Основы технологии машиностроения


А. С. Ямников, А. А. Маликов







                ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ




Учебник для вузов



Под редакцией А. С. Ямникова











Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2020

УДК 621.77
ББК 34.5
     Я55












     Ямников, А. С.
Я55 Основы технологии машиностроения : учебник для вузов / Ямников А. С., Маликов А. А. ; под ред. А. С. Ямникова. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2020. - 252 с. : ил., табл.


        ISBN 978-5-9729-0423-5

     Рассмотрены основные понятия и определения технологии машиностроения, изложена теория базирования заготовок и изделий. Раскрыты факторы, влияющие на точность обработки, способы ее повышения и методы управления качеством поверхностного слоя деталей машин. Показаны пути сокращения трудоемкости механической обработки.
     Для студентов бакалавриата машиностроительных специальностей, а также технологов и конструкторов промышленных предприятий.

УДК621.77
                                                          ББК 34.5










ISBN 978-5-9729-0423-5   © А.С.Ямников,А.А. Маликов,2020
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2020
                          © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020

        Введение


     Машина - устройство, выполняющее механическое движение с целью преобразования энергии, материалов или информации. Изготовление машин занимает особое место среди отраслей народного хозяйства. Это объясняется тем, что машиностроение является основой развития сельского хозяйства, строительства, транспорта, топливно- энергетического комплекса, металлургии и других отраслей промышленности. Высокий уровень машиностроения является базой для укрепления обороноспособности страны и повышения благосостояния ее населения, залогом успеха в освоении космоса, в борьбе с болезнями и стихийными бедствиями.
     Основой развития машиностроения и, следовательно, экономического подъема страны является совершенствование технологии машиностроения. Технология - совокупность методов и способов получения, обработки, изменения состояния, свойств, формы сырья, материалов и полуфабрикатов, осуществляемых в процессе производства продукции для получения предметов потребления и средств производства. Иными словами, технология - наука о способах воздействия на сырье, материалы и полуфабрикаты орудиями производства.
     Разработка технологии осуществляется по отраслям производства, т.е. выделяют технологию строительства, производства продуктов питания, мебели, обуви. Расширяя понятие «технология», говорят о воздействии на сознание избирателей, т. е. о выборных технологиях, о системах лечения, т. е. о медицинских технологиях, о технологиях в обучении, информатике, банковском деле и т. д.
     Что касается комбинации слов «Технология машиностроения», то она имеет два основных толкования:
      -  сумма технологических процессов, зафиксированных документально, необходимых и достаточных для изготовления в производственных условиях всего многообразия машин, приборов, различного оборудования и устройств, т. е. всей продукции машиностроения;
      -  раздел технических наук, а именно наука об изготовлении изделий требуемого качества, в заданном количестве, при наименьших затратах времени и материальных ресурсов и обеспечении безопасности исполнителей и окружающей среды.
     Не зная технологии машиностроения, невозможно грамотно решить ни одного вопроса, относящегося к конструированию, изготовлению и ремонту машин, планированию, организации и экономике машиностроительной промышленности, нельзя обеспечить эффективность управления машиностроительным предприятием. Поэтому изучение технологии машиностроения включают в программу подготовки специалистов различного профиля - конструкторов, технологов, метрологов, организаторов производства и экономистов.
     Начало развития технологии машиностроения связано с появлением крупной промышленности. В России накопленный опыт впервые был отражен в ра

