Учебное пособие: Технологии машиностроения

Учебное пособие: Технологии машиностроения

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие составлено для студентов, приступающих к изучению начальной части курса “Технология машиностроения” ― “Основы технологии машиностроения”. Содержание пособия и последовательность изложения материала рассчитаны на создание максимума удобств для использования его во время практических и индивидуальных занятий, а также при выполнении курсовых работ и проектов по дисциплине.

Предполагается, что студентами уже проработаны и освоены следующие дисциплины: “Технология конструкционных материалов”, “Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения”, “Основы теории резания”, “Металлорежущие станки” и “Режущие инструменты” и некоторые другие дисциплины, помогающие формировать специалистов машиностроителей. Одновременно им ещё предстоит знакомство с такими дисциплинами, как "Автоматизация производственных процессов", "Технологические основы гибких производственных систем", "Система автоматизированного проектирования технологических процессов", "Проектирование машиностроительных цехов" и прочими, читаемыми на последних курсах обучения.

В прежние годы было издано немало хороших пособий по технологии машиностроения, в том числе по курсовому и дипломному проектированию. Большинство из них ([5, 7, 23] и пр.) рассчитано на студентов, прослушавших и усвоивших основные теоретические положения перечисленных дисциплин; другие, например [26], способствуют углублению знаний по отдельным разделам технологии машиностроения.

Пособие "Начало технологического проектирования" уступает в строгости изложения материала отмеченным работам. Оно рассчитано для выполнения следующих методических задач:

― дать первые представления о технике и очередности выполнения всех основных этапов разработки технологического процесса, познакомить с особенностью осуществления и трудоемкостью каждого этапа, показать наличие тесной логической взаимосвязи между отдельными этапами проектных работ;

― увязать в ходе обучения теоретические положения дисциплины с их практической реализацией, сформировать у обучаемых цельное представление о технологии машиностроения как о науке и подготовить их к квалифицированному и самостоятельному курсовому и дипломному проектированию;

― с первых шагов освоения новой дисциплины выработать у будущих специалистов привычку обязательного логического и формального обоснования принимаемых решений при проведении любых проектных работ, а также навыки четкого и лаконичного изложения подобных обоснований в пояснительных записках.

Для обоснования принимаемых решений часто пользуются материалами, опубликованными в научно-технической, справочной, периодической, учебной и прочей литературе по технологии машиностроения. В целях облегчения и сокращения времени информационных поисков нужного материала в пособии указывается размещение материалов по различным разделам проектирования в наиболее распространенных изданиях последних лет.

В каждом разделе пособия после краткого изложения основных теоретических положений перед студентом ставится очередная проектная задача и приводится образец (пример) ее решения. Естественно, что не следует рассматривать указанные образцы как догмы и пользоваться при составлении описаний фразами из пособия. Каждый в ходе практикума должен стремиться проявить максимум прилежания, творческой активности, индивидуализма.

Несмотря на узкую целенаправленность, пособие успешно может использоваться студентами и учащимися всех машиностроительных специальностей, изучающих технологию машиностроения. Оно окажется весьма полезным для обучающихся без отрыва от производства.

1. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Цель практических занятий ― закрепление теоретических знаний по курсу технологии машиностроения и получение первичных навыков самостоятельного проектирования технологических процессов.

Основное внимание студенты уделяют производству деталей заданного качества наиболее производительными и экономичными методами.

В процессе практических занятий каждый студент для конкретной детали составляет маршрут обработки и подробно проектирует технологический процесс на 1―3 технологические операции (устанавливает режимы, рассчитывает силы и моменты сил резания, анализирует точность обработки, осуществляет техническое нормирование и др.).

Эффективность и рентабельность техпроцесса устанавливается (подтверждается) вариантным проектированием, т.е. сравнением целесообразности обработки одних и тех же поверхностей (элементов) детали разными способами и разными инструментами, на различном оборудовании.

Принятый технологический процесс оформляется в соответствии со стандартами и правилами ЕСТД и ЕСТПП.

