Technologia budowy maszyn to dziedzina wiedzy inżynierskiej, część inżynierii mechanicznej, zajmująca się metodami i technikami wytwarzania części maszyn, mechanizmów, instalacji przemysłowych, urządzeń i konstrukcji oraz środkami realizowania tych technik.
W węższym sensie chodzi tu o metody nadawania odpowiedniego kształtowania (obróbki) materiałów oraz zapewnianie produktom odpowiednich charakterystyk. Technologia zajmuje się także teorią oraz metodami projektowania i wytwarzania narzędzi i maszyn wytwórczych.
Pojęcia podstawowe
Proces produkcyjny
Procesem produkcyjnym nazywamy sumę wszystkich działań wykonywanych w celu wytworzenia w danym zakładzie gotowe?go wyrobu z materiałów, półfabrykatów, części lub zespołów. Proces produkcyjny obejmuje proces technologiczny oraz działania pomocnicze, jak transport, magazynowanie, transport międzyoperacyjny, kontrolę, konserwację.
Proces technologiczny jest to główna część procesu produkcyjnego, w której następuje obróbka części oraz montaż części w zespoły i wyrób. Rozróżnia się procesy technologiczne obróbki, montażu i procesy obróbkowo-montażowe. Jedną z głównych części składowych procesu technologicznego jest operacja stanowiąca podstawową jednostkę przy planowaniu produkcji.
Operacja i jej elementy składowe
Operacja jest to część procesu technologicznego wyko?nywana na jednym stanowisku roboczym przez jednego pracownika (lub grupę pracowników) na jednym przedmiocie (lub grupie przedmiotów),bez przerw na inną pracę.
Zabieg jest to część operacji, której cechy są zależne od rodzaju obróbki.
W operacjach obróbki skrawaniem rozróżnia się zabiegi proste i złożone. Zabieg prosty jest częścią operacji odnoszącą się do obróbki jednej powierzchni jednym narzędziem przy stałych para?metrach obróbki. Zabieg złożony jest częścią operacji odnoszącą się do obróbki zespołu powierzchni jednym narzędziem, wykonującym ruchy posuwowe według określonego programu (np. obróbka kopiowa) lub do obróbki zespołu powierzchni zespołem narzędzi o sprzężonych ruchach posuwowych przy stałym nastawieniu parametrów skrawania (np. toczenie wałka stopniowego kilkoma nożami zamocowanymi w suporcie przednim tokarki wielonożowej). Szczególną odmianą zabiegu złożonego jest kolejna obróbka szeregu jednakowych powierzchni tym samym narzędziem, przy stałych parametrach skrawania (np. wiercenie kilku jednakowych otworów na wiertarce promieniowej).
W operacjach obróbki plastycznej zabieg (zgodnie z PN-60/M-66002) jest to podstawowa czynność w procesie tłoczenia, wykonywana z użyciem jednego przyrządu bez zmiany narzędzia, w której zachodzi tylko jedna zmiana kształtu tłoczonego przedmiotu. Za?biegiem tłoczenia jest np. pojedynczy ciąg w operacji ciągnienia, nato?miast wycinanie i wytłaczanie w tłoczniku jednoczesnym ? bez zmiany przyrządu i narzędzia ? jest operacją dwuzabiegową.
W operacjach obróbki cieplnej (zabieg jest częścią ope?racji, wykonywaną przy stałych parametrach (temperatura, prędkość na?grzewania, prędkość chłodzenia), np. wygrzewanie wstępne w określonej temperaturze, chłodzenie w oleju z określoną prędkością lub wygrzewa?nie w atmosferze CO.
W operacjach obróbki powierzchniowej zabieg jest częścią operacji, wykonywaną przy stałych parametrach zależnych od metody obróbki, np. powlekanie galwaniczne przy określonym natężeniu prądu.
W operacjach montażowych zabieg jest częścią operacji, w której dołącza się do określonego zespołu jednakowe części lub zespo?ły, np. przykręcanie pokrywy do korpusu za pomocą śrub, przyspawanie kilku nakrętek.
Zabieg w obróbce skrawaniem może być wykonany w jednym przejściu lub w kilku przejściach narzędzia. Przejście jest to część zabiegu obróbki skrawaniem, w której następuje zdjęcie jednej warstwy materiału za pomocą jednego lub kilku narzędzi przy określonym posuwie. W szczególnym przypadku jedno przejście może stanowić zabieg. Do wykonania operacji, oprócz zabiegów, niezbędne są czynności pomocnicze.
Czynność pomocnicza jest to część operacji wykonywana przez pracownika, mechanizm obrabiarki lub przyrządu, stanowiąca odrębne działanie o ściśle określonym zadaniu, potrzebna dla dokonania obróbki lub montażu, np. zamocowanie obrabianej części, dosunięcie narzędzia, nastawienie dźwigni, posmarowanie części przed wciśnięciem.
Przed wykonywaniem zabiegów w danej operacji część obrabiana musi być odpowiednio ustalona w stosunku do zespołów roboczych obrabiarki, a następnie zamocowana.
Ustalenie części jest to nadanie jej określonego położenia wymaganego w danej operacji
Zamocowanie części jest to jej unieruchomienie w ustalonym położeniu, siłą potrzebną do wykonania danej operacji.
