ВВЕДЕНИЕ

Процесс сборки является заключительным этапом изготовления машины, в значительной степени определяющим ее основные эксплуатационные качества. Условия достижения высоких эксплуатационных качеств машины не ограничиваются созданием ее удачной конструкции или применением высококачественных материалов для изготовления ее деталей. Не гарантирует этих качеств и высокоточное изготовление деталей с обеспечением оптимального состояния поверхностных слоев их сопряженных или рабочих поверхностей. Процесс изготовления машины может гарантировать достижение всех требуемых ее эксплуатационных показателей, а также ее надежности и долговечности в эксплуатации лишь при условии высококачественного проведения всех этапов сборки машины (т.е. сборки и регулировки отдельных сборочных единиц - узлов и общей сборки и испытаний изготовляемого изделия в целом).

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫСБОРКИ МАШИН

1.1 Изделия машиностроения и их составные части

Объектами машиностроительного производства являются машины различного назначения.

Технологический процесс изготовления машин предусматривает производство деталей, сборочных единиц (узлов) и изделий.

Изделие - продукт конечной стадии машиностроительного производства. Изделием может быть машина, сборочная единица или деталь в зависимости от того, какую продукцию выпускает завод (предприятие).

Деталь - первичный элемент изделия. Детали изготовляют из однородного по наименованию и марке материала. В детали отсутствуют какие-либо разъемные или неразъемные соединения. Детали могут быть с покрытиями и без покрытий. При сборке детали сопрягаются с другими деталями по поверхности, образуя соединения. Геометрические и физико-механические показатели поверхностей и поверхностных слоев являются важнейшими характеристиками качества деталей.

Сборочная единица (узел) - разъемное или неразъемное соединение частей изделия.

С технологической точки зрения узел представляет собой обособленную часть изделия, которую можно собрать отдельно от других частей, оценить по выходным параметрам, испытать и т.д. Узловая сборка деталей проводится на заводе основного производства либо на отдельных заводах, выпускающих такие узлы в качестве изделий.

3

С конструкторской точки зрения узел представляет собой часть машины определенного функционального назначения без учета особенностей сборки. Так, распределительный механизм машины, расположенный, например, наряду с другими механизмами в ее корпусной детали, является конструктивной сборочной единицей (узлом), но не является технологической сборочной единицей, так как не может быть собран обособленно.

Наиболее совершенной является сборочная единица, которая одновременно отвечает условию ее функционального назначения в изделии и условию обособленной сборки.

В зависимости от положения сборочной единицы в изделии различают их порядок. Так, сборочные единицы, входящие в процессе сборки непосредственно в изделие, называют сборочными единицами первого порядка. Сборочные единицы, которые входят в сборочные единицы первого порядка, называют сборочными единицами второго порядка и т.д. Такое представление о деталях и сборочных единицах существенно помогает описать в целом изделие и его элементы. Общая компоновка элементов изделия представлена на рис.1.1.

Детали могут входить в сборочные единицы любого порядка и непосредственно в изделие вне сборочных единиц. Общая компоновка элементов изделия позволяет разработать технологическую схему сборки, в которой отражаются процессы узловой сборки и сборки

всего изделия. Целесообразность разработки такой схемы определяется сложностью изделия.

Особую роль играют базовые детали. Они имеют базовые поверхности, с помощью которых другие детали и сборочные единицы ориентируются относительно друг друга. Сборка, как правило, начинается с базовых деталей. При сборке машины одна из сборочных единиц (узлов) может играть роль базовой сборочной единицы (базового узла). Чаще всего базовыми являются корпусные детали.

Сборка изделия может производиться подачей групп его элементов. Каждая такая группа называется сборочным комплектом. Если эти элементы не вводят в состав машины на заводе-изготовителе, а они имеют вспомогательное назначение, то такая группа называется комплектом (например, комплекты запасных частей).

Изделие предприятия-поставщика, используемое на заводе-изготовителе, называется комплектующим изделием.

4

Рис.1.1 Общая компоновка изделия

Сборочная единица, способная самостоятельно выполнять в изделии определенные функции, называется агрегатом.

1.2 Технологические и производственные процессы

Основное место в производстве машин отводится разработке технологических процессов (ТП). В свою очередь эти процессы являются составной частью производственных процессов (рис.1.2).

Рис.1.2 Структура производственного и технологического процессов

Производственный процесс - совокупность действий, в результате которых материалы и полуфабрикаты превращаются в готовые изделия в соответствии с их служебным назначением.

Для функционирования производственного процесса необходимы исходные данные: 1) указания о развертывании производства машин определенного назначения или серии машин с указанием объема годового выпуска; 2) обеспечение данного производства материалами, полуфабрикатами; 3) система управления производством; 4) социально-экономические факторы; 4) экологическая обстановка в регионе размещения данного предприятия.

Создание производственного процесса является задачей высшего порядка сложности и рассматривается на государственном уровне.

Каждый элемент производственного процесса может представляться соответствующим производственным подразделением, функции которого

5

определяются предельно четко. Например, одно из подразделений берет на себя функции снабжения материалами, комплектующими изделиями и т.д.

Вспомогательный производственный процесс (рис.1.2) может предусматривать обеспечение производства технологической оснасткой, инструментами, включать систему транспортирования объектов труда, обеспечивать уход за оборудованием и его наладку. Каждый из элементов вспомогательного производственного процесса в зависимости от масштаба производства может представляться участком, цехом или отдельным заводом.

Технологический процесс - часть производственного процесса, включающая в себя последовательное изменение размеров, форм и других свойств предмета производства. Технологический процесс представляется чаще всего совокупностью процессов, основанных на применении различных методов их выполнения (рис.1.2). Так, важной составной частью ТП может быть процесс изготовления заготовок (литье, обработка давлением, сварка и др.), процесс изготовления деталей, т.е. превращение заготовок в составные элементы машины, процесс сборки и другие.

Технологическая операция - это часть ТП, выполняемая на одном рабочем месте, над одним или несколькими одновременно обрабатываемыми предметами, одним или несколькими рабочими. Аналогичные понятия рассматриваются для процесса изготовления заготовок, сборки и др. Наличие рабочего места является непременным условием проведения операции. Технологическая операция является основной единицей производственного планирования и учета.

Рабочее место - часть производственной площади, оборудованной в соответствии с выполняемой работой.

ТП предусматривает также наличие вспомогательных операций, связанных с транспортированием, контролем и другими действиями, не изменяющими свойств объектов труда.

Составными частями операции являются технологические переходы, характеризуемые постоянством применения инструмента и обрабатываемых поверхностей. Технологический переход - законченная часть технологической операции, выполняемая над одной или несколькими поверхностями заготовки, одним или несколькими одновременно работающими инструментами при неизменных режимах обработки. Обработка следующей поверхности заготовки или изменение режимов обработки означают наличие нового перехода.

Вспомогательный переход не изменяет состояние объекта труда, но сопровождает выполнение технологического перехода. Затраты времени на вспомогательные операции и переходы следует неизменно сокращать.

Проход (рабочий ход) - часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки и связанная с изменением состояния этой заготовки. В свою очередь частью прохода является прием - законченная совокупность действий человека, применяемых

6

при выполнении перехода или его части и объединенных одним целевым назначением. Приемы состоят из отдельных движений.

Операции, переходы и проходы всегда выполняются на рабочих местах в одной или нескольких позициях, а также с одного или нескольких установов.

Установ - часть операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемых заготовок.

Позиция – фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной обрабатываемой заготовкой совместно с оснасткой относительно инструмента или неподвижной части оборудования для выполнения операции или ее части.

Аналогичная структура может быть представлена для ТП сборки, окраски и др.

1.3 Классификация видов сборки

Сборка - это образование разъемных или неразъемных соединений составных частей заготовки или изделия при помощи простого соединения деталей, их запрессовкой, свинчиванием, сваркой, пайкой, клепкой и т.д. Различают общую сборку, когда собирают изделие в целом, и узловую сборку, когда осуществляется сборка сборочной единицы или узла.

В условиях единичного и мелкосерийного типов производств основная часть сборочных работ выполняется на общей сборке и лишь малая их доля осуществляется над отдельными сборочными единицами. С увеличением серийности производства сборочные работы раздробляются по отдельным сборочным единицам, а в условиях массового и крупносерийного типов производств объем узловой сборки становится равным или даже превосходит объем общей сборки. Это в значительной мере способствует механизации и автоматизации сборочных работ и повышает их производительность.

По стадиям процесса сборка подразделяется на следующие виды:-предварительная сборка - сборка заготовок, составных частей или

изделия в целом, которые в последующем подлежат разборке (предварительная сборка узла с целью определения размера неподвижного компенсатора);

-промежуточная сборка - сборка заготовок, выполняемая для дальнейшей их совместной обработки (предварительная сборка корпуса редуктора с крышкой для последующей совместной обработки отверстий под подшипники);

-сборка под сварку - сборка заготовок для их последующей сварки;-окончательная сборка - сборка изделия или его составной части, после

которой не предусмотрена его последующая разборка при изготовлении.После окончательной сборки для некоторых изделий может следовать

демонтаж, в состав которого входят работы по частичной разборке собранного изделия с целью подготовки его к упаковке и транспортированию

7

к потребителю (например, сборка крупных паровых и гидравлических турбин и т.п.).

По методу образования соединений сборка подразделяется на [2]:-слесарную сборку - сборку изделия или его составной части при помощи

слесарно-сборочных операций;-монтаж - установку изделия или его составных частей на месте

использования (монтаж станка с ЧПУ на предприятии-потребителе);-электромонтаж - монтаж электроизделий или их составных частей,

имеющих токоведущие элементы;-сварку, пайку, клепку и склеивание.

1.4 Организационные формы сборки

Решающим фактором при выборе вида и формы организации процесса сборки машины является число машин, подлежащих изготовлению в единицу времени и по неизменным чертежам. Целесообразность выбора тех или иных вида и формы организации процесса сборки должна быть обоснована технико-экономическим расчетом.

Современное производство подразделяется на массовое, серийное и единичное (табл.1.1) [1].

Таблица 1.1Количество изделий одного наименования и типоразмера,

изготовляемых за годПроизводство Крупные изделия

(тяжелые машины)Изделия средних

размеровМелкие изделия (легкие машины)

Единичное До 5 До 10 До 100Мелкосерийное 5-100 10-200 100-500Среднесерийное 100-300 200-500 500-5000Крупносерийное 300-1000 500-5000 5000-50000

Массовое Св. 1000 Св. 5000 Св. 50000

Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, изготовляемых непрерывно в течение большого отрезка времени. На каждом рабочем месте постоянно выполняется одна и та же работа, т.е. технологические операции постоянно повторяются. Поэтому используют специальное оборудование, которое расставляют в цехах в полном соответствии с выполнением операций ТП; ему подчиняют работу транспортирующих устройств, контроль, работу складов заготовок и др. Современное массовое производство использует роботы, автоматические линии и целые производственные системы, управляемые ЭВМ. Применяемые заготовки характеризуется высокой точностью.

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых периодически повторяющимися партиями,

8

сравнительно большим объемом выпуска. Такой тип производства является основным и на его предприятиях выпускается 75-80% всей продукции машиностроения.

В зависимости от количества изделий в партии различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производство.

Типаж оборудования для серийного производства достаточно широк: универсальные, специализированные и специальные станки, автоматические линии, станки с ЧПУ. Расстановка станков чаще всего проводится по технологическим группам, хотя встречаются и другие виды компоновки станков. Заготовками являются горячий и холодный прокат, поковки, точные штампованные заготовки и отливки.

Единичное производство характеризуется широкой номенклатурой выпускаемых изделий и малым объемом их выпуска (штуки или десятки штук). Технологические операции повторяются нерегулярно или не повторяются совсем. Используют универсальное оборудование, которое расставляется по технологическим группам. Заготовки имеют простейшую форму.

Установить четкие границы между типами производства не представляется возможным, но установление типа производства при разработке ТП является необходимым, поскольку в каждом типе производства для изготовления деталей одного и того же наименования используют совершенно различные технологические процессы. Для очень грубых прикидок пользуются данными, приведенными в табл.1.1.

Схема организационных форм сборки приведена на рис.1.3.Процесс сборки можно классифицировать:- по перемещению собираемого изделия (стационарная и подвижная);- по организации производства (непоточная, групповая и поточная).

9

Рис.1.3 Схема организационных форм сборкиНепоточная стационарная сборка без расчленения сборочных работ -

весь процесс сборки и его сборочных единиц выполняется на одной сборочной позиции (стенд, станок, рабочее место, пол цеха), детали, сборочные единицы (узлы) и комплектующие изделия поступают на эту позицию. Вся сборка изделия производится одной бригадой рабочих-сборщиков последовательно от начала до конца. Процесс сборки состоит из небольшого числа сложных операций.

Достоинства: 1) основная базовая деталь не изменяет своего положения, что способствует достижению высокой точности собираемого изделия (особенно крупных изделий с недостаточно жесткой конструкцией); 2) используются универсальные транспортные средства, приспособления и инструмент, что сокращает продолжительность и стоимость технической подготовки производства.

Недостатки: 1) длительность общего цикла сборки, выполняемой последовательно; 2) потребность в высококвалифицированных рабочих, способных выполнять любую сборочную операцию; 3) увеличение потребности в больших сборочных стендах и высоких помещениях сборочных цехов, так как каждая машина, собираемая на стенде от начала до конца, длительное время занимает монтажный стенд. Это особенно существенно при увеличении производственной программы выпуска крупных машин, когда их выпуск лимитируется наличием монтажных стендов и высоких сборочных цехов.

Область применения: единичное и мелкосерийное производство тяжелого и энергетического машиностроения, экспериментальные и 10

ремонтные цехи (сборка крупных дизелей, прокатных станов, крупных турбин и т.п.).

При непоточной стационарной сборке с расчленением сборочных работ производится узловая и общая сборка. Сборка каждой сборочной единицы и общая сборка выполняются в одно и то же время разными бригадами и многими сборщиками. Собираемая машина остается неподвижной на одном стенде. В результате такой организации длительность процесса сборки значительно сокращается.

Расчетное количество рабочих позиций или стендов 0 для параллельной сборки одинаковых объектов: 0=(T0-Tc)/T, где Т0-расчетная трудоемкость всех переходов сборки одного объекта; Тс-расчетная трудоемкость переходов, выполнение которых совмещено во времени с выполнением других объектов; Т-расчетный такт сборки.

Достоинства: 1) значительное сокращение длительности общего цикла сборки; 2) сокращение трудоемкости выполнения отдельных сборочных операций за счет: а) специализации рабочих мест сборки узлов и их оборудования соответствующими приспособлениями и механизирующими устройствами; б) специализации рабочих-сборщиков определенных узлов и приобретения ими соответствующих навыков; в) лучшей организации труда (рабочие не скапливаются одновременно на ограниченном пространстве монтажного стенда и не мешают друг другу, как это имеет место при однобригадной стационарной сборке). 3) отсутствие необходимости в сборщиках высокой квалификации. 4) более рациональное использование помещения и оборудования сборочных цехов (узловая сборка может производиться в более низких помещениях, не оборудованных мощными кранами и другими устройствами). 5) сокращение себестоимости сборки.

Область применения: производство изделий, изготовляемых единицами или в небольших количествах.

Применение узловой сборки возможно лишь при соответствующем оформлении конструкции изделия, предусматривающем расчленение его на технологические сборочные единицы, которые могут быть собраны независимо друг от друга. В связи с этим расчленение изделия на отдельные конструктивно-технологические сборочные единицы является одним из основных условий технологичности конструкции. Область применения: серийное производство средних по размеру и крупных машин.

При непоточной подвижной сборке собираемое изделие последовательно перемещается от одной позиции к другой. Перемещение может быть свободным или принудительным. Технологический процесс сборки при этом разбивается на отдельные операции, выполняемые одним рабочим или небольшим их числом. Область применения: переход от сборки единичных изделий к их серийному изготовлению.

Сборка со свободным перемещением собираемого объекта заключается в том, что рабочий, закончив свою операцию, с помощью средств

11

механизации или вручную перемещает собираемую сборочную единицу на следующую рабочую позицию. Сборочные единицы могут также собираться на тележках, стоящих на рельсовых путях, на рольгангах и т.п.

Сборка с принудительным передвижением собираемого объекта состоит в том, что объект сборки передвигается при помощи конвейера или тележек, замкнутых ведомой цепью. Сборка может выполняться как на конвейере, так и возле него. Организация подвижной сборки возможна только на основе расчленения сборочных работ.

Фактическая продолжительность выполнения каждой операции сборочного процесса колеблется, так как она зависит не только от квалификации и интенсивности труда сборщика, но также и от качества собираемых деталей. Для компенсации таких колебаний создается межоперационный задел.

Расчетное количество рабочих позиций q1, которые должен последовательно пройти собираемый объект в процессе сборки:

, где tn-расчетное время, необходимое для перемещения

одного собираемого объекта с рабочей позиции на следующую;

-количество параллельных потоков, необходимых для

выполнения производственной программы параллельной сборки одинаковых

собираемых объектов, где -продолжительность наиболее длительной

сборочной операции (трудоемкость всех несовмещенных переходов, составляющих наиболее длительную операцию).

При поточной сборке отдельные операции процесса выполняются за одинаковый промежуток времени - такт, или за промежуток времени, кратный такту. При этом на более продолжительных операциях параллельно работают несколько рабочих. Обеспечение одинаковой продолжительности технологических операций (синхронизация операций) достигается уменьшением числа переходов между операциями, их механизацией (когда требуется ускорить их выполнение) или включением в операцию дополнительных элементов работы (когда трудоемкость операции меньше установленного такта).

Поточная сборка может быть организована со свободным или с принудительным ритмом. В первом случае рабочий передает собираемое изделие на соседнюю операцию по мере выполнения собственной работы, а во втором случае, при работе с принудительно-регулируемом ритмом, момент передачи выполненной работы на следующую операцию определяется сигналом (световым или звуковым) или скоростью непрерывно или периодически движущегося конвейера.

12

Межоперационное перемещение собираемого изделия при поточной сборке осуществляется: вручную или с помощью тележек, наклонного лотка или рольганга; с помощью распределительного конвейера, предназначенного для перемещения собираемых возле него изделий; на конвейере с периодическим перемещением, в период остановки которого на нем производится сборка; на непрерывно движущемся конвейере, перемещающем собираемое изделие со скоростью, обеспечивающей возможность выполнения сборочных операций. При перемещении собираемого изделия вручную скорость перемещения - 10-15 м/мин; при перемещении по лотку и рольгангу - до 20 м/мин; для распределительного конвейера - 30-40 м/мин и для непрерывно действующего конвейера - 0,25-3,5 м/мин.

Общая продолжительность поточной сборки , где Т-такт сборки; п-число рабочих мест на поточной линии, зависящее от числа сборочных и контрольных операций (с учетом резервных мест).

Преимущества: сокращение длительности производственного цикла и уменьшение межоперационных заделов деталей, повышение специализации сборщиков и возможность механизации и автоматизации сборочных операций, что в конечном счете приводит к снижению трудоемкости сборки на 35-50%.

Главным условием организации поточной сборки является обеспечение взаимозаменяемости собираемых узлов и отдельных деталей, входящих в поточную сборку. Пригоночные работы, если они необходимы, должны осуществляться за пределами потока на операциях предварительной сборки. При этом пригнанные детали и узлы должны подаваться на поточную сборку в окончательно скомплектованном и проконтролированном виде. Конструкция собираемого на потоке изделия должна быть хорошо отработана на технологичность.

Поточная сборка является рентабельной при достаточно большом объеме выпуска собираемых изделий.

При поточной стационарной сборке все собираемые объекты остаются на рабочих позициях в течение всего процесса сборки. Рабочие (или бригады) по сигналу все одновременно переходят от одних собираемых объектов к следующим через периоды времени, равные такту. Каждый рабочий (или каждая бригада) выполняет закрепленную за ним (бригадой) одну и ту же операцию на каждом из собираемых объектов. Область применения: сборка крупных и громоздких, т.е. неудобных для транспортирования изделий.

Расчетное количество рабочих (или бригад) q2, необходимых для одного

потока: , где tp-расчетное время для перехода рабочих (или

бригад) от одних собираемых объектов к другим; 2=(Tоп+tр)/T-количество параллельных потоков, необходимых для выполнения программы параллельной сборки одинаковых объектов.

13

Основным преимуществом данного вида сборки является работа с установленным тактом; результатами этого являются равномерный выпуск продукции, короткий цикл сборки, высокая производительность труда, высокий съем продукции с 1 м2 площади. Область применения: серийное производство машин, отличающихся недостаточной жесткостью базовых деталей, большими габаритными размерами и массой (производство тяжелых станков и т.п.).

Поточная подвижная сборка становится экономически целесообразной в тех случаях, когда выпуск машин и их сборочных единиц значительно возрастает. Данный вид сборки может быть осуществлен с непрерывно или периодически перемещающимися собираемыми объектами. Преимуществами поточной подвижной сборки являются выполнение работы с требуемым тактом и возможность почти полного совмещения времени, затрачиваемого на транспортирование объектов, со временем их сборки.

Расчетное количество рабочих позиций q3, которые должен пройти в процессе сборки собираемый объект: при сборке с непрерывным движением

собираемого объекта ; при сборке с периодическим

движением собираемого объекта , где -

количество параллельных потоков, необходимых для выполнения программы

при параллельной поточной подвижной сборке объектов; - расчетное

время, необходимое рабочему для возвращения в исходное положение после выполнения операции. Длина рабочей части конвейера Lраб=(L+l1)(q3+1), где L - длина собираемого объекта, измеряемого в направлении движения конвейера, м; l1 - промежуток времени между собираемыми объектами, необходимый для удобства сборки, м.

1.5 Типовые и групповые процессы сборки

При разработке ТП сборки проводят типизацию, которая способствует внедрению новых, более совершенных методов сборки, сокращению сроков и удешевлению подготовки производства, более широкому применению средств механизации и автоматизации, установлению типажа сборочного оборудования, использованию типовой переналаживаемой оснастки.

Цель типизации - стандартизовать технологические процессы, для того чтобы сборка одинаковых и сходных по конструкции изделий осуществлялась общими, наиболее совершенными и эффективными методами. Типизацию осуществляют по отдельным отраслям машиностроения, а в некоторых случаях и по отдельным группам заводов,

14

производящих однородную продукцию [3]. На основе типовых ТП создают типовые компоновки специализированного оборудования. Типовые ТП сборки целесообразно применять на заводах серийного и массового производства с устойчивой номенклатурой изделий.

Первым этапом типизации ТП сборки является классификация данной группы изделий. При подборке изделий в группу проводят анализ чертежей и технических условий, технологичности. Изделия или их составные части разделяют на классы по общности технологических задач, возникающих при их сборке. Каждый класс изделий разбивают на подклассы, затем на группы и подгруппы; при этом учитывают определенные конструктивные признаки изделий и их размеры, обобщают решения технологических задач с целью нахождения общего подхода к проектированию технологии сборки отдельных изделий и их элементов. Определяют типовой представитель (один или несколько), которым является изделие (составная часть изделия), характеризующееся совокупностью признаков. Данные изделия имеют одинаковый маршрут операций, выполняемых на однотипном сборочном оборудовании с использованием однородных приспособлений и инструментов. Учитывают также состав собираемого объекта, структуру сборочных операций и производственные условия: серийность выпуска, частоту сменяемости объекта сборки и другие факторы. Работа по классификации завершается составлением классификаторов, оформленных в виде таблиц, в которых по вертикали и горизонтали отложены указанные признаки объектов сборки.

Вторым этапом типизации технологических процессов сборки является разработка общего ТП с установлением типовых последовательности и содержания операций, типовых схем базирования и типовых конструкций оснастки. Если изделия достаточно полно унифицированы, то на них составляют одну общую технологическую карту с нормами времени. При меньшей степени унификации разрабатывают технологические процессы для конкретных изделий. Типовой ТП автоматической сборки должен состоять в основном из типовых сборочных операций, сборочные операции - из типовых технологических переходов, что позволяет выбрать типовое сборочное оборудование в его отдельные типовые механизмы.

Основу групповых ТП сборки составляет общность конструктивных особенностей изделий и технологии их сборки. Это позволяет в условиях мелкосерийного и серийного производства осуществлять технологические процессы сборки, характерные для крупносерийного и массового производства, переходить от непоточного к поточному производству. В методе групповой технологии заложены большие возможности унификации, чем при использовании типовых ТП. Повышается непрерывность, прямоточность и ритмичность производства.

В групповых поточных линиях оборудование располагают по маршруту сборки близких по конструкции и размерам изделий (или их элементов)

15

нескольких наименований, закрепленных за линией. Все закрепленные за линией изделия собирают периодически пропускаемыми партиями, и в каждый данный момент времени линия работает как непрерывно-поточная. Переход от сборки одного изделия к другому возможен без переналадки линии; в других случаях производят частичную и несложную переналадку. Оборудование линии комплектуют и располагают по технологическому маршруту сборки наиболее сложного и трудоемкого изделия в группе (комплексного изделия). Другие изделия группы можно собирать с пропуском отдельных переходов и операций. Реже используют другой способ групповой сборки, когда на линии одновременно собирают весь комплект изделий группы. Линия все время работает как непрерывно-поточная без переналадки оборудования. Приспособления для такой сборки многоместные, более сложные и более крупных размеров.

Преимущества групповых ТП: обеспечивается более высокая производительность и экономичность, чем в непоточном серийном производстве, но экономия времени сборки изделий, закрепленных за линией, должна быть больше затрат времени на ее переналадку.

Проектирование групповых ТП или операций сборки выполняют в такой последовательности: 1) подбирают группу изделий, удовлетворяющих требованиям групповой сборки; намечают маршрут сборки, содержание операций; ориентировочно определяют оперативное время сборки; 2) уточняют содержание операций и разрабатывают наладки для наиболее сложных изделий группы, которые выпускают в наибольшем количестве; разрабатывают наладки для других изделий группы; определяют штучное время сборки; 3) определяют требования к сборочному оборудованию; 4) разрабатывают конструкции сборочных приспособлений и инструментальной оснастки; уточняют режимы и условия выполнения операции сборки; окончательно устанавливают нормы времени; 5) составляют технологическую документацию на каждое изделие; 6) определяют технико-экономические показатели групповой сборки.

На разработку группового ТП затрачивают значительно больше времени, чем на единичный, однако в расчете на изделие затраты на технологическое проектирование снижаются в несколько раз.

1.6 Точность сборки

1.6.1 Понятие о точности

В процессе изготовления изделия необходимо обеспечить некий показатель К. При проектировании расчетами определяется этот показатель как Кm. Однако в процессе изготовления и измерения появятся отклонения соответственно - Кизг и Кизм. Под точностью показателя K понимают степень приближения действительного значения показателя к его

16

номинальному значению. Под точностью измерения показателя K понимают степень приближения познанного показателя к его действительному значению.

Границы допустимых отклонений показателя, определяемые требованиями к качеству, количеству или стоимости производимых изделий называются допуском. Допуск устанавливается в соответствии со служебным назначением изделия.

В процессе создания машины встречаются величины с различными свойствами (скалярные, векторные, функции и другие). Поэтому и отклонения величин и способы задания допуска должны соответствовать свойствам величин.

Для скалярной величины существует три способа задания допуска (рис.1.4).

Рис.1.4 Три способа задания допуска, ограничивающего отклонения показателя К

Для вектора допуск задается в виде годографа. Например, случайный вектор R (рис.1.5). Графическое отображение допуска – окружность, ограничивающая отклонения R вектора R; OR - допустимое среднее значение R; ORх

ORy - допустимые средние значения его проекций. Площадь, ограниченную окружностью следует считать полем допуска TR вектора R.

Различают требуемую (расчетную) и фактическую (познанную) точность. Фактическую точность группы

17

Рис.1.5 Допуск, ограничивающий отклонения случайного вектора R

Рис.1.6 Характеристики требуемой и фактической точности

случайного вектора R

изделий по показателю А, являющемуся скалярной величиной, можно охарактеризовать одним из трех способов: наибольшим и наименьшим фактическим отклонениями; значениями поля рассеяния и координаты его середины; наименьшим и наибольшим фактическими значениями показателя.

Для векторной величины налагаются границы рассеяния значений вектора на границе допуска, заданного частью n-мерного пространства (рис.1.6).

Показатели качества машины (производительность, мощность, КПД, долговечность и другие) обеспечиваются в конструкции машины связями свойств материалов деталей и размерными связями. Служебное назначение машина выполняет с помощью исполнительных поверхностей и еще целого ряда поверхностей, принадлежащих деталям: основных, вспомогательных и свободных.

Качество детали определяется по соответствию свойств материала и геометрического образа детали своему идеальному прототипу. К свойствам материала детали относятся химический состав, структурное состояние, тепло- и электропроводность, прочность, упругость, твердость, распределение и знак остаточных напряжений, качество поверхностного слоя и др.

Представление о геометрическом образе детали дают форма и размеры поверхностей, расстояние между ними и их относительное угловое положение. Поэтому точность геометрического образа детали характеризуется тремя показателями: 1) точностью размеров и расстояний; 2) точностью относительного поворота (перпендикулярность и параллельность); 3) точностью формы, которая в свою очередь характеризуется макроотклонениями (отклонения реальной поверхности от правильной геометрической формы в пределах ее габаритных размеров), волнистостью (периодические неровности поверхности, встречающиеся на участках протяженностью от 1 до 10 мм) и микроотклонениями (микронеровности на участках протяженностью до 1 мм называются шероховатостью).

Между значениями отклонений всех трех показателей существуют качественные и количественные связи. Качественные связи отображают общую закономерность в соотношениях величин перечисленных отклонений, не затрагивая функциональную зависимость, имеющуюся между ними. Поэтому отклонения формы меньше отклонений относительного поворота, а последние, в свою очередь, меньше отклонений размеров и расстояний. Без соблюдения соотношений между значениями показателей точности детали возникает неопределенность оценки ее точности.

Учитывается качественная связь следующим образом: допуски на размер больше; оценку точности геометрических показателей качества детали начинают с микроотклонений, волнистости и так далее.

18

В связи с этим обстоятельством ГОСТом 24643 установлено 16 степеней точности формы и относительных поворотов. В зависимости от соотношения между допуском на отклонения формы или относительного поворота установлены уровни относительной геометрической точности: А (нормальная точность): Тформы, относит.поворотов=60%Тразм; В (повышенная точность): Тформы,

относит.поворотов=40%Тразм; С (высокая точность) Тформы, относит.поворотов=25%Тразм.

1.6.2 Погрешности сборочных процессов

В процессе сборки по разным причинам могут возникать погрешности взаимного расположения деталей, существенно снижающие точность и служебные качества собираемого изделия. Причинами возникновения таких погрешностей могут быть: ошибки, допускаемые рабочими при ориентации и фиксации установленного положения собираемых деталей, попадание грязи и стружки между сопрягаемыми поверхностями, нарушение правильной последовательности затяжки винтовых соединений и непостоянство усилия затяжки и т.п., погрешности установки калибров и измерительных средств, применяемых при сборке, погрешности регулирования, пригонки и контроля точности положения детали в машине, достигнутого при сборке, а также собственные погрешности измерительных средств, относительные сдвиги деталей в промежутке времени между их установкой в требуемые положения и их фиксацией в этом положении, упругие деформации сопрягаемых деталей при их установке и фиксации и пластические деформации поверхностей сопряжений, нарушающие их точность и плотность соединений т.д.

Деформация деталей под воздействием сил тяжести наблюдается в тех случаях, когда недостаточно жесткая деталь имеет большую массу, например станины, рамы, основания и т.п. [5]. Если деформации оказываются сопоставимыми с допусками, ограничивающими отклонение геометрических показателей, принимают меры по уменьшению последствий деформирования.

Меры по уменьшению последствий деформаций: повышение жесткости базирующих деталей за счет увеличения числа

опор (к шести неподвижным опорам устанавливают дополнительные подвижные опоры в виде регулируемых клиновых опор, домкратов и т.п.).

преднамеренное наделение изготовляемой детали погрешностью противоположной по характеру и значению деформации детали, возникающей в процессе сборки машины. Например, для обеспечения прямолинейности длинных направляющих некоторых станков при установке станины на операции отделочной обработки ее деформируют, придавая направляющим отклонение в сторону вогнутости.

исправление деформированных поверхностей шабрением при сборке машины. Обрабатываются шабрением основные (вспомогательные) базы базирующих деталей сборочной единицы, деформированные под тяжестью смонтированных на ней деталей.

19

В резьбовых соединениях на детали и сборочные единицы (СЕ) при закреплении воздействует случайно сформировавшаяся система сил, по следующим причинам:

отклонения формы, поворотов основных и вспомогательных баз деталей приводят к случайному местоположению точек контакта сопрягаемых поверхностей;

отклонения поворота крепежных отверстий относительно баз деталей, неперпендикулярность площадок, на которые опираются гайки и головки болтов, относительно осей крепежных отверстий, а также неперпендикулярность торцов болтов к их резьбе смещают точки приложения сил закрепления:

колебания сил затяжки, сил сопротивления в резьбах приводит к тому, что значение силового замыкания отличается от расчетного:

последовательность затяжки крепежных деталей.Перечисленные факторы приводят к пластическому и упругому

деформированию стыков, самих деталей и СЕ. При этом в процессе закрепления могут возникнуть деформации изгиба, кручения и т.д., снижающие качество сборки и работоспособность изделий.

Уменьшению погрешностей сборки, вызванных деформированием деталей при закреплении, способствуют: правильное конструктивное оформление баз деталей и средств крепления, исключающее (уменьшающее) возможность возникновения пар сил, изгибающих и скручивающих детали; затяжка крепежных деталей с равномерной силой и требуемым моментом затяжки; обеспечение при изготовлении деталей правильного положения крепежных отверстий и площадок под гайки и головки болтов; соблюдение определенной последовательности завинчивания гаек или винтов при большом их числе.

Соединения деталей с натягом достаточно широко распространены. На процесс запрессовки влияют: макрогеометрические отклонения поверхностей сопряжения деталей, их волнистость и шероховатость; неоднородность свойств материала; нецентральное приложение усилий запрессовки; дефекты и загрязнение поверхностей сопряжения соединяемых деталей.

Повышению качества и уменьшению трудоемкости соединения деталей с натягом способствует следующее:

изменение размера одной из сопрягаемых деталей или обеих одновременно за счет разности их температур;

устранение относительных перекосов деталей, особенно в первоначальный момент их соединения;

соответствие силы запрессовки натягу (скорость запрессовки обычно составляет 1-10 мм/с, наибольшая прочность соединения достигается при скорости до 3 мм/с);

тщательная очистка и промывка деталей перед соединением с натягом.

20

Процесс сборки машины сопровождается многочисленными измерениями. Ни одно измерение не может быть выполнено абсолютно точно, поэтому присущие ему отклонения влияют на качество машины. Размерные цепи, возникающие при измерении, могут быть весьма сложными, особенно в тех случаях, когда измерение включает в себя несколько операций (переходов). В производственных условиях методы и средства измерения выбирают таким образом, чтобы погрешность измерения не превышала 1/10-1/6 допуска на измеряемый параметр объекта измерения (машины или детали). При соблюдении этого условия погрешностью измерения пренебрегают. В противном случае изм должна быть учтена путем установления производственного допуска, величина которого определяется по формуле: ТАпр=ТА-ТизмА, где ТА - допускаемое отклонение измеряемого параметра; ТизмА - допускаемое отклонение, ограничивающее погрешность измерения параметра изделия.

В процессе сборки машины ее точность достигается расчетом размерных цепей.

1.7 Размерные расчеты сборочных процессов

1.7.1 Основные понятия и определения теории размерных цепей

Размерные цепи отражают объективные размерные связи в конструкции машины, технологических процессах изготовления ее детали и сборки, при измерении, возникающие в соответствии с условиями решаемых задач.

Размерная цепь - совокупность размеров, непосредственно участвующих в решении поставленной задачи и образующих замкнутый контур. Обозначаются размерные цепи прописными буквами русского алфавита (А, Б, В,…,Я) и строчными буквами греческого алфавита (, , кроме , , , , ).

Размеры, образующие размерную цепь, называют звеньями размерной цепи. Одно звено в размерной цепи замыкающее (исходное), а остальные – составляющие.

Замыкающим (исходным) звеном размерной цепи называют звено, получающееся последним или первым (исходным) при ее построении. Замыкающее (исходное) звено отличается значком - А (рис.1.7).

