Маршрут и операции: черновая и чистовая, термообработка, установы, тип производства

Процесс, операция, установ, переход

ГОСТ 3.1109-82 задаёт словарь, на котором написаны технологические документы. Технологический процесс — часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. Его делят на уровни, и на каждом уровне технолог решает своё.

На станке с ЧПУ установ обычно соответствует своему нулю детали и своей программе или её части, а переход — работе одного инструмента. Поэтому решения маршрута напрямую превращаются в структуру CAM-проекта: число установов — это число систем координат детали, переходы — список операций в дереве CAM.

Установ — главная статья риска. Каждый новый установ — это снятие детали, закрепление, привязка и проверка. Поверхности, обработанные с разных установов, связаны между собой не станком, а точностью перебазирования.

Зачем разделять черновую и чистовую обработку

Черновая обработка снимает основную массу металла, чистовая получает размер и шероховатость по чертежу. Делить их технолога заставляют четыре причины.

Точность растёт ступенями. Справочник технолога-машиностроителя (т. 1, 1986) даёт экономически достижимые квалитеты для стальных деталей: черновое наружное точение — 12–14, получистовое — 11–13, чистовое — 8–10, тонкое — 6–9, чистовое шлифование — 6–7. По тому же справочнику каждый следующий переход повышает точность на черновых операциях на 1–3 квалитета, на чистовых — на 1–2. Если на чертеже 6-й квалитет, за один проход его не получить — нужна цепочка переходов, часто с другим станком в конце. Как читать допуски на чертеже, разобрано в уроке 1.

Деталь меняет форму после снятия металла. Статья о закреплении заготовки советует после черновой обработки ослабить зажим, дать детали «отпустить» внутренние напряжения и зажать заново с меньшим усилием. Для маршрута это значит: черновой и чистовой проход по ответственной поверхности лучше разнести хотя бы на переходы с перезажимом, а для нежёстких деталей — на разные операции.

Термообработка коробит. Закалка даёт коробление и окалину. Поэтому основная масса металла снимается до неё, а коробление после закалки выбирает чистовая обработка или шлифование. Черновую обработку к тому же удобнее вести в отожжённом или нормализованном состоянии: твёрдость ниже, режимы выше.

Чистовым базам нужна обработанная поверхность. На второй установке базируются по уже обработанной поверхности, а не по черновой, — иначе соосность двух сторон детали будет не лучше биения заготовки. Значит, первыми в маршруте идут переходы, которые создают чистовые базы. Схемы баз и степеней свободы по ГОСТ 21495-76 — в уроке 2.

Термообработка и покрытие в маршруте

Место термообработки задаёт требование чертежа. Типовые маршруты из статьи о термообработке стали:

Азотирование — исключение из правила «чистовая после термообработки»: по лекциям ТПУ его проводят на готовых деталях после окончательной механической обработки и улучшения. Величину припуска под обработку после закалки назначает технолог по размеру детали, способу обработки и опыту термоучастка — универсальной цифры нет. После закалки на высокую твёрдость окончательную обработку ведут шлифованием или точением твёрдым инструментом, и это отдельная операция со своим станком и своей программой.

Покрытие тоже меняет размер, и это нужно учесть в программе. Гальваническое покрытие толщиной t растёт на каждой стороне: диаметр вала увеличивается на 2t, отверстия — уменьшается на 2t. ГОСТ 9.303-84 (приложение 1а) требует обеспечивать размеры проверкой до покрытия и контролем толщины покрытия. Значит, программа и карта контроля операции перед покрытием работают с размером «до покрытия», а не с размером чертежа. Как пересчитать предельные размеры под толщину слоя, показано в статье «Никелирование и хромирование».

Покупные операции удлиняют маршрут не только по технологии. Подрядчики по термообработке и покрытиям часто ставят минимальную сумму заказа, а доставка и входной контроль добавляют дни. Это повод собирать такие операции в одно место маршрута, а не возить деталь к подрядчику дважды.

