Разработка технологических процессов в машиностроении

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ -  БАКАЛАВРИАТ 

серия основана в 1 9 9 6  г.

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

РАЗРАБОТКА 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ 
ПРОЦЕССОВ 
В МАШИНОСТРОЕНИИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

2-е издание, дополненное

Допущено Учебно-методическим объединением вузов 
по образованию в области автоматизированного 
машиностроения (УМО AM) в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению подготовки 
«Конструкторско-технологическое обеспечение 
машиностроительных производств»

Эл е к т р о н н о

znanium.com

Москва
ИНФРА-М

2022

УДК 621(075.8) 
ББК 34.5я73

Ш86

Ре це нз ен ты:

Гусев А.А., доктор технических наук, профессор Московского государственного технологического университета «СТАНКИН»;

Пелипенко Н.А., доктор технических наук, профессор Белгородского государственного национального исследовательского университета

Шрубченко И.В.

Ш 86 
Разработка технологических процессов в машиностроении : учебное 
пособие /  И.В. Шрубченко, А.А. Погонин, А.А. Афанасьев. — 2-е изд., 
доп. — Москва : и Нф РА-М, 2022. — 176 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/1816759.

ISBN 978-5-16-017159-3 (print)
ISBN 978-5-16-109714-4 (online)
В учебном пособии приводятся основные этапы, последовательность 
и общая методика разработки технологических процессов механической 
обработки деталей и сборки изделий машиностроения. В основных разделах после изложения элементов теории обучающимся устанавливаются 
проектные задания. Многие разделы сопровождаются примерами их конкретной реализации.

Составлено в помощь студентам машиностроительных специальностей 
дневной и заочной формы обучения, осваивающим методику технологического проектирования и выполняющим курсовые и дипломные проекты 
и работы.

УДК 621(075.8) 
ББК 34.5я73

ISBN 978-5-16-017159-3 (print) 
ISBN 978-5-16-109714-4 (online)

© Шрубченко И.В., Погонин А.А., 
Афанасьев А.А., 2004, 2021

1. 1.
1.2.
1.3.
1.4.

1.5.
1.6 .
1.7.
1.8. 
1.9.

1. 10.
1 . 11.
1. 12.
1.13.
1.14.
1.15.
1.16. 
2 .

2. 1.
2 .2 .
2.3.
2.4.
2.5.
2 .6 . 
2.7.

1.

2 .8 .
2.9.

2. 10.
2. 11.
2 . 12.
2.13.
2.14.
2.15.
2.16. 
2.17.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение............................................................................................. 5
Проектирование технологических процессов изготовления деталей.................................................................................................... 7
Деталь.................................................................................................. 
7

Тип производства................................................................................ 10
Выбор заготовки................................................................................ 14
Выбор способов обработки поверхностей и назначение технологических баз.............................................................................. 
 
20

Металлорежущие станки..................................................................  23
Технологический маршрут............................................................... 24
Технологическая операция............................................................... 28
Припуски на обработку поверхностей............................................ 32
Режим обработки. Силы и моменты резания................................. 36
Размерные и точностные расчеты технологических процессов.. 41
Качество поверхности...................................................................... 50
Техническое нормирование.............................................................  52
Экономическая оценка технологического процесса.................... 55
Проектирование схем технологических наладок оборудования 59
Технологичность............................................................................... 60
Типизация технологических процессов и групповая обработка.. 61 
Проектирование технологических процессов сборки
изделий...................................................................................  
 
62

Исходные данные..............................................................................  62
Назначение и конструкция изделия................................................ 63
Тип производства и организационная форма сборки................... 67
Анализ чертежа и технических условий..........................................70
Анализ технологичности конструкции изделия............................  74
Выбор методов обеспечения точности сборки................................81
Установление порядка комплектования сборочных единиц и 
изделия в процессе сборки и составление технологической
схемы сборки.....................................................................................  86
Анализ вариантов схем сборки........................................................ 93
Разработка технологического маршрута сборки.............................93
Назначение технологических баз....................................................  98
Выбор оборудования..........................................................................101
Определение режимов работы сборочного оборудования............104
Проверка качества сборки соединений........................................... 108
Нормирование времени сборочных работ.......................................109
Проектирование сборочных операций............................................ 114
Разработка схем и выбор оборудования для контроля..................117
Оформление технологической документации................................119

3

Заключение...............................................................................................
Приложения..............................................................................................
Приложение 1. Технологический процесс изготовления детали......
Приложение 2. Схема обозначения технологической

документации по ГОСТ 3.1201—85.........................

Приложение 3. Экономические точность и шероховатость 
поверхности при обработке на металлорежущих станках [23, 27]................................................

Приложение 4. Средние ориентировочные режимы резания при

обработке заготовок из черных металлов [14].........

