Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ

МАШИНОСТРОЕНИЯ

Курс лекций

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образо-

ванию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ)

в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведе-

ний, обучающихся по направлениям подготовки «Конструкторско-

технологическое обеспечение машиностроительных производств»,

«Автоматизация технологических процессов и производств»

Владимир 2016

2

УДК 621.002

ББК 304.4

О-75

Авторы:

В. В. Морозов, В. А. Тимирязев, А. А. Кутин, А. Г. Схиртладзе

Рецензенты:

Доктор технических наук, профессор

зав. кафедрой технологии машиностроения

Ковровской государственной технологической академии

им. В. А. Дегтярева

Ю. З. Житников

Доктор технических наук, профессор

ведущий специалист ООО «Завод инновационных продуктов "КТЗ"»,

А. Р. Кульчицкий

Печатается по решению редакционно-издательского совета ВлГУ

О-75

Основы технологии машиностроения : курс лекций /

В. В. Морозов [и др.] ; Владим. гос. ун-т им. А. Г. и Н. Г. Сто-

летовых. – Владимир : Изд-во ВлГУ, 2016. ‒ 200 с.

ISBN 978-5-9984-0708-6

Рассмотрены основные вопросы дисциплины «Основы технологии маши-

ностроения». Содержит материалы по теории базирования, размерным цепям,

расчёту припусков, управлению технологическими процессами на современных

станках. Соответствует требованиям Федерального государственного образова-

тельного стандарта РФ.

Предназначен для студентов, проходящих обучение на уровне бакалавров и

магистров по направлению «Конструкторско-технологическое обеспечение маши-

ностроительных производств».

Рекомендовано для формирования профессиональных компетенций в со-ответствии с ФГОС ВО.

Ил. 73. Табл. 14. Библиогр.: 4 назв.

УДК 621.002

ББК 304.4

ISBN 978-5-9984-0708-6 © ВлГУ, 2016

3

Оглавление

Введение .................................................................................................... 5

Лекция 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ..................... 7

Лекция 2. ТИПЫ ПРОИЗВОДСТВ И ИХ ОСОБЕННОСТИ ......... 14

Лекция 3. МАШИНА КАК ОБЪЕКТ ПРОИЗВОДСТВА .............. 18

Лекция 4. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА МАШИН ......................... 25

Лекция 5. ПАРАМЕТРЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ

ДЕТАЛЕЙ МАШИН ....................................................... 29

Лекция 6. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ ... 38

Лекция 7. КЛАССИФИКАЦИЯ БАЗ .............................................. 46

Лекция 8. СМЕНА БАЗ ................................................................... 49

Лекция 9. ОСНОВЫ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БАЗ ........... 56

Лекция 10. ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ .................... 64

Лекция 11. РАСЧЕТ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ ....................................... 71

Лекция 12. ДОСТИЖЕНИЕ ТРЕБУЕМОЙ ТОЧНОСТИ

ЗАМЫКАЮЩЕГО ЗВЕНА РАЗМЕРНОЙ ЦЕПИ

МЕТОДАМИ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ .................... 76

Лекция 13. ДОСТИЖЕНИЕ ТРЕБУЕМОЙ ТОЧНОСТИ

ЗАМЫКАЮЩЕГО ЗВЕНА РАЗМЕРНОЙ ЦЕПИ

МЕТОДАМИ РЕГУЛИРОВКИ И ПРИГОНКИ ............... 90

Лекция 14. ПОЛУЧЕНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ

МАШИН ЦЕПНЫМ, КООРДИНАТНЫМ

И КОМБИНИРОВАННЫМ МЕТОДАМИ ...................... 99

Лекция 15. ДОСТИЖЕНИЕ ТОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

ПРИ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИИ ............................................ 104

Лекция 16. ФОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ СТАТИЧЕСКОЙ

И ДИНАМИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ .............................. 112

Лекция 17. ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ПУТЕМ

УМЕНЬШЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ВИБРАЦИЙ

И ДЕЙСТВИЯ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ..... 121

4

Лекция 18. УПРАВЛЕНИЕ ТОЧНОСТЬЮ ОБРАБОТКИ

НА СТАНКАХ ................................................................. 129

Лекция 19. РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ И ОПЕРАЦИОННЫХ

РАЗМЕРОВ ....................................................................... 136

Лекция 20. ВРЕМЕННЫЕ СВЯЗИ В ПРОИЗВОДСТВЕННОМ

ПРОЦЕССЕ ...................................................................... 146

Лекция 21. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СНИЖЕНИЯ

СЕБЕСТОИМОСТИ МАШИН ....................................... 153

Лекция 22. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ФОРМЫ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

МЕХАНООБРАБОТКИ ................................................... 163

Лекция 23. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ФОРМЫ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СБОРКИ ........... 175

Лекция 24. ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ СБОРКИ МАШИНЫ

И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЕЁ ДЕТАЛЕЙ .............................. 182

Заключение ........................................................................................... 194

Библиографические ссылки .............................................................. 195

Библиографический список .............................................................. 199

5

Введение

Современную деятельность человека без машин невозможно

представить. Машины выполняют разнообразные технологические

процессы по переработке природных ресурсов для создания необхо-

димых материальных благ, по оказанию помощи в труде, транспорт-

ных операциях, удовлетворении материальных и духовных запросов.

Потребность человеческого общества в различных видах продукции,

производимой с помощью машин, определяет необходимость созда-

ния и совершенствования машин различного служебного назначения.

Машиностроение является главным технологом всех отраслей хозяй-

ственной деятельности. Технология машиностроения представляет

собой отрасль науки, которая занимается изучением закономерностей,

действующих в процессе изготовления машин с целью достижения

требуемого качества машин с наименьшей себестоимостью.

Начало формирования технологии машиностроения как отрасли

науки относится к периоду появления научных трудов, содержащих

описание и обобщение опыта изготовления машин, вооружения, из-

делий литейного и кузнечного производства. Накопленный опыт

впервые был обобщен профессором Московского университета

И. А. Двигубским, который в 1807 г. выпустил книгу «Начальные ос-

нования технологии, или краткое описание работ на заводах и фабри-

ках производимых». Дальнейшее обобщение опыта нашло отражение

и в трудах профессоров И. И. Тиме (1838 – 1920 гг.), А. П. Гавриленко

(1861 – 1914 гг.) и др.

Современное представление технологии машиностроения как

отрасли технической науки сформировалось на основе трудов многих

отечественных и зарубежных ученых и работников промышленности.

Значительный вклад в развитие технологии машиностроения был сде-

лан советскими учеными Б. C. Балакшиным, Н. А. Бородачевым,

К. В. Вотиновым, В. И. Дементьевым, М. Е. Егоровым, А. А. Зыко-

вым, А. И. Кашириным, В. М. Кованом, И. А. Когановым, А. М. Куз-

нецовым; B. C. Корсаковым, А. А. Маталиным, Э. А. Сателем,

А. П. Соколовским, Д. В. Чарнко, А. Б. Яхиным и др.

Эффективное развитие хозяйственной деятельности страны во

многом определяется техническим прогрессом машиностроения. Уве-

личение выпуска продукции машиностроения и повышение ее каче-

6

ства осуществляются преимущественно за счет интенсификации про-

изводства на основе широкого использования достижений науки, тех-

ники и применения прогрессивных технологий.

Технический прогресс в машиностроении характеризуется не

только улучшением конструкций машин, но и непрерывным совер-

шенствованием технологии их производства. Важно изготовить ма-

шину качественно, экономично и в заданные сроки с минимальными

затратами труда.

Актуальными задачами являются повышение качества выпуска-

емых машин и, в первую очередь, – их точности. Обеспечение задан-

ной точности – ответственная задача конструкторов, а ее технологи-

ческое обеспечение в процессе изготовления машин – основная зада-

ча технологов.

Развитие новых прогрессивных технологических процессов ме-

ханообработки и сборки способствует конструированию более совре-

менных машин и снижению их себестоимости.

Знание технологических закономерностей, позволяющих вы-

явить связи, действующие в процессе изготовления машин, является

определяющим условием проектирования высокоэффективных тех-

нологических процессов изготовления деталей и сборки машин.

Увеличение номенклатуры выпускаемых изделий, уменьшение

сроков их морального старения, обусловленное возрастающей по-

требностью создания новых более эффективных образцов машин,

привело к необходимости создания нового технологического обору-

дования, управляемого от ЭВМ, которые обеспечивают автоматизи-

рованное изготовление деталей небольшими сериями.

В курсе лекций с единых научных позиций технологической

школы «Станкина» изложены основы разработки технологических

процессов изготовления деталей и сборки машин. В предлагаемом из-

дании излагаются основы теории баз и размерных цепей, современ-

ные методы расчета припусков и операционных размеров, а также ме-

тоды управления технологическими и производственными процесса-

ми, основанные на широком применении ЭВМ и систем адаптивного

управления.

Курс лекций предназначен для студентов машиностроитель-

ных вузов, проходящих обучение на уровне бакалавров, дипломи-

рованных инженеров и магистров по направлениям «Конструкторско-

технологическое обеспечение машиностроительных производств», «Ав-

томатизация технологических процессов и производств».

7

Лекция 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

План лекции

1. Производственный, технологический и вспомогательные про-

цессы.

2. Структура технологического процесса.

Производственный, технологический и вспомогательные процессы

Превращение природных ресурсов в полезное для человека из-

делие происходит в результате выполнения производственного про-

цесса. Он включает все этапы, которые проходит исходное сырьё по

пути его превращения в готовое изделие.

Так, для изготовления готовой продукции на машиностроитель-

ных заводах требуется выполнить комплекс работ, а именно: завезти

на завод необходимые материалы, произвести контроль их качества и

количества, организовать транспортировку, учет и хранение на скла-

дах. Затем необходимо изготовить заготовки, обработать их и полу-

чить готовые детали. В процессе изготовления детали контролируют

и транспортируют. Из полученных отдельных деталей собирают из-

делия, которые затем окрашивают, упаковывают и сдают на склад го-

товой продукций.

Таким образом, производственным процессом называется сово-

купность всех выполняемых этапов, включающих действия людей и

работ, применяемых на данном предприятии орудий труда, которые

необходимы для изготовления и ремонта выпускаемой продукции.

Для осуществления производственного процесса современный

машиностроительный завод имеет основное и вспомогательное про-

изводства.

К основному производству относится производство товарной

продукции, к вспомогательному – производство средств, необходи-

мых для обеспечения функционирования основного производства.

Состав цехов и служб предприятия с указанием связи между ними

представляют производственную структуру машиностроительного

производства.

8

Производственный процесс осуществляется на производственном

участке, который представляет группу рабочих мест, организованных по

предметному, технологическому или предметно-технологическому

принципам. Совокупность производственных участков образует цех.

Часть объёма цеха, предназначенная для выполнения работы

одним рабочим или группой, где размещены технологическое обору-

дование, инструмент, приспособления и стеллажи, называется рабо-

чим местом. Таким образом, рабочее место является элементарной

единицей структуры предприятия, где размещены исполнители рабо-

ты, обслуживаемое технологическое оборудование и предметы труда.

Производственный процесс состоит из отдельных частей-этапов,

при выполнении которых происходит качественное изменение объек-

та производства. Под качественным изменением объекта производ-

ства понимается изменение формы или размеров заготовки при меха-

нообработке, физико-механических свойств материала при термооб-

работке, качества поверхности при отделке или покраске, а также из-

менение относительного положения деталей в процессе сборки изде-

лия и др.

Часть производственного процесса, при выполнении которой

происходит качественное изменение объекта производства, называет-

ся технологическим процессом.

Примеры технологических процессов: изготовление вала или

зубчатого колеса; получение заготовки – штамповки или отливки;

термообработка – закалка детали; сборка редуктора.

Таким образом, в результате выполнения различных технологи-

ческих процессов происходит изменение геометрической формы и

размеров заготовки, качества поверхности и внешнего вида объекта

производства, физико-химических свойств материалов, относитель-

ного положения деталей при их соединении в процессе сборки и др.

Производственный процесс на машиностроительных заводах

включает ряд технологических процессов, например, литья, ковки,

штамповки, сварки, механической обработки термической обработки,

сборки и многое другое.

9

Структура технологического процесса

Технологический процесс изготовления изделия или отдельной

детали разделяется на части. Это обусловлено физическими и эконо-

мическими факторами. Так, например, физически невозможно осуще-

ствить обработку призматической заготовки со всех шести сторон с

одной установки. В свою очередь, экономически нецелесообразно со-

здавать многошпиндельный станок для одновременной обработки

группы отверстий в корпусной детали, изготавливаемой в единичном

производстве в количестве двух-трёх штук [5, 43].

Изготовление деталей в общем случае связано с необходимо-

стью обработки различных по геометрии поверхностей – плоских, ци-

линдрических, резьбовых и прочих, что требует применения различ-

ных методов обработки и различного оборудования. При этом для до-

стижения требуемой точности детали предварительную черновую об-

работку заготовки следует отделять от чистовой финишной обработ-

ки, что также означает деление технологического процесса на части.

Законченная часть технологического процесса, выполняемая на

одном рабочем месте одним рабочим или несколькими, называется

операцией.

Операция охватывает все действия, выполняемые рабочими и

оборудованием над одним или несколькими совместно обрабатывае-

мыми объектами производства. Как следует из определения, харак-

терным для операции является неизменность рабочего места, объекта

обработки и исполнителей. Например, черновая токарная обработка,

выполненная сначала на одном конце вала, а после переустановки на

другом, представляет одну операцию. Если черновую токарную обра-

ботку одного конца вала у партии заготовок выполняют на опреде-

ленном рабочем месте, а потом на том же или другом рабочем месте

обрабатывают второй конец вала, то имеют место две операции. Если

чистовая обработка заготовки следует за черновой и обе работы вы-

полняет на одном и том же рабочем месте один рабочий, то все это в

целом представляет одну операцию. Если же между черновой и чи-

стовой обработкой выполняют термическую обработку – закалку, то

вся работа в целом представляет три операции.

Операция является основным элементом производственного

планирования и учета. По количеству необходимых технологических

операций определяют трудоемкость технологического процесса, тре-

10

буемое число рабочих, необходимое количество оборудования и ин-

струмента.

При выполнении производственного и технологических процес-

сов возникает необходимость выполнения сопутствующих работ, ко-

торые непосредственно не определяют качественное изменение объ-

екта производства, например, контроль деталей, их транспортирова-

ние, складирование и т. п. Подобные работы являются вспомогатель-

ными операциями производственного и технологических процессов.

Таким образом, различные технологические процессы механической

обработки разделяют на операции, которые, в свою очередь, включа-

ют выполнение определённых переходов, проходов, приемов, устано-

вок заготовки и её перемещения на заданные позиции.

Технологический переход – законченная часть технологической

операции, характеризуемая постоян-

ством применяемого инструмента и

поверхностей, образуемых обработ-

кой или соединяемых при сборке.

При обработке резанием технологи-

ческий переход представляет собой

законченный процесс получения

каждой новой поверхности или соче-

тания поверхностей одним режущим

инструментом. Например, на токарно-

револьверном станке производят обра-

ботку диска: точение, подрезку торца и

сверление в торце отверстия (рис. 1.1).

Указанная обработка выполняется на

одном станке различными инструмен-

тами, следовательно, она представля-

ет собой одну операцию, состоящую

из трех переходов: первый – наруж-

ное точение в размер Ø181,2 h12, вто-

рой – подрезка торца в размер 53,6 h12,

третий – зенкерование отверстия в

размер Ø78,2 H12.

Применительно к сборочным операциям технологический пере-

ход представляет собой законченный процесс присоединения одной

Рис. 1.1. Технологические пере-

ходы, выполняемые на токарно-

револьверном станке при обра-

ботке диска: первый – точение

по наружной поверхности, вто-

рой – подрезка торца, третий –

зенкерование отверстия

11

детали к другой. Примерами являются установка шпонки на вал, мон-

таж подшипника на вал, завертывание винта или гайки, запрессовка

втулки и др. На операциях термической обработки существуют сле-

дующие технологические переходы: нагрев заготовки, закалка, очист-

ка окалины. Таким образом, формирование переходов осуществляется

по технологическим принципам, а формирование операций – по орга-

низационным [11, 44].

Технологические переходы при механообработке могут выпол-

няться за один или несколько проходов (рабочих ходов). Проход (ра-

бочий ход) – часть технологического перехода, которая представляет

собой однократное перемещение инструмента относительно заготов-

ки, в результате которого с поверхности или сочетания поверхностей

заготовки снимается один слой материала. Точение ступенчатого валика

из круглого проката на токарном станке с числовым программным

управлением (ЧПУ) выполняется за несколько проходов (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема многопроходной обработки

ступенчатого валика на токарном станке с ЧПУ:

1пр – первый проход; 2пр – второй проход

Аналогично шлифование валика на круглошлифовальном станке

выполняется за несколько проходов. В процессе выполнения опера-

ций помимо технологических переходов, определяющих непосред-

ственное изменение качественного состояния объекта, выполняют

также вспомогательные переходы: установку и закрепление заготов-

ки, включение и выключение станка, подвод и отвод режущего ин-

струмента и др.

Вспомогательный переход является частью технологической

операции, которая включает законченные действия человека или обо-

рудования, которые не сопровождаются изменением формы, размеров

или качества поверхностей, но необходимы для выполнения техноло-

гического перехода. Таким образом, технологические операции со-

12

стоят из технологических и вспомогательных переходов, которые, в

свою очередь, включают проходы рабочие и вспомогательные ходы.

Переходы могут быть совмещены во времени за счет одновре-

менной обработки нескольких поверхностей детали несколькими ре-

жущими инструментами. Их можно выполнять последовательно, па-

раллельно (например, одновременная обработка нескольких поверх-

ностей на агрегатных или многорезцовых станках) и параллельно-

последовательно.

Для осуществления обработки заготовку устанавливают и за-

крепляют с требуемой точностью в приспособлении или на станке. В

процессе сборки деталь аналогично устанавливают на сборочном

стенде или относительно другой базовой детали.

Процесс придания заготовке (детали) требуемой точности отно-

сительного положения при закреплении ее в приспособлении, на

станке или в собираемом изделии называется установом. При меха-

нообработке установ представляет собой часть технологической опе-

рации – один из первых выполняемых вспомогательных переходов.

Операция может выполняться за один или несколько установов.

Например, вал, закрепленный в трехкулачковом патроне, обтачивают

с одного конца, а затем вынимают заготовку из патрона, поворачива-

ют ее на 180°, повторно закрепляют и обтачивают с другого конца.

Эта операция выполняется за два установа.

Позицией называют фиксированное положение, занимаемое

неизменно закрепленной заготовкой или собираемой сборочной еди-

ницей совместно с приспособлением относительно инструмента или

неподвижной части оборудования для выполнения определенной ча-

сти операции (одного или нескольких переходов). Так, например, при

обработке отверстия зубчатого колеса на вертикальном сверлильно-

расточном полуавтомате с поворотным столом заготовка проходит

четыре позиции (рис. 1.3). На позиции I происходит установка и съем

заготовки, на позиции II выполняется сверление отверстия, на пози-

ции III – зенкерование, а на позиции IV – развертывание отверстия.

Аналогично при обработке заготовки на шестишпиндельном то-

карном автомате закрепленная заготовка в процессе цикла обработки

проходит шесть позиций. Каждый поворот шпиндельного барабана

соответствует определенной позиции.

13

Рис. 1.3. Схема обработки отверстия зубчатого

колеса на 4-позиционном вертикальном сверлиль-

но-расточном полуавтомате с поворотным столом

Технологический процесс сборки также разделяется на опера-

ции, если собираемое изделие переходит с одного рабочего места на

другое. При этом имеют место различные переходы, а также разделе-

ние на установы и позиции.

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Что изучает отрасль науки «Технология машиностроения»?

2. Что такое производственный и технологические процессы?

3. Приведите примеры технологических процессов изготовления де-

талей.

4. Что такое технологическая операция, переход, проход?

5. Приведите примеры технологических операций механической об-

работки и сборки.

6. Что такое вспомогательные операции производственного и техно-

логических процессов? Приведите их примеры.

7. Что такое проход (рабочий ход)?

8. Что называется рабочим местом, производственным участком, цехом?

9. Что такое установ, позиция?

14

Лекция 2. ТИПЫ ПРОИЗВОДСТВ И ИХ ОСОБЕННОСТИ

План лекции

1. Технико-экономические параметры производства.

2. Типы производств.

Технико-экономические параметры производства

Количество времени, затрачиваемое работающими на выполне-

ние технологического процесса или его части при нормальной интен-

сивности работы в нормальных производственных условиях, называ-

ется трудоемкостью. Единицей измерения трудоемкости является

человеко-час. Различают трудоемкость расчетную (нормируемую) и

фактическую.

Для расчета необходимого количества оборудования применяют

понятие «станкоемкость». Станкоемкостью называется время заня-

тости работы станка или нескольких станков для выполнения опреде-

ленной технологической операции, единица измерения (станко/час).

Станкоемкость также бывает расчетной и фактической. Различают

станкоемкость технологической операции, изготовления детали, из-

делия.

Для нормирования труда и планирования производства исполь-

зуют понятие «норма времени», что означает установленное количе-

ство труда надлежащей квалификации и нормальной интенсивности,

необходимое для выполнения какой-либо операции или целого тех-

нологического процесса в нормальных производственных условиях.

Нормы времени измеряют в единицах времени – часах, минутах –

с указанием разряда выполняемой работы. Например, 1,5 ч 4-го раз-

ряда.

На малотрудоемкие операции, измеряемые в долях минуты,

устанавливают норму выработки. Нормой выработки называют ко-

личество заготовок, которое необходимо обработать в единицу вре-

мени, например 100 штук в час (шт./час) или 5 штук в минуту

[шт./мин]. При этом также указывают разряд выполняемой работы:

100 [шт./ч], работа, 3-го разряда.

Промежуток календарного времени, измеренный от начала ка-

кой-либо периодически повторяющейся операции технологического

или производственного процесса до его окончания, называется циклом.

15

Различают цикл операции, цикл изготовления детали, цикл из-

готовления машины. Последний представляет собой отрезок кален-

дарного времени от начала изготовления первой детали до выпуска

готовой машины. Если процесс протекает один раз, то говорят не о

цикле, а о продолжительности процесса.

Тактом выпуска называют промежуток времени, через который

происходит периодический выпуск машины, сборочной единицы, де-

тали или заготовки. Выражение – такт выпуска изделия равен 3 мин

означает, что через каждые 3 мин завод выпускает готовое изделие.

Величина, обратная такту выпуска, называется ритмом выпуска.

Ритм характеризует «скорость» выпуска изделий, измеряемую в еди-

ницах [шт./мин], [шт./ч].

Выпуск изделий машиностроения осуществляется в соответ-

ствии с потребностью народного хозяйства, по запросам рынка.

Объем выпуска характеризует количество изделий, подлежащих,

изготовлению в планируемый период времени – год, квартал, месяц.

Программа выпуска определяет состав выпускаемых изделий

заданного объема по каждому наименованию в определенную едини-

цу времени – год, квартал, месяц.

Величиной серии называют общее количество изделий, подле-

жащих, изготовлению по неизменным чертежам. При переходе на вы-

пуск новой конструкции данного типа изделий или при модернизации

изделия происходят изменение чертежей и замена в обозначении из-

делия. Так, например, при изготовлении револьверных станков вы-

пускались модели 136, 1Д36, 1М36, а при изготовлении токарных

станков – модели 1А62, 1К62.

Партией называется определенное количество заготовок, одновре-

менно поступающее для выполнения обработки на одно рабочее место.

Типы производств

В зависимости от количества выпускаемых изделий, их номен-

клатуры, регулярности и объема выпуска меняются организация про-

изводства и характер технологического процесса. В машиностроении

существуют три основных типа производства – единичное, серийное и

массовое.

Единичным называется производство, характеризуемое малым

объемом выпуска однотипных изделий, повторное изготовление и

ремонт которых, как правило, не предусматриваются. Продукция

единичного производства обычно не имеет широкого применения, это

16

опытные образцы изделий, единичные машины и агрегаты, уникаль-

ные станки и пр.

Серийным называется производство, характеризуемое периоди-

ческим изготовлением или ремонтом изделий повторяющимися пар-

тиями.

В зависимости от количества изготавливаемых изделий в партии

различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное произ-

водство. Примерами продукции серийного производства являются

периодически выпускаемые определенными партиями металлорежу-

щие станки, компрессоры, тепловозы и др. Продукция серийного

производства значительно дешевле, чем при единичном производстве,

а цикл ее изготовления короче.

Массовым называется производство, характеризуемое большим

объемом непрерывного выпуска одинаковых изделий по неизменным

чертежам в течение продолжительного времени, когда на большин-

стве рабочих мест выполняется определенная рабочая операция. Харак-

терным признаком массового производства является малая номенклату-

ра и большой объем выпуска изделий. Изделия массового производства

находят наибольший спрос. Примерами такой продукции являются

подшипники, электродвигатели, холодильники, автомобили и пр.

При оценке типа производства необходимо учитывать не только

объем выпуска, но также вид изделия, его габаритные размеры, вес и

трудоемкость изготовления. Так, например, изготовление 500 гаек от-

носят к единичному производству, а изготовление 500 станков следу-

ет отнести к крупносерийному производству. Для определения типа

производства используют коэффициент закрепления операции Кз.о.

По форме организации и характеру протекания производственно-

го процесса производство делят на два вида – поточное и непоточное.

Поточным называется производство, при котором заготовки,

детали или сборочные единицы, пройдя определенную операцию,

непосредственно передаются на последующую операцию. Продолжи-

тельность операции равна или кратна такту выпуска. При этом обору-

дование расставляется по ходу технологического процесса. В резуль-

тате заготовки, изготавливаемые детали и собираемые сборочные

единицы находятся в движении (постоянном «потоке»), скорость ко-

торого определяется тактом выпуска готового изделия. Характерной

особенностью поточного производства является соблюдение постоян-

ства такта выпуска изготавливаемого изделия.

17

Непоточным называется производство, при котором заготовки,

детали или сборочные единицы проходят не синхронизированные во

времени операции с различной продолжительностью пролеживания

между ними, без соблюдения постоянства или кратности такта выпуска.

При непоточном производстве отсутствует ритмичность, такт выпуска не

соблюдается (он, по существу, отсутствует), а организация производства

основывается на графике, определяющем количественный выпуск изде-

лий к заданному моменту времени – к концу месяца, квартала, года.

Имеет место также переменно-поточная форма организации

производства. Ее применяют при серийном производстве для перио-

дического выпуска изделий, близких по служебному назначению

(например, электродвигателей разных типоразмеров). Другим приме-

ром может служить поточная линия, на которой в течение определен-

ного промежутка времени обрабатывают заготовки одного типораз-

мера. Затем осуществляют переналадку линии и обрабатывают заго-

товки другого типоразмера.

Поточную форму применяют для организации крупносерийного

и массового производства. При поточном производстве сокращаются

цикл изготовления продукции и межоперационные заделы, а также

снижаются трудоемкость и себестоимость изделия в целом. Непоточ-

ную форму применяют для организации единичного и мелкосерийно-

го производства [25, 45].

В качестве классификационной категории производства, выделяе-

мой по технологическому признаку применяемых методов изготовления

изделий, применяют также понятие, как «вид производства», например,

литейное производство, механосборочное, сварочное и др.

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Что называется трудоемкостью и станкоемкостью?

2. Что такое норма времени?

3. Что называется объемом выпуска, программой выпуска, величиной

серии?

4. Какие три основных типа производства вы знаете?

5. В чем заключается отличие поточного производства от непоточного?

6. Что такое норма выработки и когда ее устанавливают?

7. Что называется тактом выпуска?

8. Как рассчитывается такт выпуска?

18

Лекция 3. МАШИНА КАК ОБЪЕКТ ПРОИЗВОДСТВА

План лекции

1. Служебное назначение машин.

2. Связи между исполнительными поверхностями машины.

3. Виды поверхностей деталей машин.

Служебное назначение машин

Любая машина (изделие) создается для выполнения определен-

ных задач, которые определяются ее служебным назначением.

Служебное назначение – это максимально уточненная и четко

сформулированная задача, для решения которой создается данная

машина [5, 45].

В формулировке служебного назначения должны присутство-

вать основные параметры изготавливаемого изделия с обоснованны-

ми цифровыми значениями, которые количественно определяют зада-

чу изготовления машины.

В качестве примера можно привести формулировку служебного

назначения шестеренного насоса трактора: шестеренный насос пред-

назначен для подачи масла к трущимся поверхностям деталей тракто-

ра под давлением 0,6 МПа в объеме не менее 30 л/мин при частоте

вращения входного вала 350 об/мин.

Правильно и четко сформулированное служебное назначение на

начальном этапе проектирования машины имеет большое значение

для решения технологических задач в процессе ее изготовления.

Помимо служебного назначения на каждое создаваемое изделие

устанавливают определенные технические требования, которые

должны непосредственно вытекать из служебного назначения. По-

этому при создании машины в первую очередь после ознакомления с

ее служебным назначением следует выполнить анализ, предъявляе-

мых к ней технических требований. Этот анализ должен быть крити-

ческим на предмет их соответствия и достаточности служебному

назначению.

Сдача изготовленного изделия потребителю осуществляется пу-

тем контроля и сравнения фактических значений параметров с соот-

ветствующими параметрами, заданными в технических требованиях

на изготовление машины.

Излишне жесткие технические требования приводят к резкому

удорожанию машины. С другой стороны, могут возникнуть неприят-

19

ности, когда при анализе не соблюдены важные технические требова-

ния. Каждое техническое требование должно быть ограничено допус-

каемыми предельными отклонениями – верхним и нижним, которые

определяют соответствующий допуск [11, 45].

Связи между исполнительными поверхностями машины

Любая машина выполняет свое служебное назначение с помо-

щью исполнительных поверхностей или их сочетаний. Между испол-

нительными поверхностями в машине имеют место конструктивные,

кинематические и размерные связи, которые проявляются в процессе

эксплуатации. Так, например, исполнительными поверхностями универ-

сального токарного станка (рис. 3.1) является сочетание поверхностей:

1) переднего конца шпинделя и пиноли задней бабки, обеспе-

чивающих базирование на станке обрабатываемой заготовки;

2) поворотной резцедержавки, обеспечивающей базирование

режущего инструмента.

Рис. 3.1. Кинематические и размерные связи, формируемые

между исполнительными поверхностями токарного станка

Кинематические связи определяют точность относительного пе-

ремещения исполнительных поверхностей. В данном примере это ча-

стота вращения шпинделя n–1

, продольная подача суппорта sпр при то-

чении, поперечная подача sп при подрезке торцев, подача на оборот

шпинделя sо, применяемая для нарезания резьбы. Кроме того, на

станке имеют место также вспомогательные перемещения исполни-

тельных поверхностей, выполняемые вручную, без автоматического

привода. Это установочное осевое перемещение задней бабки zб и пи-

20

ноли zп в соответствии с длиной обрабатываемой заготовки, а также по-

перечное смещение задней бабки yб для точения конических поверхно-

стей и поворот резцедержавки на угол при работе с другим резцом.

Размерные связи определяют точность относительного положе-

ния исполнительных поверхностей, а также линейные и угловые раз-

меры между исполнительными поверхностями:

A – соосность оси пиноли и оси шпинделя, при этом ось пино-

ли должна по вертикали располагаться выше оси шпинделя в преде-

лах допуска 02.0AT ;

– параллельность оси пиноли относительно оси шпинделя;

– параллельность направления продольного перемещения

суппорта относительно линии центров;

– перпендикулярность направления поперечного перемеще-

ния суппорта относительно линии центров при поперечном точении;

о , R – допустимые осевое и радиальное биения шпинделя.

Определяющими размерами являются также расстояние от ли-

нии центров до направляющих станины Ц и расстояние до плоско-

сти установки резцов Р .

Требования к точности размерных и кинематических связей

между исполнительными поверхностями вытекают из служебного

назначения изделия. В данном примере для токарного станка эти тре-

бования вытекают из требований к точности обработки детали на

станке.

Для перехода от параметров служебного назначения к парамет-

рам связи исполнительных поверхностей используют соответствую-

щие исходные уравнения, которые в общем виде можно записать

),...,,( 21 ixxxfy , где y – конкретный параметр служебного назначе-

ния; ixxx ,...,, 21 – аргументы, влияющие на этот параметр, которые

определяют связи между исполнительными поверхностями.

Применительно к токарному станку такие уравнения в общем ви-

де можно записать для требования точности получения диаметральных

размеров D : ...),,,( RD Af , где RA ,,, – пара-

метры, непосредственно влияющие на точность диаметральных раз-

меров, получаемых при продольном точении.

Для требования точности получения линейных размеров при по-

перечном точении L : ),,( RL f где R , – параметры, вли-

яющие на точность линейных размеров при поперечном точении L .

21

Аналогично точность шага резьбы Р , получаемой при нареза-

нии ее резцом, зависит от параметров ),,,( оР Rоsf .

Виды поверхностей деталей машин

Различные поверхности деталей машин в общем случае могут

быть классифицированы по функциональному назначению на 4 вида.

Исполнительные поверхности – это поверхности, которыми де-

таль выполняет свое служебное назначение (поверхности детали, с

помощью которых реализуется ее служебное назначение).

Основные базирующие поверхности (основные конструкторские

базы детали) – поверхности, при помощи которых определяется по-

ложение детали в машине.

Вспомогательные базы – поверхности детали, при помощи ко-

торых определяется положение других деталей, присоединяемых к

данной.

Свободные поверхности – поверхности, которые не соприкаса-

ются, не контактируют с поверхностями других деталей.

Во многих случаях вспомогательные базы деталей выполняют

роль исполнительных поверхностей. В качестве примера на рис. 3.2

представлен вал редуктора с установленным на нем зубчатым коле-

сом. Исполнительными поверхностями зубчатого колеса являются

боковые поверхности зубьев, обеспечивающие передачу крутящего

момента от одного колеса к другому.

Рис. 3.2. Схема расположения 4 видов поверхностей

на деталях редуктора: … – основные базы детали;

x x x – вспомогательные базы; ~ ~ ~ – свободные

поверхности

22

Основными конструкторскими базами зубчатого колеса являются

базовое отверстие, левый торец и шпоночный паз в отверстии, по ко-

торым зубчатое колесо устанавливается на вал. На рис. 3.2 основные

базы деталей обозначены точками. В свою очередь, основными база-

ми вала являются опорные шейки под подшипники, торец буртика и

шпоночный паз на конце вала, через который передается крутящий

момент на вал. Подшипники, определяющие положение вала, уста-

новлены в отверстие корпуса. Основными базами подшипника явля-

ются цилиндрическая поверхность наружного кольца и его торец, ко-

торый упирается в крышку. Основными базами крышки являются

фланец и центрирующий поясок, по которым крышка базируется в

корпусе.

Положение зубчатого колеса на валу определяют вспомогатель-

ные базы вала – центральная ступень вала и торец его буртика. На

рис. 3.2 вспомогательные базы деталей обозначены крестиками. От-

верстия, в которых установлены подшипники, являются вспомога-

тельными базами корпуса. Роль вспомогательных баз выполняют

также две торцевые поверхности корпуса, которые определяют поло-

жение крышек. В свою очередь, вспомогательной базой крышки явля-

ется ее торец, который определяет осевое положение наружного

кольца подшипника. Свободные поверхности деталей на схеме обо-

значены значком в виде змейки.

Анализ приведенной на рис. 3.2 схемы показывает, что соедине-

ние деталей в машинах происходит путем совмещения основных ба-

зирующих поверхностей присоединяемой детали, например зубчатого

колеса, со вспомогательными базирующими поверхностями базовой

детали – вала.

Если с основными базами присоединяемой детали – шестерни –

(рис. 3.3) связать координатную систему ZYX ,, , а со вспомога-

тельными базами базовой детали – вала координатную систему

( zyx ,, ), то сборку деталей можно представить как совмещение коор-

динатной системы основных баз шестерни ZYX ,, с координатной си-

стемой вспомогательных баз вала ( zyx ,, ):

),,(,, zyxZYX

у

23

Рис. 3.3. Совмещение координатных систем присоединяемой и базовой детали

в процессе сборки

Отклонение одной координатной системы относительно другой

характеризует погрешность установки зубчатого колеса на вал у ,

которая определяется вектором

yyyyyyу cba ,,,,, ,

где yyy cba ,, параметры смещения; yyy ,, параметры пово-

рота одной координатной системы относительно другой.

Так как положение детали в изделии определяют ее основные

базы, а работает деталь в изделии исполнительными поверхностями

или вспомогательными базами, то наиболее важными размерами де-

тали, простановка которых на чертеже обязательна, являются линей-

ные и угловые размеры, определяющие положение вспомогательных

баз детали относительно ее основных баз.

Процесс разработки конструктивных форм машины (изделия) и

детали обычно выполняют в следующей последовательности:

1. Четко формулируют служебное назначение изделия с указанием

количественных значений параметров.

2. Выбирают геометрию исполнительных поверхностей машины.

24

3. Выбирают законы относительного движения исполнительных по-

верхностей, т. е. устанавливают кинематические связи между ис-

полнительными поверхностями.

4. Разрабатывают кинематическую схему машины, в которой реали-

зуются данные связи.

5. Зная силы, действующие на исполнительных поверхностях маши-

ны, рассчитывают нагрузку на каждом из звеньев кинематической

цепи.

6. Зная силы, действующие на каждое звено (деталь), выбирают ма-

териал для каждой детали с учетом ее служебного назначения и

фактической нагрузки.

7. Путем расчета определяют размеры и конструктивную форму каж-

дой детали машины.

В общем случае между исполнительными поверхностями машин

действуют различные виды связей – механические, электрические,

гидравлические и др. Однако все они закладываются в машину при ее

конструировании в виде кинематических и размерных связей, т. е. в

виде расстояний и поворотов, формируемых между ее исполнитель-

ными поверхностями.

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Что следует понимать под служебным назначением изделия?

2. На основе чего устанавливают технические требования на изделие?

3. Что такое исполнительные поверхности изделия?

4. Какие связи имеют место между исполнительными поверхностями

машины?

5. Назовите четыре вида поверхностей деталей машин, определяе-

мые их функциональным назначением.

6. Какие функции выполняют основные базы детали?

7. Какие функции выполняют вспомогательные базы детали?

8. Назовите составляющие вектора погрешности установки детали.

9. В какой последовательности осуществляется процесс разработки

конструктивных форм машины?

25

Лекция 4. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА МАШИН

План лекции

1. Основные показатели качества машин.

2. Точность машины и ее деталей.

Основные показатели качества машин

Чтобы машина соответствовала служебному назначению, она

должна обладать необходимым качеством.

Под качеством машин понимается совокупность ее свойств, ко-

торые определяют соответствие машины ее служебному назначению

и отличают одну машину от другой. Основными показателями каче-

ства машины являются:

1. Стабильность выполнения служебного назначения.

2. Качество выпускаемой продукции.

3. Физическая и моральная долговечность.

4. Производительность.

5. Безопасность работы, простота и удобство в обслуживании.

