Проектирование технологических схем и оснастки

В Ы С Ш Е Е  О Б Р А З О В А Н И Е  -  БАКАЛАВРИАТ 

серия основана в 1 9 9 6  г.

А.А. ПОГОНИН 
И.В. ШРУБЧЕНКО 
А.А. АФАНАСЬЕВ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ 
СХЕМ И ОСНАСТКИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

2-е издание, стереотипное

Рекомендовано

Учебно-методическим объединением по образованию 
в области автоматизированного машиностроения в качестве 
учебного пособия для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по специальности «Технология машиностроения» 
направления подготовки «Конструкторско-технологическое 
обеспечение машиностроительных производств»

Электронно

znanium.com

Москва
ИНФРА-М

2021

УДК 621.715.4(075.8) 
ББК 34.42я73

П43

Р е ц е н з е н т ы :

Вороненко В.П., доктор технических наук, профессор, заведующий 
кафедрой технологии машиностроения Московского государственного технологического университета «СТАНКИН»;

Митрофанов В.Г., доктор технических наук, профессор, заместитель директора Института конструкторско-технологической информатики Российской академии наук, заслуженный деятель науки Российской Федерации

Погонин А.А.

П43 
Проектирование технологических схем и оснастки : учебное пособие /  А.А. Погонин, И.В. Шрубченко, А.А. Афанасьев. — 2-е изд., стер. — 
Москва : ИНФРА-М, 2021. — 337 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/1524190.

ISBN 978-5-16-017027-5 (print)
ISBN 978-5-16-109601-7 (online)
В учебном пособии рассмотрены начала технологического проектирования производства деталей. Представлены схемы настройки станков. 
Описаны основы проектирования технологической оснастки. Приведены 
рекомендуемые этапы проектных работ, их содержание и последовательность выполнения, а также порядок и методики выполнения различных 
инженерных расчетов. Даны примеры, позволяющие интенсифицировать 
практические занятия.

Для студентов высших учебных заведений.

УДК 621.715.4(075.8) 
ББК 34.42я73

ISBN 978-5-16-017027-5 (print) 
ISBN 978-5-16-109601-7 (online)

© Погонин А.А., Шрубченко И.В., 
Афанасьев А.А., 2009, 2021

ПРЕДИСЛОВИЕ

Выпуск качественной и конкурентоспособной продукции машиностроительного предприятия во многом определяется уровнем подготовки кадров. Специалисты-машиностроители должны 
в совершенстве владеть технологическими знаниями, использовать современные достижения науки и техники для организации 
максимально эффективных и рентабельных производственных и 
технологических процессов с применением современного высокопроизводительного оборудования, оснастки, средств механизации и автоматизации.

В связи с этим в учебных планах всех учебных заведений машиностроительного профиля особое место отведено изучению 
технологий изготовления деталей и сборки изделий, проектированию станочных, сборочных, контрольно-измерительных и прочих приспособлений. Изложение теоретического материала сопровождается практическими занятиями, на которых студенты 
приобретают первичные навыки использования теоретических 
знаний для выполнения различных проектных заданий. Качество 
полученных знаний оценивается по качеству исполнения и степени оригинальности курсовых и дипломных проектов (или работ). Обязательными компонентами большинства проектов являются различные элементы технологического проектирования. 
В пояснительной записке и графической части должны быть отражены результаты технологических разработок в виде технологических карт, выполненных в соответствии с правилами Единой системы технологической документации (ЕСТД), технологических схем настройки оборудования, а также проектов оснастки для выполнения отдельных технологических операций и 
операций контроля.

Настоящее пособие рассчитано на выполнение следующих методических задач:

• получение представления о технике и очередности выполнения всех основных этапов разработки технологического процесса 
и проектирования оснастки, ознакомление с особенностью осуществления и трудоемкостью каждого этапа, доказательство наличия тесной логической взаимосвязи между отдельными этапами проектных работ;

3

• увязка в ходе обучения теоретических положений дисциплин 
с их практической реализацией, формирование у студентов цельного представления о технологии машиностроения как о науке и 
подготовка их к квалифицированному и самостоятельному курсовому и дипломному проектированию;

• выработка у будущих специалистов привычки обязательного 
логического и формального обоснования принимаемых решений 
при проведении любых проектных работ, а также навыков четкого и лаконичного изложения материала в пояснительных записках.

