Основы технологического проектирования в машиностроении

            ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ - БАКАЛАВРИАТ



серия основана в 1 996 г.






Т.А. ДУЮН
И.В. ШРУБЧЕНКО
А.В. ХУРТАСЕНКО
М.Н. ВОРОНКОВА
Л.В. МУРЫГИНА

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В МАШИНОСТРОЕНИИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ




         Утверждено Ученым советом Белгородского государственного технологического университета имени В.Г. Шухова в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 15.05.01 «Проектирование технологических машин и комплексов», бакалавров, обучающихся по направлениям подготовки 15.03.01 «Машиностроение», 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»


znanium.com

Москва
ИНФРА-М
2023

        УДК 621(075.8)
        ББК 34.5я73
        Д79


    Рецензенты:                                                            
    Колобов А.В., кандидат технических наук, ведущий инженер               
    ЗАО «Центрометаллургмонтаж»;                                           
    Афанасьев А.А., доктор технических наук, профессор Белгородско-        
    го государственного технологического университета имени В.Г. Шу-       
    хова                                                                   
    Дуюн Т.А.                                                              
Д79 Основы технологического проектирования в машиностроении :              
    учебное пособие / Т.А. Дуюн, И.В. Шрубченко, А.В. Хуртасенко,          
    М.Н. Воронкова, Л.В. Мурыгина. --- Москва : ИНФРА-М, 2023. ---         
    271 с. --- (Высшее образование: Бакалавриат). --- DOI 10.12737/1860957.
    ISBN 978-5-16-017551-5 (print)                                         
    ISBN 978-5-16-110074-5 (online)                                        
    В учебном пособии приводятся основные этапы, последовательность        
    и общая методика проектирования технологических процессов механиче-    
    ской обработки деталей и сборки изделий в машиностроении. В основных   
    разделах после изложения элементов теории даны примеры их конкрет-     
    ного выполнения.                                                       
    Для студентов бакалавриата, обучающихся по направлениям подго-         
    товки 15.03.01 «Машиностроение», 15.03.05 «Конструкторско-техноло-     
    гическое обеспечение машиностроительных производств», а также спе-     
    циалистов, обучающихся по специальности 15.05.01 «Проектирование       
    технологических машин и комплексов», дневной и заочной форм обуче-     
    ния, осваивающих методику технологического проектирования и выпол-     
    няющих курсовые и дипломные проекты и работы.                          
                                                             УДК 621(075.8)

ББК 34.5я73








                                   © Дуюн Т.А., Шрубченко И.В.,
ISBN 978-5-16-017551-5 (print)        Хуртасенко А.В., Воронкова М.Н.,
ISBN 978-5-16-110074-5 (online)       Мурыгина Л.В., 2022

ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ...................................................... 5
1.  ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
    СБОРКИ ИЗДЕЛИЙ............................................... 7
    1.1. Исходные данные......................................... 7
    1.2. Назначение и конструкция изделия........................ 7
    1.3. Тип производства и организационная форма сборки........ 11
    1.4. Анализ чертежа и технических условий................... 13
    1.5. Анализ технологичности конструкции изделия............. 18
    1.6. Выбор методов обеспечения точности сборки............... 23
    1.7. Установление порядка комплектования изделия и составление технологическойсхемы сборки................................. 25
    1.8. Анализ вариантов схемсборки............................ 31
    1.9. Разработка технологического маршрута сборки............ 32
    1.10. Назначение технологических баз........................ 37
    1.11. Выбор оборудования.................................... 38
    1.12. Определение режимов работы сборочного оборудования.... 40
    1.13. Проверка качества сборки соединений................... 42
    1.14. Нормирование времени сборочных работ.................. 43
    1.15. Проектирование сборочных операций..................... 46
    1.16. Разработка схем и выбор оборудования для контроля..... 49
    1.17. Оформление технологической документации............... 51
2.  ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ............................................ ⁵⁶
    2.1. Исходные данные........................................ 56
    2.2. Определение типа производства.......................... 58
    2.3. Назначение и конструкция изделия....................... 61
    2.4. Анализ чертежа и технических условий................... 62
    2.5. Анализ существующего технологического процесса......... 66
    2.6. Выбор заготовки........................................ 79
    2.7. Назначение технологических баз......................... 89
    2.8. Выбор методов обработки отдельных поверхностей......... 95
    2.9. Разработка технологического маршрута.................. 101
    2.10. Выбор оборудования................................... 108
    2.11. Выбор режущего и вспомогательного инструмента........ 111
    2.12. Выбор приспособлений................................. 113
    2.13. Расчет и выбор припусков............................. 114
    2.14. Проектирование технологических операций.............. 135
    2.15. Расчет режимов резания............................... 144
    2.16. Прогнозирование точности механической обработки поверхностей............................................... 170
    2.17. Прогнозирование качества обработки поверхностей деталей. Параметры качества поверхности............................. 200
    2.18. Нормирование времени выполнения операций ............ 223
    2.19. Экономическая оценка технологического процесса....... 227

