«Посвящается светлой памяти профессора Николая Яковлевича Баумана В.А. Новиков ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА И МОНТАЖА ПАРОВЫХ И ГАЗОВЫХ ТУРБИН Учебное электронное текстовое издание Подготовлено кафедрой Турбины и двигатели ...»

При подобной организации работ к моменту получения заготовок для крупных деталей на самом турбинном заводе обычно все бывает подготовленным для их обработки. То же относится и к более мелким частям турбины.

Таким образом, при последовательно-параллельном методе технологической подготовки производства общий цикл изготовления турбины с момента получения заказа и до ее выпуска резко сокращается. Например, для турбины Т-100-130, имеющей более 10000 наименований оригинальных деталей (исключая нормали), цикл подготовки производства и изготовления турбины составил около трех лет.

Повышение степени унификации как отдельных деталей, так и сборочных единиц и машин в целом, доходящее для некоторых типов турбин до 30-40 %, также сокращает общий цикл производства турбины и сроки подготовки производства.

где Y количество унифицированных деталей или сборочных единиц, примененных в данном изделии;

N общее количество деталей или сборочных единиц в изделии.

При повышении степени унификации резко сокращается цикл подготовки производства каждого следующего нового типа турбин, снижаются трудоемкость и стоимость; количество наименований дополнительно изготовляемой специальной оснастки существенно уменьшается, что видно из таблицы.

Для конструкторского отдела первый период работы заканчивается передачей чертежей в архив и изготовлением необходимого количества экземпляров светокопий для цехов и технических служб, в первую очередь для технологических отделов. В настоящее время все шире используется конструкторская документация, записанная на разного вида электронные носители (гибкие и жесткие магнитные диски, оптические диски и др.).

Для технологических служб период подготовки и освоения производства новых объектов, особенно таких крупных, как турбины, обычно существенно осложняется тем, что инструментальные цехи не успевают закончить изготовление необходимой технологической оснастки к выпуску первого головного образца. Поэтому весь объем заказанной оснастки, в зависимости от ее значимости, разбивается на несколько групп по очередности изготовления. Минимально необходимая оснастка, т.е. та оснастка, без которой невозможно выполнение технологических операций (например, модели, специальные измерительные инструменты, профильные фрезы для обработки лопаток и т.п.), включается в графики нулевой очереди. При изготовлении головного образца на выполнении работ, включенных в эти графики, сосредоточивается внимание всего коллектива завода. Полное освоение производства достигается уже после изготовления всего комплекта заказанной оснастки и ее внедрения в производство (обычно не ранее, чем на пятом или шестом образце новой крупной турбины).

Это требует от технологов особо тщательной проработки вопросов технологического оснащения производства с учетом, с одной стороны, реальных возможностей завода и, с другой стороны, необходимости достижения в этих условиях оптимальной производительности труда и высокого качества продукции. С целью сокращения объемов работ по изготовлению технологической оснастки следует максимально использовать универсально-наладочные и универсально-сборочные приспособления.

Унифицированные и стандартизованные элементы таких приспособлений могут использоваться многократно, поэтому отпадает необходимость изготовлять их заново при постановке на производство новых машин.

Количество новых наименований специальной оснастки, изготовленной

I II III IV V VI

Инструменты:

2.4. Типизация технологических процессов В Единой системе технологической подготовки производства (ЕСТПП) задача разработки технологических процессов рассматривается с позиции типовых и стандартных технологических процессов, обеспечивающих максимальную применимость на различных предприятиях машиностроения.

ГОСТ 10.302-73 устанавливает два вида технологических процессов:

типовой и единичный. Главное их различие заключается в том, что вид технологического процесса определяется числом изделий, охватываемых процессом (одно изделие, группы однотипных или разнотипных изделий).

В зависимости от основного назначения каждый вид технологического процесса подразделяется на рабочий и перспективный. Каждый из этих технологических процессов характеризуется степенью детализации их содержания в документации и может быть маршрутным, операционным и маршрутно-операционным.

Классификация технологических процессов. ГОСТ 14.301-73 устанавливает основные положения и правила разработки технологических процессов, предусматривающие широкое применение типовых технологических процессов, стандартных средств технологического оснащения и группового метода обработки деталей. Разработка типовых технологических процессов осуществляется на базе технологического классификатора деталей машиностроения и приборостроения и классификатора технологических операций, утвержденных Госстандартом.

По технологическому классификатору детали группируют по признакам, определяющим общность технологического процесса и их изготовления. Группирование деталей является обязательным условием типизации технологического процесса и способствует внедрению группового метода обработки.

Осуществление типизации технологических процессов позволяет решить основные задачи: создать группы объектов производства, обладающих общностью конструктивно-технологических характеристик; выбрать типовые образцы группы объектов производства; определить тип производства (единичное, серийное, массовое); разработать основные маршруты изготовления деталей с одновременным установлением вида исходной заготовки и ее технико-экономической оценкой; осуществить выбор вида обработки, оценить точностные характеристики размеров, взаимосвязи и качества поверхности изделий; выбрать метод обработки.

На этапе разработки технологических операций необходимо решить следующие задачи: произвести рациональное построение технологических операций; установить рациональную последовательность переходов в операции, выбрать оборудование, рассчитать его загрузку; определить конструкцию технологической оснастки; рассчитать припуски на обработку и межоперационные припуски; установить исходные данные и рассчитать режимы резания и нормы времени; определить по операциям разряд работы. Завершающим этапом разработки являются согласование типового технологического процесса со всеми заинтересованными службами и утверждение его.

Типовые технологические процессы должны служить исходной базой для разработки стандартов. Высшей степенью типизации технологических процессов является их стандартизация, основными целями которой являются: устранение разнообразия в технологии изготовления однотипных деталей; сокращение объема разрабатываемой документации и трудоемкости при разработке технологических процессов; установление правовой формы типизации.

Идея типизации технологических процессов возникла в Советском Союзе в 1932-1935 гг., когда началось бурное развитие отечественного машиностроения и потребовалось быстро и качественно разрабатывать технологические процессы для производства большого количества новых разнообразных машин. Одним из инициаторов типизации технологии был паротурбинный цех ЛМЗ.

Применение типовых технологических процессов позволяет резко сократить сроки и стоимость подготовки производства новых изделий, обеспечивая значительное повышение ее технико-экономической эффективности.

Первым этапом типизации является классификация деталей по общности методов решения технологических задач их изготовления. Классификация является наиболее трудоемкой частью работы. Для проведения классификации выбирается типовая машина одна из изготовляемых предприятием, с наибольшим показателем серийности. Все чертежи машины группируются по однородности их конструктивных и технологических признаков (например, в турбине – диски, диафрагмы, рабочие и направляющие лопатки и т. п.).

Как показал опыт машиностроения, наиболее правильным признаком для классификации машин, сборочных единиц и деталей является одинаковое или близкое их служебное назначение. В соответствии с этим классом можно назвать совокупность изделий (машины, сборочные единицы или детали), обладающих одинаковым или близким служебным назначением.

Сходство служебного назначения обусловливает сходство требований, которым должна отвечать готовая деталь, сборочная единица или машина в целом, и, следовательно, сходство кинематических схем, конструктивных форм и размеров, других качественных показателей. Рассмотрим, к примеру, в турбине детали ротора, детали узлов регулирования, парораспределения, проточной части. Все эти узлы и детали выполняют сходные функции, работают в сходных условиях окружающей среды (температура, степень нагружения и т. п.). Это, несомненно, приводит к необходимости применения для них в соответствии с назначением однотипных форм, материалов и т. п.

Результатом первого этапа работы по типизации технологии должен явится классификатор альбом эскизов типовых деталей, расположенных в определенной последовательности. Наличие классификатора облегчает отнесение деталей по вновь поступающим на разработку чертежам к тому или иному классу.

Работа по классификации деталей сопровождается унификацией и стандартизацией их конструкций, которые должны охватывать не только детали в целом, но и их элементы (галтели, выкружки, канавки и т. п.).

Степень унификации и стандартизации сборочных единиц и деталей машин может в определенной мере и при определенных условиях служить показателем качества работы конструктора.

Задача технологов – работать в тесном содружестве с конструкторами, помогать им в создании более совершенных типовых технологичных и унифицированных элементов машин. Так, например, на ЛМЗ в 1933- гг., когда впервые приступили к разработке классификации деталей, при изучении чертежей насосов (циркуляционные, питательные, масляные), спроектированных в разное время различными исполнителями, с целью разделения деталей по классам и типам было найдено много однотипных деталей, которые мало отличались по размерам друг от друга и вполне могли быть унифицированными. После обсуждения предложений технологов по унификации из 60 типоразмеров соединительных муфт, применяемых в насосах разного назначения и мощности, было оставлено только пять типоразмеров без всякого ущерба для качества изделий.

Унификация и стандартизация деталей и узлов однотипных машин, обеспечение при этом высокой технологичности конструкций являются основной предпосылкой для организации эффективной и высококачественной технологической подготовки производства и совершенствования технологических процессов на базе их типизации. Сокращение числа типоразмеров позволяет укрупнять партии деталей и применять для их обработки методы крупносерийного производства даже при мелкосерийном производстве машин в целом, что касается турбиностроения. Нормализация конструктивных элементов деталей способствует сокращению номенклатуры режущих и измерительных инструментов.

Следующим этапом типизации является разработка общего технологического процесса обработки типовых деталей, при котором устанавливаются типовая последовательность операций, типовые методы обработки, типовые конструкции технологической оснастки и другие условия.

Типизация технологических процессов особенно эффективна на заводах тяжелого машиностроения в условиях большой номенклатуры изделий и длительных сроков подготовки производства. В настоящее время идея типизации получила большое развитие в Единой системе технологической подготовки производства.

Разделы настоящего пособия, относящиеся к технологическим процессам механической обработки и сборки, в значительной степени основаны на классификации основных турбинных деталей и типизации технологических процессов их обработки и сборки.

