Основы проектирования технологических процессов изготовления деталей машин

 

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

Ульяновский государственный  технический университет

 

 

 

 

Кафедра «Управление качеством»

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по специальности «Управление качеством»

 

на тему:

 

«ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила студентка

группы УКд -41                                                                                Киселева Е.В.

 

Научный руководитель                                                                    Епифанов В.В.

                                                                                         

 

 

 

 

 

 

 

г. Ульяновск

2011

 

Оглавление

Введение……………………………………………………………………………3

1. Теоретические основы проектирования  технологических процессов

1.1. Основные случаи технологических разработок…………………………….4

1.2. Этапы проектирования технологических процессов………………………6

1.3. Определение вида производства и формы организации работы………….6

1.4. Технологический контроль рабочего чертежа и технических условий….9

1.5. Выбор метода получения заготовки………………………………………..10

2. Базирование детали. Выбор установочных баз

2.1. Понятие о базах, их классификация и назначение………………………...12

2.2. Основные схемы базирования по опорным базам…………………………14

2.3. Методика выбора базирующих поверхностей……………………………..16

3. Выбор маршрута обработки детали

3.1. Выбор маршрута обработки отдельных поверхностей детали…………...19

3.2. Составление маршрута обработки детали………………………………….20

4. Выбор технологического оснащения…………………………………………23

5. Техническая документация…………………………………………………….25

Заключение………………………………………………………………………...28

Библиографический список……………………………………………………….29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Любая машина может быть изготовлена  с использованием различных методов  и средств производства. Одни из них обеспечивают лучшую точность и взаимозаменяемость ее элементов, другие - большую надежность и долговечность, третьи - наименьшую себестоимость, более высокую производительность труда и т. д. Выбор оптимального варианта из многих возможных вариантов технологических процессов представляет собой не простую задачу. Проект изготовления любого изделия машиностроительного производства материализуется на предприятии путем реализации десятков и сотен тысяч частных технологических процессов изготовления отдельных элементов конструкции, их сборки, монтажа систем и проведения испытаний. От качества этих технологических процессов зависят трудоемкость изготовления и себестоимость изделия, численность рабочих и производительность их труда, состав и количество технологического оснащения и другие технико-экономические показатели предприятия. В связи с этим к технологическим процессам предъявляют основное требование: при заданных конкретных условиях производства обеспечить изготовление изделия с заданными качественными показателями при минимальных затратах средств и труда.

В данной курсовой работе  мы изучим основы проектирования технологических процессов изготовления машин. Мы познакомимся с наиболее эффективными методами машиностроительного производства и технологического оснащения, что поможет повысить экономическую эффективность производства.

Цель работы – изучение теоретических основ проектирования технологического процессов изготовления деталей машин.

Объект исследования – технологические процессы машиностроительного производства.

 

 

1.Теоретические основы  проектирования технологических  процессов

1.1. Основные случаи технологических  разработок

Технология производства складывается из ряда процессов, каждый из которых  характеризуется определенными  методами обработки и сборки. В  структуру технологического процесса входят операции, состоящие в свою очередь из нескольких элементов. Так, для технологического процесса механической обработки основными элементами операции являются переход, проход, установка и позиция.

Под операцией понимают законченную  часть технологического процесса обработки одной или совместно нескольких заготовок на одном рабочем месте одним рабочим или бригадой рабочих непрерывно до перехода к следующей заготовке. В операцию входят как действия, непосредственно связанные с обработкой, так и необходимые вспомогательные приемы.

Переходом называется часть операции, осуществляемая одним и тем же режущим инструментом без изменения  режима резания при обработке одной и той же поверхности. Проходом называется перемещение режущего инструмента по обрабатываемой поверхности, сопровождаемое съемом слоя металла, при неизменной установке инструмента и неизменном режиме резания. Проход состоит из отдельных рабочих приемов. Переход делят на проходы в тех случаях, когда нельзя с одного раза снять весь слой металла, подлежащий удалению в данном переходе.