Pozycją nazywamy każde z możliwych położeń części (lub kilku jednocześnie obrabianych części) względem zespołów roboczych obrabiarki, przy jednym zamocowaniu w uchwycie z urządzeniem podziałowym lub na stole obrotowym. Zmiana pozycji części zależy wy?łącznie od tych urządzeń i nie wymaga żadnych zmian zamocowania.
Cykl i takt produkcji
Cykl produkcji jest to okres obejmujący realizację pro?cesu produkcyjnego. W ramach cyklu produkcyjnego poszczególnym częściom składowym procesu produkcyjnego odpowiadają właściwe im czasy wykonania. Cykl jest to więc suma czasów trwania poszczegól?nych operacji i czasu przerw między nimi. Za cykl produkcyjny może być traktowany czas potrzebny na wykonanie jednego gotowego wyrobu, np. obrabiarki, samochodu, albo pewnej liczby takich samych wyrobów, tzn. serii wyrobów. Można rozpatrywać cykl produkcyjny pojedynczych części składowych wyrobu lub zespołu, np. skrzynki prędkości, silnika. Cykl produkcyjny obejmuje proces technologiczny, czynności pomocnicze oraz przerwy między nimi
Takt produkcji jest to okres, upływający między wy?produkowaniem dwóch kolejnych gotowych wyrobów, np. ciągników, przy zachowaniu ciągłości produkcji
Dokumentacja wyrobu
Dokumentacja konstrukcyjna
Do opracowania procesów technologicznych części składowych wyrobu niezbędna jest dokumentacja konstrukcyjna. W skład tej do?kumentacji wchodzą:
a) rysunek zestawieniowy wyrobu,
b) rysunki zespołów oraz zespołów niższego rzędu,
c) rysunki konstrukcyjne części,
d) opisy techniczne i schematy działania (dokumentacja techniczno-ruchowa),
e) wykaz części z wydzieleniem części normalnych,
f) warunki techniczne,
g) instrukcja obsługi,
h) katalogi części zamiennych,
j) rysunki ofertowe.
Zapoznanie się z kompletem dokumentacji konstrukcyjnej umożliwia technologowi poznanie funkcjonowania zespołów i intencji konstruktora, co z kolei przyczynia się do właściwego zaprojektowania procesu technologicznego.
Rysunki zestawieniowe wyrobu i zespołów określają wzajemne położenie ich części składowych i spełniane przez nie funkcje oraz uła?twiają właściwe zaprojektowanie procesu montażu. Na .ich podstawie dokonuje się podziału wyrobu na jednostki montażowe,, tj. na zespoły i zespoły niższego rządu, oraz ustala kolejność łączenia cząści w zespo?ły. Rysunki zespołów i zespołów niższego rzędu stanowią podstawę całej konstrukcji, gdyż jednoznacznie określają części składowe wyrobu i ich wzajemne położenie.
Wykaz cząści (wyszczególnienie części) obejmuje dwie grupy:
a) części przeznaczone do wykonania w zakładzie,
b) części zakupione, wśród których znajdują się części znormalizowane.
Rysunki cząści wraz z warunkami technicznymi są podsta?wowymi dokumentami do zaprojektowania- procesu technologicznego. Projektującego proces technologiczny obróbki interesują tylko rysunki części przeznaczonych do wykonania w zakładzie, natomiast projektującego proces montażu ? rysunki wszystkich części wchodzących w skład danego zespołu.
Warunki techniczne określają wymagania jakościowe doty?czące wyrobu, zespołów lub poszczególnych części. Warunki techniczne części oraz niektórych zespołów są podawane bezpośrednio na rysunku za pomocą symboli lub krótkich tekstów (treści słownej). W przypadku gdy nie wszystkie wymagania dotyczące dokładności mogą być podane na rysunku, stanowią one przedmiot oddzielnego dokumentu.
Warunki techniczne opracowuje biuro konstrukcyjne lub wy?twórnia produkująca wyrób. W niektórych przypadkach są one znor?malizowane.
Wymagania zawarte w warunkach technicznych można po?dzielić na trzy grupy:
1. wymagania przeznaczone dla konstruktora, dotyczące sztywności kon?strukcji, doboru materiału, bezpieczeństwa pracy itp.,
2. wymagania związane z dokładnością wykonania części i montażu,
3. wymagania związane z wykończeniem, estetyką, smarowaniem, opakowaniem do transportu itp.
Technologa interesują warunki należące do grupy drugiej i trzeciej. Technolog powinien zwrócić uwagę, czy wymagania wymie?nione w warunkach technicznych są możliwe do osiągnięcia i skontro?lowania. Ponadto należy przeanalizować stronę ekonomiczną wykona?nia i kontroli.
Dokumentacja technologiczna
Dokumentacją technologiczną nazywa?my zbiór dokumentów określających dany proces technologiczny i nie?zbędne środki produkcji, a mianowicie:
a) a) dokumenty określające przebieg procesów technologicznych wykony?wania części i ich montażu,
b) dokumenty określające pomoce i specjalne 'urządzenia warsztatowe,
potrzebne do realizacji procesów technologicznych, o których mowa
w pkt. a,
c) normy i warunki techniczne, na które powołują się dokumenty wy?
mienione w pkt. a i b.
