Особенности конструирования станочных приспособлений

Конструирование станочных приспособлений, так же как и любых машин, — процесс творческий. Каждая конструкторская задача, как правило, имеет много решений. Используя имеющиеся теоретические знания и практический опыт, нужно выбрать из многих возможных решений одно, наилучшее. При этом приходится принимать во внимание ряд часто противоречивых технологических и эксплуатационных требований, предъявляемых к проектируемой конструкции. Нередко правильное решение может быть принято только после проведения сравнительных технико-экономических расчетов по различным конструктивным вариантам.

Целью конструирования является создание приспособлений, в полной мере отвечающих эксплуатационным требованиям и наиболее экономичных в изготовлении.

Для этого необходимо:

обосновывать применение каждого механизма, детали и элемента;

обеспечить удобство сборки, разборки и регулировки;

исключить по возможности подбор и подгонку деталей, а также операции выверки и регулировки деталей и узлов при сборке;

добиваться экономного расходования материалов и обеспечивать высокую прочность деталей способами, не требующими увеличения массы (придание деталям рациональных форм с наилучшим использованием материала, применение материалов повышенной прочности, введение упрочняющей обработки);

обеспечивать соответствие конструктивных форм деталей приспособления условиям технологии получения заготовок и механической обработки;

упрощать уход за приспособлением, сокращать объем операций обслуживания, устранять периодические регулировки;

предупреждать возможность перегрузки приспособления в эксплуатации, вводить предохранительные и предельные устройства;

предусматривать надежную автоматическую смазку трущихся поверхностей, не применять по возможности периодическую смазку;

избегать выполнения трущихся поверхностей непосредственно на корпусных деталях, открытых механизмов и передач, а также предусматривать защиту трущихся поверхностей от проникновения грязи, пыли и влаги;

предупреждать коррозию деталей, соприкасающихся с химически активными средами;

обеспечивать надежную страховку резьбовых соединений от самоотворачивания;

устранять возможность поломок и аварий в результате неумелого или небрежного обращения, вводить блокировки, автоматизировать и упрощать управление;

максимально использовать нормализованные и унифицированные детали и узлы;

заменять, если это возможно, оригинальные детали стандартными, нормализованными, унифицированными, заимствованными или покупными узлами и деталями;

придавать конструкции приспособления простые и гладкие внешние формы, облегчающие содержание его в чистоте;

сосредоточивать органы управления и контроля по возможности в одном месте;

предусматривать удобную очистку установочных поверхностей от стружки (струей сжатого воздуха, охлаждающей жидкости или путем отсоса специальным устройством);

обеспечивать удобство загрузки и выгрузки обрабатываемых деталей из рабочей зоны, предусматривать применение выталкивающих устройств для выгрузки деталей;

изучать опыт эксплуатации аналогичных приспособлений, оперативно исправлять дефекты, обнаруженные в процессе изготовления и эксплуатации.

В настоящее время почти каждая конструкция является итогом работы специалистов нескольких поколений. С течением времени повышаются технико-экономические требования к конструкциям, к надежности их действия и долговечности. Поэтому одним из важнейших условий успешного проектирования является тщательный анализ известных технических решений. Особенно важно изучение исходных материалов, поэтому главная его задача — правильный выбор основных параметров приспособления. Если отдельные конструктивные погрешности могут быть устранены в процессе его изготовления и доводки, то ошибки в основных параметрах и замысле конструкции обычно не поддаются исправлению.

Для того чтобы избежать таких ошибок, необходимо иметь достаточный фонд справочного материала, использовать информацию смежных организаций, обязательно изучать отечественную и зарубежную патентную литературу, быть в курсе поисковых и исследовательских работ в своей отрасли, знакомиться с опытом других, даже далеких по профилю отраслей машиностроения.

Использование накопленного опыта не означает ограничения творческой инициативы конструктора, а наоборот, расширяет поле его деятельности.

Важным условием является хорошее знание конструктором технологии изготовления деталей приспособления, сборки и регулировки, новейших электрофизических, электрохимических и других технологических процессов, позволяющих более широко применять рациональные конструкции форм деталей, а также условий эксплуатации проектируемого приспособления.