3

ботах проф. И. А. Двигубского (1807 г.) и проф. И. И. Тиме (1885 г.). Многие годы русские инженеры обучались по книге проф. А. П. Гавриленко «Механическая технология металлов» (1882 г.). Большое значение имела работа Ф. У. Тейлора «Искусство обработки металлов».
     После Гражданской войны для восстановления и реконструкции заводов и для создания новых отраслей промышленности необходимо было обобщить опыт отечественного и зарубежного машиностроения. Для решения этих задач были созданы ряд проектных институтов и проведены серьезные научноисследовательские работы. В сочетании с бурным развитием промышленности это позволило перейти от описания технологических процессов к научным обобщениям. Такой переход, по существу превративший технологию машиностроения в науку, является в значительной степени заслугой российской технологической школы. Проф. А. П. Соколовский, автор курса «Технология машиностроения» (1935 г.), создал научную школу, которая работала над типизацией технологических процессов, исследовала жесткость технологической системы и точность обработки, вибрации при резании. Б. С. Балакшин, Н. А. Бородачев, П. Ф. Дунаев, В. В. Матвеев и др. разработали теорию размерных цепей, проф. В. М. Кован создал одну из первых методик расчета припусков на механическую обработку. Глубокие исследования качества поверхностного слоя деталей машин выполнили П. Я. Дьяченко, А. И. Исаев, А. А. Маталин, М. О. Якобсон, П. И. Ящерицын, Э. В. Рыжов, А. Г. Суслов и др.
     Значительный вклад в формирование учебной дисциплины «Технология машиностроения», изучающей в основном процессы изготовления деталей и сборки машин, внесли Б. С. Балакшин, М. Е. Егоров, А. М. Дальский, Ф. С. Демьянюк, А. И. Каширин, И. М. Колесов, В. С. Корсаков, А. А. Маталин, М. П. Новиков, И. А. Коганов, А. П. Соколовский, А. Г. Суслов, Д. В. Чарнко, А. Б. Яхин и др.
     Современная отрасль науки «Технология машиностроения» - обобщение большого опыта коллективов заводов, научно-исследовательских технологических институтов и вузов. Она опирается на исследования в области физики твердого тела, теории резания, динамики машин, теории вероятностей и других отраслей науки.
     В настоящее время перед технологией машиностроения стоят следующие практические задачи:
      -  создание технологичных конструкций изделий, повышающих экономическую эффективность их изготовления, эксплуатации и ремонта;
      -  повышение качества материала и точности исходных заготовок, увеличение коэффициента использования материала, уменьшение потерь материалов и энергии, внедрение ресурсосберегающих процессов, уменьшение доли механической обработки в общей трудоемкости и себестоимости изделий;
      -  повышение точности обработки заготовок, увеличение доли отделочных операций в технологическом процессе (ТП);
      -  повышение качества сборки изделий;

4

       - частичная и комплексная механизация и автоматизация производства;
       - повышение производительности и снижение стоимости обработки, сборки и других ТП;
       - повышение производительности и качества проектирования ТП, в том числе благодаря использованию систем автоматизированного проектирования (САПР) ТП. Это позволяет своевременно учитывать изменяющиеся требования к изготавливаемым изделиям, быстро находить оптимальные решения сложных технологических задач;
       - как следствие, повышение качества и конкурентоспособности изделий, что позволит повысить производительность труда и качество продукции в областях народного хозяйства, использующих машины, улучшить условия труда, снизить загрязнение окружающей среды, уменьшить зависимость страны от иностранных поставок машин и комплектующих изделий, изменить неблагоприятное соотношение между импортом и экспортом машиностроительной продукции*.
      Способы решения этих задач рассматриваются в курсе «Основы технологии машиностроения» и комплексе технологических дисциплин, к которым относятся «Технология машиностроения», «Автоматизация производственных процессов», «САПР ТП» и др. В рамках данного учебника будут рассмотрены вопросы базирования, точности механической обработки, обеспечения качества поверхности деталей, нормирования и производительности изготовления деталей.
      После изучения технологии машиностроения студенты должны уметь разрабатывать технологические процессы обработки и сборки, знать основные факторы, влияющие на качество продукции, производительность и стоимость ее изготовления. Это позволит выпускникам быстрее адаптироваться к работе в производственной сфере, правильно оценивать конкретные ситуации и своевременно принимать нужные решения. При этом следует иметь в виду, что методы и закономерности, характерные для машиностроения, в той или иной степени можно использовать для работы в других отраслях промышленности.
      Помимо приобретения специальных знаний изучение технологии машиностроения позволит студентам научиться логично и грамотно обосновывать принимаемые решения, оформлять результаты расчетов в соответствии с требованиями, предъявляемыми к оформлению конструкторской и технологической документации, а также научно-исследовательских работ. Это облегчает усвоение других дисциплин и адаптацию к будущей работе независимо от ее конкретного содержания.