Приложение 5. Отдельные технические характеристики некоторых широкоуниверсальных металлорежущих станков..................................................................

Приложение 6. Средние разряды работ станочников-опера
торов [23].......................................................................

Приложение 7. Нормативы заработной платы рабочих (со всеми начислениями), руб. [11]......................................

Приложение 8. Расположение справочного материала в «Справочнике технолога-машиностроителя»[30]............

Приложение 9. Государственные стандарты на широкоуниверсальный измерительный инструмент и приборы.... 
Приложение 10. Примеры записи операций и переходов слесарных и слесарно-сборочных работ
(ГОСТ 3.1703 - 79).....................................................

Приложение 11. Коэффициент линейного расширения и сжатия.

Температура нагрева охватывающей стальной
детали при сборке соединений с натягом, t°C.......

Приложение 12. Диаметры сверл для отверстий под шплинты, мм.

Диаметры сверл для отверстий под болты и
шпильки, мм..............................................................

Приложение 13. Слесарно-монтажный инструмент и приспособления......................................................................

Приложение 14. Операционная карта сборки......................................
Приложение 15. Устройства для нагрева деталей перед запрессовкой............................................................. ............

Приложение 16. Вспомогательные устройства...................................
Приложение 17. Инструмент, приспособление и устройства

для механизации сборочных работ.........................

Приложение 18. Дополнительные сведения........................................
Приложение 19. Схема технологической наладки.............................
Библиографический список...................................................................

123
124 
124

130

131

134

135

136

136

137

138

139

140

140

141
144

146
148

152
171
172
173

4

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие составлено для студентов, приступающих к изучению начальной части курса «Технология машиностроения». В первой 
главе излагаются вопросы, связанные с проектированием технологических 
процессов сборки изделий; во второй -  с проектированием технологических процессов изготовления деталей. Содержание пособия и последовательность изложения материала рассчитаны на создание максимума 
удобств для использования во время практических занятий, а также при 
выполнении курсовых работ и проектов по дисциплине. Предполагается, 
что студентами уже проработаны и освоены следующие дисциплины: 
«Технологические процессы машиностроительных производств», «Технология конструкционных материалов», «Метрология, стандартизация 
и сертификация», «Процессы формообразования и инструмент», «Технологическое оборудование», «Основы проектирования», «Инженерная 
графика» и др. Одновременно им еще предстоит знакомство с такими 
дисциплинами, как «Автоматизация проектирования технологических 
процессов и средств технологического оснащения», «Технология, оборудование и автоматизация сборочного производства», «Обеспечение 
качества изделий», и прочими дисциплинами, читаемыми на последних 
семестрах обучения.

В прежние годы было издано немало хороших пособий по технологии машиностроения, в том числе по курсовому и дипломному проектированию. Большинство из них ([1, 3] и пр.) рассчитано на студентов, 
прослушавших и усвоивших основные теоретические положения перечисленных дисциплин; другие, например [18], способствуют углублению 
знаний по отдельным разделам технологии машиностроения.

Учебное пособие «Разработка технологических процессов в машиностроении» несколько уступает в строгости изложения материала отмеченным работам. Оно рассчитано на интенсификацию и повышение 
продуктивности практических занятий, на которых студенты закрепляют 
теоретические знания по курсу «Технология машиностроения» и получают первичные навыки самостоятельного проектирования технологических процессов. Основное внимание уделяется производству деталей 
и сборке изделий заданного качества наиболее производительными и экономичными методами. В процессе практических занятий каждый студент 
для конкретной детали или сборочной единицы составляет технологический маршрут обработки (сборки) и подробно проектирует технологический процесс на 1.. .3 технологические операции (устанавливает режимы 
обработки (сборки), анализирует достигаемые точность и качество, осуществляет техническое нормирование и др.).

Эффективность и рентабельность техпроцесса устанавливается (подтверждается) вариантным проектированием, т.е. сравнением целесообразности обработки (сборки) одних и тех же элементов разными способами 
и разными инструментами, на различном оборудовании.

5

Темы занятий и последовательность их выполнения в основном соответствуют разделам оглавления данного пособия.

Спроектированный технологический процесс оформляется в соответствии со стандартами и правилами ЕСТД и ЕСТПП.

Пособие рассчитано на выполнение следующих методических задач:
— дать первые представления о технике и очередности выполнения 
всех основных этапов разработки технологического процесса, познакомить с особенностью осуществления и трудоемкостью каждого этапа, 
показать наличие тесной логической взаимосвязи между отдельными 
этапами проектных работ;

— увязать в ходе обучения теоретические положения дисциплины 
с их практической реализацией, сформировать у обучаемых цельное 
представление о технологии машиностроения как о науке и подготовить 
их к квалифицированному и самостоятельному курсовому и дипломному 
проектированию;

— с первых шагов освоения новой дисциплины выработать у будущих специалистов привычку обязательного логического и формального 
обоснования принимаемых решений при проведении любых проектных 
работ, а также навыки четкого и лаконичного изложения подобных обоснований в пояснительных записках.

