Технологичность для станков с ЧПУ: радиусы, глубина карманов, доступ инструмента и число установов

Технологичность — работа конструктора

ГОСТ 14.205-83 определяет технологичность конструкции изделия как совокупность свойств конструкции, определяющих её приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, техническом обслуживании и ремонте. Для цеха важна производственная технологичность — при подготовке производства, изготовлении и монтаже.

Что говорит ГОСТ 14.201-83:

• обеспечение технологичности — взаимосвязанное решение конструкторских и технологических задач (п. 1.1);
• отработку конструкции на технологичность ведут на всех стадиях разработки и при технологической подготовке производства (п. 1.3);
• работу ведут вместе разработчики конструкторской и технологической документации и изготовитель, а отвечают за неё разработчики конструкторской документации (п. 3.4);
• требования зависят в том числе от вида изделия, объёма выпуска и условий конкретного производства (п. 3.1).

Оценивают технологичность показателями: трудоёмкость изготовления, материалоёмкость, технологическая себестоимость — часть себестоимости, определяемая затратами на технологические процессы (ГОСТ 14.205-83). Точные показатели считают технологи. Конструктору достаточно понимать, какие его решения делают эти числа больше.

Как технолог читает чертёж и что он предлагает конструктору, — в уроке «Чертёж глазами технолога». Как точность и шероховатость влияют на цену, разобрано в уроке «Шероховатость, допуски формы, резьбы и фаски». Здесь — геометрия.

Внутренние радиусы и диаметр фрезы

Фреза круглая, поэтому внутренний угол кармана всегда получается с радиусом. Для чистового прохода производитель инструмента рекомендует фрезу диаметром не больше 1,5 радиуса угла. Это рекомендация производителя, а не норма стандарта. Он же советует оставлять в углах наибольший возможный радиус.

Почему это так и что происходит с фрезой в углу, разобрано в статье «Фрезерование пазов и карманов». Решения конструктора:

• Радиус угла — наибольший из допустимых. Если функции хватит любого радиуса до какого-то значения, пишите его как наибольший допустимый, а не как точный.
• Одинаковые радиусы. Пять разных радиусов на одной детали — пять фрез и пять смен инструмента. Если функции всё равно, сделайте их одинаковыми.
• Острый угол фрезой не получить. Если в угол входит ответная деталь с острой кромкой, обсудите с цехом поднутрение в углу вместо малого радиуса.

Глубина кармана и вылет инструмента

Чем глубже карман, тем длиннее должен быть вылет фрезы. Производитель инструмента предупреждает: при вылете больше четырёх диаметров инструмента склонность к вибрациям становится заметнее, и советует всегда брать самый короткий инструмент. Порог в четыре диаметра — тоже его рекомендация. Для длинных вылетов и глубоких полостей он предлагает особые стратегии — но это время и риск, а не бесплатный выход.

Учебный пример. Карман глубиной 30 мм. Вылет фрезы — не меньше глубины кармана.

• Радиус углов 3 мм: чистовая фреза не больше 1,5 · 3 = 4,5 мм, берут 4 мм. Вылет — не меньше 30 / 4 = 7,5 диаметра, почти вдвое больше порога.
• Радиус углов 8 мм: фреза до 1,5 · 8 = 12 мм. Вылет — 30 / 12 = 2,5 диаметра, в пределах порога.

Глубина та же, а изменился один радиус — и фреза стала в три раза толще.

Доступ инструмента и установы

Доступ инструмента

Фреза подходит к детали по оси шпинделя. Элемент, к которому прямого подхода нет, требует другого установа, поворотной оси, специального инструмента или другого способа обработки. Что проверить в модели:

• Можно ли дотянуться прямой фрезой от открытой стороны до каждой обрабатываемой поверхности — без столкновения державки со стенками.
• Поднутрения и пазы в боковых стенках. Это отдельный инструмент или отдельный установ. Если поднутрение не нужно функции, уберите его.
• Элементы на наклонных гранях. На трёхосевом станке это приспособление под угол или станок с поворотными осями. Что даёт обработка 3+2 — в статье «Обработка 3+2 и непрерывная 5-осевая».
• Закрытые полости механической обработкой не получить. Их делают сборкой, сваркой или другим способом — это решение конструкции, а не цеха.

Установы и базы

Установ по ГОСТ 3.1109-82 — часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении заготовки. Каждый новый установ добавляет снятие, закрепление и привязку. И что важнее для точности: поверхности одного установа связаны точностью станка, а поверхности разных установов — ещё и точностью повторного базирования.

Решения конструктора:

• Точные взаимосвязанные элементы — с одной стороны. Если два отверстия связаны жёстким допуском соосности или позиции, конструкция должна позволять обработать их за один установ.
• Ровная база и место под зажим. Плоская установочная поверхность и параллельные грани под губки тисков упрощают оснастку. Деталь без таких поверхностей цех будет держать в специальном приспособлении.
• Базы чертежа — реальные поверхности. Если размеры заданы от поверхности, на которую деталь можно поставить, технологу не придётся пересчитывать размерную цепь.

Как технолог выбирает заготовку и базирует её, — в уроке «Заготовка и базирование», как собирает маршрут и решает, сколько установов будет, — в уроке «Маршрут и операции».

Стандартные отверстия и резьбы

ГОСТ 14.201-83 среди работ по снижению трудоёмкости называет увеличение серийности через стандартизацию и унификацию, ограничение номенклатуры составных частей и применение стандартного технологического оснащения (п. 3.3.1). Среди показателей технологичности стандарт называет и коэффициент унификации конструктивных элементов. Для механообработки это значит:

• Резьбы — стандартные и одинаковые. Если на детали можно обойтись одним-двумя размерами резьбы, оператор поставит меньше метчиков, а у ОТК будет меньше калибров.
• Отверстия под резьбу и под крепёж — по стандарту. Диаметры берут из таблиц, а не «по модели»: какие и почему — в статье «Отверстие под метрическую резьбу».
• Точные отверстия — из стандартного ряда посадок. Отверстие с полем, под которое есть развёртка или калибр, делают инструментом из наличия.
• Дно глухого отверстия. Сверло оставляет коническое дно. Плоское дно — это отдельный инструмент; задавайте его, только если он нужен функции.

Что проверить перед выдачей чертежа

• Радиусы внутренних углов — наибольшие из допустимых, по возможности одинаковые, записаны как наибольшие допустимые.
• Глубокие карманы имеют радиус углов, который позволяет фрезу без длинного тонкого вылета.
• К каждой обрабатываемой поверхности есть прямой подход инструмента; поднутрения и наклонные элементы оставлены только там, где они нужны функции.
• Точные взаимосвязанные элементы можно обработать с одной стороны, у детали есть ровная база и место под зажим.
• Резьбы и отверстия — стандартные, их номенклатура сведена к минимуму, плоское дно и нестандартные размеры только по функции.