* В 2001 г. стоимость импорта металлообрабатывающего оборудования в Россию составила 130 млн дол., а доходы от его экспорта - 58,5 млн дол., т. е. отрицательный торговый баланс составил 71,5 млн дол.

5

        ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

§ 1.1. Производственный и технологический процессы

     При изучении технологии машиностроения используют определенную терминологию, которая основывается на стандартных понятиях и определениях. Содержание этих понятий и определений приводится в терминологических словарях и стандартах, в том числе входящих в группы стандартов ЕСТД (Единой системы технологической документации) и ЕСТПП (Единой системы технологической подготовки производства). Номера стандартов первой группы начинаются с цифры 3, после которой ставят точку, в обозначении стандартов второй группы перед точкой ставят цифры 1и4.
     Например, в ГОСТ 14.004-83 приводится определение производственного процесса как совокупности всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления и ремонта продукции. Эти действия выполняются работниками различных подразделений предприятия, начиная от водителей и машинистов, доставляющих все необходимое для работы на склады и рабочие места, и кончая теми, кто испытывает готовую продукцию, упаковывает и доставляет ее заказчику.
     Для студентов с технологической направленностью подготовки особый интерес представляет технологический процесс (ГОСТ 3.1109-82) - часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. Различают ТП изготовления изделия или его части, изготовления заготовки, литья, обработки давлением, термической, электрофизической и электрохимической обработки, сборки, контроля качества продукции, ремонта и т. д.
     При сборке осуществляется образование разъемных или неразъемных соединений заготовок или составных частей изделия, а при обработке - заданное изменение формы, размеров, шероховатости поверхности или свойств заготовки. В процессах обработки резанием выделяют общие виды, например, лезвийную и абразивную обработку. В свою очередь, видами лезвийной обработки являются точение, сверление, фрезерование, протягивание и т. д.
     Совокупность правил, определяющих последовательность и содержание действий при выполнении формообразования, обработки или сборки, перемещения, включая технический контроль, испытания, в ТП изготовления или ремонта безотносительно к наименованию, типоразмеру или исполнению изделия, называется технологическим методом.
     Предприятие и его подразделения могут обеспечивать изучение рынков сбыта продукции, обработку различной информации, перечисление и выдачу заработной платы, управление производством, охрану территории, подготовку кадров, составление отчетов, уборку территории и помещений, отопление и освещение зданий и т. д. Все эти процессы, без которых может нарушиться