6. Коэффициент полезного действия – КПД машины.

7. Степень механизации и автоматизации и др.

Основные технические характеристики и качественные показа-

тели машин, изготавливаемых серийно, определяются соответствую-

щими ГОСТами, на основе которых происходит оценка уровня каче-

ства машины.

Точность машины и ее деталей

Показатель качества машины, достижение которого вызывает

наибольшие трудности и затраты, – точность машины и ее деталей.

Под точностью детали и машины понимают степень её приближения к

геометрически правильному прототипу, т. е. степень приближения дей-

ствительных значений параметров к заданным на чертеже. За меру

точности принимается величина отклонения от заданного номинала.

Изготовить деталь «абсолютно» точно в соответствии с номи-

нальными значениями геометрических параметров, заданных кон-

структором в чертежах, практически невозможно. Это объясняется

действием в процессе изготовления деталей на станках ряда возму-

щающих факторов, которые приводят к образованию отклонений.

26

Поэтому на параметры геометрической точности устанавливают

допускаемые предельные отклонения ( в – верхнее и н – нижнее), в

пределах которых деталь может выполнять свое служебное назначе-

ние. Превышение заданных предельных отклонений означает появле-

ние бракованной детали.

Разность между верхним и нижним предельными отклонениями

определяет допуск Т на соответствующий параметр точности детали,

например допуск на размер А

ТА = нв ,

который является мерой точности рассматриваемого параметра. Чем

меньше допуск, тем выше точность соответствующего параметра, и

наоборот, широкий допуск означает меньшую точность.

На каждый ответственный параметр устанавливают поле допус-

ка Т, в пределах которого должно быть расположено действительное

значение того или иного параметра. Схема расположения поля допус-

ка относительно номинала представлена на рис. 4.1, из которой сле-

дуют возможные формы задания параметров точности при их норми-

ровании и расчете.

Задание номинального значения А и предельных отклонений

( нв ,, A )

Предельные значения параметра ( minmax , AA ) и допуск ТА рас-

считывают алгебраически: вmax AA , н

min AA , ТА = нв .

Задание номинального значения А, допуска ТА и координаты се-

редины поля допуска o , которая определяет расстояние от номинала

до середины поля допуска ( o,, ATA ). Предельные значения пара-

метра рассчитывают:

20max

ATAA ,

20min

ATAA .

Задание номинального значения А и предельных значений

),,( minmax AAА

Допуск и предельные отклонения при этом определяют по фор-

мулам ТА = minmax AА , AА maxв , .min

н AА

Координата середины поля допуска o может быть определена

по формулам: (5.00 нв ) или ).2(5.0 minmax0 AAA

27

Точность параметров детали устанавливает конструктор исходя

из ее служебного назначения при проектировании машины. Кон-

структор устанавливает как номинальное значение параметра, так и

его допускаемые предельные значения (предельные отклонения).

В процессе изготовления машины (детали) инженер-технолог

обеспечивает заданную точность параметра А в пределах допускае-

мых предельных значений:

maxmin AAA .

Рис. 4.1. Схема расположения поля допуска относительно номинала

При изготовлении деталей на станках в результате совокупного

действия различных возмущающих факторов имеет место рассеяние

достигаемых параметров точности, которое характеризуется полем

рассеяния А :

minmax ддA AА ,

где minmax , дд AA – наибольшее и наименьшее действительные значе-

ния достигаемого параметра в партии изготавливаемых деталей соот-

ветственно.

28

Задача достижения требуемой точности заключается в том, что-

бы поле рассеяния А не превышало поле допуска и правильно рас-

полагалось относительно номинала А (рис. 4.2):

АА Т , minmin AAд , .maxmax AAд

Рис. 4.2. Расположение поля рассеяния относительно

поля допуска

Положение поля рассеяния А относительно номинала А опре-

деляет координата середины поля рассеяния ,o а наиболее вероят-

ное значение отклонения – координата центра группирования )(xM .

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Что следует понимать под качеством машины?

2. Назовите основные показатели качества машины.

3. Что следует понимать под точностью детали?

4. Что такое допускаемые предельные отклонения?

5. Что определяет допуск на параметр точности детали?

6. Как рассчитывают допуск на размер детали?

7. Что следует понимать под координатой середины поля допуска?

8. Как рассчитывают координату середины поля допуска?

9. Что следует понимать под полем рассеяния размеров?

10. Как рассчитывают величину поля рассеяния размеров?

11. Что такое координата центра группирования размеров?

29

Лекция 5. ПАРАМЕТРЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ

ДЕТАЛЕЙ МАШИН

План лекции

1. Точность линейных и угловых размеров деталей.

2. Параметры точности геометрической формы деталей.

3. Функциональная и количественная связь трех видов геометри-

ческих отклонений.

Точность линейных и угловых размеров деталей

Геометрию различных по служебному назначению деталей ма-

шин определяют размеры поверхностей детали, расстояния между

ними, а также относительные повороты поверхностей и их геометри-

ческая форма. В соответствии с этим рассмотрим каждый параметр

геометрической точности деталей в отдельности.

Первым параметром геометрической точности детали является

точность размеров ее поверхностей и расстояний между ними. Раз-

мер определяет расстояние между двумя участками одной или двух

поверхностей и обозначается двухсторонней стрелкой (рис. 5.1). Так,

например, размером цилиндрической поверхности является ее диа-

метр, определяющий расстояние между двумя точками одной поверх-

ности (рис. 5.1, а). В свою очередь, расстояние между двумя парал-

лельными поверхностями определяет размер между двумя противо-

лежащими точками, расположенными на двух различных поверхно-

стях (рис. 5.1, б). При этом в качестве измерительной базы для оценки

точности размера в большинстве случаев может быть выбрана любая

из двух рассматриваемых поверхностей.

а) б)

Рис. 5.1. Простановка размеров: а – между двумя точками одной по-

верхности; б – между двумя точками двух различных поверхностей

Согласно ГОСТ 25346-89 точность размеров регламентируется

20 квалитетами (01, 0,1, 2, …, 18). Допуск на линейный размер обо-

значается буквами IT (International tolerance), за которым следует но-

30

мер квалитета, например, IT7, IT8, IT10. IT12. С увеличением квалите-

та точность размера уменьшается.

Вторым параметром геометрической точности детали является

точность относительного поворота поверхностей. Точность пово-

рота определяет величину углового отклонения одной поверхности

относительно другой, принятой за базу (за начало отсчета). Обозначение

выполняют в соответствии с требованиями ЕСКД (рис. 5.2, а) или одно-

сторонней стрелкой, острие которой направлено на базу (рис. 5.2, б).

Рис. 5.2. Обозначение относительных поворотов

поверхностей: а – на чертежах в соответствии

с требованиями ЕСКД; б – в угловых размерных

цепях и на технологических наладках

Обозначение односторонней стрелкой определяет относитель-

ный поворот поверхности детали как звено (как угловой размер). При

этом поворот одной поверхности относительно другой в пространстве

следует рассматривать в двух координатных плоскостях. В данном

примере угловой размер определяет параллельность поверхности А

относительно поверхности Б, принятой за базу. Поэтому такое обо-

значение является наглядным и удобным при выявлении и расчете уг-

ловых размерных цепей.

Требуемое угловое положение одной поверхности относительно

другой может быть определено значением любого угла. Для углов по-

ворота, отличных от 0, 90 и 180, на чертеже указывают номинальное

значение угла. Отклонение относительного поворота оценивается

а)

б)

31

в градусах, минутах, секундах или как тангенс угла наклона одной

поверхности относительно другой. В последнем случае отклонение

выражается в виде дроби L

a , у которой числитель определяет ве-

личину смещения а точки поверхности А, а знаменатель – расстояние L,

на котором формируется данное смещение (см. рис. 5.2, б). Таким обра-

зом, численные значения угловых отклонений, например, имеют вид:

200

03.0 или

100

015.0 .

Согласно ЕСКД угловые отклонения – отклонения от парал-

лельности, перпендикулярности, отклонения наклона – нормируются

как отклонения расположения поверхностей. При этом указываемые

численные значения допусков определяют предельную величину

смещения а, которая допустима в пределах габаритных размеров рас-

сматриваемой поверхности.

Параметры точности геометрической формы деталей

Третьим параметром геометрической точности детали является

точность геометрической формы ее поверхностей, которую характе-

ризуют макрогеометрические отклонения, волнистость и шерохова-

тость поверхности (микрогеометрические отклонения).

Макрогеометрические отклонения – это отклонения от правиль-

ной геометрической формы поверхности детали в пределах габарит-

ных размеров поверхности (рис. 5.3).

а) б)

Рис. 5.3. Макрогеометрические отклонения реальной поверхности 1 от при-

легающей поверхности 2: а – для плоской поверхности (пр x – отклонения

от прямолинейности в направлении оси X и пр y – в направлении оси Y;

пл – отклонение от плоскостности); б – для цилиндрической поверхности

(ц – отклонение от цилиндричности; кр – отклонение от круглости)

32

Макрогеометрические отклонения и отклонения относительного

поворота (отклонения расположения) поверхностей проявляются сов-

местно и количественно оцениваются как суммарные отклонения то-

чек реальной поверхности на базовой длине. В соответствии с этим

допускается возможность нормирования суммарных отклонений гео-

метрической формы и расположения поверхностей. Так, например,

допускается установление суммарного допуска, ограничивающего от-

клонение от плоскостности и отклонение от параллельности одной

поверхности относительно другой, принятой за базу.

ГОСТ 24643-81 устанавливает 16 степеней точности формы и

расположения поверхностей. В зависимости от соотношения Тф/Тр

допуска формы Тф и размера различают геометрическую точность по-

верхности: нормальную А, повышенную В, высокую С и особо высо-

кую. При нормальной геометрической точности допуск формы со-

ставляет 60 % допуска на размер, при повышенной – 40 %, при высо-

кой 25 %, а при особо высокой точности он составляет менее 25 %.

Если допуск геометрической формы практически равен допуску на

размер и соотношение допусков составляет порядка 100 %, то геомет-

рическая точность поверхности считается грубой (Г) [8].

Волнистость поверхности – это совокупность периодически

повторяющихся неровностей поверхности на участках длиной от 1 до

10 мм. Волнистость оценивают двумя параметрами: высотой волни-

стости Wz и шагом волнистости Sw.

Высота волнистости Wz – это среднеарифметическое из пяти ее

значений, определенных на длине участка измерения Lw:

5

)( 54321 WWWWWWz

.

В свою очередь, средний шаг волнистости Sw – среднее значение

расстояний Swi между одноименными сторонами соседних волн, изме-

ренных по средней линии профиля:

5

5

1

i

Wi

W

S

S .

Причиной появления волнистости поверхности являются вибра-

ции в технологической системе станок – приспособление – инстру-

мент – деталь, которые возникают при наличии неуравновешенных

масс, колебании составляющих силы резания и других факторах.

33

Шероховатость поверхности (микрогеометрические отклоне-

ния) – это совокупность микронеровностей с относительно малыми

шагами, образующих рельеф поверхности детали на участках длиной

до 1 мм.

Шероховатость поверхности, как и волнистость, представляет со-

бой периодически повторяющиеся на поверхности выступы и впади-

ны. Отличие между волнистостью и шероховатостью можно условно

выявить по отношению шага неровностей Sw к высоте неровностей

Wz. Если Sw /Wz 50, то такие отклонения относят к шероховатости

поверхности, если 1000 Sw /Wz 50 – к волнистости, а при Sw /Wz > 1000

имеют место макрогеометрические отклонения формы [8].

Шероховатость обработанной поверхности является совокуп-

ным следствием ряда факторов: пластической деформации поверх-

ностного слоя при образовании стружки, копирования профиля вер-

шины режущего инструмента и его трения о деталь, а также следстви-

ем вибраций, неоднородности материала заготовки и других причин.

Количественно шероховатость поверхности оценивается незави-

симо от способа получения поверхности. Согласно ГОСТ 2789 для

оценки шероховатости поверхности детали предусматриваются сле-

дующие параметры:

Высотные: Ra – среднее арифметическое отклонение профиля, мкм;

Rz – высота неровностей профиля по 10 точкам, мкм;

Rmax – наибольшая высота профиля, мкм.

Шаговые: S – средний шаг неровностей профиля по вершинам, мм;

Sm – средний шаг неровностей профиля по средней линии, мм;

tр – относительная опорная длина профиля, мм.

Все измерения производятся в пределах базовой длины l, ис-

пользуемой для выделения неровностей, характеризующих параметры

шероховатости рассматриваемой поверхности детали.

Для многих типов поверхностей, обработанных различными ме-

тодами, неровности, относимые к шероховатости, имеют устойчивую

связь средних шагов с высотными параметрами, что позволяет увя-

зать значения базовой длины со значениями высотных параметров

(табл. 5.1).

34

Таблица 5.1

Значения высотных параметров Базовая длина l, мм

Ra, мкм Rz, Rmax, мкм

До 0.025 До 0.10 0.08

Св. 0.025 до 0.4 Св. 0.10 до 1.6 0.25

Св. 0.4 до 3.2 Св. 1.6 до 12.5 0.8

Св. 3.2 до 12.5 Св. 12.5 до 50 2.5

Св. 12.5 до 100 Св. 50 до 400 8

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra – среднее

арифметическое из абсолютных значений отклонений точек профиля

y от средней линии в пределах базовой длины l – определяется по

формуле

,)(1

0

l

a dxxyl

R или приближённо

n

iia y

nR

1

1.

Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz – сумма

средних арифметических абсолютных отклонений точек пяти

наибольших минимумов Himin и пяти наибольших максимумов Himax

профиля в пределах базовой длины l

5

1

5

1minmax

5

1

i iiiz HHR ,

где Himax, Himin – ординаты пяти высших и пяти низших точек в преде-

лах базовой длины, измеренные от линии, эквидистантной средней

линии соответственно.

Наибольшая высота неровностей профиля Rmax – расстояние

между наивысшей точкой выступов и наинизшей точкой впадин про-

филя в пределах базовой длины Rmax = Himax Himin.

Нормирование шероховатости по параметру Rz в пределах

Rz = 320 – 20 мкм применяют для относительно грубых поверхностей,

полученных на заготовках или после выполнения черновой предвари-

тельной обработки.

Нормирование шероховатости по параметру Rа в пределах

Rа = 2.5 – 0.025 мкм применяют для нормальных чистых поверхно-

стей, полученных в результате выполнения получистовой, чистовой

или отделочной обработки.

При особо высоких требованиях к шероховатости поверхности

нормирование опять осуществляют по параметру Rz в пределах

Rz = 0.01 – 0.032 мкм.

35

Между значениями параметров шероховатости Ra и Rz существу-

ют соотношения, представленные в табл. 5.2, использование которых

позволяет переходить от одного нормируемого параметра к другому.

Таблица 5.2

Пределы изменения Ra,

мкм Rz

Пределы изменения Rz,

мкм Ra

80 Ra 2.5 4Ra 320 Ra 10 0.25Rz

2.5 < Ra 0.010 5Ra 10 < Ra 0.05 0.20Rz

Функциональная и количественная связь трех видов

геометрических отклонений

Между рассмотренными параметрами геометрической точности

деталей существует функциональная и количественная связь.

Допуск на размер детали Тр представляет собой интегральный

параметр точности, который ограничивает все три вида геометриче-

ских отклонений (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Расположение составляющих допуска Тр

на линейный размер Р: Тф – составляющие, ограни-

чивающие отклонения геометрической формы; Т

и Т – составляющие, ограничивающие отклонения отно-

сительных поворотов в двух координатных плоскостях;

Тс – составляющая допуска на линейный размер, опреде-

ляющая параллельное смещение прилегающей плоскости

36

Допуск на размер по величине превышает допуски на относитель-

ный поворот Тп и на отклонения геометрической формы Тф поверхно-

стей, между которыми проставлен данный размер ),( фпp TTT . При

этом отклонения относительного поворота Тп (Т, Т) формируются

в двух координатных плоскостях: Т – в плоскости Y0Z и Т – в плос-

кости X0Z.

Соотношения pф /TT между допуском формы фT и размера pT ,

ограничивающего плоские и цилиндрические поверхности, опреде-

ляются согласно ГОСТ 24643-81.

В свою очередь, в зависимости от соотношения между парамет-

ром шероховатости Ra и полем допуска на размер Тр различают сле-

дующие уровни геометрической точности поверхности:

Ra 0.1 Тр – грубая (Г); Ra 0.05 Тр – нормальная (А);

Ra 0.025 Тр – повышенная (В); Ra 0.012 Тр – высокая (С).

Требования к шероховатости поверхности конкретной детали

устанавливают на основе знания связи параметров шероховатости с

функциональным назначением данной поверхности. Необоснованное

завышение требований по шероховатости поверхности приводит к

удорожанию изготавливаемой детали и выпускаемого изделия.

Для правильной оценки параметров геометрической точности

детали их измерение выполняют в определенной последовательности.

Вначале измеряют микрогеометричекие отклонения (шероховатость

поверхности), затем – волнистость и макрогеометрические отклоне-

ния формы в пределах габаритных размеров рассматриваемой по-

верхности. После этого измеряют отклонения относительного пово-

рота и точность полученного размера.

Для исключения влияния микрогеометрических отклонений на

измерение точности геометрической формы используется индикатор с

плоским наконечником, который перекрывает одновременно несколь-

ко гребешков.

Для исключения влияния погрешности формы на точность из-

мерения относительного поворота измерение относительного поворо-

та следует выполнять в пределах габаритных размеров рассматривае-

37

мой поверхности (рис. 5.5, а). С этой целью применяют пузырьковый

или электронный уровень 1, устанавливаемый на линейку 2, которую,

в свою очередь, устанавливают на равные по высоте мерные плитки 3.

В случае установки уровня непосредственно на поверхность детали

(рис. 5.5, б) показания прибора в каждом из трех положений I, II, III

будут различны по величине и не будут соответствовать фактиче-

скому значению углового отклонения всей рассматриваемой поверх-

ности.

а) б)

Рис. 5.5. Схема измерения точности относительного поворота

поверхности: а – правильная, при которой исключается влияние

макрогеометрических отклонений; б – неправильная, при которой

макрогеометрические отклонения искажают правильность измерения

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Назовите параметры геометрической точности деталей машин.

2. Как оценивается точность линейных размеров?

3. Как оценивается точность относительного поворота поверхностей

деталей?

4. Что такое макрогеометрические отклонения?

5. Что такое волнистость?

6. Какими параметрами оценивают шероховатость поверхностей де-

талей?

7. Как Вы понимаете функциональную и количественную связь трех

видов геометрических отклонений?

8. В какой последовательности следует измерять параметры точности

детали?

38

Лекция 6. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ

План лекции

1. Три типовые схемы базирования деталей машин.

2. Базирование по трем плоскостям (в координатный угол).

3. Базирование с использованием двойной опорной базы.

4. Базирование с использованием двойной направляющей базы.

Три типовые схемы базирования деталей машин

Для достижения качественной работы машин необходимо обес-

печить требуемую точность относительного положения и движения

деталей, входящих в изделие. Поэтому при сборке машин, изготовле-

нии ее деталей и ремонте возникает задача соединения деталей и уз-

лов с требуемой точностью. Аналогичная задача возникает и при из-

готовлении деталей на станках, когда на станок требуется установить

с требуемой точностью приспособление, заготовку и инструмент.

Под базированием понимают придание детали требуемой точно-

сти относительно положения при лишении ее всех шести степеней

свободы. В свою очередь, поверхность или сочетание поверхностей, а

также ось или точку, принадлежащие заготовке, детали или изделию,

которые используют для базирования, называют базами [4, 43].

Принципы базирования различных по геометрии деталей в ма-

шинах и заготовок на станках при выполнении различных техноло-

гических операций одинаковы и определяются теорией баз [4, 5].

Различные по форме и размерам детали машин в общем случае

могут быть забазированы по одной из трех типовых схем, а именно

базирование:

1) по трем плоскостям (базирование в координатный угол);

2) с использованием двойной опорной базы;

3) с использованием двойной направляющей базы.

Базирование по трем плоскостям (в координатный угол)

При этой схеме происходит совмещение трех базовых поверхно-

стей присоединяемой детали с тремя поверхностями базовой детали.

39

Любое твердое тело, расположенное в пространстве, например

призматическая деталь (рис. 6.1), имеет шесть степеней свободы,

определяемых вектором подвижности:

= (а, b, c, , , ),

где а, b, c – параметры смещения в направлении соответствующих

координатных осей X, Y, Z; , , – параметры поворота вокруг соот-

ветствующих координатных осей.

Лишение детали в процессе базирования всех шести степеней

свободы достигается путем наложения на нее двухсторонних связей.

Рассмотрим это на примере призматической детали, представленной

на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Базирование призматической детали

по трем плоскостям

Если на базирующей поверхности детали Х0Y взять точку 1 и

связать ее с соответствующей точкой 1', расположенной в координат-

ной плоскости X0Y, то деталь будет лишена одной степени свободы –

параметра с, т. е. возможности перемещения в направлении оси Z. Ес-

ли аналогично на плоскости Х0Y взять точку 2 и наложить на нее

двухстороннюю связь, то деталь будет лишена второй степени свобо-

ды – параметра , т. е. возможности вращения вокруг оси . Возьмем

на плоскости Х0Y детали точку 3 и также наложим на нее двухсто-

роннюю связь. В результате деталь будет лишена еще одной степени

свободы – параметра , т. е. возможности поворота вокруг оси X. При

этом можно заметить, что наложение двухсторонней связи на любую

40

из последующих точек, расположенных на плоскости Х0Y, не отнимет

у детали дополнительных степеней свободы.

Таким образом, лишение детали соответствующих степеней

свободы при базировании достигают путем положения на нее двух

сторонних связей.

Базирующая поверхность, на которой располагаются три опор-

ные точки Т1, Т2, Т3, отнимающие у детали три степени свободы, –

одно смещение, например с и два поворота, например, и , называ-

ется установочной базой:

c

T

T

T

3

2

1

.

В рассматриваемом примере установочной базой является плос-

кость Х0Y. Геометрический признак установочной базы – плоская по-

верхность, имеющая наибольшую площадь, у которой с целью со-

кращения погрешности установки опорные точки следует расставлять

на наибольшем расстоянии друг от друга.

Для лишения детали оставшихся степеней свободы возьмем на

координатной плоскости X0Z точку 4 и наложим двухстороннюю

связь, связав ее с соответствующей точкой 4', расположенной в плос-

кости X0Z. В результате деталь будет лишена еще одной степени сво-

боды – параметра b, что исключает возможность ее перемещения в

направлении оси Y.

Затем возьмем на плоскости Х0Z точку 5 и свяжем ее с соответ-

ствующей точкой 5'. Это позволит наложить на деталь еще одну

связь, которая исключает возможность поворота детали вокруг оси Z

и отнимает еще одну степень свободы – параметр . Точку 5 следует

выбирать так, чтобы прямая, проходящая через точки 4 и 5, была па-

раллельна оси Х. При этом следует заметить, что если на плоскости

Х0Z выбрать дополнительную опорную точку, то это не позволит от-

нять у детали оставшуюся степень свободы – а.

Базирующая поверхность, на которой располагаются две опорные

точки Т4, Т5, отнимающие у детали две степени свободы – одно смеще-

ние, например b, и один поворот , называется направляющей базой:

.5

4

b

Т

Т

41

В данном случае направляющая база – координатная плоскость

Х0Z.

Геометрическим признаком направляющей базы является плос-

кая поверхность наибольшей протяженности, на которой с целью

уменьшения погрешности установки опорные точки следует распола-

гать на наибольшем расстоянии друг от друга по прямой параллель-

ной установочной базе.

Для лишения детали последней степени свободы – возможности

перемещения в направлении оси X (параметр а) – возьмем на коорди-

натной плоскости Y0Z точку 6 и свяжем ее с соответствующей точкой

6' на координатной плоскости Y0Z.

Базирующая поверхность, на которой располагается одна опор-

ная точка Т6, отнимающая у детали одну степень свободы (смещение

или поворот), называется опорной базой:

.6 aT

В данном случае опорной базой является координатная плос-

кость Y0Z. В качестве опорной базы может быть выбрана поверхность

детали с малой площадью.

При контакте базирующих поверхностей присоединяемой и ба-

зовой детали теоретически опорные точки Т1, Т2, …, Т6 проявляются

как точки контакта, а схема базирования по трем плоскостям (в коор-

динатный угол) условно обозначается, как показано на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Схема расположения опорных точек при базировании

детали типа плитка по трем плоскостям

42

Базирование с использованием двойной опорной базы

Для этой схемы базирования характерным является совмещение

центра базовой поверхности присоединяемой детали с центром соот-

ветствующей поверхности базовой детали. Базирование с использова-

нием двойной опорной базы применяется для определения положения

в изделии таких деталей, как подшипники, фланцы, кольца, зубчатые

колеса с относительно короткой ступицей. Базирование деталей типа

диска (шестерни) в трехкулачковом патроне. Совмещение центра

(центрирование) обеспечивает двойная опорная база. Например,

центр наружного кольца подшипника совмещается с центром отвер-

стия в корпусе, центр базового отверстия в шестерне совмещается с

центром посадочной шейки вала. Наглядной иллюстрацией данной

схемы базирования является базирование диска в самоцентрирую-

щемся трехкулачковом патроне (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Базирование диска с использованием

двойной опорной базы

В данном случае торец диска, определяемый координатной

плоскостью Y0Z, является установочной базой, на которой распола-

гаются три опорные точки Т1, Т2, Т3, отнимающие у детали три сте-

пени свободы – возможность перемещения в направлении оси X,

(параметр a) и возможность поворота вокруг осей Y и Z (параметры

и ):

.

3

2

1

a

T

T

T

43

В процессе закрепления детали, при одновременном перемеще-

нии по радиусу в направлении центра трех самоцентрирующихся ку-

лачков происходит совмещение центра устанавливаемой детали с

центром патрона. В результате у детали отнимаются две степени сво-

боды – перемещение в направлении оси Y (параметр b – опорная точ-

ка Т4) и перемещение в направлении оси Z (параметр c – опорная точ-

ка Т5). Таким образом, центр детали, в котором располагается начало

координат системы XYZ, выполняет роль двойной опорной базы

.5

4

c

b

Т

Т

Базирующая поверхность, на которой располагаются две опор-

ные точки, отнимающая у детали две степени свободы – два смеще-

ния в направлении двух координатных осей, называется двойной

опорной базой. Таким образом, двойная опорная база обеспечивает

центрирование присоединяемой детали

и в данном случае совмещение центра

устанавливаемого диска с центром па-

трона.

Для лишения детали оставшейся

степени свободы – возможности враще-

ния вокруг оси X – используется

опорная база – координатная плоскость,

X0Z, на которой располагается точка Т6:

.6 T.

Базирование с использованием

двойной опорной базы широко применя-

ется для базирования деталей типа дис-

ков, фланцев, зубчатых колес, а также

корпусных деталей (рис. 6.4). Это одна из

наиболее распространенных схем базиро-

вания, которая используется для опреде-

ления положения корпусных деталей как

в конструкциях машин, так и на станках при механической обработ-

ке. Такая схема имеет второе название – базирование по плоскости и

двум базовым отверстиям. Координатная плоскость X0Y является

Рис. 6.4. Схема базирования

корпусной детали по плоскости

и двум базовым отверстиям

44

установочной базой опорных точек Т1, Т2, Т3. В одно базовое отвер-

стие входит цельный (цилиндрический) палец, отнимающий два сме-

щения а и b в направлении координатных осей X и Y. Это отверстие

выполняет роль двойной опорной базы – точки Т4, Т5. Во второе ба-

зовое отверстие входит срезанный (ромбический) палец, и оно вы-

полняет роль опорной базы – точка Т6, отнимающая возможность

вращения вокруг оси Z.

Базовые отверстия для корпусных деталей требуют точного из-

готовления по квалитету IT-7.

Базирование с использованием двойной направляющей базы

Базирование по этой схеме обеспечивает совмещение оси базо-

вой поверхности присоединяемой детали с осью соответствующей

поверхности базовой детали. Такая схема широко применяется для

определения положения длинных деталей тел вращения. Примером

является базирование вала на опорных шейках в подшипниках, бази-

рование заготовки вала в центрах или на призмах.

На рис. 6.5 представлена схема базирования вала в призматиче-

ском схвате робота с использованием двойной направляющей базы.

а) б)

Рис. 6.5. Базирование валика в призматическом схвате робота с исполь-

зованием двойной направляющей базы: а – главный вид; б – вид сбоку

Наличие в схвате двух самоцентрирующихся призматических

губок позволяет при захвате вала обеспечить совмещение оси вала с

осью призматического схвата. Таким образом, ось 0Y является двой-

ной направляющей базой. Опорные точки Т1, Т2 обеспечивают

направление оси вала в координатной плоскости Х0Y, отнимая у дета-

45

ли смещение а в направлении оси X и поворот вокруг оси Z. Опор-

ные точки Т3, Т4 обеспечивают направление оси вала в координатной

плоскости Y0Z, лишая деталь смещения с в направлении оси Z и пово-

рота вокруг оси X:

с

а

Т

Т

Т

Т

4

3

2

1

.

Базирующая поверхность, на которой располагается четыре

опорные точки, отнимающие у детали четыре степени свободы – два

смещения и два поворота в двух перпендикулярных плоскостях,

называется двойной направляющей базой.

Помимо двойной направляющей базы в рассматриваемый ком-

плект баз входят также две опорные базы, одна отнимает одно сме-

щение b, а вторая, один поворот . Плоскость Х0Z – опорная база

(точка Т5) – отнимает у вала смещение bT 5 в направлении оси

Y. В свою очередь, плоскость Y0Z – опорная база (точка Т6) – отнима-

ет у вала смещение bT 6 в направлении оси Y.

Анализ рассмотренных трех типовых схем базирования показы-

вает, что все они имеют общую закономерность, которая формулиру-

ется как правило шести точек.

Правило шести точек. Для лишения детали всех шести степе-

ней свободы, определяемых вектором = (а, b, c, , , ), необходимо

и достаточно наличие шести теоретических опорных точек, которые

располагаются на трех базирующих поверхностях, образующих ком-

плект баз одной из трех типовых схем базирования.

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Что следует понимать под базированием заготовок и деталей в

машинах?

2. Назовите три типовые схемы базирования деталей.

3. Какие базовые поверхности образуют схему базирования по трем

плоскостям?

4. Какие базовые поверхности образуют схему базирования с исполь-

зованием двойной опорной базы?

5. Какие базовые поверхности образуют схему базирования с исполь-

зованием двойной направляющей базы?

6. В чем заключается правило шести точек?

46

Лекция 7. КЛАССИФИКАЦИЯ БАЗ

План лекции

1. Классификация баз по отбираемым степеням свободы.

2. Классификация баз по характеру их конструктивного оформ-

ления.

3. Классификация баз по функциональному назначению.

Классификация баз по отбираемым степеням свободы

Рассмотренные выше пять базирующих поверхностей, с помо-

щью которых может быть образован любой из трех комплектов баз,

можно классифицировать по отбираемым степеням свободы (табл. 7.1).

Таблица 7.1

Классификация баз по отбираемым степеням свободы

№

п/п

Базирующая

поверхность

Количество

опорных

точек

Отнимаемые степени свободы

Смещения

a, b, c

Повороты

, ,

1 Установочная база 3 Одно Два

2 Направляющая база 2 Одно Один

3 Опорная база 1 Одно смещение или один поворот

4 Двойная опорная база 2 Два –

5 Двойная направляющая

база 4 Два Два

Классификация баз по характеру их конструктивного оформления

По характеру конструктивного оформления различают базы яв-

ные и скрытые. Под явными базами понимают конструктивно

оформленные базирующие поверхности деталей, линии или точки

разметки. При обозначении схем базирования с использованием яв-

ных баз теоретические опорные точки располагают непосредственно

на базирующих поверхностях или линиях разметки.

Под скрытой базой понимается плоскость симметрии, ось сим-

метрии или точка, мысленно проводимые по перпендикуляру к кон-

структивно оформленным базам для доведения общего числа теоре-

тически опорных точек до шести. Таким образом, к скрытым базам

прибегают в тех случаях, когда требуется определить положение де-

47

тали на воображаемой плоскости, оси или точки. На рис. 7.1 приведен

пример базирования при плоском шлифовании призматической дета-

ли на магнитном столе с использованием скрытых баз. Установочная

база конструктивно оформленная – явная, а остальные две базы явля-

ются скрытыми. Роль скрытой направляющей базы (точки Т4, Т5) вы-

полняет плоскость симметрии детали, которая устанавливается вдоль

оси стола.

Рис. 7.1. Базирование призматической

детали на магнитном столе с исполь-

зованием скрытых баз

Роль опорной скрытой базы (точка Т6) выполняет другая плос-

кость симметрии, определяющая положение детали в центре стола.

Классификация баз по функциональному назначению

В зависимости от функционального назначения различают базы

конструкторские, технологические и измерительные.

Конструкторские базы используют для определения положения

детали или сборочной единицы в изделии. Следует различать основ-

ные и вспомогательные конструкторские базы. С помощью основных

конструкторских баз осуществляется базирование самой детали или

сборочной единицы в изделии, а с помощью вспомогательных баз

определяется положение других деталей, присоединяемых к данной.

Технологические базы используют для определения положения

заготовки при обработке ее на станке, а также для определения поло-

жения детали или сборочной единицы в процессе выполнения сборки

или ремонта.

48

На рис. 7.2 представлена схема базирования вала в центрах при

токарной обработке. Технологическими базами, определяющими по-

ложение вала, являются центровые гнезда (двойная направляющая ба-

за Т1, Т2, Т3, Т4), торец (опорная база Т5) и опорная база Т6, создава-

емая поводком для вращения вала.

Рис. 7.2. Базирование вала на токарном станке в центрах по технологическим

базам

Измерительные базы используют для определения положения

измеряемой детали или измерительного прибора при выполнении из-

мерений. На рис. 7.3 представлена схема измерения параллельности

плоскости А относительно плоскости Б с помощью индикатора на

стойке. Измерительной базой в данном случае является плоскость де-

тали Б, на которой базируется стойка с индикатором.

Рис. 7.3. Схема базирования стойки с индикатором на измерительной базе

при контроле угловых отклонений

Измерение расстояний и поворотов какой-либо поверхности де-

тали всегда производится относительно каких-либо других ее поверх-

ностей. В соответствии с этим в качестве измерительных баз исполь-

зуют поверхности или заменяющие их сочетания поверхностей дета-

ли, относительно которых производят измерение расстояний, поворо-

тов или отклонений геометрической формы детали.

49

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Что следует понимать под скрытой базой?

2. Как различаются базы по конструктивному исполнению?

3. Объясните понятие «конструкторская база».

4. Объясните понятие «технологическая база».

5. Объясните понятие «измерительная база».

6. Приведите пример конструкторских баз детали.

7. Приведите пример технологических баз.

8. Приведите пример измерительных баз.

Лекция 8. СМЕНА БАЗ

План лекции

1. Определенность и неопределенность базирования.

2. Организованная и неорганизованная смена баз.

3. Принцип единства баз.

Определенность и неопределенность базирования

Создание двухсторонних связей, обеспечивающих лишение

присоединяемой детали всех шести степеней свободы и сохранение

неизменности ее положения относительно базовой детали, достигает-

ся путем приложения силового замыкания – усилий закрепления. В

результате достигается определенность базирования, под которой по-

нимается неизменность положения детали относительно поверхно-

стей вспомогательных баз другой базовой детали. Для создания сило-

вого замыкания применяют различные зажимные устройства с ис-

пользованием упругих сил, создаваемых резьбовыми соединениями,

сил тяжести, сил трения, сил сжатого воздуха, гидравлики, электро-

магнитных сил и их комбинаций.

Неопределенность базирования детали означает единичное или

многократное изменение требуемого положения детали относительно

сопрягаемых поверхностей базовой детали. Неопределенность бази-

рования характеризуется нарушением контакта по сопрягаемым базо-

вым поверхностям. Она проявляется в основном на подвижных дета-

лях, у которых в соединениях на основных базах предусматриваются

50

определенные зазоры для осуществления заданных перемещений. Ха-

рактерными примерами проявления неопределенности базирования

являются радиальные и осевые биения вращающихся валов, шпинде-

лей, текущая погрешность установки перемещаемых столов, кареток,

ползунов. На рис. 8.1 показана схема пространственных отклонений

стола продольно-фрезерного станка при его перемещении вдоль оси

0X. Эти перемещения определяют составляющие вектора текущей по-

грешности установки (погрешности позиционирования) стола п, ко-

торые включают линейные ап, bп, и cп и угловые п, п, п отклонения

относительно трех координатных осей

п = (ап, bп, cп, п, п, п).

С неопределенностью базирования подвижных деталей и узлов

станков, машин приходится считаться. Она оговаривается в техниче-

ских требованиях на изготовление изделия и регламентируется соот-

ветствующими стандартами на приемку оборудования.

Рис. 8.1. Схема формирования пространственных откло-

нений стола станка, обусловленных неопределенностью

его базирования, при продольном перемещении

Для снижения неопределенности базирования выполняют регу-

лировку зазоров в направляющих станков и радиальных и осевых за-

зоров в подшипниковых опорах.

При соприкосновении реальных базирующих поверхностей со-

единяемых деталей на их базовых поверхностях возникают контакт-

ные деформации. Причиной этого является наличие на базовых по-

верхностях погрешности геометрической формы в виде волнистости,

макро- и микрогеометрических отклонений. Величина контактных

51

деформаций в отдельных случаях может быть соизмерима с требова-

ниями точности обработки детали и достигать значений 0,002 –

0,03 мм и более. Поэтому с целью достижения повышенной точности

перед выполнением ответственных финишных операций для ряда де-

талей предусматривают окончательную отделку их базовых поверх-

ностей шлифованием.

При приложении силового замыкания наряду с контактными

деформациями на базирующих поверхностях возникают собственные

упругие деформации закрепляемых деталей. Обработка заготовки в

деформируемом состоянии приводит к тому, что после выполнения

операции и раскрепления детали на обработанной поверхности воз-

никают отклонения геометрической формы, обусловленные создан-

ными упругими деформациями заготовки. Для исключения этого точ-

ки приложения силового замыкания необходимо располагать непо-

средственно над опорными элементами приспособления [3, 48].

Организованная и неорганизованная смена баз

Под сменой баз понимается замена одних базирующих поверх-

ностей детали или сборочной единицы другими. Различают неоргани-

зованную и организованную смену баз.

Организованную смену баз заранее планируют, и ее результат

просчитывают путем выявления и расчета соответствующих размер-

ных цепей.

Необходимость организованной смены баз может быть обуслов-

лена следующими причинами:

1) невозможностью обработки поверхностей заготовки с одной

установки;

2) необходимостью выполнения техпроцесса обработки на раз-

ных станках;

3) в случае выявления экономически более целесообразного ва-

рианта достижения точности решаемой задачи;

4) упрощение измерений и повышение их точности.