2.20. Проектирование схем технологических наладок оборудования и расчетно-технологических карт для оборудования
        сЧПУ........................................................ 229
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................... 234
ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................... 235
Приложение 1. Коэффициент линейного расширения и сжатия............. 235
Приложение 2. Температура нагрева охватывающей стальной детали
            при сборке соединений с натягом
            (°C).................................................... 235
Приложение 3. Диаметры сверл для отверстий под шплинты (мм)......... 235
Приложение 4. Диаметры сверл для отверстий под болты и шпильки (мм). 236
Приложение 5. Слесарно-монтажный инструмент и приспособления. 236
Приложение 6. Устройства для нагрева деталей перед запрессовкой..... 239
Приложение 7. Вспомогательные устройства............................ 241
Приложение 8. Слесарно-сборочное оборудование....................... 245
Приложение 9. Дополнительные сведения............................... 265
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ................................................. 266
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК............................................ ²⁶⁹

ПРЕДИСЛОВИЕ

   Пособие составлено для студентов, приступающих к изучению начальной части курса «Технология машиностроения». В первой главе излагаются вопросы, связанные с проектированием технологических процессов сборки изделий; во второй - с проектированием технологических процессов изготовления деталей. Содержание пособия и последовательность изложения материала рассчитаны на создание максимума удобств для использования его во время практических занятий, а также при выполнении курсовых работ и проектов по дисциплине. Предполагается, что студентами уже проработаны и освоены дисциплины: «Технологические процессы машиностроительных производств», «Технология конструкционных материалов», «Метрология, стандартизация и сертификация», «Процессы формообразования и инструмент», «Технологическое оборудование», «Основы проектирования», «Инженерная графика» и некоторые другие. Одновременно им еще предстоит знакомство с такими дисциплинами, как «Автоматизация проектирования технологических процессов и средств технологического оснащения», «Технология, оборудование и автоматизация сборочного производства», «Обеспечение качества изделий» и прочими, читаемыми на последних семестрах обучения.
   В прежние годы было издано немало хороших пособий по технологии машиностроения, в том числе по курсовому и дипломному проектированию. Большинство из них ([1, 3] и пр.) рассчитано на студентов, прослушавших и усвоивших основные теоретические положения перечисленных дисциплин; другие, например [18], способствуют углублению знаний по отдельным разделам технологии машиностроения.
   Пособие «Основы технологического проектирования в машиностроении» несколько уступает в строгости изложения материала отмеченным работам. Оно рассчитано на интенсификацию и повышение продуктивности практических занятий, на которых студенты закрепляют теоретические знания по курсу технология машиностроения и получают первичные навыки самостоятельного проектирования технологических процессов. Основное внимание уделяется производству деталей и сборке изделий заданного качества наиболее производительными и экономичными методами. В процессе практических занятий каждый студент для конкретной детали или сборочной единицы составляет технологический маршрут обработки (сборки) и подробно проектирует технологический процесс на 1.. .3 технологические операции (устанавливает режимы обработки (сборки), анализирует дости

