/
Author: Колев К.С.
Tags: общее машиностроение технология машиностроения машиностроение учебное пособие
Year: 1977
Text
КС. КОЛЕВ ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
К.С. КОЛЕВ
ТЕХНОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЯ
К. С. КОЛЕВ
ТЕХНОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЯ
Допущено
Министерством высшего и среднего
специального образования СССР
в качестве учебного пособия
для студентов машиностроительных
специальностей вузов
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1977
6П5
К60
УДК 621 (075)
Рецензенты:
Кафедра технологии машиностроения Белорусского
политехнического института
Кафедры технологии машиностроения завода-втуза им. И. А. Лихачева
и Ленинградского политехнического института
Колев К. С.
К60 Технология машиностроения. Учеб, пособие для вузов.
М., «Высш, школа», 1977.
256 с. с ил.
В книге изложены основные сведения по технологии машиностроения с уче-
том новейших достижений отечественной науки и промышленности.
Большое внимание уделено теоретическому обоснованию освещаемых вопросов.
Книга предназначена в качестве учебного пособия для студентоц, изучающих
технологию машиностроения по специальностям отраслевого машиностроения 0572,
0573, 0506 и др.
31201—065
к 001 (01)—77 78-77
6П5
g) Издательство «Высшая школа», 1977 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Предлагаемое пособие по технологии машиностроения на-
писано в соответствии с учебными программами для студентов
механических специальностей, изучающих не только изготов-
ление машин, но и их ремонт.
В пособии рассмотрены общие сведения по проектированию
технологических процессов, экономичность изготовления машин,
точность при резании металлов, базирование деталей и опера-
ционные размеры, определение режимов обработки, качество
обрабатываемой поверхности, технология производства типовых
и восстановленных деталей машин, основы технологии сборки
машин, а также перспективы развития технологии машинострое-
ния.
Все эти разделы освещены с учетом передового производст-
венного опыта механической обработки деталей; многие вопросы
изложены на базе проведенных теоретических исследований.
Так как пособие предназначается для студентов по специ-
альностям отраслевого машиностроения (горные механики,, ме-
ханики по механическому оборудованию заводов черной и цвет-
ной металлургии и др.), то раздел по обработке типовых деталей
машин изложен с учетом всех специальностей.
Для специальностей отраслевого машиностроения, где не
изучают курсы по теории резания металлов, металлорежущим
станкам и инструментам, по обработке металлов давлением и
т. п., при изложении технологии производства типовых деталей
машин целесообразно шире освещать вопросы из смежных дис-
циплин. Так, например, при изучении технологии обработки
корпусных деталей, и в частности при изготовлении как кре-
пежных, так и основных отверстий, более подробно освещать
режущие инструменты (сверла, зенкеры, протяжки, шлифоваль-
ные круги) и режимы резания.
Студенты, изучившие материал, изложенный в этом пособии,
могут составить технологический процесс обработки любой де-
тали машин и оборудования, которые будут применяться в ра-
боте по их специальностям.
Особое внимание в пособии уделено вопросам точности при
резании металлов, что вызвано все возрастающими требованиями
1* 3
к качеству, надежности и долговечности, выпускаемого машино-
строительного оборудования. Все вопросы изложены с точки
зрения динамических явлений, происходящих при резании ме-
таллов в технологической системе станок—приспособление—ин-
струмент—деталь (СПИД). Только при этом условии можно
правильно решить вопросы; связанные с выбором режимов ре-
зания и настройкой современных металлорежущих станков на
обработку деталей машин с заданным режимом.
Без металлорежущих станков высокой точности (прецизион-
нах), инструментов, приспособлений и приборов, позволяющих
измерять изделия с микронной и долемикронной точностью,
развитие современного машиностроения невозможно.
В пособии освещены вопросы более рациональной технологии
на базе достижения науки и техники, обеспечения высокой про-
изводительности труда при наименьшей себестоимости выпус-
каемой продукции. Поэтому здесь изложены экономические во-
просы, связанные с изготовлением и ремонтом машин.
Учебное пособие могут использовать не только студенты,
но также и инженерно-технические работники, преподаватели,
занимающиеся технологическими процессами.
При подготовке рукописи к изданию учтены замечания и со-
веты рецензентов кафедры технологии машиностроения Ленин-
градского политехнического института (зав. кафедрой проф.
В. А. Скраган), кафедры технологии машиностроения завода-
втуза им. И. А. Лихачева (зав. кафедрой доц. А. М. Кузнецов) и
доцентов кафедры технологии машиностроения Белорусского
политехнического института В. Н. Чеботарева и В. А. Шкред,
которым автор выражает глубокую признательность.
Все полезные замечания по улучшению пособия будут при-
няты автором с благодарностью.
Автор
ВВЕДЕНИЕ
Машиностроение является ведущей и важнейшей отраслью на-
родного хозяйства. Область применения продукции машинострое-
ния огромна. Космические корабли и сельскохозяйственные ма-
шины, атомные электростанции и поезда, книги и телевизоры,
одежда и обувь — все это и еще многое другое создается с помощью
несметного количества самых разнообразных станков. Станкост-
роение является фундаментом машиностроительной индустрии.
Именно поэтому Коммунистическая партия и Советское правитель-
ство уделяли и продолжают уделять особое внимание неуклонному
развитию станкостроения.
За последнее . время, особенно за годы девятой пятилетки,
в машиностроении достигнуты значительные успехи.
В десятой пятилетке перед машиностроением стоят еще более
сложные задачи. Выпуск продукции машиностроения й металло-
обработки увеличится на 50—60%, при этом значительно улуч-
шится качество создаваемых машин, оборудования и приборов,
повысится их технический уровень, производительность, надеж-
ность и безопасность в эксплуатации.
Решающую роль в выполнении поставленных задач должны
сыграть совершенствование технологии, технологического обору-
дования, а также автоматизации и механизации производства.
В «Основных направлениях развития народного хозяйства СССР
на 1976—1980 годы», принятых XXV съездом КПСС, в нашей
стране намечена гигантская программа автоматизации всего машино-
строительного производства. При этом наряду с выпуском боль-
шого числа специализированных автоматов и автоматических линий
будет организовано значительное производство всевозможных стан-
ков с программным управлением. Автоматизация многочисленных
процессов производства позволяет экономить труд и вместе с тем
существенно повышать качество продукции.
Использование вычислительных устройств в управлении техно-
логическими процессами — это мощный рычаг повышения произ-
водительности труда. -
Для того чтобы постоянно удовлетворять растущие запросы
производства, машиностроение на базе новейших достижений науки
и техники должно непрерывно разрабатывать новые технологи-
ческие процессы, для осуществления которых нужно создавать
и выпускать в необходимых народному хозяйству количествах ору-
дия производства и машины, отвечающие своему назначению при
наименьшей себестоимости.
Отрасль науки, занимающаяся изучением закономерностей,
действующих в процессе изготовления машин в необходимом коли-
честве в сочетании с качеством при наименьшей себестоимости
называется технологией машиностроения.
5
В настоящее время эта отрасль знаний настолько развита, что
многие виды технологических процессов излагаются в специаль-
ных курсах. Так, существуют отдельные курсы литейного и куз-
нечно-прессового производства, теории резания металлов, метал-
лорежущие станки и инструменты, сварка материалов, электри-
ческие и химико-термические методы обработки металлов и их
сплавов, основы взаимозаменяемости и технические измерения
и т. п.
Все эти области производства тесно связаны с современной тех-
нологией машиностроения и находят применение на всех этапах
процесса изготовления машиностроительной продукции.
В связи с этим будущие специалисты в этой области должны
иметь широкий кругозор и комплексность технологических знаний,
для того чтобы предъявлять смежным цехам современные требова-
ния и вместе с ними осуществлять рациональную технологию про-
изводства и качественный выпуск машин.
Искусство организации производства и обеспечения его низ-
кой себестоимости заключается в умении выбрать такую последо-
вательность комбинаций технологических процессов, начиная с за-
готовительных цехов и кончая механической обработкой и сборкой
машин, при которой продолжительность всего цикла производ-
ства и общая стоимость машин при его заданном качестве были бы
наименьшими.
В настоящее время в технологии машиностроения в отличие от
перечисленных дисциплин не рассматривается сущность каждого
технологического метода обработки, а дается их сравнительная
характеристика в целях выбора и целесообразного применения при
построении технологических процессов в зависимости от конкрет-
ных условий производства. Так, например, в курсе «Технология
машиностроения» определяется возможность применения сварки
в конкретных условиях, выбирается наиболее приемлемый способ
сварки, получаемая при этом точность соединения; вопросы же
выбора режимов сварки, электродов и т. д. решаются в специаль-
ном курсе «Сварка металлов».
Аналогично, выбор вида обработки — рассверливание, зенкеро-
вание или растачивание, последовательность, определение вели-
чины припусков — все эти вопросы рассматриваются в «Техно-
логии машиностроения», а выбор инструмента, режимов резания
при каждом виде обработки — в курсе «Теория резания металлов
и инструмент».
С этой точки зрения «Технологию машиностроения» можно
представить своеобразным «диспетчером», призванным решать, ка-
кой вид обработки лучше применить, в какой последовательности
и с какой точностью и шероховатостью необходимо вести обработку,
какие при этом давать припуски.
Точность изготовления деталей и связанная с ней надежность
машин является в современном автоматизированном машинострое-
нии первостепенной задачей. Низкая точность и необоснованное
завышение ее недопустимы, так как в первом случае машина полу-
6
чается неработоспособной и ненадежной, во втором — резко услож-
няется ее производство и, следовательно, завышается себестоимость.
Решение вопросов точности должно решаться комплексно. Так,
повышение точности изготовления заготовок при росте их себе-
стоимости снижает трудоемкость и себестоимость механической
обработки, и наоборот. В свою очередь, повышение точности меха-
нической обработки сокращает трудоемкость и себестоимость сборки
в результате устранения пригоночных работ и обеспечения взаимо-
заменяемости деталей изделия.
Таким образом, важной задачей при установлении технологи-
ческого процесса является выбор оптимального варианта изготов-
ления деталей изделия и определение необходимой точности на
каждом этапе создания машины с учетом возможности производ-
ства и экономики.
На современном этапе развития технологию машиностроения
как науку можно разделить на две части. В первой части «Основы
технологии машиностроения» излагаются вопросы, общие для всех
отраслей машиностроения; вторая часть — «Специальные разделы
технологии машиностроения» рассматривает вопросы, специфиче-
ские для данной отрасли машиностроения, касающиеся главным
образом обработки типовых деталей и сборки машин, применяемых
в конкретной отрасли.,
В построении технологического процесса изготовления машин
ведущая роль принадлежит сборке. Технологические процессы
изготовления деталей обычно оказываются подчиненными техно-
логии сборки машин, поэтому разработка технологии начинается
со сборки, так как только рассматривая конструкцию машины
целиком, можно определить служебное назначение каждой отдель-
ной детали, установить, с какой точностью и шероховатостью ее
обрабатывать, т. е. определить технические условия ее изготовления.
Только, изучив технологию процесса сборки машины и работу
каждой детали в ней, можно точно определить допуски и размеры
на необходимые величины, уяснить цель применения компенсато-
ров при сборке и т. д.
Начало развития технологии машиностроения связано с быст-
рым ростом в СССР отечественной промышленной индустрии. Фор-
мирование этой науки относится к тридцатым годам нашего сто-
летия; ее основателями являются советские ученые проф. A. IT. С о-
коловский, В. М. Кован, Б. С. Балакшин,
Н. А. Бородаче в, М. Е. Егоров, А. И. Каширин,
А. Б. Я х и н, Э. А. С а т е л ь и др.
Большой вклад в эту науку внесли также Д. В. Чарнко,
Ф. С. Д е м ь я н ю к, В. С. Корсаков, А . А. М а т а -
дин и ряд других советских ученых. Созданию этой дис-
циплины способствовали также работы многих талантливых инже-
неров и новаторов производства.
ГЛАВА I
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
История развития отечественного машиностроительного произ-
водства показывает, как орудия производства, начиная от прими-
тивных средств труда, постепенно развивались до современных
автоматических машин, цехов и заводов.
Все этапы, которые проходят предметы на пути их превращения
в изделие или в готовую машину, называются производственным
процессом. Выполнение различных этапов производственного про-
цесса на машиностроительном заводе обычно организуется в от-
дельных цехах — заготовительном, литейном, кузнечном, меха-
ническом и сборочном.
В производственный процесс входят не только основные про-
цессы, связанные с механической обработкой деталей и сборкой
машин, но также и термообработка, отделка и покрытия; кроме
того, сюда входят и вспомогательные процессы, обеспечивающие
получение продукции, как, например, транспортирование материа-
лов и изделий, контроль деталей, изготовление приспособлений
и инструмента и т. д.
Часть производственного процесса, во время которого проис-
ходит изменение качественного состояния объекта производства
(изменение формы и размеров заготовки, свойств материала или
полуфабриката), называется технологическим процессом.
В технологический процесс включается ряд дополнительных
действий, как, например, контроль качества, очистка заготовок
и деталей, транспортировка. Технологический процесс обработки
деталей проектируется и выполняется с таким расчетом, чтобы
посредством наиболее рациональных и экономических способов
обработки удовлетворялись требования к качеству выпускаемой
продукции, т. е. точности, чистоте поверхности, надежности и
долговечности отдельных деталей и машин в целом. Для выполне-
ния технологического процесса необходимо надлежащим образом
оборудовать рабочее место.
Рабочее место представляет собой часть площади цеха, пред-
назначенную для работы одного рабочего или группы рабочих, на
которой размещено технологическое оборудование, инструмент,
подъемно-транспортное устройство, стеллажи для хранения заго-
товок, деталей и т. д.
Законченная часть технологического процесса, выполненная на
рабочем месте, называется операцией.
Операция является основным элементом производственного пла-
нирования и учета. Поэтому на нее разрабатывается и выписы-
вается вся учетная и технологическая документация. Примерами
8
путем удаления одного
и тем же инструментом.
операции могут служить обработка детали на станке, штамповка
детали на прессе, установка и закрепление двигателя на шасси
автомобиля и т. д.
Основными технологическими частями операции являются пе-
реходы.
Применительно к обработке резанием переход представляет
собой законченный процесс получения новой поверхности при об-
работке детали без изменения режущего инструмента и режима
резания. Переходы могут выполг
или нескольких слоев материала (
Однократное снятие материала
называется проходом.
Переход включает в себя один
или несколько проходов. Напри-
мер, при наружном круглом шли-
фовании валика переход сопровож-
дается несколькими проходами.
К переходам механической об-
работки деталей относится уста-
новка и закрепление детали в
приспособлении, ее открепление и
снятие.
Каждое новое положение уста-
новленной детали вместе с при-
способлением называется рабочей
позицией или позицией. Например,
при обработке детали на трех-
шпиндельном вертикально-свер-
лильном станке в первой позиции
деталь устанавливается и закреп-
ляется в самоцентрирующем пат-
роне (рис. 1). После каждого рабочего хода многошпиндельной
головки станка деталь вместе с патроном перемещается с одной
позиции на другую. После того как деталь, пройдя все позиции,
попадает снова на первую, она снимается со станка и заменяется
следующей.
На поворотном столе такого станка закреплено четыре трех-
кулачковых патрона для одновременной обработки трех деталей
и смены четвертой.
Количество времени, затраченное на выполнение технологи-
ческого процесса или его части, называется трудоемкостью. Еди-
ницей трудоемкости служит нормо-час. Для нормирования труда
и планирования производственного процесса используется норма
времени, которая измеряется в единицах времени (часах, мину-
тах) с указанием квалификации рабочего.
Часто вместо нормы времени устанавливают обратную ей вели-
чину — норму выработки. Единицей измерения нормы выработки
является количество деталей или изделий, которое обрабатывается
в единицу времени (час, минуту) с указанием квалификации работы.
Рис. 1. Четырехпозиционная обра-
ботка деталей на трехшпиндельном
сверлильном станке:
/ — установка и съем детали; 2 — свер-
ление; 3 — зенкерование; 4 — стол;
5 — зенкование
9
Каждая операция обработки или технологического процесса
изготовления детали или машины в целом занимает определенное
календарное время. Промежуток календарного времени, измерен-
ного от начала какой-либо периодически повторяющейся операции
технологического или производственного процесса до их оконча-
ния, называется циклом.
Цикл может быть расчетный (нормированный) или фактический.
Количество деталей или машин, подлежащих изготовлению по
неизменяемому чертежу, называется величиной серии.
Промежуток времени, через который периодически произво-
дится выпуск машин, деталей или заготовок называется тактом
выпуска.
Различают следующие типы производства: единичное, серий-
ное и массовое.
Единичным, или индивидуальным, называется такое производ-
ство, при котором изделия изготовляются в единичных экземпля-
рах, разнообразными по конструкции и размерам. Технологический
процесс изготовления деталей при единичном производстве уплот-
нен, так как на одном станке выполняются несколько операций
и часто производится полная обработка деталей.
Приспособления, режущий и мерительный инструмент при
этом виде производства имеют универсальный характер. Специаль-
ные приспособления и инструмент здесь не применяют или приме-
няют редко, так как значительные затраты на их изготовление
экономически не оправдываются.
Серийным называется такое производство, при котором изго-
товление изделий производится партиями или сериями, состоящими
из одноименных, однотипных по конструкции и одинаковых по
размерам изделий, запускаемых в производство одновременно.
Основным принципом вида производства является изготовление
всей партии (серии) целиком как в обработке деталей, так и в сборке.
В серийном производстве в зависимости от количества изделий
в серии различают производство мелкосерийное и крупносерийное.
В серийном производстве технологический процесс дифферен-
цирован, т. е. расчленен на отдельные операции, которые закреп-
лены за определенными станками.
Производство следует специализировать с таким расчетом,
чтобы можно было переходить от изготовления одной серии машин
к другой, несколько отличающейся от первой в конструктивном
отношении.
При использовании универсальных станков в серийном произ-
водстве должны широко применяться специализированные и спе-
циальные приспособления, режущий и мерительный инструмент.
Серийное производство экономичнее единичного, так как луч-
шее использование оборудования и специализация работы в нем
способствуют увеличению производительности труда, обеспечивают
уменьшение себестоимости продукции.
Массовым называется такое производство, при котором большое
количество одинаковых изделий изготовляется путем непрерывного
10
выполнения на рабочих местах одних и тех же постоянно повторяю-
щихся операций.
На одном заводе или в одном цехе одновременно может быть
единичное, серийное и массовое производство.
Производственные процессы бывают двух видов — поточные и
непоточные. Под поточным производственным процессом понима-
ется такой вид, при котором заготовки или изделия в процессе их
производства находятся в непрерывном движении, имеющем по-
стоянную величину такта выпуска.
Если величина такта выпуска неодинаковая, наблюдаются пе-
рерывы различной продолжительности, то производственный про-
цесс называется непоточным.
-Величина такта выпуска Тъ при поточном массовом производ-
стве определяется по формуле
где Рд — действительное годовое число работы станка при работе
в одну смену; т — число смен; N — количество деталей одного наиме-
нования, подлежащих обработке в год на данной поточной линии.
При поточном серийном производстве обрабатывается несколько
деталей различных наименований. Обработка таких деталей на
линии производится попеременно партиями деталей одного наиме-
нования. В этом случае величина такта выпуска определяется по
формуле, аналогичной формуле (1), в которой в знаменателе общее
количество деталей различных наименований (Afx + N2 +...+ Nn),
выпускаемых в год, с учетом затраты времени на переналадку ли-
нии с одной детали на другую, определяемого коэффициентом Ан
(kn = 0,8—0,9). Поэтому формула (1) принимает вид
бОГд/п
Т»= N1+Ni + ... + b'nk«- &
Коэффициент серийности /?сер характеризует количество различ-
ных операций, закрепленных за одним рабочим местом
^сер “ ^вЛшт 2, (3)
где /шт2 — среднее штучное время по операциям восстановления
и обработки детали, определяемое по укрупненным расчетам.
В зависимости от величины коэффициента серийности произ-
водство является массовым, если &сер < 2; крупносерийным, если
&сер = 2-т-10; серийным, если fecep = 10-ь20;единичным,еслиАсер>20.
Для серийного производства рассчитывают оптимальное коли-
чество деталей в партии:
где Л/’парт — количество деталей в партии; 7Ускл — необходимый
запас деталей на складе, в днях; для крупных деталей NCKJl = 2 ь 3,
для мелких 7VCKJ1 - 5 -ь 10; Фд — число рабочих дней в году при
пятидневной рабочей неделе — 253, а при шестидневной — 305.
ГЛАВА II
ВЫБОР И ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК
§ 1. ВИДЫ ЗАГОТОВОК И МЕТОДЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
При разработке технологического процесса на изготовление
машин одной из первых решается задача выбора заготовки. При
этом уточняют способы получения заготовок в зависимости от
марки материала, формы и размеров деталей.
Стоимость заготовок зависит от метода их производства,
т. е. от стоимости оснастки, необходимой для изготовления заго-
товок. Поэтому выбор заготовки во многом зависит от масштаба
производства. Чем ближе заготовки по форме и размерам к готовым
деталям, тем меньше расходы на их изготовление, особенно при
обработке больших партий деталей в серийном и массовом произ-
водствах.
Повышение точности заготовок позволяет резко сократить
область применения механической обработки, ограничивая ее в ряде
случаев чистовыми или отделочными операциями. Поэтому в сов-
ременном производстве широкое применение получили штамповка
в открытых и закрытых штампах, литье под давлением в кокиль,
по выплавляемым моделям и в оболочковые формы (корковые),
прессование из металлических и неметаллических порошков, ко-
торые представляют наиболее совершенные способы получения
заготовок.
Наиболее рациональный способ изготовления заготовок приме-
нительно к различным производственным условиям снижает тру-
доемкость последующих операций механической обработки и опре-
деляет степень механизации и автоматизации производства.
При выборе способа получения заготовок обычно сравнивают
два или несколько вариантов их изготовления и выбирают такой,
при котором обеспечивается наименьшая себестоимость детали
при заданной годовой программе.
Количество изготовляемых заготовок и периодичность их по-
вторения предопределяют затраты на производство и уровень его
технического оснащения.
Основными видами заготовок в зависимости от назначения дета-
лей являются:
1) кованые, прессованные и штампованные заготовки;
2) заготовки из проката и листового металла;
3) отливки из черных и цветных металлов;
4) заготовки из неметаллических материалов (пластических
масс, древесины, резины, асбеста, текстолита и др.).
Применение деталей из пластмасс позволяет снизить вес машин
и их стоимость, повысить их эксплуатационные качества, а также
12
сэкономить металл, главным образом цветные сплавы и нержавею-
щую сталь.
До недавнего времени в машиностроении применялись пласт-
массы на основе фенольно-формальдегидных смол (текстолит раз-
личных марок, асбестотекстолит, гетинакс и др.). Они использо-
вались для изготовления зубчатых 'Колес, шкивов, щитов, вклады-
шей подшипников и других деталей.
В последнее время в машиностроении получили большое при-
менение полимерные смолы (полиамиды или капроны, полистиролы,
стеклопластики, полиэтилены и др.).
Полиамидные подшипники, втулки и ролики имеют высокие
антифрикционные свойства и меньше изнашиваются, чем метал-
лические. Полиамидные смолы также являются хорошим мате-
риалом для изготовления зубчатых колес. Зубья таких колес
прочны и эластичны, их износ незначителен даже при от-
сутствии смазки. Они бесшумны и могут работать на больших
скоростях.
Однако следует иметь в виду, что капрон теплопроводен и при
трении, например, пары втулка—валик трущиеся поверхности
‘могут расплавиться. Во избежание этого рекомендуется применять
пластмассовые детали в паре с металлическими.
Заготовки из неметаллических материалов получают прессо-
ванием с подогревом смолы в пресс-формах (термоплавкие пласт-
массы), литьем под давлением горячей массы в холодные формы,
прокатыванием на вальцах, выдуванием (термопластики) и штам-
повкой (стеклопластики).
Большую роль в повышении производительности в качестве
работы при изготовлении деталей машин имеет предварительная
обработка заготовок, к которой относятся:
1) исправление дефектов литья, ковки и штамповки (наличие
формовочной земли, пригаров, раковин, заливов, окалины, зау-
сенцев, раковин, неравномерностей и т. д.);
2) обработка торцов и центровка заготовок;
3) отжиг и нормализация.
Дефекты заготовок выявляют при осмотре черновых, или пред-
варительно обработанных, поверхностей.
Все выявленные дефекты устраняют соответствующими мето-
дами — обрубкой, зачисткой, травлением, сваркой, резкой, правкой,
калибровкой и др.
При отрезке и зацентровке заготовок следует стремиться к ми-
нимальным потерям материала. Правильная форма и расположение
центровых гнезд оказывает большое влияние на точность при об-
работке поверхностей вращением. Точность и чистота центровых
гнезд соблюдается на протяжении всей обработки детали, включая
сдачу изделия заказчику.
Центровые гнезда служат надежной опорой обрабатываемой
детали. Центровые отверстия располагают на одной оси и по воз-
можности они должны совпадать с осью заготовки или распола-
гаться ближе к ней.
13
На рис. 2 представлены различные типы центровых гнезд по
ГОСТ 14034—74: без предохранительного конуса (рис. 2, а), с пре-
дохранительным конусом (рис. 2, б) и дугообразной образующей
(рис. 2, в). Центровые гнезда с предохранительным конусом имеют
то преимущество, что предохраняют установочный конус гнезда
от забоин и обеспечивают более точную установку. Центровые
гнезда с дугообразной образующей служат для обработки изделий
повышенной точности.
У поковок и штамповок необходимо перед центровкой подре-
зать торцы, так как неровная поверхность торца «уводит» цент-
ровой инструмент и может вызвать его поломку.
Качественно отрезанные заготовки центрируют без предвари-
тельной обработки торцов.
Центровые гнезда обрабатывают комбинированными центро-
вочными сверлами, которые с одного захода обеспечивают заданную
Рис. 2. Типы центровых гнезд
форму. Они могут быть также выполнены последовательно двумя
инструментами — цилиндрическим сверлом и конусным зенкером.
При серийном и массовом производстве зацентровку загото-
вок целесообразно производить на специальных центровальных
станках.
При ремонте машин их ответственные и дорогостоящие детали
нередко восстанавливаются различными способами. Наиболее ши-
рокое применение получили электродуговая наплавка ручным
электродом или под слоем флюса, металлизация, электроискровое
наращивание металла, хромирование и напыление пластмасс.
В табл. 1 приведены технологические возможности методов
восстановления деталей. Большинство применяемых методов вос-
становления снижает усталостную прочность деталей машин на
20—40%. Поэтому при разработке восстановления детали необ-
ходимо предусматривать упрочняющие операции. Упрочнение может
применяться как перед восстановлением детали (хромирование,
осталивание и т. д.), так и после восстановления (сварка, наплавка,
металлйзация и т. д.). Такое комплексное восстановление детали
позволяет не только нейтрализовать отрицательные стороны мето-
дов восстановления, но и существенно улучшить их по сравнению
со свойствами новых деталей.
14
Таблица 1
Методы восстановления Класс точности Шерохова- тость поверх- ности, мкм Величина дефектного слоя, мм Толщина на- ращив'аемого слоя, мм
Электродуговая наплавка (ручным электродом) 7—9 500 0,5—2 2—15
Наплавка под слоем флюса 7 500 0,3—1,5 1—6
Вибродуговая наплавка 7 500 0,1—0,3 к 0,5—0,3
Хромирование 2—3 5—6 0,005—0,01 0,05—0,3
Металлизация 2—4 1—3 0,1—0,5 0,05—8
Электроискровое наращи- вание металла 4—5 1 0,01—0,1 0,1—2,0
Электромеханическое сгла- живание 3—5 6—8 0,1—0,3 до 0,2
Напыление пластмасс 3—5 3—5 0,05—0,1 0,1—5
В табл. 2 приведены методы упрочнения деталей.
В последнее время при восстановлении деталей широко приме-
няют полимерные материалы (эпоксидопласты, амидопласты, акри-
лопласты, термопласты и т. д.). При выборе марки полимера необ-
ходимо свойства полимера связывать со свойствами восстанавли-
ваемой детали и ее эксплуатационными нагрузками. Например,
при восстановлении подшипников скольжения необходимо стремить-
ся к тому, чтобы удельные давления в подшипнике не превышали
предела прочности на сжатие полимера.
Полимеры наносят на восстанавливаемую деталь вихревым или
газопламенным' способом *.
§ 2. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ
Припуском на обработку называется слой металла, снимаемый
с заготовки для получения готовой детали.
Припуски подразделяются на общие, т. е. удаляемые в процессе
всей обработки детали, и межоперационные, удаляемые при выпол-
нении отдельных операций.
Величина межоперационного припуска zM определяется как
разность размеров, полученных на предыдущей а и последующей Ь
операция^ (рис. 3), т. е. ^гм = а — b для наружных поверхностей
и zM = b — а для внутренних поверхностей.
* См. Бобровников Г. А. Применение синтетических материалов -
при ремонте и модернизации машин. Машгиз, 1963.
15
Таблица 2
Методы упрочнения Свойства упрочненного поверх- ностного слоя Область применения
Шерохова- тость поверх- ности Ra, мкм Глубина упрочнен- ного слоя, мм Твер- дость, НВ
Обкатка ро- ликом 2,5—0,125 0,1—7 20—100 Для упрочнения поверх- ностей валов осей, сторон с диаметром d = 50—300 мм и НВ 250—300
Центробежно- ударное упроч- нение 0,63—0,125 0,05—1,0 20—60 Для упрочнения поверх- ностей валов, осей с диамет- ром d = 20—100 мм и твер- достью поверхностного слоя от НВ 150 до HRC 65
Обработка дробью 10—2,5 0,05—0,4 2—6 Для упрочнения деталей сложной конфигурации с предельными размерами 1200x800x800 мм, имеющих твердость поверхностного слоя от НВ 200 до HRC 62
Чеканка ро- ликом 2,5—0,50 0,2—4 20—80 Для упрочнения любых по- верхностей и различных де- талей с твердостью поверх- ностного слоя от НВ 200 до HRC 62
Общий припуск на обработку равен сумме межоперационных
припусков по всем технологическим операциям от заготовки де-
тали до ее размеров на чертеже
п
2о= "У! ztni’
i — 1
Различают односторонние припуски на обработку, понимая
под ними слои материала, снимаемые с одной стороны детали, и
двусторонние, снимаемые с двух сторон.
Двусторонние припуски на обработку делятся на симметрич-
ные (рис. 4, а) и асимметричные (рис. 4, б). У симметричного при-
пуска на обработку величина снимаемого слоя одинакова с каждой
из сторон или по образующей детали, а у асимметричного припуска
эти величины неравны.
В величину припуска, снимаемого при первых черновых опе-
рациях, входит также дефектный слой, величина которого зависит
от материала и размеров заготовки, способа ее получения и дру-
гих технологических факторов. Дефектный слой включает в себя
16
выпуклости, вмятины, раковины, трещины, погрешности формы и
размеров детали. У поковок дефектный слой составляет от 1,5 до
3 мм, у штамповок — от 0,5 до 1,5 мм, у горячекатаного проката —
0,5—1 мм, у отливок из серого чугуна — 1—2 мм, у стальных
отливок — 1—3 мм.
С наименьшими припусками получаются отливки при литье под
давлением и по выплавляемым моделям. Величина задаваемого
общего припуска гоб зависит в основном от точности изготовляемой
детали при выбранном технологическом процессе.
Различают расчетный, или номинальный, размер припуска
(устанавливаемый расчетом) и действительный размер припуска,
т. е. величину слоя материала, фактически снимаемого при обра-
ботке деталей.
Рис. 3. Межоперационный
припуск на обработку на-
ружной поверхности
Рис. 4. Виды заготовок:
а — симметричный припуск; б — асимметрич-
ный припуск
В машиностроении широко применяются два метода определе-
ния припусков на обработку деталей: опытно-статистический и рас-
четно-аналитический.
При определении припусков по первому опытно-статисти-
ческому методу общие и промежуточные величины берутся
по таблицам ГОСТов, составленных на основании обобщения и си-
стематизации производственных наблюдений ряда передовых за-
водов.
Основное преимущество опытно-статистического метода — эко-
номия времени на установление припусков. Недостатки этого метода
в том, что припуски назначаются без учета конкретных условий
с выбранным технологическим процессом. Величины припусков,
как правило, получаются завышенными.
Расчетно-аналитический метод определения
припусков, разработанный проф. В. М. Кованом, учитывает кон-
кретные условия выполнения технологического процесса обработки
и позволяет получить более точные значения припусков.
Чтобы правильно определить величину минимального межопе-
рационного припуска, необходимо учесть глубину дефектного по-
верхностного слоя Лдеф, среднюю высоту миКронеровностей от
предшествующего технологического перехода Ra, суммарное зна-
чение пространственных отклонений в расположении обрабаты-
ваемой поверхности относительно базовых поверхностей заготовки р
17
и погрешности установки 6уС1, т. е. базирование (ббаз) заготовки
и закрепление (6зак) на выполняемом переходе или операции.
При обработке плоских поверхностей необходимо учитывать
наибольшие из пространственных отклонений взаимосвязанных
поверхностей по нормали к обрабатываемой поверхности. При этом
суммарное значение р определяется как векторная сумма прост-
ранственных отклонений:
p=Pi+p2+...+pn =
1 = 1
где pi, р2, рЛ — составляющие векторы.
Для векторов, направленных по одной прямой или параллель-
ным, результирующий вектор р равен алгебраической сумме
Р = Р1 + Р2+г“ + Рл= S Pi'
При обработке тел вращения суммарные значения отклонений
взаимосвязанных поверхностей, векторы которых могут иметь лю-
бое направление, равняются векторной сумме составляющих век-
торов. Если имеются два составляющих вектора, то
Р = /Р1+Р2-
Погрешность установки определяют как векторную сумму по- >
грешностей базирования 6баз и погрешностей закрепления 6зак:
5уст = У^баз+бзак ’
Если векторы 6баз и бзак параллельны, то
^уст = ^баз — 6заК.
На основании вышеизложенного можно определить минималь-
ный межоперационный припуск для выполняемого прохода. На-
пример, последовательная обработка противоположных или от-
дельно расположенных плоскостей определяется по формуле
2м. m in == hzеф + Ra + Р + буст •
При обработке наружных или внутренних поверхностей враще-
ния ______
2М. m in = Лд€ф + + Кр2 + бу СТ • _(6)
На основе расчета межоперационных припусков определяются
предельные размеры заготовки по всем переходам от готовой де-
тали до исходной заготовки.
На рис. 5 приведены схемы расположения межоперационных
припусков и допусков при обработке типа вала (рис. 5, а) и от-
верстия (рис. 5, б) в теле заготовки.
18
При обработке наружных поверхностей минимальный припуск
^min ж ^min ^max >
максимальный припуск
^max~^max ^min«
При обработке внутренних поверхностей минимальный при-
пуск
^min^^min amaxJ
максимальный припуск
гта№^тах ат1п»
где Птах и пт1п — максимальный и минимальный размеры, полу-
ченные на предыдущем переходе, мм; Ьтах и /?min — максималь-
Рис. 5. Схемы расположения межоперационных припусков на обра-
ботку и допусков:
a — для вала; б — для отверстия
ный и минимальный размеры, заданные для выполняемого пере-
хода, мм.
Номинальный переходный припуск равен разности между zmax
И ?min, т. е. разнице между максимальным и минимальным пере-
ходными припусками
^г“2тах 2min~ (2н~ $в) (2н $а)
ИЛИ
. Аг — ^а + ^в»
где
^а = йтах ^rninj ^в~^тах ^min*
Правильный расчет и выбор припусков и операционных допус-
ков для механической обработки деталей являются основной зада-
чей при составлении технологического процесса, так как от этого
зависит себестоимость, качество и долговечность детали.
Завышенные припуски приводят к увеличению станочного парка
и производственных площадей, необходимых для его размещения,
19
а также к расходу электроэнергии и металлорежущих инструмен-
тов.
Уменьшенные припуски не обеспечивают возможности удаления
дефектных поверхностных слоев металла, получения требуемой точ-
ности и шероховатости и могут привести к браку.
Справочные данные для расчета припусков обычно разрабаты-
вают по отраслям машиностроения в виде нормативных таблиц
с учетом вида заготовки (кованые, штампованные, литые и т. д.),
способов обработки, требуемой точности и других производствен-
ных факторов.
При оценке эффективности расходования металла необходимо
исходить из величины коэффициента использования металла k^,
представляющего собой отношение веса детали к весу заготовки
== ^дет/^заг* С)
Коэффициент использования металла можно также определить
как произведение коэффициентов использования металла при изго-
товлении заготовок в кузнечном 6К, литейном и механическом
цехах, т. е.
^и = Мм или ^й = ум.
Допустим, что на заводе в кузнечном цехе среднее значение
kK = 0,8, или 80%, a kM = 0,6, или 60%; тогда &и = 0,08-0,6 =
= 0,48, или 48%.
Таким образом, чем выше коэффициент использования металла
на каждом этапе обработки, тем выше коэффициент k^.
Повысить величину ku можно не только за счет снижения при-
пусков на обработку, но и главным образом пересмотром конст-
рукции деталей с целью улучшения их технологичности.
Для экономической обработки деталей с установленными при-
пусками следует на всех переходах выдерживать получаемые от-
клонения в пределах установленных допусков, положенных в основу
при расчете припусков. После того как припуски рассчитаны и
установлены, необходимо проверить правильность выбора наме-
ченного оборудования, металлорежущего инструмента и режимов
резания.
Таким образом, припуски на обработку должны соответство-
вать установленным требованиям в отношении качества обрабо-
танной поверхности, точности размеров формы деталей при наи-
меньших расходе материала и себестоимрсти детали. Такие при-
пуски являются оптимальными. Их установление на обработку
является весьма важным технико-экономическим вопросом*.
В современном серийном и массовом производстве стремятся
к максимальному уменьшению припусков на обработку и получению
заготовок, требующих возможно меньшей механической обработки
или вовсе не требующих ее.
* Определение припусков на механическую обработку наиболее полно
изложено в «Справочнике технолога-машиностроителя», т. 1, 1972.
20
§ 3. РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ НА ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛИ
Расчет припусков и глубину наращиваемого слоя для восста-
новления детали производят расчетно-аналитическим методом и
по таблицам. Этот расчет производят после того, как выбран пред-
варительный метод восстановления и намечен маршрут механи-
ческой обработки восстанавливаемой детали.
Схема расположения общих и межоперационных припусков и
допусков для условий индивидуального способа производства при-
ведена на рис. 6. Здесь amin, ап}ах — заданные размеры, мм; Ьт-1П,
Ьтах — выбраковочные размеры детали после изнашивания, вы-
бираемые из дефектовочной карты, мм; cmin, Стах — размеры де-
а — для вала; б — для отверстия
тали после предварительной механической обработки перед вос-
становлением, мм; dmin, dmax — промежуточные размеры, полу-
чаемые после черновой механической обработки восстановления
детали, мм; /minimax — исходные размеры восстановленной детали,
мм; 6а, б6, бс, б^, 8е — допуск соответственно на размер ау Ь, с,
d, е, мкм; Amin, Amax — минимальный и максимальный износ де-
тали, мм; ?min, Zmax — минимальный и максимальный припуски,
снимаемые на предварительной механической обработке детали
перед восстановлением, мм; ?тах — минимальный и макси-
мальный припуски, снимаемые при черновой механической обра-
ботке восстановленной детали, мм; Zmin, Zmax — минимальный и
максимальный припуски, снимаемые при чистовой механической
обработке восстановленной детали, мм; A/imin, A/zmax—минималь-
ная и максимальная толщина наращиваемого слоя при восстанов-
лении детали, мм.
Расчет припусков, предельных размеров по технологическим
переходам и толщины восстанавливаемого слоя выполняется в та-
кой последовательности:
21
1. Исходя из заданных и выбраковочных размеров детали оп-
ределяют максимальную и минимальную величины износа рабо-
чих поверхностей детали:
A max ~ йтах ^minj
Amin ~ ^min ^тах»
2. Для каждого технологического перехода записывают зна-
чения Rz, Т, р, 8 и 6. Величина допуска на размер б находится по
таблицам в зависимости от класса точности.
3. После предварительной механической обработки перед вос-
становлением определяют припуски и предельные размеры детали.
Согласно рис. 6 получаем
Для вала:
2z'min = 2 [(/?гв + Тв) +
р ----- 'к . _ •
‘'max mm ‘'mm»
cmin = cmax
Для отверстия:
2^in = 2[(^B + TB) + /p^ + ^];
^min = ^max ^minj
cmax “ cmin +
Здесь и ниже индексы при обозначениях Rz, Т, р и 8 показывают,
с учетом качества (шероховатости, дефектного слоя, пространст-
венного отклонения и погрешности установки) каких поверхно-
стей нужно определить значения этих параметров.
Зная заданные размеры детали, величины R2, Т, р, 8 и б по тех-
нологическим переходам, рассчитывают припуски и промежуточ-
ные размеры детали при механической обработке после ее вос-
становления.
4. Определяют припуски на чистовую механическую обработку
восстановленной детали и ее предельные размеры после черновой
обработки.
Для вала:
2z^n = 2[(/?^+Trf)+ypH^];
^min^^max “b^minJ ,
max~ ^min + $d J
2zmax ” 2zmin + $a + •
Для отверстия:
2^i„ = 2 + Td) +
^max
^min =^max +
2^max = 2^in + ^ + ^.
22
Для вала:
2гпйп — 2 + Td) + У Pd + бд]»’
dmin ” amax + 22min>
^max ~ ^min +
22max 22min ”Ь fyz "Ь
Для отверстия:
22 min = 2 [(^е + Те) + ;
^max = ^min + 22min»
^min “ ^max
22 max “ 22min H“
5. Определяют припуски на черновую механическую обработку
восстановленной детали и ее предельные размеры после восстанов-
ления.
Для вала:
22min = 2 [(^ + Те} +
^min”^max + 22min>
^max = ^min + ^e>
22max ~22min
Для отверстия:
= 2 [(Rze + Те) +
^max ~ ^min + 22min>
^min ~ ^тах
22тах = 22min"J“^rf + ^e*
6. Определить толщину наращиваемого слоя при восстанов-
лении детали.
Для вала:
2^min ~ ^min cmax »
2^max ~ ^max cmin-
Для отверстия:
2^lmin “ ^max fmin>
( 2A/imax =Zmin —Zmax.
23
to
Технологические операции и переход при восстановлении и механической обработке детали Элементы припуска
T p e
Вал, диаметр d
Размеры при дефектовке Rzb Tb P& — Ри —
Предварительная механиче- ская обработка RzjC Tc _JO,06p„ Pc - t 0,04p„
Размеры вала после восста- новления Rze Te Ре — —
Черновая механическая обра- ботка Rzd Td Prf = 0,06pe erf
Чистовая механическая обра- ботка Rza Ta pe = 0,04prZ
Таблица 3
Расчет- ный при- пуск 2min Рас- четный размер Допуск d Предельный размер (округленный) Предельные значения припусков
наимень- ший наиболь- ший наимень- ший наиболь- ший
— &min ^min ^max — —
2г' . mm cmin Sc cmin cmax 22х . "min 22 х max
— ^min Sc ^min ^max — —
22min ^min Srf ^min ^max ^2min 22ххх max
min ^min Se flmin flmax 22". 4 min 22хх 4 шах
7. Проверяют правильность расчета припусков по каждому
переходу и толщины восстанавливаемого слоя:
2гтах = + 2гтах 2Zmin — 6rf + (<V
2гтах 2гт|П = $а + 2ДЛтах 2A/zmin — &е +
В табл. 3 приведены данные расчета припусков и предельных
размеров детали по технологическим переходам, которые исполь-
зуются при построении графической схемы.
Толщина восстанавливаемого слоя:
2^max> 2A/zmin«
Условия проверки:
2гтах ~ + 6С; 2zmax — 2zmin = dd + 6е;
max 2zmin = 6a+6^; 2ДЛтах 2Д/гт1п = 5^ +
ГЛАВА III
ТОЧНОСТЬ ПРИ РЕЗАНИИ МЕТАЛЛОВ
Одним из важнейших показателей качества деталей машин яв-
ляется точность их обработки. С повышением скоростей, нагрузок
и внедрением автоматизированного производства большое внимание
уделяется обеспечению высокой точности механизмов, а следова-
тельно, и обработке деталей.
Чем выше точность механизмов, тем меньше погрешности об-
работки при выбранном режиме резания. Как бы ни были соВер-
Тненны станки и механизмы, в процессе изготовления деталей воз-
никают те или иные погрешности обработки.
В практике нередко наблюдаются случаи, когда изделия, из-
готовленные даже при помощи одного и того же технологического
процесса, отличаются друг от друга и от заданного по расчетам.
Это объясняется рядом причин, связанных с процессом обработки
металлов резанием. Избежать этих погрешностей нельзя, однако
можно создать такие условия работы, чтобы эти погрешности были
наименьшими и находились в пределах' предусмотренных допусков
на обработку.
§ 1. ПОГРЕШНОСТИ ОБРАБОТКИ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
и ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ
При выполнении любого технологического процесса на систему
станок—приспособление—инструмент—деталь (СПИД) действует
большое количество различных факторов, зависящих как от конст-
рукции и состояния технологической системы, так и от резания
металлов.
В процессе работы все указанные факторы непрерывно изме-
няются и оказывают существенное влияние на достижение требуе-
мой точности обработки.
Рассмотрим основные причины, обусловливающие возникнове-
ние погрешностей обработки:
1) качество изготовления и состояние станков, инструментов и
приспособлений;
2) выбор технологических и измерительных баз;
3) неточности статической и динамической настройки кинема-
тических и размерных цепей;
4) неточности методов и средств измерения;
5) температурные деформации средств производства обраба- /
тываемых деталей;
6) неточность установки инструментов и приспособлений;
7) износ инструментов;
26
8) упругие и пластические деформации технологической^ си-
стемы;
9) жесткость системы СПИД, т. е. способность технологической
системы сохранять неизменность режущих кромок инструмента
в процессе обработки относительно обрабатываемой детали;
10) качество заготовок, степени однородности материала и ве-
личины колебаний припусков на обработку;
11) квалификация и дисциплинированность исполнителей и
другие причины.
Все погрешности обработки можно разделить на две основные
группы:
а) погрешности статической настройки системы СПИД;
б) погрешности динамической настройки системы СПИД.
Погрешности статической настройки в основном зависят от
качества и состояния средств производства;, погрешность динами-
ческой настройки системы СПИД зависит от жесткости техноло-
гической системы, состояния оборудования и приспособлений, а
также от процесса резания металлов — качества обрабатываемого
материала и инструментов, припусков на обработку, изменения
усилий резаний из-за пластических деформаций при снятии стружки,
тепловых явлений в системе СПИД и ряда других причин.
В процессе механической обработки все указанные выше фак-
торы изменяются и соответственно отражаются не только на фи-
зико-механическом состоянии системы СПИД, но и влияют на точ-
ность обработки.
Чтобы обеспечить заданную точность при том или ином режиме
обработки, надо знать суммарную погрешность и динамическую
жесткость технологической системы.
При обработке единичной детали, а также в мелкосерийном
производстве учитывают только систематические погрешности Дсп,
т. е. закономерные погрешности, вызванные геометрическими не-
точностями станков Дгп, износом инструментов Дизн, упругими
деформациями системы СПИД Ду, тепловыми деформациями си-
стемы СПИД Дт из-за центробежных сил и прецессионного дви-
жения Дцс.
При массовой обработке деталей необходимо учитывать слу-
чайные погрешности Дсл, которые происходят от неравномерной
твердости обрабатываемого материала Дн.тв, неточностей изме-
рений Дизм, от переменного припуска на обработку Дп> пр и т, д.
Если систематические погрешности суммируются алгебраиче-
ски, то случайные погрешности суммируются по правилу квадрат-
ного корня из суммы квадратов отдельных погрешностей
Дел = V (Дн.тв)2 + (ДИЗИ)2+(Дп.пр)3- (8)
Таким образом, в общем виде суммарная погрешность
Дсум ^сп Ч~ Дел* (9)
Суммарная погрешность для каждого вида механической обра-
ботки по выполняемому размеру подсчитывается отдельно.
27
При наличии данного оборудования, заготовок и инструментов
основной причиной образования погрешностей на обработанной
детали являются режимы резания у, s, t. С увеличением скорости
резания, подачи и глубины резания растут и погрешности обра-
ботки.
Поэтому определение режимов резания с учетом заданной точ-
ности и жесткости системы СПИД представляет собой важную
проблему в технологии машиностроения.
При автоматизации производства особое значение приобретают
вопросы достижения заданной точности.
§ 2. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ И КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ
СИСТЕМЫ СПИД
При сборке металлорежущих станков и настройке системы
СПИД на соответствующий вид работы возможны так называемые
геометрические погрешности, которые надо учитывать при сумми-
ровании погрешностей обработки. Например, перед точением вала
необходимо так настроить станок, чтобы оси центров передней и
задней бабок станка совпадали между собой и были параллельны
направляющим станины. Однако при работе станка из-за дисба-
ланса движущихся частей, наличия зазоров между деталями и неоди-
Рис. 7. Влияние смещения центров передней и задней бабок станка
на точность обработки:
а — смещение заднего центра по горизонтальной плоскости; б — смеще-
ние заднего центра по вертикальной плоскости: Ot, О2 — ось центров
наковой жесткости. наблюдается смещение их друг относительно
друга как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях.
От смещения центра задней бабки в горизонтальном направ-
лении в ту или иную стороны на величину ± /г образуется кони-
ческая поверхность.
В этом случае у центра задней бабки снимается больше металла,
чем у передней (рис. 7), отчего появляется конусность и диаметр
обработанной детали изменяется по уравнению
Д^ГХ =
При х = I наибольшая величина этого изменения Adrx — /г.
Смещение центра задней бабки по вертикальной плоскости
вверх или вниз на величину ± приводит также к образованию
конусности (рис. 7) и диаметр изменяется по уравнению
Д^ВХ = ^/в/^*
28
ис. о, а), ело зна-
треугольника ОАВ (рис. 8, б).
При х = I наибольшая величина конусности AdB =
При смещении резца вверх или вниз на величину ± йв диаметр
детали увеличивается на
чение легко определяется
Имеем уравнение
Рис. 8. Влияние установки резца на точ-
ность обработки
Откуда после несложных
преобразований, пренебрегая
членом Adj, получаем
При биении оси шпин-
деля и центра задней бабки
также появляются погреш-
ности обработки в виде ко-
нусности и овальности.
На рис. 9 показаны возможные расположения оси центров и
оси вращения детали. Вводя поправки на диаметр детали от бие-
ния шпинделя и центра задней бабки, можно найти изменение диа-
метра по длине детали по формуле:
Ad =(/зб-/пб)х,
х I"
При х -- I наименьшее изменение диаметра обрабатываемой
детали
Ad6=^6z2n6.
На основании приведенной формулы можно подсчитать погреш-
ность Ad5 Для различных случаев расположения оси центров и оси
Рис. 9. Влияние биения центров на точность обработки:
?пб ^зб’ f пб ^зб’ 3 ^пб ^зб’ г ^пб ^зб “ О
вращения детали. В этом отношении рекомендуются весьма жест-
кие допуски; например, на радиальное биение шпинделей токарных
станков порядка 3—5 жюи, а для вращающихся центров 5—10 жюи.
29
При работе на неподвижных центрах биение отсутствует, что
лучше обеспечивает соосность шеек. Однако при скоростной обра-
ботке такие центры не применяются из-за большого нагревания и
их заменяют вращающимися, которые вызывают биение.
Для повышения точности обработки рекомендуется применять
упругие или плавающие центры.
На точность обработки существенное значение оказывают из-
нос станков и зазоры в направляющих суппортов, столов, бабок
подшипников и т. п.
По данным ЭНИМСа износ деталей станков зависит от продол-
жительности работы станков, их типов и от характера загрузки.
Например, по наблюдениям А. С. Лапидуса, за год службы станка
при двухсменной работе износ треугольных граней станины на
чистовой обработке стали составляет 0,04—0,06 мм, а на обди-
рочных — 0,10—0,12 мм.
Плоская направляющая станины в пять раз изнашивается мень-
ше, чем треугольная. Наблюдения показывают, что износ направ-
ляющих больше при обработке чугунных деталей из-за наличия
в снимаемом слое песка и окалины.
По длине направляющих износ не постоянен — он больше в сред-
ней части станины.
От неравномерности износа станин при точении происходит
некоторое смещение и наклон суппорта, что приводит к погреш-
ности обработки (конусности и овальности).
По данным проф. Д. Н. Решетова, диаметральный зазор для
шпиндельных подшипников скольжения берется не больше 0,0005D,
где D — диаметр шейки шпинделя.
Проф. Н. С. Ачеркан рекомендует следующие средние диамет-
ральных зазоров (в мм):
Токарные станки..............................0,015—0,025
Револьверные станки . , . <................. 0,020—0,025
Автоматы и полуавтоматы:
фрезерные и сверлильные станки............. 0,020- 0,030
шлифовальные станки........................0,010—0,015
высокоточные станки........................ 0,004—0,010
Обозначая Adrn основные геометрические погрешности станка,
влияющие при точении на диаметр обработки, получаем
ДЙГп = ^+ + (/зб~/Пб) Х + Д4 + Д^изн + Д^заз-
== у (/г + /в + /зб + /пб) +А^в +Дб/Заз +Д^нзи- (Ю)
Аналогично подсчитываем геометрические погрешности и для
других, станков. Соблюдение геометрической точности станка тре-
буется во всех случаях механической обработки, но иногда^ в слу-
чаях обработки деталей передаточных механизмов: винтов, зуб-
чатых колес и т. п., необходимо и соблюдение его кинематической
точности, т. е. точности отношений скоростей движения детали
и инструмента.
30
Рассмотрим кинематические погрешности для зуборезного стан-
ка. В процессе изготовления зубчатых колес некоторые звенья
кинематической цепи станка совершают циклически повторяю-
щиеся движения, период которых очень мал по сравнению с перио-
дом оборота стола станка. В результате этого при нарезании зубьев
на их боковых поверхностях образуются соответствующие волни-
стости.
Для определения кинематической погрешности колеса &FE
или накопленной погрешности окружного шага Д/s можно поль-
зоваться формулой
где 6ср2 — допуск (по ГОСТу) накопленной погрешности кинема-
тической цепи контролируемого станка, сек\ — радиус дели-
тельной окружности нарезаемого колеса, мм.
Например, допускаемая кинематическая погрешность зуборез-
ного станка бф^ = 60 сек. Требуется определить допускаемую
накопленную погрешность окружного шага пробного зубчатого
колеса при гд = 350 мм:
350-60 1ЛО
6/2=~2ббУ=102 МКМ-
Следовательно, действительное отклонение Д/2 должно быть
меньше 102 мкм. Кинематическая точность станка может быть
значительно повышена путем применения различных корригирую-
щих устройств.
§ 3. ЖЕСТКОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СПИД
Жесткость упругой системы СПИД имеет важное значение в тех-
нологии машиностроения, так как от нее зависит не только точ-
ность, цо и производительность труда при ‘обработке металлов
резанием.
Известно, что чем-жестче металлорежущие станки и приспо-
собления, тем выше качество обрабатываемых деталей. Однако
жесткость в рабочих узлах станков непостоянна как по величине,
так и по направлению.
Поэтому при резании металлов появляются погрешности об-
работки. Например, при точении заготовок в центрах из-за различ-
ной жесткости передней и задней бабок возникают неточности об-
работки и вместо получения правильной цилиндрической поверх-
ности получается коническая или даже более сложная поверхность.
Чем больше различие в жесткости отдельных узлов станков, тем
больше.эти погрешности.
. Понятие жесткость связано со способностью технологической
системы СПИД противостоять действию сил, стремящихся ее дефор-
мировать. Для точности обработки важно знать те деформации си-
стемы, которые изменяют расстояние между лезвием инструмента
и обрабатываемой деталью. Поэтому жесткость / следует определять
31
отношением действия силы Р, которая вызывает смещение рабочего
лезвия инструмента относительно обрабатываемой детали в рассмат-
риваемом направлении, к величине этого перемещения s, т. е.
i=P/s-
В процессе несвободного резания металла, например при то-
чении, появляются три составляющих усилия резания РЛ., Рд и
Pz и их равнодействующая
Рис. 10. Кривая, характе-
ризующая чжесткость узла
станка
Под влиянием этой силы происходит отжатие вершины резца
и обрабатываемой детали.
При расчетах имеют в виду отжатия' системы СПИД не от
равнодействующей силы Р, а от ее составляющих сил по трем
направлениям перемещения режущего
лезвия. Например, жесткость упру-
гой системы jy — это отношение со-
ставляющей усилия, направленной по
йормали к обрабатываемой поверх-
ности Ру к смещению лезвия ин-
струмента у относительно детали, отсчи-
тываемому в том же направлении, т. е.
1у ~ Ру! У-
Аналогично определяется жесткость
и других звеньев или узлов системы
СПИД по любому направлению. Обозна-
чим жесткость станка /с, передней и зад-
ней бабок /пб, /зб и суппорта /суп и т. д.
Упругие перемещения различных узлов и деталей станка вы-
ражаются, как правило, криволинейной зависимостью Р = f(s)
(рис. 10).
Следовательно, жесткость для каждого момента нагружения
детали системы СПИД различна. Имея кривую ОМ (рис. 10) нагру-
жения какого-либо узла или детали, можно определить не только
среднюю жесткость /ср, но и истинную жесткость / для любой точки
М или для любого момента нагружения.
. Средняя жесткость характеризуется прямой ОМ или средним
углом аср; эту жесткость находим по формуле
. _ Р __ МВ
s~ ОВ с^Р-
Истинная жесткость характеризуется тангенсом угла наклона
касательной в данной точке кривой нагружения с осью абсцисс.
Так, для любой точки М истинная жесткость
. lim ДР .
y = lim/cp==As^o^_ = tga.
При проведении технологических расчетов нередко пользу-
ются средней жесткостью. Однако подсчеты показывают, что для
32
станков с высокой жесткостью такое упрощение приводит к неболь-
шому расхождению между средней и истинной жесткостью — по-
рядка 5%. В этом случае кривая линия нагружения узла ОМ
близко подходит к прямой ОМ. У станков с невысокой жесткостью
узлов погрешности при расчетах по среднему углу аср достигают
15% и выше.
Чтобы не допускать грубых ошибок, в каждом отдельном’слу-
чае следует проверять достоверность подсчета жесткости системы
СПИД и ее отдельных элементов.
В настоящее время существует три различных метода экспери-
ментального определения жесткости станков или отдельных их
узлов: статический метод, основанный на нагружении узлов при
неработающем станке; производственный метод применяют при точе-
нии асимметричных заготовок или при ступенчатом резании и ме-
тод определения динамической жесткости.
При статическом методе применяются различные нагрузочные
устройства и динамометры, имитирующие одну нормальную к по*-
верхности обработки или несколько сил резания в таких комбина-
циях: Рх и Рд\ Ру И Pz\ Рх. Ру и Pz.
Существенным недостатком этого метода является то, что жест-
кость станка или его отдельных узлов определяется приложением
к ним только постоянной нагрузки в нерабочем состоянии станка.
В действительности же технологическая система СПИД при работе
станка подвергается динамическим нагрузкам, которые изменя-
ются в определенных пределах от Pmin до Ртах.
Существенное значение имеют зазоры и стыки в соединениях
механизмов, которые при статическом приложении нагрузки пока-
зывают один эффект, а при динамическом воздействии — другой.
Это определяется не только качеством сборки, но и неточностью
расчетов. В связи с нагреванием деталей станков в большинстве
случаев стыковые соединения становятся более плотными из-за
уменьшения зазора, и жесткость увеличивается. Согласно иссле-
дованиям, жесткость шпинделя*станка 1А62 до работы (при Т ==
= 19° С) составила 2,33 ПО8 н/ж, а после работы (при Т = 60° С) —
3,27-108 н/м.
Повышение жесткости шпинделя на 14% при нагревании объяс-
няется уплотнением посадок шпинделя в передней опоре или умень-
шением зазора между сопрягаемыми-деталями.
Это же наблюдается при изменении жесткости не только то-
карных, но и других станков.
Во .избежание погрешностей обработки из-за изменения жест-
кости рабочих узлов станков от их нагревания рекомендуется про-
изводить работу после разогрева станков.
Производственный метод определения жесткости станка осу-
ществляется по формуле, выведенной А. П. Соколовским,
/ = (12)
где ср — коэффициент, определяемый из опыта; К = PJPZ\ s —
подача и % = Д3/Дд, называемое уточнением, показывает, во сколько
2 Колев к. с. 33
раз в результате обработки уменьшается - неточность заготовки.
Здесь Д3 — погрешность заготовки и Дд — погрешность обрабаты-
ваемой детали.
Динамическую жесткость станков или отдельных его рабочих
узлов определяют по следующей методике. Поскольку при резании
металлов в системе СПИД возникают динамические нагрузки, кото-‘
рые имеют не постоянное, а переменное значение, то упругие от-
жатия детали в этом случае больше, чем при статических нагрузках.
Чтобы охарактеризовать систему СПИД в рабочем состоянии,5
вводится динамический коэффициент ц, который определяется
опытным путем. Динамическая и статическая податливость системы
СПИД определяется следующим равенством:
/д— /стН>
где /д — динамическая упругая податливость технологической систе-
мы СПИД; /ст — статическая упругая податливость системы СПИД.
Тогда р = /д//ст. Если /д ^/ст,
то значение р соответствен-
но больше или меньше еди-
ницы.
Зная коэффициент р и .ста-
тическую жесткость систе-
мы СПИД, можно определить
. динамическую жесткость си-
Рис. 11. Виброграммы: стемы:
1 — при холостом ходе; 2 — в процессе
снятия стружки /д = /ст/^. (13)
При р > 1 динамическая жесткость меньше статической (/д </ет)>
а при р < 1, наоборот, /д > /ст.
Для определения динамического коэффициента при данных ус-
ловиях обработки необходимо снять виброграммы или осцилло-
граммы как при холостой‘работе станка, так и при резании металла.