Темы занятий и последовательность их выполнения соответствуют разделам оглавления данного пособия.

После изложения требований к содержанию и оформлению основных разделов (тем) приводятся примеры их реализации. В большинстве примеров рассматриваются вопросы проектирования техпроцесса изготовления зубчатого колеса черт. ТВС 1Н 61―02―116 (рис. 1), называемого в дальнейшем деталью.

Самостоятельными темами занятий является кодирование информации, оптимизация режимов обработки, составление типовых и групповых технологических процессов и пр. Каждая законченная тема оформляется на страницах писчей бумаги формата А4, а затем брошюруется в общую записку, к которой составляют содержание и список использованной литературы.

Общий объем практических работ, включая домашние самостоятельные, не превышает 60―80 часов. При выполнении курсовой работы по каждой теме проставляется оценка, а в конце занятий – дифференцированный зачет.

Студенты, выполняющие задания по графику (или с опережением графика), работающие качественно, прилежно, с творческой инициативой, получающие по темам преимущественно хорошие и отличные оценки, зачетную оценку могут получать досрочно, автоматически, т.е. без защиты курсовой работы.

2. ДЕТАЛЬ

Основой для разработки технологического процесса являются:

―чертеж детали с техническими требованиями на ее изготовление;

―производственная программа выпуска детали данного наименования.

Наименование детали, ее обозначение (номер чертежа) с указанием сборочной единицы (узла), к которой она относится и годовую программу выпуска выдает (указывает или утверждает) руководитель проектных работ.

Студенты после знакомства с полученной (исходной) информацией и тщательного ее изучения составляют подробное описание конструкции и назначение детали, а также ее общие технологические характеристики, которые обычно включают:

― наименование изделия или узла, составной частью которого является деталь; его назначение и общая характеристика;

― назначение детали в изделии (узле), способ и требования к ее базированию (установке), взаимодействие с другими деталями изделия;

― описания форм и назначения основных функциональных и прочих поверхностей: плоскостей, пазов, шеек, отверстий и так далее; изложение прочих специфических особенностей конструкции;

― характеристику материала, сведения о нагрузках (силах и моментах сил), воспринимаемых деталью в процессе рабочего цикла, результаты анализа соответствия материала назначению детали, расчет ее массы;

― предварительную оценку технологичности детали с указаниями возможностей: снижения точности выполняемых размеров и сокращения общего количества обрабатываемых поверхностей; повышения жесткости конструкции, удобства и надежности базирования заготовок; унификации и стандартизации элементарных поверхностей: фасок, выточек, канавок, галтелей и тому подобное; осуществления многоместной или групповой обработки и др. Здесь же анализируют возможности выполнения прочих технических требований с точки зрения технологических возможностей производства.

Результатами изучения и анализа исходных данных могут служить предложения по усовершенствованию конструкций детали, замене ее материала более или менее прочным, более дешевым и другие предложения или подтверждение целесообразности ее первоначального варианта.

По окончании указанной работы разрабатывают рабочий чертеж детали. Чертеж выполняют в масштабе 1:1 (1:2 для крупных и 2:1 для мелких деталей) с необходимым количеством проекций, разрезов и сечений на форматах А4 или А3. На чертеже проставляют все необходимые размеры. На каждый размер между поверхностями устанавливают допуски. Затем составляют и вносят в чертеж необходимый минимум технических требований: допустимые погрешности форм и расположения поверхностей, их твердость и др. Технические требования на чертежах указывают с помощью условных символов ЕСКД. Те требования, для которых условных обозначений нет, излагают на поле чертежа текстом. Для обоснованного и квалифицированного назначения допусков на размеры величины шероховатости поверхностей и различных технических требований пользуются рекомендациями и указаниями справочников, атласов [1―3] и другой технической литературы.

Чертеж вместе с описаниями конструкции (2―3 с.) составляет единое целое. Он должен создавать у студентов полное представление о детали, что позволит (при необходимости) правильно ее изготовить.

