книги из ГПНТБ / Якобсон, Михаил Осипович. Технология станкостроения
.pdfдежпое питание металлом всего объема отливки и направленное затвердевание жидкого металла в процессе охлаждения отливки; толстые стенки или местные скопления металла в отливках должны дотягиваться до верхних по заливке поверхностей.
Повышение технологичности чугунных деталей может быть про иллюстрировано на изменениях, внесенных в конструкцию стола расточного станка мод. 2632. Эта базовая деталь имела сложную форму, большое количество пазов и значительный вес. Новая, более технологичная конструкция стола имеет меньшее количество пазов,
толщина стенок и направляющих также уменьшены до технологи чески минимальных размеров и, кроме того, устранена разностен-
ность (фиг. 1). После внесения этих изменений, улучшающих тех
нологичность конструкции стола, его вес снизился на 10%. Технологическое совершенствование конструкций чугунных дета
лей способствует более широкому распространению в станкострое нии прогрессивных методов изготовления литых заготовок — ма
шинной формовки, литья в кокиль и прецизионного литья.
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ СТАНКОВ, ИЗГОТОВЛЯЕМЫХ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ
Затраты на изготовление металлорежущего станка общего на значения, отнесенные к 1 т его веса, составляют 4000—7000 руб. и примерно в 1,5—2 раза превышают затраты, приходящиеся на 1 т
веса гусеничного трактора.
Затраты на изготовление станка зависят от его конструктивных особенностей, технологичности и масштаба производства. Чем слож
нее станок и чем выше его точностные характеристики, тем больше затраты на его изготовление.
Изменение затрат на изготовление металлорежущих станков |
|
|
в зависимости от их конструкции |
|
|
|
Затраты на |
изго |
Наименование станка |
товление станка, |
|
отнесенные |
к 1m |
|
|
веса, в % |
|
Токарно-винторезный...................................................... |
Ю0 |
|
Консольно-фрезерный...................................................... |
140—160 |
|
Вертикально-сверлильный............................................... |
100 |
12о |
Радиально-сверлильный................................................... |
|
|
Зубофрезерный.................................................................. |
130-150 |
|
Координатно-расточной.................................................. |
|
|
Чем больше габаритные |
размеры станка и его вес, |
тем меньше |
|||
затраты, приходящиеся на 1 т его веса. |
|
|
|
||
Изменение затрат на изготовление станков в зависимости от |
их веса |
||||
Вес станка в m |
До 1 |
Свыше |
1—4 |
4—10 |
10 20 |
Затраты на изготовление стан |
100 |
|
85 |
80 |
70 |
ка, отнесенные к 1 пг веса, в % |
|
||||
9
Затраты на изготовление универсального станка средних разме ров распределяются примерно следующим образом (в %):
Материалы...................... |
|
|
37—42 |
Затраты на изготовление...................................................... |
|
60—55 |
|
В том числе: |
|
|
|
Заработная плата (основная, дополнительная и |
15—14 |
||
начисления) .............................................................. |
|
||
Износ инструмента, потери от брака ......................... |
7—6 |
||
Накладные расходы........................................... |
|
38—35 |
|
Непроизводственные расходы.................................................... |
|
3 |
|
К стоимости материалов относят затраты по приобретению всех |
|||
видов проката, |
полуфабрикатов |
(отливок и поковок) |
и комплекту |
ющих изделий |
(электрической и |
гидравлической аппаратуры, под |
|
шипников) .
Общего Тяжелые |
Прецизион- |
Общего |
Тяжелые Прецизион- |
назначения |
ные |
назначения |
ные |
Станки |
|
|
Станки |
а) |
|
|
fi) |
Фиг. 2. Затраты, приходящиеся на механическую обработку и сборку в процен тах от общей трудоемкости изготовления станков (а) и трудоемкость механи ческой обработки, отнесенная к 1 т веса станка (б):
/— механическая обработка; 2 — сборочные работы.
Взатраты на изготовление входят заработная плата (основная,
дополнительная и начисления), все накладные расходы (цеховые и общезаводские), расходы по износу специального инструмента и приспособлений и затраты на освоение новых производств и потери от брака.