Составляющим звеном размерной цепи называют звено размерной цепи, функционально связаным с замыкающим звеном. Составляющие звенья, в зависимости от их влияния на замыкающее звено, бывают увеличивающие или уменьшающие:

21

Рис.1.7 Размерная цепь А

Увеличивающим звеном называется звено, при увеличении которого, замыкающее звено увеличивается. Такое звено обозначается стрелочкой

слева направо над буквой - (рис.1.7).

Уменьшающим звеном называется звено, при увеличении которого, замыкающее звено уменьшается. Такое звено обозначается стрелочкой справа

налево над буквой - (рис.1.7).

Компенсирующее звено – звено, за счет изменения величины которого, достигается требуемая точность замыкающего звена. Выделяется такое звено заключением его в квадрат (рис.1.7).

Общее звено – звено, одновременно принадлежащее нескольким размерным цепям. В его обозначении используются столько букв, звеньями скольких цепей оно является - А1=В3=В6.

Размерные цепи классифицируют по характеру решаемой задачи, содержанию, характеру звеньев, геометрическому представлению и виду связи (рис.1.8).

По характеру решаемой задачи размерные цепи делят на конструкторские, технологические, измерительные. Конструкторская размерная цепь - размерная цепь, определяющая расстояние или относительный поворот поверхностей (осей) в деталях (рис.1.7). Технологические размерные цепи - размерные цепи, обеспечивающие требуемые расстояние или относительный поворот поверхностей изделия в процессе их изготовления.

Технологические размерные цепи бывают первого и второго рода.К технологическим цепям первого рода относят технологические

системы, связывающие между собой оборудование (станок), приспособление, инструмент и деталь – СПИД (рис.1.9), где О – оборудование (станок) - В1, Б2, Б3; П - приспособление – Б1, В2, В3, В4; И - инструмент - В5; Д - деталь - А.

22

Рис.1.8 Классификация размерных цепей

а) подробное изображение технологической цепи первого рода; б) упрощенное изображение технологической цепи первого рода

Рис.1.9 Технологическая размерная цепь первого рода

Замыкающим звеном технологической цепи первого рода (А) является звено, заключенное между режущей кромкой инструмента и базой (или соответствующими осями). Так в цепи (рис.1.9), звено А, является замыкающим и принадлежит детали; звенья В1, Б2, Б3 принадлежат станку (являются конструктивными элементами станка); звенья Б1, В2, В3, В4

принадлежат приспособлению (являются конструктивными элементами 23

приспособления или другой технологической оснастки); звено В5

принадлежит инструменту (ширина дисковой фрезы).К технологическим цепям второго рода относятся размерные цепи,

связывающие отдельные операции, переходы (цепи первого рода). Для того чтобы выявить технологическую цепь второго рода, необходимо проанализировать весь технологический процесс изготовления детали, от операции, на которой заканчивается решение поставленной задачи, до начала технологического процесса. На рис.1.10 представлен анализ технологического процесса изготовления валика, у которого необходимо обеспечить длину ступени L=А. При изготовлении валика в решении поставленной задачи участвуют цепи первого и второго рода. К цепям второго рода относятся размерная цепь А, которая связывает операции (переходы) получения левой и правой шеек валика; и размерная цепь В, которая связывает операции (переходы) получения одной из шеек и торцов заготовки. Размерные цепи Б, Г, Д являются цепями первого рода.

Измерительная размерная цепь - цепь, с помощью которой познается значение измеряемого размера, относительного поворота, расстояния поверхностей или их осей изготовленного или изготавливаемого изделия (рис.1.11).

По содержанию размерные цепи бывают основные и производные.

Основная размерная цепь – цепь, замыкающим звеном которой является размер (расстояние, относительный поворот), обеспечиваемый в соответствии с решением основной задачи (цепь А на рис.1.9).

Производная размерная цепь - цепь, замыкающим звеном которой является одно из составляющих звеньев основной размерной цепи (цепи Б и В на рис.1.9). Производная размерная цепь раскрывает содержание составляющего звена основной размерной цепи.

24

Рис. 1.10 Технологические цепи второго рода

Рис.1.11 Измерительная размерная цепь

По характеру звеньев размерные цепи бывают линейные и угловые.Линейная размерная цепь - цепь, звеньями которой являются линейные

размеры. Они обозначаются прописными буквами русского алфавита (А, Б, …,Я) и двусторонней стрелочкой.

Угловая размерная цепь - цепь, звеньями которой являются угловые параметры. Они обозначаются строчными буквами греческого алфавита (,,…) и односторонней стрелочкой (рис.1.9).

По геометрическому представлению цепи бывают плоские и пространственные. Плоская размерная цепь - цепь, звенья которой расположены в одной или нескольких параллельных плоскостях. Пространственная размерная цепь - цепь, звенья которой расположены в непараллельных плоскостях.

По виду связей размерные цепи бывают параллельные, последовательно и параллельно-последовательно связанные. Параллельно связанные цепи - цепи, имеющие одно или несколько общих звеньев (рис.1.12а). Последовательно связанные цепи - цепи, в которых каждая последующая имеет одну общую базу с предыдущей (рис.1.12б). Параллельно последовательно связанные цепи (комбинированные) - цепи, имеющие оба вида связей (рис.1.12в).

Рис.1.12 Различные виды связей размерных цепей

1.7.2 Постановка задачи и выявление размерной цепи

25

Выявление любой размерной цепи начинается с нахождения ее замыкающего звена. Смысл задачи, возникающей при конструировании, изготовлении или измерении изделия связывается с замыкающим звеном.

При конструировании изделия переход от поставленной задачи к нахождению замыкающего звена заключается в выявлении такого линейного или углового размера, от значения которого полностью зависит решение поставленной задачи.

При изготовлении изделия замыкающим звеном размерной цепи является размер, точность которого должна быть обеспечена технологическим процессом.

При измерении замыкающим звеном является измеренный размер.Допуск замыкающего звена устанавливается следующим образом: в конструкторских размерных цепях исходя из служебного

назначения; в технологических размерных цепях в соответствии с допуском,

который необходимо получить в результате осуществления технологического процесса;

в измерительных размерных цепях исходя из требуемой точности измерения.

Выявив замыкающее звено, приступают к нахождению составляющих звеньев размерной цепи. Составляющими звеньями конструкторских размерных цепей могут быть:

расстояния (относительные повороты) между поверхностями (их осями) деталей, образующих замыкающее звено, и основными базами этих деталей;

расстояния (относительные повороты) между поверхностями вспомогательных и основных баз деталей, непосредственно участвующих в решении поставленной задачи своими размерами.

Для нахождения размерной цепи следует идти от поверхностей (или их осей) деталей, образующих замыкающее звено, к основным базам этих деталей, от них - к основным базам деталей, базирующих первые детали, до образования замкнутого контура (рис.1.13). Несовпадения (зазоры, несоосности) основных и вспомогательных баз соединяемых деталей учитываются отдельными звеньями.

1.7.3 Методы расчета размерных цепей. Методы достижения точности

1.7.3.1 Методы расчета размерных цепей

Размерные цепи являются одной из разновидностей связей, действующих в машине и производственном процессе ее изготовления. Поэтому все теоретические положения о связях распространяются на

26

размерные цепи в той же мере, как и на другие виды связей.

Рис.1.13 Выявление размерной цепиКоличественную связь замыкающего звена А с составляющими

звеньями Аi отражает уравнение размерной цепи: А=f(A1, А2, А3, …, Аm-1).Из схемы плоской размерной цепи А с параллельными звеньями

(рис.1.14) видно, что номинальное значение замыкающего звена А равно алгебраической сумме номинальных значений составляющих звеньев, в которой увеличивающие звенья имеют знак "+", а уменьшающие - знак "-": А=-A1+А2+А3-А4.

Влияние составляющих звеньев на замыкающее звено можно учесть в уравнении размерной цепи с помощью передаточных отношений. Это дает возможность записать уравнение

размерной цепи в общем виде: , где i=1, 2, …, m-1 -

порядковый номер составляющего звена; - передаточное отношение i-го

составляющего звена; для плоских размерных цепей с параллельными

звеньями; =1 - для увеличивающих составляющих звеньев, =-1 - для

уменьшающих составляющих звеньев.Согласно количественной связи средних значений функции и

аргументов, рассмотренных выше, среднее значение замыкающего звена

может быть определено: . Для размерной

цепи (рис.1.14): . Среднее допустимое значение

27

Рис.1.14 Плоская размерная цепь с параллельными

звеньями

любой величины может быть выражено через ее номинальное значение и

координату середины поля допуска: , поэтому:

. Вычитая из

этого уравнения уравнение номиналов размерной цепи получим уравнение

координат середин полей допусков: .

Координата середины поля допуска замыкающего звена плоской размерной цепи с параллельными звеньями равна алгебраической сумме координат середин полей допусков составляющих звеньев с учетом их

собственных знаков: , или .

Все рассуждения, касающиеся координат середин полей допусков, в полной мере распространяются и на координаты середин полей рассеяния.

Поэтому по аналогии будем иметь или

.

При расчетах полей допусков или полей рассеяния могут быть использованы два метода: расчет на максимум-минимум и вероятностный расчет.

Метод расчета на максимум-минимумМетод учитывает только предельные отклонения звеньев размерной

цепи и самые неблагоприятные их сочетания. Например, в размерной цепи А (рис.1.15) предельные отклонения замыкающего звена будут при следующих сочетаниях предельных отклонений составляющих звеньев:

; . Вычитая почленно из первого

равенства второе, получим

.

Но разность верхнего и нижнего предельных отклонений какой-то величины есть

28 Рис.1.15 Размерная цепь и допуски, ограничивающие отклонения ее звеньев

поле допуска, в пределах которого допустимы ее отклонения, поэтому

.

Это положение действительно и для размерных цепей с числом составляющих звеньев m-1, что дает право записать формулу в общем виде:

, где m-1 - число составляющих звеньев в размерной цепи.

При суммировании допусков учитывают абсолютные значения передаточных отношений, поскольку значения полей допусков всегда положительны. Это значит, что для плоских размерных цепей с

параллельными звеньями , так как .

Поле допуска замыкающего звена плоской размерной цепи с параллельными звеньями равно сумме абсолютных значений полей допусков всех составляющих звеньев.

Поле рассеяния замыкающего звена может быть определено:

; для плоских размерных цепей с параллельными звеньями

.

Теоретико-вероятностный метод расчетаМетод учитывает рассеяние размеров и вероятность различных

сочетаний отклонений составляющих звеньев размерной цепи.Теоретическую основу для установления связи между полем допуска

замыкающего звена и полями допусков составляющих звеньев размерной цепи дают положения теории вероятностей, касающиеся функции случайных

аргументов. Согласно этим положениям , где t-

коэффициент риска, характеризующий процент выхода значений замыкающего звена (его отклонений) за пределы установленного на него допуска; i - коэффициент, характеризующий выбираемый теоретический закон рассеяния значений i-го составляющего звена (его отклонений).

Возможное поле рассеяния замыкающего звена при известных полях рассеяния i, составляющих звеньев, коэффициентах i, и выбранном

коэффициенте t можно рассчитать по формуле .

29

В плоских размерных цепях, имеющих звенья, расположенные под углом к выбранному направлению, каждое из таких звеньев можно заменить его проекцией на это направление. Тем самым любую плоскую размерную цепь можно привести к размерной цепи с параллельно расположенными звеньями.

Метод полной взаимозаменяемостиСущность метода полной взаимозаменяемости заключается в том, что

требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается во всех случаях ее реализации путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений.

Сборка изделий при использовании метода полной взаимозаменяемости сводится к механическому соединению взаимозаменяемых деталей. При этом у 100% собираемых объектов автоматически обеспечивается требуемая точность замыкающих звеньев размерных цепей.

При изготовлении партии деталей на станке метод полной взаимозаменяемости обеспечивает надлежащую точность замыкающих звеньев технологических размерных цепей. Благодаря этому точность выдерживаемых размеров у деталей всей партии будет соответствовать установленному допуску.

Можно привести много примеров использования метода полной взаимозаменяемости как в машиностроении, так и в бытовой технике (взаимозаменяемые детали и узлы автомобилей, телевизоров, холодильников, взаимозаменяемые шарико- и роликоподшипники, крепежные детали).

Преимущества метода полной взаимозаменяемости: относительная простота достижения требуемой точности

замыкающего звена, так как формирование размерной цепи сводится практически к простому соединению ее составляющих звеньев;

возможность широкого кооперирования различных цехов и заводов при изготовлении отдельных деталей или сборочных единиц машин;

возможность выполнения технологических процессов изготовления деталей и особенно сборки машин рабочими невысокой квалификации;

простота нормирования технологических процессов во времени.Поля допусков или возможные значения поля рассеяния замыкающего

звена рассчитывают по методу максимума-минимума. При решении прямой задачи расчет полей допусков сводится к распределению поля допуска замыкающего звена между составляющими звеньями. Такое распределение многовариантно, что характерно для решения любой проектной задачи. Формально все решения будут правильными, если в каждом из них сумма допусков составляющих звеньев будет равна допуску замыкающего звена. Однако не все решения могут быть приемлемыми с точки зрения экономики.

Поэтому распределение значения поля допуска замыкающего звена между составляющими звеньями ведут, сопровождая его хотя бы мысленной оценкой экономической целесообразности устанавливаемого поля допуска на

30

то или иное составляющее звено. Например, при расчете конструкторских размерных цепей обычно учитывают следующее:

чисто технические возможности достижения задаваемой точности; экономичность способов обработки, которые могут быть

использованы в процессе изготовления деталей (сведения о средней экономической точности различных методов обработки можно получить в справочниках технолога);

число изделий, подлежащих изготовлению, во многом влияющее на оценку экономичности метода обработки.

Таким образом, критерием удачного распределения поля допуска замыкающего звена между составляющими звеньями может служить лишь себестоимость решения задачи с помощью рассматриваемой размерной цепи.

Расчет координат середин полей допусков не связан с экономикой. Однако всегда желательно придание полю допуска положения относительно номинального значения составляющего звена, удобного для производственников. Этим объясняется частое задание допуска в «материал» детали и симметрично расположенных допусков.

Рассчитывая координаты, обычно составляют уравнение координат середин полей допусков и, используя формулы, приведенные выше, устанавливают значения координат середин полей допусков составляющих звеньев, за исключением одного. Решая уравнение с одним неизвестным, находят недостающую координату середины поля допуска.

При расчете полей допусков и координат их середин часты случаи, когда приходится учитывать ограничения, установленные стандартами и другими нормативными материалами. Обязательность их учета не затрагивает существа расчетов и их методической направленности.

Правильность рассчитанных допусков может быть проверена путем определения по установленным значениям полей допусков составляющих звеньев и координат их середин предельных отклонений замыкающего звена и сопоставления их с условиями задачи.

Предельные отклонения замыкающего звена могут быть найдены по

следующим формулам: ;

Недостаток метода полной взаимозаменяемости: часто приводит к неэкономичным допускам.

Область применения метода полной взаимозаменяемости: малозвенные размерные цепи и размерные цепи с относительно широким полем допуска замыкающего звена.

Метод неполной взаимозаменяемости

31

Сущность метода заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается с некоторым, заранее обусловленным риском путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений.

Преднамеренный риск выхода значений замыкающего звена за пределы допуска, определяемого условиями задачи, обычно незначителен. Однако этот риск позволяет расширить допуски составляющих звеньев в сравнении с их значениями, установленными при достижении точности замыкающего звена методом полной взаимозаменяемости. Эта возможность создается малой вероятностью возникновения крайних отклонений составляющих звеньев и попаданий таких отклонений в одно изделие.

На рис.1.16 дано разъяснение принципиального различия между методами полной и неполной взаимозаменяемости и схематично отображено преимущество второго метода перед первым.

Рис.1.16 Сравнительная схема достижения точности замыкающего звенаметодами полной и неполной взаимозаменяемости

При заданном допуске замыкающего звена трехзвенной размерной

цепи А при использовании метода полной взаимозаменяемости допуски

составляющих звеньев определяются по формуле: .

32

Установив более широкие допуски на составляющие звенья и

и ориентируясь на метод полной взаимозаменяемости, мы вправе

ожидать отклонений замыкающего звена .

При расчете полей допусков для метода неполной взаимозаменяемости используют формулу, в которой учтены вероятностные явления,

сопровождающие процесс изготовления машины: , где t

- коэффициент риска, значения которого выбирают из таблиц значения функций Лапласа в зависимости от принятого риска - Р в %; i - коэффициент, характеризующий закон рассеяния отклонения составляющих звеньев. Для нормального закона i=1/3.

При нормальном законе распределения отклонений и равновероятном их выходе за обе границы поля допуска Р=100[1-2Ф(t)].

Некоторые значения коэффициента t приведены ниже:

Правильность выбора значения Р может быть обоснована только технико-экономическим расчетом.

Значение коэффициента i можно назначать, а можно выбирать. Практика показывает, что наиболее распространенными законами, которым подчинено рассеяние отклонений, являются нормальный закон (закон

Гаусса), где = 1/9, закон Симпсона (закон треугольника), где = 1/6,

закон равной вероятности, где = 1/3.

Наиболее благоприятные условия для рассеяния отклонений по нормальному закону складываются в массовом и крупносерийном производстве, менее благоприятно - в мелкосерийном и единичном. В тех случаях, когда трудно предвидеть законы распределения отклонений составляющих звеньев размерной цепи, избирают закон Симпсона или закон равной вероятности.

Координаты середин полей допусков рассчитывают так же, как и при методе полной взаимозаменяемости. Эти формулы являются общими для всех пяти методов достижения требуемой точности замыкающего звена.

Правильность установленных допусков может быть проверена сопоставлением предельных отклонений замыкающего звена с заданными его

33

значениями: ;

.

Метод групповой взаимозаменяемостиСущность метода заключается в том, что требуемая точность

замыкающего звена размерной цепи достигается путем включения в размерную цепь составляющих звеньев, принадлежащих к одной из групп, на которые они предварительно рассортированы.

При применении метода групповой взаимозаменяемости поле допуска T

замыкающего звена, заданное условиями задачи, увеличивается в целое число n раз. Расширенное поле допуска, часто называемое производственным

допуском, , используют для ограничения отклонений

составляющих звеньев размерной цепи. Детали, изготовленные по более широким допускам, в сравнении с методами полной или неполной взаимозаменяемости, сортируют на п групп. Изделия собирают из деталей, принадлежащих соответственным группам, что обеспечивает точность изделий в пределах заданного поля допуска T и полную взаимозаменяемость деталей в границах каждой группы. При реализации метода необходимо соблюдать два условия:

- сумма полей допусков увеличивающих составляющих звеньев должна быть равна сумме полей допусков уменьшающих

звеньев: ;

- идентичность формы и расположения кривых рассеяния отклонений относительно полей допусков.

Непременность соблюдения первого условия можно пояснить на примере трехзвенной размерной цепи. На рис.1.17 изображена размерная

цепь , определяющая зазор А между валом и отверстием во втулке,

=1:

34

Рис.1.17 Трехзвенная размерная цепь

Поле допуска замыкающего звена увеличено в n раз. В соответствии

с ним установлены производственные поля допусков и составляющих

звеньев. Согласно требованию = . Каждое из полей допусков и

разделено на n интервалов (рис.1.18а) так, что ,

,

Таким образом, соединение деталей, взятых из соответствующих групп,

обеспечит соблюдение поля допуска точно так же, как и при методе

полной взаимозаменяемости.

а)

б)Рис.1.18 Достижение точности методом групповой взаимозаменяемости при

соблюдении первого условия (а) и его нарушении (б)

35

Координата середины поля допуска замыкающего звена для первых

интервалов: ; для вторых интервалов:

.

Поскольку , то . Для последующих

интервалов полей допусков, и координата середины поля допуска

замыкающего звена будет оставаться неизменной:

.

Другими словами, при соединении деталей, взятых из соответствующих групп, отклонения замыкающего звена А будут находиться в пределах

допуска, определяемого заданными значениями и . Этого не

произойдет, если требование будет нарушено и (рис.1.18б), но при

этом соблюсти равенство . В этом случае отклонения

замыкающего звена А, как и прежде, будут находиться в пределах , так

как .

Однако среднее значение замыкающего звена изделий не будет оставаться постоянным при сборке их из деталей, взятых из разных соответствующих групп. Причиной тому будет изменение координаты середины поля допуска замыкающего звена с изменением номера сочетаемых

интервалов и . Так, для второго интервала

, так как .

Разница в значениях координат середин полей допусков по отношению к первому интервалу будет возрастать по мере увеличения номера интервала.

36

Область применения метода: для малозвенных размерных цепей, к точности замыкающих звеньев которых предъявляются высокие требования, для производства высокоточных изделий (отдельных видов подшипников, соединений пальцев и поршней двигателей и т.п.).

При определении экономической эффективности данного метода необходимо учитывать дополнительные расходы, необходимые для точного измерения и сортировки деталей на группы, четкой организации хранения и доставки рассортированных деталей на сборку, исключения путаницы деталей при сборке. Организационные трудности и расходы возрастают с увеличением числа звеньев в размерных цепях и групп сортируемых деталей. Этим и объясняется ограничение области применения метода для малозвенных размерных цепей и стремление иметь число n возможно меньшим.

При достижении точности замыкающего звена методом групповой взаимозаменяемости необходимо соблюдать еще некоторые условия.

Первым из них являются требования к точности формы и относительного поворота поверхностей деталей, соответствующие не производственным (расширенным) допускам на размеры, а групповым

допускам, т.е. . Объясняется это тем, что точность замыкающего звена

при методе групповой взаимозаменяемости характеризуется полем допуска

Т, а не . Ему и должно соответствовать ограничение допусками

отклонений формы и относительного поворота поверхностей деталей, образующих составляющие звенья размерной цепи.

Вторым требованием, во многом определяющим экономичность метода групповой взаимозаменяемости, является идентичность формы, и расположения кривых рассеяния отклонений относительно полей допусков. Только при соблюдении этого условия будет обеспечиваться комплектность

37

Рис.1.19 Влияние формы и положения кривых рассеяния на собираемость изделий

изделий (рис.1.19а), не будет избытка одних и нехватки других деталей в группах, т.е. случая, показанного на рис.1.19б.

Это требование создает дополнительные трудности для изготовителей деталей, которые должны не только соблюдать допуски, но и управлять законами распределения отклонений выдерживаемых размеров.

Метод пригонкиСущность метода заключается в том, что требуемая точность

замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера компенсирующего звена путем удаления с него определенного слоя материала.

При достижении точности замыкающего звена методом пригонки на все составляющие звенья размерной цепи устанавливают целесообразно достижимые (экономичные) в данных производственных условиях допуски:

; .

Значения полей допусков, установленные вне связи с заданным значением Т поля пуска замыкающего звена, могут привести к тому, что отклонения замыкающего звена будут выходить за его пределы, т.е.

.

Избыток погрешности на замыкающем звене, наибольшее значение

которого называют наибольшей расчетной компенсацией ,

должен быть удален из размерной цепи путем изменения значения заранее выбранного компенсирующего звена.

При выборе в размерной цепи компенсатора руководствуются следующими соображениями:

в качестве компенсатора выбирают деталь, изменение размера (являющегося одним из составляющих звеньев) которой при дополнительной обработке требует наименьших затрат.

недопустимо в качестве компенсатора выбирать деталь, размер которой является общим составляющим звеном параллельно связанных размерных цепей. Нарушение этого условия приводит к возникновению погрешности, «блуждающей» из одной размерной цепи в другую.

Произвольное назначение координат середин полей допусков составляющих звеньев может привести к тому, что у компенсатора не окажется нужного запаса материала для пригонки. Для того чтобы обеспечить на компенсаторе минимально необходимый слой материала (припуск) для пригонки, и в то же время достаточный для устранения максимального отклонения замыкающего звена, в координату середины поля допуска

компенсирующего звена необходимо ввести поправку .

38

Пусть в трехзвенной размерной цепи А (рис.1.20) требуемая точность

замыкающего звена характеризуется величинами и ; и -

поля допусков составляющих звеньев, экономически целесообразные для

данных производственных условий; и - координаты середин полей

допусков.При этих допусках отклонения замыкающего звена А возможны в

пределах при координате середины поля допуска . Наибольшее

возможное отклонение А отстоит от верхней границы на величину

(рис.1.20), значение которой может быть определено следующим путем:

; ;

. Отсюда .

Рис.1.20 Схема определения поправки

Преимущества метода: возможность изготовления деталей с экономичными допусками, обеспечение высокой точности замыкающего звена.

Недостатки метода: пригоночные работы в основном выполняются вручную и требуют высококвалифицированных рабочих.

Метод регулирования

39

Сущность метода заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера компенсирующего звена без удаления материала с компенсатора. Принципиально в своей сущности метод регулирования аналогичен методу пригонки. Различие между ними заключается в способе изменения размера компенсирующего звена. Различают регулирование с помощью подвижного и неподвижного компенсатора.

Достижение точности зазора А с применением подвижного компенсатора представлено на рис.1.21а, а с применением неподвижного компенсатора на рис.1.21б.

а) с применением подвижного компенсатора; б) с применением неподвижного компенсатора

Рис.1.21 Достижение точности зазора А

Допуски при методе регулирования назначают так же, как при методе пригонки: устанавливают экономически приемлемые для данных

производственных условий поля допусков и координаты их

середин .

При применении подвижного компенсатора определяют ,

которое учитывают при разработке конструкции подвижного компенсатора и определении его разрешающей способности.

При применении неподвижного компенсатора приходится считаться с тем, что неподвижный компенсатор не в состоянии скомпенсировать

собственное отклонение. Поэтому ; , где m-2

40

означает, что при суммировании значения и компенсатора не учтены.

Следовательно, .

Далее необходимо определить число ступеней компенсаторов и их

размеры: , где - поле допуска, ограничивающее

отклонения размера компенсатора.Преимущества метода: возможно достижение любой степени точности замыкающего

звена при целесообразных допусках на все составляющие звенья; не требуется больших затрат времени на выполнение

регулировочных работ, которые могут быть выполнены рабочими невысокой квалификации;

не создается сложностей при нормировании и организации сборочных работ;

обеспечивает машинам и механизмам возможность периодически или непрерывно и автоматически сохранять требуемую точность замыкающего звена, теряемую вследствие изнашивания, теплового и упругого деформирования деталей и других причин.

Преимущества метода регулирования особо ощутимы в многозвенных размерных цепях. Введение в конструкцию машин и механизмов компенсаторов облегчает обеспечение точности замыкающих звеньев не только в процессе изготовления, но и в процессе эксплуатации машин, что положительно отражается на их экономичности.

Завершая рассмотрение методов достижения требуемой точности замыкающего звена, отметим, что теоретико-вероятностные расчеты, присущие методу неполной взаимозаменяемости, могут быть с успехом применены в методах групповой взаимозаменяемости, пригонки и регулирования. Например, использование при суммировании значений производственных полей допусков теоретико-вероятностного метода

приведет к меньшему значению , а, в конечном счете, - к меньшему числу

ступеней компенсаторов и повышению экономической эффективности метода регулирования, хотя это и будет связано с некоторым риском.

1.7.4 Реализация размерных связей в машине в процессе сборки

Технологический процесс сборки складывается из ряда переходов, включающих соединения деталей в СЕ и общую сборку машины. В процессе соединения придается требуемое относительное положение деталей и различных СЕ и фиксируется.

41

К технологическому процессу сборки относятся также переходы, связанные: с проверкой правильности действия СЕ и различных устройств; с регулированием машины и ее механизмов; с очисткой; с мойкой; окраской деталей, СЕ и машины в цепи; c разборкой (если машина отправляется потребителю в разобранном виде).

Процесс сборки – заключительный этап в изготовлении машины и определяющий этому процессу подчиняются все остальные. В общем случае достижение требуемой точности машины в технологическом процессе сборки осуществляется не через конструкторские, а через технологические размерные цепи. Технологические размерные цепи полностью совпадают с конструкторскими при достижении точности замыкающего звена размерной цепи методами взаимозаменяемости: полной, неполной, групповой. При использовании регулировки и пригонки технологические цепи отличаются от конструкторских. Примером может служить размерная цепь А (рис.1.22), определяющая зазор А между торцами шестерни простановочного кольца в редукторе.

Точность замыкающего звена А будет достигаться не с помощью размерной цепи А, а уже с помощью технологической размерной

цепи Б (рис.1.23), в которой и

.

Значение звена Б1 может быть выявлено двумя способами: непосредственным измерением звена Б1 (рис.1.24) или путем расчета размерной цепи Д (рис.1.25).

При первом способе достижения точности замыкающего звена ограничение отклонений допусками определяется схемой:

При втором способе достижения точности замыкающего звена ограничение отклонений допусками определяется схемой:

42

Рис.1.22 Конструкторская размерная цепь А

Рис.1.23

.

При втором способе размерные цепи оказываются более сложными. Однако этот способ может оказаться предпочтительней из-за меньшей трудоемкости.

Рис.1.24 Первый способ определения звена Б1

Рис.1.25 Второй способ определения звена Б1

1.7.4.1 Расчеты сборочных размерных цепей

Под точностью сборки следует понимать свойство процесса сборки изделия обеспечивать соответствие значений параметров изделия заданным в конструкторской документации (ГОСТ 23887-79). В результате сборки должно быть обеспечено такое взаимное положение деталей и СЕ, чтобы их исполнительные (функциональные) поверхности или сочетания этих поверхностей в своем относительном движении, а также в стабильном состоянии не выходили за пределы установленных допусков не только в процессе сборки, но и в процессе эксплуатации машины. Одним из средств определения рациональных допусков, обеспечивающих наиболее

43

экономичную обработку деталей и сборку машин, является расчет и анализ размерных цепей [2].

Как известно, при расчете размерных цепей могут быть использованы различные методы, характеристики которых изложены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Методы расчета точности замыкающего звена, применяемые при сборке (ГОСТ 23887-79, ГОСТ 16319-80, ГОСТ 14.320-81)Метод Сущность метода Область применения

Полной взаимозаменяем

ости

Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена

размерной цепи достигается у всех объектов путем

включения в нее составляющих звеньев без

выбора, подбора или изменения их значений

Использование экономично в условиях достижения высокой

точности при малом числе звеньев размерной цепи и при достаточно

большом числе изделий, подлежащих сборке

Неполной взаимозаменяем

ости

Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена

размерной цепи достигается у заранее обусловленной части объектов путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений

Использование целесообразно для достижения точности в

многозвенных размерных цепях; допуски на составляющие звенья при

этом больше, чем в предыдущем методе, что повышает

экономичность получения сборочных единиц; у части изделий

погрешность замыкающего звена может быть за пределами допуска на сборку, т.е. возможен определенный

риск несобираемостиГрупповой

взаимозаменяемости

Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена

размерной цепи достигается путем включения в

размерную цепь составляющих звеньев,

принадлежащих к одной из групп, на которые они

предварительно рассортированы

Применяется для достижения наиболее высокой точности

замыкающих звеньев малозвенных размерных цепей; требует четкой

организации сортировки деталей на размерные группы, их маркировки,

хранения и транспортирования в специальной таре

Пригонки Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена

размерной цепи достигается изменением размера

компенсирующего звена

Используется при сборке изделий с большим числом звеньев; детали

могут быть изготовлены с экономичными допусками, но

требуются дополнительные затраты на пригонку компенсатора;

44

путем удаления с компенсатора определенного

слоя материала

экономичность в значительной мере зависит от правильного выбора

компенсирующего звена, которое не должно принадлежать нескольким

связанным размерным цепямРегулирования Метод, при котором

требуемая точность замыкающего звена

размерной цепи достигается изменением размера или

положения компенсирующего звена без

удаления материала с компенсатора

Аналогичен методу пригонки, но имеет большее преимущество в том,

что при сборке не требуется выполнять дополнительные работы

со снятием слоя материала; обеспечивает высокую точность и дает возможность периодически ее восстанавливать при эксплуатации

машиныСборка с

компенсирующими

материалами

Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена

размерной цепи достигается применением

компенсирующего материала, вводимого в зазор

между сопрягаемыми поверхностями деталей после

их установки в требуемом положении

Использование наиболее целесообразно для соединений и

узлов, базирующихся по плоскостям (привалочные поверхности станин,

рам, корпусов, подшипников, траверс и т.п.); в ремонтной практике

для восстановления работоспособности сборочных

единиц, для изготовления оснастки

Короткие технологические сборочные размерные цепи с числом составляющих звеньев не более трех рассчитываются по принципу полной взаимозаменяемости и на максимум и минимум.

Конструкторские и сборочные размерные цепи во многих случаях имеют по четыре, пять и более составляющих звеньев, поэтому их расчет должен производиться вероятностным методом по принципу неполной взаимозаменяемости. При этом методе требуемая точность обеспечивается у заранее обусловленной части объектов посредством включения в размерную цепь составляющих звеньев без их выбора, пригонки или изменений их значений регулированием. При таком расчете некоторая часть деталей не будет собираться и может потребоваться замена. Расчет вероятностным методом, осуществляемый в этом случае, производится с учетом фактического распределения истинных размеров внутри полей их допусков и вероятности их различных сочетаний при сборке и механической обработке.

Методы групповой взаимозаменяемости (селективная сборка)

45

При достижении точности по методу групповой взаимозаменяемости требуемая точность замыкающего звена достигается путем включения в

размерную цепь составляющих звеньев, принадлежащих к общей группе предварительно измеренных и рассортированных деталей. В этом случае детали изделия обрабатываются по расширенным, а также экономически достижимым производственным допускам и сортируются по их истинным размерам на группы с таким расчетом, чтобы при соединении деталей, входящих в определенные группы, было обеспечено достижение установленного конструктором допуска замыкающего звена и гарантирована требуемая точность сборочного соединения. Сборка по методу групповой взаимозаменяемости носит название селективной сборки (сборки по

методу подбора).Расчет групповых допусков сводятся к определению числа групп п, на

которые должны быть рассортированы сопрягаемые детали, величины полей групповых допусков и предельных отклонений групповых размеров. Допуск замыкающего звена соединения, изображенного на рис.1.26 (допуск зазора), при поставленных в чертеже широких экономически достижимых допусках составляющих звеньев ТА1 и ТА2 определяются выражением Т0=max-min= ТА1+ ТА2, где max и min - наибольший и наименьший зазоры соединения.

Для повышения точности соединения без ужесточения экономически достижимых допусков на составляющие звенья ТА1 и ТА2 поля этих допусков делятся на п частей (групп), образуя групповые допуски ТА1

гр и ТА2гр.

Соответственно этому все детали, изготовленные по допускам ТА1 и ТА2, сортируются по группам в пределах групповых допусков и поступают на сборку групповыми комплектами (комплект валов и втулок первой группы, комплект второй группы и т.п.). При этом соединение валов и отверстий общей группы производится без всякого дополнительного подбора, т.е. по принципу полной взаимозаменяемости.

Если по условиям эксплуатации изделия наибольший зазор соединения max, должен быть уменьшен до величины max

гр (рис.1.26), то необходимая величина группового допуска ТА2

гр может быть определена из выражения: ТА2

гр=maxгр-min- ТА1, где min - наименьший зазор соединения, определяемый

46

Рис.1.26 Схема определения групповых допусков

эксплуатационными требованиями (обеспечение необходимого слоя смазки и т.п.), указанный в чертеже изделия.

Количество необходимых групп п определяется по формуле п=ТА2/ТА2гр.

Для обеспечения равномерности соединений в разных группах (постоянство предельных зазоров во всех группах) необходимо, чтобы ТА1=ТА2 и тогда ТА1

гр=ТА2гр.

Сортировка деталей, изготовленных по широким допускам размеров, повышает точность соединений, уменьшая их зазоры пропорционально числу принятых групп п. Однако при этом значительно возрастает влияние шероховатости сопрягаемых поверхностей и погрешностей их геометрической формы, обычно ограничиваемых величинами, пропорциональными выдерживаемым допускам на размеры. При широких экономически достижимых допусках, по которым обычно обрабатываются сортируемые в дальнейшем детали, погрешности их формы и шероховатость бывают довольно значительными и недопустимыми при высокоточной селективной сборке. В связи с этим при применении метода групповой взаимозаменяемости, несмотря на сравнительно широкие допуски составляющих размеров, необходимо ужесточить допуски на погрешности геометрической формы и снизить шероховатость сопрягаемых поверхностей.

Метод групповой взаимозаменяемости применяется главным образом для размерных цепей, состоящих из небольшого числа звеньев (обычно трех, иногда четырех), для сборочных соединений особо высокой точности, практически недостижимой методом полной взаимозаменяемости (шариковые подшипники, плунжерные пары, поршневой палец и отверстие поршня или верхней головки шатуна и т.п.).