Установка - часть операции, выполняемая без изменения положения обрабатываемой заготовки.

Позицией называется часть операции, выполняемая без изменения положения обрабатываемой заготовки относительно станка  и зажимного устройства.

Приведенные определения характеризуют  комплекс элементов технологического процесса механической обработки заготовок деталей машин.

Проектирование технологических  процессов механической обработки  имеет целью дать подробное описание процессов изготовления детали с  необходимыми технико-экономическими расчетами и обоснованиями принятого варианта. В результате составления соответствующей технологической документации инженерно-технический персонал и рабочие исполнители получают необходимые данные и инструкции для осуществления спроектированного технологического процесса на предприятии. Технологические разработки позволяют выявить необходимые средства производства для выпуска изделий; трудоемкость и себестоимость изготовления изделий.

Технологические процессы подразделяют на индивидуальные, типовые и групповые. Индивидуальные разрабатывают на оригинальные детали, типовые на нормализованные и стандартные детали и групповые на конструктивно и технологически сходные детали. Специфика разработки типовых и групповых технологических процессов приводится в конце главы.

Задача проектирования технологических  процессов характерна многовариантностью возможных решений. Даже для сравнительно простых деталей может быть разработано несколько различных технологических процессов, полностью обеспечивающих требования рабочего чертежа и технических условий. Методом последующего сопоставления этих вариантов по эффективности и рентабельности окончательно отбирают один или небольшое число равноценных вариантов.

Проектирование технологических  процессов отличается сложностью 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 детальных технологических расчетов. В результате последовательного уточнения предварительных наметок получают законченные разработки технологического процесса.

Степень углублённости технологических  разработок зависит от типа производства. В условиях массового производства технологические процессы разрабатывают весьма подробно для всех оригинальных деталей изделия; на нормализованные и стандартные детали разрабатывают типовые процессы. В единичном производстве ограничиваются сокращенной разработкой, учитывая, что подробная разработка в данных условиях экономически не оправдывается. Исключение составляют сложные и дорогие детали, особенно в тяжелом машиностроении. Для этих деталей технологические процессы разрабатывают тщательно и подробно. В условиях серийного производства при широкой номенклатуре выпускаемых изделий проектируют групповые технологические процессы. На оригинальные детали разрабатывают индивидуальные процессы.

 

1.2. Этапы проектирования технологических процессов

Процесс проектирования состоит из комплекса взаимосвязанных и  выполняемых в определенной последовательности этапов. К ним относятся:

1. Получение исходных данных.

2. Определение типа производства  и формы организации работ.

3. Технологический контроль чертежа.

4. Выбор метода получения заготовки  и определение предъявляемых  к ней требований.

5. Выбор установочных баз.

6. Выбор маршрута обработки элементарных  плоскостей.

7. Расчет припусков. Определение  вида заготовки и ее размеров.

8. Разработка операционной технологии.

9. Выбор оборудования, приспособлений, режущего и мерительного инструментов.

10. Расчет режимов резания.

11. Техническое нормирование.

12. Заполнение технологической  документации.

 

1.3. Определение вида производства и формы

организации работы

В машиностроении в зависимости  от производственной программы и  характера изготовляемой продукции  различают три основных вида производства: единичное, серийное и массовое.

Единичное производство характеризуется  тем, что изготовляемая продукция выпускается в небольших количествах, поэтому на каждом станке выполняют разнообразные работы, периодически не повторяющиеся.

На предприятиях с единичным  производством применяют преимущественно универсальное оборудование с расположением его в цехах по групповому признаку. Эта форма организации работ называется «По видам оборудования». Технология производства характеризуется применением нормального режущего и универсального измерительного инструмента. Так как конструкции изготовляемых в единичном производстве машин нестабильны и подвергаются частым изменениям, то при обработке заготовок принципы полной взаимозаменяемости не соблюдаются, поэтому при сборке применяют подгоночные работы.

Серийное производство характеризуется  изготовлением деталей повторяющимися партиями (сериями). В зависимости от количества деталей в партии, их характера и трудоемкости, частоты повторяемости серий в течение года различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производства.

