Технологічні основи машинобудування

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ЛІСОТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

Кафедра технології матеріалів та інженерної графіки

 

Гончар І.М.

 

«Технологічні основи машинобудування»

Конспект лекцій

для студентів вищих навчальних закладів,

що навчаються за напрямком «Інженерна механіка»

 

 

Львів 2010

УДК 621.9.06 – 529(03)

ББК 34.5

Г 74

Гончар І.М.

Технологічні основи машинобудування. Конспект лекцій.-Львів: НЛТУ України, 2010. ‑ 199 с.

Рецензент:Лютий Є.М.,завідувач кафедри прикладної механіки НЛТУ України; доктор технічних наук, професор

В конспекті лекцій викладено структуру виробничого процесу виготовлення машин, вимоги до точності та якості поверхонь окремих деталей, описані види заготовок для їх виготовлення, пристрої, які використовуються на металообробних верстатах та основні принципи побудови технологічних процесів обробки типових деталей машин. Призначений для студентів вищих навчальних закладів освіти лісотехнічного профілю, що навчаються за напрямком „Інженерна механіка”.

Шифр галузі 0505. Найменування галузі знань – машинобудування та матеріалообробка.

Напрям підготовки: Код 6.050502. Назва – інженерна механіка.

ЗМІСТ

Вступ4

Лекція №1.Структура виробничого процесу. Типи машинобудів­них підприємств 7

Лекція №2.Види обробки деталей машин. Технологічність конст­рукції машин та деталей 21

Лекція №3.Базування заготовок. Встановлення заготовок при об­робці на верстатах 27

Лекція №4.Точність обробки деталей машин 35

Лекція №5.Якість поверхонь деталей машин 44

Лекція №6.Вибір заготовок та припуски на обробку 51

Лекція №7.Проектування технологічних процесів механічної обробки 79

Лекція №8.Основи технічного нормування 88

Лекція №9.Верстатні пристрої 114

Лекція №10.Обробка зовнішніх поверхонь деталей форми тіл обертання 129

Лекція №11.Обробка внутрішніх поверхонь деталей форми тіл обертання 129

Лекція №12.Обробка плоских поверхонь 138

Лекція №13.Обробка шпонкових канавок та шліцевих поверхонь 146

Лекція №14.Обробка різевих поверхонь 155

Лекція №15.Обробка зубчастих поверхонь 179

Лекція №16.Основні поняття про складання виробів 189

Бібліографічний список 211

ВСТУП

В сучасних умовах в центр економічної політики поставлено завдання всебічного підвищення технічного рівня та якості продук­ції, виконання якого неможливе без використання сучасного висо­копродуктивного обладнання, верстатів та машин. В умовах ринко­вої економіки виконання цього завдання є невід’ємною складовою механізму прискорення соціально-економічного розвитку держави.

Тому вивчення та засвоєння широкого кола питань, що стосу­ються технології машинобудування становить основу підготовки висококваліфікованих спеціалістів для лісової та деревообробної галузей.

„Технологія машинобудування” – це наукова дисципліна, яка переважно вивчає процеси механічної обробки деталей та їх складання, а також попутно зачіпає питання вибору заготовок та їх виготовлення. це можна пояснити тим, що в машинобудуванні задані форми деталей з потрібною точністю і якістю поверхонь досягаються в основному шляхом механічної обробки, оскільки інші способи обробки не завжди можуть забезпечити їх отримання. Процес механічної обробки пов’язаний з експлуатацією складного обладнання – металорізальних верстатів, а трудомісткість і собівартість механічної обробки значно більша, ніж на інших етапах виготовлення машини.

Ця обставина пояснює розвиток „Технології машинобудуван­ня” як наукової дисципліни в першу чергу в напрямку вивчення питань технології механічної обробки та складання, які в найбільшій мірі впливають на виробничу діяльність підприємства.

Складність процесів, які пов’язані з механічною обробкою, викликана неможливістю вивчення всього комплексу питань в межах однієї навчальної дисципліни. Тому вивчення „Технології машинобудування” неможливе без знання таких дисциплін, як „Технологія матеріалів”, „Матеріалознавство”, „Інженерна графі­ка”, „Теоретична механіка”, „Опір матеріалів”, „Взаємозамінність, стандартизація і технічні вимірювання”, „Деталі машин”.

Вчення про технологію машинобудування в своєму розвитку пройшло шлях від простої систематизації виробничого досвіду механічної обробки деталей та складання машин до створення нау­ково обґрунтованих положень, які розроблені на базі теоретичних досліджень, наукових експериментів та узагальнення передового досвіду машинобудівних заводів.

