют на зубозакругляющих полуавтоматах для облегчения
их переключения. Отделку зубьев до термической обработки осу-
ществляют шевингованием. Этот метод обеспечивает 7-ю степень
точности и малую шероховатость поверхностей зуба. Применяя спе-
циальное качающееся приспособление, установленное на столе ше-
винговального станка, можно получать бочкообразные зубья. При
шевинговании также возможна автоматизация рабочего цикла,
включая установку и снятие заготовок. Припуск на шевингование
0,04 —0,06 мм на сторону зуба. Шевингование повышает точность
обработки на одну-две степени.
После термической обработки высокая точность, достигнутая
при шевинговании, снижается в результате коробления зубьев;
поэтому венцы колес подвергают отделочной обработке. Отделке
предшествует окончательное шлифование торцов ступицы и базо-
вого отверстия. Эту операцию выполняют с базированием на рабочие
эвольвентные поверхности зубьев в специальных патронах (рис. 156).
При последующей отделке зубьев обеспечивается равномерный съем
металла. В качестве установочных элементов используют калиб-
рованные ролики / для прямозубых цилиндрических колес 2
(рис. 156, а), шарики или витые упругие ролики для цилиндрических
колес со спиральными зубьями. Для установки цилиндрических
колес применяют специальные патроны. Наиболее точны патроны
с упругой мембраной (рис. 156, б). Ролики 3 закреплены в обойме 2
и зажаты в кулачках 4 патрона; при этом обеспечивается возмож-
ность самоустановки роликов по впадинам колеса 1 вследствие зазо-
ров в местах крепления роликов в обойме. Для освобождения коле-
са / перемещают шток 6 направо, мембрана 5 прогибается, и кулачки
патрона разжимаются. В массовом производстве применяют также
специальные патроны (рис. 156, в) с тремя зубчатыми секторами 1.
Шлифуемое колесо 2 закрепляется при повороте секторов и созда-
нии небольшого натяга в системе.
Радикальным, но дорогим методом отделки зубьев колес после
термической обработки является шлифование. Наиболее произво-
363
Рис. 157. Схемы шлифования зубьев цилиндрических зубчатых колес:
Л — деление заготовки иа зуб; В — движение обката заготовки
дительно шлифование одним или двумя профильными кругами по
методу деления (рис. 157, а). Этим методом обеспечивается 6—7-я
степень точности. Менее производительно, но более точно шлифова-
ние по методу обкатывания. Имеется несколько его разновидностей.
Все схемы шлифования по методу обкатывания основаны на зацеп-
лении шлифуемого колеса с воображаемой рейкой, в один или
несколько зубьев которой вписан прямобочный профиль шлифо-
вального круга. В процессе шлифования колесо катится по этой
рейке и подается вдоль своей оси, чем обеспечивается контакт круга
со всей поверхностью зуба. Узкие зубчатые венцы целесообразно
шлифовать кругами большого диаметра (700—800 мм) без возвратно-
поступательного движения зубчатого колеса вдоль своей оси
(рис. 157, б). В этом случае у основания зуба на его нерабочей поверх-
ности остается нешлифованный участок по радиусу круга, не влияю-
щий на работу колеса в передаче. Производительным методом также
является шлифование червячным абразивным кругом с кинемати-
ческой связью непрерывного вращения колеса и шлифовального
круга (рис. 157, в). Другие методы шлифования менее производи-
тельны, так как обработку производят с делением колеса на зуб
и возвратно-поступательным движением вдоль его оси (рис. 157, г).
Для отделки зуба с получением 7-й степени точности используют
хонингование. Хон выполняют в виде зубчатого колеса из пласт-
массы с мелкозернистым абразивом. Обрабатываемое колесо 1
(рис. 157, д), находясь в зацеплении с хоном 2, совершает реверси-
руемое вращение и возвратно-поступательное движение вдоль своей
оси. Этот метод высокопроизводителен (время отделки колеса для
автомобильной коробки передач 30 с), припуск на сторону зуба
составляет 0,02—0,05 мм.
При изготовлении колес средних размеров (в автомобилестрое-
нии, станкостроении) вместо малопроизводительного и дорогого
364
зубошлифования применяют притирку зубьев. В процессе притирки
обрабатываемое колесо вращается в зацеплении с чугунной шестер-
ней-притиром, поверхность которого покрыта тонким абразивом
с маслом. Вращение передается от колеса, а притир притормажи-
вается, в результате чего создается необходимое давление в местах
контакта зубьев. Колесо или притир имеют возвратно-поступа-
тельное движение в осевом направлении, чем обеспечивается
равномерная обработка всей поверхности зуба. Кинематика
процесса такая же, как и кинематика зубохонингования (см.
рис. 157, д).
В зубопритирочных станках оси притиров расположены парал-
лельно оси колеса или скрещиваются с ней. В схеме, представленной
на рис. 157, е, колесо / и притиры 2 (их обычно бывает три) работают
как винтовые колеса. Притиркой устраняются небольшие погреш-
ности, сглаживаются микронеровности предшествующей обработки.
Припуск на притирку оставляют в пределах 0,01—0,02 мм на сто-
рону зуба. Длительность процесса притирки колес среднего размера
1—1,5 мин.
Наиболее распространенный маршрут обработки зубчатых вен-
цов цилиндрических колес в станкостроении, автомобилестроении
и в общем машиностроении при производстве быстроходных колес
7-й степени точности включает предварительную и чистовую обработ-
ку (обычно зубофрезерование), шевингование, термическую обработ-
ку и притирку (или хонингование). Зубчатые венцы сильнонагружен-
ных, быстроходных и точных передач (6—7-й степени точности)
обрабатывают по маршруту: предварительное и чистовое зубофре-
зерование, термическая обработка и зубошлифование, дополняемое
иногда притиркой. У менее ответственных передач 7—8-й степеней
точности зубчатые венцы обрабатывают по маршруту: предвари-
тельное и чистовое фрезерование, шевингование и термическая обра-
ботка. Этот маршрут иногда изменяют, выполняя после чистового
фрезерования цементацию (науглероживание), а затем до закалки
шевингуют зубья. Этот вариант выгоден тем, что шевингованием уст-
раняют большую часть деформации зубьев, происходящую при це-
ментации. Для уменьшения деформации при термической обработке
рекомендуется уменьшать глубину резания на предшествующих
операциях обработки резанием. При изготовлении высокоточных
колес следует чередовать обработку резанием с термическими опе-
рациями снятия остаточных напряжений. При производстве менее
точных зубчатых колес ограничиваются предварительным и чисто-
вым зубофрезерованием с последующей термической обработкой
(или без нее).
Крупные колеса в тяжелом машиностроении нарезают червяч-
ными фрезами за несколько рабочих ходов. Шевронные зубья
нарезают пальцевыми модульными фрезами (при скруглении места
пересечения зубьев), а также червячными фрезами (при наличии
разделительной канавки, см. рис. 152, г). Колеса с Z- и W-образными
зубьями нарезают только пальцевыми модульными фрезами. Закал-
305
1
Рис. 158. Схемы обработки прямых и спиральных зубьев конических колес
ку зубьев производят после их индивидуального нагрева пламенем
газовой горелки или индуктором ТВЧ.
Процесс изготовления зубчатых колес автоматизирован. Создано
полуавтоматическое и автоматическое оборудование для выполнения
отдельных операций обработки. В ЭНИМСе спроектирована автома-
тическая линия для обработки двухвенцовых зубчатых колес со
шлицевым отверстием. В ГДР изготовлена переналаживаемая авто-
матическая линия обработки цилиндрических зубчатых колес.
Применение автоматизированной обработки повышает качество
зубчатых колес и снижает себестоимость их изготовления.
Прямые зубья конических колес предварительно нарезают дис-
ковыми фрезами в делительном приспособлении, оставляя неравно-
мерный припуск по длине зуба (рис. 158, а) под чистовую обработку.
В массовом производстве прорезку впадин у небольших колес произ-
водят в трехшпиндельном делительном приспособлении (рис. 158, б),
круговой протяжкой 1 за один ее оборот (рис. 158, в), а также диско-
вой фрезой 1 большого диаметра с подачей на нее трех заготовок 2
(рис. 158, г). Зубья небольших конических колес получают штам-
повкой в процессе выполнения заготовки, что уменьшает объем
обработки и отходы металла в стружку. Чистовая обработка прямых
зубьев конических колес производится па зубострогальных станках
методом обкатывания (рис. 158, д). При этом обеспечивается 8-я
степень точности.
Криволинейные (круговые) зубья конических колес нарезают
резцовыми головками на специальных станках методом деления
и обкатывания. Для чернового нарезания зубьев используют двух-
и трехсторонние головки. Первые режут наружными и внутренними
резцами, расположенными поочередно для обработки выпуклой
и вогнутой сторон зуба и части впадины (рис. 158, е); вторые имеют
наружные, внутренние и средние резцы для обработки боковых сто-
366
рон зуба и впадин (рис. 158, ж). Чер-
новая обработка производится мето-
дом копирования с последователь-
ным делением заготовки на один зуб;
чистовую обработку осуществляют
методом обкатывания с использова-
нием одно- и двусторонних головок.
При этой обработке имитируется за-
цепление нарезаемого колеса с кру-
говой рейкой, в один из зубьев кото-
Рис. 159. Схема прибора для
контроля зубчатых колес
рой вписываются резцы головки.
Зубья червячных колес нарезают червячными фрезами методом
радиальной или тангенциальной подачи. В единичном и мелкосе-
рийном производстве нарезку делают скалкой с одним или двумя
профильными резцами, применяя метод тангенциальной подачи.
Отделку зубьев червячных колеи производят шевингованием. В ка-
честве инструмента используют червяк с мелкими и часто располо-
женными зубьями.
Для зубчатых колес осуществляют как промежуточный (межопе-
рационный), так и окончательный контроль. При промежуточном
контроле проверяют размеры заготовки по технологическим пере-
ходам, выявляют и устраняют погрешности настройки техноло-
гической системы. Корпус колеса (до нарезки зуба) контролируют
приборами.
Основной метод комплексного контроля зубчатого венца заклю-
чается в проверке кинематической погрешности зацепления прове-
ряемого колеса с эталонным или при работе двух сопряженных ко-
лес. Контроль осуществляют на специальных приборах при номи-
нальном межосевом расстоянии. Величина и знак кинематической
погрешности указываются на шкале прибора. Другой метод комп-
лексного контроля осуществляют на специальных приборах при без-
зазорном зацеплении проверяемого колеса 1 с эталонным зубчатым
колесом 2 (рис. 159), посаженном на палец подпружиппой подвиж-
ной каретки 3. При провертывании зубчатого колеса / индикатор '4
прибора отмечает изменение межосевого расстояния, происходящее
в результате ошибок шага, профиля, эксцентриситета и т. д. Эти
ошибки выражаются комплексной величиной! — изменением меж-
осевого расстояния. Правильность зацепления проверяют также
по отпечатку при обкатке с эталонным (или парным) зубчатым коле-
сом. Быстроходные колеса проверяют по шуму на специальных
приборах. На этих приборах производят также подбор сопряженных
колес, которые затем передают на сборку.
При дифференцированном методе контроля проверяют элементы
зацепления (шаг зубьев, их профиль, толщину зубьев, концентрич-
ность венца оси базового отверстия). Дифференцированный метод
трудоемок. Его используют при изготовлении крупных зубчатых
колес, а также при наладке зуборезного оборудования, на промежу-
точном и выборочном контроле.
367
§ 6. СБОРКА ТИПОВЫХ УЗЛОВ МАШИН
Сборка узлов с подшипниками скольжения. Посадку втулок
в корпус подшипника выполняют с гарантированным натягом по 2,
2а и 3-му классам точности с ударами, на прессах и с охлаждением.
Применение холода целесообразно при посадке тонкостенных вту-
лок в массивные корпусные детали. Применяют также посадку вту-
лок с зазором на клею.
Во избежание перекосов при запрессовке втулки должны быть
точно центрированы относительно отверстий в корпусе, что дости-
гается применением специальных приспособлений (рис. 160, а).
Втулку 1 надевают на оправку 2, которая центрируется в стойке 3.
При опускании штока “пресса оправка 2 перемещается вместе с
втулкой и запрессовывает ее в отверстие корпуса 4. Внутреннюю
поверхность втулки после запрессовки подвергают тонкому раста-
чиванию, развертыванию, калиброванию уплотняющими оправками
или шариками, а также раскатыванию. Соосно расположенные втул-
ки после запрессовки растачивают за одну установку или развер-
тывают удлиненной или насадной разверткой. Окончательной обра-
ботке поверхности скольжения предшествует сверление отверстия
для подвода смазки. Если втулки имеют опорные бурты, то их под-
вергают подрезке при рассчитывании отверстий за одну установку
для обеспечения перпендикулярности.
При автоматизации сборки втулки в ориентированном состоянии
подаются из бункера на рабочую позицию сборочного автомата.
Для устранения перекосов при запрессовке необходима точная
установка сопрягаемых деталей в исходном положении. Это достига-
ется применением приспособлений, одно из которых показано на
рис. 160, б. Охватывающая деталь 1 надевается на палец 2. Втулка 3
подается из бункера на меньшую ступень направляющего пальца,
который имеет соответствующее закругление. На сопрягаемых по-
368
верхностях собираемых деталей должны быть предусмотрены фаски
или небольшие пояски с гарантированным зазором для лучшего
направления.
При контроле проверяют диаметр и форму внутренних поверх-
ностей, а также соосность втулок. Плотность посадки втулок прове-
ряют при предварительном контроле размеров сопряженных дета-
лей или по силе запрессовки в процессе сборки.
Толстостенные вкладыши подшипника скольжения характери-
зуются отношением Д = 0,065 0,095, где s — толщина стенки
вкладыша, D — его наружный диаметр. В корпус и крышку вкла-
дыши устанавливают либо с небольшим натягом (20—60 мкм), либо
по скользящей посадке; от смещения их фиксируют буртами и уста-
новочными штифтами. Нормальная работа вкладышей обеспечи-
вается при равномерном прилегании его наружной поверхности
к поверхности гнезда. При плохом прилегании ухудшается тепло-
передача от вкладыша к корпусу; поэтому производят тщательный
подбор или пригонку вкладышей (по краске) к гнездам корпусов.
При сборке подшипников стыки крышек с корпусом и стыки вкла-
дышей должны прилегать без зазоров.
Соосность подшипников под многоопорные валы проверяют конт-
рольными оправками. При сборке крупногабаритных корпусов
для проверки соосности отверстий используют струну, коллиматор
и телескоп, а также луч квантового генератора.
Сборку соединений с вкладышами в единичном и мелкосерийном
производстве осуществляют с выполнением пригоночных работ.
Сначала вкладыши пригоняют к гнездам корпусной детали, а затем
их поверхности скольжения пришабривают по краске к шейкам
сопряженного вала. При пришабривании добиваются, чтобы пятна
краски равномерно покрывали 75—85% поверхности вкладыша.
