книги / Основы технологии машиностроения. Методы обработки заготовок и технологические процессы изготовления типовых деталей машин

Формирование и развитие основ технологии маши- ностроения как науки осуществлялось научными исследо- ваниями отечественных и зарубежных ученых и инжене- ров. При этом роль отечественных ученых в формирова- нии и развитии этой науки трудно переоценить.

ВРоссии формирование основ технологии машино- строения как науки произошло в несколько этапов.

Первый (эмпирический) этап развития (до 1930 года)

Русский механик А.К. Нартов в период с 1718 по 1725 год создал ряд станков (токарно-винторезный, зубо- резный, пилонасекательный и др.).

М.В. Сидоров в 1714 году использовал для сверления каналов труб артиллерийских стволов «вододействующие машины». Яков Батищев построил станки для одновремен- ного сверления 24 ружейных стволов и станки для зачистки каналов труб артиллерийских стволов. Их работы продол- жили А. Сурин, Я. Леонтьев, Л. Собакин, П. Захаров и др.

Великий русский ученый М.В. Ломоносов в 50-х годах XVIII века построил лоботокарные, сферотокарные и шли- фовальные станки.

Механик И.П. Кулибин в начале XIX века создал специальные станки для обработки зубчатых колес часовых механизмов.

В1807 году профессор И.А. Двигубский выпустил книгу «Начальные основания технологии, или краткое опи- сание работ, на заводах и фабриках производимых». Даль- нейшее описание производственного опыта нашло отраже- ние в трудах профессора И.А. Тимме (1838–1920) и про- фессора А.П. Гавриленко (1861–1914).

Впервом десятилетии после Октябрьской революции издаются первые руководящие и нормативные материалы ведомственных проектных организаций страны.

11

Второй этап развития (1930–1941 годы)

В1936 году был издан учебник А.П. Соколовского «Основы технологии машиностроения» в 2 томах.

В1941 году профессором А.П. Соколовским были разработаны принципы типизации технологических процессов.

Вэто же время начинается разработка теории базиро- вания заготовок при их обработке, измерении и сборке (профессора А.П. Соколовский, А.П. Знаменский, А.И. Ка- ширин, В.М. Кован, А.Б. Яхин и др.).

Созданы методы расчета припусков на обработку (профессора В.М. Кован, А.П. Соколовский, Б.С. Балакшин, А.И. Каширин и др.).

Начаты работы по изучению жесткости СПИД (инже- нер А.Г. Вотинов, профессор А.П. Соколовский), разработке расчетно-аналитическими методами определения первичных погрешностей обработки заготовок (профессора А.П. Соко-

с применением математической статистики и теории вероят- ностей (профессора А.А. Зыков и А.Б. Яхин).

Третий этап развития (1942–1970 годы)

Сформирована современная теория точности обра- ботки заготовок и методы определения первичных по- грешностей обработки и их суммирования (профессора А.П. Соколовский, Б.С. Балакшин, В.М. Кован, В.С. Кор- саков, А.Б. Яхин и др.). Развиваются методы математиче- ской статистики и теории вероятности для анализа точно- сти процессов механической обработки и сборки (профес- сора Н.А. Бородачев, А.Б. Яхин и др.).

Проведен анализ микрорельефа обработанной поверх- ности и шлифовального инструмента (профессора И.В. Ду- нин-Барковский, Ю.В. Линник и др.).

12

Разработано учение о жесткости системы станок– приспособление–инструмент–деталь (СПИД) и ее влияние на точность и производительность обработки (профессора Б.С. Балакшин, А.П. Соколовский, В.А. Скраган и др.), и эти разработки внедряются в проектных организациях и НИИ.

Продолжаются работы по созданию теории базиро- вания заготовок при обработке и сборке (профессора Б.С. Балакшин, А.И. Каширин, В.М. Кован, В.С. Корсаков, И.М. Колесов, А.А. Маталин и др.).

Ведутся работы по исследованию качества обработан- ной поверхности и их влияние на эксплуатационные свойст- ва (профессора П.Е. Дьяченко, Б.Д. Грозин, А.И. Исаев, А.И. Каширин, Б.И. Костецкий, Б.А. Кравченко, И.В. Кра- гельский, И.В. Кудрявцев, А.А. Маталин, Д.Д. Папшев, А.В. Поздей, Ю.Г. Проскуряков, Э.А. Сатель, А.М. Сулима, Ю.Г. Шнейдер, А.В. Якимов, М.О. Якобсон и др.).

Формируется новое научное направление – учение о технологической наследственности (профессора А.М. Даль- ский, А.А. Маталин, П.И. Ящерицын).