Навчальними планами механічних спеціальностей вищих навчальних закладів передбачено вивчення дисципліни “Техноло­гічні основи машинобудування”.

Мета курсу – вивчення наукових основ проектування й роз­робки технологічних процесів механічної обробки й складання машин, а також технологій виробництва типових деталей з тим, щоб забезпечити виготовлення машин заданої якості при їх найменшій собівартості.

В результаті вивчення дисципліни майбутній спеціаліст пови­нен знатитеорію і практику забезпечення потрібної точності обробки та якості поверхонь деталей, визначення припусків на обробку, методику базування заготовок, особливості розрахунку режимів різання, обгрунтування технічних норм на виконання технологічних операцій, основні методи механічної обробки повер­хонь деталей, основи конструювання верстатних пристроїв, основи комплексної обробки типових деталей машин, основи технології складання машин.

Дисципліна вивчається студентами протягом одного семестру. Навчальним планом на вивчення предмета відведено 162 години (3 кредити). З них 85 годин аудиторних занять (51 год. лекцій, 17 год. лабораторних та 17 год. практичних занять). Самостійна робота 77 год., яка передбачає вивчення лекційного матеріалу, підготовлення до лабораторних та практичних занять, виконання курсової роботи.

Конспект лекцій складено на основі аналізу та узагальнення матеріалу, який наведений в списку першоджерел та досвіду викладання дисципліни на кафедрі технології матеріалів та інженерної графіки Національного лісотехнічного університету України.

Лекція № 1

Структура виробничого процесу. Типи машинобудівних підприємств

1. Зміст дисципліни. 2. Виріб і його елементи. 3. Виробничий і технологічний процеси.

Методика розрахунку типу виробництва

Таблиця 1.1.

Залежність типу виробництва від кількості

оброблюваних деталей за рік

Тип Виробництва	Кількість деталей, що обробляються за рік
великих	Середніх	Дрібних
Індивідуальне	5	10	100
Серійне	5…1000	10…5000	100…5000
Масове	1000	5000	50000

Дрібні деталі – до 20 кг

Середні деталі – 20…2000 кг

Великі деталі -  2000 кг

Залежність типу серійного виробництва від кількості деталей Тип виробництва Кількість оброблюваних…  

Лекція № 2

Види обробки деталей машин. Технологічність конструкції

Машин та деталей

План 1. Загальний огляд видів обробки деталей машин. 2. Основні фактори, що впливають на характер технологічного процесу механічної обробки.

Вимоги до штамповок і поковок

б) утворення переходів від одного перерізу до другого по дугах великого радіуса; в) заокруглення гострих ребер в штамповках. Штамповки повинні мати ухили в… Ухили зовнішньої поверхні: 1:10, 1:7; для внутрішніх: 1:7, 1:5.

Лекція № 3

Базування деталей. Встановлення заготовок

При обробці на верстатах

План

1. Поверхні та бази обрроблюваної деталі (заготовки).

2. Принципи постійності та суміщення баз.

3. Кріплення деталей та послідовність операцій механічної обробки.

4. Способи встановлення заготовок. Правило 6 точок.

 

1.При закріпленні заготовок деталей на верстатах розрізняють наступні поверхні:

а) оброблювані поверхні;

б) поверхні бази, які визначають положення деталі при обробці;

в) поверхні, що сприймають затискні сили;

г) поверхні, від яких відміряють задані розміри;

д) необроблювані поверхні.

Базування – це надання заготовці або виробу певного положення відносно вибраної системи координат. Приклади затискання в лещатах, в патроні, в призмі, при вимірюванні.

Базами називають поверхні, лінії, точки або їх сукупність, що визначають положення деталі при її обробці чи складанні.

За призначенням розрізняють бази: технологічні, складальні таконструкторські.

Технологічні бази діляться на встановлювальні і вимірюваль­ні. Встановлювальноюбазою називається така поверхня, лінія, або точка на заготовці якою вона встановлюється для обробки в певному положенні відносно верстата пристрою та оброблюваль­ного інструмента.

Встановлювальні бази: плоскі поверхні, зовнішні і внутрішні циліндричні поверхні, торцеві поверхні з отворами, поверхні отво­рів та центрувальних гнізд, конічні поверхні, криволінійні поверхні (поверхні зубчастих коліс, різьби).Це можуть бути оброблені або необроблені поверхні. Необроблені поверхні – чорнові бази, оброблені – чистові бази.

Встановлювальнібази діляться основні і допоміжні.