На каждом квадратном сантиметре должно быть не менее трех пятен.
При сборке ответственных подшипников качество пригонки прове-
ряют по блеску на поверхностях вкладышей после затяжки подшип-
ника и вращения вала на два-три оборота. Окончательную пригонку
вкладышей производят с крышками подшипников. Гайки подшип-
ника затягивают динамометрическим ключом и вал проворачивают
на два-три оборота; затем эти гайки ослабляют, затягивают гайки
следующего подшипника и вал снова проворачивают и т. д. Далее
все подшипники раскрывают и окончательно пришабривают верх-
ние и нижние вкладыши. Операцию повторяют несколько раз,
до тех пор пока не будет достигнуто требуемое качество приле-
гания.
Радиальные зазоры определяют провертыванием вала с калибро-
ванными латунными пластинками между шейкой вала и верхним
вкладышем. В подшипниках больших размеров при значительных
зазорах применяют свинцовые проволочки, по деформации которых
судят о зазоре. В некоторых конструкциях подшипников для регу-
лировки зазора предусмотрены комплекты прокладок толщиной
369
0,05—0,8 мм. Осевые зазоры проверяют щупом или индикатором при
предельных смещениях вала. Обычно осевые зазоры составляют
0,1—0,8 мм.
В массовом и крупносерийном производстве сборку ведут без
пригоночных работ, так как вкладыши выполняют взаимозаменяе-
мыми. Порядок сборки следующий: укладка нижних вкладышей,
смазка их поверхностей скольжения, укладка вала, установка верх-
них вкладышей и крышек с постановкой необходимого количества
прокладок (или без них), предварительная и окончательная затяжка
гаек динамометрическим или предельным ключом, проверка легкости
вращения и шплинтовка гаек.
/ s \
Тонкостенные вкладыши = 0,025 ч- 0,045 изготовляют из
биметаллической ленты; их применяют в автотракторных двигате-
лях и других машинах; толщина ленты 1—2,5 мм; толщина слоя
залитого антифрикционного сплава 0,4—0,9 мм. Вкладыши фикси-
руются от перемещения шпорами пли усами, входящими в соответ-
ствующие углубления гнезд сопряженной детали.
Вкладыши выполняют взаимозаменяемыми; посадочные гнезда
под них обрабатывают по 1-му классу точности. Кон у сообразность
и овальность не должны быть больше 0,01—0,015 мм на 100 мм диа-
метра. Правильность формы вкладышей проверяют по краске в спе-
циальном приспособлении под стандартной нагрузкой; средняя часть
вкладышей должна быть окрашена на 90%, а остальные части на
75—80%. При посадке тонкостенных вкладышей в гнезда создают
натяг путем затяжки гаек при сборке подшипника. Недостаточная
высота тонкостенных вкладышей при этом не обеспечит плотного
прилегания вкладыша к поверхности гнезда, а большая высота при-
водит к их деформации.
Сборка соединений с подшипниками качения. Долговечность
подшипников зависит от монтажа подшипниковых узлов. Неправиль-
но выбранные посадки, перекосы при монтаже, повреждения и за-
грязнения при сборке могут вызвать преждевременный выход под-
шипника из строя. В зависимости от величины и характера нагрузки,
угловой скорости, класса точности подшипника, условий монтажа,
а также от того, какое кольцо вращается, применяют следующие
посадки, предусмотренные ГОСТ 520—71: для соединения подшип-
ника с валом — Г,,,, Гп, Т1п, Т,„ Нп„ Н,„ С(„, Сп, Д1п, Дп и Хп; с
корпусом — Г1,„ Г„, Т1П, Т,„ Н1п, Н,., П1,„ П„, С,,,, Сп, Дп, С3п.
Посадку подшипников классов А и С производят только по
1-му классу точности. Поверхности валов и корпусов, сопрягаемые
с подшипниками качения, должны быть чистыми, иметь правильную
геометрическую форму. Упорные буртики должны быть перпендику-
лярны посадочным поверхностям. Особое значение указанные факто-
ры имеют для прецизионных соединений. Необходимо обеспечить
соосность отверстий корпусной детали и посадочных шеек валов при
установке песамоустанавлнвающихся подшипников. Несоосность
отверстий в корпусах может возникнуть от их коробления; поэтому
370
корпусные детали, предназначенные для монтажа подшипников
классов А и С, часто подвергают старению.
При запрессовке подшипников на вал с большими натягами зазор
е между беговой дорожкой и телами качения уменьшается. Умень-
шение зазора
0,8№
Ле"“с! + 5,85(1-й2) '
где 6 — номинальный натяг в сопряжении кольца подшипника с ва-
лом; d —номинальный диаметр отверстия внутреннего кольца
подшипника; k=d~, здесь dn —приведенный наружный диаметр
“п
внутреннего кольца (определяется по равновеликой площади попе-
речного сечения прямоугольной формы той же ширины). Прибли-
женно считают, что уменьшение зазора составляет (0,55 4- 0,6) 6
при запрессовке внутреннего кольца и (0,65 4- 0,7) 6 при запрес-
совке наружного кольца в корпус.
Если по условиям эксплуатации возможен неодинаковый нагрев
колец подшипника, то уменьшение радиального зазора
д; = 1,1 10
где d1 —диаметр дорожки качения внутреннего кольца подшип-
ника; t —разность температур внутреннего и наружного кольца.
Фактический зазор, равный разности е — Лё — Лё, должен быть
больше минимального зазора, определяемого техническими усло-
виями на подшипник.
Перед сборкой подшипники должны быть тщательно промыты
в 6%-ном растворе минерального масла в бензине или в горячем
(75—85° С) антикоррозионном растворе (1% триэтаноламина, 0,2%
нитрита натрия, 0,1% смачивателя ОП, остальное вода). Для очист-
ки мелких подшипников применяют ультразвуковой способ. После
промывки подшипник проверяют на легкость вращения и шум.
Усилие запрессовки
бф/£лб
2N ’
где 6ф —фактический натяг, мм; Е —модуль упругости, кгс/мм2;
В — ширина напрессовываемого кольца, мм; f — коэффициент тре-
ния (при напрессовке f = 0,1 4- 0,15; при снятии кольца f =
= 0,15 4- 0,25);
\ d0)
Здесь d0^d + D~-d-; d0 — номинальный диаметр отверстия
внутреннего кольца, мм; D — наружный диаметр подшипника, м.м.
371
Монтаж подшипников облегчается при нагреве. Подшипник для
напрессовки на вал нагревают в масляной ванне до 80—90° С в тече-
ние 15—20 мин и устанавливают на вал.
Для полной компенсации натяга тепловым расширением разность
температур деталей, сопрягаемых с натягом, должна быть Д/3=-^,
где а —коэффициент линейного расширения (для стали а = 1,1 X
X Ю’5 1/град). Температура нагрева подшипников не должна пре-
вышать 100° С, иначе возможно ухудшение свойств материала под-
шипника. Метод охлаждения целесообразен при запрессовке под-
шипника в корпус.
Заданную температуру нагрева подшипников при сборке обеспе-
чивают применением электрических регуляторов температуры мас-
ляной ванны. Охлаждение подшипников и валов до температуры
—75 4- 77° С производят в термостатах с сухим льдом (твердой угле-
кислотой). После установки подшипника на вал проверяют факти-
ческую величину радиального зазора в подшипнике с помощью инди-
каторного приспособления. Плотность касания подшипников и за-
плечиков вала или корпуса проверяют щупом. После запрессовки
кольца упорного подшипника на вал с помощью индикатора прове-
ряют отсутствие осевого биения беговой дорожки подшипника,
а также плотность прилегания его к заплечику вала.
При монтаже шпинделей металлорежущих станков и в ряде дру-
гих случаев повышение жесткости опор и уменьшение вибраций
в работе достигают устранением радиального зазора в подшипнике
и созданием в нем предварительного натяга. При монтаже крупно-
габаритных подшипников в разъемные корпуса по краске проверяют
прилегание наружного кольца к посадочной поверхности. Площадь
касания должна составлять не менее 75% общей площади поверх-
ности. При плохом прилегании посадочные места пришабривают.
В тяжелом машиностроении для монтажа крупных подшипников
применяют гидропрессовый метод. В результате высокого давления
масла кольцо и вал упруго деформируются и коэффициент трения
снижается до 0,0005.
Монтаж прецизионных узлов с подшипниками качения в станко-
строении имеет особенности. Шпиндельные узлы прецизионных стан-
ков часто монтируют на роликовых подшипниках собственного изго-
товления. Наружные кольца подшипников обрабатывают оконча-
тельно в сборе с гильзой, внутренние кольца — в сборе со шпинде-
лем. При установке внутреннего кольца на шпиндель, а наружного
в корпус используют метод теплового воздействия: внутреннее
кольцо нагревают в масле при 80° С, а наружное кольцо охлаждают
до —50° С. Ролики поступают на сборку рассортированными по груп-
пам. Подбором роликов обеспечивают натяг 2 мкм.
В крупносерийном и массовом производстве качество прецизион-
ных соединений с подшипниками качения обеспечивается соответ-
ствующими техническими условиями на отдельные элементы соеди-
нения и стабильностью технологического процесса сборки.
372
Для качественной сборки и снижения ее трудоемкости в конструк-
циях с подшипниками качения сопряжение подшипников с расточ-
ками в корпусе должно происходить последовательно. При монтаже
подшипников на одном валу фиксировать в осевом направлении сле-
дует только один из них, обеспечивая остальным возможность пере-
мещения при сборке в осевом направлении; при этом предпочтитель-
нее тугую посадку обеспечивать в соединении внутреннего кольца
с вращающейся деталью, а скользящую посадку в соединении наруж-
ного кольца с неподвижной деталью.
Монтаж конических роликовых подшипников производят раз-
дельно; внутреннее кольцо с роликами и сепаратором напрессовы-
вают на вал, а наружное устанавливают в корпус. Регулирование
радиального зазора в таком подшипнике достигается путем осевого
смещения кольца на величину с (рис. 161). Существуют следующие
зависимости между радиальным зазором е, зазором X по линии давле-
ния и осевым перемещением с кольца: е = с tg Р; А ---- с sin р.
Рис. 161. Схема регули-
рования зазора кониче-
ского роликоподшипника
Зазор регулируют с помощью прокладок, регулировочного винта
или гайки. Демонтаж подшипников качения производят под прессом
или специальными съемниками.
Некоторую особенность представляет монтаж игольчатого под-
шипника, у которого рабочими поверхностями является поверх-
ность вала и внутренняя поверхность сопряженной с ним детали.
Иглы в беговом зазоре располагают во избежание их перекосов так
плотно, чтобы суммарный зазор по окружности составлял 1,5—2 мм.
Радиальный зазор в игольчатых подшипниках примерно такой же,
как и в подшипниках скольжения того же диаметра; в частности, при
диаметре поверхности качения по валу 25—100 мм радиальные зазо-
ры находятся в пределах 20—130 мкм. Торцовый зазор между иглами
и ограничительными кольцами 0,1—0,2 мм.
В отверстие охватывающей детали (рис. 162, а) иглы закладывают
с помощью технологического валика 1, диаметр которого меньше
диаметра действительного вала на 0,1—0,2 мм. Поверхности отвер-
стия и технологического валика покрывают тонким слоем солидола,
удерживающего иглы при сборке. Иглы 2 закладывают последова-
тельно по две-три штуки; последняя игла должна входить в подшип-
ник свободно. Затем деталь вводят в корпус, ставят ограничиваю-
щие кольца 3 (рис. 162, б) и вводят рабочий вал 4, которым вытал-
373
Рис. 162. Схемы сборки игольчатою под-
шипника
стях вала используют посадки п и
кивают технологический
валик. Проверяют враще-
ние собранного узла, ко-
торое должно быть без
заеданий.
При сборке зубчатых и
червячных передач осуще-
ствляют посадку зубчатых
колес на валы, установку
валов с колесами в кор-
пус, регулирование зацеп-
ления зубчатых колес. На
центрирующих поверхно-
при легких и средних на-
грузках, т и у при средних и тяжелых нагрузках.
Посадку зубчатых колес на центрирующие поверхности произ-
водят под прессом с применением специальных приспособлений,
обеспечивающих точное направление напрессовываемого колеса
и устранение его перекоса. При установке зубчатых колес встре-
чаются следующие погрешности: качание зубчатого колеса на шейке
вала, радиальное биение зубчатого венца, торцовое биение и неплот-
ное прилегание колеса к упорному буртику вала.
Качку колеса проверяют легким обстукиванием мягким молот-
ком. Плотность прилегания к упорному буртику проверяют щупом.
Радиальное и осевое биения контролируют на индикаторных конт-
рольных приспособлениях с базированием по шейкам вала на приз-
мах. Между зубьями колеса закладывают калиброванный ролик,
к нему подводят ножку индикатора и замечают положение стрелки
индикатора; поворачивая вал на несколько зубьев, повторяют изме-
рения. Наибольшая разность показаний индикатора определяет
радиальное биение зубчатого венца; обычно оно допускается в пре-
делах 25—75 мкм. Торцовое биение, измеряемое вторым индикато-
ром, допускается в пределах 0,10—0,15 мм.
В крупносерийном производстве качество посадки колеса на вал
контролируют на индикаторном приспособлении при беззазорном
зацеплении с эталонным зубчатым колесом. При вращении собран-
ного соединения неточность зацепления вызывает перемещение эта-
лона, которое отмечается индикатором; одновременно можно контро-
лировать и торцовое биение зубчатого колеса.
При установке валов с зубчатыми колесами в корпус зацепление
удовлетворяет техническим требованиям, если все элементы соеди-
нения выполнены в пределах допусков. Однако и при этом условии
могут возникнуть дефекты зацепления в результате неблагоприят-
ного сочетания отклонений, каждое из которых находится в пределах
допуска. Наиболее типичными дефектами зацепления являются:
а) увеличенный зазор между зубьями по всему венцу в результате
374
отклонения в плюс расстояния между осями отверстий корпуса
и наибольшего отклонения в минус толщины зубьев; б) недостаточ-
ный зазор между зубьями по всему венцу при наименьшем предель-
ном расстоянии между осями и наибольшей предельной толщине
зубьев; в) неравномерный зазор между зубьями как результат ради-
ального биения зубчатого венца относительно оси вращения и нерав-
номерной толщины зубьев одного из колес; г) биение по торцу зуб-
чатого колеса в результате перекоса оси отверстия колеса и оси отвер-
стия корпуса. Эти дефекты могут быть устранены подбором колес
при сборке изделия.
В условиях .массового и крупносерийного производства при сбор-
ке зубчатых передач выполнение технических требований обеспечи-
вается соответствующими техническими условиями на все элементы
собираемого соединения, а также стабильностью технологического
процесса сборки.
