Разработка раздела по механической обработке в дипломной работе по технологии машиностроения

Технология машиностроения — это ключевое звено, соединяющее науку и реальное производство. Дипломная работа в этой области является не просто академическим требованием, а полноценным проектом, где студент должен применить все свои теоретические знания для решения конкретной производственной задачи. Именно раздел, посвященный разработке технологического процесса механической обработки, становится сердцем всей работы. Он наглядно демонстрирует квалификацию будущего инженера-технолога. В этой статье мы последовательно разберем все этапы создания этого важнейшего раздела: от анализа чертежа детали и выбора заготовки до детального расчета режимов резания и норм времени.

Всё начинается с анализа чертежа и выбора заготовки

Любой технологический процесс начинается не с выбора станка, а с глубокого анализа исходных данных. Первым шагом является оценка технологичности конструкции детали. Необходимо внимательно изучить чертеж, обращая внимание на ключевые аспекты:

• Материал детали: Его свойства (твердость, вязкость) напрямую влияют на выбор инструмента и режимов резания.
• Геометрия: Наличие сложных элементов, таких как глубокие пазы, тонкие стенки или специфические формы (например, вилочные края у рычага), диктует последовательность операций и требует применения специального инструмента или оснастки.
• Требования к точности и шероховатости: Именно эти параметры определяют необходимость чистовых и отделочных операций, таких как шлифование или полирование.

На основе этого анализа принимается одно из самых ответственных решений — выбор типа заготовки. Это может быть сортовой прокат, поковка или литье. Выбор должен быть обоснован не только с технической точки зрения (минимальный и равномерный припуск на обработку, чтобы уменьшить отход материала в стружку), но и с экономической. Творческий подход к разработке техпроцесса требует всестороннего анализа назначения детали, условий ее эксплуатации и, в конечном счете, себестоимости ее изготовления. Правильно выбранная заготовка — фундамент для эффективного и экономичного производства.

Как спроектировать оптимальный технологический маршрут обработки

После того как у нас в руках есть обоснованно выбранная заготовка, нам нужно определить путь, по которому она превратится в готовую деталь. Этот путь называется технологическим маршрутом — логически выстроенной последовательностью операций механической обработки. Проектирование маршрута подчиняется строгим принципам:

1. От общего к частному: Сначала выполняются черновые, «грубые» операции, которые снимают основной объем припуска и формируют базовые поверхности. Эти поверхности служат основой для последующих, более точных операций.
2. Точность в финале: Чистовые и отделочные операции (тонкое точение, шлифование) выполняются в последнюю очередь, чтобы избежать повреждения точных поверхностей на предыдущих этапах.
3. Принцип единства баз: Для достижения максимальной точности взаимного расположения поверхностей следует стремиться обрабатывать максимальное их количество с одной установки, используя одни и те же базовые поверхности.

Типичный маршрут может включать такие операции, как токарная (для тел вращения), фрезерная (для плоскостей и пазов), сверлильная и, наконец, шлифовальная для достижения высокой точности и низкой шероховатости. Каждая операция в маршруте — это отдельный шаг, приближающий заготовку к финальному виду, указанному на чертеже.

Подбираем оборудование и инструмент с умом

Когда маршрут определен, для каждой его точки нужно подобрать правильные инструменты. Выбор технологической оснастки делится на две большие группы: основное оборудование (станки) и вспомогательная оснастка.

Выбор основного технологического оборудования зависит от нескольких факторов. Ключевым является серийность производства: для единичного и мелкосерийного производства подойдут универсальные станки, тогда как для массового — высокопроизводительные станки с ЧПУ и роботизированные комплексы. Также необходимо учитывать габариты детали и требуемую точность обработки.

Технологическая оснастка — это все то, что помогает выполнить операцию:

• Режущий инструмент: резцы, фрезы, сверла, развертки.
• Мерительный инструмент: штангенциркули, микрометры, калибры.
• Приспособления: тиски, патроны, кондукторы.

Важно подчеркнуть, что дипломная работа часто включает конструкторскую часть, в рамках которой студент может спроектировать специальное приспособление или уникальный режущий инструмент для решения нестандартной задачи, что значительно повышает ценность проекта.

Расчет припусков на обработку как гарантия точности

Чтобы деталь была изготовлена в пределах заданного допуска, критически важно правильно рассчитать межоперационные размеры и припуски. Припуск — это слой металла, который необходимо удалить на текущей операции, чтобы устранить погрешности и дефектный слой, оставшиеся от предыдущей обработки. Если припуск будет слишком мал, не удастся исправить погрешности; если слишком велик — это приведет к лишним затратам времени и износу инструмента.

Расчет ведется в последовательности, обратной технологическому процессу — от чистовых операций к черновым. Для этого могут использоваться два основных метода:

• Табличный (справочный): Основан на использовании нормативных таблиц и стандартов (ГОСТ), которые регламентируют значения припусков в зависимости от типа обработки, размеров, точности и материала.
• Аналитический (расчетный): Более сложный метод, учитывающий сумму пространственных отклонений, шероховатости и дефектного слоя от предыдущего перехода.