Основна встановлювальна база це поверхня, яка з’єднується з іншою деталлю, що разом працюють у вузлі і впливає на роботу даної деталі в машині.

Приклад: отвір зубчатого колеса з’єднується з валом, а також цим отвором заготовка встановлюється на оправку для обробки зубів, що забезпечує співпадання осі отвору з віссю зовнішньої циліндричної поверхні і ділильного діаметра зубчастого вінця, що забезпечує правильну роботу зубчатої передачі.

Допоміжна – це така встановлювальна база, яка не з’єднуєть­ся з іншими деталями у вузлі і не впливає на роботу даної деталі.

Приклад: центрові отвори валів, нижня поверхні поршня.

Вимірювальною базою називається поверхня, від якої здійс­нюється відлік розмірів, при виготовленні деталі.

Складальна база – це поверхня, лінія, або точка, або їх сукупність, що визначають розташування деталі в зібраному вузлі.

Конструкторська база - це поверхня, лінія, або точка, або їх сукупність, від яких задаються розміри або положення інших деталей при розробці конструкції вузла. Може бути реальною або геометричною.

Наприклад: курсова робота з деталей машин – міжосьова відстань в редукторі від якої задаються положення валів, підшипників і т.д.

 

2. Принцип постійності бази полягає в тому, що для виконання всіх операцій при виготовленні деталі використовують одну і ту ж базу.

Якщо це неможливо, то в якості нової бази необхідно вибирати таку оброблену поверхню, яка відзначається найбільшою точністю відносно поверхонь, які мають найбільший вплив на роботу деталі в даній машині.

Кожен перехід до нової бази зменшує точність обробки, а значить якість деталі.

При виборі баз різного призначення призначення треба використовувати по можливості одну і ту ж поверхню, що підвищує точність обробки.

Якщо складальна база є одночасно і встановлювальною і вимірювальною, то тоді досягається найбільша точність машини в цілому. В цьому полягає принцип суміщення баз.

Вирішення питання про суміщення баз залежить від того, який розмір деталі повинен бути точно витриманий і від якої поверхні має бути здійснений відрахунок.

Приклад:

 

 

	У.Б. В.Б.

 

Рис. 3.1

 

3. Розміри баз повинні забезпечувати надійне і жорстке кріплення заготовки на верстаті чи в пристрої, а також малу відстань від бази до оброблюваної поверхні.

Це забезпечується відповідними затискними пристроями. В основу розрахунку сили затискання повинна бути покладена сила різання її напрямок та точка прикладення сили. Також треба уникати згинних деформацій в деталях при їх закріпленні.

Обробка деталі завжди повинна починатися з поверхні яка буде встановлювальною базою для подальшої обробки. Для обробки цієї поверхні (1операція) за базову треба приймати яку небуть необроблену поверхню, яка, по можливості, повинна бути чистою, гладкою, без ухилів, заусениць. Якщо такої на поверхні немає, то на заготовці можуть виконуватися спеціальні встановлювальні бабишки, на яких базується заготовка при обробці встановлювальної бази.

Після обробки встановлювальної бази обробляють інші поверхні, але при цьому витримується певна послідовність обробки. В першу чергу обробляють поверхні з меншими вимогами по точності, а далі більш точні (через перерозподіл внутрішніх напружень). Обробка найбільш відповідальної поверхні є останньою і може повторюватися.

Приклад: обробка отвору під вал в зубчатому колесі, який є одночасно і складальною і установлювальною базою.

Для точної обробки за встановлювальну базу треба брати основну, а не допоміжну.

Якщо при обробці є операції, де є висока ймовірність браку, то цю операцію треба ставити однією з перших.

 

4.Існують різні способи закріплення заготовки на столі верстата:

а) Встановлення безпосередньо на столі верстата або в універсальному пристрої (неточно, довго). Використовується в одиночному виробництві.

б) Встановлення на столі по розмітці (на заготовці робляться лінії, мітки і т.п.). Використовується для відливок або полковок. Недоліки: неточно, висока кваліфікація розмітчика.

в) Встановлення деталі в спеціальні пристрої (універсальні та нормалізовані ‑ для одиничного та дрібносерійного виробництва, спеціальні ‑ для крупносерійного та масового (висока точність встановлення)). Допуски на розміри деталей пристроїв повинні бути в 2 рази менші, ніж допуски на розміри деталей, які в них виготовляються.

В пристроях повинно бути передбачено поверхні (опорні точки) для базування заготовки.

