1.5. Методика формування маршруту технологічного процесу

Під час розробки технологічного процесу виділяють два взаємозв'язані етапи роботи. Перший - формування технологічного маршруту, тобто визначення кількості та послідовності необхідних операцій із закріпленням їх за обладнанням, другий - визначення оптимальної структури окремих операцій. При цьому слід зазначити, що коли перший етап роботи зумовлюється характеристиками і насамперед конфігурацією та точністю оброблюваних деталей, то другий залежить не лише від характеристики цих деталей, але й від програми випуску продукції.

Оскільки від якості розробки технологічних процесів великою мірою залежать якість деталі та продуктивність обробки, то розробці технологічних процесів завжди приділяється дуже багато уваги і ця робота доручається, як правило, досвідченим, висококваліфікованим інженерам-технологам. Однак, як відомо, досвід набувається лише в результаті багаторічної праці, і не всі молоді інженери, яким доводиться це робити, такий досвід вже мають. У зв'язку з цим вчених та інженерів давно цікавить питання про те, як в існуючих умовах забезпечити високу якість розробки технологічних процесів незалежно від наявності досвіду проектувальників.

Перший можливий шлях вирішення цього питання вказав проф.Л.П. Соколовський, що висунув ідею типізації технологічних процесів. Суть її полягала в тому, що однотипні, тобто геометрично подібні деталі, мають подібні технологічні маршрути механічної обробки. Якщо провести відповідну класифікацію деталей машин, розділивши їх на певну кількість класифікаційних категорій до класів та типів включно, причому під типом розуміються геометрично подібні деталі, що мають подібні технологічні процеси, то, розробивши раз ці процеси, можемо надалі використовувати їх для всіх деталей такого типу. Другий можливий шлях здійснення якісної розробки технологічних процесів - це теоретично обґрунтована розробка з використанням загальних принципів і теоретичних положень технології машинобудування, зокрема теорії базування та правил вибору чорнових і чистових баз. Але тут на перше місце висувається методика розробки високоефективних технологічних процесів.

Основні принципи технології машинобудування, які використовуються в теоретично обґрунтованій розробці технологічних процесів, такі: принцип розділення чорнових та чистових операцій, принцип концентрації і диференціації операцій, принцип єдності баз та принцип перенесення найточніших операцій на кінець технологічного процесу.

Формуючи маршрут технологічного процесу, треба визначити назви й кількість операцій та встановити їх черговість. Перше завдання розв'язується зазвичай простіше, ніж друге, тому що для його розв'язання не треба особливо глибоких знань, а цілком вистачає знати, які роботи можуть виконувати основні металорізальні верстати та на яких верстатах доцільно проводити обробку основних поверхонь типових деталей виробів. Друге завдання, тобто встановлення черговості операцій, де що складніше, воно вимагає знання методики розробки технологічних процесів, основ теорії базування деталей, правил вибору чорнових і чистових баз та інших основних принципів технології машинобудування. Як правило, вибір черговості операцій починається з вирішення двох питань: чи доцільно застосовувати в такому випадку допоміжні бази або інші та яку чи які з поверхонь слід прийняти за чорнову базу? Ствердна відповідь на перше питання може бути в більшості випадків. Так буває під час обробки різного роду валів, багатовісних і корпусних деталей. Відповідь на друге питання зумовлена, по-перше, відповіддю на перше питання і, по-друге, відповіддю на питання про те, якою буде чорнова база.

Таким чином, першою операцією у технологічному маршруті буде завжди обробка допоміжних баз, якщо вони застосовуються, або взагалі обробка тих поверхонь, що можна обробити у разі вибраної чорнової бази. Обробка допоміжних баз для валів та багатовісних деталей зводиться до підрізки торців і виконання центрових отворів, а для корпусних деталей - до обробки базової площини та двох отворів під установочні пальці.

У найбільш загальному випадку, незалежно від того, чи деталь обробляється з усіх сторін, чи ні, за чорнову базу повинна вибиратися та поверхня, яка з яких-небудь причин повинна мати точно визначене положення відносно всіх інших поверхонь деталі. Такою поверхнею буде, наприклад, внутрішня порожнина поршня автомобільного двигуна, напрямні станини токарного чи іншого металорізального верстата, шийки його шпинделя і т.д.

У поршні порожнина всередині залишається необробленою і використання її як чорнової бази забезпечує його рівностінність. У станині також є поверхні, які залишаються необробленими, наприклад, бокові поверхні, але ці поверхні за чорнові бази не вибираються, хоча згідно з першим правилом вибору чорнових баз для забезпечення правильного взаємного розміщення оброблених і необроблених поверхонь за чорнову базу повинна б вибиратися поверхня, яка в деталі залишається необробленою. У такому випадку точність взаємного розміщення бокових поверхонь відносно оброблених не має суттєвого значення. Зате важливим є те, щоб під час обробки напрямних була знята поверхнева варства однакової товщини і тим самим забезпечувалась однакова стійкість проти спрацювання напрямних на всій їх довжині.

Другою операцією у технологічному маршруті завжди є обробка поверхні або поверхонь, які можна обробити, встановлюючи деталі на поверхню чи поверхні, оброблені в першій операції. Якщо під час установки на першу чистову базу можуть оброблятися декілька поверхонь, то зазвичай наперед обробляються поверхні одного характеру або менш точні. Із таких же міркувань, якщо в даному випадку не здійснюється принцип єдності баз, намічаються поверхні, які будуть оброблятися у третій операції.

