Технологический Процесс Фрезерования

В этой статье будут рассмотрены основные понятия производственного технологического процесса. Материалы и полуфабрикаты, поступающие на предприятие на участок фрезерования, в результате действий специалиста превращаются в готовые изделия. Весь этот комплекс взаимосвязанных действий называется технологическим процессом фрезерования.

Технологический процесс является частью общего производственного процесса, содержащей действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства. В зависимости от характера выполняемых работ в пределах машиностроительного предприятия различают технологические процессы механической, термической, литейной, кузнечной обработок и др.

Механическая обработка осуществляется на металлорежущих станках путем срезания с поверхностей заготовки определенного слоя металла - припуска. Одним из ее видов является фрезерование. Прежде чем приступить к обработке детали в целом, фрезеровщик должен четко представить себе технические требования, предъявляемые к точности выполняемой работы, последовательность и способы обработки поверхностей детали, способы установки заготовок на станке, необходимые приспособления и инструменты, режимы резания. Весь этот перечень профессиональных вопросов и определяет теоретическое содержание технологического процесса, который в виде маршрутной или технологической карты служит руководящим документом для практической деятельности работников предприятия.

Технологический процесс, являясь основой организации и планирования участка, цеха и завода в целом, существенно влияет на экономические показатели работы производственного коллектива. Поэтому он должен обеспечивать не только необходимое качество производимых изделий и высокую производительность труда, но также наименьшие материальные затраты, связанные с его осуществлением.

Одним из основных принципов построения технологического процесса является принцип совмещения технических, экономических и организационных задач, решаемых в данных производственных условиях. Технологический процесс должен безусловно обеспечить выполнение всех требований к точности и качеству деталей и изделия в целом, предусмотренных чертежами и техническими условиями, при наименьших затратах труда и минимальной себестоимости. Обычно существует несколько вариантов обработки деталей, одинаково удовлетворяющих требованиям чертежа и техническим условиям, однако предполагающих различную стоимость обработки. Для заданных условий и масштаба производства следует выбрать тот вариант, который наилучшим образом удовлетворяет указанным выше требованиям. Выбор оптимального варианта технологического процесса требует в ряде случаев расчета экономической эффективности и сравнения себестоимости вариантов обработки.

При проектировании технологических процессов механической обработки исходными являются следующие данные: программное задание; чертежи и технические условия на изготовление и приемку изделия; вид заготовки, зависящий от размера партии, материала, геометрической формы и размера детали, и др.

В общем случае разработка технологических процессов ведется по следующему плану:

• Изучение чертежей деталей и технических условий на их изготовление.
• Выбор способа получения заготовки для деталей в зависимости от размера партии и материала; определение размеров припусков на обработку.
• Определение по чертежам деталей базирующих поверхностей (черновых и чистовых). Назначение первой исходной операции на основе правила черновых баз.
• Определение последовательности и характера операции в соответствии с конфигурацией, точностью и шероховатостью обрабатываемых поверхностей, заданных по чертежу детали. В большинстве случаев обработку заготовки целесообразно производить в следующей последовательности: а) черновая обработка, при которой снимают основную часть общего припуска; б) получистовая и чистовая обработка, при которой обеспечивается в основном заданная точность; в) отделочная обработка, при которой достигается требуемое качество обработки поверхности и точность формы и размеров детали.
• Выбор для каждой операции станка, приспособлений, режущего, вспомогательного и измерительного инструмента, способов закрепления с учетом количества одновременно обрабатываемых заготовок.
• Определение для каждого перехода расчетных размеров обрабатываемых поверхностей, числа проходов и режима резания.
• Нормирование для каждого перехода основного технологического (машинного) и вспомогательного времени.

Разработка технологических процессов механической обработки для массового и крупносерийного производства ведется двумя методами: концентрацией и дифференциацией операций.

Концентрацией операций называется соединение нескольких операций в одну, более сложную, а дифференциацией - расчленение операций на несколько более простых.

Для лучшего понимания полного описания последовательного технологического процесса фрезерования необходимо его расчленить на отдельные части или элементы: операции, установы, позиции, переходы и проходы, отличающиеся между собой объемом выполняемых работ.