Тверде тіло в просторі має шість ступенів вільності: перемі­щення вздовж координатних осей x, y, z та обертання навколо цих же осей. Щоб позбавити тіло однієї з шести ступеней вільності його треба притиснути до відповідно розташованої точки верстата або пристрою, яку називають одноточковою опорою. Щоб встановити деталь її треба збазувати на шести нерухомих точках (це і є правило шести точок). Ці точки повинні бути розташовані в трьох координатних площинах:

 

 

Рис. 3.2

- точки 1, 2, 3 – забезпечують нерухомість заготовки вздовж осі z та позбавляють її обертального руху навколо осей x та y (три ступені вільності);

- точки 4 і 5 забезпечують нерухомість заготовки в напрямку осі x та необертання навколо осі z;

- точка 6 позбавляє заготовку поступального руху вздовж осі y.

xОy – встановлювальна площина (база) (позбавляє трьох ступенів вільності).

zОy – направляюча площина (база) (позбавляє двох ступенів вільності).

xОz – опорна площина (база) (позбавляє однієї ступені вільності).

Якщо є більше 6 опор і заготовку притиснути до них, то це викличе деформацію згину.

Базування циліндричної деталі на призмі позбавляє її чотирьох ступенів вільності.

Таблиця 3.1.

Умовні позначення встановлювальних елементів

Центр нерухомий		Патрон трьох­кулачковий
Центр обертальний		Нерухома опора Рухома
Патрон поводковий		Плаваюча Регульована

 

При обробці деталей з плоскими необробленими або грубо обробленими поверхнями базування поверхні базування заміняють опорними штифтами. Ці штифти повинні бути регульованими, але не всі. Використання опорних штифтів замість плоских поверхонь має ряд переваг:

а) опорна поверхня не забивається стружкою;

б) точність обробки опорної поверхні штифта досягається набагато легше, ніж точність опорної поверхні великої площі;

в) правильність і точність установки деталі на штифтах досягається легше, ніж на опорні й прлощині;

г) штифти легко замінюються у випадку їхнього зношування.

Якщо для базування використовується оброблена на чисто поверхня, то штифти замінюються гартованими пластинами, що не пошкоджують обробленої поверхні заготовки.

 

Запитання для самоконтролю

1. Які поверхні розрізняють на заготовці при її обробці?

2. Що таке базування?

3. Що таке бази?

4. Дайте класифікацію баз за призначенням.

5. Охарактеризуйте технологічні бази.

6. Охарактеризуйте вимірювальні, складальні та конструкторські бази.

7. В чому полягає принцип постійності та суміщення баз?

8. Опишіть послідовність операцій обробки деталей.

9. Охарактеризуйте способи закріплення заготовок на верстаті.

10. Приведіть схему та охарактеризуйте правило 6 точок.

Лекція № 4

Точність обробки деталей

1. Поняття про точність. 2. Основні фактори, що впливають на точність. 3. Точність при різних способах обробки.

Лекція № 5

Якість поверхонь деталей машин

1. Поняття про якість поверхні. 2. Значення якості поверхонь. 3. Критерії та класифікація шорсткості поверхонь.

Шорсткість поверхні – це сукупність нерівностей з відносно малим кроком, які утворюють рельєф поверхні і розглядають в межах базової довжини. Основним параметром шорсткості ,який рекомендує стандарт, є параметр Ra.

Базова лінія (s) ‑ довжина лінії в межах якої сума квадратів відстаней до вершини виступів та западин найменша. (s = 0, 01...25 мм).

,

де R_a – cереднє арифметичне відхилення профілю;

Стандартом рекомендуються:

s = 0,01...25 мм; R_a = 80...0,005 мкм;

На кресленнях для позначення шорсткості використовують значки:

- шорсткість після зняття шару матеріалу;

- шорсткість після лиття, кування, пресування;

- метод утворення шорсткості не вказується.

Класи шорсткості приведені в таблиці 5.1.

Таблиця 5.1

Клас шорсткості	Ra, мкм
Чорнова обробка
	80, 63, 40
	40, 32, 20
	20, 16, 10
Напівчистова обробка
	10, 8, 5
	5. 4, 2,5
Чистова обробка
	2,5, 2, 1,25
	1,25, 1, 0,63
	0,63, 0,4, 0,32
Доводка
	0,32, 0,20, 0,16
	0,16, 0,10, 0,08
	0,08, 0,05, 0,04

 

Причини виникнення шорсткості:

- мікронеточність інструменту.

- пластичні деформації.

- наріст на інструменті.

- геометрія інструмента.

 

4.Шорсткість поверхні визначається шляхом вимірювання ви­соти мікронерівностей. Для цього використовують профілометри, профілографи, оптичні прилади.