При сборке зубчатых колес в условиях единичного и мелкосерий-
ного производства проверяют боковой и радиальный зазоры, а также
правильность зацепления, определяемую размерами и расположе-
нием пятен контакта. Зазоры в зацеплении проверяют щупом; при
большом модуле (главным образом в тяжелом машиностроении) —
путем прокатывания между зубьями трех-четырех свинцовых про-
волочек диаметром до 0,8 мм с последующим измерением их толщины
микрометром. Кроме того, применяют специальное приспособление,
принципиальная схема которого показана па рис. 163. Боковой
зазор определяется его измерением в зацеплении индикатором 2
с учетом разницы длины L поводка 5 и радиуса начальной окруж-
ности R колеса. В других случаях боковой зазор измеряют индика-
тором /, укрепленным на корпусной детали. Сопряженное колесо
стопорится фиксатором 4.
Качество зацепления зубчатых колес проверяют также на крас-
ку; при вращении меньшего колеса, покрытого тонким слоем лазури,
на сопряженном колесе пятна краски должны покрыть среднюю часть
боковой поверхности зубьев (рис. 164, а). При неправильном кон-
такте пятна краски смещаются (рис. 164, б —г).
При сборке конических зубчатых передач требуемый зазор между
зубьями достигают путем регулирования зацепления, т. е. переме-
щением колес в осевых направлениях; при этом перемещают либо
оба колеса, либо одно из них. Регулирование осуществляют набо-
ром прокладок или с помощью регулировочных гаек. Наибольшую
суммарную толщину прокладок определяют расчетом соответствую-
щих размерных цепей. Применяют стальные или латунные про-
кладки толщиной 0,05—1,5 мм; набор прокладок устанавливают
под опорные поверхности колес.
При регулировании зацепления одну из гаек затягивают, а дру-
гую отпускают, в результате чего колесо перемещается в осевом
направлении. При достижении требуемого зазора оно фиксируется
теми же гайками в установленном положении. Зазор с и величина
осевого перемещения колес х при угле зацепления а и угле началь-
375
кого конуса <р связаны зави-
симостью с = х2 sin a - sin ср.
Для упрощения регулирова-
ния зацепления одно из зуб-
чатых колес предварительно
устанавливают по координа-
те, заданной чертежом. Пос-
ле его закрепления зазор
регулируют осевым переме-
щением другого колеса. По
пятнам контакта, получае-
мым при проверке на краску
конических передач, можно
судить о приемлемом или не-
достаточном зазоре зацепле-
ния, перекосе осей зубчатых
колес и других погрешностях
сборки. При проверке кони-
ческих зубчатых колес на
Рис. 163. Схема измерения бокового за-
зора в зацеплении
краску пятно контакта должно располагаться при провертывании
без нагрузки ближе к тонкому концу зуба, не доходя до его края
по длине на 1,5—3 мм и по высоте на 0,4—1 мм (рис. 165). Нормы
на контакт зубьев конических колес несколько ниже норм на
контакт зубьев цилиндрических колес.
Погрешности зацепления спиральных конических зубчатых ко-
лес в виде отпечатков краски, получающихся на зубьях ведомого
колеса при его вращении в разные стороны, приведены на рис. 166.
Погрешности устраняют передвижением одного или обоих зубчатых
колес вдоль их осей. В найденном положении колеса фиксируют
прокладками или регулировочными гайками.
При общей сборке червячной передачи контролируют правиль-
ность расположения пятна контакта. При правильном зацеплении
червяка краска должна покрывать поверхность зуба червячного
колеса не менее чем на 60 —70% по длине и высоте (рис. 167). Пло-
хой контакт в зацеплении может являться следствием погрешности
межосевого расстояния и неперпендикулярности осей червяка и
и червячного колеса; необходимо также проверить расположение
оси червяка в средней плоскости колеса и в случае надобности отре-
Рис. 164. Формы пятен при контроле зацепления на краску
376
гулировать червячную пару путем осевого
смещения червячного колеса и последующей
фиксации его в этом положении.
Аналогично зубчатым передачам прове-
ряется боковой зазор («мертвый ход») пере-
дачи. Этот зазор определяется в линейных
величинах по нормали к боковым поверхно-
стям. Измерить этот зазор трудно. Его кон-
тролируют по углу поворота червяка при
закрепленном колесе
где сп — боковой зазор в зацеплении, мкм;
т — осевой модуль, мм; <р — угол поворота
червяка; —число заходов червяка.
Крутящий момент определяют динамомет-
ром при проворачивании передачи. Постоян-
ством крутящего момента при полном обороте
Рис. 165. Пятно кон-
такта при проверке
зацепления кониче-
ских колес
червячного колеса
выявляют правильность посадки червячного колеса, а также от-
сутствие биения червяка.
Силовые быстроходные зубчатые передачи подвергают обкатке
с измерением передаваемых крутящих моментов; при этом дости-
гается лучшая прирабатываемость трущихся поверхностей и повы-
шается КПД передачи. Одновременно контролируют правильность
сборки по нагреву и шуму передачи. Обкатку осуществляют на спе-
циальных установках и стендах. Применяют испытательные стенды
с электронагружателями, отдающими образующуюся при тормо-
жении энергию в электрическую сеть. Шум передачи зависит от ка-
чества изготовления зубчатых колес и погрешностей их сборки.
Уровень шума измеряют шумомерами.
Сборка соединений по плоским поверхностям. Взаимное положе-
ние деталей, сопрягаемых по плоским поверхностям, определяется
их конструктивными элементами: центрирующими буртами, штиф-
Рис. 166. Формы пятен
лес
контакта конических ко-
Рис. 167. Пятно кон-
такта при контроле
зацепления червячной
пары
377
тами, направляющими поверхностями и шпонками. В некоторых
случаях сборку производят с выверкой сопрягаемых деталей.
В большинстве случаев выверку осуществляют, используя зазоры
между отверстиями и крепежными деталями; окончательную затяж-
ку крепежных деталей производят после выверки, а затем сверлят
и развертывают отверстия под контрольные штифты, которыми де-
таль фиксируется в выверенном положении. В сопряжениях, под-
вергаемых частой разборке, используют посадку штифтов: непод-
вижную с базовой деталью и подвижную с устанавливаемой деталью.
При сборке с выверкой устанавливаемой детали пользуются
двумя отверстиями, а остальные сверлят в базовой детали после
выверки, пользуясь отверстиями в устанавливаемой детали для на-
правления инструмента. Герметичность стыков соединяемых деталей
достигается прокладками. Обычно применяют мягкие прокладки из
однородного материала (бумаги, картона, паронита) или комбиниро-
ванные (металлические с асбестовым сердечником, из прорезиненного
асбеста и др.). Неравномерность толщины прокладки допускается
не более 0,15 мм но всей длине. Вместо прокладок применяют иногда
специальные пасты и мастики.
Плотность стыков ответственных соединений обеспечивается без
прокладок путем тщательной обработки сопрягаемых поверхностей.
В этом случае отклонение от плоскостности допускается в пределах
20—40 мкм, шероховатость поверхностей должна быть не более
Ra = 1 мкм. При креплении соединяемых деталей (крышек, флан-
цев и т. д.) плотность соединения достигается равномерной затяжкой
гаек, выполняемой в определенной последовательности.
Трудоемкость пригоночных работ при сборке крупногабаритных
изделий может быть снижена применением пластмассовых компенса-
торов. После выверки сопрягаемых корпусных деталей зазор между
ними заливают пластмассой АСТ-Т, которая после затвердения обра-
зует жесткую прокладку-компенсатор. Поверхности деталей могут
быть обработаны грубо или совсем не обработаны.
Сборка клепаных, паяных и клеевых соединений. Операции
соединения заклепками трудоемки, так как содержат много пере-
ходов: сверление или пробивку отверстий, образование фаски под
головку, установку заклепок и образование замыкающих головок.
Заклепками соединяют различные детали (из листа, горячештам-
пованные с листовыми, отливки со штампованными и др.).
Повышение точности расположения и производительности обра-
зования отверстий в склепываемых деталях обеспечивается исполь-
зованием накладных кондукторов, применением многошниндельных
сверлильных головок или одновременной пробивкой несколькими
пуансонами. В зависимости от типа деталей отверстия в них полу-
чают сразу или порознь.
Диаметры отверстий под заклепки выбирают в зависимости от
требуемой точности сборки. Заклепками выполняют прочные и гер-
метичные соединения самого различного назначения. Клепку выпол-
няют вручную, механизированным, полуавтоматизированным и авто-
378
Рис. 168. Схема работы клепального автомата
матизированным способом. Клепку автоматизируют при большом
объеме клепальных работ. Для этой цели применяют клепальные
автоматы, пробивающие отверстия в соединяемых деталях, встав-
ляющие заклепки и осаживающие их замыкающие головки (рис. 168).
Склепываемые листы кладут на нижнее основание (рис. 168, а).
Верхний пуансон опускается на листы, выдавливая в них углубле-
ние; нижний пуансон пробивает в листах отверстие (рис. 168, б).
Верхний пуансон поднимается, нижний остается в пробитом отвер-
стии, препятствуя сдвигу листов (рис. 168, в). Заклепка автомати-
чески подается в гнездо пуансона (рис. 168, г) и вводится в отверстие
листов; боек образует замыкающую головку (рис. 168, д). Произво-
дительность автомата 25—45 заклепок (диаметром 4 .мм) в минуту.
Если заклепки нельзя поставить одновременно из-за тесного их рас-
положения, то применяют поворотные устройства. Расположение
склепываемых деталей па них должно быть таким, чтобы за мини-
мальное число поворотов можно было закончить постановку всех
заклепок.
Качество клепки проверяют путем осмотра выполненного соеди-
нения, а также простукивания заклепок. При осмотре выявляют
дефекты оформления замыкающих головок, а при простукивании —
плохо затянутые заклепки. Головки меньших размеров обнаружи-
вают шаблонами. Плохое прилегание головок проверяют щупом.
Технологический процесс пайки включает подготовку деталей,
сборку, пайку и контроль паяных соединений. Поверхности соеди-
няемых деталей должны быть тщательно очищены и обезжирены.
Очистку производят стальной щеткой или абразивным полотном;
обезжиривание —горячими щелочными растворами или органи-
ческими растворителями. Окислы удаляют травлением в кислотах
с последующей промывкой и сушкой.
Для повышения прочности соединения необходимо обеспечить
большую поверхность прилегания. В этом отношении удобны соеди-
нения внахлестку, расположенные под углом друг к другу или в ус.
379
Рис. 169. Виды соединений при пайке
Поверхности контакта увеличивают созданием канавок или приме-
нением соединительных деталей. Типовые виды соединений при
пайке показаны на рис. 169.
При сборке под пайку необходимо выдерживать зазор. От зазора
зависят диффузионный обмен припоя с металлом и прочность соеди-
нения. При пайке стальных деталей твердыми припоями рекомен-
дуется зазор 0,03—0,05 мм, а при использовании мягких припоев
0,05—0,2 мм. С увеличением зазора в стыке прочность соединения
уменьшается. Для обеспечения указанных зазоров необходима до-
статочно точная обработка резанием сопрягаемых поверхностей и
учет деформаций деталей при нагреве. Сборку деталей под пайку
рекомендуется вести в приспособлениях, конструкция которых не
должна вызывать лишний отвод тепла при нагреве под пайку; мате-
риал приспособления должен иметь коэффициент линейного расши-
рения, близкий к коэффициенту основного металла.
Припои подают в зону пайки паяльником, в виде проволочных
контуров, фольговых прокладок или дроби. При автоматической
пайке используют припои в виде колец, шайб или паст с флюсом,
подаваемых в зону пайки с помощью шприц-установок. Нагрев при
пайке производят в печах с защитной средой или вакуумом, погру-
жением в ванны, с помощью ТВЧ, термическим контактом и газо-
выми горелками. Схема установки для пайки в защитной среде сухо-
го водорода приведена на рис. 170. Изделие помещают в контейнер 1,
который продувают сначала азотом, а потом водородом. После этого
контейнер герметизируют и
помещают в печь 2; во время пайки
в контейнере поддерживается среда
водорода, осушаемого в устройстве 3.
При автоматической пайке соеди-
няемых деталей применяют устано-
вочные приспособления и зажимные
устройства. Один из наиболее прос-
тых способов автоматизированной
пайки осуществляют использованием
припоя и флюса в виде пасты. Пайку
осуществляют на карусельной уста-
новке: на первой позиции устанав-
ливают детали, подаваемые из бун-
керов; на второй пасту подают в
Рис. 170. Схема установки для
пайки в защитной атмосфере
380
ж)
е)
виды клеевых соединений:
О)
Рис. 171. Основные
а — внахлестку: б — с накладками; в — посадка штырей; г — посадка крышки; д —
соединение оси с диском; е — посадка втулки в корпусную деталь; ж — соединение
трубчатых деталей; з — посадка заглушки
зону пайки; на третьей изделие нагревают с помощью ТВЧ или
газовым пламенем; на четвертой изделие охлаждают; на пятой
автоматически удаляют собранное изделие.
Качество пайки контролируют внешним осмотром и на герметич-
ность. В особых случаях проверяют прочность соединения и равно-
мерность распределения припоя с помощью рентгеновской установки.
Склеивание используют для соединения деталей по цилиндричес-
ким поверхностям (посадки втулок в отверстия корпусных деталей,
посадки дисков на валы, соединения труб, постановки заглушек,
крепления накладок на тормозные колодки и пр.), а также по плос-
ким поверхностям (соединения деталей из листового материала
внахлестку с одной или двумя накладками). Типовые соединения
приведены на рис. 171. Прочность клеевых соединений зависит от
зазора в соединении. Зазор рекомендуется назначать в пределах
0,05—0,15 мм. При зазоре 0,5 мм прочность снижается в 1,5—2 раза.
С увеличением длины нахлестки разрушающая сила растет, асимп-
тотически приближаясь к определенному пределу. Шероховатость
сопрягаемых поверхностей Ra = 6,3 4- 1 мкм. На повышение проч-
ности благоприятно влияет время выдержки. При холодном отверж-
дении наблюдается непрерывное возрастание прочности в течение
длительного времени. Прочность
соединений, выполненных с по-
мощью клея холодного отвержде-
ния, повышается, когда процесс
полимеризации осуществляют с
подогревом. Подогрев также зна-
чительно сокращает время отверж-
дения.
При склеивании предусматрива-
ют подготовку поверхностей дета-
лей, приготовление и нанесение
клея, сборку деталей с приложени-
ем сил в зависимости от марки клея
и нагрев собранного изделия.
Рис. 172. Пневматический
шприц
381
Сопрягаемые поверхности должны быть очищены и обезжирены.
Очистку производят ветошцо, щетками или с помощью пескоструй-
ного аппарата. Поверхности обезжиривают ацетоном, трихлорэти-
леном, четырех хлор истым углеродом и другими органическими раст-
ворителями. Для подготовки поверхности из алюминиевых сплавов
существует так называемый пиклинг-процесс.