На рис. 11 схематически показаны виброграммы при холостом
ходе станка /ив процессе резания 2. Приведенные виброграммы
наглядно иллюстрируют статические отжатия детали /ст и вели-
чину пульсации детали ± АД которые позволяют определить ди-
намические прогибы или отжатия детали /д.
По снятым виброграммам и осцилограммам находят частоту и
период колебаний детали, статические отжатия Дт, величину пуль-
сации детали it АД динамические отжатия и динамический коэф-
фициент р для различных условий закрепления и обработки об-
разцов:
/ст±А/_ t г А/
/ст /ст
/ст
(14)
Виброграммы и осциллограммы по своему виду делят на две
категории. Виброграмма, схематически представленная на рис. И,
отчетливо показывает на смещение друг относительно друга на
34
величину /ст виброграмм при холостой работе станка и при реза-
нии металла. \
Другой вид виброграмм изображен на рис. 12. В этом случае
динамический коэффициент определяют из отношения амплитуды
колебания детали в процессе резания А/рез к амплитуде ее колеба-
ния при холостом ходе станка А/хол, т. е. по формуле
Н — &f рез/хол*
(15)
На динамический коэффициент оказывают существенное влия-
ние режимы резания (скорость, подача и глубина резания), гео-
метрические показатели режущих инструментов и другие условия
обработки.
Как показывают опытные данные, с повышением скорости реза-
ния от 7,6 до 237,5 м/мин, коэффициент ц изменяется в пределах:
при чистовом точении от 1,08 до 1,33, а при черновом точении от
1,15 до 1,61 при закреплении в центрах и соответственно от 1,10 до
1,22 и от 1,16 до 1,47 при закреп-
лении детали в патроне и центре. ^’1 2 >-
С увеличением скорости ре- ‘"Л А Д А А Л Л А А А-Л А Л
зания статические отжатия /ст д -уууу V'Vy ууууу у у
детали остаются почти постоян-
ными, а амплитуды поперечных
колебаний ± АД динамические
отжатия Д и коэффициент ц,
Рис. 12. Виброграммы:
1 — при холостом ходе; 2 — в процессе
снятия стружки
как правило, изменяются.
При отсутствии вибраций ,с повышением скорости резания ам-
плитуда уменьшается, а следовательно, уменьшается и динамиче-
ский коэффициент, что нетрудно установить из формулы (14).
С увеличением подачи s статические и динамические отжатия
детали увеличиваются.
Примерно в таких же пределах изменяется динамический коэф-
фициент с изменением глубины резания и геометрических данных
режущих инструментов.
С умецьшением жесткости системы СПИД динамический коэф-
фициент увеличивается. При появлении сильных вибраций он воз-
растает до' двух и более.
Для станков с главным вращательным движением (токарных,
шлифовальных, расточных и т. д.) при-определении динамической
жесткости необходимо учитывать гироскопические явления. Чем
больше масса вращающихся деталей станков и заготовоки выше угло-
вая скорость вращения, тем больше динамическая жесткость систе-
мы СПИД. Это объясняется в значительной мере гироскопическим
эффектом, при котором вращающееся тело становится устойчивым.
Повышение устойчивости оси вращающегося тела приводит к
уменьшению динамического отжатия /д на некоторую величину Дир
за счет гироскопического эффекта: тогда динамический коэффи-
циент ц: ’ . ,
/д /гир /ст + А/ /гир А/ /гир
г— ~ 9 (16)
/ст /ст z /ст
2*
35
В связи с появлением гироскопического эффекта динамиче-
ский коэффициент уменьшается и согласно уравнению (13) жест-
кость увеличивается.
Динамический коэффициент приближенно можно найти и ана-
литическим путем при исследовании поперечных колебаний обра-
батываемой детали*.
§ 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПО ЖЕСТКОСТИ СИСТЕМЫ
СПИД ПРИ ТОЧЕНИИ
Рассмотрим упругие деформации при обработке гладких ци-
линдрических деталей, закрепленных консольно в патроне, в цент-
рах либо одним концом в патроне, а другим в центре задней бабки.
а) Консольное закрепление детали в патроне станка; На рис. 13
схематически изображена деталь,
Рис. 13. Силы, действующие при то-
карной обработке деталей, закреплен-
ной консольно в патроне станка
закрепленная в патроне, и на-
правление составляющих сил
резания. Определим усилия ре-
зания с учетом упругих отжатий
обрабатываемой детали вместе
с опорами станка.
Чтобы обеспечить точность,
выбор режимов резания должен
производиться при условии, что
f дин f доп
ИЛИ
‘fnwi— ^Д°п» 07)
где _______
^изг — (18)
Здесь Е — модуль упругости; J = nd4/64 — мрмент инерции
поперечного сечения детали.
Для острых резцов (Ру = 0,5Р/, Ризг = рД,25Рг) допускаемое
усилие резания
ЗЕ//Д0П Q,l3Edf
доп
г~У~Т25*
Для затупившихся резцов (Ру = Р2; РИЗГ = "К2РД
р 3£<7доТ1 0,1 Edfдоп
Более точно допускаемые усилия резания следует определять
по формулам, учитывающим жесткость системы СПИД. Действи-
тельно, полная допускаемая деформация, характеризующая тре-
* Колев К- С. Точность обработки и режимы'резания. «Машинострое-
ние», 1968.
36
точность обработки /доп, складывается из деформации стан-
ка /с и деформации детали /дет, т. е.
/доп ~ k 4“ /дет- (21)
Значение /дет определяется по формуле (17). Деформация станка’
в направлении действия силы
/с ~/^изг/Усуп 4“/^изг/Упб» ' ' (22)
где /суп — жесткость суппорта; /пб — жесткость передней бабки.
Подставив эти значения в урав-
нение (21), получим:
_L- М ____________
/суп /пб / 3EJ
Усилие резания Pz, вызывающее
эту деформацию, острых резцов равно:
0, \3Edf доп
(23)
(24)
(25)
Рис. 14. Зависимость допускае-
мых сил резания Pz от вылета
при реальной жесткости станка
и консольном закреплении де-
тали в патроне:
t — 1 мм; d = 50 мм; ц, = 1,2;
7Доп ~ 03 мм; / — для острых рез-
цов (Р — 0,5Р ); 2 — для затупив-
У *
шихся резцов (Р == Р )
У z
/доп
Рг c’n + 0J5£d(l//cyn+l//n6)’
для затупившихся резцов
0,12£?с//д0П
за-
ме-
Pz ^g + 0,14£d(l//cyn+l//n6)’
На рис. 14 показаны кривые
висимости усилия резания Pz от
талла детали с = l/d при одинако-
вых условиях обработки и реальной
жесткости станка. Приведенные рас-
четы дают представление о<допускае-
мых нагрузках ,при консольном то-
чении закрепленных в патроне дета-
лей различных размеров и форм. При точении пруткового материала
вылет деталей с = 6, а при больших диаметрах заготовок вылет
деталей следует уменьшать.
б) Закрепление детали в центрах. При обработке гладких ци-
линдрических,деталей, закрепленных в центрах (рис. 15), проверку
детали на жесткость необходимо производить по формуле
р /з
/ ~ и <;
/ 1 /ДНИ— 48£J r^/ДОП-
Отсюда после соответствующих преобразований
3EJzicfif д0П kEfaond
*~4КЬ25Ц^
где k = 1,9 для Ру = 0,5Р/, & = 1,5 для Ру = Pz.
С учетом жесткости станка допускаемое усилие резания
Р,= ^-(/Доп-/с).
где /с — упругие деформации станка.
(26)
(27)
37
Теоретические исследования и опытная проверка показали, что
. недостаточная жесткость вызывает деформирование обрабатывае-
мых деталей, понижает
Рис. 15. Силы, действующие на деталь при то-'
карной обработке в центрах
производительность и
ухудшает работу стан-
ков.
Предположим, что
при закреплении в цент-
рах обрабатывается аб-
солютно жесткая ци-
линдрическая заготовка
при- постоянном усилии
резания. Пусть суммар-
ная составляющая Ризг
и резец находятся на
расстоянии х от задан-
ного центра (рис. 16).
Вследствие постоянства
Ризг суппорт в процессе резания отжат на одну и ту же величину.
Тогда передний и задний центры получат отжатие на некоторые
величины /пб и /зб; ось детали О±О2 займет новое положение ОЮз.
Составим уравнение про-
филя детали, для чего выра-
зим величины отжатий и
через ^реакции Р'у и Р'у,
действующие на опорах заго-
товки. Получим:
/ -fa У - х
Zft6 7пб'"Т/пб ’
г - У ~ х ^ИЗГ
Zs6 ,/зб I ’
гДе7пб — жесткость передней
бабки;- /зб — жесткость зад-
ней бабки.
Затем определим величину
изменения радиуса детали
в соответствии с новым ее
профилем, получившимся рис. Схема отжатия детали при обра-
вследствие отжатии переднего ботке в центрах
и заднего ‘центров. Для этого
рассмотрим подобные треугольники OiAC и OiO'iE. В них сходные
стороны прямо пропорциональны, следовательно,
откуда
О[С_О[Е 1 — х _ I
АС (ХЕ ИЛИ Д-/зб /зб —/пб>
fx=^X~ £ /пб Ч Y~' 7зб’ (29)
38
* Подставив в формулу (29) значения /пб и /зб из формулы (28),
получим уравнение параболы:
/ v \2 р
е а ’ / л \ * I
2 р
I 7ИЗГ
/пб
Таким образом, во всех случаях токарной обработки в центрах
усилия резания вызывают упругие отжатия центров станка, вслед-
ствие чего искажается цилиндрическая форма деталей по парабо-
лическому закону.
Чем больше отжатие оси, тем сильнее искажение профиля об-
рабатываемой детали. В общем случае при рассмотрении искажении
цилиндрической формы детали с учетом упругих отжатий режущего
инструмента (резца) в фор-
мулу (30) необходимо вве-
сти величину отжатия
резца.
Тогда
(30)
fc = ^
Рис. 17. Искажение формы детали при то-
карной обработке в центрах (в увеличенном
виде):
1 — профиль обработанной поверхности при
идеальной жесткости станка; 2 — искажение про-
филя деталей при различной жесткости опорных
центров станка; 3 — искажение профиля деталей
с учетом жесткости центра и суппорта
^ИЗГ I
/пб
1ЛЗГ+;РИЗГ (31)
/зб /суп
где /суп ~ жесткость -суп-
порта или резца.
На рис. 17 приведены
величины, , характеризую-
щие изменение формы вала,
изготовленного из стали 45, длиной 500 мм и диаметром 50 мм
на токарном станке 1К62. Режим обработки: подача s — 093мм/об9
глубина резания t = 3 мм и ,и = 112,5 м!мин.
При высокой жесткости станка, детали и инструмента профиль
обрабатываемой детали не изменяется.
При действии силы Ризг по середине детали жесткость станка
определяется по формуле
= + 7“ + т- •
/суп 4 \/пб /зб /
Подставив значение /с в формулу (31), после преобразований
получим формулу для определения допускаемых усилий резания:
n kEdf доп (эд
z Г 1 1/1
сзи+ -Д-+4 -Д-
L/cyn 4 \/пб
При работе острыми резцами в формуле (32) надо брать k = 1,9,
а затупившимися резцами — k = 1,5.
При идеальной жесткости станка (/с = оо) формула (32) при-
нимает первоначальный вид, т. е. (19).
(в) Закрепление детали с одной стороны в патроне станка, а дру-
гой в центре задней бабки. Для этого случая усилия резания Рг
2,l£d
39
определяются так же, как и для случая обработки детали, закреп-
ленной в центрах:
г ^ИЗГ^Р г
ГДИИ- W2£V ^ЬОП-
Откуда главная составляющая сила резания после подстановки
значения /с и соответствующих преобразований
kEdf д0П
С3ц. + ГJ- + -1 (J- + J-Я 4,8£d
L/суп 4 \/пб /зб / J
(33)
где k = 4,4 при Ру = 0,5Р/, k = 3,5 при Ру = Рг. к
г) Многорезцовая обработка деталей. При многорезцовом точе-
нии жестких деталей (типа блоков шестерен) происходит упругое
отжатие их на опорах, но не прогиб (рис. 18). Значения упругих
прогибов и отжатий уъ у.2,
..., ут различны по своей ве-
личине й закономерности.
Зная расположение резцов
и усилия резания РУ1, РУ2,
..., Ри , можно найти их
ут
р авнодейству ющу ю
т
»=i
и- упругую податливость си-
стемы СПИД.
Рис. 18. Схема упругого отжатия детали Под влиянием силы 7?
происходит отжатие суппор-
та на величину R/jcyn и детали на величину
Уа+Ув _ р
2 /
Таким образом, отжатие системы СПИД
(34)
где /суп, /„б. /зб — соответственно жесткость суппорта, передней
и задней бабок.
Из формулы (34) также легко определить податливость системы
от действия каждого резца:
_L + 1/A + AV
./суп Z \/пб /зб /.
ГД- + 1|Д_ + Д-У1
./суп / ' /пб /зб /.
У1~Ру1
У* = ру,
(35)
Г 1 1 / im im \I
и =р —+ J. Д_ + Д_
Ут ^1/суп I \/пб /зб/J
где ZJ и ZJ; /Г и Z"1 и Z™ — положение каждого резца.
40
Беря допускаемое отжатие системы г/доп с учетом требуемой точ-
ности обработки, суммарное допускаемое усилие R находим из
уравнения ус < г/дои:
Аналогично определяем силы РУ1, РУ2, Ру
Чтобы охарактеризовать систему СПИД с учетом динамического
действия усилий резания, в полученные формулы следует внести
динамический коэффициент.
Анализ вышеприведенных данных показывает, что при много-
резцовой обработке жестких деталей (типа блоков шестерен) наи-
более просто все расчеты проводить по ранее изложенной методике,
исходя из упругих отжатий тех-
нологической системы СПИД.
Для примера приведем обра-
ботку блока шестерен (рис. 19).
Допустим, что жесткость си-
стемы СПИД известна (/пб =
= 10 ОООкгс/лш, /зб = 5000 кгс/лш
и /суп ~ 7500 кгс/мм) и все рез-
цы одновременно врезаются в ме-
талл и движутся с одной подачей
s = 0,2 мм/об.
Так как в работе участвует рис. jg схема обработки блока ше-
четыре резца, то предположим, стерен
что глубина резания для первого
резца t± = 1 мм, для второго Z2 = 3 мм, для третьего t3 = 2 мм
и четвертого = 4 мм.
Определим упругую податливость системы от каждого резца
и в целом от работы всех резцов. Для этого воспользуемся форму-
лами (35). Усилия резания определяем по нормативным данным
для точения легированных сталей: о = 6,37 -108 н/м2, резец Т5К10;
РУ1 = 255 н, РУ2 = 745 н, РУз - 490 я и Pyi = 1160 н.
Имеем:
Г 1 . 1 /' 16U . 40 \1
У1 ~ 26 L7500 +'200 \ 10 000 + 5000J J 6,6 МКМ’
__Д 1 . 1 ( 100 , 100 \1 01 _
№ ~ 6 [7500 + 200 \ 10 000 + 5000Л ~ 2 ,3 ’
гл Г 1 , 1 I 70 . 130 \1
г/з-50 || 7500 + 200 (]0 000 + 5000/1J 14,9 мкм,
1 . 1 / 300 . 170
yi 3[7500 + 200 \ 10 000 + 5000j] 37,5
Упругое отжатие всей системы СПИД можно найти по формуле
(34). Сначала найдем реакции опор RA и RB.
41
?изг
Рис. 20. Схема детали АВ при закреплении
ее в центрах с применением неподвижного
люнета Л
Для этого воспользуемся двумя уравнениями: суммой моментов
Всех сил относительно любой опоры и суммой всех сил. Тогда
2тд (Р;) = 26-47+76- 100+50- 130+ 118 • 170 - 200 = 0;
^А+^В-^-Ру-Ру-Р^-
Откуда Ra = 921,76 н; 7?в — 1709,86 н.
Теперь определим и /2 из пропорции RAfRB = Получим
1Г = 130 мм и /2 == 70 мм.
После подстановки соответствующих данных в уравнение (34)
получаем искомое отжатие детали yz = 80,5 мкм.
Упругое отжатие системы СПИД также можно найти, если сло-
жить полученные выше отжатия детали от действия каждого резца.
В данном случае
yz ^6,6 + 21,3+14,9+37,5 =
— 80,3 мкм.
Расхождение от расчет-
ного значения ус, рав-
ное 0,2 мкм, объясняет-
ся неточностью вычисле-
ний.
Аналогично решаются
вопросы цр определению
подачи или глубины резания для каждого .резца отдельно по дан-
ным жесткости технологической системы и допускаемых отжатий.
д) Обработка деталей с применением люнета. В случае обработки
длинных деталей (валов, протяжек, винтов и др.) для придания им
жесткости применяют как неподвижные, так и подвижные люнеты *.
В первом случае деталь закрепляется в трех определенных местах:
в переднем и заднем центрах или патроне и заднем центре и люнете
в промежутке между ними. При таком положении люнета резец
располагается либо между передней бабкой и люнетом, либотиежду
задним центром и люнетом.
При работе с неподвижным люнетом необходимо учитывать
жесткость всех трех опор.
При точении в центрах и расположении неподвижного люнета
посередине детали (рис. 20) наибольший ее прогиб возникает в том
случае, когда нагрузка действует посередине пролета
/шах =0,015^.
Зная статический прогиб, найдем динамический прогиб из соот-
ношения:
t ___с ____И* 0,015Ризг/3 .
' /дин — /отМ 7 /доп•
* Люнет рассматривается как шарнирная опора.
42
Тогда сила резания
где k = 2,9 для Ру — 0,5 Рг; k 1,4 для Ру ~ Р^.
С учетом жесткости системы СПИД
П___________________kEdf^Qn _________ {37)
p-j — j j— , W 7
+ + 4" \/пб + 0,5/л + /зб + 0,5/7/1 klEd
где /л — жесткость люнета.
' Здесь k имеет те же значения, что и в формуле (37), a k± — 3,25
для Ру = 0,5 Р2, = 2 для Ру = Р?.
При обработке детали с подвижным люнетом жесткость техноло-
гической системы СПИД значительно повышается. Поскольку опоры
люнета располагаются в непосредственной близости к резцу, т. е.
к возникающимусилиям резания, они препятствуют прогибу детали.
Поэтому рассчитывать допустимые усилия по деформации детали
нецелесообразно.
§ 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПО ПРОЧНОСТИ И ЖЕСТКОСТИ
СИСТЕМЫ СПИД ПРИ РАСТАЧИВАНИИ
Обработку цилиндрических и конических отверстий производят
на расточных станках; причем в детали с одной установки можно
обрабатывать различные отверстия со взаимно параллельными и пер-
пендикулярными осями, обтачивание торцов, нарезание наружной
и внутренней резьбы и т. п.
На универсально расточных станках можно производить полную
обработку деталей за одну установку, что особенно важно при
обработке крупных и тяжелых деталей.
К расточным станкам и в особенности к координатно-расточным
станкам предъявляется повышенная точность. Исходя из этого
режимы резания нужно рассчитывать не только из условий жесткос-
ти, но и прочности системы СПИД. Это важно соблюсти, так как
шпиндель, кроме вращательного движения, совершает подачу в двух
взаимно перпендикулярных направлениях — в осевом направле-
нии, относительно шпинделкной бабки, и в вертикальном направ-
лении,, вместе со шпиндельной бабкой.
При обработке отверстии или цилиндрических поверхностей
и торцов с применением борштанг допускаемые усилия 'резания
можно определять по приведенным формулам для различных слу-
чаев закрепления обрабатываемых деталей. - 7
При расчете борштанг и скалок желательно выбранные режимы
резания проверять не только на жесткость, но и на прочность.
В приведенных формулах для консольного закрепления детали
в центрах или патроне и заднем центре необходимо вместо длины и
диаметра обрабатываемой детали брать соответствующие размеры
борштанги.
43
оба отверстия обрабатываются
Рис. 21. Схема отжатия скалки
при растачивании отверстий
Рассмотрим растачивание в корпусной детали (коробке) двух
отверстий и обточку боковых стенок,у этих отверстий. Для неболь-
ших по ширине деталей эту операцию можно сделать с помощью
-консольной борштанги. Однако во всех остальных случаях, чтобы
придать борштанге большую прочность и жесткость ее лучше кре-
пить с помощью кронштейна по схеме (рис. 21). В этом случае
отверстия обрабатывают либо сразу двумя резцами или одним
резцом, последовательно обрабатывая отверстия и торцовые пло-
скости.
Определим погрешность обработки указанных поверхностей.
Сначала найдем величину А/ несоосности отверстий. Допустим, что
одновременно с одинаковой пода-
чей, но с разной глубиной ре-
зания.
Тогда усилия резания
и
при растачивании отверстий раз-
личны между собой.
Отжатие скалки происходит в
направлении действия сил и /?2,
эти силы могут действовать в лю-
бом направлении по радиусу обра-
ботанного отверстия. Обозначим
отжатие скалки на опорах /шп и /кр.
Если жесткость шпинделя /шп
больше жесткости кронштейна /кр,
то отжатие шпинделя /шп меньше отжатия кронштейна /кр. Находим
значения /шп и /кр. Для этого определяем реакции опор RA и RB.
Составляем уравнение моментов всех сил относительно точки В.
Имеем
2 тв (Р)=RAL-1\ (12 + Q - Р213 = 0.
Откуда
п __R1 (^2 + 1з) +
и соответственно * .
р Д/1 + #2 Д + Ai)
Тогда отжатие скалки у шпинделя
Дд ^У« + Я1(^“Нз)
и у кронштейна
RB Д/1 + Д(4 + 4)
Zkp==J^= ж
44
Зная отжатие опор /шп и /кр, найдем угол а поворота осей АВ
и Д1Вх друг относительно друга:' Тогда
. \ [₽1/+/?2(/1 + Z2)l— •
/кр”/шп /кр /шп о
tga«s« =----J----=--------:---------Р---------------1—. (38)
По найденному углу а можно найти смещение осей расточенных
отверстий Д/ по формуле (знак у Af брать положительным)
Af=Mga = -^{Р?Л+Я2(/1 + /2)] ---------[Z?i(Z2+Zs)+/?2Z3b—}. (39)
ь ) /кр /шп/
Если усилия 7?! и Т?2 равны между собой, то формула (38) имеет '
следующий вид: ,
[(2/1+Qt-----(4+-2/3)1 (40)
** I /кр J +ц?п
Конусность любого из рассматриваемых |
отверстий определяется" по формуле (рис, 22) ,R
,. Т^шах ^rnin AD а
к-----ах : IT “ 2 ~ 1
Р?1/1 + ^2(/1 + 4) т—1’-№ (/2+/з)+^sJ г"— - _
_ у__________ !крл : ; 'ш? Рис. 22. Конусность
2Z,2 . ' . ’ отверстия ,
' ' / (41) ' ‘ . \
Погрешность обработки торцовых поверхностей выражается,
смещением их друг относительно друга на тот же угол а (рис. 21).
Если учесть прогиб скалки Af под действием сосредоточенных . /
сил 7?! и Т?2, то смешение Af будет больше. Наибольший прогиб ДД
от действия сил Ri и при данномзакреплении скалки определяется
следующей формулой:
Д/=0,0098 .
EJ
Тогда суммарное отжатие скалки
A/=4Wi+^i+wlp—
1 L J /кр
-1/?1(/1+/2)+ед^+0,0998&±^-}. , (42)
Нетрудно найти Д/ и графически (см. рис. 21).
Определим величину несооснрсти отверстий и .смещение друт1
относительно друга торцовых плоскостей при следующих данных:
длина скалки L == 800 mjk^ 1г = 100 мм, 1% — 500 мм, 13 = 200,мм.
Диаметр с'калки d = 50 мм, ее жесткость на опорах соответственно
равны /шп — 7,35-10’ н!м, jK„ = 4,i*»10’ н/м.
Усилий резаний 7?г = 1470 7?а — 980 w.
45'
1
Из формулы (42) определяем А/:
^=|об{[15О-1ОО+1ОО(1ОО+5ОО)]^“.
-[100 (500 + 200)+ 150 • 200] + 0,098 =
==0,224 жж = 224 мкм.
Теперь определим угол смещения торцовых плоскостей. По фор-
муле (38) находим угол а за счет отжатия опор, а по формуле *
7?£2/а3 а2\
L2)’
где R — равнодействующая сила и /?2; а — расстояние от точки
ее приложения до правой опоры, определяем наибольший угол
поворота скалки из-за ее прогиба.
Тогда суммарный угол
асум = а + 8- (43)
Подставляя в формулу (43) значения углов а и О, получаем для
взятого примера асум = 3,5 мин. Овальность отверстия определяем
как разность диаметров Di и Du по двум взаимно перпендикулярным
направлениям, т. е.
ED = DX — DIb
ч § 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ В СИСТЕМЕ СПИД
ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
При изготовлении зубчатых-колес наиболее трудоемкой и дорого-
стоящей операцией является нарезание зубьев. В связи с повыше-
нием скоростей и нагрузок требуется бесшумность работы зубчатых
передач и высококачественное их изготовление. Зуборезные станки
из-за многозвенности рабочих механизмов и, следовательно, недоста-
точной жесткости станка допускают большие погрешности обработ-
ки. Кроме того, имеются геометрические неточности рабочих узлов
станка и погрешности настройки системы СПИД; поэтому обработан-
ные зубья получают неправильную форму (разная высота и толщина
зубьев, их перекос и т. п.).
Рассмотрим погрешности обработки при нарезании зубьев по
методу копирования.
На рис. 23 схематически показаны деформации в системе СПИД
при нарезании зубьев модульной фрезой. При обработке зубьев
вследствие действия усилий резания Р2 и Ру и упругих отжатий
в технологической системе появляются неточности обработки.
Определим изменение зуба по его длине. При проходе фрезы
с любым режимом резания (рис. 23, а и б) происходит отжатие
* См. справочник «Машиностроение», т. III, Машгиз, 1951.
46
оправки АБ для заготовки и фрезерной оправки CD. При резании
оправки АБ и CD займут положение А1Б1 и и повернутся
соответственно на углыс^ и а2. От этого изменяется форма зуба как
по высоте, так и по толщине. Допустим, что жесткость оправки
в опоре A (jA) больше жесткости ее в опоре Б
В этом случае отжатие опоры Б (fB) больше чем в опоре A (fA)n
оправка поворачивается на угол
_fE-fA _ ру Г/ . ( в\ -| Px(D/2)(jA+iE)
1 /опр ionPU/sll/1+ 2/'/А V2 2Р£] ' ll„pjAiB
(44)
где D — диаметр детали; В — длина нарезаемого зуба.
При врезании фрезы из-за отжатия заготовки вместо срезаемого
слоя металла толщиной h снят слой металла с погрешностью
Рис. 23. Деформация технологической системы при изготовлении
зубьев по методу копирования
Дй1 = h —При выходе фрезы снят слой металла h2 с погреш-
ностью &h2 = h — h2 (рис. 23, в).
Так как > А^2, то высота зуба получается неодинаковой.
Погрешность обработки зуба по высоте в произвольном сечении
&hx = х tg cq — ха±.
Подставляя в выражение A/ix вместо cq его значение из (44),
получаем
Рух Г/ В\ ! В\. 1 ^Ух0’л+/б)
—г~7~ (Z1+y+ т /б---------р~Т~1---:
'опр/л/Б L\ 2 / \ 2 У J ^опр/л/ь
при х ~ В и = /2 = /опр/2
АЛ —
pyS
Zonp/ АIБ
Рг (D/2) В
Zonp/ д! Б
(45)
Если учесть погрешность из-за отжатия оправки CD на величину
Д/1ф и от прогибов оправок АБ (АЛ3) и CD (А/г4), то погрешность
47
обработки возрастет на (Л/гф + А/г3 4- А/г4), где
л. py[l2io+a2ic
Д«Ф=7Г—Т1-------
‘ф V ‘C‘D
Дй3 = 0,0098^22
£JOnp
Ри&
Л/14~ 192£/ф-
Таким образом, суммарная погрешность
_ рув 17, I
cyM”^w7L!/1 I
4-0,0098 р^°—
^/опр
f (i +B\i l.^’po+^/c
^-^+-2 7^—,
ру1Ф р^В(!а+>б)
(46)
По (46) можно определить усилие резания Ру и Pz в зависимости
от JicyM и равенства Ру = (0,4 4- 0,5) Pz.
Форма зуба, его расположение относительно заготовки из-за
упругих отжатий системы СПИД изменяются. Например, с умень-
Рис. 24. Схема врезания фрезы
и форма зуба
Рис. 25. Схема нарезания зубьев по методу
обработки (а) и деформации в системе СПИД (б)
шением высоты зуба увеличивается его толщина и наибольшее зна-
чение она достигает при выходе фрезы и равняется Д/ = 2Дйсум tg ад
(рис. 24).
При ад = 20°, Д/ = 0,728 Дйсум. На такую же величину умень-
шается ширина впадины зуба.
Существенное влияние на несимметричность профиля зуба
или отклонение его Д/? относительно радиуса заготовки R оказывает
поворот фрезы на угол а2, в связи с отжатием фрезерной оправки
А Б (см. рис. 23, а).
В этом случае погрешность Д7? находим из равенства Д7? = Ra2.
Угол а2 = —
От перекоса фрезы при ее закреплении относительно фрезерной
оправки в горизонтальной плоскости на угол а3 расширяется впа-
дина зуба по его длине на величину Д/ = Dc?a3. Эта погрешность
также оказывает влияние на профиль зуба.
48
При изготовлении зубьев по методу обкатки червячной фрезой
(рис. 25) под влиянием усилий резания также происходят упругие
отжатия оправок А Б и CD и их изгиб.
Эти деформации технологической системы вызывают погреш-
ности обработки зубьев. Как показывают опыты, проведенные на
зуборезном станке модели 5Д32, в большинстве случаев существен-
ное влияние на форму зуба цмеет изгибающий момент Рог, который
вызывает отжатие оправки А Б на угол ах и поворот заготовки на
угол сх2 из-за прогиба оправки АБ.
При недостаточной жесткости закрепления заготовки на оправке
угол может увеличиваться за счет смещения ее под действием
силы Ро на .
Общий угол поворота заготовки
^ = ^ + 0:2 + ^.
Угол cq определяется по формуле
h+fs^ 1 (*а , *б\
Zonp Zonp "Ах* ibj '
где ХА и ХБ— давление в опорах А и Б в направлении оси:
Ptf Pyh ____________Ру^~
лА— - и лБ -
4опр гопр
4 4 l)'
<х£ = - P° .
Л/заг
Таким образом,
a(Jbx I Ax) у (j Ax^2 1'бх11)
Zonp^Axi Бх
Por-/ I 3 /П , Po
£/onp \ 4 4 / / f'jsar
От поворота заготовки на угол а высота зуба по его длине В
изменяется на величину Дй = Ва.
- Учитывая отжатие фрезерной оправки CD на величину Дйф, полу-
чаем суммарное изменение высоты зуба Дйсум в следующем виде:
ДАсум = ДД + ДЛф. (47)
Как и при изготовлении зубьев по методу копирования
ДАф
= (ip+ic)
^dD
Формула (47) после подстановки в нее значений Дй и Дйф полу-
чает вид
ДАсум Р । г Л Рог (1бх ~>'ах) + Ру (>AxU~iBxll) | Axi Бх 1 1 , ру(ic+ip) (48)
F J \ 1 d опр \ 4 -4 1) ' г/заг] 4/с/о
49
зуборезным долбяком
Рис. 26. Схема нарезания зубьев ко-
леса
При зубодолблении (рис. 26) также происходит искажение
формы зуба из-за упругих отжатий рабочих узлов станка и неточ-
ности настройки технологической системы^
При поступательно-возвратном движении долбяка из-за раз- >
ной его жесткости в момент врезания (точка А) и при выходе (точ-
ка В) происходит отжим долбяка соответственно на Д/ц и Д/ь и пово-
рот его оси на угол а (рис. 26).
С увеличением глубины ре-
зания угол 04 увеличивается,
а следовательно, и растут по-
грешности обработки.
Зная усилие резания Р{/ и
жесткости долбяка, когда он на-
ходится в точках А и 5, полу-
чаем его отжатие
ру
4/^=-- и &h2 = —.
^А **
учесть прогибы державки долбяка,
Ру Ру1{ Ру Ру11
ЛЛ1~7Л + ЗЁТ И ЛЙ2~7^ + 3£Т’
/2 — расстояние от точек А и В заготовки до опоры дер-
Если
где 1{ и /2 — расстояние от точек А и В заготовки до опоры дер-
жавки долбяка.
Погрешность по высоте зуба
М^Мг-М^Ру А- - + Ц—М.
\1б Ja otJ j
Некоторое искажение размеров и формьгзубьев может произойти
от перекоса долбяка и поворота заготовки на угол а2 под влиянием
составляющей силы Pz,
Погрешность
где
а2
(49)
^/заг
2Рг .
В]'заг
Таким образом, суммарная погрешность обработки по высоте
зуба ДЛсум при одном проходе долбяка с заданным режимом резания
можно вычислять по формуле
ДА -Р П - 1 , । 2ВР,
Откуда усилие резания
р ________________ Д^сум
k^/lB 1//д+ 3EJ \ + Dj3ar
гдей — коэффициент в выражении Ру = kP^. Обычной = 0,4 ч- 0,6,
50
(50)
Произведенная проверка точности обработанных зубьев рассмот-
ренными методами и подсчитанные погрешности по выведенным
формулам дают расхождение в пределах 3—5%.
§ 7. ДЕФОРМАЦИЯ В СИСТЕМЕ СПИД ПРИ ШЛИФОВАНИИ
В процессе шлифования, как и при других технологических
операциях, связанных со снятием стружки, из-за возникновения
усилий резания и неабсолютной жесткости системы СПИД появ-
ляются погрешности обработки.
Качественно деформации обрабатываемых деталей при шлифо-
вании мало отличаются от деформации системы СПИД при точении,
фрезеровании, растачивании и т. д. .Например, при круглом шли-
фовании нежестких валиков, как и при точении, наблюдается боч-
кообразность. . 1 ч
При большой жесткости детали и неабсолютной жест кости.станка
обработанная поверхность приобретает корсетный вид.
Рис. 27. Схема отжатия детали при на- Рис. 28. Схема снятия металла в
ружном круглом шлифовании ’ один проход
Если не учитывать прогиб детали, то происходит только упругое
отжатие детали и она получается от этого конусообразной.
Рассмотрим наружное круглое f шлифование валиков, закреп-
ленных в Центрах (рис. 27). От действия усилий резаний Рх, Ру и Pz
главным образом от радиальной силы Ру происходит отжатие детали.
На рис. 27 наглядно показано смещение оси валика ОгО2 в положе-
ние QiOg, отчего профилированная поверхность имеет неправильную
форму.
Профиль обработанной поверхности по длине детали можно
определить следующим образом. Пусть начальная глубина шлифо-
вания при одном проходе 10. Фактически этот размер равняется /ф
и меньше /0 на М (рис. 28).
Таким образом,
/ф~/о
Значение А/ находим аналогично вышеприведенным исследо-
ваниям при точении в центрах [см. формулу (31)]. Итак:
\ * / /пб \ I / /шК
51
Подставляя значение Д/ в формулу /ф = tQ — At, получаем
. _ , _ ! \2 Ру __!1__]2 Ру __
Ф ° Ш /пб / / 7зб - /шк1
Откуда допускаемое усилие резания
(51)
(52)
Формула (52) позволяет найти усилие резания Ру в зави-
симости от заданной точности обработки At_= t0 —1& и жест-
Рис. 29. Схема шлифования с по-
перечной подачей
кости технологической системы.
Методика подсчета погрешно-
сти обработки при других видах
шлифования такая же, как и для
наружного круглого шлифования.
Например, при шлифовании с по-
перечной подачей (на врезание)
из-за отжатия детали (рис. 29, а, б)
образуется конусность с углом
наклона обработанной поверхности
в сторону опоры детали с большой
жесткостью.
Этот угол можно найти с неко-
торым приближением по формуле
~ /зб f пб
“-----i
Погрешность обработки при положении шлифовального круга
на расстоянии х от правой опоры определяется формулой
или, если исходить от ширины круга, то
г ______ В (/зб f пб)
'*~~2 ~ 2/ ’
Допускаемое усилие резания Ру определяется так же, как и при
шлифовании с продольной подачей [см. формулу (52)].
§ 8. ВЛИЯНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ НА ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ
На точность обработки, особенно при скоростном резании метал-
лов, большое влияние оказывают неуравновешенные массы вра-
щающихся деталей станков, приспособлений и заготовок.
В настоящее время станкостроительные заводы выпускают
металлорежущие станки с высоким числом оборотов шпинделей,
достигающих 2000 об/мин и более. При больших скоростях вращаю-
52
щиеся детали этих станков — шпиндели, патроны, планщайбы,
хомутики и т. п. должны быть тщательно отбалансированы. В про-
дивном случае неуравновешенность этих деталей вызывает вынуж-
денные колебания, влияющие на искажение формы обработанной
поверхности.
Рассмотрим одностороннее поводковое устройство токарного
станка. Это устройство на многих действующих станках неуравно-
вешенно из-за поводкового пальца и хомутика (рис. 30, а). При
вращении планшайбы особенно на высоких скоростях появляются
периодические силы, вызы-
вающие вынужденные ко-
лебания-1 шпинделя, следо-.
вательно, и обрабатывае-
мой заготовки.
Если обозначить вес
неуравновешенной массы G
и расстояние от ее центра
тяжести до оси вращения
планшайбы г, то при
данной угловой скорости
шпинделя центробежные
силы инерции определим
по формулам:
Jny = G/g • rco2 cos (DC |
J n2 = Gig ' r®2 sin 03 J
Наибольшее значение
этих сил равно (G/g) rco2.
Если учесть зазоры в соеди-
нениях деталей станков,
то погрешности обработки
окажутся еще большими.
Рис. 30. Влияние поводкового устройства на
точность обработки:
1 — погрешность обработки из-за центробежных
сил; 2 — погрешность обработки из-за сил реза-
ния; 3 — общая погрешность обработки
В общем случае при точении в центрах, кроме усилий резания
Рх, Ру и Рг, действуют также центробежные силы инерции.
На точность обработки существенное влияние оказывает равно-
действующая всех .сил, возникающих в радиальном направлении
к детали Ру. Ее1 величина
Ру = РУ ± ]пу = Ру ± (G/g) гчР cos со/.
Экстремальные значения Ру:
Pymax = py + (G/S)ra2, |
Ку min = />у-(G/g)r&. J
(54)
Благодаря действию переменной силы Ру происходит неодина-
ковое отжатие заготовки и заданная глубина резания изменяется
на величину:
Ry Ру ± (G/g) rco2'cos со/
53
и соответственно
_Л,+ (<%)™2
^max j
/с
, Py-(G/g)r(d2
A^min —' j
Jt
(55)
где /с — жесткость системы СПИД.
Поэтому обработанная поверхность в поперечном сечении полу-
чает неправильную форму круга. По длине детали погрешности
обработки за счет центробежных сил уменьшаются и возле заднего
центра сводятся к нулю. ,
Для получения данных о влиянии центробежных сил на точ-
ность обработки рассмотрим следующий пример. На токарном
Рис. 31. Влияние числа оборотов заготовки на
ее отжатие возле переднего центра:
I — теоретические данные; 2 — опытные данные
станке 1К62 обрабатывается гладкая стальная заготовка длиной
L = 600 мм и диаметром d = 58 мм.
Вес специально изготовленного поводкового устройства (поводко-
вого пальца и хомутика) составляет 2,5 кг. Центр тяжести неуравно-
вешенной массы смещен на г = 100’мм.
Жесткость системы СПИД /пб = ЫО8 н/м, /зб = 5,3 *107 н/м
и /суп = 6,37-107 н/м. Кривая 1 на рис. 30, б показывает отжатие
заготовки от действия только одной центробежной силы J п, кри-
вая 2—за счет сил резания и кривая 3~ суммарную погрешность
обработки от действия усилий резания и центробежных сил инерции.
На рис. 31 показано влияние числа оборотов заготовки на ее
отжатие под действием центробежных сил, возникающих за счет
дисбаланса поводкового устройства. Как следует из рисунка, отжа-
тия заготовки в значительной мере зависят от угловой скорости
и жесткости технологической системы. Так, например, при враще-
нии заготовки со скоростью п = 100 об/мин центробежная сила
равняется примерно 24,5 я, а при п = 2000 об/мин она достигает
9,8 -103 н. Таким образом, при повышении числа оборотов заготовки
в 20 раз центробежная сила увеличивается в 400 раз. Соответственно
растут и отжатия обрабатываемой детали (рис. 31).
Следовательно, снижение жесткости рабочих узлов системы
СПИД приводит к резкому увеличению погрешности обработки.
54
§ 9. ПОГРЕШНОСТИ ОБРАБОТКИ ИЗ-ЗА ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО НАГРЕВА
При точении, строгании и фрезеровании наибольшее количество
теплоты (60—90%) поглощается стружкой, 1—2% уходит в окру-
жающее пространство, а остальная часть распределяется между
инструментом и обрабатываемой деталью. При сверлении большая
часть теплоты остается в детали. Чем выше скорость и больше попе-
речное сечение срезаемого слоя металла, тем больше теплоты погло-
щается стружкой и меньше деталью. При токарной обработке,
в деталь переходит 5—8% теплоты. -
Эксплуатационный нагрёв системы СПИД оказывает существен-
ное влияние на точность обработки. Обозначая Дт погрешности
обработки из-за эксплуатационного нагрева в системе СПИД,
получаем
— Аги + АТд + Д^ст» (56)
где ДТи, ДТд и ДТст — погрешности обработки из-за нагрева инстру-
мента, обрабатываемой детали и станка; т — продолжительность
работы.
Рассмотрим в формуле (56) каждую составляющую погрешности.
Исследования показывают, что в инструмент переходит лишь
2—6% теплоты, образующейся при резании металлов. Однако, и этой
теплоты достаточно^ чтобы соответственно нагреть режущий инстру-
мент. Особенно высокая температура (800—1000° С и выше) соз-
дается у вершины режущего инструмента, т. е. в зоне резания.
От вершины инструмента тепловые потоки направляются в тело >
(державку) инструмента, где температура резко падает. Наиболее
существенное влияние на тепловое расширение оказывают одно-
лезвийные инструменты (резцы). Определим удлинение резца и
выявим влияние его нагрева на точность обработки.
Согласно экспериментальным и теоретическим исследованиям
температура по длине резца распределяется неравномерно: наи-
большая — у вершины резца и наименьшая — в хвостовой части.
Изменение температуры в начальный период работы резца значи-
тельнее, чем в последующий период.
На рис. 32 показаны кривые распределения температуры по
длине резца через 20 мин работы с различными передними углами.
Во всех опытах по истечении 2—3 мин температура державок быстро
возрастает и достигает почти своих предельных значений (80—
180° С), по истечении последующих 15—20 мин она изменяется •
незначительно, возрастая примерно на 15—25° С. Это объясняется
беспрепятственной теплоотдачей в тело инструмента, суппорт и
окружающее пространство.
_ Экспериментальные исследования показывают, что во всех
случаях,‘где требуется большая сила и энергия для срезания метал-
ла, наблюдается и большая температура. Например, с увеличением
переднего угла температура в теле резца резко снижается, что
объясняется уменьшением силы резания и трения в зоне контакта
стружки с передней поверхностью резца. С увеличением радиуса
55
закругления температура тела резца возрастает. Это же наблюдает- ;
ся при затуплении резца, что объясняется повышением силы реза- '
ния и трения при снятии стружкй.
Существенное влияние на температуру державки резца оказывают
поперечное сечение стержня резца и качество материала, из которого
сделаны режущие пластинки. Увеличение сечения корпуса резца
в два раза снижает температуру примерно на 50%.
Основная теплота во время работы резца сосредоточивается
в его консольной части; поэтому при работе в основном нагревается
туры по длине резца через 20 мин
работы:
V — 94,5 м/мин; t =2 мм; s = 0,15 мм/об;
1 — у = — 5°; 2 — у = 12°; <3—7 = 25°
эта часть резца. Определение
величины удлинения головки
резца необходимо вести по сред-
ней температуре всех термопар,
Рис. 33. Влияние переднего
угла на удлинение резца ALp
при нагреве:
v = 94,5 м/мин; s = 0,15 мм/об;
t = 2 мм; Т = 20 мин; 1 — у =
= —5°; 2 — 7 == +12°; 3 — у = 25°
находящихся в этой части. Зная эту температуру, можно найти
удлинение резца:
ALp — LptzT (57)*
где £р — вылет резца; а — коэффициент линейного расширения;
Тср — средняя температура.
Определение удлинения резца производят с помощью формулы,
выведенной проф. А. П. Соколовским, в Которую входят основные
факторы процесса резания металлов.
Для установившегося теплового состояния и при условии равно-
мерного распределения теплоты по консольной части резца
ALp = С (Lp/F) ав (is)»-™ /7, (58)
где С — коэффициент, зависящий от условий резания; F — по-
перечное сечение резца, мм2; сгв — предел прочности обрабаты-
ваемого материала, кгс/мм2; t — глубина резания, мм; s — подача,
мм/об; v — скорости резания, м/мин.
56
Подсчеты показывают, что точность формулы (58) во многом зави-
сит от коэффициента С. Чем точнее определен этот коэффициент,
тем ближе к истинному значению найденное удлинение резца. Удли-
нение резцов от эксплуатационного нагрева зависит от многих усло-
вий, связанных с процессом резания металлов (рис. 33). Основными
из них являются размеры резца и его вылет, продолжительность
точения, режимы резания, геометрические данные инструмента,
а также качество обрабатываемого материала и инструментов.
Тепловое расширение инструментов целесообразно учитывать
только при чистовых или отделочных операциях. Удлинение резца
от нагревания можно также определить с помощью индикатора при
удлинения головки резца; или оно
непосредственном
определяется полураз-
ностью диаметров, из-
меренных в начале и
в конце прохода.
Погрешность обраба-'
тываемой детали от на-
гревания Дтд становится
наибольшей, когда де-
таль зажата. В этом слу-
чае от эксплуатацион-
ного нагрева происхо-
дит коробление детали,
а после ее обработки,
при остывании, обнару-
живаются большие по-
грешности как в по-
перечном, так . и про-
дольном направлениях.
Рис. 34. Схема упругого центра с индикатором
Кроме теплоты, образующейся в детали при точении, ей пере-
дается теплота от трения в центрах, а при работе с люнетом — от
трения его о деталь. Чтобы обеспечить высокую точность обработки,
необходимо знать закон распределения температуры по всему
объему обработанной детали. Решение этойЪадачи облегчается тем,
что для определения расширения или удлинения детали от эксплуа-
тационного нагрева за время ее обработки достаточно знать только
среднюю, а не истинную температуру для каждого мгновения в лю-
бой точке обрабатываемой детали как по ее длине, так и по попереч-
ному сечению.
Среднюю температуру детали можно определить тремя спосо-
бами: посредством термопар, которые предварительно устанавли-
вают по концам детали на разную глубину, индикатором, вмонти-
рованным в упругий задний центр, и калориметрически.
При обработке детали в центрах наиболее удобным способом
для определения ее средней температуры является второй способ.
Для этой цели необходимо опереть заготовку на упругий центр
с индикатором (рис. 34) и зарегистрировать в любой момент времени
при точении удлинение детали Д/.
57
Затем из формулы А/ — 1а1\р можно найти среднюю темпера-
туру детали:
Тср = Д///а.
При обработке детали, закрепленной в разных центрах, наимень-
шая средняя температура детали наблюдается при работу с вращаю-
щимся центром. С увеличением скорости резания температура детали
повышается, а "с увеличением подачи температура понижается.
Наименьшую температуру деталь имеет при закреплении ее во
вращающееся центре. То же самое наблюдается при работе с раз:
ными центрами при изменении не только режимов резания, но и
Количество измерений подлине
Рис. 35. Изменение диаметра деталей по их
длине при закреплении в различных центрах:
1 — упругом; 2 — неподвижном; 3 — вращаю-
щемся
геометрических данных ин-
струментов.
На температуру обра-
батываемой детали в боль-
шей степени влияет износ
резца по задней поверх-
ности.
На рис. 35 показаны
Кривые искажения формы
деталей при закреплении
в разных центрах. Детали
длиной I = 700 мм и диа-
метром d = 50 мм обта-
чивают на станке 1К62
при следующих условиях:
каждую деталь.‘обрабаты-
вают 20 мин с постоянной
скоростью v = 99 мм/мин
в три прохода: первый проход с глубиной резания t = 2 мм
и подачей s: = 0,33 мм/об; второй проход — t2 — 2 мм и s2 =
~ 0,15 мм/об и третий проход t3 = 1 мм и s = 0,15 мм/об.
После обработки диаметр детали измеряют в одиннадцати равно-
удаленных по длине местах. Наихудшие результаты получаются
при закреплении детали в неподвижных и вращающихся центрах;
наибольшая погрешность 250 мкм — при обработке детали была
при закреплении ее в неподвижном центре, наименьшая 50 мкм —
в упругом центре. Вращающийся центр искажает диаметр
230 мкм. Кроме того, при закреплении во вращающихся ^особенно
неподвижных центрах на третьем проходё наблюдаются вибрации.
Таким образом, наибольшая точность обработки получается при
применении упругого центра.
Эксплуатационный нагрев металлорежущих станков, влияющий
на точность обработки Атст, показывает, что температурные дефор-
мации станков происходят главным образом от трения в зубчатых
передачах и подшипниках и появляются преимущественно в корпу-
сах коробок скоростей и шпинделях. ’
Время, необходимое для теплового равновесия станка, состав-
ляет примерно 2—3 ч, а разность температур масла при нормальной
58
производственной загрузке станка в течение смены находится в пре-
делах 10—30° С.
Температурные смещения оси шпинделя нарушают точность
обработки. Особенно- большие погрешности могут произойти от
удлинения шпинделя и детали при эксплуатационном нагреве,
когда деталь закреплена в патроне и жестком заднем центре или
в переднем и заднем жестких центрах. При работе с упругим цент-
ром опасаться удлинения шпинделя не следует, так как такие
центры служат компенсаторами. В этом случае из-за продольного
отжатия центра деталь свободно расширяется и не происходит,ее
коробления.
Станины, суппорты и задние бабки нагреваются незначительно
(на 1—2° С за смену), и их температурными деформациями можно
пренебречь.
Температурные деформации, возникающие при эксплуатацион-
ном нагреве станков, в значительной мере устраняются не только
различными компенсирующими устройствами, но и созданием стан-
ков такой конструкции,, которые в процессе работы мало подвер-
гаются тепловым воздействиям. Это достигается подбором тепло-
стойких материалов, теплоизоляцией и соответствующим конструк-
тивным оформлением деталей и узлов станка.
§ 10. ПОНЯТИЕ О РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЯХ
Исследованиями советских ученых проф. Б. С. Балакшина,
Н. А. Бородачева, П. Ф. Дунаева, А. И. Якушева и др. доказано,
что решение вопросов точности в машиностроении сводится к изу-
чению погрещности замыкающего звена
кой цепей системы СПИД.
Размерной цепью называется замкну-
тая цепь взаимно связанных звеньев
(размеров), последовательно располо-
женных и определяющих взаимное по-
ложение поверхностей и осей одной
или нескольких деталей.
• Размерная цепь называется л и -
н е й н о й, если все входящие в нее
размерной и кинематичес-
Рис.- 36. Схема определения
размерных цепей:
а — эскиз обрабатываемой дета-
ли: б — размерная цепь
размеры параллельны между собой;
если все или некоторые размеры цепи
не параллельны между собой, но лежат
в одной плоскости, то это плоская
цепь. При наличии в размерной цепи
непараллельных размеров, лежащих в непараллельных плоскостях,
цепь называют пространственной.
- В зависимости от числа звеньев размерные цепи бывают про-
стыми и сложными (многозвеньевыми). Для наглядности размерные
цепи можно изображать в виде схем (рис. 36). Основное свойство
размерных цепей заключается в их замкнутости, определяемой
наличием двух ветвей,.
59
Первое звено размерной цепи (рис. 36), с которой начинается
ее построение, называется основным или исходным. Последнее
звено размерной цепи Лд называется замыкающим.
Получение любого звена последним в качестве замыкающего
зависит от порядка обработки заготовок. Так, при обработке сту-
пенчатого валика (рис. 36) замыкающим звеном может быть любое
звено
Кроме исходного и замыкающего звена, остальные составляю-
щие звенья делятся на увеличивающие, уменьшающие и компен-
сирующие. Увеличивающее — это такое звено, с увеличением
которого возрастает исходное или замыкающее звено. Уменьшаю-
щее — это звено, с увеличением которого уменьшается исходное
или замыкающее звено. Компенсирующее — это звено, в котором
в результате изменения размера или поворота поверхностей погло-
щается излишняя величина отклонения замыкающего звена. При-
мером компенсирующего звена является размер толщины проста-
новочного кольца, изменением которого обеспечивается требуемый
зазор между торцом зубчатого колеса и этим кольцом.
Погрешность замыкающего звена сод размерной цепи равняется
алгебраической или векторной сумме погрешностей всех состав-
ляющих звеньев.
Для плоских размерных цепей с параллельными звеньями
т — 1
“д = м1 + ®2 + "- + “т-1= У (59)
1 = 1
Для плоских размерных цепей, имеющих звенья, расположенные
под углом к выбранному направлению,
сод = со- cos 04 + со2 cos а2 . + (й'т_ j cos ат_ь (60)
где со А— погрешность замыкающего звена размерной цепи или
поле рассеяния замыкающего звена; tn — общее количество звеньев
размерной цепи; coz — поле рассеяния f-ro составляющего звена;
а2,am-i — углы наклона звеньев к выбранному направлению.
При определении погрешности замыкающего звена при изго-
товлении партии деталей или их сборке следует иметь в виду не
погрешность, а рассеяние размеров замыкающего звена. В этом
случае- отклонения в размерах относятся к случайным величинам,
и поэтому при расчете различных цепей пользуются правилами
теории вероятностей. Так как величина замыкающего звена раз-
мерной цепи является функцией нескольких независимых перемен-
ных, представляющих составляющие звенья, т. е.
= ^2’ •••’ ^zn~l),
то, написав полный дифференциал функции
аЛЛ, дЛЛ дА
dA1+~dA2dA2 + "- + дАт_г dAm^ (61)
60
и заменив в (61) дифференциалы малыми конечными приращенийми,
представляющими величины полей рассеяния, получим
или
«ЭЛ,
Мд
дАт-1
аАт
т
-1
71 а
%+•• +
(62)
Для "плоских размерных цепей с параллельными звеньями
формула (62) упрощается, так как величины частных производных
равняются единице. Тогда формула (62) примет первоначальный
вид (59). Поле рассеяния всех составляющих звеньев размерной
цепи нередко смещается относительно расчетной или, номинальной
величины. Это смещение характеризуется координатой середины,
поля рассеяния
= I ДшЬ (63) '
где — передаточное отношение, zкоторое в общем случае есть
частная производная — (5АЛ)/(5Аг).
Следовательно, и поле рассеяния замыкающего звена также
может сместиться относительно его номинального размера. Тогда
координата середины поля рассеяния замыкающего звена плоской
размерной цепи Дол с параллельными звеньями
п т — 1
Д«Д= S Л<0‘- 5 Д(0>’’ (64)
i — 1 i — п + 1
гДе — координата середины поля рассеяния f-ro составляю-
щего звена; п — количество увеличивающихся звеньев.
Аналогично определяем величину отклонения среднего значе-
ния замыкающего звена размерной цепи от номинальной:
Л! (х) = Аюд + ад-у-= (д&ч +а*‘ <65>
п 4-1
В случае симметричных кривых рассеяния у всех составляющих
звеньев, т.е. при— 0, равенство (65) превращается в равенство (64).
нб
Допуски на предельные отклонения наибольшего ДЛд и наимень-
нм
шего ДЛд определяются по формулам:
т—1 т—1
<4+2 (66)
f=l
т — 1 т— 1
61
При расчете по методу максимума-минимума (ГОСТ 16320—70)
величина допуска т—Т i — \, (68)
При расчете по вероятностному методу
Zm— 1 (69)
Коэффициент t выбирается в зависимости от принимаемого
процента риска Р при совпадении центра группирования с коорди-
натой центра отклонения (табл. 4).
Таблица 4
Процент риска Р 32 10 4,5 1,0 0,27 0,1 0,01
Коэффициент 1 1 2,0 157 3,0 3,29 | 3,89
Коэффициенты принимаются равными^ Ц = 1/3 — в тех слу-
чаях, если ничего неизвестно о характере кривой рассеяния (для
изделий мелкосерийного производства); 24=1/6 —если выбира-
ется закон рассеяния'; близкий к треугольнику; 24 — 1/9 — при
выборе закона рассеяния, близкого к закону нормального распре-
деления Гаусса (для изделий крупносерийного и массового произ-
водства).
Средняя величина допуска при расчете по методу максимум-
минимум
<70)
При вероятностном методе расчета
Л у 2 $
Во всех случаях, чтобы обеспечить требуемую точность замы-
кающего звена, рекомендуется избегать длинных многозвенных
цепей. Ответственные размеры следует определять кратчайшими
размерными цепями — в этом случае меньше погрешностей. Это
подтверждается формулами (59) или (62).
Для иллюстрации изложенного рассмотрим два решения задачи
получения высокой точности на размере Лд втулки (рис. 37). При
"первом решении втулка обрабатывается на револьверном станке,
и точность на требуемом размере получается при помощи раз-
мерной цепи, как это схематически показано на рис. 37, а.
Таким образом, требуемый размер втулки Дд, как видим из
схемы, представляет’ собой замыкающее звено многозвенной раз-
мерной цепи
Лд = Л14-Л34-^з’—^4~~^5 + ^6 + ^7 + ^8. ' (72)
62
При втором решении задачи отверстие втулки растачивают при
помощи простой державки, несущей резец (рис'. 37, б).'Державка 1
имеет вращающийся*'ролик 2, упирающийся в ранее обработанный
торец втулки 3, от которого и необходимо получить точный размер А д.
В этом случае многозвенная цепь (72) заменяется другой мало-7
звенной цепью, содержащей всего три звена
AA = A2-Alt ' - (73)
Вследствие этого, если поле рассеяния каждого из звеньев
принять равным coz = 0,01 мм, то в первом случае Лд партии втулок
Рис. 37. Размерные цепи для токарного станка (а) и втулки (б)
может быть равным 0,08 мм, во втором 0,02 мм, т. е. в четыре раза
точнее.
Такой расчет характерен для всех станков: токарных, фрезер-
ных, сверлильных и т. п. и для всех технологических операций.
Таким образом,, обрабатываемая деталь является замыкающим
звеном размерной цепи и погрешности, возникающие в этой размер--
ной и кинематической цепях системы СПИД, вызывают погрешности
на обрабатываемой детали. Поэтому погрешности обработки надо
определять не изолированно от кинематических и размерных цепей
той или иной технологической системы, а при рассмотрении ее в це-
лом как при статическом, так и динамическом состоянии, т. е. в про-
цессе резания металлов.
ГЛАВА IV
ОСНОВЫ БАЗИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ И ВИДЫ
ПРИСПОСОБЛЕНИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ
ПРИ ИХ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ
§ 1. БАЗЫ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ
Базами называются исходные поверхности, линии или точки,
определяющие положение заготовки в процессе ее обработки на
станке или готовой детали в собранной машине.
Число и расположениё базирующих поверхностей, линий или
точек должно быть выбрано так, чтобы создать достаточную и на-
дежную установку обрабатываемой детали относительно направле-
ния движения режущих инструментов'. Этого можно достичь, если
связать все шесть степеней свободы обрабатываемой детали (три
поступательных и три вращательных движения).
Правильное базирование и закрепление деталей при обработке
и сборке оказывает существенное влияние на качество работы
каждой машины и на точность при обработке заготовок.
Различают конструкторские, технологические и.сборочные базы.
Конструкторскими базами называются поверхности, оси или
точки, определяющие положение детали относительно других
деталей при ее работе в машине. За конструкторские базы часто
принимаются не материальные, а геометрические элементы деталей
машин (осевые линии отверстий и валов, оси симметрии и т. п.).
Так, конструкторскими базами являются две взаимно перпен-
дикулярные оси конических шестерен (рис. 38).
В червячном редукторе точность взаимного расположения .чер-
вячной пары (рис. 39) определяется осями червяка и колеса и т. п.
Так, например, поверхность А серьги (рис. 40, а) является конст-
рукторской базой поверхности Б. С другой стороны, поверхность
Б является конструкторской базой поверхности А.
Точно так же, ось О/О; отверстия I является конструкторской*
базой отверстия II и, наоборот, ось ОцОц служит конструкторской
базой отверстия I.
Размеры, связывающие рассматриваемую поверхность, линию или
точку с ее конструкторскими базами, называют конструкционными.
Технологические базы используются в процессе механической
обработки детали. Технологические базы подразделяются на исход-
ные, установочные и измерительные.
Исходная база — это поверхность, линия или точка, '
относительно которой на операционном эскизе координируется
положение обрабатываемой поверхности. Размер, которым опреде-
ляется это положение, называется исходным.
64
На рис. 40, б показан операционный эскиз обработки поверх-
ности Б серьги. Выдерживается исходный размер- Н, заданный от
плоскости А, являющийся исходной ба-
' зой обрабатываемой поверхности Б.
При обработке отверстия II (рис. 40, б)
выдерживается исходный размер L,
Рис. 39. Червячная пере-
дача
Рис. 38. Коническая передача
заданный от оси обработанного отверстия /. В этом случае
ось OiOi служит исходной базой.
Установочными базами называют такие поверх-
ности детали (только поверхности, не линии и не точки), которыми
деталь устанавливается для
обработки в определенном
положении относительно
станка (или приспособле-
ния) и режущего инстру-
мента. Установочной базой
следует считать каждую
поверхность детали, кото-
рой она соприкасается
с установочными поверх-
ностями приспособления.