2.5. Единая система технологической документации В этом разделе в краткой форме рассматриваются вопросы определения и назначения технологической документации; стадии разработки и виды документов; комплектность документов в зависимости от типов производства, а также состав технологических документов производственных цехов турбинных заводов.

Технологический процесс доводится до исполнителя в виде карт технологического процесса. До введения в действие ЕСТПП (1973-1974) стандартных форм для таких карт не существовало, поэтому каждое машиностроительное предприятие разрабатывало их по своему усмотрению в соответствии с установившимися на предприятиях характером организации производства и методикой разработки технологических процессов.

Однако общим для всех форм технологических карт является наличие в них следующих данных и указаний:

- наименование или тип изготовляемой машины и ее полное обозначение;

- наименование детали и номер чертежа, марка материала, твердость, вид заготовки;

- номер и наименование выполняемой по данной карте операции технологического процесса;

- содержание операции и эскиз обработки;

- применяемое оборудование;

- используемая технологическая оснастка, приспособления, режущий и измерительный инструменты, средства контроля и испытания и др.;

- профессия и квалификация (разряд работы) исполнителя;

- норма времени или выработки, расценка работы.

При необходимости в технологических картах и другой технологической документации помещались и другие сведения, разъяснявшие сущность выполняемых по документации работ.

В целях установления лучшего взаимопонимания между различными организациями, предприятиями и отраслями машиностроения в настоящее время разработана и действует единая система технологической документации (ЕСТД). В этой системе применяются стандартные формы технологических карт, обязательные для предприятий всех отраслей машиностроения. В формах предусматривается не только строго регламентированное помещение определенных данных, указанных выше, но и размещение их в соответствующих местах технологических карт, что является необходимым условием для обеспечения возможности считывания нужных параметров с помощью ЭВМ. В частности, с применением ЭВМ на некоторых предприятиях уже разрабатываются технологические процессы обработки стандартных и унифицированных деталей, составляются необходимые для подготовки производства сводные ведомости расхода материалов, норм времени по специальностям и квалификациям исполнителей, ведомости загрузки оборудования и др.

Определение и назначение ЕСТД по ГОСТ 3.1001-74 таково: ЕСТД комплекс государственных стандартов, устанавливающих взаимосвязанные правила и положения порядка разработки, оформления и обращения технологической документации, которая разрабатывается и применяется машиностроительными и приборостроительными организациями и предприятиями для изготовления или ремонта изделия (включая контроль и перемещения).

Основное назначение стандартов ЕСТД заключается в установлении на предприятиях и в организациях единых правил оформления и обращения технологических документов.

Информация, содержащаяся в формах технологических документов, является частью информационного обеспечения АСУ.

Установленные в стандартах ЕСТД правила и положения по разработке, оформлению и обращению документации распространяются на все виды технологических документов.

Стадии разработки технологических документов и их виды определяются по ГОСТ 3.1102-74. Комплектность документов в зависимости от типа и характера производства определяется по ГОСТ 3.1106-74.

Состав технологических документов основных производственных механических цехов турбинного завода однозначно определяет технологический процесс изготовления изделия и включает в себя следующие виды документов и их формы:

1) титульный лист по ГОСТ 3.1104-74, форма 2;

2) карту согласования технологического процесса по ГОСТ 3.1113формы 3 и 3а;

3) маршрутную карту по ГОСТ 3.1105-74, формы 2 и 2а;

4) операционную карту по ГОСТ 3.1404-74, формы 1 и1а;

5) карты эскизов по ГОСТ 3.1105-74, формы 5 и 5а;

6) операционную карту технического контроля по ГОСТ 3.1502-74, формы 2 и 2а.

Карта согласования (КС) включает наименования операций, подлежащих согласованию технических требований на поставку деталей из механического цеха цеху-соисполнителю, например, на термообработку.

Маршрутная карта (МК) - технологический документ, содержащий описание технологического процесса изготовления изделия (включая контроль и перемещения) по всем операциям различных видов в технологической последовательности с данными об оборудовании, оснастке, материальных и трудовых нормативах в соответствии с установленными формами. МК является обязательным документом.

Операционная карта (ОК) - технологический документ, содержащий описание технологической операции с указанием переходов, режимов обработки и данных о средствах технологического оснащения.

Карта эскизов (КЭ) - технологический документ, содержащий эскизы, схемы и таблицы, необходимые для выполнения технологического процесса, операции или перехода изготовления изделия (включая контроль и перемещения).

Операционная карта технического контроля - технологический документ, содержащий особые указания по организации контроля параметров изделия по переходам с перечнем для каждого перехода кодов приспособлений и измерительных инструментов.

3. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ И ОБЩИЕ ПРАВИЛА РАЗРАБОТКИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

3.1. Изучение конструкции и технологичность изделия Процесс конструирования, т. е. создания изделия, состоит из нескольких стадий, охватывающих период замысла и период оформления рабочей документации. На всех стадиях создания изделия ведутся работы по обеспечению технологичности конструкции.

Технологичность конструкции изделия – это совокупность свойств конструкции, которые обеспечивают его изготовление, ремонт и техническое обслуживание по наиболее эффективной технологии по сравнению с однотипными конструкциями того же назначения. Это сравнение производят при одинаковых условиях изготовления и эксплуатации изделий и при одних и тех же показателях качества.

При создании новых конструкций, не имеющих явных аналогов, для оценки уровня технологичности пользуются базовыми показателями технологичности такого изделия, которое является характерным для группы изделий, обладающих общими конструктивными признаками. Оценка технологичности должна производиться одними методами для сопоставляемых конструкций. Оцениваемые показатели также должны быть идентичны.

Процесс отработки технологичности конструкции изделия направлен на снижение трудоемкости изготовления изделия и его себестоимости. Однако следует учесть, что этот процесс связан с условиями изготовления, которые определяются:

- типом производства (единичное, серийное, массовое);

- организацией производства;

- специализацией производства;

- программой выпуска;

- повторяемостью выпуска.

Более технологичная конструкция изделия предполагает оптимальные затраты труда, материалов, средств, времени, т. е. применение эффективной технологии:

- при технологической подготовке производства;

- в процессе изготовления;

- в период подготовки изделия к функционированию;

- в процессе функционирования;

- при контроле работоспособности;

- в период профилактического обслуживания;

- в процессе ремонта.

Правила обеспечения технологичности конструкции изделий установлены ГОСТ 14.201-73, 14.202-73, 14.203-73 и 14.204-73, которые определяют систему показателей технологичности конструкции изделий, устанавливают общие правила выбора показателей и технологичности конструкций изделий, а также общие правила и порядок обеспечения технологичности конструкции сборочных единиц, технологичности конструкции деталей в машиностроении и приборостроении. Поэтому при конструировании отдельных деталей необходимо обеспечить требования соответствующих эксплуатационных качеств изделия и наиболее рационального и экономичного его изготовления. В этом и состоит принцип технологичности конструкции.

Чем меньше трудоемкость и себестоимость изготовления изделия, тем более оно технологично. Следовательно, оценкой технологичности конструкции являются трудоемкость и себестоимость ее изготовления.

Технологичность конструкции изделия должна обеспечивать высокий уровень взаимозаменяемости, возможность осуществления независимой сборки узлов изделия, унификации и нормализации сборочных единиц и изделий. Технологичность конструкции изделий и деталей должна предусматривать: конструирование деталей простой формы с легкодоступными для обработки поверхностями, имеющими минимальные припуски на обработку и необходимую жесткость, а также малые трудоемкость и себестоимость;

широкое использование стандартизованных и нормализованных деталей и унифицированных сборочных единиц;

применение минимального числа деталей сложной конструкции, различных наименований, обеспечивающих возможно большую повторяемость одноименных деталей;

полное исключение или минимальное использование пригоночных работ при сборке;

наличие удобных базирующих поверхностей или создание вспомогательных баз, назначаемых технологом;

возможность выполнения параллельной сборки во времени и пространстве отдельных сборочных единиц и изделия в целом.

Как видно из перечисленных выше требований, назначению рациональных форм детали при конструировании должно быть уделено исключительное внимание.

Общая технологичность конструкции изделия может быть оценена следующими показателями:

– трудоемкостью конструкции, изготовления детали, сборочной единицы или изделия в целом;

– коэффициентами использования металла и повторности одноименных деталей;

– степенью использования стандартных и нормализованных деталей и сборочных единиц;

– себестоимостью изготовления деталей, сборочных единиц и изделия в целом;

– процентным отношением деталей сложной конструкции к общему количеству деталей в изделии.

В состав технических характеристик изделия должны входить и показатели ремонтопригодности. Основными показателями ремонтопригодности являются следующие: характеристика условий эксплуатации и ремонта; система материально-технического обеспечения эксплуатации и ремонта; средняя трудоемкость ремонта и технического обслуживания; ограничение типоразмеров крепежных деталей; широкое использование стандартизированных и унифицированных сборочных единиц изделия;

требования к конструкции изнашиваемых деталей, пригодных к восстановлению до первоначальных или ремонтных размеров, с применением прогрессивной технологии восстановительных работ.

Само собой разумеется, что обеспечение технологичности должно осуществляться не после разработки конструкции, а непосредственно в процессе проектирования машин. Эту задачу должны решать уже сами проектировщики машин, т. е. конструкторы, однако они, как правило, не обладают всеми необходимыми специальными знаниями в этой области, поэтому во многих проектно-конструкторских организациях и конструкторских отделах предприятий организуются специальные подразделения (например, технологические бригады), на которые возлагается обязанность оказывать помощь конструкторам в обеспечении технологичности конструкции всех элементов новых машин и производить технологический контроль чертежей. К работе в таких подразделениях привлекают наиболее квалифицированных и опытных технологов. В ряде случаев подобный контроль выполняют и сами технологические отделы предприятия, однако при этом они также должны участвовать и в процессе разработки новых конструкций.