Способ нанесения клея зависит от его вязкости. Чаще приме-
няют клей жидкой консистенции с вязкостью, позволяющей на-
носить его на склеиваемые поверхности кистью или пульвериза-
тором. Некоторые клеи целесообразно наносить шпателями, роли-
ками или шприцами. Ручные пневматические шприцы (рис. 172)
изготовляют с подводом сжатого воздуха через штуцер 2. Сжа-
тый воздух с помощью поршня 1 выжимает клей через сопло 3
диаметром 1 мм. Аналогичные шприцы применяют в стацио-
нарных установках для склеивания и заливки вязкими клеями
и компаундами. Клей приготовляют в специальной посуде из
полихлорэтилена. Металлическую посуду необходимо хромиро-
вать или покрывать силиконовым лаком. Составные части клея
дозируют взвешиванием или по объему.
Сборку деталей осуществляют в приспособлениях; прижатие де-
талей обеспечивается рычажными системами, пружинами или пнев-
матическими устройствами, а нагрев — в шкафах с электрическими
и газовыми нагревателями, в которых температура регулируется
о точностью ±5° С. Температура нагрева и время выдержки зависят
от состава клея. Например, для клея холодного отверждения на базе
смолы ЭД-5 рекомендуется температура 150—160° С при выдержке
1,5 ч. Для клея горячего отверждения на базе смолы ЭД-5 (ЭД-6)
рекомендуется выдержка 3- 4 ч при 150—160° С или 1,5—2 ч при
180—190° С. Работа с клеями требует осторожности, так как их
компоненты токсичны. Работать с клеями необходимо в перчатках
при наличии хорошей вытяжной вентиляции.
Детали из пластмасс склеивают клеями, которые описаны выше,
а также клеями специального назначения. Для многих термопластов
клеем является растворитель, например, для склеивания органиче-
ского стекла —дихлорэтан, полистирола —бензол, винипласта —
ацетон и др. Автоматизация склеивания связана с решением задач
нанесения клея на сопрягаемые поверхности, сборкой и точной
фиксацией соединяемых деталей и последующей выдержкой. При
использовании клеев холодного отверждения необходимо увеличить
их жизнеспособность. Клей можно наносить роликами, окунанием
или подавать его с помощью шприц-установок в зазоры между сопря-
гаемыми деталями.
Рассмотренные технологические процессы сборки узлов с под-
шипниками скольжения и качения, зубчатых и червячных передач
и т. д. являются типовыми и могут быть использованы при разра-
ботке технологических процессов сборки коробок передач, редук-
торов и других исполнительных механизмов.
ГЛАВА IX
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ЭВМ
§ 1. ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Технический прогресс вызывает необходимость ускорения тех-
нической подготовки производства новых машин, что обеспечи-
вается конструкторскими, организационными и технологическими
мероприятиями. Технологические мероприятия направлены на
сокращение сроков проектирования технологических процессов и
внедрения их в производство.
В условиях массового и крупносерийного производства для боль-
шинства деталей, и в первую очередь стандартных, должны приме-
няться типовые технологические процессы. Для меньшинства дета-
лей могут быть использованы типовые технологические маршруты
с доработкой. Нормативно-справочные материалы облегчают работу
технолога.
В мелкосерийном производстве технологические процессы раз-
рабатывают укрупиенно. В этом случае могут быть использованы
типовые решения, но с меньшей степенью детализации. Для раз-
работки технологических процессов обработки резанием сложных
деталей (корпусные детали, крупные ступенчатые валы) целесооб-
разно применять электронные вычислительные машины (ЭВМ).
С помощью ЭВМ можно решить большое число технологических
задач частного и общего характера, проектировать типовые техно-
логические процессы изготовления стандартных деталей, разраба-
тывать нормативы для технологического проектирования, искать
новые решения.
На ЭВМ можно рассчитывать точность, припуски на обработ-
ку, режимы резания и нормы времени, устанавливать наивыгод-
нейшие маршруты обработки отдельных поверхностей и деталей
в целом, выбирать метод получения заготовки, подбирать детали
для групповой обработки, определять наивыгоднейшие структу-
ры автоматических линий, рассчитывать надежность работы техно-
логических систем и т. д.
Одна из основных задач, решаемая с помощью ЭВМ, это проекти-
рование технологических процессов обработки резанием и сборки.
Перспективно использовать ЭВМ как средство автоматического
управления комплексами технологического оборудования. ЭВМ по-
зволяет многократно ускорить и оптимизировать технологические
разработки, снизить себестоимость их выполнения, высвободить
383
работников, занятых в технологических службах заводов и проект-
ных организациях.
Применение ЭВМ как средства проектирования технологии не
противоречит использованию типовых технологических процессов.
Оба мероприятия дополняют друг друга. Оптимизация технологиче-
ских процессов на основе использования ЭВМ позволяет повысить
производительность в массовом производстве. В мелкосерийном
производстве ЭВМ ускоряет и оптимизирует технологические раз-
работки, облегчает труд технологов, особенно при использовании
станков с программным управлением. Машина не может полностью
заменить человека при проектировании технологических процессов;
за ним остаются такие творческие действия, как анализ исходных
данных, выбор принципиальных решений и метода решения задачи,
а также внесение изменений по ходу проектирования.
Проектированию технологии на ЭВМ предшествует четкая поста-
новка задачи. Необходимо представить математическую модель
проектируемого процесса в виде аналитических или эксперименталь-
ных зависимостей, таблиц. Нужно оговорить возможные ограниче-
ния условий поставленной задачи (оборудование, вид заготовки,
диапазон имеющихся на станке подач и скоростей резания, возмож-
ные методы обработки и пр.). Следует предусмотреть и выделить ма-
тематические и логические связи этапов решаемой задачи. Во многих
случаях сложные явления нельзя описать точными математическими
формулами. В этом случае они могут быть представлены приближен-
ными (аппроксимирующими) выражениями. При наличии неявных
связей используют зависимости, полученные на основе корреля-
ционного анализа. Возможность и эффективность автоматического
проектирования технологических процессов определяется в первую
очередь развитием научных основ технологии машиностроения. Без
этой базы невозможно рационально использовать ЭВМ, так как по-
лучаемые решения характеризуются неточностью результатов и
часто далеки от оптимальных значений.
Каждая ЭВМ имеет устройства: запоминающее (оперативное и
внешнее) для хранения поступающей в машину информации; ариф-
метическое для переработки информации путем выполнения ариф-
метических и логических действий; управления, обеспечивающее
автоматическое выполнение заданной программы; ввода для задания
машине информации в виде исходных данных и программ выполне-
ния задачи; вывода для выдачи из машины результатов решения
задачи. Для решения технологических задач применяют универ-
сальные ЭВМ («Минск», БЭСМ и др.), специализированные (СТЭМ)
и малые ЭВМ («Проминь», «Наири» и др.). ЭВМ 2-го поколения
(на полупроводниках) заменяются ЭВМ 3-го поколения (на инте-
гральных схемах). Усилиями социалистических стран создана еди-
ная система электронных вычислительных машин (ЕС ЭВМ).
Информация об исходных данных (основные сведения об обра-
батываемой детали, её материале и размерах, имеющемся оборудо-
вании и оснастке, виде заготовки и т. п.), ограничивающих условия
384
решения задачи, внимательно изучаются и кодируются. Количест-
венная информация (число деталей в партии, их масса) вводится
в запоминающее устройство ЭВМ без переработки, а качестценная
преобразуется в установленные коды. В существующих ЭВМ исполь-
зован буквенно-цифровой код различных систем. Закодировфшая
информация с кодировочпого бланка переносится транслятором
на перфоленту и вводится в машину. Трудоемкость кодирования
основных сведений о детали средней сложности составляет 10—
20 мин, а трудоемкость переноса закодированных данных на перфо-
ленту 2—3 мин.
Наиболее сложной является предварительная разработка алго-
ритма технологического проектирования и составление программы
работы машины. Алгоритм —это система операций, выполняемых
в определенном порядке для решения поставленной задачи. Алго-
ритмы подразделяют на математические и эвристические. Первые
обоснованы на достаточно точных законах, вторые па наблюдениях,
опытах, статистических данных. Программа — это описание алго-
ритма на определенном языке (содержательном, математических
выражений, <|юрмальном, машинном). По программе в ЭВМ реа-
лизуется принятый алгоритм путем выполнения в определенной
последовательности арифметических и логических операций, за-
даваемых набором команд. Программы перед вводом в ЭВМ коди-
руются на языке машины и записываются на перфоленте. Исполь-
зуются языки «Ассемблер», «Алгамс», «Кабол» «Алгол-60», «Фортран»
и др. После кодирования программа представляет собой совокуп-
ность команд, преобразуемых в ЭВМ в управляющие сигналы.
Перед началом работы программа отлаживается и контролируется.
Ошибки в программе не допускаются. Алгоритм и программа могут
разрабатываться для специального и типового случаев проекти-
рования. В последнем случае по единой программе решаются за-
дачи, сходные по структуре и последовательности выполнения эта-
пов (проектирование технологии изготовления типовых деталей
разных размеров). При решении задач такого типа в ЭВМ каждый
раз вводятся исходные данные и ограничивающие условия. Весь
комплекс работ по составлению программы отнимает много времени
(в сложных случаях до двух недель). Поэтому широко применяется
автоматическое программирование, представляющее собой перевод
программы в содержательных обозначениях в машинные коды.
Автоматическое программирование сокращает время до нескольких
десятков минут. Основные этапы автоматизированного проектиро-
вания технологии на ЭВМ приведены на рис. 173, а (штриховой ли-
нией показаны этапы, выполняемые технологом).
Несмотря на большие возможности ЭВМ, следует сужать рамки
поставленной задачи проектирования, беря за основу типовые про-
веренные решения и используя технические ограничения условий
проектируемых операций и процессов. Например, диапазон подач
ограничивается прочностью инструмента и шероховатостью обра-
батываемой поверхности; скорость резания ограничивается стой-
13 п/р. Корсакова В. С. 385
a) 6) 6)
Рис. 173. Основные этапы разработки технологического процесса с помощью
ЭВМ (ц), блок-схемы алгоритмов расчета основного времени (б) и суммарной
погрешности обработки (е)
костью инструмента. Принимается только одна (типовая) схема
базирования.
Разработка алгоритмов наиболее проста при выполнении расче-
тов по формулам, дающим вполне определенный конечный резуль-
тат. В этом случае алгоритм представляет собой цепочку последо-
вательно расположенных блоков (рис. 173, б). Зная конкретные
условия выполняемой операции, по алгоритму данного типа можно
рассчитать промежуточный припуск, режимы резания, норму вре-
мени. На рис. 173, б показано определение алгоритма основного
времени
/о —
(/-Нвр-Нсх)1
ns
На рис. 173, в приведена блок-схема алгоритма расчета суммар-
ной погрешности обработки цилиндрической поверхности на финиш-
ном переходе. В оперативную память ЭВМ (блок /) вводятся исход-
ные данные, являющиеся первичными погрешностями обработки
(Аг/, Агг, A/Y, ДТ, ХДф). В блоке 2 производится суммирование
первичных погрешностей, а в блоке 3 проверка условия А 6,
где Л —суммарная погрешность; 6 —заданный допуск на выдер-
живаемый размер. При соблюдении этого условия расчет прекра-
щается. В противном случае (обратная связь «нет»), происходит из-
менение величины Аг/ до удовлетворения приведенного условия.
386
Рис. 174. Блок-схема алгоритма расчета припусков на обработку и промежу-
точных размеров
Более сложным является алгоритм расчета припусков и проме-
жуточных размеров при обработке. В качестве исходной информа-
ции используются следующие данные: чертеж детали с техниче-
скими требованиями; метод получения, точность и качество поверх-
ности заготовок; установочные базы; тип приспособления; техноло-
гические маршруты обработки элементарных поверхностей; вид и
место термической обработки в структуре технологического про-
цесса обработки элементарной поверхности. Построение алгоритма
расчета припусков и промежуточных размеров производят по ранее
приведенной методике. Укрупненная блок-схема алгоритма расчета
припусков и промежуточных размеров наружной поверхности де-
тали типа тела вращения приведена на рис. 174. Для других по-
верхностей алгоритм строится аналогично. В блоке 1 происходит
ввод в приемное устройство ЭВМ массива исходной информации.
Этот массив является переменным и вводится каждый раз в ЭВМ.
Кроме переменного массива в памяти ЭВМ находится постоянный
массив; он включает данные R^-i, 7,- j и 6D/ (промежуточный до-
пуск) для различных методов получения заготовки, методов обра-
ботки, материала заготовки, для расчета пространственных откло-
нений Pi-j, погрешности установки для типовых схем базирования
и закрепления. В блоках 3 и 4 рассчитывается р,- j и 2zt min- Блок 5
производит проверку z-ro перехода. Если переход последний (ука-
зывается «да»), то рассчитывают максимальные промежуточные
припуски 2zimax (блок S), общие минимальные 2zOmin и максималь-
ные 2zomax припуски (блок 10). Если i-й переход не последний (ука-
зывается «нет»), производится расчет 2г1ЛЛ;п для следующего пере-
хода. В блоках 6 и 11 происходит вызов из массива исходных дан-
ных допуска на размер поверхности (по чертежу) и предельных
размеров поверхности (по чертежу) Отшжт и Отах дет Допуска па
заготовку. Из массива постоянной информации происходит вызов
13* 387
промежуточных допусков 8Dl (блок 7). Расчет промежуточных раз-
меров Dmin i и Umax i происходит в блоке 12. Блоки 9 и 13 служат
также для проверки i-ro перехода. При ответе «нет» дается команда
соответственно на блоки 8 и 12 для проведения соответствующих
расчетов по следующему переходу. Ответ «да» предусматривает
переход к следующему этапу проводимых расчетов на ЭВМ или
окончание расчетов с выдачей результатов на печать.
При решении задач по оптимизации технологических процессов
используют математическое моделирование. Математическая модель
технологического процесса может быть представлена в виде сово-
купности формул, уравнений неравенств, отображающих механи-
ческие, физические и другие закономерности, присущие реальному
процессу. В общем виде модель можно представить как Е —
= f (X,-; Yi), где X, — управляемые переменные (например, ре-
жимы резания); —неуправляемые переменные (например, жест-
кость технологической системы); Е —целевая функция; при огра-
ничениях <р (X,-; Yt) 0. Решается такая модель путем определе-
ния значения X (как функции У), приводящего к экстремуму Е.
В качестве целевой функции принимают минимальное значение
технологической себестоимости операции Соп1-, реже максимальную
производительность Q шт/мин, с учетом цикловых и внецикловых
потерь и потерь времени, связанных с инструментом. В других слу-
чаях для решения частных задач используют более простые целевые
функции: достижение минимального неполного штучного, оператив-
ного или основного времени, и в особых случаях, максимальной
достижимой точности.
