Лекция №38. Основные понятия и задачи развития машиностроительного комплекса

ЛЕКЦИЯ № 41.
Механическая обработка заготовок. Современные методы обработки металлов


Обработка металлов резанием
Механическая обработка поверхностей заготовок является завершающей при изготовлении деталей. Она позволяет получить высокие показатели в отношении качества поверхностей, прежде всего в отношении их точности. Это очень важно, поскольку требования к этим показателям непрерывно возрастают из-за возрастания быстроходности и мощности машин для получения высокоэффективных технологических процессов.
Механическая обработка связана главным образом с процессом резания, т.е. обработкой по снятию слоя материала для придания изделию заданных формы, размеров и обеспечения определенных технологией качества поверхностей. Сущность процесса резания заключается в отделении от заготовки части материала с превращением его в стружку посредством инструмента (например, резца), имеющего острую кромку (режущее лезвие) клиновидной формы.
При анализе технологических процессов резания следует оценивать их энергоемкость, материалоемкость, трудоемкость и др. показатели. В приведенном далее примере в общем виде оценивается только одна из характеристик для процесса одного типа - его трудоемкость, поскольку, с одной стороны, нецелесообразно и невозможно в одной дисциплине рассмотреть все возможные технологии, а, с другой стороны - определение указанных выше различных показателей в значительной степени единообразно, типизировано.
Итак, ниже для примера в общем виде приводится способ определения затрат времени при выполнении одной операции технологического процесса при обработке заготовки резанием. Прежде всего, необходимо уточнить суть этого процесса и ввести необходимые понятия.
Процесс реализуется при движениях заготовки и инструмента относительно друг друга, которые называют движениями резания. Эти движения делятся на главное (оно всегда одно), имеющее наибольшую скорость, и движения подачи, обеспечивающие снятие материала по всей площади обработки. Путь, пройденный режущей кромкой инструмента за единицу времени относительно заготовки в направлении главного движения, называют скоростью резания и обозначают буквой V (единица измерения м/с или м/мин). Путь, пройденный режущей кромкой относительно заготовки в направлении движения подачи за единицу принятого перемещения в направлении главного движения (например, за один оборот заготовки или за единицу времени), называют подачей и обозначают буквой S (единица измерения соответственно мм/об или мм/мин).
Различают также дополнительные движения, установочные и вспомогательные, необходимые для придания инструменту и заготовке исходного положения перед началом резания, для их закрепления, замены инструмента, снятия готовой детали и др.
Расстояние между обрабатываемой в данный момент и обработанной перед этим поверхностями, измеренное в направлении перпендикулярном к последней, называют глубиной резания и обозначают буквой t (единица измерения - мм), а весь слои материала (его толщину), подлежащий удалению с поверхности заготовки для получения требуемого размера, называют припуском и измеряют его в миллиметрах. Чтобы снять весь припуск при глубине резания t потребуется i проходов.
Скорость резания, подача и глубина резания характеризуют напряженность процесса резания и относятся к параметрам режима резания.
Эти параметры в значительной степени предопределяют трудоемкость каждой технологической операции.
Зная величину припуска и параметры режима резания, используя учебную или специальную литературу, можно по приведенным в ней формулам вычислить основное (технологическое) время Т_о, необходимое для обработки поверхности заготовки.
Используя нормативную литературу (специальные справочники) для заданной технологической операции и конкретных условии производства можно установить:

• 
  время на установку и снятие детали, управление станком и т.п. -вспомогательное время – Т_в;
  
• 
  время на смену инструмента, уборку станка и т.д. - время обслуживания - Т_обсл;
  
• 
  время на естественные нужды, личные перерывы и т.д. – время на отдых – Т_отд;
  
• 
  время на настройку станка, подбор инструмента для партии, состоящей из n_з заготовок, - подготовительно-заключительное время – Т_п-з.
  

После этого можно определить:

• 
  штучное время:
  

; (8)

• 
  штучно-калькуляционное время:
  

(9).
Штучно-калькуляционное время, устанавливающее суммарные затраты времени на выполнение конкретной технологической операции при обработке одной заготовки резанием, является составной частью исходных материалов для выполнения различных производственно-экономических расчетов (начисления заработной платы, оценки производственных мощностей предприятия и др.).
Приведенный частный пример, в котором представлена методика определения трудоемкости процесса резания, показывает, что при анализе любого технологического процесса прежде всего необходимо разобраться с его сутью, содержанием, а затем, используя учебные, специальные и справочные литературные источники, следует приступить к определению необходимых технико-экономических показателей (по трудоемкости, энергоемкости, материалоемкости и др.).
Основное технологическое оборудование для механической обработки - станки. Станок - это машина для обработки материалов. На металлорежущих станках обрабатываются металлические заготовки и заготовки из полимерных материалов, на дереворежущих - деревянные заготовки. (Существуют станки и в других отраслях - для камнеобработки, ткацкие станки и др.).
В технологическом отношении различают такие типы станков, как токарные, сверлильные, расточные, фрезерные, строгальные, протяжные, шлифовальные, отделочные, зубообрабатывающие, отрезные и прочие. Для этих станков используют соответствующий режущий инструмент - резцы, сверла, развертки, протяжки, шлифовальные круги, притиры, зуборезные инструменты, (например, червячные фрезы) и др.
По назначению в зависимости от типа производства, на котором используются станки, по степени их универсальности различают станки:

1. 
   универсальные, позволяющие обрабатывать разнообразным инструментом разнообразные заготовки, имеющие наибольшее распространение в единичном, а также в серийном производстве;
   
2. 
   специализированные, предназначенные для выполнения однотипных операций для заготовок одного типа, но разных размеров; они применяются достаточно широко в единичном и серийном производствах;
   
3. 
   специальные, используемые для определенного типа операций для заготовок одного типоразмера (одинаковые размеры и конфигурация) как правило в массовом производстве.
   

Станки классифицируют и по другим признакам - как, например, по точности, по компоновке основных рабочих органов, степени их автоматизации (с ручным управлением, полуавтоматы, автоматы) и др.
В настоящее время применяют многооперационные станки - обрабатывающие центры, которые выполняют несколько операций без переустановки заготовки с автоматической сменой инструмента. Такие центры используют при изготовлении сложных крупногабаритных тяжелых изделий.
В настоящее время также используются быстропереналаживаемые, т.е. гибкие производственные системы (ГПС), в частности, гибкие автоматизированные производства (ГАП): это группы станков и транспортных устройств, оснащенных общей системой управления и обеспечивающих технологический цикл при выпуске деталей, их контроль и складирование. ГАП укомплектовано станками с числовым программным управлением (ЧПУ¹⁾) и управляется компьютером (ЭВМ).
Следует указать, что для условий мелкосерийного производства применение станков с ЧПУ оказывается эффективным только в том случае, если этим оборудованием предприятие оснащается комплексно.