Выполнение организованной смены баз предусматривает со-

блюдение определенных условий:

1) выявление линейных и угловых размерных связей между

прежними и вновь выбираемыми технологическими базами и поверх-

ностями заготовки, подлежащими обработке;

52

2) расчет выявленных размерных связей в номиналах и в допус-

ках с учетом выбираемого метода достижения точности;

3) соблюдение требуемой точности рассчитанных операционных

размеров при выполнении технологического процесса.

На рис. 8.2 представлен пример организованной смены техноло-

гических баз при расточке отверстия в корпусной детали [26, 45].

а) б) в)

Рис. 8.2. Пример организованной смены баз и формирования дополнительных

звеньев при расточке отверстия в корпусе: а – получение отверстия с соблюде-

нием единства конструкторских и технологических баз; б – получение отверстия

при организованной смене баз; в – схема формирования дополнительных звеньев

при смене баз

Согласно техническим требованиям необходимо обеспечить

точность положения отверстия относительно базовых поверхностей

I и II (рис. 8.2, а). При первом варианте базирования заготовки эти

поверхности непосредственно используют в качестве технологиче-

ских баз и, в частности, поверхность I – установочную базу, а поверх-

ность II – направляющую базу. В этом случае соблюдается принцип

единства баз, технологические базы совпадают с конструкторскими и

в результате требуемые параметры точности детали получаются

наиболее коротким путем как замыкающие звенья технологической

системы:

А = А1, Б = Б1, = 1,

А = А1, Б = Б1, = 1.

При втором варианте базирования в качестве технологических

баз при обработке отверстия используют противоположные поверх-

ности (рис. 8.2, б), относительно которых положение отверстия опре-

деляется полученными операционными размерами А2, Б2, 2. В ре-

зультате организованной смены баз точность положения отверстия

53

относительно базовых поверхностей I и II будет зависеть от точности

дополнительных размеров А1, Б1, 1, определяющих положение од-

них технологических баз относительно других, и рассчитывается

трехзвенными технологическими цепями (рис. 8.2, в):

А= А

1 – А

2, Б

= Б

1 + Б

2,

=

1+

2,

А = А 1 + А 2, Б = Б 1+ Б 2, = 1 + 2.

Неорганизованная смена баз происходит случайно, в большин-

стве случаев в процессе установки и закрепления заготовки на столе

станка или в приспособлении. Причинами этого являются погрешно-

сти размеров и геометрических форм базовых поверхностей заготовки

или приспособления, неправильный выбор технологических баз, не-

правильное расположение опорных элементов приспособления, не-

правильный выбор величины, направления и последовательности

приложения силового замыкания, а также недостаточная квалифика-

ция работающего.

На рис. 8.3 приведен пример неорганизованной смены баз, кото-

рая часто имеет место при закреплении призматической заготовки в

обычных зажимных тисках.

а) б)

Рис. 8.3. Влияние неорганизованной смены баз на изменение поло-

жения заготовки при ее закреплении: а – неизменность положения

заготовки; б – смещение заготовки при неорганизованной смене

В результате фрезерования плоскости А необходимо обеспечить

точность размера К и параллельность плоскости А относительно

плоскости Б, выбранной в качестве установочной технологической

базы (рис. 8.3, б). В тех случаях, когда отклонение от перпендикуляр-

ности направляющей базы В относительно установочной Б определя-

ется углом 90°, заготовка занимает требуемое положение.

Направляющей базой является линия, проходящая через точку 0, а

54

крутящие моменты от силы зажима Р l1 и силы веса G l2, направ-

ленные на установочную базу, обеспечивают определенность базиро-

вания заготовки.

Однако при наличии отклонения от перпендикулярности по-

верхности направляющей базы В относительно установочной базы А,

когда угол < 90° (рис. 8.3, б), возможно возникновение неорганизо-

ванной смены баз. Это происходит вследствие поворота заготовки во-

круг точки 0, под действием момента от силы зажима Р l1, когда его

значение превышает момент G l2 от силы веса и имеет противопо-

ложную направленность: Р l1 G ∙ l2.

Вследствие этого происходит отрыв заготовки от установочной

базы (рис. 8.3, б), при этом направляющая база (поверхность В) ста-

новится установочной, а поверхность Б выполняет роль направляю-

щей базы по линии, проходящей через точку 0. Следствием этой не-

организованной смены баз являются отклонения точности размера К

и относительного поворота , получаемые в результате фрезерования

на данной операции.

В отдельных случаях неорганизованная смена баз происходит

непосредственно в процессе обработки, когда под действием сил ре-

зания и их моментов происходят смещение и поворот заготовки отно-

сительно одной или нескольких базовых поверхностей. Причиной

этого являются недостаточные усилия закрепления заготовки на стан-

ке или в приспособлении, что приводит к неисправимому браку дета-

ли и возникновению аварийной ситуации.

Принцип единства баз

Изложенное выше показывает: для получения коротким путем

более высокой точности изготавливаемой детали следует по возмож-

ности избегать смены баз, что означает соблюдение принципа един-

ства баз.

Согласно принципу единства баз большинство поверхностей за-

готовки необходимо стремиться обработать и измерять от одних и тех

же технологических баз. При этом в качестве технологических баз

следует использовать основные конструкторские базы детали, а в ка-

честве измерительных баз следует использовать технологические ба-

зы, от которых получены обрабатываемые поверхности.

55

Важная особенность соблюдения принципа единства баз заклю-

чается в том, что при обработке с одной установки нескольких по-

верхностей детали получаемая точность относительного положения

поверхностей не зависит от погрешности установки заготовки у. Это

обстоятельство приобретает особое значение для достижения точно-

сти относительного поворота поверхностей, получаемых с одной

установки.

На рис. 8.4 показана схема обработки нескольких плоских по-

верхностей детали набором фрез с одной установки.

Рис. 8.4. Обработка нескольких поверхностей

детали набором фрез с одной установки

Согласно приведенной схеме погрешность установки заготовки

у не оказывает влияния на точность одновременно получаемых ли-

нейных и угловых размеров

),,,,,( КБАу .

Это важное преимущество эффективно используют при обра-

ботке деталей на горизонтально-расточных станках и многоцелевых

станках с ЧПУ, когда корпусную деталь обрабатывают с нескольких

сторон с одной установки.

Наиболее полное соблюдение принципа единства баз означает

использование в качестве баз не только одних и тех же поверхностей,

но также одних и тех же участков этих поверхностей. С этой целью

базирование деталей осуществляют по конструктивно оформленным

опорным элементам, которые располагают на определенных участках

базирующей поверхности. Это положение эффективно используют

для уменьшения влияния погрешности установки при базировании

56

детали по одним и тем же общим технологическим базам на различ-

ных станках при выполнении нескольких операций.

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Что означают понятия «организованная смена баз» и «неорганизо-

ванная смена баз»?

2. Назовите основные причины неорганизованной смены баз.

3. Когда возникает необходимость организованной смены баз?

4. Соблюдение каких условий предусматривает организованная смена

баз?

5. Что означает принцип единства баз?

6. Какие преимущества возникают при соблюдении принципа един-

ства баз?

7. Приведите пример соблюдения принципа единства баз.

Лекция 9. ОСНОВЫ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БАЗ

План лекции

1. Выбор технологических баз для обработки большинства по-

верхностей детали.

2. Выбор технологических баз для выполнения первой операции.

3. Примеры выбора технологических баз.

Выбор технологических баз для обработки большинства

поверхностей детали

Выбор технологических баз и определение последовательности

обработки поверхностей являются наиболее ответственными этапами

разработки технологического процесса. Правильность принятия ре-

шения на этом этапе технологического проектирования во многом

определяет достижение требуемой точности детали в процессе ее из-

готовления и экономичность технологического процесса.

Выбор технологических баз основан на анализе функционально-

го назначения поверхностей детали и выявлении размерных связей,

определяющих точность положения одних поверхностей детали отно-

сительно других [40, 44].

57

Следует различать выбор технологических баз для обработки

большинства поверхностей детали и выбор технологических баз на

первой или на первых операциях, когда создаются базы для выполне-

ния большинства операций технологического процесса. В первую

очередь необходимо выбирать технологические базы для обработки

большинства поверхностей детали, а затем базы для первой операции

или первых двух-трех.

Для корпусных деталей характерным является наличие нескольких

комплектов вспомогательных баз, образуемых сочетанием различных

поверхностей, которые определенным образом связаны с основными ба-

зами детали и между собой. Анализ функционального назначения раз-

личных поверхностей детали и размерных связей между ними позволяет

определить поверхности, относительно которых задано положение

большинства других поверхностей, и выявить поверхности, к которым

предъявляют наиболее жесткие технические требования, необходимость

выполнения которых во многом определяют принимаемые решения.

Проведение такого анализа можно сделать наглядным путем по-

строения схемы связей поверхностей детали. На рис. 9.1 показан при-

мер построения схемы связей поверхностей для корпусной детали

(рис. 9.1, а). Для этого поверхности детали обозначают индексами из

определенных букв и цифр, определяющих функциональное назначе-

ние поверхности: О – поверхности основных баз; В – поверхности

вспомогательных баз; К – поверхности крепежных и резьбовых от-

верстий; С – свободные поверхности детали, включая и необрабаты-

ваемые.

Поверхности основных баз, образуемые тремя базовыми по-

верхностями, нумеруют в порядке уменьшения числа располагаемых

на них опорных точек. Например, О1 – установочная база, О2 –

направляющая или двойная опорная, О3 – опорная база (рис. 9.1, б). Для

остальных поверхностей цифры обозначают последовательность их

нумерации.

Схема связи поверхностей (рис. 9.1, в) строится в виде графа, в

узлах которого располагают определенные поверхности детали, а на

ребрах, соединяющих узлы, обозначают линейные и угловые разме-

ры, связывающие эти поверхности.

58

а) б) в)

г) д) е)

Рис. 9.1. Выбор технологических баз на основе построения схемы связи поверх-

ностей корпусной детали: а – требования достижения точности корпуса; б – обо-

значение поверхностей деталей в соответствии с их функциональным назначе-

нием; в – модель выбора технологических баз на основе теории графов; г – схема

связи поверхностей; д – схема базирования при обработке большинства поверх-

ностей корпуса; е – технологические размерные цепи

Линейные размеры Р1, Р2, …, Рi наносят штриховыми линиями, а

угловые 1, 2, …, i – сплошными линиями со стрелкой, направлен-

ной в сторону базы. На ребрах могут быть указаны также номиналы и

допуски на соответствующие линейные и угловые размеры детали.

Выбирая технологические базы, в первую очередь следует исхо-

дить из необходимости достижения точности относительного поворо-

та поверхностей детали, а затем точности расстояния. Это объясняет-

ся тем, что точность относительного поворота обеспечивается на

станках методами взаимозаменяемости, что практически исключает

возможность коррекции, а точность расстояния – методом регулиров-

ки, при котором возможна компенсация отклонений.

Анализ приведенных связей показывает, что положение главных

отверстий и других обрабатываемых поверхностей определено угло-

выми и линейными размерами по отношению к основным базам кор-

пуса. Это наглядно показывает направленность стрелок (угловых раз-

меров) на поверхности О1, О2, О3 основных баз.

Для достижения требуемой точности детали наиболее коротким

путем в качестве общих технологических баз на большинстве опера-

59

ций следует выбирать поверхности детали, от которых задано поло-

жение большинства других поверхностей.

Так же как и в данном примере, положение большинства по-

верхностей детали обычно задают относительно ее основных баз. В

соответствии с этим в качестве технологических баз для обработки

большинства поверхностей следует выбирать основные базы детали.

Для рассматриваемого корпуса в качестве общих технологиче-

ских баз на большинстве операций выбраны плоскость основания О1

и плоскости О2, О3, образующие координатный угол (рис. 9.1, г).

Если при обработке отверстия в качестве установочной техноло-

гической базы взять противолежащую поверхность Б2 (рис. 9.1, д), то

возникают более длинные технологические размерные цепи, пред-

ставленные на рис. 9.1, е. Точность параметров, определяющих поло-

жение отверстия Б1 относительно плоскости 01, в этом случае будет

зависеть от точности обработки на двух операциях – обработке плос-

кости Б2 и растачивании отверстия Б1:

12 БББ , .21

В данном случае необходимость получения 1.0БT мм,

300/03.0

T станет возможной при условии уменьшения допуска

на операционные размеры до значений

мм;07.01БT мм;03.0

2БT .300/015.0

21 TT

Это позволит обеспечить получение требуемой точности линей-

ных и угловых размеров детали:

мм,1,003.007.021

БББ TTT

.300/03.0300/015.0300/015.021

TTT

Однако выполнить подобное ужесточение допусков на операци-

онные размеры не всегда возможно. Поэтому необходимо стремиться

к соблюдению принципа единства баз и наиболее ответственные па-

раметры точности детали с жесткими допусками получать одним зве-

ном как замыкающие звенья технологической системы соответству-

ющего станка.

Обработка большинства поверхностей детали с общих техноло-

гических баз означает использование координатного метода получе-

ния точности размеров. Использование этого метода имеет особо

важное значение для достижения требуемой точности относительных

60

поворотов поверхностей детали. При координатном методе исключа-

ется влияние погрешности установки детали на точность относитель-

ных поворотов поверхностей детали, обрабатываемых с одной уста-

новки.

Использование на операциях механической обработки основных

баз детали в качестве технологических, а затем в процессе контроля в

качестве измерительных означает наиболее полное соблюдение прин-

ципа единства баз.

Однако от использования координатного метода получения раз-

меров в отдельных случаях приходится отходить. Это связано с необ-

ходимостью получения высокой точности размеров, заданных от по-

верхностей, которые не являются основными базами детали. В каче-

стве новых технологических баз в этом случае выбирают те поверх-

ности, от которых непосредственно заданы требуемые размеры. Это

означает переход к цепному методу получения размеров, что также

позволяет уменьшить число звеньев технологической размерной цепи.

Выбор технологических баз для выполнения первой операции

Решив задачу выбора баз для обработки большинства поверхно-

стей детали, необходимо определить технологические базы для вы-

полнения первой или первых операций технологического процесса.

На первой или первых операциях обрабатывают поверхности, кото-

рые затем используют в качестве технологических баз на большин-

стве последующих операций технологического процесса.

При выборе технологических баз на первой операции следует

исходить из необходимости решения двух задач [43, 45].

1. Установление требуемой точности относительного положения

получаемых в результате обработки чистых поверхностей, относи-

тельно черновых, т. е. необрабатываемых, поверхностей заготовки.

2. Достижение наиболее равномерного фактического припуска

на обработку поверхностей детали и в первую очередь на обработку

наиболее ответственных поверхностей.

Решение первой задачи, по существу, заключается в том, чтобы

правильно вписать готовую деталь в контур полученной заготовки.

Исходные данные для ее решения определяются техническими требо-

ваниями, вытекающими из служебного назначения детали.

61

Решение второй задачи, определяется главным образом, требо-

ваниями технологии. Требования достижения равномерного припуска

возникают при обработке главных отверстий, когда применяют кон-

сольный инструмент сравнительно малой жесткости – сверла, зенке-

ры, расточные оправки, развертки. При обработке направляющих по-

верхностей у станин, кареток, столов требование равномерного при-

пуска обусловлено необходимостью съема одинакового по толщине

слоя металла, что обеспечивает одинаковую поверхностную твер-

дость и структуру металла по длине направляющих. В результате

имеет место равномерный износ по длине направляющих, а следова-

тельно, и сохранение их геометрической точности в процессе работы.

На первой операции обрабатывают основание станины с базировани-

ем по направляющим, а затем – направляющие с базированием по об-

работанному основанию.

Получение равномерного припуска на обрабатываемых поверх-

ностях позволяет уменьшить число выполняемых проходов, перехо-

дов, а иногда и операций технологического процесса. При этом обра-

ботку можно выполнять на более высоких режимах резания. Все это

обеспечивает повышение производительности, снижение себестоимо-

сти и имеет важное значение для повышения эффективности исполь-

зования дорогостоящего станочного оборудования.

Определив в каждом конкретном случае задачи, стоящие при

выборе технологических баз на первой операции, необходимо с уче-

том их важности установить определенный приоритет их решения. В

большинстве случаев возможно несколько вариантов решения этих

задач и для нахождения предпочтительного решения необходимо

проанализировать различные схемы базирования на первой операции.

Это делают путем выявления и расчета возникающих технологиче-

ских размерных цепей. Выявление и расчет технологических размер-

ных цепей рассмотрен в лекциях 10-й, 11-й.

При изготовлении деталей сложной геометрической формы

(тройников, вентилей, корпусов центробежных насосов и др.) обра-

ботку заготовок обычно выполняют с одной установки при базирова-

нии по черным поверхностям. Используемые в этом случае базовые

поверхности образуют комплект единых технологических баз.

62

Примеры выбора технологических баз

Выбор технологических баз на конкретных операциях при обра-

ботке определенных поверхностей следует выполнять исходя из тре-

бований достижения точности обработки на данной операции. Так,

например, на рис. 9.2 представлен эскиз призматической детали с

требованиями, определяющими размер и положение паза относитель-

но плоских поверхностей. В соответствии с этим базирование детали

при фрезеровании паза пальцевой фрезой на вертикально-фрезерном

станке выполняют по трем плоскостям, от которых заданы требуемые

параметры точности.

Рис. 9.2. Выбор технологических баз при фрезеровании паза в детали

типа «плитка»

Установочной базой является плоскость А, имеющая наиболь-

шую площадь. Относительно этой плоскости заданы параллельность

паза и размер Б.

Направляющей базой является плоскость В, имеющая наиболь-

шую протяженность. От этой плоскости заданы линейный размер Г и

63

требование параллельности паза. Опорной базой является торец плит-

ки, от которого задан линейный размер К.

На рис. 9.3 приведен второй

пример детали типа «диск» с техни-

ческими требованиями на получение

отверстия.

В соответствии с заданными

требованиями базирование детали при

сверлении отверстия на вертикально-

сверлильном станке выполняют с ис-

пользованием двойной опорной базы.

Установочной базой является плос-

кость А, перпендикулярно к которой

должно располагаться отверстие, а

двойной опорной базой – центр дис-

ка 0, от которого размерами Б и Г за-

даны координаты центра получаемо-

го отверстия. Эта схема базирования

может быть реализована путем за-

крепления диска в самоцентрирую-

щемся трехкулачковом патроне или

в самоцентрирующихся тисках с призматическими губками.

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. В какой последовательности следует осуществлять выбор техноло-

гических баз?

2. С какой целью осуществляется построение схемы связи поверхно-

стей детали?

3. Каким образом строят схему связи поверхностей детали?

4. Сформулируйте две основные задачи, которые необходимо решать

при выборе технологических баз на первой операции.

5. С какой целью при выборе баз требуется обеспечить равномерность

припуска на обрабатываемых поверхностях детали?

6. С какой целью при выборе баз требуется обеспечить точность по-

ложения обрабатываемых поверхностей детали относительно необ-

рабатываемых?

Рис. 9.3. Выбор технологических баз

при сверлении отверстия в детали

типа «диск»

64

Лекция 10. ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ

План лекции

1. Размерные связи в машинах и технологических процессах.

2. Погрешность замыкающего звена размерной цепи у одного

изделия и партии изделий.

Размерные связи в машинах и технологических процессах

Между исполнительными поверхностями машин существуют

различные виды связей, формирование которых обеспечивают кине-

матические и размерные связи, устанавливаемые в процессе сборки

изделий.

Кинематические связи определяют точность относительного пе-

ремещения исполнительных поверхностей, а размерные связи – тре-

буемую точность относительного положения исполнительных по-

верхностей.

Размерные связи делятся на два вида, а именно определяющие

точность:

‒ расстояния;

‒ относительного поворота поверхностей.

Требуемая точность расстояний и относительных поворотов

обеспечивается линейными и угловыми размерами деталей, которые

связывают исполнительные поверхности машин. Размеры базовых де-

талей, связывающие исполнительные поверхности машин, образуют

замкнутый контур соответствующей размерной цепи.

Совокупность размеров, расположенных по замкнутому контуру

один за другим, называют размерной цепью [5, 42].

На рис. 10.1 представлены схемы размерных цепей конической

зубчатой передачи привода станка. Линейная размерная цепь А

(рис. 10.1, а) определяет совпадение вершин делительных конусов по

горизонтали, угловая размерная цепь (рис. 10.1, б) – точность угла

скрещивания – перпендикулярность оси делительного конуса одного

колеса относительно оси делительного конуса другого колеса. В каж-

дой размерной цепи присутствует замыкающее (исходное) звено, ко-

торое обозначается определенной буквой с индексом , как, напри-

мер, А и , и составляющие звенья.

65

а)

б)

Рис. 10.1. Схемы размерных цепей конической зубчатой переда-

чи привода станка: а – линейная размерная цепь АΔ, определяю-

щая совпадение вершин делительных конусов по горизонтали:

1 – ось делительного конуса; 2 – ось базового отверстия колеса;

3 – ось опорной ступени вала; 4 – ось отверстия в корпусе под

подшипник; б – угловая размерная цепь βΔ, определяющая точ-

ность угла скрещивания осей делительных конусов двух кониче-

ских колес: 1 – ось делительного конуса; 2 – ось базового отвер-

стия колеса; 3 – ось опорной ступени вала; 4 – ось отверстия

в корпусе под подшипник; 5 – ось отверстия в корпусе под подшип-

ник второго вала; 6 – ось опорной ступени второго вала; 7 – ось от-

верстия второго колеса; 8 – ось делительного конуса второго колеса

66

Замыкающее (исходное) звено непосредственно определяет по-

ставленную задачу. В расчетах это звено является исходным, а при

сборке изделия получается как замыкающее. Составляющие звенья

определяют линейные или угловые размеры соответствующих дета-

лей, которые участвуют в формировании точности замыкающего зве-

на. Они обозначаются определенной буквой и индексом «i», опреде-

ляющей порядковый номер звена Аi , i. Звенья линейных размерных

цепей обозначают заглавными буквами русского алфавита: А, Б, В и

другими, а звенья угловых цепей – малыми буквами греческого алфа-

вита: , , , и др.

С изменением величины составляющих звеньев происходит из-

менение величины замыкающего звена. Составляющее звено, с уве-

личением которого происходит увеличение замыкающего звена,

называется увеличивающим. Для выделения таких звеньев их обозна-

чают стрелкой, направленной слева направо ,4А

.5А

Составляющее звено, с увеличением которого происходит

уменьшение замыкающего звена, называется уменьшающим. Для вы-

деления таких звеньев их обозначают стрелкой, направленной справа

налево 2,1 АА

. В соответствии с этим уравнение размерной цепи,

определяющее номинальное значение замыкающего звена, имеет вид:

,1

1

1

ki

i

mi

kiii ААА

(*)

где iА

– увеличивающие составляющие звенья цепи;

iА

– уменьшающие составляющие звенья цепи;

m – общее число звеньев размерной цепи, включая замыкающее;

k – число увеличивающих звеньев размерной цепи.

Звено, за счет изменения линейного или углового размеров ко-

торого устраняется излишняя по сравнению с допустимым погреш-

ность замыкающего звена, называется компенсатором. Для выделе-

ния таких звеньев их обводят квадратом. В зависимости от решаемых

задач различают конструкторские, технологические и измерительные

размерные цепи.

Конструкторские размерные цепи определяют размерные свя-

зи, формируемые в конструкциях машин. Так как положение деталей

и узлов в машинах определяют их основные базы, а работают детали

своими исполнительными поверхностями или вспомогательными ба-

67

зами, то составляющими звеньями конструкторских размерных цепей

являются расстояния и повороты, которые определяют положение ис-

полнительных поверхностей и вспомогательных баз относительно ос-

новных баз детали. Примером конструкторских размерных цепей яв-

ляются цепи конической зубчатой передачи, приведенные на рис.

10.1, уравнения которых имеют вид:

А = –А1 – А2 – А3 + А4 + А5 + А6 + А7 +А8,

7654321 .

Выявление конструкторской размерной цепи следует начинать с

замыкающего звена, которое определяет решение определенной зада-

чи, как например, необходимость достижения определенного рассто-

яния или относительного поворота между деталями изделия. Затем,

начиная с ближайшей к замыкающему звену детали, следует последо-

вательно выявлять все базовые детали, определяющие положение

звеньев, ограничивающих замыкающее звено. На каждой рассматри-

ваемой базовой детали следует выявлять составляющее звено, т. е.

необходимый размер в заданном направлении от вспомогательных

баз (исполнительных поверхностей) детали до ее основных баз. Пере-

ходя таким образом от вспомогательных баз деталей к основным,

следует замкнуть цепь с другой стороны соответствующим размером

последней базовой детали.

Погрешность замыкающего звена размерной цепи

у одного изделия и партии изделий

Технологические размерные цепи бывают двух типов:

1) цепи станка;

2) цепи процесса.

Технологическая размерная цепь определенного станка опреде-

ляет своим замыкающим звеном размер, получаемый на детали в ре-

зультате ее обработки на данном станке. Составляющими звеньями

такой цепи являются линейные и угловые размеры деталей станка,

непосредственно участвующие в формировании точности обрабаты-

ваемой детали. На рис. 10.2 приведена технологическая размерная

цепь универсально-фрезерного станка, определяющая размер детали

Б , получаемый в результате фрезерования:

10987654321 БББББББББББ .

68

Рис. 10.2. Технологическая размерная цепь универсально-фрезерного станка:

1 – ось отверстия в станине; 2 – ось опорных шеек шпинделя; 3 – ось коническо-

го отверстия в шпинделе

Технологическая размерная цепь процесса определяет размер-

ные связи, формируемые в результате выполнения ряда технологиче-

ских операций по изготовлению данной детали. Замыкающим звеном

такой цепи являются размер или относительный поворот поверхно-

стей, получаемые на детали в результате выполнения операций тех-

нологического процесса. Составляющими звеньями таких цепей яв-

ляются операционные и межпереходные размеры, а также припуски и

размеры обрабатываемой заготовки. На рис. 10.3 представлены тех-

нологические размерные связи процесса токарной обработки ступен-

чатого вала на автоматической линии.

69

Рис. 10.3. Технологические размерные свя-

зи процесса токарной обработки ступенча-

того вала: а – технологические операции;

б – размерная цепь

На первой операции на фрезерно-центровальном автомате вы-

полняют фрезерование торцов вала с обеих сторон и зацентровку ба-

зовых отверстий. В результате получают линейный размер А1. На вто-

рой операции на токарном гидрокопировальном автомате выполняют

точение вала с одной стороны. Вал базируется в центрах с упором в

левый торец, от которого получается линейный размер А2. Затем вал

поворачивают для точения с другой стороны. В результате после тре-

тьей операции получают линейный размер А3. Линейные операцион-

ные размеры получены на станках прямым путем от соответствую-

щих технологических баз. Однако линейный размер ступени, имею-

щей наибольший диаметр, не получается прямым путем. Он опреде-

ляется как замыкающее звено А технологической размерной цепи,

составляющими звеньями которой являются операционные размеры,

полученные на предшествующих операциях (см. рис.10.3, б):

А = А1 + А2 А3.

а)

б)

70

Поэтому точность этого размера зависит от точности, дости-

гаемой на предшествующих технологических операциях:

= 1 + 2 + 1.

Начинать выявлять размерные цепи технологического процесса

следует с замыкающего (исходного) звена. Путем анализа технологи-

ческого процесса выявляют операцию, на которой формируется за-

мыкающее звено, а затем, рассматривая предшествующие операции,

выявляют составляющие звенья цепи, т. е. соответствующие операци-

онные размеры. При этом следует идти от последней обработанной

поверхности, ограничивающей замыкающее звено, до технологиче-

ской базы, от которой она получена. Затем аналогично выявляют опе-

рационный размер, определяющий получение технологической базы,

и так далее до замыкания цепи с другой стороны. Если подобный ана-

лиз (обход) приводит к поверхности заготовки, то дальнейшее по-

строение цепи выполняется размерами заготовки. Цепи нумеруют в

соответствии с последовательностью их получения. Первыми номе-

рами определяют размеры заготовки, а затем номера операционных и

межпереходных размеров в соответствии с последовательностью вы-

полнения технологических операций.

Измерительные размерные цепи определяют размерные связи,

формируемые в процессе контроля

параметров точности деталей и уз-

лов машин. Замыкающим звеном

измерительной цепи является кон-

тролируемый параметр точности, а

составляющими звеньями – линей-

ные или угловые размеры деталей

измерительного прибора.

На рис. 10.4 представлена из-

мерительная размерная цепь В , формируемая при контроле диамет-

рального размера валика с помощью микрометра.

4321 ВВВВВ .

Рис. 10.4. Измерительная размерная

цепь

71

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Что следует понимать под размерной цепью?

2. Какие два вида размерных цепей Вы знаете?

3. Как обозначаются замыкающее звено и составляющие звенья?

4. Что следует понимать под увеличивающими и уменьшающими

звеньями цепи?

5. Какую функцию выполняет звено-компенсатор?

6. Какие связи определяют конструкторские размерные цепи?

7. Напишите уравнение размерной цепи в общем виде.

8. Какие связи определяют технологические размерные цепи станка?

9. Какие связи определяют технологические размерные цепи процесса?

10. Какие связи определяют измерительные размерные цепи?

Лекция 11. РАСЧЕТ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ

План лекции

1. Расчет размерной цепи при решении прямой и обратной задач.

2. Расчет пространственной размерной цепи.

3. Погрешность замыкающего звена размерной цепи у одного

изделия и у партии изделий.

Расчет размерной цепи при решении прямой и обратной задач

Обеспечение точности создаваемых машин и их узлов означает

достижение требуемой точности замыкающих звеньев размерных це-

пей, формируемых в конструкции изделия. При этом каждое замыка-

ющее звено в общем случае представляет определенное техническое

требование, вытекающее из служебного назначения изготовляемого

изделия. Правильный выбор метода достижения точности замыкаю-

щего звена и назначение экономически обоснованных допусков на

составляющие звенья, размеры деталей изделия являются основными

факторами, определяющими достижение требуемого качества изде-

лия с наименьшими производственными затратами.

Расчет размерной цепи включает расчет номинальных значений

составляющих звеньев (А, А1, …, Аm-1) и расчет допусков (T, T1, …, Tm-1)

на все звенья цепи. При этом следует различать решение прямой и

72

обратной задач. Решение прямой задачи означает определение требу-

емой точности составляющих звеньев Аi, Ti исходя из заданной точно-

сти замыкающего звена А, Т: (А, Т) (А1 , T1, …, Аi, Ti, …, Аm-1, Tm-1).

Решение обратной задачи означает определение точности замы-

кающего звена при заданной точности составляющих звеньев

(А1, T1, …, Аi , Ti, …, Аm–1, Tm–1 ) (А, Т).

Расчет любой размерной цепи выполняют в два этапа. На пер-вом этапе рассчитывают размерную цепь в номиналах. Расчет выпол-няют согласно уравнению размерной цепи, которое в общем случае имеет вид

.1

1

1

ki

i

mi

kiii ААА

На втором этапе производят расчет размерной цепи в допусках. Расчет выполняют с учетом выбираемого метода достижения точно-сти замыкающего звена. Для достижения требуемой точности замы-кающего звена при сборке изделий и изготовлении деталей применя-ют пять методов достижения точности: 1-й метод полной взаимоза-меняемости; 2-й метод неполной (частичной) взаимозаменяемости; 3-й метод групповой взаимозаменяемости; 4-й метод регулировки и 5-й метод пригонки. Расчет размерных цепей в допусках с использо-ванием пяти методов достижения точности излагается ниже в лекциях 12, 13, 14-й.

Расчет пространственной размерной цепи

В зависимости от простран-

ственного расположения звеньев

различают плоские и простран-

ственные размерные цепи. Раз-

мерная цепь, звенья которой па-

раллельны и расположены в од-

ной или параллельных плоско-

стях, называется плоской. Размер-

ная цепь, у которой хотя бы одно

звено не отвечает требованиям

плоской цепи, называется про-

странственной. Расчет простран-

ственной размерной цепи (рис. 11.1) выполняют путем приведения

ее к трем плоским цепям zyx ААА ,, .

Рис. 11.1. Схема пространственной

размерной цепи

73

С этой целью все звенья пространственной размерной цепи про-

ектируют на три координатные плоскости

iiix АА cos , iiiy АА cos , iiiz АА cos ,

где iii ,, – углы между соответствующим звеном iА и коорди-

натными осями X, Y, Z.

Замыкающие звенья в каждой из трех плоских цепей

zyx ААА ,, рассчитывают согласно формуле (*) лекции 10-й.

1

1

mi

iixx AА ;

1

1

mi

iiyy AА ; .

1

1

mi

iizz AА (11.1)

Замыкающее звено пространственной размерной цепи опреде-

ляют по формуле

222zyx АААА . (11.2)

Погрешность замыкающего звена размерной цепи

у одного изделия и у партии изделий

Погрешность замыкающего звена размерной цепи возникает в

результате отклонений, формируемых на составляющих звеньях рас-

сматриваемой цепи. При этом следует различать два варианта опреде-

ления погрешности (рис. 11.2):

1. Определение погрешности замыкающего звена размерной це-

пи для одного изделия.

2. Определение погрешности замыкающего звена размерной це-

пи для партии изделий.

В первом случае имеет место одна реализация размерной цепи,

при которой на каждом составляющем звене возникает одно опреде-

ленное отклонение i.

В результате на замыкающем звене формируется отклонение ,

величина которого определяется как алгебраическая сумма отклоне-

ний i составляющих звеньев с учетом их знака и характера звена

ki

i

mi

kiii

1

1

1

,

где ii

, – отклонения увеличивающего и уменьшающего звена со-

ответственно.

74

Рис. 11.2. Схема формирования погрешности за-

мыкающего звена размерной цепи: а – для одного

изделия; б – для партии изделий

Для трехзвенной размерной цепи А, приведенной на рис. 11.2, а,

имеем:

21

,

и при мм2,01

, мм1,02

отклонение на замыкающем звене

составит

мм.3,0)1,0(2,0

Во втором случае, когда рассматривается погрешность замыка-

ющего звена для партии изделий , имеет место многократная реа-

лизация размерной цепи. При этом отклонения i на составляющих

звеньях могут изменяться в пределах от верхнего вi до нижнего

нi

допускаемых предельных значений, а погрешность составляющего

звена i представляет собой поле рассеяния i, которое определяется

как разность (рис. 11.2, б):

i = вi –

нi.

В результате на замыкающем звене формирование отклонений мо-

жет происходить в пределах от верхнего в до нижнего

н значений, и

для рассматриваемого примера (см. рис. 11.2, б) это можно записать

в =

в1 –

н2 и

н =

н1 –

в2.

а)

б)

75

Погрешность замыкающего звена также представляет собой

поле рассеяния, величина которого определяется как разность

= в –

н = (

в1 –

н1) + (

в2 –

н2),

что означает = 1 + 2.

Таким образом, погрешность замыкающего звена для партии из-

делий представляет собой поле рассеяния , величина которого рас-

считывается как арифметическая сумма полей рассеяния отклонений

i, формируемых на составляющих звеньях:

1

1

ωωmi

ii , (11.3)

где m – число звеньев размерной цепи.

Для рассматриваемой трехзвенной размерной цепи А (см.

рис. 11.2, б) поля рассеяния i на составляющих звеньях при в1 = 0,3,

н

1 = –0,1 и в2 = 0,15 ,

н2 = –0,15 составляют

1 = 0,3 – (–0,1) = 0,4; 2 = 0,15 – (–0,15) = 0,3.

В соответствии с этим погрешность замыкающего звена размер-

ной цепи для партии изделий составит = 0,4 + 0,3 = 0,7 мм.

В общем случае при учете возможности различного влияния

каждого составляющего звена выражение (11.3) принимает вид

1

1

ωξωmi

iii , (11.4)

где i – передаточное отношение составляющего звена.

Передаточные отношения i определяют степень влияния откло-

нения каждого составляющего звена на точность замыкающего звена,

они представляют собой частные производные (коэффициенты при-

ведения):

11ξ

A

A

;

212ξ

A

A

, …,

11ξ

mm

A

A.

Для плоских размерных цепей с параллельными звеньями 1ξ i .

Из выражения (11.4) вытекают пути повышения точности замы-

кающего звена размерной цепи, а именно уменьшение:

погрешности на составляющих звеньях;

размерной цепи;

числа составляющих звеньев;

повышение точности путем уменьшения передаточных отношений.

76

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Как Вы понимаете необходимость решения прямой задачи?

2. Как Вы понимаете необходимость решения обратной задачи?

3. Как выполняют расчет размерной цепи в номиналах?

4. Какую задачу решают при расчете размерной цепи в допусках?

5. Какие размерные цепи называют пространственными?

6. Как рассчитывают пространственные размерные цепи?

7. Как определяют погрешность замыкающего звена для одного изделия?

8. Как определяют погрешность замыкающего звена для партии изделий?

Лекция 12. ДОСТИЖЕНИЕ ТРЕБУЕМОЙ ТОЧНОСТИ

ЗАМЫКАЮЩЕГО ЗВЕНА РАЗМЕРНОЙ ЦЕПИ МЕТОДАМИ

ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ

План лекции

1. Метод полной взаимозаменяемости.

2. Метод неполной взаимозаменяемости.

3. Метод групповой взаимозаменяемости.

4. Пример расчета размерной цепи с использованием методов

взаимозаменяемости.

Метод полной взаимозаменяемости

Сущность метода полной взаимозаменяемости заключается в

том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи

достигается путем включения в размерную цепь составляющих зве-

ньев без какого-либо выбора, подбора или изменения их величин.

В качестве примеров применения этого метода можно привести:

1. Применение взаимозаменяемых унифицированных деталей и

узлов в автомобилях, в числе которых взаимозаменяемые корпусные

детали двигателя и ходовой части, детали шатунно-поршневой груп-

пы, взаимозаменяемые вкладыши в подшипниках скольжения и др.

2. Взаимозаменяемость деталей стандартных резьбовых соеди-

нений – винтов, болтов, гаек, шпилек, шайб.

3. Взаимозаменяемость стандартных подшипников качения и

электродвигателей одной марки.

4. Взаимозаменяемость деталей и приборов бытовой техники,

включая электролампы, электрические розетки, вилки и др.

77

Примером применения метода полной взаимозаменяемости при

механообработке является замена затупившихся сверл, зенкеров, раз-

верток, метчиков на сверлильных, расточных и токарно-револьверных

станках.

Согласно методу полной взаимозаменяемости допуск на замы-

кающем звене Т должен быть равен сумме допусков Тi составляю-

щих звеньев

,1

1

m

iiТТ ( 12.1 )

где m – число звеньев размерной цепи.

При решении прямой задачи расчет по этому методу начинают с

определения среднего допуска на составляющие звенья

.1

ср

m

ТТ ( 12.2 )

Ориентируясь на полученное значение среднего допуска Тср,

назначают допуски на все составляющие звенья, учитывая при этом

сложность изготовления каждой детали. При этом назначают не толь-

ко допуски на составляющие звенья Тi, но и допускаемые предельные

отклонения вi,

нi.