Оптимальный вариант получается методом простого перебора
возможных вариантов, что малопроизводительно и нерационально,
или методом направленного поиска перебора вариантов. При опти-
мизации широко используются итеративные методы выбора наилуч-
шего варианта технологического процесса (линейное, нелинейное,
динамическое программирование и другие методы). В этом случае
вычислительный процесс начинают с некоторого пробного решения,
а затем улучшают это решение до тех пор, пока не станет ясно, что
дальнейшее улучшение невозможно. Введение разумных ограниче-
ний и отбрасывание малозначимых факторов упрощает решение
задач по оптимизации.
Готовый результат выдается машиной на перфоленте, и после
декодирования с помощью ретранслятора его использует технолог.
При проектировании операций обработки для станков с програм-
мным управлением результат работы машины может быть пред-
ставлен в виде записи на программоноситель станка.
Процесс проектирования разбивают на укрупненные этапы:
проектирование маршрута обработки детали, проектирование опера-
ций, а также решение ряда частных задач (расчеты точности, ра-
счеты припусков, расчеты режимов резания и др.). Основными
исходными данными при проектировании технологических процес-
сов являются рабочий чертеж, технические требования, программа
388
a) V
Рис. 175. Последовательность проектирования технологических процессов обра-
ботки типовых (а) и оригинальных (б) деталей
выпуска. Автоматизация проектирования технологических про-
цессов в условиях серийного производства должна вестись на базе
типовых процессов (рис. 175, а). С помощью ЭВМ проводится дета-
лизация типового маршрута для определенных производственных
условий. Проектирование оптимальных операций позволяет иметь
конкретные решения, корректирующие содержание маршрута. В дру-
гом случае (рис. 175, б) операции формируются на основе множе-
ства оптимальных маршрутов обработки отдельных поверхностей.
Последовательность выполнения операций определяется путем
использования типовых решений.
§ 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
МАРШРУТОВ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
Маршруты обработки деталей машин проектируют на базе типо-
вых технологических процессов путем их детализации для конкрет-
ных производственных условий. Исходными данными для проекти-
рования служат конструкция детали (ее конфигурация, размеры,
разновидности ее поверхностей, резьбы, пазы, шлицы, канавки
и др.), технические условия приемки (точность, шероховатость
поверхностей, термическая обработка), программа выпуска, а также
заданный вид заготовки (ее точность, качество поверхностей и пр.).
Исходными данными являются сведения об оборудовании, приспо-
389
соблениях и инструменте. Деталь относят к типовому классу (ва-
лов, дисков, корпусных деталей и др.), руководствуясь принятым
классификатором.
В зависимости от условий данная конкретная деталь может быть
отнесена к группе или к подгруппе в соответствии с классифика-
цией. Сначала производят кодирование исходной информации,
а затем, после записи на перфоленту, ее вводят в приемное устрой-
ство ЭВМ. При кодировании операций указывают их код, характе-
ризующий операцию и выполняемые работы.
Для данного класса (группы, подгруппы или типа) деталей
устанавливается обобщенный маршрут обработки. Обобщенный мар-
шрут включает все операции обработки, характерные для определен-
ного класса деталей. Если под оператором понимать код операции,
то математическую модель обобщенного маршрута обработки можно
представить в формальном виде. Существует конечное множество
условий А = {Д/}, влияющих на выбор операции и характер пост-
роения маршрутов (например, минимальная шероховатость поверх-
ности, требования к точности взаимного расположения поверхно-
стей и др.), где i = 1, 2, 3, ... , иг характеризует количество состоя-
ний каждого конкретного условия; / — 1, 2, ... , п2 —количество
условий. Кроме того, имеется конечное множество операторов
(кодов операций) С — {GJ, где k = 1, 2, ... , п3. Эти условия (пред-
варительно закодированные) могут сочетаться как Аг V Да V •••
п
...\JAk v - V V Д*,т.е. логическая сумма условий (V —
знак «ИЛИ», дизъюнкция; например, разную шероховатость по-
верхностей можно получить при обработке детали в одной опера-
п
ции), или Д А3 Д ... Д Ак Д ... Ап —- Д Ак, т. е. логическое
произведение условий (Д —знак «И»—конъюнкция; например,
обязательное выполнение технических требований при осуществле-
нии операции). Элементарная логическая функция, определяющая
«г / «1 \
условия назначения операции, будет иметь вид V ( А Д» /; напри-
;=2\ (-1 /
мер, элементарная логическая функция токарной операции обра-
ботки ступенчатого вала в центрах на гидрокопировальном токар-
ном полуавтомате включает условия: Ai —число ступеней вала;
Д3 — число деталей в партии. Эти условия сочетаются как логиче-
ское произведение Д! Д Д2. При шлифовании шеек ступенчатого
стального закаленного вала достигается разная шероховатость
поверхностей. В этом случае условия назначения шлифовальной
операции будут сочетаться как логическая сумма, т. е. Д{ V Д-?
Здесь условие А' или условие Д2 будут определять назначение
шлифовальной операции. Каждой операции маршрута ставится своя
элементарная логическая функция; совокупность элементарных
логических функций представляет собой логическую функцию обоб-
390
(Ценного маршрута
«« Г «г / «I \ '
v via л: ,
(-1 L/ = i \( 1 //J*
Л/; <= А,
где ен — знак «принадлежность», k — число условий к каждой
операции. Маршрут обозначают как М = М [/1, где/ — 1,2... , н4—
число операторов (операций) в маршруте Л1. ЛАаршрут М пред-
ставляет собой совокупность операторов С [Ze] — кодов операций
и соответствующих этому элементарных логических функций.
«4
Знак V в логической функции обобщенного маршрута показывает,
/=1
что в конкретные маршруты могут входить или не входить отдель-
ные операции.
Рис. 176. Массив деталей
Формирование обобщенного маршрута ЭВМ начинает с какого-то
маршрута (можно с любого), принимаемого за базовый. В него
последовательно включают недостающие операции всех присоеди-
няемых маршрутов. Для этого в базовом маршруте для каждой
операции производится поиск аналогичных операций присоединяе-
мого маршрута. Вставляемые недостающие операции занимают опре-
деленные места в базовом маршруте. Полученный обобщенный
маршрут принимается как очередной базовый, к нему присоеди-
няется следующий маршрут и т. д. для целого класса деталей.
Полученный обобщенный маршрут представляет собой перечень
операций, каждая из которых имеет свою логическую функцию.
Логическая функция назначения операции определяет условия
включения данной операции в конкретный маршрут обработки.
В качестве примера ниже приведено формирование обобщенного
маршрута для группы ступенчатых валов (рис. 176). Условия на-
значения операций и маршруты базового и присоединяемых марш-
рутов приведены в табл. 19. Базовый маршрут включает следующие
операции: 1) подрезку торцов и зацентровку при установке заго-
товки в самоцентрирующнх призмах с условием Ло, определяющим
использование приспособления; 2) черновую обработку ступеней
с правой стороны вала на токарном гидрокопировальном полу-
автомате; 3) чистовую обработку ступеней с правой стороны вала
на том же станке; в этом случае имеют место условия Лх и Л2, свя-
391
занные с числом обрабатываемых ступеней вала (/Ц) и размером
партии заготовок (Л2). Сочетание условий — логическое произведе-
ние А2 Д Л2; 4) обработка левой ступени вала на токарном станке.
Таблица 19
Условия назначения операций и маршрутов
Вазовый маршрут Присоединяемый маршрут
Условия назначения Код опера- Условия назначения Код опера-
операции ЦП и операции НИИ
Ао С\ Ао ц
А. А.г с2 А„ А., А
At, Аг б'з А- Л2 С’э
С4 с4
А, А4 б'в
В присоединяемом маршруте операции 1—4 аналогичны опера-
циям в базовом, поэтому они не включаются в обобщенный маршрут.
Операция 5 (фрезерование шпоночного паза) при установке в приз-
мах отсутствует в базовом маршруте, ее необходимо в него вклю-
чить. Условия Ад и Л4 определяют выбор фрезерной операции
при обработке шпоночного паза в обычных призмах или самоцентри-
рующих (в зависимости от допуска на размер h). Сочетание этих
условий представляет логическую сумму, т. е. А3 V Л4. Обобщен-
ный маршрут будет представлять совокупность кодов Clt Cit С3,
С4, Сь. Логическая функция обобщенного маршрута будет иметь
вид Ао V Ai А Л2 V А3 V Далее происходит присоединение
следующего маршрута и т. д.
Для проектирования конкретного маршрута из обобщенного
маршрута ЭВМ «вычеркивает» согласно определенным условиям
ненужные операции. Оставшиеся операции будут являться конкрет-
ным маршрутом для данной детали. После расшифровки кодов
операций ЭВМ выдает маршрут обработки детали в виде карт обще-
принятого образца. С помощью матричных (табличных) алгоритмов
по определенным признакам выбирают оборудование, приспособле-
ния и инструмент. Для проектирования маршрутов обработки дета-
лей с помощью ЭВМ создают подсистемы кодирования, информа-
ционного поиска в виде справочников кодов деталей, операций,
формулировок операций, условий назначения операций, кодов обо-
рудования и оснастки.
§ 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАНОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ
Построение оптимальных операций является многовариантной
задачей. При использовании ЭВМ для выбора наилучшего варианта
основой служат изложенные выше технологические положения.
При построении оптимальных операций учитывают оптимизацию
392
переходов на отдельную поверхность и деталь, формирование опти-
мальной операции (или несколько операций), выдачу на печать
технологической документации общепринятого образца. При опти-
мизации переходов определяют их число в последовательности вы-
полнения, режимы резания, нормы времени, промежуточные (тех-
нологические) допуски, число подналадок и настроечные размеры.
Выбор маршрута обработки поверхности заключается в определении
таких взаимосвязанных параметров, как число переходов, техно-
логические допуски, припуски, глубина резания, подача и скорость
резания. Их различные сочетания обусловливают большое число
вариантов обработки, неравнозначных по затратам. Применение ЭВМ
и математического моделирования позволяет выбрать наилучший
вариант с учетом влияния большого числа технологических и дру-
гих факторов. При автоматическом способе получения заданного
размера настроечный размер будет изменяться на величину
4ст=^д-^а«. (168)
где /зад и /фак — глубина резания соответственно заданная (уста-
новленная настройкой станка) и фактическая, мм.
Отклонение размеров в партии деталей вследствие непостоян-
ства заданной глубины резания
A// = ^ocrmax Goermin ~ Утах —//mln, (169)
где i/max и //min — соответственно максимальное и минимальное сум-
марные упругие перемещения технологической системы под дейст-
вием нормальной составляющей силы резания Ру, мм; или
(^max^tnax^Xmax^^-^min ^min *
X fc + ji). (170)
где Лаг — жесткость системы заготовка — приспособление — узлы
станка, на которых заготовку закрепляют при обработке, кгс/мм;
/ннс — жесткость системы инструмент — приспособление — узлы
станка, на которых закреплен инструмент, кгс/мм. Существенными
погрешностями являются те, которые возникают в результате раз-
мерного износа инструмента и его тепловых деформаций. Размерный
износ вызывает увеличение расстояния от линии настройки до вер-
шины режущего инструмента. Угол наклона прямой нормального
износа характеризуется свойствами материала инструмента и усло-
виями обработки. Размерный износ инструмента
и — ин ~г ио , (171)
где нн—начальный износ, мкм; v—скорость резания, м/мин;
т —время обработки, мин.
Относительный износ
и0 = cKvmsntvkakyikr, (172)
393
где с„ —коэффициент, характеризующий обрабатываемый мате-
риал и материал инструмента; v, s, t — скорость резания, подача
и глубина резания, соответственно м/мин, мм/об, мин; fea, /sv, kr —
коэффициенты, характеризующие геометрические параметры режу-
щей части инструмента.
Размерный износ определяется подачей, скоростью и глубиной
резания.
При тепловых деформациях инструмента деформация резко уве-
личивается до определенного момента времени т„ в который насту-
пает тепловое равновесие, т. е. вершина инструмента больше не
изменяет своего положения в результате тепловых деформаций
(положение вершины инструмента изменяется только вследствие
нестабильности глубины резания партии заготовок).
Если машинное время обработки to больше т„ то тепловые дефор-
мации, соответствующие тепловому равновесию,
ЬТ=С-*- oB(ts)r^Vv. (173)
где С — коэффициент, учитывающий условия обработки; 1Р — вылет
резца, мм; F — площадь поперечного сечения державки резна, мм2;
ов —предел прочности обрабатываемого материала, кгс/мм2.
Текущая тепловая деформация инструмента
I
А'Т(т)=А'Т\1-е "с /, (174)
где тс—постоянная, характеризующая теплоемкость и тепло-
проводность инструмента.
В зависимости от соотношений to и времени перерывов /пер теп-
ловые деформации будут вызывать только погрешности формы А7"ф
каждой детали пли погрешности размера А' Т для деталей всей
партии. Вследствие изменения глубины резания /зад заготовкам,
имеющим /зад max > taaai > /зад min, Соответствуют ТСПЛОВЫе Дефор-
мации, находящиеся между предельными значениями. Погрешность
обработки, вызываемая совместным влиянием размерного износа
и тепловых деформаций,
/
A;_„ = uh + wo^--А'Т\1 — е Тс /. (175)
При этом и0 определяется по /зздср, которое соответствует мате-
матическому ожиданию. Максимальное перемещение вершины инст-
румента в направлении к линии центров станка (например, при то-
чении)
, ( ~Тт \
Ат--и max “ 4" «о "]Q3 T'max \1 6 ’
394
Значению Л^_н max соответствует момент времени При обра-
ботке партии деталей теоретические диаграммы должны отражать
изменение размеров во времени. Диаграммы для различных коли-
чественных значений первичных погрешностей приведены на
рис. 177 (штриховой линией показано изменение положения вер-
шины инструмента в радиальном направлении во времени, а сплош-
ной — изменение предельных значений отклонений во времени).
Па изменение положения вершины инструмента в начальный период
влияют тепловые деформации инструмента. Для других видов диа-
грамм доминирующими факторами будут износ и тепловые дефор-
мации до поднастройки инструмента.