Внесение каких-либо изменений в уже готовую конструкцию с целью повышения ее технологичности в принципе возможно и практически допускается, однако в большей или меньшей степени осложняет уже налаженный процесс производства.

Технологические свойства конструкции оказывают влияние на весь процесс подготовки производства новых изделий, а также на все технико-экономические характеристики самого производства. Поэтому обеспечению высокой технологичности конструкции должно уделяться самое большое внимание.

Конструирование это творческий процесс создания машины, конкретно выраженный в разработке конструкторской документации, главным образом чертежей. Конструирование - процесс многовариантный.

Конструктор всегда должен выбрать наилучший, оптимальный, вариант.

Конструкции деталей, сборочных единиц и машин в целом определяются, в первую очередь, их служебным назначением, но конструктор должен всегда ясно представлять процесс изготовления машины и каждой ее детали. При конструировании детали нужно взвесить, не будет ли она сложна и трудоемка в изготовлении и нельзя ли ее упростить, с тем чтобы ее можно было легко и без больших затрат изготовить в имеющихся производственных условиях; не завышены ли точность и чистота обработки детали; надо учесть также ожидаемый расход и стоимость металла; просмотреть возможность унификации детали, т. е. возможность использования уже изготовленных деталей других машин.

Конструктор при проектировании изделий должен также учесть, какое количество их подлежит изготовлению. От этого в значительной степени зависит технология изготовления новой машины. Машина, сборочная единица и деталь, спроектированные без рассмотрения технологии их изготовления, могут оказаться или вовсе непригодными для производства, или потребуют слишком больших затрат. Деталь, спроектированная для единичного изготовления, может оказаться абсолютно нетехнологичной в массовом производстве, и наоборот.

Это можно показать на следующем примере.

Шестигранная головка болта может быть получена фрезерованием (при изготовлении болта из круглой горячекатаной или светлокатаной заготовки), прокаткой (при использовании шестигранного проката), высадкой на прессе (при светлокатаной заготовке, равной диаметру резьбы). Для каждого из указанных способов формообразования головки должен быть соответственно оформлен чертеж болта (определены размеры галтелей, форма головки, точность и чистота обработки). Однако фрезерование из круглой заготовки (прутка) целесообразно при единичном изготовлении, использование шестигранного проката – при крупных сериях, высадка на прессе при массовом производстве. Зная объем выпуска, конструктор правильно оформит чертеж и сделает конструкцию технологичной.

Конструкция детали или машины будет технологичной, если она позволит в полной мере использовать все возможности и особенности наиболее экономичных технологических процессов, обеспечивающих при определенном количественном выпуске минимальную трудоемкость изготовления и высокое качество изделия с точки зрения его служебного назначения. Подробнее вопросы технологичности конструкции типовых турбинных деталей рассматриваются при изучении методов их обработки.

Технологичность конструкции той или иной детали, сборочной единицы, машины в целом никогда нельзя считать окончательно отработанной, т. е. застывшей на определенном уровне. Она должна непрерывно совершенствоваться с совершенствованием условий самого производства.

Основным направлением современного производства, которое необходимо учитывать конструктору и технологу при выборе заготовок, является максимальное приближение конфигурации и размеров заготовки к конфигурации и размерам готовой детали. Это направление требует непрерывного повышения точности и чистоты поверхности заготовок и позволяет соответственно сократить объем работ по обработке деталей резанием, порой вовсе исключая ее для некоторых поверхностей деталей или ограничивая ее чистовыми, отделочными операциями.

Высокая точность заготовок может быть достигнута путем совершенствования технологических процессов изготовления заготовок. Так, например, отливки могут выполняться в песчаные формы, кокили, скорлупчатые формы и с применением выплавляемых моделей. Поковки стальных деталей могут выполняться на ковочных молотах методом свободной ковки и с применением подкладных штампов и т. п. Эти примеры показывают, что выбор заготовки не может ограничиваться только определением вида заготовки, но должен дополняться еще и установлением процесса ее получения. Последнее осуществляется технологами механических цехов совместно с технологами заготовительных цехов.

Основными видами заготовок, применяемых в турбиностроении, являются отливки из черных и цветных металлов, кованые и штампованные заготовки, сварные заготовки из листовой стали, заготовки из проката. Так, например, для изготовления корпусных деталей турбин в качестве заготовок в основном используются стальные и чугунные отливки, для изготовления выхлопных частей – сварные заготовки из листовой стали.

В качестве заготовок для валов, цельнокованых роторов, дисков и других крупных турбинных деталей применяются поковки из слитков, поставляемые турбинному заводу металлургическими предприятиями по кооперации. Для крупных лопаток применяются штампованные заготовки.

Для мелких и средних деталей турбин применяются заготовки из проката или поковки из проката, полученные методом свободной ковки. Последнее относится к большинству деталей из легированных сталей. Многие из них можно изготовлять непосредственно из мерного проката, однако ввиду малой серийности турбин обеспечить получение мерного проката для всего многообразия типоразмеров деталей не представляется возможным. Турбинным заводам в таких случаях приходится приобретать прокат по размерам наибольших деталей, а для более мелких (с целью уменьшения припусков на механическую обработку) - изготовлять поковки своими силами, в основном методом свободной ковки.

Выбор заготовок начинается уже в процессе конструирования деталей. Это касается корпусных деталей, деталей сложной конфигурации типа рычагов, рукояток, маховиков и зубчатых колес, имеющих поверхности, не поддающиеся обработке резанием, которые исходя из служебного назначения могут оставаться в деталях необработанными. Заготовки для деталей могут быть получены различными способами: отливкой, штамповкой, сваркой, комбинацией отливки, штамповки и сварки и т. п. Знание вида заготовки, технологии ее изготовления, а также процесса последующей механической обработки детали крайне необходимо конструктору для обеспечения технологичности ее конструкции и наилучшего использования в работающей машине.

Материал заготовок обычно задается конструкторами. От правильности выбора материала заготовок, метода их получения зависят трудоемкость и себестоимость обработки. При изготовлении заготовок, максимально приближающихся по форме к размерам готовой детали, большая часть трудоемкости приходится на долю заготовительных операций, а меньшая — на механические операции. При изготовлении заготовок с большими припусками основная трудоемкость приходится на механическую обработку.

Правильное решение при выборе заготовок можно получить только на основе технико-экономических расчетов, сопоставляя между собой различные методы их получения и технологическую себестоимость. При выборе заготовок необходимо руководствоваться следующими соображениями:

– заготовки в виде поковок, штамповок применяют для деталей, работающих на кручение, растяжение, изгиб;

– фасонные детали, не подвергающиеся ударным нагрузкам, действию изгиба и растяжения, целесообразно изготовлять из чугунных отливок;

– фасонные детали, испытывающие большие напряжения, изготовляют из стальных поковок.

Основным показателем, характеризующим экономичность выбранного метода изготовления заготовок, является коэффициент использования металла, который определяется отношением фактической массы готовой детали к массе заготовки. При коэффициенте использования металла, равном и больше 0,6, заготовка считается экономически выгодной.

При выборе заготовок возможны следующие случаи.

Первый случай: заготовки по своим размерам и весу не могут быть изготовлены средствами самого турбиностроительного завода и должны поставляться на завод по кооперации с металлургическими предприятиями. К таким заготовкам обычно относятся стальные отливки массой свыше 2 т; чугунные свыше 3 т; поковки весом свыше 250 кг; штампованные заготовки для лопаток и других деталей; слитки. Конструктор турбины в этом случае указывает марку материала и технические условия, определяющие химический состав материала, твердость и особые требования к механическим свойствам заготовки. Размеры же заготовки (в части установления размеров припусков на обработку) и технологию ее изготовления обычно определяет поставщик в соответствии со своими технологическими возможностями.

Для согласования с заказчиком, т. е. с турбиностроительным заводом, поставщик разрабатывает рабочий чертеж заготовки (РЧЗ), в котором указывает для поковок из легированных сталей (например, для валов турбин) размеры черной заготовки, размеры заготовки под термообработку и припуски для проб на механические испытания; для литых заготовок и штамповок - литейные и штамповочные уклоны и т. п. РЧЗ поставщик рассматривает и согласовывает с конструкторами и технологами заводазаказчика, после чего, в случае необходимости, корректируется и чертеж самой детали.

Второй случай: детали имеют много поверхностей, не требующих механической обработки, а заготовки для этих деталей возможно изготовить литыми, сварными или штамповочными на самом турбиностроительном заводе. Вопрос о выборе заготовок в таком случае решается конструктором совместно с технологами заготовительного и механического цехов, после чего соответственно выбранной заготовке оформляется чертеж самой детали.

Третий случай: все поверхности детали должны механически обрабатываться, но к ней не предъявляется особых требований с точки зрения вида заготовки. В этом случае конструктор указывает на чертеже лишь марку материала, термическую обработку и необходимую твердость, но не указывает характер заготовки. Выбор заготовки целиком предоставляется технологам.

Рассмотренные здесь примеры, конечно, не могут охватить все возникающие в процессе проектирования и изготовления турбин случаи, поэтому всегда необходимо рассматривать как конструктивные требования к деталям, так и технологические особенности изготовления заготовок.

3.3. Порядок разработки технологических процессов В ГОСТ 14.301-73, 14.302-73, 14.303-73 изложены требования, предъявляемые к технологическому процессу механической обработки, рациональной организации рабочих мест, обеспечению наиболее полного использования оборудования, наибольшей производительности труда и т. д.

Основой проектирования технологических процессов механической обработки, сборки или других способов являются производственная программа, рабочие чертежи машин и технологические условия на их изготовление. Такие чертежи состоят из рабочих чертежей деталей выпускаемой машины, сборочных чертежей узлов и общего вида машины.