Для обоснования принимаемых решений студенты должны использовать сведения, опубликованные в научно-технической, справочной, периодической, учебной и прочей литературе.

Во многих разделах пособия после краткого изложения основных теоретических положений ставится проектная задача и приводится пример ее решения. Естественно, что не следует рассматривать приведенные решения как догмы. Каждый студент при 
выполнении практических заданий должен проявить максимум 
творческой инициативы и индивидуализма.

Несмотря на узкую направленность, пособие может успешно 
использоваться студентами всех машиностроительных специальностей, изучающих технологию машиностроения, и быть весьма 
полезным для обучающихся без отрыва от производства.

Р А З Д Е Л  I

НАЧАЛА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО 
ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Гл а в а 1

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ 

ДЕТАЛЕЙ МАШИН

1.1. Цели технологического проектирования

Для успешного проектирования технологических процессов механической обработки деталей необходимо достижение следующих целей:

• установление типа производства (единичное, серийное или 
массовое) на основе предварительных расчетов такта выпуска или 
размера партии;

• выбор способов получения заготовок и изложение предъявляемых к ним требований;

• выбор способов обработки элементарных поверхностей деталей и назначение технологических баз;

• предварительный подбор металлорежущего оборудования;
• составление маршрута последовательности (порядка) обработки заготовки в целом или ее отдельных поверхностей;

• подробная проработка содержания технологических операций и переходов, включенных в маршрут;

• выполнение технологических расчетов:

припусков и допусков на размеры заготовки по технологическим переходам;

режимов резания, сил и моментов сил резания;
прогнозируемой точности и качества обработки поверхностей;

норм времени и расценок на операции;
эффективности проектного варианта технологического процесса (см. гл. 2).

1.2. Деталь

Основой для разработки технологического процесса изготовления детали являются:

5

• чертеж детали с техническими требованиями на ее изготовление;

• производственная программа выпуска детали данного наименования.

Наименование детали, ее обозначение (номер чертежа) с указанием сборочной единицы (узла), к которой она относится, и 
годовую программу выпуска формулирует (указывает или утверждает) руководитель проектных работ.

На основе тщательного изучения полученной (исходной) информации составляют подробное описание конструкции и назначения детали, а также ее общих технологических характеристик, 
которыми являются:

• наименование изделия или узла, составной частью которого 
является деталь; его назначение и общая характеристика;

• назначение детали в изделии (узле), способ и требования к ее 
базированию (установке), взаимодействие с другими деталями 
изделия;

• описание форм и назначения основных функциональных и 
прочих поверхностей (плоскостей, пазов, шеек, отверстий и т. п.); 
изложение прочих специфических особенностей конструкции;

• характеристика материала, сведения о нагрузках (силах и моментах сил), воспринимаемых деталью в процессе рабочего цикла, результаты анализа соответствия материала назначению детали, расчет ее массы;

• предварительная оценка технологичности детали с указаниями возможностей:

снижения точности выполняемых размеров и сокращения 
общего количества обрабатываемых поверхностей;

повышения жесткости конструкции, удобства и надежности базирования заготовок;

унификации и стандартизации элементарных поверхностей 
(фасок, выточек, канавок, галтелей и т. п.);

осуществления многоместной или групповой обработки. 
Здесь же (в описании) анализируют возможности выполнения 
прочих технических требований с точки зрения технологических 
возможностей производства.

Результатами изучения и анализа исходных данных могут служить предложения по усовершенствованию конструкции детали, 
замене ее материала более или менее прочным, но более дешевым, и другие предложения или подтверждение целесообразности первоначального варианта изготовления детали.

По окончании указанной работы разрабатывают рабочий чертеж 
детали. Чертеж выполняют в масштабе 1:1 ( 1 : 2 — для крупных и 
2 : 1 — для мелких деталей) с необходимым количеством проекций, разрезов и сечений на листах форматов А4 или АЗ. На чертеже 
проставляют все необходимые размеры. На каждый размер между

6

поверхностями устанавливают допуски. Затем составляют и вносят 
в чертеж необходимый минимум технических требований (допустимые погрешности форм и расположения поверхностей, их твердость и др.). Технические требования на чертежах указывают с помощью условных символов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД). Те требования, для которых условные обозначения отсутствуют, излагают на поле чертежа в виде текста. Для 
обоснованного и квалифицированного назначения допусков на 
размеры, величины шероховатости поверхностей и различных технических требований пользуются рекомендациями и указаниями 
справочников, атласов и другой технической литературы [5, 14].