Значительное место в работе конструктора занимает компоновка конструкции. При этом важно уметь выделить главное и установить правильную последовательность разработки конструкции.

Основной ошибкой начинающих конструкторов является стремление скомпоновать все элементы конструкции одновременно. Компоновку же следует начинать с выбора рациональной кинематической и силовой схем, определения наиболее целесообразного взаимного расположения деталей. Причем необходимо разрабатывать сразу несколько вариантов, анализировать их и выбрать наиболее оптимальный. Детализировать конструкцию на этапе компоновки не только бесполезно, но и вредно, так как внимание конструктора отвлекается от основных задач этого этапа.

В процессе компоновки при выборе размеров и форм деталей нужно производить ориентировочные и приближенные расчеты. Однако на их итоги всецело полагаться нельзя, ибо существующие методы расчетов не всегда учитывают все факторы, определяющие работоспособность конструкции. Есть ряд деталей (например, корпусные), не поддающихся точному расчету. Размеры же некоторых деталей зависят не только от прочности, но и от технологии их изготовления и других факторов.

При компоновке должны быть учтены все условия, влияющие на работоспособность конструкции приспособления, разработаны системы смазки, решены вопросы сборки, разборки, предусмотрены удобства обслуживания и т. д.

Часто в процессе проектирования обнаруживаются не замеченные в первоначальных вариантах недостатки, для устранения которых приходится возвращаться к существовавшим вариантам или разрабатывать новые. На всех стадиях компоновки следует учитывать опыт производственников.

Компоновку лучше всего осуществлять в масштабе 1: 1. Чем глубже проработка конструкции, тем выше в конечном счете выигрыш в стоимости и сроках изготовления приспособления, а также в эффективности эксплуатации.

При проектировании следует соблюдать общие положения и правила выполнения чертежей Единой системы конструкторской документации. Стандартами регламентированы: виды изделий (ГОСТ 2.101—68), виды и комплектность конструкторских документов (ГОСТ 2.102—68), стадии разработки (ГОСТ 2.103— 68), основные подписи (ГОСТ 2.104—68), общие требования к текстовым документам (ГОСТ 2.105—79), текстовые документы (ГОСТ 2.106—68), спецификации (ГОСТ 2.108—68), патентный формуляр (ГОСТ 15.012—84), нормоконтроль (ГОСТ 2.111—68), правила построения, изложения и оформления технических условий (ГОСТ 2.114—70), карта технического уровня и качества продукции (ГОСТ 2.116—84), техническое предложение, эскизный и технический проект (ГОСТ 2.118—73, 2.119—73, 2.120—73), технологический контроль конструкторской документации.

По окончании проектирования необходимо проверить:

стыковку, привязки и другие кинематические связи, достаточность числа размеров, указаний, проекций, разрезов, взаимоувязывающих соседние узлы (сборочные единицы);

достаточно ли ясно показана конструкция узла, не следует ли заменить проекции и разрезы вырывами и сечениями;

наличие лишних проекций, разрезов, сечений;

использованы ли в максимальной мере нормализованные, стандартные и покупные изделия;

достаточность антикоррозионной защиты, правильность ее условного обозначения;

степень учета фактических нагрузок, возникающих при работе узла, и нагрузок, вызывающих деформации в нежелательном направлении; если эти деформации есть, то не опасны ли они при выполнении узлом его функций;

правильность: указания необходимых технических требований и характеристик; увязки размеров и достаточность их числа (установочных, габаритных, линейных, межосевых, межцентровых и т. д.); простановки чисел зубьев, модулей, направлений вращения, наличие указаний о крайних положениях, стрелок, указывающих направление движения, и т. д., выносок и соответствие обозначений нормальных и покупных деталей указанным в ГОСТах и нормалях; выбора зазоров, материала, геометрического построения, конструкции для исключения влияния температурных деформаций;

возможность: сборки и разборки и рациональную их сложность, сборки и разборки без повреждения деталей, удобство проведения операции сборки и регулирования; свободного перемещения подвижного элемента без заеданий и задевания других элементов;

соблюдение правил техники безопасности и производственной санитарии при сборке и эксплуатации;

