Требования к технологичности конструкции деталей машин и сборочных единиц

Конструкция детали должна удовлетворять требова­ниям, предъявляемым к изготовлению, эксплуатации и ремонту с помощью наиболее производительных и экономичных методов. Ее следует отрабатывать на технологичность ком­плексно, учитывая зави­симость технологичности от следующих факторов: исходной заготовки дета­ли; вида обработки в тех­нологическом процессе из­готовления; технологич­ности сборочной единицы, в которую эта деталь входит как составная часть.

Сформулированные тре­бования позволяют выде­лить основные общие по­ложения, которые необхо­димо учитывать при кон­струировании деталей ма­шин. Конструкция детали должна быть простой по конфигурации, должна состоять из стандартных и унифицированных конструктив­ных элементов или быть стандартной в целом. Необходимо преду­сматривать надежные технологические базы, обеспечивать необхо­димую жесткость. Конструкция должна быть такой, чтобы для ее изготовления можно было применять высокопроизводительные методы обработки.

Простая конфигурация детали – использование в ее конструкции стандартных и унифицированных элементов – позволяет избежать необходимости применения специального режущего и мерительного инструмента, упрощает выполнение технологических операций. Если поверхности детали не позволяют создать надежные технологические базы, то следует предусмотреть в чертеже для этих целей специальные поверхности, которые обеспечили бы выполнение технологического процесса с высокой производительностью и заданной точностью. Примерами такого решения могут служить центровые отверстия (гнезда) в валах.

Высокая жесткость заготовки позволяет осуществить более надежное закрепление заготовки на станке или в приспособлении, повысить режимы резания, что, в свою очередь, повысит производительность обработки.

Отработка конструкции изделия на технологичность должна обеспечивать на основе достижения технологической рациональ­ности и оптимальной конструктивной и технологической преемст­венности конструкции изделия решение следующих основных задач: снижение трудоемкости и себестоимости изготовления из­делия и его монтажа вне предприятия-изготовителя; снижение трудоемкости, стоимости и продолжительности технического об­служивания и ремонта изделия; снижение важнейших составляю­щих общей материалоемкости изделия – расхода металла и топ­ливно-энергетических ресурсов при изготовлении, монтаже вне предприятия-изготовителя, техническом обслуживании и ре­монте.

Вид заготовки в значительной степени определяет технологи­ческий процесс механической обработки детали и ее трудоемкость. Поэтому выбор вида заготовки имеет исключительное значение.

Рациональный способ получения заготовки устанавливают в зависимости от объема выпуска и типа производства. Заготовка по форме и размерам должна приближаться к форме и размерам го­товой детали. Это способствует снижению объема механической обработки, трудоемкости и себестоимости изготовления детали. В чертеже детали должны найти отражение специфические требования получения различных видов заготовок: толщина стенок, литейные или штамповочные уклоны, ребра жесткости, внутренние полости, радиусы закругления кромок, радиусы перехода от одной поверхности к другой, плоскости разъема и т.п. Примеры конструктивных решений различных видов заготовок приведены на рис. 8.1.

Точность деталей машин по размерам, отклонениям геометрической формы, взаимному расположению, параметров шерохова­тости поверхностей устанавливают в соответствии с требованиями к надежности машин в эксплуатации. Изменение степени точности, параметров шероховатости поверхности, площади обработки существенно влияет на трудоемкость и технологическую себестоимость. Это необходимо учитывать при конструировании деталей машин (рис. 8.2).

Возможность одновременной обработки нескольких заготовок позволит уменьшить ее продолжительность (рис.8.3).

Конструкция детали должна обеспечить возможность удобства подвода режущего инструмента к обрабатываемой поверхности, свободного выхода его после окончания обработки (рис.8.4).

Ступенчатые цилиндрические поверхности следует располагать по возрастающим или убывающим ступеням от торца к торцу (рис.8.5).

Если в конструкции изделия предусмотрены отверстия, необ­ходимо учитывать следующее:

а) по возможности они должны быть сквозными (рис.8.6 а);

б) в глухих отверстиях следует предусматривать коническую поверхность от сверла ( рис.8.6 б ), выточку для выхода инструмента (рис.8.6 в), нормальные условия при работе зенкером или разверткой (рис.8.6 г);

в) производительная обработка отверстий сверлением в значи­тельной степени определяется нормальными условиями врезания и выхода сверла после окончания процесса резания (рис. 8.7);

г) удобные условия обработки отверстий с одной установки будут при параллельном расположении их осей (рис.8.8).

В чертежах деталей машин следует учитывать особенности обработки резьбы и предусматривать наличие заходной фаски, которая облегчает начальный период резьбообразования, а также выточки для выхода инструмента на дополнительную длину для сбега резьбы (рис.8.9).

Проектировщик должен знать, что обработка плоскостей бобышек или платиков значительно упрощается, если они расположены на одном уровне, а выступающие элементы – ребра, выступы, приливы не должны мешать обработке плоских поверхностей производительными методами (рис.8.10).