Операцией фрезерования называется законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте. Новая операция начинается, когда рабочий, закончив одну и ту же часть обработки у всех деталей из партии, переходит к их дальнейшей обработке.

Количество операций в технологическом процессе фрезерования зависит от величины изготавливаемой партии, количества станков, на которых ведется обработка, и сложности деталей. Например, если фрезеровщик обрабатывает только одну деталь на одном станке, то все действия, производимые над ней, будут составлять одну операцию. Когда же эта деталь обрабатывается последовательно на нескольких станках, то технологический процесс будет состоять из соответствующего им количества операций. При изготовлении деталей партиями нецелесообразно непрерывно производить полную обработку каждой из них. Более выгодно сначала обработать одну или часть поверхностей у всех деталей, а затем перестроить станок и приступить к обработке других поверхностей и т. д., то есть разделить технологический процесс на несколько операций. Причем для неавтоматизированных станков с увеличением партии деталей выгоднее расчленять этот процесс на большее количество мелких операций так, чтобы объем работы в каждой из них не нуждался в какой-либо перестройке станка, связанной с установкой фрезы на размеры обрабатываемых поверхностей, или изменении режима резания. Благодаря этому многократное выполнение минимального количества действий в каждой мелкой операции ускоряет приобретение рабочим автоматизма движений, что в свою очередь способствует повышению производительности труда. Исключением из общего правила являются случаи использования наборов фрез при изготовлении деталей крупными партиями, когда количество операций в технологическом процессе сокращается за счет одновременной обработки нескольких поверхностей детали.

Переходом в фрезеровании называется законченная часть технологической операции, характеризуемая постоянством инструмента и поверхностей, образуемых обработкой. Каждая поверхность детали может быть обработана за несколько рабочих движений заготовки. Поэтому часть перехода, выполняемая при неизменном режиме резания за одно движение заготовки в направлении подачи, называется проходом. За несколько проходов обычно фрезеруют поверхности большой ширины или имеющие значительный припуск.

Основная цель технологического процесса - получить детали требуемого качества в необходимом количестве при минимальных затратах. Технологический процесс должен полностью обеспечить все требования, предъявляемые к детали по форме и точности размеров, геометрической форме, взаимному расположению и шероховатости поверхностей и т. д. При этом надо стремиться, чтобы деталь обрабатывалась за наименьшее число переходов, на наименьшем числе станков при наименьших затратах энергии и труда. Разработка технологического процесса включает в себя следующие основные этапы.

Сначала изучают чертеж узла, затем чертеж детали и ее назначение в узле. При этом определяют требования к поверхностям детали, при необходимости корректируют чертеж детали в целях повышения ее технологичности и назначают (предварительно) комплект требуемого оборудования. Особое внимание уделяют взаимосвязи между деталями, необходимым конструктивным зазорам и посадкам сопрягаемых деталей, а также вопросам, относящимся к общей сборке узла и его отдельных элементов.

Затем рассматривают организационно-технические вопросы: годовую программу выпуска изделия; номенклатуру и загрузку оборудования данного предприятия; возможные тенденции изменения программы выпуска деталей в последующие годы.

Далее изучают технологические возможности оборудования, имеющегося на предприятии, и степень его загрузки. При равных технологических возможностях предпочтение отдается наименее загруженным станкам, имеющим наибольшую степень автоматизации.

Перед началом проектирования технологического процесса каждая деталь отрабатывается на технологичность, т. е. на соответствие детали требованиям экономичной технологии ее изготовления. Технологичная деталь характеризуется простотой конструкции, оптимальной точностью, низкой стоимостью обработки и требуемым качеством выполнения своих функций в узле механизма.