Чертеж должен составлять единое целое с описаниями конструкции, давать полное представление о детали, что позволит правильно ее изготовить.

Пример 1.1. Дано в сборочной единице колесо зубчатое чертеж 
ТВС 1Н61—02—116 (рис. 1.1) с выпуском 4 800 деталей в год. Выполнить описание детали.

Колесо зубчатое (см. рис. 1.1) является деталью коробки подач 
токарно-винторезного станка. Это колесо жестко крепится на промежуточном валу и служит для передачи движения от привода к шестерне ходового винта. Посадка колеса на промежуточный вал осуществляется по шлицевым поверхностям с центрированием по наружному диаметру с посадкой 50H7/h7.

Основными конструктивными элементами зубчатого колеса являются зубчатый венец диаметром 220 мм и шириной 25 мм, реборда 
толщиной 13 мм и ступица диаметром 65 мм и длиной 41 мм.

На венце нарезано 86 зубьев с модулем т = 2,5 мм. Диаметр делительной окружности de = 215 мм. Все зубья венца имеют с одной 
стороны скос под углом а= 15°, служащий для более плавного входа 
зубьев блока ведущей шестерни при включении. С обоих торцов зубья 
имеют закругления г = 1 мм. Реборда сплошная, в осевом сечении 
колеса она устанавливается в середине венца с соблюдением симметрии. Ступица соединяется с ребордой, при этом один торец ступицы (в этом же сечении) лежит в плоскости торца венца, а другой, 
расположенный со стороны скоса зубьев, — выступает за плоскость 
торца венца на 16 мм. В ступице концентрично делительной окружности (с допуском биения 0,063 мм) нарезается шлицевое отверстие 
D—8—46Н11 х 50Н7 х 9F8. Для свободной посадки на вал с обоих торцов отверстия снимаются фаски 2 х 45°.

Требования к точности и шероховатости всех функциональных и 
нефункциональных поверхностей указаны на чертеже. Необрабатываемые поверхности могут сохранять штамповочные уклоны и радиусы.

Материалом для изготовления зубчатого колеса служит улучшенная сталь 40Х (ГОСТ 4543—71 «Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия»), твердостью 215...235 НВ и сле
7

И —го—1 9 Н 1 Ж

ТВЧ; h = 0,8...1,2; 45...50HRC

Модуль
т
2,5

Число зубьев
Z
86

Угол профиля
а
20°

Исходный контур
ГОСТ 13755-81

Коэффициент смещения
X
+ 0,4

Степень точности 
по ГОСТ 1643—81
Ст8-7-7-Ва

Постоянная хорда
5 с
3,4618;?1

Высота до постоянной хорды
he
1,87

Делительный диаметр
de
215

Обозначение чертежа 
сопряжения колеса

АБВ...

2 фаски |~g~j 
щ 

| / | о.024|а

2 ± 0,5 х 45

1. Твердость 210...235 НВ.
2. Неуказанные предельные отклонения размеров: Н14, hl4, ±1Т14/2.
3. На поверхности С клеймить обозначение детали, т и z.
*Размеры для справок.

И зм
Л и с т
№  д о к у м .
П о д п .
Д а т а

Р а з р а б .

П р о в .

Т. к о н т р .

Н . к о н т р .

У тв.

TBC 1Н61—02—116

Л и т .
М а с с а
М а с ш т а б

т
п

4,96
1:2

Л и с т
| 
Л и с т о в  
1

Колесо зубчатое

7 = 86

Сталь 40Х ГОСТ 4543— 71

Рис. 1.1. Чертеж детали

8

дующими механическими характеристиками, МПа: предел прочности ав = 600...700; предел выносливости 
= 320...400; допускаемое 
напряжение при изгибе [аиз] = 180; допускаемое рабочее напряжение 
Одоп = 500 [5].