Селективная сборка применяется не только для сопряжений цилиндрических деталей, но используется так же для конических, призматических и резьбовых соединений, а в некоторых случаях и для соединения нескольких деталей в многозвенных размерных цепях. В последнем случае сортировке на группы в пределах расширенных допусков могут подвергаться не только две какие-либо сопрягаемые детали из числа входящих в данную размерную цепь, но последовательно несколько пар деталей.

Метод групповой взаимозаменяемости значительно повышает точность сборки без существенного повышения требований к точности механической обработки деталей или расширяет допуски на мехобработку без снижения точности сборки. В ряде случаев сборки высокоточных соединений метод групповой взаимозаменяемости является практически единственно возможным.

Для осуществления нормальной и ритмичной сборки необходимо ее непрерывное обеспечение достаточным количеством собираемых деталей в каждой группе. В связи с этим организация селективной сборки реально осуществима только в условиях крупносерийного или массового

47

производства. При этом практически важно, чтобы внутри каждой группы собираемых деталей на сборке было обеспечено одинаковое количество валов и отверстий. Это может быть достигнуто только при условии одинаковых законов распределения размеров комплектуемых деталей с симметричным распределением отклонений или с одинаковым направлением асимметрии. В противном случае на сборке скапливается большое число деталей разных групп, не комплектующихся друг с другом. Это приводит к нарушениям ритма сборки и требует увеличения запасов деталей в сборочных цехах. Последнее увеличивает объем незавершенного производства и снижает оборачиваемость оборотных средств. Одинаковые законы распределения отклонений размеров собираемых деталей при групповой взаимозаменяемости должны обеспечиваться соответствующим построением технологических операций и организацией технического контроля. Необходимость точных измерений при сортировке деталей на группы усложняет контрольные операции, а необходимость четкой организации хранения и учета деталей по группам усложняет работу планово-диспетчерской службы.

Перечисленные трудности организации селективной сборки вполне оправдываются в массовом и крупносерийном производствах при сборке особо точных соединений, не осуществимой методами полной или неполной взаимозаменяемости.

Методы пригонки и регулированияПри использовании методов пригонки или регулирования в

конструкцию изделия вводится специальная деталь - компенсатор, размеры которого могут изменяться при сборке в необходимых пределах путем удаления определенного слоя материала соответствующей механической пригонкой и положение сопряженных поверхностей которого может также регулироваться при сборке за счет его конструкции (винтовая пара, клин, набор прокладок, зазор в сопряжении типа вал-отверстие) или перемещения (передвижные втулки и т.п.).

Преимущества: при применении обоих методов собираемые детали изготовляются по расширенным, экономически достижимым производственным допускам, однако при сборке расходуется дополнительное время на пригонку или регулирование размеров замыкающего звена для обеспечения требуемой точности изделия.

Недостатки метода пригонки: часто проводится предварительная сборка, проверка правильности положения сопрягаемых деталей и определение степени необходимой пригонки компенсирующего звена, после чего осуществляется подгонка компенсатора и

48

Рис.1.27 С6орка с применением пригонки

окончательная сборка; высокая трудоемкость сборки; операция выполняется рабочими очень высокой квалификации.

Область применения пригонки: единичное и мелкосерийное производство, часто используется в крупном машиностроении.

Преимущества регулирования: отпадает необходимость повторной сборки; снижается трудоемкость сборки; создаются более благоприятные условия для организации поточной сборки.

Недостатки регулирования: применение компенсаторов несколько усложняет конструкцию изделия.

Область применения регулирования: мелкосерийное и серийное производство.

При расчете размерных цепей с учетом метода пригонки требуемая точность замыкающего звена достигается изменением компенсирующего звена путем удаления с компенсатора определенного слоя материала (точением, шлифованием, шабрением или припиловкой (рис.1.27)).

При расчете размерных цепей с учетом метода регулирования требуемая точность замыкающего звена достигается изменением размера или положения компенсирующего звена без удаления с компенсатора материала (рис.1.28).

а) компенсатор-тяга; б) становочное кольцо со стопорным винтом; в) клиновое устройство; г) разрезная конусная втулка; д) эластичный материал

Рис.1.28 Сборка с применением подвижных компенсаторов

Величина необходимой наибольшей возможной компенсации отклонений замыкающего звена к в обоих случаях определяется формулой

где ТА0 - допуск замыкающего звена, требуемый конструкцией изделия; - производственный допуск замыкающего звена,

49

определенный в зависимости от числа звеньев (m-1), т.е. по установленным расширенным, экономически достижимым производственным допускам составляющих звеньев (точнее - фактическое поле рассеяния отклонений замыкающего звена при производственных допусках составляющих звеньев).

Номинальный размер компенсирующего звена увеличивается на величину компенсации к для уменьшающих звеньев (например, диаметров валов) и уменьшается на эту величину для увеличивающих звеньев (например, диаметров отверстия и т.п.).

При применении метода регулирования величина наибольшей возможной компенсации к определяет границы требуемых перемещений подвижного или наибольший размер неподвижного компенсатора (суммарную толщину промежуточных колец, прокладок и т.п.). В последнем случае минимальное число ступеней размеров неподвижных компенсаторов (прокладок) может быть определено по формуле N=к/(ТА0 - Ткомп), где Ткомп - допуск на изготовление неподвижного компенсатора.

Толщина неподвижных компенсаторов (прокладок) должна быть равна или меньше допуска замыкающего звена размерной цепи. При жестком допуске замыкающего звена и невозможности обеспечить его прокладкой соответствующей толщины применяют наборы прокладок разных толщин, используя разницу их толщин.

Метод регулирования дает возможность наибольшего расширения допусков составляющих звеньев. Расширение допусков при применении метода пригонки, увеличивая к приводит к увеличению припуска на пригонку, соответственно повышая ее трудоемкость. В противоположность этому (при методе регулирования) увеличение к не вызывает дополнительных трудностей и не повышает трудоемкости операции. Очень большим достоинством метода регулирования является возможность поддержания точности замыкающего звена в процессе эксплуатации изделия путем компенсации износа отдельных составляющих звеньев размерной цепи.

1.7.5 Выбор методов достижения требуемой точности машины

Выбирая метод достижения требуемой точности замыкающего звена, технолог должен: выявить наличие в чертежах размеров, являющихся ее составляющими звеньями; ознакомиться с допусками, ограничивающими отклонения составляющих звеньев размерной цепи; проанализировать соответствие допусков составляющих звеньев, установленных конструктором, допуску замыкающего звена, решив для этого обратную задачу, и выявить метод достижения точности, избранный конструктором; оценить, удачен ли в экономическом отношении сделанный конструктором выбор метода при заданном объеме выпуска машин; принять решение о методе достижения требуемой точности замыкающего звена и, если

50

необходимо, рассчитать допуски согласно избранному методу; выявить наличие компенсаторов при использовании методов пригонки и регулировки; при необходимости совместно с конструктором внести коррективы в чертежи (изменить простановку размеров, изменить значение допусков, ввести компенсаторы и др.).

1.7.5.1 Определение рационального метода расчета размерных цепей

Для выбора наиболее подходящего метода расчета размерных цепей соблюдается приведенная ниже последовательность расчета: 1) определяются

значения Аср и Тср по формулам: при (m-1)3, при (m-1)4; 2) по полученным значениям Аср и Тср определяется средний квалитет точности.

Расчет на максимум и минимум может быть принят для размерной цепи с (m-1)3, если средний квалитет соответствует 9-му и грубее.

Вероятностный расчет может быть принят для размерной цепи с (m-1)3, если средний квалитет соответствует 10-му и грубее.

При получении средних значений квалитетов соответственно ниже 9-го или 10-го должен быть применен один из методов компенсации погрешностей замыкающего звена путем пригонки или регулирования.

Пример. Определить исполнительные размеры толщины В6 компенсирующего кольца узла редуктора (рис.1.29) при его механической обработке, обеспечивающие возможность пригонки кольца при сборке,

гарантирующей возможность достижения зазора между компенсирующим и упорным кольцами в пределах 0,05-0,15 мм. Исходные данные: В=0,05-0,15 мм; В1=2±0,05 мм; B2=112±0,11 мм; B3=23-0,13 мм; В4=60-0,10 мм; В& = 23-0,13 мм. В соответствии с условиями задачи принимаем в качестве номинального размера замыкающего звена: В0=0,05 мм; T0=0,1 мм; ES=А0=4-0,15 мм.

Решение. Номинальный размер толщины В4 компенсирующего кольца после его пригонки равен: В6=В2-В1-В3-В4-В5-В=112-2-23-60-23-0,05=3,95 мм. В качестве экономически достижимого допуска размера В6 может быть принят допуск по 10-му квалитету СТ СЭВ (обработка плоским шлифованием), т.е. TB6=0,048 мм. Поле рассеяния 0 размеров замыкающего звена при использовании указанных экономически достижимых производственных допусков составляющих размеров рассчитываемой размерной цепи определяется выражением

51

Рис.1.29 Узел редуктора

0,4337 мм.Величина требуемой компенсации равна к=0-ТА0=0,43–0,1=0,33 мм.

Номинальный размер толщины компенсирующего кольца после его механической обработки (до пригонки) В6

мех=В+к=3,95+0,33=4,28 мм. Исполнительный размер толщины компенсирующего кольца после его механической обработки В6=4,3-0,048 мм, т.е. 4,3h11.

1.8 Проектирование технологического процесса автоматическойсборки

1.8.1. Определение структуры и основных характеристикпроизводственного процесса

Высокий уровень автоматизации производственных процессов может быть достигнут благодаря разработке и использованию интегрированных производственных комплексов (ИПК), которые обеспечивают автоматизацию всех операций по всему циклу производства, начиная от получения заказов на изготовление изделий и кончая их поставкой потребителю.

Создание предприятий (рис.1.30) на базе таких ИПК возможно при конструктивной, технологической, энергетической, организационно-производственной, информационной и программно-алгоритмической совместимости элементов, входящих в состав производственной системы. Совместимость обеспечивает синхронность работы всех специализированных производств предприятия: литейного, кузнечно-прессового, испытательного и др. Интегрированный производственный комплекс объединяет ГПС всех указанных производств.

52

1 - робокар; 2 - трасса подачи материала на склад или в цеха; 3 - автоматический склад

материала; 4 - трасса подачи покупных комплектующих изделий на склад или в

цеха; 5 - участок расконсервации комплектующих изделий; 6 -

автоматический склад комплектующих изделий; 7 - отправка изделий; 8 - автоматический склад изделий; 9 - сборочный центр; 10 - накопитель

собираемых компонентов и собранных объектов; 11 - автоматический склад

инструмента и приспособленийРис.1.30 Схема ГПС предприятия

Основными составляющими ИПК являются ГПС, реализующие части производственного процесса. По назначению их подразделяют на три класса: для выполнения технологических процессов узловой или общей сборки; для изготовления полуфабрикатов или деталей; комбинированные - для изготовления деталей и сборки на них сборочных единиц или изделий. По структуре ГПС подразделяют на узкономенклатурные и широкономенклатурные.

Структура ГПС состоит из двух компонентов: производственной структуры и технологической структуры. Технологическая структура включает номенклатуру собираемых или изготовляемых деталей, сопрягаемых или обрабатываемых поверхностей, выполняемых операций с их взаимосвязями и характеризуется числом и типоразмером деталей, их классификационными признаками, последовательностью запуска заготовок в производство и размером партии, характером операций, затратами времени на их выполнение, степенью гибкости технологического маршрута.

Производственная структура включает производственные подразделения (технологические модули, участки, линии, вспомогательные и доделочные отделения) и характеризуется годовой программой выпуска, суммарной трудоемкостью, производительностью, коэффициентом сменности, средними значениями коэффициентов загрузки и использования оборудования, составом элементов структуры, взаимосвязи между ними.

Организационно-техническая структура подразделяется на следующие структуры: организационную (взаимосвязи подразделений ГПС и их внешние связи, формы организации труда, включая организацию переналадок и движения материальных потоков); функциональную (определяет задачи отдельных подразделений и служб их обеспечения, функции обслуживающего персонала, содержание и форму документации); компоновочную (состав и расположение основного и вспомогательного технологического оборудования, складских и загрузочно-разгрузочных устройств, транспортные связи); информационно-управляющую (состав и распределение функциональных задач, технические средства, информационные потоки, средства программного обеспечения как системы управления ГПС в целом, так и ее отдельных подсистем).

1.8.2 Условия применения автоматической сборки

53

Цель автоматизации сборки - получение минимума затрат труда, заложенного в средствах автоматизации при выпуске заданного количества продукции.

На рис.1.31а приведена структура затрат на сборку заданного количества изделий в обычном неавтоматизированном (I) и автоматизированном (II)

производстве; З1 и -

затраты соответственно на изготовлении сборочного оборудования с учетом проектно-конструкторской

работы; З2 и - затраты

на сборку заданного числа выпускаемых изделий [6]. Все величины даны в единичном масштабе, который характеризует затраты ручного труда.

Повышение производительности общественного труда при переходе к

автоматизированному производству обеспечивается при условии +

<З1+З2. При уменьшении программы выпуска изделий в m раз затраты З2 и

пропорционально снижаются до величины З2/ m и /m. Таким образом,

указанное условие не выполняется и не обеспечивается экономия общественного труда при переходе к автоматизированному производству. С ростом объема выпуска изделий эффективность автоматизации увеличивается. Линия А (рис.1.31б) характеризует зависимость затрат З общественного труда от числа n выпускаемых изделий в автоматизированном производстве, а линия В - в неавтоматизированном.

Точка n0 характеризует объем выпуска изделий, при котором оба

производства по затратам З являются равноценными, т.е. + = +

, где Т2и - трудоемкость сборки одного изделия в

неавтоматизированном и автоматизированном производстве соответственно.

Таким образом, .

54

а) программы выпуска; б) числа выпускаемых изделий в автоматизированном производстве; в)

числа наименований изделий в серийном производстве; г) критического значения объема

выпускаРис.1.31 Структура затрат труда на сборку

изделий в неавтоматизированном (I) и автоматизированном (II) производстве в

В условиях массового производства, когда каждая операция сборки закреплена за отдельным рабочим местом при определенной программе выпуска, может потребоваться увеличение количества средств автоматизации

(автоматы-дублеры), что повышает затраты . На линии А это показано в

виде уступа. Критическое значение программы выпуска повышается до

.

При использовании для изготовления изделий нескольких наименований (серийное производство) быстро переналаживаемого автоматического оборудования эффективность автоматизации производства изделия одного наименования возрастает по сравнению с выше рассмотренным случаем.

Величины З1 и уменьшаются до значений З1а, где а=1/К<1; К-число

наименований изделий, закрепленных за данным оборудованием (при условии, что время t1 сборки партий этих изделий примерно одинаково). При

этом З1а< . Структура затрат труда для данного случая показана на

рис.1.31в. Критическое значение объема выпуска (рис.1.31г) при этом

составляет .

Себестоимость сборки снижают путем сокращения всех издержек производства в сборочном цехе. В автоматизированном производстве эта задача имеет определенную специфику. Укрупненную структуру себестоимости сборки одного изделия в неавтоматизированном (I) и автоматизированном (II) производстве можно представить схемами,

приведенными на рис.1.32а, где П1 и - заработная плата сборщиков, Ц1 и

- цеховые расходы, учитывающие все остальные издержки производства

(амортизацию сборочного оборудования, расходы на его ремонт, электроэнергию, заработную плату вспомогательных рабочих и т.д.). При автоматизации уменьшаются расходы на заработную плату сборщиков, а цеховые расходы снижаются незначительно и в отдельных случаях могут возрасти.

Зоны применяемости автоматической сборки при использовании специальных средств автоматизации (непереналаживаемые автоматы и полуавтоматы) показаны на рис.1.32б. Заштрихованный участок определяет зону использования

551-5 - условия соответственно очень хорошие,

хорошие, удовлетворительные, плохие и очень плохие

Рис.1.32 Структура себестоимости сборки (а) и зоны применяемости автоматической сборки (б)

быстропереналаживаемых средств автоматизации сборки - сборочных роботов с программным управлением. Наиболее просто автоматизировать общую сборку простых по конструкции изделий, состоящих из нескольких элементов. Для более сложных по конструкции изделий применяют узловую автоматическую сборку. При усложнении конструкции изделий используют частичную автоматическую сборку.

На рис.1.33а приведена зависимость себестоимости С автоматической сборки от объема n выпуска изделий. С увеличением объема выпуска себестоимость сборки снижается, что обусловлено возможностью построения сборочных операций с высокой степенью концентрации технологических переходов. Если программа выпуска незначительна, то выгодно использовать универсальные средства автоматизации.

а - от программы выпуска изделий (1 - специальное оборудование; 2 - универсальное оборудование); б - для условий массового производства (1 - П'; 2 - Ц'; 3 - Ц"; 4 - П"; 5 -

С); в - от программы выпуска и уровня автоматизацииРис.1.33 Зависимость себестоимости автоматической сборки

Под уровнем автоматизации сборки понимают отношение продолжительности сборки tа на автоматизированных операциях к общей продолжительности tc технологического процесса сборки данного изделия = tа/tc. На рис.1.33б показана зависимость П' (кривая 1) и Ц' от (кривая 2) для условий массового производства. С ростом применяемое технологическое и предметно-транспортное оборудование конструктивно усложняется и удорожается, что приводит к увеличению амортизационных отчислений по каждой единице сборочного оборудования на одно изделие. При этом сокращается число единиц используемого оборудования.

56

Общие амортизационные отчисления на одно изделие растут не так интенсивно и в ряде случаев могут даже уменьшаться. С ростом повышается мощность средств автоматизации, поэтому увеличиваются расходы (кривая 3) на все виды потребляемой энергии (электрический ток, сжатый воздух, газ и др.). Число наладчиков возрастает в 2-3 раза, ремонтных рабочих - в 1,5-2 раза. Заработная плата П" ИТР и вспомогательного персонала увеличивается в 1,5-2 раза (кривая 4). Увеличиваются расходы на более сложные, а следовательно, дорогие инструменты и технологическую оснастку. При автоматизации сборочного производства уменьшаются потребные производственные площади. Поэтому амортизационные затраты на ремонт и содержание зданий и сооружений снижаются. Зависимость суммарных расходов-себестоимость сборки одного изделия - от характеризует кривая 5. Программы n и определяют в каждом конкретном случае наименьшую себестоимость Cmin автоматической сборки одного изделия (рис.1.33в).

Объем выпуска n непостоянен. Началу выпуска изделий предшествует разработка ТП сборки - участок I (рис.1.34а).

Далее следуют этапы конструирования, изготовления и отладки сборочного оборудования и оснастки - участок II; эту работу выполняют, если невозможно приобрести готовое оборудование. Затем начинается выпуск изделий, который постоянно увеличивается до заданного значения - участок III. Этот участок характеризует освоение изделий в производстве; он должен быть по возможности коротким, а кривая роста выпуска изделий более крутой. На участке IV выпуск изделий постоянен, а на участке V- постепенно уменьшается до нуля. Последний участок характеризует сокращение выпуска изделий, обусловленное уменьшением спроса на них и их моральным устареванием. Этот участок характеризует также выпуск запасных частей.

С уменьшением выпуска изделий А начинается выпуск изделий Д, а далее изделий С и т.д. с повторением всех указанных частей цикла сборочного производства. При А=В=С кривые суммируются. Из условий постоянства загрузки сборочного цеха во времени суммарная кривая должна представлять прямую линию L, параллельную оси абсцисс. Это условие обеспечивается при совмещении и равенстве участков III (рис.1.34б) и V.

57

а - участка сборки; б - при совмещении участков и их равенстве; в - при относительном

смещении участков и их неравенствеРис. 1.34 Схема последовательности выпуска изделий А, В и С во времени

Если данные участки не равны, то при разном их относительном смещении на суммарной кривой возникают выступы и впадины (рис.1.34в), характеризующие перегрузку и недогрузку сборочного оборудования цеха, что нежелательно в автоматизированном производстве.

Специальное сборочное оборудование конструируют на основе четко проработанного технического задания. Изменение затрат во времени на изготовление сборочного оборудования показано на рис.1.35. Участок ОА характеризует расходы на конструирование, АВ - на изготовление, ВС - на отладку оборудования.

Автоматическую сборку в основном используют в массовом производстве. Сроки окупаемости средств автоматизации часто превышают предполагаемую длительность выпуска изделий. В таких случаях автоматизацию проводят, используя быстропереналаживаемое сборочное оборудование, принципы

групповой технологии, типизацию ТП. Автоматическое сборочное оборудование создают из типовых узлов и исполнительных механизмов. В условиях серийного производства применяют сборочные роботы.

В мелкосерийном и единичном производстве автоматическая сборка выполняется специализированным оборудованием с программным управлением и роботами. Автоматизируется в основном узловая сборка. Автоматизацию общей сборки используют лишь для изделий простой конструкции.

1.8.3 Последовательность проектирования автоматизированных производственных процессов

Проектирование автоматизированных производственных процессов производят в следующей последовательности:

1) подготовка исходных данных (номенклатура изделий, подлежащих изготовлению, и предполагаемый объем выпуска; ресурсы; регламентируемые условия производства; критерий оценки проектных решений);

2) выбор номенклатуры изделий, анализ их конструктивно-технологические признаков;

3) формирование групповых технологий (определение числа групп оборудования, числа единиц оборудования в каждой группе;

58

1 - при недостаточной конструкторской проработке; 2 - при детальной конструкторской

проработке; 3 - при сборке стандартных узлов методом

агрегатированияРис.1.35 Зависимость

расходов от выпуска изделий А, В и С во времени

4) формирование структуры производства (определение коэффициентов загрузки оборудования, рационального распределения фонда времени работы оборудования);

5) системный анализ проектируемых вариантов (рациональное проектирование фонда времени работы оборудования, режимов его работы, качества производственного процесса - уровень незавершенности производства и его составляющие в очередях в стадиях обработки и сборки; продолжительность производственного цикла; скорости производственного процесса и его этапов; производительность оборудования);

6) построение производственного процесса (специализация и концентрация производства; создание участков подетальной и подетально-групповой специализации; организация многономенклатурных групповых линий; формирование РТК и гибких производственных модулей; оперативно-календарного планирования (разработка линейных подетально-пооперационных календарных планов-графиков; построение оперативно сменно-суточных календарных планов-графиков; оперативный учет, контроль и регулирование производства) и т.д.);

7) при наличии функциональных подсистем АСУ ТП, АСНИ, САПР, АСТПП увязка с ними обобщенных характеристик производственного процесса.

1.8.4 Последовательность проектирования технологическогопроцесса автоматической сборки

При разработке ТП автоматической сборки технолог-сборщик или группа технологов должны определить состав выпускаемого изделия, технологический маршрут операций и приемы сборки, выбрать оборудование или разработать структуру сборочного оборудования, выполнить экономический анализ, обоснование и расчет выбранного варианта автоматизации, рассчитать режимы оборудования, осуществить специальные исследования. Должны быть детально проработаны вопросы ориентации, базирования, транспортирования и контроля качества изделий, а также разработки технических заданий на конструирование специальных исполнительных устройств и оснастки. Проектные работы выполняют обычным способом или с использованием средств автоматизации проектирования ТП.

Разработанный ТП автоматической сборки является основой конструкторской, строительной, транспортной, энергетической и организационной частей проекта. На основе технологии определяют потребность в оборудовании, производственную площадь, рабочую силу, основные и вспомогательные материалы, решают вопросы специализации, кооперирования сборочного производства.

59

ТП автоматической сборки изделия включает следующие этапы [6]: подготовку деталей и комплектующих изделий (промывка, очистка, деконсервация, предварительный или 100% -ный контроль комплектования и т.д.); загрузку сопрягаемых деталей в бункерные, магазинные, кассетные и другие загрузочные устройства в предварительно или окончательно ориентированном; захват, отсекание и подачу сопрягаемых деталей в ориентирующие и базирующие устройства сборочного приспособления; ориентацию сопрягаемых деталей на сборочной позиции с точностью, обеспечивающей собираемость соединений; соединение и фиксацию сопряженных деталей с требуемой точностью; контроль требуемой точности относительного положения сопряженных деталей или сборочной единицы; выполнение послесборочных операций (например, контроль на выходе, заправка смазочными материалами, топливом, испытание, регулирование, балансировка, маркировка, упаковка, счет, учет).

Построение ТП зависит прежде всего от конструктивных особенностей выпускаемых изделий - габаритных размеров, числа входящих в изделие деталей и сборочных единиц, характера и сложности соединений. При проектировании ТП автоматической сборки необходимо учитывать: программу выпуска изделий; технологичность конструкции изделия и составляющих его элементов; обеспечение качества собираемого изделия; распределение переходов по сборочным позициям по времени их выполнения; точность и надежность относительной ориентации сопрягаемых деталей соединений; надежность выполнения соединений; контроль качества собираемого изделия или его частей; наладочные параметры сборочных устройств; организацию производства.

Перед тем как решать комплекс задач автоматизации сборки изделия, нужно проанализировать его служебное назначение, технические требования, определить способ сборки, всех его операций (основных и вспомогательных), формирующих изделие и его качественные параметры. При этом учитывается и собираемость изделий, которая зависит от физических и размерных параметров сборочных компонентов и всего процесса сборки. Размерные параметры сопрягаемых поверхностей определяются точностью их изготовления.

Последовательность этапов проектирования технологии сборки показана на рис.1.36.

60

а) поточно-массового; б) серийного; 1 - сбор исходных данных; 2 - анализ исходных данных; 3 - составление технологических схем; 4 - для поточно-массового - расчет

темпа и определение типа производства, для серийного - определение размера партии; 5 - выбор организационных форм сборки; 6 - выбор баз; 7 - разработка маршрута и содержания операций; 8 - для поточномассового - выбор типа оборудования, для

серийного - выбор имеющегося оборудования; 9 - определение норм времени; 10 - уточнение содержания операций; 11 - выбор модели оборудования; 12 - определение

режима сборки; 13 - уточнение норм времени; 14 - выбор оснастки и разработка технологических условий на ее изготовление; 15 - определение количества и загрузки оборудования; 16 - балансировка поточных линий; 17-определение межоперационных

заделов; 18 - оформление документацииРис.1.36 Последовательность этапов проектирования технологии сборки для

производства

Сбор исходных данныхК исходным данным относятся: информация сборочных чертежей и

технических условий или формализованное описание объектов сборки; технико-экономические требования, содержащие сведения о номенклатуре и программе выпуска изделий, производительности и стоимости сборочного оборудования, сроках освоения выпуска, допустимом времени сборки; технические требования (точность сборки, условие работы изделия и т.д.).

Анализ исходных данныхВ сборочном чертеже изделия должны быть приведены: необходимые

проекции и разрезы; спецификация составляющих его элементов; посадки в сопряжениях; масса изделия и его составных частей. В ТУ должны быть указаны: точность сборки, качество сопряжений, их герметичность, жесткость стыков, моменты затяжки резьбовых соединений, точность балансировки вращающихся частей, методы выполнения соединений, желательная последовательность сборки, методы промежуточного и окончательного контроля изделий. На основе рекомендаций по

61

технологичности конструкции изделий определяют, необходимы ли конструктивные изменения, обеспечивающие автоматическую сборку. Если изменения внести невозможно, сборку данной части изделия (на данной операции) выполняют вручную или с использованием средств механизации. Анализ конструкции изделия и составляющих его деталей позволяет определить, какой вид сборки по степени автоматизации рациональнее применить.

Составление технологических схем автоматической сборкиАнализ конструкции и изучение ТУ на изделие заканчивают

составлением технологических схем общей и узловой сборки изделия. Это первый этап разработки ТП. Технологические схемы сборки составляют на основе анализа сборочных чертежей изделия. Они отражают маршрут сборки изделия и его составных частей. На этом этапе выявляют оптимальную степень расчленения изделия на составляющие элементы и выбирают возможные методы автоматической сборки различных соединений. Разрабатывают различные технологические варианты схем сборки, содержащие сведения о целесообразности дифференциации и концентрации операций, возможных вариантах схем базирования, относительной ориентации деталей и их закрепления. Рассчитывают условия собираемости деталей.

При наличии образца изделия составление технологических схем облегчается. В этом случае наивыгоднейшая последовательность сборки может быть установлена путем его пробной разборки. Элементы, снимаемые 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.

Выбирают бункерные ориентирующие, транспортные, контрольные и другие устройства. На основе технико-экономического анализа выбирают наиболее рациональный вариант оборудования для сборки.

Последовательность сборки определяют на основе анализа размерных цепей изделия, каждая из которых предназначена для решения конкретной задачи. Определяя последовательность сборки, учитывают функциональную взаимосвязь элементов изделия, конструкцию базовых элементов, размеры и массу присоединяемых элементов, степень их взаимозаменяемости, а также то, что легко повреждаемые элементы желательно устанавливать в конце сборки. Если изделие имеет несколько размерных цепей, то сборку следует начинать с наиболее сложной и ответственной цепи. В каждой размерной цепи сборку завершают установкой тех элементов соединения, которые образуют ее замыкающее звено. Эта последовательность сборки должна быть четко отражена в технологических схемах. При наличии размерных цепей с общими звеньями начинают сборку с элементов той цепи, которая в

62

наибольшей степени влияет на точность изделия. Если цепи равноценны по точности получаемых результатов, сборку начинают с более сложной цепи.

Наглядное представление о технологичности изделия дают схемы сборки, предусматривающие выделение ступеней ТП. Можно также использовать форму схемы сборки, показывающей расположение собираемых элементов с указанием технологической последовательности сборки (рис.1.37). За исходную принимают базовую деталь 1-1, к которой присоединяются по две детали 1-2 и 1-3. В результате этого образуется сборочная единица. К этой сборке присоединяется вторая сборочная единица, образованная из деталей 2-1, 2-2, 2-3 и т.д. Детали на схеме обозначены прямоугольниками, внутри которых дается индексация и в нижней части - наименование деталей. Сборочной единице присваивается

порядковый номер сборочной единицы (узла) . Этим же номером

отмечаются и отдельные детали, входящие в i-ю сборочную единицу. Изделие, собранное по данной схеме, имеет три ступени сборочных единиц. Подобные схемы не дают четкого представления о связях между отдельными элементами всего сборочного процесса и не позволяют выявить его рациональную структуру, связанную с выполняемыми работами.

Наибольшей информативностью обладают технологические схемы общей и узловой сборки, на которых указывают не только технологические, но и вспомогательные операции, обусловленные особенностями автоматической сборки - контроль, поворот или перевертывание собираемого объекта, смазывание и др. (рис.1.38). Детали и сборочные единицы на схеме изображаются прямоугольниками с индексацией номеров (наименований), а операции - кружками с последовательной нумерацией.

63

Рис.1.37 Схема расположения сборочных элементов при соединении

деталей

Д - деталь; П - подача и установка присоединяемой детали в приспособлении или на базовую деталь; К- контроль; О - обработка; 3 - закрепление; С - сборочная единица

Рис.1.38 Технологическая схема сборки

При этом под операцией при многооперационной автоматической сборке понимают действия над собираемым объектом, выполняемые на определенной рабочей позиции автоматического оборудования. Позиции связаны между собой транспортной системой. На схемах следует обозначить участки ручной и механизированной сборки, на которых автоматизированная сборка затруднена или невозможна.

Вариант схемы сборки выбирают с учетом удобств работы и контроля качества сборки, числа сборщиков, уменьшения необходимой оснастки и оборудования, сокращения времени и себестоимости сборки, а также возможности применения средств ее механизации и автоматизации. Принятый вариант схемы на последующих этапах проектирования технологии сборки может быть скорректирован с учетом необходимости догрузки сборщиков на отдельных сборочных постах.

На последовательность сборки влияют функциональная взаимосвязь элементов изделия, конструкция базовых элементов, условия монтажа силовых и кинематических передач, постановка легко повреждаемых элементов в конце сборки, размеры и масса присоединяемых элементов, а также степень взаимозаменяемости элементов изделия.

При производстве невзаимозаменяемых изделий на последовательность сборки влияют пригоночные работы, промежуточные разборка и сборка соединений, дополнительная обработка, очистка и контроль деталей.

При серийном производстве намечают производственные партии изделий, исходя из трудоемкости наладки оборудования, длительности процессов сборки, календарных сроков выпуска изделий и других организационных и экономических соображений.

Производственную партию изделий часто берут по директивным (плановым) срокам их выпуска. Ориентировочно производственную партию частей изделий назначают следующих размеров. При малой программе выпуска и сложных изделиях ее берут равной трехмесячной программе; для изделий средней сложности - месячной программе; для простых изделий с большой программой выпуска - двухнедельной программе. Установленные производственные партии корректируют при последующей детальной разработке технологического процесса.

Определение типа производстваТипы производства в сборочном цехе определяют отдельно для изделия

и его составных частей, так как они могут быть различными. При поточно-массовом производстве автоматическую сборку изделий выполняют на высокопроизводительных специальных автоматических линиях, в том числе переналаживаемых. При среднесерийном производстве сборку осуществляют партиями на автоматическом оборудовании. Используют также переменно-

64

поточные или групповые автоматические линии для конструктивно или технологически сходных изделий. Гибкие автоматические линии (ГАЛ) строят на базе гибких производственных модулей (ГПМ), автоматизированного транспортного оборудования и автоматизированных рабочих мест (АРМ) с управлением от центральной ЭВМ. Для ГАЛ характерны поточные методы организации сборки, высокие синхронизация операций и производительность.

В мелкосерийном многономенклатурном производстве сборку выполняют на оборудовании с микропроцессорным управлением, обслуживаемым автоматизированной транспортной системой, которая вместе с ЭВМ образует гибкий автоматизированный участок сборки.

При поточном методе работы штучное время на операцию должно быть несколько меньше темпа сборки для создания резерва на случай задержек сборки или кратно темпу. Коэффициент загрузки оборудования должен быть высоким (не менее 0,95). На первых операциях поточной линии его нужно брать меньше, чем на последних операциях сборки. Это обеспечивает большую надежность работы линии в случае отказов оборудования.

Если темп значительно превышает среднюю предварительно найденную длительность операций, то сборку ведут по принципу серийного производства. На одном рабочем месте периодически (партиями) собирают прикрепленные к нему различные изделия.

Если темп близок к средней длительности операций или меньше ее, то сборку ведут по принципу массового производства, закрепляя за каждым рабочим местом определенную сборочную операцию. В этом случае сборку выполняют поточным методом. При малом темпе (2-3 мин) процесс сборки дифференцируют, выделяя небольшие по своему содержанию операции. Если это по технологическим соображениям затруднительно или невозможно сделать, то операции выполняют параллельно, дублируя рабочие места.

Преимущества дифференциации сборки: повышается специализация и производительность труда сборщиков, сокращаются сроки освоения работы на каждой операции. Недостатки: работа становится однообразной и утомительной. Поэтому дифференциацию проводят осмотрительно, за исключением случаев автоматизации сборки.

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 не ниже 0,95; его величину на первых операциях поточной линии следует брать меньше, чем на последних операциях; этим обеспечивается большая надежность работы линии в случае вынужденных задержек сборки.

Выбор организационной формы автоматической сборкиОрганизационную форму сборки следует выбирать в зависимости от

конструкции изделия, его размеров, массы, программы и срока выпуска.

65

Организационную форму сборки устанавливают раздельно для изделия и его составных частей. В общем случае они могут быть разными. Вариант организационной формы автоматической сборки конкретного изделия выбирают на основе расчетов себестоимости сборки с учетом сроков подготовки и оснащения производства необходимым оборудованием.

В зависимости от организационных форм различают автоматическую сборку, стационарную и конвейерную. Стационарную сборку выполняют на специальном оборудовании или посредством промышленных роботов (ПР). Ее в основном используют в массовом и серийном производстве для сборки небольших узлов. Конвейерную сборку на автоматических линиях в большинстве случаев выполняют с периодической остановкой собираемого изделия. Сборка с непрерывным перемещением изделия осуществляется на конвейерах, оснащенных ПР, а также на роторных автоматических линиях.

При массовом производстве содержание операции должно быть таким, чтобы ее длительность была равна темпу (несколько меньше темпа) или кратна ему. Выполняемая работа должна быть по своему характеру однородной и отличаться определенной законченностью. Длительность операции определяют укрупненно по нормативам с последующими уточнением и корректировкой. При этих условиях средняя нагрузка всех рабочих мест сборочной линии должна быть достаточно высокой (порядка 0,9-0,95).

При серийном производстве содержание операций принимают таким, чтобы на отдельных рабочих местах выполняемая узловая и общая сборка данного и других изделий периодически сменяемыми партиями обеспечивала достаточно высокую загрузку рабочих мест.