К конструкции детали предъявляются следующие требования: наличие удобной и надежной базы, дающей возможность за одну установку обработать все (или большинство) взаимосвязанных элементов детали; минимальное число обрабатываемых элементов детали при сохранении ee функционального назначения; размеры на чертеже детали следует (по возможности) проставлять от основной технологической базы (см. Установочные базы заготовок); жесткость конструкции детали должна обеспечивать возможность ее обработки прогрессивными методами на форсированных режимах резания; простота геометрической формы элементов детали и их унификация, обеспечивающие полную обработку детали наименьшим числом инструментов; наружные плоскости должны быть открытыми и легкодоступными для возможности их сквозной обработки, а бобышки и платики должны (по возможности) располагаться в плоскости обработки основных поверхностей; отверстия должны быть гладкими или иметь минимальное число ступеней, причем ступень наибольшего диаметра должна находиться у наружной плоскости детали.

Очень важным для технологического процесса является правильно выбранный метод получения заготовок, зависящий от формы, конструкции и программы выпуска деталей. Чем больше программа выпуска, тем форма заготовки должна быть ближе к форме обрабатываемой детали в целях уменьшения и стабилизации припусков на обработку. Чем ниже точность изготовления заготовки, тем больше припуск на обработку и тем дороже изготовление самой детали.

В условиях единичного производства часто используют сварные заготовки. Все заготовки подвергают термической обработке. Чугунные отливки для снятия внутренних напряжений и повышения вязкости подвергают низкотемпературному отжигу. При определении метода получения заготовок главным является не снижение стоимости самой заготовки, а снижение суммарных затрат на изготовление готовой детали.

От правильности построения технологического процесса во многом зависит число переходов и точность изготовления детали. Окончательную обработку точных элементов детали следует производить только после обработки ее менее точных элементов. Имеются определенные правила построения технологического процесса.

Отличительной особенностью технологического процесса изготовления деталей, не подвергающихся промежуточной термической обработке в процессе механической обработки, является то, что полное их изготовление производится за две установки. Сначала производят черновую обработку; затем деталь освобождают (для снятия упругих деформаций) и после повторного закрепления (за основание детали) производят чистовую обработку. Указанный техпроцесс используется при изготовлении неответственных корпусных деталей и деталей средней сложности из модифицированных чугунов (перед механической обработкой производят стабилизирующий отпуск заготовки).

Изготовление деталей средней сложности, подвергающихся в процессе механической обработки промежуточной термической обработке, осуществляется за четыре установки.

Изготовление деталей высокой сложности и точности, подвергающихся промежуточной термической обработке и требующих применения специального финишного оборудования, производится за шесть и более установок. Число ходов в каждом переходе зависит от конкретных технических требований и от качества заготовки. Чем грубее заготовка, тем больше необходимо ходов для получения поверхности требуемого качества.

При разработке технологического процесса для действующего производства металлорежущее оборудование, как правило, выбирают из имеющегося на заводе парка станков. По паспорту определяют, можно ли обработать на станке деталь данного габарита и обеспечить выполнение технических требований, предъявляемых к обрабатываемой детали на данной операции по точности размеров, правильности геометрических форм и шероховатости поверхностей.

Если этим основным требованиям удовлетворяют станки нескольких типов, то выбирают станок, отвечающий следующим дополнительным требованиям: максимальное соответствие размеров стола станка габариту обрабатываемой детали (желательно наиболее полное использование площади стола); максимальное соответствие производительности станка программе выпуска деталей; минимальная себестоимость данной операции; наименьшая степень загрузки станка; максимальные степень автоматизации станка и возможности многостаночного обслуживания.

В зависимости от типа производства и серийности выпуска деталей используют различные виды приспособлений. Так, для единичного и мелкосерийного производства в основном используется технологическая оснастка, поставляемая с широкоуниверсальными фрезерными станками (тиски, поворотные столы, простые делительные головки, угольники и т. п.). В серийном производстве большое распространение получили универсальные наладочные приспособления для станков, основное преимущество которых заключается в возможности из ограниченного числа стандартных элементов собрать большое число различных приспособлений. В массовом производстве применяются специальные приспособления, которые проектируют и изготовляют для каждой конкретной детали.

Приспособления для фрезерной обработки должны отвечать следующим требованиям: минимальное время на установку и снятие детали; минимальная доля стоимости оснастки в себестоимости обработки детали; максимальная автоматизация процесса загрузки детали в целях использования «безлюдной технологии»; погрешность установки детали на приспособлении не должна превышать 30% припуска на механическую обработку и 40-50% допуска на точность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей.