Венец подвергают термообработке токами высокой частоты (ТВЧ) 
для получения твердости 45...50 HRC.

Колесо передает максимальный крутящий момент Л/тах при работе 
двигателя мощностью N = 3,7 кВт и минимальной частотой вращения промежуточного вала nmin = 198 мин-1, т.е. Мтш = 9 555N/nmin = 
= 9 555 ■ 3,7/198 = 178,6 Н ■ м. При этом на зубья колес действует сила Р, Н:

р 
Мтах 
2 1 000 178,6

</,/(2 1000) 
215 
’

где </, — диаметр делительной окружности, мм.

Сила Р вызывает в сечениях зубьев напряжение при изгибе аиз = 
= 169 МПа. Следовательно, аиз < [аиз], аналогично адоп < [ов|. Таким 
образом, материал зубчатого колеса и его термообработка подобрана 
правильно.

Расчетная масса колеса М = 4,96 кг.
Технические требования к детали, в том числе к точности ее размеров и шероховатости основных поверхностей, основательно проработаны и соответствуют требованиям, предъявляемым к зубчатым 
колесам 7-й или 8-й степеней точности [5, 14]. Конструкция заготовки жесткая. Размещение базового торца ступицы в плоскости венца 
позволяет при нарезании зубьев фрезами применить достаточно производительную схему последовательной многоместной обработки. Две 
фаски 1 х45° на торцах ступицы позволяют освободиться от заусенцев, образующихся при подрезке торцов.

Конструкция зубчатого колеса в целом технологична. При разработке единичных рабочих технологических процессов изготовления 
подобных колес в условиях серийного или массового производства в 
качестве информационной основы вполне могут быть использованы 
типовые технологические процессы производства деталей данного 
класса [17, 45, 46].

1.3. Тип производства

Тип производства и соответствующие ему формы организации 
труда определяют характер технологических процессов и их построение. Поэтому в начале технологического проектирования устанавливают тип производства — единичное, серийное или массовое. Тип 
производства определяется номенклатурой и объемами выпуска изделий (годовой производственной программой), их массой и габаритными размерами, а также другими характерными признаками.

9

Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой и 
большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых или ремонтируемых в течение продолжительного времени. На 
каждом рабочем месте рабочий выполняет, как правило, одну закрепленную за ним операцию. Такое производство оснащают преимущественно специальным и специализированным оборудованием, располагающимся в порядке выполнения технологических 
операций, — в виде поточных линий. При массовом производстве 
применяют высокопроизводительные специальные инструменты 
и приспособления; широко внедряют средства механизации и автоматизации: роторные конвейеры и автоматические линии, в том 
числе переменно-поточные автоматические линии, составленные 
из робототехнических комплексов, управляемых ЭВМ. Характерны высокий уровень организации труда и ритмичность выпуска 
изделий с фиксированным тактом tB, мин:

tB = 60FJN, 
(1.1)

где Fn — действительный годовой фонд рабочего времени оборудования, линии и рабочих мест, ч, в зависимости от режима и 
организации работ в подразделении (в цехе, на участке) ориентировочно принимают при работе в одну смену — Fa = 2 008 ч, в 
две смены — Fa = 40154H при трехсменной работе — Fa = 6 022 ч 
[9, 15 и др.]; N — годовая программа выпуска изделий, шт.

В массовом производстве длительность отдельных операций — 
штучное время /ш — должна быть равна или кратна такту выпуска 
при одновременном соблюдении неравенства

h < tm. 
(1.2)

Суточный выпуск изделий Nc при работе с двумя выходными 
днями в неделю, шт.:

Nc = N/252,

где 252 — число рабочих дней в году.

Суточная производительность поточной линии Qc, шт.:

Q c  — ^ с й з.н /C i.c p /

где Fc — суточный фонд времени работы оборудования, мин; г|3 „ — 
нормативный коэффициент загрузки оборудования; /ш ср — средняя продолжительность основных операций, мин.

При выполнении п основных операций со штучным временем 
каждой /-й операции, равным 
средняя трудоемкость составляет

t
1 п
= — Y ?
Ш.ср 
' ш / •

п  /1=1

(1.3)

На данном этапе определяют ориентировочные значения tm 
(см. подразд. 2.5 и 2.6).

10