Обеспечивая равномерный (месячный) выпуск изделий (k=12), получим число стендов общей сборки [3]:

,

где tш1, tш2,…, tшl - время общей сборки первого, второго, 1-го изделия; Тп.з1, Тп.з2…-подготовительно-заключительное время для первого, второго, l-го изделия; к - число партий в год; Fд - действительный годовой фонд рабочего времени; N1, N2…-годовая программа выпуска первого, второго, ... изделия; l-число изделий, собираемых на данном стенде.

Найденное значение т округляют до ближайшего большего тпр, определяющего коэффициент загрузки сборочного стенда з=m/mпр. Если з

мало (0,5-0,7 при тпр=2; 0,65-0,75 при тпр=3...), то тпр следует уменьшить (до значений 1, 2 ... в тех же случаях) путем сокращения tш. Последнее обеспечивается увеличением числа сборщиков, обслуживающих данный стенд, применением более производительной оснастки и другими мероприятиями, повышающими производительность труда. Если з<0,7 при тпр=1, то сборочный стенд следует догрузить сборкой других изделий.

66

При узловой сборке число партий должно быть не меньше принятого значения k, иначе нарушится комплектность подачи составных частей изделий на общую сборку. Число (а следовательно, и размер) партий при узловой сборке можно устанавливать с учетом наименьшей себестоимости выполнения сборки.

График определения оптимального размера партий приведен на рис.1.39.Линия 1 характеризует себестоимость сборки изделия, линия 2 -

издержки на переналадку сборочного оборудования и его простой при переналадке, линия 3 - затраты в связи с ростом незавершенного производства при увеличении размера партии и затраты на расширение производственных площадей для хранения изделий (существенны при больших габаритах). Суммарная кривая 4 в области своего минимума дает оптимальный размер партии.

При составлении маршрута сборки большое значение имеет назначение местоположения и содержание операций технического контроля и других вспомогательных операций (предварительная очистка деталей, регулирование, пригонка, балансировка и др.). Собранные машины (станки, двигатели, компрессоры и др.) окрашивают после окончательной приемки на специально выделенных участках цеха.

Разработка маршрутной технологии общей и узловой автоматической сборки

Маршрутную технологию составляют на основе технологических схем сборки. Она включает в себя все технологические, контрольные и вспомогательные операции, выполняемые автоматически или вручную. Содержание операций устанавливают в зависимости от выбранного типа производства и темпа сборки. При построении маршрутной технологии нужно стремиться к одновременному выполнению (объединению) нескольких операций, что обеспечивает сокращение цикла сборки и потребности в производственных площадях. При массовом производстве содержание операции должно быть таким, чтобы ее длительность была несколько меньше темпа сборки или кратна ему.

При серийном производстве содержание операции принимают таким, чтобы узловая и общая сборка изделий обеспечивали высокую загрузку оборудования.

67

Рис.1.39 График для определения

оптимального размера

Для общей сборки , где n - число

наименований изделий; tштi - штучное время общей сборки i-го изделия; Ni - годовая программа выпуска i-го изделия; Tп.зi- подготовительно-заключительное время для i-го изделия; k - число партий в год; m - число стендов для общей сборки; Фэ - эффективный годовой фонд времени работы.

При использовании автоматического сборочного оборудования штучное время определяют без учета организационного обслуживания to6 и перерывов в работе tn. Производительность, шт/мин, сборочного автомата или полуавтомата Q=1/Тц=1/tоп=1/(t0+tв), где Тц - время рабочего цикла оборудования, мин; tоп - оперативное время; t0 - основное время; tв - вспомогательное время.

Вспомогательное время tв в данном случае представляет собой цикловые потери. Если tв=0, то Тц=t0 и Q=1/t0.

Техническая производительность оборудования Q=1/(t0+tв+tц), где tц - внецикловые потери, учитывающие затраты времени на смену и подналадку инструмента, регулирование оборудования. Величину tц относят ко времени одного цикла.

В условиях автоматизации устанавливают норму времени на сборку единицы продукции и норму, заданную рабочему (бригаде рабочих) и выраженную в единицах продукции (численности рабочих).

При построении маршрутной технологии выделяют операции с большой вероятностью отказов и предусматривают на данном этапе производственные заделы. На основе маршрутной технологии разрабатывают техническое задание средств автоматизации. При разработке определяют тип технологического и транспортного оборудования, которое затем уточняют на последующих этапах проектирования технологии сборки.

Выбор технологических баз, схем базирования изделия при узловой и общей автоматической сборке

Ответственным этапом проектирования ТП автоматической сборки является выбор технологических баз и схем базирования, которые должны обеспечить заданную точность сборки, удобство ее выполнения, простоту конструкций приспособлений, оборудования и транспортных средств. При выборе технологических баз стремятся выдержать принципы совмещения, постоянства и последовательности смены баз. В каждом конкретном случае может быть использовано несколько схем базирования. При анализе схем рассчитывают погрешности установки. Если предусмотрена организованная смена баз, то пересчитывают соответствующие размеры и допуски на них, определяют допуски на параметры технологических баз. Для сокращения числа вариантов схем базирования следует применять типовые решения. Технологические базы выбирают с учетом обеспечения удобства установки и

68

снятия собираемого изделия, надежности и удобства его закрепления, возможности подвода с разных сторон присоединяемых деталей и сборочных инструментов. Различают базирование базовой детали изделия или отдельной его части при их установке в сборочное приспособление и базирование сопрягаемых деталей при узловой или общей сборке.

Используют стационарные позиционные приспособления или приспособления-спутники. В обоих случаях следует соблюдать принципы совмещения и постоянства баз. Соединение двух деталей при автоматической сборке должно обеспечить их 100 %-ную собираемость.

Рассматриваются несколько схем базирования. При их анализе рассчитывают погрешности установки, пересчитывают размеры и допуски (если происходит смена баз), а также определяют допуски на размеры технологических баз. Для уменьшения числа вариантов схем базирования следует по возможности использовать типовые решения. Выбирая базы, необходимо учитывать дополнительные соображения: удобство установки и снятия собираемого изделия, надежность и удобство его закрепления, возможность подвода присоединяемых деталей и сборочных инструментов с разных сторон.

Возможны следующие основные случаи базирования:- базовую деталь изделия базируют на необработанные поверхности и

при одной установке производят его полную сборку (для ручной сборки простых изделий в приспособлениях, обеспечивающих их неподвижное положение);

- базовую деталь изделия базируют на обработанную поверхность (применяют при ручной сборке в приспособлениях обеспечивающих точное положение сопрягаемых деталей, а также при механизированной и автоматизированной сборке);

- базовую деталь изделия устанавливают на различные последовательно сменяемые базы.

Построение операций автоматической сборкиЭтап построения операций сборки является наиболее трудоемким и

сложным при проектировании технологии автоматической сборки. Он включает: уточнение содержания операций; повышение степени концентрации переходов; четкое разграничение всех составляющих элементов операции - от ориентации сопрягаемых деталей до удаления собираемой части изделия или его самого; технологические расчеты; определение сил запрессовки, затяжки резьбовых соединений, клепки и т.д.; определение штучного времени по элементам изделия и в целом.

На этом этапе определяют основную технологическую характеристику необходимого сборочного оборудования: структурную схему; кинематические и динамические параметры; размер рабочей зоны для размещения собираемого изделия с оснасткой; систему управления; степень автоматизации рабочего цикла; способность к переналадке. При отсутствии

69

серийно выпускаемого оборудования разрабатывают техническое задание на его проектирование, при его наличии выбирают модель. Разрабатывают техническое задание на конструирование специальных сборочных инструментов, сборочного приспособления с указанием принятых схем базирования, способов автоматической подачи и ориентации деталей и снятия готового изделия. Определяют методы необходимого контроля выполнения сборки, тип блокировочных устройств, предупреждающих аварийные ситуации и брак.

При проектировании операции сборки на многопозиционных станках и АЛ определяют загрузку оборудования по отдельным позициям, строят циклограммы работы, устанавливают структуру и тип линии, необходимые заделы и накопители, конфигурацию линии в плане для ее стыковки со сложными участками сборочного цеха. Составляют техническое задание на проектирование линии.

Расчетно-аналитическим методом решается задача установления норм времени на сборочные операции.

В начале ее приходится решать для установления типа производства. На основе разработанных технологических схем общей и узловой сборки выявляют несколько характерных операций и для них определяют нормы времени по укрупненным нормативам или другими приближенными методами нормирования. Сопоставляя среднеарифметическое из этих норм с темпом работы, устанавливают тип производства.

На этапе разработки маршрутной технологии нормы времени устанавливают на все операции ТП после выявления их структуры и содержания. Для серийного производства при нормировании используют укрупненные нормативы, для массового применяют расчетно-аналитический метод нормирования.

На этапе разработки операционной технологии в массовом производстве установленные ранее нормы времени корректируют после внесения в содержание операций отдельных изменений (уменьшение и перекрытие элементов штучного времени, изменение структуры операций). Откорректированные нормы времени увязывают с темпом работы. Содержание операций и нормы времени подробно прорабатывают при автоматизации сборочных процессов, при многомашинном обслуживании, а также при использовании роботов на основных и вспомогательных операциях.

Существует некоторые общие положения, которых надо придерживаться, разрабатывая технологию сборки конкретной машины:

1. Сборку следует начинать с формирования тех размерных цепей, с помощью которых в машине решаются наиболее ответственные задачи.

2. При наличии параллельно связанных размерных цепей их построение следует начинать с установки деталей, размеры которых являются общими звеньями.

70

3. При сборке сборочной единицы последовательность установки детали должна быть таковой, что ранее смонтированные детали не мешали установке последующих деталей.

4. Необходимо стремиться к тому, чтобы в процессе сборки машины были минимальными частичные разборки сборочной единицы.

5. При использовании метода пригонки пригоночные работы можно выполнять вне собираемого объекта.

6. Последовательность сборки машины и ее сборочных единиц должна соответствовать избранным виду и форме организации производственного процесса.

Содержание и последовательность выполнения ТП сборки изделия, применяемые приспособления и инструменты, разряд работы, нормы времени и т.д. отражают в технологических документах: операционных и маршрутных картах, ведомостях операции и др. Требования к формам и заполнению технологических документов регламентированы ГОСТ 3.1118, ГОСТ 3.1119, 3.1121, 3.1407 и др.

1.9 Документация, фиксирующая технологические разработки

По ЕСТД предусмотрены следующие виды документации.Маршрутная карта (МК) - документ, содержащий описание

технологического процесса изготовления (сборки или ремонта) изделия по всем операциям различных видов в технологической последовательности с указанием данных об оборудовании, оснастке, материальных и трудовых нормативах в соответствии с установленными формами. МК применяют в единичном и серийном производстве.

Операционная карта (ОК) - технологический документ, содержащий описание технологической операции с указанием переходов, режимов обработки и данных о средствах технологического оснащения. ОК применяют в серийном и массовом производстве. Комплект этих карт на изделие по всем операциям дополняют маршрутной картой.

Карта эскизов - технологический документ, содержащий эскизы, схемы и таблицы, необходимые для выполнения технологическою процесса, операции или перехода сборки изделия.

Технологическая инструкция - технологический документ, содержащий описание приемов работы или технологических процессов изготовления или ремонта изделия, правила эксплуатации средств технологического оснащения, описание физических и химических явлений, возникающих при отдельных операциях.

Комплектовочная карта - технологический документ, содержащий данные о деталях, сборочных единицах и материалах, входящих в комплект собираемого изделия.

71

Ведомость оснастки - технологический документ, содержащий перечень технологической оснастки, необходимой для выполнения данного технологического процесса (операции).

Ведомость технологических документов - технологический документ, определяющий состав и комплектность технологических документов, необходимых для изготовления или ремонта изделия.

Технологическая документация содержит также сборочные чертежи с техническими условиями приемки и технологические схемы общей и узловой сборки. В технологической документации четко излагают содержание и условия сборки.

1.10 Контроль качества сборки изделий

При проектировании ТП общей и узловой сборки важное место занимает технический контроль качества производимой продукции. Качество обеспечивается предупреждением и своевременным выявлением брака продукции на всех этапах производственного процесса. Профилактический контроль направлен на проверку комплектующих изделий, полуфабрикатов и деталей смежных производств, на проверку сборочного оборудования и оснастки, а также на систематическую проверку правильности протекания технологического процесса сборки. Качество продукции в сборочных цехах контролируют рабочие, наладчики оборудования и мастера участков. Меньший объем работ выполняют контролеры, производя промежуточный и окончательный контроль. В маршрутной технологии указывают операции контроля и элементы контроля, включаемые в сборочные операции.

При узловой и общей сборке проверяют: 1) наличие необходимых деталей в собранных соединениях (выполняют осмотром); 2) правильность положения сопрягаемых деталей и узлов (выполняют осмотром); 3) зазоры в собранных сопряжениях (щупом); 4) точность взаимного положения сопряженных деталей (на радиальное и осевое биение и др., производят в контрольных приспособлениях); 5) герметичность соединения в специальных приспособлениях и плотность прилегания поверхностей деталей на краску в процессе сборки; 6) затяжку резьбовых соединений, плотность и качество постановки заклепок, плотность вальцовочных и других соединений; 7) размеры, заданные в сборочных чертежах; 8) выполнение специальных требований (уравновешенности узлов вращения, подгонки по массе и статическому моменту, проверку щупом производят в процессе сборки и после ее окончания); 9) выполнение параметров собранных изделий и их составных частей (производительности и развиваемого напора насосов, точности делительных механизмов, качества контакта в электрических соединениях и др.); 10) внешний вид собранных изделий (отсутствие повреждений деталей, загрязнений и других дефектов, которые могут возникнуть в процессе сборки).

72

В функцию контроля входит также проверка предписанной последовательности выполнения сборочных переходов (порядок затяжки резьбовых соединений, последовательность наложения сварных швов и др.) и проверка обязательного выполнения вспомогательных операций (промывки и очистки сопрягаемых деталей, промывки трубопроводов и др.). Задача проектирования технологии сборки связана с выбором организационно-технической формы и средств контроля.

Средства контроля выбирают с учетом их метрологических характеристик (пределов и точности измерения), конструктивных особенностей (габаритных размеров, массы), экономических соображений, а также с учетом улучшения условий труда контролеров.

При проектировании операций контроля исходными данными являются точность контроля (допустимая погрешность контроля обычно не превышает 20% допуска на контролируемую величину) и его производительность. Технолог устанавливает объект, метод и средства контроля. Он дает техническое задание на конструирование специальных контрольно-измерительных инструментов и приспособлений; выбирает схему контрольного приспособления с учетом наименьшей себестоимости выполнения контрольной операции.

На контрольные операции составляют инструкционные карты, в которых подробно указывают метод и последовательность контроля, используемые средства контроля.

1.11 Испытание собранных изделий

Испытание собранных изделий - заключительная контрольная операция качества их изготовления. Машины испытывают в условиях, приближающихся к эксплуатационным. Все виды испытаний можно свести к приемочным, контрольным и специальным.

При приемочных испытаниях выявляют фактические эксплуатационные характеристики машины (точность, производительность, мощность, затраты энергии и т.п.), а также правильность работы различных механизмов и устройств машины.

Контрольным испытаниям подвергают изделия, у которых ранее были обнаружены дефекты. При особо высоких требованиях к изделиям их подвергают после сборки обкатке и испытывают. Затем разбирают (частично или полностью), проверяют состояние деталей, вторично собирают и подвергают кратковременным контрольным испытаниям.

Специальные испытания выполняют для изучения износа, проверки безотказности работы отдельных устройств, установления пригодности новых марок материалов для ответственных деталей и исследования других явлений в машинах. Специальные испытания отличаются большой длительностью. Их программу разрабатывают в зависимости от цели

73

проведения испытаний. Этим испытаниям подвергают не только собранные изделия, но и их составные части (коробки перемены передач, водяные и масляные насосы и другие механизмы). Испытания ведут на специальных стендах.

1.12 Роботизация сборочных работ

Для автоматизации сборочных процессов в машино- и приборостроении используют ПР. Их применение повышает производительность труда и качество продукции в сборочных цехах, улучшает условия труда сборщиков и повышает гибкость производства. Использование ПР позволяет высвободить людей oт выполнения опасных и вредных для здоровья операций (сборка при повышенных температурах, в зонах с вредными выделениями, в неудобных для работы положениях), от выполнения монотонных, постоянно повторяющихся операций, а также физически тяжелых, быстроутомляющих сборочных операций. В приборостроении ПР часто используют для сборки миниатюрных изделий, высвобождая людей от выполнения операций, утомляющих органы зрения. Использование роботов создает основу для полностью автоматизированных производств, управляемых от ЭВМ.

Роботы применяют на операциях общей и узловой сборки изделий: на отдельных рабочих местах, оборудованных в виде робототехнических комплексов (РТК), встроенными в сборочный конвейер, встроенными в сборочные полуавтоматы и автоматы. При комплексной роботизации сборки отдельные РТК связывают транспортными устройствами в единую более сложную производственную систему.

Характерные работы, выполняемые ПР в сборочных цехах: загрузка и разгрузка автоматов, конвейеров, автоматических и полуавтоматических линий; установка деталей и узлов в заданном положении на собираемое изделие по технологическим базам; точечная и шовная сварка; окраска изделий методом распыления; транспортирование и складирование деталей и узлов; подача подготовленных к сборке деталей на прессы для выполнения запрессовки, склепывания, отбортовки и других операций. В отдельных случаях роботы могут выполнять операции технического контроля и испытания изделий, заменяя контролеров или облегчая их труд. Роботы используют на операциях гальванопокрытий, снятия заусенцев на деталях, промывки деталей перед сборкой. Оснастив сборочные роботы приспособлениями и дополнительными устройствами, можно с помощью их производить сборку резьбовых соединений, пайку, склеивание, развальцовку, посадку с натягом, с тепловым воздействием, а также вспомогательные операции (клеймение, смазывание и пр.).

Препятствиями широкому применению роботов являются: их высокая стоимость, продолжительная наладка, необходимость комплексной

74

перестройки технологии производства, необходимость повышения технического уровня остального оборудования цеха.

Роботы классифицируют по следующим признакам: по назначению - специальные, специализированные и универсальные (многоцелевые); по кинематике и базовой системе координат - прямоугольные (плоские и пространственные), полярные и ангулярные (плоские, цилиндрические и сферические); по числу степеней подвижности (обычно до шести, не считая движения захвата); по размеру рабочего (сборочного) пространства; по грузоподъемности - сверхлегкие (до 1 кг), легкие (до 10 кг), средние (до 200 кг), тяжелые (до 1000 кг) и сверхтяжелые (свыше 1000 кг); по степени мобильности робота - стационарные, передвижные, встроенные в оборудование, напольные, подвесные; по числу захватов - одно- и многозахватные; по системам управления - цикловые, аналоговые, с ЧПУ, микро- процессоры; по способу подготовки управляющих программ - ручные (для цикловых систем), ручные и полуавтоматические (для систем с ЧПУ), обучаемые с ручным перемещением рабочих органов и с механическим - от пульта управления (для записи, программы на магнитной ленте); по характеру отработки программы - жесткопрограммируемые, адаптивные, гибкопрограммируемые; по характеру программирования - позиционные, контурные, комбинированные; по типу силового привода - пневматические, гидравлические, электрические, смешанные.

Дополнительную оценку роботов по технологическим и эксплуатационным возможностям производят по скорости перемещения рабочих органов, точности их позиционирования, надежности и сроку службы, уровню шума, времени на переналадку, размерам сборочного пространства сборочного робота и его габаритам.

Кинематические возможности ПР характеризуют коэффициентом сервиса, который определяет возможность подхода захватного устройства к заданной точке с разных направлений. При совместной работе нескольких роботов в одном РТК часто указывают зону совместного обслуживания, т.е. часть пространства, где одновременно или последовательно могут работать несколько ПР.

Специальные роботы используют в поточно-массовом производстве. Они работают по неизменяемой (жесткой) программе с небольшим числом команд и выполняют определенную операцию (сварка, окраска). Часто эти роботы встраивают в сложные технологические комплексы. Они предназначены для определенных технологических операций, но допускают переналадку. Универсальные роботы наиболее сложны и дороги, применяются в мелко- и среднесерийном производстве. Наиболее распространены роботы с цикловым управлением (90%). Число команд у них составляет несколько десятков. Роботы с ЧПУ имеют большой объем памяти, однако они дороги. Точность позиционирования рабочих органов - обычно до 0,05 мм. Большей точности достигают, используя обратную связь в системах

75

управления, а также центрирующие и направляющие элементы рабочих органов робота

На практике имеется два подхода к вопросу технологической гибкости ПР. Первый заключается в том, что робот разрабатывается как единая универсальная система с программным управлением, которую можно использовать для выполнения различных технологических и транспортных задач. Второй подход состоит в том, что робот создается для определенного вида операций. Для многих сборочных операций универсальный робот избыточен как по кинематической структуре, так и по возможности системы управления. В связи с этим большое внимание уделяется блочно-модульным системам. Специализированные роботы на базе блочно-модульной конструкции и структуры найдут применение в массовом и крупносерийном производстве для сборки различных изделий. При редкой смене объектов производства система управления может быть упрощена путем уменьшения ее функциональной гибкости. Функционально неделимые универсальные роботы будут преимущественно использоваться при частой смене объектов производства.

Блочно-модульный комплекс включает следующие основные элементы: механизмы и приводы перемещения, датчики положения и состояния объектов сборки, средства связи с оператором и объектами, захваты, средства блокировки и диагностики, системы программного управления и другие устройства. Под модулем понимают функционально законченное звено робота. Блочно-модульный принцип построения роботов является основой ускорения и удешевления их конструирования, производства, эксплуатации и ремонта. Развитие этого принципа будет способствовать расширению семейства сборочных роботов в промышленности.

При недостаточно продуманной технологии нередко выявляется малая (по сравнению с ручной сборкой) производительность сборочных роботов. Ее можно повысить применением многозахватных роботов, многоместных захватов и приспособлений, ускоряющих установ и снятие объекта сборки, совмещением во времени элементов рабочего цикла, а также повышением безотказности роботов и сокращением времени на устранение отказов. При больших партиях собираемых изделий и тяжелых условиях работы производительность роботов по сравнению с ручной сборкой возрастает. Это обусловлено уменьшением влияния подготовительно-заключительного времени Тпз на партионное время, а также тем, что для робота не отводится время на отдых. Другой недостаток - относительно большая площадь, занимаемая роботом при сборке средних и крупных по размерам изделий. При сборке мелких изделий потребная для сборочного робота площадь может быть заметно сокращена.

Сокращение времени простоев ПР при подготовке управляющих программ достигается методом внешнего программирования. Он основан на расчете и исключает использование оператора. Его преимущества: более

76

полное использование фонда времени ПР, упрощение конструкции ПР из-за отсутствия средств обучения и записи программы, исключение субъективных факторов при подготовке программы.

ПР следует использовать совместно с системой обслуживания, транспортирования, складирования и контроля как единый быстро-переналаживаемый робототехнический комплекс, управляемый от ЭВМ. Роботы необходимо оснащать типовыми сменными устройствами, значительно расширяющими их технологические возможности, а также различными датчиками и средствами очувствления для повышения безотказности работы и расширения сферы их применения на производстве.

Необходимо расширять области использования сборочных роботов. Расширению области применения роботизированной сборки будет способствовать развитие роботов и робото-технических систем с адаптивными устройствами, оснащенных силовыми, тактильными и визуальными сенсорами, а также роботов третьего поколения (интеллектуальных роботов). Последние смогут не только самостоятельно ориентироваться в сложной производственной обстановке и выбирать лучший технологический вариант решения, но и сами собирать изделие по сборочному чертежу.

Периферийные устройства вместе со сборочным роботом образуют сборочный РТК. Состав периферийных устройств определяется характером и содержанием сборочной операции. На рис.1.40 показаны примеры компоновочных схем РТК для сборочных операций.

На рис.1.40а представлена схема сборки несложных изделий (3-5 деталей) на отдельном РТК, не связанном с другими транспортными устройствами. Детали из емкостей 1 (магазинов, кассет, бункеров) в ориентированном виде передаются роботом 2 в сборочное приспособление 3. Собранные изделия передаются роботом в тару 4.

77

При сборке более сложных изделий (5-10 деталей) в компоновке РТК предусматривается магазин сменных захватов и сборочных инструментов 5 (рис.1.40б).

В компоновку РТК включают технологическое оборудование 6 (рис.1.40в), если при сборке изделий необходимо выполнить запрессовку, клепку, точечную электросварку и другие операции. В этом случае сборка начинается в приспособлении 3, затем изделие рабочим органом робота передается на технологическое оборудование 6 и далее (если нужно) возвращается для завершения сборки опять в приспособление 3.

Сборка несложных изделий может быть полностью выполнена в рабочей зоне технологического оборудования 6 (рис.1.40г - машина для точечной или шовной сварки, пресс и др.).

Для повышения производительности сборку нередко выполняют на РТК с двумя или большим числом стационарно расположенных роботов (рис.1.40д). При больших габаритах изделия 3 эти роботы могут быть подвижными для расширения рабочей зоны сборки (рис.1.40е).

При сборке сложных многокомпонентных изделий РТК могут образовать цепочку с гибкой транспортной связью 7 между ними (рис.1.40ж). Передача собираемого изделия от одного РТК к другому производится роботами без потери ориентации изделия.

В поточно-массовом производстве РТК представляет собой участок сборочного конвейера (рис.1.40з), вдоль которого расположены синхронно работающие роботы 2 и емкости 1 для деталей собираемого изделия. На рабочих позициях конвейера периодического действия закреплены

78

Рнс.1.40 Примеры компоновочных схем РТК для сборочных операций

сборочные приспособления 3. В некоторых случаях у конвейера может быть расположено необходимое технологическое оборудование 6.

РТК на базе карусельной установки (круглого стола) с передачей собранных изделий на конвейер 8 показан на рис.1.40и. По периферии стола расположены емкости 1 для деталей, а на неподвижной центральной части стола малогабаритное технологическое оборудование 6 и устройства 9 для контроля изделий.

1.12.1 Особенности разработки технологических процессовавтоматизированной и роботизированной сборки

Для технологической подготовки сборочного производства, так же как и для механообработки, характерен комплексный подход. Он подразумевает тщательную проработку технологичности изделия, типизацию процессов сборки, проработку вспомогательных процессов транспортирования собираемых изделий, их установки на сборочных позициях, контроля и испытания, широкое внедрение нормализованного и переналаживаемого сборочного оборудования.

Важным условием разработки рационального ТП автоматизированной сборки является унификация и нормализация соединений, т.е. приведение их к определенной номенклатуре видов и точностей. На основе унификации и нормализации соединений в сборочных единицах и изделиях разрабатывают типовые сборочные процессы (операции и переходы), выполняемые на типовом сборочном оборудовании с использованием типовых инструментов и приспособлений.

В условиях крупносерийного и массового производства автоматизированная сборка изделий выполняется на сборочных автоматах и АЛ. В зависимости от сложности изделий используют одно- и многопозиционные сборочные автоматы. Последние применяют, например, при сборке подшипников качения. В линиях сборочные автоматы размещают линейно или по замкнутому контуру. Перемещение изделий осуществляется с помощью шаговых транспортеров или на приспособлениях-спутниках.

Главным отличием роботизированного производства является замена сборщиков сборочными роботами и выполнение контроля контрольными роботами или автоматическими контрольными устройствами.

Если в условиях АП сборку изделий можно выполнять методом полной или частичной взаимозаменяемости, с применением методов селективной сборки и использованием контрольно-сортировочных автоматов, а также с ограниченным применением методов пригонки и регулировки, то роботизированная сборка должна выполняться по принципу полной взаимозаменяемости или (реже) по принципу групповой взаимозаменяемости. При этом исключается возможность подгонки, регулировки. Строго должны быть соблюдены принципы выбора и

79

постоянства баз, которые определяют качество собираемых изделий и надежность работы сборочных РТК.

Основные этапы автоматизированной сборки: автоматическая ориентация деталей и основных частей изделия для использования автоматизированных транспортно-захватных устройств, контроль и очистка деталей; автоматическое выполнение соединений; транспортирование деталей и узлов; межоперационный контроль; окончательный контроль; упаковка.

Выполнение операций сборки должно проходить от простого к сложному: деталей - в подузлы, подузлы - в узлы, узлы - в агрегаты, узлы и агрегаты - в изделие, что учитывается при составлении схем сборки. В зависимости от сложности и габаритов изделий выбирают форму организации сборки: стационарную или конвейерную.

В структуру роботизированного комплекса должны входить сборочное оборудование и приспособления, объединенные с транспортно-загрузочной системой и системами управления различных уровней. При разработке ТП сборки в РТК предпочтительна высокая концентрация операций, определяющая модели роботов, их функции, точность, оперативность, быстродействие. Особенно важно уточнить временные связи элементов РТК, так как и они могут определить операционные возможности, модели и количество сборочных ПР. С этой целью возможно и целесообразно построение циклограммы как отдельных роботизированных рабочих мест и ПР, так и РТК в целом. На основе операционной технологии и циклограмм РТК может быть проведена подготовка управляющих программ для сборочных роботов с ЧПУ и для всего РТК.

Перспективным направлением роботизации сборки является использование обучаемых ПР. Обучаемые роботы - это роботы, которые могут приспосабливаться к различным случайным факторам, сопровождающим запрограммированную работу. Эта приспособляемость выражается в корректировке своей же программы на основе полученного «опыта» - результатов анализа и классификации возникающих отклонений и методов их устранения.

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ

2.1 Структура и содержание технологического процесса сборки

Технологическая подготовка сборочного производства состоит из разработки ТП, проектирования и изготовления специальной оснастки, нестандартного оборудования, выполнения необходимых расчетов, планировок и других работ. Основной и наиболее важной частью

80

технологической подготовки сборочного производства является проектирование технологического процесса сборки.

ТП сборки представляет собой часть производственного процесса, непосредственно связанную с последовательным соединением, взаимной ориентировкой и фиксацией деталей и узлов, для получения готового изделия, удовлетворяющего установленным требованиям.

В состав ТП сборки в качестве технологических операций или переходов включаются разнообразные сборочные работы, например: соединение сопрягаемых деталей посредством приведения в соприкосновение их сборочных баз; проверка точности взаимного расположения собираемых деталей и узлов и внесение, если это необходимо, соответствующих исправлений путем регулировки, пригонки или подбора; фиксация положения деталей и узлов, обеспечивающего правильность выполнения ими целевого назначения при работе машины. К технологическому процессу сборки относятся также операции, связанные с проверкой правильности действия отдельных механизмов и узлов и машины в целом (точность, плавность движений, бесшумность, надежность функционирования смазочной системы и т.п.). Сюда же относятся все необходимые по содержанию работы операции по очистке, промывке, окраске и отделке изделия или составляющих его сборочных соединений и деталей. В табл.2.1 приводятся данные о соотношении трудоемкости различных видов сборочных работ.

Технологическая операция сборки представляет собой законченную часть этого процесса, выполняемую непрерывно над одной сборочной единицей или над совокупностью одновременно собираемых единиц (узлов, деталей), одним или группой (бригадой) рабочих на одном рабочем месте. Сборочная операция - это технологическая операция установки и образования соединений составных частей заготовки или изделия.

Так же, как и при механической обработке, сборочная операция является важной единицей производственного планирования, однако следует иметь в виду, что при некоторых организационных формах сборки (в частности, при стационарной однобригадной сборке) сборочный процесс может в явной форме на операции и не расчленяться.

Таблица 2.1

Виды работ, входящих в процесс сборкиВид работ Краткая характеристика Удельный вес в общей трудоемкости

сборки, %в мелкосерийном

производствев массовом

производствеПодготовительные

Работы по приведению деталей, а также покупных изделий в

состояние, требуемое условиями сборки: деконсервирование,

мойка, сортирование на размерные

5-7 8-10

81

группы, укладка в тару и др.Пригоноч

ныеРаботы, связанные с обеспечением

собираемости соединений и технических требовании к ним:

опиливание и зачистка, притирка, полирование, шабрение,

сверление, развертывание, правка

20-25 -

Собственно

сборочные

Работы по соединению двух или большего числа деталей с целью получения сборочных единиц и

изделий основного производства: свинчиванием, запрессовыванием,

клепкой и др.

44-47 70-75

Регулировочные

Работы, проводимые в процессе сборки или после ее окончания с

целью достижения требуемой точности во взаиморасположении деталей в сборочных единицах и

изделии

7-9 6-7

Контрольные

Работы, выполняемые в процессе сборки и после ее окончания с целью проверки соответствия сборочных единиц и изделий параметрам, установленным чертежом и техническими

условиями на сборку

10-12 8-10

Демонтажные

Работы по частичной разборке собираемого изделия с целью подготовки его к упаковке и

транспортированию к потребителю

6-8 3-4

Переход сборочного процесса - это законченная часть операции сборки, выполняемая над определенным участком сборочного соединения (узла) неизменным методом выполнения работы при использовании одних и тех же инструментов и приспособлений.

Приемом (элементом) сборочного процесса называется отдельное законченное действие рабочего в процессе сборки или подготовки к сборке изделия или узла.

Пример построения сборочной операции из отдельных переходов. Операция: установить заднюю бабку токарного станка. Переходы: 1) установить бабку на станину и закрепить; 2) проверить правильность положения бабки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (по калиброванной контрольной оправке, закрепленной в центрах с помощью двух индикаторов, которые укреплены в суппорте); 3) пригнать бабку по высоте (пришабриванием мостика); 4) отрегулировать положение бабки в

82

горизонтальной плоскости путем ее перемещения в поперечном направлении (подвижный компенсатор).

Содержание операций и переходов технологического процесса сборки определяется конструкцией изделия, совершенством технологии механической обработки деталей, организационно-техническими условиями сборочного производства и размерами программного задания. Одной из важных задач разработки технологического процесса сборки является выбор степени его дифференциации.

Концентрированный процесс сборки характерен для опытного, единичного и частично мелкосерийного производств. В этом случае все операции узловой и общей сборки выполняются на немногих или даже на одном рабочем месте (несколькими сборщиками или одним). Если изделие включает типовые сборочные элементы, то узловая сборка дифференцируется, а общая сборка ведется концентрированно.

Недостатками концентрированной сборки являются длительность календарного цикла вследствие последовательного выполнения операций; невозможность обособления отдельных работ, не требующих привлечения для их выполнения высококвалифицированных сборщиков-универсалов, и трудность механизации, и тем более автоматизации нерасчлененных операций.

Дифференциация технологических процессов сборки характерна для устойчивого мелкосерийного, а также для серийного и массового производств. Дифференциация процесса сборки дает возможность расчленить его на операции, продолжительность выполнения которых равна или кратна установленному такту сборки, обеспечивает в ряде случаев однородные по квалификации и по разряду работы в пределах операции и создает предпосылки для механизации и автоматизации ручных процессов и организации поточной и автоматической сборки. Дифференциация процесса сборки в определенных пределах обычно бывает выгодной. Только благодаря расчленению процесса на операции и рациональному распределению их по рабочим местам можно сократить трудоемкость сборки на 15-20%. Степень дифференциации зависит не только от объема производства, но и от конструкции изделия, его габаритных размеров, числа деталей [2]. При сборке в одном цехе достаточно большой номенклатуры изделий в сравнительно небольших количествах, при удачном комбинировании операций узловой и общей сборки возможна организация много-предметных непрерывно-поточных линий.

Излишняя степень дифференциации процесса сборки ведет к снижению производительности процесса вследствие неоправданных потерь времени на установку и снятие собираемого элемента (растет доля вспомогательного времени в общей трудоемкости сборки), а также вследствие повышенной утомляемости рабочего при выполнении мелких однообразных операций. При высоком уровне механизации на отдельных участках часто может быть

83

выгодна также и концентрация операций, так как в определенных условиях при этом возможны сокращение цикла сборки, уменьшение протяженности сборочных линий, снижение потребности в производственных площадях и улучшение других технико-экономических показателей сборочного процесса. В связи с этим в каждом случае при проектировании технологического процесса должна быть найдена наивыгоднейшая степень дифференциации сборки.

Технологический процесс сборки обычно разрабатывается в последовательности, этапы которой приведены ниже.

1. В зависимости от программного задания устанавливается целесообразная организационная форма сборки, определяются ее такт и ритм.

2. Производится технологический анализ сборочных чертежей и рабочих чертежей деталей с позиций отработки технологичности конструкций.

3. Производится размерный анализ конструкций собираемых изделий с выполнением соответствующих размерных расчетов и устанавливаются рациональные методы обеспечения требуемой точности сборки. Определяются вероятное количество деталей и узлов, непригодных для взаимозаменяемой сборки (при сборке по методу неполной взаимозаменяемости), размеры регулирования и пригонки.