Однако такое подразделение  является условным, так как производство машин различных размеров, сложности и трудоемкости при одном и том же их количестве в партии может быть отнесено к разным видам серийности. На предприятиях серийного производства значительная часть оборудования состоит из универсальных станков, оснащенных как специальными, так и универсально-наладочными (УНП) и сборными (УСП) приспособлениями и инструментами, что позволяет снизить трудоемкость и удешевить производство.

В условиях серийного производства представляется возможным расположить оборудование в последовательности технологического процесса для одной или нескольких деталей, требующих одинакового порядка обработки, со строгим соблюдением принципов взаимозаменяемости при обработке. Это соответствует переменно-поточной форме организации работ.

При небольшой трудоемкости или  недостаточно большой  программе  выпуска целесообразно обрабатывать заготовки партиями, с последовательным выполнением операций, т. е. после  обработки всех заготовок партии на одной операции производить обработку  этой партии на следующей операции. При этом время обработки на различных  станках не согласовывается. Заготовки  во время работы хранят у станков, а затем транспортируют целой  партией. Такая форма организации  работ называется переменно-поточной несинхронизированной.

В серийном производстве применяют  также переменно-поточную синхронизированную форму организации работ. Здесь оборудование также располагают по ходу технологического процесса. Обработку производят партиями, причем заготовки каждой партии могут несколько отличаться размерами или конфигурацией, но допускают обработку на одном и том же оборудовании. В этом случае время обработки на данном станке согласовывается со временем обработки на последующем станке, поэтому движение заготовок данной партии осуществляется непрерывно, в порядке последовательности технологического процесса. Для перехода к обработке партий других деталей переналаживают оборудование и технологическую оснастку.

Массовое   производство   характеризуется прежде всего установившимся объектом производства, что при значительном объеме выпуска продукции обеспечивает возможность закрепления операций за определенным оборудованием с расположением его в технологической последовательности и с широким применением специализированного и специального оборудования, механизацией и автоматизацией производственных процессов при строгом соблюдении принципа взаимозаменяемости, обеспечивающего резкое сокращение времени, затрачиваемого на производство сборочных работ.

Высшей формой массового производства является производство непрерывным потоком, характеризуемое тем, что время выполнения каждой операции равно или кратно времени по всему потоку, что позволяет производить обработку без заделов в строго определенные промежутки времени.

При непрерывном потоке передача с  позиции на позицию осуществляется непрерывно в принудительном порядке, что обеспечивает параллельное, одновременное выполнение всех операций на технологической линии.

Принадлежность производства к  тому или иному виду зависит от конструкции  изделия и объемов выпускаемой продукции. В настоящее время  при организации производства за основу принимают групповую обработку, как метод наиболее совершенной организации труда.

 

1.4. Технологический контроль рабочего чертежа

 и технических условий

Проектированию технологического процесса предшествует подробное изучение рабочего чертежа детали, технических условий на ее изготовление и условий ее работы в изделии. Проверяют достаточность проекций, правильность простановки размеров, изучают требования по точности и шероховатости обработки поверхностей, а также другие требования технических условий. Нередко конструкторы завышают классы точности и чистоты поверхностей деталей, что усложняет технологический процесс ее изготовления.

При контроле рабочего чертежа выявляют возможности улучшения технологичности конструкции детали. Обращают внимание на уменьшение размеров обрабатываемых поверхностей, что снижает трудоемкость механической обработки; повышение жесткости детали, что обеспечивает возможность многоинструментальной обработки, применение многолезвийных инструментов и высокопроизводительных режимов резания; облегчение подвода и отвода высокопроизводительных режущих инструментов из зоны обработки, в результате чего уменьшается основное и вспомогательное время; унификацию размеров пазов, канавок, отверстий и других элементов, что сокращает номенклатуру размерных и профильных инструментов и  уменьшает время обработки при последовательном выполнении технологических переходов; обеспечение надежного и удобного базирования заготовки, а при простановке размеров возможность совмещения установочных и измерительных баз; удобство осуществления многоместной обработки заготовок. В результате улучшения технологичности конструкции может быть получен значительный эффект от снижения трудоемкости и повышения рентабельности процессов обработки.

