Проектирование технологических операций

Построение технологических операций механической обработки яв­ляется ключевым моментом построения всего технологического процес­са, от которого зависят и точность, и качество, и экономичность обработки. Для построения операций следует располагать сведениями, изложенными в п. 9.2, 9.5...9.10. Кроме того, нужно знать какие поверхности и с какой точностью должны быть обработаны и какие по­верхности и как были обработаны на предшествующих операциях. В процессе проектирования устанавливают степень концентрации или диф­ференциации операций и их структуру.

Концентрацией (укрупнением) опера­ций называют соединение нескольких простых технологических переходов в одну сложную операцию. Технологический процесс, постро­енный по принципу концентрации операций, состоит из небольшого чи­сла сложных многопереходных операций.

Дифференциацией (раздроблением) операции называют построение операций из небольшого числа (обычно 1...2) простых технологических переходов. Технологический процесс, построенный по принципу дифференциации операций, состоит из большого числа простых операций.

Концентрация позволяет объединить в одной операции один или не­сколько предварительных (черновых) и окончательных (чистовых) пе­реходов, заменить несколько установов позициями и простых одноинструментальных переходов сложными с многоинструментальной (много­лезвийной) обработкой сразу нескольких поверхностей. За счёт обра­ботки с одного установа повышается точность в расположении поверх­ностей. Многоинструментальная обработка вместе с сокращением числа установов (перезакреплений) позволяют сократить основное и вспомо­гательное время, а также время хранения заготовок на промежуточных складах. Сокращается общее число операций и упрощается календарное планирование. Одновременно повышаются требования к точности и тех­нологическим возможностям станков и к квалификации рабочих. Концен­трированные операции проектируют в условиях единичного и серийного производства, для многопозиционных станков и станков с ЧПУ; они ши­роко распространены на предприятиях тяжёлого машиностроения.

Дифференциация технологических операций чаще применяется в кру­пносерийном и массовом производстве. Она позволяет разделить обра­ботку на черновую, выполняемую на обычных высокопроизводительных станках рабочими низкой квалификации, и чистовую, требующую высокой квалификации рабочих и высокоточных станков. В условиях массового производства дифференциация операций позволяет выполнять все опера­ции технологического процесса в едином ритме на простых узкоспециа­лизированных станках, связанных конвейером или встроенных в автома­тическую линию.

При проектировании конкретной операции уточняют её содержание, устанавливают последовательность и возможное совмещение переходов, окончательно выбирают инструмент, оборудование и приспособления (при отсутствии удовлетворяющих требованиям, составляют задание на их конструирование), назначают режимы резания, устанавливают наст­роечные размеры, вычерчивают схему наладки станка, определяют нор­му времени и норму выработки. Прорабатывая возможные варианты по­строения операций, стремятся добиться наибольшей производительнос­ти и экономичности. В этом аспекте главнейшей задачей является со­кращение оперативного времени t_оп = t_o + t_в . Уменьшение основ­ного времени t_o достигают в результате использования высокопроизво­дительных режимов резания и режущих инструментов, сокращения числа переходов и рабочих ходов и пр. Уменьшения вспомогательного времени t_в = t_ус + t_уп + t_инд + t_си + t_изм + … достигают сокращением времени установки и съёма заготовки со станка t_ус , времени управления станком t_yn , времени индексации на многопозииионных станках t_инд , времени на смену инструмента t_си , времени на контрольные промеры t_изм времени на выполнение других вспомогательных переходов. Стремятся к сокращению времени холостых ходов, к применению совер­шенных установочных приспособлений с быстродействующими зажимными устройствами.

Обычно степень концентрации операций определяют при разработке схемы её выполнения (структуры). Стремятся максимально совместить во времени выполнение технологических и вспомогательных переходов, добиваясь при этом полного или частичного совмещения элементов ос­новного и вспомогательного времени и тем самым сокращения общей трудоёмкости операции (t_ш  min).

Схемы технологических операций определяются:

- количеством заготовок одновременно устанавливаемых в приспосо­бление или на станок - одно- и многоместная обработка;

- количеством инструментов, используемых при выполнении операции:

одно- или многоинструментальная обработка;

- последовательностью работы инструментов при выполнении опера­ции: последовательная, параллельная и параллельно-последовательная обработки.