гаемые точность и качество, осуществляет техническое нормирование и др.).
   Эффективность и рентабельность техпроцесса устанавливается (подтверждается) вариантным проектированием, т.е. сравнением целесообразности обработки (сборки) одних и тех же элементов разными способами и разными инструментами, на различном оборудовании.
   Темы занятий и последовательность их выполнения, в основном, соответствуют разделам оглавления данного пособия.
   Спроектированный технологический процесс оформляется в соответствии со стандартами и правилами ЕСТД и ЕСТПП.
   Пособие рассчитано на выполнение следующих методических задач:
   -    дать первые представления о технике и очередности выполнения всех основных этапов разработки технологического процесса, познакомить с особенностью осуществления и трудоемкостью каждого этапа, показать наличие тесной логической взаимосвязи между отдельными этапами проектных работ;
   -    увязать в ходе обучения теоретические положения дисциплины с их практической реализацией, сформировать у обучаемых цельное представление о технологии машиностроения как о науке и подготовить их к квалифицированному и самостоятельному курсовому и дипломному проектированию;
   -    с первых шагов освоения новой дисциплины выработать у будущих специалистов привычку обязательного логического и формального обоснования принимаемых решений при проведении любых проектных работ, а также навыки четкого и лаконичного изложения подобных обоснований в пояснительных записках.
   Для обоснования принимаемых решений часто пользуются материалами, опубликованными в научно-технической, справочной, периодической, учебной и прочей литературе по технологии машиностроения. В целях облегчения и сокращения времени информационных поисков нужного материала в пособии указывается размещение материалов по различным разделам проектирования в наиболее распространенных изданиях последних лет.
   Во многих разделах пособия, после краткого изложения основных теоретических положений, перед студентом ставится очередная проектная задача и приводится пример ее решения. Естественно, что не следует рассматривать указанные образцы как догмы и пользоваться при составлении описаний фразами из пособия. Каждый в ходе практикума должен стремиться проявить максимум творческой инициативы, индивидуализма, прилежания.

Самостоятельными темами являются кодирование информации, оптимизация режимов, составление типовых и групповых технологических процессов и пр.
   Несмотря на узкую целенаправленность, пособие успешно может использоваться студентами машиностроительных направлений и специальностей, изучающих технологию машиностроения. Оно также окажется весьма полезным для обучающихся без отрыва от производства.

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ ИЗДЕЛИЙ

1.1. Исходные данные
    Приступая к разработке технологического процесса сборки, необходимо в качестве исходных данных иметь:
    -     программу выпуска изделия (заводом или цехом) на длительный период;
    -    сборочный чертеж изделия;
    -    чертежи сборочных единиц, входящих в это изделие;
    -    спецификации деталей по сборочным единицам;
    -    технические условия сборки, испытаний, приемки;
    -    чертежи деталей, входящих в сборочную единицу;
    -     базовый или типовой технологический процесс сборки такого же или аналогичного изделия;
    -     сведения о действующем производстве (наличии оборудования, приспособлений, инструментов и т.п.);
    -     стандарты различного уровня на средства технологического оснащения, планировки участков и цехов, нормативы для расчета норм времени, банки данных о действующих типовых и групповых технологических процессах сборки;
    -     справочники, каталоги на оборудование и средства технологического оснащения.

1.2. Назначение и конструкция изделия
    Любое изделие, изготавливаемое на производстве, должно соответствовать определенным параметрам и выполнять заданные функции. Степень соответствия основных параметров заданным в конструкторской документации определяет фактическое качество изделия. При значительных отклонениях возможен брак, и от того, на какой стадии проектирования или производства он будет обнаружен, зависит