4. Определяется целесообразная в данных условиях производства степень дифференциации проектируемого процесса сборки.

5. Устанавливается последовательность соединения всех сборочных единиц и деталей изделия и составляются схемы общей сборки и узловых сборок изделия.

6. Определяются наиболее производительные, экономичные и технически целесообразные способы соединения, проверки положений и фиксации всех составляющих изделие сборочных единиц и деталей. Составляется содержание технологических операций сборки и задаются методы контроля и окончательных испытаний изделия.

7. Разрабатывается необходимая для выполнения технологического процесса технологическая оснастка (приспособления, режущий, монтажный, контрольно-измерительный инструмент и оборудование).

8. Производится техническое нормирование сборочных работ и рассчитываются экономические показатели процесса сборки.

9. Оформляется техническая документация процесса сборки.

2.2 Анализ исходных данных для проектирования технологического процесса сборки

Исходными данными для разработки технологического процесса сборки являются: 1) программа выпуска изделий и условия осуществления технологического процесса; 2) сборочные чертежи изделия, узлов; каталоги и спецификации деталей, входящих в изделие; 3) технические условия сборки и

84

испытания изделия; 4) рабочие чертежи деталей, входящих в изделие; 5) объем кооперирования; 6) каталоги и справочники по сборочному оборудованию и технологической оснастке; 7) образец собираемого изделия (в серийном и массовом производствах); 8) данные о сборочном производстве, где предполагается изготовить изделие (для действующего предприятия).

Разработка ТП сборки производится с учетом основных правил, изложенных в ГОСТ 14.307-73, и включает в себя комплекс взаимосвязанных работ, осуществляемых в приведенном ниже порядке.

1. Определение серийности и организационной формы сборки. В зависимости от размера программного задания и ориентировочной трудоемкости, пользуясь схемой (рис.2.1), можно определить серийность и форму организации будущего производства. Ориентировочно трудоемкость сборки машины можно определить методом сравнения с трудоемкостью сборки аналогичных машин.

Рис.2.1 Определение серийности и организационной формы сборки

2. Технологический анализ сборочных чертежей. Сборочные чертежи должны содержать все сведения, необходимые для сборки, в частности: все необходимые проекции и разрезы; номера и спецификации всех деталей и узлов; размеры, выдерживаемые при сборке (остальные размеры в сборочных

85

чертежах не указываются); зазоры в соединениях, которые должны быть обеспечены при сборке; массу изделия; технические условия сборки отдельных узлов и всего изделия в целом.

На данном этапе анализируются конструкции сборочных единиц с точки зрения их технологичности. Под технологичностью конструкции изделия понимается совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций изделий того же назначения при обеспечении установленных значений показателей качества и принятых условиях изготовления, эксплуатации и ремонта. К условиям изготовления или ремонта изделия относятся тип, специализация и организация производства, годовая программа и повторяемость выпуска, а также применяемые технологические процессы.

Особое внимание на стадии технологической подготовки производства следует уделить производственной технологичности конструкции, т.е. технологичности конструкции изделия, определяемой применительно к его изготовлению. Правила обеспечения технологичности конструкции сборочных единиц установлены ГОСТ 14.203-73 и предусматривают нижеследующие требования к оформлению конструкции: возможность сборки машин из обособленных сборочных единиц без повторной разборки, максимальное применение стандартных и унифицированных сборочных единиц и деталей, сокращение объема пригоночных работ, возможность снижения трудоемкости, сокращение длительности цикла узловой и общей сборки и снижение ее себестоимости. Кроме того, конструкцией должны предусматриваться места для удобного и надежного захвата сборочных соединений и тяжелых деталей грузоподъемными устройствами, а также возможность удобного подвода механизированного сборочного инструмента.

2.3 Обеспечение технологичности конструкции соединения и сборочной единицы

При выборе вида соединения следует учитывать затраты труда, материалов и энергии на образование соединения конструктивных элементов и возможность использования тех видов соединений, которые ранее приняты и освоены в данных производственных условиях, обеспечены современными средствами технологического оснащения и обладают достаточными технико-эксплуатационными характеристиками [4].

Требования к неразъемным соединениямКонструкция неразъемного соединения должна разрабатываться с

учетом ее влияния на производственную технологичность конструкции изделия.

86

При выборе вида неразъемного соединения из числа соединений, обладающих равной прочностью, стойкостью к внешним воздействиям и т.п., следует предпочитать то соединение, которое может быть образовано при минимальных затратах ресурсов и является более рациональным технологически при выполнении операций контроля.

При выборе материалов для формирования соединения необходимо учитывать возможное изменение их физико-механических характеристик в процессе образования соединений. Характеристики применяемых материалов и формы заготовок, как правило, должны быть такими, чтобы в результате выполнения соединительных операций не возникала необходимость в дополнительных операциях обработки и контроля.

В конструкции соединения следует исключать сложную и необоснованно точную обработку сопрягаемых поверхностей.

Требования к разъемным соединениямКонструкция разъемного соединения должна разрабатываться с учетом

ее влияния на производственную, эксплуатационную и ремонтную технологичность конструкции изделия

При выборе вида разъемного соединения из числа соединений, обладающих равными технико-эксплуатационными характеристиками, следует применять тот вид соединения, который требует наименьших затрат на выполнение операций монтажа и демонтажа в условиях производства, транспортирования, технического обслуживания и ремонта.

В конструкции соединения следует использовать такие формы конструктивных элементов и материалы, которые позволяют формировать или расформировывать соединение минимальным числом операций монтажа и демонтажа и исключать при этом необходимость последующей дополнительной обработки элементов соединения и возможность снижения его надежности в эксплуатации.

Технологичность конструкции сборочной единицыКонструкция сборочной единицы должна удовлетворять требованиям

изготовления, эксплуатации и ремонта наиболее производительными и экономичными способами при заданных условиях производства, эксплуатации и ремонта. Конструкция сборочной единицы отрабатывается на технологичность комплексно, учитывая взаимозависимость производственной, эксплуатационной и ремонтной технологичности составных частей сборочной единицы, а также изделия, в которое данная сборочная единица входит как составная часть.

Технологичность конструкции сборочной единицы рассматривается относительно всего изделия и его составных частей с учетом условий сборки, испытания, монтажа вне предприятия-изготовителя, технического обслуживания и ремонта. При обеспечении технологичности сборочных единиц следует учитывать их функциональное различие в составе изделия.

87

Сборочные единицы могут быть составной частью изделия и не выполнять самостоятельных функций (например, корпус клапана с запрессованной втулкой), либо выполнять самостоятельные функции (например, редукционный клапан насоса в отдельном корпусе; насос в отдельном корпусе относительно двигателя и т.д.).

Уровень технологичности конструкции определяют для всех сборочных единиц, для которых в техническом задании установлены базовые показатели технологичности. Состав показателей технологичности, используемых для отработки конструкции сборочной единицы и определения уровня ее технологичности, и состав базовых показателей должны полностью совпадать.

Требования к составу сборочной единицыСборочная единица должна расчленяться на рациональное число

составных частей с учетом принципа агрегирования, а ее конструкция компоноваться из стандартных и унифицированных частей и исключать необходимость применения сложного технологического оснащения. Виды используемых соединений, их конструктивное оформление и месторасположение выбирают с учетом требований механизации и автоматизации сборочных работ.

В конструкции сборочной единицы и ее составных частей, имеющих массу более 16 кг, необходимо наличие конструктивных элементов для удобного захвата грузоподъемными средствами, используемыми в процессе сборки, разборки и транспортирования. В конструкции сборочной единицы предусматривается базовая составная часть, которая является основой для расположения остальных составных частей изделия. Форма базовой составной части должна быть удобной для правильной установки ее на рабочем месте сборки: в стапеле, приспособлении, на рабочем столе, сборочной площадке и т.д.

В конструкции базовой составной части необходимо предусматривать возможность использования конструкторских баз в качестве технологических и измерительных.

Компоновка конструкции сборочной единицы должна обеспечивать сборку изделия при неизменном базировании составных частей и исключать их промежуточные разборки и повторные сборки.

В компоновке составных частей сборочной единицы предусматривают удобный доступ к местам, требующим контроля, регулирования и проведения других работ, регламентированных технологией подготовки изделия к использованию по назначению, технического обслуживания и ремонта.

Компоновка сборочной единицы и способы соединений должны обеспечивать легкосъемность быстросменных составных частей.

При выборе компоновки сборочной единицы необходимо предусматривать рациональное расположение такелажных узлов, монтажных опор и других устройств для обеспечения транспортабельности изделия.

88

Число поверхностей и мест соединений составных частей должно быть по возможности минимальным, а места соединений составных частей доступными для механизации сборочных работ и контроля качества соединений.

Требования к точности и методу сборкиТочность расположения составных частей должна быть обоснована и

взаимосвязана с точностью их изготовления.Метод сборки для данного объема выпуска и типа производства

выбирают на основании расчета и анализа размерных цепей. Расчет размерных цепей следует проводить, используя метод максимума - минимума или вероятностный. Метод максимума - минимума применяют при расчете коротких размерных цепей (с числом звеньев менее пяти) с высокой точностью замыкающего звена или многозвенных размерных цепей с малой точностью замыкающего звена.

При выборе метода сборки следует учитывать трудоемкость изделия в сборочных работах и затраты на изготовление составных частей с точностью, необходимой для данного метода сборки. Методы сборки располагаются по убывающей производительности труда сборочных работ в следующем порядке: с полной взаимозаменяемостью; с неполной взаимозаменяемостью; с групповой взаимозаменяемостью; с регулированием компенсаторами; с пригонкой.

В конструкции необходимо предусматривать устройства, обеспечивающие заданную точность относительного расположения составных частей (центрирующие, фиксирующие, компенсирующие и др.). Пределы регулирования и параметры компенсаторов рассчитывают на основе теории размерных цепей. Компенсирующие, центрирующие и фиксирующие устройства должны иметь простую конструкцию и свободный доступ для рабочего и контрольного инструментов.

Требования к конструкции при автоматизированном процессесборки

При разработке сборочной единицы необходимо стремиться к простоте ее конструкции, блочности построения, возможности присоединения деталей к базовой простейшим движением (по возможности вдоль одной оси), обеспечению полной взаимозаменяемости деталей по сопрягаемым поверхностям, выполнению точностных требований к деталям для осуществления правильного их базирования, возможности автоматического ориентирования и загрузки деталей.

Технологичность конструкции сборочной единицы определяется возможностью узловой последовательной сборки, технологичностью видов соединений и точностными показателями. При этом технологичность конструкции деталей рассматривается по группам признаков, характеризующих устойчивость формы и поверхности деталей к различным

89

воздействиям, удобство ориентирования и загрузки, возможность базирования и собираемость.

2.4 Установление последовательности и содержания сборочныхопераций и составление схем сборки

При выполнении этой работы целесообразно исходить из следующих принципов:

-сборочная единица не должна расчленяться как в процессе сборки, так и в процессе дальнейшей транспортировки и монтажа;

-габаритные размеры сборочных единиц должны устанавливаться исходя из необходимости обеспечения возможности их сборки и с учетом наличия технических средств их транспортировки;

-сборочным операциям должны предшествовать подготовительные и пригоночные работы, связанные срезанием металла, которые сводятся в отдельные операции и должны производиться на специальном рабочем месте или даже в механическом цехе на станках;

-сборочная единица не должна состоять из большого числа деталей и сопряжений; в то же время излишнее «дробление» машины на сборочные единицы нерационально, так как это усложняет процесс комплектования при сборке, создает дополнительные трудности в организации сборочных работ;

-большинство деталей машин должно войти в те или иные сборочные единицы с тем, чтобы сократить число отдельных деталей, подаваемых непосредственно на сборку; исключение составляют базовые детали, а также некоторые детали крепления;

-изделие следует расчленить таким образом, чтобы конструктивные условия позволяли осуществлять сборку наибольшего числа сборочных единиц независимо одну от другой и без ущерба для эксплуатации машины; такое расчленение обеспечит и лучшую ремонтопригодность изделий.

Трудоемкость сборки большинства сборочных единиц должна быть приблизительно одинакова.

Последовательность сборки в основном определяется конструкцией изделия, компоновкой деталей и методами достижения требуемой точности и может быть представлена в виде технологической схемы сборки, являющейся условным изображением порядка комплектования изделия и узлов при сборке. Схемы сборки позволяют наглядно представить весь технологический процесс, проверить правильность намеченной последовательности операций. На этих схемах каждый элемент изделия обозначен прямоугольником, в котором указываются наименование составной части, ее индекс и количество (рис.2.2а).

Деталь (или ранее собранная сборочная единица), с которой начинают сборку изделия, присоединяя к ней другие детали или сборочные единицы, называется базовой деталью (или базовой сборочной единицей). Процесс

90

сборки изображается на схеме горизонтальной линией в направлении от прямоугольника с изображением базовой составной части до прямоугольника, изображающего готовое изделие (или сборочную единицу). Выше горизонтальной линии показываются в порядке последовательности сборки прямоугольники, условно обозначающие детали, а ниже - прямоугольники, условно изображающие сборочные единицы. Для каждой сборочной единицы первого и более высоких порядков могут быть построены аналогичные схемы (рис.2.2б-г).

Технологическая схема сборки является основой для проектирования технологического процесса сборки. При сборке сложного изделия иногда бывает целесообразно сначала разработать общую схему сборки изделия и после этого - схемы узловых сборок (т.е. сборки соединений 1-го, 2-го и более высоких порядков). Учитывая, что некоторые крупные изделия транспортируются к заказчику в разобранном виде, при разработке технологической схемы сборки таких изделий одновременно составляется и схема их демонтажа.

После разработки схем сборки устанавливается состав необходимых сборочных, регулировочных, пригоночных, подготовительных и контрольных работ и определяется содержание технологических операций и переходов.

В условиях единичного производства ограничиваются разработкой маршрутных технологических карт и в работе в значительной мере руководствуются технологическими схемами сборки.

Сборка выполняется высококвалифицированными рабочими, которые сами выбирают приемы сборочных работ, пользуясь чертежом изделия. При этом широко применяются пригоночные работы. В тяжелом машиностроении при единичном производстве основными технологическими документами часто служат схемы общей сборки изделия и

схемы узловых сборок, в которых указываются: трудоемкость работы, вид оснастки, цех, из которого поступают детали, и т.п. При этом на выполнение отдельных ответственных операций (запрессовка крупных деталей, испытания и т.п.) составляются типовые инструкции. В работе широко используются универсальное сборочное оборудование и инструменты. В

91

Рис.2.2 Технелогические схемы сборки изделия (а) и сборочных единиц более высоких порядков

(б-г)

серийном производстве разрабатываются маршрутно-операционные и операционные технологические карты и при необходимости выпускаются технологические инструкции, комплектовочные карты, ведомость оснастки и другие документы.

Процесс сборки расчленяется на общую сборку и сборку узлов, а также на технологические операции и переходы, а в крупносерийном производстве - и на приемы. Доля пригоночных работ сокращается за счет широкого применения регулировки размеров с помощью разнообразных компенсаторов, а в крупносерийном производстве - применения селективной сборки и методов неполной взаимозаменяемости.

При формировании технологической операции в ее состав по возможности включаются однородные работы, что способствует специализации сборщиков и повышению производительности их труда. В целях синхронизации операций, необходимой для организации поточной сборки и крайне желательной при всех формах ее организации, состав технологической операции устанавливается с учетом трудоемкости отдельных элементов сборочных работ. При трудоемкости операции, превышающей установленный такт сборки, операция дополнительно расчленяется и из ее состава выделяются отдельные переходы и переносятся в другие операции, имеющие трудоемкость меньше такта сборки.

Пригоночные работы, испытания и контроль выделяются в отдельные операции сборки. При этом особое внимание должно быть уделено анализу возможности и целесообразности перенесения максимального количества подготовительных и пригоночных работ в механические цехи или измерительные лаборатории, где подобные работы могут быть выполнены на станках и точных установках более производительно и качественно (например, плоское шлифование компенсирующих шайб и прокладок на требуемый размер компенсации, рассортировка деталей по размерам сборочных групп и раскладка их по соответствующим ящикам и т.п.).

2.5 Установление норм времени на сборочные операциии оформление технологической документации

Важной составной частью разработки технологического процесса является нормирование слесарно-сборочных работ.

Расчет нормы штучного времени на операцию производится по формуле

, где Топ-оперативное время на операцию,

определяемое соотношением Tоп=Тосн+Твспом; Аобс-время на обслуживание рабочего места (в процентах от оперативного времени); Аотд-время на отдых и личные надобности (в процентах от оперативного времени); К-поправочный

92

коэффициент на оперативное время, учитывающий количество приемов, выполняемых этим рабочим.

Нормирование сборочных работ ведется по нормативам времени на слесарно-сборочные работы.

При сборке изделий партиями определяется штучно-калькуляционное время по формуле Тш-к=Тш+Тп-з/n, где Тп-з-подготовительно-заключительное время на партию деталей. При поточной сборке в состав штучного времени включается время Тт-на перемещение собираемого изделия (при периодически движущемся конвейере) и на возвращение рабочего в исходную позицию (при непрерывно движущемся конвейере). Если Тт

перекрывается другими элементами штучного времени, то оно не учитывается.

На основе норм штучного или штучно-калькуляционного времени определяются трудоемкость сборки всего изделия, а также количество рабочих мест или позиций и потоков, необходимых для сборки одинаковых изделий.

При сборке в условиях поточного производства длительность операции должна быть равной или кратной такту сборки машины. Обеспечение синхронизации операций часто требует корректировки ранее принятых решений: изменения последовательности сборки; частичного изменения содержания операций путем их совмещения или расчленения, применения более производительных средств оснащения технологического процесса и др.

Трудность совершенствования технического нормирования в сборочных цехах объясняется значительно меньшим, чем в механических и заготовительных производствах, объемом машинного времени в структуре нормы времени. Это затрудняет внедрение технически обоснованных норм, что делает норму более зависимой от субъективных оценок нормировщиков. Основным направлением совершенствования нормирования слесарно-сборочных работ при изготовлении однотипных изделий является централизация и типизация нормирования времени.

2.6 Расчет основных показателей процесса сборки

Такт выпуска-интервал времени, через который периодически производится выпуск изделий. Номинальный такт (мин/шт.) определяется соотношением Тн=60Ф/Nг, где Ф=ДСТсмр-годовой фонд рабочего времени, ч; Nг-годовая производственная программа, шт.; Д-число рабочих дней в году; С-число рабочих смен за день; Тсм-длительность смены, ч.; р-коэффициент, учитывающий потери времени на ремонт оборудования. При двухсменной работе Ф=4140 ч, при односменной - Ф=2070 ч.

Действительный такт (мин/шт.) выражается формулой Тд=60ДС(Тсмр-Тоб-Тотд)/Nг, где Тоб-потери времени в течение смены на обслуживание рабочих

93

мест, ч; Тотд-потери времени на перерывы в работе для отдыха и естественных надобностей рабочих в течение смены, ч.

Ритм выпуска-количество изделий определенного наименования, выпускаемых в единицу времени: номинальный ритм (шт./мин) Rн=l/Тн, действительный ритм (шт./мин) Rд=l/Тд

Производительность сборочного рабочего места (шт./мин)-количество объектов (узлов или изделий), собираемых на рабочем месте в единицу времени, определяется по формуле Q=tBn/Tш, где t-рабочее время, к которому отнесена производительность, мнп; Вп-число рабочих, выполняющих операцию на данном рабочем месте; Тш-штучное время выполнения сборочной операции, мин.

Коэффициент загрузки-степень загруженности производительной

работой: рабочего места (поста) , поточной линии сборки

Коэффициент качества сборочного процесса Ккач.сб=(То+Тр+Тшт)/Тсб, где То-трудоемкость сборочных операций, требующих простого сочленения деталей; Тр-трудоемкость операций по регулированию сопряжений, производимому перемещением или поворотом деталей с последующим их закреплением; Тшт-трудоемкость операций подобно предыдущим, но с последующей штифтовкой без разборки; Тсб-общая трудоемкость сборки.

Чем больше коэффициент качества, тем выше уровень технологического процесса.

Коэффициент расчлененности сборочного процесса Красчл=Тсб.ед/Тсб, где Тсб.ед-суммарная трудоемкость сборки сборочных единиц. Чем больше Красчл, тем выше качество сборочного процесса.

Коэффициент значимости пригоночных работ Кпр=Тпр/Тс.сб, где Тпр-трудоемкость пригоночных работ; Тс.сб-трудоемкость собственно сборочных операций. Чем меньше Кпр, тем выше качество сборочного процесса.

Коэффициент трудоемкости слесарно-сборочных работ Ктр=Тсл.сб/Тмсб, где Тсл.сб-трудоемкость слесарно-сборочных работ; Тмсб-общая трудоемкость механосборочных работ по данному изделию.

2.7 Автоматизация сборочных работ

Большая доля затрат времени на сборочные работы в общей трудоемкости изготовления машин и длительность общего цикла сборки делают особенно актуальной проблему автоматизации сборочных работ. Значение решения этой проблемы определяется не только задачами повышения качества продукции, экономичности ее производства и повышения производительности труда, но связано также с решением 94

важнейшей социальной задачи-уменьшения, а затем и ликвидации утомительного физического ручного труда, достигающего в сборочных процессах 60-80%.

Опыт отечественной и зарубежной промышленности показывает, что при автоматизации сборки мелких и средних изделий стоимость сборки снижается на 55-65%. Автоматизация сборки экономически оправдывается, если затраты на ее организацию окупаются за счет заработной платы высвобождаемых рабочих в течение полутора лет. При этом одновременно решается чрезвычайно важная задача снижения потребности предприятия в рабочей силе, дефицит которой остро ощущается в отечественной промышленности. Несмотря на большое значение автоматизации сборочных работ, она получила в отечественной промышленности сравнительно небольшое распространение. Это объясняется рядом специфических трудностей, важнейшие из которых приводятся ниже.

Основная часть продукции машиностроения, достигающая 75-80% от общего выпуска, производится в условиях серийного и мелкосерийного типов производства при достаточно частой смене изделий. Опыт проведения автоматизации сборочных работ показывает, что она хорошо окупается при достаточно большой программе выпуска (табл.2.2).

Таблица 2.2

Минимальная программа выпуска изделий в условиях автоматической сборки

Наименьший размер детали,

мм

Максимальная продолжительность цикла, с

Программа выпуска, тыс шт./год

До 100 7 800100-300 18 320

Более 300 30 200

В обычных условиях серийного машиностроения для обеспечения экономической эффективности автоматической сборки должны создаваться дешевые, гибкие, быстропереналаживаемые сборочные автоматы, собираемые из унифицированных и типовых деталей и узлов, выпускаемых в централизованном порядке. Конструкции таких автоматов созданы, однако их серийное производство в должном масштабе еще не налажено.

Большинство сборочных операций по своему характеру и технологической сущности проще многих операций механической обработки. Тем не менее, при автоматизации сборочных процессов часто возникают большие трудности, которые прежде всего связаны с подачей деталей, их точным направлением, ориентированием и фиксацией. Необходимость автоматического выполнения этого комплекса вспомогательных движений в условиях стесненного рабочего пространства является причиной

95

значительного усложнения схем и конструкций сборочных автоматов и снижения их надежности.

Конструкция изделий, собирающихся методами ручной сборки, во многих случаях оказывается непригодной для организации автоматической сборки. Возможность автоматизации сборки должна учитываться, начиная с первой стадии проектирования машины или механизма. Например, в связи с тем что экономическую эффективность автоматизации сборочных работ трудно обеспечить при малом числе сборочных позиций, желательно при конструировании создавать сборочные единицы (изделия и узлы) с числом деталей в пределах от 4 до 12.

При организации автоматической сборки изделия, выпускающегося методами ручной сборки, требуется существенная переработка его конструкции в соответствии со специфическими требованиями технологичности, связанными с автоматизацией сборочных процессов: базовая деталь должна быть устойчивой, с низко расположенным центром тяжести; необходимо уменьшить количество направлений, в которых устанавливаются детали при сборке узла (в лучшем случае установка деталей должна производиться в одном направлении); нужно создать на деталях искусственные технологические базы, позволяющие облегчить их ориентирование и соединение, если с этой целью не могут быть использованы конструкторские базы; желательно объединить конструкции нескольких деталей в одну более сложную, что позволяет в ряде случаев уменьшить количество сборочных операций, придать собираемым деталям симметричные и простые формы (это во многом упрощает загрузочные, ориентирующие, фиксирующие и транспортирующие устройства сборочных автоматов), а если это возможно, создать у деталей смещенный центр тяжести, что облегчит ориентацию в загрузочных устройствах и т.п.

При проведении общей линии на создание блочных конструкций изделий в конкретных условиях автоматизированной сборки выделение узловой сборки может усложнить общую автоматизированную сборку в связи с возникновением затруднений по выдаче, ориентированию, захвату и переносу готовых узлов к месту их присоединения к базовой детали изделия. При этом узлы сложной конфигурации часто нельзя выдавать из буккерных питателей и приходится ставить вручную в строго ориентированном положении на лотки, в кассеты и магазины. В связи с этим в отдельных конкретных случаях создания общей автоматизированной сборки может оказаться целесообразным отказаться от принципа узловой сборки. На рис.2.3 приведена структурная схема требований к оборудованию для автоматической сборки изделий.

96

Рис.2.3 Структурная схема задач, решаемых при создании оборудования для автоматической сборки

При автоматической сборке наибольшее применение находит метод полной взаимозаменяемости (для короткозвенных размерных цепей). Метод обеспечивает наиболее простую конструкцию сборочного оборудования с высокой производительностью и надежностью его работы.

Метод неполной взаимозаменяемости для короткозвенных размерных цепей находит ограниченное применение при автоматической сборке ввиду возможности появления брака и заклинивания деталей в процессе их сборки. Экономически целесообразно применять этот метод для размерных цепей, у которых число звеньев находится в пределах 5-10.

Метод групповой взаимозаменяемости (селективная сборка) в автоматической сборке применяется тогда, когда необходимо обеспечить весьма высокую точность сопряжения деталей (например, подшипников качения). Схема автоматического оборудования с использованием данного метода значительно усложняется за счет введения измерительно-сортировочных и комплектовочных устройств.

Метод регулирования при автоматической сборке имеет ограниченное применение. Схема и конструкция оборудования усложняются за счет введения регулировочных и контрольных устройств.

Метод пригонки при автоматической сборке нецелесообразен.

2.7.1 Разработка технологического процесса автоматической сборки

Разработка ТП автоматической сборки осуществляется в следующей последовательности: изучение сведений о качестве изделий, действующей

97

технологии изготовления деталей и об их контроле; выявление операций, оказывающих наибольшее влияние на качество собираемых изделий; изучение видов соединений и режимов сборки, конструкторских баз, условий ориентации и подачи элементов на позицию сборки; экономическая оценка; принятие предварительного решения о возможности автоматической сборки изделия; выявление оптимальной степени расчленения изделия и определения возможных мер по повышению технологичности его конструкции для условий автоматической сборки; выбор метода автоматической сборки соединений; разработка технологических вариантов схем сборки, содержащих сведения о целесообразности и возможности концентрации и дифференцирования операций, а также вариантов схем базирования деталей и их закрепления; выбор загрузочных и ориентирующих устройств, механизмов контроля, сборочных головок, транспортных устройств и т.д. На основе технико-экономического анализа возможных вариантов осуществляется выбор наиболее рационального варианта технологического процесса сборки.

Типовой процесс автоматической сборки изделия состоит из следующих переходов: загрузка сопрягаемых деталей в бункерные загрузочные или транспортирующие устройства с предварительной их ориентацией при выдаче на сборочные позиции через точки и отсекатели; ориентация в пространстве с требуемой точностью положения поверхностей сопрягаемых деталей на сборочной позиции; соединение и фиксация сопряженных деталей или сборочной единицы; контроль требуемой точности относительного положения сопряженных деталей, или сборочной единицы; разгрузка и транспортировка готовой сборочной единицы.

При проектировании технологического процесса автоматической сборки предусматривается необходимость автоматизации всех переходов технологической операции, обеспечения наименьшего числа перемен положения деталей в процессе сборки, построения технологического процесса по поточному принципу и чередования сборочных операций и переходов с контрольными.

ТП начинается с подачи деталей на сборочную позицию в заданном положении; для этого используются соответствующие ориентирующие устройства пассивной и активной ориентации. В первом случае неправильно ориентированные детали сбрасываются с лотка вибрационного бункера. При активном ориентировании специальные устройства в механизмах питания принудительно устанавливают детали в правильное положение, что требует затрат

98

Рис.2.4 Технологическая схема автоматической узловой сборки

некоторого времени, в течение которого перед устройством ориентации образуется очередь подаваемых деталей.

Установка базовых деталей на сборочной позиции производится в соответствии с правилом шести точек со строгим учетом необходимости обеспечения стабильного положения сопрягаемых поверхностей при колебании размеров деталей в пределах установленных допусков. В ряде случаев установка производится в два этапа: предварительная установка и ориентация и окончательное фиксирование.

Разработка ТП автоматической сборки должна быть детальной с построением соответствующей схемы сборки. Каждая операция процесса, изображенная на технологической схеме сборки, определяет вид рабочей позиции оборудования. Технологическая схема с соответствующими характеристиками отдельных операций и переходов является основой для проектирования автоматического сборочного оборудования. На схеме сборки (рис.2.4) собираемые детали и сборочные единицы изображены прямоугольниками, а операции - кружками с последовательной нумерацией. Операции, определяющие позиции сборочного оборудования, на схеме обозначены буквами: П - подача и установка детали; К - контроль; О - обработка; 3 - закрепление; В - выдача собранного узла; У - удаление недоброкачественных узлов.

Продолжительность каждой операции определяется с учетом конструкции соединения, характера сопряжения, траектории и скорости рабочего движения исполнительных органов сборочного оборудования.

При проектировании ТП автоматической сборки сначала разрабатывается дифференцированный вариант. При этом для каждой операции определяются вид исполнительного механизма и продолжительность исполнения каждой операции. Затем рассматривается возможность концентрации операций с целью уменьшения рабочих позиций автоматического оборудования. При концентрации операций необходимо учитывать, что это может привести к излишнему усложнению конструкции оборудования, снизить надежность его работы, а также затруднить наладку и эксплуатацию сборочной установки.

99

Наличие типовых процессов позволяет выполнить компоновку оборудования таким образом, что при минимальной переналадке на одном автомате будут собираться последовательно группы узлов различной, но принципиально схожей конструкции. В этом случае базовые детали

собираемых сборочных единиц устанавливаются в переналаживаемые приспособления, которыми оснащается автомат.

Наиболее сложным и ответственным переходом при автоматической сборке является взаимная ориентация деталей на сборочной позиции. При этом детали должны расположиться относительно друг друга так, чтобы их можно было беспрепятственно собрать последующим движением. К способам ориентации предъявляются требования, чтобы колебания размеров деталей в пределах их допусков мало отражались на положении деталей. Существуют два метода реализации относительного ориентирования деталей перед сборкой: жесткое базирование и самоориентация.

Пример жесткого базирования деталей при сопряжении валика с втулкой приведен на рис.2.5. Втулка подается снизу, а валик - сверху (рис.2.5а). Втулка имеет наружный диаметр D с допуском Тн, величина диаметра может колебаться в пределах от Dм до D6 (рис.2.5б), и внутренний диаметр d0 с допуском Тв может колебаться от d0м. до d0б. Кроме того, отверстие может располагаться эксцентрично по отношению к наружной поверхности на величину е. Плоские неподвижные упоры для втулки и валика могут располагаться как с противоположных сторон сборочной позиции (рис.2.5б), так и с одной стороны (рис.2.5г). Последний способ расположения упоров менее удобен для размещения подводящих лотков.

Левое предельное положение крайней правой точки а отверстия втулки будет тогда, когда втулка имеет наименьший наружный диаметр Dм, отверстие во втулке имеет наименьший диаметр d0м и наибольший эксцентриситет е располагается по горизонтальной оси влево от оси втулки

100

I-жесткое базирование втулки слева; II-жесткое базирование валика справа; III-

жесткое базирование валика слеваРис.2.5 Жесткое базирование при

автоматической сборке валика и втулки

(рис.2.5а). При этих условиях расстояние от неподвижного плоского упора

для втулок до крайней правой точки а отверстия (1)

Очевидно, что при расположении упоров с противоположных сторон упор валиков должен быть установлен на расстоянии h от упора для втулок. Когда упор размещен вправо от точки а, валик при опускании может встретить край втулки. Правое предельное положение левой точки отверстия втулки будет тогда, когда втулка имеет наибольший наружный диаметр Dб, отверстие во втулке имеет наименьший размер dом и наибольший эксцентриситете располагается по горизонтальной оси вправо от оси втулки (рис.2.5б).

Тогда расстояние от неподвижного плоского упора для втулки до

крайней левой точки b отверстия (2)

При расположении упоров с одной стороны расстояние между ними должно быть равно h1 (рис.44г).

Если валик имеет наружный диаметр dв.б не превышающий величины a-b (рис.2.5а,б), и при расположении упоров на расстояниях, найденных по формулам (1) и (2), сопряжение валика со втулкой гарантировано. При этом наименьший гарантированный зазор соединения определяется из выражения

(3)Если допуски на размеры сопрягаемых деталей не удовлетворяют

условию (3), то для осуществления автоматической сборки на сопрягаемых деталях необходимо предусмотреть фаски, величина которых определяется по формуле с = Тн/2+ 2е.

Очень ответственной является взаимная ориентация деталей винтовых соединений, так как в условиях автоматической сборки при использовании механизированных винтозавертывающих устройств в случае переноса деталей возможен срыв резьбы.

Пример взаимной ориентации деталей винтового соединения изображен на рис.2.6. Винт находится в ориентирующем устройстве, а гайка центрируется на сборочной позиции установленным подпружинным фиксатором. Ориентирующее устройство и центрирующий фиксатор с определенной точностью центрируются друг относительно друга.

Смещение е собираемых резьбовых деталей определяется на основании расчета размерной цепи погрешностей базирования (рис.2.6а): е=е1+ е2+е3, где е1-погрешность расположения осей базирующего и ориентирующего элементов, допущенная при изготовлении сборочной установки;

-наибольшее смещение оси винта относительно оси

101

ориентирующего устройства; -наибольшее смещение оси гайки относительно оси установочного пальца, Тв-допуск на обработку наружной поверхности винта; в-гарантированный зазор между ориентирующим устройством и винтом; Тор-допуск на обработку отверстия ориентирующего устройства; г-гарантированный зазор между отверстием гайки и установочным пальцем; Тг-допуск на обработку отверстия гайки; Тф-допуск на изготовление фиксатора.

Максимально допустимое параллельное смещение осей резьбовых поверхностей собираемых деталей, при котором возможно сопряжение деталей, определяется выражением: е1+ е2+е30,325S, где S-шаг резьбы. При наличии на сопрягаемых винтовых поверхностях фасок параллельное смещение может быть допущено несколько большей величины.Кроме параллельного смещения при автоматической сборке резьбовых соединений может произойти перекос осей (рис.2.6б), когда первый виток

винта попадает в канавку гайки через шаг и происходит заедание и срыв резьбы. Значение угла перекоса винта β в этом граничном случае может быть определено по формуле , где d-наружный диаметр резьбы.

Методы жесткого базирования в ряде случаев автоматической сборки не могут гарантировать полного сопряжения деталей, поэтому для повышения надежности сборки при ее автоматизации применяются методы самоориентации (самоискания). Примером устройства для самоориентации собираемых деталей может служить вибрационное устройство, схема которого приведена на рис.2.7. Данное устройство имеет два электромагнита, расположенных перпендикулярно друг другу, якоря которых жестко связаны с исполнительным элементом сборочного приспособления. Электромагниты 1 прикреплены к основанию приспособления. Одна из сопрягаемых деталей 4 жестко крепится к подвижной платформе 3 приспособления, с которой соединены якоря 2 электромагнитов. Другая сопрягаемая деталь подается в направлении, перпендикулярном к плоскости чертежа.

102

Рис.2.6 Автоматическая сборка винтового соединения

Катушки электромагнитов 1 включены в сеть через полупроводники, обеспечивающие сдвиг тока в катушках по фазе на 90° и переменное действие электромагнитов. При этом якоря 2 попеременно притягиваются к сердечникам катушек электромагнитов 1, а после их включения платформа 3 с деталью 4 возвращается в исходное положение под действием пружины 5. Это обеспечивает перемещение детали 4 по траектории, близкой к окружности, и надежное сопряжение собираемых деталей.