Для обоснования принимаемых решений часто пользуются материалами, опубликованными в научно-технической, справочной, периодической, учебной и прочей литературе по технологии машиностроения. 
В целях облегчения и сокращения времени информационных поисков 
нужного материала в пособии указывается размещение материалов 
по различным разделам проектирования в наиболее распространенных 
изданиях последних лет.

Во многих разделах пособия после краткого изложения основных теоретических положений перед студентом ставится очередная проектная задача и приводится пример ее решения. Естественно, не следует рассматривать указанные образцы как догмы и пользоваться при составлении 
описаний фразами из пособия. Каждый в ходе практикума должен стремиться проявить максимум творческой инициативы, индивидуализма, 
прилежания.

Самостоятельными темами являются кодирование информации, оптимизация режимов, составление типовых и групповых технологических 
процессов и пр.

Учебное пособие рекомендуется для бакалавров, обучающихся по направлениям подготовки 15.03.01 «Машиностроение», 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», а также по другим направлениям, предполагающим изучение 
технологии машиностроения. Оно также окажется весьма полезным для 
обучающихся без отрыва от производства.

6

1. 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

1.1. Деталь

Основой для разработки технологического процесса являются:
—  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 выдает (указывает или утверждает) руководитель проектных работ.

Студенты после знакомства с полученной (исходной) информацией и 
тщательного ее изучения составляют подробное описание конструкции и 
назначение детали, а также ее общие технологические характеристики, 
которые обычно включают:

— 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;

— описания форм и назначения основных функциональных и прочих

поверхностей: плоскостей, пазов, шеек, отверстий и так далее; изложение 
прочих специфических особенностей конструкции; 
■

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

— предварительную оценку 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 тому подобное; осуществления многоместной или групповой 
обработки и др. Здесь же анализируют возможности выполнения прочих 
технических требований с точки зрения технологических возможностей 
производства.

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

7

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 
форматах А4 или АЗ. На чертеже проставляют все необходимые размеры. На каждый размер между 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 ЕСКД. Те требования, для которых условных обозначений нет, излагают на поле чертежа текстом. Для обоснованного и квалифицированного назначения допусков на размеры величины шероховатости поверхностей и различных технических требований 
пользуются рекомендациями и указаниями справочников, атласов [1—3] 
и другой технической литературы.

Чертеж вместе с описаниями конструкции (2—3 с.) составляет единое 
целое. Он должен создавать у студентов полное представление о детали, 
что позволит (при необходимости) правильно ее изготовить.

П р и м е р  1. Дано в "сборочной единице" колесо зубчатое черт., ТВС 
1Н61—2—116 (рис. 1) с выпуском 4800 деталей в год. Выполнить описание детали.

Колесо зубчатое (рис.1) является деталью коробки подач токарновинторезного станка. Оно 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. 
' ' 
' 
'

Основные конструктивные элементы зубчатого колеса — 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 модулем т = 2,5 мм. Диаметр делительной окружности de = 215 мм. Все зубья венца имеют с одной стороны 
скос 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 ее торец (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—46 HIlx50H7x9F8. Для свободной посадки на вал с 
обоих торцов отверстия снимаются фаски 2x45°.

8

ГВН h OA lZ  HRC 45.. 50

козф. смещения

Степень точности 
поГОСТ 1643-31
Постоянная хоада
Высота до пост, хордь
Селит, диаметр
Обозначение черт
сопряжен, колеса

2  фаски

2  фаски

Твердость НВ 210. 235.

3 На поверхности С клеймить обозначение детали, m u z

Масштаб

Колесо зубчатое 
z=86

№ доким

Лист 
1 I Листов 
Т

Нконтр.

Рис. 1. Чертеж детали

9U-гонт ш

ч

TBL 1Н61-02-116

БГТЧ
[таль Ш ГОСТ т-71 кафедра ТМ и РК

9

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

Материалом зубчатого колеса служит сталь 40Х ГОСТ 4043—71, 
улучшенная с твердостью НВ 215—235, и характеристиками прочности, 
МПа: ^ = 6 0 0 —700, 5_, =320—400, [ 5 ИЗ] = 1 8 0  и <5доп = 500 [1 ,т.2, 
с. 190, табл. 3]. Венец термообрабатывают дб HRC 45—50. Колесо передает максимальный крутящий момент Т 
, при работе двигателя 

7V = 3,7kBt  и минимальной частоте вращения промежуточного вала 

wmiB = 198 мин’'> т- е- Д,ах = 9555-N/nmin.= 9555-3,7/198 = 178,6 Н-м. При 
этом на зубья колес действует сила Р , Н

п 
Гта„ 
2-1000-178,6

£>,/2-1000 
215 
’

которая вызывает в сечениях зубьев напряжения изгиба § »169 МПа. 