Непроизводственные расходы состоят из расходов, связанных с
реализацией продукции (тара, упаковка, транспортирование). Трудоемкость изготовления станка изменяется примерно по тем
же закономерностям, что и стоимость, отнесенная к 1 т веса.
_ |
Средняя трудоемкость |
изготовления, отне- |
|
Вес станка в кг |
сенная к 1 m веса |
|
станка, в % |
До 1000 |
100 |
1000—4000 |
65 |
4000—10000 |
60 |
10000—20000 |
40 |
При изготовлении станков наибольшие трудовые затраты при ходятся на выполнение процессов механической обработки.
Представление о затратах, приходящихся на механические и сборочные работы в процентах от общей трудоемкости изготовле ния станка, дает фиг. 2, а. Соотношение между трудоемкостями
Ю
механической обработки деталей станков общего назначения, тя желых и прецизионных показано на фиг. 2,6.
Сокращение трудоемкости механической обработки достигается
применением более производительных методов обработки. Разви
тие этих процессов обработки наглядно иллюстрируется сравни тельными данными об изменениях в составе оборудования меха
нических цехов станкостроительных заводов |
(табл. 1). |
|
|
||
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
Состав |
оборудования механических цехов в % |
|
|
||
|
|
Состав оборудования в °/, |
|
||
Наименование ставков |
|
1946 г. |
1958 |
*г. |
|
|
|
1931 г |
|||
Токарные ................................................... |
|
35,7 |
18,4 |
12 |
|
Револьверные, многорезцовые актом 1ты, |
13,3 |
18,5 |
15 |
||
полуавтоматы ....................................... |
|
||||
Сверлильные ........................................... |
|
14,7 |
10,1 |
12 |
|
Строгальные............................................... |
|
8,6 |
8,5 |
1 |
|
Протяжные ............................................... |
■. . |
— |
0,8 |
2 |
|
Фрезерные.............................................. |
10,6 |
12,3 |
14 |
|
|
Расточные.............................................. |
. |
1,5 |
4,1 |
2 |
|
Шлифовальные .................................. |
.. |
9,1 |
9,5 |
13 |
|
Зубообрабатывающие............................... |
|
2,1 |
5,1 |
5 |
|
Специальные и специализированные . . |
— |
— |
21 |
|
|
Прочие ....................................................... |
|
4,4 |
12,7 |
3 |
|
* Данные 1958 г. относятся к механическим цехам поточного производства токар ных станков.
Данные по составу оборудования показывают коренные изме нения, происшедшие в технологии станкостроения за последние го ды и обеспечившие значительное снижение трудоемкости изготов ления станков.
В результате перехода на поточные методы производства тру
доемкость механической обработки станков общего назначения со
кратилась на 30—40%.
Одним из путей значительного сокращения трудоемкости механической обработки деталей станков является повышение их
технологичности.
Важнейшим критерием технологичности конструкции деталей является возможность их изготовления в заданных производствен ных условиях с наименьшими затратами времени и средств при за данном масштабе выпуска.
Только очень небольшое число показателей технологичности конструкции деталей или вовсе не зависит, или зависит в малой степени от масштаба выпуска. К их числу можно отнести приме нение дешевых и недефицитных металлов вместо дорогих и дефи цитных, уменьшение протяженности обрабатываемых поверхностей
11
и т. д. На преобладающее число показателей технологичности конструкции в значительной степени влияет масштаб выпуска. Так, например, масштабом выпуска определяется способ получения за
готовок, а следовательно, металлоемкость деталей и отходы в про
цессе их производства.
Технологический анализ конструкций деталей предусматри вает рассмотрение всей совокупности показателей технологичности.