 

1.5. Выбор метода получения заготовки

Конструктор изделия устанавливает материал детали и его марку по имеющимся стандартам. Он назначает также необходимую термическую обработку детали. Учитывая условия ее работы в машине, он может указать предпочтительный способ получения заготовки. На основе этих данных технолог выбирает конкретный метод получения заготовки. Выбор метода определяется:

- технологической характеристикой материала детали;

- конструктивными формами и размерами заготовки;

- требуемой точностью выполнения  заготовки, шероховатостью и качеством ее поверхностных слоев;

- величиной программы выпуска  и заданными сроками выполнения этой программы.

На выбор метода выполнения заготовки  оказывает большое влияние время подготовки технологической оснастки; наличие соответствующего технологического оборудования и желаемая степень автоматизации процесса. Выбранный метод должен обеспечивать наименьшую себестоимость детали.

После определения оптимального метода получения заготовки производят расчет припусков. Припуском на обработку называется слой металла, подлежащий удалению с поверхности заготовки в процессе обработки для получения готовой детали. Размер припуска определяют разностью между размером заготовки и размером детали по рабочему чертежу; припуск задается на сторону. Припуски подразделяют на общие и межоперационные, удаляемые при выполнении отдельных операций. Величина межоперационного припуска определяется разностью размеров, полученных на предыдущей и последующей операциях. Общий припуск па обработку равен сумме межоперационных припусков по всем технологическим операциям - от заготовки до размеров детали по рабочему чертежу

Для наружных поверхностей значение разности размеров, получаемых на предшествующей и последующей операциях, является положительной величиной, а для внутренних - отрицательной.

Размер припуска зависит от толщины  поврежденного поверхностного слоя, а также от неизбежных производственных и технологических погрешностей, зависящих от способа изготовления заготовки, ее обработки, геометрических погрешностей станка и других технологических факторов.

Результативные погрешности являются совокупностью погрешностей заготовки  и погрешностей, возникающих при  выполнении отдельных технологических операций.

Поверхностный слой проката характеризуется  обезуглероженной зоной, снижающей  предел прочности металла. Удаление этого слоя повышает прочностные свойства обрабатываемой заготовки.

Отклонения взаимосвязанных поверхностей также следует учитывать при  расчете припусков, но так как эти отклонения не связаны с погрешностями на размеры поверхностей, их нужно учитывать отдельно.

Таким образом, наименьший межоперационный  припуск на обработку r при наименьшем предельном размере заготовки для наружных поверхностей и при наибольшем предельном размере для внутренних поверхностей может быть определен из формулы (1).

 

,                    (1)

       где - средняя величина микронеровностей;

  Т_a – глубина дефектного поверхностного слоя;

       r_a – геометрическая сумма пространственных отклонений взаимосвязанных поверхностей;

  - погрешность установки;

   а - индекс, характеризующий предшествующую операцию;

b – индекс, характеризующий данную операцию.

При обработке плоских поверхностей учитывают наибольшее из пространственных отклонений взаимосвязанных поверхностей по нормали к обрабатываемой поверхности; тогда суммарное значение r_а будет определяться как векторная сумма пространственных отклонений.

Наименьшая величина межоперационного припуска на диаметральный размер (при  обработке поверхностей тел вращения) удваивается. Тогда

 

.                     (2)

При обработке заготовок из чугуна и цветных сплавов значение Т_а после черновой операции исключается из формулы, так же как и после термообработки; при обработке отверстий плавающим режущим инструментом исключается значение r_а (векторная сумма отклонений взаимосвязанных поверхностей); при установке обрабатываемой заготовки на плиту, т. е. при совмещении установочной и измерительной баз, из формулы выпадает величина e_y (погрешность установки) и т. п.

