Проектирование процесса механической обработки корпусных деталей

Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

М. Г. Галкин
И. В. Коновалова
А. С. Смагин

Проектирование Процесса 
механической обработки 
корПусных деталей

Учебное пособие

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
для студентов вуза, обучающихся
по направлению подготовки
15.04.05 — Конструкторско-технологическое 
обеспечение машиностроительных производств

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2018

УДК 621.9.01(075.8)
ББК 34.63-2я73
          Г16

Рецензенты: 
завкафедрой технологии машиностроения Новоуральского технологического института Национального исследовательского ядерного университета — МИФИ канд. техн. наук, доц. В. В. Закураев;
главный технолог ПАО «Машиностроительный завод им. Калинина» 
О. Г. Кулькаманов

Научный редактор — д-р техн. наук, проф. А. М. Антимонов

 
Галкин, М. Г.
Г16    Проектирование процесса механической обработки корпусных деталей : учебное пособие / М. Г. Галкин, И. В. Коновалова, А. С. Смагин. — 
Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2018. — 200 с.

ISBN 978-5-7996-2358-6

В пособии содержится подробная методика выполнения проекта по модулю 
«Технологическая подготовка и обеспечение производства изделий машиностроения». Рассмотрены алгоритм проектирования и особенности выполнения отдельных этапов проекта на примере корпусной детали червячной передачи. Методика содержит примеры расчетов припусков, режимов резания и технических норм 
времени. Уделено внимание последовательности выполнения размерного анализа технологического процесса. Основные справочные материалы представлены 
в приложении данного пособия.
Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» уровня подготовки магистратуры.

Библиогр.: 18 назв. Рис. 27. Табл. 46. Прил. 8.

УДК 621.9.01(075.8)
ББК 34.63-2я73

ISBN 978-5-7996-2358-6 
© Уральский федеральный
 
     университет, 2018

Оглавление

Предисловие.....................................................................................................4

Раздел 1. Технологическая часть ......................................................................5
1. Оценка технологичности конструкции изделия .........................................7
2. Определение типа производства..................................................................9
3. Последовательность разработки технологии обработки .......................... 11
4. Нумерация обрабатываемых поверхностей .............................................. 13
5. Выбор исходной заготовки и метода ее получения .................................. 14
6. Определение этапов и методов обработки поверхностей ......................... 16
7. Формирование операций и операционных эскизов ................................. 18
8. Обоснование выбора оборудования .......................................................... 23
9. Обоснование выбора схем базирования .................................................... 27
10. Расчет припусков аналитическим методом ............................................. 33
11. Размерный анализ технологического процесса ...................................... 41
12. Выбор режимов резания при механической обработке .......................... 54
13. Нормирование технологических операций ............................................. 69
14. Оформление технологической документации ........................................ 81
14.1. Оформление маршрутной карты ..................................................... 81
14.2. Оформление операционной карты .................................................. 85
14.3. Оформление карты эскизов ............................................................. 88

Раздел 2. Конструкторская часть .................................................................... 91
Введение ......................................................................................................... 93
1. Выбор установочных элементов ................................................................ 94
2. Анализ обеспечения точности обработки ................................................. 95
3. Проектирование зажимных устройств ...................................................... 99
4. Силовой расчет приспособления ............................................................ 100
4.1. Первый этап расчета ......................................................................... 101
4.2. Второй этап расчета .......................................................................... 114
4.3. Расчет и выбор привода .................................................................... 116

5. Проектирование прочих элементов приспособления ............................ 117
6. Оформление чертежа приспособления ................................................... 118
7. Оформление спецификации приспособления ....................................... 118

Библиографический список ........................................................................ 119

Приложение 1. Проект по модулю «Технологическая подготовка 
                               и обеспечение производства изделий машиностроения» .... 121
Приложение 2. Расчет припусков ............................................................... 128
Приложение 3. Режим резания ................................................................... 145
Приложение 4. Технические характеристики станков ............................... 162
Приложение 5. Вспомогательный и режущей инструмент ........................ 174
Приложение 6. Примеры выбора вспомогательного и режущего 
                               инструмента ....................................................................... 183
Приложение 7. Нормативы вспомогательного времени ............................ 185
Приложение 8. Мощность резания ............................................................. 191