а) 5) в)
Рис. 177. Виды диаграмм:
а ~ в начальный период обработки преобладают тепловые деформации инструмента:
б—преобладает размерный износ режущего инструмента: в — преобладают тепловые де-
формации режущего инструмента
На отклонения также влияют факторы, определяющие погреш-
ность формы на рассматриваемом переходе. Погрешность формы
обрабатываемой поверхности вследствие нестабильности жесткости
технологической системы
Д' =С k txy syuvnv
ф. пр ртах у зад max
/ 1
\/снег min
1 \
Женеттах /
(176)
где /спет —жесткость технологической системы, кгс/мм. Погреш-
ность формы в продольном и поперечном направлениях, возникаю-
щая от геометрических неточностей станка Дст, выражается в функ-
ции линейных и угловых координат
Дф. пр = ф (О И Дф. пп “ / (ф)*
В общем случае условия, определяющие многопереходную обра-
ботку, можно представить в следующем виде (рис. 178):
р
У , [ГзадпНпТ — t/iuini +0,5 Д77/ + Дт-и! (2)i + ДС1 + ei]
1
77заг mln Ндет mini
Р
> [Шадтахi f/maxi — 0,5 AHi — Дт - и2(1) — ДСт —
1
Д(р. пр С/] 77заг max Одеттах
(177)
395
или
р
У। ^фак mln i /^aarmin ^детт1п>
1
P
У, ^фактах I Нзаг max 7/де1 max»
1
(178)
где t/min, «/max — минимальные и максимальные упругие отжатия
технологической системы (индексы 0 — в начале, к — в конце
обработки); ДЯ; — погрешность настройки станка; Ai—„1 (2>,
Ат-и1<2) —соответственно максимальное смещение режущей кромки
инструмента в начальный и конечный период обработки (за время
работы между двумя подналадками) при действии размерного из-
Рис. 178. Расчетная схема формирования маршрута обработки поверхности
детали
396
носа инструмента и его тепловых деформаций (индексы 1, 2 отно-
сятся соответственно к обработке с /задт1п н /задтах; £; — погрешность
установки; Нзлггпак, //заг min, //дет max, //дет min —СООТВеТСТВенНО
максимальные и минимальные размеры обрабатываемой поверх-
ности заготовки и детали; р — число переходов.
Варианты многопереходной обработки могут описываться гра-
фом, вершины которого соответствуют какому-нибудь показателю
обработки (точность, затраты и т. д.), а ребра, соединяющие две
вершины, определенным параметрам перехода s и t. Скорость реза-
ния выбирают исходя из заданной стойкости инструмента. Различ-
ные цепи, выходящие из вершины графа, соответствующей какому-
нибудь показателю заготовки, имеют последнее ребро, рассматри-
ваемое как последний переход. Сами цепи описывают варианты
многопереходной обработки. Поэтому формально различные ва-
рианты переходов и их последовательностей могут быть предста-
влены ребрами и цепями (ветвями) графа (рис. 179). Ребро, соот-
ветствующее первому переходу, выполняемому с максимальной глу-
биной резания и подачей, соединяет корень графа (величину коле-
баний заданной глубины резания из-за погрешностей заготовки)
с вершиной, которая отражает достигнутую точность.
Среди определенного множества цепей графа, построенного для
конкретного случая обработки, нужно отыскать удовлетворяющее
Рис. 179. Граф вариантов обработки поверхности
397
ограничениям и дающее минимальное значение целевой функции.
Целевая функция в данном случае рассматривается как суммарные
р
затраты У С„..р; (по себестоимости или трудоемкости) по всем пере-
।
ходам при обработке поверхности. Ограничения представляют
собой совокупность неравенств
Лк-=£б;
Rzk Аг доп»
(179) Дф. к Дф. доп»
^min Н/ ^тах i
•Smin Sf Smax > j
P
j ^aKHiini -^заг min Н№т mini
1
(180)
(181)
где Л'рез, Л'зл —соответственно мощности, расходуемая на реза-
ние, и электродвигателя; т] — КПД главного привода станка;
Кдоп. ин —Допустимая сила, действующая на инструмент; Рдоп С1 —
допустимая сила подачи станка; Т —фактическая стойкость инстру-
мента; ТЭА —заданная стойкость инструмента; 6 —допуск на раз-
мер; Дк — суммарная погрешность обработки на последнем пере-
ходе (рассчитывается по формулам); Агдоп, Агк—соответственно
допустимая и получаемая высота неровности на последнем пере-
ходе; Дф. доп, Дф_ к — соответственно допустимая и получаемая на
последнем переходе погрешности формы.
Ограничения (181) и Дк б используются раздельно, причем
первые при многопереходной обработке и когда суммирование эле-
ментарных погрешностей ведется алгебраически. Ограничения (179)
активны только на черновых переходах.
Исходной информацией при проектировании маршрута обра-
ботки поверхности детали являются класс (тип) детали; размер
партии; годовая программа; масса детали и ее размеры; вид обра-
батываемых поверхностей детали и их размеры; требуемая точность
и качество поверхности детали; особенности геометрических пара-
метров поверхностей; вид термической обработки; вид заготовки,
ее точность и размеры; схема установки заготовки; тип приспособ-
ления; характеристика режущего инструмента.
Определение числа переходов для обработки. При обработке
ступенчатых поверхностей (плоских цилиндрических, наружных и
внутренних), когда обрабатываемая заготовка имеет напуск, воз-
никает задача совмещения удаления слоя металла с нескольких
поверхностей за один или несколько переходов (рабочих ходов).
Рассмотрим методику определения оптимальной схемы обработки
398
ступенчатого вала из проката.
Ступени вала обрабатывают,
снимая слой металла с каж-
дой ступени или слои с не-
скольких ступеней поверхно-
стей (соответственно рве. 180,
а и б); существуют и комби-
нированные схемы обработки.
Число шеек ступенчатого
вала, которое нужно рас-
сматривать одновременно при
определении оптимальной схемы обработки, зависит от вида
заготовки, конфигурации детали и способа закрепления заготовки.
Оптимальную схему обработки для всей совокупности ступеней
можно определять направленным шаговым методом, начиная от
шейки вала наибольшего диаметра при двустороннем располо-
жении ступеней; при одностороннем расположении — также с
шейки наибольшего диаметра, с учетом конфигурации вала и спо-
соба закрепления заготовки. Исходной информацией при реше-
нии данной задачи являются оптимальные маршруты обработки
отдельной поверхности, полученные для рассматриваемого сочета-
ния по первой и второй схемам (см. рис. 180). Последовательность
решения данной задачи представляют в виде сетевого графа (рис. 181).
При каждом шаге рассчитывают время обработки двух шеек по ос-
новным схемам (сплошными стрелками показан возможный выбор
схем). В узлах бив сетевого графа происходит формирование ва-
риантов схем для каждого сочетания поверхностей с учетом опти-
мального решения на предыдущих шагах (штриховой стрелкой
показано образование комбинированной схемы в случае, когда на
предыдущем шаге оказалось оптимальной первая схема). Формиро-
вание схем обработки для каждого сочетания поверхностей в ходе
399
Рис. 182. Формирование схем обработки для каждого сочетания поверхностей
вала
решения задачи показано на рис. 182. После анализа последова-
тельности обработки ступеней первой половины вала совершается
переход ко второй. Число переходов обработки резанием второй
половины вала определяют аналогично первой. Варианты при ка-
ждом шаге решения анализируются с помощью целевой функции,
которую можно представить как сумму основного времени t0 и вре-
мени tx на холостые перемещения инструмента Йп = to + tx. Если
/оп! < <оп2, то принимают первую схему обработки; в другом случае
схемы равноценны или оптимальной будет вторая схема. Укруп-
ненная блок-схема алгоритма нахождения лучшего варианта обра-
ботки приведена на рис. 183.
Оптимальное содержание операции определяют с учетом множе-
ства переходов, методов настройки, числа подналадок, оборудо-
вания и его технологических возможностей. При формировании
операций необходимо общую совокупность переходов упорядочить
и разбить на множества с учетом термической обработки, миними-
зации количества установок и холостых перемещений инструмента.
В одном случае все переходы могут быть объединены в одно мно-
жество, т. е. обработку выполняют за одну операцию и один уста-
нов. В другом предельном варианте черновые и чистовые переходы
выполняют за несколько операций и установов. Определение оче-
редности выполнения переходов в множествах позволяет минимизи-
ровать холостые перемещения инструмента. При построении опе-
рации определяют общие режимы обработки, исходя из содержания
оптимальных переходов на отдельные поверхности. Например, при
выполнении операции па токарном гидрокопировалыюм полуав-
томате требуется установить определенную (общую) частоту враще-
400
Схемы обработки. Первая схема
равноценны обработки
Вторая
схема
обработки
Рис. 183. Блок-схема алгоритма определения оптимальной последовательности
обработки ступеней вала
ния шпинделя н,- и подачу sj, а на токарном станке с ЧПУ — только
частоту вращения. Принимают лимитирующие значения Sj и пг из
ряда подач и частот вращения, полученных на этапе проектирования
маршрута обработки отдельных поверхностей. Общие режимы
обработки при выполнении нескольких переходов в операции влияют
на составляющие суммарной погрешности, достижение требуемой
точности Дк i и шероховатости /?2кг, а также число подналадок.
Поэтому необходимы поверочные расчеты достижения заданной
точности и параметров шероховатости обрабатываемых поверхно-
стей, что определяет условия выполнимости операции
Лк£ - 6, Аф. к/ Аф. доп’ доп*
Кроме того, при выполнении операции необходимо обеспечить
отклонение взаимного расположения поверхностей в заданных пре-
делах, т. е.
Ацр. К1 Апр. доп*
Задача построения оптимальных операций носит многовариант-
ный характер, и область решений можно ограничить двумя предель-
ными случаями: каждый переход соответствует однопереходной
операции; все переходы выполняются в одной операции. Перед
началом решения задачи общая известная совокупность перехо-
дов U распределяется на подмножества V с учетом методов обра-
ботки, наличия термической обработки и минимизации числа уста-
новок. Последовательность выполнения переходов в подмножествах
устанавливается с учетом разделения их на черновые, получистовые
и чистовые. Общую совокупность переходов, входящих в подмно-
401
жество V и расположенных в некоторой фиксированной последо- 1
вательности, обозначают числами 1, 2, ... k ... I... т ... р, где 1, 2, ...
k ... I ... т ... —промежуточные номера переходов; р—номер
последнего перехода, равный общему числу переходов в подмно- '
жестве U'. Необходимо распределить имеющиеся переходы по one- ;
рациям так, чтобы суммарное значение целевой функции (себестои- ,
мость выполнения операции CoPi) конкретного варианта было мини- '
мальным. Образование вариантов по каждому подмножеству U' I
начинается с объединения в операцию максимального числа перехо-
дов. Граф образования вариантов обработки приведен на рис. 184.
Для сужения области поиска оптимального варианта сочетаний ;
переходов используют критерии отбора, которые позволяют исклю- i
чить из рассмотрения определенную часть вариантов. Первым
этапом такого отбора является выявление технологически возмож- ,
ных вариантов из числа возможных с учетом ограничений последо-
вательности обработки с минимальным числом переустановок и тех-
нологических возможностей станка. На следующем этапе проекти-
рования, когда вариант сформирован для конкретной модели станка,
его проверяют на условие выполнения ограничений. Если вариант
выполним, вычисляют целевую функцию (технологическую себе-
стоимость) данного варианта операции. Затем этот вариант прове-
ряют на возможность выполнения на станке другой модели. Если
такая возможность есть, то производят все приведенные выше
расчеты, после чего сравнивают их результаты по приведенным
затратам и выбирают лучший вариант.
При равенстве затрат по целевой функции варианты сравнивают
по штучно-калькуляционному времени. Расчет продолжают до тех
пор, пока все переходы не будут распределены по операциям (верх-
няя ветвь граф-дерева) и не определена суммарная целевая функ-
ция. При формировании содержания первой операции на следующем
шаге первое расчетное сочетание переходов, полученное на первом
шаге, уменьшается до технологически выполнимого нового сочета-
ния. Дальнейший расчет аналогичен указанному выше (нижняя
ветвь графа). Когда будут получены результаты расчетов по двум
\..........................................
Рис. 184. Граф вариантов станочных операций
402
шагам (итерациям), их необходимо сравнить и выбрать лучший.
Если последний вариант хуже предпоследнего, то на основании
правила доминирования расчет прекращают. В случае улучшения
варианта расчет продолжают до получения оптимального. Тогда
вместо худшего формируется новый вариант. Правило доминирова-
ния заключается в том, что дальнейшее увеличение числа операций
ведет к возрастанию затрат времени и технологической себестоимо-
сти обработки.
Исходными данными для формирования оптимальной станочной
операции будут чертеж детали и заготовки, годовая программа
выпуска деталей, размер партии, маршруты обработки поверхно-
стей детали, оборудование, вид и место термической обработки,
схема установки заготовки, тип приспособления.
В некоторых конкретных случаях построение оптимальных ста-
ночных операций упрощается, например, при одноцикловой обра-
ботке ступенчатых валов на гидрокопировальном полуавтомате.
Каждую ступень вала обрабатывают за один переход. В качестве
критерия выбора оптимальной операции можно принять макси-
мальную производительность станка
Q = ................................................ (182)
Ip.
I С
где С = -(здесь Со —потери времени на инструмент при задан-
но"1
ной постоянной частоте вращения шпинделя n0); nt —новая частота
вращения шпинделя; s, —подача; /рх—длина обрабатываемой
поверхности; tx — потери времени на вспомогательные ходы ра-
бочего цикла; mv—показатель степени при скорости резания.
Режимы обработки при построении оптимальной операции мате-
матически определяют следующим образом. Задан комплект исход-
ных данных (размеры и материал детали, режущий инструмент,
глубина резания и т. д.); требуется найти режимы обработки (по-
дачу sj и частоту вращения п,- шпинделя), удовлетворяющие усло-
виям точности обработки, параметрам шероховатости обработанной
поверхности, кинематики станка и дающие максимальную произ-
водительность:
Az/; bum! sg k26t; '
Hmin g Л/ -E -- Цщах J
Smin ’ Sy -g Smax •
(183)
где 6, —допуск на размер i-й ступени вала; klt k2 — коэффициенты,
учитывающие соответственно долю погрешностей Д/д и Au в допуске
на размер; т' — число деталей в партии.
403
Рис. 185. Область допустимых режимов обра-
ботки
При одновременном
использовании попереч-
ного суппорта вводят
дополнительное ограни-
(J
чение У, Мрсз. п < Naai},
1
где q —число резцов на
поперечном суппорте.
Для нахождения ис-
комых величин исполь-
зуют метод регулярно-
го поиска, сущность ко-
торого заключается в
следующем. Задают на-
чальное решение (н0, se),
изменяют одну перемен-
ную, например п-„ пока
она не достигнет границы возможных вариантов решения за-
дачи. Затем перебирают все значения и sj вблизи границы и
определяют режимы обработки (лоп, s0n), дающие максимум целевой
функции. В силу дискретности значений л,- и s7 перебор заканчи-
вают за несколько шагов. Геометрическая интерпретация метода
регулярного поиска приведена на рис. 185.
§ 4. ФОРМИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ОБРАБОТКИ С ПОМОЩЬЮ ЭВМ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ АВТОМАТИЗАЦИИ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
При формировании технологического процесса обработки детали
используют маршрут, полученный с помощью ЭВМ для конкретной
детали, и спроектированные станочные операции. Оптимизация <
станочных операций позволяет корректировать маршрут, т. е.