Например, для последовательности «черновое точение -> чистовое точение -> шлифование» сначала определяется минимальный припуск под шлифование, чтобы получить финальный размер. Затем этот припуск добавляется к номинальному размеру, формируя межоперационный размер для чистового точения. Далее аналогично рассчитывается припуск под чистовое точение, который определяет размер после черновой операции.

Этот расчет гарантирует, что на каждом этапе обработки будет достаточно материала для достижения требуемого качества.

Ключевой этап, или Расчет режимов резания

Расчет режимов резания — это кульминация технологической части проекта, где теоретические знания превращаются в конкретные цифры для станка. Этот расчет определяет производительность, качество обработанной поверхности и стойкость инструмента. Он ведется в строгой последовательности для каждого технологического перехода.

1. Глубина резания (t, мм): Как правило, она назначается максимально возможной по припуску на обработку, жесткости системы «станок-приспособление-инструмент-деталь» (СПИД) и мощности станка.
2. Подача (S, мм/об или мм/зуб): Выбирается максимально возможной из условий требуемой шероховатости поверхности и прочности режущего инструмента. Для черновых операций подача выше, для чистовых — ниже.
3. Скорость резания (V, м/мин): Это самый сложный для расчета параметр. Она определяется по формулам, учитывающим множество факторов: обрабатываемый материал, материал инструмента, выбранные глубина и подача, период стойкости инструмента. После расчета V определяется частота вращения шпинделя (об/мин).

Например, для типичных условий точения конструкционной стали резцом из твердого сплава параметры могут быть в диапазоне: скорость резания 100-300 м/мин, подача 0.1-0.4 мм/об, а глубина резания 0.5-5 мм. Для более сложных процессов, таких как фасонное точение, расчет требует особого внимания к геометрии инструмента и стратегии резания.

Нормирование времени как основа производственного планирования

После того как все технологические параметры рассчитаны, финальным шагом становится их перевод в экономические показатели. Ключевой из них — трудоемкость, или норма времени. Для единичного и серийного производства рассчитывается штучно-калькуляционное время (Тшт.к.), которое показывает, сколько времени требуется на изготовление одной детали в данных условиях. Оно включает в себя несколько компонентов:

• Основное (технологическое) время: Время, в течение которого происходит непосредственное изменение формы заготовки (резание). Оно рассчитывается напрямую на основе длины обработки, подачи и частоты вращения шпинделя.
• Вспомогательное время: Затраты времени на установку и снятие детали, смену инструмента, измерения.
• Время на обслуживание рабочего места: Уборка стружки, смазка станка.
• Подготовительно-заключительное время: Рассчитывается на всю партию деталей (получение документации, наладка станка).

Точное нормирование позволяет не только рассчитать себестоимость изделия, но и выявить «узкие места» в процессе, оптимизация которых может значительно повысить производительность всего производства.

Как усилить свой проект, заглянув в будущее технологии

Чтобы дипломная работа выделялась на защите и демонстрировала широкий кругозор автора, недостаточно просто выполнить расчеты по классической методике. Стоит показать понимание современных трендов и предложить пути улучшения спроектированного процесса. Можно кратко рассмотреть, как на ваш техпроцесс могли бы повлиять:

• Автоматизация и роботизация: Применение промышленных роботов для загрузки-выгрузки заготовок, особенно в серийном производстве.
• Индустрия 4.0: Интеграция станков в единую цифровую сеть для мониторинга состояния и сбора данных об обработке в реальном времени.
• Аддитивное производство: Использование 3D-печати для создания заготовок сложной формы, что позволяет кардинально сократить последующую механическую обработку и отход материала в стружку.
• Планирование эксперимента (DOE): Предложение использовать математические методы для поиска оптимальных, а не просто справочных, режимов резания для повышения производительности или качества.

Включение такого раздела покажет комиссии, что вы не просто студент, освоивший методику, а будущий инженер, способный мыслить на перспективу и внедрять передовые достижения науки и техники.