Новым направлением в технологии автоматической сборки является широкое совмещение сборочных работ с процессами изготовления сопрягающихся деталей, а также введение при сборке на автоматах операций по совместной обработке деталей узла.

Автоматическая сборка осуществляется на сборочных установках, применяемых в настоящее время главным образом для сборки сравнительно небольших узлов в крупносерийном и массовом производствах.

К числу основных узлов автоматического сборочного оборудования относятся: 1) загрузочные бункера или магазинные устройства, содержащие запас собираемых деталей; 2) ориентирующие устройства, выдающие детали в ориентированном положении на сборочную позицию; 3) механизмы питания, подающие ориентированные детали на сборочную позицию; 4) сборочные позиции, принимающие ориентированные детали от механизмов питания и удерживающие их в определенном положении до осуществления сопряжения; 5) механизмы для выполнения сопряжения и закрепления соединений (прессы, винтозавертывающие, сборочные и тому подобные устройства). Если сборка многопозиционная, то в состав установки входит еще механизм межоперационного транспортирования в виде поворотного стола (сборочные автоматы) или транспортера (автоматические сборочные линии).

При селективной сборке в состав сборочной установки входит еще контрольно-сортировочный автомат для измерения и сортировки на размерные группы одной или нескольких деталей перед сборкой узла.

Детали простой конфигурации (шайбы, диски, валики, втулки, колпачки и т.п.) мелких и средних размеров подаются на сборочную позицию из бункера, в который они засыпаются в количестве, необходимом на несколько часов работы. Более сложные детали загружаются в магазины. Крупные и сложные детали (корпусы, картеры) устанавливаются на сборочную позицию

103

Рис.2.7 Вибрационное устройство для самоориентации

собираемых деталей

вручную. При этом особое внимание обращается на контроль установки деталей в исходных конечных положениях.

В отличие от автоматических линий механической обработки в автоматических сборочных линиях не предусматривается создание заделов собираемой продукции между отдельными сборочными позициями, так как сборочный инструмент не требует частой смены и регулировки.

Выбор типа сборочного оборудования в значительной степени зависит от конструкции собираемого узла, годового выпуска изделий и стабильности их производства. Ниже приведены значения годового выпуска изделий в тысячах штук при использовании различных типов сборочного оборудования: сборочные приспособления, механизированный инструмент (гайковерты, винтоверты и т.п.)-до 20; сборочные устройства с механизированной подачей деталей к месту сборки-20-100; однопозиционные полуавтоматы-100-200; многопозиционные полуавтоматы и автоматы-200-1000; автоматические сборочные линии-св.1000.

Многопозиционные сборочные полуавтоматы и автоматы применяются для сборки узлов средней сложности с числом сборочных позиций не более восьми.

Для обеспечения экономической эффективности автоматизации сборки необходима стабильность выпускаемой продукции не менее, чем в продолжение двух лет.

Развитие работ по автоматизации сборки в значительной мере сдерживается необходимостью индивидуального проектирования и изготовления большого количества специального оборудования. Это приводит к удлинению сроков и увеличению стоимости подготовки средств автоматизации при недостаточной надежности их работы. Одновременно при этом затрудняется решение важной проблемы сочетания автоматизации с гибкостью автоматических средств в условиях перехода на новое изделие, что особенно важно для серийного производства. Основным способом преодоления этих затруднений является широкое внедрение агрегатирования и нормализации элементов автоматических устройств с их централизованным изготовлением на специальных предприятиях, с обеспечением возможности многократного использования этих элементов для создания пере-налаживаемых автоматических сборочных линий. Опыт показывает, что метод компоновки сборочного автоматического оборудования из типовых и нормализованных узлов в два-три раза сокращает сроки проектирования и изготовления сборочных установок по сравнению со сроками создания специального сборочного оборудования.

2.7.2 Определение производительности автоматического сборочного оборудования

104

При определении производительности автоматического сборочного оборудования устанавливается продолжительность (цикл Тц) выполнения сборочной операции. Величина Тц в минутах определяется по формуле: Тц=Тп+Тор+Тс+Ттр, где Тп-время, затрачиваемое на подачу деталей; Тор-время ориентации; Тс-время сопряжения; Ттр-время транспортирования собранного узла. Первое и четвертое слагаемые определяют положительность процессов транспортирования. Затраты времени на эти переходы в общем случае определяются формулой Ттр=L/, где L-расстояние от лотков или магазинов до сборочной позиции; -скорость перемещения деталей или скорость движения толкателей механизмов питания. Если скорость движения переменная, то в формулу надо подставлять среднее значение скорости ср.

Время ориентации Тор, если оно не совмещается с временем транспортирования, определяется продолжительностью перемещения соответствующих ориентирующих механизмов и определяется так же, как и время транспортирования, по формуле Top= L'/'cp, где L'-путь, проходимый деталями при ориентации; 'cp-средняя скорость перемещения деталей при ориентации.

Время, затрачиваемое на сопряжение деталей друг с другом, зависит от характера сопряжения. Если сопряжение свободное и детали входят в сопряжение друг с другом с зазором, то время на осуществление сопряжения определяется продолжительностью свободного падения детали, т.е.

, где h-расстояние от лотков или магазинов до сборочной

позиции; g-ускорение свободного падения. Если сопряжение осуществляется на прессе (как свободное, так и напряженное), то время, потребное на сопряжение, определяется длительностью одного двойного хода пресса Тс=1/n, где п=40-90 дв.ход/мин-число двойных ходов пресса в минуту.

Затраты времени на выполнение винтового сопряжения То=l/(Sn), где l-длина ввинчивания; S-шаг резьбы; п=500-1000 об/мин-частота вращения шпинделя винтозавертывающего устройства.

Продолжительность цикла Тц можно в ряде случаев уменьшить за счет совмещения его элементов.

Производительность Q (шт./ч) оборудования в час можно определить по формуле Q=60/Тц

Фактическая производительность оборудования с учетом потерь времени QФ=Q, где -коэффициент использования автоматического оборудования. Коэффициентом использования называется отношение времени бесперебойной работы автоматической установки за какой-то период к суммарному времени работы и простоев за тот же период. Коэффициент использования характеризует качество работы автоматического оборудования, уровень эксплуатации, надежность в работе, степень загрузки и показывает долю времени его работы в общем фонде времени.

В соответствии с ГОСТ 13377-75 под надежностью автоматического оборудования понимается свойство оборудования выполнять заданные

105

функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Заданной функцией является средняя производительность оборудования при условии сборки узлов в соответствии с техническими требованиями и запланированной рентабельностью. Низкая надежность приводит к снижению производительности автоматического оборудования.

3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МЕХАНИЧЕСКОЙОБРАБОТКИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ

3.1 Требования к типовым конструкциям корпусных деталей

Служебное назначение корпусных деталейКорпусные детали машин представляют собой базовые детали, на

которые устанавливают различные присоединяемые детали и сборочные единицы, точность относительного положения которых должна обеспечиваться как в статике, так и в процессе работы машин под нагрузкой. В соответствии с этим корпусные детали должны иметь требуемую точность, обладать необходимыми параметрами жесткости и виброустойчивости, что обеспечивает постоянство относительного положения соединяемых деталей и

узлов, правильность работы механизмов и отсутствие вибраций [1].

Корпусные детали машин в общем случае можно разделить по группам (рис.3.1). Детали, принадлежащие каждой из групп, имеют общность служебного назначения, что означает наличие совокупности одинаковых поверхностей и идентичное по форме конструктивное исполнение. Все это определяет особенности технологических решений,

обеспечивающих достижение требуемых параметров точности при изготовлении деталей каждой из групп.

Группа 1: корпусные детали коробчатой формы в виде параллелепипеда, габаритные размеры которых имеют одинаковый порядок: корпуса различных редукторов, корпуса коробок скоростей, коробок передач, корпуса шпиндельных бабок (рис.3.1а). В большинстве случаев основными базами таких корпусов являются плоские поверхности, а вспомогательными базами служат главные отверстия и торцы, предназначенные для базирования валов

106

Рис.3.1 Виды корпусных деталей

и шпинделей. Конструкция и размеры корпусов зависят от условий размещения в них необходимых деталей и механизмов. Они имеют также стенки, ребра и перегородки, повышающие их жесткость. С этой же целью имеющиеся бобышки и приливы, на которых расположены главные отверстия, имеют высоту 2,5-3 толщины стенки и диаметр в пределах 1,4...1,6 диаметра отверстия. Корпуса коробчатой формы могут быть цельные и разъемные. При этом плоскость разъема может проходить по осям главных отверстий.

Группа 2: корпусные детали с гладкими внутренними цилиндрическими поверхностями, протяженность которых превышает их диаметральные размеры: блоки цилиндров, двигателей и компрессоров, корпуса различных цилиндров и гидрораспределителей, пневмо- и гидроаппаратура (рис.3.1б), а также корпуса задних бабок, обеспечивающих базирование выдвижной пиноли и заднего центра. В соответствии со служебным назначением к внутренним цилиндрическим поверхностям предъявляют требования по точности диаметральных размеров и точности формы. Эти цилиндрические поверхности обычно работают на изнашивание. Поэтому к ним предъявляют высокие требования по шероховатости и износостойкости.

Группа 3: корпусные детали сложной пространственной геометрической формы: корпуса паровых и газовых турбин, корпуса центробежных насосов, коллекторов тройников, вентилей, кранов (рис.3.1в). Сложная пространственная форма и геометрические размеры таких корпусов предназначены для формирования требуемых потоков движения газов или жидкостей. К этой группе относятся также сложные по форме корпусные детали ходовой части автомашины (картер заднего моста, корпус поворотного рычага и др.).

Группа 4: корпусные детали с направляющими поверхностями: столы, спутники, каретки, салазки, суппорты, ползуны, планшайбы (рис.3.1г). В процессе работы эти детали совершают возвратно-поступательное или вращательное движение по направляющим поверхностям, обеспечивая точное относительное перемещение обрабатываемых заготовок или режущего инструмента. Такие корпуса входят в состав несущей системы большинства станков. Требуемая жесткость этих деталей достигается созданием внутренних перегородок и ребер. Отношение высоты плоских столов, спутников, салазок к ширине находится в пределах 0,1...0,18.

Группа 5: корпусные детали типа кронштейнов, угольников, стоек и крышек (рис.3.1д). Эта группа объединяет наиболее простые по конструкции корпусные детали, которые выполняют функции дополнительных опор для обеспечения требуемой точности относительного положения отдельных механизмов, валов, зубчатых колес. При обработке корпусных деталей должны быть обеспечены в установленных пределах отклонения от параллельности и перпендикулярности осей основных отверстий друг к другу и к базовым поверхностям, а также от соосности этих отверстий; заданные

107

межосевые расстояния; точность диаметров и правильность формы отверстий; отклонения от перпендикулярности торцовых поверхностей осям отверстий; прямолинейность поверхностей.

Основные отверстия под подшипники выполняют по 7-му квалитету точности с параметром шероховатости Ra=2,5...0,25 мкм, реже по 6-му квалитету точности с параметром шероховатости Ra=0,63...0,08 мкм. Отклонения от соосности отверстий допускают в пределах половины допуска на диаметр меньшего отверстия, а их конусообразность и овальность не более 0,3...0,5 поля допуска на диаметр. Допуски на межосевые расстояния для цилиндрических зубчатых передач с межцентровым расстоянием 50...80 мм рекомендуются от ±25 до ±280 мкм.

Межосевой угол конических передач выдерживают от ±18 до ±210 мкм на длине образующей делительного конуса 50...800 мм. Отклонения межосевого расстояния червячных передач при 7, 8 и 9-й степенях точности и межцентровом расстоянии 40...630 мм составляют ±30...±210 мкм. Отклонение от параллельности осей отверстий составляет 0,02-0,05 мм на 100 мм длины.

Поверхности прилегания обрабатывают с параметром шероховатости Ra=6,3...0,63 мкм, а их отклонения от прямолинейности допускают 0,05...0,2 мм на всей длине. К поверхностям скольжения предъявляют более высокие требования: параметр шероховатости Ra==1,0...0,2 мкм, отклонение от плоскостности 0,05 мм на 1 м. Отклонение от перпендикулярности торцовых поверхностей к осям отверстий допускают в пределах 0,01-0,1 мм на 100 мм радиуса. Параметр шероховатости этих поверхностей задают в пределах Ra=6,3...1,25 мкм.

У разъемных корпусов несовпадение осей отверстий с плоскостью разъема допускается 0,2 мм, а при диаметре отверстий более 300 мм - 0,3 мм.

Материалы корпусных деталей (КД)Выбор марки материала для КД определяется эксплуатационными,

технологическими и экономическими требованиями. Большинство корпусных деталей изготовляют из серого чугуна и стали; применяют также ковкий чугун, легированные стали и сплавы цветных металлов. Основным конструкционным материалом для корпусных деталей является серый чугун. Он обладает хорошими литейными свойствами, что позволяет изготовлять отливки корпусов сложной конфигурации. При относительно невысокой стоимости и хорошей обрабатываемости серый чугун имеет неплохие физико-механические свойства, которые зависят от структуры металлической основы, формы, размеров, количества и распределения графитовых включений. Поэтому механические свойства серого чугуна можно изменять в достаточно широких пределах путем изменения химического состава, скорости кристаллизации и охлаждения отливки модифицированием и термической обработкой. Кроме того, серый чугун обладает высокой циклической вязкостью, что способствует демпфированию колебаний.

108

Наличие графитовых включений делает чугун практически нечувствительным к надрезам, и это позволяет конкурировать ему с более прочной сталью по сопротивлению усталости и пределу выносливости. Включения графита обеспечивают также высокую износостойкость чугуна в условиях трения скольжения со смазкой. Все это значительно расширяет область использования серого чугуна для корпусных деталей. Химический состав и механические свойства отливок из серого чугуна с пластинчатым графитом регламентируется ГОСТ 1412. Число, определяющее марку чугуна, соответствует пределу прочности при растяжении. Для изготовления малонагруженных деталей типа крышек, плит, поддонов применяют чугун марки СЧ10. Корпусные детали металлорежущих станков, не имеющие поверхностей систематически работающих на износ, корпуса стационарных редукторов, центробежных насосов, корпусные детали сельскохозяйственных машин изготовляют из серого чугуна СЧ15, СЧ18, СЧ20.

Корпусные детали с направляющими, к которым предъявляются повышенные требования к износостойкости, изготовляют из чугуна СЧ20 и модифицированного чугуна СЧ30, СЧ35.

Ответственные детали автомобильных и тракторных двигателей (блоки цилиндров, головки) делают из чугуна СЧ21 и СЧ25.

Корпуса паровых турбин, работающие при повышенных температурах до 250°С, изготовляют из серого чугуна СЧ21 и модифицированного перлитного чугуна СЧ30.

Корпусные детали, работающие в условиях вибрации и подвергающиеся ударным нагрузкам, изготовляют из ковкого чугуна (корпусы заднего моста, дифференциала и др.) и литейной стали (картеры задних мостов автомобилей большой грузоподъемности изготовляют из стали 40Л).

Корпуса высоконапорных насосов, компрессоров изготовляют из чугунов повышенной прочности СЧ25, СЧ30 или стальных отливок. Корпуса паровых турбин, работающих при температуре 250...400°С и высоком давлении, изготовляют из модифицированных чугунов повышенной прочности и стали 30Л.

Для паровых турбин, работающих при температурах 400...500°С, применяют молибденовые и хромомолибденовые стали.

Плиты спутников изготовляют из сталей 30Л, 40Х, 12ХНЗА. Корпуса электродвигателей отливают из стали 15Л. Корпусные детали, работающие в соприкосновении с агрессивной средой (кислотами, щелочами, морской водой), изготовляют из коррозионностойких материалов, в частности хромистых, хромоникелевых сталей (12Х18Н9ТЛ и др.), а также бронз (БрОЗЦ12С5, Бр08Ц4, БрА10МЦ2Л) и латуней (ЛЦ30А3).

Для изготовления корпусных деталей малой массы в авиации и транспортном машиностроении используют алюминиевые и магниевые сплавы. Наибольшее распространение получили сплавы системы Al-Si, Al-Si-Mg, которые отличаются хорошими технологическими свойствами.

109

Сплавы АК9ч (АЛ4), АК7ч (АЛ9), АК9, АК7 применяют для сложных и крупногабаритных деталей (картер ДВС и др.). Сплав АК8 (AJI34) предназначен для литья сложных по конфигурации корпусных деталей, работающих под высоким давлением (до 45 МПа) и температуре до 200 °С.

Средненагруженные корпусные детали, работающие при температурах до 250°С и давлениях до 23 МПа изготовляют из сплава АК5М (АЛ5) в термически обработанном состоянии (например, головки цилиндров двигателей воздушного охлаждения). Характерными особенностями магниевых сплавов являются малая плотность при сравнительно высоких механических свойствах, хорошая работоспособность при ударных нагрузках и высокая способность к поглощению энергии.

Различные корпуса приборов изготовляют из сплава МЛ4. Корпуса, картеры, кронштейны, работающие при температурах до 150°С, отливают из сплавов МЛ5, МЛ6.

Корпуса насосов, от которых требуется высокая герметичность, изготовляют из сплава МЛЗ. Корпусные детали, которые наряду с герметичностью должны обладать и жаропрочностью, изготовляют из сплавов МЛ10 (рабочая температура 250...300°С) и МЛН (выдерживает длительную эксплуатацию при 250...350°С, а кратковременную до 400°С).

Химический состав, механические свойства, методы испытаний различных материалов регламентируются соответствующими стандартами.

Сварные корпусные детали редукторов, сварные детали типа кронштейнов, стоек, угольников изготовляют из листовой низкоуглеродистой стали Ст3, Ст4. Штампосварные картеры задних мостов автомобилей изготовляют из листовой стали 35, 40.

3.2 Способы получения заготовок

Выбранный материал для заготовки во многом определяет и метод ее изготовления.

Заготовки корпусных деталей получают литьем, сваркой и значительно реже обработкой давлением.

Отливки корпусов изготовляют как литьем в разовые формы - песчаные, оболочковые, по выплавляемым моделям, так и литьем в многократные металлические формы - кокили и под давлением. Целесообразный способ производства корпусных заготовок зависит от типа производства, массы отливки, ее габаритных размеров и конструктивных особенностей.

Литье в песчаные формы является наиболее универсальным. Для изготовления крупных и средних отливок корпусов в единичном и мелкосерийном производстве применяют формовку в почве и ручную формовку в парных опоках. Машинная формовка по металлическим моделям

110

применяется для получения мелких и средних отливок в серийном и массовом производствах.

Литьем в оболочковые формы получают сложные отливки массой до 200 кг с максимальными размерами до 1500 мм. Наиболее целесообразно изготовлять небольшие по массе корпуса в условиях крупносерийного и массового производства. Не рекомендуется отливать крупные отливки коробчатой формы из-за возможной разностенности отливки.

Литье по выплавляемым моделям используют для изготовления корпусных деталей из любых литейных сплавов сложных тонкостенных конструкций. Минимальная толщина стенок может быть 1 мм, а параметр шероховатости поверхности достигается от Rz=20 мкм до Ra=l,25 мкм.

Литье в кокиль применяют для получения корпусных деталей из цветных сплавов, чугуна и стали в условиях серийного и массового производства. В общем объеме производства из цветных сплавов на долю кокильного литья приходится около 40%. Это обусловлено такими преимуществами литья как повышенная размерная точность отливок, высокая производительность процесса, возможность его автоматизации, возможность использования многократной формы и сложных песчаных стержней, более высокие механические и эксплуатационные свойства отливок. Оптимальная толщина стенок кокильных отливок составляет: для отливок из серого чугуна 6...8 мм; из высокопрочного чугуна и стальных отливок 8...10 мм, отливок из алюминиевых сплавов - 3...7 мм; магниевых сплавов 5...10 мм, кремнистой латуни типа ЛЦ16КЧ - 8...12 мм.

Литьем под давлением изготовляют сложные по конфигурации тонкостенные отливки, максимально приближающиеся по размерам к готовой детали. Этот способ высокопроизводителен с высоким уровнем автоматизации процесса и применяется для получения заготовок корпусных деталей из цветных сплавов - цинковые, алюминиевые, магниевые, реже медные (латуни типа ЛЦ16К4).

Для мелкосерийного и единичного производства иногда более рационально применять сварные заготовки КД. Некоторые заготовки корпусов трубопроводной арматуры с боковыми отростками, крестовины изготовляют обработкой давлением – выдавливанием в разъемных штампах.

Технологический процесс изготовления заготовок корпусных деталей должен включать меры для уменьшения деформаций за счет неравномерности охлаждения, усадки сплава или сварочных напряжений, особенно, если деталь имеет направляющие отверстия для установки валов.

Очень часто КД подвергают после изготовления термической обработке для уменьшения и перераспределения внутренних напряжений, стабилизации размеров, улучшения структуры и обрабатываемости резанием.

3.3 Обоснование выбора технологических баз

111

Выбор технологических баз определяется служебным назначением детали на основании выявления функции ее поверхностей, анализа требований к точности детали. Результатом выполнения этих работ является выявление исполнительных поверхностей, комплектов основных и вспомогательных баз, свободных поверхностей деталей.

Если конфигурация детали достаточно проста и у детали имеется не более одного комплекта вспомогательных баз, то бывает возможна и целесообразна обработка детали за одну установку. В этом случае в качестве технологических баз используют свободные поверхности.

Однако большинство заготовок деталей обработать за одну установку оказывается физически невозможным или экономически не целесообразным. В этом случае задача выбора технологических баз решается в два этапа. На первом этапе выбираются технологические базы для обработки большинства поверхностей и получения наиболее точных размеров. На втором этапе выбираются технологические базы для обработки заготовки детали на первой (первых) операциях.

Первый этап. В качестве технологических баз для обработки большинства поверхностей следует выбирать поверхность, по отношению к которой ориентировано и наиболее лимитировано положение большинства других поверхностей. Это позволит получать размеры, связывающие эти поверхности, кратчайшим путем. Как правило, этим требованиям удовлетворяют основные базы детали.

Использование основных баз детали в качестве технологических при обработке большинства поверхностей сделает возможным соблюдение принципа единства баз на всех операциях. Отступают от этого требования в следующих случаях:

- при обработке поверхностей основных баз, когда в качестве технологических баз приходится использовать вспомогательные базы, исполнительные или свободные поверхности;

- в случаях, когда требуется обеспечить более высокую точность положения вспомогательных баз и исполнительных поверхностей не относительно основных, а относительно вспомогательных баз. В качестве технологических баз у такого рода деталей следует использовать те вспомогательные базы, с которыми связаны все остальные;

- в случаях, когда размеры поверхностей основных баз малы и использование их в качестве технологических приводит к погрешности установки заготовки, выходящей за допустимые пределы. Во избежание этого в качестве технологических баз используют вспомогательные базы или вспомогательные поверхности;

- в случаях, когда конструкция формы детали такова, что ни одну из ее поверхностей нельзя использовать в качестве технологической базы. Тогда технологические базы создают искусственно или в виде специально обработанных приливов, или в виде центровых отверстий и т.п.

112

Второй этап. Выбор технологических баз для первой (первых) операций. На первой (первых) операции решаются два типа задач:

1) устанавливаются размерные связи между обрабатываемыми и необрабатываемыми поверхностями;

2) производится распределение фактически имеющихся припусков на обработку между поверхностями заготовки, подлежащими обработке.

При решении задач первого типа стремятся добиться: равномерной толщины стенок детали с целью обеспечения достаточной ее прочности и динамической уравновешенности; достаточной величины зазоров, предусмотренных конструкцией между поверхностями присоединяемых деталей к данной детали, во избежание возможного их соприкосновения во время монтажа и эксплуатации машины.

При распределении припусков на обработку между отдельными поверхностями детали руководствуются: необходимостью сохранения плотного однородного слоя материала на наиболее ответственных поверхностях детали, таких как поверхности направляющих станин, кареток и т.д.; необходимостью равномерного распределения припуска на каждой отдельной поверхности и, в первую очередь, на охватывающих поверхностях в виде поверхностей пазов, отверстий и т.п.

3.4 Технология механической обработки корпусных деталей

3.4.1 Методы обработки наружных поверхностей

Для обработки наружных плоскостей корпусных деталей применяют строгание, фрезерование, точение, шлифование и протягивание.

В единичном и мелкосерийном производстве, а также при обработке крупных, тяжелых деталей широко используют строгание. Объясняется это: простотой и дешевизной инструмента и наладки, возможностью обработки поверхности сложного профиля с помощью простого универсального инструмента; малой чувствительностью инструмента к литейным дефектам и возможностью снимать за один проход большие припуски (до 20 мм).

Производительность строгания низкая из-за холостых ходов и относительно низких скоростей возвратно-поступательного движения.

Увеличивать скорости резания и холостых ходов нельзя из-за возникновения больших инерционных сил при перемене направления движения.

Производительность строгания повышается при обработке групп деталей, расположенных в один или несколько рядов на столе станка, из-за уменьшения потерь времени на перебеги стола в конце рабочего и холостого ходов, из-за уменьшения вспомогательного времени на пуск и остановку станка, приготовление инструмента, закрепление заготовок.

113

Можно применять также групповую обработку деталей различных наименований. Производительность строгания также повышается при обработке длинных узких поверхностей.

Наибольшее распространение при обработке плоскостей корпусных деталей получил метод фрезерования. В зависимости от характера и расположения обрабатываемых поверхностей применяют станки консольно-фрезерные, продольно-фрезерные, с количеством шпинделей один-восемь и более, карусельно-фрезерные, барабанно-фрезерные.

При выборе станка для данной операции следует исходить из того, чтобы на нем можно было обрабатывать все наружные поверхности детали при минимальном количестве перестановок. При этом легче обеспечить точность относительного положения обрабатываемых поверхностей при высокой производительности труда.

Для обработки поверхностей небольших деталей в единичном и серийном производстве могут быть использованы консольно-фрезерные станки с поворотными столами: при этом за одну установку можно обработать четыре поверхности детали. Многие детали типа кронштейнов, угольников, стоек можно обрабатывать на консольно-фрезерных станках.

Обработка с использованием двухпозиционных поворотных приспособлений дает возможность сократить вспомогательное время.

При обработке на продольно-фрезерных станках применяют групповую обработку деталей и одновременную обработку несколькими инструментами. При этом возможны следующие варианты: установка деталей в один ряд (рис.3.2а); установка деталей в два ряда (рис.3.2б); установка с перекладыванием деталей.

При обработке на четырехшпиндельном продольно-фрезерном станке корпусных деталей с направляющими (кареток, столов, ползунов) можно применять набор фрез, профиль которых соответствует контуру направляющих.

Набор фрез, включающий обычно как универсальные, так и специальные фрезы, базируют на общей оправке, которую устанавливают в шпиндели двух горизонтальных головок. Преимуществом этого способа является возможность получения за один рабочий ход практически полного профиля направляющих. Однако имеются сложности, связанные с заточкой комплекса фрез и требуемой точностью установки их в наборе. Поэтому этот метод применяют, главным образом, в серийном производстве для обработки направляющих простой формы.

114

Рис.3.2 Групповая установка деталей на продольно-фрезерном

станке

При получении пазов и канавок производительность строгания выше, чем производительность фрезерования. Поэтому строгание достаточно широко применяют при обработке корпусных деталей с направляющими (столов, кареток, ползунов).

На карусельно-токарных станках точением обычно обрабатывают такие корпусные детали, как корпуса паровых турбин, компрессоров, центробежных насосов, корпуса крупных электродвигателей, генераторов, планшайбы станков и крупногабаритные вентили. Эти детали имеют сложную пространственную форму или форму тел вращения с наружными или внутренними цилиндрическими, коническими поверхностями и перпендикулярными торцами. В условиях серийного производства на карусельно-токарных станках одновременно обрабатывают по открытой плоскости разъема группу небольших корпусов и крышек, устанавливаемых в приспособлениях, расположенных по периметру круглого стола. При этом обеспечиваются достаточно высокие требования к отклонениям от плоскостности и параллельности обрабатываемых поверхностей. Использование простого и недорогого инструмента, позволяющего снимать за один рабочий ход до 15 мм, относительно высокие режимы резания и непрерывность обработки - все это способствует высокой производительности на данной операции.

Шлифование наружных плоскостей корпусных деталей применяют в основном как окончательную финишную обработку, обеспечивающую получение повышенных требований по шероховатости и точности геометрических форм обрабатываемых поверхностей. Шлифование выполняют на плоскошлифовальных станках с прямоугольным и круглым столом. Последние обеспечивают более высокую производительность ввиду непрерывности процесса шлифования. При этом возможно шлифование периферией плоского круга, торцом чашечного круга или торцовой поверхностью составного сегментного круга. Сборные сегментные круги применяют для обдирочного шлифования наружных плоскостей. Припуск, снимаемый за один рабочий ход, может составлять при этом до 4 мм. Преимуществом этого метода обработки является малая чувствительность шлифовального круга к дефектам поверхностного слоя отливки, а также возможность производительной обработки сложных по контуру прерывистых поверхностей чугунных деталей.

При обработке поверхностей чугунных деталей строганием или фрезерованием возможны сколы (выкрашивание металла на кромках), что приводит к резкому снижению стойкости режущего инструмента, в особенности торцовых фрез. Устранение этого явления путем занижения режимов резания приводит к снижению производительности обработки.

3.4.2 Методы обработки отверстий

115

Обработка отверстий представляет собой наиболее ответственную и трудоемкую часть технологического процесса изготовления корпусных деталей.

Обработка отверстий делится на черновую, чистовую и отделочную.При черновой обработке отверстий удаляется основное количество

металла припуска, обеспечивается точность относительного положения оси отверстия и равномерный припуск для чистовой обработки. В связи с этим для черновой обработки используется высокопроизводительный инструмент и оборудование, обладающие высокой жесткостью и мощностью.

Чистовая обработка обеспечивает точность размеров, геометрической формы и относительного положения обрабатываемого отверстия; особенно важно обеспечить точность положения и прямолинейность оси вращения. Для чистовой обработки используется режущий инструмент, обладающий большой стойкостью, обеспечивающий высокую точность и малые параметры шероховатости поверхности, а также достаточно точное и жесткое оборудование.

В некоторых случаях для постепенного приближения к требуемой точности по всем параметрам между черновой и чистовой обработкой отверстия проводят получистовую обработку резцами, зенкерами или черновыми развертками.

Отделочную обработку применяют в случае необходимости повышения точности обрабатываемой поверхности. Для обработки отверстий применяют сверла, резцы, зенкеры, развертки, расточные головки, расточные пластины. Отделочную обработку отверстий выполняют пластическим деформированием с помощью шариковых и роликовых раскаток.

Отверстия, полученные в отливке единичного и мелкосерийного производства, растачивают резцом; при этом достигается заданное положение отверстия и точность размера и формы; обработка резцами уменьшает отклонение оси отверстия, увод и т.д.

Резцы являются простыми универсальными инструментами. Их преимущества особенно заметны при обработке отверстий нестандартных размеров и отверстий большого диаметра, для которых отсутствуют мерные инструменты. Кроме того, резцы применяют в резцовых блоках и в резцовых головках при обработке отверстий больших диаметров.

Зенкеры применяют для чернового растачивания литых отверстий, для получистового растачивания отверстий после сверления, чернового зенкерования или обработки резцом.

Для отверстий, точность которых не превышает 10-го квалитета, зенкеры можно применять для окончательной обработки.

Развертывание является одним из основных методов чистовой обработки и отделки отверстий, обеспечивающее 6-9-й квалитеты. При использовании разверток с пластинами из твердого сплава скорость резания для чугуна составляет 7...20 м/мин, для стали 4...10 м/мин, подача на оборот 2...7 мм.

116

Развертывание обеспечивает получение правильной геометрической формы отверстия, точных диаметральных размеров и параметр шероховатости поверхности Ra=l,25...0,63 мкм. Развертывание как метод чистовой обработки применяют после сверления, а также после зенкерования и растачивания. Припуск под развертывание составляет 0,4...0,9 мм на диаметр для предварительного развертывания и 0,05...0,3 мм для окончательного.

Развертывание необходимо выполнить с охлаждением, так как в процессе резания происходит значительное выделение тепла, вызывающего температурные деформации детали и, как следствие, образование погрешности геометрической формы в виде конусообразности. При обработке чугуна в качестве СОЖ используют эмульсию, а при обработке стали - смесь керосина с машинным маслом.

Растачивание основных отверстий выполняют на горизонтально-расточных, координатно-расточных, радиально-сверлильньгх, карусельных и агрегатных станках, а в некоторых случаях на токарных станках.

Существует три основных способа растачивания отверстий на горизонтально-расточных станках: а) с консольными оправками; б) с борштангами с использованием опоры задней стойки; в) в кондукторах при шарнирном соединении расточных оправок со шпинделем станка.

Растачивание с консольными оправками проводят при общем вылете инструмента, равном (5...6) d0 , где d0 - диаметр оправки.

Оправки должны быть короткие и жесткие.Растачивание консольной оправкой с подачей, осуществляемой столом,

проводят при неизменном вылете инструмента. При этом погрешности растачивания будут значительно меньше.

Растачивание с борштангами с использованием опоры задней стойки применяют при обработке крупных тяжелых деталей, имеющих отверстия в противоположных стенках, или при обработке отверстий, имеющих длину, значительно превышающую их диаметр. В этом случае опора задней стойки и шпиндель должны быть соосны. При растачивании с борштангой точность геометрической формы отверстий и размеров в основном зависит от точности борштанги и втулки задней стойки.

При растачивании в кондукторах с шарнирным соединением оправок со шпинделем геометрические погрешности станков практически не оказывают влияния на точность обработки.

Точность обработки в этом случае будет определяться точностью расточных кондукторов, точностью оправок и направляющих втулок и величиной зазоров между оправками и втулками.

Точность межосевых расстояний, а также точность положения отверстий относительно баз достигаются с помощью разметки, методом пробных расточек, растачиванием в кондукторах, координатным методом, по накладным шаблонам и т.д.

117

Для уменьшения увода отверстий сверление выполняют в два или три перехода. Вначале отверстие центруют или засверливают сверлом, диаметр которого в 2-3 раза меньше требуемого. Для отверстий под резьбу диаметром более 25-30 мм помимо сверления выполняют зенкерование или растачивание. Диаметр отверстий под резьбу делают на 0,04...0,1 мм больше внутреннего диаметра резьбы, тем самым учитывают подъем витков, возникающий при нарезании. Рекомендуемые диаметры сверл под резьбу с различным шагом и диаметром приведены в специальных нормативных таблицах. Торцы обрабатывают с осевой подачей зенковками или подрезными резцами.

Перед нарезанием резьбы в отверстиях снимают фаску коническими зенковками, резцами или сверлами большого диаметра. Фаску снимают под углом 90° до наружного диаметра резьбы. Резьбу нарезают машинными метчиками. Резьбу с шагом до 3 мм нарезают за один рабочий ход; резьбы с большим шагом нарезают комплектом метчиков за два-три рабочих хода. Нарезание резьб выполняют с принудительной осевой подачей, равной шагу резьбы. Для предохранения инструмента от поломки в случае несовпадения на 2...3% шага резьбы и осевой подачи применяют патроны с осевой компенсацией.

В условиях серийного производства мелкие отверстия сверлят с использованием накладных, скальчатых, коробчатых кондукторов. Направление инструмента в этом случае обеспечивают кондукторные втулки; в результате отпадает необходимость разметки и предварительной зацентровки отверстий. Накладные кондукторы, выполненные в виде плит, непосредственно базируются по предварительно обработанным поверхностям детали. В коробчатых и скальчатых кондукторах имеются базирующие поверхности для обрабатываемой заготовки, относительно которых определенным образом расположены кондукторные втулки. Достигаемая точность положения отверстий относительно баз составляет 0,1...0,2 мм.

Для сверления отверстий с разных сторон детали применяют одно- или двухопорные поворотные приспособления, на которые устанавливают требуемый кондуктор. Нормализованные поворотные стойки обеспечивают возможность фиксации кондуктора с деталью в необходимом угловом положении, что позволяет получить отверстия с любой из четырех сторон, в том числе и со стороны технологических баз детали.

Для получения в корпусных деталях отверстий высокой точности (6-7-го квалитетов) на заключительном этапе технологического процесса вводят отделочные операции - развертывание, тонкое растачивание, планетарное шлифование, хонингование, раскатку роликами, а в отдельных случаях притирку и шабрение.