Останньою операцією, якщо не брати до уваги деяких другорядних (наприклад, зняття фасок, свердління окремих другорядних отворів), черговість яких довільна і вони можуть виконуватись під час установки на одній із проміжних баз, є, як правило, обробка найточніших робочих поверхонь, до точності та якості яких ставляться найбільш високі вимоги. Кількість і якість операцій, що необхідні для досягнення потрібної точності якого-небудь розміру, встановлюються залежно від жорсткості системи ВПІД потрібного уточнення.

Заслуговує на увагу під час встановлення маршрутів обробки деталей технологічне застосування алгоритмів складання маршруту. Складання технологічних алгоритмів формування маршруту обробки починається з розробки принципової схеми вибору маршруту для заданого класу деталей залежно від технічних умов їх виготовлення. Оскільки кожна деталь може бути виготовлена по-різному, то виникає складне багатоваріантне завдання вибору оптимального варіанта технологічного процесу для конкретних умов виробництва. Технічними обмеженнями, що визначатимуть можливі варіанти процесу, будуть відомості про технологічне обладнання і оснащення (склад, характеристики, розміщення по цехах) та матеріали, з яких виготовляється деталь. У випадку вказаних технічних обмежень визначається оптимальний варіант технічного процесу, який забезпечить виготовлення деталей за мінімальної працемісткості, технологічної собівартості. Технологічні алгоритми формування маршруту складаються для певних класів деталей. Причому такий загальний технологічний алгоритм композиційно включає алгоритми визначення маршруту обробки окремих видів поверхонь. При цьому велике значення має типізація технологічних процесів.

Перший варіант маршруту складається з фрезерної операції (незагартовані та поліпшені деталі у разі точності розмірів не більше ІТ 8, шорсткості - до Rа 2,5 та точності взаємного розташування не більше 0,05 мкм). Другий варіант маршруту застосовується для загартованих деталей з такими ж технічними вимогами. Третій варіант - для незагартованих і поліпшених деталей, які мають закриті поверхні: фрезерні операції. Плоскі поверхні точності ІТ 7 та шорсткості Rа 0,63, незалежно від наявності термообробки і технічних вимог, обробляються фрезеруванням і плоским шліфуванням. Це четвертий варіант маршруту обробки. У разі збільшення точності та шорсткості поверхні в маршрут включається слюсарна викінчувальна операція (5-й варіант). Вибір виду заготівельної операції також може здійснюватись за технологічними алгоритмами. Він залежить віл типу заготовки та деталі. Для валів, які виготовляються з поковок, призначається відрізна, ковальська та знову відрізна операції для зняття напуску з одного кінця поковки. Для заготовок типу втулок і дисків відрізна операція після ковальської не потрібна. Для деталей, що виготовляються з прутка, у маршрут вводиться відрізна операція. Під час впровадження на машинобудівних заводах нових методів чорнової чи чистової обробки вимагається лише незначне доопрацювання таких таблиць, а саме - додавання нових варіантів маршруту. Оскільки алгоритми маршруту складені на цілі класи поверхонь, а їх небагато, то створюються сприятливі умови для впровадження їх у виробництво після детальної перевірки і нормалізації у межах заводу та галузі промисловості.

Під час формування технологічних маршрутів високоточних литих деталей (наприклад, шпиндельних блоків багатошпиндельних токарних автоматів) для запобігання викривленню деталей внаслідок перерозподілу внутрішніх напружень у виливках у випадку зняття поверхневих варств матеріалу (коринок) доводиться розділяти чорнові та чистові операції. В таких випадках у відповідній черговості проводять спочатку всі чорнові операції, а відтак у такій же послідовності - й чистові, а іноді, коли потрібно, то й викінчувальні операції. Після виконання всіх чорнових операцій деталь піддається зазвичай операції природного або штучного старіння. Для особливо точних і відповідальних деталей операцію старіння повторюють деколи ще й після чистових операцій. У разі необхідності перед викінчувальними операціями проводять гартування.

Намітивши у такий спосіб технологічний маршрут обробки деталі, приступають до визначення структур усіх намічених операцій.

1.6. МЕТОДИКА ФОРМУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОПЕРАЦІЙ

Загально технологічне завдання формування операцій можна поділити на підзавдання. У першому підзавданні визначаються найбільш раціональні форми деталі, припуски і міжопераційні розміри; в другому вибираються варіанти технологічної системи ВПІД; в третьому - визначаються раціональна структура та техніко-економічні характеристики операції; у четвертому - здійснюється декодування результатів технологічної розробки й одержання технологічних карт, операційних креслень та схем наладок. Згідно з таким розподілом прийнята типова схема алгоритму розробки технологічних операцій:

1. Визначення форми та міжопераційних розмірів деталі, тобто призначення припусків, напусків, міжопераційних розмірів і технологічних допусків.

2. Вибір схеми базування та установки деталі.

3. Вибір типорозміру верстата.

4. Визначення типорозміру установочно-затискного пристосування.

5. Формування допустимих варіантів структури операції, тобто визначення складу та послідовності переходів.

6. Розробка різних переходів.

7. Розрахунок часу виконання переходів і допоміжних прийомів в операції.

8. Визначення найбільш раціональних характеристик і структури операції.

9. Розрахунок технічно обґрунтованої норми часу на операцію.

10. Визначення розряду роботи, розцінок і технологічної собівартості операції.

11. Визначення програми викреслювання операційних креслень схем налагоджень і друкування технологічних карт.

12. Вибір оптимального варіанта проводиться у випадку порівняння величин технологічних собівартостей операції по кожному варіанту.

Інформація оптимального варіанта технологічної операції друкується, а в проміжних варіантах засилаються номер деталі, код операції, тип верстата, норма часу та технологічна собівартість. Для деяких операцій ряд алгоритмів може бути опущеним, наприклад, для одно перехідних операцій алгоритм визначення послідовності установок і переходів не використовується.