Список литературы

1. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К., Калинин М.А. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении. Справочник технолога. М., Машиностроение, 1976 – 288 с., ил.
2. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т1 / Под ред. А.Г. Косиловой, А.Г. Суслова, А.М. Дальского, Р.К. Мещерякова – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2001. – 912 с., ил.
3. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т2 / Под ред. А.Г. Косиловой, А.Г. Суслова, А.М. Дальского, Р.К. Мещерякова – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2001. – 944 с., ил.
4. Обработка металлов резанием: Справочник / А.А. Панов, В.В. Аникин, Н.Г. Бойм и др.; Под общ. ред. А.А. Панова. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2004. – 784 с., ил.
5. Серебреницкий П.П. Общетехнический справочник. – СПб.: Политехника, 2004. — 445 с., ил.
6. Режимы резания металлов: Справочник / Ю.В. Барановский, Л.А. Брахман и др. 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1972. – 411 с., ил.
7. Общестроительные нормативы режимов резания: Справочник: В 2-х т.: Т. 1 / А.Д. Локтев, И.Ф. Гущин, В.А. Батуев и др. – М.: Машиностроение, 1991. – 640 с., ил.
8. Общестроительные нормативы режимов резания: Справочник: В 2-х т.: Т. 2 / А.Д. Локтев, И.Ф. Гущин, В.А. Батуев и др. – М.: Машиностроение, 1991. – 304 с., ил.
9. Справочник нормировщика / А.В. Ахумов, Б. Генкин, Н.Ю. Иванов и др.; Под общей редакцией А.В. Ахумова. Л., Машиностроение, 1987 – 458 с., ил.
10. Единые ведомственные нормативы времени на работы, выполняемые на металлорежущих станках. Часть II / И.И. Романов, И.Г. Прудников, В.А. Крутов, и др. – М.: ЦНИС, 1980. – 250 с., ил.
11. Единые ведомственные нормативы времени на работы, выполняемые на металлорежущих станках. Часть III / И.И. Романов, И.Г. Прудников, В.А. Крутов, и др. – М.: ЦНИС, 1980. – 190 с., ил.
12. Размерный анализ при технологическом проектировании: Учеб. пособие / В.Н. Ашихмин, В.В. Закураев. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. 93 с.
13. Степанов Ю.А. Технология литейного производства. М., Машиностроение, 1983 – 287 с., ил.
14. Белкин И.М. Допуски и посадки (Основные нормы взаимозаменяемости). – М.: Машиностроение, 1992 – 528 с., ил.
15. Технология машиностроения. Часть I: Учеб. пособие / Э.Л. Жуков, И.И. Козарь, Б.Я. Розовский, В.В Дегтярев, А.М Соловейчик; Под ред. С.Л. Мурашкина. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2002. 190 с.
16. Технология машиностроения. Часть II: Проектирование технологических процессов: Учеб. пособие / Э.Л. Жуков, И.И. Козарь, Б.Я. Розовский, В.В Дегтярев, А.М Соловейчик; Под ред. С.Л. Мурашкина. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2002. 498 с.
17. Технология машиностроения. Часть III: Правила оформления технологической документации: Учеб. пособие / Э.Л. Жуков, И.И. Козарь, Б.Я. Розовский, В.В Дегтярев, А.М Соловейчик; Под ред. С.Л. Мурашкина. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2002. 59 с.
18. Боровский Г.В., Григорьев С. Н., Маслов А.Р. Справочник инструментальщика / Под общей редакцией А..Р. Маслова. М., Машиностроение, 2005 – 464 с., ил.
19. Справочник инструментальщика / И.А. Ординарцев, Г.В. Филиппов, А.Н. Шевченко и др.; Под общей редакцией И.А. Ординарцева. Л., Машиностроение, 1987 – 846 с., ил.
20. Приспособления для металлорежущих станков / М.А. Ансёров, М.: Машиностроение, 1966. – 654 с.
21. Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков: Справочник. – 7-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1979. – 303 с., ил.
22. Егоров М.Е. Основы проектирования машиностроительных заводов. 6-е изд., перераб. и доп. – М.: «Высшая школа», 1969. – 480 с., ил.
23. Мельников Г.Н., Вороненко В.П. Проектирование механосборочных цехов; учеб. /Под ред. А.М. Дальского. – М.: Машиностроение, 1990. – 352 с., ил.
24. Организация и планирование машиностроительного производства: Учебник / К.А. Грачёва, М.К. Захарова, Л.А. Одинцова и др.; Под ред. Ю.В. Скворцова, Л.А. Некрасова. – М., Высш. шк., 2003 – 470 с., ил.
25. Мухин А.В., Спиридонов О.В., Схиртладзе А.Г., Харламов Г.А. Производство деталей металлорежущих станков. Учеб. 2-е изд., М.: Машиностроение, 2003. – 560 с., ил.
26. Чернов Н.Н. Металлорежущие станки: учеб. 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1988. – 416 с., ил.
27. Лоскутов В.В. Сверлильные и расточные станки. М.: Машиностроение, 1981. – 152 с., ил.
28. Металлорежущие станки: Каталог-справочник в 8-и томах / НИИМАШ. М.: Министерство станкостроительной промышленности, 1971. – 800 с., ил.
29. Специальные металлорежущие станки: Справочник / В.Б. Дьячков, Н.Ф. Кабатов, М.У. Носинов. – М.: Машиностроение, 1983. – 288 с., ил.
30. ГОСТ 3.1125-88. Правила графического выполнения элементов литейных форм и отливок. Введ. С 01.01.89. – М.: Изд-во стандартов, 1988. – 19 с.