Примеры реализации подобных схем даны на рис. 107.

Схемы одноместной последовательной одноинструментальной обработ­ки (см. рис. 107,а, показаны сверлильная и токарная операции) считаются наименее производительными. Основное время t_o всех n переходов операции t_{o i} выражается зависимостью t_o = .

Схемы одноместной последовательной многоинструментальной обрабо­тки сменяемым инструментом имеют примерно такую же производитель­ность (см. рис. 107,6, показаны сверлильная и токарная операции).

Схемы одноместной параллельной многоинструментальной обработки значительно производительнее (см. рис. 107,в, показаны сверлильная- и токарная операции. Основное время операции в этом случае равно времени наиболее продолжительного (лимитирующего) перехода

t_o = t_{o lim} .

Схемы одноместной параллельно-последовательной многоинструмен­тальной обработки (см. рис. 107,г, показана сверлильная и токарная операции, причём оба суппорта токарного станка I и II могут работать и параллельно) по производительности обычно уступают предыдущим (см. рис. 107,в).

Схемы одноместной параллельной одноинструментальной обработки (см рис. 107,д, показаны круглошлифовальная и сверлильная операции) позволяют совмещать основное время выполнения отдельных переходов и определять общую продолжительность основного времени операпии длите­льностью лимитирующего перехода t_o = t_{o lim}.

Схемы многоместной последовательной одноинструментальной обрабо­тки с одновременной установкой заготовок (см. рис. 107,е, показаны зубофрезерная и сверлильная операции) позволяют сокращать основное время на врезание и перебеги инструмента и частично вспомогательное время на установку заготовок. Здесь

.,

где n - число последовательно обрабатываемых заготовок; t_{o i} - основное время обработки каждой заготовки.

Схемы многоместной последовательной многоинструментальной обра­ботки с одновременной установкой заготовок (см. рис. 107,ж, показа­ны последовательное рассверливание, зенкерование и расточка отверс­тия в кольцах на токарно-револьверном станке), как и в предыдущем случае, позволяют сократить штучное время операции.

Схемы многоместной параллельной многоинструментальной обработки с одновременной установкой заготовок (см. рис. 107,з, показано од­новременное цилиндрическое фрезерование посадочных поверхностей крышек корпусов подшипников) существенно сокращают основное и вспомогательное время операции

t_o = t_{o lim} / n и t_в =( t_ус + t_уп)/ n ,

где t_ус , t_уп - время на установку и снятие заготовок и время на управление станком соответственно.

Схемы многоместной последовательной 1 и параллельно-последовательной 2 многоинструментальной обработки с раздельной установкой за­готовок (см. рис. 107,и, показаны сверление двух и пяти отверстий на трёх- и четырехпозиционных агрегатных станках соответственно) позволяют полностью перекрывать время на установку и снятие загото­вок основным временем. Вспомогательное время операции весьма незначительно и включает в себя только время управления t_yn, и время индексации t_инд, т.е. t_в= t_yn+ t_инд.

Схемы многоместной параллельно-последовательной многоинструмен­тальной обработки с непрерывной установкой и сменой обрабатываемых заготовок на станке (см. рис. 107,к, показано предварительное и чи­стовое фрезерование торцев деталей на двухшпиндельном карусельно-фрезерном станке), обеспечивают наивысшую производительность обра­ботки за счёт полного совмещения и перекрытия вспомогательного вре­мени основным. Для такой схемы t_в=0, а основное время

.

Схемы обработки на многошпиндельных многоинструментальных авто­матах позволяют многократно перекрывать основное время, что обеспе­чивает им более высокую производительность, чем производительность любой из рассмотренных схем.

Для количественной опенки принятой структуры операции пользуются коэффициентами совмещения основного Кс.о и оперативного Кс.оп времени операции. Их рассчитывает по следующим формулам:

и где t₀, t_b основное и вспомогательное неперекрываемое время, входящее в штучное время (t_on = t_o+t_b); и - суммы всех элементов основного и вспомогательного времени, совмещён­ных и несовмещённых переходов операции.

