Разработка маршрутного технологического процесса изготовления детали
На завершающем этапе разработки маршрутного технологического процесса (МТП) предварительно определяют содержание технологических операций, объединяя в них переходы из маршрутов обработки основных поверхностей, а затем устанавливают общую последовательность операций обработки заготовки для получения готовой детали, корректируя содержание операций при необходимости.
В общем виде этапы МТП изготовления детали следующие:
· обработка базовых поверхностей;
· основное формообразование, черновая обработка заготовки;
· чистовая обработка заготовки, в том числе обработка мелких элементов (фасок, пазов, отверстий и т.п.);
· отделочная обработка поверхностей с высокими требованиями к точности размеров и шероховатости.
Таким образом, сначала необходимо определить, какие поверхности заготовки целесообразно выбрать в качестве технологических баз. Их выбирают на основе анализа технических требований и технологичности конструкции детали, учитывают возможность совмещения баз (см. раздел 1 и 2), последовательность обработки поверхностей и возможность обработки нескольких поверхностей с одного установа, а также конструктивные особенности и жесткость заготовки.
На первом этапе – при обработке основных базовых поверхностей – заготовку устанавливают на необработанные (черные) базы. В дальнейшем заготовку устанавливают на обработанные (чистые) базовые поверхности.
Для проектирования операций обработки нужно выбрать схемы установки заготовки, т.е. варианты базирования и закрепления заготовки при обработке различных ее поверхностей. При этом следует учитывать разницу между базированием и закреплением. Элементы базирования только определяют положение заготовки в пространстве. Чтобы сохранить необходимое положение заготовки, ее надо закрепить. Кроме того, следует обратить внимание, что если получаемые размеры проставлены от технологической базы, т.е. при обработке совмещены технологическая и измерительная базы, это позволяет исключить погрешность базирования [7].
При выборе схем установки следует учесть:
1. наличие удобных для базирования поверхностей ("развитых" поверхностей заготовки (т.е. достаточно протяженных плоскостей, цилиндрических поверхностей и т.п.) или специальных поверхностей типа центровых отверстий, центровых выступов, цапф и т.п.);
2. необходимость лишить заготовку достаточного числа степеней свободы (максимум шести);
3. условия обеспечения точности расположения поверхностей, рассмотренные в анализе технических требований.
На рис. 10 показан пример выбора схем установки заготовки с учетом простановки размеров. Размер 40 ± 0,1 (см. рис.10, а) задан относительно вертикальной оси пластины. Самоцентрирующее приспособление позволяет зафиксировать ось заготовки. Размеры 60+0,1 и 10-0,1 (см. рис.10, б) заданы от правой грани пластины, следовательно, при базировании правая грань заготовки должна упираться в неподвижный опорный элемент приспособления.
Рис. 10. Схемы установки призматической заготовки с учетом простановки размеров
Анализируя маршруты обработки поверхностей, необходимое базирование и выбранное оборудование, разрабатывают схемы построения операций.
Важно! Устанавливать заготовку по необработанной, черновой поверхности и обрабатывать другие ее поверхности сразу до высокой точности следует только при обработке на специализированном оборудовании (обрабатывающих центрах, агрегатных станках и пр.) с использованием приспособлений-спутников, палет. В других случаях необходимо поэтапно обрабатывать заготовку, постепенно приближаясь к высокой точности поверхностей, учитывая предварительно выбранные маршруты обработки (см. раздел выше).
Например, после обработки базовых поверхностей - центровых отверстий и торцов вала (поверхностей), установив вал в центры, выполняют черновую обработку основных (наружных цилиндрических и торцовых) поверхностей до IT 10 – 12 Rz = 20…40 мкм за один или два установа. Далее выполняют чистовую токарную обработку до IT 8 Ra = 2,5 мкм для тех поверхностей, для которых задана более высокая точность. После чего выполняют обработку пазов и лысок фрезерованием, обработка мелких отверстий (сверлением IT 12, зенкерованием IT 8 – 10, развертыванием IT 6 – 8 – в зависимости от необходимой точности). Завершается механическая обработка заготовки вала отделочной обработкой основных поверхностей до IT 6 – 7 Ra = 0,63…1,25 мкм шлифованием или тонким точением.
Объединять обработку с одного установа можно для черновых и получистовых переходов либо получистовых и чистовых. Объединять черновые и чистовые переходы можно, только если базовые поверхности уже обработаны начисто либо если вся или почти вся обработка заготовки выполняется с одного установа (например, при обработке заготовок из прутка или при обработке на 5-ти координатных обрабатывающих центрах)
Необходимые типы оборудования выбирают на основе выбранных маршрутов обработки отдельных поверхностей и требуемого базирования (определенного в пп. 1 и 2 для обеспечения требуемой точности расположения поверхностей деталей и исходя из наличия удобных для базирования и закрепления поверхностей, а также жесткости заготовки).
ПРИМЕР 6. Рассмотрим варианты обработки П-образного паза в детали типа «планка» (Рис.11).
Рис. 11. Деталь типа «планка» с П-образным пазом
П-образный паз можно обработать дисковой или концевой фрезой на горизонтально-фрезерном либо на вертикально-фрезерном станке. Эскизы вариантов обработки паза показаны на рис.12.