Приведенные примеры являются лишь частичными рекоменда­циями по рациональному выбору конструктивных решений от­дельных элементов деталей машин. При окончательном выборе конструкции детали проектировщик совместно с технологом должен учитывать особенности различных методов обработки и конкретные возможности производства.

В общем случае конструкция детали должна обеспечивать возможность применения прогрессивных технологических про­цессов ее изготовления, в том числе типовых и групповых, «без­людных», энергосберегающих, малоотходных.

При необходимости конструкция деталей должна быть такой, чтобы их можно было изготовлять на станках с ЧПУ, с примене­нием роботов, быстросменных и групповых наладок, а также в условиях гибкой производст­венной системы (ГПС).

Технологичность деталей с точки зрения их обработки на станках с ЧПУ необходимо оценивать с двух позиций: собственно обработки на станке и ее программирования. Требования технологичности конструкции деталей для станков обычного исполнения и станков с ЧПУ, как правило, значительно отличаются.

Например, для обычных универсальных станков являются нетехнологичными сложные контуры деталей, описываемые математическими зависимостями (резьбы с переменным шагом, спирали и т.п.), для станков с контурной системой ЧПУ обработка подобных деталей затруднений не вызывает. Значительно большее значение для обработки на станках с ЧПУ имеет унификация размеров (канавок, отверстий, выточек отверстий, соотношение минимальных ресурсов и т.п.).

При обработке на сверлильных и расточных станках с ЧПУ надо стремиться к одинаковым диаметрам и глубине крепежных отверстий и сокращению различных диаметров всевозможными требованиями по точности и шероховатости.

При обработке на токарных станках с ЧПУ большое значение имеет ограничение форм и размеров, канавок для выхода инструмента. Например, изменив форму канавки, можно ее обработать подрезным резцом (рис.8.11 д). При этом исключается использование канавочного резца. Надо стремиться к сокращению применяемых типоразмеров режущего инструмента. С целью обеспечения подготовки управляющих программ, простановка размеров в чертеже деталей должна удовлетворять требованиям программирования.

Прежде всего, простановка размеров должна производиться в прямоугольной системе координат от единых конструкторских баз детали. Для этого необходимо выбрать начало координат и направление осей станка. В отдельных случаях следует отказаться от принятой схемы простановки размеров. Так, например, расположение крепежных отверстий относительно основного обычно принято задавать центральным углом дуг между осями и радиусом от центра основного отверстия. В случае обработки отверстий на станках с ЧПУ схема простановки размеров представлена на рис.8.11 б. Здесь, с целью сокращения ходов, при обработке за начало координат (исходная точка) выбрана ось основного отверстия. Размеры должны быть проставлены так, чтобы данные о каждом контуре были, по возможности, в одной проекции (рис.11.11 а, б).

При обработке прямолинейных контуров плоских деталей на станке с ЧПУ в чертеже необходимо указать размеры радиусов дуг, координаты центров радиусов, координаты точек сопряжения (рис.11.11 в). Учитывая особенности использования станков с ЧПУ, линейные размеры при обработке валов на токарных станках следует наносить цепочкой (рис.11.11 г).

В общем случае нанесение размеров на чертежах деталей, изготовляемых на станках с ЧПУ, должно быть таким, чтобы при обработке управляющей программы не вызывали необходимости их пересчета.

Технологичность конструк­ций сборочных единиц обеспе­чивается в комплексе с издели­ем, в которое данная сборочная единица входит как составная часть. Рациональное число деталей в сборочной единице должно быть выбрано с учетом целесообраз­ного объединения нескольких деталей в одну и принципа агре­гатирования и должно обеспечивать простейшую схему сборки. Следует предусматривать разделение изделия на самостоятель­ные сборочные единицы, допускающие независимую сборку, контроль и испытание. Это позволит производить параллельную сборку отдельных сборочных единиц и тем самым сократить произ­водственный цикл сборки изделия. Особое внимание следует уде­лять компоновке сборочных единиц из стандартных и унифи­цированных частей, что приводит к увеличению серийности и, как следствие, - к снижению трудоемкости их изготовления. В компоновке сборочной единицы следует предусматривать возможность общей сборки без промежуточной разборки и пов­торных сборок составных частей, а также простоту замены со­ставных частей с малым ресурсом.

Конструкция сборочной единицы должна обеспечивать удоб­ные сборочные работы с применением экономически целесообраз­ных средств технологического оснащения, применение средств механизации и автоматизации.

В конструкции сборочной единицы необходимо выделить базовую составную часть – основу для расположения остальных частей. Конструкция этой части должна быть такой, чтобы ее было удобно устанавливать на рабочем месте и чтобы можно было использовать конструкторские базы в качестве технологических и измерительных.

Следует стремиться к минимальному числу поверхностей и мест соединений составных частей. Конструкция соединения со­ставных частей должна исключать дополнительную обработку. Выбор метода сборки для данного объема выпуска и типа произ­водства следует производить на основе расчета и анализа размер­ных цепей.