Влияние величины припуска на экономичность  процесса обработки очень велико, так как чем больше припуск, тем  большее число проходов требуется для снятия соответствующего слоя металла, что приводит к повышению трудоемкости процесса, расхода электроэнергии, режущего инструмента и увеличивает отходы металла, превращаемого в стружку.

 

 

2. Базирование детали. Выбор установочных баз

2.1 Понятие о базах,  их классификация и назначение

Базой называют совокупность поверхностей, линий или точек детали, по отношению к которым ориентируются другие детали изделия или по отношению к которым ориентируются поверхности детали, обрабатываемые на данной операции.

В зависимости от служебного назначения все поверхности детали подразделяются на: основные, присоединительные, исполнительные и свободные. Под основными понимают поверхности, с помощью которых определяют положение данной детали относительно другой, к которой она присоединяется. Присоединительными называют поверхности детали, определяющие положение всех присоединяемых к ней других деталей. Свободной поверхностью называется поверхность, предназначенная для соединения основных и присоединительных поверхностей и исполнительной поверхности между собой с образованием совместно необходимой для конструкции формы детали.

Элементы детали, образующие комплекты основных и присоединительных поверхностей, характеризуют технологические базы, т.е. элементы, используемые в процессе обработки для установления взаимосвязи между расположением режущей кромки инструмента и обрабатываемой поверхностью.

По характеру своего применения базы подразделяют на: конструкторские, сборочные, измерительные и установочные. Конструкторскими и сборочными базами называют поверхности, линии или точки деталей, с помощью которых определяют ее положение относительно других деталей на сборочном чертеже (конструкторские базы) или при сборке (сборочные базы). В качестве конструкторских баз используют также линии симметрии: оси валов и отверстий, биссектрисы углов и т. п. Для всех деталей вращения одной из конструкторских баз всегда является ось вращения.

Как правило, положение детали относительно других деталей определяют комплектом из двух или трех баз.

Установочной базой детали называют совокупность поверхностей, линий или точек, относительно которых ориентируется при изготовлении детали поверхность, обрабатываемая на данной операции.

В зависимости от способа применения установочных баз при обработке их подразделяют на опорные установочные и проверочные установочные базы.

Установочная база называется опорной, если обрабатываемая деталь непосредственно опирается своей установочной базой на соответствующие поверхности станка или приспособления.

Проверочной установочной базой называется поверхность обрабатываемой заготовки, по которой происходит выверка положения этой заготовки на станке или установка режущего инструмента. Установочные базы подразделяются на основные и вспомогательные. Основной установочной базой называется такая установочная база, расположение которой относительно обрабатываемой поверхности имеет существенное значение с точки зрения работы детали в собранном изделии. Вспомогательной установочной базой называется такая установочная база, расположение которой относительно обрабатываемой поверхности в готовом изделии непосредственного значения не имеет, к применению вспомогательных баз прибегают в тех случаях, когда конструкция детали исключает возможность использования основной базы детали в качестве установочной базы или требует для этого изготовления сложных или неудобных приспособлений.

Для наибольшей точности изготовления деталей необходимо стремиться к тому, чтобы конструкторские и технологические базы представляли собой одни и те же поверхности, т. е. чтобы по возможности осуществлять установку заготовки при обработке и измерении от тех же поверхностей, которые будут определять положение детали в собранном узле или машине.

 

2.2. Основные схемы базирования  по опорным базам

Схемы базирования зависят от формы  поверхностей обрабатываемых заготовок, большинство которых, как правило, ограничено плоскими, цилиндрическими или коническими поверхностями, используемыми в качестве опорных баз.

Основными схемами базирования  являются: базирование призматических деталей; базирование длинных цилиндрических деталей;  базирование коротких цилиндрических деталей.

Схема базирования призматических деталей. Эта схема предусматривает базирование заготовок деталей типа плит, крышек, картеров и др. Каждая обрабатываемая заготовка призматической формы, если ее рассматривать в системе трех взаимно перпендикулярных осей (рис.1), имеет шесть степеней свободы: три перемещения вдоль осей Ох, Оу, Оz и три перемещения при повороте относительно этих же осей. Положение заготовки в пространстве определяется шестью координатами (рис.1, пунктирные линии).