Показатели характеризуют:
а) степень сложности геометрических форм детали и ее соответ ствие масштабу выпуска, удобствам обработки и оборудованию завода-изготовителя;
б) технологическую металлоемкость;
Фиг. 3. Повышение точности обработки на |
Фиг. 4. Изменение затрат на |
|
станках с 1900 по 1950 г.: |
обработку в |
зависимости от |
1 — средняя точность обработки; 2 — предельная |
чистоты поверхности при то |
|
точность обработки. |
чении. |
|
в) целесообразность назначенных допусков для |
данной точ |
|
ности обработки и классов чистоты поверхностей; г) возможность автоматизации технологического процесса из
готовления детали.
Рассмотрение технологичности конструкций отдельных деталей станков обычно начинают с анализа технических условий на их изготовление и допусков на размеры. Заданные размеры разде ляют на входящие и не входящие в размерные цепи.
Целесообразность допусков, установленных на размеры, являю щиеся составными элементами размерной цепи, и возможность их увеличения или уменьшения определяются расчетом размерных це пей. Следует иметь в виду, что увеличение допусков на размеры и
снижение точности обработки отдельных деталей не всегда повы шает технологичность узла или станка. В некоторых случаях точ ная механическая обработка отдельных сопрягаемых поверхностей деталей может значительно упростить последующие слесарно пригоночные работы при сборке узлов и общей сборке станка.
12
Допуски на размеры, не входящие в размерные цепи станков,
зависят от назначения детали и роли каждой ее поверхности в ра
боте механизма и станка.
Допуски на точность обработки и чистота поверхностей пре допределяют применяемые технологические операции и характери зуют технический прогресс в машиностроении. Повышение точ
ности механической обработки |
за последние 50 лет показано на |
|
фиг. 3. В настоящее время достигнуты следующие точности: |
при |
|
точении — до 0,003—0,005 мм по |
овальности и конусности, |
при |
растачивании — до 0,01—0,015 мм по расстоянию между центрами до 0,005—0,008 мм по овально сти и конусности, при-наружном шлифовании — до 0,002 мм по овальности и конусности.
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
НСк "К |
|
|
|
|
|
Чистота обработанной, |
||||
|
|
|
|
поверхности |
|
|
||
Фиг. 5. Изменение затрат на обра |
Фиг. 6. Изменение затрат на обра |
|||||||
ботку при |
сверлении в |
зависимости |
ботку в зависимости |
от точности |
||||
от отношения —— |
(I — глубина |
размеров и чистоты поверхности при |
||||||
|
торцовом фрезеровании: |
|
||||||
сверления, |
d. — диаметр |
отверстия). |
1 |
— допуск на |
размер 0,05 |
мм и |
менее; |
|
2 |
— допуск на |
размер 0,05 |
мм и |
более. |
||||
В табл. 2 приведены общие рекомендации по технологическому обеспечению заданных допусков на некоторые размеры и на взаи мное расположение поверхностей корпусных деталей станков.
Оценивая технологичность конструкции деталей, следует иметь в виду, что повышение требований к точности обработки и к чи стоте обрабатываемой поверхности может в большой степени по влиять на трудоемкость и стоимость механической, обработки.
На фиг. 4—10 показано влияние чистоты обработанной поверх
ности, допуска на размер и некоторых конструктивных элементов изготовляемых деталей на затраты при выполнении некоторых опе раций.
13
На фиг. 4 показано изменение затрат на обработку в зависи
мости от чистоты обработанной поверхности при точении. Влия ние увеличения глубины сверления показано на фиг. 5. Зависимость затрат на обработку от чистоты обработанной поверхности и точности размера при торцовом фрезеровании плоских поверх
|
ностей приведена на фиг. 6. |
% |
На фиг. 7—10 показаны зави |
|
симости затрат на обработку при |
|
различных видах шлифования. |
«Ж
£200
<3
О |
0,005 ЦОЮ 0,015 |
0,020 нм |
Допуск на размер |
|
Допуск на размер |
|
|
Фиг. 7. Изменение затрат на обработ |
Фиг. 8. Изменение затрат на обработку |
||
ку в зависимости от точности разме |
в зависимости от точности размеров |
||
ров при наружном круглом шлифова |
при внутреннем шлифовании. |
||
нии.