определять оптимальное число операций в маршруте, уточнять
оборудование и оснастку. Для каждого метода обработки разраба-
тывают алгоритм и программы. Блочный характер общего алго-
ритма проектирования позволяет использовать внешнюю память
ЭВМ и по мере необходимости вызывать подпрограммы (блоки)
в оперативную память. Блоки формирования операций по каждому
методу могут быть разработаны с различной степенью детализации
в зависимости от производства и удельной трудоемкости, приходя-
щейся на конкретный метод обработки. В некоторых случаях опти-
мизировать станочные операции не нужно; например, при сверле-
нии поперечного отверстия в ступенчатом вале, фрезеровании шпо-
ночного паза и др. В этих случаях используют существующие зави-
симости для расчета режимов резания или аппроксимируют таблич-
404
ные нормативные данные для
последующей разработки алго-
ритма и программ для ЭВМ.
Последовательность решения
задачи на примере обработки
вала шестерни приведена на
блок-схеме алгоритма (рис. 186).
Общее управление решением
задачи осуществляется от бло-
ка управления (У). С его по-
мощью решение задачи переда-
ется на блоки формирования
операций определенных методов
обработки в последовательно-
сти, установленной типовым
маршрутом. В блоках (подпро-
граммах) проектирования обра-
ботки по каждому методу про-
исходит определение числа, со-
держания и последовательности
выполнения операций. В каж-
дом блоке после окончания рас-
четов предусматривается выдача
на печать результатов решения
и передача управления ходом
проектирования технологии бло-
ку у. В нем снова «просматри-
вается» необходимость построе-
ния станочной операции и вы-
i
Исходные данные
Формирование процесса
обработки детали
Блок управления У
Мойка
♦
Контроль
Рис. 186. Общая блок-схема алгорит-
ма проектирования технологического
процесса
фрезерование пазов
1L
Нарезание шлиц
Нарезание резьбы
Термообработка
зывается соответствующая подпрограмма и т. д. до конца
проектирования технологического процесса обработки заготовки.
Экономическую эффективность от автоматизации проектирова-
ния технологических процессов обработки резанием в условиях
действующего вычислительного центра определяют по формуле
I
ДЭЧ = ДЭП -ф ДЭК,
(184)
где ЭП — прямые элементы экономического эффекта (прямой эконо-
мический эффект); ДЭК —косвенные элементы экономического эф-
п
фекта (косвенный экономический эффект); ДЭП = У, (Cj/Hj — С2М..)—
прямой экономический эффект при решении комплекса взаимосвя-
занных задач, представляющий разницу затрат на проектирование
при «ручном» способе и с применением ЭВМ; С? —затраты на
обработку единицы информации до и после автоматизации; Л4Х,
М2 — объем годовой информации Л-й задачи до и после автоматиза-
ции; п —число взаимосвязанных задач.
405
Коэффициент сравнительной эффективности
Р ___Л.9Ч Я
где k0 —единовременные затраты. Я
Срок окупаемости единовременных затрат S
ГТ' ._ %
ур-ок _'дэЧ1.’ Я
где АЭЧГ — годовая экономия текущих затрат. '4
Единовременные затраты /г0 k„ + kK, где /г„ — предпроизвод- Я
ственные затраты; /?к — капитальные вложения. 'Я
Затраты, связанные с «ручным» проектированием технологиче- Л
ского процесса, 1
ср= V m.Cpi(i+3A + Z), I
где СР1 —затраты, связанные с проектированием технологического Я
процесса деталей /-го типа, а также контролем разработанной тех- Л
нологнп; п — число типов деталей; т, — число деталей i-го типа
в годовой программе; Зд, Z — коэффициенты, учитывающие допол- Я
нптельную заработную плату и отчисления на социальное страхо-
ванне (Зд = 0,13 -ь 0,15) и накладные расходы (Z — 0,4 н- 0,7). Л
При проектировании технологического процесса с помощью ЭВМ Л
различают затраты Ск. „, связанные с подготовкой, кодированием и Я
перфорацией исходной информации; Сэвм —с обработкой иифор- ]
мации на ЭВМ и Ск —с контролем разработанных технологических
процессов. Л
См = Ск. п-|-Сэвм + ₽СК, а
где [5 — 0,2 -т- 0,3 — коэффициент, характеризующий процент конт- .1
роля процессов, разработанных с помощью ЭВМ. -'Я
Экономия в производстве вследствие улучшения качества тех- '.Я
нологического решения Л
АЭК = АЭпр 4; АЭр 4- АЭф, (185)Jtt
где АЭпр—годовая экономия материальных ресурсов, приходя- $
щаяся на единицу продукции (прямые затраты); А.9р—годовая -Ь
экономия в результате сокращения па единицу продукции условно- Я
постоянной части расходов при увеличении объема производства, <
вызываемого разработанной методикой проектирования; АЭФ — ,3
годовая экономия в результате высвобождения элементов произвол-
ственного фонда. .Я
Опыт использования ЭВМ для проектирования технологических ’И
процессов обработки резанием показал, что трудоемкость снижается Я
в 10—15 раз, а себестоимость в 2—4 раза по сравнению с обычными Я
методами проектирования; оптимизация станочных операций по- Я
вышает производительность обработки на 20—30% и снижает ее Я
себестоимость на 10—15%. Себестоимость детали в целом снижается и
на 50—70%. Я
ГЛАВА X
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ
МАШИНОСТРОЕНИЯ
§ 1. ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ
РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Машиностроение, как важнейшая отрасль промышленности,
сохранит свою ведущую роль и на ближайшие годы в развитии на-
родного хозяйства. Оно будет определять темпы перевооружения
новой техникой все отрасли народного хозяйства и промышленности.
Ведущую роль в машиностроении будет играть станкоинструмен-
тальная промышленность, производящая средства производства для
машиностроительных заводов.
В СССР создана мощная машиностроительная промышленность,
которая обусловила достижение высокого уровня развития ряда
производств в нашей стране. Необходимость непрерывного повыше-
ния производительности труда на основе современных средств произ-
водства выдвигает перед машиностроением новые ответственные
задачи. Одна из главных задач заключается в повышении качества
машин. Повышение надежности машин является актуальной зада-
чей машиностроения. Ее решение обеспечит сокращение затрат на
обслуживание, простой и ремонт машин, находящихся в эксплуата-
ции. С повышением долговечности машин уменьшается их выпуск
для народного хозяйства, что в свою очередь высвобождает произ-
водственные мощности машиностроительных заводов.
Одна из главных причин выхода машин из строя — это недоста-
точная износостойкость трущихся пар. Поэтому необходимо увели-
чить износостойкость машин проведением ряда конструктивных и
технологических мероприятий. Другая задача заключается в даль-
нейшем развитии унификации и нормализации (а на последующих
этапах и стандартизации) изделий и их элементов. Планомерно
проводимая унификация и стандартизация изделий способствует
специализации производства. При ограничении числа типоразмеров
изделий определенного назначения минимальным ассортиментом
наиболее совершенных образцов суживается номенклатура изделий
при значительном увеличении программы их выпуска. Это позволяет
шире применять поточные методы работы и средства автоматизации
производства. Унификация и стандартизация элементов изделии
должна дополняться разработкой типовых устройств и исполни-
тельных механизмов, из которых в различных отраслях машиност-
роения по принципу агрегатирования можно компоновать машины
разного целевого назначения. При конструировании новых машин
407
эти мероприятия способствуют уменьшению количества специаль- V
ных элементов и повышению коэффициента конструктивной преем- ,Д
ственности, что значительно сокращает подготовку производства ж
новых машин. Ж
Специализация производства является важнейшим условием
технического прогресса и рациональной организации общественного
груда. Отраслевая и технологическая специализация производства
повышают производительность труда и радикально улучшают
структуру машиностроительной промышленности, способствуя кон-
центрации производства конструктивно и технологически однород-
ных изделий. Специализация производства увеличивает программу
выпуска изделий, а это способствует повышению уровня технологии
и применению высокопроизводительного оборудования.
В СССР проводятся мероприятия по развитию централизован-
ного производства отливок, поковок, сварных конструкций, мети-
зов, типовых деталей и составных частей машин. Эти мероприятия
позволят повысить качество продукции и снизить себестоимость ее
изготовления. Проводимая специализация производства является
лишь началом работы в области рационализации производства.
Качество машин во многом зависит от качества исходных мате-
риалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий, поступающих
со смежных предприятий; поэтому вопросы качества не могут ре-
шаться только на определенном, конкретном предприятии, а пере-
растают в народнохозяйственную задачу. Специализация и коопери-
рование производства должны способствовать ее полному решению.
К технологическому оборудованию, кроме качества изготовле-
ния, предъявляются и другие требования. Оно должно быть высоко-
производительным, допускать быструю переналадку при изменении
объектов производства, стабильно работать длительное время без
регулировки и ремонта (особенно в условиях непрерывного потока),
не требовать квалифицированного обслуживания. Необходимость
облегчения труда и высвобождения рабочей силы выдвигает задачу
полной автоматизации оборудования.
Большое значение имеет задача повышения технологичности
конструкции производимых машин. Улучшение технологичности
конструкции увеличивает выпуск продукции и снижает себестои-
мость ее изготовления при тех же средствах производства. Недо-
оценка технологичности конструкции часто приводит к корректи-
ровке рабочих чертежей после их составления, к удлинению сроков
подготовки и дополнительным издержкам производства.
Понятие технологичности конструкции машин распространяется
не только на область их производства, но и на область эксплуата-
ции. Конструкция машины должна быть удобной для обслужива-
ния и ремонта. При конструировании машины нужно предусмотреть
использование тех технологических методов, которые могут повысить
ее надежность. Практика работы передовых предприятий показала,
что лучше всего отрабатывать конструкцию изделия на технологич-
ность в процессе создания самой конструкции. При этом дости-
408
гаются деловой контакт и творческое содружество конструкторов
и технологов. Работа по улучшению технологичности конструкции
изделий ведется в различных отраслях машиностроения. На основе
обобщения и систематизации накапливаемых данных многими орга-
низациями создаются соответствующие нормативы, справочники и
руководящие технические материалы. Новое и важное направление
в этой работе —создание рекомендаций по отработке конструкций
изделий на технологичность в условиях автоматизированного про-
изводства. При разработке новых машин массового применения
необходимо предусмотреть две модификации конструкции: для обыч-
ного и для автоматизированного производства. Обе модификации
должны учитывать принцип взаимозаменяемости и возможность
постепенного перехода к полной автоматизации производства.
Актуальна задача повышения и технологического обеспечения
точности в машиностроении. Точность в машиностроении имеет боль-
шое значение для повышения эксплуатационных качеств машин и
для построения технологического процесса их изготовления. С по-
вышением точности увеличивается надежность машин. Повышение
точности изготовления заготовок снижает трудоемкость механиче-
ской обработки и сокращает расход материала из-за уменьшения
припусков на ее выполнение. Повышение точности механической
обработки сокращает трудоемкость сборки благодаря частичному
или полному устранению пригоночных работ, обеспечивает взаимо-
заменяемость деталей машин, а это в свою очередь создает основу
для организации поточной сборки. Важным условием производства
машин на современном этапе и в будущем является не только надеж-
ное обеспечение необходимой точности, но и сохранение ее в течение
заданного срока эксплуатации машин. Особое значение имеет точ-
ность при автоматизации производства. В этом случае необходимое
качество продукции должно получаться не вследствие искусства
рабочего, а в результате устойчивой и надежной работы технологи-
ческого оборудования. С развитием автоматизации производства
задача получения продукции стабильного качества становится все
более актуальной. Ее решение должно базироваться на исследова-
нии технологических факторов, влияющих на точность, тщательном
изучении условий работы оборудования и оснастки, а также на
изыскании новых прогрессивных технологических методов.
Установление заданной точности —ответственная задача конст-
руктора. Точность определяется на основе анализа условий работы
машины с учетом экономики ее изготовления и последующей экс-
плуатации, а также теоретических и экспериментальных данных по
эксплуатации машин аналогичного типа. Точность изготовления
должна назначаться исходя из эксплуатационных требований к ма-
шине, с учетом затрат на ее изготовление, сроков службы, а также
расходов на ее эксплуатацию, если они зависят от точности изгото-
вления. Для обоснованного решения вопроса о целесообразной
точности изготовления машин необходимо в дальнейшем разрабаты-
вать методики расчетов, собирать и систематизировать эксперимен-
409
тальные и производственные материалы в целях составления норма- 'К
тивов и справочных сведений для машин данного типа, в конкрет- Я
ных эксплуатационных и производственных условиях. Я
§ 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ Я
Технический прогресс в машиностроении характеризуется не Ж
только улучшением конструкций машин, но и непрерывным совер-
шепствованием технологии их производства. От принятой техноло-
гни производства зависят надежность работы машин, а также эко-. X
комичность их эксплуатации. Развитие новых прогрессивных ’Я
технологических методов способствует конструированию более
совершенных машин, снижению их себестоимости и уменьшению
затрат труда на их изготовление.
Советскими технологами-машиностроителями проделана большая ,1
работа по развитию производства машин различного назначения, я
а советскими учеными внесен значительный вклад в развитие и Л*
формирование технологической науки. Непрерывный рост отечест- "-ж
венного машиностроения ставит перед технологами ряд дальнейших -1
актуальных задач совершенствования заготовительных процес- j
сов для максимального приближения формы заготовок к конфи- ,Т
гурации готовых деталей, повышения точности заготовок и улучше- I
пня качества их поверхностного слоя. От решения этих задач зави- J
сят расход материала на производимую продукцию, качество изго- Л
товленных деталей, количество брака в производстве, трудоемкость,
себестоимость последующей обработки резанием и возможность ее *
автоматизации, длительность цикла изготовления машины в целом, i
а также ее себестоимость. Коэффициент использования материала j
при обработке деталей машин сравнительно невысок; в массовом про-
пзводетве он равен 0,85; в серийном 0,7, а в единичном (включая |
тяжелое машиностроение) 0,5—0,6. Общий коэффициент использо-
вания материала, определяемый отношением массы детали к массе 7
исходного материала, из которого выполняется заготовка (слиток, 3
прокат для горячей штамповки), еще более низок (0,3—0,4). Еже- 1 ’
годные потери металла в стружку еще велики. При дальнейшем ростер .
машиностроения они должны быть сокращены путем перехода на А
более прогрессивные виды заготовок. Заданное качество машин обес-
печивается не только в сфере механосборочного производства. Его
основы закладываются в заготовительных цехах. Для повышения
качества деталей необходимо улучшать характеристики заготовок
по всем качественным показателям (точность, износостойкость,
структура, повышение статической усталостной прочности, устра- )
пение остаточных напряжений и др.), а также стабилизировать их, '!
что важно для условий автоматизированного производства. Относи-
тельная трудоемкость основных этапов производственного процесса Т
в машиностроении непрерывно перераспределяется. Трудоемкость *
сборки, имеющая тенденцию к дальнейшему росту, составляет •
25—30%; трудоемкость обработки резанием достигает 40—50%, а
возрастающая трудоемкость заготовительных процессов 20—25%.