Zakres opracowania dokumentacji technologicznej zależy prze?de wszystkim od wielkości produkcji. Im większa jest produkcja, tym opracowanie technologiczne jest bardziej szczegółowe, co znajduje od?bicie w dokumentacji.
Podstawowymi dokumentami technologicznymi są:
a) karta technologiczna (zwana kartą operacyjną, planem obróbki),
b) instrukcja obróbki, karta normowania czasu.
Karta technologiczna jest podstawowym do?kumentem opisującym proces technologiczny obróbki lub montażu. Powinna zawierać co najmniej:
a) nazwę i oznaczenie części, zespołu lub wyrobu,
b) określenie materiału, surówki lub półfabrykatu, albo montowanych zespołów,
c) wykaz wszystkich operacji należących do procesu, w kolejności ich wykonywania z oznaczeniem stanowisk pracy, normy czasowe operacji i grupy zaszeregowania operacji.
Instrukcja obróbki jest dokumentem opisującym szcze?gółowo proces technologiczny. Instrukcja obróbki składa się z karty tytułowej oraz kart instrukcyjnych kolejnych operacji , zawierających co najmniej:
a) oznaczenie obrabianej części, operacji i stanowiska pracy;
b) szkic danej części po zakończeniu operacji, zawierający niezbędne dane potrzebne do wykonania operacji oraz zaprojektowania pomocy specjalnych ? wymiary i chropowatość powierzchni otrzymane w tej operacji, bazy i sposób zamocowania (oznaczone symbolami wg PN-55/M-01152,).
Ponadto w razie potrzeby należy podać: '
a) wyszczególnienie zabiegów, składających się na daną operację, z ewentualnymi szkicami oraz parametry obróbki;
b) wyszczególnienie pomocy używanych w danej operacji.
Instrukcja obróbki może zawierać jako załączniki karty in-strukcyjne odnoszące się do operacji, w których występują szczególne metody obróbki (np. karty instrukcyjne obróbki cieplnej, powlekania powierzchni, karty instrukcyjne obróbki na automatach i inne).
Instrukcja montażu jest dokumentem opisującym szczegółowo proces technologiczny montażu zespołu lub wyrobu. Składa się ona z karty tytułowej oraz kart instrukcyjnych kolejnych operacji, zawierających co najmniej:
a) oznaczenie montowanego zespołu, wyrobu, operacji i stanowiska pracy;
b) wyszczególnienie części lub zespołów łączonych w danej operacji oraz niezbędnych pomocy;
c) wyszczególnienie zabiegów składających się na daną operację;
d) w razie potrzeby szkic zespołu po zakończeniu operacji, na którym są przedstawione zmontowane części oznaczone odpowiednimi symbolami oraz dane niezbędne do wykonania operacji lub zaprojektowania pomocy specjalnych.
Karta normowania czasu jest dokumentem zawierającym wyniki obliczenia normy czasowej danej operacji. Rodzaje czasów i symbole stosowane w kartach normowania czasu oraz ich opracowywanie są omawiane w ramach przedmiotu ekonomika przedsiębiorstw przemysłowych
Rodzaje surówek i czynniki wpływające na ich dobór
Rodzaje surówek
Surówkami (materiałem wyjściowym) nazywamy wyroby będące końcowym wynikiem procesu technologicznego zakładów pomocniczych oraz wyroby hutnicze, z których mają być wykonane części maszyn. W zależności od kształtu surówki przyjmuje się odpowiedni proces obróbki części.
Od doboru kształtu surówki, wartości naddatków, dokładności wymiarów (tolerancji) i twardości materiału w dużym stopniu zależy liczba operacji lub zabiegów, a więc i koszt procesu obróbki. Gdy surówka jest wykonana dokładnie, z minimalnymi naddatkami niezbędnymi do uzyskania odpowiedniego wymiaru, to czas obróbki skrawaniem jest krótki, a jej koszt niewielki.
W produkcji wielkoseryjnej stosuje się surówki kształtem i wymiarami możliwie najbardziej zbliżone do gotowych części. Koszty wykonania takich surówek są wysokie, ale dzięki znacznemu obniżeniu kosztów obróbki skrawaniem ogólny koszt wykonania gotowej części jest niższy niż w przypadku zastosowania surówek o dużych naddatkach.
Rozróżnia się następujące rodzaje surówek:
a) odlewy ze stali, żeliwa i metali nieżelaznych,
b) odkuwki,
c) wyroby hutnicze walcowane i ciągnione,
d) wytłoczki i wykroje,
e) wypraski ze spiekanych proszków metali,
f) wypraski z tworzyw sztucznych.
Wytłoczki i wypraski najczęściej nie wymagają obróbki skrawaniem i wtedy nie są zaliczane do surówek, lecz do wyrobów gotowych.
Zależnie od sposobu wykonania surówki dzieli się na grupy, które różnią się między sobą dokładnością wymiarów i kształtu oraz chropowatością powierzchni; np. odlewy wykonane w formach piaskowych, w kokilach, pod ciśnieniem.
Rodzaj materiału na daną część dobiera konstruktor wyrobu, natomiast kształt, wymiary oraz sposób wykonania materiału wyjścio?wego najczęściej określa technolog. Na dobór materiału mają wpływ na?stępujące czynniki:
a) kształt części;
b) wymiary części;
c) warunki techniczne, jakim powinien odpowiadać materiał części (skład chemiczny, własności mechaniczne, struktura, kierunek włókien itp);
d) wielkość serii;
e) czynnik ekonomiczny (minimalny koszt wykonania części z uwzględnieniem kosztu materiału surówki).