Благодаря контакту с
у становочн ыми повер хно-
стями приспособления де-
таль получает определен-
ность положения относи-
тельно станка и режущего
инструмента. На опера-
ционном эскизе для каждой
установочной базы изобра-
Рис. 40. Серьга (а) и ее базирование при
обработке (б)
жаются применяемые для
ее установки установочные элементы, обозначаемые соответствую-
щими значками (ГОСТ 3.1107—73). Наиболее часто применяе-
мые обозначения приведены в картах 1 и 2. Принятые обозначения
3 Колев К. С.
65
Карта 1
Обозначения установочных элементов по ГОСТ 3.1107—73
Тип установочного элемента Условные обозначения
вид спереди | вид сверху
Опоры регулируемые самоустанав- ливающиеся, подводимые, одиночные
Опоры сблокированные
Опоры призматического типа 0—*—0
Опоры плавающие 0
Патроны двух-, трех- и четырехку- лачковые, цанговые, оправки разжим- ные т лк
Патроны поводковые 2 2
Люнеты подвижные
Центры гладкие
Центры вращающиеся
Зажим гидравлический t А
Зажим пневматический А
Зажим магнитный и электромагнит- ный ф | (•) |
66
на операционных эскизах проставляются' так, как указано на
рис. 40, б.
Серьга при обработке плоскости Б (рис. 40, б) устанавливается
одной базой — плоскостью А. Подобная установка может быть осу-
ществлена на магнитную плйту на плоскошлифовальном станке.
Плоскость магнитной плиты, на которую ставится деталь, и выпол-
няет роль постоянной опоры.
Карта 2
Приемы выполнения схем установки изделий
Описание спосдба установки
С упорным и вращающимся центрами,
в поводковом патроне и в подвижном
люнете
С рифленными и упорными центрами
С упорными и плавающими центрами
в поводковом патроне и в неподвижном
люнете
В тисках с опорой на плоскость
В призмах с опорой на плоскость
На разжимной цилиндрической оправ-
ке с упором в торец
На гидравлической оправке с упором
в торец
- Схема обозначения
При обработке отверстия II (см. рис. 40, б) серьга устанавли-
вается тремя установочными базами — плоскостью А, отверстием /
и наружной поверхностью В, при этом базы / и А устанавливаются
на постоянные опоры, а базы В — на регулируемую,
3* 67
Рассмотренные примеры показывают, что деталь для обработки
может устанавливаться одной, двумя, либо тремя базами. Чаще
всего установка производится группой установочных баз.
В качестве установочных баз могут быть выбраны как обра-
ботанные, так и необработанные поверхности детали.-Если приняты
необработанные поверхности, то такие базы называют черно-
выми. Черновые базы должны быть по возможности ровными
и гладкими. Пользоваться ими можно лишь на начальных операциях
обработки. Рекомендуется за черновую технологическую, базу выби-
рать поверхности, остающиеся у детали черными. Так, ..у литых
шестерен, шкивов, тормозных дисков — это внутренние поверх-
ности обода и торца диска.
Установочные базы подразделяют также на основные и вспомо-
гательные.
Основной установочной базой называют по-,
верхность, которая служит для / установки детали при обработке
и сопрягается с другой деталью, совместно работающей в собранной
машине, или оказывает влияние на действие данной детали в машине.
Примером может служить зубчатое колесо. При нарезании зуба
отверстие колеса является основной установочной базой, так как
поверхность отверстия соприкасается с валом, и на работу колеса
оказывает влияние взаимное расположение оси отверстия и оси
основной окружности зубчатого венца.
Вспомогательной установочной базой на-
зывают поверхность детали, которая служит только для ее установ-
ки при обработке. Примером вспомогательной базы являются цент-
ровые отверстия, используемые для установки деталей типа валов
при их обработке.
Измерительная база — это поверхности, линия или .точка по-
верхности, относительно которой измерением проверяют поло-
жение обработанной поверхности, т. е. проверяют исходный
размер. - -
. Обычно измерительная база совпадает с исходной. Так, на
операции обработки плоскости Б серьги (рис. 40, б) измерение
размера Н до обработанной плоскости Б производится от пло-
скости 4, которая является одновременно и исходной измеритель-
ной базой.
На операции обработки отверстия II (рис. 40, б) исходной базой
служит ось ОХОХ отверстия I (от нее задан исходный размер L до
оси 0ц0ц отверстия //), но она не является измерительной базой,
так как от нее нельзя измерением проверить размер L.
В подобных случаях размер L проверяется косвенно путем изме-
рения скобой размера Ах (рцс. 40, б) между ближайшими образую-
щими отверстий I и II. Здесь измерительной базой служит линия —
образующая СС отверстия /, причем измерительная база (линия СС)
не совпадает с исходной базой (осью ОХОХ отверстия /).
Сборочными базами являются обработанные поверхности, кото-
рыми деталь присоединяется к другим деталям, определяющим ее
положение в узле или машине.
68
Сборочными базами конических колес являются отверстия,
которыми детали монтируются на валы и торцы, упирающиеся
в мерные шайбы.
Сборочными базами червяка являются внешние поверхности
шеек, которые вращаются в подшипниках, и один из торцов, упи-
рающийся в промежуточную втулку червячного колеса, которым
оно насаживается на вал и левый торец ступицы.
Сборочные базы подразделяются на опорные и проверочные.
Сборочная база называется опорной, когда составляющие ее
базирующие поверхности служат для проверки положения детали
по отношению к другим деталям собираемого изделия. Прове-
рочная сборочная база может быть реальной и услов-
ной, т. е. она может быть образована из материальных поверхностей
и отдельных геометрических элементов (осевые линии, биссектрисы
углов и т. п.).
§ 2. ВЫБОР БАЗ. ПРИНЦИПЫ ПОСТОЯНСТВА И СОВМЕЩЕНИЯ БАЗ
Схема простановки размеров при назначении конструкторской
базы в значительной степеци предопределяет последовательность
обработки и выбор установочных баз, тип режущего инструмента,
конструкцию приспособлений и возможность выполнения операции
на станке. Это влияет на надежность обеспечейия заданной точности
и производительности обработки.
Обычно схемы бывают неравноценны в технологическом отноше-
нии. Поэтому при выборе базы прежде всего следует иметь в виду
технологичность конструкции, т. е. чтобы на обработку детали затра-
чивалось меньше времени и деталь выполнялась в простых приспо-
соблениях, а заданная точность обеспечивалась просто и надежно.
При разработке технологического, процесса выбирают исходные,
установочные и измерительные базы для каждой операции.
Выбор технологических баз — один из ответственных моментов
в разработке технологического процесса, так как он предопределяет
точность обработки и конструкцию приспособления. Неправильный
выбор баз часто приводит к усложнению конструкции приспособ-
ления, появлению брака и увеличению вспомогательного времени
на установку и снятие детали.
Как правило, обработку детали начинают с той поверхности,
которая будет служить установочной базой для дальнейших опе-
раций. На первой операции в качестве установочной базы обычно
принимают необработанную поверхность — черновую базу. Однако
нельзя принимать каждую черновую поверхность детали в качестве
черновой базы, а только ту, которая в дальнейшем не подлежит
обработке и является достаточно чистой, гладкой и ровной.
Если нет поверхности, удовлетворяющей указанным требова-
ниям, то у заготовки предусматривают специальные установочные
бобышки, которые при первой операции служат установочной базой.
В зависимости от конфигурации и сложности детали обработку ее
на последующих операциях ведут с использованием одной и той же
69
установочной базы. Если все операции обработки детали выпол-
няются при одной и той же базе, то используется принцип постоян-
ства базы.
Наибольший эффект принципа постоянства базы достигается
при обработке деталей с концентрично расположенными поверх-
ностями. Например, при обработке валов на всех операциях исполь-
зуется одна и та же база — центровые отверстия. Для получения
наибольшей точности стремятся по возможности провести весь
процесс обработки от одной базы и с одной установки, устраняя тем"
самым возможности смещения детали. Принцип постоянства базы
принимается иногда и при обработке корпусных и других деталей.
Обычно это производится на автоматических линиях, где на каждой
позиции деталь устанавливается при одной и той же базе (чаще
плоскостью и двумя отверстиями).
Использование здесь принципа постоянства базы позволяет
унифицировать приспособления, получить удобную и надежную
установку детали.
Необходимо иметь в виду, что для обработки многих* деталей
не всегда удается применить принцип постоянства базы. Иногда,
одни и те же установочные базы можно использовать на нескольких
операциях.
При выборе как установочных, так и исходных баз руководст-
вуются принципом совмещения баз.
Этот принцип состоит в том, чтобы в качестве технологических
баз (исходной, установочной и измерительной) использовать кон-
структорскую базу. Часто совмещают все четыре базы — конст-
рукторскую и три технологические, т. е. строят операцию, полно-
стью отвечающую требованиям и принципам совмещения баз.
Вместе с тем встречаются случаи, когда по тем или иным причи-
нам делают отступления от принципа совмещения баз. Наиболее
характерны два отступления:
1) исходная база не совмещена с конструкторской;
2) установочная база не совмещена с исходной.
При несовмещении баз возникает погрешность. Такая погреш-
ность не связана с процессами обработки, установки или контроля,
а зависит только от выбора баз.
Базирующие поверхности необходимо выбирать так, чтобы в про-
цессе обработки усилия резания и зажатия не вызывали недопусти-
мых деформаций детали.
Принятые базы должны обеспечить простую и надежную конст-
рукцию приспособления, с удобной установкой, креплением и сня-
тием детали. Для достижения точности рекомендуется соблюдать
единство баз, т. е. выполнение всех операций обработки детали
от одних и тех же баз.
По ходу обработки детали возникает необходимость перехода
от одних баз на другие. В этом случае необходимо учитывать, что
такой переход всегда связан с потерей точности при базировании,
так как к имеющимся погрешностям добавляются погрешности
обработки от предыдущих поверхностей.
70
§ 3. НЕСОВМЕЩЕНИЕ ИСХОДНОЙ, КОНСТРУКТОРСКОЙ
И УСТАНОВОЧНОЙ БАЗ
Рис. 41. Обработка детали (а) при не-
совмещении исходной базы с конструк-
торской (б)
Рассмотрим случаи несовмещения баз и определим величину
погрешностей.
На рис. 41 приведен пример, когда при разработке технологи-
ческого процесса допущено несовмещение исходной базы с конструк-
торской.
На р,ис. 41, а положение поверхности Б задано размером h
от конструкторской базы В, а на операционном эскизе (рис. 41, б) —
размером Т от исходной, базы А.
Исходный размер Т не совпадает с конструкционным раз-
мером; он введен по соображениям рациональности производства.
Размеры, вводимые дополни-
тельно к конструкционным раз-
мерам, называют технологиче-
скими или производственными.
Во всех случаях, когда до-
пускается несовмещение исход-
ной и конструкторской баз,
вводят технологический размер.
Правильность выдерживания
технологического размера Т
проверяют и технолог и контро-
лер непосредственно после вы-
полнения операции, а при сдаче
готовой продукции проверяет-
ся конструкционный размер h
(рис. 41, а).
Конструкционный размер h
получается как следствие вы-
держивания размеров Н и Т,
поэтому погрешность размера h
складывается из погрешностей размеров НиТ (см. рис. 41, б), т. е.
(74)
где соЛ, соя и со7 — соответственно погрешности размеров ft, Н и Т,
Таким образом, из-за несовмещения исходной и конструктор-
ской баз на точность конструкционного размера ft, кроме погреш-
ности выполнения технологического размера Т, влияет еще и по-
грешность со/7 размера Н между исходной и конструкторскими
базами.
Максимальное значение этой погрешности равно допуску на
размер Н. Заменяя в уравнении (74) погрешности допусками на те
же размеры, получаем
Решаем это уравнение относительно 6Т:
(75)
71
Так как допуск 6Г на технологический размер Т равен разности
допусков на конструкционные размеры h и Я, то технологический
размер Т имеет поле допуска уже, чем обеспеченный или конструк-
ционный размер h. Иногда допуск на технологический размер Т,
определяемый по формуле (75), получается настолько незначитель-
ным, что он не может быть обеспечен при обработке. Поэтому не
всегда можно пользоваться введением технологического размера.
При установке детали для. обработки в некоторых случаях
в качестве установочной применяют не исходную базу. Например,
если в вилке (рис. 42, а), установленной в приспособление плоско-
стью В, обрабатывать плоскость А по размеру М (рис. 42, б), то
установочная база (плоскость В) не будет совпадать с исходной
плоскостью Б.
Несмотря на то что в рассматриваемом примере исходная база
совмещена с конструкторской (плоскость В), принятая схема уста-
Рис. 42. Обработка детали при несовме-
щении установочной базы с исходной:
а — операционный эскиз; б — схема распо-
ложения погрешностей
новки вилки приводит к воз-
никновению погрешности от
несовмещения установочной
и исходной базы. Эта по-
грешность возникает только
при обработке деталей на
станке, настроенном на за-
данный размер. Она возни-
кает потому, что режущий
инструмент устанавливается
на постоянном расстоянии от
приспособления (от устано-
вочной базы), а положение
исходной базы (плоскости В)
колеблется относительно приспособления (установочной базы)
и определяется фактически размером N у обрабатываемой де-
тали. Так как у деталей размер N находится в пределах
допуска бдг, то" в выдерживаемом на операции размере возни-
кает погрешность содг, максимальное/значение которой равно бдг
(рис. 42, б). Эта погрешность содг связана только с выбором
баз, при котором допущено несов^ещение установочной и исход-
ной баз.
Кроме этой погрешности содг возникает также погрешность соЛ1
(рис. 42, б) непосредственно при обработке плоскости А.
Таким образом, суммарная погрешность в размере М выражается
суммой двух погрешностей:
(О =(0 4-(0
сум N г Ж>
(76)
где содг — погрешность от несовмещения баз (установочной и ис-
ходной), равная допуску 6N на размер N между базами; сож — по-
грешность, возникающая при обработке плоскости А, без учета
погрешности от несовмещения баз.
Чтобы при обработке плоскости А детали получались годными,
суммарная погрешность сосум - не должна превышать допуска SM
72
на размер Л4, т. е. сосум = 6N. Подставив в формулу' (76) вместо
погрешностей содг и сосум соответствующие допуски, получим:
откуда
<77)
Формула (77) позволяет определить величину погрешности
выше которой нельзя допускать погрешность при обработке плоско-
сти А.
Формула (77) показывает, что погрешность сож меньше заданного
допуска буи (на выдерживаемый размер Л4) на величину допуска бдг
(между установочной и исходной базами), что удорожает обработку
детали.
Более того, если допуск бдг равен или больше бж, то нельзя
допускать несовмещения установочной и исходной баз, так как.
погрешность со^ согласно формуле (77) оказываётся равной нулю или
получает отрицательное значение. Поэтому во всех случаях, когда
предполагается вести обработку партии деталей на станке при
несовмещении установочной и исходной баз, необходимо по формуле
(77) определить величину допустимой погрешности обработки
и оценить, можно ли произвести обработку в пределах вычисленной
погрешности
§ 4. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ БАЗИРОВАНИЯ ПО ОПОРНЫМ БАЗАМ
Схемы базирования зависят от формы поверхностей обрабатывае-
мых заготовок, большинство которых, как правило, ограничено
плоскими, цилиндрическими или коническими поверхностями, ис-
пользуемыми в качестве опорных баз. Обычно схемами являются
базирование призматических тел и деталей вращения.
а) Схема базирования призматических деталей. Каждая обраба-
тываемая заготовка призматической формы типа плит, крышек,
картеров и т. п., если ее рассматривать в прямоугольной системе
координат (рис. 43), может иметь шесть степеней свободы: три по-
ступательных движения вдоль осей х, у. г и три вращательных
движения относительно этих же осей.
Положение заготовки в пространстве определяется шестью
координатами, изображенными на рис. 43 в виде пунктирных линий,
проведенных из шести точек 1—6. Возможность поступательного
перемещения заготовки в направлении оси z и вращения вокруг
осей х и у зависит от трех координат или трех степеней свободы,
ограничивающими положение заготовки относительно плоскости
хОу.
Возможность поступательного перемещения детали в направле-
нии оси х и вращения вокруг оси Oz ограничивается двумя коорди-
натами или двумя степенями свободы, определяющими положение
заготовки относительно плоскости xOz. Шестая координата, опре-
деляющая положение заготовки относительно плоскости хОг, огра-
73
ничивает возможность заготовки перемещаться в направлении оси у,
т. е. лишает ее шестой, или последней, степени свободы.
Такой порядок определения положения призматической заго-
товки или ее установки носит название правила шести точек, кото-
рое формулируется так: для того чтобы детали придать вполне
определенное положение в приспособлении, необходимо и достаточно
иметь шесть неподвижных опорных точек, лишающих деталь всех
шести степеней свободы.
Опорные точки материализуются различными конструкциями
установочных элементов. В простейшем случае опорная точка
обеспечивается опорой со сферической головкой, контакти-
рующей с деталью одной точкой.
Увеличение установочных по-
верхностей сверх шести точек не
только не улучшает, но ухудшает
условия установки, так как обра-
ботка заготовки, как правило,
имеет отклонения от правильной
формы, неровности поверхности,
что может приводить к самопроиз-
вольной установке заготовки в
приспособлении или даже к ее
деформированию.
Количество опорных точек опре-
деляется числом установочных баз,
Рис. 43. Схема положения призма- используемых для установки де-
тической заготовки в пространстве: тали, И ИХ формой. При установке
А — главная базирующая поверхность; деТЗЛИ треМЯ уСТаНОВОЧНЫМИ база-
^рхность;ЭВСЯ—^упорна^^ба^ир^чогцая МИ НеобхОДИМО ИМеТЬ ШССТЬ ОГЮр-
поверхность ных точек, если же установка
детали производится двумя уста-
новочными базами, то достаточно пяти опорных точек. При
установке детали одной базой, имеющей вид цилиндрической по-
верхности, достаточно четырех опорных точек, ч а если база пред-
ставляет собой плоскость, то требуется всего лишь три опорные
точки. ч
Во всех случаях, когда для установки детали используется
меньше шести опорных точек, т. е. используются не три установоч-
ные базы, а меньшее их число, деталь лишается не всех шести
степеней свободы, а ее положение в приспособлении полностью
не ориентировано. Количество установочных баз, необходимых для
установки детали, определяется заданными требованиями и усло-
виями выполнения операции. Необходимо выбрать столько баз,
чтобы деталь при установке была лишена всех степеней свободы,
от которых зависит точность исходных размеров, выдерживаемых
на операции.
На рис. 44 приведена схема положения обрабатываемой заго-
товки в приспособлении, где силы зажима A\, N2, N3 образуют
силовое замыкание при базировании заготовки.
74
Нижняя поверхность заготовки с тремя опорными точками назы-
вается главной установочной базой. Как правило, в качестве главной
установочной базы выбирают поверх-
ность с наибольшими габаритными
размерами.
Боковая поверхность с двумя
опорными точками называется на-
правляющей установочной базой, для
которой выбирают поверхность наи-
большей протяженности.
Поверхность с одной опорой
называется упорной установочной
базой.
б) Схема базирования деталей
вращения. Положение цилиндри-
ческой детали относительно трех
выбранных координатных осей опре-
Рис. 44. Схема базирования об-
рабатываемой заготовки в при-
способлении
деляется также шестью координатами, как это схематично по-
казано на рис. 45. Для удобства базирования ось детали взята
Рис. 45. Схема положения ци-
линдрической заготовки в Цро-
странстве
в качестве одной из осей коорди-
натной системы. Опорные точки 1
и 2, расположенные на оси, ли-
шают тело двух степеней свободы:
возможности перемещаться парал-
лельно оси z и вращаться вокруг
оси, параллельной оси х. Две
координаты 4 и 5, взятые на оси
детали, лишают тело двух степеней
свободы перемещения параллель-
но оси х и вращения вокруг оси z.
Точка 3, лежащая на плоскости
Я1О1У1 вне оси тела, лишает его
возможности вращения вокруг соб-
ственной оси. Как правило, эта
точка проводится от .поверхности
шпоночной канавки. Точка 6 ли-
шает тело последней степени свободы, т. е. возможности пере-
мещаться вдоль оси у.
§ 5. ПОГРЕШНОСТИ БАЗИРОВАНИЯ И ЗАКРЕПЛЕНИЯ
ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ЗАГОТОВКИ
Существенное влияние на отклонения от номинальных заданных
размеров оказывают также характер базирования заготовки и спо-
собы ее закрепления.
Погрешность базирования детали Дбаз и ее закрепления Дзак
называется погрешностью установки Дуст. Таким образом:
Дуст — Дбаз 4~ Дзак*
(78)
75
Погрешность базирования возникает в результате базирования
заготовки по вспомогательным опорным установочным базам в при-
способлении, т. е. по базам, не связанным с размером обрабатывае-
мой поверхности.
Погрешность закрепления образуется при зажатии детали.
В этогй случае может произойти смещение установочных баз под воз-
действием сил зажатия и их моментов. Обычно наблюдается осадка
опор или их перекос и упругие деформации заготовок и приспособ-
лений. . '
Приложение усилий зажатия, необходимых для обеспечения
контакта между сопрягаемыми поверхностями, вызывает контакт-
ные деформации, вносящие добавочные погрешности в требуемое
относительное положение соединяемых деталей.
Силы и их моменты, создающие силовое замыкание и обеспечи-
вающие непрерывность контакта, должны быть больше сил и их"
моментов, стремящихся нарушить их контакты в процессе работы
детали в машине илш в процессе ее обработки.
При силовом замыкании используются: силы трения, силы
собственного веса деталей, магнитные или электромагнитные силы,
силы сжатого воздуха, жидкости и т. п., упругие силы крепежных
деталей или целых механизмов и т. п.
Исследования А. П. Соколовского, Д. Н. Решетова, Э. В. Ры-
жова и др. показывают, что контактные деформации сопрягаемых
поверхностей больше при первом нагружении усилиями, чем при
повторных, и в значительной степени зависит от удельного давления
и величины макро- и микропогрешностей поверхностей. Поэтому
необходим расчёт и установление оптимальных допусков на кон-
тактные деформации, а следовательно, на отклонения от теорети-
чески правильной геометрической формы и на чистоту поверхности.
Для приближенного определения допустимой погрешности бази-
рования Дбаз можно пользоваться формулой
(Абаз)доп (79)
где 6 —допуск на размер; Д — величина погрешности.
Действительная погрешность базирования (Дбаз)д всегда меньше
допустимой, Т. е. (Дбаз)д < (Дбаз)доп-
На практике обычно учитывают погрешности базирования при
установке деталей на плоскость по наружной цилиндрической по-
верхности на призму и по отверстию.
Рассмотрим примеры базирования заготовок на плоскость и на
призму. На рис. 46, а плоскость 7 является конструкторской базой
и используется как опорная установочная база. В данном случае
погрешность базирования не входит в суммарную погрешность,
возникающую при фрезеровании в размер Нх ±
На рис. 46, б конструкторской базой является плоскость 77, а
плоскость 7 является установочной вспомогательной базой. По-
грешность базирования здесь неизбежна и составляет 2^Н±. При
фрезеровании в размер Н2 ± ДТ/2 погрешность настройки и обра-
ботки составляет (2ДЯ2 — ЗДЯ^.
76
На рис. 47 приведена схема установки вала диаметром/) в Цризме
при фрезеровании паза, размер которого задан от различных кон-
структорских баз. Размер Нг представляет случай базирования от
верхней образующей вала, размер — от нижней образующей
вала и размер Н3 — от оси вала.
Рис. 46. Схема базирования при установке на плоскость
Во всех случаях погрешность неизбежна, так как вал уста-
навливают по вспомогательной базе. Погрешность базирования
зависит от допуска на диаметр 6D и угла призмы а.
Определим погрешности установки Д#х для случая базирования
на призму предельными диаметрами от Dmm и Dmax, при фрезерова-
нии плоскости на цилиндрической поверхности детали.
Рис. 47. Схема базирования вала
при установке в призму
Рис. 48. Схема для расчета погреш-
ности базирования вала при уста-
новке в призме
Предельные расстояния измерительной базы В и Bi от режу-
щей кромки фрезы установленного на размер инструмента зависят
от разности диаметров Dm[n и Dmax, т. е. от допуска на диаметр 8D.
Разность этих предельных расстояний определяется отрезком
ВВЪ который и выражает величину погрешности установки или
базирования А/7Х (рис. 47 и 48):
ЛН^ВВ^АВ-АВ^
77
где
АВ--=АО-\-ОВ = ос ^max
sin а/2 ~г 2
^тах ] ^тах ^max +0
“ 2 sin а/2 * 2 2 \ sin а/2
ли Д О 1 Г) - OjCj t -^min
sin а/2 b 2
^min , ^min -^min / 1 4- 1 1
~~ 2 sin а/2 2 ~ 2 \ sin а/2 * 1 / *
Подставляя значения АВ и АВГ в = АВ — ABlt
получаем:
„ _ Dpax / 1 .Л Dmin I 1 , Л __
1 2 \ sin а/2 ' / 2 \ sin а/2 r ]
^max ^min / \ — ^тах ^min / . <
2 \ sin а/2 ‘ / 2 \ sin а/2 -
(1 + sin а/2) __
“ 2 sin а/2 ~ki°D-
(80)
Аналогично подсчитываем погрешности базирования ДЯ2 и Д//3:
6n(l — sin а/2)
<А..А.-АЯ-,- "2й||а;1- — ‘А- <8»
в„
(Абаз)1 II — Д#з — 2 sin а/2 ^з^и, (82)
где къ k2, k3 — постоянные коэффициенты, зависящие от угла а.
В табл. 5 приведены значения коэффициентов k14 k2, k3 в зависи-
мости от угла а.
Таблица 5
Коэффициент Угол призмы а, град
60 '90 120 | 180
1,5 1,21 1,07 1,0
k2 0,5 0,2 0,8 —
^3 1,0 0,7 0,58 0,5
Аналогично производится расчет действительных погрешностей
базирования при других условиях установки заготовок.
В табл. 6 приведены данные о пределах конструкторских раз-
меров деталей в зависимости от точности и формы вспомогательных
технологических баз.
78
Таблица 6
Характер операции Схема установки дета- ли при обработке Конструктивное требование к операции Конструкторский размер
Обработка пло- скости цилиндри- ческой детали на базе призмы Ж L Выдержать кон- структорский размер 8=АГ_! Я 2 [sin (а/2) J
Обработка пло- скости цилиндри- ческой детали на базе призмы Дил 4 X7S Выдержать кон- структорский размер 2 sin (а/2)
Сверление отвер- стия в круглой де- тали на базе приз- мы 'ЛА, Выдержать кон- структорский размер __ 1 1 8 ~ 2 \sin (а/2)
Сверление отвер- стия в круглой де- тали на базе приз- мы 2 Выдержать кон- структорский размер e = lf_A_ + 2 \ sin (а/2) 1 + Sd)
7/,
Фрезерование на
базе отверстия
Разжимной.
Выдержать кон-
структорский
размер
8 = бн
Обработка пло-
скости цилиндриче-
ской детали на ба-
зе плоскости
Выдержать кон-
структорский
размер
s — 6^/2
79
§ 6. ПРИСПОСОБЛЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ
Базирование деталей при механической обработке, сборке, и
контроле осуществляется при помощи различных приспособлений *.
По назначению приспособления разделяется на следующие
пять видов:
1. Станочные приспособления, применяемы^ для установки и за-
крепления на станках обрабатываемых заготовок (различные пат-
роны, планшайбы, люнеты, центры, машинные тиски и т. п.). Из
общего количества существующих в машиностроении приспособле-
ний станочные составляют 80—90%. Их применение обеспечивает
повышение производительности труда за счет сокращения времени
на установку и закрепление детали, сокращение вспомогательного
времени и повышение режимов резания.
Благодаря устранению выверки при установке заготовок и свя-
занных с ней погрешностей, значительно повышается точность
обработки, облегчается труд и повышается безопасность работы.
Применение станочных приспособлений снижает себестоимость
продукции.
2. Приспособления для установки и закрепления рабочего инстру-
мента, при помощи которых осуществляется связь между инстру-
ментом, заготовкой и станком (суппорты, патроны, резцедержатель-
ные оправки и т. п.). С помощью приспособлений первого и второго
вида выполняют настройку системы СПИД.
3. Сборочные приспособления, применяемые для соединения
сопрягаемых деталей в узлы и изделия. Их применяют для креп-
ления базовых деталей или узлов собираемого изделия, для обеспе-
чения правильной установки соединяемых элементов изделия, а
также для предварительной сборки упругих элементов (пружин,
разрезных колец и др.) и выполнения соединений с натягом.
4. Контрольные приспособления, применяемые для промежуточ-
ного и окончательного контроля деталей в процессе механической
обработки, а также для контроля собранных узлов машин.
5. Приспособленйя для захвата, перемещения и перевертывания
обрабатываемых тяжелых заготовок и узлов. По степени специали-
зации эти приспособления различают трех видов: универсаль-
н ы ev предназначенные для обработки разнообразных заготовок
(машинные тиски, патроны, делительные головки, поворотные столы
и т. п.); специализированные, предназначенные для
обработки определенных заготовок путем использования дополни-
тельных. или сменных устройств, например: фасонные кулачки
к патронам и т. п., и специальные, предназначенные для
выполнения определенных операций при обработке данной детали.
К специальным относятся также универсально-сборочные при-
способления (УСП). В отличие от обычных специальных приспо-
* Подробные сведения о применяемых в машиностроении приспособлениях
даются в специальных курсах по основам конструирования приспособлений,
а также в курсах по металлорежущим станкам.
80
соблений они являются обратимыми, так как собираются из норма-
лизованных взаимозаменяемых деталей и узлов, рассчитанных на
многократное применение. Собранное из таких элементов приспо-
собление после использования разбирается, а узлы и детали при-
меняются в новых компоновках. Универсальные приспособления
применяют в условиях единичного или мелкосерийного производ-
ства, а специализированные и специальные — в условиях крупносе-
рийного и массового производства.
Выбор конструкции приспособления во многом зависит от харак-
тера производства.
Основными- исходными данными при проектировании приспо-
соблений являются: 1) чертежи ааготовки и детали; 2) технические
условия на изготовление детали; S3) операционные карты техноло-
гического процесса обработки детали; 4) паспортные данные обо-
рудования; 5) ГОСТы и ведомственные нормали на детали и узлы
приспособлений; 6) требуемые производительность и точность.
При проектировании приспособлений необходимо стремиться
к увеличению одновременно работающих инструментов, к повыше-
нию режимов резания и уменьшению времени на установку заго-
товки ит. п.
Для снижения себестоимости необходимо сокращать сроки
проектирования и изготовления приспособлений,, обеспечивать
широкую нормализацию деталей и облегчать условия труда.
ГЛАВА V
СУММИРОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ОБРАБОТКИ
И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
§ 1. СУММИРОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ОБРАБОТКИ
Определение суммарной погрешности обработки с учетом всех
факторов, влияющих на точность, имеет важное значение в тех-
нологии машиностроения. Этот вопрос особенно актуален при авто-
матизации технологических процессов. При суммировании погреш-
ностей следует рассматривать два случая: обработку единичной
детали и партии деталей.
Рассмотрим суммирование систематических погрешностей при
точении единичной детали. Пусть диаметр заготовки d3ar и при-
пуск на обработку симметричный, т. е. одинаковый. Теоретически
после снятия стружки с глубиной резания t диаметр детали d =
= ^заг — 2/, фактически он является другим. Определим величину
его.
Прежде всего* надо учесть геометрические погрешности станка
Adrn (см. гл. III, § 2). Затем необходимо рассмотреть упругие отжа-
тия технологической системы СПИД. Обозначим погрешность
диаметра из-за упругих деформаций технологической системы Ady.
Существенное значение на точность имеют также температур-
ные деформации заготовок и режущего инструмента. Что касается
температурных деформаций станков, то в большинстве случаев ч
ими можно пренебречь, если производить обработку резанием в пе-
риод стабилизации тепловых явлений в станке.
Необходимо также установить температурные деформации тех-
нологической системы СПИД. Обозначим погрешность диаметра
от изменения температуры &dx.
В ряде случаев важное влияние на точность оказывают темпе-
ратурные деформации инструментов, которые при резании метал-
лов нагреваются и расширяются. Как показывают наблюдения,
наибольшие тепловые деформации имеют однолезвийные инстру-
менты — резцы. При удлинении головки резца на ALp диаметр
изделия уменьшается на 2 (ALp)t.
Существенное значение для точности работы имеет размерный
износ инструментов по задней грани, который обозначим h3. От
износа инструментов происходит искажение формы обработанной
поверхности. Например, при точении вала по мере износа резца
вместо цилиндрической получается коническая поверхность.
Износ по задней грани инструментов h3 устанавливается в зави-
симости либо от продолжительности работы т. т. е.
82
либо по пути резания инструмента /, т.е.
A3 = /(Z).
В конечном итоге оба эти метода сходны, так как продолжитель-
ность работы и путь, пройденный режущей кромкой в металле,
можно выразить зависимостью
1~ VT.
Обозначив средний угол наклона кривой износа аизн, получим
зависимость износа резца от пути резания в виде
^з = ^аизн^
Подставив в эту формулу вместо I его значение, равное (jidL)/lOOO,
получим формулу для определения погрешности обработки по длине
прохода детали L
nd L ,
Лз“Тооо rtgaH3H*
Кроме того, в ряде случаев необходимо учитывать погрешности
обработки из-за действия центробежных сил и гироскопических
явлений Лйгя*.
Суммируя основные погрешности обработки, получим факти-
ческий диаметр детали в следующем виде:
<^ф — ^заг — 2^ ± At/rn + Ady — А<Д —- 2 (АЛр)т; 2 (h^x — Аб?гя. (83)
Формулу (83) можно представить через суммарную погрешность
±Дсум в следующем виде:
^ф —^заг 2^ ±2 Асум. (84)
Аналогично подсчитываем систематические погрешности при
обработке партии деталей Лсп.
Подсчитаем значение суммарной погрешности AdcyM для кон-
кретных условий. Пусть обрабатывается стальной вал диаметром
64 мм и длиной 800 мм при скорости v = 200 м/мин (1000 об/мин),
подаче s = 0,1 мм/об и глубине резания t = 2-мм резцом с пла-
стинкой из сплава ТЗОК4, имеющим у = 12°, <р = 60°, а — 6°,
г = 0,8 мм и вылетом Lp = 50 мм.
Жесткость передней бабки токарного станка /пб = 7,35-107 н/м,
суппорта / = 4,9 407 н/м и задней бабки /зб = 3,92-107 н/м.
. Сначала найдем время точения при длине детали L = 800 мм:
L 800
юооо.о,! ^8 мин-
Изменение диаметра детали за счет упругого отжатия системы
СПИД Ady можно определить по формуле (30).
* См.: Колев К- С. Точность обработки и режимы резания. «Машино-
строение», 1968.
83
Ниже приведены значения Ady, найденные по формуле (30)
в одиннадцати точках, равномерно распределенных по длине детали
L = 800 мм:
Lb мм. . 0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800
Де/у, мкм 5 41,2 38,2 36 34,2 33,4 33 33,4 34,2 36 38,2
.Значение теплового расширения диаметра детали определяем
по формуле:
bdx = da(T-TQy>.
Диаметр детали от нагревания увеличивается приблизительно
на 1 мк. Удлинение резца АЛр, значение которого приведено ниже,
можно определить по формуле (ALp)t = LpaTocp:
Lb мм.......... 0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800'
Ten, °с........ 0 11 24 34 47 61 72 80 88 96 102
2 (Д£р)т, мкм ... 0 14 30 42 56 74 86 96 106 116 122
При заданных условиях резания износ резца составляет 72 мкм.
Интенсивность износа можнег принять с некоторым приближением,
пропорциональным длине детали
Л3 = (72/800) Л/ = 0,09Л/.
Ниже приведены величины износа резца, соответствующие
различным точкам длины детали:
Lb мм . . 0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800
2Л3, мкм . 0,14 4 28,8 43,2 57,6 72 86,4 100,8 115,2 129,4 144
Геометрические погрешности станка по длине детали опреде-
ляются по формуле (10). При подсчете этой погрешности принято:
/г = 10 мкм, fB = 10 мкм, /зб = 20 мкм, fn6 = 10 мкм, установка
резца по центру AdB = 0, износ направляющих для нового станка
AdM3H = 0, зазор в подшипниках шпинделя Ad3a3 = 5 мкм
Li, мм.......... 0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800
ДЛГП, мкм.......5 8 И 14 17 20 23 26 29 32 35
Суммируя все погрешности обработки, получаем искомый диа-
метр в любом поперечном сечении по длине детали.
На рис. 49 показано графическое суммирование погрешностей,
а в табл. 7 приведены значения фактических реличин диаметров
по длине детали.
Таблица 7
L., мм Д</, мкм t/ф, мм L., мм Д</, мкм </ф, мм
0 49 60,049 480 50,4 60,050
80 48,6 60,049 560 55,4 60,055
240 47 60,047 640 63,2 60,063
320 50,2 60,050 720 71,4 60,071
400 51,8 60,052 800 80,6 60,081
84
В приведенном примере рассмотрено суммирование системати-
ческих погрешностей при точении вала. Также можно определять
погрешности при растачивании, фрезеровании и других видах
обработки.
Если суммарная погрешность обработки укладывается в поле
допуска и сохраняется постоянной, то такой технологический про-
цесс поднастройки не требует. Однако практически с течением
времени погрешности обработки выходят за пределы допуска
и получается брак. Для устране-
ния брака и обеспечения непрерыв-
ности получения годных деталей
производится как ручная, так и
автоматическая поднастройка си-
стемы СПИД.
Обычно для этого измеряют
необходимые характеристики ка-
* чества каждой обработанной де-
тали или выборочно у части дета-
лей. По результатам измерений
с учетом требуемой точности,
определяемой допуском, решают
вопрос о времени поднастройки.
В этом важное значение имеет
статистический контроль хода про-
изводства с построением диаграм-
мы . точности. При поднастройке
системы СПИД можно использо-
вать все рассмотренные способы
для достижения точности обра-
ботки.
В связи с развитием авто-
матизации при обработке метал-
лов резанием все более широкое
применение находит автоматиче-
ская поднастройка технологической системы или так называе-
мый'активный контроль.
В настоящее время разработано немало различных методов
автоматической поднастройки системы СПИД на различных техно-
логических операциях. Особенный интерес представляют иссле-
дования, произведенные кафедрой технологии машиностроения
Московского станкоинструментального института. Здесь разрабо-
таны и проверены новые методы поднастройки системы СПИД,
позволившие случайные ошибки переводить в категорию система-
тически действующих факторов. ✓
Суть этих методов заключается в поднастройке технологиче-
ских систем по результатам измерения Деталей, которая произво-
дится не только после, но и до обработки. Благодаря этому такие
факторы, как неравномерность припуска на обработку, качество
материала, его твердость, учитываются полностью.
Рис. 49. Погрешности обработки
при точении и суммарная диаграм-
ма точности
85
§ 2. МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ СУММАРНОЙ ПОГРЕШНОСТЬЮ
СИСТЕМЫ СПИД
Рассмотрим, какими методами можно управлять суммарной
погрешностью или ее составляющими. Наиболее эффективными
методами управления качеством выпускаемой продукции является
активный контроль с надежной обратной связью. Для организа-
ции такой работы станков в последнее время все шире находят
применение различные системы автоматического регулирования
(САР). Однако эти способы экономически выгодны только при
массовом или поточном производстве, когда затраты на изготовление
дорогостоящей аппаратуры окупаются в короткие сроки — за два-
три года.
Если срок окупаемости этой аппаратуры больше трех-пяти лет.
то это уже экономически невыгодно, так как за указанное время
продукция морально стареет и заменяется новой.
Удельный вес продукции массового производства в общей
машиностроительной продукции составляет, только 12—15%; в бли-
жайшие годы за счет углубления специализации и увеличения
масштабов производства этот удельный вес предполагается повы-
сить до 25%.
Таким образом, свыше 75% продукции машиностроения выпу-
скается в условиях серийного, мелкосерийного и индивидуального
производства, и повышение производительности труда за счет авто-
матизации этих производств является актуальнейшей задачей.
В условиях единичного производства заданная точность может
быть обеспечена только при высокой организации труда — методом
последовательного снятия стружки пробными проходами. Чем
жестче и совершеннее технологическое оборудование, тем меньше
потребуется пробных проходов для получения обработанной поверх-
ности с требуемым качеством и точностью.
При серийном и массовом производстве точность обеспечива-
ется методом автоматического получения размеров на предвари-
тельно настроенном станке и индивидуальная выверка заготовок
отпадает, так как их установку осуществляют на специальных
приспособлениях. Этот метод более производителен потому, что
обработка ведется за один проход. В этом случае точность получа-
ется от своевременной поднастройки данного технологического
процесса.
В рассмотренных выше методах обработки значительное влия-
ние на точность оказывает субъективный фактор, зависящий от ста-
ночника и наладчика. Чтобы исключить влияние субъективного
фактора на точность обработки, применяют мерные режущие инстру-
менты (калибровочные резцы,, фасонные фрезы, развертки, про-
тяжки и т. п.), регулирующие устройства (так называемые под-
наладчики) и различные приспособления. Особенно широкое при-
менение получили подналадчики при обработке деталей на авто-
матах, агрегатных станках и автоматических линиях с программным
управлением.
86
Процесс программного управления обработанной детали на ме-
таллорежущих станках, так же как и при единичном или мелко-
серийном производстве, не исключает возникновения различных
погрешностей.
Экономически выгодно так настроить систему СПИД, чтобы
свести суммарную погрешность до нуля или до минимального зна-
чения, не превышающего поля допуска на обработку хотя бы в тече-
ние одной смены. В этом случае не требуется установка дорого-
стоящих систем автоматического управления качеством работы.
Приведенный анализ систематических и случайных погрешно-
стей и их суммирование позволяет для каждого конкретного слу-
чая обработки деталей наметить такие мероприятия, которые поз-
воляют работать без брака.
Используем формулу (10) и суммарную диаграмму точности
(рис. 49); рассмотрим уравнение суммарной погрешностью техно-
логической системы. Определим сначала геометрические погреш-
ности Adrn. Эти погрешности зависят от качества изготовления
станков и приспособлений, от их конструкции и от качества
сборки.
В современных металлорежущих станках геометрические погреш-
ности не превышают 5—10 мк. В каждом отдельном случае перед
настройкой станков на тот или иной вид работы необходимо тща-
тельно проверить состояние рабочих узлов станка и их сборку,
обращая особое внимание на жесткость и точность станков. Это
позволит исключить брак выпускаемой продукции из-за средств
производства, а следовательно, свести на нет геометрические и кине-
матические погрешности.
Упругие деформации обрабатываемых деталей Ду происходят
от отжатий их на опорах станка и от прогиба деталей. Так, напри-
мер, при точении заготовок в центрах непременно наблюдаются
упругие отжатия переднего и заднего центров и прогиб детали.
Для деталей высокой жесткости EJ типа блока шестерен наблю-
дается только упругое отжатие на опорах станка. Упругие пере-
мещения заготовок зависят от величины усилия резания и жест-
кости станка. Чем меньше усилие резания и больше жесткость
рабочих узлов станка, тем меньше погрешности обработки. Под-
счеты показывают, что для получения микронной погрешности
обработки из-за упругих деформаций системы СПИД необходима
жесткость передней и задней опоры детали порядка 100 000—
150 000 кгс!мм. На практике погрешности за счет упругих отжатий
системы СПИД достигают десятки микрон.
Одновременно с повышением жесткости рабочих узлов станка
надо стремиться к тому, чтобы жесткость детали при ее закрепле-
нии была одинаковой на всех опорах. Чем выше и ближе друг
другу жесткость отдельных рабочих узлов станка, например перед-
ней и задней бабок, тем точнее форма обработанной детали. В этом
случае погрешности из-за прецессионного движения детали и гиро-
скопического эффекта можно не учитывать, так как они близки
нулю,
87
По мере затупления или износа инструментов упругие дефор-
мации увеличиваются. Это объясняется увеличением сил резания.
Кроме того, из-за самого износа инструмента погрешность увели-
чивается пропорционально износу по задней грани, например при
точении на величину 2 (h3)x.
Чтобы исключить погрешности из-за износа инструментов,
необходима, на основе опытов и тщательной проверки, своевремен-
ная смена инструмента до предельного его затупления. При мел-
косерийном и серийном производстве это мероприятие вполне осу-
ществимо и не вызывает затруднения.
При массовой и автоматизированной обработке деталей, если
это экономически выгодно, возможна постановка приборов для
управления упругими перемещениями системы СПИД, посредством
регулирования радиальной силой Ру, сохраняя ее постоянной.
Для этого при всех прочих равных условиях обработки необхо-
димо автоматическое уменьшение
подачи.
На рис. 50 показана схема
установки для точения; предло-
женная кафедрой технологии ма-
шиностроения станко-инструмен-
тального института. Сначала си-
стема СПИД настраивается на опре-
деленный режим обработки с пара-
метрами Ру и s. Затем в процессе
работы по мере затупления ин-
Рис. 50. Схема управления упруги-
ми перемещениями системы СПИД
струмента сила Ру увеличивается.
Специальные приборы ДУ (динамический узел) и ПД (прибор
для наблюдения за силой Ру), связанный с динамометрическим
узлом ДУ, посылает электрические сигналы к электронному уси-
лителю ЭУ, откуда — к суммирующему устройству СУ, электро-
машинному усилителю ЭМУ на электродвигатель привода про-
дольной подачи ЭППП. От этих сигналов соответственно изменя-
ется скорость вращения ротора двигателя, а следовательно, и по-
дача s.
Такая автоматизированная установка позволяет регулировать
продольную подачу не только за счет износа резца, но и в связи
с непостоянством припуска на обработку и неоднородности мате-
риала заготовок.
Аналогично автоматизируются на заданный размер и другие
станки (фрезерные, шлифовальные, расточные и т. п.). Обработка
заготовок на токарных, фрезерных и шлифовальных станках, осна-
щенных специально самоподнастраивающейся аппаратурой, поз-
воляет значительно повысить точность и производительность
работы.
Управление упругими перемещенными системами СПИД путем
изменения подачи позволяет сократить количество проходов, необ-
ходимых для получения требуемой точности и качества обрабаты-
ваемых поверхностей.
88
Чтобы исключить влияние эксплуатационного нагрева системы
СПИД на точность, необходимо провести следующие мероприятия.
Если обеспечить наружное и внутреннее охлаждение инструмен-
тов (особенно охлаждение державок или корпусов инструментов),
то погрешности не возникнут.
В этом случае можно добиться незначительных погрешностей
от нагревания системы СПИД при точении 2 (ALp)T.
Погрешности от эксплуатационного нагрева обрабатываемых
деталей, например, при точении и наружном круглом шлифова-
нии, почти полностью устраняются постановкой упругих центров
(см. рис. 34 и 82). Как показывают опыты работы с упругими цен-
трами, они дают наименьшее искажение формы обрабатываемых
деталей по сравнению с другими центрами (жесткими и вращаю-
щимися).
Охлаждение обрабатываемых деталей также способствует сни-
жению погрешностей обработки. Погрешности за счет нагрева
станков можно избежать, если чистовую обработку деталей вести
через три-четыре часа после эксплуатационного разогрева станка
и его настройки.
В ряде случаев можно принять необходимые меры по экрани-
зации обрабатываемых деталей от нагрева станков. Так, например,
для шлифования станков рекомендуется гидравлическую систему
изолировать от рабочих узлов станка и обрабатываемой детали.
Для круглошлифовальных станков устранение погрешностей от
нагревания можно осуществить при помощи тепловых компенса-
торов.
Случайные погрешности при массовом производстве неизбежны
и составляют 0,5—1,5% брака. При тщательной подготовке про-
изводства многих случайных погрешностей может не быть. Так,
например, погрешности из-за неравномерного припуска заготовок
и неоднородности материала устраняются, если заготовки точны
между собой как по форме, так и материалу.
Современная установка контрольно-измерительных приборов •
и внедрение более совершенных методов измерения качества выпу-
скаемой продукции также позволяет уменьшать эти погрешности
до весьма малых значений.
Расчеты показывают, что устранение основных причин, вызы-
вающих погрешности обработки, для единичного и мелкосерий-
ного производства деталей гораздо выгоднее, чем внедрение актив-
ного -контроля.
§ 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
На состояние технологической системы существенное влияние
оказывают условия обработки металлов и прежде всего режимы
резания. Особенно большое влияние на силы резания оказывают
подача и глубина резания. С ростом сил резания увеличиваются
упругие отжатия в системе СПИД и погрешности обработки. Ско-
рость влияет на стойкость инструмента и центробежные силы
89
инерции из-за неуравновешенности масс станков и деталей; при
недостаточной жесткости обрабатываемой детали величина ско-
рости может вызвать больший или меньший гироскопический эф-
фект. Скорость резания выбирают в зависимости от стойкости режу-
щих инструментов с учетом их геометрических данных и качества
обрабатываемого материала.
В справочниках по режимам резания приводятся средние зна-
чения периода стойкости инструмента, разработанные с учетом
себестоимости обработки. На автоматических линиях период стой-
кости инструментов принимают от одной до двух смен и т. д.
Приводимые в справочниках значения периода стойкости необ-
ходимо уточнять исходя из конкретных условий эксплуатации
станков и режущего инструмента. Глубину резания выбирают
в зависимости от ряда условий, размеров припуска на обработку
прочности и жесткости детали, мощности станка и т. д.
Наивыгоднейшим режимом является режим наивысшей -произ-
водительности, как правило, соответствующий и наибольшей эко-
номичности. Так как на стойкость инструмента подача $ и глубина
резания t оказывают меньшее влияние, чем скорость резания о,
то величины t и s следует назначать возможно большими, с учетом
лишь технологических факторов, припуска на обработку, требо-
ваний к качеству обработанной поверхности (шероховатости и точ-
ности), жесткости системы СПИД и др. Режимы резания, как пра-
вило, назначают в следующем порядке:
1) выбирают значение глубины резания. При этом следует
стремиться снять весь припуск за один проход; если по техноло-
гическим причинам необходимы два прохода, то при первом (чер-
новом) проходе следует снимать до 80—90% припуска, а при чисто-
вом — остальные 20—10%;
2) выбирают величину наибольшей допустимой подачи, опре-
деляемой требованиями точности и шероховатости обработанной
поверхности, мощностью станка, режущими свойствами инструмента,
жесткостью и виброустойчивосткю системы СПИД.
Подачу рекомендуется выбирать в такой последовательности:
а) по нормативным справочникам выбирается наибольшая,
обеспечивающая заданный класс чистоты обработанной поверх-
ности, а при выбранных t и $доп находится значение скорости реза-
ния v и соответствующее ей число оборотов шпинделя станка;
б) выбирается подача, допускаемая мощностью станка:
2A1=PZD; P2=c/V‘;
откуда
ио М. = 716 200 (N/n) кгс/мм, где W — мощность на шпинделе,
л. c.t а п — число оборотов в минуту.
90
Следовательно,
SCT —
2 - 716 20CW
D - nczt z
(86)
где N = Л^дТ); N A — мощность электродвигателя; rj = 0,74-0,9 —
к. п. д. станка;
в) выбирается подача sp, допустимая режущими свойствами
инструмента. Для этого при выбранной стойкости инструмента Т
определяют sp из выражения:
с TiDn
v —--------—-------•
1000
W 1000с„
«Р=|/ ----------г;
Г nDnTmt v
(87)
г) выбирается подача здет, допустимая жесткостью обрабаты-
ваемой детали и характером ее закрепления на станке. Например,
при точении заготовки в центрах из формулы (32) определяем
подачу как для острых, так и затупившихся резцов:
Г kEdf доп
V сг?х /Сзи+Г’ + ’ I > + ’ Yb.lfd
1 - L/щп Л \/гб /зб / J
(88)
где k = 1,9 при Ру = 0,5?., (острый резец); k = 1,5 при Ру == Р
(затупившийся резец).
Аналогично определяется подача $дет для других случаев обра-
ботки, установки и закрепления детали на станке.
Сопоставляя найденные значения здоп, sCT, sp и $дет, принимают
выбранную подачу sBbl6p с таким расчетом, чтобы она была меньше
или равна найденным подачам $доп, sCT, sp и $дет.
§ 4. СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОЧНОСТИ
ОБРАБОТКИ И ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ
Детали, изготовленные при помощи одного и того же техноло-
гического процесса, отличаются друг от друга и от расчетного
значения. Это явление получило название рассеивание размеров
геометрической формы деталей. Рассеяние характеризуется вели-
чиной поля рассеяния со, представляющей собой разность между
наибольшими Анб и наименьшими Анм значениями данной харак-
теристики, полученной в партии деталей, т. е/
(D = Лнб ^нм*
Для выявления закономерности погрешностей, возникающих
при обработке, пользуются статистическим методом. В технологии
машиностроения широкое распространение при оценке точности
91
обработки получили кривые нормального распределения размеров
Гаусса и точечные диаграммы.
Кривые распределения размеров строят следующим образом:
измеряют детали по необходимому размеру, разбивают их'на группы
в соответствии с установленными интервалами размеров и под-
считывают, сколько деталей имеют размеры, находящиеся в пре-
делах каждого интервала. Абсолютная величина числа деталей
в каждом интервале называется частотой т.
Отношение этих величин к общему числу деталей партии п назы-
вают частостью tn/n. Интервалы размеров откладывают по оси
абсцисс, а соответствующие им частоты по оси ординат. Соединяя
полученные точки прямыми, получают ломаную линию. По мере
увеличения количества деталей в партии и числа интервалов лома-
ная линия приближается к плавной
кривой.
Многочисленные исследования кри-
вых распределения для разнообразных
операций показывают, что рассеива-
ние размеров происходит по закону
нормального распределения Гаусса.
На рис. 51 показана такая кри-
вая для случайных погрешностей.
Уравнение кривой Гаусса имеет сле-
дующий вид:
_х2'
У = ф (X) = —е 2°е , (89)
оУ 2л
где у — ордината, отвечающая значению х; о — среднее квадрати-
ческое отклонение аргумента; е — основание натуральных лога-
рифмов (е — 2,718); л = 3,14.
При х = 0 максимальная ордината
При х = ±а ордината для точек перегиба А и В (ус)
1 ^шах Л 1
Уа~ ~ Уе ” ^-°’247’ (90)
Величина поля рассеяния
W = ±*niax.
Уравнение кривой нормального распределения (89) показывает,
что среднее квадратическое отклонение о является единственным
параметром,- определяющим форму кривой нормального распре-
деления. Чем меньше величина о, тем меньше рассеяние разме-
ров (кривая менее растянута); чем больше величина о, тем рас-
сеяние размеров больше (кривая более растянута). На основа-
92
нии исследований установлено, что в интервале абсциссы х = ±3о
находится 99,73% всех обрабатываемых деталей.
Таким образом, абсолютная величина отклонения равна бег,
т. е. величина 6<т или ±3о определяет наибольшее рассеяние раз-
меров, которое следует практически учитывать. Вероятность полу-
чения брака определяется отношением заштрихованной площади
(рис. 51) по всей площади, ограниченной кривой нормального
распределения, и осью абсцисс.
Характеристикой точности служит значение о. С его уменьше-
нием точность исследуемого метода повышается. Значение о опре-
деляется по формуле
V а=1/ 4 2 » (91)
i = l
где п— количество измерений; хч — зна-
чение” текущего измерения; хср—среднее
арифметическое из производных измере-
ний; rrtt — частота
п
х^хл+х^±х-.== 1 2 Xi. (92)
1 = 1
у
Рис. 52. Кривая рассея-
ния размеров
Определение о и хср удобно производить, занося данные
измерений и ‘ вычислений, в таблицу. Количество измерений
рекомендуется брать не менее 25. При, малом количестве
наблюдений (10—15 и меньше) вычисление связано с большой
ошибкой.
Пользуясь кривой распределения, можно найти вероятное коли-
чество годных деталей, на размер которых установлен определен-
ный допуск. Предположим, что поле допуска о установлено двумя
размерами хг и х2 границы этого допуска от центру группирова-
ния (рис. 52).
Вероятное количество годных деталей определяется в этом слу-
чае отношением заштрихованной площади F± и F2 ко всей пло-
щади F, заключенной между кривой и осью абсцисс.
Площадь Fr определяется следующей формулой:
Х1
1 С %2
о У 2л .)
а
Площадь F2 находим аналогичным путем:
х2
1 С х2
F2— —\ е 2а2
а у 2л J
(93)
(94)
93
Эти интегралы обычно представляют в виде функции Ф (г),
причем г = х/сг.
~Zi
1 С
vs .)
z2
~2~dz,
zz
1 С z2
Л> = 0,5Ф(г2) = -~f=- \ e~ Tdz.
Г2« .J
(95)
(96)
Значения и F2 выражают долю от всей площади между кри-
вой рассеяния размеров и осью абсцисс.
Брак определяется по формуле (в процентах)
р = [1 — 2Ф (г)] 100.
(97)
Для верхнего и нижнего пределов допуска эта формула при-
нимает вид
рв = [0,5 —Ф (гв)] 100; (98)
Рн =[0,5 —Ф (гп)] 100. (99)
В табл. 8 приведены значения функций Ф (г).
Таблица 8
Z Ф (2) 2 Ф (2) 2 ‘ " Ф (2)
0,0 1,0000 1,3 ' 0,8064 2,6 0,9907
0,1 , 0,0797 1,4 0,8385 2,7 0,9931
0,2 0,1565 1,5 0,8664 2,8 0,9949
0,3 0,2358 1,6 0,8904 2,9 0,9963
0,4 0,3108 1,7 0,9109 з,о 0,9973
0,6 0,4515 1,8 0,9881 3,1 0,9982
0,7 0,5161 1,9 0,9426 3,2 0,9986
0,8 0,5763 '$6 0,9445 ’ 3,3 0,9990
0,9 0,6319 2,1 0,9643 3,4 0,9993
1,0 0,6827 2,2 0,9722 3,5 0,9995
1,1 0,7287 2,3 0,9786 3,6 0,9997
1,2 0,728 2,4 0,9836 3,7 0,9998 '
0,7699 2,5 0,9876 3,8 0,9999
При z = ±3о функция Ф (z) = 0,9973. Это значит, что из всей
партии деталей, обработанных данным методом, только 0,27%
выходят за пределы допуска х = 6а.
Рассмотрим пример статистического метода определения точ-
ности. На револьверном полуавтомате изготовляют специальные
валики с номинальным размером. Требуется установить характе-
ристику рассеяния размеров и определить вероятность появления
брака при допуске (to’os)-
В табл. 9 приведены диаметры валиков в партии 25 шт., рас-
положенные по возрастающему ряду.
94
Таблица 9
№ п/п х. = d., мм № п/п d, мм № п/п d, мм
1 24,90 11 24,99 21 25,02
2 24,92 12 24,99 22 25,03
3 24,93 13 25,00 23 25,03
4 24,94 14 25,00 24 25,04
5 24,94 15 25,01 25 25,05
6 24,95 16 25,01
7 24,96 17 25,01
8 24,97 18 25,02 = 624,69
9 24,98 19 25,02
10 24,98 20 25,02
Приведенные размеры разбиваем на восемь групп через уста-
новленные интервалы, равные 0,02 мм, с указанием абсолютной
частоты (табл. 10).
Таблица 10
Значение интервалов Абсолютная частота т. Относитель- ная частота (частость) tn./n ^•-xcp т1
свыше До
24,90 24,92 1 0,04 —0,07 0,0049
24,92 24,94 1 0,04 +0,05 0,0025 "
24,94 24,96 2 0,8 —0,03 0,0018
24,96 24,98 3 0,12 —0,01 0,0003
24,98 25,00 3 0,12 0,0000
25,00 25,02 5 0,20 +0,03 0,0045
25,02 25,04 3 0,12 +0,05 0,0075
25,04 25,06 1 0,04 +0,07 0,0049
У,Х; ' 624.69
хс Р“ 25 25 -~24’98’
У (х( —хср)2 тг = 0,0264;
i = 1
.ДИЙ оз16,ода.
У 25
Абсолютное поле рассеяния
оо = Лнб-Лнм = 25,06-24,90 = 0,18 мм.
Для приведения кривой нормального распределения к тому же
масштабу, в котором показана кривая рассеяния фактических раз-
меров, необходимо ординаты, вычисленные пб обычным формулам,
умножить на величину интервала размеров ДА и на величину,
95
равную числу деталей
(99) принимают вид
партии /з. С учетом этого формулы (98),
Л л n\L
Утах 0,4
yG — 0,24----
(ЮО)
(Ю1)
в
Максимальная ордината (для х = 0)
Л . МАЛ пл 25-0,02 _
j/max = 04 —=0,4 -одо- = 6,6.
Ордината для точек перегиба (для х = ±о)
Л n AL о 25 • 0,02
^-0’24 — — 0,24 -^03—4.
Величина поля рассеяния
хтах = ± За = + 3 - 0,03 = + 0,09.
По этим данным строят кривые нормального распределения не-
посредственно на графике рассеяния фактических размеров (рис. 53).
На этот же график в
принятом масштабе нано-
сят величину поля допуска
(25,OO±o;8s) с предельными
размерами 25,03 (верхний)
и 24,92 (нижний) и через
границы поля допуска про-
водят ординаты до пересе-
чения с кривой нормального
распределения. Величина за-
штрихованной площади в гра-
ницах допуска (рис. 53), отне-
сенная ко всей площади кри-
вой нормального распределе-
Рис. 53. Кривые рассеяния фактических
размеров 1 и нормального распределе-
ния 2
ния, определяет вероятность
получения деталей в пределах
допуска, а следовательно, ве-
роятность получения брака.
Найдем процент брака для случая смещения центра поля рас-
сеяния от середины поля допуска (по оси абсцисс).
/\L = Lcp — Lb + Lh = 24,98 - 25,03 24,92 = 0,005.
Аргумент z для верхнего гв и нижнего гн предельных значе-
ний допуска равен:
Лв + Лср 25,03 + 24,98
гв==—т—=—04—=1,66;
Lh-Lcd 24,92 - 24,98 0,06
у — р —_______________ _ 2
н а 0,03 0,03
96
Вероятность получения брака по верхнему пределу
рв = [0,5-Ф (гв)] 100= [0,5-Ф (1,66)] 100 = [0,5-0,4^03] 100=4,97%.