Рис. 12 Обработка П-образного паза в детали типа «планка»: а) – концевой фрезой на вертикально-фрезерном станке; б) – дисковой фрезой на вертикально-фрезерном станке; в) – дисковой фрезой на горизонтально-фрезерном станке; г) - концевой фрезой на горизонтально-фрезерном станке; Dr - главное движение резания (здесь – вращение фрезы); Ds – движение подачи (здесь – продольное перемещение стола станка с заготовкой).
При обработке паза концевой фрезой на вертикально-фрезерном станке (рис. 12, а) можно обработать концевой фрезой также переднюю и заднюю грани планки, не меняя установа заготовки. Кроме того, если установить заготовку в тиски, правая губка которых будет неподвижна, то погрешность базирования для наиболее точного размера 50-0,05 мм будет равна нулю.
Обработка дисковой фрезой на вертикально-фрезерном станке (рис. 12, б) может быть более производительная, чем обработка концевой фрезой. Установка заготовки, как показана на рис. 12, б, позволит исключить погрешность базирования для размера 50-0,05. Однако другие поверхности заготовки дисковой фрезой обрабатывать неудобно. Кроме того, составляющие силы резания будут способствовать отклонению (отжатию) шпинделя с инструментом от заготовки, следовательно, могут возникнуть погрешности размеров и формы паза.
В отличие от установки на вертикально-фрезерном станке при установке дисковой фрезы на горизонтально-фрезерном станке (рис. 12, в) оправка, на которой устанавливается фреза, может быть закреплена с использованием так называемой «серьги» [20] на двух опорах, которые будут препятствовать отжатию фрезы и способствовать уменьшению погрешности. Также, аналогично (рис. 12, а), если установить заготовку в тиски, правая губка которых будет неподвижна, можно исключить погрешность базирования для размера 50-0,05.
При обработке концевой фрезой на горизонтально-фрезерном станке (рис.12, г), с одной стороны, будет исключена погрешность базирования для точного размера 50-0,05 и обеспечена возможность обработки боковых граней заготовки, с другой стороны, необходимо убедится, что заготовка надежно установлена на узкой боковой грани и не сместится под действием силы резания при обработке.
Необходимо отметить, что при принятии технологических решений часто не бывает единственного правильного ответа. При разработке технологических процессов рассматривают совокупность факторов, включающих удобство установки заготовки и исключение погрешностей, обеспечение жесткости технологической системы, чтобы избежать деформации заготовки или инструмента, а также возможности сокращения числа установов и применяемых инструментов.
Рекомендации по выбору последовательности изготовления для деталей типа валов представлены в разделе 5.4.1. тома 2 учебника «Технология машиностроения» [21], а также в главе 5.1 тома III-3 Энциклопедии «Машиностроение» [22].
Рекомендации по изготовлению деталей типа рычагов даны в разделе 5.4.3 [21].
Рекомендации по изготовлению зубчатых колес приведены в главе 5.4 [22].
Рекомендации по изготовлению корпусных деталей даны в разделе 5.4.4 [21] и главе 5.2 [22].
После выбора последовательности и структуры операций для МТП оформляют описание содержания операций и эскизы.
В описании технологических переходов используют глаголы в повелительном наклонении, по возможности совершенного вида (отвечающие на вопросы «что сделать?»/«что делать?»). Например: «Точить наружную цилиндрическую поверхность до Æ25 H9 с шероховатостью Ra = 3,2 мкм» [23]. Если подробно описать обрабатываемую поверхность сложно, ссылаются на ее изображение на эскизе: «Выполнить фрезерование паза согласно эскизу».
На эскизах МТП указывают (рис.13):
· номер и название операции. Рекомендуется номероперации назначать через 5 единиц: 005, 010, 015 и т.д., – это принято для того, чтобы при внесении изменений в технологический процесс иметь возможность вставить операцию 007 или 013. Наименование операций обработки резанием должно отражать применяемый вид оборудования, так как операция – это часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте (см. Приложение 1). Наименование операции записывают именем прилагательным в именительном падеже [24]. Например: если обработку заготовки выполняют на токарно-винторезном станке – операцию называют Токарно-винторезной, если на токарном станке с ЧПУ (т.е. с числовым программным управлением) – Токарная с ЧПУ, при выполнении обработки на горизонтально-фрезерном или вертикально-фрезерном станках – операции называют соответственно Горизонтально-фрезерная или Вертикально-фрезерная, если изготовление детали происходит на оборудовании, соединенном в автоматическую линию – это будет одна операция Автоматно-линейная. Перечень названий операций указан в [24].
· название типа оборудования (для МТП можно не указывать буквенно-цифровое обозначение модели станка, а указать только тип), например: "Оборудование: Радиально-сверлильный станок";
· обозначение установа заготовки (если операция выполняется за несколько установов). Установы обозначают прописными русскими буквами: Установ А, Установ Б и т.д.;
· эскиз заготовки в конечном состоянии для данного установа.
· схематично элементы базирования и закрепленияпо ГОСТ 3.1107-81 [25];
· обрабатываемые в этом установе поверхности выделяют линиями в два раза толще основных линий или красным цветом;
· для обрабатываемых поверхностей указывают все размеры с допусками и требуемые параметры шероховатости.
Рис.13. Оформление эскиза операции маршрутного технологического процесса