(Т1, в1,

н1), (Т2,

в2,

н2)… (Тi,

вi,

нi)… (Тm–1 ,

вm–1 ,

нm–1).

Затем определяют правильность назначения допусков.

Однако этого недостаточно. Допуск на замыкающем звене мо-

жет быть по-разному расположен относительно номинала. Поэтому

необходимо рассчитать получаемые на замыкающем звене предель-

ные отклонения в,

н, т. е. необходимо проверить правильность

назначения предельных отклонений (вi,

нi) на составляющих звень-

ях. Для этого используют следующие формулы:

,ΔΔΔ1

1

1

нi

вi

вΔ

ki

i

mi

ki

(12.3)

.ΔΔΔ1

1

1

вi

нi

нΔ

ki

i

mi

ki

(12.4)

При расчете точности с использованием координат середин по-

лей допусков oi для проверки определяют координату середины поля

допуска замыкающего звена 0. Она рассчитывается как алгебраиче-

ская сумма координат середин полей допусков увеличивающих и

уменьшающих звеньев

78

,1

1

1000

ki

i

mi

kiii

(12.5)

где i0

, i0

– координаты середин полей допусков увеличивающих и

уменьшающих звеньев.

Затем по формулам (12.6), (12.7) рассчитывают получаемые

предельные отклонения на замыкающем звене и сравнивают их с тре-

буемыми значениями

,2

1Δ

1

10

вΔ

mi

iiТ (12.6)

.2

1Δ

1

10

нΔ

mi

iiТ (12.7)

Преимущества метода полной взаимозаменяемости:

1. Простота реализации технологического процесса сборки из-

делия. Сборка осуществляется путем простого соединения деталей

без подбора или пригонки, что не требует использования рабочих вы-

сокой квалификации.

2. Широкие возможности для кооперации машиностроительных

предприятий и цехов при изготовлении различных деталей и узлов.

3. Широкие возможности применения унифицированных и

стандартизированных деталей и узлов, изготавливаемых в больших

количествах с меньшей себестоимостью.

4. Простота организации и нормирования производства.

5. Стабильность качества и высокая надежность изготавливае-

мых изделий.

Недостаток метода – необходимость соблюдения малых (жест-

ких) допусков на составляющие звенья в многозвенных цепях. Это

значительно удорожает изготовление изделий и ограничивает приме-

нение метода в многозвенных цепях.

Метод полной взаимозаменяемости целесообразно использовать

для достижения высокой точности в малозвенных размерных цепях.

Его применение особенно эффективно в условиях поточного произ-

водства при больших программах выпуска. При широком допуске на

замыкающем звене этот метод можно эффективно применять и в мно-

гозвенных цепях.

79

Метод неполной взаимозаменяемости

Сущность метода неполной (частичной) взаимозаменяемости

заключается в том, что требуемая точность на замыкающем звене

размерной цепи достигается не у всех изделий, а у подавляющего их

большинства при включении в размерную цепь составляющих звеньев

без какого-либо выбора, подбора или изменения их величин.

Этот метод основан на использовании положения теории веро-

ятности, согласно которому формирование в одном изделии увеличи-

вающих звеньев с наибольшими отклонениями вi

и уменьшающих

звеньев с наименьшими отклонениями нi

практически маловероятно.

Фактические отклонения на составляющих звеньях группируются во-

круг их средних значений. При данном методе представляется воз-

можным за счет допущения определенного процента исправимого

брака расширить допуски на составляющие звенья до экономически

целесообразных значений.

Поэтому при данном методе представляется возможным, допу-

стив определенный процент исправимого брака Р, которому соответ-

ствует принятый процент риска t, расширить допуска на составляю-

щие звенья по сравнению с методом полной взаимозаменяемости до

экономически целесообразных значений.

При этом методе допуск на замыкающем звене определяется

выражением

,λ1

1

22

m

iii ТtТ (12.8)

где Тi – допуски на составляющие звенья; i – коэффициент, характе-

ризующий закон рассеяния отклонений на i-м составляющем звене;

t – коэффициент риска, характеризующий процент изделий, у кото-

рых отклонения на замыкающем звене выходят за пределы установ-

ленного допуска.

Выполнение расчетов с достаточной для практики точностью

возможно при описании распределения отклонений на составляющих

звеньях с помощью трех следующих законов:

1) закона нормального рассеяния (закона Гаусса), его действие

проявляется в условиях крупносерийного и массового производства,

для него 2 = 1/9;

80

2) закона треугольника (закона Симпсона), его действие прояв-

ляется в серийном производстве, и для него 2 = 1/6;

3) закона равной вероятности, его действие проявляется в еди-

ничном и мелкосерийном производстве, для него 2 = 1/3.

Коэффициент риска t, характеризующий допускаемый процент

брака, представляет собой отношение:

t = Ti / 2i, или t = xi / i,

где i – среднеквадратическое отклонение; хi – отклонение, равное

половине поля допуска замыкающего звена.

Между принимаемым коэффициентом риска t и допускаемым

процентом брака Р% имеет место определенное соответствие:

Р % 32 10 4,5 1,0 0,27 0,1 0,01

t 1 1,65 2,0 2,57 3.0 3.29 3.89

Получаемый при этом брак является исправимым. Бракованные

изделия разбирают, детали опять раскладывают по группам, а затем

повторно собирают, и при другом сочетании деталей, входящих в

сборочную единицу, собранное изделие оказывается годным.

Координату середины поля допуска замыкающего звена 0 при

этом методе рассчитывают так же, как и при методе полной взаимо-

заменяемости:

ki

i

mi

kiii

1

1

1000

.

При решении прямой задачи расчет точности выполняют в сле-

дующей последовательности:

1. Допуская определенный процент брака, принимают коэффи-

циент t, а затем, зная характер производства, определяют коэффици-

ент 2 и рассчитывают средний допуск на составляющие звенья:

)1(λ2ср

mt

ТТ , (12.9)

где m – число звеньев в цепи.

2. Ориентируясь на Тср, назначают допуски и предельные откло-

нения на составляющие звенья с учетом сложности изготовления

каждой детали:

Т1(в,

н), …, Тm – 1(

вm – 1,

нm – 1).

81

3. Затем выполняют проверку по формулам

,λ2

1 1

1

220

вΔ

m

iii Тt (12.10)

.λ2

1 1

1

220

нΔ

m

iii Тt (12.11)

Если необходимо выявить возможный процент брака при назна-

ченных допусках на составляющие звенья Ti или при известных по-

лях рассеяния i отклонений, то применяют формулу

.

ωλ1

1

22

mi

iii

Тt (12.12)

Метод применяют для достижения точности в многозвенных

цепях. Наиболее точные результаты достигаются при больших коли-

чествах сборок в крупносерийном и массовом производствах.

Метод групповой взаимозаменяемости

Сущность метода групповой взаимозаменяемости заключается в

том, что требуемая точность замыкающего звена достигается путем

включения в размерную цепь составляющих звеньев, принадлежащих

одной из групп, на которые звенья были предварительно рассортиро-

ваны.

Расчет размерной цепи по методу групповой взаимозаменяемо-

сти выполняют в определенной последовательности.

1. Вначале задачу пытаются решить с использованием метода

полной взаимозаменяемости и находят средний допуск для составля-

ющих звеньев

.1

ср

m

ТТ

2. Если полученный допуск Тср оказывается маленьким (жест-

ким), то его увеличивают в n раз, где n – предполагаемое число групп

сортировки. В результате получаем расширенный средний допуск

Тср = n Тср. (12.13)

3. Ориентируясь на Тср, назначают расширенные допуски на со-

ставляющие звенья Тi, величина которых должна быть кратна числу

n. При этом необходимо учитывать два расчетных условия реализа-

ции данного метода.

82

Условие 1. Сумма допусков увеличивающих звеньев должна

равняться сумме допусков уменьшающих:

1

1,

1

mi

kii

ki

ii ТТ

(12.14)

где k – число увеличивающих звеньев размерной цепи.

Условие 2. Координата середины поля допуска, получаемая на

замыкающем звене при расширенных допусках 0, должна быть

равна требуемой координате середины поля допуска:

.1

001

00

mi

kiii

ki

ii (12.15)

Для эффективной реализации этого метода необходимо также

выполнение двух технологических условий.

1. Допуски на составляющие звенья, ограничивающие относитель-

ный поворот, отклонения формы и шероховатость поверхностей деталей,

должны соответствовать не расширенным допускам Тi, а устанавливать-

ся в соответствии с численными значениям групповых допусков Тi / n.

2. Обеспечение идентичности законов рассеяния отклонений на

составляющих звеньях (рис. 12.1). Данное условие вытекает из необ-

ходимости получения комплектности деталей для собираемых изде-

лий. Невыполнение этого условия приводит к тому, что в одинаковых

группах оказывается различное число деталей. На рис. 12.1 наглядно

показано, что различные смещения центра группирования отклонений

относительно середины поля допуска у двух соединяемых деталей

1 2 приводят к формированию разного числа парных деталей в

группах I и III.

Рис. 12.1. Схема влияния идентичности законов рассеяния

отклонений на количество деталей в группах сортировки

83

После выполнения расчета составляют таблицу сортировки де-

талей по группам размеров (табл. 12.1).

Таблица 12.1

Группа

размера

Звено цепи

А1 А2 . . . Аm – 1

1в

1н

2в 2

н . . .

в(m – 1)

н(m – 1)

I в1,I

н1,I

в2,I

н2,I . . .

в(m – 1),I

н(m – 1),I

II в1,II

н1,II

в2,II

н2,II . . .

в(m – 1),II

н(m – 1),II

J . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

n в1,n

н1,n

в2,n

н2,n . . .

в(m – 1),n

н(m – 1),n

По горизонтали располагают звенья цепи, а по вертикали для

каждого звена – рассчитанные предельные отклонения, относящиеся

к каждой группе.

При сборке с использованием метода групповой взаимозаменя-

емости соединение деталей, принадлежащих одной группе, обеспечи-

вает достижение точности замыкающего звена по полной взаимоза-

меняемости, а при рассмотрении всех групп имеет место групповая

взаимозаменяемость. В соответствии с этим для проверки правильно-

сти разбиения расширенных допусков Тi на группы и проверки пра-

вильности назначения предельных отклонений в каждой группе,

можно использовать формулы предельных отклонений (12.3), (12.4),

которые в общем случае для всех n групп имеют вид

,1

1

1

нвв

ki

i

mi

kiijij

(12.16)

,1

1

1

внн

ki

i

mi

kiijij

(12.17)

где j – номер соответствующей группы сортировки, j = (1 – n).

Метод групповой взаимозаменяемости применяют для достиже-

ния высокой точности в малозвенных размерных цепях, например для

обеспечения требуемой точности зазора между телами качения и

двумя кольцами при сборке прецизионных подшипников. Примене-

ние метода в многозвенных цепях требует выполнения большого объ-

ема работ, связанных с измерением деталей и их сортировкой, что

сводит на нет его эффективность. Поэтому этот метод обычно приме-

няют в 3- и 4-звенных размерных цепях.

84

Пример расчета размерной цепи с использованием методов

взаимозаменяемости

Ниже рассматривается пример применения методов взаимоза-

меняемости для достижения требуемой точности зазора в редукторе.

Задача. Обеспечить требуемую величину зазора А между кор-

пусом и шестерней (рис. 12.2).

Рис. 12.2. Схема размерной цепи, определяющей зазор А

между стенкой корпуса и торцем шестерни

Согласно техническим требованиям зазор А должен быть в

пределах от 0 до 0,2 мм. Это означает, что номинальное значение за-

зора А = 0, верхнее предельное отклонение в = 0,2, нижнее пре-

дельное отклонение н = 0, допуск на зазор равен

ТА = в –

н = 0,2 – 0 = 0,2 мм.

В свою очередь, координата середины поля допуска 0 составляет

0 = (в +

н) / 2 = (0,2 – 0) / 2 = 0,1 мм.

В первую очередь выявляем размерную цепь, определяющую

требуемый зазор:

А = –А1 + А2 – А3,

а затем согласно полученному уравнению выполняем расчет размер-

ной цепи в номиналах. Номинальные размеры составляющих звеньев

определяем по чертежам деталей, участвующих в формировании цепи:

A 1A

2A

3A

0 50 55 5

85

Подставив в уравнения численные значения звеньев, получаем

требуемый номинальный размер замыкающего звена

А = – 50 + 55 – 5 = 0.

Следовательно, расчет показывает, что номинальные размеры

звеньев цепи, проставленные в чертежах деталей, определены пра-

вильно.

Далее выполняем расчет размерной цепи в допусках с учетом

выбираемого метода достижения точности.

Метод полной взаимозаменяемости

Пример. Рассчитываемый средний допуск Тср по формуле (12.2)

066,014

2,0

1ср

m

ТТ .

Ориентируясь на полученный Тср, назначаем допуски и предель-

ные отклонения на составляющие звенья с учетом сложности изго-

товления деталей.

Отклонение 1A

2A

3A

ТАi 0,03 0,15 0,02

вi 0 0,15 ?

нi –0,03 0 ?

0i –0,015 0,075 ?

Правильность назначения допусков проверяют по формуле

(12.1)

Т = 14

1iT = 0,03 + 0,15 + 0,02 = 0,2 мм.

Назначим предельные отклонения и координаты середин полей

допусков для звеньев А1 и А2, а предельные отклонения н3

в3, и

координату 03 для третьего звена определим, используя формулы

(12.3), (12.4), (12.5).

в =

в2 – (

н1 +

н3); 0,2 = 0,15 – (–0,03 +

н3);

н =

н2 – (

в1 +

в3); 0 = 0 – (0 +

в3).

В результате получим в3 = 0,

н3 = 0,02, 03 = –0,01.

Проверку правильности назначения допусков и предельных от-

клонений выполняем по формулам (12.6), (12.7):

,2

1)(

14

1030102

вΔ

i

iТ

86

14

1030102

нΔ

2

1)(Δ

iiТ

,

в = 0,075 – (–0,015 – 0,01) + 0,5 (0,03 + 0,15 + 0,02) = 0,2,

н = 0,075 – (–0,015 – 0,01) – 0,5 (0,03 + 0,15 + 0,02) = 0.

Таким образом, проверка подтвердила правильность расчета до-

пусков и предельных отклонений, соблюдение которых обеспечивает

достижение требуемой точности зазора А методом полной взаимоза-

меняемости.

Метод неполной взаимозаменяемости

Пример. Расчет размерной цепи А по методу неполной взаимо-

заменяемости выполняем для крупносерийного производства. Рас-

пределение отклонений на составляющих звеньях соответствует нор-

мальному закону рассеяния 2 = 1/9. Допускаем, Р = 1 % исправимого

брака, и по таблице находим соответствующий отклонению коэффи-

циент риска t = 2,57.

Используя формулу (12.9), определяем Тср:

14,0)14(

9157,2

2,0

)1(λ2ср

mt

ТТ .

Сравнение Тср, полученных методами полной взаимозаменяемо-

сти и частичной взаимозаменяемости, показывает, что допущение не-

большого риска Р = 1 % позволило расширить средний допуск на со-

ставляющие звенья более чем в два раза: 0,14 мм 0,066 мм.

Ориентируясь на Тср, назначаем допуски Ti и координаты сере-

дины полей допусков 0i на составляющие звенья с учетом сложности

изготовления деталей узла.

Отклонение А1 А2 А3

ТАi 0,1 0,2 0,06

вi 0 0,2 0,08

н

i –0,1 0 0,02

0i –0,05 0,1 0,05

Правильность назначения допусков проверяем по формуле (12.8).

14

1

222 )06,02,01,0(9

157,2i

Т = 0,2 мм.

87

Назначив координаты середины полей допусков 0i и соответ-

ствующие предельные отклонения вi,

нi, выполняем окончатель-

ную проверку по формулам (12.10), (12.11):

в = [0,1 – (–0,05 + 0,05)] + 0,5 0,2 = 0,2 мм,

н = [0,1 – (–0,05 + 0,05)] – 0,5 0,2 = 0.

Проверка подтвердила правильность назначенных допусков и

предельных отклонений.

Метод групповой взаимозаменяемости

Пример. Рассчитываем средний допуск Тср по формуле (12.2)

Тср = 14

2,0

= 0,066.

Так как полученный средний допуск оказался маленьким, доста-

точно жестким, то расширяем его в 3 раза, n = 3 – принимаемое число

групп сортировки. В результате получаем расширенный средний допуск

Тср= Тсрn = 0,066 3 = 0,2 мм.

Ориентируясь на полученный допуск Тср, назначаем расширен-

ные допуски Тi и предельные отклонения вi,

нi на составляющие

звенья с учетом сложности изготовления деталей. Назначаемые до-

пуски должны быть кратны принятому числу групп сортировки n = 3.

При этом необходимо обеспечить выполнение первого расчетного

условия (12.14), которое в данном случае имеет вид

312 ТТТ

; 0,3 = 0,24 + 0,06.

Предельные отклонения на составляющие звенья вi ,

нi и соот-

ветствующие координаты середин полей допусков 0i назначают с

учетом выполнения второго расчетного условия (12.15)

00031020 )(

,

которое в численном выражении имеет вид

0,15 (0,04 + 0,01) = 0,1 = 0,1.

В результате расчетов получаем следующие значения допусков

и предельных отклонений на составляющие звенья.

88

Отклонение 1A

2A

3A

Тi 0,24

(0,08 3)

0,3

(0,1 3)

0,06

(0,02 3)

в

i 0,16 0,3 0,04

н

i 0,08 0 0,02

0i 0,04 0,15 0,01

На основе полученных данных составляем таблицу сортировки

деталей по группам размеров (табл. 12.2).

Таблица 12.2

Группа

размера

Звено цепи

А1

А2

А3

в1

н1

в2

н2

в3

н3

I 0 –0,08 0,1 0,0 0,0 –0,02

II 0,08 0 0,2 0,1 0,02 0

III 0,16 0,08 0,3 0,2 0,04 0,02

Проверку правильности расчета для всех групп разбиения вы-

полняем по формулам (12.16), (12.17), которые в данном случае име-

ют вид

ΔΔΔн

1

в

2вΔ (

)Δ

н

3

; ΔΔΔв

1

н

2нΔ (

)Δ

в

3

.

Проверка для I группы:

в = 0,1 – (–0,08 – 0,02) = 0,2;

н = 0 – (0 – 0) = 0.

Проверка для II группы:

в = 0,2 – (0 + 0) = 0,2;

н = 0,1 – (0,08 + 0,02) = 0.

Проверка для III группы:

в = 0,3 – (0,08 + 0,02) = 0,2;

н = 0,2 – (0,16 + 0,04) = 0.

Таким образом, проверка подтвердила правильность расчета. В

пределах каждой группы имеет место полная взаимозаменяемость, а в

рамках всех групп – групповая взаимозаменяемость. Сравнение до-

пусков на составляющие звенья, получаемых по данному методу до-

стижения точности, с соответствующими допусками по методу пол-

ной взаимозаменяемости показывает, что использование метода груп-

89

повой взаимозаменяемости позволяет в два-три раза расширить до-

пуски, обеспечив при этом достижение требуемой точности замыкаю-

щего звена. Графическая модель, показывающая расположение груп-

повых допусков на звеньях размерной цепи, приведена на рис. 12.3.

Рис. 12.3. Схема расположения групповых допусков на звеньях размерной

цепи

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Назовите пять методов достижения точности замыкающего звена

размерной цепи.

2. В чем заключается сущность метода полной взаимозаменяемости?

3. В чем заключается сущность метода неполной взаимозаменяемости?

4. Приведите примеры применения метода полной взаимозаменяемости.

5. Как рассчитывают допуск на замыкающем звене методом полной

взаимозаменяемости?

6. Как рассчитывают предельные отклонения на замыкающем звене ме-

тодом полной взаимозаменяемости?

7. Как рассчитывают допуск на замыкающем звене методом неполной

взаимозаменяемости?

8. Как рассчитывают допуск на замыкающем звене методом неполной

взаимозаменяемости?

9. В чем заключается сущность метода групповой взаимозаменяемости?

10. Назовите два расчетных условия реализации метода групповой взаи-

мозаменяемости.

11. Назовите два технологических условия реализации метода группо-

вой взаимозаменяемости.

90

Лекция 13. ДОСТИЖЕНИЕ ТРЕБУЕМОЙ ТОЧНОСТИ

ЗАМЫКАЮЩЕГО ЗВЕНА РАЗМЕРНОЙ ЦЕПИ МЕТОДАМИ

РЕГУЛИРОВКИ И ПРИГОНКИ

План лекции

1. Метод регулировки.

2. Метод пригонки.

3. Примеры расчета размерной цепи с использованием методов

регулировки и пригонки.

Метод регулировки

Сущность метода регулирования заключается в том, что тре-

буемая точность на замыкающем звене обеспечивается за счет из-

менения величины заранее выбранного звена – компенсатора – без

снятия с него слоя материала. Имеют место две разновидности мето-

да регулирования: регулировка с использованием подвижного ком-

пенсатора и регулировка с использованием неподвижного компенса-

тора.

Компенсация отклонений на замыкающем звене с использова-

нием подвижного компенсатора обеспечивается путем перемещения

подвижного звена – компенсатора – на требуемую величину. Роль

компенсатора могут выполнять различные регулировочные винты,

клинья и другие подвижные детали, которые перемещаются на требу-

емую величину и фиксируются в нужном положении. Такой компен-

сатор должен быть заранее заложен в конструкции изделия.

При регулировке с использованием неподвижного компенсатора

отклонения на замыкающем звене компенсируются за счет подбора и

ввода в цепь компенсатора требуемого размера. Роль компенсатора в

этом случае выполняют различные мерные прокладки, шайбы, коль-

ца, размеры которых и необходимое количество групп определяют

расчетным путем. Звено, выполняющее роль неподвижного компен-

сатора, предусматривается конструктором на стадии проектирования

изделия.

Расчет числа групп неподвижных компенсаторов и их размеров

выполняется в следующей последовательности.

1. На составляющие звенья размерной цепи устанавливают рас-

ширенные экономически целесообразные допуски Т1, Т2, Т3, …, Тm – 1.

91

2. Затем определяют величину компенсации kТ – наибольшую

возможную величину регулировки

ТТТmi

iik

1

1

, (13.1)

где Т – допуск на замыкающем звене.

3. Число групп компенсаторов N рассчитывают по формуле

1ком

ТТ

ТN k , (13.2)

где комТ – допуск на звено-компенсатор.

Если в результате расчета число групп компенсаторов N получа-

ется дробное, то для определения ближайшего целого числа N необ-

ходимо расширить допуск у одного или нескольких составляющих

звеньев до значения, при котором деление величины компенсации на

разность допусков замыкающего звена и компенсатора дает целое

число.

4. Предельные отклонения звена-компенсатора Δвк , Δ

кн опреде-

ляют по формулам

Δвк = в

– ΔвΔ + ,комТ (13.3)

Δвн = Δ

н'Δ – Δ

нΔ – ,комТ (13.4)

где ΔвΔ , Δ

нΔ – требуемые предельные отклонения на замыкающем звене;

Δв'Δ , Δ

н'Δ – предельные отклонения на замыкающем звене, получаемые

при расширенных допусках Тi без учета звена-компенсатора (m – 2):

,2

1

н'

1

в'

iв'Δ ΔΔΔ

m

ki

ki

i

(13.5)

.2

1

в'

1

н'

iн'Δ ΔΔΔ

m

ki

ki

i

(13.6)

Подставив полученные значения Δв'Δ и Δ

н'Δ в выражения (13.3),

(13.4), находим предельные отклонения компенсаторов Δвк , Δ

нк , кото-

рые принадлежат к предельным отклонениям компенсаторов I и по-

следней N-й группам соответственно (табл. 13.1).

92

Таблица 13.1

Предельное

отклонение

Группа

I II … N

Δв Δ

вI Δ

вII … Δ

вN =Δ

вк

Δн Δ

нI =Δ

нк Δ

нII … Δ

нN

5. Для определения предельных отклонений компенсаторов в

каждой группе необходимо рассчитать величину ступени компенса-

ции Р.

NР

ΔΔн'Δ

в'Δ . (13.7)

Предельные отклонения компенсаторов в каждой группе связа-

ны выражением Тком= вi –

нi, из которого следует, что

вi =

нк + Тком ;

нN =

вк – Тком. (13.8)

В свою очередь, предельные отклонения в соседних группах

определяют путем прибавления ступени компенсации:

вII =

вI + Р;

нII =

нI + Р. (13.9)

В результате определяют предельные отклонения в каждой

группе компенсаторов и заносят их в приведенную выше таблицу.

В соответствии с рассчитанными размерами изготавливают N

групп компенсаторов, а затем в процессе сборки измеряют фактиче-

ское отклонение на замыкающем звене и для достижения требуемой

точности устанавливают компенсатор требуемого размера. С этой це-

лью составляют таблицу соответствия, в которой в верхней строке

указывают пределы отклонений ' , а в нижней – компенсаторы со-

ответствующей группы (табл. 13.2).

Таблица 13.2

Пределы

отклонений

'

,(нΣ

вΣ Δ,Δ )

От Δн'Δ

до Δн'Δ + Р

От (Δн'Δ + Р)

до Δн'Δ + 2Р

… От Δ

н'Δ + (N – 1)Р

до Δв'Δ

Применяемые

компенсаторы I II … N

Для проверки правильности расчета числа групп и размеров

компенсаторов рассматриваемую цепь представляют как трехзвен-

ную, например

93

А = А – Ак,

где А – замыкающее звено; А – звено, представляющее сумму со-

ставляющих звеньев без компенсатора; Ак – звено-компенсатор.

В соответствии с этим проверку правильности расчета размеров

каждой группы компенсаторов можно выполнить по формулам пре-

дельных отклонений: нк

вΣ

вΔ ΔΔΔ ,

вк

нΣ

нΔ ΔΔΔ , (13.10)

где нΔ

вΔ Δ,Δ – требуемые предельные отклонения на замыкающем звене;

нΣ

вΣ Δ,Δ – фактические предельные отклонения на замыкающем звене

в каждом интервале, представленном в первой строке таблицы соот-

ветствия.

Применение метода регулировки обеспечивает возможность до-

стижения и поддержания в процессе эксплуатации и ремонта узла вы-

сокой степени точности. Его реализация не требует больших времен-

ных затрат и не представляет сложности при нормировании операций.

Поэтому этот метод широко используют также в поточном производ-

стве. Применение его особенно эффективно для достижения требуе-

мой точности в многозвенных размерных цепях.

Метод пригонки

Сущность метода пригонки заключается в том, что требуемая

точность на замыкающем звене достигается путем изменения вели-

чины заранее выбранного звена компенсатора путем снятия с него

определенного слоя материала.

Слой материала с компенсатора можно снять различными мето-

дами – шлифованием, тонким точением, шабровкой и др. Все это

означает необходимость выполнения трудоемких пригоночных руч-

ных работ – измерение фактической точности на замыкающем звене и

выполнение пригонки для устранения недопустимых отклонений.

Методика расчета точности при использовании этого метода за-

ключается в следующем:

1. На все составляющие звенья устанавливают расширенные

экономически целесообразные допуски Т1, Т2, Т3, …, Тm – 1.

2. Затем определяют величину компенсации kТ по формуле

.1

1

ТТТmi

iik (13.11)

94

Величина компенсации, в данном случае ,kТ представляет со-

бой наибольший возможный слой материала, который может быть

удален с компенсатора для достижения требуемой точности замыка-

ющего звена. Для того чтобы на звене-компенсаторе гарантированно

иметь минимальный и достаточный слой материала, позволяющий

компенсировать наибольшее возможное отклонение, в координату се-

редины поля допуска компенсатора необходимо внести поправку k .

Величина вносимой поправки рассчитывается по формуле

2

1

1

' kо

mi

iоik

Т

(13.12)

где 'oi – координаты середины полей допусков на принятых произ-

водственных допусках 1Т … 1mТ , которые суммируют алгебраиче-

ски с учетом знака координаты и характера звена; o – требуемая

координата середины поля допуска на замыкающем звене.

В случае симметричного расположения полей допусков, когда

'oi = 0, o = 0, величина вносимой поправки составляет kk T5,0 .

В качестве компенсатора рекомендуется выбирать деталь с ма-

лыми габаритными размерами, пригонка которой менее трудоемка.

Применение метода пригонки позволяет обеспечить достижение

высокой точности при установлении на деталях узла расширенных,

экономически целесообразных допусков.

Недостатки этого метода:

1. Необходимость выполнения дополнительных пригоночных

работ, большинство из которых выполняются вручную.

2. Значительный разброс времени на выполнение пригонки, что

затрудняет нормирование и усложняет организацию поточного про-

изводства с постоянным тактом выпуска.

Поэтому метод пригонки применяют в условиях непоточного

производства для многозвенных размерных цепей. Этот метод ис-

пользуют при настройке станков на точность с использованием проб-

ных проходов, когда обрабатываемая заготовка одновременно выпол-

няет роль замыкающего звена и компенсатора.

95

Примеры расчета размерной цепи с использованием

методов регулировки и пригонки

Метод регулировки

Пример 1. Анализ размерной цепи А показывает, что в кон-

струкции узла заложена возможность применения метода регулиров-

ки с неподвижным компенсатором, роль которого может выполнять

шайба – звено А3. Расчет размерной цепи выполняем согласно изло-

женной ниже методике.

1. Назначаем на составляющие звенья расширенные экономиче-

ски целесообразные допуски и предельные отклонения

Отклонение 1A

2A

3A

ТАi 0,2 0,35

0,4 0,05

вi 0

0,35

0,4 0

н

i –0,2 0 –0,05

____________

Цифры со звездочкой означают первоначально заданные значения, которые в

процессе расчета изменены на значения, приведенные ниже.

2. Определяем величину компенсации

Тk = (0,2 + 0,35 + 0,05) – 0,2 = 0,4.

3.Определяем число групп компенсаторов по формуле (13.2)

N = 05,02,0

4,0

+ 1 = 3,8.

Для получения целого числа N расширяем допуск на звене А2

(корпус) на величину 0,05 и получаем новый допуск Т2 = 0,35 + 0,05 =

= 0,4.

В результате величина компенсации составит Тk = 0,45, а число

групп компенсаторов определяется целым числом

N = 0,45/(0,2 – 0,05) + 1 = 4.

4. Определяем предельные отклонения компенсаторов по фор-

мулам (13.3), (13.4), для этого сначала выполняем расчет предельных

отклонений на замыкающем звене по формулам (13.5), (13.6)

в' =

н'

1

в'

2 = 0,4 – (–0,2) = 0,6;

н' = в'

1

н'

2 = 0 – 0 = 0.

96

В результате предельные отклонения компенсатора составят:

вк =

в4 = 0,6 – 0,2 + 0,05 = 0,45

нк =

н1 = 0 – 0 – 0,05 = –0,05.

Пределы отклонений 1 2 3 4

вi 0 0,15 0,3 0,45

н

i –0,05 0,1 0,25 0,4

Недостающие предельные отклонения в крайних группах полу-

чены согласно (13.8):

в1 =

н1 + Тком = –0,05 + 0,05 = 0;

н4 =

вIV – Тком = 0,45 – 0,05 = 0,4.

Определяем по формуле (13.9) величину ступени компенсации

Р = 4

06,0 = 0,15,

а затем по формулам находим предельные отклонения в группах:

вII = 0 + 0,15 = 0,15;

вIII= 0,15 + 0,15 = 0,3;

н

I = –0,05 + 0,15 = 0,1; н

III =0,1 + 0,15 = 0,25.

В результате получаем следующие размеры компенсаторов

(табл. 13.3).

Таблица 13.3

Группа I II III IV

Размер 50

05,0 5

15,01,0

53,025,0

545,04,0

Ниже представлена таблица соответствия отклонений на замы-

кающем звене и применяемых компенсаторов (табл. 13.4).

Таблица 13.4 Предел отклонений

',(

нΣ

вΣ Δ,Δ )

От 0,00

до 0,15

От 0,15

до 0,3

От 0,3

до 0,45

От 0,45

до 0,6

Применяемый

компенсатор I II III IV

Для проверки правильности расчета представим рассматривае-

мую размерную цепь А как трехзвенную:

А = А – Ак, А = А1 + А2, Ак = А3.

В результате получим для группы:

I: в = 0,15 ( 0,05) = 0,2;

н = 0 0 = 0;

II: в = 0,3 0,1 = 0,2;

н = 0,15 0,15 = 0;

III: в = 0,45 0,25 = 0,2;

н = 0,3 0,3 = 0;

IV: в = 0,6 0,4 = 0,2;

н = 0,45 0,45 = 0.

97

Таким образом, проверка показывает, что расчет групп и разме-

ров компенсаторов выполнен правильно. Использование нужного

компенсатора при соответствующем отклонении на замыкающем

звене позволяет всегда выйти на требуемый допуск замыкающего

звена (см. рисунок).

Схема соответствия выбираемого компенсатора

фактическому отклонению на замыкающем звене

Сравнение допусков на составляющие звенья по методу регули-

ровки с допусками на соответствующие звенья и по методу полной

взаимозаменяемости показывает, что использование метода регули-

ровки позволило в четыре-шесть раз расширить допуски на составля-

ющие звенья, обеспечив более экономичное изготовление узла.

Метод пригонки

Пример 2. Назначаем на составляющие звенья еще более широ-

кие допуски и предельные отклонения

Отклонение 1A

2A

3A

T iА 0,3 0,4 0,1

вi 0 0,4 0,3

н

i –0,3 0 0,2

i0 –0,15 0,2 0,25

98

В качестве звена-компенсатора выбираем шайбу – звено А3. За-

тем рассчитываем величину компенсации

TTTi

iik

14

1

' = (0,3 + 0,4 + 0,1) – 0,2 = 0,6.

Определяем величину поправки, которую необходимо внести в

координату середины поля допуска компенсатора:

0

14

10

i

iik +

2

T k = 0,6/2 + (0,15 + 0,2 – 0,25) – 0,1 = 0,3.

В результате внесения поправки координата середины поля до-

пуска звена компенсатора составит

k 25,003 = 0,25 + 0,3 = 0,55.

Это позволит получить на компенсаторе слой металла, доста-

точный для устранения возможного наибольшего отклонения замы-

кающего звена.

Сравнение допусков на составляющие звенья по методу пригон-

ки с допусками и по методу полной взаимозаменяемости показывает,

что переход на метод пригонки позволяет в несколько раз расширить

допуски на составляющие звенья.

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. В чем заключается сущность метода регулировки?

2. Что такое звено-компенсатор?

3. Какие две разновидности метода регулировки Вы знаете?

4. Приведите примеры применения подвижных компенсаторов.

5. Какие детали машин могут быть использованы в качестве непо-

движных компенсаторов?

6. Что следует понимать под величиной компенсации?

7. Что надо сделать, чтобы при расчете получить целое число групп

неподвижных компенсаторов?

8. Что такое ступень компенсации и как она рассчитывается?

9. В чем заключается сущность метода пригонки?

10. С какой целью вносят поправку в координату середины поля до-

пуска компенсатора?

11. Как рассчитать поправку, вносимую в координату середины поля

допуска звена компенсатора?

99

Лекция 14. ПОЛУЧЕНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ РАЗМЕРОВ

ДЕТАЛЕЙ МАШИН ЦЕПНЫМ, КООРДИНАТНЫМ

И КОМБИНИРОВАННЫМ МЕТОДАМИ

План лекции

1. Цепной метод получения и измерения размеров деталей машин.

2. Координатный метод получения и измерения размеров деталей

машин.

3. Комбинированный метод получения и измерения размеров

деталей машин.

Цепной метод получения и измерения размеров деталей машин

В процессах изготовления деталей, сборки и измерения приме-

няют три различных метода получения и измерения достигнутых ли-

нейных и угловых размеров: цепной, координатный и комбинирован-

ный [43, 45].

При применении цепного метода каждый последующий размер –

расстояние или поворот – получают или измеряют вслед за предвари-

тельно полученным линейным или угловым размером. Технологиче-

ской или измерительной ба-

зой в этом случае является

связывающая их общая по-

верхность.

На рис. 14.1 представ-

лена схема получения цеп-

ным методом размеров сту-

пенчатого вала при его обра-

ботке на токарном станке.

Согласно схеме вначале

от базы а обрабатывают сту-

пень 1, затем от полученной

поверхности б – ступень 2 и от

полученной базы в – ступень 3. В результате каждый цепной размер А1, А2, А3 получают последовательно вслед за предыдущим от предваритель-

но полученной технологической и измерительной баз а, б, в. Таким обра-

зом каждый раз осуществляется переход к новой технологической и из-

мерительной базе. В результате точность каждого цепного размера ωA1,

Рис. 14.1. Получение линейных размеров

ступенчатого валика цепным методом

100

ωA2, ωA3 зависит только от точности выполнения одного соответствую-

щего перехода и не зависит от погрешности получения других размеров.

Однако погрешность любого координатного звена Б1, Б2, Б3,

определяющего положение получаемых ступеней относительно од-

ной, например, первой базовой поверхности а, при этом методе равна

сумме погрешностей цепных звеньев, образующих данное коорди-

натное звено:

Б1 = А1; Б2 = А1 + А2; Б3 = А1 + А2 + А3;

ωБ1 = ωA1; ωБ2 = ωA1 + ωA2; ωБ3 = ωA1 + ωA2 + ωA3.

Приведенные выражения показывают, что погрешности коорди-

натных звеньев возрастают по мере увеличения числа цепных звень-

ев, образующих данное координатное звено.

В соответствии с изложенным основным преимуществом цепно-

го метода является независимость погрешности, получаемой на каж-

дом цепном звене ωA1, ωA2, ωA3, от погрешностей остальных звеньев.

Этот метод используют в тех случаях, когда возникает необходимость

достижения более высокой точности линейного или углового размера

между двумя обрабатываемыми поверхностями. При этом для его ре-

ализации необходимо осуществлять организованную смену техноло-

гических и измерительных баз.

Координатный метод получения и измерения размеров деталей

машин

При координатном

методе (рис. 14.2) линей-

ные размеры Б1, Б2, Б3

или относительные пово-

роты 1, 2 , 3 получают

(измеряют) от одной и

той же заранее выбран-

ной базы а независимо

один от другого. В ре-

зультате погрешности

ωБ1, ωБ2, ωБ3, получаемые

на каждом координатном

звене, не зависят от по-

грешностей других звеньев. Они зависят только от точности осу-

ществления определенного технологического или измерительного

Рис. 14.2. Получение линейных размеров

ступенчатого валика координатным методом

101

перехода, при выполнении которого образуется данное координат-

ное звено.

Одновременно погрешность любого цепного звена А1, А2, А3 при

координатном методе получения размеров не превышает суммы по-

грешностей двух координатных звеньев, образующих данное коорди-

натное звено:

;11 БA ;122 ББА ;233 ББА

;11А ;212

А .323А

Другим важным преимуществом координатного метода является

то, что при получении всех координатных звеньев погрешность уста-

новки заготовки остается неизменной. В отличие от цепного метода

отпадает необходимость организованной смены измерительных или

технологических баз для получения новых размеров. Поэтому по-

грешность установки оказывает значительно меньшее влияние на

точность изготавливаемой детали, по сравнению с цепным методом,

когда для получения каждого цепного звена необходимо переходить

на новую измерительную или технологическую базу.