По нижнему пределу
рн= [0,5- Ф (г„)] 100 = [0,5 —0,4722] 100 = 2,78%.
Для случая совмещения центра поля рассеяния с серединой
поля допуска (по оси абсцисс)
Р = [1 - 2 • Ф ) ] 100% = [ 1 -2Ф )] Ю0% =
= [1 — 2Ф (1,83)] • 100% = [1—2 • 0,4940] • 100%=1,29%.
Метод определения вероятностной точности обработки на осно-
вании построения кривых рассеяния размеров для партии деталей
не отражает последовательности обработки деталей..
Государственные стандарты на статическое регулирование тех-
нологических процессов методами медиан и индивидуальных зна-
чений х — Xt (ГОСТ 15893—70) и методом средних арифметических
значений и размахов х — R (ТОСТ 15894—70) позволяют значи-
тельно упростить эту задачу.'
Статистическое регулирование технологических процессов ме-
тодом медиан и индивидуальных значений х — xt рекомендуется
применять во всех случаях при отсутствии автоматических средств
измерения, вычисления и управления процессами по статистическим
оценкам хода процесса.
Границы регулирования значений медиан и полуразмахов выбо-
рок или проб для показателей качества, распределяемых по закону
Гаусса, вычисляются по формулам:
Рв = Тв-0,8ДД - (102)
^н = Тн + 0,8ЛД (103)
7?вр = Tg — (104)
= + (105)
где 0,8 — поправочный коэффициент; А$ и О6 — коэффициенты,
зависящие от объема выборок или проб, выбираемые по табл. И;
Таблица 1
п А О8 а7
3 0,423 . 0,275 0,69
4 0,500 0,220 0,65
5 0,553 0,185 0,62
6 0,592 0,160 0,60
7 0,622 0,140 0,58
8 0,646 0,120 0,57
9 0,667 0,100 0,55
10 0,684 0,090 0,54 <
4 Колев к. с.
97
a — половина допуска; Рв и Рн _— верхняя и нижняя границы
регулирования для медиан; Тв и Тн — верхний и нижний предел
допуска; Рвр и Рй*р — верхняя и нижняя граница регулирования i
полуразмахов.
Для показателей качества, значения которых распределяются <
по закону Максвелла, совмещенная диаграмма регулирования j
медиан и индивидуальных значений имеет лишь одну верхнюю ‘ i
границу регулирования, нижняя граница принимается равной -j
нулю. Верхняя граница регулирования ’
РВ=1,2Л7Д, ' (106) *
где 1,2 — поправочный коэффициент; Л7 — коэффициент, зави-
сящий от объема выборок и проб; А — допуск .
Рассмотрим конкретный пример. На револьверном станке изго- '
товляют специальные валики 0 24+JJ;™. Рассчитать границы
регулирования процесса обработки методом медиан и индивидуаль-
ных значений х — хл.
Объем выборки состоит из пяти штук.
Верхний предел допуска /.....Тв = 24,03 мм
Нижний предел допуска........Тп " 23,92 -мм
Допуск .......... Д = 7,в—Тн = 24,03—23,92 = 0,11 мм
Половина допуска . . . . 6 = = 0,055
Для п = 5 из табл. 11 находим коэффициенты:
=='0,553 и D6 = 0,185.
Границы регулирования вычисляем по формулам (102) — (105):
Рв = Тв - 0,8Лв6 = 24,03 -0,8 • 0,553. • 0,055 = 24,01 мм;
Рн + 0,8Л66 = 23,92 + 0,8 • 0,553 • 0,055 = 23,944 мм;
Рвр = Тв — £>6$ = 24,03 — 0,185.0,055 = 24,02 мм;
Рнр = Тн + £>65 = 23,92 + 0,185- 0,055 = 23,93 мм.
Аналогично определяем границы регулирования медиан по за'-
кону Максвелла.
Из потока продукции через один-два часа в зависимости от ста- .
бильности процесса отбирают пробы объемом п = 3—10 единиц,
изготовленных в данный момент времени. Отобранные единицы
выборок, или проб, подвергаются измерениям шкальными прибо-
рами. Результат измерений заносят на график в виде точек. Каж-
дая третья точка (при п = 5) является медианой х и отмечается
крестиком. Если медианы х не выходят за границы регулирова-
ния Рв и Рн, а крайние значения выборок не выходят за границы
полуразмахов Рвр и Рнр, то технологический процесс протекает
удовлетворительно. При таком состоянии процесса продукцию,
изготовленную между двумя очередными выборками, можно при-
нимать без дополнительного контроля. ✓
Если имеются выходы точек за границы регулирования, то необ-
ходимо брать внеочередную выборку. При повторении выходов
точек за границы регулирования процесс считается неудовлетвори-
98
тельным. В этом случае дается сигнал предупреждения, делается
отметка в карте в виде стрелки /, устраняется причина, вызвав-
шая нарушение нормального хода процесса, а продукция, изгото-
вленная между выборками, подлежит сплошному контролю.
Карта 3
- Статистическое регулирование процессов медиан
й индивидуальных значений (закон Гаусса, ГОСТ 15893—70)
На карте 3 приведены границу рёгулирования и контроля ка-
чества продукции для случая обработки валика при выборке п ==
- 5 (23,96; 23,98; 23,99; 24,00; 24,01). Пробы 1, 2, 3 — хорошие;
пробы 4, 5, 6 — неудовлетворительные, так как имеются выпады
точек за границы регулирования.
В технологии машиностроения благодаря простоте и нагляд-
ности находит широкое применение метод построения точечных
диаграмм. Для построения такой диаграммы по оси абсцисс откла-
дывают номера последовательно обрабатываемых деталей, а по оси
ординат — размеры, полученные в результате обработки.
По оси ординат в виде точек откладывают результаты измере-
ний деталей (рис. 54).
Подобные диаграммы можно строить как для одной, так и для
нескольких последовательно обрабатываемых партий деталей. Длина
таких диаграмм значительно сокращается, если по оси абсцисс
откладывать не номера заготовок, а номера групп деталей.
4*
Если при обработке заготовок их размеры приближаются к верх-
нему или нижнему пределам допуска, то во избежание брака необ-
ходимо подналадить станок или сменить металлорежущий инстру-
мент.
Если при методе Гаусса определяются погрешности, в среднем
для всей партии деталей, то здесь, при построении точечных диа-
грамм, прослеживаются
Рис. 54. Точечная диаграмма фактических раз-
меров деталей
погрешности обработки
для каждой детали из
партии. В этом его пре-
имущество.
При исследовании во-
просов точности совер-
шенно недостаточно при-
менять только один ста-
тический метод в виде
кривых распределения
медиан или среднеариф-
метических значений и
размахов без детального
изучения явлений, про-
исходящих в данной размерной цепи или системе СПИД. Стати-
стический контроль позволяет только в цеховых условиях по проб-
ным деталям определить, каково качество продукции, и указать
на характер корректирования работы.
Для полного решения вопросов точности при резании метал-
лов необходимы специальные экспериментальные и теоретические
исследования, основанные на юбщетехнических и физико-матема-
тических законах.
ГЛАВА VI
КАЧЕСТВО ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Качество обработанной металлической поверхности характери-
зуется шероховатостью, наклепом, внутренними, или остаточными,
напряжениями, термическими и химико-термическими свойствами
поверхностного слоя металла, получаемыми вследствие закалки,
цементации, азотирования, хромирования и-точностью формы обра-
ботанных заготовок (макрогеометрией).
§ 1. ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ
После обработки на поверхности детали остаются следы в виде
неровностей как в направлении главного рабочего движения,
при котором осуществляется резание, так и в направлении подачи.
В результате получается шероховатость, характеристика которой
зависит от многих факторов; основными из них являются: свойства
обрабатываемого материала, режимы резания, геометрические
показатели режущих инструментов, состояние рабочих кро-
мок и т. д. .
Высокая точность размеров, как правило, требует высокой
степени шероховатости поверхности. Стоимость изготовления дета-
лей находится в некоторой пропорциональной зависимости от ка-
чества их изготовления. Так, например, затраты труда при изго-
товлении деталей второго класса точности с высотой неровностей
6,3 мкм в четыре-пять раз больше, чем при изготовлении деталей,
обработанных по пятому классу точности и имеющих высоту неров-
ностей 20 мкм.
Правильное назначение шероховатости поверхности, соот-
ветствующей условиям работы детали, имеет огромное зна-
чение.
Впервые стандарт на чистоту (шероховатость) поверхности
был создан в Советском Союзе в 1945 г. В 1951 г. этот стандарт
был несколько изменен, а в 1959 г. улучшен.
По новым стандартам ГОСТ 2789—73 (взамен ГОСТ 2789—59)
и ГОСТ 2.309—73 (взамен ГОСТ 2.309—68) для всех отраслей маши-
ностроительной промышленности шероховатость поверхности опре-
деляется одним из следующих параметров: .
1) Ra —среднее арифметическое отклонение профиля;
2) —высота неровностей профиля по. 10 точкам;
3) /?тах — наибольшая высота неровностей профиля;
4) Sm — средний шаг неровностей;
5) S — средний шаг неровностей по вершинам;
6) tp —относительная опорная длина профиля.
101
Среднее арифметическое отклонение профиля /?а определяется
по формуле (рис. 55):
п
г> У1 + Уъ+--> + Уп _ 1 V
_----- = -п £ Уь
Высота неровностей Rz определяется как среднее расстояние
между находящимися в пределах базовой длины пятью высотами
впадин и выступов на кривой неровностей поверхности (рис. 55):
Установлено восемь значений базовых длин из ряда: 0,01;
0,03; 0,08; 0,25; 0,80; 2,5; 8; 25 мм.
Рис. 55. Схематическое изображение неровностей
В новом ГОСТе дополнительно установлены требования к на-
правлению неровностей поверхности и указывается это на черте-
жах.
При указании шероховатости поверхности приводят пределы
значений параметра, размещая их в две строки, например:
1,00*; Rz = 0,080; . /?тах = °’80’ = 50
0,63; Rz = 0,032; /?тах = 0,32; 4о = 7О.
В таблицах нового ГОСТа приводятся . значения Ra, Rz, sm
tn и tp. Среднее арифметическое отклонение профиля Ra изменяется
в диапазоне от 100 до 0,008 мкм, высота неровностей профиля
по 10 точкам Rz и наибольшая высота неровностей 7?тах изменяется
в пределах от 1600 до 0,025 мкм; средний шаг неровностей sm и
средний шаг неровностей по вершинам s изменяются в пределах
от 12,5 до 0,002 мм.
Относительная опорная длина профиля tp и числовые значе-
ния уровня сечения профиля р выбирают из ряда: 5—90% от /?тах.
* Символ Ra не ставится.
J02
Шероховатости устанавливают по одному или нескольким
параметрам. Для 6—12-го классов основной является шкала Ra,
а для 1—5, 13 и 14-го классов — шкала Rz, .6—14-е классы делят
на разряды, которые обозначают а, б, в.
§ 2. ПРИБОРЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ
Рис. 56. Схема работы профилометра и профи-
лографа
В настоящее время наиболее широкое применение для опре-
деления шероховатости поверхности получили следующие ме-
тоды:
а) метод ощупывания и измерения микронеровностей поверх-
ности с помощью профилографов, разработанных К. М. Аммо-
ном, Б. М. Левиным (модели ИЗП-5 и ИЗП-17), В. М. Ки-
селевым (модели КВ-7) и профилографы-профилометры типа
201 и 202;
б) оптический метод
измерения профиля по-
верхности с помощью
микроскопа и микроин-
тёрферометра Линнинка
и др.;
в) метод сравнения
поверхности контроли-
руемой стальной или чу-
гунной детали с образ-
цами чистоты поверх-
ности.
ы, основан-
ные на методе ощу-
пывания поверхности,
имеют алмазную иглу
с очень небольшим радиусом закругления вершины до 12 мкм.
На рис. 56, а показана принципиальная схема профилометра
КВ-7 конструкции Киселева. В этом профилометре игла, провод-
ник и магнит 1 помещены в специальной головке, называемой дат-
чиком прибора. Датчик связан проводом с усилителем 2 и регистри-
рующим прибором 3. Датчиком вручную проходят по поверхности
детали и прибор регистрирует высоту шероховатости поверх-
ности.
Другие приборы — профилографы, основанные на методе ощу-
пывания, дают возможность снять профилограмму при большем
увеличении.
В приборах конструкции Аммона и Киселева игла связана с не-
большим зеркалом, которое колеблется от ее движения (рис. 56, б).
Если на поверхность этого зеркала 4 направить луч света из неболь-
шого отверстия, то зеркало при колебании будет отклонять «зай-
чик». На пути отраженного зайчика устанавливают фоточувстви-\
тельную бумагу или пленку, на которой записываются все откло-
нения зайчика 5. Полученная линия при движении является про-
103
филограммой поверхности. На таком же принципе устроены при-
боры конструкции Левина и профилографы-профилометры типа
201 и 202.
Для измерения шероховатости поверхности применяют также
двойной микроскоп Линника (рис. 57). В этом приборе луч
света направляется под определенным углом, обычно под
углом 45° (микроскоп /). С противоположной стороны под та-
ким же углом производится наблюдение поверхности (микро-
скоп 2). Объектив 5 создает изображение щели на контроли-
руемой поверхности детали 4 в
Рис. 57. Оптическая схема двойного ми-
кроскопа:
/ — Проектирующий микроскоп; 2 — микро-
скоп наблюдения; 3 — окуляр; 4.— контро-
лируемая поверхность; 5 и 6 — объективы
виде узкой святящейся щели,
а объектив 6 микроскопа соз-
дает изображение этой линии
участка.
Если световой луч падает
на гладкую поверхность, то
видна узкая ровная свето-
вая полоска. Но когда на
поверхности имеются какие-
либо неровности, то через
окуляр 5 видна изломанная
полоска света.
Таким образом, в микро-
скопе наблюдения 2 окуляр-
ным микрометром очерчи-
ваются* контуры микронеров-
ностей и измеряется их вы-
сота от гребня до впадины.
С помощью фотонасадки этот
прибор позволяет произво-
дить фотографирование по-
верхности. Высоту микро-
неровностей профиля можно определить с помощью оптических
приборов Линника, использующих явление интенференции
света.
В цеховых условиях для наиболее быстрого контроля обрабо-
танной поверхности применяют специальные эталоны чистоты,
которые изготовляют по наибольшему пределу высоты неровностей
для данного класса чистоты по стандарту.
Метод сравнения субъективен и. может вызвать разногласия,
особенно для тон необработанных поверхностей.
Для определения шероховатости поверхности, особенно в труд-
нодоступных местах, применяют метод снятия слепков. Для полу-
чения слепков применяют целлулоид, натуральный воск, пара-
фин, легкоплавкие сплавы, состоящие из висмута, свинца, олова
и. кадмия и другие материалы. Обычно применяют целлулоид,
предварительно размягченный ацетоном, затем прикладывают к по-
верхности изделия и сушат их в течение 10—12 мин. Результаты
оценки чистоты поверхности при снятии слепков обычно занижены
на 3—5%.
104
§ 3. О СВЯЗИ МЕЖДУ ТОЧНОСТЬЮ И ШЕРОХОВАТОСТЬЮ
ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Каждая обработанная деталь характеризуется большим коли-
чеством показателей качества готовой продукции. Главнейшим
из них при всех прочих равных условиях являются точность формы
деталей и шероховатость обработанных поверхностей.
В зависимости от назначения деталей определяют наибольшие
отклонения от номинальных размеров, которые можно допустить
при их изготовлении..На каждый из перечисленных выше показа-
телей точности детали должен устанавливаться допуск, определяе-
мый служебным назначением детали в машине и выбранным мето-
дом достижения заданной точности изделия.
Допуски обычно выбирают’на основе опыта, специальных экс-
периментов и эксплуатации аналогичных машин.
При использовании метода полной взаимозаменяемости допуск
на замыкающее звено равняется сумме допусков на остальные звенья
размерной цепи
п
1=1
где п — общее количество звеньев цепи.
Среднее значение допуска на отдельные звенья
При методе неполной или частичной взаимозаменяемости
6 6
Ср *У\ср(П~1) ’
где k — коэффициент риска, определяющий процент р изделий,
у которых возможен выход погрешности замыкающего звена на тре-
буемые пределы допуска. Например, при р ~ 32% k == 1, при
р = 10% k = 1,65, при р = 1% k 2,57; Хср — коэффициент,
характеризующий принятый закон распределения размеров звеньев
размерной цепи.
Для методов сборки с выполнением пригонки или применением
компенсаторов допуски на звенья размерной цепи назначают доста-
точно широкими — с таким расчетом, чтобы их выдерживание было
экономичным и легким для данных производственных условий.
Необходимую точность замыкающего звена обеспечивают при-
гоночными работами, набором жесткого или регулируемого ком-
пенсатора.
На практике не всегда требуется высокая точность обработки
всех поверхностей детали. Для многих деталей совершенно не тре-
буется механической обработки нерабочих поверхностей. Взаимо-
заменяемость и качество работы машины при этом не снижается.
Например, нет необходимости точно обрабатывать ручки рычагов
105
управления, нерабочие, поверхности валов, диаметральные поверх-
ности зубчатых колес и шкивов и т. п.
Точная обработка всегда необходима для сопрягаемых поверх-
ностей деталей машин (шейки валов иповерхностей отверстия
зубчатого колеса или шкивов и т. п.).
Чтобы обеспечить высокие эксплуатационные качества машины
и взаимозаменяемость ее деталей, задают допускаемые отклонения
размеров, формы и взаимного расположения поверхностей. Излиш-
няя точность обработки повышает стоимость, снижает производи-
тельность труда; недостаточная точность снижает эксплуатацион-
ные качества машины и увеличивает трудоемкость ее сборки.
- Длительность сохранения эксплуатационных качеств машин
и механизмов, например сохранения их точности, в значительной
мере определяется видом посадок деталей
Рис. 58. Схема фактичес-
кого контакта двух де-
талей
и качеством их сопряжений.
Если в процессе работы машины из-за
трения контактируемых поверхностей
происходит быстрый износ деталей, при-
водящий к значительному повышению
предусмотренных зазоров, детали теряют
точность и выходят из строя.
ч Как известно, работоспособность или
надежность заданной посадки непосред-
ственно связана с величиной шерохова-
тостей обработанной поверхности.
Это объясняется тем, что при сопряже-
нии деталей машин их взаимное сопри-
косновение происходит по вершинам поверхности и фактическая
площадь контакта всегда меньше номинальной поверхности сопри-
косновения. Например, при соединении двух деталей (рис. 58)
их контакт происходит не по заданной дЛине L, а по мень-
шей длине /ф, равной сумме длин отдельных участков соприкосно-
вения /х,/2, /3, ..., 1п.
Уменьшение4 фактической опорной поверхности можно учесть
в расчетах введением коэффициента Л, равного отношению факти-
ческой длины контакта /ф длине L, т. е.
••• + tn
Т~ = L
Для обычных методов обработки (точения, строгания, фрезе-
рования, развертывания) коэффициент k очень мал и находится
в пределах 0,15—0,30. Даже с помощью тонкого шлифования,
применяемого для ответственных деталей и для калибров-пробок,
этот коэффициент не превышает 0,5—0,6. Только при использова-
нии специальных методов доводки коэффициент k может достигать
0,9—0,95.
Повышенные удельные давления на вершинах шероховатостей
вызывают пластические деформации, срез и разрушение шерохова-
тостей, обусловливая износ деталей,
106
Интенсивный износ деталей наблюдается главным образом в на-
чальный период работы трущихся, поверхностей, когда в сопри-
косновении находятся наиболее выступающие остроконечные вер-
шины шероховатостёй, дающие наименьшую площадь фактического
контакта.
С износом вершин шероховатостей фактическая опорная поверх-
ность возрастает. Удельные давления на’ трущихся поверхностях
уменьшаются и скорость износа падает.
Шероховатость поверхности зависит от многих условий обра,-
ботки (режимов резания, геометрических данных инструментов,
качества материала заготовок и т. п.) и мало зависит от класса
точности и размеров детали.
Поэтому степень влияния величины шероховатости на сохра-
нение заданной посадки различна для различных размеров и клас-
сов точности деталей.
‘ Для более точных изделий малых размеров с узкими пределами
допусков влияние величины шероховатости на длительность сохра-
нения посадки значительно больше, чем для грубых изделий боль-
ших размеров. По исследованиям проф. А. А. Маталина можно
рекомендовать следующие соотношения между средней высотой
шероховатости Rz и полем допуска 6 на изготовление деталей:
у при диаметре сопряжения свыше 50 мм
^ = (0,14-0,15)6;
при диаметре сопряжения от 18 до 50 мм
^ = (0,15 4-0,20)6;
при диаметре сопряжения менее 18 мм
^ = (0,2 4-0,25)6.
По данным проф. М. О. Якобсона отношение между рекомендуе-
мой средней высотой микронеровностей и допуском на размер можно
брать при чистоте поверхности 5—12-го класса в следующих пре-
делах:
1) для симметричных поверхностей, сопрягаемых по прессо-
вым посадкам, 0,10—0,12;
2) для проходных посадок 0,08—0,10;
3) для посадок движения 0,05—0,07.
Увеличенные допуски на зазоры в сопрягаемых деталях влекут
за собой дополнительные нагрузки, что связано с ухудшением
условий работы и преждевременным износом деталей.
Величина назначаемых допусков должна быть обоснована
с учетом условий работы машины и экономичности. В табл. 12 при-
ведены усредненные данные, характеризующие взаимосвязь между
классам^ точности и шероховатостью поверхности при обработке
деталей различными методами.
При различных посадках допускается некоторое уменьшение
неровностей профиля в зависимости от диаметра обрабатываемой
детали. .
107
Таблица 12
Вид обработки Класс точности Шероховатость по- верхности R мкм
Точение и строгание черновые 5 10
Чистовое обтачивание и растачивание . . 3 20
Тонкое точение и растачивание 2—1 0,32
Фрезерование черновое 5 10
Фрезерование чистовое 3 20
Фрезерование тонкое 2 0,63—0,32
Сверление и зенкерование 4-5 5—2,5
Предварительное развертывание 3 2,5
Окончательное развертывание 2 0,63
Протягивание отверстий 3 2,5
Шлифование чистовое . 3-2 0,63—0,32
Шлифование тонкое . . : 2 0,32—0,08
Доводка брусками (хонингование) ..... 1—2 0,04—0,02
Притирка . 1 0,02—0,01
В различных отраслях промышленности проведено большое
количество разнообразных исследований по определению шерохо-
ватости поверхности от различных условий обработки и влияния
шероховатости поверхности на усталостную прочность, прочность
прессовых соединений, износоустойчивость и т. п.
При определении целесообразной точности и шероховатости
поверхности детали необходимо учитывать не только качественные
показатели, но и стоимость ее изготовления.
х Экспериментальные исследования и расчеты показывают, что
почти во. всех случаях достижение высокого качества обработки
связано с большими затратами и не всегда оправдано, особенно
при массовом производстве машин;
Для того чтобы установить рациональные методы обработки
с учетом качества выпускаемой продукции и ее надежности, необ-
ходимо проводить экономические расчеты.
§ 4. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ОБРАБОТКИ НА ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ
Шероховатость поверхности детали зависит от большого коли-
чества причин, связанных с условиями ее изготовления. Основ-
ные из них: геометрические данные режущих инструментов и со-
стояние рабочих кромок, качество обрабатываемых материалов,
смазочно-охлаждающих жидкостей и влияние вибраций технологи-
ческой системы СПИД.
а) Скорость резания. Скорость резания оказывает существенное
влияние на образование шероховатостей поверхности. Как пока-
зывают опыты, с изменением скорости появляется различная шеро-
ховатость (рис. 59). Шероховатость обработанной поверхности
в значительной степени связана с процессом образования стружки
и прежде всего с возникновением нароста.
108
В зоне малых скоростей (до 5 м/мин), когда нарост не образу-
ется, размеры неровностей незначительны.
При увеличении скорости до 20—40 м/мин размеры неровно-
стей поверхности возрастают, достигая при 20—40 м/мин (период
образования нароста) наивысшего значения. Дальнейшее повыше-
ние скорости резания уменьшает величину нароста и понижает
высоту неровностей обработанной поверхности.
В зоне скоростей, при которых наросты не образуются (выше
60—80м/мин), шероховатость поверхности оказывается наименьшей.
Дальнейшее увеличение скорости резания, если не появляется
вибрация, незначительно способствует уменьшению высоты неров-
ностей. Рост скорости резания, вызывающий повышение темпе-
ратуры и пластичности металла поверхностного слоя, увеличивает
Рис. 59. Влияние скорости резания при то-
чении на шероховатость поверхности
Рис. 60. Влияние подачи
при точении стали на ше-
роховатость поверхности
объем его пластических деформаций, способствуя образованию
больших неровностей на обработанной поверхности.
При дальнейшем увеличении скорости резания выделяющееся
в процессе его тепло не успевает проникнуть в глубину поверх-
ностного слоя. Скорость резания начинает превышать скорость
распространения пластической деформации, и объем пластически
деформированной зоны материала сокращается.
При высоких скоростях резания глубина пластически дефор-
мированного слоя незначительна и шероховатость поверхности
невелика.
В случае обработки хрупких материалов (например, чугуна)
наряду со срезом отдельных частиц металла происходит их сдвиг
и хрупкое откалывание от основной массы металла, увеличиваю-
щее шероховатость поверхности.
г Повышение скорости резания уменьшает откалывание частиц
и обработанная поверхность становится более гладкой.
Для получения наиболее чистых и точных поверхностей обра-
ботку ведут в зоне скоростей, при которых нароста на инструменте
не образуется, а шероховатость поверхности получается наименьшей.
Указанные обстоятельства создают основные предпосылки полу-
чения высокой чистоты обработки поверхности при скорости реза-
ния от 75 м/мин и выше.
109
б) Подача. Другим фактором режима резания, имеющим реша-
ющее значение для образования шероховатости, является подача
(рис. ,60 и 61).
На рис. 60 приведен график зависимости величины неровно-
стей при точении сталей. Как следует из этого графика, при работе
с малыми подачами от 0,01 до ОД5 мм/об, характерными при чисто-
вой обработке (участок АВ), изменение величин мало влияет на
чистоту поверхности.
При снижении подачи меньше 0,01 мм/об величина неровностей
поверхности не только не уменьшается, но даже увеличивается.
Шероховатость поверхности
в этом случае . образуется не
под влиянием геометрических
причин, а под влиянием пла-
стических и упругих деформа-
ций, скорости резания и радиу-
са закругления режущего лез-
вия, резца.
Рис. 61. Зависимость высоты неров-
ностей от подачи при точении кон-
струкционной стали Ст5:
1 — скорость резания v = 24 м/мин’, 2 —
скорость резания v = 38 м/мин
' При переходе в область круп-
ных подач ($ > 0,15 мм/об) ве-
личина неровностей резко воз-
растает и кривая шероховато-
стей круто поднимается вверх
(участок ВС).
Наиболее целесообразной ве-
личиной подачи при отделоч-
ном точении обыкновенными
резцами из углеродистых и ин-
струментальных сталей, обеспе-
чивающей наименьшую шеро-
ховатость обработанной поверх-
ности при получении высокой
производительности, следует
принимать s = 0,05—0,12 мм/об.
в) Глубина резания. Глубина резания мало влияет на высоту
неровностей и практически ее можно не учитывать. ,
В табл. 13 приведены результаты опытов при точении сталей
10,45 с различной глубиной резания (от 0,5 до 6,0 мм). Точение
проведено твердосплавным резцом, имеющим у = 10°; а = 8°;
Ф = ф'. == 45°; г = 1 мм\ v = 12 м/мм при трех различных по-
дачах.
Из таблицы следует, что величина неровностей мало зависит
от глубины резания. Во всех случаях наблюдается лишь , слабо
выраженная тенденция к росту величины неровностей с увеличе-
нием глубины резания.
г) Смазочно-охлаждающие жидкости. Смазочно-охлаждающие
жидкости оказывают существенное влияние на процесс механиче-
ской обработки, отводя тепло из зоны резания и уменьшая внеш-
нее и внутреннее трение при резании металлов.
НО
Таблица РЗ
S, мм/об
Глубина резания /, мм 0,12 | 0,30 j 0,48 Шероховатость' поверхности, мкм
0,5 6,5 23,1 32,8
1,0 6,6 23,3 33,6
1,5 ' 6,5 23,1 33,5
2,0 6,5 23,6 34,0
2,5 6,4 23,9 34,6
3,0 6,6 24,2 34,3
3,5 .6,6 24,1 34,3
4,0 6,7 24,0 34,5
4,5 6,9 24,6 34,8
5,0 6,8 24,7 35,0
- 5,5 6,8 24,8 35,1 .
6,0 6,8 24,8 35,0
Согласно многочисленным исследованиям смазочно-охлаждаю-
щие жидкости оказывают положительное влияние и на чистоту
обработанной поверхности.
На рис. 62 приведены результаты опытов при точении стали
Х4Н с охлаждением различными жидкостями; точение произведено
быстрорежущими резцами при
подаче s = 0,67 мм/об. Как
показано на рисунке, охлаж-
дение водным раствором соды
в воде дает лучшее качество
обработки, чем при точении
всухую.
Подобные результаты по-
лучены не только при точе-
нии, но и при других видах
обработки чугуна и сталей
различных марок.
На чистоту поверхностно-
го слоя при механической
обработке чугуна весьма эф-
фективно влияет применение
керосина. Хороший эффект
Рис. 62. Влияние охлаждения на микро-
геометрию поверхности:
/ — точение без охлаждения жидкости;
2 — обильное охлаждение водной эмульсией
(0,5% сода с 0,1% мыла)
получается при сверлении,
развертывании, протягивании
и т. д. сталей с применением
осерненного минерального масла, содержащего 1,2—1,5% серы.
Осерненное масло является жидкостью, обладающей хорошей
маслянистостью. Она образует прочную пленку между инструмен-
том и обрабатываемым материалом. Вместе с тем это масло пре-
пятствует прилипанию нароста к инструменту и наслоению частиц
нароста на обработанную поверхность,
111
На чистоту поверхности значительно влияют геометрические
данные инструмента и состояние рабочих кромок.
При изготовлении режущего инструмента и особенно при его
затуплении на режущем лезвии образуются неровности и зазубрины,
увеличивающие шероховатость обрабатываемой поверхности.
По имеющимся данным, при затуплений режущего инструмента
и появлении на нем зазубрин шероховатость обработанной поверх-
ности возрастает: при точении на 50—60%, при фрезеровании
цилиндрическими фрезами — на 100—115%, при фрезеровании
торцовыми- фрезами — на .35—45%, при сверлении — на 30%
й при развертывании на 20%. Для устранения влияния зазубрин
и притупления режущего лезвия рекомендуется тщательная доводка
инструмента и своевременная их переточка.
§ 5. КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ, ОБРАБОТАННОЙ АЛМАЗНЫМ
ИНСТРУМЕНТОМ
Успешное развитие современной прецезионной техники и повы-
шение требований к точности и чистоте обработанной поверхности,
а также применение труднообрабатываемых металлов и сплавов
невозможно без широкого использования технических алмазов.
Основная масса алмазов используется в промышленности в ка-
честве алмазного порошка для изготовления алмазно-абразивного
инструмента, т. е. паст алмазных кругов, притиров и др.
В зависимости от размера порошки условно Делятся на три
группы: шлифзерно, шлифпорошки и микропорошки. Круги из син-
тетических и натуральных алмазов применяются для наружного,
плоского, внутреннего и фасонного шлифования различных изде-
лий.
В настоящее время алмазные круги изготовляются из алмазов
на органической, керамической и металлической связках. Круги
на органической связке отличаются большой производительностью,
обеспечивают высокую чистоту поверхности и почти не засалива-
ются, применяются преимущественно при заточке и доводке твер-
досплавного инструмента. Недостатком кругов на органической
связке является увеличенный удельный расход алмазов. Алмазные
круги на металлической связке более долговечны, хорошо сохра-
няют геометрическую форму.
Одной из важнейших характеристик алмазного круга, опре-
деляющих его режущую способность и производительность, явля-
ется концентрация алмазов. За 100%-ную концентрацию принято
содержание алмаза в количестве 4,39 карата в 1 см3 алмазного слоя.
Стандартные алмазные круги изготовляют 100%, 50%, 25%-ной
концентрации.
Синтетические и природные алмазы дополняют друг друга
и имеют определенные области применения.
В настоящее время выпускают синтетические алмазы марок:
АСО, АСР, АСВ, АСК и АСС. Они отличаются друг от друга проч-
ностью, хрупкостью, формой и характером поверхности зерен.
112
Алмазы марки АСО предназначаются для изготовления алмазо-
абразивного инструмента на органической связке. В зависимости
от зернистости они обладают в 2—5 раз меньшей прочностью, чем
природные/ Их повышенная хрупкость и пониженная прочность
приводят к микровыкрашиваниям, к самозатачиванию, что обеспе-
чивает минимальные усилия резания и низкую температуру шлифо-
вания. Инструменты с алма-
зами АСО обеспечивают высо-
кое ^качество обработанной
поверхности с минимальной
глубиной дефектного слоя.
Инструменты с алмазами АСО
обладают на 50% большей
работоспособностью, чем при-
родные алмазы.
Для инструментов на ке-
рамической и металлической
связках применяют соответ-
ственно алмазы АСР и АСВ,
имеющие в 2—2,5 раза боль-
шую прочность, чем алма-
зы АСО.
Алмазы АСК по прочности
превосходят природные ал-
мазы на 15—40%, а алмазы
АСС прочнее природных в
2—3 раза.
Шероховатость обработан-
ной поверхности зависит не
только от характеристики
круга, но и от режимов обра-
ботки применяемой смазочно-
охлаждающей жидкости и
°)
Рис. 63. Влияние элементов режима ре-
зания на шероховатость поверхности
стали при плоском шлифовании:
марки обрабатываемого мате-
риала.
На рис. 63 приведены за-
висимости влияния глубины
шлифования, продольной и
поперечной подач на шеро-
ховатость при шлифовании
АППХ103Х32АСО 50/40 Б1—1
сталь ШХ15: / — работа без охлаждения;
2 — работа с охлаждением 3%-ным содовым
раствором;
а — — 3 м/мин\ = 0,5 м/ход\ б —
ирод поп
t ~ 0,03 мм; snon =0,5 мм/ход; в — t =
= 0.03 мм, 5Пр0Д ~ 3 mJ мин,
стали ШХ15 алмазным кругом
3%-ной концентрации со скоростью
круга, равной 22 м/сек. При прочих равных условиях работа
с охлаждением обеспечивает более высокую чистоту поверхности.
На рис. 64 показано влияние зернистости круга на шерохова-
тость поверхности при плоском шлифовании. Действие смазочно-
охлаждающей жидкости более эффективно проявляется для крупно-
зернистых кругов.
Для эффективного шлифования деталей, изготовленных из спе-
циальных, высоколегированных сталей и сплавов, требуются абра-
113
зивные материалы, обладающие весьма высокой твердостью, пре-
вышающей твердость обрабатываемого материала в два и более
раза, и термостойкостью, противостоящей высоким температурам
в зоне контакта (1000° С-и более). Этим требованиям отвечает
новый синтетический высокотвердый материал с основной соста-
вляющей — кубическим нитридом бора B3N. Кубический нитрид
бора выпускается Ленинградским абразивным заводом «Ильича»
под маркой «эльбор», опытным заводом ИСМ — под торговой
-маркой «кубанит». В США кубический нитрид бора назван бора-
зоном.
Эльбор, обладая твердостью и абразивной способностью, близ-
кой к алмазу, значительно превосходит его по термостойкости;
Рис. 64. Влияние зернистости на ше-
роховатость поверхности при плоском
шлифовании:
/ — работа с охлаждением; 2 — работа без
охлаждения; ф — для Т15К6; О — Для ВК8
кроме того, эльбор нейтрален
к железу, не вступает с ним во
взаимодействие.
Из эльбора изготовляют шли-
фовальные круги, бруски, шли-
фовальные шкурки и пасты.
Круги из эльбора изготовляют
на органических КБ и Б1, кё-
рамических Jz и металлических
связках.
По эксплуатационным пока-
зателям инструменты из эльбора
на органических связках отли-
чаются высокими режущими
свойствами, не засаливаются и
позволяют осуществить беспри-
жоговое шлифование е глуби-
нами от 0,005 до 0,03 мм/ход.
Недостатком инструментов из
эльбора на органических связках является повышенный удельный
расход эльбора, достигающий 5 мг и бблее на 1 г снятого металла.
Инструменты из эльбора на керамической связке характеризу-
ются высокой стойкостью. Шероховатость поверхности, обработан-
ной кругами из эльбора зернистостью № 16—4 на органической,
керамической и металлической связках, находится в предел-ах
7—10 классов; поверхность, обработанная инструментами из эль-
бора на .органической связке КБ зернистостью М28 — М5, имеет
чистоты 11—12 классов.
Преимущества инструментов из эльбора/наиболее полно, реа-
лизуются при шлифовании изделий из закаленных до высокой твер-
дости (HRC 62—66) сталей, обработка которых существующим
абразивным и алмазным инструментом затруднена вследствие стой-
кости профиля и невысокого качества шлифованной поверхности
(прижоги, трещины и др.).
Инструменты из эльбора могут успешно применяться при обра-
ботке вязких, незакаленных материалов (титана, нержавеющих,
жаропрочных и других сплавов).
114
Крупным достижением является создание Институтом сверх-
твердых материалов нового материала «славутич». Он не уступает
природным алмазам по износостойкости, превосходит их по проч-
ности и изготовляется в виде штабиков и пластин любой формы
и размеров.
В настоящее время для интенсификации процессов обработки
поверхностей и отверстий алмазными инструментами применяется
элгектроалмазное сверление, которое является новым видом обра-
ботки, позволяющим получать сквозные, глухие и фасонные отвер-
стия в изделиях из твердых и магнитных сплавов, закаленных ста-
лей и других токопроводящих материалов.
При электроалмазном сверлении обрабатываемый материал уда-
ляется под воздействием абразивного шлифования, электрохими-
ческого растворения и вырывания частичек карбидных зерен из его
общей массы. Для осуществления электроалмазного сверления
можно использовать серийно выпускаемые промышленностью вер-
тикально-сверлильные и координатно-расточные станки различных
моделей, модернизированные применительно к данному виду обра-
ботки. При модернизации стандартных станков предусматривается
возможность подключения к вращающемуся алмазному инструменту
одного из отрицательных (—) полюсов источника тока и подачи
электролита в зону обработки. Второй полюс положительный (+)
подключается к детали с помощью кольцевого токосъемника вра-
щающегося стола специальной конструкции. Напряжение источ-
ника тока не превышает 12 в. Для обработки сквозных отверстий
наиболее целесообразно применять тонкостенные (0,03—0,5 мм)
алмазные сверла на металлической связке, позволяющие выдер-
живать высокие (до 9,8—106 н/м2) удельные прижимные усилия
и обеспечивать- плотность технологического тока в несколько сот
ампер на 1 см2.
Для получения фасонных отверстий используются алмазные
инструменты, изготовленные методом гальванопластики или галь-
ваностегии. Сущность электрохимического шлифования состоит
из сочетаний двух процессов: алмазного шлифования и электрохи-
мического растворения металлов. Выступающие алмазные зерна
создают необходимый зазор между металлической связкой круга
и обрабатываемой поверхностью. Электролит, постоянно находя-
щийся в зоне контакта, не дает короткого замыкания. Для элек-
трохимического шлифования можно приспособить заточные, круго-
шлифовальные, плоскошлифовальные станки. При переделке пре-
дусматривается изоляция всего станка от головки или шпинделя.
Шпиндель, имеющий токосъемное кольцо, соединяется с помощью
медно-графитовых щеток с7 отрицательным полюсом источника
постоянного тока. Тиски или стол, на котором закрепляется обра-
батываемая деталь, соединяется с положительным полюсом источ-
ника питания напряжением от 6 до 12 в. Технологический процесс
алмазного электрохимического шлифования обеспечивает высокое
качество обработанной поверхности' и высокую производитель-
ность.
115
§ 6. УПРОЧНЕНИЕ (НАКЛЕП) И ОСТАТОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ
В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ ОБРАБОТАННОГО МЕТАЛЛА
После механической обработки металла происходит пластиче-
ское деформирование его поверхностных слоев. Деформация'рас-
пространяется на некоторую сравнительно небольшую глубину,
отчего и образуется наклеп. Одновременно с этим в поверхностном
слое создается определенное напряженное состояние. Глубина на-
клепа и остаточные напряжения зависят от качества обрабатывае-
мых металлов и условий механической обработки. Существенное,
влияние на глубину наклепа и остаточные напряжения имеет также
местный (локализованный) нагрев поверхностных слоев металла.
Для определения глубины наклепа и остаточных напряжений
пользуются различными методами.- Наибольшее применение полу-
Рис. 65. Влияние подачи s и радиуса
округления резца г на наклеп поверх-
ности На при точении:
1 — s = 0,76 мм/об', 2 — s — 0,5 мм/об;
3 — s — 0,25 мм/об; 4 — s = 0,12 мм/об
Рис. 66. Влияние скорости реза-
ния v при точении на наклеп Hd
сталей:
/ — сталь ЗОХГС; 2 — сталь 20
чил метод электротравления наклепанных призматических или
кольцеобразных образцов. Сущность этого метода состоит в том,
что при снятии наклепанного сдоя металла происходит деформа-
ция образцов, которая регистрируется оптимерами или электри-
ческими датчиками.
Зная первоначальную форму образцов и соответствующие дефор:
мации их при электротравлении в любом стравленном слое опре-
деляют глубину наклепа и остаточные напряжения.
На рис. 65 показано влияние подачи s и радиуса закругления
вершины резца г на наклеп поверхности Hd при точении. Увеличение
наклепа связано с усилением степени пластической деформации
в связи с возрастанием усилий резания. При увеличении скорости
резания уменьшается продолжительность воздействия деформирую-
щих сил на поверхностный слой, что приводит к уменьшению
наклепа. Одновременно с этим при повышении скорости увеличи-
вается трение и выделение тепла в зоне резания, ускоряющего
протекание «отдыха» металла.
Поэтому для металлов, не претерпевающих при резании струк-
турных изменений, при повышении скорости снимается наклеп
(рис. 66).
116
Наряду с наклепом в поверхностном слое обработанного металла
возникают остаточные напряжения; величина и характер их рас-
пределения зависит от многих причин, основными из которых
являются условия обработки (режимы резания и качество режу-
щих инструментов).
На рис. 67 показано влияние скорости резания при точении
стали ЗОХГС на остаточные напряжения. Как видно из графика,
с увеличением скорости резания в обработанном поверхностном
слое сначала создаются растягивающие напряжения, которые
по мере увеличения скорости сни-
маются, а начиная от скорости
200 м/мин и выше они переходят
в сжимающие. Это объясняется
-б[кгс/мм2]
Рис. 68. График, характеризую-
щий влияние подачи при точении
на остаточные напряжения в по-
верхностном слое обработанного
металла
Рис. 67. Влияние скорости v то-
чения на остаточные напряже-
ния <з
термическими явлениями, т. е. интенсивностью выделения тепла
с увеличением скорости резания й более полной закалкой стали
ЗОХГС.
С увеличением подачи повышается величина. и глубина рас-
пространения остаточных напряжений. Например, при точений
малоуглеродистой стали с подачей s = 0,2 мм/об наибольшее
напряженке растяжения составляет +1,22 -108 н/м2, наклеп 90 мкм;
при s = 0,48 мм/об напряжение + 1,44-108 н/м2, наклеп 140 мкм;
при s = 1,2 мм/об напряжение +1,92-108 н/м2 и наклеп 180 мкм
(рис. 68). _ .
Аналогичное наблюдается при строгании и фрезеровании. Это
объясняется тем, что с увеличением толщины стружки пластиче-
ская деформация протекает более интенсивно и охватывает более
широкую и глубокую зону срезаемого слоя металла. Отделение
стружки происходит с большей поверхности детали, и естественно,
что отделение срезаемого слоя вызывает деформирование в гораздо
большей мере, чем при малых подачах.
117
Переход от растягивающих напряжений к сжимающим объяс-
няется, как и при изменении скорости резания, термическими явле-
ниями.
Увеличение степени пластической деформации металла зоны
резания, связанное с переходом от
Рис. 69. Влияние переднего угла на оста-
точные напряжения:
Z — у = 17°; 2 — у — — 5°- 3 — у = — 10э
положительных передних углов
к отрицательным, также при-
водит к снижению растягива-
ющих и возникновению оста-
точных напряжений (рис. 69).
б fac/мм2]
Рис. 70. Влияние глубины шлифо-
вания на остаточные напряжения о
в высокоуглеродистой стали 18:
режим: п = 480 об/мин', v ~ 47 м'/мин;.
s = 3750 мм/мин; 1 — и = 30 м/сек\
2 — = 50 st/сек
кр
При шлифовании высокоуглеродистой стали, обладающей боль-
шей прочностью и меньшей пластичностью, преобладающее влия-
ние на формирование остаточных напряжений имеет не пластиче-,
ская деформация, а тепловой фактор. Увеличение глубины шлифо-
вания в этом случае приводит к переходу остаточных напряже-
ний из сжимающих в растягивающие (рис. 70).
§ 7. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ
НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Процесс снятия стружки, как известно, вызывает определен-
ные пластические деформации в поверхностном слое металла, соз-
давая соответствующую шероховатость, наклеп и остаточные напря-
жения. Эти факторы оказывают существенное влияние на проч-
ность, износоустойчивость и долговечность деталей машин.
Шероховатость поверхности прежде всего вызывает препят-
ствия взаимному перемещению деталей и является одной из глав-
ных причин возникновения сил трения. На преодоление сил тре-
ния в машинах расходуется значительная энергия. Например,
118
в металлорежущих станках на трение расходуется до 25% затра-
ченной энергии. Кроме того, чем чище поверхность, тем более устой-
чивы детали против коррозии и разрушения при. знакопеременном ч
и циклических нагрузках.
Согласно многочисленным исследованиям советских и зарубеж-
ных ученых,' снижение прочности деталей с различной шерохова-
тостью по сравнению с полированными в условиях закономерной
нагрузки составляет для стальных деталей в среднем 40—50%.
Особенно сильно влияет на увеличение предела выносливости
повышение чистоты поверхности в местах концентрации напряже-
ний. Поверхностные риски, полученные в результате обработки,
играют роль очагов возникновения усталостных трещин и разру-
шения деталей машин.
Особенно важное значение в машиностроении имеют показатели,
относящиеся к пределу выносливости и износостойкости деталей
машин. Как правило, образцы с наклепом имеют эти показатели
гораздо выше, чем ненаклепанные. Так, -например, предел уста-,
лости у наклепанных образцов повышается на 30—80%, а изно-
состойкость металла в два-три раза. Важно иметь в виду, что эти
механические показатели зависят от характера наклепа и чистоты
поверхности. При чрезмерном наклепе, когда поверхностный слой
металла раздроблен или надорван и имеются глубокие обработан-
ные риски, предел усталости резко уменьшается по сравнению
с наклепанными образцами без разрушения поверхностного слоя
металла. |При наличии в поверхностном слое наибольших остаточ-
ных напряжений сжатия предел выносливости детали повышается,
а -при наличии остаточных напряжений растяжения — снижается.
Для сталей повышенной твердости повышение предела усталости
благодаря действию сжимающих напряжений достигает 50%,
а снижение его под действием растягивающих напряжений — 30.
Особенно существенное влияние на надежность и долговеч-
ность деталей машин оказывают отделочные и упрочняющие опера-
ции, например, обкатка роликами, дробеструйный наклеп, терми-
ческая и химико-термическая обработка поверхностного слоя
металла и т. д.
Изменение' методов^ и режимов механической обработки вызы-
вает соответствующее изменение отдельных характеристик качества
поверхности, что в свою очередь изменяет эксплуатационные свой-
ства деталей.
Поэтому при изготовлении особенно ответственных деталей
машин и при их восстановлении необходимо учитывать качество
поверхностного слоя металла и его влияние в данных условиях
работы на работоспособность детали и машины в целом.
ГЛАВА VII
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАШИН
§ 1. ВАЖНЕЙШИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
И ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАШИНЫ
Каждая машина состоит из большого многообразия деталей, опре-
деленным образом связанных друг с другом. Связи деталей бывают
стационарные и нестационарные, или статические и динамические.
Детали изготовляются из различных материалов в зависимости .
от условий работы машины, с надлежащим качеством обработки.
Детали, имеющие определенное движение друг относительно друга,
т. е. при динамических связях, изготовляют обычно с более высо- -
кими классами точности и чистоты обработки, чем детали, имеющие
статические связи.
Независимо от разделения деталей к любой машине в целом s
предъявляется ряд требований и особенно повышения их надежно-
сти и долговечности.
При проектирований любой машины необходимо учитывать сле-
дующие исходные данные:
1) служебное назначение машины с кратким описанием ее работы
и техническими требованиями;
2) рабочие чертежи машины и ее отдельных деталей и узлов; \
3) количество машин, намеченных к выпуску, и плановые сроки
выпуска машин;
4) условия снабжения завода всем необходимым для выпуска
машин и возможности кооперирования с другими заводами;
5) наличие кадров, перспективы их подготовки, оказывающие
влияние на разработку технологических процессов. Чем менее
квалифицированными кадрами располагает завод, тем более детально
разрабатывается технологический процесс и его документация.
Все эти исходные данные необходимы для детального выпол-
нения задачи, которая ставится при проектировании технологи-
ческого процесса и условий, в которых должна протекать его раз-
работка и оеуществление.
Чем точнее определены исходные данные, тем быстрее и с мень-
шими затратами решается эта задача. Изменение технических
условий или конструкций влечет за собой пересмотр технологичес-
ких процессов, переделку технологической оснастки, перестановку
оборудования и т. д. От этого происходит удлинение сроков под- -
готовки производства и освоение выпуска новых машин, а следо-
вательно, удорожание выпускаемой продукции.
120
Количество машин, намечаемых к выпуску по чертежу, требует
выбора наиболее экономичного технологического процесса, обо-
рудования, инструмента, степени механизации и автомати-
зации.
Рабочие чертежи деталей и машин в целом содержат необходи-
мые проекции и сечения, точность обработки и размерьте допусками,
шероховатость обрабатываемых поверхностей, допускаемые откло-
нения от их геометрических форм и взаимного расположения;
данные о материале заготовок, припусках на обработку и другие
технические требования.
Принципиальные технологические решения определяют также
и метод выполнения заготовок, который выбирают в зависимости
от конфигурации размеров и веса изготовляемой детали, объема
выпуска, технологической оснащенности заготовительных цехов
и других факторов.
Точность заготовки в зависимости от метода ее изготовления
определяет не только тёхнологию механической обработки, но
и расчленение ее на черновые, чистовые и отделочные опе-
рации.
Очень важно также знать все условия, в которых будет осу-
ществляться технологический процесс, изготовление деталей и
машины в целом. <
Существенное влияние оказывает оборудование, его загрузка
и перспективы получения нового оборудования.
Моральный и физический износ оборудования является тормо-
зом технологического процесса на предприятии и влияет не только
на качество и точность выпускаемой продукции, но и на выпол-
нение плана.
При проектировании технологических процессов изготовления
деталей машин необходимо учитывать новейшие достижения в обла-
сти обработки металлов. Основными направлениями современной
технологии изготовления деталей машин являются:
1) получение наиболее точных заготовок с приближением их
по форме и размерам к готовым деталям. Изготовление таких
заготовок выгодно не только с точки зрения экономии металла,
но и значительного уменьшения трудоемкости обработки и сок-
ращения расходов на производство готовой продукции;
2) применение автоматизированных станков и многолезвийных
инструментов, обеспечивающих внедрение наиболее производи-
тельных методов обработки;
3) внедрение современных механических и термохимических
мётодов упрочняющей технологии, что способствует повышению
эксплуатационных свойств деталей машин и значительно увели-
чивает их надежность и долговечность;
4) разработка оптимальных технологических процессов и все
более широкое применение новых материалов и пластмасс в маши-
ностроении;
5) внедрение единой системы технологической подготовки про-
.изводства (ЕСТПП). .
121
§ 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ ' .
' Технологическая документация, исходные данные по выпуску
машин, организация производства и его контроль являются основ-
ным средством регламентации производственного процесса. В тех-
нологическую документацию входит ряд форм, содержащих необхо-
димые данные не только для осуществления производственного
процесса, но и для подготовки производства: определение произ-
водственных площадей, планировка оборудования, составление рас-
четов на инструмент и приспособления, определение количества
рабочих и ИТР и т. п.
В Единой 'системе технологической документации, кроме общих
положений, изложенных в ГОСТ 3.1001—71; 3.1001—70; 3.1004—71
и правил оформления этих документов (ГОСТ 3.1105—71), при-
водятся различные ГОСТы и правила оформления документаций
на технологическую подготовку производства, начиная от процесса
изготовления заготовок различными методами и кончая их обра-
боткой. Основными формами технологической документации на
изготовление изделий по ГОСТ 3.1102—70 являются (см. приложе-
ния): 1) маршрутная карта; 2) операционная карта; 3) карта эски-
зов и схем; 4) спецификация технологических документов; 5) техно-
логическая инструкция; 6) материальная ведомость; 7) ведомость
оснастки; 8) карта технического контроля.
В маршрутной карте (форма 1, ГОСТ 3.1105—71) содержится
описание технологического процесса изготовления изделия по всем .
операциям в технологической последовательности с указанием
соответствующих данных по оборудованию, оснастке, материалам, .
трудовым и другим нормативам.
В операционной карте (форма 1, ГОСТ 3.1404-^71) содер-
жится описание операции технологического процесса изгото-
вления изделий с расчленением операций по переходам и с ука-
занием режимов работы, расчетных норм и трудовых норма-
тивов.
В карте эскизов и схем (форма 3, ГОСТ 3.1105—71) приводится
графическая иллюстрация технологического приготовления изде-
лий и отдельных его элементов.
Спецификация технологических документов оформляется спе-
циальной картой (форма 1, ГОСТ 3.1106—70), в которой содержится
перечень всех технологических документов, выпущенных на изде-
лие и на его составные части.
Технологическая инструкция (форма 4, ГОСТ 3.1105—71) содер-
жи^ описание специфических приемов работы или описание мето-
дики контроля технологического процесса,, правил пользования
оборудованием и приборами, а также описание физико-химических
явлений, происходящих при отдельных операциях технологичес-
кого процесса.
Материальная ведомость (форма 5, ГОСТ 3.1105—71) содержит
предварительные'данные для подготовки производства. Ведомость
оснастки (форма 6, ГОСТ 3.1105—71) содержит перечень специаль-
122
них и стандартных приспособлений и инструментов, необходимых
для оснащения технологического процесса.
Ведомость оснастки является основным документом для проек-
тирования инструментального хозяйства завода. Наряду с указан-
ными картами могут составляться дополнительные документы
на внесение изменений в действующий технологический процесс.
Согласно ГОСТ 3.1001—71 (пункты 4.3 и 4.4) внесение изме-
нений в технологическую документацию должно производиться
по правилам, установленным в ГОСТ 2.503—68 со следующим допол-
нением.
В карте технического контроля, форма 1, ГОСТ 3.1410—71,
приводятся средства контроля и контролируемые размеры для каж-
дого перехода.
«Предварительное извещение» для технологической докумен-
тации допускается выпускать, если разрешено отступление от тех-
нологии на определенный срок или для определенной партии изде-
лий.
На каждый документ изменения оформляют отдельным «Изве-
щением». Правила заполнения «Извещения» установлены в ГОСТ
2.503—68 (раздел 3).
Карты изменения содержат предложения об изменении техно-
логического процесса с приложением эскизов за подписями главного
конструктора и главного технолога завода.
ГОСТ 3.1410—71 предусматривают операционные карты и
ведомости технического контроля.
Технологические процессы контроля разрабатываются техно-
логической службой и согласовываются со службой технического
контроля. В специальных картах приводится содержание и после-
довательность выполнения процессов технического контроля всех
видов (входного, промежуточного, окончательного, включая испы-
тания), а также для описания необходимых средств контроля
(инструментов, приспособлений и приборов).
§ 3. ТИПИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Задачи быстрейшего освоения и выпуска новых образцов изде-
лий на базе повышения производительности труда, снижения себе-
стоимости и повышения качества выпускаемой продукции требуют
широкого внедрения новых более, прогрессивных методов работы.
Выполнение этих задач в большой степени зависит от правильной
организации технической подготовки производства, от типизации
технологических процессов, под которой понимается разработка
технологических процессов на изготовление типовых деталей и
целых машин. Типизация технологических процессов базируется
на классификации деталей в определенные группы и их обработки
с учетом новейших достижений науки и техники.
Для разработки типовых технологических процессов необхо-
димо все детали машин подразделить на классы по признаку общ-
ности их конфигурации и схожести технологических процессов.
123
Детали разбиваются на следующие классы: цилиндрические
детали вращения (валы, оси, пальцы, цапф£>1, втулки, гильзы и
т. п.); плоские детали вращения (диски, маховики, шкивы, фланцы,
кольца и т. п.); плоскостные детали (плиты, станины, столы, рамы
и т. д.), рычаги (шатуны, серьги и т- п.). Зубчатые колеса, ходо-
вые винты, червяки и т. п.
Опыт машиностроения показывает, что целесообразнее класси-
фицировать детали в группы, близкие по своему служебному назна-
чению.
В зависимости от требуемого качества изготовления деталей,
машин и их сборки разрабатываются типовые технологические
процессы для различных масштабов производства.
Типизация технологических процессов позволяет обобщить и
привести, в систему существующие технологические процессы,
внедрить наиболее перёдовые и экономичные методы труда, новое
оборудование и инструмент и поточные методы производства.
На основе принципов типизации технологических процессов
разработан метод групповой обработки изделий. Он основан на
классификации деталей по конструктивным и технологическим при-'
знакам, применение быстроналажйваемых приспособлений и инстру-
ментов и быстрой подналадки оборудования.
Этот метод можно применять на любых технологических'про-,
цессах, любом оборудовании при условии обработки заготовок
деталей, поддающихся группировке. Групповая обработка позво-
ляет значительно увеличить производительность труда, так как
преобразует индивидуальное и мелкосерийное производство в круп-
' носерийное.
В основу этого прогрессивного метода берется несколько тех-
нологических сходных деталей, что позволяет изготовлять их
на определенном оборудовании, по определенному групповому тех-
нологическому процессу. Каждая операция закрепляется за опре:
деленным станком, благодаря чему достигается специализация
при обработке деталей.
Групповой метод обработки требует предварительной классик
фикации однородных деталей; разработки технологического про-
цесса для них; проектирования однотипных приспособлений, модер-
низации оборудования и создания специальных станков и потоков.
Разбивка деталей на группы производится с учетом их геометри-
ческой формы, т. е. общности поверхностей, подлежащих обработке,
и общности построения технологического процесса их изготовле-
ния. Обработка должна производиться на однородном оборудо-
вании с одинаковой настройкой.
Классифицируются детали с учетом имеющегося на предприятии
оборудования, накопленного производственного опыта, а также
возможности применения передового опыта других предприятий
и использования данных технической литературы.
Разбивка на классы является подготовительной операцией,
облегчающей окончательную подборку их в группы. Она произ-
водится с таким расчетом, чтобы для каждой группы деталей можно
124
было применить один общий технологический процесс. Следует
учитывать габариты деталей; так как ими определяется выбор
оборудования и приспособлений.
Создавая единый технологический процесс для каждой группы,
за основу надо брать характерную деталь данной группы, кото-
рую называют комплексной деталью. Она отличается тем, что
ее поверхность, подлежащая обработке, имеет все элементы по-
верхностей других деталей этой группы. Если такой детали в
группе нет, то создают ее условно, на чертеже. Это нужно для
того, чтобы разработанный технологический процесс включал в,
себя обработку всех элементов поверхностей всех деталей дан-
ной группы.'
Рассмотрим образец — группу деталей из классификатора
(рис. 71). В эту группу собрано 16 деталей, сходных по конфигу-
рации и размерам.
При группировке деталей необходимо учитывать также требуе-
мую точность, шероховатость обработанных поверхностей ц серий-
ность, а кроме того, быстроту перестройки при переходе с обработки
одной детали на другую. Поэтому очень важно создать современ-
ные приспособления, с помощью которых можно ускорить выпол-
нение этих операций.
Таким образом, групповой способ позволяет не только уве-
личить производительность труда, но и снизить себестоимость
выпускаемой продукции. Причем он облегчает модернизацию обо-
рудования, так как загрузка его становится однообразной, позво-
ляет более широко применять специализированные устройства для
механизации и автоматизации обработки групп деталей, закреп-
ленных за данным станком.
Типизация технологических процессов и групповой метод обра-
ботки позволяет упорядочить методику разработки технологических
процессов. Они вносят единообразие в процесс обработки деталей,
сходных по конструктивным или технологическим признакам,
сокращают цикл подготовки производства и освоение новых типов
машин, способствуют внедрению в производство научной органи-
зации труда (НОТ) и прогрессивных технологических методов.
В настоящее время разработана единая система технологичес-
кой подготовки производства (ЕСТПП), которая содержит прави-
ла научной организации и управления технологической подготов-
кой производства и применения вычислительной техники.
Создание типовых технологических процессов на производстве
при выпуске машин и оборудования позволит значительно сокра-
тить число технологических маршрутов и операций.
Так, например, на Муромском заводе радиоизмерительных
приборов изготовляется примерно 15 тыс. наименований деталей.
Их производство, а также сборка в готовые изделия требовали
выполнения 160 тыс. технологических^операций. Теперь на заводе
при участии Всесоюзного научно-исследовательского института
по нормализации в машиностроении (ВНИИНМАШ) в опытном
порядке внедрена новая технология, которая позволила сократить
125
почти на 120 тыс. типовых операций механической и термической
обработки, штамповки, сборки и др. Полученная технология и нор-
Рис. 71. Группа деталей и комплексная деталь
мативы записаны v на перфокарты и магнитные ленты, которые
используются при решении на ЭВМ.