На рабочих чертежах изделий, по которым будет производиться проектирование технологических процессов механической обработки, должны быть указаны: вид заготовки, материал и марка материала с обозначением обрабатываемых поверхностей, параметров шероховатости после обработки, допусков на неточность обработки, а также виды термической обработки или других отделочных операций.

На сборочных чертежах изделий должны быть указаны допуски на размеры, определяющие взаимное расположение деталей, конструктивные зазоры и технические требования, касающиеся сборки и монтажа машины.

В спецификациях по каждому изделию должны быть указаны: наименование детали (включая покупные), масса детали, материал и его марка, механические свойства и химический состав, вид заготовки, количество деталей на изделие, а на все нормализованные детали - номера ГОСТ и нормали.

Технические условия на изготовление машины определяют требования, в зависимости от которых выбирают методы обработки и сборки.

При проектировании технологических процессов механической обработки деталей и сборки изделия необходимо решить следующие вопросы:

– определить тип производства и организационные формы выполнения технологического процесса;

– осуществить выбор заготовок с определением их черновых размеров;

– разработать маршрут механической обработки с указанием последовательности технологических операций и методов обработки;

– произвести выбор оборудования, исходя из его технических характеристик, выбор приспособлений, режущего и измерительного инструментов; подсчитать количество оборудования, потребного для обработки детали и изделия в целом;

– определить режимы резания на выбранных станках и нормы времени на обработку по каждой операции;

– указать квалификацию рабочих на каждой операции;

– оценить технико-экономическую эффективность запроектированного технологического процесса;

– провести оформление всей документации по технологическим процессам.

Состав и комплектность технологической документации, доводимых до исполнителей в основных производственных механических цехах турбинного производства и устанавливаемых по ГОСТ 3.1108-74, указаны в разд. 2.5 главы второй.

Последовательность разработки. Разработка технологических процессов базируется на правилах, отражающих конкретный опыт разработки технологических процессов основных деталей корпусов и роторов турбин, имеющих в своем составе устойчиво сложившиеся конструкции сборочных единиц и деталей. В соответствии с этим в основу правил положено использование типовых технологических процессов, средств технологического оснащения и контроля, а также технических требований к изготовлению деталей и к сборке.

Наиболее целесообразной последовательностью разработки технологии механической обработки и сборки деталей новой турбины необходимо признать следующую: разработка технологии сборки, а затем технологии изготовления.

При такой последовательности более рационально расходуется время на изучение конструкции машины, проведение критического анализа технических условий на изготовление деталей и сборку технологических узлов и сборочных единиц; полнее выявляются недостатки конструкции как с точки зрения технологии сборки машины, так и с точки зрения механической обработки ее деталей.

Предшествующая разработка технологии сборки позволяет уже на раннем этапе разработки технологических процессов выявить многие недостатки конструкции и исправить их до начала разработки технологических процессов механической обработки. Одновременно при разработке технологических процессов сборки и анализа размерных цепей выявляются все основные требования технологии сборки к технологии механической обработки деталей. В таком случае в технологии механической обработки будут полностью учтены как требования конструкции, так и условия производства.

3.4. Общие принципы разработки технологических процессов Разработка технологического процесса обработки детали представляет собой решение сложной комплексной задачи, основными составляющими которой являются: выбор технологического процесса изготовления заготовки, разработка маршрута, т. е. последовательность обработки различных поверхностей детали, выбор способов обработки каждой поверхности, расчет припусков, допусков и т. п. В соответствии с основной целью требуется найти оптимальный для производственных условий вариант перехода от полуфабриката, поставляемого обычно металлургической промышленностью, к готовой детали. Выбранный оптимальный вариант должен обеспечить наиболее низкую себестоимость изготовления детали.

Для разработки технологических процессов обработки деталей технолог должен иметь следующие исходные данные и материалы:

- сборочные и рабочие чертежи изделия, сборочных единиц и деталей;

- технические условия, нормы точности и другие данные, характеризующие служебное назначение обрабатываемых деталей в работающей машине;

- требования к деталям, выявленные при разработке технологического процесса сборки;

- чертежи получаемых со стороны заготовок (РЧЗ) и полуфабрикатов;

- стандарты и нормали на размеры и допуски для заготовок собственного производства;

- типовые и рабочие технологические процессы обработки основных видов деталей;

- технологические характеристики заводского оборудования (паспорт станков и др.);

- стандарты и нормали режущих и измерительных инструментов и типовых универсальных приспособлений;

- альбомы применяемых специальных приспособлений и инструментов;

- справочные и руководящие внутризаводские, отраслевые и межотраслевые материалы, а также специальная литература.

При проектировании операций механической обработки технологом решаются основные задачи:

- выбор модели станка;

- определение способов базирования и закрепления заготовки;

- составление в необходимых случаях эскизов или схем установки деталей и их обработки;

- определение технологических переходов и инструментов (режущие и измерительные) для их выполнения;

- определение режимов резания;

- установление квалификационных разрядов работы;

- расчет норм времени на выполнение операции;

- разработка заданий на проектирование специальных инструментов и приспособлений.

При построении отдельных операций необходимо обращать особое внимание на возможность:

- сокращения длины рабочего и холостого хода инструмента;

- совмещения машинного и вспомогательного времени;

- разделения обработки на черновые и чистовые проходы;

- применения комбинированных инструментов;

- применения многоинструментальных наладок;

- применения приспособлений, облегчающих труд рабочего и повышающих общую эффективность процесса обработки детали;

- механизации и автоматизации процессов;

- многостаночного обслуживания групп станков;

- обязательного выполнения требований техники безопасности и охраны труда.

Учет всех факторов позволяет технологу наиболее правильно в каждом конкретном случае подойти к формированию технологических операций. Подробно примеры формирования операций, выбора видов обработки, средств технологического оснащения (приспособления, режущие инструменты и средства контроля) рассматриваются ниже в главах, посвященных механической обработке типовых и характерных турбинных деталей.

Технологический процесс изготовления каждой детали можно спроектировать в нескольких вариантах, обеспечивающих выполнение заданных технических условий. Выбор наиболее экономичного варианта производится сопоставлением технико-экономических показателей, характеризующих сравниваемые варианты. Полную оценку вариантов можно получить, сравнивая их себестоимости. Условие наименьшей себестоимости технологического процесса изготовления детали (для выполнения отдельной его операции) является основным критерием оценки целесообразности всего технологического процесса или отдельной его операции.

Для расчета себестоимости может быть рекомендована следующая формула где C - себестоимость детали, руб.;

- количество операций технологического процесса;

О, П, И - расходы на амортизацию оборудования, приспособлений или другой технологической оснастки и инструмента, приходящиеся на одну операцию, руб.;

- начисления по заработной плате на социальные расходы, %;

Как видно из формулы, себестоимость складывается из затрат овеществленного (материал, оборудование, оснащение) и живого (заработная плата) труда. Условием целесообразности выбранного варианта технологического процесса является меньшая сумма затрат обоих видов труда.

В качестве заготовок могут использоваться сортовой прокат, поковки, штамповки и другие виды полуфабрикатов. Оборудованием может служить (например, при обработке плоскостей детали) фрезерный, строгальный, расточный или даже специальный станок с программным управлением. Приспособление может быть с ручным или механизированным, пневматическим или гидравлическим креплением заготовки.

Стоимость заготовок каждого вида, станков и оснащения различная.

Высокая стоимость специального оборудования или специальной сложной оснастки будет оправданной при значительном повышении производительности труда в результате их применения, а следовательно, при соответствующем сокращении расходов на зарплату. Стоимость амортизационных расходов и стоимость материалов определяются по данным предприятия.

Обработку детали ведут в определенной последовательности, которая зависит от следующих факторов: конструкции детали, ее размеров и формы, технических требований к изготовлению детали, вида и точности заготовки, технических условий на материал заготовки и др.

Точность принятой заготовки, технические условия на материал и технические требования, предъявляемые к детали, определяют общее построение и содержание технологического процесса механической обработки и расчленение его на этапы черновых, чистовых и отделочных операций.

При использовании литых заготовок и особенно заготовок для крупных деталей (например, цилиндров турбин), обработка которых связана с выполнением большого количества весьма трудоемких и сложных операций, сначала производят обдирку их поверхностей и только после этого приступают к чистовым и отделочным операциям. Это позволяет своевременно выявить и исправить литейные дефекты отливки (поры, трещины, раковины) или же забраковать отливку на более ранней стадии обработки.

При изготовлении крупных деталей из горячего проката, поковок и штамповок, имеющих обычно значительные припуски, также целесообразно выделять этапы черновой обработки. Выполнение черновой обработки для снятия основной части припуска позволяет более целесообразно использовать оборудование и квалификацию работающих.

Если по техническим условиям на материал требуется проведение закалки и отпуска, то механическую обработку делят на два этапа: первый, предварительный, выполняют перед термической обработкой и второй, окончательный, – после нее. Отделочные операции производят обычно в самом конце технологического процесса.

Одну и ту же заготовку можно обработать различными способами.

Технологический процесс обработки заготовки содержит относительно небольшое число операций с применением небольшого числа оборудования или большое число операций, состоящих, как правило, из одного вида простейшей обработки. В первом случае число переходов в операциях характеризуется их сложностью и насыщенностью различным режущим инструментом. Обработка осуществляется на многорезцовых, многопозиционных специализированных станках, на обрабатывающих станках с ЧПУ. Такая организация работы характеризуется методом концентрации операций (рис. 9, а). Но заготовка может быть обработана на значительно большем числе станков, при этом технологический процесс дифференцируется (расчленяется) на элементарные операции (рис. 9, б).