Пример 1. Дано в "сборочной единице" колесо зубчатое черт., ТВС 1Н61—2—116 (рис. 1) с выпуском 4800 деталей в год. Выполнить описание детали.

Колесо зубчатое (рис.1) является деталью коробки подач токарно-винторезного станка. Оно жестко крепится на промежуточном валу и служит для передачи движения от привода к шестерне ходового винта. Посадка колеса на промежуточный вал осуществляется по шлицевым поверхностям с центрированием по наружному диаметру с посадкой 50Н7/h7.

Основные конструктивные элементы зубчатого колеса ─ зубчатый венец диаметром 220 мм и шириной 25 мм, реборда толщиной 13 мм и ступица диаметром 65 мм и длиной 41 мм.

На венце нарезано 86 зубьев модулем m = 2,5 мм. Диаметр делительной окружности de = 215 мм. Все зубья венца имеют с одной стороны скос , служащий для более плавного входа зубьев блока ведущей шестерни при включении. С обоих торцов зубья имеют закругления мм. Реборда сплошная. В осевом сечении колеса она устанавливается в середине венца с соблюдением симметрии. Ступица соединяется с ребордой. При этом один ее торец (в этом же сечении) лежит в плоскости торца венца, а другой ― расположенный со стороны скоса зубьев, выступает за плоскость торца венца на 16 мм. В ступице, концентрично делительной окружности (с допуском биения 0,05 мм) нарезается шлицевое отверстие Д―8―46 Н11´50Н7´9F8. Для свободной посадки на вал с обоих торцов отверстия снимаются фаски 2´45°.

Рис. 1. Чертеж детали

 

Требования к точности и шероховатости всех функциональных и не функциональных поверхностей указаны на чертеже. Необрабатываемые поверхности могут сохранять штамповочные уклоны и радиусы.

Материалом зубчатого колеса служит сталь 40Х ГОСТ 4043―71, улучшенная с твердостью НВ 215―235, и характеристиками прочности, МПа: 600―700, 320―400, и  [1 ,т.2, с.190, табл. 3]. Венец термообрабатывают до HRC 45―50. Колесо передает максимальный крутящий момент

 , при работе двигателя кВт и минимальной частоте вращения промежуточного вала  мин-1, т. е.  9555∙N/nmin.= 9555·3,7/198 = 178,6 Н∙м. При этом на зубья колес действует сила , Н

которая вызывает в сечениях зубьев напряжения изгибаМПа. Следовательно, , аналогично . Таким образом, материал зубчатого колеса и его термообработка подобрана правильно. Расчетная масса колеса М = 4,96 кг.

Технические требования к детали, в том числе к точности ее размеров и шероховатости основных поверхностей, основательно проработаны и соответствуют требованиям, предъявляемым к зубчатым колесам 7-й или 8-й степеней точности [1, 2]. Конструкция заготовки жесткая. Размещение базового торца ступицы в плоскости венца позволяет при нарезании зубьев фрезами применить достаточно производительную схему последовательной многоместной обработки. Две фаски 1´45° на торцах ступицы позволяют освободиться от заусенцев, образующихся при подрезке торцов.

Конструкция зубчатого колеса в целом технологична. При разработке единичных рабочих техпроцессов изготовления подобных колес в условиях серийного или массового производства в качестве информационной основы вполне могут быть использованы типовые технологические процессы производства деталей данного класса [14, 17, 24].

3. ТИП ПРОИЗВОДСТВА

Типы производств и соответствующие им формы организации труда определяют характер технологических процессов и их построение. Поэтому перед началом технологического проектирования устанавливают тип производства ― единичное, серийное или массовое. Тип производства определяется номенклатурой и объемами выпуска изделий (годовой производственной программой), их массой и габаритными размерами, а также другими характерными признаками.

Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых или ремонтируемых в течение продолжительного времени. На каждом рабочем месте выполняют, как правило, по одной закрепленной за рабочим операцией. Такое производство оснащают преимущественно специальным и специализированным оборудованием, располагающимся в порядке выполнения технологических операций, в форме поточных линий. Применяют высокопроизводительные специальные инструменты и приспособления. Широко внедряются средства механизации и автоматизации: конвейера роторные и автоматические линии, в том числе переменно-поточные автоматические линии, составленные из робототехнических комплексов, управляемых ЭВМ, и др. Характерны высокий уровень организации труда и ритмичность выпуска изделий с фиксированным тактом, мин:

tв = 60Fд/N ,      (1)

где Fд ― действительный годовой фонд производственного времени оборудования, линии и рабочих мест, ч; N ― годовая программа выпуска изделий, шт. В зависимости от режима и организации работ в подразделении (в цехе, на участке) ориентировочно принимают при работе: в одну смену Fд = 2008 ч, в две смены Fд = 4015 ч и при трехсменной работе Fд = 6022 ч. Более точные сведения приводятся в [5, 6 и др.]

В массовом производстве длительность отдельных операций (штучное время tш) должна быть равна или кратна такту при одновременном соблюдении неравенства:

tв ≤ tш .       (2)

Суточный выпуск изделий при работе с двумя выходными днями в неделю, шт:

Nc = N/252 .

Суточная производительность поточной линии, шт:

Qc = Fc∙зн /tшср ,

где Fc ― суточный фонд времени работы оборудования, мин; зн ― нормативный коэффициент загрузки оборудования: tшср ― средняя трудоемкость основных операций, мин.

При выполнении  основных операций со штучным временем каждой i-й, равным tш,

tшср =tшi .      (3)

На данном этапе определяют ориентировочные значения tшi (см. разделы "Техническое нормирование" и "Экономическая оценка технологического процесса", с. 51, 54).

Нормативная загрузка оборудования (станка) в массовом производстве должна находиться в пределах зн = 0,65―0,75. Если фактический зф > 0,75, приходится на данной операции увеличивать число станков, но они могут остаться недогруженными. То же происходит, еслиtв > tш. Например, если при поточной форме организации труда tв = 5 мин, а tш = 2 мин, то станок после выполнения каждой очередной операции будет простаивать по 3 мин и т.п. В таких случаях работу линии, участка или цеха организуют по принципам, присущим серийному производству.

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями и сравнительно большим объемом выпуска, причем размер партии, шт

,       (4)

где a ― периодичность запуска (необходимость запаса деталей на складах), дни. Для проектных расчетов рекомендуется принимать при изготовлении крупных деталей 3―6, средних 6―12 и для мелких деталей а =12―25 дней.

Организация и оснащение крупносерийного производства близки к массовому. Серийное и мелкосерийное производство оснащают преимущественно универсальным и стандартным оборудованием, приспособлениями и инструментами. Широко используются станки с ЧПУ. Наряду с групповыми переменно-поточными линиями практикуют организацию предметно-замкнутых участков. После обработки партии деталей P1 станки перестраивают на обработку партии P2 других деталей. Станки не простаивают. Для серийного производства нормативный коэффициент загрузки оборудования зн = 0,75―0,85. Более высокие значения зф могут быть достигнуты при многономенклатурном запуске изделий в условиях мелкосерийного и единичного производства.

Для определения типа производства обычно пользуются соотношениями (1), (2) и рекомендациями [6],позволяющими устанавливать его в зависимости от габаритных размеров, массы и годового объема выпуска деталей, пользуясь данными табл. 1 и 2 или 3.

Таблица 1

Выбор типа производства по программе выпуска

Тип производства	Количество обрабатываемых в год деталей (изделий) одного наименования и типоразмера
	крупные(тяжелые)	средние	мелкие (легкие)
Единичное	До 5	До 10	До 100
Серийное	Св.5 до 1000	Св.10 до 5000	Св.100 до 50000
Массовое	Св.1000	Св.5000	Св.50000

Таблица 2

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9