Предисловие

В 

пособии приводится методика проектирования процесса механической обработки корпусной детали от оценки технологичности конструкции и нумерации поверхностей до подробной разработки операционной технологии в условиях среднесерийного 
производства с использованием предварительно настроенного на размер универсального оборудования. Процесс проектирования механической обработки разделен на две части: технологическую и конструкторскую.
В технологической части представлен алгоритм по выбору исходной заготовки, формированию маршрутной технологии, выбору металлообрабатывающего оборудования, синтезированию схем базирования, расчету технологических припусков, режимов резания и норм 
времени на каждой операции. Произведена оценка точности выполнения конструкторских размеров, отражена методика расчета размерных связей по трем координатным осям.
В конструкторской части представлена последовательность проектирования установочно-зажимного приспособления с механизированным приводом. Приведены методики точностного и силового расчета 
проектируемого приспособления, а также расчет параметров привода 
и рекомендации по оформлению сборочного чертежа и спецификации.
Представленный алгоритм рекомендуется использовать для проектирования процесса механической обработки корпусных деталей, 
а также для выполнения проекта по модулю «Технологическая подготовка и обеспечение производства изделий машиностроения», входящего в образовательную программу «Технология машиностроения» 
по направлению подготовки 15.04.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».
Для разработки технологических решений в приложениях даны подробные справочные материалы, данные из технической литературы, 
а также отражено содержание проекта и требования к его оформлению.
В основу издания положен многолетний опыт по разработке методик выполнения курсовых работ и курсовых проектов на кафедре 
технологии машиностроения Уральского федерального университета им. первого Президента России Б. Н. Ельцина.

раздел 1. 
 
технологическая 
часть

1.  
Оценка технологичности  
конструкции изделия

Т

ехнологичность конструкции изделия согласно ГОСТ 14.205–
83 — это совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных 
затрат при производстве, техническом обслуживании и ремонте для 
заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.
Качественная оценка технологичности детали заключается:
· в выявлении наличия удобных базирующих поверхностей, обеспечивающих возможность совмещения и постоянства баз;
· возможности свободного подвода и вывода режущего инструмента при обработке;
· удобстве контроля точностных параметров;
· возможности уменьшения протяженности точных обрабатываемых поверхностей;
· соответствии формы дна отверстия форме конца стандартного 
инструмента для обработки;
· правильности входа инструмента в зону обработки и выхода 
из зоны;
· возможности обработки поверхностей на проход.
Количественная оценка технологичности детали заключается 
в определении коэффициентов:
· использования материала;
· точности обработки;
· качества обработки.
Коэффициент использования материала детали Ки.м определяется 
как отношение массы детали к массе заготовки:

Раздел 1.  Технологическая часть

 
К
М

М
и.м
дет

заг

=
. 
 (1.1)

Нужно стремиться, чтобы величина Ки.м была больше 0,6, эту величину можно принять и при определении ориентировочной массы заготовки.
Коэффициент точности обработки Ктч определяется по следующей 
формуле:

 
K
n

A n

i

i

тч = Ч

е
е

1
5
, 
 (1.2)

где А — квалитет точности обработки; ni — число размеров соответствующего квалитета точности; 5 — наивысший квалитет точности 
для механообработки.
Например, если на чертеже детали имеется 3 размера, выполненные 
по 8-му квалитету, 4 размера по 10-му квалитету и 5 размеров по 12-му 
квалитету, то параметр Ктч будет определен по формуле (2.1) следующим образом:

 
K тч = +
+

Ч +
Ч
+ Ч
=
1
5
3
4
5

3 8
4 10
5 12
0 52
(
)
,
.