Рис. 9. Схемы технологической обработки ступенчатого валика:

а - параллельная концентрация операций; б - дифференциация операций; 1- вал; 2 - резцовый блок; 3 - центр Преимуществом принципа концентрации операций является то, что обработка производится при малой затрате основного (технологического) времени, вспомогательное время перекрывается основным. Несмотря на первоначальные большие капитальные затраты на создание специализированных станков многоцелевой обработки, срок окупаемости оборудования небольшой, себестоимость изделий невысокая, а технико-экономический эффект, полученный от внедрения специализированных станков, значительный. Например, с внедрением технологического комплекса модель НС-72Ф2 для обработки ЦВД и обрабатывающего центра модель 6305Ф4С2 для обработки рабочих лопаток длиной до 1000 мм повышается производительность труда и высвобождается примерно около 10 единиц оборудования для обработки других деталей.

Дифференциация технологического процесса применяется на отдельных этапах крупносерийного производства большого масштаба при недостаточном оснащении специальным оборудованием, отсутствии квалифицированных рабочих и т. д. Степень дифференциации определяется рядом факторов: объемом выпуска, характером обработки, экономической целесообразностью.

3.6. Припуски на механическую обработку Любую заготовку, предназначенную для дальнейшей механической обработки, изготовляют с припуском на размеры готовой детали.

Припуском на обработку называется слой металла, подлежащий удалению с поверхности заготовки в процессе обработки для получения готовой детали. Размер припуска определяют разностью размеров заготовки и размеров готовой детали. Припуск задается на сторону заготовки. Припуски разделяются на общие и межоперационные. Под общим припуском понимают припуск, снимаемый в течение всего процесса обработки от размера заготовки до размера готовой детали.

Межоперационным припуском называют припуск, который удаляется при выполнении отдельной операции.

Припуски могут быть симметричными и асимметричными. Симметричные припуски расположены по отношению к оси заготовки симметрично и могут быть у наружных и внутренних диаметров тел вращения;

они также могут быть у противоположных плоских поверхностей, обрабатываемых параллельно и одновременно. Припуск должен иметь размеры, обеспечивающие выполнение необходимых технологических требований по точности размеров детали, параметров шероховатости и качеству обрабатываемой поверхности при наименьшем расходе металла. Такой припуск является оптимальным. Установление оптимального припуска на обработку является важным технико-экономическим фактором.

Излишний припуск вызывает дополнительные затраты на механическую обработку, увеличивает себестоимость продукции. Недостаточный припуск может привести к браку вследствие неустранимых вскрывшихся дефектов металла, например раковин, оставшихся после чистовой обработки.

Таким образом, необходимо стремиться к назначению оптимальных припусков, обеспечивающих выполнение технических требований к изготовлению деталей по точности и качеству обработки с наименьшей себестоимостью.

Имеется много факторов, влияющих на размеры припусков. Укажем, в частности, на следующие из них:

Каждой необработанной (черной) заготовке в зависимости от метода ее получения присущи определенные погрешности и дефекты. К ним относятся: твердая поверхностная корка в литых заготовках; рванины, плены и закаты; трещины в поверхностном слое поковок, штамповок; обезуглероживание поверхностного слоя у проката и др.

В процессе механической обработки при выполнении каждого перехода образуются свои погрешности, характеризуемые отклонениями размеров обрабатываемых деталей, нарушениями их геометрической формы, поверхностной микронеровностью (шероховатость), различными пространственными отклонениями взаимосвязанных поверхностей деталей в виде, например, несоосности их отдельных элементов и т.п.

Для достижения высокого качества и точности размеров детали припуски на ее обработку должны иметь определенную минимальную величину, обеспечивающую полное удаление дефектов поверхностного слоя заготовок и погрешностей предыдущей обработки. Это требует весьма внимательного отношения к определению припусков.

При расчете необходимых припусков на обработку надо учитывать величину всех возможных отклонений, которые могут быть на предыдущих операциях, чтобы не допустить брака деталей при выполнении последующей обработки. Так, например, недостаточная величина припуска, оставленного при чистовом точении заготовки под шлифование без учета возможных поводок детали при ее закалке, неизбежно приведет к появлению брака в виде следов предыдущей чистовой токарной обработки на окончательно обработанных шлифованных поверхностях детали.

Задача технолога заключается в назначении минимально необходимых припусков, обеспечивающих как высокое качество обрабатываемых деталей, так и рациональный расход металла. Существует два метода определения величины припусков: расчетно-аналитический и табличный.

Расчетно-аналитический метод определения величины припуска базируется на исходных данных, полученных в результате анализа производственных погрешностей, возникающих при различных условиях выполнения заготовок и их последующей обработки. По сравнению с определением величины припусков по опытно-статистическим данным расчет обычно обеспечивает экономию металла до 15 % от веса заготовок, снижение трудоемкости процессов последующей механической обработки и уменьшение расхода режущего инструмента. Однако расчетно-аналитический метод определения припусков отличается сложностью и трудоемкостью, вследствие чего его применение становится целесообразным только в массовом производстве, например при изготовлении крупных партий одинаковых деталей из мерного проката. Тогда появляется возможность заказать металлургическому заводу партии мерного проката не по стандартным размерам, а по расчетным, что обеспечивает большую экономию металла.

При этом следует иметь в виду, что транспортная норма заказа мерного проката обычно принимается не меньше 3000 кг.

В мелкосерийном производстве, например в таком, как стационарное турбиностроение, где чрезвычайно разнообразны типоразмеры деталей при их малой серийности, заказ специального мерного проката для отдельных типоразмеров деталей не представляется возможным. В этом случае расчетно-аналитический метод определения припусков становится нерациональным и теряет смысл. Поэтому в стационарном турбиностроении припуски назначаются по таблицам или внутризаводским нормалям соответственно виду обработки. Нахождение общего припуска производится по схеме расположения межоперационных допусков и припусков (рис. 10).

Расчет величины припусков рекомендуется производить в следующем порядке:

- разработать маршрутный технологический процесс, определить обрабатываемые элементарные поверхности заготовки для каждой технологической операции и каждого перехода в порядке последовательности их выполнения; составить схему расположения межоперационных припусков и допусков;

- определить припуски по каждому переходу согласно схеме и соответствующим справочным таблицам;

- найти общий припуск согласно схеме.

Припуски на обработку заготовки отсчитывают от наименьшего предельного размера для наружных поверхностей готовых деталей и от наибольшего предельного размера - для внутренних.

Для наружных поверхностей (рис. 10, а) для внутренних поверхностей (рис. 10, б) где d 0min и d 0max - предельные размеры заготовки;

d min и d max - предельные размеры детали по чертежу;

Расчет общего припуска с учетом межоперационных припусков показан на рис. 10, в. Как видно из схемы, допуск детали d0 откладывается в тело припуска. Расчет припусков по приведенной схеме с использованием табличных величин общих и межоперационных припусков из технологических справочников дает наивыгоднейшие размеры заготовок.

Рис. 10. Схема расположения межоперационных а - для наружных поверхностей; б - для внутренних поверхностей; в - общая схема При заготовках из проката технолог обязан (до записи полученных расчетных размеров в материальную ведомость) сверить результаты расчета с внутризаводскими ограничительными таблицами (сортаментом приобретаемого заводом проката) и выбрать из них прокат, наиболее близкий по своим размерам и форме к расчетному. При отсутствии в сортаменте такого проката технолог, составляя расцеховку, назначает поставщиком заготовки кузнечный цех завода.

Припуски и напуски. Как указано в начале темы, припуском на обработку называют слой металла или другого материала, удаляемый с поверхности заготовки в процессе полной ее обработки до получения готовой детали. Размеры припусков на тот или иной вид заготовки назначаются, как указано выше, по таблицам или внутризаводским нормалям. Однако это допустимо не для любой формы готовой детали. Примером могут служить многоступенчатые валы сборных роторов турбин или цельнокованые роторы, у которых диски выполняются как одно целое с валом. В этих случаях с целью создания технологичной конструкции или конфигурации заготовок и облегчения их изготовления прибегают к упрощению формы заготовок по сравнению с формой готовых деталей путем добавления к заготовкам некоторого объема металла. В приведенном примере поковка вала многоступенчатого ротора выполняется вместо многоступенчатой всего лишь с двумя или четырьмя ступенями. В поковках цельнокованых роторов не производится образование дисков. Увеличенные припуски на всех ступенях многоступенчатого вала, а также металл, заполняющий пространство между дисками цельнокованого ротора, и являются напусками.

Наличие напусков следует учитывать при расчете технически обоснованных норм расхода материалов.

Технологические процессы разрабатываются на основе наиболее прогрессивных высокопроизводительных методов обработки, обеспечивающих заданные технические требования к качеству изготовляемых машин при рациональном использовании оборудования и необходимых приспособлений и инструментов. Отклонение от разработанного и утвержденного технологического процесса, как правило, ведет к ухудшению качества изделий и снижению технико-экономических показателей производства.

Отклонение от установленных технологических процессов недопустимо также и потому, что ими предусматривается строгая последовательность операций обработки деталей, при которой на каждой из предыдущих операций заготовке придаются определенные размеры и форма, учитываемые в конструкции специальных приспособлений и инструментов, которые применяют при последующих операциях. Отклонение от установленной последовательности, если оно даже и не приведет к полному браку деталей, может дезорганизовать производство и исключить возможность дальнейшей обработки деталей по разработанной технологии. Особенно недопустимы неоправданные отклонения от установленных технологических процессов в массовых и крупносерийных производствах, где детали изготовляются десятками и сотнями тысяч штук в партии.

В турбиностроении при исключительно высоких требованиях к качеству и точности деталей, особенно крупных (роторов, дисков, цилиндров и т. п.), обработка по установленной технологии является обязательной.

Иначе говоря, в турбинном производстве необходимо полное соблюдение технологической дисциплины.

В целях контроля систематически производится проверка соблюдения технологии, состояния станков, порядка на рабочих местах, состояния технологического оснащения. Акты проверки подписывают технолог, контролер ОТК, мастер, рабочий.