обеспечение нормального смазывания трущихся частей конструкции при любых ее положениях, возможность замены смазочного материала;

достаточность, надежность и правильность установки уплотняющих средств, обеспечивающих отсутствие как вытекания смазочного материала из узла, так и проникновения внутрь среды извне, надежность прокладок, правильность выбора арматуры;

технологичность изготовления деталей, рациональность выбора метода получения заготовок;

наличие элементов, обеспечивающих надежное транспортирование узлов;

соответствие посадок характеру соединения;

указания мест заполнения жидкостью и ее уровней, наличие сливных отверстий для жидкости, возможность промывки и очистки полостей узла;

удобство чистки наружных поверхностей;

правильность заполнения штампа, соответствие названий в спецификации их номерам на чертеже.

21.4. Общие принципы разработки чертежей деталей приспособлений

От качества рабочих чертежей в известной мере зависит и качество изготовления всей конструкции. Рабочие чертежи, технические условия и другие документы должны содержать все данные, определяющие форму, размеры, допуски, материал, вид термической обработки, покрытия, а также особые требования к сборке и ряд других сведений, необходимых для изготовления, контроля и испытания деталей.

Рабочие чертежи должны быть такими, чтобы при их использовании требовался минимум дополнительных документов. Не допускаются ссылки на отдельные пункты стандартов и других документов, эти пункты следует приводить полностью на чертеже детали.

Как правило, на рабочих чертежах не должно быть технологических указаний, за исключением случаев, когда указания по применению определенных способов изготовления и контроля связаны с обеспечением требуемого качества детали, а также при назначении видов и способов сварки.

На рабочих чертежах деталей обязательно указываются те размеры, предельные отклонения, обозначения шероховатостей и другие технические требования, которым детали должны соответствовать перед сборкой до покрытия или перед дополнительной обработкой по чертежам других изделий.

При разработке рабочих чертежей следует соблюдать общие положения и правила выполнения чертежей различных изделий Единой системы конструкторской документации. Стандартами регламентированы: основные требования к чертежам (ГОСТ 2.109—73), форматы (ГОСТ 2.801—74), масштабы (ГОСТ 2.302—68), шрифты (ГОСТ 2.304—81), изображения — виды, разрезы, сечения (ГОСТ 2.305—68), нанесение размеров и предельных отклонений (ГОСТ 2.307—68), указания на чертежах допусков формы и расположения поверхностей (ГОСТ 2.308—79), обозначения шероховатости поверхностей (ГОСТ 2.309—73), нанесение обозначений покрытий, термической и других видов обработки (ГОСТ 2.310—68), изображения резьб (ГОСТ 2.311—68), обозначения швов сварных соединений (ГОСТ 2.312—72), указания о маркировании и клеймении (ГОСТ 2.314—68), изображения крепежных изделий (ГОСТ 2.315—68). Регламентировано также выполнение чертежей проушин (ГОСТ 2.401—68), зубчатых колес и реек (ГОСТ 2.403—75, 2.404—75, 2.405—75), шлицевых соединений (ГОСТ 2.409—74).

При нанесении размеров необходимо, чтобы:

количество размеров на чертеже было минимальным, но достаточным для изготовления и контроля детали;

каждый размер был указан только один раз и обеспечивал возможность его выполнения и контроля при изготовлении детали;

на все размеры были проставлены (или оговорены) предельные отклонения;

размеры проставлялись так, чтобы наиболее точный из них имел наименьшую накопленную погрешность при изготовлении;

конструктор четко знал последовательность технологических этапов изготовления детали;

сопряженные размеры выбирались из схем размерных цепей общих видов и проставлялись на рабочих чертежах со своими допусками, полученными при расчете этих цепей;

в простых деталях, имеющих оси симметрии, размеры проставлялись не от осей симметрии, а от поверхностей детали.

При обработке деталей возможны дефекты не только линейных размеров, но и геометрической формы, а также расположения осей относительно поверхностей.