Если значение Ктч больше 0,5, то деталь считается технологичной 
по этому показателю. Следовательно, чем меньше Ктч, тем выше средняя точность обработки.
Коэффициент определяется по чертежу детали, и при необходимости 
его нужно увеличить, изменяя, где это возможно, точность размеров.
Для определения коэффициента шероховатости обрабатываемых 
поверхностей Кш используется следующая зависимость:

 
К
n

n

i

i

ш =
Ч

е
еs
, 
(1.3)

где ni — число поверхностей, подлежащих механообработке; σ — признак величины шероховатости.
Значение s определяется по следующей эмпирической формуле:

 
s = 
ж
из
ц
шч
1
80

0 693

ln

,

Rai

,  
(1.4)

где Rai — параметр шероховатости i-й поверхности, мкм; 80 — наибольшая высота микронеровностей, мкм.

2.  Определение типа производства

Например, деталь имеет 2 поверхности с шероховатостью 
Rai = 1,6 мкм, 3 поверхности с Rai = 3,2 мкм и 6 поверхностей 
с Rai = 6,3 мкм. Тогда величина Кш будет определена по формуле (1.3) 
следующим образом:

 
К ш =
+
+


ж

и

з
з

ц

ш

ч
чЧ
+

ж

и

з
з

ц

ш

ч
чЧ +

2
3
6

1

1 6
80
0 693
2
1

3 2
80
0 693
3
ln ,

,

ln ,

,
1

6 3
80
0 693
6

0 19


ж

и

з
з

ц

ш

ч
чЧ

=
ln ,

,

,
.

Если значение Кш не превышает значения 0,3, то деталь считается 
технологичной по данному показателю. Подобным образом необходимо определить Кш для заданной детали, руководствуясь ее чертежом.
Данные расчеты необходимо выполнить перед определением типа 
производства.

2.  
Определение типа производства

Т

ехнология изготовления деталей в значительной степени зависит от типа производства, поэтому, приступая к проектированию, необходимо предварительно установить, к какому 
типу будет относиться производство данной детали, учитывая ее массу и размер годового выпуска.
Типом производства согласно ГОСТ 14.004–83 называется классификационная категория производства, выделяемая по признакам 
широты номенклатуры, регулярности, стабильности и объема выпуска продукции. Различают типы производства: единичное, серийное, 
массовое [13].
Согласно требованиям ГОСТа тип производства характеризуется коэффициентом закрепления операций Кз.о, который определяется по формуле

 
К
 = 
з.о

О
Р , 
(1.5)

Раздел 1.  Технологическая часть

где О — число различных операций, выполняемых за месяц; Р — число рабочих мест, выполняющих операции.
Если Кз.о = 1, то производство считается массовым,
 
1 < Кз.о ≤ 10 — крупносерийным,
 
10 < Кз.о ≤ 20 — среднесерийным,
 
20 < Кз.о ≤ 40 — мелкосерийным.
Для единичного производства Кз.о не регламентируется.
При выполнении проекта принимаем среднесерийный тип производства, так как данные для определения Кз.о отсутствуют, поскольку 
неизвестны реальные производственные условия, в которых будет изготавливаться деталь.
Объем годового выпуска, используя табл. 1.1, определяем по следующей зависимости:

 
y
y
x
x
y
x
x

x
x
i
k
i
k
k
i
k

k
k

=


+
+

+

(
)
(
)
1
1

1

,  
(1.6)

где yi — годовой объем выпуска детали; yk+1 и yk — границы интервала 
годового объема выпуска детали данной массы для среднесерийного 
производства; xi — масса детали; xk+1 и xk — границы интервала, в который попадает рассчитанная масса детали для среднесерийного производства.

Таблица 1.1
Зависимость типа производства от объема выпуска и массы

Масса детали, кг
Объем годового выпуска N, шт., 
в зависимости от типа производства
среднесерийное
крупносерийное
массовое
< 1
1…2,5
2,5 …5
5…10
> 10

2000…75000
1000…50000
500…35000
300…25000
200…10000

75000…200000
50000…100000
35000…75000
25000…50000
10000…25000

> 200000
> 100000
> 75000
> 50000
> 25000

При серийном производстве необходимо определить размер партии 
деталей, запускаемых одновременно в производство. Для этой цели 
используется следующая формула, шт.:

 
n  a N
=
Ч
260 , 
(1.7)