Необходимость строгого соблюдения технологической дисциплины ни в коем случае не должна пониматься так, будто установленная однажды технология остается неизменной в течение всего времени производства данных машин. На самом деле технология непрерывно совершенствуется, и изыскиваются новые, более целесообразные и эффективные методы. Это относится как к основным теоретическим положениям этой науки, так и к:

каждому практически используемому на предприятиях технологическому процессу.

Таким образом, понимание технологической дисциплины состоит не в абсолютизации постоянства определенного процесса, а в том, чтобы все необходимые совершенствования, в том числе и предлагаемые часто самими рабочими, вносились в эти процессы после всестороннего рассмотрения и утверждения их в установленном на предприятии порядке. Утвержденный же технологический процесс должен соблюдаться неукоснительно.

4. ПРИНЦИПЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ И КАЧЕСТВА

МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

4.1. Технологические основы достижения точности При конструировании машин кроме проведения расчетов на прочность, жесткость и износоустойчивость необходимо выполнить расчеты для определения точности обработки. Сравнивая реальную деталь и заданную чертежом, можно установить их различие, которое обусловлено несовершенством изготовления реальной детали. Степень различия характеризует точность обработки. Реальная деталь отличается от детали, заданной чертежом. Отступление реальной детали от детали, изображенной на чертеже (идеальной), называется погрешностью.

Точность обработки детали является следствием многих факторов и определяется отклонениями геометрической формы детали и ее отдельных элементов, действительных размеров детали от чертежных, поверхностей и осей детали от их точного расположения (отклонениями от параллельности, перпендикулярности, концентричности и др.).

Обработку ведут на станках не с достижимой, а с так называемой экономической точностью. Под экономической точностью механической обработки понимают такую точность, которая достигается в нормальных производственных условиях, предусматривающих работу при обработке деталей на исправных станках с применением необходимых приспособлений и инструментов, при нормированной затрате времени и квалификации рабочих, которые соответствуют характеру выполняемой работы. Под достижимой точностью понимают такую точность, которую возможно получить при обработке в наиболее благоприятных условиях высококвалифицированными рабочими, без учета затрат времени и себестоимости продукции.

Практика показывает, что, какие бы специальные меры не были приняты при механической обработке партии деталей, оказывается невозможно получить абсолютно одинаковые размеры элементов всех деталей партии. Причиной этого является непостоянство условий обработки.

Например, при развертывании ряда отверстий одной разверткой условия обработки каждого отверстия будут неодинаковыми. Первое отверстие обрабатывается только что заточенной разверткой, а последующие - уже бывшей в работе. Развертка постепенно изнашивается, и каждое последующее отверстие обрабатывается все более притупленным инструментом.

Ясно, что фактические размеры обработанных отверстий также будут постепенно изменяться по мере притупления инструмента. Вместе с тем будет изменяться и шероховатость обработанных поверхностей отверстий.

Сказанное справедливо как для обработки партии деталей, так и для обработки любой поверхности одной детали. Например, при точении наружной поверхности длинного вала по мере износа резца диаметр вала будет постепенно увеличиваться, вследствие чего форма вала окажется не цилиндрической, а конической (рис. 11, а), то же (рис. 11, г) будет иметь место и при расточке отдельных отверстий. На точность размеров и формы детали в процессе ее обработки влияют различные причины. Среди них, в первую очередь, можно указать на следующие: неточность и недостаточная жесткость элементов станка; неточность и нежесткость режущих инструментов и приспособлений; износ режущих инструментов и приспособлений; неравномерность припуска и неоднородность материала заготовок;

неправильно установленные режимы резания и связанные с этим большие силовые и температурные деформации детали и инструмента; колебания и деформации упругой системы СПИД (станок приспособление инструмент деталь), вызываемые взаимодействием указанных выше и ряда других причин. На точность изготовления детали влияют также точность применяемых измерительных средств и самого процесса измерения.

Наиболее часто встречающиеся погрешности формы при обработке цилиндрических и плоских деталей показаны на рис. 11. Если в чертежах нет специальных указаний, величина погрешностей допускается в пределах всего поля допуска на заданный размер обработанной детали. Более высокие требования должны быть оговорены в чертеже.

Точность формы детали тесно связана с технологией ее обработки, главным образом на отделочных операциях. Различный отжим резца в середине и у концов вала при точении его в центрах (рис. 11, б) приводит к бочкообразности. Нагрев вала в процессе точения приводит к седловидности (рис. 11, д), обнаруживаемой после его остывания. Овальность вала (рис. 11, е) может явиться следствием различного отжима по осям из-за неравномерного припуска или из-за неоднородности структуры заготовки.

Огранка в отверстии кольца (рис. 11, ж) образуется вследствие деформации кольца при его закреплении под обработку отверстия в четырехкулачковом патроне. Погрешности формы плоских деталей (рис. 11, и, к) могут быть, например, следствием неточности и недостаточной жесткости станка, деформации детали при закреплении под обработку, неравномерности припуска и неоднородности материала заготовки.

Достижение требуемых показателей точности обработки на каждой технологической операции определяется тщательностью проведения этой операции, качеством применяемых приспособлений, степенью жесткости станка и инструмента, точностью и сроками выполнения подналадок оборудования, величиной подач и скоростью резания, толщиной снимаемой стружки.

Для обеспечения требуемой точности при обработке поверхностей детали резанием технология должна строиться по принципу постепенного приближения формы детали к теоретической путем выполнения ряда операций, из которых каждая последующая производится с меньшей глубиной резания, меньшей подачей и меньшим усилием. В результате этого неизбежные деформации узлов металлорежущих станков, инструмента и самих деталей в процессе обработки становятся с каждой последующей операцией меньшими и точность формы и размеров обрабатываемой детали возрастает.

Для исключения температурных деформаций необходимо осуществлять охлаждение зоны резания, что одновременно уменьшает износ инструментов и повышает чистоту обработки. Сокращение погрешностей взаимного расположения поверхностей детали достигают путем надлежащей подготовки базовых поверхностей и правильного базирования деталей при обработке.

Важным мероприятием для снижения деформации деталей является хорошо продуманное и правильно осуществленное крепление их в процессе обработки, не допускающее пережимов и исключающее появление изгибающих моментов, о чем подробнее рассказывается в следующей главе.

Рис. 11. Наиболее часто встречающиеся погрешности формы Таким образом, точность обработки на металлорежущих станках зависит от следующих факторов:

- неточности станков, которая является следствием неточности изготовления основных деталей и сборочных единиц, неточности их сборки, нарушения взаимной перпендикулярности или параллельности осей, неточности направляющих и др.;

- степени точности изготовления режущего и вспомогательного инструмента и его изнашивания во время работы;

- неточности установки инструмента и настройки станка на размер;

- погрешности базирования и установки обрабатываемой детали на станке или в приспособлении;

- деформаций деталей станка, обрабатываемой детали и инструмента, обусловленных недостаточной их жесткостью, и упругой деформации системы станок — приспособление — инструмент — деталь (СПИД) под влиянием силы резания;

- тепловых деформаций обрабатываемой детали, деталей станка, режущего инструмента, возникающих в процессе резания;

- шероховатости поверхности после обработки, ошибок при измерениях;

- качества работы исполнителя.

4.2. Показатели качества поверхности и их влияние на эксплуатационные свойства деталей турбин Эксплуатационные свойства деталей машин и долговечность их работы в значительной мере зависят от состояния поверхности самих деталей.

Реальная поверхность имеет различной формы и высоты неровности, которые образуются в процессе механической обработки. Отклонения от теоретической поверхности подразделяются на макрогеометрические, микрогеометрические и волнистость.

Макрогеометрические отклонения — единичные, регулярно не повторяющиеся отклонения от теоретической формы поверхности; макрогеометрические отклонения характеризуют овальность, конусность и другие отличия от правильной геометрической формы. Микрогеометрические отклонения (микронеровности) образуются при обработке заготовок в результате воздействия режущей кромки инструмента на обрабатываемую поверхность. Микронеровности обусловливают параметры шероховатости (негладкости) обработанной поверхности. Характер расположения микронеровностей зависит от направления главного движения при резании и направления движения подачи.

Шероховатость поверхности — это совокупность неровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхностей и рассматриваемых в пределах участка, длина которого выбрана в зависимости от характера поверхности и равна базовой длине. Шероховатость поверхности является результатом обработки и не зависит от метода обработки. Для оценки шероховатости поверхности установлены два параметра: среднее арифметическое отклонение профиля Ra и высота неровностей Rz.

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra есть среднее значение расстояний (y1, y 2, y 3,..., y n ) точек измеренного профиля до его средней линии:

где yi - абсолютное расстояние точек измеренного профиля до его средней линии (без учета алгебраического знака);

п - число измеренных отклонений.

Средняя линия профиля (рис. 12) делит измеряемый профиль таким образом, что в пределах длины участка поверхности, выбранного для измерения параметров шероховатости, сумма квадратов расстояний точек профиля до его средней линии минимальна.

При определении положения средней линии на профилограмме можно использовать следующее условие: средняя линия должна делить измеряемый профиль таким образом, чтобы в пределах базовой длины L площади F, расположенные по обеим сторонам от этой линии, были равны друг другу, т. е. F1 + F2 + F3 +... + Fn 1 = F2 + F4 + F6 +... + F n.

Рис. 12. Микронеровности поверхности обрабатываемой детали:

Высота неровностей Rz характеризует среднее расстояние между находящимися в пределах базовой длины пятью высшими точками выступов и пятью низшими точками впадин, измеренное от линии, параллельной средней линии, т. е.

где h1, h3,..., hn 1 – расстояние от высших точек выступов до линии, h2, h4,..., hn – расстояние от низших точек впадин до линии, паралельной средней линии.

Шероховатость поверхности оценивают двумя методами – качественным и количественным.