Следовательно, 8из <[SUJ], аналогично, Sjon < [4 оп]. 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 [1, 2]. Конструкция заготовки жесткая. Размещение базового торца ступицы в плоскости венца позволяет при нарезании 
зубьев фрезами применить достаточно производительную схему последовательной многоместной обработки. Две фаски 1x45° на торцах ступицы 
позволяют освободиться от заусенцев, образующихся при подрезке торцов.

Конструкция зубчатого колеса в целом технологична. При разработке 
единичных рабочих техпроцессов изготовления подобных колес в условиях серийного или массового производства в качестве информационной 
основы вполне могут быть использованы типовые технологические процессы производства деталей данного класса [14, 17, 24].

1.2. Тип производства

Типы производств и соответствующие им формы организации труда 
определяют характер технологических процессов и их построение. Поэтому перед началом технологического проектирования устанавливают

10

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.

Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемых или 
ремонтируемых в течение продолжительного времени. На каждом рабочем месте выполняют, как правило, по одной закрепленной за рабочим 
операцией. Такое производство оснащают преимущественно специальным и специализированным оборудованием, располагающимся в порядке 
выполнения технологических операций, в форме поточных линий. Применяют высокопроизводительные специальные инструменты и приспособления. Широко внедряются средства механизации и автоматизации; 
конвейера роторные и автоматические линии, в том числе переменнопоточные автоматические линии, составленные из робототехнических 
комплексов, управляемых ЭВМ, и др. Характерны высокий уровень организации труда и ритмичность выпуска изделий с фиксированным тактом, 
мин:

*в= 60 FJN, 
(1)

где Fa — действительный годовой фонд производственного времени оборудования, линии и рабочих мест, ч; N — годовая программа выпуска изделий, шт. В зависимости от режима и организации работ в подразделении (в цехе, на участке) ориентировочно принимают при работе: в одну 
смену Fa = 2008 ч, в две смены Fa = 4015 ч и при трехсменной работе 
Fa = 6022 ч. Более точные сведения приводятся в [5, 6 и др.].

В массовом производстве длительность отдельных операций (штучное 
время <ш) должна быть равна или кратна такту при одновременном соблюдении неравенства:

h < С ■ 
(2)

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

NC = N/252 .

Суточная производительность поточной линии, шт:

Qc 
Fc Tj зн /Сер ,

где Fc — суточный фонд времени работы оборудования, мин; г],н — нормативный коэффициент загрузки оборудования: Сер — средняя трудоемкость основных операций, мин.

11

При выполнении п основных операций со штучным временем каждой i-й, равным Гш,

На данном этапе определяют ориентировочные значения /ш,- (см. разделы 
"Техническое нормирование" и "Экономическая оценка технологического 
процесса", с. 51, 54).

Нормативная загрузка оборудования (станка) в массовом производстве должна находиться в пределах т]т = 0,65—0,75. Если фактический 
?1 Зф > 0,75, приходится на данной операции увеличивать число станков, 
но они могут остаться недогруженными. То же происходит, если /„ > /ш. 
Например, если при поточной форме организации труда /„ = 5 мин, а 
/ш = 2 мин, то станок после выполнения каждой очередной операции будет простаивать по 3 мин и т.п. В таких случаях работу линии, участка 
или цеха организуют по принципам, присущим серийному производству.

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями и сравнительно большим объемом выпуска, причем 
размер партии, шт

где а — периодичность запуска (необходимость запаса деталей на складах), дни. Для проектных расчетов рекомендуется принимать при изготовлении крупных деталей д = 3—6, средних а - 6 —12 и для мелких деталей а =12—25 дней.

Организация и оснащение крупносерийного производства близки к 
массовому. Серийное и мелкосерийное производство оснащают преимущественно универсальным и стандартным оборудованием, приспособлениями и инструментами. Широко используются станки с ЧПУ. Наряду с 
групповыми переменно-поточными линиями практикуют организацию 
предметно-замкнутых участков. После обработки партии деталей Р| станки перестраивают на обработку партии Р2 других деталей. Станки не простаивают. Для серийного производства нормативный коэффициент загрузки оборудования ?;зн = 0,75—0,85. Более высокие значения 77,ф могут 
быть достигнуты при многономенклатурном запуске изделий в условиях 
мелкосерийного и единичного производства.

Для определения типа производства обычно пользуются соотношениями (1), (2) и рекомендациями [6],позволяющими устанавливать его в

П

(3)

n = a N /252,
(4)

12