Czynniki wpływające na dobór rodzaju surówki
Rodzaj surówki (materiału wyjściowego), jej kształt, wymiary, własności mechaniczne mają wpływ na liczbę i rodzaj operacji obróbkowych oraz czas obróbki, a tym samym na koszt wyrobu. Przy wyborze surówki powinny być uwzględnione następujące czynniki:
a) kształt części,
b) wymiary części,
c) warunki techniczne, jakim powinien odpowiadać materiał części, (skład chemiczny, własności mechaniczne, struktura, kierunek włókien itp.),
d) wielkość serii,
e) łączny koszt wykonania części wraz z surówką.
Części o nieznacznie zróżnicowanych przekrojach wykonuje się z wyrobów hutniczych, znormalizowanych lub zamawianych o żądanych wymiarach przekroju i długości. Części, których przekroje poprzeczne różnią się znacznie i którym są stawiane wymagania odnośnie do kierunku włókien, są wykonywane z odkuwek.
Do wykonania rysunku odkuwki niezbędny jest rysunek gotowej części. Odkuwka wykonywana w matrycy powinna mieć zbieżności umożliwiające wyjęcie jej z matrycy. Na podstawie rysunku części ustalamy linię podziału odkuwki w matrycy. Mając ustaloną linię podziału możemy określić kierunek zbieżności poszczególnych fragmentów od?kuwki. Ponadto należy przewidzieć położenie próbki, w przypadku badań kwalifikacyjnych. Na rysunku odkuwki należy podawać wymiary z odchyłkami i niezbędne dane odnoszące się do wykonania odkuwki (nie matrycy), uwzględniając naddatki na powierzchniach obrabianych oraz zarys gotowej części i wymagania dotyczące chropowatości powierzchni. Części o skomplikowanych kształtach są wykonywane z odlewów. W zależności od stawianych wymagań wytrzymałościowych mogą być stosowane odlewy ze staliwa, żeliwa szarego, żeliwa stopowego oraz metali nieżelaznych. Doboru metody wykonania odlewu dokonujemy w . zależności od jego wymiarów i stopnia skomplikowania.
W formach piaskowych są odlewane części duże i najbardziej skomplikowane. W formach metalowych (kokilach) grawitacyjnie i pod ciśnieniem wykonuje się odlewy o takich kształtach, które umożliwiają szybkie składanie formy do zalewania. Odlewy pod ciśnieniem ponadto są ograniczone wielkością pras, określoną maksymalną masą odlewu- 5,10 ewentualnie. Odlewy wykonywane metodą traconego modelu mogą mieć najbardziej skomplikowane kształty, lecz ograniczone są masą, która nie powinna przekraczać 2 kg.
Planowanie obróbki
Cel planowania obróbki
Planowanie obróbki ma na celu ustalenie kolejności operacji oraz kolejności zabiegów w ramach poszczególnych operacji potrzebnych do wykonania części określonej rysunkiem, z surówki o danym kształcie. Planowanie obróbki obejmuje również dobór obrabiarek, normalnych i specjalnych uchwytów, warunków skrawania oraz normalnych i specjalnych narzędzi i pomocy pomiarowych oraz urządzeń.
Po ustaleniu kolejności operacji, doborze środków produkcji i ustaleniu warunków skrawania możliwe jest określenie czasu trwania poszczególnych operacji, a więc i całkowitego czasu potrzebnego do wykonania zadania. Wykonanie obróbki bez uprzedniego ułożenia jej planu nastręczałoby dużo trudności, powstałych na skutek braku odpowiednich środków produkcji, niezachowania wymiarów przejściowych części potrzebnych do ustalenia jej w stosunku do wrzeciona obrabiarki lub urządzenia itd.
Czynniki wpływające na kolejność i liczbę operacji
Podstawowymi czynnikami, od których zależy liczba i kolejność operacji są: kształt konstrukcyjny części, jej wymiary oraz wy?magania dotyczące własności mechanicznych materiału części (rodzaj obróbki cieplnej) i jakości jej powierzchni. Oprócz wymienionych czynników na liczbę i kolejność operacji mają jeszcze wpływ liczba wykonywanych części, wyposażenie zakładu w środki produkcji (ewentualnie możliwość nabycia określonych środków produkcji), rodzaj przyjętej surówki i inne.
Kształt części określa rodzaje obrabiarek potrzebnych do jej obróbki. Wymiary części (jej masa), mają znaczny wpływ na liczbę operacji. W przypadku części o dużej masie, ze względu na utrudniony transport, w każdej operacji obróbce należy poddawać możliwie jak największą liczbę powierzchni. Obróbka cieplna wpływa na zwiększenie liczby operacji obróbki skrawaniem, gdyż powierzchnie dokładne oraz wzajemnie zależne muszą być wykańczane po dokonaniu obróbki cieplnej. W razie specjalnych wymagań co do jakości powierzchni liczba operacji zwiększa się o operację obróbki powierzchniowej. Szczególnie duża liczba operacji występuje w procesie technologicznym w przypad?ku wykonywania pokryć antykorozyjnych oraz dekoracyjnych.