Таким образом, основным преимуществом координатного мето-

да является соблюдение принципа единства баз, при котором исклю-

чается влияние погрешности установки заготовки на точность отно-

сительного положения поверхностей, обрабатываемых с одной уста-

новки. Примером эффективного использования данного метода явля-

ется обработка с одной установки отверстий в корпусных деталях на

горизонтально-расточных станках. В результате достигается высокая

точность положения отверстий относительно единых технологиче-

ских баз и между собой. Вследствие указанных преимуществ коорди-

натный метод получил в машиностроении широкое применение.

Комбинированный метод получения

и измерения размеров деталей машин

Сущность комбинированного метода заключается в одновре-

менном использовании особенностей как цепного, так и координатно-

го методов получения или измерения размеров деталей. При этом ме-

тоде в процессе изготовления детали для получения одних размеров

используют координатный метод, а для получения других – цепной

(рис. 14.3).

102

а) б)

Рис. 14.3. Получение линейных и угловых размеров комбинированным

методом: а – при точении валика; б – при фрезеровании планки

Координатный метод используют в первую очередь для получе-

ния точности относительных поворотов и расположения поверхно-

стей – параллельности, перпендикулярности, соосности и других, ко-

гда для достижения точности требуется соблюдение принципа един-

ства баз. Его широко применяют также и для достижения точности

расстояний, так как считают, что координатный метод в целом обес-

печивает более высокую точность. Это объясняется тем, что не требу-

ется выполнение переустановки, обработка производится с одних и

тех же технологических баз, в результате этого влияние погрешности

установки заготовки существенно снижается.

В свою очередь, цепной метод используют в тех случаях, когда

требуется обеспечить более высокую точность отдельных линейных

или угловых размеров, а применение координатного метода не позво-

ляет на рассматриваемом цепном звене обеспечить точность в пределах

заданного допуска. При этом учитывают, что погрешность установки,

связанная со сменой технологических баз, сравнительно невелика, а тре-

буемая переустановка не представляет больших трудностей.

Использование комбинированного метода для получения точно-

сти на токарном станке линейных и угловых размеров между поверх-

ностями ступенчатого валика схематически показано на рис. 14.3, а.

Обработка валика осуществляется с двух установок при базировании

его в центрах. Согласно приведенной схеме перпендикулярность по-

лучаемых торцевых поверхностей а, б, в относительно оси центровых

гнезд, а также соосность получаемых поверхностей 1, 2, 3, 4 достига-

103

ется координатным методом от одних баз. Между тем как точность

линейных размеров А1, А2, А3 обеспечивается использованием цепного

метода.

На рис. 14.3, б представлена схема получения комбинированным

методом размеров ступенчатой планки при обработке ее на фрезер-

ном станке. Линейные размеры Б1, Б2, определяющие высоту соответ-

ствующей ступени, и угловые размеры 1, 2, 3, 4, определяющие

параллельность ступеней относительно основания, получаются коор-

динатным методом от основания а, выполняющего роль технологиче-

ской базы. В свою очередь, линейные размеры А1 и А2, определяющие

высоту внутренних уступов, получены цепным методом соответ-

ственно вначале от полученной ранее базы б, а затем от базы в. В за-

висимости от поставленной технологической задачи в практике ма-

шиностроения могут быть эффективно использованы каждый из трех

рассмотренных методов получения и измерения линейных и угловых

размеров деталей машин.

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Назовите три метода получения и измерения точности размеров де-

талей машин.

2. В чем заключается сущность цепного метода получения и измере-

ния размеров?

3. В чем заключается сущность координатного метода получения и

измерения размеров?

4. В чем заключается сущность комбинированного метода получения

и измерения размеров деталей машин?

5. Чему равна погрешность координатного звена при цепном методе

получения размеров?

6. Чему равна погрешность цепного звена при координатном методе

получения размеров?

7. При каком методе получения размеров имеет место соблюдение

принципа единства баз?

104

Лекция 15. ДОСТИЖЕНИЕ ТОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

ПРИ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИИ

План лекции

1. Коэффициенты уточнения технологических систем.

2. Три этапа настройки технологической системы на точность.

3. Погрешность установки и пути ее уменьшения.

Коэффициенты уточнения технологических систем

Различные по служебному назначению, размерам и геометрии

детали машин изготавливают в соответствии с разработанным для

конкретной детали технологическим процессом с использованием

обоснованно выбранной для данных условий заготовки. При этом вы-

бор необходимого состава технологических переходов и объединение

их в соответствующие операции для выбора требуемого технологиче-

ского оборудования осуществляются путем расчета уточнений.

Достижение требуемой точности детали при ее изготовлении

происходит путем последовательной механообработки исходной за-

готовки на соответствующих станках. В результате прохождения за-

готовки через соответствующую технологическую систему произво-

дится ее уточнение по одному или нескольким параметрам точности.

Уточнение, получаемое на соответствующей технологической опера-

ции или переходе, характеризует коэффициент уточнения i, который

определяют по формуле [5, 43]

i = Тi – 1 / Ti, (15.1)

где Тi – 1 – допуск на размер или на любой другой рассматриваемый

параметр точности детали, полученный на предшествующей техноло-

гической операции; Ti – допуск на размер, полученный на данной

операции.

Следует различать уточнение расчетное i, когда берется отно-

шение допусков, и уточнение фактическое ф, когда берется отноше-

ние полей рассеяния на предшествующей i-1 и данной i операциях:

i

i

1

ф .

Прохождение заготовки через несколько технологических си-

стем, на каждой из которых обеспечивается определенное уточнение

1, 2,..., к, позволяет получить общее уточнение о, которое равно

произведению получаемых уточнений

105

о = 1 2, …, к, = ,1

ki

ii (15.2)

где к – количество технологических систем, проходимых заготовкой.

Отношение допуска на размер заготовки Тз к допуску на соот-

ветствующий размер детали Тд определяет требуемое уточнение Т,

которое необходимо обеспечить в результате изготовления детали

при выполнении операций технологического процесса

Т = Тз / Тд, (15.3)

Таким образом, задача разработки технологического процесса

изготовления детали заключается в том, чтобы так подобрать техно-

логические операции и соответствующее оборудование 1, 2, ..., к,

которые обеспечат достижение требуемого уточнения заготовки до

нужных параметров точности детали:

о Т. (15.4)

Величина, обратная коэффициенту уточнения, называется пере-

даточным отношением технологической системы.

Три этапа настройки технологической системы на точность

Для достижения требуемой точности деталь включают в кине-

матические и размерные цепи технологической системы: станок, при-

способление, инструмент, деталь. При этом получаемые на детали

линейные размеры и относительные повороты поверхностей пред-

ставляют собой замыкающие звенья соответствующих технологиче-

ских размерных цепей станка. На рис. 15.1 в качестве примера пред-

ставлены технологические размерные цепи А; вертикально-

сверлильного станка. Требуемая точность расстояния от оси отверстия

до направляющей базы определяется линейной размерной цепью.

4321 ААААА .

В свою очередь, перпендикулярность получаемого отверстия

относительно базы определяется как замыкающее звено угловой тех-

нологической размерной цепи вертикально-сверлильного станка

4321 .

Достижение требуемой точности замыкающего звена в линей-

ной размерной цепи обеспечивается методом регулирования путем

перемещения заготовки на столе станка. Роль компенсатора при этом

выполняет звено А4.

106

В свою очередь, в угловой технологической размерной цепи

звено-компенсатор отсутствует. Поэтому перпендикулярность полу-

чаемого отверстия относительно базы зависит от геометрической

точности станка и достигается методом полной или неполной взаимо-

заменяемости. Отмеченная особенность

характерна практически для всех металло-

режущих станков. Достижение требуемой

точности линейных размеров на станках

обеспечивается обычно методом регули-

ровки. Для этого в конструкции станков

предусматривают звено-компенсатор в

виде винта для перемещения столов, ка-

реток или консоли, а в конструкциях при-

способлений – регулируемые упоры. В

результате с помощью измерительных

устройств – линеек, лимбов, индикаторов

и других – на станках без особых трудно-

стей достигают требуемую точность ли-

нейных размеров изготавливаемых дета-

лей. Однако иная картина имеет место

при достижении точности угловых раз-

меров. Достижение точности относитель-

ных поворотов зависит от геометриче-

ской точности станка, геометрической

точности его направляющих, а возмож-

ность осуществления регулировки при

этом практически отсутствует. Поэтому при определении технологи-

ческих баз в первую очередь следует выбирать технологические базы

для достижения точности угловых размеров, а затем базы для дости-

жения точности линейных размеров.

Процесс достижения точности при изготовлении деталей на

станках предусматривает выполнение трех этапов:

1-й этап – установка;

2-й этап – статическая настройка технологической системы;

3-й этап – динамическая настройка технологической системы.

Рис. 15.1. Технологические

размерные цепи вертикаль-

но-сверлильного станка: 1 –

ось опорных шеек шпинде-

ля; 2 – ось отверстия в короб-

ке подач

107

На 1-м этапе (установка) деталь вводится в кинематические и

размерные цепи станка и закрепляется. В результате формируется

размер установки yА с определенной погрешностью y (рис. 15. 2).

Рис. 15.2. Формирование отклонений на трех этапах настройки

фрезерного станка на точность

На 2-м этапе (статическая настройка) рабочие органы станка без

рабочих нагрузок перемещают в положение, при котором режущие

кромки инструмента располагаются относительно технологических

баз детали (относительно баз станка) на требуемый размер ,сА кото-

рый называется размером статической настройки. Возникающие на

этом этапе отклонения приводят к формированию погрешности ста-

тической настройки .с

На 3-м этапе (динамической настройке) происходит непосред-

ственно процесс резания, при котором возникают усилия резания,

температурные деформации, вибрации, износ инструмента и прочее.

В результате этого возникают отклонения инструмента и детали от-

носительно первоначально заданного положения, что означает фор-

мирование размера динамической настройки дА , изменения которого

приводят к образованию погрешности динамической настройки д . В

итоге получаемый на детали размер А представляет собой алгебраи-

ческую сумму трех размеров

дсу АААА .

108

При этом отклонение получаемого размера А для одной

детали представляет собой алгебраическую сумму отклонений, полу-

ченных на каждом из этапов настройки станка:

дсу ΔΔ ,

а погрешность размера в партии деталей определяется арифмети-

ческой суммой погрешностей дсу ωω .

Погрешность установки и пути ее уменьшения

Погрешность установки формируется на технологических базах

и представляет собой отклонения технологических баз детали относи-

тельно рабочих поверхностей приспособления или стола станка, на

которые она устанавливается. В общем случае погрешность установ-

ки представляет собой вектор у, определяющий положение техноло-

гических баз устанавливаемой детали ZYX ,, относительно коорди-

натной системы zyx ,, рабочих поверхностей приспособления или

стола станка:

у = (aу, bу, cу, у, у, у), (15.5)

где aу, bу, cу – линейные составляющие; cу, у, у, – угловые состав-

ляющие.

Отклонения положения различных поверхностей заготовки,

обусловленные погрешностью ее установки на станке, представляют

собой приведенную погрешность установки уп, которая зависит от

составляющих вектора у и координат, определяющих положение

рассматриваемой поверхности относительно технологических баз де-

тали.

Основные причины формирования погрешности установки:

1. Неправильный выбор технологических баз.

2. Неправильное приложение силового замыкания, что может

привести к неорганизованной смене баз или недопустимым деформа-

циям заготовки в процессе закрепления.

3. Отклонения параметров точности технологических баз, вклю-

чая отклонения размеров, относительных поворотов и геометриче-

ской формы базовых поверхностей заготовки.

4. Погрешность геометрической точности рабочих поверхностей

приспособления или станка.

109

5. Неправильное использование правила шести точек.

6. Ошибки, допущенные при выборе измерительных баз и

средств измерения.

7. Неорганизованная смена баз, возникающая в процессе уста-

новки.

8. Недостаточная квалификация рабочего и его ошибки.

При выборе технологических баз необходимо соблюдать принцип

геометрического соответствия той или иной поверхности, используе-

мой для ориентации и закреплении заготовки. В качестве установоч-

ной базы следует выбирать поверхность наибольшей площади, в ка-

честве направляющей базы – поверхность наибольшей протяженно-

сти, а в качестве опорной базы – поверхность сколь угодно малой

площади.

Направление силового замыкания необходимо ориентировать на

опорные элементы установочной базы, имеющие значительно боль-

шую жесткость. Точки приложения силового замыкания необходимо

выбирать над опорными элементами или в точках, симметрично рас-

положенных между опорными элементами.

Опорные элементы двойной опорной и опорной базы – базовые

штыри цельные и срезанные – в большинстве случаев применяются

для правильного ориентирования заготовки и не имеют достаточной

жесткости. Поэтому приложение в их направлении силового замыка-

ния может привести к их деформации и формированию дополнитель-

ной погрешности установки.

Погрешность установки в значительной степени зависит от точ-

ности формы базовой поверхности. На финишных операциях и на

операциях, где требуется достижение повышенной точности техноло-

гической базы, её подвергают отделке шлифованием. С этой целью у

корпусных деталей шлифуют плоские поверхности (установочную,

направляющую и опорную базовую). У ответственных валов перед

фрезерованием шлицевых или шпоночных пазов шлифуют опорные

ступени, которые затем используют в качестве технологических баз.

Перед отделкой валов шлифованием доводят с помощью конических

шлифовальных кругов базовые центровые гнезда.

Для уменьшения влияния погрешности геометрической формы

технологических баз установку заготовки выполняют не по всей пло-

щади базовой поверхности, а на специально создаваемые опорные

элементы (рис. 15.3).

110

а) б) в) г)

Рис. 15.3. Опорные элементы приспособлений, применяемые для установки

заготовок

При базировании заготовок по черным поверхностям применя-

ют опорные элементы со сферической головкой (рис. 15.3, а) или с

насеченной головкой остроугольным профилем (рис. 15.3, б). Для ба-

зирования заготовок по обработанным чистым поверхностям приме-

няют опорные элементы с плоской головкой (рис. 15.3, в) или опор-

ные пластины (рис. 15.3, г).

Точная установка заготовки достигается при правильной ее ори-

ентации в главной координатной системе станка ZYX ,, , связанной

с ее направляющими, которые определяют траекторию перемещения

рабочих органов станка. На рис. 15.4 показана схема выставки обра-

батываемой станины в координатной системе ZYX ,, плоскошли-

фовального станка на операции шлифования направляющих.

Рис. 15.4. Схема выставки обрабатываемой станины в коорди-

натной системе продольного плоскошлифовального станка

111

Припуск, оставляемый на шлифование направляющих, состав-

ляет 0,3 – 0,4 мм, что на порядок меньше погрешности установки,

которая имеет место при установке станины на постоянные опоры

(у = 4 – 7 мм). Поэтому станину устанавливают на клиновые опоры,

регулировкой которых достигают необходимую ориентацию станины,

при которой параллельность обрабатываемых поверхностей относи-

тельно направления перемещения рабочих органов станка не превы-

шает 0,03 – 0,05 мм на длине направляющих. Для этого стол с уста-

новленной станиной перемещают в осевом направлении, а отклоне-

ния от параллельности фиксируют с помощью устанавливаемого ин-

дикатора. Это означает, что базирование осуществляется по обраба-

тываемой поверхности направляющих, как это показано на рис. 15.4.

На формирование погрешности установки оказывает влияние

также разброс сил закрепления, которые порождают различные кон-

тактные деформации в опорных точках. Поэтому в общем случае по-

грешность установки определяется как совокупность погрешностей

у = б + з,

где б – погрешность базирования, обусловленная отклонениями гео-

метрической точности баз; з – погрешность закрепления, обуслов-

ленная возникающими при закреплении деформациями.

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Что понимают под коэффициентом уточнения технологической си-

стемы?

2. Как рассчитать коэффициент уточнения технологической системы?

3. Как рассчитать общий коэффициент уточнения, получаемый при

прохождении заготовкой нескольких станков?

4. Назовите три этапа настройки станков на точность.

5. Какие задачи решают на первом этапе настройки станка?

6. Назовите основные причины формирования погрешности установ-

ки заготовки.

7. Какие опорные элементы применяют при установке заготовок?

8. Объясните причины формирования погрешности закрепления заго-

товки.

112

Лекция 16. ФОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ СТАТИЧЕСКОЙ

И ДИНАМИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ

СИСТЕМЫ

План лекции

1. Статическая настройка технологической системы.

2. Динамическая настройка технологической системы.

Статическая настройка технологической системы

Статическую настройку станка в общем случае выполняют в три

этапа.

На первом этапе ориентируют и устанавливают на станке с тре-

буемой точностью приспособление, обрабатываемую заготовку и ин-

струмент.

На втором этапе путем перемещения рабочих органов станка

добиваются требуемой точности положения режущих кромок ин-

струмента относительно технологических баз детали или приспособ-

ления станка. На этом этапе формируются размеры статической

настройки: сссссс γ,β,λ,Г,Б,А , которые в общем случае образуют

вектор сссссс γ,β,λ,Г,Б,Асk , определяющий положение коорди-

натной системы исполнительных поверхностей инструмента относи-

тельно технологических баз детали ТТТ ,,,, zyxzyx иии .

На третьем этапе после фиксации в требуемом положении при-

способления, заготовки и инструмента выполняют проверку точности

статической настройки.

Причинами формирования погрешности статической настройки

технологической системы являются: неправильный выбор технологи-

ческих баз; неправильный выбор измерительных баз и средств изме-

рения; неточность средств и методов выполнения статической

настройки; неправильная установка калибрующих кромок инструмен-

та относительно технологических баз детали или рабочих поверхно-

стей станка; неправильная установка и закрепление приспособления

на станке; недостаточная геометрическая точность самого станка; не-

достаточная квалификация рабочего.

113

Для повышения точности статической настройки системы на

каждом рассмотренном выше этапе принимают определенные техно-

логические решения.

Приспособление на столе станка обычно базируется по трем

плоскостям (рис. 16.1). Приспособление устанавливают на рабочую

поверхность стола станка, при этом основание приспособления

выполняет роль установочной базы. Две шпонки, расположенные

на основании, выполняют роль направляющей базы. Они входят в

Т-образные пазы, расположенные на рабочей поверхности стола, и

ориентируют приспособление параллельно направляющим, т. е. па-

раллельно направлению перемещения стола на рабочей подаче. Для

достижения правильной установки приспособления (рис. 16.1, а)

необходимо силовым замыканием Р обеспечить определенность его

базирования по одной стороне Т-образного паза. При этом с другой

стороны направляющей шпонки должен быть зазор К . Приспособле-

ния на столе станка закрепляют с помощью Т-образных болтов, или

Т-образных сухарей, которые заводят в пазы, расположенные на ра-

бочей поверхности стола станка (рис. 16.1, б).

а) б)

Рис. 16.1. Установка приспособления на столе станка: а – базирование

приспособления по трем плоскостям; б – схема закрепления приспособления

Для точной установки приспособлений и контроля их положе-

ния на приспособлении предусматриваются специальные измери-

тельные базы, а на столах станков – центральные базовые отверстия и

продольные Т-образные пазы.

Для точной выставки на размер Ас режущего инструмента при-

меняют мерные плитки, специальные габариты (эталоны), которые

упрощают статическую настройку, повышают производительность и

точность статической настройки. На рис. 16.2 показаны примеры

114

применения мерных плиток для выставки на требуемый размер стати-

ческой настройки режущих инструментов на строгальных и фрезер-

ных станках. На приспособлениях со стороны подвода режущего ин-

струмента предусматривают измерительные базы, на которые уста-

навливают мерные плитки требуемого размера. Режущий инструмент –

строгальный резец (рис. 16.2, а) или фрезу (рис. 16.2, б) доводят до

касания с плиткой, а затем фиксируют достигнутое положение рабо-

чих органов станка. После этого мерную плитку снимают и на

настроенном станке выполняют обработку партии заготовок.

Настройку станков для деталей сложной геометрии осуществляют с

использованием габаритов.

Рис. 16.2. Статическая настройка станков с применени-

ем мерных плиток: а – строгального; б – фрезерного

Точность касания фиксируют по моменту закусывания бумаги.

Это позволяет обеспечить точность статической настройки станка в

пределах 0,05 – 0,1 мм.

Для повышения точности статической настройки на станках

предусматривают различные по конструкции измерительные системы

отсчета перемещений – нониусы, лимбы, встроенные индикаторы и др.

Динамическая настройка технологической системы

Размер динамической настройки ,дA возникающий в момент

врезания и действующий на протяжении процесса резания, представ-

ляет собой суммарные отклонения инструмента и обрабатываемой за-

готовки от заданного при статической настройке положения. Эти от-

клонения возникают в результате совокупного действия ряда факто-

ров, основными из которых являются:

упругие перемещения в технологической системе, порождае-

мые действием сил резания и их моментов;

115

тепловые деформации заготовки, деталей станка, приспособ-

ления;

вибрации, возникающие в процессе обработки;

размерный износ и затупление режущего инструмента.

Изменение размера динамической настройки в процессе резания

от нбдA до нм

дA приводит к формированию погрешности размера ди-

намической настройки нмд

нбдд АA . Доминирующим фактором в

образовании размера динамической настройки дА являются упругие

перемещения У, возникающие в технологической системе Aд У.

Они определяются действием силы резания и жесткостью технологи-

ческой системы.

Под жёсткостью технологической системы понимают способ-

ность системы противостоять возникающим упругим перемещениям в

заданном направлении под действием приложенной силы [5, 12]. Она

определяется по формуле

у

Pj ,

где P – приращение силы, направленной в сторону измеряемого пе-

ремещения, Н; y – упругие перемещения, обусловленные действием

приложенной силы, мм.

Величина , обратная жесткости, называется податливостью:

= 1/j (мм / Н).

Податливость определяет способность узла или системы дефор-

мироваться под действием приложенной нагрузки. Составляющими

звеньями технологической цепи, определяющей размер, получаемый

на обрабатываемой заготовке, являются детали станка, приспособле-

ния, режущий инструмент. Поэтому податливость технологической

системы представляет собой сумму

= 1 + 2 + ... + m – 1 = ,1

1

m

ii

где I – податливость деталей и узлов, образующих технологическую

размерную цепь станка.

116

Схема измерения жесткости шпинделя токарного станка пред-

ставлена на рис. 16.3. К шпинделю станка в направлении образова-

ния радиального размера прикладывают

нагрузку Р, величину которой постепен-

но увеличивают. Одновременно с по-

мощью индикатора измеряют возника-

ющие в этом направлении упругие пе-

ремещения y .

На основе полученных данных

нагружения шпинделя строят кривую

жесткости (рис. 16.4).

На построенной кривой ветвь 1

определяет упругие перемещения шпин-

деля при его нагружении, а ветвь 2 –

упругие перемещения при постепенном

снятии нагрузки. Площадь петли, образо-

ванной между двумя ветвями, определяет

работу, которая затрачивается на преодоление сил трения в стыках и

на деформацию деталей системы.

Рис. 16.4. График зависимости величины упругого

перемещения от прилагаемой нагрузки

Остаточная упругая деформация y снимается при небольших

вибрациях. Вначале упругие перемещения интенсивно растут, а затем

интенсивность их роста с увеличением нагрузки снижается. На

начальном этапе под действием нагрузки детали в подвижных соеди-

нениях сближаются, в результате этого зазоры в стыках уменьшаются

Рис. 16.3. Схема измерения

жесткости шпинделя токар-

ного станка

117

и практически выбираются до нулевого значения. При дальнейшем

нагружении возникают контактные деформации в стыках, а затем и

собственные деформации деталей. Таким образом, величина упругого

перемещения в подвижном соединении У определяется как сумма

выбираемых зазоров Уз, контактных Ук и собственных деформаций

Ус деталей, образующих соединение:

У = Уз + Ук + Ус.

Жесткость технологической системы по длине обработки – ве-

личина переменная. Это наглядно показано на примере обработки ва-

лика на токарном станке (рис. 16.5). Величина упругого перемещения

на замыкающем звене токарного станка У определяется путем алгеб-

раического суммирования упругих перемещений:

переднего УП и заднего УЗ центров, определяющих смещение

линии УЦ центров;

детали УД;

суппорта УС;

режущего инструмента УИ.

У = УЦ + УД + УС + УИ.

Жесткость переднего центра выше, чем заднего, а следователь-

но, УП УЗ.

В процессе точения нагрузка на два центра меняется в соответ-

ствии с координатой x положения резца (см. рис. 16.5, а). Наибольшая

нагрузка на задний центр имеет место в начале точения при коорди-

нате x = L. В результате на заднем центре возникают наибольшие

упругие перемещения нбЗУ . В свою очередь, наибольшие упругие пе-

ремещения на переднем центре нбПУ , возникают в конце точения при

координате x 0. Упругие перемещения в различных точках линии

центров УЦ = f (x) как функцию координаты x определяют из подо-

бия треугольников 0вб и 0г :

УЦ (x) = УП + x/L (УП УЗ).

С учетом переменной нагрузки, действующей на задний и пе-

редний центры, эти перемещения можно описать параболой, пред-

ставленной на рис. 16.5, а:

ЗП

22

ц 1Уj

Р

L

x

j

Р

L

x

,

где П

j и З

j – жесткость переднего и заднего центров соответственно.

118

Упругие перемещения обрабатываемого валика УД также меня-

ются по координате x перемещения резца, что обусловлено его пере-

менной жесткостью )(Д

xfj (рис. 16.5, б).

Рис. 16.5. Изменение упругих перемещений по координате перемещения

резца, обусловленные переменной жесткостью токарного станка

В соответствии с этим при обработке нежестких валов на детали

образуется погрешность геометрической формы в виде бочкообразно-

сти, а при обработке жестких валов, когда жесткость детали Д

j вы-

ше жесткости центров П

j и З

j , на детали образуется погрешность

формы в виде корсетности.

Образование на замыкающем звене суммарных упругих пере-

мещений У = f (x), обусловленных перемещениями базовых центров

и прогибом обрабатываемой заготовки, показано на рис. 16, в.

а)

б)

в)

119

СИДЗП

22

1Уj

Р

j

Р

j

Р

j

Р

L

x

j

Р

L

x

,

где CИ

, jj – жесткость инструмента и суппорта соответственно;

, – коэффициенты, учитывающие приведение нагрузки на ин-

струмент и суппорт.

Один из определяющих факторов колебания в процессе резания

упругих перемещений У, а следовательно, и образования погрешно-

сти размера динамической настройки д У – изменение силы реза-

ния .P Сила резания является функцией входных параметров заготов-

ки, режимов резания и условий обработки с учетом поправочного ко-

эффициента k.

Р = f (Cр t, HB, v, s, k).

В процессе резания она изменяется в соответствии с колебанием

глубины резания t, твердости обрабатываемого материала HB, а также

при изменениях подачи s, скорости резания v и условий обработки

Cр. Для повышения точности обработки путем уменьшения погреш-

ности размера динамической настройки д min необходимо обес-

печить повышение жесткости технологической системы j max и

уменьшение колебания силы резания P min. Повысить жесткость

технологической системы можно следующими действиями:

1) уменьшением числа звеньев, а следовательно, и стыков в си-

стеме;

2) созданием предварительного натяга в системе для получения

определенности базирования деталей станка и приспособления;

3) правильной регулировкой клиньев в направляющих станка;

4) стабилизацией температуры в производственном помещении;

5) повышением собственной жесткости деталей станка и обеспе-

чением их равномерной систематической смазкой;

6) применением систем автоматического регулирования жесткости.

На рис. 16.6 приведена схема, показывающая влияние различной

жесткости технологической системы на изменение величины упругих

перемещений.

120

Рис. 16.6. Схема, показывающая влияние

жесткости технологической системы на

изменение величины упругих перемещений

Технологической системе с большей жесткостью соответствует

кривая 1, а системе с меньшей жесткостью – кривая 2. Как видно из

приведенной схемы, при одинаковых колебаниях силы резания P

отклонения упругих перемещений У1 в системе с большей жестко-

стью меньше, чем отклонения в другой системе У2, жесткость кото-

рой ниже У1 У2. Для уменьшения влияния колебания силы реза-

ния P выполняют сортировку партии заготовок по величине снима-

емого припуска Z или по твердости HB материала обрабатываемой

заготовки. Перед обработкой каждой группы в размер статической

настройки вносят коррекцию, все это позволяет уменьшить мгновен-

ное поле рассеяния размеров в партии деталей в 1,5 – 2 раза.

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Что такое статическая настройка технологической системы?

2. Назовите основные пути повышения точности размера статиче-

ской настройки.

3. Что такое динамическая настройка технологической системы?

4. Что следует понимать под размером динамической настройки?

5. Какие факторы определяют формирование размера динамической

настройки?

6. Что означает понятие «жесткость технологической системы»?

7. Назовите основные пути повышения жесткости технологической

системы.

121

Лекция 17. ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ПУТЕМ

УМЕНЬШЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ВИБРАЦИЙ И ДЕЙСТВИЯ

СИСТЕМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

План лекции

1. Вибрации в технологической системе и пути их уменьшения.

2. Тепловые деформации и пути их уменьшения.

3. Уменьшение влияния износа режущего инструмента на точ-

ность обработки.

Вибрации в технологической системе и пути их уменьшения

Вибрации – относительно малые перемещения инструмента и

детали, возникающие с определенной частотой в процессе обработки, –

делятся на два вида: вынужденные колебания системы и автоколеба-

ния. Вынужденные колебания возникают под действием периодиче-

ской возмущающей внешней силы. Причинами вынужденных коле-

баний являются:

динамическая неуравновешенность вращающихся деталей си-

стемы;

вибрации, порождаемые дефектами привода станка;

колебаниями припуска и твердости обрабатываемой заготовки;

прерывистость обрабатываемых поверхностей заготовки;

колебания, передаваемые извне, и др.;

Для исключения вибраций, которые приводят к резкому ухуд-

шению шероховатости поверхности, снижению параметров точности

детали и стойкости режущего инструмента, выполняют следующие

конструкторско-технологические мероприятия:

подбор рациональных режимов обработки, при которых не

возникают вибрации;

снижение дисбаланса вращающихся деталей (динамическая

балансировка шпинделей);

установку станков на специальные виброопоры, исключающие

поступление вибрации извне и передачу вибрации со станка на

другое оборудование;

122

повышение жесткости технологической системы путем регу-

лировки зазора в направляющих, создания предварительного

натяга и применения дополнительных опор;

применение специальных демпфирующих устройств и вибро-

гасителей;

применение систем автоматического регулирования режимов

обработки, позволяющих уменьшать вибрации.

Для изучения вибраций создают динамическую модель колеб-

лющейся системы (рис. 17.1). При матема-

тическом описании процесса всю массу m

колеблющейся системы считают условно

сосредоточенной в вершине инструмента.

Выявляют направления главных осей жест-

кости (ν и ξ) и путем решения составлен-

ных дифференциальных уравнений опреде-

ляют траекторию перемещения вершины

инструмента при приложении силы резания

Р и возникновении вибраций

Y = Аy sin(t); Z = Аz sin(t – ),

где Аy и Аz – амплитуды колебательных перемещений вершины резца

в направлении координатных осей Y и Z; ω – частота колебаний;

t – время; φ – угол сдвига по фазе колебаний.

Для исключения вибраций при обработке нежестких валов

применяют подвижные или неподвижные люнеты. При обработке

нежестких корпусных деталей используют дополнительные регу-

лируемые опоры.

Эффективным средством борьбы с вибрациями является при-

менение различных по конструкции виброгасителей. На рис. 17.2

показана виброгасящая расточная оправка ударного действия. В

корпусе оправки 1 в зоне закрепления резца предусмотрена по-

лость 2, в которую устанавливают груз 3. Массу груза подбирают

так, чтобы частота его колебаний была равна частоте колебаний

оправки. В этом случае при возникновении вибраций груз начина-

ет колебаться с той же частотой, что и оправка при угле сдвига по

фазе колебаний φ = 180. В результате происходит динамическое

гашение колебаний.

Рис. 17.1. Механическая

модель системы токарного

станка с упругими связями

123

Рис. 17.2. Виброгасящая расточная оправка ударного

действия

Для уменьшения вибраций, поступающих извне, станки уста-

навливают на виброгасящие резиновые коврики и специальные виб-

рогасящие башмаки.

Тепловые деформации и пути их уменьшения

Изменения температуры в технологической системе вызывают

тепловые деформации обрабатываемой заготовки, деталей и узлов

станка, что приводит к формированию дополнительных отклонений

размера динамической настройки д, а следовательно, к образованию

погрешности обработки. На прецизионных станках влияние отклоне-

ний, обусловленных тепловыми деформациями системы, составляет

45 – 70 % общей погрешности обработки.

Источниками возникновения дополнительного тепла в техноло-

гической системе являются тепло, возникающее при резании металла;

работа по преодолению сил трения и деформации в подвижных со-

единениях и стыках; тепло, возникающее в электро- и гидроприводах,

а также поступающее из окружающей среды. На изменение теплового

режима станка оказывают влияние также применение подаваемой

смазачно-охлаждающей жидкости (СОЖ) и температура масла, пода-

ваемого в подшипниковые опоры, гидроцилиндры и другие рабочие

органы станка.

Исследования показывают, что при обработке лезвийным ин-

струментом 35 – 70 % тепла, возникающего в зоне резания, уходит в

стружку, остальное – в деталь и инструмент и далее на другие детали

технологической системы. Температура нагрева режущей кромки то-

карных резцов может достигать 700 – 1000 С. Часть тепла излучается

и рассеивается в пространстве производственного помещения. Если

при токарной обработке в обрабатываемую заготовку уходит 10 – 15 %

124

возникающего в зоне резания тепла, то при сверлении или разверты-

вании отверстий в заготовку уходит 40 – 55 % возникающего тепла.

Процентное распределение возникающего при резании тепла по эле-

ментам технологической системы зависит от метода и условий обра-

ботки, применяемых режимов резания. С увеличением скорости реза-

ния количество тепла, отводимого в заготовку, уменьшается, а в

стружку – увеличивается.

Смазачно-охлаждающая жидкость оказывает благоприятное

воздействие на процесс резания. Попадая в зону резания она отводит

тепло от места его образования, охлаждая режущий инструмент и об-

работанную поверхность. При этом происходит смазка передней и

задней поверхностей инструмента, что способствует уменьшению сил

трения при контакте инструмента со стружкой и заготовкой. Все это

приводит к снижению температуры в зоне резания. Положительное

влияние СОЖ позволяет существенно повысить стойкость режущего

инструмента, на 8 – 15 % уменьшить эффективную мощность, по-

требляемую при резании, и улучшить параметры шероховатости об-

работанной поверхности.

Влияние тепловых деформаций особенно заметно на финишных

операциях, таких как шлифование, тонкая расточка, хонингование,

где величина тепловых деформаций соизмерима с допуском на обра-

ботку. На этих операциях требуется достижение высокой точности

при продолжительных периодах работы энергоемкого оборудования

повышенной мощности. Влияние тепловых деформаций возрастает по

мере ужесточения допуска на обработку и увеличения режимов реза-

ния.

Уменьшение влияния температурных деформаций на точность

обработки достигают путем выполнения ряда конструкторских и тех-

нологических мероприятий. К основным конструкторским мероприя-

тиям следует отнести:

удаление электродвигателей, гидростанции и других узлов,

представляющих источники тепла, как можно дальше от рабочей зо-

ны, исполнительных поверхностей станка; это особенно важно для

прецизионных станков;

создание условий для обеспечения более интенсивной есте-

ственной вентиляции в местах повышенного нагрева;

встраивание в механизмы дополнительных вентиляторов;

125

создание в гидробаках станков и в емкостях для СОЖ систем

принудительного охлаждения с использованием змеевиков, через ко-

торые пропускается охлаждающая жидкость;

создание специальных термоконстантных производственных

помещений (цехов или участков), в которых поддерживается посто-

янная температура 20 °С с точностью ±0,5 °C;

применение на станках специальных систем, обеспечивающих

автоматическую компенсацию на замыкающем звене отклонений, по-

рождаемых температурными деформациями.

К основным технологическим мероприятиям, обеспечивающим

уменьшение влияния тепловых деформаций на точность обработки,

следует отнести:

выполнение обработки с применением смазачно-охлаждающей

жидкости;

выполнение обработки на более высоких скоростях резания,

что позволяет уводить большую часть тепла в стружку;

выполнение точной обработки на разогретом станке, когда

достигается тепловое равновесие и тепловые деформации стабилизи-

руются;

применение одностороннего жесткого закрепления для длин-

ных заготовок, что позволяет свободно деформироваться их неза-

крепленной части;

шлифование валов с применением кругов большего диаметра;

закрепление длинных валов при шлифовании и точении с ис-

пользованием подпружиненного заднего центра для компенсации де-

формаций в осевом направлении;

выполнение правильной статической настройки станка, при

которой учитываются отклонения, порождаемые тепловыми дефор-

мациями в технологической системе;

исключение длительных перерывов в работе оборудования.

Уменьшение влияния износа режущего инструмента

на точность обработки

Износ инструмента на его передней и задней поверхностях про-

является в виде площадок износа (рис. 17.3, а). При этом износ по

задней грани характеризует высота hз площадки износа, а износ по

126

передней грани – глубина лунки hп, имеющей ширину б. В процессе

износа резца одновременно по передней и задней поверхности обра-

зуется перемычка шириной f, которая по мере износа уменьшается, и

при достижении нулевого значения f 0 возникает катастрофиче-

ский износ, приводящий к поломке режущего инструмента [3].

а) б)

Рис. 17.3. Износ резца: а – по передней и задней поверхностям;

б – размерный износ резца

Изменение линейного размера режущего инструмента в

направлении получаемого размера детали р называют размерным

износом.

Размерный износ проявляется как постоянный систематиче-

ски действующий фактор, влияние которого на точность обычно про-

исходит в совокупности с температурными деформациями. Он непо-

средственно вызывает отклонение размера статической настройки, а

следовательно, и отклонение получаемых размеров детали.

Зависимость износа ин-

струмента hз от продолжи-

тельности его работы в общем

случае определяет кривая,

представленная на рис. 17.4.

Кривая износа инструмента

имеет три характерных участ-

ка, каждый из которых соот-

ветствует определенному пе-

риоду эксплуатации режуще-

го инструмента. Первый период I с момента начала эксплуатации

нового инструмента до момента 1, называется периодом прира-

Рис. 17.4. Зависимость размерного износа

резца от продолжительности его работы

127

ботки. Это период начального износа рабочей части инструмента,

для которого характерна высокая интенсивность износа, получае-

мая в результате истирания выступающих участков на передней и

задней гранях инструмента.

Второй период в интервале времени от 1 до 2 называется пе-

риодом нормального износа, для которого характерна наименьшая

интенсивность износа рабочих поверхностей инструмента. Она харак-

теризуется зависимостью

tg = (hз2 hз1) / (2 1),

где hз1 и hз2 – значения износа на конец первого и второго периодов

его эксплуатации соответственно, мм; 1 и 2 – время окончания пер-

вого и второго периодов эксплуатации инструмента, мин.

