Полная версия

Главная arrow Техника arrow Вопросы автоматизации в машиностроении

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Особенности технологии изготовления деталей в автоматизированном производстве

Разработка технологического процесса автоматизированного производства схожа с разработкой классического технологического процесса в связи с использованием специального металлорежущего оборудования, специальных устройств загрузки, а также программного управления, все же предъявляет к инженеру-технологу определенные требования и имеет свою специфику. Применение программного управления требует более тщательной проработки технологических операций и переходов. Рассмотрим технологии изготовления деталей применительно к каждой группе. Подробные процедуры разработки технологических процессов автоматизированного производства изложены в [2] и [12] .

В соответствии с методикой ? изложенной в [12], процесс проектирования механической обработки корпусных деталей можно распределить на следующие этапы:

  • — выбор технологических баз и последовательности обработки поверхностей;
  • — выбор технологического оборудования и структуры автоматической линии;
  • — выбор (проектирование) технологических и контрольных приспособлений;
  • — выбор оборудования для управления и контроля за ходом технологического процесса.

Правильный выбор технологических баз и последовательности технологического процесса является самым ответственным этапом проектирования, от него зависит достижение требуемых качественных и точностных характеристик изделия, а также достижение оптимальной себестоимости механической обработки.

Выбор технологических баз основан на анализе служебного назначения изделия, выявлении и анализе функциональных поверхностей, соответствующих им размерных связей, определении точности

положения одних поверхностей относительно других.

Первой выбираются базы для обработки большинства поверхностей детали, а затем базы для последующих операций. У корпусных деталей особенностью является наличие нескольких комплектов вспомогательных баз, которые связаны с основными базами детали и между собой. Анализ функционального назначения поверхностей и размерных связей между ними позволяет определять поверхности, относительно которых задано положение большинства других поверхностей, а также выявлять поверхности, к которым предъявляются более жесткие технические требования.

Анализ удобно проводить в наглядном виде, для чего на эскизе детали условно обозначают соответствующие поверхности: О - основные базы; В - вспомогательные базы; К - крепежные и резьбовые соединения; С - свободные поверхности детали, в том числе необрабатываемые. Цифрами 1,2,3... нумеруют поверхности основных баз по уменьшению располагаемых на них опорных точек. Цифры совместно с буквами используют для последовательной нумерации поверхностей.

Анализ поверхностей детали начинают с построения графа связей. Вершина графа обозначает определенные поверхности детали, ребра -наличие размерных (штриховая линия) и угловых (сплошная линия со стрелкой) связей. На ребрах можно проставить номиналы и допуски соответствующих размеров и относительных поворотов поверхностей деталей. На рис.2.2 показан пример анализа функциональных поверхностей детали, на рис. 2.3 - построение графа связей корпуса цапфы.

Обозначение функциональных поверхностей детали

Рис. 2.2. Обозначение функциональных поверхностей детали

Граф связей поверхностей ('Р- допуск на угловой размер

Рис. 2.3. Граф связей поверхностей ('Р- допуск на угловой размер;

Р - допуск на линейный размер)

Первой выбирается технологическая база, обеспечивающая необходимую точность относительного поворота поверхности детали (01). Этот выбор объясняется тем, что на станках точность относительного поворота обеспечивается методами взаимозаменяемости, а точность расстояния - методами регулировки.

Использование координатного метода получения точности размеров требует обработки большинства из них с одних и тех же технологических баз. При этом методе исключается влияние погрешности установки детали на точность относительных поворотов поверхностей детали, обрабатываемых с одной установки. При разработке технологического процесса необходимо соблюдать принцип единства баз, т.е основные базы должны использоваться в качестве технологических и измерительных.

Выбор технологических баз для первой операции требует решения следующих задач:

  • — установление связей, определяющих расстояния и повороты поверхностей между необрабатываемыми свободными поверхностями детали;
  • - обеспечение равномерного распределения фактического припуска на поверхностях детали, подлежащих механической обработке.

При обработке валов в большинстве случаев основными базами являются их опорные шейки. Но использование их в качестве технологических баз при обработке наружных поверхностей не представляется возможным. Поэтому для соблюдения принципа единства баз в качестве технологических используются центровые отверстия или левый торец установленного в станке вала. Соблюдение этих условий необходимо в первую очередь при автоматической обработке. В качестве основных баз при обработке деталей типа «фланец» используют основные поверхности.