Uchwyty i ich mechanizmy
Tylko w nielicznych przypadkach części można wykonać na gotowo w jednym zamocowaniu. Ażeby zadość, uczynić wymaganiom, określonym rysunkiem wykonawczym danej części, należy w poszczególnych operacjach ustalać jej położenie w stosunku do wrzeciona obrabiarki tak, aby wzajemne położenia obrabianych powierzchni w następujących po sobie operacjach nie przekroczyły dozwolonych odchyleń. Żądanej dokładności ustalenia przeważnie nie można uzyskać bez użycia uchwytu.
Uchwyty projektuje się po opracowaniu procesu technologicznego danej części i zaznaczeniu na szkicach poszczególnych operacji miejsc ustalenia części i zamocowania jej w uchwycie. Konstruując uchwyty oprócz warunków technicznych należy również brać pod uwa?gę czynniki ekonomiczne. Oszczędności uzyskane przez skrócenie czasu mocowania i zdejmowania części powinny być w efekcie większe od kosztów projektowania i wykonania uchwytów.
Rozróżniamy uchwyty normalne i specjalne. Uchwyty normalne są objęte normami państwowymi i dostarczane zazwyczaj z obrabiarką. Uchwyty specjalne są projektowane do ściśle określonej części i operacji lub kilku części i operacji. Im bardziej uniwersalny jest uchwyt, tym czas obsługi jest dłuższy.
Bezpośrednim celem projektowania uchwytów jest szybkie, prawidłowe i pewne ustalenie oraz zamocowanie obrabianej części w ściśle określonym położeniu w stosunku do osi wrzeciona obrabiarki i do narzędzia. Uchwyty należycie spełniają swoje funkcje, jeżeli ich mechanizmy są prawidłowo skonstruowane i wykonane z dokładnością zapewniającą uzyskanie części obrabianej o żądanej dokładności wymiarów i kształtu, określonej na rysunku konstrukcyjnym tej części.
W skład uchwytów wchodzą następujące mechanizmy:
a) mechanizm ustalający,
b) mechanizm podpierający,
c) mechanizm mocujący,
d) mechanizm prowadzący narzędzia.
Przy konstruowaniu wymienionych mechanizmów szczególną uwagę należy zwrócić na zapewnienie dostępu do narzędzi podczas obróbki i możliwości dokonywania pomiarów bez zdejmowania obrabianej części.
Mechanizmy ustalające i podpierające
Części mechanizmu ustalającego oraz punkty oparcia w uchwycie służą do przenoszenia na jego korpus sił wywieranych na część obrabianą przez mechanizm mocujący oraz składowe siły skrawania. Zależnie od kształtu obrabianej części i rodzaju powierzchni, na których jest ustalana, stosujemy odpowiednie powierzchnie części mechanizmu ustalającego. Części mechanizmu ustalającego wykonujemy jako: stałe, nastawne (regulowane) lub samonastawne.
W przypadku gdy główną powierzchnią ustalającą jest płaszczyzna nie obrabiana w danej operacji, jako podpory stosuje się kołki oporowe z łbem wypukłym, naciętym lub płaskim.
Mechanizmy zamocowujące
Warunki, jakim powinien odpowiadać mechanizm zamocowujący. Jedną z trzech podstawowych funkcji uchwytów jest zamocowanie części obrabianej. Część ustalona w uchwycie (pozbawiona niezbędnej liczby stopni swobody) powinna być tak zamocowana, aby nie mogła zmieniać swego położenia pod wpływem sił występujących podczas skrawania. Mechanizm zamocowujący powinien spełniać następujące warunki:
a) powinien być dostatecznie wytrzymały, sztywny i pewny w działaniu,
b) powinien być łatwy (szybki) w obsłudze,
c) powinien być bezpieczny dla obsługi,
d) nie powinien powodować odkształceń części obrabianej,
e) nie powinien zmieniać wartości swego nacisku podczas pracy,
f) nie powinien wymagać znacznego wysiłku fizycznego od obsługi.
Nacisk wywierany na część obrabianą powinien być tak do?brany, aby uniemożliwiał przesuwanie się części pod wpływem sił wy?stępujących podczas obróbki. Na wartość siły potrzebnej do zamocowa?nia części obrabianej w uchwycie wpływają głównie następujące czyn?niki:
a) rodzaj obróbki oraz warunki skrawania i wynikające stąd siły skrawania,
b) punkty przyłożenia mechanizmu mocującego oraz kierunki działania sił skrawania i sił zamocowania
Rozwiązania konstrukcyjne mechanizmów zamocowujących
Klin
Rodzaj mechanizmu zamocowującego dobiera się zależnie od wielkości serii wytwarzanych części, wyposażenia zakładu oraz czasu przeznaczonego na zaprojektowanie i wykonanie uchwytów.