Выбор необходимого метода обработки зависит от требований точности, определяемых служебным назначением детали. Например, для окончательной обработки отверстий под пиноль задней бабки или отверстий в блоках

118

цилиндров двигателей и компрессоров, где требуется достижение повышенных требований к шероховатости поверхности, применяют хонингование. А для отверстий в шпиндельных коробках или корпусах, где требуется достижение высокой точности относительного положения отверстий, применяют тонкое растачивание и планетарное шлифование. При необходимости получения на поверхности отверстия упрочнения с целью уменьшения изнашивания поверхностного слоя применяют раскатку роликами.

Развертывание является наиболее распространенным методом окончательной обработки главных отверстий, применяемых в условиях единичного и серийного производства.

Тонкое алмазное растачивание выполняют на специальных алмазно-расточных станках. Станки для тонкого растачивания обладают высокой жесткостью и повышенной виброустойчивостью. Они могут иметь вертикальную или горизонтальную компоновку с одним или несколькими шпинделями. Станки горизонтальной компоновки бывают одностороннего и двустороннего исполнения.

Растачивание отверстий выполняют однолезвийными резцами, оснащенными твердосплавными пластинами с тщательно доведенными режущими кромками. Для обработки корпусных деталей из цветных сплавов применяют также алмазные резцы. Специальная геометрия затачивания таких резцов позволяет обрабатывать отверстия с очень малыми глубинами резания. Инструмент устанавливают в жестких консольных оправках, у которых отношение длины к диаметру 5...6.

Для повышения жесткости и виброустойчивости при растачивании отверстий малого диаметра вместо стальных оправок применяют твердосплавные, которые при одинаковых размерах имеют показатели в 2-3 раза лучше.

С точки зрения точности обработки предпочтительным является вертикальное расположение шпинделя, при котором масса расточной оправки практически не влияет на точность геометрической формы отверстия.

Особенностью процесса тонкого растачивания является обработка на высоких скоростях резания при очень малых глубинах резания и продольных подачах. Припуск, оставляемый на тонкое растачивание в пределах 0,2-0,35 мм на сторону, снимается за два рабочих хода. На первом ходе снимают 3/4, а на втором 1/4 часть припуска. Охлаждение в процессе растачивания обычно не применяют.

Тонкое алмазное растачивание обеспечивает получение точности диаметральных размеров отверстий по 6-7-му квалитетам, отклонения геометрической формы (овальность, конусообразность) отверстий диаметром до 120 мм не превышает 0,003...0,005 мм, параметр шероховатости поверхности Ra=1,25...0,30 мкм. Точность межцентровых расстояний и положения отверстия относительно базы составляет 0,005...0,03 мм.

119

Внутреннее планетарное шлифование применяют главным образом для обработки отверстий диаметром выше 150 мм. Однако имеются также координатные, планетарно-шлифовальные станки, позволяющие обрабатывать в корпусных деталях отверстия диаметром 10 мм и выше. Припуск, оставляемый под шлифование отверстий, составляет 0,1...0,2 мм на диаметр. Планетарное шлифование обеспечивает получение отверстий не выше 0,004 мм и параметр шероховатости поверхности Ra=0,32...0,16 мкм. При обработке на координатных планетарно-шлифовальных станках можно получить точное положение оси отверстия относительно базы и межцентровое расстояние с точностью до 0,01 мм. Недостатком этого процесса является невысокая производительность по сравнению с другими подобными методами обработки.

Хонингование применяют при обработке сквозных гладких отверстий диаметром от 25 до 500 мм в корпусных деталях главным образом из чугуна и стали. С помощью хонингования достигают точности диаметральных размеров отверстий по 6-му квалитету, точности геометрической формы отверстий (диаметром до 250 мм) в пределах 0,003...0,004 мм, параметра шероховатости поверхности Ra=0,16...0,004 мкм. Однако этот процесс не позволяет исправить положение оси отверстия относительно базы. Припуски, оставляемые под хонингование, зависят от диаметра обрабатываемого отверстия, материала и вида предшествующей обработки. Для отверстий диаметром до 125 мм припуск в деталях из чугуна составляет 0,02...0,1 мм, а в деталях из стали 0,01...0,04 мм. Припуски для деталей из серого чугуна, оставляемые в зависимости от предшествующей обработки, составляют после растачивания 0,05...0,08 мм, после развертывания 0,02...0,04 мм, после шлифования 0,02 мм. При обработке заготовок из чугуна окружная скорость относительного движения хона равна 60...75 м/мин, скорость возвратно-поступательного перемещения 15...20 м/мин; при обработке заготовок из стали окружная скорость 45...60 м/мин, скорость возвратно поступательного перемещения 10... 12 м/мин. Соотношение этих скоростей хона выбирают из условия получения на цилиндрической поверхности отверстия штрихов, скрещивающихся под углом 40...600.

Раскатывание отверстий является методом окончательной обработки, основанным на пластическом деформировании обрабатываемой поверхности. Раскатывание выполняют на сверлильных, токарных или специальных станках. Инструментом являются различные по конструкции многороликовые раскатники, которые вращаются относительно оси отверстия с частотой п=20...30 мин-1 и совершают осевое перемещение с подачей на оборот S=1...3 мм. Ролики, равномерно расположенные по периметру сепаратора, могут свободно вращаться вокруг своей оси. Их изготовляют из высококачественных инструментальных сталей; твердость после закалки 62...64 HRC. Конструкция многороликовых раскатников позволяет в определенных пределах регулировать получаемый диаметр отверстия.

120

Раскатывание выполняют после чистого растачивания; точность отверстия, обрабатываемого под раскатывание, составляет 0,01...0,015 мм. Припуск, оставляемый под раскатывание, равен 0,02...0,05 мм на диаметр. Раскатник не исправляет положения оси отверстия; он самоустанавливается по отверстию, поэтому точность расположения отверстия относительно базы должна обеспечиваться на соответствующей расточной операции. Обработку методом раскатывания применяют для окончательной обработки сквозных и глухих отверстий в корпусах из различных материалов, способных в холодном состоянии пластически деформироваться. Твердость таких материалов обычно не превышает 35...40 HRC.

Раскатка обеспечивает достижение точности отверстия по 6-9-му квалитетам, параметр шероховатости получаемой поверхности Ra=0,016...0,008 мкм, погрешность геометрической формы для отверстий диаметром до 120 мм находится в переделах 0,005...0,008 мм.

В результате раскатывания обеспечивается уплотнение поверхностного слоя и повышение его твердости на 20%.

Производительность раскатывания по сравнению с хонингованием более высокая; в отдельных случаях она увеличивается до 5 раз. Этот метод применяют для окончательной обработки длинных отверстий в стальных корпусных деталях типа корпусов гидроцилиндров, пинолей, поршневых и винтовых насосов, гидравлических стоек и др.

Притирку (доводочно-притирочную операцию) применяют в единичном и мелкосерийном производстве для получения высокой точности размеров и геометрической формы отверстий малых и средних диаметральных размеров. Притирку выполняют с использованием абразивных порошков и паст, наносимых на сопряженную деталь или на специальные притиры. Эта операция не требует применения специального станочного оборудования; ее можно выполнять на сверлильных, токарных и

121

1 - постоянная втулка; 2 ~ сменная втулка; 3 - зенкер; 4 -

направляющая часть зенкера; 5 - вращающаяся втулка

Рис.3.3 Типовые схемы зенкерования с направлением по режущей части инструмента (а, б,

в), по специальным направляющим ленточкам

инструмента в неподвижной (г, е) или вращающейся (д)

кондукторных втулках

других станках или вручную. С помощью притирки обеспечивается требуемый зазор в золотниковых парах у различных корпусов топливной, пневмо- и гидроаппаратуры.

Зенкерование применяют при обработке отверстий, выполненных в литой или кованой заготовке (черновое зенкерование), и для обработки отверстий после сверления или чернового зенкерования (чистовое зенкерование).

Благодаря более высокой устойчивости его во втулке точность обработки отверстий при зенкеровании существенно выше, чем при сверлении. Точность диаметра отверстия при обработке в разных условиях - в пределах 13-7-го квалитетов. Зенкерование можно проводить жесткозакрепленным инструментом без направления и с направлением по одной втулке или с дополнительным направлением (по передней втулке) по специальному цилиндрическому хвостовику цельного зенкера или цилиндрической части оправки насадного зенкера (рис.3.3-3.4).

При обработке с направлением по одной втулке зенкер можно направлять непосредственно по режущей его части (рис.3.3а-в) и по специальным ленточкам (рис.3.3г-ё), расположенным за режущей частью ближе к хвостовику инструмента, диаметр которых превышает диаметр режущей части инструмента.

По удобству эксплуатации инструмента предпочтителен второй вариант.

Необходимость в дополнительном (по передней втулке) направлении (рис.3.5) определяется диаметром и длиной обрабатываемого отверстия и зависит от припуска и

механических характеристик материала обрабатываемой детали.

4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МЕХАНИЧЕСКОЙОБРАБОТКИ ВАЛОВ

4.1 Классификация валов и предъявляемые к ним требования

Валы относятся к классу деталей типа тел вращения с длиной L, превышающей три диаметра D (L>3D).

В технологическом отношении валы подразделяют: по размерам; по конфигурации; по точности. Валы, у которых отношение L к D меньше 12,

122

Рис.3.4 Схема зенкерования без направления

(d, l - диаметр и длина отверстия; d2- диаметр направляющей части)

Рис.3.5 Схема зенкерованияс дополнительным направлением

относятся к валам жестким; если же это отношение больше 12, то валы - нежесткие.

По конфигурации валы могут быть: бесступенчатые, ступенчатые, цельные и пустотелые, гладкие и шлицевые, валы-шестерни, а также комбинированные валы в разнообразном сочетании приведенных выше групп.

По форме геометрической оси валы могут быть прямыми, коленчатыми, кривошипными и эксцентриковыми (кулачковыми).

По точности валы разделяются на четыре группы: 1) валы особо точные - рабочие шейки изготовляют с точностью 4-5 квалитета; остальные поверхности с допусками по 6-7 квалитету; 2) точные валы - основные рабочие поверхности изготовляют по 6 квалитету точности, а остальные поверхности по 8 квалитету; 3) валы нормальной точности - поверхности этих валов выполняют с точностью 8-9 квалитета; 4) валы пониженной точности - поверхности основных размеров изготовляют с точностью 10-14 квалитета.

Требования к точности и качеству поверхностного слоя валов устанавливают исходя из необходимости обеспечения того или иного эксплуатационного свойства (износостойкости, контактной жесткости, прочности посадки, сопротивления усталости, герметичности, коррозионной стойкости), определяющего их надежность. Так, опорные шейки валов под подшипники качения должны обеспечивать требуемую прочность посадки с внутренним кольцом подшипника и сопротивление усталости в опасном сечении, а под подшипники скольжения - необходимую износостойкость и контактную жесткость. Посадочные шейки валов под зубчатые колеса должны обеспечивать необходимую прочность посадки, рабочие поверхности кулачка - необходимую износостойкость. При работе в химически агрессивных и влажных средах поверхности валов должны обладать необходимой коррозионной стойкостью; в некоторых случаях отдельные участки одной и той же поверхности валов, например, кулачки распредвалов, могут работать при различных давлениях и скоростях, что будет вызывать их неравномерный износ, а следовательно, и уменьшение долговечности. Во избежание этого к этим поверхностям должны предъявлятьcя особые требования по закономерному изменению их качества. Боковые поверхности зубьев и шлицев, наряду с износостойкостью должны обладать у своего основания высоким сопротивлением усталости, а в районе делительной окружности - контактной прочностью и т.д. Все это должно отражаться в технических требованиях на изготовление валов.

Исходя из функционального назначения, к валам предъявляются следующие технические требования: 1) отклонения от соосности и прямолинейности всех участков вала должны быть в пределах установленного допуска - допустимая искривленность оси вала 0,03...0,06 мм/м; 2) радиальное биение посадочных шеек валов относительно базирующих шеек допускается в пределах 0,01...0,03 мм; 3) осевое биение

123

упорных торцов или уступов не должно быть больше 0,01 мм на наибольшем радиусе; 4) отклонение от параллельности шпоночных канавок или шлицев и оси не должно превышать 0,01 мм на 100 мм длины; 5) допуски на длину ступеней 0,05...0,2 мм; 6) овальность и конусообразность обрабатываемых шеек вала должны находиться впределах 0,2...0,4 допуска на диаметр шеек; 7) поверхности посадочных шеек валов под зубчатые колеса должны быть обработаны с параметром шероховатости Ra=0,5...2,0 мкм, под подшипники качения - Ra=0,63...20 мкм, Sm=0,04...0,06 мм, t50=45...50%, под подшипники скольжения - Ra=0,2...0,5 мкм, Sm=0,03...0,05 мм, t50=45...70%, торцовые поверхности должны быть обработаны с получением параметра Ra=3,2...10 мкм; 8) центровочные отверстия валов должны быть сохранены в готовых деталях, кроме случаев, оговариваемых техническими требованиями; 9) трещины, раковины и другие дефекты в материале заготовки не допускаются; 10) сварка валов не допускается; 11) особо ответственные валы должны проходить контроль на твердость; 12) обработанные поверхности валов перед сдачей на склад должны быть покрыты антикоррозионной смазкой.

4.2 Выбор заготовок и технологических баз

На выбор метода получения заготовки оказывают влияние: материал детали; ее назначение и технические требования на изготовление; объем и серийность выпуска; форма поверхностей и размеры детали.

Главным при выборе заготовки является обеспечение заданного качества готовой детали при ее минимальной себестоимости. Себестоимость детали определяется суммированием себестоимости заготовки по калькуляции заготовительного цеха и себестоимости ее последующей обработки до достижения заданных требований качества по чертежу. Выбор заготовки связан с конкретным технико-экономическим расчетом себестоимости готовой детали.

При выборе технологических методов получения заготовок учитываются прогрессивные тенденции развития технологии машиностроения. Решение задачи формообразования деталей целесообразно перенести на заготовительную стадию и тем самым снизить расход материала, уменьшить долю затрат на механическую обработку в себестоимости готовой детали.

Валы, в основном, изготовляют из конструкционных и легированных сталей, которые должны обладать высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью, малой чувствительностью к концентрации напряжений, а для повышения износостойкости должны подвергаться термической обработке. Этим требованиям наиболее полно отвечают стали 35, 40, 45, 40Х, 50Х, 40Г2 и др. Легированные стали по сравнению с конструкционными применяют реже ввиду их более высокой стоимости, а также повышенной чувствительности к концентрации напряжений.

124

Производительность механической обработки валов во многом зависит от вида материала, размеров и конфигурации заготовки, а также от характера производства. Заготовки получают отрезанием от горячекатаных или холоднотянутых прутков и сразу подвергают механической обработке. Заготовки такого вида применяют в основном в мелкосерийном и единичном производстве, а также при изготовлении валов с небольшим числом ступеней и незначительной разницей их диаметров. В производстве с достаточно большим масштабом выпуска, а также при изготовлении валов более сложной конфигурации со ступенями, значительно различающимися по диаметру, заготовки целесообразно получать методами пластического деформирования. Эти методы (ковка, штамповка, периодический прокат, обжатие на ротационно-ковочных машинах, электровысадка), позволяют получать заготовки, по форме и размерам наиболее близкие к готовой детали, что значительно повышает производительность механической обработки. При этом значительно снижается металлоемкость, которая характеризуется коэффициентом использования металла К=Qз/Qм, где Qз - масса заготовки; Qм

- норма расхода материала.С увеличением масштаба выпуска особое значение приобретает

эффективность использования металла и сокращения механической обработки. Поэтому в крупносерийном и массовом производстве преобладают методы получения заготовок с коэффициентом использования металла от 0,7 и выше (иногда до 0,95). Штучную заготовку из прутка целесообразно заменять штампованной, если коэффициент использования металла повышается не менее, чем на 5%, учитывая, конечно, экономическую целесообразность других факторов.

При механической обработке валов на настроенных и автоматизированных станках приобретает большое значение и точность заготовки. Заготовки, полученные методом радиального обжатия, отличаются малыми припусками и высокой точностью. Сущность метода заключается в периодическом обжатии и вытягивании по уступам отрезанной от прутка цилиндрической заготовки путем большого числа последовательных и быстрых (примерно через 0,01 с) ударов несколькими специальными матрицами. Радиальное обжатие заготовки проводится как в горячем, так и в холодном состоянии. Вследствие такого обжатия материал пластически деформируется и течет в осевом направлении, уменьшая поперечное сечение заготовки и придавая ей полученную форму. После радиального обжатия в холодном состоянии можно получить заготовки (в зависимости от диаметра) с точностью ±(0,02...9,20) мм и параметром шероховатости поверхности Ra=0,63...0,32 мкм.

При ротационной ковке заготовок в горячем состоянии точность снижается до ±0,3 мм, а по длине до ± 1 мм (за исключением общей длины, где погрешность достигает 10 мм и более). Коэффициент использования

125

металла в заготовках, полученных этим способом, составляет 0,85...0,95. Процесс высокопроизводительный, длительность операции 40...70 с.

Заготовки небольших ступенчатых валов диаметром до 25 мм изготовляют сочетанием холодной высадки и прессованием (экструдинг-процесс), а именно: из штучной заготовки за несколько переходов высаживают ступенчатую часть, а затем вытягивают ту часть, диаметр которой меньше размера исходной прутковой заготовки.

Оригинальным процессом непрерывного изготовления заготовок ступенчатых валов и других деталей тел вращения переменного сечения по длине является поперечно-винтовая прокатка на трехвалковых станах. Работу станов можно полностью автоматизировать, включая движение подачи заготовки, ее нагрев, прокатку, резку на мерные заготовки, охлаждение готового проката, укладку и упаковку.

Особую группу валов представляют шпиндели, для изготовления которых применяют высокопрочный (магниевый) чугун, серый чугун СЧ15, СЧ20 и модифицированный чугун, значительно реже стальные отливки. В зависимости от серийности в качестве заготовок для шпинделей применяют поковки, реже стальные отливки, прутковый материал и трубы. Заготовки чугунных полых шпинделей получают центробежным литьем в металлические формы. В крупносерийном производстве заготовки стальных шпинделей целесообразно изготовлять горячей высадкой на горизонтально-ковочных машинах или ковкой на ротационно-ковочных машинах.

Основными базами большинства валов являются поверхности его опорных шеек. Однако использовать их в качестве технологических баз для обработки наружных поверхностей, как правило, затруднительно, особенно при условии сохранения единства баз, что очень важно при автоматизированном технологическом процессе. Поэтому при большинстве операций за технологические базы принимают поверхности центровых отверстий и торцов заготовки, что позволяет обрабатывать почти все наружные поверхности вала на единых базах с установкой его в центрах.

При выполнении фрезерных и сверлильных операций в качестве баз чаще используют наружные цилиндрические поверхности вала.

4.3 Методы обработки валов

Обработку валов подразделяют на предварительную, как правило, осуществляемую в заготовительных цехах или отделениях, и окончательную, реализуемую в механических цехах.

К методам предварительной обработки валов относятся: резка, правка и центровка. Резку заготовок из проката проводят на металлических и гидравлических прессах, фрикционных пилах, специальных отрезных станках, станках для анодно-механической резки, резки абразивными кругами. К перспективным методам резки заготовок относятся плазменная и

126

лазерная. Стальной прокат малой и средней прочности (в=300...900 МПа) при диаметре 20...30 мм и 60...80 мм экономически выгодно разрезать сегментными дисковыми пилами, при диаметрах 40...50 мм - на токарно-отрезных станках; из высокопрочных сталей (в=900...1200 МПа) при диаметре прутков 20...30 мм - на абразивно-отрезных станках, а при диаметрах 40...80 мм - на анодно-механических ленточных станках.

Правка заготовок валов может проводиться в горячем и холодном состояниях. В зависимости от требуемой точности правку можно осуществлять различными методами: 1) в центрах токарного станка; 2) под прессом; 3) правкой и калибровкой на специальных правильно-калибровочных станках.

Центровка валов может осуществляться на различных станках: сверлильных, токарных, центровочных и фрезерно-центровальных. Перед зацентровкой валов обычно проводят обработку их торцов. Крупные валы в условиях единичного и мелкосерийного производств зацентровывают по разметке на горизонтально-сверлильных (расточных) станках. Мелкие валы в условиях единичного и мелкосерийного производств зацентровывают обычно на токарных или вертикально-сверлильных станках. В серийном, крупносерийном и массовом производствах зацентровку валов обычно проводят на фрезерно-центровальных полуавтоматах. После предварительной обработки заготовки валов поступают в механические цеха, где проводится обработка их наружных поверхностей вращения, шпоночных пазов, отверстий, нарезание резьб, правка центровочных отверстий.

Обработка наружных поверхностей вращения. Наружные поверхности вращения обрабатываются различными методами: точением, шлифованием, суперфинишированием, полированием, притиркой, отделочно-упрочняющей обработкой, поверхностным пластическим деформированием.

Точение подразделяется на черновое, получистовое, чистовое и тонкое (алмазное). При черновом точении снимаем большую часть общего припуска и напуск с приданием заготовке формы, приближающейся к форме детали. Достигаемая при этом точность - 12-14 квалитета, параметр шероховатости Rz=60...200 мкм. Получистовое точение позволяет получить точность - 10-12 квалитета, параметр шероховатости Rz=10...80 мкм. Чистовое точение позволяет получить точность 8-10 квалитета, параметр шероховатости Ra=0,8...2,5 мкм. Как правило, тонкое точение проводится алмазными резцами или резцами, оснащенными твердым сплавом или керамикой при высоких скоростях резания (v =800...1000 м/мин) и малых подачах (S=0,03...0,08 мм). Тонкое (алмазное) точение позволяет обеспечить точность 6-7 квалитета и параметр шероховатости Ra=0,1...0,6 мкм. Тонкое (алмазное) точение, как правило, применяется для отделочной обработки деталей из цветных металлов и сплавов (бронзы, латуни, алюминиевых сплавов и т.п.) и для деталей из высокопрочных чугунов и закаленных сталей.

127

Для повышения производительности труда при точении наружных поверхностей вращения применяется многорезцовая обработка.

Шлифование наружных поверхностей вращения может проводиться периферией и торцом абразивных или алмазных кругов, конечными или бесконечными лентами и лепестковыми кругами. Шлифование, как и точение, может быть черновым, получистовым, чистовым и тонким; оно может осуществляться с продольной или радиальной подачей. Черновое шлифование обеспечивает точность 8-9 квалитета и параметр Rz==5... 12,5 мкм; получистовое - точность 7-8 квалитета и параметр Ra=0,63...3,0 мкм; чистовое - точность 6-7 квалитета и параметр Ra=0,2...0,25 мкм; тонкое - точность 5-6 квалитета и параметр Ra=0,05...0,25 мкм.

Для абразивной обработки бесступенчатых наружных поверхностей вращения широкое применение получил высокопроизводительный процесс бесцентрового шлифования. Для автоматического обеспечения точности размеров и шероховатости как при точении, так и при шлифовании используют различные адаптивные системы управления процессами обработки. При необходимости улучшения качества наружных поверхностей вращения применяют отделочную обработку: суперфиниширование, полирование, притирку.

Суперфиниширование, как правило, осуществляется после чистового шлифования и позволяет получить точность 5 квалитета и параметр Rz=0,03...0,l мкм, уменьшить на 50...80% овальность, огранку и волнистость.

Полирование, как правило, осуществляется мягкими кругами (войлок, фетр, парусина, кожа), с нанесенными на них мелкозернистыми абразивными или алмазными порошками, смешанными со смазкой. Для обработки наружных поверхностей вращения вместо кругов широко используют полировальные ленты. Достигаемый параметр шероховатости Rz=0,05 мкм, t10=30...40%. Точность и погрешность формы определяется предварительной обработкой.

Для полирования, а иногда и шлифования наружных поверхностей вращения, применяют и магнитно-абразивную обработку. Точность размеров определяется предшествующей обработкой, достигаемый параметр шероховатости - Rz=0,ll мкм, t10=20...30%.

Притирка наружных цилиндрических поверхностей выполняется притирами, изготовленными из чугуна, бронзы или меди, которые обычно предварительно шаржируются абразивным или алмазным микропорошком с маслом или специальной пастой. Достигаемая точность 4-5 квалитета, параметр шероховатости Rz=0,05...0,l мкм, t10==50...60%.

Для повышения эксплуатационных показателей наружных поверхностей вращения широкое применение имеет отделочно - упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием (ОУО ППД) (накатывание, выглаживание, вибронакатывание, обработка инструментами центробежно-ударного действия, электромеханическая обработка), нанесение покрытий

128

(мягких, твердых, многослойных) и легирование поверхностей. Накатывание может проводиться роликами или шариками. Оно применяется как для упрочнения поверхностного слоя (uн=160...220%), так и для уменьшения высотных параметров шероховатости и увеличения ее несущей способности: Ra=0,05 мкм, t10=30...40%. Исходная погрешность формы и размеров при всех методах ОУО ППД практически не устраняется. Выглаживание производится шариком или алмазом. При этом рабочей части алмаза придают сферическую форму (R =2...4 мм). Обеспечивается как упрочнение поверхностного слоя (uн=150...200%), так и уменьшение исходной шероховатости Rz=0,05 мкм и увеличение ее несущей способности t10=30...40%. Вибронакатывание может применяться как для отделочно-упрочняющей обработки наружных поверхностей вращения, так и для увеличения маслоемкости опорных поверхностей трения валов, шпинделей. Сущность вибронакатывания заключается в том, что на движение подачи рабочего шарика накладываются его колебательные движения.

Электромеханическая обработка (ЭМО) позволяет значительно повысить поверхностную твердость (uн=180...220%), уменьшить параметр исходной шероховатости в 5-15 раз (например, с Ra=l мкм до Ra=0,08 мкм) и увеличить ее несущую способность (t10=40...50%) при незначительных рабочих усилиях. Это обеспечивается нагревом зоны контакта рабочего ролика и обрабатываемой поверхности при пропускании через него тока большой силы (I=200...1500 А).

Для повышения коррозионной стойкости и износостойкости валов и штоков или отдельных их рабочих поверхностей могут применяться различные покрытия или легирование. Как правило, гальванические способы нанесения покрытий (хромирование, кадмирование, свинцевание, никелирование) применяют для защиты от коррозии. Механические, лазерные и ионно-плазменные методы нанесения покрытий и легирования поверхностей служат для повышения износостойкости рабочих шеек валов, штоков, шпинделей.

Обработка шлицев на валах. Шлицы на валах обрабатываются фрезерованием, строганием, протягиванием, шлифованием, накатыванием.

Фрезерование шлицев на валах небольших диаметров (до 100 мм) обычно осуществляется за один переход, а больших диаметров (более 100 мм) - за два перехода. Фрезерование шлицев может проводиться методом копирования (фасонными фрезами) или методом обкатки (червячными фрезами). Для повышения производительности труда при черновом шлицефрезеровании применяют многозаходные червячные фрезы. В серийном производстве применяют более совершенный процесс фрезерования прямобочных шлицев, а именно - предварительное фрезерование фасонными дисковыми фрезами и чистовое фрезерование боковых поверхностей шлицев торцовыми фрезами, оснащенными пластинками из твердого сплава.

129

Шлицестрогание проводится набором фасонных резцов, собранных в головке и применяется в крупносерийном и массовом производствах. Параметр шероховатость обработанной поверхности после шлицестрогания Ra=l,0...2,5 мкм.

Шлицепротягивание осуществляется двумя блочными протяжками одновременно двух диаметрально противоположных впадин на валу с последующим его поворотом после каждого хода протяжки на один шлиц. Данный метод применяется в массовом производстве и позволяет получить параметр шероховатости Ra=0,63...1,2 мкм. По производительности шлицестрогание и шлицепротягивание в 5-8 раз выше шлицефрезерования. Шлифование шлицев может проводиться фасонными кругами всей впадины: отдельно за две операции; одним кругом внутреннего диаметра и двумя кругами боковых поверхностей прямобочных шлицев; одновременно внутреннего диаметра и боковых поверхностей прямобочных шлицев тремя кругами. Достигаемый параметр шероховатости шлицев Ra=0,32...0,63 мкм. Наиболее распространен ным и производительным, но менее точным, является шлифование фасонными кругами.

Накатывание шлицев может проводиться как в горячем (m>5 мм), так и холодном состоянии (m<5 мм). Накатывание шлицев может осуществляться роликами, рейками и многороликовыми головками. При накатывании шлицев обеспечивается параметр шероховатости Ra=0,32...0,63 мкм и значительно повышается их долговечность.

Обработка шпоночных канавок на валах. Шпоночные канавки в зависимости от конфигурации и серийности производства фрезеруются дисковыми или концевыми фрезами или двухзубыми концевыми фрезами за каждый рабочий ход (0,1...0,3 мм) на специальных шпоночно-фрезерных станках, работающих по маятниковому методу. Последний способ обработки шпоночных канавок более точный и используется в серийном, крупносерийном и массовом производствах. При необходимости повышения точности шпоночных канавок после термообработки может осуществляться их шлифование.

Обработка отверстий в валах и шпинделях. Радиальные отверстия в валах и шпинделях в зависимости от их точности обрабатываются сверлением, зенкерованием и развертыванием, как правило, на вертикально-сверлильных станках. Осевые отверстия большой длины сверлят специальными сверлами для глубокого сверления. При большом диаметре отверстий (например, в полых шпинделях) проводят их растачивание; после заточки возможно и внутреннее шлифование. Отверстия во фланцах валов и шпинделей обрабатывают на радиально-сверлильных или агрегатных станках, или с использованием многошпиндельных головок.

Обработка резьб на валах. Наружную резьбу можно получить различными инструментами: плашками, самораскрывающимися резьбонарезными головками, резцами, гребенками, дисковыми и групповыми

130

фрезами, шлифовальными кругами и накатным инструментом. Тот или иной метод нарезания резьбы применяется в зависимости от ее размеров, обрабатываемого материала, точности типа производства. Мелкие резьбы, как правило, нарезают плашками. Для повышения производительности труда в 2-3 раза в крупносерийном и массовом производствах применяют самораскрывающиеся головки. Более крупные резьбы в единичном и мелкосерийном производствах нарезают резцами. Прямоугольные и трапецеидальные резьбы нарезают несколькими резцами за несколько рабочих ходов и переходов. В условиях серийного и крупносерийного производств применяют многорезцовые блоки и резьбовые гребенки. В условиях серийного производства может применяться вихревой метод нарезания резьбы с внутренним или внешним касанием. Широкое применение в серийном и массовом производствах получил метод фрезерования резьбы дисковыми и групповыми фрезами. Фрезерование дисковыми фрезами применяется при нарезании резьб с большим шагом и крупным профилем, а групповой фрезой - для получения коротких резьб с мелким шагом.

Шлифуют резьбу одно- и многониточными кругами обычно после закалки для повышения точности и качества поверхности. В массовом производстве может применяться бесцентровое шлифование резьбы многониточными кругами. Накатывание резьбы осуществляют резьбонакатными плоскими плашками или резьбовыми роликами.

Правка центров. В некоторых случаях после черновой обработки или термообработки валов производится правка их центров (повторное центрование). Повторное центрование чаще всего осуществляют на токарных станках, так как этот способ обеспечивает меньшие отклонения от соосности (биение 0,01...0,05 мм). В массовом производстве повторное центрование проводится на центровочных или центрошлифовальных станках.

Выбор методов обработки. Методы окончательной обработки всех поверхностей заготовки (вала) и промежуточных операций выбирают исходя из требований, предъявляемых к точности размеров и качеству поверхностей, с учетом характера исходной заготовки, свойств обрабатываемого материала и условий производства.

Для предварительного выбора методов обработки отдельных поверхностей заготовки (вала) используются данные справочных таблиц экономической точности и качества обработки различными методами.

В связи с тем, что одинаковые точность обработки и качество обработанной поверхности могут быть достигнуты различными методами, после предварительного выбора нескольких возможных технологических подходящих методов обработки следует провести их сопоставление по производительности и технологической себестоимости.

При назначении метода обработки следует стремиться к тому, чтобы число переходов при обработке каждой поверхности заготовки было

131

минимальным. Желательно, чтобы одним и тем же способом обрабатывалось возможно большее число поверхностей заготовки. Это даст возможность разработать высокопроизводительные концентрированные операции с максимальным совмещением обработки поверхностей, сократить общее число операций и установов, длительность цикла обработки, повысить производительность обработки.

В связи с тем, что выбранный метод окончательной обработки отдельных поверхностей, как правило, не может обеспечить экономичное получение требуемых точности и качества поверхности непосредственно из исходной заготовки, то возникает необходимость создания промежуточных операций или переходов, по мере выполнения которых достигается постепенное повышение точности размеров и качество поверхностей до требуемых значений в соответствии с чертежом детали.

4.4 Выбор оборудования и оснастки

Механическую обработку заготовок валов начинают с операции подготовки технологических баз - подрезания торцов и их зацентровки. В зависимости от вида производства эту операцию можно проводить как на токарных и револьверных, так и на центровальных и фрезерно-центровальных станках.

Большинство фрезерно-центровальных станков можно встраивать в автоматическую линию. Двухсторонний фрезерно-центровальный станок 73С1 имеет две позиции для крепления заготовки, на которых проводится последовательно фрезерование и центрование. Фрезерно-центровальные станки МР77 и МР78 барабанного типа одновременно фрезеруют и центруют две заготовки без съема их со станка. Эти станки производительные, но громоздкие; наладка их сложна. В действующих автоматических линиях применяют станки А981 для фрезерования торцов и А982 для центрования. В условиях крупносерийного и массового производства используют также фрезерно-центровальные-обточные двухсторонние полуавтоматы 2Г942Ф2 с ЧПУ, позволяющие выполнять кроме фрезерования торцов и центрования, обтачивание торцов, резьбонарезание, зенкование, цекование. В условиях гибких производственных систем применяют фрезерно-центровальные станки MP179, КЛ-171, МА, 2235МФ4. В перечисленных станках используются стационарные станочные приспособления, базирующие заготовки по наружной цилиндрической поверхности с помощью самоцентрирующих призм и торцу по откидным или жестким упорам.

Наружные поверхности ступенчатых валов обтачивают на токарных, токарно-копировальных, горизонтальных многорезцовых станках, вертикальных, одношпиндельных и многошпиндельных автоматах, токарных станках с копировальными устройствами (гидравлический суппорт КСТ-1), а также на токарных станках с ЧПУ и ГПМ. При обработке валов в центрах для

132

выдерживания линейных размеров от постоянной базы рекомендуется применять плавающие передние центры с упором торца заготовки в упорное кольцо. Это позволяет предотвращать погрешности по глубине зацентровки. При об работке валов с одной установки на проход по всей длине заготовки применяют торцовоповодковые центры, что повышает точность и производительность. Передние центры токарных станков объединяют с поводковыми устройствами, вращающими обрабатываемую заготовку с помощью зубьев или штырей внедряемых в торец заготовки.

В серийном, и особенно в крупносерийном производстве, широкое распространение находят многорезцовые и токарно-копировальные станки, полуавтоматы и автоматы. Однопроходная копировальная и однопроходная многорезцовая обработка жестких валов (с отношением длины к диаметру наибольшей ступени 10-15) обеспечивает точность 9-11 квалитета. Многорезцовая обработка может оказаться эффективнее копировальной для валов, имеющих большие длину и диаметры и большие перепады ступеней, так как в продольном суппорте можно установить большое число резцов. Но, чрезмерное увеличение сил резания может привести к деформированию обрабатываемого вала, а это вынуждает снимать подачу по сравнению с подачей на копировальном станке. Поэтому окончательный выбор метода обработки и станочного оборудования должен сопровождаться расчетом на точность и экономическую целесообразность.

На токарно-копировальных станках можно проводить черновую обработку многорезцовым суппортом, а чистовое обтачивание - однорезцовым копировальным суппортом, причем, при передаче крутящего момента заготовке торцовым поводковым центром обработку можно вести с одного установа. Некоторые модели токарно-копировальных станков имеют несколько копировальных суппортов, перемещающихся независимо один от другого, например, мод.КМ817 (два копировальных и три крестовых суппорта). Они позволяют вести независимую обработку каждый на своем участке, что значительно повышает производительность станка. Применение такого станка особенно целесообразно, когда на каких либо ступенях вала имеется большой припуск, который невозможно снять за один рабочий ход. При установке специальных копирных барабанов на токарных гидрокопировальных станках мод.1722 и 1712 можно также вести многопроходную обработку.