Выбор технологических баз при обработке зубчатого колеса зависит от его конструкции, требований к точности по техническим условиям и программы выпуска. Изготовление зубчатых колес, имеющих ступицу, представленную на рис. 2.4 и рис. 2.5, начинается с обработки отверстия (двойная направляющая база) и базового торца (опорная база), а затем на их базе проводится большинство операций.

Цилиндрические зубчатые колеса (тип I)

Рис .2.4. Цилиндрические зубчатые колеса (тип I)

зубчатые колеса (тип II)

Рис.2.5.Цилиндрические зубчатые колеса (тип II)

І I

т

1

I

Цилиндрические зубчатые колеса (тип III)

Рис .2.6. Цилиндрические зубчатые колеса (тип III)

Цилиндрические зубчатые колеса (тип IV)

Рис .2.7. Цилиндрические зубчатые колеса (тип IV)

Рис .2.8. Цилиндрические зубчатые колеса (тип V)

С обработки базового торца начинается изготовление зубчатых колес тарельчатого типа или колес, имеющих большую площадь торцевой поверхности и малую ширину венца. Конструкции ступиц этих колес представлены на рис. 2.6 и рис. 2.7.

С обработки торцов и сверления центровых отверстий начинают обработку зубчатых колес , представленных на рис. 2.8. Центровочные отверстия используют во всех последующих операциях в качестве технологических баз.

Для корпусных деталей устанавливается следующая последовательность механической обработки:

  • - первыми обрабатываются поверхности, используемые в дальнейшем в качестве технологических баз детали; это может быть черновая и чистовая обработка плоскостей или плоскости и двух отверстий;
  • - обработка остальных наружных поверхностей;
  • - черновая и чистовая обработка главных отверстий;
  • - отделка плоскостей и поверхностей главных отверстий;
  • - контроль точности детали.

Обработку корпусных деталей в автоматизированном производстве ведут на станках с ЧПУ или на программируемых обрабатывающих центрах. При обработке на станке с ЧПУ требуется предварительная разметка основных баз для установки детали в приспособлении-спутнике. Вместо карты наладки составляется расчетно-технологическая карта (РТК), на которой указываются требуемые режимы обработки, а также координаты инструмента на всех технологических переходах.

При обработке валов авторы [12] рекомендуют следующий примерный технологический процесс для ступенчатых валов длиной

более 120 мм, обрабатываемых в центрах:

  • - поочередное или одновременное фрезерование торцов, сверление в торцах центровых отверстий (для чего используются специальные фрезерно-центровальные станки);
  • - предварительное обтачивание заготовки;
  • - чистовое обтачивание заготовки;
  • - предварительное шлифование шеек;
  • - фрезерование шпоночных пазов и шлицев;
  • - сверление предусмотренных чертежом отверстий;
  • - нарезание резьбы;
  • - термическая обработка;
  • - окончательное шлифование шеек;
  • - контроль.

Кроме вышеперечисленных операций, в технологический процесс могут входить : промывка, снятие заусениц, притупление острых кромок и т.п. При обработке нежестких валов в маршрут обработки включаются операции точения и шлифования шеек под люнет.

Первыми являются операции получения основных технологических баз в виде центровых отверстий. В зависимости от программы выпуска и имеющихся производственных мощностей эти операции выполняют на различном технологическом оборудовании. Центровые отверстия должны удовлетворять требованиям по соосности, постоянству глубины, диаметра и конусности. В единичном производстве операции по получению технологических баз выполняются на универсальных токарных станках. В серийном производстве используют фрезерно-центровальные станки. В этом случае установка заготовки производится по наружному диаметру в призмы и осевому направлению по упору. При обработке вала на токарном станке с ЧПУ базы обрабатываются на центровально-подрезных станках. При обработке на станке с ЧПУ к заготовке предъявляются достаточно жесткие требования по допуску на длину - около 0,5 мм.

Основными операциями при изготовлении валов являются операции обтачивания. Универсальные станки, станки с ЧПУ, токарные гидрокопировальные аппараты нашли применение в мелко- и среднесерийном производстве, в крупносерийном используются токарные одно- и многошпиндельные вертикальные автоматы, горизонтальные многорезцовые станки. При всех типах производства могут использоваться гибкие станочные модули на базе автоматов или станков с ЧПУ. При разработке технологического процесса необходимо учитывать , на каком станке ведется обработка. Например, обработка на многорезцовом автомате жестких валов за один проход позволяет получать точность, соответствующую 9... 11-му квалитету. Для обработки ступенчатых валов сложной формы рекомендуется использовать гидрокопировальные полуавтоматы, обеспечивающие при чистовом протачивании точность по 9-му квалитету.