Так как размерный износ инструмента напрямую зависит от

износа инструмента по задней грани р1 hз1, р2 hз2, то с учетом

I = (2 1) получим следующее выражение, определяющее интен-

сивность размерного износа инструмента:

tg = (р2 р1) / I,

где I – продолжительность периода нормального износа инструмента.

Третий период, начинающийся с момента 2, называется перио-

дом катастрофического износа. В этот период имеет место наиболь-

шая интенсивность износа режущего инструмента и в любой момент

времени существует вероятность внезапной поломки инструмента.

Для исключения вероятности поломки и появления аварийной ситуа-

ции инструмент следует принудительно менять по окончании периода

нормального износа, при достижении момента τ2. Для уменьшения

периода приработки инструмента необходимо выполнять тщательную

доводку его режущих кромок, что позволит повысить точность гео-

метрической формы режущей части инструмента. Опытные рабочие

для выполнения ответственных переходов, где требуется достижение

повышенной точности, применяют подготовленный инструмент, ко-

торый прошел период приработки при изготовлении менее ответ-

ственных деталей.

128

Для исключения случайной поломки инструмента и возникно-

вения брака необходимо постоянно следить за техническим состояни-

ем инструмента и оценивать его режущую способность. С этой целью

на практике используют три критерия:

1. Временной критерий, согласно которому инструмент требу-

ет замены, когда продолжительность его эксплуатации достигает

расчетного периода стойкости, полученного по формулам теории

резания.

2. Технологический критерий, в соответствии с которым инстру-

мент требует замены, когда хотя бы один из параметров точности из-

готавливаемой детали выходит за пределы поля допуска, а размерная

поднастройка инструмента невозможна.

3. Силовой критерий, согласно которому инструмент требует

замены, когда в процессе его эксплуатации сила резания достигает

допускаемого предельного значения, при котором возможна поломка

инструмента.

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Какие причины порождают вибрации в технологической системе?

2. Назовите основные мероприятия, способствующие устранению

вибраций в технологической системе.

3. Что следует понимать под тепловыми деформациями системы?

4. Назовите основные конструкторские мероприятия, способствую-

щие уменьшению влияния тепловых деформаций на точность об-

работки.

5. Назовите основные технологические мероприятия, применение

которых позволяет уменьшить влияние тепловых деформаций на

точность обработки.

6. Что следует понимать под размерным износом режущего инстру-

мента?

7. Назовите три критерия оценки работоспособности режущего ин-

струмента.

8. Назовите три периода эксплуатации режущего инструмента.

129

Лекция 18. УПРАВЛЕНИЕ ТОЧНОСТЬЮ ОБРАБОТКИ

НА СТАНКАХ

План лекции

1. Настройка и поднастройка технологической системы.

2. Управление точностью и производительностью обработкой на

станках.

Настройка и поднастройка технологической системы

Настройкой (наладкой) технологической системы называется

процесс первоначального установления требуемой точности относи-

тельного положения и движения исполнительных поверхностей стан-

ка, приспособления и инструмента с целью получения требуемой

точности изготавливаемой детали.

В процессе обработки ряда заготовок достигнутая при первона-

чальной настройке точность технологической системы постепенно

теряется. Причиной этого является совокупное действие систематиче-

ских факторов, изменяющихся по определенным законам. Процесс

восстановления первоначально достигнутой точности системы назы-

вается поднастройкой (подналадкой) технологической системы.

Основной задачей настройки технологической системы является

достижение требуемой точности изготавливаемых деталей.

Рабочим настроечным размером Ар называется размер на дета-

ли, к получению которого необходимо стремиться при выполнении

настройки технологической системы (рис. 18.1).

а) б)

Рис. 18.1. Задание размера статической настройки: а – при точении

наружной поверхности; б – при расточке отверстия

130

Следует различать настройку станка на изготовление одной де-

тали и на изготовление партии деталей. Рабочий настроечный размер

при настройке на изготовление одной детали и на изготовление пар-

тии деталей имеет различные значения.

При настройке системы на изготовление одной детали в качестве

рабочего настроечного размера следует выбирать средний размер детали:

2

minmaxcpp

AAAA

. (18.1)

В этом случае имеет место наилучшее использование поля до-

пуска для компенсации возможных отклонений размера Ад, которые с

равной вероятностью могут расположиться по обе стороны от рабоче-

го настроечного размера Ар. Вероятность получения бракованной де-

тали при этом минимальна.

Задача настройки технологической системы для изготовления

партии деталей – добиться такого расположения поля рассеяния ωт

внутри поля допуска Т, чтобы для компенсации погрешностей, по-

рождаемых систематически действующими факторами, оставалась

наибольшая возможная величина допуска (рис. 18.2).

Это дает возможность обработать большее количество деталей

до очередной поднастройки, что позволяет уменьшить затраты вспо-

могательного времени и выполнить обработку заготовок более произ-

водительно. В этом случае для определения требуемого рабочего

настроечного размера необходимо знать величину ожидаемого мгно-

венного поля рассеяния ωт и направление его смещения в процессе

обработки партии заготовок.

а) б)

Рис. 18.2. Теоретическая точечная диаграмма получаемых размеров деталей при

обработке: а – наружных поверхностей; б – отверстий

131

Если смещение мгновенного поля рассеяния происходит от

наименьшего предельного размера Аmin к наибольшему (рис. 18.2, а),

то для получения как можно большего количества деталей до очеред-

ной поднастройки в качестве pA выбирают размер, определяемый по

формуле

2minp

TaAA

, (18.2)

где а – часть поля допуска, предназначенная для компенсации посто-

янной (систематической) погрешности, например погрешности изме-

рения; T – мгновенное поле рассеяния, обусловленное действием

случайных факторов.

При ТT 6 , где Т – среднее квадратичное отклонение

мгновенного поля рассеяния, получим

ТaAA 3minp . (18.3)

В случае выполнения расточки отверстий, когда смещение

мгновенного поля рассеяния происходит от наибольшего предельного

размера Аmax к наименьшему (рис. 18.2, б), значение рабочего настро-

ечного размера pA рассчитывают по формулам

2maxp

TaAA

или ТaAA 3maxp . (18.4)

Для быстрого определения ωT применяют специальный метод,

позволяющий смоделировать колебание припуска в партии заготовок

на одной детали. Изготавливают ступенчатую деталь (рис. 18.3), у

которой глубина резания на двух ступенях соответствует величине

наименьшего tmin и наибольшего tmax возможного припуска.

Рис. 18.3. Определения мгновенного поля рассеяния T путем то-

чения ступенчатой детали

132

Деталь протачивают на проход, а затем измеряют полученные

диаметральные размеры D1, D2 и вычисляют ожидаемую величину ωT

по формуле

ωT = D2 – D1.

Для достоверной оценки положения поля рассеяния ωT относи-

тельно размера Ар необходимо обработать группу пробных заготовок,

определить средний групповой размер полученных деталей Агр.ср и

сравнить его с рабочим настроечным размером Ар.

Поднастройка технологической системы – восстановление пер-

воначальной точности статической настройки станка, нарушенной в

процессе обработки вследствие совокупного действия систематиче-

ских и случайных факторов. Необходимость поднастройки возникает

всякий раз, когда параметры точности получаемой детали (размеры,

повороты или шероховатость поверхности) достигают предельно до-

пустимых отклонений (рис. 18.2). Она может быть периодической или

непрерывной и осуществляться вручную или с помощью специально

создаваемых автоматических устройств (активный контроль).

Управление точностью и производительностью обработкой

на станках

Управление размером динамической настройки. Сущность этого

способа адаптивного управления заключается в том, что в процессе

резания с помощью автоматической системы обеспечивается стабили-

зация или изменение размера динамической настройки по определен-

ному закону путем регулирования продольной подачи [1, 46]. При ав-

томатическом регулировании подачи s в размер динамической

настройки вносится поправка дʹ, компенсирующая отклонения раз-

мера д, обусловленная колебанием припуска, твердости, затуплением

режущего инструмента и другими факторами

A = Aу + Aс + Aд + (д д).

В результате размер динамической настройки в процессе реза-

ния поддерживается на заданном значении Aд = соnst. С увеличением

глубины резания продольная подача уменьшается до smin, а с умень-

шением глубины увеличивается (рис. 18.4).

133

Рис. 18.4. График изменения продольной подачи в зависимости

от глубины резания при стабилизации размера динамической

настройки на токарном гидрокопировальном полуавтомате

Одной и той же глубине резания t может соответствовать разная

по величине продольная подача. Это объясняется различной степенью

затупления инструмента и изменением твердости обрабатываемых за-

готовок, поэтому на графике изображены две идентичные кривые,

ограничивающие определенную область возможных значений про-

дольной подачи. Верхнее значение подачи s имеет место при точении

острым инструментом заготовок с меньшей твердостью, нижнее зна-

чение – при точении затупленным инструментом заготовок с большей

твердостью. При обычной обработке величина продольной подачи,

устанавливаемая исходя из наибольшего припуска и твердости заго-

товки, остается постоянной, хотя на участках с меньшим припуском и

твердостью ее можно увеличить. В случае использования системы ве-

личина продольной подачи автоматически возрастает на участках с

меньшим припуском и твердостью или уменьшается при возникнове-

нии перегрузок, обусловленных увеличением глубины резания, твер-

достью материала заготовки и затуплением режущего инструмента. В

результате обеспечивается достижение требуемой и более высокой

точности обработки с большей производительностью.

Управление точностью путем регулирования размером стати-

ческой настройки. Сущность этого способа заключается в том, что

134

отклонения размера динамической настройки д компенсируются пу-

тем регулирования размером статической настройки Ас. В процессе

резания при возникновении отклонений д размер статической

настройки автоматически изменяется на ту же величину в противопо-

ложном направлении, с = д. При этом на детали получается размер,

равный заданному рабочему настроечному размеру [1, 46]:

A = Aу + ( Aс с) + (Aд д ) = Ар.

На рис. 18.5 показана структурная схема и основные узлы систе-

мы автоматического управления (САУ) размером Ас, созданной для

гидрокопировальных станков модели 1722. С помощью ди-

намометрического узла, состоящего из упругой резцедержавки 1 и

индуктивного датчика 3, упирающегося в регулировочный винт 2,

непрерывно измеряют величину упругого перемещения резца от-

носительно оси детали. Электрический сигнал u1 от индуктивного

датчика подается на схему сравнения СС. На эту схему поступает

также сигнал u2 от датчика обратной связи 4, измеряющего при-

ращение размера статической застройки, т. е. поднастроечное пере-

мещение суппорта.

Рис. 18.5. Структурная схема и основные узлы системы

автоматического управления размером статической настройки

135

В результате автоматического сравнения сигналов и1 и и2 на

усилитель поступает сигнал рассогласования и3. Последний усилива-

ется до и4 и подается на исполнительный механизм, состоящий из

электродвигателя 6 и механизма малых перемещений 5. Исполни-

тельный механизм осуществляет изменение размера статической

настройки путем перемещения суппорта в соответствии с величи-

ной подаваемого сигнала управления. На рис. 18.6 представлены

профилограммы поверхностей, полученных в результате точения с

s = 0,6 мм/об и v = 80 м/мин двух одинаковых заготовок со ступенча-

тым возрастанием припуска от t1 = 2 мм до t2 = 6 мм.

а) б)

Рис. 18.6. Профилограмма поверхности детали, по-

лученной точением ступенчатой заготовки: а – обра-

ботка с регулированием размера Ас; б – обработка

без регулирования

Перепад диаметров на первой детали, обточенной без регули-

рования (рис. 18.6, а), составил 0,05 мм, а на второй (рис. 18.6, б),

обточенной с использованием системы, – 0,01 мм. Если при обыч-

ной обработке партии заготовок точность диаметральных размеров

составляет 0,2 мм, то при использовании системы она повышается

до 0,07 – 0,06 мм.

Способ управления размером статической настройки позволяет

повысить точность как диаметральных размеров, так и формы детали

в продольном и поперечном сечениях. Для этого выполняют про-

граммное управление размером статической настройки, при котором

изменение размера Ас осуществляют по определенному закону.

136

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Что означает понятие «настройка технологической системы»?

2. Что означает понятие «рабочий настроечный размер»?

3. В чем заключается сущность настройки технологической системы

на изготовление одной и партии деталей?

4. Как рассчитать рабочий настроечный размер для изготовления од-

ной и партии деталей?

5. Какие факторы определяют формирование мгновенного поля рас-

сеяния размеров т?

6. Как можно определить величину мгновенного поля рассеяния раз-

меров?

7. Что означает понятие «поднастройка технологической системы»?

8. Когда возникает необходимость выполнения размерной подна-

стройки технологической системы и в чем заключается ее сущ-

ность?

9. Что означает понятие «активный контроль»?

10. Какими способами можно осуществить управление точностью об-

работки на станках в процессе резания?

11. В чем заключается сущность управления точностью и производи-

тельностью обработки путем регулирования продольной подачи?

12. В чем заключается сущность управления точностью в процессе ре-

зания путем регулирования размера статической настройки?

Лекция 19. РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ И ОПЕРАЦИОННЫХ

РАЗМЕРОВ

План лекции

1. Припуски и операционные размеры.

2. Расчетно-аналитический и табличный методы определения при-

пусков.

Припуски и операционные размеры

Под припуском понимают слой материала, снимаемый с заго-

товки в результате выполнения одного или нескольких технологиче-

ских переходов при обработке определенной поверхности. Размер,

137

получаемый на детали после удаления припуска на заданном перехо-

де, называется межпереходным. В свою очередь, размер на детали,

получаемый после удаления припуска на определенной операции,

называется операционным.

Размеры детали, заготовки, операционные и межпереходные

размеры образуют технологические размерные связи, которые пока-

заны на рис. 19.1.

Рис. 19.1. Технологические размерные связи, образуемые при снятии припусков

на детали типа вал

Номинальный диаметр заготовки Dзаг рассчитывают путем при-

бавления к номинальному диаметру детали Dдет удвоенных припусков

Z1, Z2, Z3, назначенных на соответствующую операцию или переход:

123детзаг 222 ZZZDD .

В свою очередь, операционные (межпереходные) размеры, подле-

жащие контролю по окончании операции, составляют: на операции

3 D3 = Dдет; на операции 2 D2 = Dдет + 2Z3; на операции 1 D1 = Dдет +

+ 2Z3 + 2Z2.

В зависимости от схемы расположения (рис. 19.2) различают

припуск односторонний (рис. 19.2, а), двусторонний, который может

быть симметричным при Z1 = Z2 (рис. 19.2, б) и несимметричный при

Z1 Z2. При обработке наружных и внутренних цилиндрических по-

верхностей вращения (рис. 19.2, в) имеет место двусторонний сим-

метричный припуск Z1 = Z2.

D3 = Dдет

138

а) б) в)

Рис. 19.2. Схемы расположения припусков на заготовках: а – припуск односто-

ронний; б – припуск двусторонний несимметричный; в – двусторонний симмет-

ричный припуск на цилиндрической поверхности вала

Завышенные припуски приводят к излишнему расходу материа-

ла, увеличению трудоемкости изготовления деталей, повышенному

расхода электроэнергии и режущего инструмента, а также повыше-

нию себестоимости изделия. В свою очередь, заниженные припуски

не позволяют обеспечить требуемое качество изготовляемых деталей

и приводят к получению брака.

Расчету припусков на механическую обработку предшествует

важный этап разработки технологического процесса – выбор метода

получения заготовки, который выбирают с учетом программы выпус-

ка, марки материала, габаритных размеров и геометрии изделия. Зная

метод получения заготовки, можно по справочным данным опреде-

лить квалитет, предельные отклонения ESзаг, (esзаг), EIзаг,(eiзаг) и до-

пуск Тзаг на рассматриваемый размер заготовки. Данные по точности

заготовок, получаемых литьем, ковкой, штамповкой и прокатом, при-

ведены в справочниках [30, 33]. При этом номинальный размер заго-

товки Азаг первоначально, до расчета можно принять с определенным

приближением исходя из размера детали Адет.

Расчетно-аналитический и табличный методы определения

припусков

В машиностроении применяют два метода установления припусков

на обработку – опытно-статистический и расчетно-аналитический.

При опытно-статистическом методе припуски устанавливают по таб-

лицам, которые составлены на основе обобщения практических дан-

139

ных, полученных на передовых заводах. Недостатком этого метода

является то, что припуски назначают без учета конкретных условий

построения технологических процессов. Так, например, общие при-

пуски назначают без учета маршрута обработки данной поверхности,

а промежуточные – без учета схемы установки заготовки и погрешно-

стей предшествующей обработки. Такие припуски, как правило, за-

вышены, так как они ориентированы на условия обработки, при кото-

рых припуск должен быть наибольшим во избежание брака.

Определение припусков рассчетно-аналитическим методом

необходимо выполнять по этапам в определенной последовательно-

сти [30, 43]:

1) определение состава и количества технологических перехо-

дов (операций), необходимых для обработки данной поверхности;

2) расчет наименьших припусков для предусмотренных перехо-

дов Zmin;

3) расчет наибольших припусков для предусмотренных перехо-

дов Zmax;

4) расчет номинальных припусков для предусмотренных пере-

ходов ZH;

5) расчет операционных (межпереходных) размеров и размеров

заготовки.

1. Состав и количество технологических переходов (опера-

ций), необходимых для обработки данной поверхности, определяют

путем расчета уточнений. Зная допуск на размер изготавливаемой де-

тали детТ и допуск на соответствующий размер заготовки загТ , опре-

деляют требуемую величину уточнения:

дет

заг

Т

Тт . (19.1)

Затем подбирают технологические переходы, выполнение кото-

рых обеспечит достижение требуемой точности детали. Подбор пере-

ходов осуществляют в обратной последовательности: от требований

изготавливаемой детали к заготовке. Так, например, требуемую точ-

ность диаметрального размера вала (квалитет IT7, шероховатость по-

верхности zR = 0,8 мкм), достигаемую на последнем переходе, можно

обеспечить путем чистового шлифования на круглошлифовальном

станке. Этому переходу должно предшествовать предварительное

140

круглое шлифование. В свою очередь, предварительное шлифование

выполняют после чистовой токарной обработки, которой предше-

ствует черновое точение, выполняемое по заготовке. Таким образом,

в результате анализа выявлено четыре необходимых перехода, для ко-

торых по таблицам [30, 33] определяют достигаемые параметры точ-

ности (допуски на межпереходные размеры Т1, Т2, Т3, Т4; шерохова-

тость поверхности zR , глубину дефектного слоя h). Это позволяет

рассчитать уточнения размеров, получаемых на каждом выбранном

переходе:

дет

з4

Т

Т ;

3

23

Т

Т ;

2

12

Т

Т ;

1

заг1

Т

Т (19.2)

и определить общее уточнение ,о которое должно быть равно требу-

емому уточнению или превышать его:

i

i

iП

4

14321о ; Tо .

Аналогично подбирают требуемые технологические переходы в

количестве k, при котором достигаемое общее уточнение больше

требуемого уточнения или равно ему:

,...1

21о

ki

iik П

(19.3)

.о T (19.4)

2. Расчет наименьшего припуска Zmin. Наименьший припуск

Zmin на обрабатываемую поверхность должен быть достаточным для

устранения погрешности обработки и дефектов поверхностного слоя,

полученных на предшествующем технологическом переходе, а также

погрешности установки заготовки, возникающей на данном переходе.

В соответствии с этим величина наименьшего припуска Zmin

складывается из пяти составляющих [5], каждая из которых определя-

ет рассчитываемую толщину слоя материала, необходимую для ком-

пенсации имеющихся на заготовке отклонений:

У,ПФmin hRZ z (19.5)

где Rz – высота микронеровностей поверхности заготовки, полу-

ченных на предшествующем переходе; h – глубина дефектного по-

верхностного слоя заготовки, полученного на предшествующем пере-

ходе (прижоги, неметаллические включения, рыхлости, раковины);

141

Ф – погрешность геометрической формы поверхности заготовки, по-

лученная на предшествующем переходе; П – погрешность относи-

тельного поворота поверхности заготовки, полученная на предше-

ствующем переходе; У – погрешность установки заготовки, возника-

ющая на данном переходе.

В справочниках технолога [33] составляющие Ф и П в большин-

стве случаев определяются одной величиной ∆ = Ф + П как суммар-

ное отклонение расположения обрабатываемой поверхности, а по-

грешность установки У определяется как векторная величина .

В соответствии с этим наименьший припуск для обработки по-

верхностей вычисляют:

для плоских поверхностей (односторонний припуск)

)(min hRZ z , (19.6)

для плоских поверхностей (двусторонний симметричный при-

пуск)

hRZ z22 min , (19.7)

для наружных и внутренних цилиндрических поверхностей

(двусторонний симметричный припуск)

22min 22 hRZ z , (19.8)

где составляющие ∆ и суммируют квадратично.

При этом погрешность установки ξ вычисляют по формуле

збзб

2

з

2

бcos2 , (19.9)

где б

– погрешность базирования, обусловленная геометрическими

отклонениями базовых поверхностей; з

– погрешность закрепления,

порождаемая отклонениями, возникающими при закреплении (упру-

гие и контактные деформации, сдвиги и др.).

Если угол между векторами б

, з

неизвестен, то принимают

0cos2 збзб

. (19.10)

При установке валов в центрах погрешность базирования при-

нимают как 0,25 от допуска Тзаг на диаметральный размер устанавли-

ваемой заготовки [25]

142

загб 25,0 Т , (19.11)

а погрешность закрепления для жестких валов принимается 0з

.

Отклонения расположения поверхностей находят по таблицам

или рассчитывают по формуле

L уд , (19.12)

где ∆уд – удельное коробление рассматриваемой поверхности, мкм/мм;

L – длина рассматриваемой поверхности, мм.

Отклонения расположения поверхности в общем случае опреде-

ляются не только ее короблением, но и другими факторами – смеще-

ниями по плоскости разъема опок, штампов, базовых центров, ис-

кривлениями оси и др. Поэтому суммарное отклонение расположения

обрабатываемой поверхности находят путем алгебраического или

квадратичного суммирования соответствующих отклонений ∆i:

,1

k

ii или ,

1

2

ki

ii (19.13)

где k – количество учитываемых факторов.

Следует отметить, что заниженные припуски создают неблаго-

приятные условия для работы режущего инструмента по корке или

окалине. Величина минимального припуска не должна быть меньше

той глубины резания, при которой работа нормально заточенного ре-

жущего инструмента становится неустойчивой. Для резца минималь-

ная толщина срезаемого слоя равна 20 мкм. Значения составляющих

для расчета Zmin приведены в [22].

3. Расчет наибольшего припуска Zmax i на данном переходе.

Знание величины наибольшего припуска необходимо для правиль-

ного расчета режимов резания. Величина наибольшего припуска

(рис. 19.3) определяется как сумма

1minmax iiii TTZZ (19.14)

где Zmin i – наименьший припуск на данном переходе; Ti – допуск на

данном переходе; Ti – 1 – допуск на предшествующем переходе.

143

При обработке поверхностей вращения, когда имеет место удво-

енный симметричный припуск, наибольший припуск на диаметр вала

или отверстия составляет

1minmax 22 iiii TTZZ . (19.15)

Допуски на размеры Ti, обес-

печиваемые при выполнении соот-

ветствующих операций, можно

определить, зная квалитеты точно-

сти, достигаемой при соответ-

ствующем способе обработки, и

получаемый линейный размер.

4. Расчет номинального при-

пуска ZHi на данном переходе. Но-

минальный припуск ZHi в общем

случае представляет собой разни-

цу номинальных значений опера-

ционных (межпереходных) разме-

ров, устанавливаемых на предшествующей и данной операции (см.

рис. 19.3):

HiHiHi AAZ 1 . (19.16)

Однако на данном этапе расчета операционные размеры

HiHi AA ,1 неизвестны, их предстоит определить на последнем этапе

расчета. Поэтому номинальный припуск ZHi определяем как замыка-

ющее звено размерной цепи, звеньями которой являются наименьший

припуск на данной операции (переходе) Zmin i, верхнее отклонение по-

лучаемого размера вi на данной операции и нижнее отклонение раз-

мера н1 i на предшествующей операции (см. рис. 19.3)

);;( н1

вmin iiiHi ZfZ .

При симметричном расположении допусков Тi и Тi – 1 относи-

тельно номинальных операционных размеров, когда предельные от-

клонения являются увеличивающими звеньями, имеем:

для плоских поверхностей

вн1min iiiHi ZZ , (19.17)

Рис. 19.3. Схема к расчету наиболь-

шего и номинального припусков

144

для цилиндрических поверхностей вн

1min22 iiiHi ZZ . (19.18)

В случае несимметричного расположения допусков Тi и Тi – 1 от-

носительно номинальных размеров предельные отклонения н1 i , в

i в

уравнениях цепей (19.17), (19.18) могут быть представлены как уменьшающие звенья со знаком «минус».

5. Расчет операционных размеров и размера заготовки выпол-няют, начиная с последней финишной операции, путем прибавления к номинальному размеру детали Адет рассчитанных номинальных припус-ков Zнк, Zн(к – 1), …, Zн1. В результате получают операционные размеры:

на последней операции за номером N = k, детAAk ;

предпоследней операции N = (k-1), Hkk ZAA дет1 ;

операции N = (k – 2), )1(дет2 kHHkk ZZAA ;

промежуточной операции N = j,

;1

дет

k

jiHij ZАA (19.19)

первой операции N = 1, .2

дет1

k

iHiZАA

Размер исходной заготовки

.1

детзаг

k

iHiZАA

(19.20)

Полученный номинальный размер заготовки обычно округляют в соответствии с требованиями на сортамент данной заготовки.

Допуски на полученные операционные (межпереходные) разме-ры устанавливают с учетом точности, достигаемой на соответствую-щей операции [33, 43].

Для расчета диаметральных операционных (межпереходных) размеров при обработке наружных и внутренних цилиндрических по-верхностей выражение (19.16) принимает вид:

– для диаметральных размеров валов

;21

дет

k

jiHij ZDD (19.21)

– диаметральных размеров отверстий

.21

дет

k

jiHij ZDD (19.22)

145

В свою очередь, диаметральные размеры заготовок рассчитывают:

– для валов

k

iHiZDD

1детзаг 2 ; (19.23)

– отверстий

k

iHiZDD

1детзаг .2 (19.24)

Общий припуск Zоб, рассчитанный на обработку заготовки с

учетом выполнения всех предусмотренных технологических опера-

ций (переходов), определяется:

– для плоских поверхностей

Zоб = Азаг – Адет; (19.25)

– цилиндрических поверхностей:

– наружных

2Zоб = Dзаг – Dдет; (19.26)

– внутренних

2Zоб = Dдет – Dзаг. (19.27)

Примеры использования изложенной методики для расчета припус-

ков и операционных размеров вала и корпуса приведены в учебнике [43].

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Что означает понятие «припуск»?

2. Что такое межпереходные и операционные размеры?

3. C какой целью выполняют расчет припусков?

4. В какой последовательности и по каким этапам выполняют расчет

припусков?

5. Каким образом выявляют состав и количество технологических

переходов (операций), необходимых для обработки данной по-

верхности?

6. Из каких составляющих состоит наименьший припуск?

7. Как рассчитывается наибольший припуск?

8. Что такое номинальный припуск и как его рассчитывают?

9. Как рассчитывают операционные (межпереходные) размеры?

10. Как рассчитывают размеры заготовки?

11. В какой последовательности выполняют расчет припусков и опе-

рационных (межпереходных) размеров от детали к заготовке или

наоборот?

146

Лекция 20. ВРЕМЕННЫЕ СВЯЗИ В ПРОИЗВОДСТВЕННОМ

ПРОЦЕССЕ

План лекции

1. Время, затрачиваемое на операцию.

2. Основы технического нормирования.

3. Повышение производительности путем уменьшения затрат вре-

мени на выполнение операции.

Время, затрачиваемое на операцию

Трудоемкость изготовления изделия определяют на основе вы-

явления и расчета временных связей в производственном процессе.

Время, затрачиваемое на операцию, называемое штучно-

калькуляционным, определяют по формуле

,штпз

шт.к tn

Tt (20.1)

где пзT – подготовительно-заключительное время, которое затрачива-

ется на совокупность работ, связанных с подготовкой к изготовлению

партии деталей; n – количество деталей в партии (штук); tшт – штуч-

ное время, которое непосредственно затрачивается на изготовление

одной детали.

Подготовительно-заключительное время включает в себя сле-

дующие составляющие:

соичпз ttttТ , (20.2)

здесь чt время, затрачиваемое на чтение чертежей и ознакомление с

задачей; иt время, затрачиваемое на получение и установку инстру-

мента, приспособлений; оt время, затрачиваемое на настройку обо-

рудования; сt время, затрачиваемое на размерную и статическую

настройку оборудования.

В свою очередь, штучное время штt – это время, затрачиваемое

на выполнение данной операции. Оно определяется как сумма четы-

рех составляющих

добвотшт ttttt , (20.3)

где отt – основное технологическое время; вt – вспомогательное вре-

мя; обt – время на обслуживание рабочего места; дt – время на отдых

и дополнительные надобности.

147

Основное технологическое время непосредственно затрачивает-

ся на изменение размеров и формы заготовки, которые происходят

при механообработке. В процессе сборки отt это время, которое за-

трачивается на изменение относительного положения детали. Если

эти изменения осуществляются с помощью машин, например стан-

ков-полуавтоматов, автоматов или промышленных роботов, то основ-

ное технологическое время называется машинным

tот = Tмаш.

Если же эти изменения осуществляются непосредственно чело-

веком, как, например, при выполнении слесарных работ, в процессе

ручной сборки, то основное технологическое время называется руч-

ным. При переходах, выполняемых оборудованием с непосредствен-

ным участием рабочего, основное технологическое время называется

машинно-ручным.

Вспомогательное время затрачивается на приемы и переходы,

сопутствующие выполнению основных технологических переходов.

К ним относят установку и съем заготовки, пуск и останов станка,

подвод и отвод инструмента, выполнение измерений, удаление

стружки и пр.

Сумма затрат основного и вспомогательного времени представ-

ляет собой оперативное время

.вотоп ttt (20.4)

Время на обслуживание рабочего места затрачивается на уход за

рабочим местом с целью поддержания его в требуемом состоянии.

Различают техническое и организационное обслуживание. При

укрупненном определении затрат штучного времени время на обслу-

живание, отдых и дополнительные надобности определяют в процен-

тах от оперативного времени ( %,к ) по формуле

1001вотшт

кttt . (20.5)

Машинное время машТ при механообработке на станках – это

время прохождения инструмента на рабочей подаче (см. рисунок),

определяется в общем случае по формуле

омаш

S

LiТ , (20.6)

148

где L – длина участка, проходимого на рабочей подаче; i – количе-

ство последовательно выполняемых рабочих ходов (проходов); оS –

подача на оборот (мм/об).

С учетом соотношения между подачей на оборот и подачей в

минуту мS

nSS мо , (20.7)

где n частота вращения шпинделя (об/мин);

мS минутная подача (мм/мин).

Выражение (20.6) принимает вид

nS

LiТ

ммаш . (20.8)

Схема к определению траектории, проходимой

инструментом на рабочей подаче

Длину участка L, проходимого на рабочей подаче, определяют

согласно выражению

21д llLL , (20.9)

где 21, ll соответственно длина врезания и перебега (см. рисунок);

Lд – длина обрабатываемой поверхности.

Приведенное выражение (20.8) является общей формулой, кото-

рая с небольшими изменениями может быть использована для расчета

машинного времени при выполнении обработки на различных других

станках.

Машинное время при обработке деталей на станках-автоматах и

полуавтоматах определяется как сумма времени на все несовмещен-

ные основные технологические и вспомогательные переходы, выпол-

няемые в цикле работы станка:

вотмаш ТТТ , (20.10)

где Тот – время на основные технологические переходы; Тв – время на

вспомогательные переходы.

149

Так, например, при обработке на одношпиндельных автоматах

Тв включает время на подачу и зажим прутка, несовмещенные пово-

роты револьверной головки и другие вспомогательные ходы. На мно-

гошпиндельных автоматах Тв включает также время на поворот

шпиндельного блока (барабана), а также на подвод и отвод суппор-

тов. Численные значения этих составляющих определяют на основа-

нии схемы обработки заготовки и паспортных данных станка.

На многошпиндельных и многопозиционных станках-автоматах,

когда выполняется параллельно-последовательная обработка загото-

вок в четырех, шести или восьми позициях, время цикла обработки Тц

определяется по наиболее продолжительному технологическому пе-

реходу Тц = Тмаш. При этом если за время цикла происходит изгото-

вление двух, трех или более деталей, то штучное время изготовления

одной детали составляет

tшт = Тц / n,

где n – количество изготавливаемых деталей за цикл.

При изготовлении деталей на станках с ЧПУ, многооперацион-

ных станках типа «обрабатывающий центр» и робототехнических мо-

дулях машинное время определяется как сумма затрат времени на все

несовмещенные во времени основные технологические и вспомога-

тельные переходы, выполняемые в цикле работы станка [24, 31]. В

состав таких переходов входят замена заготовки и спутника tсп, авто-

матическая замена инструмента tин, холостые перемещения, связан-

ные с поворотом стола tпх, с подводом и отводом рабочих узлов tхх,

выполнение обработки tот, автоматический контроль в цикле работы

станка tк. С учетом этого затраты вспомогательного времени состав-

ляют

Тв = tсп + tин + tр + tпх + tк. (20.11)

Таким образом, машинное время обработки заготовки на много-

операционном станке можно рассчитать по формуле

qi

iki

mi

i

ni

iххпх

li

i

ki

ii tttttTТ

11 11инсп

1отмаш , (20.12)

где k – число несовмещенных основных технологических переходов;

l, m, n, q – числа, определяющие количество несовмещенных вспомо-

гательных переходов, связанных с заменой инструмента, поворотом

стола, подводом и отводом рабочих узлов и выполнением автомати-

ческого контроля в цикле работы станка.

150

Основы технического нормирования

Задачей технического нормирования является установление

технически обоснованных норм времени на выполнение технологиче-

ских операций и норм выработки, что является основой организации

труда и внутризаводского планирования.

Норма времени представляет собой регламентируемые затраты

времени на выполнение определенной технологической операции.

Она состоит из нормы подготовительно-заключительного времени и

нормы штучного времени. Согласно формулам (20.1) – (20.3) для

установления норм времени необходимо знать значения составляю-

щих этих формул. Существует четыре основных метода нормирова-

ния.

Аналитически-расчетный метод нормирования. При этом ме-

тоде продолжительность машинного времени рассчитывают по фор-

мулам, аналогичным (20.6), (20.8), с учетом применяемого станка и

способа обработки. Затраты вспомогательного времени на выполне-

ние ручных приемов (установку и съем заготовки, включение и вы-

ключение оборудования и т. д.), а также затраты подготовительно-

заключительного времени, времени обслуживания рабочего места и

времени на личные потребности определяют по нормативам времени

из соответствующих справочников по нормированию. Аналитически-

расчетный метод нормирования наиболее точен, его применяют в круп-

носерийном и массовом производствах, для которых правильное уста-

новление норм времени имеет особенно важное значение.

Нормирование с использованием укрупненных нормативов при-

меняют в серийном и мелкосерийном производствах при сравнитель-

но малых партиях изготавливаемых деталей, когда затраты на норми-

рование не должны быть большими. При этом методе с помощью

предварительно составленных таблиц или графиков определяют сум-

марные затраты штучного времени на выполнение определенной опе-

рации. Укрупненный метод нормирования позволяет в значительной

мере сократить объемы работ по нормированию труда.

Статистический метод нормирования предусматривает уста-

новление нормы штучного времени на выполнение всей операции.

При этом методе время нормы времени устанавливают на основании

сбора и обработки статистических данных о времени, фактически за-

траченном на выполнение аналогичных операций при изготовлении

151

подобных деталей на станках одинакового типоразмера. С этой целью

на предприятии составляют и поддерживают базу данных по затратам

штучного времени на выполнение определенных операций, которая

выполняет роль заводских нормативов, используемых при планиро-

вании и организации данного производства.

В основу опытного метода нормирования заложен производ-

ственно-технический опыт работника, устанавливающего нормы вре-

мени на отдельные операции. При использовании данного метода

норма штучного времени устанавливается на выполнение всей опера-

ции на основании личного опыта нормировщика или инженера-

технолога.

Статистический и опытный методы нормирования получили

название методов суммарного нормирования, так как нормы времени

устанавливают сразу на всю операцию без анализа технологического

процесса и выявления возможностей технологической системы без

учета передового опыта.

Повышение производительности путем уменьшения затрат

времени на выполнение операции

Пути уменьшения затрат времени и повышения производитель-

ности труда рабочего вытекают из анализа формул (20.1 – 20.3), опре-

деляющих составляющие затрат подготовительно-заключительного и

штучного времени на выполнение операций технологического про-

цесса. Эффективное уменьшения затрат времени можно обеспечить

путем одновременного снижения составляющих как подготовитель-

но-заключительного, так и штучного времени.

Сокращения подготовительно-заключительного времени, при-

ходящегося на одну деталь nТ /пз , достигают путем увеличения ко-

личества изготавливаемых деталей в партии, которую обрабатывают

при одной настройке станка.

В мелкосерийном и серийном производствах уменьшение под-

готовительно-заключительного времени на деталь достигают путем

организации групповой обработки близких по служебному назначе-

нию деталей, имеющих общие геометрические формы, близкие раз-

меры, материал и технические требования. Для этого разрабатывают

унифицированные наладки и приспособления, позволяющие осу-

ществлять быстрый переход от изготовления одной детали к другой.

152

Значительное сокращение подготовительно-заключительного време-

ни достигают на станках с числовым программным управлением

(ЧПУ) [2, 24, 51].

Сокращение основного технологического времени tот достигают

путем уменьшения числа проходов i, назначения оптимальных режи-

мов обработки (скорости резания, подачи, глубины резания), умень-

шения длины относительного перемещения инструмента L, а также

полного или частичного совмещения основных технологических пе-

реходов во времени.

Основным мероприятием по сокращению затрат вспомогатель-

ного времени является введение механизмов ускоренных перемеще-

ний рабочих органов станка и механизмов быстрой замены режущих

инструментов.

Совмещение во времени выполнения основных и вспомогатель-

ных переходов является важным резервом уменьшения продолжи-

тельности оперативного времени и повышения производительности

технологических операций. Совмещение основных вспомогателных

переходов может быть полным или частичным.

С увеличением количества изготавливаемых деталей прибегают

к их совместной обработке, что позволяет существенно уменьшить

штучное время и увеличить производительность оборудования. При

этом заготовки на столе станка или в приспособлении могут быть

установлены и обработаны последовательно, параллельно или комби-

нированно.

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Что следует понимать под штучно-калькуляционным временем?

2. Назовите составляющие подготовительно-заключительного вре-

мени.

3. Назовите составляющие штучного времени, затрачиваемого на из-

готовление одной детали.