Подобные исследования проводятся на ряде других заводов
и дают большой экономический эффект.
126
§ 4. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ И ЕЕ РЕМОНТОПРИГОДНОСТЬ
Одним из основных показателей качества машин, механизмов
и деталей является технологичность их конструкций. 'Технологич-
ность конструкции представляет собой такое понятие, когда обес-
печиваются минимальные трудоемкость изготовления, материало-
емкость и себестоимость. Однако трудоемкость и материалоемкость
изготовления машины зависят не только оФ конструкции, но и
в значительной, степени от выбранного технологического процесса,
его оснащенности и режимов обработки.
Таким образом, технологичность конструкции зависит от вида
производства и масштаба выпуска типа изделия и его служебного
назначения, уровня современных рациональных технологических
методов изготовления, прогрессивности оборудования, органи-
зации производства и т. д.
Технологичность конструкции применительно к машине харак-
теризуется двумя группами показателей.
К первой группе относятся показатели эксплуатацион-
ных качеств машины, т. е. производительность, надежность, дол-
говечность, функциональное соответствие и ремонтопригодность.
Эксплуатационная надежность машины является одним из основных
количественных критериев ее качества.
Значение надежности можно характеризовать коэффициентом
работоспособности
йр^бр/Ш + М’ о°7)
где /бр — время безотказной работы машины, ч\ — время про-
стоев машины из-за плановых ремонтов, наладки и аварийных ремон-
тов, ч.
Надежность машины устанавливается при проектировании; она
обеспечивается в процессе изготовления и поддерживается в экс-
плуатационных условиях.
Долговечностью называется время, в течение которого машина
в нормальных условиях эксплуатации выполняет свои служебные
функции до предельного износа, т. е. до первого капитального
ремонта или до замены ее новой.
При проектировании необходимо стремиться к тому, чтобы
трудоемкость механической обработки в технологическом процессе
изготовления детали была минимальной.
К технологичности конструкции прямое отношение имеют коли-
чество деталей-в машине или узле и, качество их изготовлений.
Качественные показатели большое значение имеют при сборке
узла или машины (удобство или доступность сборки, минимальный
объем пригоночных работ при сборке и т. д.).
Под ремонтопригодностью машины или узла понимают свойство
изделия, заключающееся в его приспособленности к предупрежде-
нию, обнаружению и устранению отказов и неисправности путем
проведения технического обслуживания и ремонтов. Количествен-
ными показателями ремонтопригодности машины служит среднее
127
время восстановления машины и средняя стоимость технического
обслуживания.
Качественно ремонтопригодность машины (узла) можно оцени-
вать по следующим особенностям:
1) конструктивная законченность и достаточно легкая отдели-
мость агрегатов, узлов и деталей, позволяющая организовать
сменноузловой метод ремонта;
2) унификация, типизация и нормализация узлов и деталей
различных моделей машин в пределах одной марки;
3) обеспеченность замены быстроповреждающихся сопряжений
компенсаторами; регулировочными устройствами и легкосменными
деталями (втулками), кольцами, вкладышами и т. д.> позволяю-
щими свести работы по техническому обслуживанию и перио-
дическим ремонтам к монтажным, регулировочным и проверочным
работам;
4) несложность-проведения разборочно-сборочных и регулиро-
вочных работ;
5) достаточная прочность и износостойкость деталей, обеспечи-
вающих весь расчетный срок службы.
Чем конструкция технологичнее, тем выше ее ремонтопригод-
ность.
Ко второй группе критериев оценки технологичности
машины относятся показатели экономичности производства машин:
металлоемкость, трудоемкость и общие затраты на изготовление
машины. Различают конструктивную и технологическую металло-
емкость.
Конструктивная металлоемкость оценивается отношением веса
машин к мощности ее привода или по другому основному параметру
технической характеристики.
Показателем технологической металлоемкости служит коэффи-
циент использования металла &и по отношению к весу детали
~ ^дет/^заг» (Ю&)
где Ойет — масса детали, кг\ G3ar — масса заготовки, кг.
При оценке технологичности конструкции машины или ее узлов
и деталей надо учитывать следующие положения:
1) форма деталей должна способствовать применению прогрес-
сивных методов производства заготовок с наименьшими припусками
и минимальным числом обрабатываемых поверхностей;
2) наименьшее число наименований материалов, применяемых
в конструкции машины;
3) наименьшая масса деталей и машины в целом;
4) взаимозаменяемость деталей и узлов с оптимальными зна-
чениями полей допусков;
5) доступность обрабатываемых поверхностей для режущего
инструмента, а также для наблюдения и контроля в процессе
обработки; х
6) наличие у деталей поверхностей, которые могут служить
удобными и надежными базами для обработки и исключают необ-
128
ходимость использования вспомогательных баз, требующих, как
правило, дополнительных операций обработки;
7) целесообразная степень точности и шероховатость обрабаты-
ваемых поверхностей, отвечающих требованиям эксплуатации;
8) достаточная жесткость конструкции деталей, обеспечиваю-
щая устойчивость при обработке (без вибраций) и позволяющая
применять высокие режимы резания;
9) максимальная нормализация и унификация как деталей, так
и отдельных их элементов (диаметров, посадок, резьб, элементов
зацепления зубчатых и червячных передач).
Унификация деталей и узлов способствует повышению серий-
ности производства, уменьшает объем проектных, работ, обеспечи-
вает использование стандартных инструментов и приспособлений,
сокращает применение специальных инструментов и приспособлений.
Для оценки степени унификации конструкции пользуются коэф-
фициентом
ky==ny/(ny + n0), (109)
где пу — число унифицированных и стандартных деталей; п0 —
число оригинальных деталей.
Чем больше коэффициент унификации ky, тем технологичнее
конструкция машины. Повышение степени унификации конструк-
ции снижает затраты не только на изготовление машин, но и на
их эксплуатацию, так как способствует централизованному полу-
чению деталей и узлов для замены изношенных.
§ 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ
ПРОИЗВОДСТВА
Механизацию и автоматизацию технологических процессов на
производстве осуществляют путем применения различных приспо-
соблений и устройств, которые обеспечивают механизированное
закрепление заготовок, подвод и отвод инструмента и автоматическую
загрузку оборудования. Механизация и автоматизация процессов
производства распространяется также на контроль, регулирова-
ние и управление производством.
При автоматизации станков применяют также различные сред-
ства активного контроля путем использования электромагнитных
индуктивных и фотоэлектрических устройств. Эти приборы осущест-
вляют не только контроль за качеством обработки, но и обеспечи-
вают управление станком и подналадку инструментов.
Высшей формой автоматизации металлорежущего оборудования
является применение счетно-решающих устройств и таких систем
управления, которые позволяют получать детали заданной формы
и размеров по заранее установленной программе работы станка
с определенным режимом без участия человека в управлении станком.
В таких станках размеры и форма обрабатываемых заготовок, а
также режимы резания задаются в виде определенной записи (кода)
на перфорированной, или магнитной ленте.
5 Колев К. С.
129
Специальные устройства считывают и расшифровывают записи,
обеспечивая подачу соответствующих сигналов управления испол-
нительным узлом станка, которые обрабатывают заготовку в соот-
ветствии с заданной программой.
Однако осуществление той или иной степени механизации и
автоматизации процесса обработки зависит от экономической эффек-
тивности ее применения для данных конкретных производственных
условий.
Эффективность механизации и автоматизации технологических
процессов определяют следующими показателями: 1) повышением
производительности труда; 2) снижением времени на обработку
детали; 3) повышением качества обработки; 4) снижением себестои-
мости продукции и 5) облегчением условий труда.
Непосредственное влияние на характер автоматизации техно-
логических процессов оказывает объем производства, размер пар-
тии деталей и их повторяемость, размеры и норма изготовляемых
деталей и характеристика действующего оборудования.
В настоящее время разработана методика укрупненного опре-
деления уровня механизации и автоматизации производственных,
процессов в машиностроении. Этой методикой предусмотрено три
основных показателя:
1) степень механизированного труда
см = р4^100%: О10)-
2) уровень механизированного труда в общих трудовых затра-
тах
Ум= Ю0%- (111)
1 м т“1 р
ИЛИ
.
МТ Рм + ^р ’
3) уровень механизации и автоматизации производственных ,
процессов
yn = -SP^M^L, (112)
Рпр
где Рм — число выполняющих работу механизированным способом;
Рр — число работающих ручным способом; Тм — время механи-
зированного труда; Тр — время ручного труда; Ра — число выпол-
няющих работу во всех сменах на данном рабочем месте или на
участке в цехе механизированным способом; k — коэффициент,
характеризующий отношение времени механизированного труда
к общим затратам времени на данном оборудовании или рабочем
месте; &м — коэффициент многостаночного обслуживания; kn —
коэффициент производительности, равный TJT\ (TQ— трудоем-
кость изготовления детали на универсальном оборудовании с наи-
низшей производительностью; 1\ — трудоемкость изготовления
130
детали на действующем оборудовании); Рпр — приведенное число
работающих:
Рпр = ЛАА + (Р» + Рр) (1 - .
Коэффициент k определяют для каждого вида оборудования и
рабочего места по формуле
=(Гм гвм)/топ,
где Твм — вспомогательное механизированное время; Топ — опе-
ративное время.
При отсутствии операционных технологических процессов и
технических норм времени коэффициент k определяют на основе
хронометража элементов приемов работ. Все эти показатели являют-
ся в сумме системой дополнительных технико-экономических пока-
зателей, характеризующих фактический уровень механизации и
автоматизации участка, цеха или предприятия.
Описанный метод позволяет определить не только уровень
механизации на действующем производстве, но и выявить произ-
водственные процессы, подлежащие механизации и автоматизации
и наметить пути по поднятию производительности труда.
§ 6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Экономичность технологического процесса на изготовление той
или иной машины определяется путем составления сравнительных
вариантов изготовления и себестоимости машин, получаемой при
осуществлении этих вариантов в заданных условиях производства.
Оценка экономической эффективности технологического про-
цесса производится путем анализа и сравнения показателей раз-
личных вариантов изготовления и обработки деталей и машин.
К числу наиболее характерных технико-экономических показате-
лей являются следующие:
1. Себестоимость детали С, которая определяется по формуле:
C = M + P + N, (113)
где М — затраты на материал; Р — зарплата основных рабочих;
N — цеховые накладные расходы.
В цеховую себестоимость обработки детали входят основная
зарплата производственных рабочих и -цеховые накладные рас-
ходы:
Собр = Р + А\
2. Норма штучного и штучно-калькуляционного времени пол-
ной обработки детали:
Гшт= 2 h шт5 (114)
Т’к= S tiK, (115)
j = l
5*
131
где ZitUT — штучное время одной операции; tiK — штучно-каль-
куляционное время одной операции обработки.
3. Основное или технологическое время То по всем операциям
данной детали
(Иб)
i= 1
где tiQ — основное время одной операции обработки.
4. Коэффициент загрузки оборудования k3, равный отношению
расчетного количества станков ср к фактическому количеству сф:
> (ПД
Чем ближе величина этого коэффициента к единице, тем в боль-
шей мере загружено и использовано оборудование.
5. Коэффициент использования станка по основному техноло-
гическому времени
По ~ Т’о/Т’шт И По= Т’о/Т'к. (118)
Необходимо стремиться к тому, чтобы этот коэффициент был
возможно выше, т. е. ближе к единице.
6. Уровень или степень механизации и автоматизации произ-
водства.
Помимо указанных показателей для оценки технико-экономи-
ческой эффективности технологического процесса служит ряд дру-
гих, например выпуск продукции, выраженный в рублях, штуках
или тоннах на одну производственную единицу, на единицу обо-
рудования, на один квадратный метр производственной площади
и т. д.
Оценивать технико-экономическую эффективность следует по
комплексу показателей, в числе которых себестоимость детали,
механизма машины является основным критерием. Полученные
показатели рекомендуется сравнивать с показателями прогрессив-
ной технологии и организации производственного процесса на дейст-
вующих передовых предприятиях.
Для сравнения вариантов технологического процесса методом
технико-экономического анализа необходимо прежде всего опре-
делить себестоимость детали при одинаковых и разных заготовках
по формулам (113)—(118).
При определении стоимости материала, идущего на изготовле-
ние детали, пользуются формулой
= (119)
где Gt — масса материала, расходуемого на изготовление детали,
кг; qY — цена 1 кг материала, руб.; G2 — масса отходов материала,
/<г; q2 — цена 1 кг отходов, руб.
Обычно подсчет стоимости материала производится с учетом
выбора способа получения заготовки. При этом сравнивают не-
сколько вариантов и выбирают такой, при котором обеспечивается
наименьшая себестоимость детали при заданной программе.
132
Рассмотрим стоимость получения заготовки из проката и ее
черновой обработки:
C„p = Gq„+CT (120)
где G — масса прокатной заготовки, кг\ qn — стоимость 1 кг про-
катного материала, руб.; С — часовая заработная плата работаю-
щего при черновой обработке детали, руб.; Т — время черновой
обработки заготовки, ч; а — накладные расходы механического
цеха, %.
Стоимость поковки и ее черновой обработки
Спок = 0<7пР + Ск (1 + СЛ (1 + ~) ; (121)
здесь Ск — стоимость кузнечной работы, руб.; at — накладные
расходы кузнечного цеха, %; 7\— время черновой обработки
поковки, ч.
Стоимость штамповки заготовки
Сшт = Ошт?пр+Сш(1+^) + -^ + СТг(1+^, (122)
где бшт — масса, расходуемая на штамповку, кг\ Сшт — стоимость
штамповочной работы, руб.; а2 — накладные расходы цеха, %; Сш —
стоимость штампа, руб.; Сш — число деталей, изготовляемых с при-
менением штампа; СТ2 — стоимость черновой обработки
штамповки, руб.
Условия возможности применения штамповки:
^шт £*пр и ^шт ^пок-
Экономическая целесообразность литья определяется из его
стоимости по сравнению с другими способами получения заготовки
С.-0Ль.+Д,(|+й)+е»СТ.(1+^), (123)
где — масса жидкого металла, расходуемого на отливку с уче-
том угара и брака, кг\ джм — стоимость 1 кг жидкого металла
в конкретных условиях, руб.; Зл — сумма заработной платы по
литейному цеху, связанная с отливкой заготовки, руб.; ал — наклад-
ные расходы литейного цеха, %; Смш — стоимость модели и шишель-
ных ящиков, руб.; п — число деталей, отливаемых по одной моде-
ли; СТ Л^1 + —стоимость черновой обработки отливки, руб.
Если Сл < Спок и Сл < Спр, то отливка дешевле поковки и
дешевле заготовки из проката.
Следует отметить, что механические свойства литых заготовок
ниже, чем кованых или полученных из проката. Это необходимо
учитывать при конструировании машины. Применение специаль-
ных видов литья способствует значительному сокращению вре-
мени на механическую обработку детали.
133
не мо-
Основная заработная плата производственных рабочих на выпол-
нение одной операции Роп определяется по формуле:
^оп = ^штЗп, (124)
где /шт — штучное время, мин или Зп — заработная плата в еди-
ницу времени для данного разряда работы, руб.
Заработная плата Зп в единицу времени, например в 1 ч, опре-
деляется умножением часовой ставки первого разряда Зх на тариф-
ный коэффициент k по установленной тарифной сетке:
Зп = 3£. (125)
Суммарную заработную плату производственных рабочих за об-
работку детали по всем операциям определяют по формуле:
Р = Е^штЗп. (126)
Цеховые накладные расходы обычно исчисляют пропорционально
основной производственной заработной плате и выражают в про-
центах от нее.
Такой метод вычисления цеховых накладных расходов
жет быть точным результатом, так как величина цеховых расхо-
дов может находиться в зависимости от метода обработки. Цехо-
вые накладные расходы для каждой выполняемой операции /Уоп
можно подсчитать по формуле:
^i + ^2+ ПИА3-\-А^-\- Л5, (127)
где Аг— амортизация используемого станка, А2 — затраты, связан-
ные с выполнением малого ремонта, осмотров и проверок станка;
17 — амортизация и ремонт приспособления, Я — расходы на инстру-
мент, А3 — затраты на силовую электроэнергию, Л4 — доплаты и на-
числения на основную заработную плату; производственников,
А5 — другие цеховые накладные расходы, к которым относятся
расходы на вспомогательные материалы, заработная плата вспо-
могательных рабочих, административно-технического и счетно-
конторского персонала, расходы на отопление, освещение,
воду и т.д.
Ежегодные отчисления на амортизацию станка определяются
согласно существующему положению в процентах от балансовой
стоимости станка. В балансовую стоимость станка, кроме отпуск-
ной цены, включаются расходы на монтаж, упаковку, транспорт
и связанные с этим накладные расходы. При укрупненных рас-
четах эти расходы составляют примерно 10% к отпускной стои-
мости станка.
Долю ежегодных отчислений на амортизацию станка (в руб.)*
приходящуюся на одну операцию, подсчитывают по формуле:
Л_____^х^ст^шт
100 - 60/ymfe ’
где #1—число годовых процентов от балансовой стоимости стан-
ка, отчисляемое на амортизацию; Сст — балансовая стоимость
(128)
134
станка, руб.; /шт— штучное время на операцию, мин; Fa— дей-
ствительный (расчетный) годовой фонд времени станка при рабо-
те в одну смену, ч; т — число смен работы станка в сутки;
т]3 — коэффициент загрузки станка по времени.
Число годовых процентов на амортизацию станка ах при ра-
боте в две смены принимают для механических цехов машино-
строительных заводов от 10 до 16,4%. Годовые затраты на ма-
лый ремонт, осмотры и проверки Д2 исчисляют обычно в процен-
тах от балансовой стоимости станков; доля этих затрат, отнесен-
ная к одной операции, -
Л __ а2^СТ^ШТ
100 • 60Гдт1)3 ’
(129)
где — число годовых процентов от балансовой стоимости станка,
примерно составляемое 4,5—5%.
Ежегодные отчисления на амортизацию и ремонт приспособ-
лений, отнесенные к одной операции /7, можно определить, разделив
сумму этих затрат на количество деталей, обрабатываемых в год
на данной операции с использованием приспособления:
где Спр — затраты на приспособление, руб.; п — количество дета-
лей, обрабатываемых в год с помощью данного приспособления;
а3 — годовые отчисления на амортизацию приспособления от за-
трат на приспособление исходя из,срока его службы. Так, например,
при сроке службы 3—5 лет процент амортизации а3 — 20—33%;
ц4 — годовые расходы на ремонт приспособления, принимаемые
также от затрат на приспособление (примерно а4 — 5—15%).
Экономичёская целесообразность применения приспособлений
определяется следующим условием:
(131)
где Э — ожидаемое снижение цеховой себестоимости обработки
детали в результате применения приспособления, руб.; П — стои-
мость изготовления и эксплуатации приспособления, руб.
НМ’+ио)-<132>
где Т и Т' — нормированные операции до и после оснащения
приспособления, мин; г и г' —тарифные часовые ставки рабочего
соответственно до и после оснащения, руб.; а и — цеховые
накладные расходы соответственно до и после оснащения, %;
п — число обрабатываемых деталей с применением приспособле-
ния, шт.
Расходы на режущий инструмент, связанные с выполнением
одной операции, складываются из доли затрат на изготовление инст-
румента Сио и доли затрат на его заточку Сзо:
//=сИ0+сзо=[-^-+/3р (1+АУ|А_( (133)
135
где Си — полная сумма затрат на инструмент, руб.; / — длина
стачивания рабочей части инструмента за одну заточку, мм; L —
общая длина допускаемого стачивания рабочей части до полного
использования инструмента, мм; t3 —'нормированное время на
заточку инструмента, мин; р — заработная плата в минуту за заточ-
ку инструмента, руб.; X — число годовых процентов от основной
заработной платы рабочих-заточников; t0 — основное техноло-
гическое время; tz — период стойкости инструмента.
При обработке одновременно несколькими инструментами рас-
ходы на режущий инструмент, связанные с выполнением одной
операции Иоп, определяются для каждого инструмента отдельно
по формуле (101), после чего они суммируются, т. е.
Яоп= 5 «/. (134)
1=1
где п — количество работающих инструментов.
§ 7. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ
Время, затрачиваемое на операцию, слагается из двух частей;
подготовительно-заключительного времени Тпз и штучного времени
/шт. Поэтому
Тпз/^Ч" (135)
где п — количество изделий в партии.
В подготовительно заключительное входит время на ознаком-
ление с чертежом и технологическим процессом, время на подго-
товку рабочего места, оборудования, приспособления и инстру-
мента на подготовку станка, сдачу работы, приспособлений, инстру-
ментов и приведение в порядок станка после окончания работы.
Штучное время /шт определяется следующей формулой:
гшт = *о + *в + *об+Лр ' (136)
где /0 — основное технологическое или машинное время; /в —
вспомогательное время; /об — время обслуживания рабочего места;
/п — время перерывов на отдых и естественные надобности.
Основное технологическое или машинное время t0 затрачивается
на изменения формы, размеров и состояния обрабатываемого мате-
риала.
Вспомогательное время tB затрачивается на установку и закреп-
ление детали для обработки, пуск и останов станков и других машин
или механизмов, производство промеров, подвод инструмента к де-
тали после обработки.
Сумму основного технологического и вспомогательного времени
называют оперативным временем tQU = tQ + tB,
Время на обслуживание рабочего места to6 затрачивается на уход
за рабочим местом и поддержание его в рабочем состоянии.
Время перерывов на отдых и естественные надобности /п при-
нимается равным 2% от операционного времени. Нормируемое
136
количество времени, необходимое для выполнения данной операции
в нормальных производственных условиях, называют технической
нормой времени.
Величину, обработанную технической нормой времени /, назы-
вают нормой выработки Q = \Н шт. в единицу времени.
Норма выработки за смену Тсм: Q = TzJt.
Определение технических норм времени называют техническим
нормированием.
Для установления нормы времени на- выполнение той или иной
операции необходимо определить все слагаемые, входящие в фор-
мулу (136) для t шт.
Основное технологическое или машинное время
f0==(L/nsH, (137)
где L — требуемое перемещение инструмента в направлении рабочей
подачи, мм\ п — число оборотов или двойных ходов обрабатывае-
мой детали или инструмента; s — рабочая подача инструмента или
обрабатываемой детали на один оборот шпинделя или двойной ход
станка, мм\ i — количество необходимых для обработки проходов.
Обычно величина L представляет собой сумму
L = I /2,
где А — заданные размеры длины обрабатываемой поверхности;
— добавочное перемещение инструмента перед врезанием его
в металл, мм\ /2 — добавочное перемещение инструмента при его
выходе из металла, мм.
В зависимости от вида обработки формула (137) видоизменяется,
сохраняя принципиальную сущность.
В карте 4 приведены схемы обработки и формулы для опреде-
ления машинного времени.
Для определения /в и /об используют нормативные данные,
в которых приводятся нормы времени на выполнение типовых руч-
ных приемов работы: установку и закрепление детали, управление
станком, измерение детали и т. д.
В процессе выполнения того или иного технологического про-
цесса рассчитанные нормы времени уточняются и по мере необхо-
димости вносятся соответствующие изменения.
§ 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
S процессе работы отдельные элементы машин подвергаются
износу, разрушению или они «выходят из строя» по другим причи-
нам. Задача ремонта — своевременно восстановить работоспособ-
ность машин в минимальные сроки и с наименьшей затратой труда
и материалов.
Наиболее распространенной причиной потери работоспособ-
ности машин является износ деталей. Восстановление изношенных
137
Вид обработки
Точение на проход
Растачивание на проход
Карта 4
Расчетные формулы для определения времени различных видов обработки
Эскизы
Формулы
где I — длина обработки поверхности; =
— ------— длина врезания резца, мм;
12 — длина перебега резца, мм; t — глубина реза-
ния; s — подача, мм/об; п — число оборотов шпин-
деля в минуту; i — число проходов; ф —главный
угол в плане
Вид обработки
Эскизы
Подрезка и отрезка торца
сложного сечения
Сверление на проход
Продолжение карты 4
Формулы
Z 4“ ^2 •
tо =-------I, мин,
° sn
где
, Z = Д)/2, мм,
Z2 = 1 4- 2, мм
1} = [tg tp + (1 4- 2)] — длина врезания; 1г —
длина отверстия, мм\ Z2 — длина перебега свер-
ла (Z2 — 1 4- 3) мм
Вид обработки
Эскизы
Нарезание цилиндрических
зубчатых колес дисковым зубо-
резным долбяком
Нарезание цилиндрических
зубчатых колес червячной мо-
дульной фрезой
Продолжение карты 4
Формулы
Л h , nmz .
/0 =-------1------7
Я * sp sKp ’
k± — число проходов (обкатов)
мин,
___(/ ~Н 4 4~ 4)?
*$ф * ^ф^
мин\
4 = 1,1 4- 1,2 Vh (D& — Л);
/2 = 2 -4- 3 мм',
q — число заходов фрезы
Вид обработки
Эскизы
Наружное круглое шлифова-
ние в центрах методом продоль-
ной подачи
Фрезерование осевыми ци-
линдрическими фрезами
Продолжение карты 4
Формулы .
to =----ъ----Т k, мин,
$пр^к^3
где L — длина продольного хода стола; h — при-
пуск на шлифование; t — глубина шлифования;
k — поправочный коэффициент
, I Z1 + />2. 14- Zi /2 •
t = —:—i-J—± I = ————- i, MUH\
S ' п SM
s0 = szn;
11 = У t(D — t) 4- (0,5 4- 3), mm;
l2 = 2 -4- 5, мм
Вид обработки
Эскизы
Фрезерование торцовыми фре-
зами
Нарезание резьбы резцом
Продолжение карты 4
Формулы
/ 4~ /г -f- /2.
Го =---------I, мин;
s0 = s2zn, мм/мин;
4 = т-—F (0,5 4- 3), мм;
tg Ф '
/2 = 14-6, мм;
= 0,5D — KZ)2 — В2 + (0.5 ± 3)
Z 4~ 4 -г 4 •
/ =------------г мин-
° sn
h '
i — —;
«1
4 — 4 == (1 4~ 3) t, мм
деталей машин рекомендуется осуществлять в такой последователь-
ности:
1. Определить дефекты детали; заполнить дефектную ведомость
на деталь; разработать план восстановления детали и определить
тип производства.
2. Выбрать технологические базы для процесса механической
обработки детали.
3. Рассчитать припуски на восстановление детали. Определить
толщину наращиваемого слоя.
4. Рассчитать режимы восстановления и механической обра-
ботки детали.
5. Составить техническую документацию на восстановление и
механическую обработку детали.
6. Дать экономическое обоснование выбранного метода восста-
новления детали по сравнению с другим.
При выборе технологических баз при разработке технологичес-
кого процесса восстановления детали необходимо руководствоваться
теми же принципами, что и при изготовлении новой детали.’ Эти
принципы сводятся к следующему:
1) при восстановлении необходимо использовать те же устано-
вочные технологические базы, которые были приняты при изготов-
лении новой детали;
2) при установке детали в процессе ее восстановления и после-
дующей механической обработки необходимо использовать прин-
цип совмещения и единства баз;
3) погрешность установки детали 8 при ее восстановлении и меха-
нической обработке складывается из погрешности базирования 8б,
погрешности закрепления 83 и погрешности положения, вызываемой
неточностью приспособления 8пр:
8 — 66 + ез + епр’
При восстановлении деталей их механическую обработку в боль-
шинстве случаев ведут после индивидуальной выверки на станке
с помощью специальных приспособлений.
Эффективность восстановления элементов машин во многом
зависит от правильной организации ремонтной службы и ее спе-
циализации.
§ 9. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО
ВАРИАНТА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ
Экономический анализ восстановления детали проводят по тех-
нологической себестоимости, так же как и при изготовлении новой
детали. В технологическую себестоимость входят затраты на мате-
риалы, основная зарплата с начислениями, расходы по аморти-
зации и эксплуатации оборудования и приспособлений, рас-
ходы по эксплуатации инструмента и на силовую электро-
энергию.
143
В общем случае формула технологической себестоимости нахо-
дится в зависимости от заданной программы в год:
Ст = (Mq + Эт + Зш + Л)) Nгод + (Зпз + Сгод)- С138)
1. Затраты Мо на материалы, расходуемые при восстановлении
детали,
Mq = Q3CM — QoUo-
Здесь Q3 и Qo — соответственно вес расходуемого на одну деталь
материала и реализуемые отходы; См и Со — стоимость 1 кг мате-
риала и 1 кг отходов.
2. Затраты Эт на технологическую энергию, расходуемую при
восстановлении детали,
Эт = РэС. (139)
Здесь С — себестоимость 1 квт-ч электроэнергии; Р3 — расход
энергии при восстановлении и механической обработке одной детали,
квт-ч.
(140>
где Л/д — мощность установленных электродвигателей, квт\ kn —
коэффициент потерь в сети (&п = 1,1); — коэффициент загрузки
силовой установки по мощности; т|/0 — коэффициент использо-
вания силовой установки во времени; /н — норма времени, затра-
чиваемая на выполнение данной операции; т]дв — к. п. д. электро-
двигателя силовой установки, т|дв = 0,85—0,9.
При сварке, наплавке и металлизации затраты на технологи-
ческую энергию определяются по формуле
Эт = Р™(?элС. (141)
Здесь Руд — удельный расход электроэнергии на 2 кг наплавлен-
ного металла, квт-ч/кг*, Q3Jl — масса расходуемого материала элек-
тродов при сварке или электронной проволоки при наплавке, кг.
В случае хромирования
Зт = О.ООШкГдМ/штЕС. (142)
Здесь DK — катодная плотность тока; — площадь покрывае-
мой поверхности; и — рабочее напряжение; — суммарное
штучное время на электрическое наращивание восстанавливаемого
слоя, ч.
Удельный расход сварочных электродов, электродной прово-
локи и флюса на 1 кг наплавленного металла приведен в табл. 14
и 15.
3. Расходы по оплате штучного времени
= (143)
где /шт — норма штучного времени на операцию, мин\ Ср — минут-
ная тарифная ставка, коп/мин\ ktt — коэффициент, учитывающий
дополнительную зарплату с начислениями kn = 1,1 ч- 1,3.
144
Таблица 14
Марка электродов Удельный расход электродов, кг Марка электродов Удельный расход электродов, кг
мт . М 1,55 1,5 1,6 1,7 МЭЗ-40, 4 УОНИ-13/45, УОНН-13/55, ЦМ-7, ЦМ-8, ЦЛ-6 ЦМ-7С ОММ-5С 1,8 1,9 2,3
Э34, КЗ АН-1, ВИАМ-25, ОМС-2, СМ-11 УП2-55, ЦУ-1 У В-50, ЦЛ-14 .....
Таблица 15
Способ сварки, наплавки Тип шва Удельный расход электродов Удельный расход флюса
Автоматическая сварка под флю- сом автоматами тракторного типа Стыковой 1,0 1,2
Автоматическая и полуавтомати- ческая наплавка под флюсом — 1,03 1,5
Электрошлаковая сварка Стыковой 1,0 0,03-0,08
Автоматическая и полуавтомати- ческая сварка и наплавка в среде углекислого газа Стыковой для сварки 1,15 —
Вибродуговая наплавка — 1,25 —-
Металлизация — 1,2 ' —
4. Затраты, связанные с работой оборудования,
РО -
(144)
Здесь t0 — машинное время, затрачиваемое на выполнение одной
операции, мин; Со — стоимость 1 ч работы оборудования
C0 = Ca + rp + t/ + rBCn, (145)
где Са — расходы на амортизацию оборудования:
с - С^Н° 100. (146)
Фд
Здесь Смаш — балансовая стоимость установки (станка), руб.;
Фд — действительный годовой фонд времени работы оборудования,
ч; Но — норма амортизационных отчислений, %; Wp— расходы
на ремонт
W --=kW^R +W4R (147)
ртМ'м’э'э, ' '
где — коэффициент, учитывающий тип производства, kr == 1,2 —
массовое производство, kT = 1 — серийное производство, kr ~ 0,9 —
мелкосерийное и единичное производство; — часовые затраты
на ремонт механической части станка первой категории сложности
ремонта, коп., = 0,12—0,26; /?м — категория сложности ре-
145
w? -
1F4 -
э
слож-
(148)
монта станка; W*— часовые затраты на ремонт электромехани-
ческой части станка первой категории сложности ремонта;
= 0,11 коп.—для всех станков (кроме шлифовальных),
= 0,2 коп. — для шлифовальных станков; R3 — категория
ности ремонта станка; U — расходы на инструмент, коп.;
у__ (СИ + £*пХц)
Ти*п + 1 ’
где Си — первоначальная стоимость инструмента, коп.; 7И— эко-
номическая стойкость инструмента; хп — число переточек; хи —
Таблица 16
Станки Характеристика станка хи
Токарно-винторезные Высота центров, мм: до 200 свыше 200 0,42 0,6
Карусельные Диаметр планшайбы, мм: до 1000 свыше 1000 0,67 0,8
Универсально-фрезерные Длина стола, мм: до 1000 свыше 1000 0,40 0,43
Г оризонтально-фреэерные Длина' стола, мм: до 1000 свыше 1000 0,5 0,52
Вертикально-фрезерные Длина стола, мм: до 1000 свыше 1000 0,47 0,58
Продольно-фрезерные Двухшпиндельные Четырехшпиндельные 0,4 0,35
Продольно- и поперечно-стро- гальные Все станки 0,57
Горизонтально-расточные Все станки 0,32
Вертикально-сверлильные Диаметр сверления, мм; до 25 25—49 50—80 0,45 0,36 0,32
Радиально-сверлильные Диаметр сверления, мм: до 55 56—80 ,0,32 0,43.
Шлифовальные 0,6
146
коэффициент использованного инструмента во время работы станка
(табл. 16); Сп — затраты на одну переточку, коп.; IFBCn — расходы
на вспомогательные материалы, коп.; IF^cn — часовые затраты
на вспомогательные материалы для металлорежущих станков первой
категории сложности, коп., 1Г^СП = 0,26 коп.
5. Расходы по оплате подготовительно-заключительного времени
Зпз = Е^пзСр^. (Н9)
Здесь ЛГП — число переналадок станка или число партий за год.
6. Расходы на технологическую оснастку <2Г0Д определяются
в соответствии с классификацией приспособлений по группам
сложности по габаритным размерам и нормативными данными пред-
приятий.
При расчете полной себестоимости восстановленной детали необ-
ходимо к технологической себестоимости прибавить цеховые и
общезаводские расходы, которые берутся в процентах от суммы
прямой и дополнительной зарплаты основных производственников.
Условно годовая экономия от рационального выбора двух
сравниваемых вариантов восстановления детали составляет:
3y=(Ci~Cii)\oA, . <15°)
где Ci — полная себестоимость восстановления детали по первому
варианту, руб.; Сц — полная себестоимость восстановления детали
по второму варианту, руб.; Nr0* — годовая программа ремонта
деталей, шт.
Срок окупаемости
Г=^ц_^)/Эг (151)
Здесь kn — k[ — дополнительные капитальные затраты, свя-
занные с внедрением нового процесса, руб.
ГЛАВА VIII
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Прежде чем приступить к проектированию машин, необходимо
глубоко изучить задачи, связанные с их служебным назначением.
Формулировка служебного назначения машины должна выражать
не только общую задачу, для решения которой создаются машины,
но и все дополнительные условия и требования, которые эту задачу
максимально уточняют и конкретизируют.
Ошибки, допущенные при определении служебного назначения
машины, приводят к созданию некачественных машин, к излишним
затратам труда, вкладываемого в изготовление, освоение и эксплуа-
тацию машин. Учитывая при определении служебного назначения
машины технические условия и нормы точности, можно установить
правильную и рациональную технологию на изготовление машины.
.Исходными данными для установления норм точности при изгото-
влении машин являются требования к качеству продукции, которую
должна производить машина, производительности и долговечности
машины. Для определения параметров точности машины следует:
1) выяснить рабочие поверхности деталей машины и виды их
связей, посредством которых машина должна осуществлять про-
цесс и производить продукцию;
2) преобразовать в номиналах и допусках различного рода
связи и установить нормы точности формы, размеров, относитель-
ные положения и направления движения рабочих поверхностей.
Такой анализ крайне необходим; чем тщательнее он будет про-
веден, тем меньше погрешностей можно ожидать в спроектирован-
ном технологическом процессе и сборке машин.
Все детали машин можно классифицировать на классы или
группы, характеризуемые общностью технологических процессов
и своим назначением. Такие детали, общие для различных отраслей
машиностроения, называются типовыми. К ним относятся корпус-
ные детали, валы, втулки, зубчатые колеса, рычаги и т. п.
Составляя, технологию на обработку той или иной детали,
необходимо исходить из служебного назначения запроектированной
машины. В этом случае будет правильно составлена технология
на обработку детали с учетом получения заданного качества как
отдельных деталей, так и машины в целом.
§ 1. ОБРАБОТКА КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
К корпусным деталям относятся: корпуса редукторов станины,
блоки цилиндров двигателей, коробки скоростей различных машин
и т. д. Корпусные детали в большинстве случаев являются базо-
148
выми деталями, на которые монтируют отдельные сборочные еди-
ницы и детали, соединяемые между собой с требуемой точностью.
Обычно сборку соответствующих сборочных единиц или машин
начинают с корпусных деталей и станин. Например, сборку дви-
гателей внутреннего сгорания начинают с блока цилиндров, а ме-
таллорежущего станка — со станины, корпуса передней бабки и т. п.
Заготовками для корпусных деталей служат отливки серого
чугуна, литой стали, алюминиевых сплавов и малоуглеродистых
сталей для сварных корпусов.
Корпусные детали имеют сплошную конструктивную форму
и большое количество разнообразных по форме и размерам поверх-
ностей, подлежащих обработке (корпусные детали коробчатого
типа, блоки цилиндров, цилиндры двигателей и компрессоров,
корпуса центробежных насосов, плиты и т. п.).
Технологический процесс изготовления корпусной детали вклю-
чает:
1) черновую и чистовую обработку плоскостей и отверстий,
которые используются в качестве технологических баз;
2) обработку остальных наружных плоскостей;
3) черновую и чистовую или получистовую обработку основных
отверстий;
4) отделочную обработку основных баз и основных плоскостей
и отверстий.
Технологический маршрут обработки корпусных деталей может
видоизменяться в зависимости от характера заготовки и требова-
ний точности. Например, при обработке корпусной детали, имеющей
плоскость разъема, технологический процесс следующий: 1) обра-
ботка плоскости разъема корпуса; 2) обработка базовых плоскос-
тей; 3) сверление и нарезание резьбы в крепежных отверстиях по
плоскости разъема корпуса; 4) соединение корпуса с последующей
фиксацией контрольными штифтами; 5) совместная обработка основ-
ных плоскостей и отверстий и т. д.
Для базирования заготовок корпусных деталей совмещают уста-
новочную, измерительную и сборочную базы.
Для обработки базирующих поверхностей за первичную базу
слёдует принимать черновые основные отверстия детали, что обес*
печит наиболее равномерное распределение припусков при после-
дующей обработке отверстий. В ряде случаев предусматриваются
в качестве первичных баз специальные приливы и бобышки.
Пространственные отклонения, которые наблюдаются в литых
заготовках и в сварных конструкциях, характеризуются смещением
и уводом осей основных отверстий, возникающих в процессе литья
или сварки.
Кроме того, в процессе механической обработки заготовок,
особенно после черновых операций, в результате перераспределе-
ния внутренних напряжений возникают деформации, в связи
со снятием поверхностных слоев металла.
Пространственные отклонения нарушают равномерность уда-
ляемого при обработке слоя металла, влияя на геометрическую форму
149
обработанной поверхности и на величину размерной погрешности.
Поэтому при расчете припусков на обработку заготовок корпусных
деталей остаточные пространственные отклонения принимают с коэф-
фициентом 2.
Обработку корпусных заготовок начинают с базирующих поверх-
ностей и крепежных отверстий, затем обрабатывают плоские поверх-
ности и после них основные отверстия.
Выбранные режимы обработки необходимо проверять с учетом
жесткости системы СПИД и заданной точности обработки по выве-
денным выше формулам (см. гл. V, § 3).
Окончательную обработку корпусных деталей (шлифование или
другие отделочные операции) производят в том же порядке — сна-
чала плоских поверхностей, а затем основных отверстий. В зави-
симости от метода выполнения литых заготовок их обрабатывают
без разметки, в приспособлениях, а также по разметке полной или
частичной.
Обработку сварных корпусных конструкций производят в зави-
симости от состояния соединяемых элементов. Если они предва-
рительно обработаны, после сварки их подвергают чистовой обра-
ботке, а если нет, то производят черновую, получистовую и чисто-
вую операции.
Обработка наружных плоскостей. При обработке наружных
плоскостей корпусных деталей применяют строгание, точение, фре-
зерование, протягивание и шлифование. В единичном и мелкосерий-
ном производстве, а также при обработке крупных и тяжелых дета-
лей широко применяют строгание. Это объясняется простотой и
дешевизной инструмента и наладки и возможностью снимать за
один проход большие припуски до 20 мм и более. Производитель-
ность строгания можно значительно повысить обработкой групп
деталей, устанавливаемых в один или несколько рядов на столе
станка. В этом случае применяют продольно-строгальные станки
модели 7212, 7112 и др.
Строгальные резцы изготовляют, как правило, с напаянными
пластинками из твердых сплавов Т5К10; Т15К6 и других
для обработки стали; из сплавов ВК6 и ВК8— для обработки
чугуна. Используются также строгальные, резцы с механиче-
ским креплением пластины и повышенной точностью заточки и
доводки.
Режимы резания при строгании выбирают с учетом заданных
условий обработки? механических свойств обрабатываемого мате-
риала, конструкции и материала резца, типа станка и требуемой
чистоты поверхности. При обыкновенной форме резца строгание
с глубиной резания от 3 до 10 мм и подачей 0,8—1,2 мм на двойной
ход стола может обеспечить шероховатость поверхности до 20 мкм
(4-й класс). При чистовом строгании широкими резцами получают
поверхности до 2,5 мкм (6-й класс шероховатости).
Скорость резания устанавливают По нормативным справочникам
в зависимости от материала резца, обрабатываемого материала,
глубины резания, подачи и геометрических данных резца. В среднем
150
скорости резания принимаются для чугунного литья от 30 до
35 м/мин и для стального литья от 24 до 30 м/мин.
Машинное время строгания плоскости (в мин)
Tq---------ns-----
(152)
где b — ширина строгаемой поверхности, мм;.Ь± — врезание резца,
мм; Ь2 — боковой сход резца, мм; i — число проходов; s — подачи
на двойной ход стола, мм; п — число двойных ходов стола в минуту
1000ир
n==L(14-m) *
(153)
Здесь Dp — скорость рабочего хода стола, м/мин; L — длина хода
стола, равная сумме длин строгаемой I поверхности, подхода 4
и перебега /2 резца; т — отношение скорости рабочего хода стола
Dp к скорости холостого хода Dx.
В зависимости от глубины резания t и главного угла резца
в плане <р врезание резца &1 = -~-+(0,5-v-2) мм и
сходы = 2 -г 5 мм.
боковые
Наибольшее применение при обработке плоскостей корпусных
деталей получил метод фрезерования. В зависимости от характера
и расположения обрабатываемых поверхностей применяют станки
консольно-фрезерные, продольно-фрезерные, карусельно-фрезерные
и барабанно-фрезерные.
При выборе станка для данной, операции следует исходить из
того, чтобы на нем можно было обрабатывать все наружные плоско-
сти детали при минимальном количестве перестановок. При этом
легче обеспечить точность относительного положения обрабатывае-
мых поверхностей при высокой производительности труда. Приме-
няется фрезерование одной фрезой или наборами цилиндрических,
дисковых и фасонных фрез.
Скорости резания при черновой обработке стали достигают
350 м!мин и при обработке чугуна — 150 м/мин. Подача на один
зуб фрезы sz в зависимости от твердости металла принимается рав-
ной 0,07—0,2 мм для стали и 0,15—0,4 мм для чугуна.
При числе зубьев фрезы г и скорости вращения фрезы п (рюб/мин)
подача (в мм/мин)
Глубина резания 1 = 8 мм. Для чистового фрезерования ско-
рости резания составляют: при обработке стали — 300—500 м/мин,
при обработке чугуна — 200—300 м/мин.
Скорости резания и подачи для фрез из быстрорежущей стали
в четыре-пять раз меньше, чем для фрез, оснащенных твердыми
сплавами.
Допустимая стойкость торцовых фрез диаметром 75—400 мм
находится в пределах 150—960 мин; цилиндрических фрез диамет-
ром 90—225 мм стойкость составляет 180—360 мин.
151
Машинное время при фрезеровании (в мин)
Tn=±i-= Li , (154)
где L — расчетная длина обработки фрезой с учетом величины вре-
зания и перебега,'мж; i — число проходов.
Для отделки плоских поверхностей корпусных деталей широко
применяют шлифование торцом круга (рис. 72, а) или перефирией
круга (рис. 72, б). Машинное время при шлифовании торцом круга
на станках продольного типа (в мин)
т‘=Т«^- <,5Я
где L — длина хода стола,_лш; h — припуск на сторону, мм; k —
коэффициент выхаживания, k =
1,15—2; t — глубина шлифования,
Рис. 72. Шлифование плоскостей:
а — торцом круга; б — периферией круга
мм; ост — скорость продольного хода стола, м/мин; ш — коли-
чество деталей, одновременно устанавливаемых на столе.
Преимущество шлифования периферией круга заключается
в возможности шлифования профильных поверхностей и в незна-
чительном нагреве обрабатываемой детали.
Машинное время- при плоском шлифовании периферией круга
на станках продольного типа (в мин) (см. рис. 72, б)
т jB + 2b)h-k
° snnCT;tm
(156)
где В — ширина шлифуемой поверхности, мм; b — боковой сход
круга, мм; sn — поперечная подача по ширине детали, мм; пст —
число двойных ходов стола в минуту.
При сборочно-слесарных работах для получения точного при-
легания сопрягаемых плоскостей и высокой чистоты применяют
шабрение.
Отклонение от прямолинейности плоских поверхностей уста-
навливается в пределах 50—200 мкм на 100 мм длины.
152
Шероховатость плоских поверхностей разъема не менее 10—
20 мкм.
, Технология обработки отверстий для крепежных болтов. Отверс-
тия для крепежных болтов и шпилек обрабатывают, как правило,
спиральными сверлами, зенкерами и развертками. Первичная
обработка отверстий в сплошном металле — обычное сверление.
Для отверстий 7-го и 5-‘го классов точности с шероховатостью поверх-
ности 80—40 мкм (3—4-й классы) сверление является окончатель-
ной обработкой. Повысить точность обработки отверстий сверле-
нием до 4-го класса можно при применении кондукторных втулок,
обеспечивающих направление сверла. При сверлении отверстий
диаметром более 70—80 мм, когда сплошное сверление невыгодно,
Рис. 73. Сверло конструкции Иванова для кольцевого сверления
применяют кольцевое сверление. На рис. 73 показано сверло для
кольцевого сверления. При кольцевом сверлении только часть
высверливаемого материала переходит в стружку, а внутренняя
часть высверливаемого материала образует стержень. В этом случае
достигается значительная экономия металла, электроэнергии и
повышается производительность труда.
Зенкерование применяется как окончательная операция при
обработке отверстий 5-го и 4-го классов точности с шероховатостью
поверхности не более 20 мкм (5-й класс). Зенкерованием достигается
более правильная форма отверстий и направление оси, чем при
сверлении. Развертыванием часто окончательно обрабатывают от-
верстия 2-го и 3-го классов точности.
При массовом производстве обработку отверстий корпусных
деталей производят на многошпиндельных станках-автоматах и
нередко комбинированным инструментом, когда сначала произво-
дят сверление, а затем, при дальнейшем движении шпинделя, зен-
керование или развертывание. Если в корпусных деталях необхо-
димо нарезать в отверстиях резьбу, то это осуществляется посредст-
вом машинных метчиков. ‘
153
Режимы резания при сверлении, зенкеровании и развертывании,
а также при нарезании резьбы выбирают в зависимости от условий
обработки (качества материала изделия и инструмента, конструк-
ции инструментов и их геометрических данных, охлаждения и т. п.)
по нормативным справочникам или из расчета на прочность.
Точность межосевых расстояний, параллельность и перпенди-
кулярность осей и другие требования к расположению отверстий
обеспечивают двумя методами: обработкой отверстий с направле-
нием инструмента в кондукторе или обработкой отверстий без направ-
ления инструмента с использованием универсальных способов
координации положения инструмента.
В серийном производстве основные отверстия в корпусных
деталях обрабатывают на универсальных горизонтально-расточных
станках с направлением инструмента по кондуктору (рис. 74). При
Рис. 74. Расточка отверстий в корпусе по
кондуктору:
этом шпиндель последова-
тельно соединяется с рас-
точными борштангами, каж-
дая из которых оснащена
инструментом для .обработ-
ки отверстий по своей оси.
Межосевые расстояния и
параллельность осей обес-
печиваются направлением
борштанги по кондуктору.
Для повышения жесткости
шпинделя и оправки при-
/ — шпиндель расточного станка; 2 — кондуктор; МСНЯЮТСЯ ЛЮНСТЫ.
3 ~ борштанга; 4 - корпус g M3CCOBOM И КруПНО-
серийном производствах
основные отверстия корпусных деталей обрабатывают на много-
шпиндельных станках одновременно с нескольких сторон заготовки.
Положение отверстий обеспечивают соответственно располо-
женными в агрегатных головках шпинделями и инструментом, на-
правляемыми кондукторными втулками установочного приспособ-
ления.
Отверстия небольших корпусных деталей можно обрабатывать
на вертикально-сверлильных станках с применением кондукторов
и многошпиндельных головок и на радиально-сверлильных станках
с применением поворотных кондукторов.
Кроме расточных станков с подвижным столом применяют рас-
точные станки с неподвижным столом, у которых все необходимые
рабочие движения совершает шпиндельная бабка.
При обработке тяжелых и уникальных корпусных деталей широко
применяются переносные станки ц агрегатные установки (расточ-
ные, сверлильные, фрезерные и др.) для одновременной обработки
корпусных деталей.
Отделочными операциями основных отверстий является тонкое
растачивание алмазными резцами, шлифование, притирка и хонин-
гование.
154
Технология Обработки основных отверстий корпусных деталей.
Для тонкого растачивания применяют резцы, оснащенные пластин-
ками твердого сплава: Т30К4 — для стали, ВКЗ и ВК6 — для чу-
гуна р алмазные — для цветных металлов.
Режимы резания при тонком растачивании следующие: глубина
резания t ~ 0,05—0,03 лш, скорость резания v = 100—300 м/мин
при обработке черных металлов и 400 — 300 м/мин при обработке
цветных металлов; подача s = 0,02—0,12 мм/об.
Машинное время при растачивании отверстий определяется по
формуле (в мин)
T0 = (L/tis)i, ‘ (157)
где L — длина прохода инструмента, мм\ п — скорость вращения
шпинделя; s — подача, мм/об\ i — число проходов.
Рис. 75. Внутреннее шлифование:
а — с продольной подачей; б — неподвижной детали
При тонком растачивании достигаются высокие точности гео-
метрической формы и размеров отверстий в пределах 2-го и 3-го
классов и высокая шероховатость поверхности до 0,50 мкм (7—8-й
классы).
Шлифование отверстия. Различают три основных вида внутрен-
него шлифования: при вращающейся детали, при неподвижной дета-
ли на станках с планетарным движением шпинделя и при бесцентро-
вом шлифовании.
Наибольшее применение получили первые два метода шлифо-
вания отверстий (рис. 75). Шлифуемый круг вращается со скоростью
от 10 до 30 м/сек и одновременно совершает возвратно-поступа-
тельное движение. В настоящее время применяют высокоскоростные
головки со скоростью вращения шпинделя 10 000 об/мин и более.
Диаметр шлифуемого круга обычно принимают равным 0,8—
0,9 диаметра отверстия. В зависимости от диаметра шлифуемого
отверстия глубину резания принимают при предварительном шли-
фовании стали и чугуна от 0,005 до 0,02 мм, при чистовом — от
0,002 до 0,01 мм на двойной ход. Продольные подачи принимают
при предварительном шлифовании 0,4—0,8 ширины круга, при
чистовом шлифовании 0,25—0,4 ширины круга. Чем меньше диа-
155
метр отверстия и чем выше требуемая точность, тем меньше должна
быть величина подачи.
При внутреннем шлифовании многократными проходами нельзя
допускать, чтобы круг не выходил от отверстия в обе стороны боль-
ше, чем на половину его ширины, иначе отверстие у концов полу-
чится расширенным. Машинное время для внутреннего шлифо-
вания с продольной подачей круга (в мин)
Tq = 2Lh/(ti3snpf) • k, (158)
где L — длина продольного хода стола; h — припуск на шлифо-
вание; п3 — число оборотов заготовки в минуту; snp — продольная
подача; s = (0,4 ч- 0,8) bk; t — глубина шлифования, мм/дв. ход;
k — коэффициент выхаживания.
Длина продольного хода стола определяется по формуле:
при шлифовании на проход (в мм)
L^/ +(0,2 4-0,4)^;
при шлифовании, в упор (в мм)
+ bk.
При неподвижной детали в формуле (158) вместо п3 берут число
оборотов шпинделя при его планетарном движении.
При внутреннем шлифовании охлаждение применяют только
для стальных деталей, а чугунные и бронзовые детали шлифуют
всухую. При назначении охлаждения необходимо учитывать харак-
тер выполняемой работы и размеры изделий. Наиболее распростра-
ненными смазочно-охлаждающими жидкостями при шлифовании
стали являются: 1—2,5% раствор технической соды с добавлением
0,15—0,2% нитрита натрия; 2—2,5% водный раствор мыльного
порошка, 5% водный раствор эмульсии и 0,2—0,5% водный раст-
вор двухромовокислого калия. Необходимо учесть, что для кругов
бакелитовой связки следует снижать концентрацию соды (щелочи)
до 0,5-1%.
Шлифование неподвижной детали применяется в основном при
обработке отверстий в крупных деталях, которые затруднительно
вращать (рис. 75, б).
Деталь в этом случае устанавливают на столе станка, а шпин-
дель, несущий шлифовальный круг, имеет сложное движение,
состоящее из четырех движений: вокруг своей оси, планетарное
движение, по окружности внутренней поверхности детали, возврат-
но-поступательное движение вдоль оси детали и поперечное пере-
мещение, т. е. поперечную подачу.
Работа кругами малого диаметра вызывает быстрый их износ
и необходимость частой правки круга.
Доводка отверстий абразивными брусками (хонингование). Хонин-
гование или притирочное шлифование применяют для оконча-
тельного шлифования отверстий (цилиндры двигателей внутреннего
сгорания, цилиндры насосов, компрессоров и т. д.). В процессе
работы притирочная головка (хон), оснащенная шестью и более
156
абразивными раздвижными брусками, совершает вращательное
и возвратно-поступательное движение вдоль оси отверстия
(рис. 76).
Зернистость брусков выбирается в зависимости от требуемой
шероховатости обработанной поверхности и величины припуска.
Обычно зернистость абразивных брусков составляет — 10—3.
Хонинговальная головка вращается со скоростью 70—80 м/мин
для чугуна и бронзы и 45—60 м/мин для стали: ско-
рость возвратно-поступательного движения головки 10—20 м/мин.
Припуск на хонингование выбирают в за-
висимости от диаметра обработки, длины от-
верстия и обрабатываемого материала. Сред-
няя величина припусков на диаметре для
стали составляет 0,01—0,1 мм, для чугуна —
от 0,02—0,15 мм. Удельное давление брусков
составляет от 2,94 • 105 до 4,9 • 105. н/м2.
При обработке отверстий брусками в ка-
честве смазочно-охлаждающей жидкости бе-
рут керосин или смесь керосина 80—90% и
20—10% веретенного масла.
Интенсивность охлаждения 20—30 л!мин.
В результате хонингования получается глад-
кая и блестящая поверхность с шерохова-
тостью 0,08—0,02 мкм (10—12-й классы)
1—2-го класса точности.
Машинное время для хонинг-процесса
определяется по формуле (в мин)
T0 — h/(s^n);
п = ивп 1000/2Z^; lx = I + 2Zn - Z6p, (159)
где h — припуск на сторону, мм; sp — ра-
диальная подача на один двойной ход хонин-
говальной головки, мин; п — число двойных
ходов головки, мин; увп — скорость возвратно-
поступательного движения головки, м!мин;
1Х — ход хонинговальной головки, мм; I — длина обрабатываемого
отверстия, мм; /п — перебег головки в мм (/п = 12—25 мм);
hp — длина абразивного бруска, мм (Z6p = 75 100 мм).
С увеличением угловой скорости хонинговальной головки и
удельного давления брусков на обрабатываемую поверхность, а
также с повышением твердости абразивного материала можно до-
биться значительного сокращения машинного времени.
На точность обработки благоприятное влияние оказывает
устойчивость движения хонинговальной головки за счет ее гиро-
скопического эффекта.
Наивысшую чистоту поверхности до 14-го класса можно полу-
чить суперфинишированием, т. е. отделочным шлифованием с по-
мощью колеблющихся брусков. Припуск под отделочное шлифование
составляет 0,005—0,010 мм. Абразивные бруски применяют мелко-
Рис. 76. Схема обра-
ботки хонинговальной
головкой:
а — схематическое изоб-
ражение сбоку; б — хон
в работе (вид сверху)
157
зернистые. Твердость их выбирают в зависимости от твердости
обрабатываемого металла — не выше СМ2 — С1 для мягких метал-
лов; Ml — М3 — для закаленной стали. В процессе работы бруски’
прижимают к детали пружинами с нагрузкой в пределах от 0,49 х
Х1О5 до 2,45 • 105яЛи2. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости
при отделочном шлифовании применяют керосин или смесь керо-
сина с веретенным маслом (до 15%).
Окружную скорость детали при обработке стали берут в преде-
лах 30—75 м/мин, а при обработке чугуна 130—150 м/мин.
Число двойных ходов инструмента обычно составляет 400—1500
в минуту.
Величина колебания брусков или хода находится в пределах
3—10 лш.
Притирка отверстий. Притирка, или доводка, отверстий пред-
ставляет собой один из методов чистовой обработки металлов, обес-
печивающей получение весьма точных размеров и высокой чистоты
поверхности в пределах 0,02—0,05 мкм (12—14-й классы).
Для притирки применяют различные металлические притиры,
поверхность которых шаржируется (насыщается) абразивными
зернами мелкой зернистости.
Процесс доводки ведется на универсальных и специальных
доводочцых станках. Основными абразивными материалами для
доводки служат электрокорунд и окись хрома. При доводке стали
чугунными притирами следует применить электрокорунд. Часто
для доводки применяют пасты ГОИ, состоящие в основном из окиси
хрома.
Притирка — малопроизводительный способ отделки поверхно-
стей и поэтому при крупносерийном и массовом производстве при-
меняется редко.
В последние годы в машиностроении все шире стала внедряться
обработка отверстий без снятия стружки посредством проглажи-
вания шариками и дорнами. Обработанные детали после дорнования
отличаются высокими эксплуатационными качествами, благодаря
значительному упрочнению металла. Шероховатость поверхностей
при дорновании достигает 0,08—0,02 мкм (10—12-й классы).
При изготовлении различных (по форме) отверстий в металло-
керамических и минералокерамических материалах, а также в
тугоплавких сплавах на основе вольфрама и др., когда металли-
ческим инструментом невозможно их обрабатывать все больше нахо-
дят применение так называемые новые методы размерной обработки.
К ним относятся электроэрозионный, электрохимический, ультра-
звуковой, электроннолучевой, обработка световым пучком и плаз-
менной горелкой.
В электрофизических способах разрушение поверхностных слоев
материала происходит не за счет больших пластических деформа-
ций (как при резании), а путем электрической или химической
эрозии.
Все методы размерной обработки лишь дополняют рассмотрен-
ные процессы изготовления отверстий. Обычные процессы резания
158
являются основными при изготовлении большинства точных де-
талей!.
Новые методы размерной обработки целесообразно применять
в тех случаях, когда на металлорежущих станках трудно, а иногда
и невозможно изготовить отверстие или деталь.
В СССР серийно выпускаются универсальные и специальные
электроэрозионные, электрохимические' и ультразвуковые станки
или установки. Разработаны опытные образцы электроннолучевых
и светолучевых станков. Точность обработки этими методами высо-
кая, а шероховатость поверхности составляет 6—10-й класс.
Технический контроль корпусных деталей. Технический конт-
роль корпусных деТалей заключается в проверке прямолинейности
и взаимного положения плоских поверхностей, образующих сбо-
рочные базы корпуса; в проверке правильности геометрических
форм основных отверстий и их соосности, взаимной параллельности
осей основных отверстий и расстояний между ними, перпендику-
лярности торцовых поверхностей к осям отверстий.
Наиболее типичными для корпусных деталей являются измере-
ния размера отверстий и точности их относительного положения.
Для измерения диаметров отверстий применяют как универ-
сальные измерительные средства, так и различные калибры-пробки.
Универсальными измерительными средствами являются индикатор-
ные нутромеры, микрометрические ш^ихмасы, специализирован-
ные штангенциркули и др.
Простым и надежным средством контроля отверстий являются
предельные калибры, которые следует делать с полной проходной
и неполной непроходной стороной.
Поперечные формы отверстий в поперечном сечении (эллиптич-
ность, огранка) определяются измерениями в различных радиаль-
ных направлениях. Погрешности формы в продольном сечении
(конусности, бочкообразности и т. п.) определяются по результа-
там измерений в различных поперечных сечениях. Для измерения
длин отверстий используют штангенглубомеры, шаблоны, калибры.
На рис. 77 и 78 показаны принципиальные-схемы измерения
точности относительного положения отверстий в корпусной детали.
Соосность отверстий обычно проверяют контрольными оправ-
ками (рис. 77, а) или, если деталь, и оправка достаточно жесткие,
индикаторными приспособлениями (рис. 77, б).