Мелкосерийное и среднесерийное производства требуют применения станков с ЧПУ.

Следующей по важности после обтачивания является операция нарезания на валах ихчицов и шпоночных пазов, которые получают фрезерованием, строганием, протягиванием или накатыванием. В мелко-и среднесерийном производстве используются операции фрезерования и строгания. Протягивание и накатывание рекомендуется для крупносерийного и массового производства. Необходимо учитывать, что оборудование и инструмент для этих операций имеют значительную стоимость, следовательно, чем выше программа выпуска, тем ниже себестоимость детали. Шпоночные пазы в зависимости от типа шпонки и отверстия получают дисковой или торцевой фрезой. В серийном и массовом производстве для получения глухих шпоночных пазов используют шпоночно-фрезерные автоматы.

Нарезания внутренней резьбы на валах производят метчиками на револьверных, сверлильных, резьбонарезных, агрегатных станках. В крупносерийном и массовом производстве используют специальное оборудование - резьбонарезные автоматы, которые разрабатываются под конкретную деталь. Наружные резьбы нарезают плашками, резьбонарезными головками, резьбовыми резцами, гребенками и групповыми резьбовыми фрезами. В мелкосерийном производстве резьбонарезание производят, на токарно-винторезных станках резьбовыми резцами или гребенками, обеспечивающими 6...8-ю степень точности. Резьбонарезные головки, используемые в крупносерийном и массовом производстве, позволяют получать 6-ю степень точности. Накатывание резьбы выполняют в специальных станках-автоматах, используемых в массовом производстве.

Если производится термообработка шейки валов, то нарезание резьбы необходимо производить до нее. Мелкие резьбы можно получать после термообработки сразу резьбошлифованием. Один из станков,

позволяющих выполнять эту операцию, изображен на рис. 2.9.

Шлифование валов в соответствии с рекомендациями выполняют на бесцентровых шлифовальных станках, обеспечивающих 6-й квалитет точности. Технологическими

Резьбошлифовальный станок модели МоЬо 1000Р

Рис.2.9. Резьбошлифовальный станок модели МоЬо 1000Р

базами при шлифовании служат центровые отверстия или торец.

Распространены два метода шлифования: осциллирующее - для поверхностей большой протяженности и врезное - для коротких шеек. В крупносерийном и массовом производстве врезное шлифование может выполняться по автоматическому циклу. Для обеспечения точности размеров 5,6-го квалитетов и параметра шероховатости от Яа=0,1 мкм после чистового шлифования требуется притирание шеек. Конструкцией вала необходимо предусматривать канавки для выхода инструмента.

Канавки предусматривают и в том случае, когда шейки имеют одинаковый диаметр, но разные посадки. Станки с ЧПУ, использующие осциллирующее и врезное шлифование применяются в единичном и мелкосерийном производстве.

Шейки валов с малой шероховатостью подвергают суперфинишированию, обработке абразивной лентой, алмазному выглаживанию, а для незакаленных заготовок используют обкатывание.

После обработки валов необходим их контроль, т.е. соответствие чертежу и техническим условиям. Диаметры, длины ступеней, размеры резьб, шлицев, шпоночных пазов проверяют предельными скобами, резьбовыми и шлицевыми кольцами. Соосности шеек ступенчатых валов проверяют индикаторами, установив вал базовыми шейками на призмы контрольного приспособления. Таким же образом проверяют осевые биения шеек валов. Отклонения от параллельности шлицев или шпоночных пазов от оси вала определяют по разности показаний индикатора в двух крайних положениях. Шероховатость поверхности контролируют по эталону.

Вышеперечисленные методы используют, как правило, в единичном и мелкосерийном производствах. В крупносерийном и массовом производствах используют специальные приборы, позволяющие в автоматическом режиме выполнять контроль размеров и технических характеристик деталей. Такие приборы содержат в своем составе скобы, пробку, щупы, работающие по контактному или бесконтактному принципу. Датчики этих приборов связаны с электронной схемой управления, позволяющей производить не только входные и выходные параметры изделия, но и вести контроль за ходом технологического процесса. Простейшие автоматические контрольные приборы могут устанавливаться на входе (выходе) загрузочных устройств, в этом случае их задача состоит в отбрасывании бракованных деталей в специальный бункер.