величина дополнительных затрат.
    С целью максимального уменьшения вероятности появления брака на каждой стадии проектирования должен выполняться подробнейший анализ документации на изделие, правильности простановки размеров, назначения допусков и посадок и других технических требований. Грамотный и подробный анализ невозможен без знания служебного назначения изделия, отдельных его деталей, сочленений и поверхностей, какие нагрузки они воспринимают и передают и др. Большую помощь здесь оказывает производственный опыт технолога. Но независимо от этого на каждой стадии проектирования возможен и даже желателен тесный контакт с конструктором, разработавшим данное изделие. Все это позволит сократить до минимума возможные несоответствия, начиная с первых стадий проектирования, и практически исключить их влияние на производственные потери. Сборка предполагает в основном выполнение операций по взаимному соединению и фиксации отдельных деталей, поэтому особое внимание при описании служебного назначения должно быть уделено отдельным сочленениям.
    В описании необходимо указывать, какие нагрузки воспринимают те или иные сочленения, какие выходные параметры должно обеспечивать изделие, какие необходимые зазоры должны быть соблюдены при сборке и др. Чтобы правильно выявить основные замыкающие звенья необходимо определить конструкторские базы изделия - основные и вспомогательные базы. Технолог, проектирующий технологический процесс сборки, является практически заключительным звеном при производстве изделий, поэтому он должен изучить также документацию всех предшествующих стадий: технического задания, технического предложения, эскизного проекта, рабочей документации опытного образца, опытной серии и т.д. При этом он должен критически подходить к оценке формулировок служебного назначения, приводимых в пояснительных записках различных стадий проектирования документации. На нем лежит максимальная ответственность за возможный брак на заключительной стадии изготовления, где затраты, связанные с его устранением являются максимальными.
    Пример. Описать назначение и конструкцию шпинделя Ш0421.00.00.000 маятниковой пилы для поперечной резки древесины (сборочный чертеж и спецификация - рис.1.1,1.2). Шпиндель является сборочной единицей маятниковой пилы для поперечной резки деревянного бруса. Базовыми деталями этого изделия являются корпуса, которые координируют положение деталей и сборочных единиц, входящих в это изделие.

W7-1&IH

Рис. 1.1. Сборочный чертеж шпинделя

Г ПжрЫ&ТЯ СфЖК.
2. ГЬкрьггиэ тверхнхпш корпусе т ГОСТ 9.032- 74, эьыъ ПР-11$ жяпъя ГОСТ 6465- 76 И.

______(рев. N__Пев пее_____                                                             Гр-ие-
                                            I        Обозначение           Ниеновение             Кол | Чение 
                                                                                                              
                                                                           Дюмнеиия                           
                                                                                                              
                                            м        ШЮ21.00.0Ю.0ЮХБ       (5ороч-ьй чертеж                   
                                                                                                              
                                                                                                              
                                                                           (аооннье еднии.!                   
                                                                                                              
                                                                                                              
                                                                                                              
                                                                                  Дзтеги                      
                                                                                                              
                                            ан   1   1110421.0/0.00.001    Ban                    1           
                                            аз   2   1110421.00.00.002     Крьике                 2           
                                            Mi   3   ШЮ21.00.00.003        Корпус                 2           
ПхдП и дета  Взем н&^Ив Nd/дл  ГЬЗп. и дате      4   745-ЮЮ1-12            Упгстнтегь-се коьир    2           
                                                 5   145-5001-13           Мттитгьное когьио      2           
                                                                                                              
                                                                           Отндеатье изделия                  
                                                                                                              
                                                 6                         ВинтМЮ‘30ГХХ:Г1798-10  12          
                                                 1                         Масленке 12иб^Ш14      2           
                                                 8                         Пйи/нк208ГГШ338-75     2           
                                                 9                         Шйба 1)63" ГО6402-10   12          
                                                 10                        Шон<a№81ГЛ2336l0-78    1           
                                                                                                              
                                                                                                              
                                                                                                              
                                                                                                              
                                                                                 Ш0421.00.00.000(Б             
                                                                                                               
                                            Ин Пт.   NtfDKVM ГОд/.   Дт                                        
Ив №подл                                    Незреб                                Пит               Пит Листов
                                            ГЬоа                                  1 1                     1   
                                                                         Штндепь                               
                                            Нконт.                                                             
                                            т                                                                  

Копировал                         вормет Я

Рис. 1.2. Спецификация шпинделя

   В их отверстия на радиальных однорядных шарикоподшипниках 208 ГОСТ 8338-75 нулевого класса точности, легкой серии, воспринимающих циркуляционное нагружение при нормальном режиме работы, установлен вал. Осевое положение подшипников фиксируется крышками, каждая из которых крепится шестью винтами М10х30.58 ГОСТ 7805-70 с шайбами 10.65 Г 029