При контроле небольших отверстий (диаметром до 50 мм),
оправки устанавливают непосредственно в отверстия, а при боль-
ших диаметрах отверстий — через контрольные втулки, как это
показано на рис. 77, а.
Для проверки соосности отверстий можно использовать опти-
ческие и другие методы контроля. Расстояние h от оси отверстия
до базовой плоскости (рис. 78, а) определяется по контрольной
плите измерением размеров и h2 при помощи блока плиток, штих-
маса или индикаторного устройства и т. д.
Расстояние I от оси отверстия до вертикальной плоскости
(рис. 78, б) определяется аналогично с использованием угольника.
159
Рис. 77. Проверка соосности отверстий
Рис. 78. Проверка параллельности оси отверстий базовой плоскости и рас-
стояния от оси отверстия до плоскости
Рис. 79. Проверка перпендикулярности торцовой плоскости оси отверстий
Непараллельность оси отверстия плоскости основания определяется
индикатором (см. рис. 78, а).
Проверку неперпендикулярности торцовой плоскости относи-
тельно оси отверстий можно выполнить при помощи индикаторного
приспособления (рис. 79, а) или специального калибра (рис. 79, б).
В первом случае неперпенди-
кулярность торца на диаметре D
определяется как разность показа-
ний индикатора при вращении от-
носительно оси отверстий. Во вто-
ром случае проверяется выполне-
нием «по окраске» или измерением
зазоров в двух противоположных
точках по периферии диска.
Проверку параллельности или
непараллельности осей произво-
дят при помощи линейки, уровня
или специального приспособления.
Межцентровое расстояние прове-
Рис. 80. Определение межосевого
расстояния и параллельности осей
ряют при помощи измерения расстояний между внутренними
или внешними образующими контрольных оправок (рис. 80).
Непараллельность определяется как разность размеров — а2,
отнесенная к длине L, а межцентровое расстояние по результатам
измерения А = + а2)/2 4- (dx + d2)/2.
Рис. 81. Проверка перпендикулярности осей отверстий
Неперпендикулярность осей отверстий определяется при помощи
оправки с индикатором (рис. 81, а) или калибром (рис. 81, б) изме-
рением зазоров А] и Д2.
Диаметральные размеры основных отверстий задают допусками
в пределах 1—3-го класса точности. Погрешности геометрической
формы отверстий не должны выходить за пределы половины поля
допуска.
6 Колев К. С.
161
Допуски на межосевые расстояния основных отверстий и пер-
пендикулярность осей отверстий задают в соответствии с назначе-
нием корпусных деталей: например, для корпусов зубчатых и
червячных передач — в пределах 0,04—0,6 мм и выше.
Основные отверстия корпусных деталей обрабатывают с шеро-
ховатостью поверхности в пределах 2,5—0,2 мкм (6—8-классы).
Перпендикулярность торцовых поверхностей к осям отверстий
допускается в пределах 0,1—1 мкм на 1 мм радиуса отверстия. Эти
поверхности обрабатывают с шероховатостью 2,0—2,5 мкм (5—
6-й классы).
§ 2. ОБРАБОТКА ВАЛОВ
Валы бывают гладкие, ступенчатые, с фланцами и буртами,
сплошные и полые, валы-шестерни и комбинированные валы. По
форме геометрической оси валы бывают прямыми, коленчатыми,
кривошипными и кулачковыми или эксцентриковыми. Наибольшее
распространение в машиностроении получили гладкие и ступенча-
тые валы.
Шейки валов могут иметь шпоночные пазы или резьбу.
При переходе от одной ступени к другой в ступенчатых валах
делают канавки или галтели. Если они не предусматриваются, то
обтачивание ступени производят подрезными резцами.
Торцы вала целесообразно изготовлять с фасками.
Валы, длина которых не превышает двенадцатикратной вели-
чины диаметра (L 12D), считают жесткими; при L > 127) валы
относят к нежестким деталям и обработка их производится с лю-
нетом.
Технологические условия изготовления деталей типа валов
характеризуются следующими данными.
Диаметральные размеры шлифовальных посадочных шеек вы-
держиваются по 2-му или 3-му классу, а в отдельных случаях по
1-му классу точности.
Овальность и конусность цилиндрических гладких валов и
цилиндрических шеек ступенчатых валов должны находиться в пре-
делах 0,25—0,5 допуска на диаметральные размеры. Биение поса-
дочных шеек относительно базирующих не должно превышать
10—30 мкм.
Отклонение от параллельности шпоночных канавок или шлиц
оси вала не превышают 0,1 мкм на 1 мм длины.
Допуски на длину ступеней находятся в пределах 50—200 мкм.
Шероховатость поверхности посадочных шеек находится в пределах
7—10-го класса по ГОСТ 2789—73.
Материалом для валов, служат различные углеродистые мар-
ганцовистые, хромистые и другие конструкционные стали. Для
прокатных валков, шпинделей металлорежущих станков и других
деталей применяют также высококачественный чугун.
В настоящее время для изготовления валов широкое применение
получили стали следующих марок: 35, 40, 45, 40Г, 50Г, 40Х и др.
162
Производительность механической обработки валов во многом,
зависит от вида заготовки, ее размера и конфигурации.
В единичном и мелкосерийном производстве чаще всего заго-
товки валов получают отрезкой от горячекатаных или холоднотя-
нутых прутков.
При крупносерийном и массовом производстве целесообразно
заготовки получать методами пластической деформации (ковкой
штамповкой, обжатием на ротационных машинах и др.) и литьем.
Применение литых заготовок для валов обеспечивает значительное
уменьшение припусков на обработку и сокращает трудоемкость
процесса механической обработки. Заготовки из высокопрочного
чугуна получают центробежной отливкой.
При любом способе установки вала для обработки наружных
поверхностей вращения базирующим элементом является ось вра-
Рис. 82. Схема упругого центра для станков типа 1К62:
/ — отверстие для воздуха; 2 — установочные круговые риски
щения заготовки. При обработке шпоночных пазов за базу приме-
няются наружные поверхности вращения, которыми заготовка
устанавливается в призмы и ориентируется в осевом направлении
одним из концов или торцом одной из ступеней.
При установке на центры погрешность обработки поверхно-
стей вращения может появиться при несовмещении установочной
измерительной базы, которой является ось вращения.
При обработке на центрах, когда задний центр нежесткий,
может быть погрешность даже при совмещении центров из-за упру-
гих отжатий. Во избежание нежелательных упругих отжатий обра-
батываемых заготовок необходимо выбранные режимы резания и
главным образом подачу проверить с учетом заданной точности и
жесткости системы СПИД, а также условий закрепления вала
(см. гл. III).
Чтобы значительно сократить погрешности обработки из-за
нагревания заготовок необходимо ставить упругий задний центр-
(рис. 82).
При зацентровке заготовок возможна погрешность от смещения
осей центровых гнезд с геометрической осью заготовки.
6*
163
Базирование по центральному отверстию вала с установкой
на грибковые опоры принципиально не отличается от установки
в центрах (рис. 83).
При базировании заготовки по наружной поверхности враще-
ния с установкой в патроне и заднем центре могут возникнуть
погрешности установки от смещения оси заготовки в радиальном
направлении относительно оси вращения и от смещения заготовки
вдоль оси.
Технология обработки валов, как и выбор оборудования, зави-
сит в основном от конфигурации, размеров и жесткости деталей,
а также от их заданного выпуска.
Учитывая, что вал ыс уступами, фланцами и буртами обрабатывают
аналогично ступенчатым валам, рассмотрим технологию обработки
Рис. 83. Приспособление для наруж-
ной обточки полых деталей:
/ — обрабатываемая деталь; 2 — грибко-
вые опоры
гладких и ступенчатых валов.
Гладкие валы изготовляют
из калиброванной стали 3-го и
4-го класса точности при сле-
дующем маршруте:
1) отрезка заготовки по дли-
не, зацентровка и снятие фасок
по концам на многошпиндель-
ных или одношпиндельных от-
резных станках в зависимости
от программы;
2) предварительная обработка
заготовок на бесцентрово-шлифо-
вальном или токарном станках;
3) фрезерование закрытых шпоночных пазов на шпоночно-фре-
зерных станках, открытых шпоночных пазов — на горизонтально-
фрезерных станках; обработка пазов под сегментные шпонки — на
специальных станках или на фрезерных станках с применением
специальных устройств;
4) сверление поперечных отверстий, если они предусмотрены
конструкцией, на многошпиндельных или одношпиндельных свер-
лильных станках в зависимости от числа отверстий и заданной про-
граммы;
5) термическая или химико-термическая обработка валов;
6) чистовое шлифование после термообработки на шлифоваль-
ных станках.
При обработке длинных гладких валов из горячекатаной стали
их предварительно обтачивают на бесцентрообточных станках,
а затем шлифуют на бесцентрошлифовальных станках или обкаты-
вают роликами. Правка длинных прутков и обточенных валов может
проводиться на правильных станках, а также на специальных пра-
вильных прессах.
Ступенчатые валы обрабатывают обычно из штампованных или
кованых, а в некоторых случаях из литых заготовок. При неболь-
шом перепаде диаметральных размеров ступеней в качестве заго-
товки принимают пруток.
164
Фрезерование заготовок для валов и зацентровку производят
на специальных фрезерных станках или полуавтоматах и центро-
вальных станках. Весьма производительной является подрезка
торцов и зацентровка на двустороннем фрезерно-центровальном
станке МР73М.
Еще более производительные фрезерно-центровальные станки
МР76М и МР78М барабанного типа, но они громоздки и сложны
в наладке. На рис. 84 показана схема наладки фрезерно-центроваль-
ного полуавтомата МР76М на обработку осей шахтных вагонеток,
изготовленных крупными сериями: полуавтомат трехпозиционный,
барабанного типа. Позиция I (на рисунке не показана) служит
для установки и снятия заготовки. В позиции II выполняется фре^
зерование торцов заготовки, в позиции /// — сверление центровых
отверстий. Перевод произво-
дится поворотом барабана на
120° при неизменном закреп-
лении заготовки.
Черновое и чистовое обта-
чивание заготовок валов про-
изводят на одношпиндельных
и многошпиндельных, много-
резцовых автоматах и полу-
автоматах или токарных стан-
ках, оборудованных гидро-
Рис. 84. Схема наладки фрезерно-центро-
вального полуавтомата на обработку оси
шахтной вагонетки
копировальными суппортами;
на универсальных токарных
станках обычного типа.
Точность при обработке
валов зависит от многочис-
ленны^ факторов: от геометрической точности системы СПИД, от
погрешностей взаимного положения нескольких резцов в наладке,
от износа резцов и т. п.
Точность при предварительном обтачивании обычно получается
4—5-го класса, а при чистовом точении может быть повышена до
2—-3-го класса.
Многорезцовое обтачивание в любом варианте осуществления
имеет преимущества перед однорезцовым обтачиванием не только
в затратах основного (машинного) времени, но и вспомогательного
времени. Наиболее эффективно по машинному времени построение
операций многорезцового обтачивания по методу деления длины
обработки. В этом случае каждая шейка вала обрабатывается
за один проход и длительность основного времени опреде-
ляется по резцу, обрабатывающему наиболее длинный участок
вала.
Однако отметим, что многорезцовое обтачивание не всегда
имеет преимущества перед обтачиванием на гидрокопировальных
полуавтоматах. Это объясняется большими затратами подготови-
тельно-’Заключитёльного времени и времени технологического об-
служивания на многорезцовых станках.
165
Кроме того, при копировальной чистовой обработке обеспечи-
вается более высокая точность. Высокая чувствительность следя-
щей системы обеспечивает соответствие размеров обрабатываемой
заготовки размерам копира. Влияние отжатой упругой системы
СПИД меньше из-за малого числа резцов.
Гидрокопировальное обтачивание особенно целесообразно для
валов нежесткой конструкции, для чистового точения вала с длин-
ными шейками, которые из-за высоких требований к чистоте по-
верхностей нельзя обработать при многорезцовой настройке мето-
дом деления длины.
Кроме обработки на гидрокопйровальных полуавтоматах в се-
рийном производстве целесообразно производить обтачивание валов
на токарных станках, оборудованных
универсальными гидрокопировальны-
ми устройствами.
В настоящее время на* заводах
серийного выпуска продукции широ-
кое применение находят копироваль-
ные устройства КСТ-1, ГС-1, МГ934
и др. Применение копировальных
устройств позволяет сократить вспо-
могательное время по сравнению
с обычными токарными станками в
три-четыре раза.
' При единичном изготовлении ва-
лов заготовку, получают отрезкой
от проката ил‘и свободной ковкой,
в зависимости от конфигурации и
размеров вала, а также от перепада
диаметральных размеров ступеней.
Токарные операции выполняются последовательной обработкой
ступеней на обычных токарных станках. При этом зацентровку
крупных валов производят по разметке, а обработку — с крепле-
нием в патроне и установкой другого конца вала в люнете; для
осуществления такой установки предварительно обрабатывают
шейку под люнет, для чего вал устанавливают в патроне с поджи-
мом задним центром.
Чтобы избежать специальной обработки под люнет, иногда
для валов диаметром до 200 мм применяют специальные
регулируемые муфты, которые закрепляют на необработанных
шейках; они служат для установки в люнеты. Совмещение
осей муфты и обрабатываемого рала достигается регулировкой
винтами, головки которых должны быть, утоплены в тело флан-
цев (рис. 85).
Фрезерование шпоночных пазов производят на специальных
шпоночно-фрезерных станках дисковой фрезой или на вертикально-
фрезерных станках торцовой фрезой.'Вал устанавливают шейками
на призмах, выверенных на параллельность направлений движения
подачи.
Рис. 85. Регулируемая муфта
для установки заготовки вала
в люнет:
/ — обрабатываемая заготовка;
2 — устанавливаемая в люнет шей-
ка муфты; 3 — регулировочные
винты
165
Шлицевые поверхности валов по конструкции могут быть пря-
мобочными и эвольвентными. Шлицевое соединение с прямобочными
шлицами может осуществляться с центрированием втулки по внут-
реннему и наружному диаметрам вала. При эвольвентаых шлицах
центрируют по профилю.
На шлицевые соединения установлены довольно жесткие нормы
точности и технические условия. Например, допустимые отклоне-
ния и неравномерность шага шлицев и смещение их относительно
оси не должны превышать 0,02 мм.
Величины предельных отклонений поверхностей от параллель-
ности и перпендикулярности в зависимости от размера и степени
точности приведены в ГОСТ 10356—70.
Нарезание шлиц производится фрезерованием, строганием, про-
тягиванием и холодным накатыванием (в основном эвольвентных
шлицев). Шлицы закаливаемых валов и шлицы, центрируемые по
наружной поверхности, обрабатывают в такой последовательности:
1) фрезерование шлицев с припуском под шлифование боковых
поверхностей;
2) чистовое шлифование боковых поверхностей шлицев после
термообработки и чистого наружного шлифования.
Обработку шлицев таких же валов, но незакаливаемых, произ-
водят только чистовым фрезерованием после чистового шлифования
наружной поверхности.
Шлицы валов, центрируемых на поверхности внутреннего диа-
метра, обрабатывают в такой последовательности:
1) фрезерование шлиц с припуском на шлифование;
2) фрезерование канавок для выхода круга при шлифовании
центрирующей поверхности внутреннего диаметра;
3) чистовое шлифование боковых поверхностей и центрирую-
щей поверхности внутреннего диаметра после термообработки.
Строгание шлиц на валах эффективнее производить не одним
резцом, а набором фасонных резцов, собранных в головке. Их коли-
чество и профиль соответствуют числу шлиц и профилю впадины
между шлицами вала.
Более производительным по сравнению с фрезерованием яв-
ляется метод протягивания. Протягивание в 5—10 раз производи-
тельнее шлицефрезерования и строгания резцовыми головками.
Большие перспективы имеет процесс холодного накатывания
шлиц. Накатка осуществляется роликами, рейками и многоролико-
выми профильными головками. По опытным данным, накатанные
шлицы при скручивании на 10—20% прочнее фрезерованных.
В конструкциях валов нередко предусматривают наружные и
внутренние крепежные резьбы. Внутреннюю резьбу на валах обычно
нарезают машинными метчиками ра резьбонарезных, сверлильных,
револьверных станках, а также на полуавтоматах, автоматах,
в зависимости от масштаба производства и имеющегося оборудова-
ния. Наружные остроугольные резьбы на валах нарезают плаш-
ками, резьбонарезными головками, гребенками и резьбовыми
фрезами.
167
При нарезании глухих резьб для осуществления точной оста-
новки подачи и вращения метчика применяют специальные самовы-
ключающие патроны. Обычными круглыми плашками нарезают
резьбы невысокого класса точности — 3-го или ниже, а плашками
с доведенными режущими кромками до высокой степени точности
можно калибровать резьбы 2-го и даже 1-го класса. Резьбонарезные
головки дают более производительный и точный способ нарезания
резьбы.
Термическая обработка валов. Вид термической обработки валов
и ее режим зависят от выбранной марки стали и требований, предъ-
являемых к валу. Создание высокой степени износостойкости
поверхности опорных шеек и исполнительных поверхностей (по-
верхности внутреннего конуса и т. п.) лучше всего достигается
применением поверхностной закалки. В этом случае сердцевина
вала сохраняется не закаленной, что обеспечивает высокую перво-
начальную точность вала.
Поверхностная закалка может осуществиться несколькими спо-
собами: токами высокой частоты, термической обработкой, азоти-
рованием и т. д. Наибольшее распространение получила поверх-
ностная закалка токами высокой частоты. Преимущество этого
метода заключается в кратковременности нагрева* поверхностного
слоя металла (от 5 до 20 секу, при этом на закаливаемой детали
почти совершенно отсутствует окалина. Глубина закаливаемого
слоя металла составляет 1—5 жж с твердостью HRC 48 4- 52 более
высокой, чем она достигается другими способами закалки и отпуска.
Нагрев и охлаждение закаливаемой поверхности осуществляется
специальными индукторами.
После термической обработки поверхности ^технологических баз
необходимо промыть и очистить-от окалины.
Шлифование шеек валов обычно выполняется в две операции —
предварительную и чистовую.
Валы шлифуют на круглошлифовальных станках методом про-
дольной подачи (на проход) или методом поперечной подачи (вреза-
нием с установкой вала на центрах).
Гладкие и ступенчатые валы небольшой длины шлифуют на
бесцентрово-шлифовальных станках. Точность шеек вала после
шлифования зависит от состояния центровых гнезд вала и центров
станка.
Перед чистовым шлифованием незакаленных валов и особенно
валов, прошедших термическую обработку, часто вводят операцию
правки центровых гнезд, при которой с помощью конусного абра-
зивного круга или притира вновь придают конусу правильную
форму. <
Шлифование шлиц производят на шлифовальном станке профиль-
ным кругом или набором кругов. Вал 1 (рис. 86) устанавливают на
жестких центрах: для выверки углового положения вала при уста-
новке применяют специальный шаблон.
Валы с центральными отверстиями изготовляют из сплошных
поковок. Отверстие получают глубоким сверлением, которое произ-
168
водится после предварительного обтачивания на центрах наружных
поверхностей вращения, подготовки шеек под зажим в патроне и
под люнет.
Для отверстий длиной I Ьй применяют спиральные сверла;
для отверстия длиной I > 5d применяют ружейные или перовые
сверла; для отверстий большего диаметра
75—100 мм и более применяют головки для
кольцевого сверления или пустотелые сверла
с использованием высверленного стержня
для изготовления других деталей.
Для чистовой обработки центрального
отверстия применяют зенкеры и развертки
или расточные резцовые головки в зависи-
мости от предъявляемых требований и диа-
метр а отверстия.
Последующую обработку наружных по-
верхностей валов производят базированием
по отверстию: для этого применяют пробки
или крестовины, снабженные центровыми
гнездами.
Литые заготовки выполняют обычно с от-
литыми отверстиями.
В этом случае целесообразно сначала
произвести черновую обработку наружных
поверхностей с подготовкой шеек к зажиму
в патроне и установке в люнете; при этом
черновые отверстия принимают за базу и
Рис. 86. Схема шлифо-
вания шлиц профиль-
ным кругом:
/ — вал, устанавливае-
мый на жестких центрах;
2 — установочный шаблон
производят обработку преимущественно на грибковых центрах.
Затем производят обработку в патроне и центре.
Рассмотрим технологию обработки приводного вала шестерни
печи КС производительностью 20 т/ч (рис. 87); материал сталь 45Л.
В крупносерийном про-
изводстве такая деталь
обрабатывалась бы на
многорезцовых специ-
альных станках. В мел-
косерийном производ-
стве обработка произво-
дится на токарно-винто-
резном станке в центрах
с применением промежу-
точной опоры (люнета).
Технологический
маршрут обработки вала
Рис. 87. Ведущий вал шестерни печи КС
шестерни состоит из следующих операций: 1) разметки заготовки
для проверки ее пригодности к обработке (если тяжелый вал);
2) подрезания и центрования торцов; 3) чернового и чистового
обтачивания вала-шестерни; 4) фрезерования шпоночной канавки;
5) чернового и чистового фрезерования зубьев на зубофрезерном
169
станке; 6) шлифования посадочных поверхностей на токарном или
шлифовальном станке. *
Производство тяжелых валов диаметром более 150 мм и весом
свыше одной тонны мало чем отличается от обработки обычных
валов.
Для уменьшения веса, отвода масла и т. д. тяжелые валы имеют
в большинстве случаев отверстия.
При диаметре отверстия, равном половине наружного диаметра,
вес вала уменьшается примерно на-25%, а момент сопротивления
на 5—6%.
Рис. 88. Разметка тяжелого вала:
а — установка заготовки вала для разметки: б — заготовка, год-
ная для обработки; в — заготовка требует правки; / — струна;
2 — регулируемые призмы
Следует отметить особенности при обработке тяжелых валов,
которая начинается с тщательной разметки заготовки для выявле-
ния годности.
Кривизна оси вала не должна выходить из пределов 5—10 мкм
на 1 м длины вала.
Разметку крупных валов производят на специальной разметоч-
ной плите, вмонтированной в пол цеха. Перед разметкой заготовку
укладывают и ориентировочно выверяют по горизонтали на регу-
лируемых призмах 2 (рис. 88). Верхнюю и одну боковую части за-
готовки окрашивают мелом. Последовательно к каждой ступени
прикладывают с обеих сторон угольник и откладывают на верхней
части заготовки размер I = d/2 + z (где d — номинальный диаметр
шейки вала, мм\ z — припуск на сторону на чистовую обработку
вала, мм). Размер k, остающийся между отмеченными точками,
определяет в данном сечении вала величину припуска на черновую
обработку. Натянутая струна А Б определяет положение прямой
оси. Если струна выходит за пределы размера, то нельзя рассчиты-
170
вать на качественную обработку заготовки, которую необходимо
подвергнуть горячей правке и повторной разметке.
Положение струны отмечают керном у торца, на котором будет
произведена зацентровка. На этот торец наносят вертикальную
риску.
Затем поворачивают заготовку на 90°, производят разметку
и наносят вторую вертикальную риску. Точку пересечения рисок
накернивают под зацентровку. Обычно производится зацентровка
одного конца, так как другой ее конец зажимается в кулачки пат-
рона.
Зацентровку целесообразно делать на переносном горизонтально
сверлильном станке. Центровые гнезда применяют с углом конуса^
75° в соответствии с ГОСТ 14034—74 как более прочные.
После окончательной обработки шеек иногда производят об-
катку их роликами. При перемещении тяжелых валов опоры распо-
Рис. 89. Вал конусной дробилки ККД 1500/180
лагают поближе друг к другу, чтобы избежать прогибов от собст-
венного веса.
Рассмотрим технологию обработки тяжелого вертикального
вала конусной дробилки крупного дробления ККД 1500/180
(рис. 89); материал заготовки сталь 45, масса 32 т. Обработка тяже-
лых валов производится на специальных станках и состоит из сле-
дующих операций: 1) проверки пригодности заготовки для обра-
ботки и разметка; 2) подрезания и центрования торцов; 3) уста-
новки на станок; 4) чернового и чистового обтачивания вала; 5) из-
готовления отверстия и нарезания резьбы; 6) шлифования посадоч-
ных поверхностей; 7) проверку качества обработки и снятия вала
со станка.
Изготовление коленчатых валов. Коленчатые валы предназна-
чены для преобразования поступательного движения штоков порш-
ней во вращательное. По конструкции они являются относительно
нежесткой деталью. В- процессе работы коленчатые валы испыты-
вают большие знакопеременные нагрузки и подвергаются кручению
и изгибу.
Для повышения прочности валов их делают многоопорными.
Точность диаметральных размеров опор вала (коренных и шатунных
шеек) предусматривается в пределах 1—2-го классов с шероховато-
стью поверхности 3,2—0,8 мкм.
Допустимая величина отклонения на овальность и конусность,
например, для автомобильных двигателей находится в пределах
171
0,010—0,005 мм, а непараллельность осей коренных и шатунных
шеек — не более 0,01.
Для повышения работоспособности и долговечности коленчатых
валов поверхностная твердость коренных и шатунных шеек, полу-
ченных после термической обработки, должна находиться в пре-
делах HRC 52 -4- 55. Технические условия на коленчатые валы
в зависимости от назначения двигателя определяются ГОСТом.
Контроль многочисленных параметров вала весьма трудоемкий и
сложный. Поэтому для контроля коленчатых валов применяют спе-
циальные многомерные индикаторные пневмоэлектрические и эле-
ктронные мерительные устройства. Коленчатые валы изготовляют
из углеродистых и легированных «сталей, а также из специальных
высокопрочных чугунов. Наибольшее применение находят стали
марок 45, 45А, 45Г2, 50Г, 40ХНМА и др. Заготовки для коленча-
тых валов бывают штампованные и литые.
Припуски на механическую обработку шеек стальных загото-
вок составляют 4—5 мм, а чугунных — 2,5—3 мм.
При механической обработке коленчатых валов за основные
базы принимают опорные поверхности его коренных шеек или цент-
ровые отверстия.
Типовой технологический маршрут обработки штампованных
коленчатых валов можно представить в такой последовательности:
1) фрезерование торцов; 2) сверление торцовых отверстий; 3) об-
тачивание коренных шеек и концов вала; 4) предварительное шли-
фование коренных шеек; 5) обтачивание противовесов и шеек;
6) обтачивание шатунных шеек; 7) обработка смазочных каналов и
шпоночных пазов; 8) обработка отверстий во фланце и в концах
вала; 9) закалка коренных и шатунных шеек; 10) окончательное
шлифование' концов вала, коренных и шатунных шеек и фланца;
И) отделочная операция поверхности коренных и шатунных
шеек.
При массовом производстве коленчатых валов применяют спе-
циальные механизированные и автоматизированные станки. После
окончательной обработки валов производят их балансировку. Для
этих целей служат специальные автоматические балансировочные
станки. Предварительное устранение неуравновешенности произво-
дят радиальным сверлением отверстий на определенную глубину
отверстия в крайних противовесах вала. Окончательную баланси-
ровку осуществляют сверлением отверстий в средних противовесах.
Начальная неуравновешенность коленчатого вала в результате об-
работки на автоматических балансировочных станках снижается
в 30—50 раз и становится не более 29,4 н/м.
§ з. ПРОИЗВОДСТВО ВТУЛОК
В машиностроении широко^ применение получили следующие
разновидности втулок: гладкие, с буртами или фланцами, разрез-
ные, конические с антифрикционным сплавом, свернутые тонкостен-
ные с открытым швом и др. (рис. 90). Рабочие поверхности втулок
172
имеют канавку для смазки и поперечное отверстие для подвода
смазки.
Втулки изготовляют из стали, латуни, бронзы, чугуна, спе-
циальных сплавов и пластмасс. Для втулок с диаметром до 30 мм
заготовкой служат калиброванные или горячекатаные прутки,
а также отливки в виде сплошных болванок; для втулок с диаметром
отверстия более 30 мм применяют цельнотянутые трубы или литые
заготовки с отверстиями; для свернутых тонкостенных втулок при-
меняют латунный или бронзовый полосовой материал или биметал-
лическую ленту.
Рис. 90. Конструктивные разновидности подшипниковых втулок:
а — гладкие; б и в — с буртами и фланцами; г — с коническим отвер-
стием; д — разрезные конические; е — с залитым слоем антифрикционного
сплава; ж — свернутые тонкостенные с открытым швом
Заготовки для втулок из специальной керамики и пластмасс
получают прессованием и спеканием.
При изготовлении втулок необходимо получение концентрич-
ности наружных поверхностей относительно отверстия и перпенди-
кулярности торцов его оси. Это можно достичь обработкой наруж-
ных поверхностей, отверстий и торцовых поверхностей за одну
установку или обработкой всех поверхностей за две установки или
за две операции с базированием по наружной или внутренней
поверхности втулки.
При обработке за одну установку заготовки из прутка или
трубы базами является наружная поверхность и подрезанный то-
рец. При обработке индивидуальной заготовки за базу принимают
предварительно обработанное отверстие и торец заготовки. Техноло-
гический маршрут обработки втулок и применяемое оборудование
зависят в основном от вида заготовки.
На рис. 91 показана схема обработки втулки из прутка на
токарно-револьверном станке. Изготовление втулок из прутка про-
изводится в следующем порядке:
173
него производится зенкерование или
Рис. 91. Схема обработки втулки на токарно-
револьверном станке:
/ — подрезка торца; 2 — предварительное разверты-
вание; 3 — растачивание отверстия, обтачивание
наружной поверхности и снятие фасок; 4 — сверле-
ние отверстия наружной поверхности; 5 — зацентров-
ка под сверление; 6 — подача прутка до упора;
7 — отрезка; 8 —• окончательное развертывание
стия обычно по 2-му классу точности,
1. Подрезка торца у прутка, подача прутка до упора, зацент-
ровка под сверление, сверление отверстия и обтачивание наружной
поверхности со снятием фасок на свободном торце, развертывание
и обрезка.
2. Снятия фаски с противоположного торца втулки на верти-
кально-сверлильном или токарном станке.
3. Сверление смазочного отверстия.
4. Нарезание смазочных канавок на специальном станке.
5. Шлифование наружной поверхности.
При обработке втулок из трубы сверление отпадает и вместо
растачивание отверстия.
В остальном процесс
не отличается от изгото-
вления втулки из прутка.
Втулки из пластмасс
могут изготовляться из
прутка, из трубы или
из индивидуальной заго-
товки, полученной прес-
сованием. Технология
обработки пластмассо-
вых втулок аналогична
обработке металличес- ’
ких втулок.
Технические требова-
ния изготовления втулок
характеризуются следу-
ющими данными. Диа-
метральные размеры на-
ружных поверхностей
задают по 2-му или 3-му
классу точности; отвер-
а для ответственных со-
пряжений по 1-му классу точности. Разносторонность допускает-
ся в пределах 0,03—0,15 мм. Неперпендикулярность торцовых
поверхностей к оси отверстия допускается до 0,1—0,2 мм на 100 мм
радиуса.
Шероховатость поверхности для наружных поверхностей вра-
щения от 2,5 до 0,2 мкм (6—8-й классы), а для торцовых поверхно-
стей 40—2,0 мкм (4—6-й классы).
Рассмотрим применяемую многооперационную технологию обра-
ботки втулки угольного комбайна БК-52 (рис. 92); материал
втулки — сталь ЗОХГТ. Технологический процесс обработки втулки
следующий: 1) черновая токарная обработка торца 1 и поверхно-
стей 4 и 9; крепление втулки в трехкулачковом патроне токарного
станка, производимая за предварительно проточенный участок
поверхности 5; 2) черновая токарная обработка во втором установе
торца 7 и поверхности 5; 3) термическая обработка — цементация
на глубину 0,9—1,3 мм\ 4) чистовая токарная обработка торцов 7
174
и 10 и фасок 6 и <8; 5) получистовая токарная обработка во второй
установке торца /, отверстия 170А и поверхности 4\ 6) термиче-
ская обработка — закалка до твердости
HRC 60; 7) чистовая токарная обработка
торца /, отверстия диаметром 170А (ше-
роховатость 10 мкм), поверхностей 4,
10 и И и фасок 3, 2 и 6; при этом втул-
ка крепится в патроне за поверхность 5;
8) шлифование торца 7 на плоскошли-
фовальном станке; базирование произво-
дится по торцу 1 на магнитной плите
станка; 9) шлифование поверхностей 5
и торца 10 на круглошлифовальном
станке; втулка базируется по отверстию
по оправке; 10) полирование поверх-
ности 5 до шероховатости 0,3 2 мкм
(8-й класс) с базированием по отвер-
стию на оправке. В рассмотренном тех-
нологическом процессе для повышения
точности взаимного расположения по-
верхностей сначала точно обрабатывают
отверстия диаметром 170А, -затем,
используя его в качестве установочной
базы, производят шлифовку наружной
поверхности 5 и торца 10.
При крупносерийном и массовом
производствах выгодно организовать
Рис. 92. Втулка угольного
комбайна БК-52
обработку втулок по принципу автома-
тизированного производства на станочных линиях. В этом слу-
чае резко снижается вспомогательное время и повышается ка-
чество обработки.
§ 4. ПРОИЗВОДСТВО ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Общие сведения. В современном машиностроении широко при-
меняются различные зубчатые колеса как по форме, так и по раз-
мерам. Высокие скорости и большие нагрузки, передаваемые зуб-
чатым передачам, предъявляют особенно высокие требования к точ-
ности изготовления зубчатых колес.
По технологическим признакам применяются следующие зуб-
чатые зацепления:
1. Одновенцовые цилиндрические и конические зубчатые ко-
леса с прямыми и спиральными зубьями, а также червячные — со
ступицей и фланцевого типа.
2. Многовенцовые цилиндрические зубчатые колеса (типа блок-
шестерен).
3. Одновенцовые и многовенцовые шестерни — валы.
4. Реечные передачи для преобразования вращательного дви-
жения в поступательные, и наоборот.
175
В зубчатых колесах наибольшее применение получило эволь-
вентное зацепление. Правильная работа и долговечность зубчатых
колес зависит от их конструкции, материала заготовок и точности
выполнения их элементов. .
Технические условия на обработку зубьев регламентированы
стандартами ГОСТ 1643—72, ГОСТ 1758—72, ГОСТ 3675—72,
ГОСТ 9178—72 соответственно для цилиндрических, конических и
червячных колес. Установлено 12 степеней точности зубчатых пере-
дач с обозначением ступеней в порядке убывания точности. Для
каждой степени точности установлены нормы кинематической точ-
ности класса, плавности работы колеса и контакта зубьев.
Кинематическую точность, зубчатого колеса можно оценить
наибольшей погрешностью угла поворота зубчатых колес за обо-
рот при зацеплении с точным колесом Д/7^. Эта погрешность воз-
никает при нарезании зубчатых колес за счет погрешностей си-
стемы СПИД.
Кинематическую погрешность можно также оценить накоплен-
ной погрешностью окружного шага Д/2 или погрешностью ДЛ,
связанной с колебанием длины общей нормали, т. е. разностью
между наибольшей и наименьшей длинами общей нормали в одном
и том же колесе.
Плавность работы зубчатого колеса оценивается циклической
погрешностью Д/7, представляющей собой среднюю величину раз-
маха колебаний кинематической погрешности зубчатого колеса
многократно повторяющейся за его оборот.
Норму плавности зубчатого колеса можно также оценить пре-
дельным отклонением основного шага Д/о. Плавность работы зуб-
чатого зацепления имеет существенное значение для обеспечения
бесшумности и долговечности передач.
Погрешности профиля Д/ характеризует расстояние по нормали
между двумя теоретическими профилями зуба колеса, ограничи-
вающими действительный профиль в пределах его рабочего участка.
Контакт зубьев характеризуется пятном контакта по длине и
высоте зуба и выражается в процентах.
ГОСТ 1643—72 регламентируется также боковой зазор в зуб-
чатых зацеплениях. Установлено четыре вида норм бокового зазора:
1) с нулевым гарантированным зазором С;
2) с пониженным гарантированным зазором Д\
3) с нормальным гарантированным зазором X;
4) с повышенным гарантированным зазором Ш.
В табл. 17 приведены величины бокового зазора в зубчатых
передачах с цилиндрическими колесами.
Чем точнее изготовлены зубчатые колеса, тем меньше погреш-
ности, приведенные в табл. 18.
Рекомендуется изготавливать центральное отверстие по 2-му
классу точности и шероховатостью обработанной поверхности
0,80—0,40 мкм, (7—8-й классы), а центрирующее отверстие флан-
цевых зубчатых колес по 1—2-му классу и шероховатостью поверх-
ности до 0,32 мкм (8-й класс).
176
Таблица 17
Вид со- пряжений Межцентровое расстояние, мм
до 50 50—80 80—120 120—200 | 200—320 | 320—500 j 500—800 | 800—1250
Зазор, мкм
' с 0 0 0 0 0 0 0 0
д 42 52 65 85 105 130 170 210
X 85 105 130 170 210 260 340 420
ш 170 210 260 340 420^ 530 670 850
Посадочные шейки шестерен — валов выполняют по 2-му классу
точности и шероховатостью поверхности 0,50—0,20 мкм (8—9-й
классы), Остальные размеры Колес задаются по 3—5-му, классам
точности и шероховатостью поверхности в пределах 80—10 мкм
(3—5-й классы).
Материал для зубчатых колес берут в зависимости от условий
работы. Для силовых зубчатых передач применяют главным обра-
зом хромистые (15Х, 15ХА, 20ХА, 40Х, 45Х), хромоникелевые и
хромомолибденовые (12НЗА, 20ХНЗА, 12ХНЗ, 40ХН, 35ХМА,
ЗОХНЗМ, 18ХГГ) и другие цементируемые стали.
Литые стальные колеса изготовляют из углеродистой стали
марки 40Л, 50Л или легированных сталей марки 40ГЛ, ХГСЛ.
Зубчатые колеса для тихоходных малонагруженных передач изготов-
ляют преимущественно из серых или модифицированных марок
чугуна МС42Х-48 СС432-52 и др.
Для обеспечения бесшумной работы при малых нагрузках зуб-
чатые колеса изготовляют из неметаллических материалов (баке-
лита, текстолита, нейлона, капрона и др.). Эти зубчатые колеса
работают в паре со стальными^ закаленными или чугунными коле-
сами.
Пластмассы по сравнению со сталью обладают в 5—10 раз мень-
шей прочностью и в 60—200 раз худшей теплопроводностью. Их
упругая податливость в 20—150 раз больше, чем у стали, что
позволяет пластмассовым шестерням работать бесшумно даже при
значительных окружных скоростях и быть малочувствительными
к перекосам.
Методы обработки зубчатых колес. Процессы обработки загото-
вок зубчатых колес до нарезания зубьев ничем не отличаются от
обработки других деталей: втулок, дисков, шкивов, валов и т. д.
Общей технологической операцией всех зубчатых колес является
обработка зубчатого венца.
Нарезать зубья можно двумя основными методами: копирова-
нием и обкаткой (огибанием). При копировании режущему инстру-
менту придают форму впадины зуба, а затем производят обработку,
при которой профиль инструмента копируется на обработанной
поверхности.
На рис. 93 приведены схемы нарезания зубчатых колес мето-
дом копирования модульными дисковыми (рис. 93, а) и пальцевыми
177
подвергают нормализации и отжигу с
Рис. .93. Фрезерование впадины зуба методом
копирования пальцевой фрезой (а) и методом
копирования дисковой модульной фрезой (б)
(рис. 93, б) фрезами. Этот метод является неточным и малопроиз-
водительным.
Более точными и производительными методами обработки зубьев
являются методы обкатки при нарезании зубьев червячными фре-
зами, круглыми долбяками, зубострогальными резцами и накаты-
ванием зубчатыми валками.
Заготовкой для стальных зубчатых колес диаметром до 50—
80 мм обычно служит калиброванный прутковый материал, а для
более крупных — поковки, штамповки или отливки..
При массовом изготовлении зубчатых колес диаметром от 80
до 300 мм наиболее целесообразно изготовлять заготовки штампов-
кой в закрытых штампах.
Перед механической обработкой поковки, штамповки и отливки
последующей очисткой от
окалины путем обработ-
ки в дробеметных бара-
банах, виброшлифоваль-
ных установках или дру-
гими методами.
‘При . изготовлении
зубчатых колес особое
внимание следует уде-
лять точности обра-
ботки базовых поверх-
ностей, определяющих
положен ие з аготов ки
при зубонарезании, а
следовательно, и точ-
ность зубчатого колеса.
В индивидуальном производстве обработка отверстия и наруж-
ной поверхности зубчатого колеса производится на токарных стан-
ках при закреплении детали в патроне за две установки. Обработку
шестерни с другой стороны и по верху выполняют на том же станке
с установкой детали на оправке.
В крупносерийном и массовом производствах обработку заго-
товок под нарезание зубьев разделяют на две операции:
1) механическая обработка отверстия;
2) обработка наружной и торцовых поверхностей зубчатого
колеса.
Обработка заготовки в основном ведется на сверлильных, про-
тяжных и многорезцовых токарных станках, а также на одно-
шпиндельных, многошпиндельных автоматах и полуавтоматах.
Так, например, при обработке заготовок для небольших зубчатых
колес диаметром до 60 мм из калиброванного прутка в первую опе-
рацию входят: сверление и растачивание отверстия, обтачивание
наружной поверхности, подрезка торца и отрезка заготовки. Затем
протягивают отверстие и шлицы или шпонку, после чего производят
чистовое обтачивание и подрезку торцов. Для точных колес произ-
водят шлифование или тонкую обточку торцов.
178
Штучные заготовки средних размеров (диаметром от 100 до
300 мм), полученные методом штамповки или литья, с отверстием
или без него целесообразно обрабатывать в массовом производстве
по следующему технологическому маршруту:
1) сверление (зенкерование) отверстия на сверлильном станке;
2) . протягивание отверстия шлицевых или шпоночных пазов;
3) запрессовка заготовки на центровую оправку;
4) обработка наружной поверхности на токарном многорезцо-
вом полуавтомате.
Тарельчатые зубчатые колеса диаметром от 300 до 500 мм обра-
батывают на специальных многорезцовых полуавтоматах.
Зубчатые колеса диаметром более 500 мм обрабатывают
станках с креплением на планшайбе.
обычно на карусельных
Режимы резания вы-
бирают по нормативным
справочникам исходя из
условий обработки и
проверки, по приведен-
ным выше формулам
с учетом заданной точ-
ности и жесткости систе-
мы (см. гл. III, § 6).
а) Метод копирова-
ния. Нарезание зубча-
тых колес как с пря-
мыми, так и со спираль-
ными зубьями методом
копирования производят
Рис. 94. Схема нарезания цилиндрического зуб-
чатого колеса дисковой фрезой:
/ — делительная головка; 2 — оправка; 3 — заготов-
ка; 4 — дисковая модульная фреза; 5 — задняя бабка
на универсально-фрезерном станке. Нарезаемую заготовку закреп-
ляют на оправке, установленной в центрах делительной головки
и задней бабки (рис. 94).
Во время работы модульная фреза совершает вращательное дви-
жение, а заготовка вместе со столом получает поступательное
перемещение. После прорезания одной впадины зуба заготовку
с помощью длительной головки поворачивают на одйй зуб, затем
производится обработка следующей впадины и т. д.
При серийном или крупносерийном производстве зубчатые ко-
леса обычно нарезают на несколько штук, закрепляемых на оправке,
что увеличивает производительность за счет сокращения вспомога-
тельного времени на врезание и выход фрезы. '
Если на шпиндельной оправке установить две или три фрезы,
каждая из которых будет прорезать впадины зубьев у одной группы
заготовок, то производительность будет еще больше. В этом случае
применяют многошпиндельные делительные заготовки. Примене-
ние для этих целей полуавтоматических станков, у которых все
вспомогательные движения совершаются автоматически, также по-
вышает производительность.
Значительное увеличение производительности достигается при-
менением твердосплавных фрез. Модульные пальцевые фрезы 1
179
Рис. 95. Обработка зубьев ме-
тодом копирования пальцевой
. фрезой
применяют для нарезания крупномодульных колес, а также для
нарезания шевронных колес 2 на специальных станках (рис. 95).
Деление на таких станках осуществляется автоматически. Для
нарезания реек применяют дисковые модульные фрезы с трапе-
цеидальным профилем.
Метод копирования применяют главным образом в инди-
видуальном и мелкосерийном производстве, а также при ре-
монтных работах. Недостатками этого метода являются: низкая
точность обработки зуба и малая производительность; для по-
лучения теоретически правильного профиля требуется иметь для
каждого заданного числа зубьев фрезу определенного профиля.
При нарезании зубчатых колес
одного и того же модуля, но с раз-
ным числом зубьев необходимо иметь
набор фрез с различным профилем
зубьев.
Машинное время при нарезании
модульными фрезами (в мин)
T^ibi+yjzKis^ (160)
где I — длина зуба; i — число одно-
временно обрабатываемых колес;
у — величина врезания и перебега,
г/=КЛ(£)ф-/() + (2-ь4);
Дф — диаметр фрезы; h — высота
зуба; z — число нарезаемых зубьев;
sM — минутная подача, мм/мин.
Для косозубых фрез в знаменателе надо брать косинус угла
наклона зуба к оси колеса.
б) Метод обкатки. Наиболее широкое применение в зубонаре-
зании получил метод обкатки червячными фрезами и долбяками.
Этот метод в отличие от метода копирования более точен и произ-
водительнее.
Образование зубьев при фрезеровании червячной фрезой осу-
ществляется в результате взаимного зацепления червячной фрезы 1
(червяка) с нарезаемой заготовкой 2 (зубчатым колесом, рис. 96).
На рис. 97 показана схема нарезания зубьев долбяком.
Червячными фрезами нарезают прямые и спиральные зубья
колес. При этом фрезу устанавливают так, чтобы направление вит-
ков ее спирали совпадало с направлением зубьев нарезаемого
колеса.
Для получения спирали на зубчатом колесе кроме движения
обкатки ему сообщают дополнительное вращение в соответствии
с шагом спирали.
Нарезание зубьев при модулях до т = 5 мм осуществляется
в один проход на полную глубину зуба. При больших моду-
лях обработку зубьев разбивают на два прохода: черновую и
чистовую.
180
Точность обработки червячной фрезой со шлифованным профи-
лем соответствует 7—8-й степени точности по ГОСТ 1643—72 и
шероховатостью поверхности до 0,63 мкм (8-й класс).
Режимы резания при фрезеровании червячной фрезой выбирают
исходя из стойкости и качества обрабатываемого материала по
нормативным справочникам. Для получения зубчатых колес с уче-
том требуемой точности обработки необходимо выбранные режимы
главным образом подачу, проверить по выведенным выше форму-
лам (см. гл. V, § 3) с учетом жесткости системы СПИД. Скорость
резания при обработке червячной фрезой, изготовленной из спе-
циальной' быстрорежущей - вольфрамо-кобальтовой стали марок
Рис. 96. Процесс нарезания
зубьев червячной фрезой
Рис. 97. Схема обработки зубьев по методу
обкатки на зубодолбежном станке
Р6К5, Р6М5К5, Р9К10, Р9МУК8 и др., в настоящее время достигает
120 м/мин, а подача s ~ 3 мм на оборот заготовки.
Для повышения производительности фрезерование производят
сборными многозаходными червячными фрезами; предварительное
прорезание впадин на специальных скоростных станках с по-
следующей чистовой или получистовой обработкой зубьев
колес на станках повышенной точности, радиальном врезании
и т. д.
Применение новых конструкций сборных многозаходных фрез
взамен однозаходных позволяет увеличить производительность ра-
боты в 2,5 раза.
Одним из существенных недостатков червячных' фрез является
неравномерность затупления зубьев фрезы и неравномерность их
загрузки.
При обычном фрезеровании червячной фрезой почти весь объем
металла снимается 2—3-мя первыми зубьями фрезы, что ограничи-
вает величину осевой подачи до s = 3 мм!об.
Если стальные зубья снимают стружку такой же толщины,
какой снимают первые зубья, то величину подачи можно резко
увеличить.
181
В настоящее время все шире внедряют в производство новые
фрезы «Прогресс», которые позволяют работать с осевой подачей
s = 6 4- 9 мм/об. Такие фрезы получают путем перешлифования
зубьев из стандартной червячной фрезы по шаблону, контур кото-
рого рассчитывают в зависимости от величины осевой подачи, мо-
дуля и числа зубьев нарезаемого колеса.
С наружного диаметра каждого зуба фрезы сошлифовывают слой
металла, равный разности положения этих зубьев по вновь намечен-
ному пути и пути, сделанному зубьями без их исправления (рис. 98).
Машинное время при нареза-
Рис. 98. Нарезание зубьев фрезой
«Прогресс» и схема распределения тол--
щины снимаемой стружки s зубьями
червячной фрезы
нии цилиндрических прямозубых
колес червячной фрезой (в мин)
То = (Ы + у) z/(n^Soiq), (161)
где b — ширина обода колеса;
i — число одновременно чнаре-
заемых колес; у — величина вре-
зания и перебега; иф — число
оборотов фрезы в минуту;
г — число зубьев нарезаемого
колеса; s0 — подача на один
оборот заготовки; q — число за-
ходов фрезы.
Для колес со спиральными
зубьями в знаменателе форму-
лы (161) вводится косинус угла
наклона зуба к оси колеса.
С помощью долбяков осу-
ществляется нарезание прямо-
зубых и косозубых цилиндри-
ческих колес наружного и
внутреннего зацепления.
При нарезании зубчатых колес с прямыми зубьями долбяк и
заготовка медленно вращаются вокруг своей оси, так же как и
всякая пара зубчатых колес, находящихся в зацеплении.
Долбяк кроме вращательного движения вокруг своей оси полу-
чает возвратно-поступательное движение вниз и вверх (рис. 97).
В результате этих движений на заготовке образуются зубья такого
же профиля, как зубья долбяка.
Для устранения трения задней поверхности зубьев долбяка
о заготовку при обратном ходе заготовка в конце каждого хода
отходит от долбяка и вновь подается на долбяк.
При нарезании косозубых колес дрлбяк кроме возвратно-посту-
пательного движения вдоль оси заготовки совершает дополнитель-
ное винтовое движение.
Преимуществом метода обработки долбя ком кроме возможности
нарезания колес внутреннего зацепления и блочных колес яв-
ляется простота и удобство обслуживания станка, более высокая
точность обработки.
182
Поэтому при обработке точных зубчатых колес част , предва-
рительное нарезание зубьев с припуском 0,6—0,8 мм нг толщину
зуба производят на зубофрезерных станках, а окончательное на
зубодолбежных.
Машинное время при нарезании цилиндрических зубчатых ко-
лес долбяком (в мин)
То=h/spn nm2/(sKpn) • k,
062)
где h — высота зуба, мм; пг — модуль нарезаемого колеса, мм;
z — число зубьев нарезаемого колеса; sp — радиальная подача
долбяка, мм!дв. ход; п — число двойных ходов долбяка в минуту;
skP круговая подача долбяка, мм/дв, ход; k — число проходов.
в) Нарезание кониче-
ских зубчатых колес. Ко-
нические зубчатые колеса
бывают с прямолинейными
и криволинейными зубья-
ми; последние более совер-
шенны, чем первые, так как
более плавны и бесшумны
в работе даже на больших
оборотах.
Для обработки прямо-
зубых конических зубча-
тых колес широкое приме-
нение получили зубостро-
гальные станки, работаю-
щие ПО методу обкатки Рис. 99. Рабочая зона станка для обработки
одновременно двумя рез- 3Убьев конических колес по копиру
цами (рис. 99). Резцы 1
закреплены в каретках станка 2, наклоненных друг к другу под
углом, равным конусности зубьев. Каретки вместе с резцами со-
вершают возвратно-поступательное движение по направляющим,
связанным при помощи ролика 3 с неподвижно закрепленным ко-
пиром 4. За каждый двойной ход резцов производится их радиаль-
ная подача на заготовку.
Так как ролик перемещается по эвольвентному профилю копира
и приводит каретку с резцами к заготовке, то резцы, постоянно
врезаясь в заготовку, образуют на ней конический зуб с эвольвент-
ным профилем. По окончании врезания ролик отводится назад
в исходное положение, а резцы — от заготовки, и производится
деление заготовки на один зуб. Затем цикл повторяется до тех пор,
пока не нарезаны все зубья. Работа ведется по автоматическому
циклу.
При обработке конических колес с модулем tn > 4 мм в усло-
виях крупносерийного производства выгодно применять специаль-
ные станки-автоматы для предварительной прорезки впадин.
При обработке небольших прямозубых конических колес при-
меняют круговое протягивание на специальных станках, где режу-
183
щим инструментом является круговая протяжка. Круговая про-
тяжка состоит из нескольких фасонных резцов, расположенных
в порядке изменения профиля на периферии протяжки.
На рис. 100 показана круговая протяжка, которая, вращаясь
с постоянной скоростью, получает также возвратно-поступатель-
ное движение /—II. Скорость и характер поступательного движения
протяжки зависит от профиля копира станка, подбираемого приме-
нительно к обрабатываемому зуб-
чатому колесу. Таким образом,
траектория рабочего движения
каждого фасонного резца являет-
ся совокупностью скоростей вра-
Рис. 101. Зубофрезерование ко-
нического зубчатого колеса ди-
сковой модульной фрезой:
Рис. 100. Схема обработки кони-
ческого прямозубого колеса кру-
говой протяжкой:
/ — черновые резцы; 2 — чистовые рез-
цы; 3 — зона поворота заготовки на
один зуб; 4 — обрабатываемое зубча-
тое колесо
а — установка заготовки на оправ-
ке; 0 — схема фрезерования впа-
дины между зубьями
щательного и поступательного движения. За один оборот протяжки
полностью обрабатывается одна впадина зуба.
Описанный способ нарезания зубьев в два-три раза произво-
дительнее, чем строгание, и в то же время точность обработки соот-
ветствует точности, достигаемой при нарезании методом обкатки.
Основное время нарезания зубьев конического зубчатого колеса
методом кругового протягивания (в мин)
Tn—(t-\-x)z/&Q, (163)
где t — время нарезания одного зуба, сек\ т — время поворота за-
готовки на 1 зуб, сек\ z — число зубьев нарезаемого колеса.
При отсутствии сцециальных зуборезных станков конические
зубчатые колеса с прямым и косым зубом можно нарезать на уни-
184
версально-фрезерном станке при помощи делительной головки ди-
сковыми модульными фрезами; точность обработки при этом способе
ниже. При этом заготовку 1 колеса устанавливают на оправки
в шпиндель делительной головки 2 (рис. 101, а), который поворачи-
вают в вертикальной плоскости до тех пор, пока образующие впа-
дины между двумя зубьями не займут горизонтального положения.
Зубья нарезаются в три прохода. При первом проходе фрезеруется
впадина между зубьями шириной а2 (рис. 101, б), соответствую-
щей форме впадины на ее узком конце; второй проход производят
модульной фрезой, профиль которой соответствует наружному про-
филю зуба при этом стол с делительной головкой поворачивают
на угол а
tg а = а1~а2/(21).
При таком положении фрезеруются все левые бока зубьев
(площадка 1 — рис. 101,6), за третий проход фрезеруются все
Рис. 102. Схема образования зубьев конических ко-
лес с криволинейными зубьями:
а — конической червячной фрезой; б — резцовой го-
ловкой
правые бока зубьев (площадка 2), для чего делительную головку
поворачивают на тот же угол, но в противоположном направлении.
Нарезание конических зубчатых колес с криволинейными
зубьями обычно производят резцовой головкой с профилем зуба
по дуге окружности или специальной конической червячной фре-
зой (рис. 102).
Косые спиральные зубья образуются в результате обкатки
производящего воображаемого колеса с заготовкой, аналогично
рассмотренному способу образования зубьев конических прямозу-
бых колес.
На рис. 102 представлена схема нарезания криволинейного
зуба методом обкатки червячной конической фрезой. Процесс об-
разования зубьев на станке осуществляется непрерывно: враще-
нием фрезы 5, вращением колеса 2 и круговой подачей фрезы.
Обрабатываемое колесо находится в зацеплении с воображае-
мым плоским колесом /, с которым совершает движение коническая
червячная фреза, обкатывая при этом ‘нарезаемое колесо 2. В ре-
зультате обката на нарезаемом колесе фрезеруются спиральные
зубья.
185
Угол конуса фрезы применяется постоянным и равным 60°. На
наружной поверхности фрезы профрезерованы прямые канавки,
образующие зубья фрезы.
Профиль зубьев выполнен в форме рейки. Шаг рейки, измерен-
ный по образующей, равен нормальному шагу tn плоского колеса;
Рис. 103. Нарезание конических
колес с криволинейными зубьями
резцовой головкой:
1 — инструментальный барабан; 2 —
воображаемое производящее кониче-
ское колесо; 3 — нарезаемое зубчатое
колесо; 4 — зуборезная головка с рез-
цами
угол профиля рейки равен 20 .
Недостатком метода обработки
конических колес со спиральны-
ми зубьями червячной конусной
фрезой является невозможность
обеспечения высокой точности и
чистоты.
На рис. 103—104 приведены
схемы работы станка для нареза-
ния конических зубьев с профи-
лем по дуге окружности резцовой
головкой. На бабке зуборезного
станка автомата (рис. 103) уста-
навливается вращающаяся голов-
ка 7, которая, находясь в контакте
с заготовкой 2, накатываясь по по-
верхности образующего колеса 3,
воспроизводит криволинейный зуб
конической заготовки 2. Заго-
ловка 2, кроме обкаточного дви-
жения, в конце цикла обработки
зуба отходит от головки и совер-
шает движение деления; затем происходит врезание заготовки
в резцовую головку.
По конструкции резцовые головки делятся на односторонние
и двусторонние. Двусторонние головки прорезают обе стороны
впадины; они производительны. Эти головки целесообразно приме-
нять для чернового прореза-
ния зубьев с последующим
чистовым нарезанием в две
установки односторонними го-
ловками, у которых сначала
нарезается одна сторона,
а потом другая.
Двусторонние головки ре-
жут наружными и внутрен-
ними резцами, расположен- Рис. 104. Схемы работы двусторонней (а)
ными поочередно. Каждый и трехсторонней (б) головок
резец одновременно обраба-
тывает боковую сторону зуба и часть впадины (рис. 104, а).
Трехсторонние головки .в отличие от двусторонних имеют на-
ружные, внутренние и средние резцы (рис. 104, б). Наружные и
внутренние резцы обрабатывают только боковые стороны зуба,
а средние резцы только впадины зубьев. Основное время нарезания
186
конических зубчатых колес с криволинейными зубьями опреде-
ляется по формуле (в мин)
То = (^ + т)г/6О, (164)
а)
Рис. 105. Вид червяков:
а — цилиндрический; б — глобоидный
с тоапепеидальной оезьбой (оис. 106.
где t — время нарезания одной впадины зуба, сек\ т — время пово-
рота заготовки на один зуб, подвод и отвод ее в исходное положе-
ние, сек\ z — число зубьев нарезаемого колеса.
г) Обработка червяков и червячных колес. Червячные передачи
имеют широкое применение в машиностроении благодаря своей
компактности, бесшум-
ной и плавной работе.
Червячная передача
бывает с цилиндриче-
ским (геликоидальным)
и глобоидным червяком
(рис. 105).
Сечение витков ци-
линдрического червяка
с осевой плоскостью
представляет собой пря-
молинейную рейку, а у
глобоидного — круговую
рейку.
Среди цилиндриче-
ских червяков наиболь-
шее применение для не-
ответственных передач
получил винтовой чер-
вяк (с архимедовой спи-
ралью), представляю-
щий собой обычный винт
При простоте обработки червячная пара с таким червяком обладает
низким к. п. д. и подвержена быстрому износу, поэтому ее приме-
няют в неответственных, тихоходных и слабонагруженных переда-
чах. Другой разновидностью цилиндрического червяка является
эвольвентный червяк (рис. 106, б). Он представляет собой как бы ци-
линдрическое зубчатое колесо с винтовыми эвольвентными зубьями.
В сечении червяка плоскостями, перпендикулярными оси основ-
ного цилиндра, получаются эвольвенты. Такие червячные пары
часто используют в ответственных передачах при больших нагруз-
ках и скоростях.
Простой разновидностью цилиндрического червяка является
червяк с прямолинейным профилем в нормальном сечении витка и
с эвольвентной боковой стороной витка в сечении, поперечном оси
(рис. 106, в). Такой червяк называется конволюнтным и является
разновидностью эвольвентного червяка. Эти червяки более просты
в обработке, чем эвольвентные, и обеспечивают достаточную точ-
ность зацепления червячной передачи, имеют высокий к. п. д. и
износоустойчивость.
187
• Глобоидные червяки обладают большой поверхностью сопри-
косновения витков с зубьями червячного колеса, что обеспечивает
снижение давления, а следовательно, и износ поверхностей зубьев
червячной пары. Из-за сложности изготовления их широко приме-
няют только в передачах для больших мощностей.
Наиболее простым и дешевым способом изготовления витков
червяка с архимедовой спиралью является нарезание резцом на
Рис. 106. Схемы образования профиля червяков:
а — архимедова; б — эвольвентного; в — конволютного
токарно-винторезном станке. Резец устанавливается так, что его
прямолинейная режущая кромка лежит в осевой плоскости червяка.
При этом винтовая поверхность образуется вращением заготовки и
движением режущей кромки, проходящей через ось червяка. Вин-
товая поверхность такого червяка называется архимедовой, так как
в сечении червяка, перпендикулярном его оси, получается архи-
медова спираль (рис. 106, а).
На рис. 106, б показан способ нарезания витков эвольвентного
червяка. В этом случае резец устанавливается так, что одна его
прямолинейная режущая кромка располагается выше, а вторая —
188
ниже осевой плоскости червяка на величину радиуса г0 основного
цилиндра винтовой эвольвентной поверхности.
Образование винтовой поверхности происходит при вращении
заготовки и движении режущей кромки резца касательно к образую-
щему цилиндру диаметра 2г0. Такая винтовая поверхность назы-
вается эвольвентной, так как в торцовой плоскости червяка полу-
чается эвольвента.