410
Таким образом, задача повышения производительности труда и
снижения себестоимости продукции заготовительных цехов приоб-
ретает большое значение. Основной путь решения этой задачи —
совершенствование технологических процессов производства заго-
товок, их механизация и автоматизация. Для условий автомати-
зированного производства наиболее перспективны непрерывные
технологические процессы. Они являются наилучшей основой созда-
ния комплексных автоматических линий для производства загото-
вок, а также линий, объединяющих изготовление заготовок и их
последующую механическую обработку. Примером таких процес-
сов является периодическая и поперечно-винтовая прокатка заго-
товок, литье в постоянные формы и другие методы. В области
технологии механической обработки актуальными задачами являют-
ся повышение точности обработки, качества поверхностей деталей
машин, производительности и рентабельности, а также автомати-
зация процессов обработки, совершенствование и разработка новых
прогрессивных методов и процессов.
Повышение точности обусловливается непрерывным ростом тре-
бований к новым машинам, а также тем, что основной объем меха-
нической обработки перемещается в область отделочных операций
в связи с совершенствованием технологии изготовления заготовок.
Точность повышается при увеличении и выравнивании жесткости
технологической системы; уменьшении размерного износа режущих
инструментов; сокращении погрешностей настройки технологиче-
ской системы, уменьшении ее тепловых деформаций; создании адап-
тивных и самооптимизирующих систем управления точностью,
а также установлении рациональных требований к точности станка и
режущего инструмента. В каждом отдельном случае необходимо
проанализировать возможности уменьшения первичных погреш-
ностей обработки и определить суммарную погрешность. Развитие
и совершенствование подобных расчетов важно в поточном и авто-
матизированном производстве для обоснования технологических
решений, установления оптимальных допусков на промежуточные
размеры заготовок и управления точностью.
На основе дальнейшего изучения качества поверхностей деталей
машин должна быть разработана необходимая конструкторам мето-
дика установления оптимального качества поверхности по всем его
показателям (шероховатость поверхности, микротвердость и струк-
тура поверхностного слоя, остаточные напряжения в поверхностном
слое) для заданных конкретных условий работы сопряженных дета-
лей. Технологи должны обеспечивать целенаправленное формиро-
вание поверхностного слоя с заданными конструктором изделия
стабильными свойствами методами технологического воздействия
в процессе обработки. Нерешенной задачей остается разработка
быстрых и эффективных методов производственной оценки качества
поверхности по всем его основным показателям. Представляет
интерес исследование технологического наследования свойств
исходной заготовки готовой деталью и определение закономерностей
411
технологического наследования для управления им при построении
технологических процессов.
Производительность труда и рентабельность производства повы-
шаются в результате изыскания методов интенсификации технологи-
ческих процессов путем повышения режимов работы оборудования;
применения многоинструментных наладок и многолезвийных инст-
рументов, быстродействующих приспособлений; рационального
построения операций обработки; уменьшения объема механической
обработки путем применения более точных заготовок; развития
поточных методов работы; изыскания новых и развития существую-
щих высокопроизводительных и экономичных методов обработки
(отделочной, упрочняющей, без снятия стружки, для труднообра-
батываемых материалов — электрофизической и электрохимичес-
кой). Приведенный перечень мероприятий при планомерном и ком-
плексном их осуществлении позволяет значительно повысить про-
изводительность труда и снизить себестоимость выпускаемой
продукции.
В ближайшие годы в машиностроении предусматривается значи-
тельное расширение автоматизации производственных процессов, что
позволит не только повысить качество продукции и снизить ее себе-
стоимость, но и высвободить рабочую силу. Автоматизация
должна проводиться не только в массовом, но также в серийном и
единичном производстве. Основой для ее осуществления должны
быть точные технико-экономические расчеты. В массовом и серий-
ном производстве найдут широкое применение полуавтоматы и
автоматы, агрегатные станки, автоматические линии и системы ма-
шин, обеспечивающих механизацию и автоматизацию всех процес-
сов производства, и особенно вспомогательных, транспортных и
складских операций. Большое внимание будет уделено перенала-
живаемым средствам автоматизации и средствам групповой обра-
ботки. В единичном и мелкосерийном производстве будут широко
использоваться станки с программным управлением, в том числе
многооперационные станки. Найдут широкое применение механи-
зированные и автоматизированные технологические комплексы с,
автоматической системой управления от ЭВМ. Будет существен-
но снижен объем ручного труда. Получат большое распростра-
нение на всех участках производства автоматические манипуля-
торы с программным управлением в целях механизации и автома-
тизации тяжелых физических и монотонных работ. Развитие
автоматизации вызовет разработку новых структурных схем и
компоновок оборудования, а также дальнейшее совершенствова-
ние режущих инструментов и средств технического контроля.
В области технологических процессов сборки будут и в дальней-
шем широко внедряться поточные методы с максимальной механиза-
цией сборочных работ. Будет также развиваться автоматизация
узловой и общей сборки массовых изделий. При автоматизации сбор-
ки найдут применение специальные и переналаживаемые сбо-
рочные роботы, в первую очередь на узловой сборке. Эти роботы
412
будут использоваться как индивидуальные сборочные установки
или встраиваться в многопозиционные сборочные автоматы и по-
точно-автоматизированные линии сборки. В ближайшие годы дол-
жна быть решена задача создания и серийного выпуска нормали-
зованных исполнительных устройств, из которых можно по прин-
ципу агрегатирования быстро получать различные компоновки
сборочных автоматов и полуавтоматов.
Прогресс в машиностроении вызывает необходимость частой за-
мены освоенных в производстве машин новыми, более совершен-
ными. Подготовка производства новой машины, однако, требует
длительного времени. Для сокращения сроков технологического
проектирования в дальнейшем будут широко использоваться типо-
вые технологические процессы, а также нормативы для ускорения
технологических разработок. Для ускорения разработки техноло-
гических процессов изготовления специальных деталей будут
более широко использоваться вычислительные средства (ЭВМ),
которые позволят решать частные и общие задачи проектирования.
Они не только будут экономить время и затраты на проектиро-
вание, но позволят получить оптимальный вариант технологи-
ческого процесса. Значительное время затрачивается на изготов-
ление специальных приспособлений и другой оснастки. На этом эта-
пе время сокращают, применяя типовую и обратимую оснастки
(УСП, УНП, СРП и другие системы приспособлений), а также нор-
мализацию и унификацию технологической оснастки и ее элементов.
Получит развитие технология ускоренного изготовления специаль-
ной оснастки. Перестройка производства на выпуск новых изделий
ускоряется при наличии гибкого быстропереналаживаемого обо-
рудования и при возможности быстрой и легкой перестановки
его в цехе. Непрерывный рост машиностроения выдвигает задачи
дальнейшего формирования и развития научных основ технологии
машиностроения как единого методического учения, на базе кото-
рого должны решаться как технологические задачи, так и задачи
подготовки инженерно-технических и научных кадров. В настоя-
щее время технология машиностроения развивается по нескольким
взаимосвязанным направлениям. Несмотря на наличие нескольких
научных школ, противоречий у них нет, и они взаимно дополняют
ДРУГ друга.
Одно из главных направлений дальнейшего развития технологии
машиностроения —выявление закономерностей протекания техно-
логических процессов и получение соответствующих математических
зависимостей для выполнения точных технологических расчетов.
На базе этих закономерностей разрабатывается общая научная
методика проектирования технологических процессов. Используя
методику проектирования, применяя методы «ручного» или автома-
тического проектирования, можно получить обоснованные типовые
и общие решения. Эта методика необходима для оптимизации техно-
логических разработок по различным критериям (наибольшая про-
изводительность, экономичность, точность).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Балакшин Б. С. Основы технологии машиностроения. М., «Машино-
строение», 1969. 559 с.
2. Егоров М. Е., Дементьев В. И., Дмитриев В. Л. Технология машино-
строения. М., «Высшая школа», 1976. 534 с.
3. Корсаков В. С. Точность механической обработки. М., Машгиз,
1961. 379 с.
4. Корсаков В. С. Основы технологии машиностроения. М., «Высшая школа»,
1974. 335 с.
5. Корсаков В, С. Основы конструирования приспособлений в машино-
строении. М., «Машиностроение», 1971. 288 с.
6. Маталин А. А. Точность механической обработки и проектирование
технологических процессов. М., «Машиностроение», 1970. 390 с.
7. Митрофанов С. П. Научная организация серийного производства. Л.,
«Машиностроение», 1970. 768 с.
8. Новиков М. П. Основы технологии сборки машин и механизмов. М.,
«Машиностроение», 1969. 632 с.
9. Основы технологии машиностроения. Под. ред. В. С. Корсакова. М.,
«Машиностроение», 1965. 492 с. Авт.: В. М. Кован, В. С. Корсаков, А. Г. Ко-
силова и др.
10. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для техни-
ческого нормирования работ на металлорежущих станках. М., «Машинострое-
ние», 1974, ч. I — 416 с., ч. II — 200 с.
11. Общемашиностроительные нормативы вспомогательного времени и вре-
мени на обслуживание рабочего места на работы, выполняемые на металло-
режущих станках. Массовое производство. М., «Машиностроение», 1974. 136 с.
12. Обшемашииостроительиые нормативы времени вспомогательного, на
обслуживание рабочего места и подготовительно-заключительного для тех-
нического нормирования станочных работ. Серийное производство. М., «Ма-
шиностроение», 1974. 136 с.
13. Общемашииостроительиые нормативы времени на слесарно-сбороч-
ные и слесарные работы по сборке машин. Массовое и крупносерийное произ- '
водство. М., «Машиностроение», 1973. 148 с.
14. Общемашииостроительиые нормативы времени на слесарную обра-
ботку и слесарно-сборочные работы по сборке машин. Серийное производство.
М., «Машиностроение», 1968. 219 с.
15. Справочник технолога-машиностроителя. Т. 1. М., «Машиностроение»,
1972. 694 с.
16. Технологичность конструкций. Под. ред. С. Л. Ананьева и В. П. Куп-
ревича. М., «Машиностроение», 1969. 424 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.......................................................... 3
Введение............................................................. 5
Глава I. Значение, способы обеспечения и оценка качества изделий.... 9
§ 1. Народнохозяйственное значение и показатели качества ма-
шин .............................................................. 9
§ 2. Точность изделий и способы ее обеспечения в производстве
§ 3. Анализ параметров качества изделий с помощью методов ма-
тематической статистики ......................................... 23
Глава II. Расчеты погрешностей и пути повышения точности механи-
ческой обработки ..................................................... 38
§ 1. Базы и погрешности установки заготовок на станках .... 38
§ 2. Выбор баз. Пересчет размеров и допусков при смейе баз ... 49
§ 3. Факторы, влияющие на точность обработки.................... 55
§ 4. Определение суммарной погрешности механической обработки 102
§ 5. Пути повышения, расчеты и анализ точности в производствен-
ных условиях................................................... 108
Глава III. Качество поверхностей деталей машин и заготовок.......... 117
§ 1. Общие понятия и определения........................„• • •
§ 2. Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства
деталей машин................................................ 120
§ 3. Факторы, влияющие на качество поверхности................ 125
§ 4. Методы измерения и оценки качества поверхности........... 131
§ 5. JJer.naMernaiiyiniiiepaxoBatocTH-Ha^ чертеи<ах деталей \34Э
§ 6. ФормироВ'ЭТ1ие'1юверхностного слоя методами технологического
воздействия ................................................... 136
Глава IV. Изделие и технологический процесс в машиностроении .... 140
§ 1. Изделие и его элементы................................... 140
§ 2. Производственный и технологический процессы.............. 144
§ 3. Технически обоснованная норма времени.................... 147
§ 4. Типы машиностроительных производств и методы работы .... 153
Глава V. Технологичность конструкций машин.......................... 160
§ 1. Общие понятия о технологичности конструкций.............. 160
§ 2. Технологические требования к конструкции машин при их
сборке......................................................... 162
§ 3. Технологические требования к конструкции деталей машин 169
§ 4. Требования к конструкции деталей с учетом ocoCeiinociefi терми-
ческой и химико-термической обработки.......................... 182
§ 5. Технологические особенности конструирования деталей из
пластмасс ..................................................... 183
§ 6. Гехиологическпе особенности конструирования деталей из
металлокерамики................................................ 184
Глава VI. Характеристика и рекомендации по выбору технологических х~>-\
методов .......................................................
§ 1. Методы получения заготовок .... ................... 185
§ 2. Методы обработки заготовок....... ................. 196
§ 3. Методы покрытия......................................... 206
§ 4. Технологические методы сборки............................ 212
415
Глава VII. Проектирование технологических процессов.................у 227
§ 1. Технико-экономические принципы и задачи проектирования 227
§ 2. Проектирование техноло! ически.х процессов обработки дета-
лен машин....................................................229
§ 3. Технико-экономические показатели .......................277
§ 4. Типизация технологических процессов.....................283
§ 5. Построение групповых технологических процессов .........285
§ 6. Проектирование технологических процессов сборки.........293
Глава VIII. Технология производства типовых деталей машин и соедине-
§ 1. Валы....................................................Зй4
§ 2. Корпусные детали....................................... 320
• § 3. Втулки.................................................316
§ 4. Рычаги..................................................351
§ 5. Зубчатые колеса.........................................3£ь
§ 6. Сборка типовых узлов машин.............................
Глава IX. Автоматизация проектирования технологических процессов на
ЭВМ................................................................383
§ 1. Задачи автоматизации проектирования технологических про-
цессов ......................................................333
§ 2. Проектирование технологических маршрутов обработки де-
талей .......................................................389
§ 3. Проектирование станочных операций.......................392
§ 4. Формирование технологического процесса обработки с помощью
ЭВМ и экономическая эффективность автоматизации проектиро-
вания .......................................................404
Глава X. Перспективы развития технологии машиностроения............407
§ 1. Организационно-технические задачи развития технологии ма-
шиностроения ................................................407
§ 2. Технологические задачи ................................410
Список литературы.................................................414
И Б № 1342
Виктор Михайлович КОВАН, Владимир Сергеевич КОРСАКОВ. Александра Григорь-
евна КОСИЛОВА, Михаил Алексеевич КАЛИНИН. Николай .Михайлович КАПУСТИН,
.Мстислав Дмитриевич СОЛОДОВ
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Редактор И. И. Лесниченко
Технический редактор Т. И. Андреева
Корректор А. А. Снастина
Переплет художника В. В. Воронина
Сдано в набор 20/Х 1976 г. Подписано к печати 2841 1977 г. Т 02141. Формат 60х90'/!в.
Бумага типографская № 2. Усл. печ. л. 26,0. Уч. изд. л. 29,0. Тираж 75 000 ^кз.
Заказ 885. Цена 1 р. 115 к.
Издательство «Машиностроение». 107885. Москва, Б-06, Гн Басманный пер., 3
Ордена Трудового Красного Знамени Ленинградское производственно-техническое объ-
единение «Печатный Двор» имени А. М. Горького Союзгюлиграфпрома при Государст-
венном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книж-
ной торговли. 197136, Ленинград, П-136, Гатчинская ул., 26.