6

эффективная работа предприятия, с точки зрения технологов, являются вспомогательными процессами.
      Для осуществления ТП нужны производственные помещения, исполнители работ, предметы труда и совокупность орудий производства, называемых средствами технологического оснащения. К этим средствам относятся технологическое оборудование и технологическая оснастка.
      Согласно ГОСТ 3.1109-82 технологическое оборудование - средства технологического оснащения, в которых для выполнения определенной части ТП размещаются материалы или заготовки, средства воздействия на них, а также технологическая оснастка. Примерами технологического оборудования являются литейные машины, прессы, станки, печи, гальванические ванны, испытательные стенды и т.д. Для слесарно-сборочных и контрольных операций оборудованием могут быть верстаки и контрольные столы.
      Технологическая оснастка - средства технологического оснащения, дополняющие технологическое оборудование для выполнения определенной части ТП. К технологической оснастке относятся, например, приспособления, режущие инструменты, средства измерения, штампы и модели.
      Инструмент - технологическая оснастка, предназначенная для воздействия на предмет труда с целью изменения его состояния. В частности, к режущим инструментам относятся резцы, фрезы, сверла, шлифовальные круги и т. д.
      Приспособление - технологическая оснастка, предназначенная для установки или направления предмета труда или инструмента при выполнении технологической операции. К приспособлениям относятся, например, станочные тиски, токарные патроны, центры и т. д. По традиции приспособления, используемые для установки режущих инструментов, называют вспомогательными инструментами . Этот не вполне корректный термин используется, однако, не только в справочной литературе, но и в стандартах по оформлению технологических карт, например, вГОСТ3.1118-82иГОСТ3.1129-93.
      К средствам измерения принадлежат приборы и калибры. Измерительный прибор - средство измерения, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне, например, микрометр, штангенциркуль, масштабная линейка. Калибр - мера, предназначенная для сравнения с ней размеров, формы и расположения поверхностей заготовок или изделий с целью определения их годности.
    Законченную часть технологического процесса, выполняемую на одном рабочем месте, называют технологической операцией или, для краткости, операцией .
    При этом под рабочим местом согласно ГОСТ 14.004-83 понимают элементарную единицу структуры предприятия, где размещены исполнители работы, обслуживаемое технологическое оборудование, часть конвейера, оснастка и предметы труда.
    Для процессов, связанных с обработкой резанием, наименование операции включает прилагательное, производное от вида оборудования. Пусть, например, на сверлильном станке сверлом 1 (рис. 1.1) обрабатывается отверстие в планке 2, закрепленной в тисках 3. В этом случае мы имеем дело со сверлильной операцией,

7

для которой сверлильный станок является технологическим оборудованием, сверло - режущим инструментом, тиски - приспособлением, планка - предметом тру-да,а патрон 4 для закрепления сверла - вспомогательным инструментом. Для планирования производства и расчета себестоимости продукции технологи и нормировщики устанавливают нормативное время выполнения операции.

Рис. 1.1. Схема обработки отверстия в планке 2:
1 - сверло; 3 - тиски; 4 - патрон

     Особенности нормирования влияют на конкретное содержание понятий рабочее место и операция. Например, устанавливая норму времени на работу оператора автоматической линии, состоящей из нескольких станков, необходимо рассматривать автолинию как одно рабочее место, на котором выполняется одна законченная часть ТП - автолинейная операция.
     В тяжелом машиностроении с помощью различных переносных станков может одновременно выполняться обработка различных поверхностей одной и той же заготовки. Если станки обслуживаются различными бригадами рабочих, то в процессе выделяются несколько операций, для которых рабочие места будут располагаться на соответствующих участках заготовки.
     Иногда несколько операций объединяют в одну для того, чтобы упростить управление и организацию производства. Например, пусть при токарной обработке партии ступенчатых валов у всех заготовок сначала обтачивается одна шейка, потом вторая и т. д. В этом случае обработку каждой ступени можно рассматривать как законченную часть технологического процесса, составляющую одну операцию. На каждую из этих операций может быть оформлен отдельный документ, например, операционная карта, технико-нормировочная карта, наряд

8

и т. д. При небольшом объеме выпуска эти операции могут выполняться последовательно на одном рабочем месте одним рабочим. В таких ситуациях для упрощения планирования и отчетности могут быть оформлены один или несколько общих документов на токарную обработку валов, которую в этом случае следует рассматривать как одну укрупненную операцию.
     Совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, предметов производства и исполнителей для выполнения в регламентированных условиях производства заданных технологических процессов или операций согласно ГОСТ 27.004-85 называется технологической системой (ТС). Различают специальные ТС, используемые для изготовления или ремонта изделия одного наименования и типоразмера, специализированные ТС - для изготовления или ремонта изделий с общими конструктивными и технологическими признаками и универсальные ТС - для изготовления или ремонта изделий с различными конструктивными и технологическими признаками. При расчетах точности обработки под технологической системой часто понимают совокупность станка, приспособления, инструмента и заготовки.