|
|
|
0,005 |
0010 |
0,015 |
0,020 мм |
|
|
|
Допуск на размер |
|
||
Фиг. 9. Изменение затрат на обработку |
Фиг. 10. Изменение затрат на обра |
|||||
в зависимости от точности размеров и |
ботку в зависимости от точности раз |
|||||
чистоты поверхности при плоском шли |
меров при врезном (?) бесцентровом |
|||||
фовании |
периферией круга: |
шлифовании |
и шлифовании |
на про |
||
1 — иск ~ |
2 — |
~ 1 мк< з —н,.к— |
|
ход (2). |
|
|
|
= 1,5 |
мк. |
|
|
|
|
Как видно из |
фиг. 9, при отделочной обработке |
уменьшение |
||||
допуска на размер гораздо больше |
влияет |
на затраты по обра |
||||
ботке, чем повышение требований к чистоте поверхности. |
|
|||||
14
Таблица 2
Выбор метода обработки, обеспечивающего получение заданной точности обработки
Наименование |
Операция, обеспечивающая получение |
параметра |
Допуск В ММ |
заданного допуска |
Расстояние от ба |
0,01—0,05 |
Шлифование или шабрение базо |
||||
зовой плоскости до |
0,02—0,10 |
вой плоскости |
|
плоскости с |
||
оси отверстия |
Шлифование базовой |
|||||
|
|
выверкой по оси обработанного от |
||||
|
|
верстия |
|
|
|
|
Расстояние между |
0,02—0,05 |
Обработка отверстий на коорди |
||||
осями отверстий |
0,05—0,10 |
натно-расточном станке |
|
|
||
|
Обработка отверстий на алмазно |
|||||
|
0,10—0,15 |
расточном станке |
|
|
|
|
|
Обработка отверстий на горизон |
|||||
|
|
тально-расточном или радиально |
||||
|
|
сверлильном |
станке |
с |
применением |
|
|
0,2—0,3 |
приспособлений |
|
|
|
|
|
Обработка отверстий на горизон |
|||||
|
|
тально-расточном станке (без при |
||||
|
|
способлений) |
|
|
|
|
Параллельность |
0,01—0,05 |
Шлифование или шабрение по |
||||
или перпендикуляр |
0,02—0,10 |
верхностей |
|
|
|
|
ность плоскосте й |
Шлифование поверхностей |
|||||
на |
0,1—0,2 |
Обработка |
поверхностей |
на про- |
||
длине 300 мм |
дольно-фрезерном |
или |
продоль |
|||
|
0,1—0,2 |
но-строгальном станке |
|
|
||
на |
Обработка поверхностей на гори |
|||||
длине 300 мм |
зонтально-расточном станке |
|||||
на |
0,2—0,3 |
Обработка поверхностей на про |
||||
длине ЗОЭ мм |
дольном или консольно-фрезерном |
|||||
|
|
станке |
|
|
|
|
Расстояние между |
0,01—0,05 |
Шлифование или шабрение по |
||||
поверхностями |
0,02—0,10 |
верхностей |
|
|
|
|
|
Шлифование поверхностей |
|||||
|
0,04—0,10 |
Обработка поверхностей на кругло |
||||
|
|
шлифовальном или |
внутришлифо- |
|||
|
0,1—0,2 |
вальном станке |
|
|
|
|
|
Обработка поверхностей на токар |
|||||
0,2—1,0 (в зависи |
ном или многорезцовом станках |
|||||
Обработка поверхностей на про- |
||||||
мости от номиналь |
дольно-строгальном, |
или консольно |
||||
ной |
величины рас |
фрезерном, или горизонта льно-расто |
||||
стояний между по |
чном станках |
|
|
|
|
|
|
верхностями) |
Обработка |
отверстий |
на |
сверлиль |
|
|
0,2—0,6 |
|||||
ном станке с применением приспособ лений
15.
После критического анализа технических условий и допусков на размеры следует прежде всего установить, отвечает ли конст рукция деталей станков общим требованиям технологичности:
1)предусмотрены ли базовые поверхности, позволяющие удоб но устанавливать детали на станке без их деформации при за креплении;
2)возможно ли уменьшение протяженности обрабатываемых сопрягаемых поверхностей за счет замены сплошных поверхностей опорными платиками;
3)возможно ли получение простыми технологическими сред ствами заданных соотношений по взаимному расположению по
верхностей.