Значения К_с.о и К_с.оп изменяются в пределах 0 < Кc_i ≤ 1, причём при повышении степени совмещения их величина снижается, а при отсутствии совмещений – равна единице.

Например, при сверлении 6-ти отверстий по схеме (см. рис. 107, а) основное время операции t_o = 6t_oi , где t_oi – время сверления i- го отверстия. Коэффициент совмещения основного времени К_с.о = -никакого совмещения нет. При выполнении той же операции по схеме (см. рис. 107,в) - t_o = t_oi и К_с.о = . Эффективность схемы очевидна. При обработке по схеме, показанной на рис. 107, д К_с.о = , т.е. величина К_с.о ещё меньше и т.д.

В то же время повышение числа инструментов в наладке приводит к увеличению времени простоев станка, связанных с техническим обслу­живанием: заправкой, регулировкой, сменой инструмента из-за его износа или поломки и пр. В целях увеличения продолжительности рабо­ты станка без подналадок или для увеличения стойкости инструмента, приходится уменьшать скорость резания. В обоих случаях прояоводительность технологической операции падает (рис. 108), поэтому при проектировании многоинструментальных наладок с параллельными и па­раллельно-последователь­ными схемами обработки, должен быть решён воп­рос об оптимальной сте­пени концентрации опе­раций .

На степень концентра­ции операции оказывают также влияние: габарит­ные размеры и масса заготовок, их конфигурация и взаимное расположение обматываемых поверхностей, размещение инструментов в зоне обработки и возможность удаления из неё образующейся стружки, величина промеажуточных припусков и пр. Недостаточная жёсткость заготовку, может служить причиной отказа от параллельной её обрабо­тки несколькими инструментами. Обработку с высокой точностью и ма­лой шероховатостью поверхностей часто выделяют в самостоятельную особую операцию.

Максимальная концентрация операций достигается при обработке заготовок на автоматических линиях. Здесь могут параллельно-после­довательно обрабатывать заготовку несколько сотен инструментов. Вспомогательное же время операции включает время транспортировки заготовки в следующую позицию t_инд, время её установки t_ус и время подвода и отвода инструментов t_уп. Обычно оно не превы­шает 0,15...0,25 мин.

При обработке тяжёлых крупногабаритных заготовок в условиях единичного и мелкосерийного производства, как отмечалось выше, стремятся сократить вспомогательное время за счёт уменьшения чис­ла перестановок, выверок и закреплений (откреплений) заготовки и обрабатывающих инструментов, а также использованием средств меха­низации для их транспортировки и др. При обработке таких загото­вок на простых и многооперационных станках с программным управле­нием штучное время сокращается в связи с исключением пробных хо­дов, промежуточных промеров, уменьшением длин врезания и перебе­гов инструментов, из-за автоматической их смены и других причин.

После решения вопроса о структуре технологической операции делают окончательный выбор оборудования, инструмента и другое техно­логической оснастки; их выбирают, пользуясь сведениями из паспор­тов, каталогов, справочников и прочей информацией. Выполняют рас­чёты настроечных технологических размеров, режимов резания, точно­сти и качества обрабатываемых поверхностей, определяют силы и мо­менты сил резания. Принятые режимы резания должны воспроизводиться кинематикой станка и должны обеспечивать согласованную работу всех инструментов. Затем составляют схему технологической наладки обо­рудования - схему установки заготовки, размещения инструмента и другой технологической оснастки в рабочей зоне станка. Составляют­ся наладочные карты с указанием сменных зубчатых колёс, копиров, упоров и прочих элементов наладки.

Далее рассчитывают штучное время и себестоимость операции, а при наличии нескольких возможных вариантов её выполнения, выбирают наиболее производительный и экономичный. Одновременно составляют задание на проектирование специального инструмента, станочных и контрольных приспособления.

Проектирование технологической операции заканчивают оформлением всех необходимых документов, соответствующих требованиям действу­ющих стандартов ЕСТД (обязательными являются операционная карта (ОК) или карта технологического процесса (КТП) по ГОСТ 3.1404-86, а также карта эскизов (КЭ) ГОСТ З.1105-34*).