Качественный метод оценки основан на сравнении обработанной поверхности с эталоном при сопоставлении ощущений при ощупывании рукой и результатов визуальных наблюдений с помощью микроскопа или лупы с пятикратным и большим увеличением. При использовании качественного метода можно достаточно точно определить параметр шероховатости обработанных поверхностей, за исключением поверхностей, тонко обработанных. Эталоны, применяемые для оценки параметров шероховатости качественным методом, должны быть изготовлены из тех же материалов, с такой же формой поверхности и тем же методом, что и деталь.

Основным недостатком этого метода является то, что невозможно определить шероховатость тонко обработанных поверхностей. При большом разнообразии деталей необходимо иметь значительное количество различных эталонов.

Количественный метод заключается в измерении микронеровностей поверхности при помощи различных приборов. Принцип действия этих приборов основан на применении ощупывающей иглы, которая перемещается по измеряемой поверхности и повторяет профиль всех микронеровностей. Игла связана с зеркалом или стержнем. Зеркало и стержень повторяют те же движения, что и ощупывающая игла. Стержень приводит к колебаниям индукционной катушки, помещенной в магнитном поле, возникшая сила возбуждаемых токов измеряется гальванометром, и по величине отклонения стрелки определяют параметр шероховатости. Если в приборах используется зеркало, то в этом случае при помощи оптической системы колебания передаются на специальную шкалу или светочувствительную пленку. Для определения параметров шероховатости поверхности в труднодоступных местах применяют метод снятия слепков с исследуемой поверхности, шероховатость поверхности которых в дальнейшем служит критерием оценки при помощи указанных выше приборов.

Шероховатости поверхности оказывают существенное влияние на надежность, долговечность и эксплуатационные характеристики деталей турбин. Не всегда поверхность, у которой параметр шероховатости Ra = 0,04 2,5 мкм, является более износоустойчивой. Удержание смазочного материала на поверхности зависит от величины микронеровностей поверхности. В зависимости от условий трения устанавливают оптимальную шероховатость поверхности. На износоустойчивость поверхности влияют сопротивляемость поверхностного слоя разрушения и отклонения от геометрической формы, которые обусловливают неравномерный износ отдельных участков. Например, волнистость поверхности приводит к заметному увеличению давления, так как трущиеся поверхности соприкасаются с выступами волн; то же происходит при наличии больших микронеровностей, когда выступы микронеровностей сжимаются и вызывают разрывы масляной пленки, поэтому в местах разрывов пленки возникает сухое трение.

Установлено, что риски, глубокие и острые царапины являются концентраторами напряжений, которые могут привести во время эксплуатации к разрушению детали. Прочность прессовых соединений также находится в зависимости от высоты микронеровностей. Величина натяга при запрессовке одной детали в другую различна для деталей с одинаковыми диаметрами, имеющими различные параметры шероховатости поверхности. От шероховатости поверхности зависит и коррозионная устойчивость. Чем меньше шероховатость, тем меньше площадь соприкосновения с коррозирующей средой, и следовательно, влияние среды на поверхность детали уменьшается. Наличие глубоких впадин микронеровностей усиливает разрушающее действие коррозии, направленное в глубь металла. Поэтому при конструировании турбин параметр шероховатости поверхности устанавливают исходя из конкретных условий эксплуатации детали.

5. БАЗИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ И ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

Установка заготовок для обработки на станке включает их базирование и крепление. В процессе базирования заготовке придают определенное положение относительно обрабатывающих инструментов; в процессе крепления обеспечивается неизменность ее положения во время обработки. Для базирования используют отдельные поверхности или сочетания нескольких поверхностей детали, имеющие среди других, как правило, наибольшую ширину и протяженность5.

Поверхности заготовки, ориентирующие ее при установке для обработки, называют установочными базами; поверхности, от которых заданы выдерживаемые при обработке размеры, измерительными базами. Желательно, чтобы эти поверхности совпадали и с конструкторскими базами.

Конструкторскими базами называются поверхности, от которых на чертеже поставлены размеры до других обрабатываемых поверхностей. В качестве конструкторских баз часто принимают не материальные поверхности, а осевые линии валов, отверстий и т. п. При обработке детали такие линии заменяют установочными базами, выбираемыми по усмотрению технолога, в зависимости от конкретных условий обработки детали. Поверхности, выбранные в качестве установочных баз, должны быть обработаны в самом начале процесса. Выбору баз должны предшествовать тщательное изучение чертежа детали и анализ служебного назначения каждой из ее поверхностей в работающей машине. Обычно все поверхности деталей машин по их служебному назначению можно разделить на следующие четыре вида.

Первый вид исполнительные поверхности, при помощи которых машина, сборочные единицы или отдельные детали выполняют свое служебное назначение. У лопаток турбины к этому виду следует отнести поверхности рабочих частей, которые предназначены для преобразования тепловой энергии пара или газа в механическую работу.

Второй вид базирующие поверхности, или основные конструкторские базы детали. Это поверхности, при помощи которых деталь присоединяется к другим деталям машины и занимает в отношении их требуемое положение, например, поверхности хвостов у турбинных лопаток. Такие поверхности играют наиболее ответственную роль, определяя требуемое положение детали в машине, или положение всех остальных поверхностей детали, образующих ее конструктивные формы, поэтому чистовую обработку деталей надо начинать с базирующих Здесь и далее под понятием "поверхность" имеются в виду как отдельные поверхности, так и сочетания нескольких поверхностей.

поверхностей. Желательно, чтобы эти поверхности, как указывалось выше, были одновременно и конструкторскими, и установочными, и измерительными базами.

Третий вид вспомогательные поверхности детали – поверхности, при помощи которых деталь определяет положение всех других присоединяемых к ней деталей, а тем самым и относительное положение этих деталей в машине. Такими поверхностями у лопаток будут, например, поверхности шипов у головок, предназначенные для крепления бандажей и определяющие положение бандажей на рабочем колесе турбины или отверстия в рабочей части для установки скрепляющей проволоки.

Четвертый вид поверхностей свободные. К ним относятся поверхности, свободные от сопряжения с другими деталями. Их назначение заключается в соединении между собой поверхностей первых трех видов и придании совместно с ними необходимых конструктивных форм детали.

Требования к точности размеров этих поверхностей обычно не регламентируются.

Анализируя служебное назначение отдельных поверхностей детали, технолог должен составить себе ясное представление о последовательности обработки детали и о поверхностях, которые необходимо использовать в качестве установочных баз на всех стадиях обработки. Эти поверхности должны быть обработаны наиболее тщательно как с точки зрения правильности их форм, так и с точки зрения правильности и точности их взаимного положения в пространстве.

В производстве часто приходится иметь дело с явлением смены баз, т. е. устанавливать детали при обработке на разные базовые поверхности.

Смена баз бывает необходима в случаях:

- когда нельзя обрабатывать все поверхности детали (заготовки) с одной установки;

- когда для получения требуемой точности или других показателей качества деталь приходится обрабатывать на разных станках;

- когда для обработки детали применяют различные виды обработки и, следовательно, вести обработку на различных по своему назначению металлорежущих станках (токарный, фрезерный, зуборезный и т. п.).

Осуществляя смену баз, технолог должен заранее рассчитать и установить определенные допуски на неточность обработки поверхностей, намеченных в качестве базовых, с целью сохранения необходимой связи между поверхностями прежней и вновь намечаемой технологической базы и исключая возможности выхода отклонений размеров обрабатываемой детали при смене баз за пределы установленных допусков. Каждая смена баз всегда сопровождается появлением добавочных погрешностей на поверхностях детали и связывающих их размерах. Поэтому надо стремиться к тому, чтобы по возможности все поверхности детали можно было обработать и измерить от одних и тех же технологических баз, или использовать принцип единства баз. Практически принцип единства баз используется в полной мере лишь при обработке деталей, выполняемой с одной установки в центрах на токарных станках и в патронах. Если нельзя полностью применить принцип единства баз при обработке той или иной конкретной детали, то надо так построить процесс, чтобы этот принцип был использован максимально. Например, когда требуется наиболее высокая точность взаимного расположения поверхностей данной детали, необходимо обеспечить обработку хотя бы этих поверхностей с одной установки.

Приспособлениями называются вспомогательные устройства, используемые для установки и зажима заготовки при механической обработке или сборке, для осуществления контроля, транспортирования и других операций в ходе производственного процесса. По своему назначению приспособления можно подразделить на станочные для установки и закрепления рабочего инструмента, сборочные, контрольные, для захвата и перемещения обрабатываемых деталей и узлов при сборке. Приспособления по своей специализации подразделяются на универсальные, специализированные и специальные.

Станочные приспособления позволяют осуществить связь заготовки со станком, определить положение заготовки во время механической обработки. Применение станочных приспособлений позволяет повышать производительность труда и сократить время на установку и закрепление детали, исключить разметочные работы, совместить технологические переходы, перейти на более высокие режимы резания с соблюдением правил техники безопасности. Использование станочных приспособлений позволяет снизить себестоимость продукции. Целесообразность применения станочных приспособлений должна определяться с помощью техникоэкономических расчетов.

Приспособления для установки и закрепления рабочего инструмента осуществляют связь между инструментом и станком. С помощью приспособлений, осуществляющих связи станок заготовка и инструмент станок, выполняют наладку технологической системы СПИД.

Сборочные приспособления применяют для крепления базовых деталей собираемого изделия, обеспечения правильной установки его отдельных деталей, выполнения соединений с натягом, предварительной сборки упругих элементов (разрезных колец, пружин) и др.

Контрольные приспособления применяют для промежуточного и окончательного контроля параметров детали в процессе механической обработки, а также для контроля узлов изделия.

Приспособления для захвата, перемещения и кантовки обрабатываемых заготовок используют при установке на станок и снятии с него деталей большой массы, а также при транспортировании и сборке турбин.

Универсальные приспособления предназначены для закрепления различных заготовок при механической обработке (патроны, тиски, делительные головки, поворотные столы и др.).