По окончании процесса обработки проконтролированные годные детали могут подаваться в специальную голтовочную машину для притупления острых кромок. Промываются или обезжириваются детали также в специальных машинах, чаще всего промывка и обезжировка производятся в одной и той же машине. Если задано техническими условиями, на деталь может наноситься химическое или гальваническое покрытие, производится покраска. Подобное оборудование разрабатывается под конкретное производство и, как правило, изготовляется самими предприятиями в цехах нестандартного оборудования.

Фланцы, так же как и валы, в крупносерийном производстве обрабатывают на многошпиндельных вертикальных токарных полуавтоматах. Сверление крепежных отверстий допускается на вертикально-сверлильном станке. В автоматизированном производстве для обработки фланцев широко используются агрегатно-сверлильные станки, на них же могут быть установлены агрегатные головки, выполняющие фрезерные операции. В единичном, мелко- и среднесерийном производствах фрезерные операции могут выполняться на обычных фрезерных станках.

Обработка зубчатых колес в настоящее время проводится в зависимости от исполнения центрального отверстия, которое используется в качестве базы. Например обработку зубчатых колес типа I проводят в следующей последовательности: на первой операции обрабатывают отверстие, на второй - протягивают отверстие.по диаметру и шлицам, дальнейшая обработка производится на шлицевой оправке с базированием по меньшему или большему диаметру в зависимости от принятой посадки зуба.

Прецизионные зубчатые колеса 5-6-й степени точности изготовляют с предварительной стабилизацией материала заготовки, а затем нормализуют и стабилизируют материал после черновой токарной обработки.

Плоские зубчатые колеса (тип III и IV), базируемые по торцевой поверхности, обрабатывают в кулачковых патронах на токарных автоматах и полуавтоматах с ЧПУ. После токарной обработки сторон следует шлифовка торцов и растачивание отверстия, а затем, протягивание шлицев и обтачивание венца зубчатого колеса.

При изготовлении зубчатых колес-валов (тип V) первой выполняется фрезерно-центровальная операция, а затем, при использовании центровых отверстий в качестве технологической базы, дальнейшая обработка колеса-вала.

Зубофрезерование - основной метод нарезания зубчатых колес, его выполняют за один проход для колес с модулем менее 3 мм, и за два рабочих хода для колес модулем менее 3 мм. Второй, чистовой, проход позволяет достичь 7-й степени точности. Многовенцовые зубчатые колеса изготовляют зубодолблением, которое также позволяет достигать 7-й степени точности. Если имеется возможность выполнить шевингование зубчатых колес, лучше применять черновое и чистовое зубофрезерование вместо долбления. Под шевингование рекомендуется оставлять припуск 0,1...0,25 мм по толщине зуба.

В крупносерийном и массовом производстве получил широкое распространение метод горячего и холодного накатывания зубьев, позволяющий достигать 8-7-й степеней точности. Оборудование для выполнения накатывания зубьев позволяет обеспечивать высокую скорость производства (до 250...300 шт/ч).

При высоких требованиях к точности зубчатых передачи (5-6-й степени) зубья необходимо подвергать шлифованию на специальных зубошлифовальных станках после выполнения термообработки. Для отделочной обработки зубьев зубчатых колес с модулем 1,5...6,0 мм и припуском не более 0,02...0,05 мм используют хонингование. Хонингование позволяет улучшать параметры шероховатости зуба и снимать заусенцы, но никоим образом не исправляет погрешности формы.

Конические зубчатые колеса можно изготовлять методом копирования набором фрез в три прохода. Небольшие зубчатые колеса изготовляют методом протягивания на специальных станках круговой протяжкой. Строгание двумя резцами по методу обкатки также применяют для нарезания зубчатых колес с прямыми зубьями и модулем до 20 мм. Конические зубчатые колеса с модулем до 3,5 мм нарезают за один проход. Так как эти станки работают в автоматическом цикле, они наиболее подходят для автоматизированного производства. Конические зубчатые колеса с криволинейным модулем нарезают резцовой головкой с профилем зуба по дуге окружности или специальной конической фрезой.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>