Mechanizmy mocujące oparte na zasadzie równi pochyłej powinny mieć tak dobrany kąt zaklinowania, aby mechanizm był samo-hamowny, tzn. taki, w którym siła tarcia utrzymuje części zamocowujące w położeniu zamocowania. Samohamowność występuje wtedy, gdy tangens kąta zaklinowania a jest mniejszy od współczynnika tarcia, co dla przeciętnych warunków odpowiada pochyleniu 1 : 10. Przy współczynniku tarcia M = 0,1 kąt klina a = 542'30".W przypadku występowania drgań należy przyjmować znacznie mniejszy kąt zaklinowania niż wynika to z wartości współczynnika
Mechanizmy zamocowujące śrubowe
Śruby najczęściej służą do osiowego zamocowywania części obrabianych
Mechanizmy zamocowujące dźwigniowe
Mechanizmy dźwigniowe mają szerokie zastosowanie przy spawaniu i montażu cienkich powłok i kształtek
Mechanizmy zamocowujące złożone
Najczęściej stosowanym i stosunkowo prostym mechanizmem zamocowującym jest mechanizm stanowiący połączenie dźwigni z równią pochyłą. Zewnętrzna siła zwielokrotniona przez śrubę, mimośród lub krzywkę działa na część mocowaną za pomocą dźwigni. Stosunek ramion a i b dźwigni należy dobrać tak, aby siła dociskająca część była równa sile działającej w punkcie podparcia lub większa od niej. Działanie siły zewnętrznej na dźwignię może być dodatkowo zwielokrotnione przez zastosowanie śruby mimośrodu lub krzywki. Kształt dźwigni powinien jej zapewnić podparcie w trzech punktach ? w dwóch na mocowanej części i w jednym na podporze. Jeżeli lokalizacja docisku jest taka, że dźwignia może stykać się z mocowaną częścią tylko w jednym punkcie, to podpora musi zapewnić jej dwa punkty podparcia.
Mimośrody i krzywki
Klin o stałym kącie a nawinięty na powierzchnię walcową tworzy linię spiralną, zwaną spiralą Archimedesa. Spiralę Archimedesa można zastąpić łukami kół o coraz większym promieniu rt; r2; r3; r4 i r5, których środki leżą na obwodzie koła o promieniu e. Spirala ta stanowi mimośród o zmiennym promieniu r i mimośrodowości e.
Tuleje rozprężne
Mechanizmy mocujące z tulejami rozprężnymi i zaciskowymi spełniają jednocześnie funkcję mechanizmów ustalających. Mają one zastosowanie do ustalania części z otworami wykonanymi w klasach dokładności 7 - 10. Część ustalaną zakłada się wewnętrzną powierzchnią walcową na tuleję rozprężną, po czym tuleję rozpiera się stożkiem lub dwoma stożkami , zależnie od jej wymiarów. Pod działaniem stożków rozpierających tuleja rozpręża się i osiuje obrabianą część. Siła tarcia uniemożliwia przesuwanie się obrabianej względem tulei. Tuleja rozprężna powinna mieć co najmniej trzy przecięcia naprzemianległe wzdłuż tworzących na 0,75 długości. Dzięki tym nacięciom przekrój i poprzeczny tulei po jej rozprężeniu ma minimalne odchyłki okrągłości.
Mechanizmy zamocowujące sprężyste
Mechanizmy mocujące siłami wywołanymi odkształceniami sprężystymi przepony są stosowane do obróbki części przy małych siłach skrawania, np. do szlifowania otworów w kołach zębatych, szlifowania powierzchni walcowych tulejek, a nawet do toczenia wykań?czającego. W celu wyeliminowania bicia względem osi wrzeciona obrabiarki do występów przepony mocuje się szczęki przetaczane (na obrabiarce produkcyjnej) na średnicę równą średnicy powierzchni ustalającej obrabianej części.
Mechanizmy zamocowujące z napędem pneumatycznym
Mechanizmy zamocowujące z napędem pneumatycznym mogą być na stałe wbudowane w uchwyty lub mogą stanowić oddzielne znormalizowane zespoły o konstrukcji zapewniającej ich łatwe dołączanie.
Główną częścią mechanizmu jest cylinder lub komora pneumatyczna połączona z siecią sprężonego powietrza, zwykle o ciśnieniu 0,4 - 0,6 MPa. Cylindry pneumatyczne nie wykonujące obrotu dookoła swojej nazywamy stałymi. Są one stosowane w uchwytach do wiercenia, frezowania, wytaczania i szlifowania płaszczyzn oraz transporty międzystanowiskowego.
Obróbka wykańczająca (jakościowa)
Obróbka wykańczająca ma na celu nadanie częściom maszyn wymaganych własności użytkowych, a więc zapewnienie:
a) prawidłowego działania mechanizmu, dzięki uzyskaniu odpowiedniej dokładności wymiarów, kształtu i wzajemnego położenia części;
b) odporności na zużycie i korozję, dzięki uzyskaniu odpowiedniej struktury geometrycznej powierzchni, tj. odpowiedniej chropowatości
i kierunkowości struktury;
c) wytrzymałości na obciążenia dynamiczne i na ścieranie, dzięki nadaniu odpowiedniego stanu warstwie wierzchniej, tj. zgniotu plastycznego i naprężeń powierzchniowych.
Jakość obróbki wykańczającej decyduje o trwałości i własno?ściach użytkowych maszyn i ma duże znaczenie w gospodarce narodowej. Dokładność geometryczną uzyskuje się w cyklu operacji skrawaniem, a odpowiednie własności warstwy wierzchniej ? za pomocą obrób?ki powierzchniowej. W obróbce powierzchniowej naddatek na obróbkę może być usuwany skrawaniem albo pod wpływem tarcia, oddziaływania chemicznego, cieplnego lub elektrycznego.