Допускаемые отклонения формы и расположения поверхностей можно изображать графически в соответствии с ГОСТ 2.308—79 или оговаривать в технических требованиях, перечисляемых на поле рабочего чертежа детали. При этом нужно придерживаться следующих правил:

для корпусных деталей следует указывать плоскостность базовых обработанных поверхностей, взаимную параллельность осей отверстий и осей отверстий базовой поверхности, перпендикулярность двух осей отверстий, оси отверстия плоскости, двух плоскостей, на посадочные места подшипников должны указываться (по ГОСТ 3325—85) отклонения от цилиндричности посадочных шеек и отверстий корпусов, осевое биение упорных заплечиков вала и отверстия;

в случае, когда торцы наружных колец подшипников упираются в крышки, прикрепляемые к корпусу, на чертеже корпуса надо указать неперпендикулярность наружной плоскости корпуса и оси отверстия, а на чертеже крышки — параллельность двух торцевых поверхностей;

для базовых отверстий зубчатых колес, шкивов, муфт и других подобных деталей нужно указывать овальность и конусность отверстий, которые должны быть не более 0, 5...0, 8 допуска на диаметр отверстия;

для деталей с короткими базовыми отверстиями (отношение l/d > 1, 0) должны быть оговорены неперпендикулярность опорных торцов к оси отверстия, при длинных базовых отверстиях (l/d < 1, 0) допуски на осевое биение торцов ступицы могут в 1, 5... 2 раза превышать табличные значения.

Для приобретения навыков разработки рабочих чертежей конструктор должен научиться мысленно представлять последовательность действий исполнителя каждой операции: модельщика, формовщика, фрезеровщика.

Нужно также иметь в виду, что при разработке рабочих чертежей в некоторой степени продолжается конструирование, так как и на этой стадии конструктор должен продолжать поиски решений по снижению веса, увеличению жесткости и повышению прочности деталей.

Литература

1. Андреев Г.Н., Новиков В.Ю., Схиртладзе А.Г. Проектирование технологической оснастки машиностроительного производства / Под ред. Ю.М. Соломенцева. — 2-е изд., испр. — М.: Высш. шк., 1999. — 415 с.
2. Ансеров М.А. Приспособления для металлорежущих станков. — Изд-е 4-е, испр. и доп. — Л.: Машиностроение, 1975. — 656 с.
3. Антонюк В.Е. Конструктору станочных приспособлений: Справ. пособие. — Мн.: Беларусь, 1991. — 400 с.
4. Антонюк В.Е., Королев В.А., Башеев СМ. Справочник конструктора по расчету и проектированию станочных приспособлений. Мн.: Беларусь, 1969.
5. Белоусов А.П. Проектирование станочных приспособлений. — М.: Высш. шк., 1974. — 263 с.
6. Болотин Х.Д., Костромин Ф.П. Станочные приспособления. — М.:
   Машиностроение, 1973.
7. Гельфгат Ю.И. Сборник задач и упражнений по технологии машиностроения: Учеб. пособие для машиностр. спец. техникумов. — 2-е изд., перераб. — М.: Высш. шк., 1986. — 271 с.: ил.
8. Добрыднев В.К. Сборник задач по технологической оснастке. — М.: Машиностроение, 1987. — 349 с.
9. Коваленко А.В., Подшивалов Р.Н. Станочные приспособления. —
   М.: Машиностроение, 1986.
10. Корсаков B.C. Основы конструирования приспособлений в машиностроении. — М.: Машиностроение, 1971.
11. Кузнецов B.C., Пономарев Б.А. Универсально-сборные приспособления. Альбом монтажных чертежей. — М.: Машиностроение, 1974.
12. Кузнецов Ю.И., Маслов А.Р., Бойцов А.Н. Оснастка для станков с
    ЧПУ. — М.: Машиностроение, 1990.
13. Обработка металлов резанием /Под ред. Г.А. Монахова. — М.: Машиностроение, 1974.
14. Обработка металлов резанием: Справочник технолога / Под общ. ред. А.А. Панова. — М.: Машиностроение, 1988. — 736 с.
15. Справочник технолога-машиностроителя / Под ред. А.Г. Косиловой,
    Р.К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1985.
16. Станочные приспособления / Под ред. Б.Н. Вардашкина, В.В.Данилевского. — Т1. — М.: Машиностроение, 1984.