Исследуется влияние динамики технологической сис- темы на точность механической обработки, шероховатость и волнистость обработанной поверхности (профессора И.С. Амосов, А.И. Каширин, В.А. Кудинов, А.П. Соколов- ский). Разработаны принципы групповой обработки и орга- низации производства (профессор С.П. Митрофанов).

Разработаны поточные линии для серийного произ- водства на базе теории типизации (профессора В.В. Бойцов, Ф.С. Демьянюк).

Создаются системы адаптивного управления техноло- гическими процессами обработки на металлорежущих стан- ках (профессора Б.С. Балакшин, Б.М. Базров, Ю.М. Соло-

13

менцев, И.М. Колесов, С.П. Протопопов, Л.В. Худобин и др.). Разработаны методы чистовой обработки пластическим деформированием, электрофизической и электрохимиче- ской обработки.

Четвертый этап развития (с 1971 года по настоя-

щее время)

Отличительной особенностью этого этапа является широкое использование достижений фундаментальных и общеинженерных наук для решения теоретических про- блем и практических задач механической обработки заго- товок. Распространяется применение вычислительной тех- ники при проектировании заготовок и их механической обработки.

Осуществляется автоматизация программирования процессов обработки на станках с ЧПУ и обрабатываю- щих центрах (профессора Г.К. Горанский, Н.М. Капустин, С.П. Митрофанов, В.Д. Цветков).

Углубляется проработка проблемы влияния механи- ческой обработки заготовок на физико-механическое со- стояние металла поверхностного слоя заготовок. Разрабо- таны методы оптимизации обработки заготовок (профессо- ра С.С. Соломин, С.Н. Корчак, Л.В. Худобин и др.).

Развернуты работы по применению высокопроизво- дительных систем машин и технологических процессов, обеспечивающих комплексную механизацию и автоматиза- цию производства, техническое перевооружение основных отраслей промышленности и получение конкурентоспособ- ной продукции.

Учебная дисциплина «Основы технологии машино- строения» представляет собой открытую систему све- дений, дающую знания о процессах обработки и обеспечи-

14

ваемых ими точности и качестве поверхностей деталей, об областях их применения и рациональных способах со- ставления маршрутов обработки поверхностей, о созда- нии технологических процессов обработки заготовок и изготовления типовых деталей машин.

Предметом изучения дисциплины являются процессы обработки поверхностей деталей машин в соответствии

стребованиями чертежа и техническими условиями.

Врезультате изучения дисциплины студенты должны:

– получить представление о существующих методах

предварительной обработки исходных заготовок, о методах обработки различных поверхностей и сочетании поверхно- стей заготовок путем изменения их формы и размеров в результате лезвийного, абразивного, электрофизического и электрохимического воздействия, а также об областях применения этих методов;

–освоить методы и приемы получения исходных заго- товок и обработки заготовок на современном оборудовании

сиспользованием прогрессивных приспособлений и инст- рументов;

–знать основные принципы создания технологиче- ских процессов обработки заготовок;

–иметь ясное и четкое представление о технологиче- ских процессах изготовления типовых деталей машин;

–уметь анализировать существующие и проектиро- вать новые процессы обработки заготовок путем реализа- ции полученных знаний при решении конкретных техноло- гических задач.

Для изучения дисциплины «Основы технологии ма- шиностроения» необходимо знание следующих дисциплин: технология конструкционных материалов; материаловеде-

15

ние; метрология, стандартизация и сертификация; детали машин и основы конструирования; сопротивление мате- риалов; резание материалов; режущий инструмент; тепло- вые процессы в технологических системах.

На основе знаний, полученных при изучении дисци- плины «Основы технологии машиностроения», построено изучение технологии машиностроения как учебной дисциплины.

Навыки, полученные при изучении дисциплины «Осно- вы технологии машиностроения», в дальнейшем реализу- ются в учебном процессе при выполнении курсовых и ди- пломных проектов.

16

PNRPU

1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

1.1. Технологический процесс и его структура

Согласно ГОСТ 3.1109–82 технологический процесс – это часть производственного процесса, содержащая целе- направленные действия по изменению и (или) последующему определению состояния предмета труда. Применительно к условиям механической обработки заготовок машино- строительного производства технологический процесс – это часть производственного процесса, включающая в се- бя последовательное изменение размеров, формы, внешнего вида или внутренних свойств предмета производства и их контроль.

Технологические процессы строятся по отдельным этапам их выполнения, структурными составляющими ко- торых являются отдельные этапы заготовительной, меха- нической, термической обработки, нанесения покрытий, сборки и т.п. Технологические процессы механической об- работки состоят из операций.