Rodzaje obróbki wykańczającej
Do obróbki wykańczającej zalicza się:
a) toczenie i wytaczanie dokładne nożami z ostrzami z węglików spiekanych lub nożami diamentowymi,
b) frezowanie dokładne frezami lub głowicami frezowymi z ostrzami z węglików spiekanych,
c) szlifowanie dokładne,
d) docieranie (lapping, lappowanie ? docieranie docierakami),
e) gładzenie (honing, honowanie ? gładzenie pilnikami),
f) dogładzanie (superfinish ? dogładzanie oscylacyjne),
g) obróbkę hydrościerną,
h) śrutowanie,
i) polerowanie.
Ponadto do obróbki wykańczającej zalicza się wiele odmian obróbki cieplno-chemicznej i obróbki elektrycznej.
Automatyzacja obróbki w wydziałach mechanicznych
W ostatnich czasach ogromne zapotrzebowanie rynku na-wszel?kiego rodzaju maszyny spowodowało konieczność dokonania zasadniczych zmian w procesach technologicznych. Zmiany te polegają na wprowadzeniu szeregu usprawnień i ulepszeń, mających na celu skrócenie czasu wykonania danego wyrobu. Na przykład skrócenie czasu obróbki skrawaniem uzyskuje się dzięki zastosowaniu obrabiarek specjalnych przystosowanych do wykonywania ściśle określonych prac. .
Nie zmieniając w zasadniczy sposób procesu technologicznego wzrost wydajności produkcji można osiągnąć stosując obrabiarki, które jednocześnie wykonują planowaną w danej operacji obróbkę kilku tych samych części (np. jednoczesne wiercenie otworów w dwóch sworzniach tłokowych). Nie zmieniając w zasadniczy sposób procesu technologiczne?go można również zwiększyć wydajność dzięki zmniejszeniu czasów pomocniczych przez zastosowanie mechanizmów wykonujących czynności pomocnicze w danej operacji (podawanie obrabianych części, ustalanie ich, zamocowywanie, przenoszenie, kontrola itp.). Przykładem mechanizacji czynności pomocniczych może być zastosowanie automatu jedno-, wrzecionowego zamiast stosowanej uprzednio rewolwerówki.
Zwiększenie wydajności przez zastosowanie bardziej wydajnych metod obróbki (np. zastąpienie frezowania przeciąganiem lub szlifowania kłowego szlifowaniem bezkłowym) wymaga dokonania odpowiednich zmian procesu technologicznego.
Wyżej wymieniono podstawowe metody usprawnienia procesu technologicznego. W praktyce zależnie od istniejących warunków i potrzeb często wprowadza się jednocześnie kilka różnych usprawnień.
Montaż
Montażem .nazywamy składanie części w zespoły niższego rzędu i zespołów niższego rzędu w zespoły wyższego rzędu aż do gotowego wyrobu włącznie.
Zespoły niższego rzędu, stanowiące jednostki montażowe, nie zawsze są zgodne z rysunkami złożeniowymi wykonywanymi przez dział głównego konstruktora. Dzieje się tak dlatego, że w czasie opracowywania procesu technologicznego często ze względów technologicznych pow?staje konieczność wprowadzenia zmian do rozwiązań konstrukcyjnych poszczególnych części. Na przykład często zdarza się, że wykonanie części składowej w granicach proponowanej przez konstruktora tolerancji jest niemożliwe, bądź bardzo kosztowne. Zmiany rozwiązań konstrukcyjnych zaproponowane przez technologa nie mogą wpływać niekorzystnie na funkcjonowanie wyrobu.
Żądane wymiary złożenia otrzymuje się w wyniku składania kilku części. Dokładność wymiaru złożenia zależy od dokładności wyko?nania poszczególnych części.
Technolog projektujący proces technologiczny montażu powinien zapoznać się ze wszystkimi rysunkami złożeniowymi, w celu ustalenia właściwej kolejności łączenia zespołów niższego rzędu w zespół wyższego rzędu.
Zależnie od wartości tolerancji części składowych montaż może odbywać się:
a) z zachowaniem całkowitej zamienności,
b) z zastosowaniem selekcji,
c) z zastosowaniem wkładek kompensacyjnych.
Montaż z zachowaniem całkowitej zamienności stosuje się wówczas, gdy montowane części są wykonane tak dokładnie, że przy montażu zbędne jest ich dopasowywanie. Montaż taki jest bardzo prosty i mogą go wykonywać pracownicy o niższych kwalifikacjach.
Montaż z zastosowaniem selekcji polega na podziale gotowych części na grupy o zawężonych tolerancjach i kojarzeniu ze sobą części należących do tych samych grup. Taki montaż umożliwia stosowanie znacznie większych tolerancji niż montaż z zachowaniem całkowitej zamienności części.
Przy montażu z zastosowaniem wkładek kompensacyjnych wy?konuje się pomiary montowanych części i w zależności od wyników tych pomiarów w celu uzyskania żądanych wymiarów, stosuje się odpowiedniej grubości podkładki.
Podstawowym warunkiem prawidłowego zorganizowania montażu jest montowanie zespołów niższego rzędu na bocznych liniach. Zmontowane zespoły niższych rzędów są następnie dostarczane do głównej linii i na niej łączone w zespoły wyższego rzędu.