 

 

Рис.1. Схема положения  заготовки в системе трех

взаимно перпендикулярных плоскостей

 

Три степени свободы ограничиваются тремя координатами, определяющими положение заготовки относительно плоскости хОу. Две степени свободы ограничиваются двумя координатами, определяющими положение заготовки относительно плоскости уОz. Шестая координата, определяющая положение заготовки относительно плоскости хОz, ограничивает ее возможность перемещения в направлении оси Оу, т. е. лишает ее шестой - последней степени свободы.

Этот порядок установки заготовок  призматической формы называется правилом шести точек. Это правило распространяется не только на заготовки призматической формы, базируемые по их наружному контуру, но и на заготовки другой формы, при использовании для их установки любых поверхностей, выбранных для базирования.

Увеличение опорных точек сверх  шести не только не улучшает, но и  ухудшает условия установки, так  как обрабатываемая заготовка, как  правило, имеет отклонения от правильной геометрической формы, местные неровности поверхности, что может приводить к самопроизвольной установке заготовки в приспособлении.

Нижняя поверхность заготовки  с тремя опорными точками называется главной установочной базой. Как правило, в качестве главной установочной базы выбирают поверхность с наибольшими размерами.

Боковая поверхность с двумя  опорными точками называется направляющей установочной базой, для которой выбирают поверхность наибольшей протяженности. Поверхность с одной опорной точкой называется упорной установочной базой.

Свои особенности имеют схемы  базирования длинных и коротких цилиндрических деталей.

 

2.3. Методика выбора базирующих  поверхностей

Выбор установочных баз производят с целью наметить как сами базы, так и порядок их смены при  выполнении технологического процесса механической обработки детали. Исходными данными при выборе баз являются: рабочий чертеж детали с простановкой заданных размеров, технические условия на ее изготовление, вид заготовки, а также желаемая степень автоматизации процесса. При выборе баз учитывают условия работы детали в механизме. Принятая схема базирования определяет конструктивные схемы приспособлений и влияет на точность размеров и взаимного положения поверхностей детали. Наилучшие результата по точности обработки обеспечиваются при выдерживании принципа совмещения баз. В этом случае погрешности базирования равны нулю. При невозможности выдержать данный принцип за установочную базу принимают другую поверхность, стремясь уменьшить нежелательные последствия несовмещения баз.

Стремление более полно выдержать  этот принцип приводит к созданию на детали искусственных баз: центровых  гнезд, установочных поясков и других элементов, а также к выполнению всей обработки за один установ на базе черных поверхностей исходной заготовки. Последний случай имеет место при обработке деталей из прутка на автоматах, многопозиционных и агрегатных станках.

При выборе баз должны быть сформулированы требования по точности и шероховатости их обработки, а также предусмотрена необходимость повторной обработки в целях ликвидации возможной деформации от действия остаточных напряжений в материале заготовки. Выбор баз связан с первой наметкой плана обработки детали, который подвергается дальнейшей детализации на последующих этапах проектирования технологического процесса.

При обработке валов и некоторых  других заготовок, имеющих базовые  поверхности в виде центровых  гнезд (или конических фасок), в качестве установочных элементов используют центры. Различные конструктивные формы центров показаны на рис. 2. Схема установки на обычный жесткий центр приведена на рис.2, а; на рис.2, б показана установка заготовки конической фаской на срезанный центр; на рис.2, в - конструкций вращающегося центра для токарных работ; на рис.2, г - установка заготовки на специальный срезанный с рифлениями и на рис. 2, д - конструкция поводкового центра для передачи момента благодаря внедрению рифлений в базовую поверхность гнезда заготовки. Этот центр обеспечивает передачу момента, необходимого для чистовой обработки, но портит поверхность гнезда. Для точной установки заготовок по длине применяют плавающий передний центр (рис. 2, е).

 

 

Рис. 2. Виды центров