Кроме того, к деталям металлорежущих станков предъявляют также и конкретные технологические требования, учитывающие их
конструктивные особенности и возможность обработки рабочих поверхностей этих деталей высокопроизводительными методами.
Эти требования к отдельным типовым поверхностям деталей станков и к деталям станков приведены в табл. 3 и 4.
Таблица 3
Технологические требования к типовым поверхностям деталей станков
при |
механической обработке |
Типовые поверхности |
Основные технологические требования |
Наружные цилин дрические
Наружные кони ческие
Внутренние ци линдрические
Внутренние кони ческие
Резьбовые наруж ные
Возможность обработки на проход. Наличие канавок для удобного выхода инструмента
Возможность обработки на проход. Наличие на кони ческой поверхности цилиндрического пояска для удобного измерения конуса. Устранение расположенных в углублениях закрытых поверхностей, требующих обработки. Возможность свободного выхода инструмен та в направлении рабочего движения
Возможное уменьшение длины обрабатываемых отвер стий. Расположение торцовых поверхностей перпенди кулярно оси отверстия. Отсутствие глубоких точных от верстий. Наличие в конце точных глухих отверстий про странства для заборной части инструмента. Наличие входных фасок у отверстий, обрабатываемых протягива нием. Отсутствие прерывистых отверстий. Наличие сво бодного выхода для круга при шлифовании глубоких отверстий
Возможность свободного выхода для инструмента пос ле обработки несквозного конического отверстия
Наличие удобного выхода для инструмента
Резьбовые внут |
Наличие входной фаски. |
инструмента. |
ренние |
Возможность размещения заборной части |
|
Пазы и шпоноч |
Короткие резьбы, длиной не более трех диаметров |
|
Унификация ширины шпоночных пазов. |
Отсутствие |
|
ные канавки |
точных пазов с допуском на размер менее |
4 0,1 мм |
16
|
Конструктивные и техноло |
Основные технологические |
4 |
|
гические особенности |
требования |
|
|
деталей. |
||
|
|
Таблица |
|
Технологические требования к детапям станков при механической обработке |
|
||
Детали станков |
|
|
|
i
r |
1 |
протя |
Станины, колон |
Значительная |
|
ны, стойки и сто |
женность прямолинейных |
|
лы |
направляющих. |
Сравни |
тельно небольшое число точных отверстий. Боль шой вес. Простая форма направляющих
Корпусы |
коро |
Наличие точных уста |
бок скоростей, ко |
новочных поверхностей. |
|
робок подач, ре |
Значительное количество |
|
дукторов и |
фар |
точных отверстий. Точ |
туков |
|
ные межосевые расстоя |
ния. Большое число кре пежных отверстий
Достаточная жесткость кон струкции. Наличие удобной черновой базы. Достаточная опорная поверхность. Неслож ная форма направляющих, удобная для обработки. Умень шение протяженности обраба тываемых поверхностей. Воз можность обработки поверхно стей на проход. Отсутствие окон и отверстий, прерываю щих обрабатываемые поверхно сти. Устранение обработки тор цовых поверхностей и поверх ностей, расположенных не под прямым углом к направляющим Возможная унификация глад ких и крепежных отверстий (диаметров, длин, резьб) и со кращение их количества