§ 1.2. Предметы производства

     К предметам производства относятся материалы, заготовки, полуфабрикаты и изделия. Терминология по предметам производства устанавливается ГОСТ 2.101-68, ГОСТ 3.1109-82, ГОСТ 14.004-83.
     В частности, по ГОСТ 2.101-68 изделие - любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии. Например, изделиями станкостроительного завода могут быть фрезерные станки, а у предприятий, специализирующихся на выпуске запасных частей, - детали автомобилей, тракторов, мотоциклов и других машин. Для моторного завода изделиями являются двигатели автомобилей, самолетов, танков и т. д., для подшипникового завода - собранные подшипники качения, а также их отдельные детали, например, ролики или шарики.
     Деталь - изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Основным конструкторским документом для детали служит ее чертеж.
     Предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливают деталь, называется заготовкой, а заготовка перед первой технологической операцией называется исходной заготовкой . Например, на токарном автомате можно выполнить обработку резанием всех поверхностей винта с шестигранной головкой, используя в качестве исходной заготовки шестигранный пруток. При изготовлении первичного вала мотороллера исходной заготовкой служит круглый пруток, который разрезают на части, а затем подвергают обработке давлением и резанием.
     Изделия или заготовки, полученные технологическим методом литья, называют отливками. Отливки служат, например, исходными заготовками при изготовлении корпусов вентилей и кранов, тройников, рукояток и других подобных изделий. Аналогично изделия или заготовки, полученные технологическим

9

методом ковки или штамповки, называют соответственно кованными или штампованными поковками.
    Отливки станин, поковки шпинделей, штампованные заготовки зубчатых колес, изготовленные на литейном или кузнечно-прессовом заводе, для станкостроительной фирмы, выполняющей их последующую обработку, являются полуфабрикатами , т. е. предметами труда, подлежащими дальнейшей обработке на предприятии-потребителе. Для специализированного зубообрабатывающего производства полуфабрикатом может быть заготовка зубчатого колеса, прошедшая токарную обработку, а изделием - заготовка с нарезанными зубьями.
    Производственная партия - предметы труда одного наименования и типоразмера, запускаемые в обработку в течение определенного интервала времени при одном и том же подготовительно- заключительном времени на операцию. При этом под подготовительно-заключительным временем согласно ГОСТ 3.1109-82 понимается интервал времени, затрачиваемый на подготовку исполнителя или исполнителей и средств технологического оснащения к выполнению технологической операции и приведение последних в порядок после окончания смены и (или) выполнения этой операции для партии предметов труда. Подготовительно-заключительное время расходуется, в частности, на получение задания, технологической документации и оснастки, наладку станка, сдачу работы, приспособлений и инструментов.
    Операционная партия - производственная партия или ее часть, поступающая на рабочее место для выполнения технологической операции. Если, например, на предшествующей операции размер партии составлял 200 заготовок, а на рассматриваемой операции параллельно работают два одинаковых станка, то для обслуживающих эти станки рабочих норма времени устанавливается в зависимости от операционной партии из 100 заготовок. При этом не имеет значения, когда передаются заготовки - после обработки всей партии на предшествующей операции или после обработки очередной заготовки, после окончания смены или заполнения тары, в которую укладываются, например, 20 заготовок.
    Серия изделия - все изделия, изготовленные по конструкторской и технологической документации без изменения ее обозначения.

§ 1.3. Характеристики производственного и технологического процессов

    Под технологической готовностью производства понимают наличие на предприятии полных комплектов конструкторской и технологической документации и средств технологического оснащения, необходимых для осуществления заданного объема выпуска продукции с установленными технико-экономическими показателями. Совокупность мероприятий, обеспечивающих технологическую готовность производства, называют технологической подготовкой производства (ТПП). В ходе ТПП используют или определяют ряд характеристик производственного и технологического процессов, таких как производственный цикл, объем и программа выпуска продукции, коэффициент закрепления

10