При нарезании витков конволютного червяка (рис. 106, в) резцы
устанавливают так, что их режущие кромки находятся в плоскости,
нормальной к винтовой поверхности.
Образование винтовой поверхности конволютного червяка про-
исходит таким же образом, как и поверхности эвольвентного червя-
ка — при движении прямо-
линейной режущей кромки
резцов, когда она остается
касательной к образую-
щему цилиндру.
Рис. 107. Схема нарезания Рис. 108. Схема нарезания червяка дол-
червяка дисковой фрезой бяком
Описанный метод нарезания червяков резцами точный, но мало-
производительный. В серийном производстве витки червяков вы-
полняют фрезерованием дисковыми или червячными фрезами,
а также обкаткой долбя ками.
Фрезерование дисковыми фрезами осуществляется на специаль-
ных резьбонарезных станках. Фреза имеет профиль впадины в нор-
мальном сечении и устанавливается под углом наклона винтовой
линии Р (рис. 107). Фрезеруется сразу полная глубина .винта.
За один оборот изделия фреза перемещается на величину одного
шага. Вследствие искажения профиля витков нарезание.дисковыми
фрезами является предварительной обработкой профиля червяка.
Наряду с нарезанием червяков дисковой фрезой различные
виды червяков обрабатываются червячной фрезой на обычных зубо-
фрезерных станках. Станок настраивается как на нарезание ци-
линдрического зубчатого колеса с винтовыми зубьями, число кото-
рых принимается равным числу заходов червяка.
Наиболее точным и высокопроизводительным способом обра-
ботки червяков является нарезание червяка долбяком (рис. 108).
Долбяк /, установленный относительно осевой плоскости нарезае-
мого червяка 2, имеет движение подачи вдоль оси червяка. Кроме
189
того, долбяку и червяку сообщается вращательное .движение об-
катки за счет настройки кинематической цепи станка. В результате
сочетания этих движений нарезаются все витки червяка. '
Для нарезания червяков с углом подъема винтовой линии ме-
нее 5—6° долбяк делают с прямыми зубьями, при угле подъема
более 5—6° — с косыми зубьями. Однако необходимость изготовле-
ния долбяков для каждого угла подъема витков нарезаемых чер-
вяков увеличивает затраты на подготовку производства, поэтому
Рис. 109. Схема нарезания глобоидного червяка и
конструкция головки:
1 — левый резец; 2 — червяк; 3 — средний резец; 4 — пра-
вый резец
применение этого способа экономично только в крупносерийном
или массовом производстве.
Наибольшее применение при нарезании глобоидных червяков
получили многорезцовые головки, которые совершают вращатель-
ное движение в плоскости, проходящей через ось червяка (рис. 109).
Профилирующие резцы 1 и 4, режущие кромки которых имеют
профиль основного сечения витка, обрабатывают виток по боковым
его сторонам, резец 3 головки обтачивает червяк по наружному
глобоиду.
Операция нарезания червяка резцовыми головками разделяется
на два перехода. В первом переходе обработка производится с ра-
диальной подачей стола до номинального межосевого размера.
Первый переход предназначен для прорезки впадины на глубину
профиля. Второй переход выполняется при постоянном межосевом
190
расстоянии и предназначен для получения заданной толщины витка
с шероховатостью поверхности не ниже 2,50 мкм (6-й класс). Боко-
вые стороны витка обрабатываются поочередно, с круговой подачей
резцов.
Перед чистовой обработкой необходимо углубить резец в на-
резаемый червяк для снятия припуска под чистовое нарезание.
Это осуществляется поворотом стола станка с резцовой головкой
через цепь дифференциала. Обработка ведется со скоростью реза-
ния v 1 м/мин и подачей на резец s = 0,02—0,04 мм при обиль-
ном охлаждении смесью растительных и животных масел. Для чи-
стовой обработки углубление на сторону витка составляет0,5—1 мм.
После нарезания витков червяк подвергают термообработке,
цементируют, закаливают и отпускают до заданной твердости.
Рис. ПО. Методы нарезания червячных колес:
а — с радиальной подачей; б — с тангенциальной подачей
Шлифование витков производится на зуборезном станке специаль-
ной шлифовальной головкой, поворачивающей ось шлифовального
круга на соответствующий угол подъема каждой точки витка.
Отделку глобоидных червяков осуществляют притиркой или обкат-
кой закаленным полированным роликом на специальном станке.
Шероховатость поверхности достигается 0,08 мкм (10-й класс)..
Обработка червячных колес осуществляется на зубофрезерных
станках червячными фрезами- тремя методами:
1.) методом радиальной подачи; 2) методом тангенциальной
подачи и 3) комбинированным методом.
При методе радиальной подачи заготовка 1 (рис. ПО, а), нахо-
дясь все время в зацеплении с червячной фрезой 2, совершает
радиальную подачу на фрезу до установленного размера, при этом
фреза совершает только вращательное движение. На червячном ко-
лесе получается правильный профиль зубьев при полном зацепле-
нии червячной фрезы с заготовкой.
Недостаток указанного способа заключается в том, что червяч-
ная фреза работает не всеми режущими кромками и изнашиваются
только зубья средней части фрезы.
191
При методе тангенциальной подачи (рис. 110, б) заготовку чер-
вячного колеса 1 устанавливают на размер межцентрового расстоя-
ния А и фрезу вводят с заготовкой осевым перемещением. Фреза 3
имеет коническую заборную часть и, работая всеми режущими
кромками, изнашивается равномерно. В процессе резания фреза не
только вращается, но и перемещается поступательно вдоль своей
оси. При этом заготовка, кроме основного вращательного движе-
ния, связанного с зацеплением, имеет дополнительное вращатель-
Рис. 111. Схема нарезания глобоидного червячного колеса и конструкция фрезы:
1 — корпус фрезы; 2 — клин; 3 — резец левый; 4 — резец левый средний; 5 — клин;
6 — резец правый средний; 7 — резец правый; 8 — нарезаемое червячное колесо
ное движение, зависящее от осевого перемещения фрезы, иначе
зубья червячной фрезы срезают зубья червячного колеса.
Комбинированный метод нарезания червячных колес представ-
ляет последовательное сочетание первых двух методов. Причем
метод радиальной подачи применяют для предварительного нареза-
ния зубьев, а метод тангенциальной подачи — для окончательной
обработки.
При комбинированном методе применяют как червячные фрезы,
так и профильные резцы. Применение профильных резцов для окон-
чательной обработки червячного колеса обеспечивает наиболее
высокую точность.
Машинное время при нарезании червячных колес определяется
по формуле:
а) при фрезеровании методом радиальной подачи (в мин)
TQ = 3mz/(Spn$q); (165)
192
б) при фрезеровании методом тангенциальной подачи -
TQ = 2,94m уz • г/(«т/1ф9), (166)
где т — модуль нарезания колес, мм; z — число зубьев нарезае-
мого колеса; Зт и 2,94 — длина пути инструмента относи-
тельно обрабатываемой детали; $р — радиальная подача, на один
оборот заготовки, мм; sT — тангенциальная подача на один оборот
заготовки, мм; п$ — число оборотов фрезы в минуту; q — число
заходов фрезы.
Обработка зубьев глобоидных, колес аналогична обработке
обычных червячных колес и выполняется специальным инструмен-
Рис. 112. Шевингование червячного колеса
том. На рис. 111 показана схема нарезания глобоидного червячного
колеса и конструкция фрезы. Нарезание зубьев червячного гло-
боидного колеса выполняется в два перехода — нарезание на глу-
бину профиля при радиальной подаче стола до номинального межо-
севого размера и чистовое нарезание при неизменном межосевом
размере с круговой подачей.
Перед чистовым проходом резец углубляют в нарезаемое колесо
для снятия припуска под чистовое нарезание. Это осуществляется
поворотом стола станка с обрабатываемым колесом через цепь диф-
ференциала. Фрезерование заканчивается при достижении задан-
ной толщины зуба и шероховатости поверхности не ниже 20 мкм
(5-й класс).
Отделку глобоидных червячных колес при массовом выпуске
производят шевингованием глобоидным шевер-червяком (рис. 112);
припуск на шевингование не превышает 0,05—0,1 мм. В индиви-
дуальном производстве этот метод не оправдывает, так как такой
шевер — дорогостоящий инструмент.
7 Колев к. с. 193
д) Обработка зубчатых колес с зацеплением Новикова. Зубча-
тые передачи с высокой несущей способностьюразработаныМ. Л. Но-
виковым. Они представляют собой выпукло-вогнутое кругловинто-
вое зацепление с начальным касанием в точке или по линии, рас-
положенной в торцовом сечении колес (рис. 113).
Выпуклый зуб делается на шестерне (с меньшим числом зубьев),
вогнутый — на колесе (с большим числом зубьев). к Профиль зубьев
инструмента имеет круговую форму в осевом сечении фрезы. Про-
ектирование червячных фрез для нарезания зубчатых колес с за-
цеплением Новикова аналогично проектированию червячных фрез
Рис. 113. Схема зацепления Новикова:
Р = 15-4-20°; B/i0= 1,24-1.4; Птп/з0р •
А * _ * A
/ — колесо; 2 — шестерня
для цилиндрических колес
эвольвентного зацепления.
Значения диаметра фре-
зы De, диаметра отверстия d,
длины фрезы L, числа зубьев
в зависимости от нормаль-
ного модуля тп приведены
в табл. 18.
Для определения профиля
зуба необходим исходный
контур инструментальной
рейки. На рис. 114, а показан
исходный контур инструмен-
тальной рейки для выпуклых
зубьев (нормальное сечение),
на рис. 114,6 — для вогну-
тых зубьев (нормальное се-
чение).
Основные элементы про-
филя зубьев определяются
по данным исходного контура
и нормальному модулю тп\
шаг tn = тпп, толщина зуба sn,
к ним относится нормальный
радиусы и размеры зуба.
Толщина зуба подсчитывается по формуле
sn ~ s 4- As + ds,
где s = 0,5 шп — теоретическая толщина зуба; As — абсолютное
значение наименьшего утолщения зуба; 6s — абсолютное значение
допуска на толщину зуба шестерни или колеса.
' Рекомендуются следующие величины As и 6s:
для колеса (выпуклый зуб) модуль тп = 2,5—6 мм, As = 0,1,
6s = 0,18 мм’, модуль тп свыше 6 до 10мм, As = 0,12, 6s = 0,22 мм\
для колеса (вогнутый зуб) модуль тп = 2,5—6 мм, As = 0,15,
6s = 0,3 мм/модуль тп свыше 6 до 10 мм, As = 0,18, 6s = 0,35 мм.
В принятых исходных контурах угол давления ад — 30°.
Размеры, связанные с зацеплением колес (рис. 114), определяются
по следующим зависимостям: Лзах = 1,15 тп\ С{ = 0,3 (для вы-
194
пуклых зубьев), Са = 0,16 тп (для вогнутых зубьев). Расчетный
диаметр фрезы
Р/=Ре-[йзаХ + с; + (й/2)]-
Коэффициент
k = tg ад/г.
Угол наклона стружечных канавок
sin со == tn/(nDt) или sin со = гПц/Dt.
Величина хода стружечных винтовых канавок sK = nDJig со.
Остальные конструктивные элементы принимаются такими же,
как у обычных червячных фрез.
0}015тп
Рис. 114. Исходный контур инструментальной рейки (фреза для ше-
стерни)
Подробные сведения о расчете фрез для нарезания зубчатых
колес с зацеплением Новикова и конструкции резьбовых головок
для изготовления таких червячных фрез приведены в руководящих
материалах Ленсовнархоза и специального конструкторского бюро
луганского завода угольного машиностроения им. Пархоменко
(табл. 18).
е) Отделочные виды обработки зубчатых колес. Отделочные виды
обработки зубчатых колес подразделяются на обработку со снятием
стружки шевингованием, шлифованием, притиркой, зубозакругле-
нием и обработкой без снятия стружки — обкатыванием.
Шевингование зубьев применяют для незакаленных колес. Этот
способ обработки заключается в том, что посредством специального
инструмента шевера 1 (рис. 115) методом его обкатки по зубчатому
7*
195
колесу 2, насаженного на оправку, с поверхности зуба снимают
припуск величиной 0,1—0,25 мм.
Таблица 18
т. мм п’ 2.5 3—3,5 4,0 4,5—5,5 6—7 8—10 11—12
De, мм 80 90 100 112 ’ 125 160 180
L, мм 70 х 80 90 100 112 140 160
d, мм 32 32 40 40 40 50 60
г 10 10 10 10 10 10 10
У круглого шевера на поверхности зубьев профрезерованы узкие
прорези, образующие режущие или зачистные кромки (рис. 116).
Шевер для обработки прямозубых зубчатых колес имеет винто-
вые зубья с углом подъема для чугуна 10°, для стали — 15° л для
блочных колес 5°. Шевер для
Рис. 115. Схема шевингования на спе-
циальном станке
обработки косозубых колес имеет
прямые зубья.
Скрещивание осей шевера и
зубчатого колеса вызывает про-
дольное относительное движе-
ние зубьев шевера и колеса.
Для нарезания шевером всей
поверхности зуба столу 5
(рис. 115) сообщают продольную
подачу 0,1—0,3 мм на один обо-
рот зубчатого колеса. В конце
хода столу сообщают поперечную
подачу 0,02—0,04 мм, после чего
стол возвращается в обратном
направлении; число ходов стола
зависит от величины припуска.
При необходимости получить зубья бочкообразной формы 3
используют предусмотренную в станке качающуюся плиту 4 с крон-
штейном 8 и пальцем 6. Палец связан с койиром 7, укрепленным
в кронштейне и, скользя по копиру, заставляет плиту 4 в конце
хода стола наклоняться. От этого шевер врезается в зубья и фор-
мирует их у краев более тонкими, чем в середине.
Точность обработанных шевингованием колес составляет в сред-
нем до 0,005 мм по шагу и профилю до 0,003 мм — по биению на-
чальной окружности.
Основное время при шевинговании зубьев цилиндрических
зубчатых колес дисковым шевером определяется следующей фор-
мулой:
Lz а
Лшев2шев5пр 5в
(167)
196
где L —длина прохода шевера, равная сумме длины зуба, вреза-
ния и перебега, мм; г — число зубьев колеса; а — припуск на ше-
вингование, мм; пшев — число оборотов шевера, мин; гшев — число
зубьев шевера; $пр — продольная подача на один оборот зубчатого
колеса, мм; sB — вертикальная подача на один ход стола» мм;
Рис. 116. Дисковый шевер
k — коэффициент, учитывающий дополнительные калибрующие про-
ходы (k = 1,2—1,5).
Окружная скорость вращения шевера в процессе работы прини-
мается 75—100 м/мин. Шевингование повышает точность предвари-
тельной обработки зубьев примерно на 1—2 степени точности.
Рис. 117. Схема шлифования колес:
а — методом .копирования; б — методом обкатки
Шлифование зубчатых колес осуществляется двумя Методами —
по методу копирования профильным фасонным шлифовальным
кругом и обкаткой зуба двумя тарельчатыми шлифовальными
кругами или червячным кругом.
На рис. 117, а показана схема шлифования зуба профильным
шлифовальным кругом, которым обрабатывают впадину зуба,
копируя профиль круга, аналогично дисковой модульной фрезе.
197
зами
Рабочая часть круга заправляется особым копировальным меха-
низмом при помощи трех алмазов (рис. 118).
Станки, работающие по методу копирования, получили довольно
широкое применение благодаря большой производительности по
сравнению со станками, работающими по методу обкатки; однако
эти станки дают наименьшую точность 0,010—0,015 мм.
Основное время при шлифовании зубчатых колес методом копи-
рования определяется по формуле
7’0 = 2Ш/ЮООуст • г, . (168)
где L — длина хода стола; i — число проходов; k — коэффициент,
учитывающий время деления, т. е. поворота зубчатого колеса на
зуб (k = 1,3—1,5); ист — скорость возвратно-
поступательного движения стола, м/мин\ z— чи-
сло зубьев зубчатого колеса.
Шлифование зубьев методом обкатки заклю-
чается в том, что-в процессе шлифования вос-
производят зубчатое зацепление пары рейка —
зубчатое колесо, в котором инструментом слу-
жит рейка (рис. 117, б).
Два шлифовальных круга 1 устанавливают
таким образом, что их торцы, совпадают с бо-
ковыми сторонами зубьев воображаемой произ-
водящей рейки 2, находящейся в зацеплении
с заготовкой 3. Круги 1 совершают возвратно-
поступательное движение аналогично вообра-
жаемой рейки 2. Обкатываясь по вращающей-
ся заготовке 5, шлифовальные круги своими
торцами шлифуют поверхность зубьев колеса.
Метод обкатки менее производителен, но дает большую точность
до 0,0025 мм. Для предотвращения погрешностей, связанных
с изготовлением шлифовальных кругов, станки снабжаются спе-
циальными приспособлениями для их автоматической регулировки
и правки.
Основное время при шлифовании чубчатых колес на станках,
работающих методом обкатки двумя тарельчатыми кругами, опреде-
ляется по формуле
= [Ai7(nosnp) + /т] г, (169)
где L — длина хода стола, мм\ i — число проходов; п0 — число
обкатов в минуту; $пр — продольная подача на один обкат, мм-,
т — время на переключение и деление, мин\ г — число зубьев
зубчатого колеса.
Получает также применение производительный метод шлифова-
ния Зубьев абразивным кругом, заправленным в виде червяка
(рис. 119).
. Производительность этого способа в 4—5 раз выше способа
шлифования обкаткой. В последнее время для окончательной от-
198
делки поверхностей зубьев начинают примерять хонингование.
Хон изготовляют в виде зубчатого колеса, сделанного из пласт-
массы, пропитанной мелкозернистым абразивом. Процесс хонинго-
вания выполняется при зацеплении колеса с хоном (без зазора)
с реверсированием вращательным движением (попеременного в обе
стороны) и возвратно-поступательным движением вдоль своей оси.
Припуск на хонингование составляет 0,02—0,05 мм на сторону
зуба. Обработка зубьев ко’лес с модулем 2—6 мм и с числом зубьев
30—50 при обильном охлаждении керосином.
Притирку зубьев шестерен производят после их термической
обработки на специальных станках, где инструментом служат
притиры, чугунные, зубчатые колеса, находящиеся в зацеплении
с обрабатываемым зубчатым коле-
Рис. 119. Шлифование зубьев червячным Рис. 120. Схема притирки зубча-
кругом, тых колес
с маслом. Обрабатываемое зубчатое колесо 3 находится одновременно
в зацеплении с чугунными притирами /, 2, 4. Оси двух притиров
со спиральными или прямыми зубьями наклонены к обрабатывае-
мому зубчатому колесу. Ось третьего притира 2 параллельна оси
обрабатываемого зубчатого колеса и вращается попеременно в раз-
ных направлениях со скоростью 30—40 м/мин для обеспечения
равномерной обработки зуба с обеих сторон.
Кроме вращения, притиром сообщают возвратно-поступательное
движение в осевом направлении по длине 25—30 мм при 60—70
ходах в минуту. Скорость вращения обрабатываемого колеса 30—
60 м/мин.
Давление притиров на поверхность зуба регулируют приторма-
живанием шпинделей двух притиров. Точность обработки состав-
ляет по длине начальной окружности 0,02 мм, по шагу — 0,01 мм
и по профилю — 0,08 мм. Время обработки одного зуба —
3—6 сек.
Во избежание ударов и выкрашивания кромок зубьев*при пере-
ключении шестерен в процессе работы (коробки скоростей станков,
автомобилей и др.) применяют зубозакругление. Для этой цели
пользуются специальным инструментом на зубозакругляющих
199
станках (пальцевыми фрезами или коронными пустотелыми фре-
зами).
Обкатывание незакаленных колес производят в масляной среде
без абразивного порошка в паре с одним или несколькими закален-
ными колесами — эталонами, изготовленными с высокой точностью.
В процессе обкатки поверхности зубьев сглаживаются и накле-
пываются. В связи с тем, что при обкатывании профиль и шаг
/зуба не исправляются, а в ряде случаев даже происходит искажение
профиля и создание из-за наклепа дополнительных внутренних
поверхностных напряжений, этот способ отделки применим для зуб-
чатых колес, не требующих высокой точности, а также для колес,
не подвергающихся термической обработке.
§ 5. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ЧЕРВЯКОВ
При изготовлении различных зубчатых колес и червяков из-за
наличия систематических и случайных погрешностей, которые
появляются в системе СПИД, обработанные зубчатые колеса могут
иметь различные погрешности.
При контроле проверяют следующие основные параметры зуб-
чатых и червячных передач:
1. Биение базового торца определяют индикатором на специаль-
ном приспособлении.
2. Неточность основного шага проверяют шагомером по раз-
ности действительного и нормального расстояния между параллель-
ными касательными к двум соседним одноименным профилям зубьев.
Более точно основной шаг можно проверить на стационарных
приборах.
3. Накопленную погрешность окружного шага определяют из-
мерением окружных шагов последовательно по всем зубьям.
4. Толщину зуба по начальной окружности измеряют штанген-
зубомером. Более точно дает проверка толщины зуба посредством
оптического зубомера.
5. Погрешность профиля зуба, устанавливают специальным
прибором — эвольвентомером со специальным эталонным диском,
который меняется для различных зубчатых колес. Правильность
зацепления часто проверяют по отпечатку при обкатке с эталонным
зубчатым колесом, у которого поверхность предварительно сма-
зывают тонким слоем краски. Чем больше соответствует форма
отпечатка данным техническим условиям, тем лучше качество обра-
ботки зубчатой поверхности.
6. Радиальное биение зубчатого венца проверяют на специаль-
ном приборе, где щуп индикатора устанавливается до впадины
зуба.
7. Смещение исходного контура находят тангенциальным зубо-
мером как радиальное положение исходного контура Относительно
окружности выступов.
. 8. Правильность зацепления можно проверить по шуму с по-
мощью специальных звуковых приборов (фонометров, звуковых
200
Рис. 121. Детали типа рычагов
индикаторов и др.). Чем полнее сопрягаются поверхности зубьев,
тем меньший шум они издают в процессе работы. Пользуясь зву-
ковыми приборами, подбирают такие пары зубчатых колес, которые
издают минимальный шум.
§ 6. ОБРАБОТКА РЫЧАГОВ
К деталям типа рычагов относятся: коромысла, тяги, вилки,
балансиры, поводки и шатуны. На рис. 121, 122 показаны конструк-
тивные разновидности рычагов. Рычаги являются звеньями кине-
матических цепей машин, которые выполняют требуемые переме-
щения деталей с необходимой скоростью или фиксируют их положе-
ния относительно, других деталей.
Детали типа рычагов имеют два или большее количество отвер-
стий, оси которых расположены параллельно или под различными
Рис. 122. Шатун автомобильного двигателя в
сборе
углами. Допускаемые в
технических условиях
отклонения по характе-
ристикам рычагов, вилок
и шатунов устанавли-
ваются ГОСТами. На-
пример, припуски на об-
работку и допуски на
размеры отливок рыча-
гов и вилок должны
быть не более указан-
ных в ГОСТ 1855—70 и
2009—70, а .на разме-
ры их заготовок, по-
лученных в откры-
тых штампах, должны
быть не более указан-
ных в ГОСТ 7505—74.
Технические условия на изготовление шатунов автомобильных
и тракторных двигателей регламентированы ГОСТ' 845—70,
10356—63 и шатунов стационарных дизелей — ГОСТ 8521—70.
Основные технические требования и точности рычагов и шатунов
по указанным ГОСТам и заводским данным характеризуются сле-
дующими данными:
точность диаметров отверстий рычагов и вилок по 2—4-му клас-
сам, у шатунов по 1—2-му классам; шероховатость поверхности
отверстий основных и вспомогательных баз находится в пределах
8—4-го классов; непараллельность осей отверстий допускается от
0,03 : 100 до 0,05 : 100; неперпендикулярность торцов головок
шатунов относительно оси отверстия не более (0,05—0,1) : 100.
Эти1 данные зависят от назначения рычагов. В качестве материала
для рычагов служат: серый и ковкий чугун (от СЧ12-28 до СЧ24-44
и КЧ37-12, КЧ4-35-10), стали обычного качества Ст5, конструкци-
онные и легированные стали марок 20, 35, 45, 40 и др.
202
Карта 5
Технологический маршрут обработки рычага с бобышками
Содержание
операции
Сверление,, цеко-
вание тбрцов бобы
шек и развертыва-
ние отверстий диа-
метром 8А и 10А
Цекование про-
тивоположного тор-
ца бобышки диа-
метром 30 мм
Оборудование
Вертикально-
сверлильный
станок, приспо-
собление
То же
Сверление отвер-
стия под резьбу,
цекование торца
бобышки, зенкова-
ние, нарезание
резьбы М10
Вертикально-
сверлильный
станок, приспо-
собление
Зачистка заусен-
цев
Промывка и про-
дувка детали
Моечная машина
Заготовки для рычагов изготовляют отливкой, ковкой и штам-
повкой. Заготовки сложной формы экономичней отливать. Для
деталей, работающих под небольшими нагрузками, выбираются
менее дорогой и прочный серый чугун. Нежесткие детали, работаю-
щие с толчками и ударами, лучше изготовлять из ковкого чугуна.
Стальные рычаги и вилки из среднеуглеродистой стали, работаю-
щие при значительных нагрузках, для повышения прочности под-
вергают термической обработке (закалка и высокий отпуск.).
В мелкосерийном производстве стальные заготовки получают
в подкладных штампах. При увеличении масштабов изготовления
рычагов более экономичным становится штамповка в открытых
и закрытых штампах. Для повышения точности заготовок приме-
няют калибрование и чеканку. Характер обработки рычагов в зна-
чительной мере зависит от вида производства. В единичном мелкосе-
203
рийном производстве производят разметку торцов бобышек, пазов,
плоскостей, отверстия и других поверхностнй.
В серийном производстве заготовки обрабатывают на универ-
сальных станках посредством применения различных приспособле-
ний. В крупносерийном и массовом производстве рычаги обрабаты-
вают на универсальных и специализированных многопозиционных
станках и автоматических линиях.
Таблица 19
№ опе- раций Виды операций Тип станка
1 Предварительное шлифование тор- Плоскошлифовальный' станок
цов малой и большой головок после- довательно с обеих сторон с вращающимся столом и авто- матическим зажатием детали
2 Сверление и зенкерование отверстия малой головки Вертикально-сверлильный ста- нок с многошпиндельной голов- кой
3 Протягивание отверстия в малой головке Вертикально-протяжный ста- нок
4 Протягивание полуокружности пло- скостей установочных боковых баз и плоскости разъема большой головки То же
5 Протягивание плоскостей под голов- ки болтов
6 Предварительная обработка отвер- стий под болты и фрезерование паза под фиксирующий усик вкладыша Специальный двусторонний сверлильно-фрезерный станок
7 Сверление малых отверстий в боль- шой головке и зенкерование фаски Малый агрегатный трехшпин- дельный станок
8 Шлифование плоскости разъема ша- туна Плоскошлифовальный кару- сельный двухшпиндельный ста- нок Вертикально-сверлильный с многошпиндельной головкой
9 Обработка шатуна в сборе с крыш- кой. Зенкерование и развертывание отверстий под болты у шатуна в паре с крышкой
10 Шлифование торцов большой и ма- лой головок последовательно с обеих сторон Плоскошлифовальный кару- сельный станок с магнитным столом
11 Зенкерование и развертывание от- верстия большой головки Вертикально-сверлильный ста- нок с многошпиндельной голов- кой
12 Запрессовка втулки в отверстие ма- лой головки Пневматический пресс
13 Раскатывание или прошивка втулки после запрессовки Вертикально-сверлильный ста- нок или пресс
14 Шлифование отверстия или тонкое растачивание большой головки Внутришлифовальный или ал- мазно-расточной станки
15 Хонингование отверстия большой головки Вертикально-хонинговальный станок
Примечание. Технологический маршрут обработки шатунов зависит от их кон-
струкции и вида производства.
Маршрут механической обработки рычагов следующий: 1) после-
довательная или одновременная обработка торцовых плоскостей
204
бобышек; 2) обработка основных отверстий; 3) .обработка шпоноч-
ных пазов или шлицевых поверхностей в основных отверстиях;
4) обработка вспомогательных отверстий и нарезание в них резьб.
В табл. 19 и на карте 5 приведены технологические маршруты
обработки рычага с бобышками и типовая обработка шатуна дви-
гателя грузового автомобиля для крупносерийного прризводства
(раздельнокованого шатуна с прямым разъемом), предназначенного
для работы с тонкостенными вкладышами (рис. 122).
На отдельных этапах обработки рычагов используют различные
технологические базы.
При обработке торцовых плоскостей бобышек за базу принимают
поверхности стержня рычага или поверхности головки. При их
шлифовании за базу принимают противоположные плоскости бобы-
шек, устанавливая их на плоскость магнитного стола.
Для обработки основных отверстий за базу берут обработанные
плоскости бобышек и их наружные поверхности. Последующие
заключительные этапы обработки выполняют на базе одного или
двух основных отверстий с использованием опорного торца бобышки.
Фрезерование торцовых плоскостей бобышек целесообразно
проводить одновременно с двух сторон на горизонтально-фрезерном
станке набором фрез с установкой заготовки в приспособлении.
При групповой обработке применяют специальные многоместные
приспособления и специальную многоинструментальную наладку.
В массовом производстве обработку основных отверстий произво-
дят на агрегатных многошпиндельных многопозиционных станках,
а также на протяжных станках.
В серийном производстве основные отверстия обрабатывают
на радиально- и вертикально-сверлильных станках со сменой ин-
струмента в одной операции и быстросменных втулок в кондукторах.
В единичном и мелкосерийном производствах, вследствие неце-
лесообразности применения специальных приспособлений, обра-
ботку основных отверстий и торцов производят на горизонтально-
расточных или токарных станках.
Контроль рычагов на параллельность осей отверстий, на перпен-
дикулярность оси отверстия к торцовой плоскости и т. д. осущест-
вляют универсальными измерительными устройствами, передвиж-
ными и жесткими скобами, индикаторами, а в массовом производ-
стве — при помощи специальных приспособлений.
Глава ix
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СБОРКИ МАШИН
§ 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
СБОРКИ МАШИН
Сборка является завершающей и ответственной стадией маши-
ностроительного производства, в которой сходятся результаты
всей предшествующей работы, проделанной конструкторами и тех-
нологами по созданию машины.
Качество сборочных работ значительно влияет на работоспо-
собность машины, на ее. надежность и долговечность. Поэтому
в производстве сборочные работы имеют первостепенное значение.
Объем сборочных работ значителен и достигает 20—50% общей
трудоемкости на изготовление машины.
Время на сборочные работы в процентах от времени на механи-
ческую обработку в среднем примерно составляет:
в единичном и мелкосерийном производстве............40—50
в серийном производстве............................ 30—35
в крупносерийном производстве . . . ..............20—25
в массовом производстве менее........................ 20
Сборку можно выполнить различными методами и средствами
в зависимости от масштаба производства. При единичном производ-
стве она выполняется по принципу концентрирования операций.
С увеличением масштаба производства происходит переход от кон-
центрации операций к их широкому дифференцированию. Серийная
сборка машин производится преимущественно дифференцирован,-
ным методом.
Из общей сборки выделяется сборка узлов. Узлом называют
такую часть машины, состоящую из нескольких деталей, которую
можно собрать самостоятельно, отдельно от других элементов
машины. Узел может быть составлен из нескольких простых подуз-
лов, связанных между собой посредством крепежных деталей.
Узел, непосредственно входящий в изделие, называется группой,
а узел, входящий в изделие не непосредственно, а через группу,
называется подгруппой.
Приведенная классификация является технологической. В ЕСКД
(ГОСТ 2101—68) подразделяются следующие виды изделий: детали,
сборочные единицы, комплексы и комплекты. За рабочими местами
закрепляются отдельные операции, широко применяется специаль-
ная оснастка и механизация прессов сборки. Создается поточная ли-
ния сборки машин. При дальнейшем увеличении масштаба производ-
ства, т.е. при массовом производстве, вводится конвейерная сборка.
Для упрощения процесса организации*сборку подразделяют
на узловую и общую. Под узловой понимают последовательную
206
сборку подгрупп и групп, а под общей — сборку готовых изделий.
В результате общей сборки получается готовое изделие, соответст-
вующее всем предъявляемым к нему техническим требованиям
и условиям. Технологический процесс сборки состоит из ряда
отдельных операций, среди которых основными являются операции
соединения сопрягаемых элементов изделия.
При сборке различают два вида соединений: подвижные и непо-
движные. Неподвижные соединения обеспечивают неизменное поло-
жение собранных деталей. Неподвижные неразбираемые соединения
выполняются сваркой, клепкой, пайкой, склеиванием, а также
горячей и прессовой посадками.'
Неподвижные разборные соединения получаются в виде посадок:
глухих, тугих, плотных, напряженных, резьбовых, шплинтовых
и соединений со специальными пружинящими деталями.
Подвижные соединения обеспечиваются посадками движения
(скользящей, ходовой, легко ходовой), посадками на шпонку и
шлицы. Такие соединения допускают разборку деталей без их пов-
реждения. Разбираемые соединения должны быть точны, прочны,
допускать многократную сборку и разборку и иметь хороший
внешний вид, без вмятин, забоин и т. п.
При завершении сборки фиксируют окончательную точность,
выходных параметров всей машины.
Технологический процесс сборки складывается из ряда операций,
заключающихся в соединении сопряженных деталей в узлы, а узлов
в машину, отвечающую требованиям чертежей и технических усло-
вий, обеспечивающих правильность выполнения ими их служебного
назначения.
Сборочной операцией называется часть технологического про-
цесса сборки, выполняемая на одном рабочем месте одним рабочим
или бригадой над одной сборочной единицей.
Переходом называется часть операций, выполняемая определен-
ным соединением при неизменном инструменте.
Позиция — часть операции, выполняемая при неизменном поло-
жении приспособления.
К технологическому процессу сборки относятся также операции,
связанные с проверкой правильности действия сборочных единиц
и деталей, например плавности и точности относительных переме-
щений действия смазочной системы, последовательности включения
отдельных механизмов и переходы, связанные с очисткой, мойкой,
окраской и регулировкой машины и ее механизмов.
§ 2. НОРМИРОВАНИЕ СБОРОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ
К числу основных факторов, определяющих технологический
процесс сборки, относится время на выполнение сборочных опера-
ций.
Аналогично станочным работам норма времени для сборочных
работ определяется следующими формулами: -
+ + + (170)
207
Здесь /шт — штучное время на выполнение одной операции сборки
узла или изделия, мин; t0 — основное (технологическое) время,
мин\ — вспомогательное время, мин\ to6 — время на обслужива-
ние рабочего места, мин\ /ф — время на отдых и физические потреб-
ности, мин.
Оперативное время /оп на выполнение одной сборочной операции
равно сумме основного времени to и вспомогательного времени /в.
/0П “Ь ^в*
При сборочных работах время на обслуживание рабочего места
составляет примерно 2—5% от оперативного времени. Перерывы
для отдыха и физические потребности устанавливаются в размере
2—3% от оперативного времени. Общее время на сборку всего
узла или изделия
^шт= ti шт» (171)
t=l
где т — число сборочных операций.
Время на сборку серии (партии) узлов изделий
Т ц = Тиг{п Тпз, (172)
Штучно-калькуляционное время
—7^П]Т Тпз/п, (173)
где п — количество узлов или изделий в серии; Тпз — подготови-
тельно-заключительное время на всю операцию узлов или изделий,
мин.
При заданной программе выпуска изделий такт сборки машин
T = Fr\/Nt
где F — календарный фонд времени, ч; ц — коэффициент исполь-
зования календарного фонда времени; N — программа выпуска
изделий в календарное время:
При проектировании сборочных процессов нормирование работ
обычно производится по данным передовых заводов, выпускающих
аналогичные изделия, причем эти данные корректируются с учетом
применения новой техники и улучшения организационных форм
производства.
Более точное определение норм времени на сборочные работы
ведется на основании расчетов по отдельным операциям и переходам.
§ 3. МЕТОДЫ СБОРКИ
В процессе сборки детали располагают друг относительно друга
с определенной точностью. Эта точность, определяющая качество
получаемых соединений, может быть достигнута с помощью различ-
ных методов сборки. В настоящее время широкое применение полу-
чили следующие методы сборки: сборка по методу полной или
208
частичной взаимозаменяемости, метод пригонки деталей по месту
с неподвижным компенсатором и метод регулировки (с подвижным
компенсатором).
Сборка по методу полной взаимозаме-
няемости заключается в том, что все детали или узлы при их
сборке в машину не требуют какой-либо механической обработки
или пригонки по месту и замена деталей не изменяет характера
работы машины. Точность замыкающего звена размерной цепи при
этом методе достигается каждый раз, когда в размерную цепь вклю-
чают или заменяют в ней звенья без их выбора, подбора или измене-
ния их величин.
Примером использования этого метода может служить сборка
коробок скоростей автомобилей и станков, редукторов и т. п. При
сборке любого экземпляра коробок берутся все входящие туда
детали: зубчатые колеса, валики, шарико- и роликоподшипники,
рычаги и соединяются без какой-либо пригонки или выбора после
изготовления. После этого производится расчет допусков методом
полной взаимозаменяемости для каждой группы деталей. Такая
сборка может быть быстро осуществлена при современных методах
изготовления деталей с заданной точностью или в пределах заданных
отклонений. Сборка по принципу полной взаимозаменяемости
наиболее проста и экономична.
К достоинствам этого метода относятся:
1) возможность сборки машин рабочими невысокой квалификации;
2) наибольшая простота достижения требуемой точности замы-
кающего звена, так как построение размерной цепи сводится к прос-
тому соединению всех составляющих звеньев;
3) возможность экономической организации сборки на поток;
4) простота и дешевизна ремонта машины, которая объясняется
тем, что детали не требуют пригонки по месту;
5) возможность кооперации при изготовлении деталей и узлов.
Недостатком этого метода является высокая стоимость изго-
товления оснастки для производства деталей и сборки.
При массовом производстве принцип взаимозаменяемости оку-
пается. Полная взаимозаменяемость деталей собираемого объекта
является одним из наиболее благоприятных условий для осущест-
вления автоматизации сборочных процессов.
Сущность метода частичной взаимозаменяемости заключается
в том, что требуемую точность замыкающего звена достигают не
во всех размерных цепях, а у подавляющего их большинства. От-
личие рассматриваемого метода от предыдущего заключается
в установлении больших по величине допусков на составляющие
звенья.
Метод пригонки деталей по месту с непод-
вижным компенсатором применяется в тех случаях,
когда допуски основных размеров деталей, образующих размерную
цепь, технологически выполнить затруднительно. В этом случае
детали изготовляют по размерам с расширенными допусками, а тре-
буемая точность механизма достигается пригонкой.
209
Чтобы выполнить пригонку с помощью выбранного неподвижного
компенсирующего звена, необходимо изменить его номинальный
размер на величину припуска на пригонку, достаточную для ком-
пенсации расширенных погрешностей звеньев цепей.
Величина компенсации 6К определяется из уравнения
т — 1
\=«д-вд= 2 (174)
£=1
где бд — величина погрешности замыкающего звена, полученная
при расширенных допусках всех звеньев; 6д — допускаемая вели-
чина погрешности замыкающего звена; т — общее количество
всех звеньев размерной цепи, включая и замыкающее звено; 6'- —
экономически достижимый допуск z-го звена.
При сборке машин пригоночные работы выполняют с помощью
опиловки, зачистки, притирки, полировки и шабровки. Выполняя
пригонку, необходимо добиваться высокого качества рабочих поверх-
ностей. Метод пригонки применяется в единичном, мелкосерийном и
серийном производстве, а также при ремонте машин.
Достоинством этого метода является возможность получения
требуемой точности сборки при сравнительно Широких допусках
на все звенья размерной цепи и незначительных затратах на ос-
настку. Наибольший эффект такой сборки получается в много-
звеньевых размерных цепях.
Недостатком метода пригонки является высокая трудоемкость
пригоночных работ, достигающая 40—50% общей трудоемкости
сборки машины, и необходимость выполнения пригоночных работ
специалистами высокой квалификации.
Метод сборки с индивидуальной пригонкой, требующей сле-
сарных работ, в процессах автоматической сборки не приме-
няется.
Метод регулировки заключается в том, что требуемая
точность замыкающего звена достигается путем изменения величины
заранее выбранного компенсирующего звена без снятия с него слоя
материала. Такие звенья или детали получили название подвижных
компенсаторов.
На рис. 123, а показано достижение требуемой точности бд
занимающего звена, представляющего собой зазор Дд между втул-
ками корпуса 1 и ступицей зубчатого колеса 2. Требуемая точность
достигается методом регулировки компенсирующего звена |Д3’!.
Роль подвижного компенсатора выполняет втулка 3, которую
после сборки всех деталей перемещают в новом направлении до
тех пор, пока не будет достигнута требуемая точность зазора бд.
Положение втулки фиксируется при помощи стопорного винта 4.
Величину замыкающего звена можно определить из равенства
(рис. 123, б) Дд = Аг —А2 или со стороны винта из равенства
Дд — Д1 — А2 —• |д3|.
Решение аналогичной задачи можно осуществить использова-
нием неподвижного компенсатора или проставочных колец (рис. 124).
210
В этом случае —А2 — А3 — А4—р5|: Если допуск
на изготовление компенсатора мал но' сравнению' с допуском замы-
кающего звена и можно пойти на не-
большой риск выхода погрешностей -Н
Рис. 124. Схема достиже-
ния точности методом ре-
гулировки с использова-
нием неподвижного ком-
пенсатора
Рис. 123. Схема для достижения точности
замыкающего звена методом регулировки
с использованием подвижного компенса-
тора
замыкающего звена за пределы допуска, количество ступеней
компенсаторов определяется по формуле
2У = 6к/6Дд4-1. (175)
‘ В противном случае собственными погрешностями компенса-
торов пренебречь, нельзя и расчет числа ступеней компенсаторов
следует вести по формуле:
= <176>
Примером подвижного компенсатора может служить клин
в направляющих салазках токарного станка, механизм поджатия
и регулировки положения колец подшипников качения и т. п.
Преимущество этого метода заключается в возможности восста-
новления первоначальной точности после износа механизма.
§ 4. СБОРКА ТИПОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ПЕРЕДАЧ
В машиностроении наиболее широкое применение получили
резьбовые и прессовые соединения, из передач — зубчатые и цеп-
ные.
Детали, подлежащие сборке, прежде всего должны быть осмот-
рены и приведены в надлежащий вид. Имеющиеся дефекты должны
быть устранены. Перед соединением детали надо промыть, протереть
или обдуть чистым воздухом.
Смазочное масло, если оно предусмотрено, должно быть чис-
тым и соответствовать техническим условиям.
а) Сборка резьбовых соединений. Резьбовые соединения имеют
широкое применение в машиностроении — примерно до 25—30%
211
общего количества соединений деталей машин. Обычно это соедине-
ние осуществляется с помощью болтов, гаек и шпилек. Они позволя-
ют производить неоднократную сборку и разборку без повреждения
и замены деталей. Качество сборки резьбовых соединений зависит
от многих условий, основными из которых являются точность и
чистота изготовления резьбы, от правильной затяжки болтов и гаек,
качества их материала, от правильности резьбового соединения и,
главное, перпендикулярности болта торцовым поверхностям соеди-
няемых деталей. Так, например, в тяжелонагруженных резьбовых
соединениях перекос болта или гайки ведет к обрыву болтов. По
экспериментальным данным только за счет перекоса болтов до 90%
получается обрыв болтов или срыв резьбы у гаек.
Рис. 125. Типы многошпиндельных гайковертов
Сборка резьбовых или болтовых соединений осуществляется
гаечными ключами вручную или специальным одношпиндельным
или многошпиндельным, электрическим, механическим или пнев-
матическим гайковертами.
Длина рукоятки гаечного ключа принимается не более 15 диа-
метров резьбы. Такая длина обеспечивает нормальную затяжку
и исключает возможность срыва резьбы.
При многоболтовых соединениях рекомендуется сначала про-
извести затяжку гаек, ч расположенных посередине, а затем — по
концам детали. Если гайки расположены по окружности, их следует
затягивать крест-накрест. Существует ряд способов затяжки гаек,
обеспечивающих достаточную плотность соединения: затяжка с за-
мером удлинения болта (шпильки), затяжка с замером угла поворота
гайки, затяжка тарировочными ключами ця величину заданного
крутящего момента.
При автоматизации сборки машин обычно применяются стан-
дартные агрегатные одно- и многошпиндельные головки, регу-
лируемые на определенный крутящий момент. Это удобно и
212
выгодно как с точки зрения производительности, так и качества
сборки.
На рис. 125 показаны в общем виде электрические гайковерты.
Во время работы машины, особенно при толчках и вибрациях, резь-
бовые соединения могут самопроизвольно ослабляться. Для пре-
дохранения гаек от самоотвинчивания их стопорят относительно
болта или скрепляемой детали с помощью контргайки (рис. 126, а),
шплинта (рис. 126, бив), пружиной или замочной шайбы(рис. 126, д).
Пружинная шайба благодаря своей упругости создает натяг в резь-
бовом соединении и предупреждает самоотвинчивание. При много-
Рис. 126. Способы предохранения резьбовых соединений от самоотвин-
чивания
болтовом креплении необходимо стремиться к тому, чтобы все болты
были затянуты с одинаковой силой, в противном случае менее проч-
ная из соединяемых деталей может покоробиться и дать трещину.
При многоболтовых соединениях самоотвинчивание предуп-
реждается связыванием болтов проволокой с таким расчетом,
чтобы после стягивания создавалось усилие завинчивания резьбы
(рис. 126, г).
Винты, соединяющие детали из мягкого металла или незака-
ленных деталей, стопорятся накерниванием (рис. 126, ё).
Для стопорения винтов в глухих отверстиях рекомендуется
в отверстие вставлять пружину, которая после затягивания винта,
сжимаясь, создает натяг, препятствующий самоотвинчиванию
(рис. 126, ж)..
При сборке деталей с помощью шпилек необходимо обеспечить
плотную посадку резьбового соединения и перпендикулярность оси
213
Аизм
Рис. 127. Геометрия по-
верхности перед запрес-
совкой
Шпильки плоскости, в которую она ввинчивается. Завинчивание
шпилек в деталь производится с помощью двух гаек, наворачивае-
мых на свободный конец шпильки или специальных ключей, обес-
печивающих нужный натяг. Наибольшая производительность при
постановке шпилек, как и болтов, достигается применением меха-
низированного’ инструмента.
б) Сборка прессовых соединений. Прессовые соединения втулок,
колец и т. п., так же как и болтовые соединения, широко приме-
няются при выполнении сборочных работ. Эти соединения считают-
ся годными, если они обеспечивают прочность и надежность
при подаче нагрузок, непроницаемость
жидкостей и газов.
Прочность прессовых соединений опре-
деляется силами сцепления, развиваю-
щимися на контактной поверхности, и она
тем больше, чем больше величина дей-
ствительного натяга, т. е. натяга после
запрессовки.
Измеренный натяг при прессовой по-
садке определяется разностью номиналь-
ных диаметров вала DB и втулки DA без
учета шероховатости поверхности.
Обозначая максимальную высоту шеро-
ховатости сопрягаемых поверхностей соот-
ветственно HY и Н2 (рис. 127) и полагая,
что смятие гребешков приблизительно
равно 0,5 их высоты, получим действи-
тельный натяг Ад в следующем виде:
Ад ~ Аизм (Ях + Я2). (177)
В зависимости от условий нагружения
действительный минимальный натяг дол-
жен обеспечить прочность прессового соеди-
нения при передаче крутящего момента или осевого усилия, или
совместного их действия.
При сборке прессовых соединений с натягом необходимо знать
величину усилий запрессовки и выпрессовки, так как в зависимости
от их величины подбирается необходимое оборудование для выпол-
нения операции (прессы гидравлические или ручные, съемники).
Наибольшее усилие запрессовки Р, необходимое для сборки
соединения с натягом
Р = fad to, (178)
где f— коэффициент трения при запрессовке (/ — 0,10 ч- 0,20);
d и I — соответственно диаметр и длина отверстия втулки, мм;
о — напряжение сжатия на контактной поверхности, кгс/мм2.
Ввиду сложности вычислений напряжения сжатия о на практике
для ориентировочного определения величины усилия Р (в тоннах),
которое необходимо приложить при запрессовке деталей, пользуются
следующими эмпирическими формулами.
214
Для запрессовки стального вала в стальную втулку
Hl[(D[df-\]
(D/d)* ’ (1 }
где Н — натяг, мм; d — диаметр втулки, мм; d — диаметр отвер-
стия, мм.
Для запрессовки стального вала в чугунную втулку
__4,ЗЯ/ [{£>/</) +0,3]
(£>/d) + 6,35
(180)
Подставим в формулы (179) и (180) наиболее часто встречающееся
отношение D/d = 2, получим:
для стального вала и стальной втулки
Р = 2,18Я/; (181)
для стального вала и чугунной втулки
Р = 1,18/7/. (182)
Усилия, потребные при распрессовке ремонтируемых сопряже-
ний, часто значительно превышают усилия напрессовки, подсчи-
танные по приведенным формулам, особенно если эти сопряжения
заржавели.
При запрессовке контрольные поверхности соединяемых деталей
рекомендуется смазывать машинным маслом. Смазка значительно
уменьшает трение, предупреждает возможные задиры и создает
большую прочность соединения. При этом скорость прессования не
превышает 5 мм/сек.
Повторные запрессовки производить не рекомендуется. Запрес-
совка деталей может быть холодной и с подогревом охватывающей
детали или с охлаждением охватываемой детали.
Холодная запрессовка производится на прессах и поэтому надо
тщательно контролировать и предупреждать появление перекоса
соприкасаемых деталей особенно в начальный момент запрессовки.
Хорошие результаты на прочность прессовых соединений пока-
зывает предварительное упрочнение, или наклеп, поверхностного
слоя металла.
Предварительная накатка роликами поверхностного слоя ме-
талла повышает прочность прессовых соединений в условиях дли-
тельного циклического нагружения колесных пар до 50%. На проч-
ность запрессовки оказывает ряд факторов, основными из которых
являются: чистота обработанного поверхностного слоя, степень
наклепа, натяг и качество соединяемых металлов.
Как показывает практика, подогрев целесообразно производить
при больших диаметрах или сравнительно больших натягах с целью
снижения усилия запрессовки и достижения большой -прочности
соединения. Повышенная прочность прессовых соединений в ре-
зультате тепловых деформаций объясняется тем, что при посадках
не происходит сглаживание шероховатости, что наблюдается при
215
холодной запрессовке. Нагрев производится в масляных ваннах,
газовыми горелками и т. п.
в) Сборка деталей машин с подшипниками качения и скольжения.
Во всех машинах и механизмах применяются подшипники качения
и скольжения.
Шариковые и роликовые подшипники качения за последнее
время получили особенно широкое применение в машиностроении.
Надежная работа таких подшипников может быть обеспечена при
условии строгого соблюдения правил их сборки.
При запрессовке подшипника качения размер его колец изме-
няется: внутреннее кольцо увеличивается, а наружное уменьшается.
Эти изменения вызывают уменьшение диаметрального зазора между
рабочим^ поверхностями колец и шариков.
Рис. 128. Запрессовка подшипников:
а — с помощью оправок; б — на прессе
Вращающееся или внутреннее кольцо подшипника, сопряженное
с цапфой вала, должно иметь посадку с натягом, а наружное —
с небольшим зазором так, чтобы кольцо имело возможность во время
работы незначительно провертываться.
При установке в узле двух или нескольких подшипников необ-
ходимо обеспечить самоцентрирование неподвижных колец в ра-
диальном и осевом направлениях. Это позволит компенсировать
возможные неточности обработки, сборки и температурных деформа-
ций базовых деталей. Несоблюдение этого правила может привести
к перекосам подшипников и заклиниванию шариков.
На рис. 128—129 показаны приспособления для запрессовки
подшипников. При запрессовке подшипников качения с помощью
оправок необходимо, чтобы усилие запрессовки передавалось непо-
средственно на торец соответствующего кольца: внутреннего при
напрессовке на вал, наружного при запрессовке в корпус и на оба
торца колец, если подшипники одновременно напрессовываются
на вал и входят в корпус (рис. 128, а).
При установке подшипника на коротком валу запрессовку можно
производить, прикладывая осевое усилие к валу (рис. 128, б).
216
При установке подшипников на валу, конец которого имеет
резьбу, ее целесообразно использовать как опорную базу для
приспособления (рис. 129).
Через переходную гайку 2 и хвостовик 3 винт 5 соединяется
с резьбовым концом вала. Осевое усилие для напрессовки создается
гайкой 7 со штурвалом. Через упорный подшипник 6, стакан 4
и втулку 1 оно передается на кольцо монтируемого шарикопод-
шипника. После запрессовки особенно при сборке точных подшип-
никовых узлов необходимо проверить зазоры при помощи индика-
торов.
Регулировка радиального зазора в коническом роликовом под-
шипнике производится смещением наружного или внутреннего
Рис. 129. Переносное винтовое приспособление для напрессовки подшипни-
ков на вал
кольца в осевом направлении регулировочным винтом или гайкой
или путем подбора соответствующего комплекта бумажных прокла-
док. Срок службы подшипников качения зависит в значительной ме-
ре от степени предохранения их от грязи и пыли. Поэтому после их
сборки производится установка прокладок, предохраняющих под-
шипник от попадания в их рабочую зону пыли и влаги для задер-
жания смазки.
Неправильно установленный зазор в коническом роликовом
подшипнике может вызывать преждевременный его износ.
Распрессовка подшипников качения производится специальными
съемниками (рис. 130).
Процесс сборки подшипников скольжения состоит из их уста-
новки, пригонки, укладки вала и регулирования опор. Сборку
разъемных тонкостенных подшипников скольжения обычно начи-
нают с пригонки их по шейкам вала. Затем изготовляют смазочные
канавки, если они не были изготовлены заранее на станке и произ-
водят сборку подшипника. Радиальный зазор между цапфой и верх-
ним вкладышем
Д^ = (0,001 4-0,0015) d.
217
Необходимый зазор достигается изменением набора тонких
прокладок из латуни, укладываемых между стыками вкладышей.
В настоящее время для подшипников скольжения широко при-
меняется капрон благодаря его высокой износоустойчивости и низ-
кому коэффициенту трения (/ = 0,055). Зазор при сопряжении капро-'
новой втулки со-стальным валом принимают в 1,5—2 раза больше,
чем у металлической опоры. Нормальная работа подшипников осо-
бенно при многоопорном вале во многом зависит от их соосности.
г) Сборка зубчатых и цепных передач. Процесс сборки зубчатых
и цепных передач заключается в установке и закреплении их на
Рцс. 130. Виды съемников
валу, установке валов с зубчатыми звездочками в корпусе, про-
верке и регулировке этих передач.
Сборка зубчатых передач. Зубчатые колеса наса-
живаются на посадочные шейки вала с небольшим зазором или
натягом вручную при помощи пресса и специальных приспособлений.
Напрессовка может быть осуществлена нагревом шестерни или
охлаждением вала.
Зубчатые колеса контролируются на биение по диаметру на-
чальной окружности и торцу, для чего вал устанавливается в цен-
трах или призмах (рис. 131). Если ось центрального отверстия колеса
эксцентрична оси начальной окружности, то. радиальное биение
приводит к неодинаковььм зазорам при зацеплении. При прессовке
этих осей возникает торцовое биение зубчатого венца и контакт
по длине зубьев недостаточен.
Для достижения правильного зацепления зубчатых цилиндри-
ческих колес надо, чтобы оси валов лежали в одной плоскости и
218
были параллельны. Их выверка производится регулированием
положения гнезд под подшипники в корпусе. Необходимо также
все зубчатые колеса после установки их в корпусе проверить по
зазору, зацеплению и контакту.
На вновь устанавливаемых зубчатых передачах допускаются
следующие величины зазоров. Боковой зазор
Дб = £т,
где Ь -^ 0,02—0,1 — коэффициент, принимаемый в зависимости от
, окружной скорости и типа передачи; т — модуль, мм.
Рис. 131. Проверка непрессованных зубчатых колес на биение:
а — на призмах; б — в центрах
Радиальный зазор
Др = (0,15 ч- 0,3) т.
Производить замену зубчатых колес горных машин необходимо
при боковом зазоре следующей величины:
" Дб = б'т, (183)
где Ь' — коэффициент, учитывающий допустимый износ зубьев
сопрягаемых колес,, Ь' = 0,15 ч- 0,25 для колес 7-й и 8-й степени
точности и Ь' = 0,20 ч- 0,4 для колес 9-й и 10-й степеней точности,
в исключительных случаях для тихоходных колес можно допустить
Ь' - 0,5.
Качество передачи коническими зубчатыми колесами опреде-
ляется правильностью пересечения осей валов передачи, точностью
219
углов между осями колес и величинами бокового и радиального
зазора. Отклонение 8 для осей конических зубчатых колес устанав-
ливается в зависимости от величины модуля. Для модулей от 2
до 8 мм допускаются отклонения
6- (0,015-I- 0,06) т
(184)
При модулях от 8 до 14 мм для колес 8-й степени точности при-
нимают
6-(0,02-^0,15) т. (185)
Чем выше степень точности колес и больше модуль, тем меньше
значение числового коэффициента следует принимать.
Проверка радиального и бокового зазора в конических зубчатых
передачах производится так же, как и для передач с цилиндричес-
кими зубчатыми колесами. Зазоры в пере-
дачах с коническими зубчатыми колеса-
ми можно отрегулировать путем некоторого
перемещения парных колес вдоль вала.
Величины допустимых зазоров для кони-
ческих колес принимают такими же, как и
для цилиндрических.
Проверку зацепления зубчатых кони-
ческих колес производят как при статиче-
ском, так и динамическом состоянии.
Рис. 132. Фланкирован- ® некоторых случаях главным образом
ный зуб шестерни при больших динамических нагрузках,
чтобы избежать ударов и неравномерного
зацепления, рекомендуется для некорригированных и неукорочен-
ных зубьев производить их фланкирование (рис. 132)<
Изменение профиля зуба методом фланкирования исключает
ударное действие сопрягаемых поверхностей зубьев и обеспечива-
ет плавность зацепления.
Червячные передачи по сравнению с цилиндрическими и кони-
ческими зубчатыми колесами требуют наиболее правильного изго-
товления и сборки. Правильная работа червячной передачи зависит
от расположения осей червяка и червячного колеса, от нормального
зазора между рабочими поверхностями, контакта прилегающих
профилей, легкого и равномерного вращения..
Для обеспечения правильной работы червячной передачи между
витками червяка и зубьями колес должен быть боковой зазор,
наличие которого вызывает мертвый ход червяка, т. е. угловое
перемещение при неподвижном колесе. Величина боковых зазоров
для новых передач
Дб- (0,015 -Ь- 0,03) ть
где т — торцовый модуль передачи, мм.
В горных машинах применяются червячные передачи 7, 8 и 9-й
степеней точности (ГОСТ 3675—70); 7-я и 8-я степени точности при
220
окружной скорости червячного колеса 3—6 м/сек-, 9-я степень
точности для всех остальных передач в редукторах. Сборка счи-
тается правильной, если поверхность касания или пятно контакта
составит не менее 80% рабочей длины зуба для быстроходных
передач и 60% для передач на средних скоростях.
Плавность и легкость хода определяется либо вручную, либо
динамометром, тормозным устройством или другими контрольными
приспособлениями.
Сборка цепных, передач. Установка звездочек на
валах и закрепление их при помощи шпонок или шлицев в цепных
передачах производится так же, как и зубчатых колес. Чтобы цепь
правильно набегала на зубья, оси. звездочек должны быть строго
Рис. 133. Соединение концов втулочно-роликовой цепи и устройство стяжек
параллельны, а торцы звездочек лежать в одной плоскости. Допус-
каемое смещение звездочек не должно превышать 1—2 мм. Регу-
лировка осуществляется при помощи шайб или стопора.
Получение бесконечной цепи достигается соединением ее концов
при помощи переходных звеньев. У втулочно-роликовой цепи
(рис. 133, а) соединительное звено состоит из двух роликов, скреп-
ленных пластинками, одну из которых легко снять. Для соединения
концов цепи одну пластинку снимают, оси вставляют в отверстие
втулки конечных звеньев, затем снятую пластинку устанавливают
и оси скрепляют гайками или шпильками.
Таким звеном можно соединить цепи с четным числом звеньев.
Для соединения цепи с нечетным числом звеньев вводится переход-
ное звено, показанное на рис. 133, б. Аналогично производят сборку
пластинчатых зубчатых цепей. Устройство стяжек цепей показано
на рис. 133, виг.
При сборке цепных передач необходимо оставлять некоторое
провисание цепи, которое позволяет правильно укладываться на
зубьях звездочек, что способствует снижению износа цепи. Натя-
жение контролируется при помощи динамометров или пружинных
весов,
221
§ 5. БАЛАНСИРОВКА ДЕТАЛЕЙ ПРИ СБОРКЕ
Балансировка деталей и узлов машин производится для их
уравновешивания. Неуравновешенность деталей может быть след-
ствием неоднородности материала, погрешностей при механической
обработке деталей, неточности сборки из-за перекосов или смеще-
ния сопряжённых деталей, несимметричного расположения утол-
щений, наличия отверстий и т. п. Неуравновешенные массы вра-
щающихся частей нарушают правильную работу машины, в ре-
зультате появляются вибрации, преждевременный износ рабочих
поверхностей валов и подшипников, шестерен и других деталей.
Различают статическую и динамическую неуравновешенность.
Статическая неуравновешенность возникает при смещении центра
тяжести детали массой т относительно оси ее вращения на некото-
рую величину г. Как правило, это относится к дискам или другим
Рис. 134. Планшайба токар-
ного станка
Рис. 135. Приспособление для статической ба-
лансировки:
а — на призмах; б — на роликах
телам с малым отношением толщины к диаметру. В данном случае
при вращении появляется центробежная сила инерции J п\
(186)
где т = G/g — масса тела; G — вес детали; g = 9,81 м/сек?', г —
смещение центра тяжести от оси вращения; со — угловая скорость.