ГОСТ 6402-70. В качестве уплотнений в крышке и корпусе установлены контактные уплотнения - войлочные кольца, которые предварительно пропитывают разогретой смесью из универсальной среднеплавкой смазки (85%) и чешуйчатого графита (15%). В корпуса для смазки подшипников при помощи масленок 1.2 .Ц6 ГОСТ 19853-74 нагнетается смазка ЦИАТИМ 201 ГОСТ 6267-74. Крутящий момент от электродвигателя типа 4A90L4Y3 ГОСТ 19523-74, мощностью 2,2 кВт и частотой вращения 1500 мин⁻¹, через клиноременную передачу с сечением ремня Б(В) ГОСТ 1284-68 передается на шкив диаметром 125 мм, устанавливаемый на посадочную шейку 035 мм. На шейке шкива выполнен паз под шпонку 10x8x45 ГОСТ 23360-78. Осевое положение шкива фиксируется гайкой, устанавливаемой на резьбовую поверхность М32х1,5.
    На посадочную шейку 032 мм устанавливается дисковая пила диаметром до 400 мм для поперечной резки деревянного бруса и через установочные фланцы крепится при помощи резьбовой поверхности М27х1,5. Для фиксации вала при монтаже и демонтаже пилы выполнено поперечное отверстие 010 мм.
    Основными базами шпинделя являются опорные и торцевые поверхности корпусов, при помощи которых сборочная единица устанавливается на раму станка.
    Вспомогательными базами являются: посадочная шейка 032 мм и заплечик вала; посадочная шейка 035 мм и заплечик вала.
    Покрытие поверхностей корпусов по ГОСТ 9.032-74, эмаль ПФ-115, желтая ГОСТ 6465-76 VI.

        1.3. Тип производства и организационная форма сборки
    Тип производства может быть определен ориентировочно еще на первой стадии проектирования техпроцесса.
    Уточнение выбранного типа производства можно произвести после определения такта сборки и определения ориентировочной продолжительности выполнения операции. Если такт значительно превышает среднюю предварительно найденную длительность операции, то сборку следует вести по принципу серийного производства. Если такт сборки близок к средней продолжительности операции, то сборку следует выполнять по принципу массового производства. При малом такте сборки процесс дифференцируют, разбивая на небольшие по содержанию операции.
    Для определения организационной формы сборки в качестве исходных данных необходимы: метод обеспечения точности сборки; тип производства; конструкция изделия; габаритные размеры и масса; срок

выпуска изделий. Для одного и того же изделия может быть выбрано два и более варианта форм сборки, окончательный выбор определяется экономическими расчетами. Выбирают вариант, при котором себестоимость сборки будет минимальна.
    Основными организационными формами сборки являются стационарная и подвижная. Стационарная сборка может выполняться одним рабочим или бригадой, причем объект сборки располагается постоянно на одном сборочном посту. Стационарная сборка может выполняться с расчленением работ и без расчленения работ. При расчленении работ предполагается деление процесса на узловую сборку основных групп и общую сборку изделия в одно и то же время несколькими сборщиками.
    При подвижной сборке объект сборки последовательно перемещается от одного сборочного поста к другому, на которых рабочие выполняют определенные операции.
    В зависимости от типа производства перемещение объекта сборки может быть: свободным (собираемое изделие перемещают сами сборщики, например, на тележках или рольгангах, мелкосерийный или серийный тип производства); принудительным (объект сборки перемещается при помощи механизированных транспортных средств непрерывного или периодического действия, крупносерийный и массовый тип производства). С увеличением выпуска изделий процесс сборки может быть более дифференцирован и расчленен таким образом, что каждую операцию будет выполнять только один рабочий. Объект сборки должен последовательно перемещаться при помощи транспортных средств от одного рабочего к другому. Такую организационную форму сборки называют поточной.
    К основным факторам, характеризующим поточный метод сборки, относят: закрепление за каждым сборочным постом вполне определенных операций, чередующихся по ходу технологического процесса; передача объекта сборки на последующую операцию сразу же после выполнения предыдущей; ритмичная, синхронная работа на всех рабочих местах сборочной линии; слаженная, четкая работа всех смежных или обслуживающих поток участков производства; возможность широкого внедрения средств механизации.
    При принудительном перемещении объектов сборки и принудительном регулировании такта используют конвейерную сборку. При этой форме сборки все пригоночные операции должны быть устранены, и лишь в тех случаях, когда по технико-экономическим соображениям это невозможно осуществить, пригоночные операции выносят на специальные посты.