В мелкосерийном производстве экономически целесообразным может оказаться применение при обработке ступенчатых залов универсальных токарных станков мод.16К20ФЗС5, 1716ВФЗ и др. с ЧПУ. Шлицевые соединения валов представляют собой многошпоночные соединения, у которых шпонки, называемые шлицами, или зубьями, выполнены за одно целое с валом и служат для передачи вращательных движений и крутящих моментов. Валы также выполняются цельными вал-шестернями. Шлицы и зубья шестерен нарезают фрезерованием, строганием, протягиванием и

133

холодным накатыванием. При черновом фрезеровании используют многозаходные червячные фрезы, которые увеличивают производительность, но требуемой точности не обеспечивают. Валы с короткими опорными шейками, к которым непосредственно выходят шлицы, нельзя устанавливать в центрах с хомутиком, так как он не дает выхода червячной фрезе. В этом случае шлицевый валик со стороны шпинделя базируется на шлифованной опорной шейке в специальной оправке с обратным конусом либо необходимо использовать торцовый поводковый центр.

Для фрезерования шлицев и зубьев валов-шестерен наиболее целесообразно использовать полуавтоматы мод. 5В370, 5В373П и 5А352ПФ2. Более прогрессивными процессами образования шлицев методом снятия стружки являются контурное шлицестрогание и шлицепротягивание. Строгание шлицев на валах проводят набором фасонных резцов, собранных в головке, и эффективно может быть использовано в крупносерийном и массовом производстве. Шлицестрогание выполняют на станке МА4. Шлицепротягивание проводят двумя блочными протяжками одновременно двух диаметрально противоположных впадин на валу с последующим поворотом вала на определенный угол после каждого хода протяжки. При холодном накатывании шлицы образуются пластическим деформированием без снятия стружки. Накатка выполняется роликами, рейками и многороликовыми профильными головками.

Шпоночные пазы в зависимости от их формы обрабатывают пальцевыми или дисковыми фрезами на фрезерных станках. Для уменьшения погрешности базирования при установке вала в приспособлении с призмами целесообразно их выполнять самоцентрирующимися (самоцентрирующиеся тиски).

Внутреннюю резьбу на валах обычно нарезают машинными метчиками на резьбонарезных, сверлильных, револьверных, а также на агрегатных станках-полуавтоматах и автоматах в зависимости от масштаба производства и имеющегося оборудования. При нарезании глухих резьб для точной остановки движения подачи и вращения метчика применяют самовыключающиеся патроны.

Наружные остроугольные резьбы на валах в зависимости от технических требований, масштаба выпуска и имеющегося оборудования нарезают плашками, резьбонарезными головками, резьбовыми резцами, гребенками и групповыми резьбовыми фрезами.

Для отделочной обработки ответственных поверхностей валов используются различные станки для алмазно-абразивной обработки (круглошлифовальные, торцокруглошлифовальные, зубо- и шлицешлифовальные, резьбошлифовальные и др). Для отделочно-упрочняющей обработки используются специальные головки для накатывания и электромеханической обработки.

134

Автоматические линии для обработки валов применяют как в массовом, так и в крупносерийном производстве, причем целесообразно их выполнять переналаживаемыми, позволяющими обрабатывать на одной линии несколько типоразмеров валов, например, автоматическая переналаживаемая линия МРЛ-13.

В мелкосерийном и серийном производстве для обработки валов широко используются различные роботизированные комплексы и типовые комплексно-автоматизированные участки типа АСВ из оборудования с ЧПУ с применением ЭВМ и гибкие производственные системы. Структура автоматизированных участков типа АСВ строится так, чтобы она обеспечивала функции, характерные для производственных участков, на основе более высокого уровня организации и автоматизации производства. При этом каждая структурная составляющая должна отвечать таким требованиям, при которых сохраняется ее автономное функционирование, а взаимосвязь между ними подчинена единой автоматизированной системе организации производства и управления участком в целом. Общую структуру участков типа АСВ можно разделить на две части: 1) комплекс оборудования; 2) комплекс систем.

На рис. 4.1 представлена структура комплекса оборудования автоматизированных участков. Взаимосвязь управляющего вычислительного комплекса (УВК) и производственного комплекса (ПК) осуществляется через машинную технику (например, при прямом управлении станками в режиме ЭВМ-УЧПУ) или через соответствующий документооборот (например, в случае планирования или учета). Каждый из этих комплексов содержит необходимые виды и типы оборудования, полностью унифицированные при выполнении аналогичных функций. ЭВМ УВК должна быть серийной и не должна содержать чрезмерной избыточности. Автоматизированные участки типа АСВ строятся на основе системного подхода к организации и управлению производством, т.е. каждый вид обеспечения производства рассматривается как система, включающая соответствующие технические средства автоматизации и механизации физического и умственного труда и определенный порядок их взаимодействия.

В состав участков типа АСВ входят токарные полуавтоматы с ЧПУ и сверлильно-фрезерные станки, в том числе многоцелевые станки, охватывающие до 75...80% всей трудоемкости обработки деталей

135Рис.4.1 Структура комплекса оборудования автоматизированных участков по обработке валов

данного типа. С включением в участки шлифовальных и зубообрабатывающих станков с ЧПУ суммарная трудоемкость обработки увеличивается до 90...95%. Для выполнения отделочных операций в участок встраиваются и универсальные станки. Станки с ЧПУ, рекомендуемые для включения в участки типа АСВ (например, мод.1П420ПФ30, 1720ПФ30, 1725РФЗ), поставляются с расширенными комплектами режущего и вспомогательного инструмента широкоуниверсального назначения. Комплект оснастки для базирования и закрепления заготовок участков АСВ включает оснастку для токарных и сверлильно-фрезерных работ. Токарные станки рекомендуется оснащать трехкулачковыми механизированными клиновыми патронами - центрами типа ПЗКП. Патроны обеспечивают центрирование заготовок самоцентрирующимися быстропереналаживаемыми кулачками (при патронных работах) и самоустановку кулачков по заготовке при обработке ее в центрах. На токарных станках участков АСВ широко используются и торцовые поводковые центры. Для станков сверлильно-фрезерной группы применяются различные системы станочных приспособлений универсального и специального назначения. В состав участка АСВ в его типовом исполнении включены секции: наладки и комплектации инструмента, приема-сдачи и ОТК, силового питания, автоматического манипулятора (трансманипулятора), удаления и сбора стружки, а также диспетчерское отделение, межстаночный транспортер, вспомогательные средства для транспортирования грузов.

5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МЕХАНИЧЕСКОЙОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Назначение ТП - произвести удаление припуска и формообразование поверхностей, а также дать этим поверхностям и внутренним слоям колеса необходимые свойства.

На ТП наибольшее влияние оказывают: материал и способ получения заготовки, определяющие состав операций, их точностные возможности и параметры режимов резания, характер деформации в процессе термообработки; габаритные размеры и форма зубчатого колеса, влияющие на выбор оборудования, технологических баз и построение технологического процесса обработки; форма и расположение зубчатого венца, влияющие на выбор метода обработки зубьев и технологических баз; форма зубьев, наличие или отсутствие их модификации; требуемая точность; вид производства.

Зубчатая передача состоит из пары находящихся в зацеплении зубчатых колес или зубчатого колеса и рейки. В первом случае она служит для передачи вращательного движения от одного вала к другому, во втором - для превращения вращательного движения в поступательное.

136

В машиностроении применяют следующие виды зубчатых передач: цилиндрические при параллельном расположении валов; конические при пересекающихся и перекрещивающихся валах; винтовые и червячные при перекрещивающихся валах. Зубчатое колесо, передающее вращение, называют ведущим, приводимое во вращение - ведомым. Колесо зубчатой пары с меньшим числом зубьев называют шестерней, сопряженное с ним парное колесо с большим числом зубьев - колесом.

5.1 Некоторые сведения о технологии зубообработки

Способы образования зубьев и области их применения указаны в табл.5.1. и 5.2; в табл.5.3 приведены данные о точности зубьев.

Таблица 5.1

Наиболее распространенные способы образования (окончательной обработки) зубьев колес с внешними зубьями

Способ образования зубьев Область применения ДелениеЦилиндрические колеса

Нарезание червячными фрезами на зубофрезерных станках

Колеса модулем до 40 мм, в том числе шевронные с канавкой для выхода фрезы

Н

Нарезание дисковыми модульными фрезами на

фрезерных или зубофрезерных станках

Колеса невысокой точности в условиях мелкосерийного и единичного производства; колеса без смещения с малым числом зубьев,

нарезание которых методом обкатки приводит к значительному подрезанию зубьев

Е

Нарезание пальцевыми модульными фрезами на зубофрезерных станках

Шевронные колеса без канавки для выхода фрезы; крупномодульные колеса (модуль 20-75 мм)

Е

Нарезание долбяками (одним или двумя) на зубодолбежных

вертикальных или горизонтальных станках

Колеса, преимущественно блочные или с буртиками, модулем до 14 мм; колеса с

непрерывным шевроном

Н

Нарезание гребенками на вертикальных зубострогальных

станках *2

Колеса модулем до 30 мм, в том числе с непрерывным шевроном

Н

Зубодолбление многорезцовыми головками на специальных зубодолбежных

станках

Колеса модулем до 8 мм в условиях крупносерийного и массового производства

Е

Шлифование профильными кругами на зубошлифовальных

станках

Прямозубые колеса модулем до 12 мм с закаленными зубьями

Е

Шлифование одним или двумя кругами методом обкатки на зубошлифовальных станках

Колеса модулем до 20 мм с закаленными зубьями Н

Шлифование абразивным червяком на зубошлифовальных

станках

Колеса модулем до 8 мм с закаленными зубьями в условиях крупносерийного и массового

производства

Н

Шевингование на шевинговальных станках

Колеса модулем до 14 мм Н

137

Зубохонинговаиие (абразивное шевингование) на зубохонинго-

вальных станках

Колеса модулем до 10 мм с закаленными зубьями в условиях серийного и массового производства

Н

Конические колеса *3

Нарезание зубострогальными резцами, дисковыми фрезами

Колеса с прямыми и косыми зубьями Е или Н

Строгание по шаблону (копиру) Крупномодульные прямозубые колеса в условиях мелкосерийного и единичного производства

Е

Протягивание дисковой или торцовой протяжкой

Колеса с прямыми или круговыми зубьями в условиях крупносерийного и массового

производстваНарезание резцовой головкой Колеса с круговыми зубьями в условиях

серийного и массового производстваЕ

Нарезание конической червячной фрезой *2

Колеса со спиральными зубьями Н

Нарезание дисковой модульной фрезой

Небольшие прямозубые колеса невысокой точности

Е

Шлифование Колеса с закаленными прямыми и круговыми зубьями

Е

Червячные колесаНарезание червячными фрезами

на зубофрезерных станкахКолеса малых и средних модулей в условиях

серийного и массового производстваН

Нарезание резцами-летучками на зубофрезерных станках

Колеса средних и крупных модулей в условиях серийного и единичного производства

Н

Примечание: *l Н - непрерывное деление, Е - единичное, Б - без деления. *2 Станки отечественная промышленность не выпускает.

Таблица 5.2Способы обработки зубьев колес с внутренними зубьями

Вид обработки Станки Эскиз обработкиДолбление дисковыми долбяками Зубодолбежные всех

моделей

Фрезерование дисковыми (а) и пальцевыми (б) фрезами

Зубофрезерные мод. 5342, 5343, 5355 и др. со

специальными головками

138

Фрезерование червячными одновитковыми фрезами (улитками)

и червячными фрезами с укороченными профилирующими

кромками

Протягивание цилиндрическими протяжками

Протяжные

Шевингование Шевинговальные мод. 5703В, 5717, 5717С-1 и

зарубежных фирм

Шлифование Зубошлифовальные мод. 586В, 5850В и

зарубежных фирм

Зуботочение обкаточными резцами Зубофрезерный станок со специальным суппортом

Зубострогание Зубострогальные станки (зарубежные)

Таблица 5.3

Точность зубообработки цилиндрических колесВид обработки Станки и инструменты

общего назначения прецизионныеМодуль, мм

10 11-20 22-30 >30 <7 7-12

Зубофрезерование червячными фрезами

7 8 9 - 4-5 6

Зубодолбление 7 8 9 - 6 6Зубострогание гребенкой 7 8 8 9 5-6 6-7

Фрезерование дисковыми или пальцевыми модульными фрезами

8 9 9 10 - -

139

Шевингование 6 - - - 4 5Зубошлифование:

обкаткой 6 7 - - 4 5профильными кругами 7 8 - - 6 7

Наибольшая производительность и экономичность зубообработки достигаются при выполнении следующих основных условий:

- правильном выборе технологического процесса, последовательности операций и переходов;

- правильном выборе станка, исправном его состоянии (жесткость узлов, отсутствие зазоров, минимальное биение фрезерного шпинделя, исправная работа всех его систем, включая системы смазки и охлаждения), обеспечении требуемой его точности, наличии необходимой оснастки и др.;

- правильном выборе инструмента, применении твердосплавного инструмента, многозаходных и корригированных фрез, фрез с заборным конусом и других видов производительного инструмента, особенно при черновой обработке, когда удаляется основной объем срезаемого металла;

- достаточной жесткости и точности установки заготовки и инструмента;- правильном выборе режимов резания (наименьшее число проходов,

наибольшая подача и скорость резания, обеспечивающие заданную стойкость инструмента);

- обильной подаче смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания;- применении диагональной или радиальной подачи.Повышение производительности обработки не должно приводить к

снижению ее качества и точности.

5.2 Допуски на изготовление зубчатых колес и передач

Стандарт ГОСТ 1643-81 на допуски относится к эвольвентным цилиндрическим передачам внешнего и внутреннего зацепления с делительным диаметром до 6300 мм, шириной венца до 1250 мм, модулем зубьев от 1 до 56 мм.

В нем установлены 12 степеней точности зубчатых колес и передач, обозначаемые в порядке убывания точности 1, 2, 3, ... до 12, причем степени 1 и 2 допусками не регламентируются (наиболее распространены 7-9-я степени точности). Для каждой степени точности устанавливают нормы кинематической точности, плавности работы, контакта зубьев. Их можно комбинировать с учетом указанных в стандарте правил. Так, нормы плавности работы могут быть не более чем на две степени точнее или на одну степень грубее норм кинематической точности; нормы контакта зубьев могут назначаться по любым степеням, более точным, чем нормы плавности работы.

Независимо от степени точности имеется шесть видов сопряжений зубчатых колес в передаче, обозначаемых H, Е, D, С, В, А, различающихся

140

между собой гарантированным зазором между зубьями и допуском на него, который (допуск) обозначается в порядке возрастания h, d, с, b, а, z, у, х.

Сопряжения зубчатых колес в передаче аналогичны свободным посадкам между валом и отверстием. Так, сопряжение H с нулевым гарантированным боковым зазором можно сравнивать со скользящей посадкой. Сопряжение вида B гарантирует минимальный боковой зазор, при котором исключается возможность заклинивания передачи от нагрева при разности температур колес и корпуса 25°С.

Обычно сопряжениям Н и Е соответствует допуск на боковой зазор h, а сопряжениям D, С, В и А - соответственно допуски d, с, b, а. Однако разрешается изменять виды допуска, используя при этом допуски z, у, х.

5.3 Материалы и способы получения заготовок зубчатых колес

Зубчатые колеса изготовляют из конструкционных сталей и сплавов, чугуна, металлокерамики, бронзы и пластмасс. Наиболее часто применяют углеродистые и легированные стали марок 35, 40, 45, 50, 35 ХГСА, 20Х, З0Х, 40Х, 45Х, ЗОХМ, 38ХС, 38ХМЮА, 18ХГТ, 25ХГТ, 12Х2Н4А, 18Х2Н4ВА, 20Х2Н4ВА, 20Х2Н4МА, 45ХНМФА и другие.

Высоконагруженные колеса требуют применения высококомбинированных хромоникелевых сталей, подвергаемых химико-термической обработке. Из чугуна и металлокерамики изготовляют зубчатые колеса, работающие при малых окружных скоростях и передающие небольшие усилия.

Бронза обычно применяется для червячных колес, работа которых связана с повышенным скольжением профилей.

Для зубчатых колес, передающих небольшие мощности и работающих при высоких окружных скоростях (до 50 м/с), можно применять пластмассы, текстолит, нейлон, капролон и др., обеспечивающие бесшумность, плавность хода передачи и способные гасить вибрации.

Способы получения заготовок. Заготовки зубчатых колес бывают цельные, наплавленные, сварные, паяные, склеенные и сборные как без предварительно отформованных зубьев, так и с ними. Заготовки получают из твердого, жидкого или порошкообразного исходного материала. Способы получения зависят от материала, конструктивных особенностей колес, размеров и объема партии выпуска.

Стальные зубчатые колеса обычно изготовляют из поковок и нормального катаного прутка. Зубчатые колеса диаметром до 65 мм в большинстве случаев экономичнее изготовлять из прутка. В массовом, крупносерийном и серийном производствах колеса с наружным диаметром более 65 мм изготовляют из заготовок, получаемых штамповкой в подкладных или закрытых штампах на паровоздушных молотах,

141

кривошипных ковочно-штамповочных прессах, прессах двойного действия, сферодвижных прессах, горизонтально-ковочных машинах.

Заготовки для изготовления поковок отрезают от прутка ножницами или дисковой пилой, диаметр прутка - до 80 мм с нагревом до 300...500°С.

Заготовки для единичного и мелкосерийного производства изготовляют, как правило, из прутка и свободной ковкой.

При серийном производстве колес сложной конфигурации, а также при крупносерийном производстве одновенцовых колес с одной ступицей, заготовки получают на молотах в подкладных штампах. Припуск на последующую механическую обработку составляет не менее 3...4 мм на сторону. В крупносерийном и массовом производствах такие же заготовки изготовляют на кривошипном ковочном прессе и штамповочном молоте в закрытых штампах, что обеспечивает большую точность и более высокое качество поверхностей.

Центральное отверстие диаметром до 25 мм в большинстве случаев не прошивается, а при диаметре более 25 мм - прошивается.

Процесс получения поковок на кривошипных штамповочных прессах с усилием 1000... 1500 т является более прогрессивным, чем штамповка на молотах, так как обеспечивает повышение производительности в 1,5-2 раза, уменьшение штамповочных уклонов с 7...9° до 2...4°; снижение расхода металла составляет 10... 12 % за счет уменьшения припусков на 30...40 %.

Весьма производительным процессом получения заготовок с допуском на диаметр ±(0,5... 1,0) мм является горячая высадка на многопозиционных автоматах.

При штамповке на кривошипных прессах, горизонтально-ковочных машинах, прессах двойного действия, прессах для холодного и полугорячего выдавливания можно получать заготовки с зубьями с припуском на сторону, равным 0,1...0,3 модуля.

Холодному формообразованию подвергают заготовки диаметром до 80 мм.

К наиболее точным и производительным способам получения заготовок с зубьями относится накатка на специальных станах. Она может выполняться с нагревом или без него.

Нагрев наиболее часто проводится с помощью индукционных устройств. Заготовки, полученные путем деформирования из твердого материала, как правило, подвергают термической обработке для снятия напряжений и улучшения обрабатываемости. После термической обработки заготовки очищают от окалины на дробеструйной или гидроабразивной установках или травлением в растворе серной кислоты с последующим промыванием в горячей воде, а затем контролируют их твердость.

Коэффициент использования металла при изготовлении цилиндрических колес из штучных штампованных заготовок составляет 0,4-0,95.

142

В единичном и мелкосерийном производствах иногда изготовляют заготовки из листового материала путем электроэрозионной резки, плазменного раскроя и других методов. Тонколистовой материал позволяет применять холодную штамповку – вырубку в крупносерийном и массовом производствах.

Заготовки крупных колес и колес средних размеров сложной конфигурации из стали, а также колес из цветных металлов и чугунов целесообразно получать из жидкого материала методом центробежного литья, при котором достигается хорошее заполнение формы.

Порошкообразные и гранулированные пластмассы могут преобразовываться в заготовки с зубьями или без таковых литьем на термопласт-автоматах. Порошкообразные металлические смеси позволяют получать заготовки путем прессования со спеканием в закрытых штампах с последующей динамической калибровкой. Это обеспечивает коэффициент использования материалов до 0,8...0,98.

Механическая обработка заготовок до нарезания зубьев проводится по аналогии с обработкой соответствующих деталей машиностроения. Круглые колеса, имеющие замкнутую делительную поверхность, обрабатываются как обычные тела вращения; некруглые или секторные - как кулачки и фасонные поверхности. Такой же подход к операциям сварки, пайки, склеивания и сборки.

Особенность обработки заготовок колес с предварительно отформованными зубьями состоит в том, что обработка прерывистых поверхностей по вертикали и торцовым частям зубьев обеспечивается, как правило, шлифованием вместо обычной лезвийной обработки. На механическую обработку заготовки должны поступать после соответствующей термической обработки, а также контроля их физико-механических свойств и геометрических размеров.

Требуемая точность обработки базовых поверхностей под нарезание зубьев зависит от типа применяемых установочно-зажимных приспособлений, габаритных размеров колеса и его точности, а также точности и жесткости применяемого в последующем зубообрабатывающего оборудования.

Точность изготовления поверхностей, ограничивающих вершины зубьев, а также линейных размеров заготовок, определяется функциональным и технологическим назначением поверхностей. Допускаемое биение базового

торца , где d - диаметр базовой поверхности колеса; b - ширина зубчатого венца; Еп - допуск на отклонение направления зуба.

Отклонение от параллельности базовых торцов и допуски на взаимное биение посадочных шеек валов-шестерен рекомендуется принимать равным

, где l – расстояние между серединами шеек валов- шестерен.

143

Для зубчатых колес больших размеров, у которых при зубообработке проверяют биение вершин зубьев, радиальное биение окружности выступов должно быть не более 0,6Er, где Er - допуск на радиальное биение зубчатого венца.

Уточненные значения допусков рассчитывают на основе решения задачи по расчету звеньев размерных цепей.

5.4 Влияние конструктивных факторов на технологию изготовления зубчатых колес

Особенности влияния типа конструкции колеса на характер технологического процесса приведены в табл.5.4, а на возможность применения методов зубообработки - в табл.5.5.

Таблица 5.4Характеристики технологического процесса в зависимости от типа и

конструкции колесаТип колеса Характеристика

Валы-шестерни: двухсторонние и односторонние

Заготовку на операциях устанавливают в центрах или (при зубообработке) в люнетах, на

рабочих шейкахШестерни насадные (с малым числом зубьев):

а - с цилиндрическим отверстием; б - с коническим отверстием

Заготовку на основных операциях устанавливают в центрах или (при зубообработке) в приспособлениях

Колеса насадные: со ступицей; с шейками; плоские

Заготовку на основных операциях устанавливают в патроне, а на чистовых

операциях (в том числе зубообработке) - на оправке или в приспособлениях

Колеса сборные: составные и венцовые Ступицы и венцовые колеса обрабатывают раздельно, а затем дорабатывают колесо в

сборе. Заготовку на основных операциях (в том числе зубообработка) устанавливают в

приспособлениях, а также в патроне (на токарных операциях)

Колеса бандажированные, клееные Бандаж монтируют на ступице, выполняют с наименьшим допуском 7 или 8 квалитета.

Чистовую обработку заготовки и зубонарезание ведут так же, как и цельных

колесКолеса сварные Черновая зубообработка выполняется после

сварки колеса, чистовая - после насадки колеса на вал и чистовой обработки базовых

поверхностейТаблица 5.5

Методы зубообработки в зависимости от типа и конструкции венца

Тип венца ХарактеристикаОткрытые венцы (свободный выход

инструмента)Нарезание и отделка зубьев возможна любым

методом и инструментом на станках всех

144

типов. Наиболее технологичная конструкция зубчатого колеса

Врезные венцы (валы-шестрени) Нарезание возможно только фрезерованием. Обработка двухсторонних венцов возможна

только при радиальном врезании инструмента. Шлифование профиля зубьев возможно при

радиусе инструмента более 75 ммЗакрытые венцы (с буртом или фланцем,

блочные шестерни)Нарезание зубьев возможно только

долблением или строганием гребенками, а также фрезерованием пальцевыми фрезами

В случае назначения высокой точности колеса его конструкция должна предусматривать возможность отделочной обработки лезвийным твердосплавным инструментом или шлифовальным кругом.

Крупногабаритные колеса должны быть такими, чтобы обеспечивалась возможность одновременной обработки основных и вспомогательных поверхностей заготовок, в том числе технологических и измерительных баз.

Базовые поверхности должны иметь возможность обработки после монтажа.

При крупносерийном и массовом производствах рациональна конструкция колес с открытыми венцами.

Информация, задаваемая условными обозначениями на чертежах зубчатых колес, часто является неполной, чтобы с достаточной точностью однозначно воспроизвести геометрию венца для его качественного зацепления с сопрягаемым колесом. Поэтому часть информации может задаваться на сборном чертеже и в технических требованиях на продукцию. Она также должна учитываться при разработке технологического процесса.

5.5 Технологические маршруты обработки зубчатых колес

При разработке технологического маршрута изготовления зубчатых колес в зависимости: от габаритов зубчатого колеса и объемов в производстве определяют тип исходной заготовки (пруток, поковка, отливка и т.п.); от формы зубчатого колеса и венца устанавливают возможные методы его обработки (см.табл.5.5); от заданной точности зубчатого колеса, его материала и характера химико-термической обработки определяют состав операций обработки зубьев и отделки зубчатого колеса после термической обработки; от требований чертежа устанавливается характер и содержание отдельных операций.

Маршрут обработки зубчатых колес выбирают, исходя из возможности обеспечения заданной точности и производительности, с минимальным количеством операций. При этом учитывается, что для зубчатых колес с твердостью зубьев до HRC40 при зубоотделочной операции могут применяться лезвийные инструменты, изготовленные из быстрорежущих сталей. Для более высокой твердости применимы твердосплавные и абразивные инструменты.

145

На поверхностях, которые не должны быть подвергнуты цементации и которые не могут быть защищены предохраняющими покрытиями, оставляют специальные защитные припуски, удаляемые между цементацией и закалкой. Соединительные поверхности, в том числе шлицевые (особенно с эвольвентным и остроугольным профилем), точные резьбы, отверстия и шпоночные пазы обрабатывают окончательно после термической обработки.

При изготовлении сборных (составных) и сварных колес предпочтительна обработка зубьев после сборки венцового колеса на ступице или сборки сварного колеса с валом. При изготовлении колес высокой точности (свыше 6-й степени) с последующей зубоотделочной обработкой после черновых операций желательно проводить промежуточную термообработку для снятия внутренних напряжений.

При азотировании поверхностей зубьев осуществляется термическая стабилизация заготовки после чернового нарезания.

При обработке зубчатых колес могут применяться все способы повышения производительности технологических систем (табл.5.6). Целесообразность применения того или иного способа оценивается на основе расчетов технико-экономической эффективности.

Таблица 5.3

Способы повышения производительности технологических систем и основные мероприятия по их реализации

Прием Объект Сущность способа

Основные мероприятия, реализующие способ

Исключение

Простои Исключение простоев

Переход к непрерывным процессам зубообработки

Вспомогательные действия

Исключение вспомогательных

действий

Выбор рациональных способов непрерывного действия. Переход к

поточным технологиямУменьшен

иеПростои Уменьшение

простоевПовышение надежности оборудования,

инструментов и приспособлений. Своевременное снабжение материально-

энергетическими ресурсами и информацией

Вспомогательные действия

Сокращение длительности

вспомогательных действий

(интенсификация вспомогательных

действий + оптимизация

объема работ и траекторий

нерабочих ходов)

Повышение быстродействия механизмов, агрегатов и устройств, реализующих

вспомогательные действия. Минимизация объемов работ, сокращение траекторий на

участках, соответствующих нерабочим ходам

Основные действия

Сокращение длительности

основных действий

Повышение быстродействия, жесткости и виброустойчивости механизмов

технологической системы. Оптимизация геометрических, кинематических,

146

(интенсификация основных

действий + оптимизация

объемов работ и траекторий

рабочих ходов)

динамических и прочностных свойств технологической системы и среды.

Адаптация режимов обработки. Уменьшение исходных объемов работ, в

том числе за счет уменьшения припусков. Выбор замкнутых рабочих траекторий с

минимальной кривизной для инструментов. Выбор разомкнутых рабочих траекторий с

оптимальными характеристиками для деталей

Совмещение

Простои Совмещение простоев

Оптимизация циклов работ оборудования

Вспомогательные действия

Совмещение вспомогательных

действий

Переход к одновременному выполнению всех вспомогательных функций

Основные действия

Совмещение основных действий

Повышение уровня концентрации технологического воздействия

Наиболее просто решается задача путем интенсификации режимов резания и увеличения числа одновременно обрабатываемых деталей. Первое связано с изменением материала режущего инструмента, второе - с применением многоместных приспособлений. Остальные мероприятия требуют, как правило, изменения состава оборудования или алгоритма его работы. Оптимальное решение задачи требует выбора наиболее рационального уровня концентрации технологического воздействия.

Переход от точечного формообразования зубьев к линейному может повышать производительность труда в 2-10 раз, а от линейного к поверхностному - еще во столько же раз.

Использование непрерывных процессов изготовления зубчатых колес, предусматривающих транспортное перемещение заготовок в процессе обработки или контроля, может обеспечить производительность, лимитируемую длительностью времени установки-снятия колеса.

В серийном производстве зубообрабатывающие операции выполняются, как правило, на полуавтоматическом оборудовании. В массовом - на автоматическом, что повышает производительность труда на 20-30%. Автоматизированы зубофрезерные, зубодолбежные и зубошевинговальные станки.

Созданы автоматы для холодной накатки зубьев, а также автоматы для нарезания прямозубых конических колес методом кругового протягивания.

Наибольший уровень автоматизации достигается с применением комплексных автоматических линий и гибких автоматизированных систем.

Автоматические линии для изготовления заготовок зубчатых колес применимы для массового производства. Они включают группы токарных станков с манипуляторами, транспортными и другими системами. Эти линии могут соединяться с линиями, состоящими из зубообрабатывающих станков. На комплексных автоматических линиях осуществляется механическая и термическая обработка, мойка, контроль с последующей сортировкой деталей

147

на группы точности. Комплексные автоматические так же, как и гибкие производственные системы, управляются от ЭВМ.

ГПС включают в себя роботизированные технологические комплексы, станки-автоматы с ЧПУ, гибкие производственные модули, многоцелевые станки с автоматической загрузкой и автоматической сменой инструмента и другое оборудование. Предусматривается автоматический контроль работы всей системы. Реализованы ГПС для обработки цилиндрических зубчатых колес с использованием зубофрезерных, зубодолбежных, зубошевинговальных и зубошлифовальных станков.

5.6 Контроль зубчатых колес

Контроль зубчатых колес проводится по комплексам контроля, предусмотренным ГОСТ 1643 - для цилиндрических зубчатых передач и колес, ГОСТ 1758 и ГОСТ 9368 - для конических и гипоидных передач и колес, ГОСТ 3675 - для цилиндрических червячных передач и червячных пар, ГОСТ 16502 – для глобоидных червяков колес, передач и пар. Контроль зубчатых колес других видов и типов проводится по отраслевым или иным нормативным документам.

В комплексах контроля оценка кинематической точности, плавности работы, контакта зубьев и бокового зазора предусмотрена по различным равноправным показателям. Аналогичные показатели существуют и для других видов колес.

При изготовлении зубчатых колес обычно применяют контроль трех видов: профилактический, производственный и приемочный.

Профилактический контроль проводят до начала зубообработки по всей системе «станок - приспособление - инструмент - заготовка». Производственный контроль проводится на стадии зубообработки и предусматривает воздействие на составляющие технологического процесса при обнаружении каких-либо отклонений в обрабатываемой детали. Приемочный контроль выполняют по окончании изготовления партии деталей, либо каждой детали, или же выборочно, через установленный интервал.

Комплексы показателей, проверяемых при приемочном контроле, устанавливают изготовители зубчатых колес. При выборе комплексов контроля руководствуются следующим: 1. Предпочтение отдают функциональным показателям (пятно контакта). 2. Предпочтительно использование методов контроля, обеспечивающих непрерывность процесса измерений. 3. При окончательном контроле для оценки колеса как элемента будущей передачи измерения необходимо выполнять от рабочей (монтажной) базы. 4. В налаженном производстве контроль может бьпъ ограничен контролем по межосевому расстоянию при двухпрофильном зацеплении с

148

измерительным колесом. Основные технические требования к приборам для измерения зубчатых колес нормируются ГОСТами.

149

Литература

1. Технология изготовления деталей машин Т.III-3/A. M. Дальский, А. Г. Суслов, Ю. Ф. Назаров и др. Под общ. ред. А. Г. Суслова. 2000.-840 с, ил.

2. Маталин А. А. Технология машиностроения: Учебник для машиностроительных вузов для специальности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты». Л.: Машиностроение, 1985.-496 с., ил.

3. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2 /Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1985.-496 с., ил.

4. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2/Под ред. А. М. Дальского, А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова, А. Г. Суслова. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение-1.-2001.-912 с., ил.

5. Птуха Л. И. Основы технологии машиностроения. Конспект лекций Ивановский государственный энергетический университет.

6. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: Учеб. для втузов / Н. М. Капустин, П. М. Кузнецов, А. Г. Схиртладзе и др.; Под ред. Н. М. Капустина. - М.: Высш. шк.,2004.-415 с: ил.

150

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................31 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ СБОРКИ МАШИН........................31.1 Изделия машиностроения и их составные части......................................31.2 Технологические и производственные процессы......................................51.3 Классификация видов сборки.......................................................................71.4 Организационные формы сборки.................................................................81.5 Типовые и групповые процессы сборки...................................................141.6 Точность сборки.............................................................................................16

1.6.1 Понятие о точности...............................................................................161.6.2 Погрешности сборочных процессов....................................................18

1.7 Размерные расчеты сборочных процессов................................................201.7.1 Основные понятия и определения теории размерных цепей............201.7.2 Постановка задачи и выявление размерной цепи..............................241.7.3 Методы расчета размерных цепей. Методы достижения точности. 25

1.7.3.1 Методы расчета размерных цепей..........................................251.7.4 Реализация размерных связей в машине в процессе сборки.............40

1.7.4.1 Расчеты сборочных размерных цепей.....................................421.7.5 Выбор методов достижения требуемой точности машины..............49

1.7.5.1 Определение рационального метода расчета размерных цепей........................................................................................................................491.8 Проектирование технологического процесса автоматической............50

1.8.1. Определение структуры и основных характеристик........................501.8.2 Условия применения автоматической сборки..................................521.8.3 Последовательность проектирования автоматизированных

производственных процессов...............................................................................561.8.4 Последовательность проектирования технологического..................57

1.9 Документация, фиксирующая технологические разработки................691.10 Контроль качества сборки изделий.........................................................691.11 Испытание собранных изделий.................................................................711.12 Роботизация сборочных работ...................................................................71

1.12.1 Особенности разработки технологических процессов автоматизированной и роботизированной сборки.............................................762 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ..................................................................................................................................772.1 Структура и содержание технологического процесса сборки...............772.2 Анализ исходных данных для проектирования технологического процесса сборки....................................................................................................812.3 Обеспечение технологичности конструкции соединения и сборочной единицы..................................................................................................................832.4 Установление последовательности и содержания сборочных операций и составление схем сборки.................................................................................86

151

2.5 Установление норм времени на сборочные операции и оформление технологической документации........................................................................892.6 Расчет основных показателей процесса сборки.......................................902.7 Автоматизация сборочных работ...............................................................91

2.7.1 Разработка технологического процесса автоматической сборки.....942.7.2 Определение производительности автоматического сборочного

оборудования........................................................................................................1003 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ.....................................................1023.1 Требования к типовым конструкциям корпусных деталей................1023.2 Способы получения заготовок..................................................................1063.3 Обоснование выбора технологических баз.............................................1073.4 Технология механической обработки корпусных деталей..................109

3.4.1 Методы обработки наружных поверхностей....................................1093.4.2 Методы обработки отверстий............................................................111

4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВАЛОВ.......................................................................................1184.1 Классификация валов и предъявляемые к ним требования..............1184.2 Выбор заготовок и технологических баз.................................................1204.3 Методы обработки валов............................................................................1224.4 Выбор оборудования и оснастки...............................................................1275 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС.................................................................................................................1315.1 Некоторые сведения о технологии зубообработки................................1325.2 Допуски на изготовление зубчатых колес и передач............................1355.3 Материалы и способы получения заготовок зубчатых колес.............1365.4 Влияние конструктивных факторов на технологию изготовления зубчатых колес....................................................................................................1395.5 Технологические маршруты обработки зубчатых колес.....................1405.6 Контроль зубчатых колес...........................................................................143ЛИТЕРАТУРА....................................................................................................144

152