Łączenie w zespoły należy tak zaplanować, aby operacja łączenia składała się z prostych zabiegów. Rozwiązanie konstrukcyjne w wielu przypadkach przesądza o kolejności składania części. Już w czasie opracowywania konstrukcji należy przewidzieć sposób montażu zespołów oraz gotowego wyrobu. Konstrukcja nie odpowiadająca wymaga?niom montażowym jest nie dopracowana pod względem technologicznym.
Projektując linię montażową należy dążyć do zastosowania jak największej liczby gotowych zespołów montowanych przez zakłady wykonujące ich części (zespoły z kooperacji), które są dowożone na mon?taż w specjalnych pojemnikach lub paletach. Przy planowaniu kooperacji należy uwzględnić następujące warunki:
? odległości między zakładem macierzystym a zakładami kooperującymi powinny być możliwie najmniejsze;
? jakość wyrobu z zakładu kooperującego nie powinna być niższa od jakości wyrobu wykonanego w zakładzie macierzystym;
? zakład kooperujący powinien prowadzić badania i prace nad doskonaleniem swego wyrobu.
Sposób montażu oparty na daleko idącym podziale na proste operacje montażowe daje dobre wyniki, jeżeli poszczególne operacje są ze sobą zsynchronizowane. Montaż odbywa się wówczas płynnie, bez zatorów i przerw. Montowany wyrób powinien przechodzić kolejno od jednej brygady do następnej lub od jednego pracownika do drugiego. Przesuwanie się montowanego zespołu może być swobodne lub wymu?szone. Przesuwanie swobodne odbywa się na wózkach, a wymuszone ? za pomocą mechanicznych urządzeń transportowych o działaniu ciągłym , lub przerywanym.
Drugim warunkiem prawidłowej organizacji montażu jest właściwe rozwiązanie konstrukcyjne przyrządu, na którym jest montowany dany wyrób. Usytuowanie tego przyrządu powinno umożliwiać dobry dostęp do wyrobu montowanego. W celu uzyskania dostępu ze wszystkich stron przyrządy montażowe powinny być podwieszone, a ich zespoły napędowe powinny znajdować się nad zespołami roboczymi.
Podstawowe operacje montażu
Do podstawowych operacji montażu zalicza się: mycie i rozkonserwowanie,
? wykonywanie połączeń spoczynkowych nierozłącznych,
? wykonywanie połączeń spoczynkowych rozłącznych,
? wykonywanie połączeń ruchowych,
? regulowanie luzów oraz (pomiary ustawcze,
? próby d badania.
Montaż wyrobu
Montaż główny wyrobu, zależnie od tego czy odbywa się w jednym miejscu, czy na linii przesuwającej się ruchem ciągłym lub skokami, nazywamy stacjonarnym albo ruchomym. W przypadku bardzo ciężkich wyrobów montaż główny odbywa się stacjonarnie. Dla wyrobów lżejszych wygodnie jest zorganizować montaż ruchomy. Montaż ruchomy wymaga daleko idącego podziału na proste operacje montażowe i zsynchronizowania ich ze sobą. Ponadto niezbędne jest zapewnienie dostaw części i zespołów do ściśle określonych miejsc linii montażowej. Montaż ruchomy wymaga również bardziej szczegółowego i wnikliwego opracowania procesu technologicznego niż montaż stacjonarny.
Próby wyrobów zmontowanych
Zmontowane wyroby poddaje się kontroli ostatecznej, w ramach której wykonuje się dwa rodzaje prób:
? próby kontrolne, którym podlega każdy egzemplarz wyrobu;
? próby szczegółowe, którym poddaje się pewien procent wyrobów (-4-5%).
Próby pierwszego rodzaju wykonuje się za pomocą urządzeń zainstalowanych na linii montażu, najczęściej bez zdejmowania wyrobu z uchwytu montażowego.
Próby drugiego rodzaju wykonuje się 'na specjalnych stanowiskach zainstalowanych w oddzielnych pomieszczeniach.
Transport w procesie montażu
W kolejnych stadiach montażu stosuje się różne środki transportu. Transport montowanych zespołów może różnić się zasadniczo od transportu zespołów niższego rzędu i części, dostarczanych na linię montażu głównego.
Transport na montażu głównym może 'być wymuszony, czyli odbywający się z określoną prędkością, lub o prędkości dowolnej. Do urządzeń transportu wymuszonego zalicza się uchwyt krążący wraz z zamocowanym w nim zespołem .montowanym. Uchwyt taki i może po?ruszać się na konstrukcji podwieszonej lub na przenośniku taśmowym. Do urządzeń transportu o prędkości dowolnej zalicza się wózki, na których są montowane zespoły lub gotowe wyroby oraz krążące pojemniki, do których wkłada się (lub zawiesza) zespoły niższego i wyższego rzędu, podczas gdy 'montaż odbywa się na przyrządach i urządzeniach stojących obok.
Zespoły, zespoły niższych rzędów oraz części są dostarczane na główną linię montażu w specjalnych pojemnikach lub paletach za pomocą wózków akumulatorowych lub przenośników podwieszonych o ruchu wymuszonym. W przypadku dowożenia części oraz zespołów na główną linię montażu za pomocą wózków należy przewidzieć odpowiednie miejsca składowania i drogi przejazdowe.