Концентрация операций или разделение

Технолог выбирает: сделать деталь за одну-две установки на сложном станке или разнести операции по простым станкам.

Токарно-фрезерный центр. Приводной инструмент с осью C, ось Y и противошпиндель позволяют, по описанию производителя инструмента, сделать тело вращения с лысками, пазами и отверстиями полностью. Главное преимущество — нет повторного базирования: соосность и позиция фрезерных элементов относительно оси задаются станком, а не точностью переустановки. С прутковым податчиком противошпиндель даёт выпуск готовых деталей без оператора.

Обработка 3+2. Поворотные оси встают под угол и стоят, режут три линейные оси. Так обрабатывают пять сторон корпуса за один установ, а глубокий карман — фрезой с меньшим вылетом. Производитель систем ЧПУ называет сокращение установов одной из причин перехода цехов на пять осей. Программа внутри наклонной плоскости — обычная трёхосевая, поэтому 3+2 проще проверить, чем непрерывную пятиосевую обработку.

Концентрация выгодна не всегда. Сравнивают весь маршрут, а не время резания:

Цена концентрации — риск столкновений. Каждая поворотная ось добавляет положения, в которых шпиндель или голова задевают стол, тиски или деталь. Поэтому маршрут с 3+2 или токарно-фрезерной операцией сразу требует симуляции с моделью станка — об этом урок 4.

Тип производства и партия

ГОСТ 14.004-83 различает единичное, серийное и массовое производство. Партия — детали одного наименования, которые запускают в обработку при одном подготовительно-заключительном времени. Партия и годовая программа — разные вещи: пятьдесят деталей один раз и пятьдесят каждый месяц требуют разных решений.

Время на операцию нормируют как штучно-калькуляционное: Тшк = Тшт + Тпз / n. Подготовительно-заключительное время — получить чертёж и программу, установить приспособление и инструмент, привязать нули, сделать и проверить первую деталь — тратится один раз на партию. В условном примере статьи о себестоимости одна втулка стоит 9 198 ₽, при партии 10 шт. — 1 458 ₽, при партии 100 шт. — 724 ₽.

Отсюда правила маршрута:

• Единичное и мелкосерийное производство — универсальная оснастка, минимум специальных приспособлений, программа, которую быстро подготовить и проверить. Лишний установ здесь дешевле, чем приспособление под одну деталь.
• Серия и повторяющиеся заказы — окупаются специальные губки, приспособления, нулевые системы базирования, отладка программы на минимальное время цикла и работа от прутка. Подробный расчёт — в уроке 8.

Документы: маршрутная, операционная карта и карта наладки

ГОСТ 3.1109-82 различает маршрутное описание процесса — все операции в последовательности выполнения, без переходов и режимов — и операционное, где у каждой операции есть переходы и режимы. Первое оформляют маршрутной картой, второе — операционными картами на каждую операцию.

Карта наладки — документ к станку: приспособление, инструменты по позициям, нуль детали и программа. Повторяющиеся заказы по ней налаживают быстрее. Что из этих документов берёт оператор, разобрано в уроке «Чертёж и операционная карта» курса для операторов. Для технолога важно, чтобы номер операции и установа в карте совпадал с программой: оператор сверяет их на экране.

Что проверить перед выдачей программы

• Номер операции и установа в программе совпадает с маршрутной и операционной картой, а нуль детали в карте наладки — с нулём в CAM-проекте.
• Чистовые переходы ответственных поверхностей идут от уже обработанных баз, а не от черновых поверхностей заготовки.
• Если после операции идёт закалка, программа оставляет припуск под окончательную обработку; если гальваническое покрытие — выводит размер «до покрытия».
• Для стали прочнее 1000 МПа с гальваническим покрытием в маршруте есть обезводороживание или письменное освобождение от него.
• Операция на токарно-фрезерном центре или с 3+2 прошла симуляцию с моделью станка до выдачи в цех.