4. В каких случаях основное технологическое время называют ма-

шинным, машинно-ручным и ручным?

5. Что представляет собой оперативное время?

6. Как рассчитывают машинное время при точении заготовки на

проход?

7. Назовите основные пути уменьшения машинного времени.

153

8. Что означает понятие «техническое нормирование»?

9. Какие способы технического нормирования Вы знаете?

10. В чем заключается сущность аналитически-расчетного метода

нормирования?

11. В чем заключается сущность нормирования по укрупненным нор-

мативам?

12. Назовите основные пути сокращения подготовительно-заключи-

тельного времени, приходящегося на одну деталь.

13. Приведите примеры совмещения во времени основных технологи-

ческих и вспомогательных переходов.

14. В чем заключается сущность совместной обработки заготовок?

Лекция 21. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СНИЖЕНИЯ

СЕБЕСТОИМОСТИ МАШИН

План лекции

1. Расчет себестоимости изготовления изделия.

2. Технико-экономические показатели изготовления машин.

3. Расходы на материал и пути их уменьшения.

4. Расходы по заработной плате и пути их уменьшения.

5. Расходы на содержание и амортизацию средств труда.

6. Сравнение и выбор оптимального по себестоимости варианта

технологического процесса.

Расчет себестоимости изготовления изделия

Затраты на материалы, средства производства и заработную

плату, связанные с изготовлением машины и выраженные в денежной

форме, называют себестоимостью, которая в зависимости от учета

дополнительных затрат может быть цеховой или заводской. Следует

различать себестоимость машины в целом и себестоимость ее отдель-

ных сборочных единиц и деталей [20, 42].

Подсчет себестоимости изделия называется калькуляцией.

Калькуляция может быть предварительная, которую называют смет-

154

ной, и последующая, получившая название отчетной (исполнитель-

ной). Сравнение данных отчетной и предварительной калькуляций

позволяет сделать вывод о соответствии действительного технологи-

ческого процесса запроектированному, а также эффективности при-

меняемых мероприятий по совершенствованию производства.

Бухгалтерский метод расчета. Себестоимость единицы про-

дукции при этом методе определяется по формуле

pi

i

mi

iii

aaMC

1 1

211 З

1001 , (21.1)

где iM – расходы на i-й вид материала, используемого в изделии; p –

число видов материалов, используемых в изделии; iЗ – расходы на

заработную плату; m – количество операций, выполняемых при изго-

товлении единицы продукции; 1a – процент начислений на зарплату,

относящихся к социальным расходам ( %5,131 a ); 2a – процент

накладных расходов, начисленных на зарплату.

Преимущество данного метода – простота расчета, основной не-

достаток – обезличивание отдельных составляющих себестоимости,

что в ряде случаев не позволяет сделать правильный вывод и оценить

эффективность применения новых технологических решений.

Дифференциальный метод расчета. Себестоимость единицы

продукции при этом методе вычисляют по следующей формуле:

,З100

1ПOИ1 1

312

pi

i

mi

iii

aaMC (21.2)

где И – расходы на содержание и амортизацию инструмента на дан-

ной операции; О расходы на содержание и амортизацию оборудо-

вания на данной операции; П расходы на содержание и амортиза-

цию приспособлений и другой технологической оснастки на данной

операции; 3a – процент накладных расходов, начисляемых на зарпла-

ту, за вычетом расходов на содержание и амортизацию оборудования,

инструмента, приспособлений; m – количество операций, выполняе-

мых при изготовлении изделия.

155

Дифференциальный метод дает возможность отразить влияние

основных факторов на себестоимость, что позволяет правильно оце-

нить выбор наиболее экономичного варианта технологического про-

цесса и способствует внедрению новых технологических решений.

Технико-экономические показатели изготовления машин

Важными технико-экономическими показателями являются:

1. Трудоемкость единицы продукции (время, затрачиваемое че-

ловеком на изготовление единицы продукции), единица измерения

человеко час.

2. Станкоемкость (продолжительность работы оборудования при

изготовлении единицы изделия), единица измерения станко час.

3. Выпуск продукции в штуках или в денежном выражении на

одного рабочего.

4. Выпуск продукции на 1 м2 производственной площади.

5. Выпуск продукции на единицу оборудования.

6. Выпуск продукции на 1 руб. первоначальных затрат.

Трудоемкость единицы продукции складывается из трудоемко-

сти сборки единицы продукции, трудоемкости изготовления деталей,

трудоемкости выполнения операций и отдельных переходов. Показа-

тель станкоемкость применяют для определения количества станков,

необходимых для изготовления изделия.

Затраты времени от начала до конца выполнения какого-либо

периодически повторяющегося технологического или производствен-

ного процесса принято называть циклом. Различают циклы изготов-

ления изделия, изготовления сборочной единицы, изготовления дета-

ли и выполнения отдельной операции.

Для наглядного определения затрат циклового времени строят

циклограмму (рис. 21.1). По вертикали откладывают выполняемые по

ходу процесса технологические операции и вынужденные потери

времени на пролеживание заготовки между смежными операциями,

по горизонтали – время, затрачиваемое на выполнение соответству-

ющих операций.

156

Рис. 21.1. Циклограмма изготовления детали

Время цикла цТ представляет собой замыкающее звено времен-

ной цепи, составляющими звеньями которой являются затраты вре-

мени на технологические операции tшт, пролеживание и на транспор-

тирование заготовки tпр между операциями

,1

1пр

1штц

m

ii

mi

ii ttТ (21.3)

где m – количество выполняемых операций.

Сокращение цикла позволяет снизить себестоимость единицы

продукции. Это достигается в результате увеличения выпуска изде-

лий в единицу времени с 1 2м производственной площади. При этом

ускоряется высвобождение вложенных в производство средств, что

позволяет увеличить выпуск изделий и использовать высвобождае-

мые средства для совершенствования и развития производства.

157

Расходы на материал и пути их уменьшения

Расходы на материал подсчитывают по формуле

,1 1

pi

i

pj

jjjii qGqGM (21.4)

где iG – масса соответствующего материала, приходящаяся на еди-

ницу продукции; jG – масса отходов данного материала, приходяща-

яся на единицу продукции; ji qq , – стоимость единицы массы мате-

риала и единицы отходов соответственно; p – количество видов ма-

териалов, применяемых в изделии.

Основные пути уменьшения расходов на материал вытекают из

анализа формулы (21.4):

1) уменьшение массы каждой марки материала, применяемого в

изделии ( iG ) ;

2) использование по возможности более дешевых материалов с

наименьшей стоимостью единицы массы ( iq );

3) сокращение неиспользуемых отходов материала;

4) получение отходов материалов в более ценном виде ( j

q ),

что позволяет их использовать в качестве заготовок для изготовления

других деталей и как дорогостоящее сырье в металлургическом про-

изводстве [20, 37].

Эффективным решением снижения затрат на материал является

создание составных конструкций, например, бандажированные чер-

вячные колеса, у которых дорогостоящая бронза применяется только

для изготовления зубчатого венца, а ступица колеса производится из

дешевых черных металлов – чугуна или стали.

В процессе механической обработки значительная часть матери-

ала уходит в стружку. Поэтому необходимо стремиться к использова-

нию более точных заготовок, геометрия и размеры которых наиболее

близки к готовой детали [21, 37]. Это достигают путем применения

более совершенных методов получения заготовок. Вместо литья в

формовочную смесь применяют литье в кокиль, литье в оболочковые

формы или литье по выплавляемым моделям. Грубые заготовки – поковки, получаемые свободной ковкой, за-

меняют на более точные штамповки, которые получают в подклад-ных, открытых или закрытых штампах. При этом уменьшаются тру-доемкость механической обработки и затраты на оборудование и вы-полнение работы. Оценить рациональность использования материала

158

при изготовлении детали позволяет коэффициент использования ма-

териала , представляющий отношение массы материала готовой де-тали Gдет к массе ее заготовки Gзаг:

заг

дет

G

G . (21.5)

Чем выше значение коэффициента использования материала

( 1), тем меньше потери материала при изготовлении данной дета-

ли. Отходы в наиболее ценном виде – один из резервов сокращения

расходов на материал. Стружку, получаемую при обработке на стан-

ках различных заготовок, сортируют по маркам материала, не допус-

кая смешивания цветных и черных металлов. Затем путем прессова-

ния в специальных пресс-формах получают брикеты, которые явля-

ются дорогим вторичным сырьем в металлургическом производстве.

Металлолом также сортируют и отправляют на металлургические и

литейные заводы.

Расходы по заработной плате и пути их уменьшения

Расходы по заработной плате, приходящиеся на одно изделие,

определяются по формуле

60

З1 2

2

1

1 t

f

Sz

f

Szm

i

(руб.), (21.6)

где S – часовая ставка рабочего первого разряда; 21

, zz – разрядный

коэффициент рабочего и наладчика; 21

, ff – количество станков, об-

служиваемых соответственно рабочим и наладчиком; t – штучно-

калькуляционное время на выполнение операции; m – количество

операций, выполняемых при изготовлении изделия.

Согласно приведенной формуле уменьшение расходов на зар-

плату, приходящуюся на единицу продукции, может быть достигнуто

путем уменьшения числа операций (m ) и сокращения затрат вре-

мени на выполнение каждой операции (t ). Первое достигают пу-

тем разработки совершенных технологических процессов с использо-

ванием более точных заготовок, второе – путем применения более

производительного технологического оборудования и рациональных

технологических решений.

Применение станков-автоматов и полуавтоматов, работающих в автоматическом цикле, позволяет использовать на технологических

операциях рабочих невысокой квалификации (z1 ), на которых

159

возлагают простые функции замены заготовок и общего наблюдения за работой оборудования.

Эффективным средством уменьшения расходов на зарплату яв-

ляется введение многостаночного обслуживания. Это предусматрива-

ет обучение рабочих смежным профессиям и удобную расстановку

оборудования, при которой станочник затрачивает минимальное вре-

мя на перемещение от одного станка к другому.

Расходы на содержание и амортизацию средств труда

Эти расходы определяются по выражению [5, 43]:

О = О1 + О2 + О3 + О4, (21.7)

где О1 – расходы на электроэнергию, потребляемую оборудованием;

О2 – расходы на ремонт; О3 – расходы на амортизацию оборудования;

О4 – расходы на амортизацию части здания, в котором размещено

оборудование.

Амортизационные отчисления представляют собой средства, ко-

торые накапливают за определенный период времени с целью замены

износившегося оборудования, приспособлений и инструмента новы-

ми. Они входят в качестве одного из слагаемых в себестоимость еди-

ницы продукции.

Сравнение и выбор оптимального по себестоимости варианта

технологического процесса

Для сравнения нескольких возможных вариантов технологического

процесса изготовления детали с целью выбора наиболее экономичного из

них, может быть использован графоаналитический метод [43]. Согласно

этому методу все затраты, связанные с осуществлением технологическо-

го процесса изготовления детали, делят на две группы:

не зависящие от числа изготавливаемых изделий;

зависящие от количества изготавливаемых изделий.

Затраты, образующие первую группу, включают первоначаль-

ные затраты на приобретение необходимого оборудования, приспо-

собления и комплекта инструментов. Затраты, образующие вторую

группу, включают затраты на заработную плату рабочих и наладчи-

ков, расходы на материал, содержание, эксплуатацию и амортизацию

оборудования, приспособлений и инструментов.

Если первую группу расходов обозначить через b, а вторую че-

рез m, то себестоимость изготовления С заданного количества изде-

лия можно определить согласно выражению:

160

C = b + mx, (21.8)

где x – число изготавливаемых изделий (заданный объем выпуска).

Рассмотрим применение формулы (21.8) на примере трех раз-

личных вариантов технологического процесса (изготовления одина-

ковых деталей при различных объемах их выпуска.

При первом варианте технологического процесса изготовление

деталей осуществляется на универсальных станках и себестоимость

изготовления заданного объема деталей определяется выражением

C1 = b1 + m1 x.

Согласно второму варианту изготовление деталей выполняют на

станках-полуавтоматах и себестоимость изготовления определяется вы-

ражением

C2 = b2 + m2 x.

При третьем варианте изготовление деталей выполняют на стан-

ках-автоматах, при использовании которых себестоимость заданного

объема деталей определяется выражением

C3 = b3 + m3 x.

Если в прямоугольной декартовой системе по оси координат от-

ложить себестоимость C изготовления задаваемого объема изделий, а

по оси абсцисс – объем их выпуска x, то полученные выше выражения

будут представлены как семейство ломаных линий (рис. 21.2).

Рис. 21.2. Графики зависимости себестоимости изготовления детали

от объема выпуска при трех различных вариантах технологического

процесса

161

Отрезки b1 b2 b3 определяют значения первоначальных затрат

на приобретение средств труда. Из приведенных графиков видно, что

с увеличением программы выпуска себестоимость объема изготавли-

ваемых изделий растет, так как растут расходы на материал, потреб-

ляемую электроэнергию, заработную плату рабочих и др. При этом

интенсивность роста себестоимости, определяемая коэффициентами

m1, m2, m3, неодинакова, так как определяется разными по значению

факторами, связанными с расходами на содержание и амортизацию

оборудования, инструмента, приспособления и пр. Когда объем изго-

тавливаемых изделий не превышает значения x1, наименьшую себе-

стоимость обеспечивает первый вариант технологического процесса:

при x x1 C1 C2 C3.

В случае когда объем выпуска изделий находится в пределах

x1 x x3, наименьшую себестоимость получают при использовании

второго варианта технологического процесса C2 C1C3. В свою оче-

редь, при объеме выпуска в пределах x x3 наименьшую себестои-

мость получают при использовании третьего варианта технологиче-

ского процесса C3 C1 C2.

Из приведенного графика видно, что если объем произведенных

изделий достигает значения x1, то для изготовления данного количе-

ства деталей по первому варианту технологического процесса потре-

буется приобретение дополнительного оборудования. Это означает

удвоение первоначальных затрат 2b1, что на графике наглядно пока-

зывает наличие излома и образование новой линии C1 = 2b1 + m1x. В

свою очередь, когда объем выпуска превышает x4, по первому вари-

анту потребуется приобретение третьего станка. В результате перво-

начальные затраты необходимо утроить 3b1, а себестоимость изготов-

ления изделий будет определять новая линия C1 = 3b1 + m1x.

Аналогично когда объем произведенных изделий достигает зна-

чения x3, изготовление данного количества деталей по второму вари-

анту технологического процесса потребует приобретение дополни-

162

тельного оборудования. Наличие на графике излома (см. рис. 21.2)

означает удвоение первоначальных затрат 2b2 и образование для вто-

рого варианта технологического процесса новой линии C2 = 2b2 + m2x.

Таким образом, изложенный метод позволяет достаточно быст-

ро выявить и наглядно представить наиболее экономичный вариант

технологического процесса изготовления изделия при различных объ-

емах его выпуска.

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Назовите два метода расчета себестоимости единицы изделия.

2. Объясните сущность расчета себестоимости бухгалтерским мето-

дом.

3. Объясните сущность расчета себестоимости дифференциальным

методом.

4. Назовите основные технико-экономические показатели машино-

строительного производства.

5. По какой формуле подсчитывают расходы на материал.

6. Назовите основные пути сокращения расходов на материал?

7. Как рассчитывают коэффициент использования материала?

8. По какой формуле подсчитывают расходы по заработной плате?

9. Назовите возможные пути сокращения расходов по заработной

плате.

10. С какой целью на предприятиях вводят многостаночное обслужи-

вание?

11. Что следует понимать под амортизационными отчислениями?

12. Какие составляющие определяют расходы на содержание и амор-

тизацию оборудования?

13. Назовите возможные пути сокращения накладных расходов.

14. В чем заключается сущность графоаналитического метода выбора

минимального по себестоимости варианта технологического про-

цесса?

163

Лекция 22. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ФОРМЫ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА МЕХАНООБРАБОТКИ

План лекции

1. Организации машиностроительного производства.

2. Расчет количества станочного оборудования и коэффициентов

его загрузки.

3. Типизация технологических процессов, групповая обработка

заготовок.

4. Технологичность конструкции деталей и изделия.

5. Унификация, стандартизация и сертификация в машинострое-

нии.

Организации машиностроительного производства

Основными факторами, предопределяющими выбор организа-

ционной формы и вида производственного процесса, являются коли-

чество изделий, подлежащих изготовлению в единицу времени и по

неизменяемым чертежам, а также их номенклатура.

Одним из характерных параметров, определяющих тип произ-

водства, является коэффициент закрепления операций (ГОСТ 3.1108).

Он определяется по формуле

P

QK зо , (22.1)

где Q – число операций; Р – число рабочих, выполняющих различные

операции.

Значения коэффициента закрепления операций для производств

различного типа приведены в таблице.

Тип производства Коэффициент закрепления операций

Массовое 1

Крупносерийное Свыше 1 до 10 включительно

Среднесерийное Свыше 10 до 20 включительно

Мелкосерийное Свыше 20 до 40 включительно

Единичное Свыше 40

Различают две основные формы организации производственно-

го процесса: поточную и непоточную. При поточной форме органи-

164

зации соблюдается постоянство такта выпуска. Такт выпуска Т имеет

размерность (мин/шт) и рассчитывается по формуле

,60

N

FT

(22.2)

где F – годовой фонд времени, ч; – коэффициент использования

годового фонда времени; N – годовой объем (программа) выпуска

изделий.

Непоточным называется производство, при котором заготовки,

детали или собираемые изделия в процессе обработки находятся в

движении, однако продолжительность операций несинхронизирована,

возможно пролеживание.

Для организации машиностроительного производства применя-

ют две следующие схемы расстановки технологического оборудова-

ния:

по группам станков, например группы токарных, фрезерных,

сверлильных и других станков. Эту схему применяют в условиях еди-

ничного и многономенклатурного мелкосерийного производства, что

позволяет обеспечить более полную загрузку оборудования и повы-

сить коэффициент его использования;

по ходу технологического процесса изготовления определен-

ных деталей например валов, зубчатых колес и др. В результате про-

исходит образование технологически замкнутых участков по изготов-

лению определенных изделий. Эту схему применяют в серийном и

крупносерийном производствах.

При первой схеме расстановки оборудования изготовляемые из-

делия совершают длинный путь от одного участка станков на склад, а

затем к другому участку, что требует интенсивного применения

транспортных средств. При этом значительно усложняются вопросы

организации многономенклатурного производства, учета, планирова-

ния и оформления необходимой документации. Мастер определенно-

го участка отвечает только за качество и сроки выполнения только

своей операции и не несет ответственность за изделие в целом. Все

это в конечном итоге приводит к относительно низким технико-

экономическим показателям производства, к которым относятся вы-

пуск продукции на одного рабочего, один станок, единицу площади

цеха и др.

165

При второй форме организации все изделия группируются по

общности их служебного назначения, подобию конструктивных форм

и близости размеров, а следовательно, и по сходству технологических

процессов. Для изготовления каждой такой группы деталей, например

валов, зубчатых колес, корпусов, создают отдельные технологические

участки, в которых оборудование расставляют по ходу выполнения

технологического процесса (участок валов, зубчатых колес, корпу-

сов). Оборудование в технологически замкнутых участках нередко

связывают при помощи подъемно-транспортных устройств в виде

подвесных балок с электротельферами, рольгангов, склизов, специ-

альной тары для перевозки деталей небольших размеров. Это способ-

ствует повышению производительности труда рабочих, сокращению

цикла производства и повышению других технико-экономических

показателей. Во главе каждого участка стоит мастер, который в целом

отвечает за сроки и качество изготовления определенной номенклату-

ры деталей. Относительно малая номенклатура деталей, закреплен-

ных за каждым технологическим участком, позволяет существенно

упростить задачи организации и планирования производства. Изго-

тавливаемое изделие находится в пределах одного участка и проходит

короткий путь, что сокращает расходы и потребность применения

транспортных средств. Уменьшается время на перенастройку обору-

дования. Результатом этого являются более высокие технико-

экономические показатели. Недостатки организации технологически

замкнутых участков – недогрузка станков и как следствие более низ-

кий коэффициент использования оборудования по сравнению с рас-

положением оборудования по группам станков.

С увеличения количества изготавливаемых изделий и уменьше-

нием их номенклатуры осуществляют переход на поточную форму

организации производственного процесса. С этой целью на основе

технологически замкнутых участков создают поточные линии по из-

готовлению определенных изделий. Оборудование поточной линии

связывают при помощи транспортных устройств, обеспечивающих

передачу обрабатываемой заготовки с одной операции на другую.

Технологический процесс разрабатывают таким образом, чтобы про-

должительность каждой операции поточной линии была по возмож-

ности равна такту выпуска или кратна ему.

166

В крупносерийном и массовом производствах для изготовления

в больших объемах одного изделия создают автоматические линии, в

которых станки, располагаемые по ходу технологического процесса,

связывают жесткой транспортной системой, обеспечивающей автома-

тическую передачу заготовок от одного станка к другому. Работа

станков и транспортной системы в автоматических линиях синхрони-

зирована в соответствии с заданным тактом выпуска изделий [49, 51].

Расчет количества станочного оборудования и коэффициентов

его загрузки

Номинальный фонд времени нФ для единицы оборудования рас-

считывается по формуле

1001

прccpсутpн

КtDtDФ , (22.3)

где pD – число рабочих дней в планируемый период; сутt – число ра-

бочих часов в сутки; cp D – число рабочих дней сокращенной про-

должительности; ct – число рабочих часов, на которые сокращены

рабочие сутки; прК – процент планируемого времени простоя обору-

дования, которое необходимо для профилактики и ремонта. Для уни-

версального оборудования принимают %83пр К , для специально-

го оборудования %1210пр К .

Действительный фонд работы оборудования cF отличается от

номинального фонда на величину потерь фонда времени

nнc FФF . (22.4)

Такие потери могут быть технологические и организационные.

Принимаемый действительный годовой фонд работы оборудования

cF при 1-й смене ч2030c F , потери (2 %). При 2-сменной работе

ч4015c F , потери (3 %). При 3-сменной работе ч5960c F , потери

(4 %).

Расчет количества станков, необходимых для выполнения

определенной операции, при годовом объеме выпуска деталей N

осуществляется по формуле

167

c

шт.кp

F

NtC , (22.5)

где шт.кТ – штучно-калькуляционное время на данную операцию;

cF – действительный годовой фонд работы оборудования.

Расчетное число станков pC округляется до ближайшего целого

числа и получают nC – принятое число станков, nCC p .

Зная значения расчетного и принятого числа станков, определя-

ют коэффициент загрузки станка (оборудования):

nC

CK

pз.об (22.6)

Коэффициент загрузки оборудования з.обK в среднем не должен

быть ниже 85,0 , т. е. желательно обеспечить 85,0з.об K .

Так как в процессе изготовления детали заготовка обычно про-

ходит несколько различных станков, расположенных на участке, сле-

дует рассчитывать средний коэффициент загрузки оборудования

з.об.срK по участку по формуле

,

1

1з.об.ср

ni

ini

ni

ipi

С

С

K (22.7)

где n – количество станков, расположенных на участке; nipi СС , –

расчетное и принятое число станков соответственно.

Зная шт.кT , затраченное на выполнение операции при обработке

детали на соответствующем станке, определяют суммарную станко-

емкость механообработки детали оT (ст-ч), используя формулу

,60

1шт.к

ni

io

Nt

T (22.8)

где шт.кТ – время обработки на соответствующем станке; n – количе-

ство станков, проходимых заготовкой; N – годовой объем выпуска

деталей.

Количество производственных рабочих pP определяют по фор-

муле

168

,p

шт.кp

F

NtP (22.9)

где pF – действительный фонд времени работы одного рабочего.

Действительный фонд времени работы одного рабочего состав-

ляет в год 1820p F при 41-часовой неделе, продолжительности сме-

ны – 8 ч и продолжительности отпуска 28 дней.

Расчетное число рабочих округляют до целого числа и получают

принятое число рабочих пP . Коэффициент загрузки рабочих pK опре-

деляют по формуле

П

pр

P

PK . (22.10)

Повышение коэффициента загрузки рабочих достигают путем

введения многостаночного обслуживания. Для этого необходимо ра-

бочих обучить смежным профессиям.

Трудоемкость изготовления изделия для серийного и мелкосе-

рийного производства определяют по формуле

ni

i

mj

j

tT1 1

шт.ки , (22.11)

где n – количество изготавливаемых деталей в изделии; m – количе-

ство выполняемых операций при изготовлении детали.

Трудоемкость изготовления детали обычно превышает ее стан-

коемкость, так как помимо ее изготовления на станке, вручную вы-

полняют зачистку заусенцев, клеймение и др. В условиях многоно-

менклатурного производства расчеты выполняют с использованием

приведенной программы выпуска Nпр [44]:

Nпр = КпрN, (22.12)

где Кпр – общий коэффициент приведения, определяемый как произ-

ведение коэффициентов приведения по массе Км, серийности Ксер,

сложности Ксл, т. е. Кпр = Км Ксер Ксл.

Число вспомогательных рабочих обычно принимается в преде-

лах 25 % от основных рабочих, при этом 60 % вспомогательных рабо-

чих предназначаются для обслуживания оборудования, а 40 % – для

обслуживания цеха. Вспомогательные рабочие в цехе выполняют

уборку стружки и помещений, работают электриками, сторожами.

Число руководителей производства составляет обычно не более 5 %

169

общего числа основных и вспомогательных рабочих, число специали-

стов – 10 % общего числа основных и вспомогательных рабочих, а

число служащих – 2 % общего числа основных и вспомогательных

рабочих.

Типизация технологических процессов,

групповая обработка заготовок

Под типизацией технологических процессов понимается разра-

ботка технологических процессов на изготовление типовых деталей и

сборки машин, в которых наиболее полно используются достижения

науки и техники и передовой опыт машиностроительных предприя-

тий [17].

Работу по типизации технологических процессов выполняют в

два этапа:

на первом этапе осуществляют классификацию изготавливае-

мых деталей машин и выявляют типовую деталь в каждом классе;

на втором этапе разрабатывают типовые технологические

процессы на изготовление типовых деталей соответствующих клас-

сов.

Основные признаки для классификации деталей: общность их

служебного назначения; близкая по геометрии конфигурация; близкие

габаритные размеры деталей; одинаковый уровень параметров точно-

сти, включая требования к шероховатости поверхностей, а также

близкие параметры материала, что определяет в целом общность про-

цесса обработки. Помимо этого учитывают также объём выпуска,

размер партии обрабатываемых заготовок, условия производства и

систему организации, применяемое оборудование, инструменты, и др.

Построение технологической классификации деталей осуществ-

ляют путем разделения их на классы, к которым относят валы, зубча-

тые колёса, корпуса, втулки, диски, рычаги, плиты, ходовые винты и

червяки и др. Каждый класс деталей, в свою очередь, делят на под-

классы, а затем на группы и подгруппы, в которых учитывают харак-

терные конструктивные признаки деталей. Разбивка классов на под-

классы, группы и подгруппы заканчивается типом (типовой деталью).

В группе деталей, подобранных на основе изложенных выше

положений, выбирают типовую деталь, которая охватывает конструк-

тивные особенности и требования всех деталей группы. Если такую

170

деталь среди группы подобрать трудно, тогда создается «комплекс-

ная» деталь, т. е. искусственная деталь, охватывающая все особенно-

сти деталей группы.

На типовую или «комплексную» деталь разрабатывают типовой

технологический процесс и необходимую для обработки всех деталей

группы технологическую оснастку.

В типовых технологических процессах предусматривают ис-

пользование высокопроизводительного оборудования, типовую тех-

нологическую оснастку, средства механизации и автоматизации, про-

грессивные методы получения и обработки заготовок.

Типовые технологические процессы оформляют в виде техноло-

гических карт. На основе разработанного типового технологического

процесса составляют рабочие технологические процессы для кон-

кретных деталей данного класса. Это делают путем удаления из типо-

вого процесса отдельных операций, выполнение которых для изго-

товления данной детали не требуется. В результате работа инженера-

технолога существенно упрощается, а качество технологического

проектирования возрастает. При этом представляется возможным со-

ставлять качественные технологии на достаточно сложные детали

технологам, не имеющим большого опыта работы на предприятии.

Групповой технологической операцией называется общая для

группы различных деталей операция, которая выполняется на опреде-

ленном оборудовании, одними и теми же (общими) режущими ин-

струментами с использованием групповой оснастки [3, 7], позволяю-

щей производить обработку всей группы заготовок без переналадки

или с незначительной переналадкой оборудования. Групповую техно-

логическую операцию можно разрабатывать как составную часть

группового технологического процесса.

Технологичность конструкции деталей и изделия

Под технологичностью изделия понимается создание у изделия

таких геометрических форм и параметров, которые позволяют наибо-

лее производительно изготовить данное изделие с использованием

прогрессивных технологических процессов, обеспечив его минималь-

ную себестоимость [13, 39].

Конструкцию детали принято называть технологичной, если она

позволяет полностью и эффективно использовать все возможности и

171

особенности наиболее экономичного технологического процесса ее

изготовления, обеспечивающего достижение требуемого качества де-

тали при заданном объеме ее выпуска.

Технологичность изделия представляет собой комплексный по-

казатель, который зависит как от технологичности самой конструкции

изделия (машины), так и от технологичности деталей, образующих

данное изделие. Оценка технологичности изделия может быть каче-

ственной и количественной. Количественная оценка предусматривает

расчет прямых или косвенных показателей, непосредственно характе-

ризующих технологичность изделия по трудоемкости его изготовле-

ния, технологической себестоимости, унификации конструктивных

элементов и др. Получение таких показателей позволяет сравнить два

или несколько вариантов конструкции и выбрать наиболее техноло-

гичный вариант.

Технологичность детали анализируется с учетом программы ее

выпуска, типа организуемого производства. При анализе детали на

технологичность в первую очередь оценивают сложность ее геомет-

рической формы, соответствие ее материала и геометрии методу по-

лучения заготовки [34, 38]. Материал изготавливаемой детали должен

соответствовать методу получения заготовки, который, в свою оче-

редь, должен отвечать объему выпуска. Так, например, для деталей из

сталей, обладающих плохими литейными свойствами, в качестве за-

готовок не могут быть использованы отливки, а для деталей из серого

чугуна – поковки.

На рисунке представлены два вида заготовок, применяемых для

изготовления одной и той же корпусной детали. Заготовка «отливка»,

получаемая из серого чугуна СЧ15, применяется в условиях серийно-

го и крупносерийного производства. Однако для условий единичного

и мелкосерийного производства она является нетехнологичной, так

как изготавливать дорогостоящий литейный комплект и организовы-

вать литейный цех для получения малого числа корпусов экономиче-

ски нецелесообразно. Для этих условий технологичной и более деше-

вой является сварная заготовка, изготовление которой не требует

предварительных затрат. Однако для получения такой заготовки по-

требовалось изменить материал и конструкцию корпуса, который в

этом случае изготавливают из листовой стали Ст3, Ст5.

172

а) б)

Два вида заготовок, применяемых для изготовления корпусной детали при раз-

личной серийности производства: а – заготовка «отливка»; б – сварная заготовка

Технологичность детали предусматривает наиболее полное ис-

пользование принципов унификации и стандартизации при проекти-

ровании ее геометрических форм. Применение нестандартных поса-

док, резьбовых и шпоночных соединений требует дополнительного

изготовления специального инструмента, что значительно удорожает

изделие. Отработка детали на технологичность позволяет изготовить

ее в рамках типового технологического процесса с применением уни-

фицированной технологической оснастки и ограниченной номенкла-

туры инструмента.

К факторам технологичности конструкции изделия относятся:

обеспечение соответствия конструкции условиям производства и экс-

плуатации; преемственность конструктивных решений; рациональная

компоновка и наличие четкого деления на сборочные единицы – уз-

лы, подузлы, комплекты.

Отработка изделия на технологичность должна выполняется на

протяжении всего цикла создания изделия на этапах как конструктор-

ского, так и технологического проектирования. При этом следует в

комплексе анализировать вопросы технологичности сборки изделия и

вопросы технологичности изготовления деталей данного изделия.

173

Унификация, стандартизация и сертификация

в машиностроении

Под унификацией понимается использование в различных ма-

шинах одних и тех же деталей и сборочных единиц. Унификация яв-

ляется эффективным способом увеличения объема выпуска и сниже-

ния себестоимости одинаковых изделий, которые называют унифици-

рованными. Унификация – это деятельность, направленная на рацио-

нальное сокращение числа объектов конструкторской документации

(деталей, сборочных единиц, агрегатов) одного функционального

назначения. Это позволяет путем различных сочетаний унифициро-

ванных элементов компоновать на основе базовой модели необходи-

мые машины с добавлением ограниченного количества специальных

(оригинальных) деталей и узлов.

Унификацию изделий выполняют в рамках завода машиностро-

ительных производств, в пределах отрасли. На унифицированные из-

делия создают специальные нормали, в которых определены их тех-

нические характеристики и требования точности изготовления. При-

менение унифицированных деталей и узлов упрощает процесс проек-

тирования изделий, так как отпадает необходимость их конструктивной

проработки. Поэтому разработка конструкции машин с использованием

унифицированных деталей и узлов существенно сокращает сроки проек-

тирования и обеспечивает преемственность конструктивных решений.

Для изготовления унифицированных деталей создают специальные цеха

и заводы с применением передовой технологии и организации производ-

ства, что позволяет существенно снизить их себестоимость.

Стандартизация определяет установление и применение обяза-

тельных норм и требований, которым должны соответствовать каче-

ственные характеристики материалов, а также типы, размеры и каче-

ственные характеристики деталей, узлов и готовых изделий. В зависимо-

сти от объекта стандартизации и уровня принятия различают [28, 29]:

Государственные стандарты Российской Федерации (ГОСТыР);

отраслевые стандарты (ОСТ), которые разрабатываются и

применяются государственными органами к продукции, работам

и услугам отраслевого значения;

стандарты предприятия (СТП), которые разрабатываются и

принимаются самим предприятием; их объектами являются

продукция, производимая этим предприятием, методы расчета,

технологические нормы и требования, типовые процессы,

оснастка, инструмент и т. п.

174

Сертификация продукции представляет собой процедуру под-

тверждения соответствия продукции установленным требованиям

[29]. Она осуществляется независимыми от производителя эксперта-

ми и оформляется соответствующими документами. Сертификация

является инструментом, гарантирующим соответствие показателей

качества продукции требованиям нормативно-технической докумен-

тации и стандартам. В результате проведения сертификации составля-

ется документ – сертификат соответствия (сертификат), удостове-

ряющий, что продукция, идентифицированная должным образом, со-

ответствует установленным требованиям.

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Назовите типы машиностроительных производств.

2. Как рассчитать коэффициент закрепления операции и что он характе-

ризует?

3. В чем различие поточной и непоточной форм организации производ-

ства?

4. Объясните понятие «такт выпуска». Как его можно рассчитать?

5. При какой форме организации производства соблюдается постоян-

ство такта выпуска?

6. Какие преимущества и недостатки имеет расстановка станков по

группам?

7. Объясните сущность расстановки оборудования по ходу технологи-

ческого процесса.

8. Как рассчитать количество станков для выполнения определенной

операции?

9. Как рассчитать коэффициент загрузки станка?

10. Как можно рассчитать требуемое число производственных рабочих?

11. Объясните понятие «приведенная программа выпуска».

12. В чем заключается сущность типизации технологических процессов?

13. Как выявляется типовая деталь из группы деталей определенного

класса?

14. Какие преимущества достигают при групповой обработке деталей?

15. Что означает понятие «технологичность конструкции детали и из-

делия»?

16. В чем заключается сущность унификации и сертификации изде-

лий?

17. Какие преимущества обеспечивает унификация и стандартизация

в машиностроении?

175

Лекция 23. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ФОРМЫ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СБОРКИ

План лекции

1. Деление машин на сборочные единицы, разработка последо-

вательности сборки изделия.

2. Организационные формы и виды производственного процесса

сборки изделий.

Деление машин на сборочные единицы,

разработка последовательности сборки изделия

Различные по конструкции изделия машиностроения в общем

случае структурно образуют следующие по возрастанию сложности

сборочные единицы [5, 22]: 1 – детали; 2 – комплекты; 3 – подузлы;

4 – узлы; 5 – изделие.

Основой сборочных единиц является базовая деталь, которая

обеспечивает придание соединяемым деталям требуемой точности

относительного положения.

Деталь – элементарная сборочная единица. Комплект представ-

ляет собой сборочную единицу, в состав которой входит одна бази-

рующая деталь и хотя бы одна деталь или несколько отдельных при-

соединяемых. Подузлом называют сборочную единицу, состоящую из

базирующей детали, на которую монтируют один или несколько ком-

плектов, а также одну или несколько отдельных присоединяемых де-

талей. Узел представляет собой сборочную единицу, в состав которой

входит базирующая деталь, на которую устанавливают один или не-

сколько подузлов, а также один или несколько комплектов и одиноч-

ных присоединяемых деталей.

В зависимости от сложности изделия узлы дополнительно могут

быть разделены на узлы первого, второго или третьего порядка

сложности. Наиболее сложной последней сборочной единицей явля-

ется изделие (машина)¸ которое включает в себя все предшествующие

более простые сборочные единицы, включая и узлы высшего порядка.

Разнообразие конструкций машин исключает возможность вы-

дачи однозначных рекомендаций по последовательности их сборки.

Однако можно сформулировать основные общие положения, которые

176

следует соблюдать при разработке последовательности сборки раз-

личных машин.

1. Вначале необходимо определить последовательность общей

сборки машины, а затем последовательность сборки каждого из вхо-

дящих в нее узлов, подузлов, комплектов и отдельных деталей.

2. Сборку сборочной единицы – комплекта, подузла, узла, изде-

лия – следует начинать с установки ее базирующей детали. Общую

сборку машины начинают с установки станины, рамы или другого ее

основания.

3. В первую очередь собирают наиболее ответственные сбороч-

ные единицы, размеры деталей которых являются общими звеньями

нескольких функционально важных размерных цепей собираемого

изделия. Затем собирают другие менее ответственные сборочные

единицы и детали.

4. Детали, размеры и относительные повороты которых участ-

вуют в формировании параллельно связанных размерных цепей как

общие звенья, следует монтировать в первую очередь.

5. Последовательность установки деталей при сборке должна

быть такой, чтобы ранее смонтированные детали не мешали установ-

ке всех последующих деталей.

6. Детали, выполняющие роль компенсатора, обычно устанавли-

вают в последнюю очередь, после монтажа всех деталей данной раз-

мерной цепи.

7. В процессе сборки машины в отдельных случаях вынуждены

предусматривать частичную разборку некоторых деталей. Однако

необходимо стремиться к тому, чтобы технологические переходы,

связанные с частичной разборкой, были минимальными.

8. Пригоночные работы, связанные со снятием металла и обра-

зованием стружки, необходимо выполнять вне собираемого объекта.

9. Разрабатываемая последовательность общей сборки машины

и ее сборочных единиц должна соответствовать выбранному виду и

форме организации производственного процесса изготовления изде-

лия.