Рассмотрим планшайбу токарного станка. Эта деталь может быть
неуравновешенной из-за поводкового пальца (рис. 134). При вра-
щении планшайбы особенно на высоких скоростях появляются
периодические силы, вызывающие вынужденные колебания шпин-
деля, а следовательно, и обрабатываемой заготовки.
При вращении шпинделя со скоростью от 1000 до 2000 об/мин
и неуравновешенной массы — поводкового пальца, например, мас-
сой в 2 кг — смещение центра тяжести на г = 100 мм вызывает из-
менение центробежной силы инерции от 220 до 440 кгс.
При жесткости технологической системы СПИД /с = 2500 кгс/мм
эта сила вызывает упругие отжатия детали величиной примерно
90—180 мкм и вдвое большее биение заготовки. Если учесть зазоры
в соединениях деталей станков, то погрешности обработки окажутся
еще большими.
222
Для выполнения статической балансировки наибольшее приме-
нение получили приспособления на призмах и на роликах или на
антифрикционных дисках (рис. 135).
Деталь, предназначенная для статической балансировки, плотно
насаживается на прочную шлифованную оправку, концы которой
опираются на горизонтально расположенные призмы. Призмы
закалены и точно прошлифованы. Длина призм берется такой,
чтобы деталь могла свободно сделать не менее двух полных оборотов.
Приспособление монтируется на фундаменте с проверкой по уровню.
При перекатывании по призмам неуравновешенная деталь всегда
останавливается в положении, при котором ее тяжелая сторона
находится внизу. Закрепляя груз Go на противоположной стороне
детали, ее можно уравновесить. Отбалансированная деталь при
перекатывании по призмам каждый
раз останавливается в различных
положениях.
Если груз Gr закрепляют на
другом расстоянии от оси враще-
ния по отношению к грузу Go, то
его вес
Gi = G0 (/о/'t),
где г0 ИГ] — радиусы вращения
грузов Go и Gx.
Деталь считается уравновешен-
ной, если статические моменты от
смещенной и приложенной масс
кового пальца
Рис. 136. Схематическое изображе-
ние планшайбы станка с противо-
весами
вны. Например, ( для повод-
0,
где G/g — масса поводкового пальца; 2 Gz/g — уравновешивающие
массы; rt — расстояние от уравновешивающих масс до планшайбы.
Рассмотрим случай уравновешивания планшайбы (рис. 136).
Пусть точка С — центр масс поводкового пальца и планшайбы.
Выберем все удобные для установки противовесов плоскости I и II.
Найдем веса противовесов Gi щОц, необходимые для статического
уравновешивания планшайбы:
Откуда
(G/g) r = (Gi/^) П +(бц/£)
<М1 = 0п/ц.
G] = Gr/II/(/'i^i + 'Tizi)»
бц = GrZI/(n/Ii Н-гн/]).
(187)
Прикрепив эти массы к планшайбе, статически уравновесим
ее. Вместо прикрепления груза с легкой стороны детали, часто
удаляют металл с тяжелой стороны путем высверливания или
эксцентричного точения.
223
При статической балансировке на1 роликовом приспособлении
(рис. 135, б) деталь вращают, а не перекатывают. Ролики монти-
руют на шириковых подшипниках, что уменьшает вредное дей-
ствие сил трения при балансировке.
' В этом приспособлении имеется устройство для установки
оправки в горизонтальной плоскости, позволяющее изменять рас- ч
стояние между осями роликов и перемещать их в вертикальном
направлении, если цапфы вала или оправка имеют различные
диаметры. Процесс балансировки осуществляется так же, как и на
призмах.
После установления дисбаланса производят повторную или кон- ‘
трольную балансировку. Динамическая неуравновешенность, как
правило, происходит при действии неуравновешенных масс металла,
приведенных к паре сил.
Динамической балансировке подвергаются детали длиной с боль-
шим отношением длины к диаметру (шпиндели, коленчатые валы,
барабаны и т. п.). При дина-
мической балансировке опреде-
ляют величину и положение
грузов, которые нужно прило-
жить к детали или отнять от
нее, чтобы деталь оказалась
уравновешенной статически и
динамически.
Рассмотрим гладкий вал
(рис. 137) и разделим его на две
части. Пусть центры тяжести
G и С2 этих частей лежат
в одной плоскости, но на противоположных сторонах от оси
вращения.
Допустим, что общий центр тяжести вала С находится на оси
вращения. Статически это тело уравновешено, а динамически не-
уравновешено, так как при вращении вала появляется пара центро-
бежных сил J nJ п с моментом М = J nL.
Центробежные силы и моменты инерции, вызванные вращением
неуравновешенной детали, создают колебательные движения из-за
упругой податливости опор. Причем колебания их пропорциональны
величине неуравновешенных центробежых сил, действующих на
опоры.
На этом принципе основаны способы балансировки деталей
и узлов машин. Динамическая балансировка каждого конца тела
(ротора) производится отдельно. При этом опору I (рис. 138) урав-
новешиваемого конца делают подвижной, а противоположную
опору II — закрепляют. Колебание вращающегося ротора при та-
ких условиях вызывает только сила Р, действие же силы Q нейтра-
лизуется. Балансировка свободной стороны ротора заключается
в нахождении величины и направления силы Р и устранения
вредного ее влияния приложением уравновешивающего груза
в определенном месте.
’П
Рис. 137. Схема динамической неурав-
новешенности
224
После уравновешивания одной стороны ротора закрепляют опо-
ру /, а опору II освобождают и находят для этой стороны величину
и место приложения груза, уравновешивающего силу Q.
Уравнение движения системы для случая, когда опора I свободна,
имеет следующий вид:
Мр + Ми-Мс-Л1п = 0. (188)
Момент неуравновешенной силы Р относительно оси колебания
MD~Pa cos о»/. (189)
Если обозначить а — угол отклонения оси ротора от среднего
положения, J — момент инерции балансируемого ротора относи-
тельно оси колебания тела, проходящей через плоскость опоры II
Рис. 138. Схема колебаний динамически неуравновешенного
ротора
и (d2a)/(d/8) — угловое ускорение ротора относительно оси колеба-
ния, то получим момент, возникающий от действия сил инерции
Ма=- J (d2a)/(dt2). . (190) 4
Момент сил сопротивления воздуха, опор и т. д.
MC = R (da)/(dt), (191)
где^ — коэффициент сопротивления; (da)/(dt) — угловая скорость
колебания пружины.
Момент, развиваемый пружиной, при жесткости пружины k
и амплитуде сжатия х = a sin а аа равен:
Л4П=kxa=ka2a. (192)
Подставляем значение приведенных величин в формулу (188):
Ра cos tot — J (d2a)/(dt2) — ka2a — R (da)/(dt) — 0
или
Ра/J cos co/ = d2a/dt — R/J • da/dt+ka2/Ja. (193)
Решая это неоднородное дифференциальное уравнение второго
порядка относительно а, получаем
, а == Р (cos со/ cos ф + sin со/ sin ф)
или
а = Р cos (со/ —ф). (194)
225
8 Колев К. С.
Здесь
a (ka2 — /со2)
Cos ф - (te2-/o)2)2 + ??2<o2 ’
aaR
12
Рис. 139. Принципиальная схема электрической
балансировочной машины
Slnip (ka~ —
Уравнение (194) показывает, что вынужденные колебания систе-
мы отстают по фазе от возбуждающей, их неуравновешенной силы
Р на угол ф, величина которого определяется из выражения
. Sin Ф /1АП
=----3- = ———. (195)
т cos ф ka2 — /со- 4 '
При резонансе, т. е. когда ka2 = /со2, угол ф = 90°, а угода и
угловая амплитуда колебаний ротора имеют максимальное значение.
Изменить резонанс-
ную скорость вращения
ротора можно регулиро- .
ванием скорости пружин
или других упругих де-
талей, заменяющих дей-
ствие пружин в балан-
сировочном устройстве.
Для определения вели-
чины направления не-
уравновешенных центро-
бежных сил в узлах и
деталях машин приме-
няются различные ба-
лансировочные машины,
в которых используются
колебания гибких опор.
На рис. 139 показана
схема электрической ба-
лансировочной машины с упругими опорами. Балансируемая де-
таль 1 установлена на опоры 2 и 12, связанные с катушками 6 и 11,
расположенными в магнитном поле постоянных магнитов 7 и 10.
Если узел неуравновешен, то при его вращении от*вала 4 ка-
тушки 6 и 11 колеблются, в связи с чем в их обмотках возбуждаются
электрические токи,- напряжения которых пропорциональны коле-
баниям катушек. Усилителем 9 эти токи усиливаются и замеряются
прибором 8, градуированным в единицах дисбаланса.
Вместе с, балансируемой деталью в машине вращается ротор
генератора 5. Статор его может также поворачиваться и вследствие
особого расположения катушек изменяет при этом показания
прибора 8.
Если при некотором угле поворота статора показания прибора
равны нулю, то это и есть угол, при помощи которого на шкале
зубчатого колеса 3 устанавливается плоскость расположения не-
уравновешенных масс балансируемой детали. Учитывая, что
плоскость расположения неуравновешенной массы на 90° опере-
226
жает наибольшую амплитуду колебаний узла, числовое значение
величины неуравновешенной массы определяется по показанию
прибора 8 при повороте статора на 90°.
Балансировочные машины имеют две электрические схемы.
Переменным включением одной и другой схемы определяется
неуравновешенность в плоскостях приведения, которые устанав-
ливают заранее в зависимости от конструкции балансируемой
детали. В этих плоскостях снимают металл для устранения дисба-
ланса.
Балансировочные машины автоматизированы. По шкалам при-
боров можно сразу получить необходимые данные: глубину сверле-
ния определенного диаметра, вес неуравновешенного груза, размеры
контргрузов и т. п. Указатели отмечают места, на которые следует
закрепить грузы, или, наоборот, с которых нужно удалить лишний
металл. х
Время балансировки на настроенном станке составляет 1—2 мин.
Балансировку деталей следует производить после окончательной
механической обработки с тем, чтобы последующим снятием металла
не нарушать достигнутой уравновешенности.
Балансировку крупных деталей типа роторов, барабанов и т. п.
обычно осуществляют в подшипниках при работе машин методами
уравновешивания пробными грузами и специальными балансиро-
вочными аппаратами с электрической и механическими схемами.
§ 6. ОРГАНИЗАЦИЯ СБОРКИ
В зависимости от типа производства, трудоемкости процесса
сборки и характерных особенностей собираемой машины различают
две организационные формы сборки — стационарную и подвижную.
Стационарная сборка характеризуется выполнением
сборочных операций на постоянном рабочем месте, к которому
подаются все детали и узлы собираемой машины. Стационарная
сборка может производиться по принципу концентрации или диф-
ференцирования операций.
По принципу концентрации операции машина собирается из
отдельных деталей на одном сборочном месте. По такой форме
необходимы сборщики высокой квалификации и сборка требует
продолжительного времени.
По принципу дифференцирования операций машина собирается
параллельно на нескольких рабочих местах.
Сборка делится на узловую и общую. Каждый узел собирается
из отдельных деталей и подузлов изолированно от других узлов.
Общую стационарную сборку машин можно производить в зави-
симости от их характера и конструкции: 1) непосредственно на
полу, т. е. на необорудованной площадке; 2) на оборудованных
стендах; 3) на фундаментах; 4) на сборочных стендах и т. д.
Общая сборка представляет собой комйоновку и соединение
собранных узлов. В этом случае время сборки значительно сокра-
щается.
227
8*
Подвижная сборка осуществляется свободным или принудитель-
ным передвижением собираемого объекта.
При свободном передвижении собираемый объект перемещается
вручную по верстаку, рольгангу или тележках.
При принудительном передвижении собираемый объект пере-
мещается конвейером или передвигающимися замкнутой цепью
тележками, на которых производится процесс сборки.
Поточная подвижная сборка бывает с периоди-
ческим и непериодическим принудительными движениями конвейера.
Такая сборка производится на транспортных устройствах различ-
ного вида: а) на рольгангах; б) на рельсовых тележках, передви-
гаемых вручную или с помощью электродвигателей; г) на ленточных,
пластинчатых и подвесных круговых конвейерах; д) на подвесных
однорельсовых путях; е) на карусельных столах и т. д.
Движение конвейера — непрерывное или периодическое при-
нимается в зависимости от размера производственной программы,
такта выпуска, сложности сборочных операций и других техноло-
гических факторов.
Отрезок времени между выходом со сборки двух смежных готовых
изделий называется темпом сборки. Темп сборки регулируется
скоростью движения конвейера.
Длина рабочей части конвейера сборочной линии
L = n(/+a). (196)
Скорость движения конвейера
v = (l + a)n/T3i (197)
где Тв — темп сборки, мин; п — число станций на линии сборки;
I — длина собираемого изделия, м; а — свободный промежуток
между двумя собираемыми объектами, обеспечивающий удобство
сборки, м; I + а — длина станции, м.
Время на выполнение сборки при непрерывно движущемся
конвейере
= (198)
При периодически движущемся конвейере время на сборку Тс6
складывается из времени, затрачиваемого непосредственно на сбор-
ку Тн и rfa время передвижения изделия Тп:
Тсб = пТв + Тп(п-1). (199)—-
Время, используемое непосредственно на сборку, характери-
зуется коэффициентом сборки изделия &сб, который представляет
собой отношение времени, непосредственно затрачиваемого на сбо-
рочные операции, ко всему времени нахождения изделия в процессе
сборки.
Таким образом,
^сб--Тсб/(Тсб + Ттр‘4~7' остХ
(200)
228
где Тсб — время, затрачиваемое непосредственно на сборку; Ттр —
время на транспортирование в процессе сборки; Тост — время оста-
новки конвейера из-за различных причин.
При непрерывно движущемся конвейере Ттр = 0 и если никакого
простаивания конвейера нет (Тост = 0), то &сб = 1.
Поточная сборка обеспечивает высокую производительность
и является наиболее совершенной организационной формой сборки
машин.
Поточная подвижная сборка характеризуется следующими фак-
торами:
1) за каждым рабочим местом закреплена определенная сбороч-
ная операция;
2) собранный объект передается на следующую операцию немед-
ленно по окончании предыдущей;
3) на всех рабочих местах сборочной линии работа синхронизи-
рована и производится по выбранному темпу;
4) сборка механизирована;
5) работа всех смежных и обслуживающих поток участков
производства должна быть четкой и слаженной. Высокое качество
работ и необходимая производительность труда достигается
применением различных специальных приспособлений и инстру-
ментов.
Поточная сборка с неподвижным объектом (на стендах) приме-
няется в мелкосерийном производстве особенно для изделий боль-
шого веса, которые нетранспортабельны. В этом случае весь процесс
сборки расчленяется пр операциям на примерно равные промежутки
времени, выполняемые определенными группами рабочих. Каждая
группа рабочих, переходя от одного стенда к другому, выполняет
только определенную операцию в установленный промежуток вре-
мени. Инструмент каждой группы рабочих находится на подвижных
стендах, которые перемещаются вместе с рабочим от одного стенда
к другому.
Эффективность сборочной операции оценивается производи-
тельностью рабочего места, которая выражается количеством
узлов или целых изделий, собираемых в единицу времени.
Критериями технико-экономической оценки выполнения сбороч-
ных операций и общей сборки служат затраты, связанные с их вы-
полнением. Сопоставление затрат на выполнение операций, выпол-
няемых различными методами, позволяет выбрать наиболее эффек-
тивный в экономичном отношении вариант.
Сумма затрат на выполнение общей сборки узла или изделия
5сб= (201)
1=1
где SoZ — затраты, связанные с выполнением одной операции;
п — число сборочных операций.
Трудоемкость сборки определяется суммой штучного времени
на выполнение отдельных операций.
229
§ 7. ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СБОРКИ
МАШИН И ЕЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Исходными данными при разработке технологических процессов
сборки являются:
1) количество машин, подлежащих изготовлению;
2) сборочные чертежи узлов и машины в целом;
3) спецификация деталей, входящих в узлы;
4) технические требования приемки узла и машины.
На основе изучения служебного назначения машины, ее сбороч-
ных и рабочих чертежей, размерного анализа и намеченного коли-
чества машин, подлежащих изготовлению в единицу времени и по
неизменяемым чертежам, выбирается вид, и организационная
форма процесса сборки машин.
Проектирование технологического процесса сборки включает:
1) выбор метода сборки и последовательности операций
сборки;
2) составление схем сборки узлов и машины в целом;
3) разработку операционной технологии и нормирования про-
цессов сборки;
4) распределение сборочных работ для каждого рабочего места
в соответствии с темпом выпуска;
5) определение количества контрольных и испытательных стан-
ций;
6) составление карт технологического контроля сборки;
7) проектирование специальной оснастки приспособлений ин-
струмента, подъемно-транспортных средств для каждого рабочего
места;
8) разработку технологической планировки участков сборочного
цеха.
В зависимости от типа производства разрабатываются маршрут-
ный или операционный технологический процесс сборки. Для
единичного и мелкосерийного производства составляется укруп-
ненный маршрутный технологический процесс сборки или к сбороч-
ному чертежу прилагается схема сборки.
Для серийного и массового производства разрабатывается опе-
рационный технологический процесс сборки, в котором сборка
каждого узла разделяется на операции, переходы, приемы. При
этом составляются схемы и циклограммы сборки. На рис. 140 пока-
зана схема общей сборки машины.
На схеме сборки указывается местоположение деталей и сбороч-
ных единиц, последовательность их поступления на сборку, направ-
ление их движения и характер выполненного процесса — сборки
или разборки.
При построении схем сборки желательно в прямоугольниках
сборочных единиц (узлов и подузлов) указывать трудоемкость ее
сборки. Такие схемы сборки могут заменить обычные карты техно-
логических процессов сборки, как обеспечивающие большую на-
глядность и простоту.
230
Одновременно с разработкой схем сборки машины производится
нормирование всех сборочных переходов для определения трудоем-
кости сборочных работ и построения циклограмм сборки.
Циклограмма сборки устанавливает возможно более короткий
цикл сборки путем совмещения во времени выполнения отдельных
переходов, указывает переходы технологического процесса сборки
и внесения (если это необходимо) изменений в конструкцию машины,
повышающих ее технологичность.
Параллельно с разработкой технологического процесса сборки
должны разрабатываться принципиальные схемы конструкции
всех видов технологической оснастки, необходимой для экономич-
Рис. 140. Схема общей сборки машины
ного обеспечения требуемого качества машины, облегчения труда
и увеличения производительности.
Эффективность запроектированного процесса сборки опреде-
ляется сравнением трудоемкости сборочного процесса запроекти-
рованной машины Тсб с трудоемкостью механической обработки
деталей, из которых собирается машина, Тобр:
£ = Т’сбД’обр*1
Величина k тем меньше, чем выше уровень механизации сбороч-
ных работ и совершеннее технологический процесс обработки
деталей машины. Для единичного мелкосерийного производства
k = 0,5—0,6; для серийного k — 0,3—0,4 и для массового k =
= 0,2—0,3.
Нередко для оценки технико-экономической эффективности
сборочного процесса используют коэффициент загрузки рабочего
места £3, который определяет отношение расчетного количества
сборщиков 7?сб к принятому количеству 7?пр.
Критериями технико-экономической оценки сборочных опера-
ций и общей сборки служат затраты, связанные с их выполнением.
231
Общую сумму затрат на сборку узла или изделия
Ссб= с‘™ (202)
1—1
где С/оп — затраты, связанные с выполнением одной операции;
п — число сборочных операций.
Затраты на выполнение одной операции слагаются из основной
заработной платы сборщиков за выполнение данной операции,
отчислений на амортизацию оборудования, приспособлений, ин-
струмента и цеховых накладных расходов, отнесенных к одной
операции.
Приведенные технико-экономические показатели служат оцен-
кой эффективности сборочных процессов и позволяют сравнивать
различные методы сборки.
§ 8. МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ СБОРОЧНЫХ РАБОТ
При сборке машин и узлов для облегчения труда и увеличения
производительности применяют различные средства механизации
и автоматизации сборочных работ. Выбор этих средств (приспособ-
лений и оборудования) зависит от количества собираемых изделий,
а также от требуемой точности размерных и кинематических цепей
машины.
Наибольшая производительность и точность соединения дета-
лей при сборке достигается с помощью различных механизирован-
ных инструментов, приспособлений и сборочных автоматизирован-
ных станков.
Механизированный инструмент с электрическим, пневматическим
и гидравлическим приводом отличается универсальностью и сравни-
тельно небольшими габаритами. По принципу работы механизиро-
ванный инструмент делится на следующие группы:
1) ударного действия — клепальные и рубильно-чеканные мо-
лотки, шаберы, кернеры, вибраторы и трамбовки;
2) вращательного действия — сверлильные дрели, шлифоваль-
ные машинки, гайковерты, отвертки;
3) давящего действия — ножницы, устройства для гибки раз-
личных профилей и труб;
4) пистолеты для окраски, металлизаторы, дробеметные бараба-
ны, виброшлифовальные установки и т. п. •
Механизированный инструмент укрепляется или подвешивается
на специальной подставке; он изгбтовляется с отдельным
электродвигателем и гибким валом, обеспечивающим удобство
работы.
Приспособления, применяемые при сборке, подразделяются
на следующие виды:
1) для установки и соединения деталей — подставки с приз-
мами для сборки деталей на валу, поворотные схемы для монтажа
деталей с различных сторон и др.;
232
2) для съемки валов зубчатых колес, шкивов, подшипников,
для выемки втулок из цилиндров и др. (рис. 128 и 141), а также
для напрессовки вышеуказанных деталей;
3) контрольные приспособления и испытательные стенды для
проверки правильности сборки и определения действительной
эксплуатационной характеристики сборочного узла или машины.
В качестве подъемно-транспортного оборудования используют
мостовые краны, электрические и гидравлические подъемники
с различной грузоподъ-
емностью и высотой
подъема. Подъемни ки
устанавливают на кран-
балках, поворотных и
передвижных консоль-
ных кранах.
Для транспортиров-
ки деталей и узлов
Рис. 142. Рольганг с поворотным кругом
Рис. 141. Приспособление
для съема зубчатого ко-
леса с вала
применяют электрокары и рольганги. Рольганги размещают прямо-
линейно, подковообразно или замкнуто в виде вытянутой буквы О
(рис. 142). Рабочйе места сборщиков располагают у рольганга и
других транспортных средств в порядке последовательности опе-
раций технологического процесса сборки.
Для подвижной сборки применяют конвейеры. Конвейеры бы-
вают ленточные, тележные, карусельные и подвесные. На рис. 143
представлена схема подвесного конвейера.
Подвесные конвейеры используют для транспортировки деталей
и узлов к месту сборки.
Механизация и автоматизация, связанная с координированием
и закреплением сборочных деталей и узлов, вызывает наибольшие
трудности из-за соединения деталей с высокой точностью. Малей-
шая погрешность координирования, выходящая за пределы допус-
233
Рис. 143. Схема подвесного цепного конвейера
для сборочных работ
ков, может привести к браку или к невозможности соединения дета”
лей.
В качестве фиксирующих элементов применяют конические,
призматические и шаровые фиксаторы (рис. 144).
Относительно простыми и компактными транспортными устрой-
ствами многопозиционных сборочных автоматов и полуавтоматов
являются поворотные
схемы, периодически
поворачиваемые меха-
низмом привода на, за-
данный угол, после чего
обеспечивается необхо-
димая операция на сбо-
рочных позициях.
Для осуществления
периодического поворо-
та применяют следую-
щие механизмы: храпо-
вой, мальтийский, пневматический, рычажно-зубчатый, кулачково-
цевочный.
На рис. 145 показан пневматический рычажно-зубчатый пово-
ротный механизм. На валу 1 механизма закреплено зубчатое ко-
лесо 2. Периодический поворот осуществляется с помощью пневмо-
цилиндра, передающего движение зуба 3. Подвод зуба к зубчатому
колесу и отвод из зацепления выполняется пневмоцилиндром,
Рис. 144. Схемы фиксаторов:
а конический; б — призматический; в — шариковый; / — приспособление;
2 — фиксатор
перемещающим плиту, имеющую паз 4 для направления движений
зуба. Одновременно с выводом зуба из зацепления пневмоцилиндр
перемещается к зубчатому колесу фиксатора.
Преимуществом описанного механизма по сравнению с храпо-
вым механизмом является более высокая долговечность, возмож-
ность настройки на различные углы поворота.
На рис. 146 показана схема автоматической подачи детали
к месту сборки, при которой не только перемещаются детали к месту
сборки, но и каждая деталь определенным образом сориентируется
к другой детали, с которой она должна быть собрана.
234
Детали, поступающие на сборку, насыпаются в бункерное загру-
зочно-ориентирующее устройство 1 (рис. 146), с которого поступают
в лоток 2, а из лотка с помощью питателя 4 подаются к месту
установки в приспособлении 5 или к базовой детали, либо в ра-
бочую зону головки, выполняющей определенную сборочную
операцию.
Для поштучной выдачи детали из лотка применяется отсека-
тель 3.
Рис. 145. Пневматический рычажно-зубчатый поворотный механизм
Имеются различные типы бункерных устройств, служащих для
ориентации и подачи деталей. По кинематике рабочего органа
бункера бывают с вращательным и возвратно-поступательным дви-
жением органа, производящего поштучное извлечение деталей из
общей массы и ориентирование их, а также с колебательным дви-
жением корпуса бункера (вибробункера).
Для отделения деталей по одной от их общего потока, накоплен-
ного в лотке'или в магазине, применяют отсекател^: отсекатели
могут иметь возвратно-поступательное (рис. 147, а)/ качательное
(рис. 147, б) или вращательное движение (рис. 147, в и г). Наиболь-
шую производительность обеспечивают отсекатели с вращательным
движением, однако они пригодны в основном для деталей цилиндри-
ческой формы. Эти отсекатели изготовляют в виде диска 1 или валка
с профильными пазами. Для контроля наличия или отсутствия
235
Рис. 146. Схема автоматической подачи де-
талей
детали применяют механические щупы, связанные с электричес-
кими контактами (микровыключателями), которые замыкая или
размыкая соответствующие цепи, сигнализируют о возникновении
отказов (например, не подана деталь в собираемый узел или не
удален собранный узел из
приспособления и т. д.).
В некоторых случаях
механический щуп пред-
ставляет собой контактную
пружину, на которую воз-
действует проходящая мимо
деталь.
Для более сложных
узлов контрольная пози-
ция имеет систему, содер-
жащую большое количе-
ство щупов, равное ко-
личеству одновременно
контролируемых деталей.
Такова, найример, конт-
рольная позиция автомата
сборки роликовых подшип-
ников, на которой прове-
ряется наличие внутрен-
него кольца. Контроль
сборки соединения деталей
многопозиционных станках
особенно важен на сборочных одно- и
и автоматических линиях.
На рис. 148 показаны схемы одно- и многопозиционных автома-
тов для сборки изделий. Однопрзиционный автомат (рис. 148, а)
имеет станину /, на которой установлены рабочая головка 2 и бун-
кера 3, подающие, детали. Собранные узлы выдаются по лотку 4.
Рис. 147. Схемы различных конструкций отсекателей:
1 — отсекатель; 2 — лоток
На автомате (рис. 148, б) узел собирается' из трех деталей.
На станине 1 располагается сборочное приспособление (рабочая
головка) 2, которое совместно с пневмоцилиндром 4 образует соб-
ственно рабочую позицию автомата; детали поступают из бунке-
ров 3.
236
Планировка автомата определяется конструкцией собираемого
узла. Многопозиционные сборочные станки применяют как в полу-
автоматизированном, так и в полностью автоматизированном ва-
рианте.
Такие автоматы выполняются, как'правило, на базе поворотных
столов, диаметр которых достигает 3—4 м, а число позиций до 36.
Точность поворотных столов может быть довольно высокой — поряд-
ка 0,05—0,025 мм. Производительность таких сборочных автоматов
достигает нескольких миллионов узлов или изделий в год.
На рис. 148, в показана типичная компоновочная схема много-
позиционного сборочного автомата, имеющего 12-позиционный
поворотный стол. На станине 1 автомата расположен поворотный
Рис. 148. Схемы сборочных автоматов:
а — однопозитивный автомат для сборки из двух деталей; б — однопозитивный автомат
с пневматическим приводом рабочего и вспомогательного движения; в — многопозитив-
ный автомат с поворотным столом
стол 2, несущий приспособления, в Которых производится сборка.
Первая — базовая деталь подается бункерно-загрузочным устрой-
ством и устанавливается в приспособлении рабочей головкой 6.
Следующая деталь подается и устанавливается на базовую рабочей
головкой 5.
На позиции соединения деталей в узел находится рабочая го-
ловка 4, к которой из бункера 3 подаются крепежные детали (на-
пример, винты, заклепки и т. д.). После закрепления деталей соот-
ветствующей головкой 8 производится контроль собранного узла.
Годные собранные узлы, прошедшие контрольную операцию,
выдаются в лоток 7, по которому поступают в тару или на
транспортер, перемещающий их к конвейеру или к линии общей
сборки.
В последние годы в промышленности получают применение
сборочные автоматы, в которых сборка совмещается с транспорти-
ровкой. Это так называемые роторные автоматы. Принципиальная
схема такого автомата изображена на рис. 149, Основу автомата
составляет непрерывно вращающийся ротор 7, имеющий 12 блоков
с приспособлениями и инструментами для осуществления процесса
сборки.
237
Рис. 149. Схема сборочного авто-
мата роторного типа
Подача деталей в блоке рабочего ротора осуществляется двумя
транспортными роторами 3 и 6, которые получают детали из авто-
матических загрузочно-ориентирующих устройств 1 и 4 по лоткам 2
и 5. Сборка происходит при перемещении Деталей вместе с блоками
рабочего ротора на участке между
транспортными роторами 6 и 3.
Ротор 8 снимает с рабочего ро-
тора собранный узел и передает
его в лоток 9. При сборке крупно-
габаритных изделий, которые
нельзя собирать на автоматах с по-
воротным столом вследствие того,
что требуется стол больших га-
баритов, применяют автоматиче-
ские сборочные линии. Они под-
разделяются на линии с периоди-
ческим транспортированием (с ша-
говым транспортером), на которых
сборка происходит во время соби-
раемого объекта, и линии с сов-
мещением транспортировки и сбор-
ки (роторные и роторно-цепные
линии).
Рассмотрим автоматическую сбо-
рочную линию для сборки основ-
ного корпуса автомобильного топливного насоса (рис. 150). Эта
линия имеет 22 позиции. На позиции 1 оператор устанавливает
узел данной перемычки в корпус со стороны поступления топлива,
запрессовывает и закрепляет его, затем вставляет прокладку с про-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 /4 16 16 17 18 19 20 21 22
Рис. 150. Схема линия сборки корпуса топливного насоса
тивоположной стороны. После чего он устанавливает корпус на
автоматическую линию. Предыдущие действия при его сборке
выполняются автоматически по порядку позиций 2—22.
Автоматические сборочные линии с совмещением сборки и транс-
портировки собираемого объекта выполняют на базе сборочных
238
автоматов роторного типа, схема которого показана на рис. 149.
При этом несколько рабочих роторов соединяют в одну поточную
систему с помощью транспортных роторов, передающих собираемые
объекты с одного ротора на другой.
§ 9. ИСПЫТАНИЕ И ОКРАСКА МАШИН
а) Технический контроль и испытание машин. Технический
контроль осуществляется как в процессе сборки узлов, так и после
окончания сборки машины. Контролю подвергаются отдельные
соединения, узлы, механизмы и целые машины, для чего на сбороч-
ных линиях предусмотрены места для выполнения контрольных
операций.
Обязательной проверке подлежат все ответственные детали,
соединения и узлы, при выполнении которых возможны неправиль-
ность, неточность сопряжений и взаимного расположения соеди-
няемых деталей. Менее ответственные операции подвергаются так
называемому летучему контролю, т. е. проверяются перио-
дически.
При контроле сборки отдельных соединений и узлов широко
пользуются различными приспособлениями, которые упрощают
выполнение контрольных операций, повышают точность проверки
и уменьшают время, необходимое на проверку.
Если проверкой установлено полное соответствие узла техно-
логическим условиям, контролер ставит клеймо и расписывается
в сопроводительном документе. Если же обнаруживаются погреш-
ности, контролер составляет «дефектную ведомость» и возвращает
узел для устранения дефектов, после чего узел повторно предъяв-
ляется ОТК.
По окончании сборки машина поступает на испытание для опре-
деления эксплуатационных качеств ее работы. Различают три
вида испытаний: приемочные, контрольные и специальные.
Приемочные испытания проводятся с целью выяв-
ления действительной эксплуатационной характеристики машины;
t при этом устанавливается правильность работы узлов (передач,
подшипников, тормозов и т. п.).
Приемочные испытания производят на испытательной площадке
в условиях, близких к эксплуатационным. Записи всех наблюдений,
сделанных во время испытания, вносятся в журнал испытаний и
на основе их делается заключение о качестве выпускаемой машины.
Результаты испытаний заполняются в паспорт машины. Если при
испытании обнаружены дефекты, их записывают в дефектную ведо-
мость и затем устраняют.
Контрольным испытаниям подвергают только те
машины, у которых при приемочных испытаниях обнаружены
дефекты.
Специальные испытания проводят с целью выяв-
ления пригодности новой марки материала деталей или изучения
каких-либо изменений в конструкции узла.
239
Рис. 151. Схема окраски в электростати-
ческом поле:
1 — окрашиваемое изделие; 2 — распылитель;
3 — турбина; 4 — насос; 5 — бачок для краски
Для усовершенствования конструкции машины завод организует
наблюдение за работой машины в условиях эксплуатации. Одно-
временно с этим производится анализ конструктивных и технологи-
ческих недоработок по рекламациям, поступающим от потреби-
телей.
Чем тщательнее производится контроль за качеством изготов-
ления и сборки машин, испытание их под нагрузкой, тем меньше
рекламаций и надежнее выпускаемая продукция.
б) Окраска машин. После испытания машины поступают в ма-
лярный цех для окончательной отделки и предохранения нерабочих
металлических поверхностей машины от ржавчины. -
Процесс окраски включает в себя очистку и обезжиривание,
грунтовку и. шпаклевку поверхностей, шлифовку шпаклеванных
поверхностей и окраску.
Способы окраски зависят
от характера изделий и
деталей, вида производ-
ства, требований, предъяв-
ляемых к качеству окрас-
ки и т. д.
Окраску производят
вручную, кистями, окуна-
нием и распылением. Руч-
ная окраска* кистью при-
меняется в единичном и
мелкосерийном производ-
ствах — она очень трудоем-
ка. Окраска окунанием
применяется в основном в
крупносерийном и массовом производствах деталей простой формы.
Механизированная установка для окраски окунанием состоит из
ванн и специальных камер, составляющих единый агрегат, обслу-
живаемый подвесным конвейером.
Хорошие результаты получают применением окраски распы-
лением с применением сжатого воздуха. Однако при этом способе
потери краски составляют 40—60%. В настоящее время получил
широкое распространение способ окраски распылением в электро-
статическом поле. Сущность его заключается в том, что распыленная
окраска подается в электростатическое поле высокого напряжения
с отрицательным потенциалом на электрических сетках и положи-
тельным на изделии. Частицы краски, несущие отрицательный
заряд, притягиваются к изделию.
На рис. 151 показана схема окраски в электростатическом поле.
Этот метод исключает непроизводительные потери лакокрасочных
материалов и легко поддается автоматизации. Кроме того, этим
методом можно окрашивать неметаллические детали, помещая
за ними металлические экраны.
Сушка окрашенных изделий и деталей производится на воздухе
и в специальных сушильных шкафах и в камерах-конвейерах.
240
Сушка на воздухе (естественная) малопроизводительна. Обычно на
производстве применяют следующие виды искусственной сушки:
1) сушка подогретым воздухом в закрытых камерах при тем-
пературе 55—250° С; воздух подогревается газом, электричеством,
паром;
2) сушка рефлекторная — лучистой энергией тепла электри-
ческих ламп, установленных в рефлекторе;
3) сушка токами высокой частоты; терморадиационная сушка,
использующая инфракрасный спектр излучения. Такая сушка
прртекает в 5—10 раз быстрее, чем сушка по сравнению с обычными
методами. Выбор способа сушки зависит от характера и объема
производства и от вида лакокрасочных покрытий.
ГЛАВА X
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Создание в нашей стране материально-технической базы комму-
низма основывается на достижении высокого уровня производства
и производительности труда. Поэтому в решениях XXV съезда
КПСС, в принятых им «Основных направлениях развития наро-
дного хозяйства СССР на 1976—1980 годы», предусматривается
резкое повышение эффективности и качества производства.
Технический прогресс в народном хозяйстве зависит от уровня
машиностроения, т. е. от количества машин и их качества, от непре-
рывного появления, принципиально новых технологических про-
цессов производства и вытеснения существующих процессов более
точными, производительными и экономичными. Решение этих задач
осуществляется на базе комплексной механизации и автоматизации
технологических процессов, широкого внедрения новой техники
и дальнейшего роста квалификации кадров.
Вопросы повышения качества и снижения веса машин (не в ущерб
прочности), а также уменьшения количества деталей в машине
всегда актуальны. Чем меньше деталей в машине, тем выше ее точ-
ность и надежность в работе. Увеличение масштабов производства
вызовет переход к массово-поточному, непрерывному, автоматизи-
рованному производству, основанному на широком применении
счетно-решающих устройств и механизмов программного управле-
ния. Внедрение механизации и автоматизации потребует осуществле-
ния комплекса новых наиболее выгодных технологических меро-
приятий и нового оборудования. Для их реализации необходи-
ма комплексная разработка технологии и оборудования.
.Одним из основных направлений в машиностроении является
выбор экономических форм заготовок, которые дают наименьшие
технологические отходы.
Непрерывное повышение точности заготовок и приближение
их форм к готовым деталям резко сократит область применения
различных методов обработки, сократит отходы металлов в стружку.
В настоящее время уже имеется возможность получать заготовки
с такой точностью, что понятие «заготовка» детали и «деталь» сов-
падают (при холодной, объемной штамповке, холодной высадке,
литье по выплавляемым моделям и в оболочковые формы, накаты-
вании зубьев и шлицев, применении профильного проката, сварных
и штампосварных конструкций, пластмасс и т. п.).
По плану десятой пятилетки в заготовительном производстве
предусмотрено широкое внедрение принципиально нового техно-
логического процесса получения заготовок и изделий — мето-
дом непрерывной разливки металла при одновре-
менном совмещении его с прокаткой в один общий поток. При
этом производительность труда по сравнению с традиционным
методом возрастет в шесть раз. В то же время значительно
снизятся и удельные капитальные затраты.
242
Непрерывные процессы, наиболее благоприятные и для авто-
матизации, также обеспечат в этой области наибольшую произ-
водительность труда и экономию металла.
Окончательная обработка заготовок должна быть ограничена
конечными операциями на металлорежущем оборудовании.
Можно ожидать, что при обработке заготовок будут преобладать
следующие методы: обработка детали абразивным инструментом,
тонкая обработка лезвийным инструментом, окончательная обработ-
ка без снятия стружки, отделочное шлифование (суперфиниш)
и электрохимические и электрофизические методы отделки поверх-
ностей.
Прогрессивное хонингование, обеспечивающее обработку по-
верхностей с высоким качеством, получит широкое применение во
всех видах машиностроения. Широки перспективы тонкого алмазно-
го обтачивания, растачивания, шлифования и т. п.
При обработке резанием однолезвийные режущие инструменты
будут заменяться многолезвийными, что позволит резко повысить
скорости обработки, а следовательно, и производительность
труда.
В машиностроении все шире применяются методы протягивания
при обработке поверхностей всех основных типов отверстий, плоско-
стей, тел вращения, зубьев и т. д. и многолезвийные неперетачива-
емые резцы и резцовые головки.
Одним из мероприятий в машиностроении является типизация
технологических процессов, т. е. создание таких типовых процес-
сов обработки, основанных на нормализации и унификации техно-
логической оснастки, которые можно применить в различных
отраслях машиностроения.
Особенно эффективной типизация процессов производства будет
после разработки и внедрения единой системы технологической
подготовки производства (ЕСТПП). Эта система обеспечит полную
нормализацию в машиностроении. Она содержит правила органи-
зации и управления технологической подготовкой производства
с использованием в широких масштабах вычислительной техники.
Типизация технологических процессов обеспечивает также эко-
номическую целесообразность применения методов крупносерийного
производства в условиях индивидуального мелкосерийного произ-
водства (примером может служить групповая технология).
Больше внимания будет уделяться электрическим, электрохими-
ческим и ультразвуковым методам обработки металлов, что способ-
ствует повышению точности и быстроты обработки, особенно слож-
ных контуров в закаленных деталях и твердых сплавах.
В десятой пятилетке широкое распространение получат без-
вольфрамовые твердые сплавы как для изготовления различных
изделий, так и режущего инструмента. Внедрение в производ-
ство этих твердосплавных материалов дает большой экономиче-
ский эффект.
Получит развитие также обработка электронным и световым
лучом.
243
При массовом и крупносерийном производствах в механических
цехах шире будет использоваться оборудование, оснащенное раз-
личными многоинструментальными и многопозиционными автома-
тами и полуавтоматами агрегатного типа, снабженными быстродей-
ствующими установочными приспособлениями, совмещающими ряд
различных видов обработки в одну операцию, выполняемую по
принципу параллельно-последовательных концентраций технологи-
ческих переходов. Широкое применение найдут автоматические
линии, построенные на базе стандартных силовых головок. Это вы-'
годно и удобно при переналаживании технологических процессов.
Крупные работы проводятся в области модернизации оборудо-
вания и замены устаревших станков. Универсальные станки стали
оснащаться различными автоматическими, разгрузочными и изме-
рительными устройствами, зажимными и установочными приспо-
соблениями, гидрокопировальными суппортами и другими устрой-
ствами. Большая программа намечена также по созданий новых
типов высокопроизводительных станков и комплексных автомати-
ческих линий.
Широкое применение получают самоподнастраивающиеся станки,
а также станки с применением программных систем управления
с помощью магнитной ленты или перфорационных карт.
Необходимо внедрять в практику ремонта оборудования, особенно
на рудниках и предприятиях черной и цветной металлургии, пере-
довые методы восстановления изношенных деталей (вибродуговую
наплавку, металлизацию напылением, наплавку твердым сплавом,
азотирование, упрочение поверхностным наклепом и др.), позволяю-
щие не только восстановить размеры детали до номинальных, но
и повышать их износостойкость.
Следует значительно больше уделять внимания отделке трущихся
поверхностей, так как это способствует повышению долговечности
машины. Ремонтное дело должно развиваться по пути большей
специализации на ремонтных заводах, что позволит улучшить ка-
чество ремонта, уменьшить трудоемкость и стоимость его выполне-
ния. В дальнейшем в конструкциях механического оборудования
все больше будут применяться перемонтируемые взаимозаменяемые
детали и узлы, непосредственно заменяемые на новые при эксплуата-
ции и ремонте машин.
Будет продолжаться широкое внедрение поточных методов
сборки с максимальной механизацией сборочных работ.
Автоматизация сборочных работ потребует повышения взаимо-
заменяемости деталей и узлов машин и ужесточения допусков на
размеры. Для улучшения условий автоматизации и механизации
сборочнык работ необходимо совершенствовать конструкции де-
талей и компоновку машин, повышать точность размерной обра-
ботки, оптимизировать допуски и размерные цепи машин.
Вместе с тем для автоматических сборочных линий необхо-
димо создание механизированного инструмента, установочных меха-
низмов, автоматических транспортов с программно-решающими
устройствами и другого специального оборудования. На возмож-
244
ность механизации и автоматизации производственных процессов
большое внимание оказывает конструкция машины и ее элементов.
Не всякая конструкция обеспечивает условия повышения произво-
дительности труда и целесообразность автоматизации производ-
ственных процессов, а лишь конструкция, разработанная с учетом
технологических требований производства.
Современное развитие техники предъявляет к технологическим
методам производства новые требования, что вызывает непрерыв-
ное совершенствование этих методов.
ЛИТЕРАТУРА
Активный контроль в машиностроении. Справочное пособие под ред.
Е. И. П е д ь. М., «Машиностроение», 1971.
Балашкин Б. С. Основы технологии машиностроения. М., «Машино-
строение», 1969.
Беспалов Б. Л., Глейзер Л. А., К о л е с о в М. А. и др. Техно-
логия машиностроения. М., «Машиностроение», 1973.
Данилевский В. В. Технология машиностроения. «Высшая школа»,
1972.
Е г о р о в М. Е., Д е м е н т ь е в В. И, и др. Технология машиностро-
ения. М., «Высшая школа», 1965.
Кован В. М., Корсаков В. С. и др. Основы те.хнологии машино-
строения. М., «Машиностроение», 1965.
Колев К. С. Точность обработки и режимы резания. М., «Машино-
строение», 1968 и 1976.
Корсаков В. С. Основы технологии машиностроения. М., «Высшая
школа», 1974.
Корсаков В. С. Основы конструирования приспособлений в машино-
строении. М., «Машиностроение», 1971.
Маталин А. А. Точность механической обработки и проектирование
технологических процессов. «Машиностроение», 1970.
Новиков М. П. Основы технологии сборки машин и механизмов. М.,
«Машиностроение», 1969.
Самоподнастраивающиеся станки. Управление упругими перемещениями
системы СПИД. Под ред. Б. С. Балашкина М., «Машиностроение», 1970.
Справочник технолога-машиностроителя. М., «Машиностроение», т. 1, 1972
и т. 2, 1972.
Шилов П. М. Технология производства и ремонт горных машин. М.,
«Недра», 1971.
Скраган В. А. и др. Лабораторные работы по технологии машино-
строения. Л., «Машиностроение», 1974.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Основные надписи на технологических документах
Основные надписи выполняют по ГОСТ 3.1103—70 и располагают в правых
верхнем и нижнем углах технологических документов.
В графах основной надписи, расположенной вверху (номера граф на формах
показаны в скобках), указывают:
в графе 1 — наименование или индекс предприятия — разработчика Техно-
логических документов, а при необходимости также обозна-
чение цеха, в котором осуществляется технологический про-
цесс;
в графе 2 — наименование технологического документа, например: «Опе-
рационная карта технологического процесса механической
обработки»;
в графе 3 — литеру, присвоенную данному технологическому документу
по ГОСТ 3.1101—70 (графу заполняют последовательно, начи-
ная с крайней левой клетки);
в графе 4.— наименование детали, на которую составлен технологический
документ (для единичных технологических процессов); наиме-
нование классификационного типа обрабатываемых деталей,
например: оси, шайбы, валы, втулки, шестерни и т. д.
в графе 5 — обозначение детали в соответствии с основным конструктор-
ским документом (для единичных технологических про-
цессов);
в графе 6 — обозначение технологического документа;
в графе 7 — технологический шифр.
Виды технологических документов
1. К технологическим документам относятся графические и текстовые до-
кументы, которые в отдельности или в совокупности определяют технологиче-
ский процесс изготовления изделия и содержат необходимые данные для
организации производства.
2. Документы подразделяют на следующие виды:
№ п/п Виды документов № формы № стандарта
1 Маршрутная карта (первый или заглав- ный лист) 1 ГОСТ 3.1105—71
2 Операционная карта технологического процесса механической обработки (первый или заглавный лист) 1 гост 3 1404—71
3 Карта эскизов и схем (первый или заглавный лист) 3 гост 3.1105—71
4 Материальная ведомость (первый или заглавный лист) 5 гост 3.1105—71
5 Ведомость оснастки (первый или за- главный лист) 6 гост 3.1105—71
6 Операционная карта технического контроля (заглавный лист) 1 гост 3.1410—71
247
Форма 1, ГОСТ 3.1105—71
2
оо
(1) (2) Лит. <4) | (6)
(3) . (5) | (7)
Материал Еди- ница изме- рений Масса детали Заготовка Еди- ница норми- рова- ния Норма рас- хода Раз- мер пар- тии
Наименование, марка ГОСТ или ТУ Твер- дость Обозначение Вид и обозначе- ние Профиль и размеры Коли- чество дета- лей Масса
круг калиброванный 26(4) ГОСТ 7417—57 А 12 ГОСТ 1414—54 НВ 137 113100 кг 0,142 пруток ®26 1 = 3000 50 12.5 - кг 1000 изд. 250 3000
Подпись и дата № цеха № участка । № операции Наименование и содержание операции Оборудование (наименова- ние, обозна- чение и инвен- тарный номер) Приспособле- ние и инстру- мент (наиме- нование и обозначение) Коэффициент штучного времени Кол. рабочих) Профессия Разряд ра- боты Обозначения Расценка Т шт Расценка
тарифной сетки вида нор- мы единицы нормир. Т из
Инв. № дубл. 02 1 10 Автоматная обработка Шестишпин- дельный автомат 1265-М № 1570 Цанга зажим- ная П-5-163 Цанга подающая П-5-161 1 Авто- матчик 4 ХОЛ. час Тббб шт. 0,13 0—70 12,7 7—00
Взамен инв. № 1 02 2 20к Зенкование отверстия Вертикально- сверлильный станок НС-12 № 1082 Приспособле- ние П-01023 Сверло Р-01013 1 Свер- лиль- щик 2 ХОЛ. час Гооо шт. 0,3 0-15 3,43 1—50
Подпись и дата 02 2 ЗОк Контроль ОТК Пробка НПОО № 186 Скоба НСОО-215 Калибр К8-56 1 Кон- тролер 2 ) ХОЛ. *
Инв. № подлин- ника 11 1 Ill 1 III Разработал I | | | Лист
II 1111 1 III Проверил ||||
II 1 , I 1 1 ‘ | 1 1 I Нормировал | | 1 1 Листов
Изм. | Лист | № документа j Подп. | Дата | Изм. | Лист | № документа | Подп. | Дата | Контролер I I | |
Форма 1, ГОСТ 3.1404—71
(1) (2) Лит. <4) i (6)
1 1 <5> 1 (7)
Материал Единица измере- ния Масса детали Заготовка
Наименование вида Обозна- чение вида Профиль и размеры, мм Твер- дость Коли- чество деталей Масса
Наименование, марка, ГОСТ или ТУ Обозначе- ние
Круг, калибр 26 (4) ГОСТ 7417—57 А 12 ГОСТ 1414—54
кг 0,142, втулка 3701201-1 Ф 26; 1=52 НВ\57 1 0,142
Единица нор- мирования Норма рас- хода Размер пар- тии ТТ 1 Номер участ- ка Номер опе- рации Оборудование Коэффициент штучного времени Кол. рабо- । чих Кол. обраба- | _тываемых деталей Профессия Разряд рабо- ты Тарифная сетка 1 Вид нормы Единица нормир. Т пз Рас- ценка То т« Т шт Рас- ценка
Наименова- ние Обоз- наче- ние
Подпись и дата кг 1000 250 3000 2 20 Вертикально- сверлильный , станок НС-12 1 1 сверл. 2 хол. хр. час. 1000 0,3 0—15 1,2 2330 3,43 1—50
Приспо- соблен. Наименование Приспособление | Охлаждение
Обозначение П-01023 |
Иив. № дубликата 1: № пе- । рехода Содержание перехода ' № пози- ции Инструмент Расчет, размеры, мм Режим обработки
Наимено- вание Обозначе- ние Диаметр,! _ ширина 1 Длина / I s | n I а | i | То I Гв
1 Установить деталь в приспособ- | ление и закрепить | 1 1 1 i 1 I
Взамен инв. № 2 Зенковать фаску | i Сверла Р-01013 | 12 | 2,5 I 2.5 | 0,08 | 750 | 32 1 1 | 0,07 ' 2330
3 ! Снять деталь | 1 1 1 ! . 1 1 1 1 1 1 I ’
4 1 Рабочий контроль: | ! 1 ! Illi J 1 1 1
) проверить наличие фаски
j Визуально|
249
______I_____! .________|_____|_____1_______|______|__________I______I_____| Разработал f j | Лист
~ I ~ I ~ |~ I 1 I I ! ' I i Проверил j I j
_______Р___j |______|______|______! ' j___________j_______I___ | Нормировал I j f Листов
Изм. I Лист | I Подп. I Дата j Изм. I Лист I I Подп. I Дата | Контролер ! I
j [ Mtn1a | J | J | Mcnia III I i
Форма 3, ГОСТ 3.1105—71
(2) Лит. 0) (6)
(3) (5) (7)
№ операции
Инв. №i Подпись и Взамен инв. Инв. № Подпись
подлинника дата № дубликата дата
Разработал Лист
Проверил
- Нормировал Листов
Изм. Лист № документа Подпись Дата Изм. Лист № документа Подпись Дата Контролер
Инв. № подлинника Подпись и дата Взамен инв. № Инв. № дубликата Подпись и дата
Изм.
Лист
№ документа
Подпись |
Дата
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Контролер J Нормировал | Проверил | Разработал
| Листов
** со to — № строки
Г424-3701016 Г424-3701201 । Обозначение
Гайка | Вал j | Детали S3 я я о “ К и S о и s • о
— — Количество на изде- лие (1) (2)
Единица измерения
0,002 t£*0 Масса детали
10-5—ГОСТ 8560—67 А12—ГОСТ 1414—54 Шестигранник 26 (4)—ГОСТ 7417—57 А12—ГОСТ 1414—54 | Круг калибров ; Обозначение | Материал |
Пруток | Пруток Вид и обоз- начение | Заготовка | 1 1 <3) 1 1 <5) | Лит. | (4)
— 510 1 = 2500 1 — | ф 26 1 = 3000 1 Профиль и размеры Количество
to СП Масса
0,005 Г£‘О | на деталь | Норма расхода|
0,005 1 W0 | на изделие q
Механический | Автоматный Маршрут по цехам ♦
Форма 5, ГОСТ 3.1105—71
Форма 6, ГОСТ 3.1105—71
Инв. № Подпись и Взамен Инв, № Подпись
подлинника дата инв. № дубликата дата
(1) (2) Лит. (4) (6)
1 <3) 1 (5) (7)
№ Обозначение № опера- ции Приспособление и вспомогательный инструмент Режущий и измерительный инструмент
строки Наименование Обозначение Количе- ство Наименование Обозначение Коли- чество
1 Сборочные единицы I 1
, 2 ’ | 50-04 | 40 | Штамп | Ш11-50 1 Штангенциркуль ШЦ-1 — ГОСТ 166—63 ; 1 1
3 | Детали ( 1 1 1
4 | 50-02 | 20 1 Штамп | ШЗ-23 1 I
5 | Пинцет | П88260 1
6 | 50-01 1 10 | Штамп | Ш11-47 1 | Штангенциркуль | ШЦ-1 — ГОСТ 166—63 1 ।
1 1 ' 1 Пинцет | П88260 • 1 1
8 Н021 | 1 Ю I । Ролики j Ш-19085-8 6 1 Матрица | Ш-19082—12 1 1
9 ! 1 Нож отрезной | Ш-19105-13 1 1
10 1 1 1 Щуп I 0.2 — ГОСТ 882—64 j 1
11 1 II 1 Плита проверочная ГОСТ 10905—64 1
12 1 I’i 1 1
13 1 II 1 1
14 | 1 ; 1 | 1
15 1 |i I 1 1
16 Г . II 1 1
II I Illi 1 | | Разработал | | | | Л ист
|| | 1 1 1 1 1 II Проверил 1|||
II 1 1 1 Ц 1 1 | . | Нормировал j | | | Листов
Изм. | Лист| № документа | Подпись | Дата| Изм.| Лист) № документа | Подпись | Дата| Контролер | | 1 !
Форма 7, ГОСТ 3.1410—71
Инв. № Подпись и Взамен Инв. № Подпись и.
подлинника дата инв. № дубликата дата
(1) (2) Лит. (4) (6)
1 (3) 1 (5) (7)
№ опера- ции 40к Обозначение операции 40 Должность, профессия исполнителя Контролер Разряд работы 2 Норма времени 2,5 мин
№ пере- хода Содержание перехода, контроли- руемый параметр Средства контроля Процент контроля Особые указания
Наименование и харак- теристика Обозначение
1 Проверить 0 10,25+0’24 Пробка НП00-186 5
2 Проверить 0 12+0’43 Пробка НПО 1-003 1
3 Проверить размер 52_0>4 Сноба НС00^215 1
4 Проверить наличие фасок и т. д. 2 Визуальна
Разработал Лист
ч Проверил
Нормировал Листов
Изм. Лист № документа Подпись Дата Изм. Лист № документа Подпись Дата Контролер
ОГЛАВЛЕНИЕ
С игр.
Предисловие ....................................................................................... 3
Введение .......................................................................................... 5
Глава /. Основные понятия и определения 8
Глава II. Выбор и производство заготовок
§ 1. Виды заготовок и методы их изготовления................................................ 12
§ 2. Припуски на обработку ..................................................................... 15
§ 3. Расчет припусков на восстановление детали............................................... 21
Глава III. Точность при резании металлов
§ 1. Погрешности обработки, их* классификация и причины возникно-
вения ............................................................... 26
§ 2. , Геометрические и кинематические погрешности системы СПИД ... 28
§ 3. Жесткость технологической системы СПИД........>............................................ 31
§ 4. Определение погрешностей по жесткости системы СПИД при точении 36
§ 5. Определение погрешностей по прочности и жесткости системы СПИД
при растачивании................................................ . . . 43
§ 6. Определение погрешностей в системе СПИД при изготовлении зуб-
чатых колес..........................J............................... 46
§ 7. Деформация в системе СПИД при шлифовании.......................... 51
§ 8. Влияние центробежных сил на точность обработки. 52
§ 9. Погрешности Ъбработки из-за эксплуатационного нагрева. 55
§ 10. Понятие о размерных цепях......................................... '59
Глава IV. Основы базирования деталей и виды приспособлений,
применяемых при их механической обработке
§ 1. Базы, их классификация и назначение...................... . . . 64
§ 2. Выбор баз. Принципы постоянства и совмещения баз............................................. 69
§ 3. Несовмещение исходной, конструкторской и установочной баз ... 71
§ 4. Основные схемы базирования по опорным базам................................................. 73
§ 5. Погрешности базирования и закрепления обрабатываемой заготовки 75
§ 6. Приспособления, применяемые при механической обработке .... 80
Глава V. Суммирование погрешностей обработки и определение
режимов резания
§ 1. Суммирование погрешностей обработки......................................................... 82
§ 2. Методы управления суммарной погрешностью системы СПИД ... 86
§ 3. Определение режимов резания ................................................................ 89
§ 4. Статистические методы исследования точности обработки и предупре-
дительный контроль................................................. 91
Глава VI. Качество обработанной поверхности
§ 1. Шероховатость поверхности.................................................................. 101
§ 2. Приборы для оценки шероховатости поверхности............................................... 103
§3.0 связи между точностью и шероховатостью обработанной поверхности 105
§ 4. Влияние условий обработки на шероховатость поверхности..................................... 108
§ 5. Качество поверхности, обработанной алмазным инструментом .... 112
§ 6. Упрочнение (наклеп) и остаточные напряжения в поверхностном слое
обработанного металла................................................ 116
§ 7. Влияние качества обработанной поверхности на эксплуатационные
свойства деталей машин............................................... 118
254
Глава VII. Основы проектирования технологических процессов
изготовления машин Стр.
§ 1. Важнейшие принципы проектирования технологических процессов
механической обработки деталей и изготовления машины...............-. 120
§ 2. Технологическая документация................................... 122
§ 3. Типизация технологических процессов............................ 123
§ 4. Технологичность конструкции и ее ремонтопригодность . ......... 127
§ 5. Определение уровня механизации и автоматизации производства 129
§6. Технико-экономическая оценка технологического процесса......... 131
§ 7. Основы технического нормирования.............................. 136*
§ 8. Проектирование технологического процесса восстановления деталей
машин............................................................... 137
§ 9. Технико-экономическое обоснование выбранного варианта восстанов-
ления детали........................................................ 143
Глава VIII. Технология производства типовых деталей машин
§ 1. Обработка корпусных деталей.................................... 148
§ 2. Обработка валов................................................ 162
§ 3. Производство втулок............................................ 172
§ 4. Производство зубчатых колес.................................... 175
§ 5. Методы контроля зубчатых колес и червяков...................... 200
§ 6. Обработка рычагов.............................................. 202
Глава IX. Основы технологии сборки машин
§ 1. Основные понятия технологического процесса сборки машин...... 206
§ 2. Нормирование сборочных операций................................ 207
§ 3. Методы сборки.................................................. 208
§ 4. Сборка типовых соединений и передач............................ 211
§ 5. Балансировка деталей при сборке.............................. 222
§ 6. Организация сборки................................'............ 227
§ 7. Основы разработки технологического процесса сборки машин и ее
эффективность..............................<........................ 230
§ 8. Механизация и автоматизация сборочных работ ................... 232
§ 9. Испытание и окраска машин...................................... 239
Глава X. Перспективы развития технологии машиностроения
Литература.......................................................... 246
Приложения...........................‘.............................. 247
Константин Степанович Колев -
ТЕХНОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЯ
И. Б. № 662
Редактор 3. Г. Овсянникова. Художник А. Е. Коленков. Худо-
жественный редактор Т. А. Дурасова. Технический редактор
Э. М. Чижевский. Корректор Р. К. Косинова
Т-20681. Сдано в набор 22/VII-76 г. Подп. к печати 2/XII-76 г.'
Формат 60Х901/1б. Бум. тип. № 3. Объем 16 печ. л. Усл. печ. л. 16.
Уч.-изд. л. 15,55. Изд. № ОТ-196/72. Тираж 40 000 экз. Заказ № 707.
Цена 70 коп.
План выпуска литературы издательства
«Высшая школа» (вузы и техникумы) на 1977 г. Позиция № 78
Издательство «Высшая школа»,
Москва, К-51, Неглинная ул., д. 29/14
Ордена Трудового Красного Знамени Ленинградское производ-
ственно-техническое объединение «Печатный Двор» имени
А. М. Горького Союзполиграфпрома при Государственном коми-
тете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии
и книжной торговли. 197136, Ленинград, П-136, Гатчинская ул., 26.