Достаточная жесткость кон струкции. Наличие удобной черновой базы. Возможность полной обработки от одной ба зы и обработки плоскостей на проход. Возможность растачи вания точных отверстий на про ход. Постепенное уменьшение диаметров отверстий, располо женных на одной оси. Размер обрабатываемых отверстий во внутренних стенках не должен превышать соосных им отвер стий в наружных стенках дета ли. Нежелательность размеще ния на одной оси между отвер стиями малого диаметра отвер стия большого диаметра. Устра нение выточек, прерывающих от верстия. Нежелательность глу хих отверстий и отверстий, рас положенных не под прямым углом к основным осям детали. Возможная унификация гладких и крепежных отверстий, сокра щение их количества. При об работке на одностороннем агре гатном станке: короткие сквоз ные отверстия постепенно
17
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение табл. 4 |
|||
Детали станков |
Конструктивные и техно |
|
Основные технологические |
|||||||
логические особенности |
|
|
|
требования |
||||||
|
деталей |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
уменьшающиеся в одном направ |
||||||
|
|
|
|
лении и отстоящие друг от |
||||||
|
|
|
|
друга на небольшом расстоя |
||||||
|
|
|
|
нии. При обработке на двусто |
||||||
|
|
|
|
роннем агрегатном станке воз |
||||||
|
|
|
|
можны короткие сквозные от |
||||||
|
|
|
|
верстия, |
|
уменьшающиеся в |
||||
|
|
|
|
двух направлениях. Устране |
||||||
|
|
|
|
ние обработки |
внутренних и на |
|||||
|
|
|
|
ружных |
торцовых поверхностей |
|||||
Каретки, суп |
1 Наличие |
точных на |
Достаточная |
|
жесткость. |
|||||
правляющих |
ограничен |
|
||||||||
порты, ползуны |
Удобный проход режущего ин |
|||||||||
|
ной протяженности. Ма |
струмента. Устранение отвер |
||||||||
|
лое число точных отвер |
стий, оси которых расположены |
||||||||
|
стий |
|
|
не под прямым углом к направ |
||||||
|
|
|
|
ляющим. Возможность обработ |
||||||
|
|
|
|
ки поверхностей на |
проход |
|||||
Ходовые винты |
Высокая точность резь |
Отсутствие значительных де |
||||||||
|
бы. Значительная длина. |
формаций в процессе механиче |
||||||||
|
Изготовление |
из |
мате |
ской обработки и во время |
||||||
|
риала износостойкого и не |
эксплуатации. |
Наличие канавок |
|||||||
|
деформирующегося |
при |
для свободного выхода резьбооб |
|||||||
|
эксплуатации |
|
|
рабатывающего инструмента. От |
||||||
|
|
|
|
сутствие |
обрабатываемых бур |
|||||
|
|
|
|
тиков и резких перепадов между |
||||||
|
|
|
|
диаметрами |
|
|
|
|
||
Шпиндели |
Высокая точность изго |
Большая жесткость. Умень |
||||||||
|
товления по |
геометриче |
шение перепадов между диа |
|||||||
|
ской форме, |
размерами, |
метрами |
ступеней |
шпинделя. |
|||||
|
биению наружных |
поса |
Отсутствие |
осевых |
отверстий |
|||||
|
дочных поверхностей и большой глубины, превышаю |
|||||||||
|
конусного |
отверстия. |
щей в 30—40 раз диаметр. На |
|||||||
|
Высокая твердость |
шеек |
прецизионных шпинделях шли |
|||||||
|
прецизионных шпинделей |
фовальных кругов нежелатель |
||||||||
|
|
|
|
ны |
резьбы, |
обусловливающие |
||||
|
|
|
|
деформацию |
|
|
|
|
||
Валы |
Длина превышает диа |
Обеспечение |
|
возможности |
||||||
|
метр в 5—10 и большее |
штамповки в закрытых штампах. |
||||||||
|
число раз. Наличие шпо |
Достаточная жесткость. От |
||||||||
|
ночных канавок |
|
сутствие удлиненных |
выступов. |
||||||
|
|
|
|
Одинаковые |
длины |
ступеней |
||||
|
|
|
|
вала. Открытые шпоночные па |
||||||
|
|
|
|
зы.' |
Унификация |
шпоночных и |
||||
|
|
|
|
шлицевых |
пазоз. |
Желательно |
||||
|
|
|
|
применение шлицез |
эвольвент- |
|||||
|
|
|
|
ного профиля. Наличие канавск |
||||||
|
|
|
|
для удобного |
выхода инстру |
|||||
|
|
|
|
мента |
|
|
|
|
|
|
18