Технологическая операция – это законченная часть технологического процесса, выполняемая непрерывно на одном рабочем месте, над одной или несколькими одно- временно обрабатываемыми элементарными поверхностя- ми, одним или несколькими рабочими. Технологическая операция является основной единицей производственного планирования и учета. На основе операций определяется трудоемкость изготовления деталей (изделий) и устанавли- ваются нормы времени, а также расценки; задается требуе- мое количество рабочих, оборудования, приспособлений и инструментов; определяется себестоимость обработки; производится календарное планирование и осуществляется

17

контроль качества и сроков выполнения работ. Кроме ос- новных технологических операций, заключающихся в изме- нении размеров, формы или свойств предмета производства, технологический процесс включает вспомогательные опера- ции (транспортные, промывочные, маркировочные и т.п.), не изменяющие размеров, формы, внешнего вида или свойств обрабатываемой заготовки, но необходимые для реализации производственного процесса. Технологиче- ские операции, в свою очередь, состоят из установов, по- зиций и технологических переходов.

Установ – это часть технологической операции, вы- полняемая при неизменном закреплении обрабатываемых заготовок.

Позиция – это фиксированное положение, занимае- мое неизменно закрепленной обрабатываемой заготовкой совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования (станка) для выпол- нения определенной части операции.

Технологический переход – это законченная часть тех-

нологической операции, выполняемая над одной или не- сколькими поверхностями заготовки одним или нескольки- ми одновременно работающими инструментами без измене- ния или при автоматическом изменении режимов работы станка. Технологические переходы состоят из элементарных переходов и ходов (рабочих и вспомогательных).

Элементарный рабочий переход – часть технологи-

ческого перехода, выполняемая одним инструментом над одним участком поверхности обрабатываемой заготовки за один рабочий ход без изменения режима работы станка.

Элементарный вспомогательный переход – закон-

ченная часть технологической операции, состоящая из дей- ствий человека и (или) оборудования, которые не сопрово- ждаются изменением формы, размеров и шероховатости

18

поверхностей предмета труда, но необходимы для выпол- нения технологического перехода.

Рабочий ход – это законченная часть технологическо- го перехода, состоящая из однократного перемещения ин- струмента относительно заготовки, сопровождаемого изме- нением формы, размеров, качества поверхности и свойств заготовки.

Вспомогательный ход – это законченная часть техно- логического перехода, состоящая из однократного переме- щения инструмента относительно заготовки, не сопровож- даемого изменением формы, качества поверхности или свойств заготовки, но необходимого для подготовки рабо- чего хода.

Переходы выполняют, как правило, за несколько ра- бочих приемов.

Рабочий прием – это законченная совокупность дейст- вий человека, применяемых при выполнении перехода или его части и объединенных одним целевым назначением.

1.2. Технологическая характеристика различных типов производства

Одним из основных принципов построения техноло- гических процессов является принцип совмещения техни- ческих, экономических и организационных задач, решае- мых в конкретных производственных условиях.

Проектируемый технологический процесс должен безусловно обеспечить выполнение всех требований к точ- ности и качеству детали (изделия), предусмотренных чер- тежом и техническими условиями, при наименьших затра- тах живого и прошлого труда (или минимальной себестои- мости), а также при изготовлении деталей (изделий) в ко- личествах и в сроки, установленные производственной программой.

19

Даже технологический процесс, обеспечивающий наибольшую точность обработки, является совершенно не- приемлемым для предприятия, если при его использовании не может быть выполнена установленная производственная программа или если себестоимость деталей (изделий) полу- чается чрезмерно высокой. Наименьшие затраты при изго- товлении деталей (изделий) могут быть достигнуты в случае построения технологического процесса в соответствии с ти- пом производства и условиями его реализации. В зависимо- сти от номенклатуры и объема выпуска деталей (изделий),

атакже от особенностей машиностроительного предприятия

ивыпускаемой продукции, в том числе от массы (веса) дета- лей (изделий), производство подразделяется на три основ- ных типа: единичное, серийное и массовое.

Единичное производство характеризуется большой номенклатурой изготавливаемых деталей (изделий) и ма- лым объемом выпуска.

На предприятиях единичного производства количест- во выпускаемых деталей (изделий) и размеры операционных партий (то есть количество заготовок, поступающих на ра- бочее место для выполнения технологической операции) исчисляются штуками. На рабочих местах выполняются раз- нообразные технологические операции, повторяющиеся не- регулярно или не повторяющиеся совсем. При этом исполь- зуется универсальное высокоточное оборудование. Обору- дование расставляется в цехах по технологическим группам (токарный, фрезерный, расточной, сверлильный, шлифо- вальный и т.п. участки). Специальные приспособления и ин- струменты, как правило, не применяются. Исходные заго- товки – простейшие (литье в землю, горячий прокат, поков- ки) с малой точностью и большими припусками. Требуемая точность достигается методом пробных проходов и проме- ров с использованием разметки, взаимозаменяемость дета- лей и узлов во многих случаях отсутствует, широко приме-

20