Разработанную последовательность сборки машины отобража-

ют в виде схемы сборки, которая служит наглядным документом, ис-

пользуемым для написания техпроцесса сборки и ознакомления с об-

щей последовательностью сборки нового изделия.

177

На рис. 23.1 представлена конструкция шестеренного насоса, а

на рис. 23.2 – схема его сборки [41]. Все сборочные единицы согласно

их сложности располагают на четырех уровнях (см. рис. 23.2). На

первом уровне, по горизонтали, в соответствии с последовательно-

стью сборки располагают детали, каждая из которых обозначается

своим номером, указанным на чертеже. Каждой комплектующей де-

тали соответствует квадрат, в котором помимо порядкового номера

детали может быть указано количество поступающих на сборку дета-

лей и их название. На втором уровне располагают комплекты, каждо-

му из которых присваивают порядковый номер, соответствующий по-

следовательности его сборки. На третьем и четвертом уровнях распо-

лагают подузлы и узлы под номерами, определяющими последова-

тельность их сборки. На последнем уровне отображается собираемое

изделие.

Рис. 23.1. Схема конструкции шестеренного насоса трактора:

1 – корпус; 2 – ведомое зубчатое колесо; 3 – штифт;

4 – валик; 5 – втулка; 6 – зубчатое колесо; 7 – шестерня;

8 – ось; 9 – втулка; 10 – винт; 11 – шайба, 12 – крышка;

13 – болт; 14 – стопорная пластина; 15 – труба приёмника;

16 – прокладка; 17 – штифт; 18 – винт; 19 – винт; 20 – шайба

178

Рис. 23.2. Схема сборки шестеренного насоса

На основе схемы сборки разрабатывают основные технологиче-

ские документы – маршрутную и операционную карты. Операцион-

ная карта на производстве имеет определенный формат, выбираемый

в соответствии с единой системой технологической подготовки про-

изводства (ЕСТПП). В операционной карте отражают содержание и

последовательность выполнения технологического процесса сборки,

определяют применяемое оборудование, приспособления, инструмент

и технологические режимы. В карте указывают также разряд работ и

норму штучного времени на выполнение соответствующего перехода.

Технология сборки пишется в повелительном наклонении, лаконично.

Например, «установить корпус», «протереть базовые отверстия», «за-

вернуть две заглушки» и т. п. Суммирование продолжительности

предусмотренных переходов позволяет определить общую трудоем-

кость сборки изделия.

По результатам нормирования строится циклограмма сборки уз-

ла, которая наглядно отображает последовательность переходов и за-

траты штучного времени. Анализ циклограммы позволяет объединить

переходы в операции, определив состав работ, выполняемых на рабо-

чих местах, и выявить возможности сокращения цикла сборки.

Организационные формы и виды производственного

процесса сборки изделий

Определяющими факторами при выборе формы организации и

вида процесса сборки машины являются число машин, подлежащих

изготовлению в единицу времени и по неизменяемым чертежам, а

также особенности конструкции машины, ее масса-габаритные харак-

теристики [22]. Возможные формы организации и виды производ-

ственного процесса сборки машины представлены на рис. 23.3.

179

Рис. 23.3. Виды и формы организации производственного процесса сборки

Целесообразность выбора той или иной организационной фор-

мы вида и производственного процесса сборки должна быть обосно-

вана технико-экономическим расчетами, в которых одновременно учи-

тывают конструкторско-технологические и экономические факторы.

Непоточную стационарную сборку применяют при изготовле-

нии машин в малых количествах, в мелкосерийном и единичном про-

изводстве. Все комплектующие сборочные единицы и детали подают-

ся на одно рабочее место или сборочный стенд, на котором от начала

и до конца осуществляется сборка изделия. С увеличением количе-

ства собираемых изделий представляется целесообразным перейти к

более эффективной подвижной непоточной сборке. В качестве транс-

портных средств используют склизы, рольганги, ленточные транспор-

теры, а также различного рода тележки (спутники), перемещающиеся

по рельсам, закрепленным на полу или подвешенным к потолку цеха.

Сборочные операций выполняются при этом параллельно-

последовательно отдельными рабочими или бригадой на определен-

ных рабочих местах, которые располагают вдоль транспортного

устройства или непосредственно на его линии. Рабочие места обору-

дуют необходимыми верстаками, монтажно-сборочными и контроль-

но-измерительными инструментами, а также стеллажами для монти-

руемых сборочных единиц и деталей. Каждый рабочий специализи-

руется на выполнении определенной операции.

180

С целью компенсации колебания времени выполнения сбороч-

ных операций между рабочими местами создают небольшие межопе-

рационные заделы собираемых объектов.

Крупногабаритные машины, а также машины большой массы

монтируют с использованием стационарной сборки, при которой все

собираемые объекты остаются на рабочих местах или стендах на про-

тяжении всего процесса их сборки. Для организации стационарной

поточной сборки создают рабочие бригады (скользящие бригады),

каждая из которых последовательно выполняет одну и ту же¸ закреп-

ленную за бригадой операцию на каждом собираемом объекте. Через

периоды времени, равные такту выпуска, все рабочие (или бригады)

по сигналу переходят от одних собираемых объектов к следующим.

Для выпуска машин и их сборочных единиц в больших количе-

ствах представляется экономичным использование поточной по-

движной сборки с непрерывным или периодическим перемещением

собираемых объектов. Рабочие места, располагаемые вдоль конвейе-

ра, оснащают необходимым по ходу сборки высокопроизводительным

оборудованием – специальными приспособлениями, гайковертами и

пр. Рабочие-сборщики специализируются при этом на выполнении

определенных операций.

При непрерывном перемещении собираемого объекта v (м/мин)

рассчитывают по формуле

T

lLv , (23.1)

где L – длина собираемого объекта в направлении движения конвейе-

ра, м; l – расстояние между собираемыми объектами, предусматрива-

емое для удобства сборки, м; Т – трудоемкость; – число параллель-

ных потоков (параллельных линий конвейера).

Количество необходимых рабочих мест q, или позиций, которые

последовательно проходит по конвейеру собираемое изделие, рассчи-

тывают по формуле

)( п

co

tT

TTq , (23.2)

где oT – общая трудоемкость сборки изделия; cT – трудоемкость сов-

181

мещенных переходов; пt – время перемещения изделия от одного ра-

бочего места к другому; – количество параллельных потоков.

Количество параллельных потоков сборки определяют с уче-

том производственной программы выпуска по формуле

Т

tТ п

нбоп . (23.3)

Длину рабочей части конвейера рL рассчитывают по формуле

)1)((р qlLL . (23.4)

Таким образом, при поточной сборке с непрерывным или пери-

одическим движением собираемого объекта осуществляется постоян-

ный выпуск изделий с требуемым тактом, что является основным

преимуществом поточного производства. Поточная сборка с переме-

щением собираемых объектов обеспечивает наименьшую продолжи-

тельность цикла сборки, наиболее высокую производительность, рав-

номерный выпуск продукции и наиболее высокие технико-

экономическими показатели по сравнению с другими видами и фор-

мами организации сборочного производства.

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Назовите сборочные единицы, образующие различные по кон-

струкции машины.

2. Как осуществляется построение схемы сборки изделия?

3. С каких деталей следует начинать сборку каждой сборочной еди-

ницы?

4. Что необходимо отразить в технологии сборки изделия?

5. Как рассчитывается общая трудоемкость сборки изделия?

6. Назовите виды и формы организации производственного процесса

сборки.

7. Как организуется стационарная поточная сборка?

8. Как рассчитать количество рабочих позиций на сборочном кон-

вейере?

9. Как рассчитать длину рабочей части конвейера?

10. В каких случаях организуется поточная подвижная сборка и какие

преимущества она имеет?

182

Лекция 24. ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ СБОРКИ МАШИНЫ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ЕЁ ДЕТАЛЕЙ

План лекции

1. Исходные данные для разработки техпроцесса изготовления

машины.

2. Основы разработки технологического процесса сборки машины.

3. Основы разработки технологического процесса изготовления

деталей машин.

Исходные данные для разработки техпроцесса

изготовления машины

Для разработки технологического процесса изготовления маши-

ны необходимо иметь следующие исходные материалы: 1) краткое и

точное описание служебного назначения машины; 2) технические

требования и нормы, определяемые ее служебным назначением;

3) рабочие чертежи машины; 4) данные о объеме выпуска машины и

количестве машин, намеченных к выпуску по неизменяемым черте-

жам (величина серии); 5) условия организации и подготовки произ-

водства (выпуск машин на существующем заводе с использованием

имеющегося там оборудования или на вновь создаваемом заводе с

перспективой получения нового оборудования); 6) данные о местона-

хождении завода, условиях снабжения и о возможности кооперирова-

ния с другими предприятиями; 7) наличие и перспективы получения

кадров; 8) плановые сроки подготовки и освоения производства по

выпуску машины.

Основы разработки технологического процесса сборки машины

Разработку технологического процесса сборки машины следует

выполнять в определенной последовательности по следующим этапам:

1. Ознакомление со служебным назначением машины.

2. Критический анализ технических требований на ее изготовление.

3. Ознакомление с объемом выпуска и величиной серии.

4. Ознакомление с рабочими чертежами и проведение размерного

анализа.

5. Составление схемы сборки.

183

6. Написание технологии сборки, определение её трудоемкости.

7. Выбор вида и организационной формы технологического про-

цесса сборки, определение необходимого числа рабочих-сборщиков.

8. Составление технических заданий на проектирование сборочно-

го оборудования и технологической оснастки.

Важным начальным этапом разработки технологического про-

цесса сборки машины является изучение ее служебного назначения.

Полная точная формулировка служебного назначения машины, со-

держащая численные значения ее основных функциональных пара-

метров, позволяет принимать правильные решения, начиная с первых

ответственных этапов технологического проектирования.

Критический анализ технических требований необходимо вы-

полнять на предмет их соответствия и достаточности служебному

назначению изделия. Выполнение этих требований обеспечивает

формирование требуемого качества изделия [5, 11]. Однако необосно-

ванно жесткие требования приводят к удорожанию изделия, а не-

определенные требования, в которых отсутствуют значения допуска-

емых предельных отклонений, могут привести к снижению качества и

вызывают сложности при сдаче изделия заказчику. При выявлении

указанных несоответствий проводятся согласования с разработчиками

конструкции, в результате в конструкторскую документацию вносит-

ся необходимая коррекция.

Ознакомление с объемом выпуска и величиной серии позволяет

предвидеть вид и форму организации проектируемого сборочного

производства.

Ознакомление с рабочими чертежами и проведение размерного

анализа проводят с целью выявления методов достижения точности,

которые могут быть использованы при сборке машины. Для этого

техническое требование, связанное с необходимостью достижения за-

данной точности линейного или углового размера, формализуют как

замыкающее звено конструкторской размерной цепи. Эту цепь выяв-

ляют, а затем рассчитывают в номиналах и в допусках с учетом выби-

раемого метода достижения точности замыкающего звена. Рассчи-

танные допуски и предельные отклонения на линейные и угловые

размеры деталей сравнивают с теми, которые стоят на чертежах, и в

случае их расхождения по согласованию с конструктором вносят в

чертежи необходимую коррекцию.

184

После составления схемы сборки разрабатывают технологию

сборки, выявляют требуемые сборочные приспособления и оборудо-

вание, объединяют технологические переходы в операции, а затем

выполняют нормирование и определяют общую трудоемкость сборки

изделия.

Выбор вида и организационной формы техпроцесса сборки осу-

ществляют в соответствии с данными по объему выпуска и величиной

серии. При организации поточного производства рассчитывают такт

выпуска и необходимое число рабочих-сборщиков, а затем осуществ-

ляют синхронизацию во времени выполняемых технологических опе-

раций. Разработка технологического процесса сборки изделия закан-

чивается составлением технических заданий на проектирование необ-

ходимого сборочного оборудования и технологической оснастки.

Основы разработки технологического процесса

изготовления деталей машин

Для разработки технологического процесса изготовления детали

необходимо иметь следующие исходные данные [42]:

1. Рабочий чертеж детали и сборочный чертеж узла, в котором

она работает.

2. Технические условия на деталь, требования к ее точности и

другие данные, определяющие служебное назначение детали и усло-

вия ее работы в узле.

3. Данные по программе выпуска, которые должны включать

годовую программу N шт/год (объем выпуска деталей в единицу вре-

мени) и величину серии – общее количество деталей, изготавливае-

мых по неизменным чертежам.

4. Условия реализации проектируемого технологического про-

цесса на действующем заводе или на вновь проектируемом предприя-

тии. В первом случае необходимо знать состав имеющегося на пред-

приятии оборудования и возможности его модернизации, а во втором –

следует знать возможности приобретения нового оборудования и пер-

спективы получения кадров.

Для разработки технологического процесса необходимо иметь

также стандарты на заготовки, типовые и групповые технологические

процессы для рассматриваемых деталей, технологические характери-

стики применяемого оборудования и режущего инструмента, а также

185

нормативы, справочную литературу и другие руководящие материа-

лы. Разработку технологического процесса изготовления детали ре-

комендуется выполнять в следующей последовательности:

1. Выявить служебное назначение изготавливаемой детали пу-

тем изучения сборочных чертежей узла и рабочего чертежа детали.

2. Проанализировать технические условия на деталь. Выяснить

достаточность и соответствие приведенных в чертежах технических

требований служебному назначению детали.

3. Выявить количество деталей, подлежащих изготовлению в

единицу времени и по неизменным чертежам. Наметить вид и форму

организации будущего производственного процесса.

4. Провести анализ технологичности конструкции изготавлива-

емой детали с учетом данных по программе выпуска и условий реали-

зации разрабатываемого технологического процесса.

5. Обосновать выбор заготовки и технологический процесс ее

получения.

6. Обосновать выбор технологических баз и установить после-

довательность обработки поверхностей заготовки.

7. Выбрать методы обработки поверхностей заготовки и путем

расчета уточнений определить состав и количество технологических

переходов, необходимых для обработки каждой поверхности.

8. Выбрать необходимое технологическое оборудование и ре-

жущий инструмент, обеспечивающие достижение требуемой точно-

сти детали при наименьшем количестве переходов.

9. Объединить намеченные переходы в технологические опера-

ции, выполняемые на одном рабочем месте (на одном оборудовании).

Выявить структуру каждой технологической операции.

10. Рассчитать припуски, межпереходные и операционные разме-

ры, установить на них соответствующие допуски. Окончательно

определить размеры заготовки и оформить ее чертеж.

11. Рассчитать режимы обработки, обеспечивающие достижение

требуемого качества детали и производительности обработки на каж-

дой выполняемой технологической операции.

12. Выявить необходимую технологическую оснастку, режущий и

измерительный инструменты для каждой технологической операции.

13. Оформить необходимую документацию на разработанный

технологический процесс. Составить маршрутную и операционные

технологические карты. Выполнить нормирование технологических

операций и определить общую трудоемкость изготовления детали.

186

14. Разработать другие варианты технологического процесса из-

готовления детали, рассчитать себестоимость изготовления детали и

выбрать наиболее экономичный вариант.

15. Разработать технические задания для конструкторов на про-

ектирование необходимого технологического оборудования, приспо-

собления и инструмента.

Выявление служебного назначения детали является начальным

этапом разработки техпроцесса ее изготовления. Необходимо внима-

тельно изучить сборочный чертеж узла, в который входит деталь, и

выявить функции, которые она выполняет при работе узла. На основе

изучения сборочного чертежа изделия и чертежа детали необходимо

выявить:

- исполнительные поверхности детали, которыми она выполняет

свое служебное назначение;

- схему базирования детали в узле и комплект трех базовых по-

верхностей, образующих основные конструкторские базы детали;

- вспомогательные базы детали, которыми она также выполняет

свое служебное назначение.

Анализ технических требований на деталь выполняют с целью

определения достаточности и соответствия приводимых на чертеже

технических требований служебному назначению детали. Этот анализ

должен носить критический характер и включать в себя:

- выявление параметров точности детали, ее размеров и относи-

тельных поворотов, которыми она участвует в формировании кон-

структорских размерных связей узла или машины;

- установление требований к точности рассматриваемых пара-

метров детали, которые вытекают из расчета соответствующих кон-

структорских размерных цепей;

- оценку правильности и полноты простановки размеров на де-

тали и других технических требований, вытекающих из ее служебно-

го назначения;

- обоснование численных значений допусков и предельных от-

клонений на рассматриваемые параметры точности детали.

Таким образом, в результате критического анализа технических

требований на деталь необходимо выявить недостающие, необосно-

ванные и неправильно проставленные размеры. Следует убедиться в

правильности назначенных допусков и предельных отклонений. Не-

187

обоснованно жесткие технические требования приводят к увеличе-

нию стоимости изготовления детали. В свою очередь, отсутствие тре-

буемых допусков на линейные и угловые размеры, которыми деталь

участвует в формировании размерных связей узла, не позволяет реа-

лизовать принятый метод достижения точности при сборке узла.

Ознакомление с годовой программой выпуска деталей и общим

количеством деталей, изготавливаемых по неизменный чертежам,

позволяет определить вид будущего производственного процесса и

наметить его организационные формы. Данные по объему выпуска

позволяют рассчитать такт выпуска, определить общую продолжи-

тельность реализации технологического процесса и выявить необхо-

димый уровень его механизации и автоматизации.

Анализ технологичности изготавливаемой детали выполняют с

учетом полученных данных по программе выпуска детали, на основе

ознакомления с имеющимся на предприятии оборудованием и факти-

ческими условиями реализации разрабатываемого технологического

процесса.

Обоснование вида заготовки и метода ее получения выполняют

исходя из служебного назначение детали, с учетом объема выпуска,

применяемого материала и особенностей конструкции детали. При

этом учитывают также вид и форму организации будущего производ-

ственного процесса и возможности кооперации между предприятиями

[21, 37].

Выбор технологических баз и последовательности обработки

поверхностей основывается на выявлении функционального назначе-

ния поверхностей детали и установлении размерных связей, опреде-

ляющих положение одних поверхностей относительно других.

Вначале следует выбирать технологические базы для обработки боль-

шинства поверхностей детали, которые получили название общие тех-

нологических базы. Во вторую очередь следует выбирать базы для вы-

полнения первой или первых двух-трех операций, на которых создают

общие технологические базы для последующей обработки.

Выбор технологических баз для обработки большинства по-

верхностей детали следует выполнять путем построения схемы связи

поверхностей детали (см. лекцию 9). Это позволяет выявить поверх-

ности, от которых проставлено большинство наиболее ответственных

размеров, вытекающих из служебного назначения детали. У боль-

188

шинства деталей такими поверхностями являются их основные кон-

структорские базы. Поэтому в соответствии с принципом единства

баз в качестве общих технологических баз, используемых для обра-

ботки большинства поверхностей, следует выбирать основные кон-

структорские базы детали.

У корпусных деталей такими базами являются плоскость осно-

вания и два базовых отверстия под цельный и ромбический палец или

плоскость основания и две другие плоскости, образующие коорди-

натный угол. У зубчатых колес и деталей типа рычагов, вилок в каче-

стве общих технологических баз используют базовое отверстие и то-

рец. Большинство поверхностей валов обрабатывают при базирова-

нии по одному из торцов и двум центровым гнездам, которые создают

на первой операции.

При выборе технологических баз в первую очередь следует

стремиться обеспечить достижение точности относительного поворо-

та поверхностей, а затем точность расстояния. Это объясняется тем,

что точность поворота обеспечивается методами взаимозаменяемо-

сти, так как на станках обычно отсутствуют устройства коррекции уг-

ловых отклонений, а точность расстояния достигается методом регу-

лировки с применением встроенных устройств отсчета и коррекции

размеров.

На первой операции создают общие технологические базы для

обработки большинства поверхностей детали. Поэтому при выборе

технологических баз на первой операции следует исходить из необхо-

димости решения двух задач: обеспечение требуемой точности поло-

жения обрабатываемых поверхностей детали относительно черных

(свободных) необрабатываемых поверхностей и обеспечение равно-

мерного припуска на обрабатываемых поверхностях, что особенно

важно для главных отверстий и поверхностей направляющих станин,

кареток.

Для определения наилучших вариантов решения поставленных

задач рассматривают несколько возможных вариантов базирования

заготовки на первой операции, а затем путем выявления и расчета соот-

ветствующих технологических размерных связей выбирают наилучший

вариант базирования.

Установление последовательности обработки поверхностей непо-

средственно связано с выбором технологических баз. При определе-

189

нии последовательности обработки поверхностей необходимо учиты-

вать также следующие рекомендации. В первую очередь рекоменду-

ется обрабатывать поверхности, относительно которых большинство

других поверхностей должно занять требуемое положение, обуслов-

ленное их функциональным назначением. Например, у корпусных де-

талей вначале следует обрабатывать плоские поверхности, а затем

главные и мелкие отверстия. Сверление отверстия по черной необра-

ботанной поверхности может вызвать увод сверла и его поломку

[6, 23].

У зубчатых колес и рычагов вначале следует обрабатывать базо-

вые отверстия и торец. Затем, используя эти поверхности в качестве

технологических баз, следует обрабатывать большинство оставшихся

поверхностей детали, соблюдая, таким образом, принцип единства баз.

Выбор метода обработки поверхностей заготовки следует вы-

полнять путем расчета уточнений [43, 45]. Зная требования точности

на размеры изготавливаемой детали и параметры точности заготовки,

определяют необходимое уточнение по каждой обрабатываемой по-

верхности. Затем определяют методы обработки и состав технологи-

ческих переходов, позволяющих обеспечить требуемое уточнение

[36, 47]. При этом выбор методов обработки и подбор технологиче-

ских переходов осуществляют в обратной последовательности их вы-

полнения. Вначале определяют методы обработки и финишные тех-

нологические переходы, обеспечивающие получение конечных пара-

метров точности детали. Затем определяют предшествующие перехо-

ды, выполнение которых позволяет обработать заготовку и получить

требуемые параметры точности готовой детали.

Выбор необходимого технологического оборудования и режу-

щего инструмента осуществляют в соответствии с выбранными мето-

дами обработки поверхностей заготовки [15, 16]. При этом оборудо-

вание выбирают для выполнения раздельной предварительной (чер-

новой) обработки и выполнения чистовой (финишной) обработки.

Анализ намеченных технологических переходов позволяет объеди-

нить их в операции, которые выполняют на выбранных станках для

предварительной и чистовой обработки.

Расчет припусков, межпереходных и операционных размеров

следует выполнять согласно методике, изложенной в лекции 19. При-

пуски следует рассчитывать начиная с последнего (финишного) пере-

190

хода от детали к началу технологического процесса (к предшествую-

щим переходам) и далее к заготовке. Для каждого перехода вначале

рассчитывают наименьший припуск Zmin, затем наибольший Zmax, по-

сле чего рассчитывают номинальный припуск ,ZH i номинальные

значения межпереходных размеров и размер заготовки.

Допуски на межпереходные и операционные размеры устанав-

ливают в соответствии с технологическими возможностями выбран-

ного станочного оборудования. Суммирование припусков, рассчитан-

ных на переходы, выполняемые при обработке соответствующих по-

верхностей, позволяет определить общие припуски на обработку и

окончательно уточнить размеры выбранной заготовки.

Расчет режимов резания, обеспечивающих достижение требуе-

мого качества детали и производительности обработки на каждой

технологической операции, выполняют по соответствующим форму-

лам с учетом требований точности обработки, материала детали,

назначенных припусков, выбранного инструмента, оборудования и

условий обработки.

Рассчитанные режимы резания (частоту вращения шпинделя n,

подачу s, глубину t) корректируют с учетом технологических воз-

можностей выбранного станка (мощности привода, кинематического

диапазона подач и оборотов шпинделя), указанных в его паспорте.

Оформление необходимой документации на разработанный тех-

нологический процесс предусматривает составление маршрутной и

операционных технологических карт, формат которых определен со-

ответствующими стандартами ЕСТПП (Единой системы технологиче-

ской подготовки производства). Правила оформления документов на

механическую обработку определены по ГОСТ 3.1404-74 ЕСТД. На

рис. 24.1 приведен формат и пример заполнения маршрутной техно-

логической карты, в которой указывают номер, наименование и по-

следовательность выполнения технологических операций. В карте

указывают цех и участок, в которых выполняется операция, а также

применяемое оборудование, приспособление, режущий и измери-

тельный инструменты.

Операционную карту заполняют на одну операцию (рис. 24.2).

Все предусмотренные переходы нумеруют последовательно арабски-

ми цифрами 1, 2, 3 и так далее по всем установам. В свою очередь,

установы обозначают буквами русского алфавита: «Установ А»,

191

«Установ Б» и т. д. Для каждого перехода указывают наименования

применяемых режущего, вспомогательного и измерительного ин-

струментов. В карте указывают также основные размеры обрабатыва-

емой поверхности, например, диаметр отверстия и его длину, глубину

резания t и число проходов (рабочих ходов). На основе рассчитанных

режимов обработки s, n, v, приводимых для каждого перехода, опре-

деляют основное технологической время То. Вспомогательное Тв и

подготовительно-заключительное время, а также время на обслужи-

вание станка устанавливают по нормативам; разряд рабочего опреде-

ляют по тарифно-квалификационному справочнику. По результатам

нормирования переходов определяют трудоемкость технологической

операций (Тшт), а затем и общую трудоемкость изготовления детали.

Выбор документов соответствующих видов и требования к их

заполнению регламентированы ГОСТ 3.1407–86. Разработка других

вариантов технологического процесса и расчет себестоимости изго-

товления детали позволяют выбрать наиболее экономичный вариант

для реализации его на производстве.

Рис. 24.1. Формат маршрутной технологической карты и пример ее заполнения

Р

ис.

24

.2. Ф

ор

мат

тех

но

ло

гич

еско

й к

арты

и п

ри

мер

ее

зап

олн

ени

я

192

193

Контрольные вопросы к лекции для самоподготовки студентов

1. Какие исходные материалы необходимы для разработки технологи-

ческого процесса изготовления машины?

2. Перечислите последовательность этапов разработки технологиче-

ского процесса сборки.

3. Для чего необходим критический анализ технических требований

на изготовление детали?

4. Назовите цель ознакомления с рабочими чертежами и проведением

размерного анализа.

5. Назовите исходные данные для разработки технологического про-

цесса изготовление детали.

6. В какой последовательности выполняется разработка технологиче-

ского процесса изготовление детали?

194

Заключение

Технический прогресс в машиностроении определяется не толь-

ко созданием новых конструкций машин, но и непосредственным со-

вершенствованием их изготовления и сборки, обеспечивающих по-

вышение качества выпускаемых машин и снижение их себестоимо-

сти, на основе широкого использования современных достижений

науки и техники.

Жесткая конкуренция машиностроительных предприятий в

условиях рыночной экономики ведет к востребованности технологи-

ческой науки, предъявляет высокие требования к уровню подготовки

инженеров-технологов. Поэтому инженеру, работающему в области

машиностроительного производства, требуются глубокие знания тех-

нологии, станочного оборудования, компьютерной и информационно-

измерительной техники.

Авторы курса лекций «Основы технологии машиностроения»

преследовали цель на конкретных примерах показать современные

подходы, используемые при решении инженерных задач проектиро-

вания технологических процессов изготовления различных деталей и

сборки типовых узлов машин.

Приведенные примеры выявления и расчета конструкторских

размерных цепей различных узлов позволяют студенту освоить мето-

дику анализа технических требований на узел, включая методику рас-

чета и выбор требуемого метода достижения точности при сборке уз-

ла.

Изложенные в курсе лекций технологии изготовления корпусов,

валов, ходовых винтов, шпинделей и деталей зубчатых передач поз-

воляют читателю освоить методику проектирования технологических

процессов механообработки типовых деталей машин, включая выбор

заготовок и состава технологических операций, схем базирования,

необходимого станочного оборудования, режущего инструмента,

приспособлений и измерительной оснастки.

195

Библиографические ссылки

1. Адаптивное управление технологическими процессами : мо-

нография / Ю. М. Соломенцев [и др.]. М. : Машиностроение, 1980.

536 с.

2. Автоматизация технологических процессов и производств :

учебник / А. Г. Схиртладзе, А. В. Федотов, В. Г. Хомченко. М. : Аб-

рис, 2012. 565 с.

3. Проектирование технологической оснастки машинострои-

тельного производства : учеб. пособие / Г. Н. Андреев, В. Ю. Нови-

ков, А. Г. Схиртладзе ; под общ. ред. Ю. М. Соломенцева. М. : Высш.

шк., 2001. 414 с.

4. ГОСТ 21495–76. Базирование и базы в машиностроении. Тер-

мины и определения. М. : Изд-во стандартов, 1982. 35 с.

5. Балакшин Б. С. Теория и практика технологии машинострое-

ния : в 2 кн. М. : Машиностроение, 1982. Кн. 1. 283 с. ; Кн. 2. 268 с.

6. Верещака А. С., Кушнер В. С. Резание материалов и режущий

инструмент : учебник. М. : Машиностроение, 1976. 440 с.

7. Виды обработки и наладки металлообрабатывающих станков

машиностроительных производств : учеб. пособие / С. Н. Григорьев

[и др.]. Йошкар-Ола : Изд-во Поволж. гос. техн. ун-та, 2011. 308 с.

8. Допуски и посадки : справочник : в 2 ч. / В. Д. Мягков

[и др.]. Л. : Машиностроение, 1982. Ч. 1. 543 с. ; Ч. 2. 448 с.

9. Калашников С. Н., Калашников А. С. Изготовление зубчатых

колес : учеб. пособие. М. : Высш. шк., 1980. 303 с.

10. Лахтин Ю. М. Металловедение и термическая обработка ме-

таллов. М. : Металлургия, 1985. 510 с.

11. Технология автомобилестроения : учеб. для вузов / А. Л. Ка-

рунин [и др.] ; под ред. О. А. Дащенко. М. : Академ. проект, 2005.

622 с.

12. Проектирование технологических схем и оснастки : учеб. по-

собие для вузов / Л. В. Лебедев [и др.]. М. : Академия, 2009. 336 с.

13. Машиностроение : энциклопедия. В 40 т. Т. 3 / ред.-сост.

А. Г. Суслов. М. : Машиностроение, 2000. 839 с.

196

14. Металлорежущие станки : учеб. для вузов : в 2 т. / А. М. Гав-

рилин [и др.]. М. : Академия, 2012. Т. 1. 304 с. ; Т. 2. 336 с.

15. Металлорежущие станки : учеб. для вузов : в 2 т. / Т. М. Авра-

амова [и др.] ; под ред. В. В. Бушуева. М. : Машиностроение, 2011.

Т. 1. 608 с. ; Т. 2. 584 с.

16. Митрофанов С. П. Групповая технология машиностроитель-

ного производства : в 2 т. Л. : Машиностроение, 1983. Т. 1. 407 с. ;

Т. 2. 376 с.

17. Мнацаканян В. У. Технологические основы обеспечения точ-

ности и восстановления работоспособности деталей и узлов текстиль-

ных машин : монография. М. : Янус-К, 2006. 143 с.

18. Нарезание зубчатых колес : учеб. пособие для вузов /

В. У. Мнацаканян, А. П. Гаевой, П. Ф. Бойко. Старый Оскол : ТНТ,

2006. 94 с.

19. Основы технологии машиностроительного производства :

учеб. для вузов : в 2 т / В. У. Мнацаканян [и др.] ; под ред. В. А. Ти-

мирязева. Владимир : Изд-во ВлГУ, 2011. Т. 1. 273 с. ; Т. 2. 363 с.

20. Мнацаканян В. У., Молоденская К. В. Основы порошковой

технологии изготовления деталей текстильных машин : учеб. пособие.

М. : Изд-во МГТУ им. А. Н. Косыгина, 2012. 72 с.

21. Новиков М. П. Основы технологии сборки машин и механиз-

мов. М. : Машиностроение, 1980. 592 с.

22. Формообразование и режущие инструменты : учеб. пособие /

А. Н. Овсеенко [и др.] ; под ред. А. Н. Овсеенко. М. : Форум, 2010.

416 с.

23. Программирование обработки деталей горных машин на

станках с ЧПУ : учеб. пособие / М. С. Островский, В. У. Мнацаканян,

В. А. Тимирязев. М. : Горная книга, 2009. 227 с.

24. Проектирование технологии : учеб. для машиностр. специаль-

ностей вузов / И. М. Баранчукова [и др.] ; под общ. ред. Ю. М. Соло-

менцева. М. : Машиностроение, 1990. 415 с.

25. Проектирование технологии автоматизированного машино-

строения : учеб. для вузов / И. М. Баранчукова [и др.] ; под общ. ред.

Ю. М. Соломенцева. М. : Высш. шк., 1999. 416 с.

197

26. Производство зубчатых колес : справочник / С. Н. Калашни-

ков [и др.] ; под ред. Б. А. Тайца. М. : Машиностроение, 1975. 728 с.

27. Метрология, стандартизация и сертификация : учеб. для вузов /

Я. М. Радкевич, А. Г. Схиртладзе, Б. И. Лактионов. М. : Высш. шк.,

2007. 791 с.

28. Радкевич Я. М., Схиртладзе А. Г. Метрология, стандартиза-

ция и сертификация : учеб. для бакалавров. М. : Юрайт, 2012. 813 с.

29. Расчет припусков и межпереходных размеров в машинострое-

нии / Я. М. Радкевич [и др.] ; под ред. В. А. Тимирязева. М. : Высш.

шк., 2007. 272 с.

30. Сосонкин В. Л. Программное управление технологическим

оборудованием : учеб. для вузов. М. : Машиностроение, 1991. 509 с.

31. Справочник конструктора-инструментальщика / под общ. ред.

В. А. Гречишникова, Г. Н. Кирсанова. М. : Машиностроение, 2006.

542 с.

32. Справочник технолога-машиностроителя : в 2 т. / под ред.

А. М. Дальского [и др.]. М. : Машиностроение, 2001. Т. 1. 912 с. ; Т. 2.

944 с.

33. Суслов А. Г. Технология машиностроения : учеб. для студен-

тов машиностроит. специальностей вузов. М. : Машиностроение,

2007. 430 с.

34. Схиртладзе А. Г., Борискин В. П. Технология станкостроения :

учеб. пособие. Старый Оскол : ТНТ, 2012. 304 с.

35. Схиртладзе А. Г. Технологические процессы в машинострое-

нии : учеб. для вузов. М. : Высш. шк., 2007. 926 с.

36. Проектирование и производство заготовок : учеб. пособие /

А. Г. Схиртладзе, В. П. Борискин, А. В. Макаров. Старый Оскол :

ТНТ, 2010. 448 с.

37. Схиртладзе А. Г., Тимирязев В. А. Технологичность кон-

струкции технических изделий // Известия Волгоградского техниче-

ского университета 2013. № 13 (100). С. 83 – 92.

38. Технологичность конструкций изделий : справочник / под ред.

Ю. Д. Амирова. М. : Машиностроение, 1985. 368 с.

198

39. Технологические основы ремонта и восстановления производ-

ственных машин и оборудования : учебник / А. Г. Схиртладзе [и др.].

Йошкар-Ола : Изд-во Поволж. гос. техн. ун-та, 2012. 492 с.

40. Технология машиностроения (специальная часть) : учеб. для

машиностроит. специальностей вузов / А. А. Гусев [и др.]. М. : Ма-

шиностроение, 1986. 480 с.

41. Технология машиностроения : учеб. для вузов / Л. В. Лебедев

[и др.]. М. : Академия, 2008. 487 с.

42. Основы технологии машиностроения : учеб. для вузов /

В. А. Тимирязев, А. А. Кутин, А. Г. Схиртладзе. М. : Изд-во МГТУ

«Станкин», 2011. 395 с.

43. Основы технологии машиностроительного производства :

учеб. для вузов / В. А. Тимирязев, В. П. Вороненко, А. Г. Схиртладзе ;

под ред. В. А. Тимирязева. СПб. : Лань, 2012. 448 с.

44. Технология машиностроения : учеб. для вузов / В. А. Тимиря-

зев, А. А. Кутин, А. Г. Схиртладзе ; под ред. В. А. Тимирязева. М. :

Изд-во МГТУ «Станкин», 2013. 547 с.

45. Управление точностью и производительностью процессом

механообработки на многоцелевых станках с ЧПУ : монография /

В. А. Тимирязев [и др.]. М. : Изд-во МГТУ «Станкин», 2013. 50 с.

46. Резание материалов : учеб. для вузов / Е. Н. Трембач [и др.].

Старый Оскол : ТНТ, 2010. 512 с.

47. Холодкова А. Г. Технологическая оснастка : учеб. для вузов.

М. : Академия, 2011. 368 с.

48. Черпаков Б. И., Вереина Л. И. Автоматизация и механизация

производства : учеб. пособие. М. : Академия, 2004. 375 с.

49. Шемелин В. К., Хазанова О. В. Управление системами и про-

цессами : учеб. для вузов. Старый Оскол : ТНТ, 2007. 320 с.

50. Шишмарев В. Ю. Автоматизация производственных процес-

сов в машиностроении : учеб. для вузов. М. : Академия, 2007. 364 с.

51. Юркевич В. В., Схиртладзе А. Г. Надежность и диагностика

технологических систем : учебник. М. : Академия, 2011. 304 с.

199

Библиографический список

1. Основы технологии машиностроительного производства :

учеб. для вузов : в 2 т. / В. У. Мнацаканян [и др.] ; под ред. В. А. Ти-

мирязева ; Владим. гос. ун-т. – Владимир : Изд-во ВлГУ, 2011. – Т. 1. –

273 с. ; Т. 2. – 363 с. – ISBN 978-5-9984-0091-9.

2. Технология машиностроения : учебник / В. У. Мнацаканян

[и др.] ; под ред. В. А. Тимирязева ; Владим. гос. ун-т. – Владимир :

Изд-во ВлГУ, 2013. – 524 с. – ISBN 978-5-9984-0306-4.

3. Суслов, А. Г. Технология машиностроения : учеб. для студен-

тов машиностроит. специальностей вузов / А. Г. Суслов. – 2-е изд.,

перераб. и доп. – М. : Машиностроение, 2007. – 430 с. – ISBN 978-5-

217-03371-3.

4. Тимирязев, В. А. Основы технологии машиностроительного

производства : учеб. для вузов / В. А. Тимирязев, В. П. Вороненко,

А. Г. Схиртладзе ; под ред. В. А. Тимирязева. – СПб. : Лань, 2012. –

448 с. – ISBN 978-5-8114-1150-4.

200

Учебное издание

МОРОЗОВ Валентин Васильевич

ТИМИРЯЗЕВ Владимир Анатольевич

КУТИН Андрей Анатольевич

и др.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Курс лекций

Редактор Р. С. Кузина

Технический редактор С. Ш. Абдуллаева

Корректор Е. П. Викулова

Компьютерный набор Т. Ю. Максимовой

Компьютерная верстка Л. В. Макаровой

Подписано в печать 18.01.17.

Формат 60×84/16. Усл. печ. л. 11,63. Тираж 60 экз.

Заказ

Издательство

Владимирского государственного университета

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых.

600000, Владимир, ул. Горького, 87.