Специализированные приспособления предназначены для закрепления определенного вида заготовок при использовании дополнительных или сменных устройств в универсальных приспособлениях (фасонные кулачки к патронам, губки к тискам, подставки и др.).

Специальные приспособления предназначены для выполнения операций на определенных заготовках.

Станочные приспособления в общей массе технологической оснастки составляют 80 90 %. Использование станочных приспособлений позволяет повысить производительность труда и сократить вспомогательное время при установке и закреплении заготовки, совместить технологические переходы, повысить режимы резания и точность обработки, расширить технологические возможности оборудования, облегчить условия труда станочников и обеспечить безопасные приемы работы.

Полная механизация и автоматизация приспособлений в условиях серийного производства возможны лишь на базе применения новых конструкций приспособлений.

Создание переналаживаемых (групповых, универсальных) приспособлений с индивидуальным механизированным приводом (пневматическим, гидравлическим, электромеханическим) и универсальных силовых приводов для последовательного обслуживания различных специальных приспособлений значительно сокращает вспомогательное время при выполнении технологических операций и повышает производительность труда.

В единичном и серийном производстве широкое применение получает система универсально-сборных приспособлений, основанная на многократном использовании определенной совокупности нормализованных деталей и узлов, из которых можно компоновать самые различные приспособления.

Выбор конструкции приспособления зависит от характера производства. Универсальные приспособления применяются в условиях единичного и серийного производства. Однако не исключена возможность применения специальных приспособлений в тех случаях, когда обработку без такого приспособления выполнить невозможно. Специальные и специализированные приспособления применяют в условиях серийного и массового производства.

При проектировании приспособлений закрепляемую в них деталь рассматривают как свободное абсолютное твердое тело. Такое тело в пространстве имеет шесть степеней свободы: три возможных перемещения вдоль трех произвольно выбранных координат X, У, Z и три возможных вращательных движения относительно тех же осей (рис. 13). Следовательно, для определения положения детали в пространстве необходимо иметь шесть опорных точек. Под воздействием силы P деталь лишается трех степеней свободы (с тремя опорными точками 1, 2, 3), а плоскость XOZ называется главной установочной базой. Обычно в качестве главной установочной базы выбирают поверхность, имеющую наибольшие размеры. Под действием силы Р2 деталь лишается еще двух степеней свободы (с двумя точками 4, 5), плоскость YOZ называется направляющей установочной базой. Направляющей установочной базой служит поверхность, имеющая наибольшую протяженность. При приложении силы Р3 деталь лишается последней степени свободы (точка 6), плоскость XOY называется опорной установочной базой. Такой порядок установки заготовок называется правилом шести точек и распространяется на все виды базируемых заготовок по наружным поверхностям.

Превышение числа опорных точек свыше шести создает худшие условия для установки заготовок. Любые опорные поверхности имеют отклонения от правильной геометрической формы и местные неровности, что обусловливает самопроизвольное положение заготовки в приспособлении.

Силы P, P2, P3 создают так называемое силовое замыкание.

Силовое замыкание необходимо для того, чтобы деталь сохранила неизменным требуемое положение в процессе обработки. Для этого к детали прикладываются силы с целью ее закрепления. Естественно, что силы и их моменты, создающие силовое замыкание и обеспечивающие непрерывность контакта обрабатываемых деталей и элементов крепления, должны быть больше сил и их моментов, стремящихся нарушить этот контакт в процессе обработки.

При положении сил, обеспечивающих силовое замыкание, могут возникнуть деформации закрепляемой детали. Эти деформации могут быть: контактными - за счет смятия микронеровностей опорных поверхностей; изгиба - за счет изгибания детали силами прижима при расположении этих сил вне опорных точек или между ними. Для исключения деформации необходимы:

- надлежащий выбор и подготовка базирующих поверхностей;

- создание правильного силового замыкания с расположением точек приложения сил по возможности против опорных точек;

- уменьшение контактных деформаций;

- расчет на прочность корпусов приспособлений и элементов крепления.

Исходной для проектирования приспособлений является следующая документация: рабочий чертеж заготовки и готовой детали, карта технологического процесса с указанием последовательности и содержания операций, схема базирования и закрепления оборудования и инструмента, проектная норма штучного времени; операционный эскиз заготовки на предшествующую и выполняемую операции, стандарты на детали и узлы станочных приспособлений, альбомы на конструкции стандартных приспособлений.

Рис. 13. Схема базирования и крепления обрабатываемой детали P, P2, P3 – силы, действующие на деталь и создающие силовое замыкание Конструирование приспособления должно быть увязано с технологическим процессом изготовления изделия, так как при разработке процесса устанавливают маршрут обработки, технологические, установочные базы; выполняют эскизы обработки, дающие представление об установке и закреплении заготовки, промежуточных размерах с допусками на них; определяют режимы резания, штучное время; выбирают режущий и измерительный инструмент, тип и модель станка. В зависимости от производственных возможностей и программы выпуска выбирают конструкцию приспособления (одноместное, многоместное), тип и размеры установочных и быстроизнашивающихся элементов приспособлений. Кроме того, учитывают габаритные размеры станка, связанные с установкой приспособления, и техническое состояние станка. Только после получения всех данных приступают к проектированию приспособления.

Разработку приспособления начинают с нанесения контура заготовки. В зависимости от сложности схемы вычерчивают несколько проекций заготовки тонкими или штрихпунктирными линиями. Затем вычерчивают установочные элементы, зажимные устройства, направляющие элементы и вспомогательные устройства. На общем виде приспособления наносят габаритные размеры и размеры, которые необходимы при сборке, технические требования к его сборке и механической обработке.

Эффективность приспособления можно установить только на основе калькуляции, проведенной после составления рабочих чертежей и разработки технологических процессов изготовления приспособления. В связи с длительностью периода подготовки данных для определения эффективности приспособления приближенно определяют затраты на изготовление приспособления по формуле где Зпр – затраты на изготовление приспособления, руб.;

Н – число деталей в приспособлении;

К – постоянная, зависящая от конструкции приспособления.

Обычно для простых, средней сложности и сложных приспособлений К соответственно равно 15, 30 и 40.

5.3. Конструкция основных элементов приспособлений Основными элементами приспособлений являются: установочные для определения положения обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущего инструмента; зажимные для закрепления обрабатываемой заготовки; направляющие для придания необходимого движения режущему инструменту относительно обрабатываемой поверхности заготовки; делительные или поворотные для точного изменения положения обрабатываемой поверхности относительно режущего инструмента; механизированные приводы для зажима обрабатываемой заготовки; крепежные для соединения всех отдельных элементов между собой, а также корпус приспособлений, на которых размещены элементы приспособлений.

В зависимости от условий обработки заготовка должна быть установлена в определенном положении относительно режущего инструмента.

Для ориентации обрабатываемой заготовки в пространстве необходимо определить, какие установочные элементы могут быть использованы в приспособлении при базировании. Детали приспособлений, несущие установочные поверхности, применяются в виде опорных штырей (рис. 14), пластин, призм, установочных пальцев, оправок и т. п.

Установочные элементы и механизмы делятся на основные и вспомогательные. Основные элементы предусмотрены схемой базирования и определяют положение заготовки в соответствии с правилом шести точек.

Вспомогательные элементы вводят иногда в установочную систему не для целей базирования, а лишь для повышения устойчивости и жесткости обрабатываемых деталей. Конструкция и размеры установочных деталей в приспособлении должны выбираться по ГОСТ.

а-в – соответственно с плоской, сферической и рифленой опорной поверхностями; г – быстросменный опорный штырь; д, е – опорные пластины соответственно без паза и с косым пазом К зажимным элементам приспособлений относятся механизмы, непосредственно используемые для закрепления заготовки. Такие элементы выполняют роль промежуточных звеньев в более сложных зажимных системах. Зажимные устройства должны быть просты по конструкции, не вызывать деформаций у закрепляемой заготовки, а также перемещений заготовки в процессе закрепления. Они должны быть надежны в работе и удобны в обслуживании. Зажимными устройствами являются зажимные винты, винтовые прихваты, клиновые зажимы, цанги, разжимные оправки, круглые эксцентрики, реечно-рычажные и другие зажимы.

Наиболее простыми видами зажимов являются зажимные винты (рис. 15), которые приводятся в действие маховичком, рукояткой или насаженными на них ключами. Усилие зажима винтом где W – сила зажима винта;

Р' – сила, прикладываемая к ведущему звену механизма;

L – длина рукоятки ключа;

rср – средний радиус резьбы;

– угол подъема резьбы;

пр - КПД приспособления.

Для предотвращения вмятин и прогиба на закрепляемой заготовке на конце винта возможна установка качающегося башмака зажимных винтов (ГОСТ 13430-68, 13431-68).

Комбинация винтовых устройств с рычагами или клиньями называется комбинированными зажимами, разновидностью которых являются винтовые прихваты (рис. 16). Конструкция прихватов должна позволять им перемещаться для обеспечения более удобного положения обрабатываемой заготовки в приспособлении.

Клиновые зажимы применяют в приспособлениях для закрепления деталей в тех случаях, когда не требуется больших усилий зажатия. В качестве клиновых зажимных устройств используют клин. Он прост в изготовлении, легко размещается в приспособлении. С помощью клина можно изменять направление передаваемой силы. При определенных углах клиновой механизм обладает свойствами самоторможения.

Клиновые зажимы могут быть с плоским односкосным, двускосным (рис. 17) или криволинейным (рис. 18) клином.

Для устранения упругих отжимов инструмента относительно заготовки применяют направляющие элементы. К таким элементам приспособлений относятся кондукторные втулки и кондукторные плиты. Кондукторные втулки предназначены для обеспечения заданного направления режущего инструмента при обработке отверстий на сверлильных и расточных станках. Кондукторные плиты служат для установки кондукторных втулок.