Необходимый режущий и измерительный инструмент выбирают на стадии разработки маршрутной технологии. Инструменты для работы на фрезерном станке должны обеспечивать необходимую для данной операции точность размеров, правильность геометрической формы и требуемое качество поверхностей при высокой производительности процесса, низкой стоимости и высокой стойкости и надежности инструмента. Новые прогрессивные технологические процессы надо строить на базе широкого использования неперетачиваемых многогранных твердосплавных пластин, режущей керамики, сплавов с износостойкими покрытиями, композитов искусственных алмазов.

Измерительный инструмент выбирается в зависимости от вида обрабатываемой поверхности, требуемой точности и серийности производства. В единичном и мелкосерийном производстве используется универсальный измерительный инструмент (масштабные линейки, штангенциркули, микрометры, нутромеры и др.), в крупносерийном и массовом производстве специальный инструмент (калибры, шаблоны, измерительные приспособления, приборы, автоматические устройства). Также применяются контрольно-измерительные машины и измерительные системы станков.

Главным при выборе режимов резания является максимальный объем снимаемого металла в единицу времени при достижении необходимой точности обработки и минимальных энергоемкости и трудоемкости выполняемых операций.

Режимы резания при фрезеровании имеют основные параметры - глубина t резания (мм), подача S (мм/мин), скорость v резания (м/мин), частота n вращения шпинделя (об/мин), время T обработки (мин). Эти параметры рассчитываются или выбираются по таблицам соответствующих справочников.

Оценка технико-экономической эффективности технологического процесса (см. Экономическая точность обработки) производится путем сравнения себестоимости обработки однотипных деталей различными методами на станках различных моделей при использовании нескольких видов инструмента на различных режимах обработки. При этом необходимо стремиться к минимальной себестоимости обработки при требуемых производительности и качестве.

На основе нормализации и унификации деталей и узлов достигается их повторяемость, что позволяет серийно изготавливать часто повторяющиеся детали на специализированных участках.

Разработка технологических процессов механической обработки включает в себя следующие этапы:

• составление маршрутной или попереходной технологии;
• техническое нормирование;
• проектирование технологической оснастки.

Чтобы была разработана технологическая документация необходимы рабочие чертежи детали и изделий, технические условия на их изготовление, паспорта оборудования, руководящие материалы (типовые технологические процессы, номенклатура нормализованного инструмента, нормы припусков и др.), чертежи заготовок.

В технологических процессах рекомендуется обозначать установочные базы буквами, а обрабатываемые поверхности цифрами. На рабочих чертежах деталей наносятся контуры заготовок и припуски на обработку. Попереходную технологию с указанием режимов резания и размеров составляют для деталей, изготовляемых в больших количествах.

Технологическими процессами предусматривается возможность использования нормализованной технологической оснастки, вспомогательного и режущего инструмента и универсальных приспособлений. Специальная технологическая оснастка проектируется в случае изготовления больших партий деталей.

Технологический процесс, как правило, должен быть составлен с учетом применения стандартного инструмента определенной номенклатуры, имеющегося в инструментальном хозяйстве любого предприятия и изготовляемого специализированными заводами. Нестандартный инструмент, требующий изготовления на данном предприятии, включается в ведомость специального инструмента.

Технологический контроль чертежей проводят в целях:

• сокращения номенклатуры специальных деталей и узлов; повышения удобства сборки;
• рационализации выбора материала и заготовок;
• назначения рациональных допусков, посадок и квалитетов точности;
• возможности использования стандартного режущего и мерительного инструмента и нормализованной технологической оснастки;
  соблюдения заводских нормалей и руководящих материалов.

При проектировании технологических процессов на нормализованные детали составляют описание операций, назначают оборудование и нормы времени.

Типовые технологические процессы на часто повторяющиеся детали общего назначения издаются типографским способом с наименованием и содержанием операций. Размеры обработки и другие конкретные данные вносятся при разработке карт на определенные детали.

Работа по типизации технологических процессов является постоянной, так как номенклатура деталей непрерывно пополняется, а технологические методы совершенствуются.