Профілометр працює за принципом ощупування поверхні алмазною голкою. Електронний пристрій цього приладу автоматич­но визначає величину середньоквадратичного відхилення R_a.

Профілограф працює за тим же принципом, але профіль записується на стрічці.

Оптичні прилади:

- подвійний мікроскоп;

- інтерферометри.

У виробничих умовах шорсткість, в більшості випадків, визна­чають за еталонами.

Класи шорсткості поверхні, які можуть бути досягнуті різни­ми видами обробки приведені в таблиці 5.2.

Таблиця 5.2

№ з/п	Вид обробки	Шорсткість
	Точіння і стругання: чистове тонке (алмазне)	Rа 5 Ra 0,63
	Розточування : чистове тонке (алмазне)	Rа 5 Ra 0,63
	Фрезерування: чистове оздоблювальне (торцеве)	Rа 5 Ra 0,63
	Розверчування : чорнове чистове	Ra 0,63 Ra 0,32
	Протягування: чистове оздоблювальне	Ra 0,63...0,32 Ra 0,16...0,08
	Шліфування: чорнове чистове тонке	Ra 0,63 Ra 0,32...0,16 Ra 0,08...0,05
	Хонінгування: чистове оздоблювальне	Ra 0,16...0,08 Ra 0,05...0,01
	Суперфінішування: чистове тонке	Ra 0,16...0,05 Ra 0,025
	Притирання чистове оздоблювальне	0,16...0,05 0,025
	Полірування чистове оздоблювальне	0,32...0,16 0,08...

 

Запитання для самоконтролю

1. Дайте поняття якості поверхні.

2. Які відхилення може мати оброблювана поверхня?

3. Перерахуйте і дайте графічне позначення відхилень від правильної геометричної форми та взаємного розташування поверхонь.

4. Від яких факторів залежить якість поверхні?

5. Як впливає якість обробки на експлуатаційні характеристики деталі?

6. Опишіть параметри шорсткості.

7. Як на кресленнях позначають шорсткість поверхонь?

8. Які існують методи визначення шорсткості?

Лекція № 6

Вибір заготовок та припуски на обробку

1. Вибір заготовок. 2. Види заготововк. 3. Загальні поняття про припуски.

Заготовки ковані і штамповані

- кувальних молотах; - кувально-штампувальних молотах; - кривошипних гарячо-штампувальних предах;

Заготовки, які отримують литтям

- лиття в піщано-глинисті форми; - лиття в постійні чи напівпостійні металічні форми; - лиття під тиском і відцентрове лиття;

Лекція № 7

Проектування технологічних процесів механічної обробки деталей

2. Вимоги до технологічних процесів. 3. Види технологічних процесів. 4. Вихідні дані для проектування.

Лекція № 8

Основи технічного нормування

1. Загальні поняття. 2. Класифікація робіт машинобудівного виробництва. 3. Структура норм часу на обробку.

Лекція № 9

Верстатні пристрої

План 1. Призначення, класифікація і основні вимоги. 2. Класифікація верстатних пристроїв.

Лекція №10

Обробка зовнішніх поверхонь деталей форми тіл обертання

1. Класифікація деталей форми тіл обертання. 2. Класифікація валів та вимоги до них. 3. Вибір заготовок для валів.

Методи круглого шліфування

- з поперечною подачею(рис.10.6); - глибинний метод(рис.10.7).    

Лекція №11

Обробка внутрішніх поверхонь форми тіл обертання

1. Види обробки поверхонь. 2. Обробка лезовим інструментом. 3. Обробка абразивним інструментом.

Лекція №12

Обробка плоских поверхонь

План 1. Види обробки. 2. Обробка струганням.

Лекція №13

Обробка шпонкових канавок та шліцевих поверхонь

1. Обробка шпонкових канавок. 2. Обробка шліцевих поверхонь: а) фрезерування шліців;

Лекція №14

Обробка різевих поверхонь

1. Види різей і методи їх одержання. 2. Нарізання різі на токарних верстатах. 3. Нарізання різей обертовими різцями (вихрове нарізання).

Лекція №15

Обробка зубчастих поверхонь

1. Загальні відомості. 2. Нарізання зубчастих коліс методом копіювання. 3. Нарізання зубчастих коліс методом обкочування.

Лекція №16

Основні поняття про складання виробів

1.Значення й обсяг складальних робіт у машинобудуванні 2. Вихідні дані для проектування технологічного процесу складання 3. Основні види з’єднань, їх класифікація і методи їх виконання при складанні вузлів і машин