И НОРМ ШТУЧНОГО ВРЕМЕНИ НА ОБРАБОТКУ

Цель работы: привить студентам навыки самостоятельной работы при выборе и расчете режимов механической обработки деталей резанием, тем самым, закрепив знания, полученные при изучении специальных дисциплин, а также полученных при прохождении производственной, учебной и технологической практики.

Изучить методику расчета их основных параметров.

1. Общие сведения

1.1. Расчет режимов обработки и норм штучного времени на обработку деталей резанием

Обработка резанием является одним из самых важных переделов при изготовлении деталей. Эта значимость обусловлена следующими качествами данного вида обработки:

1. Высокая точность обработки.

2. Достаточно высокая производительность.

3. Высокая уникальность обработки резанием.

Парк металлорежущего оборудования в ремонтном производстве состоит в основном из универсального оборудования, что вызывает необходимость правильного выбора, в каждом конкретном случае, режимов резания, инструмента, приспособлений и т.д.

Существующая гамма лезвийного режущего инструмента позволяет наиболее целесообразно использовать каждый из видов при обработке всего разнообразия применяемых материалов.

Необходимо также иметь представление о поведении металла в процессе резания, что позволяет более обоснованно подходить к выбору материала для изготовления детали (заготовки)

1.2. Способы назначения режимов резания

Установление режимов обработки производится аналитическим и статистическим методами. При аналитическом методе расчета, элементы режимов обработки находятся во взаимной, функциональной зависимости, устанавливаемой эмпирическими формулами.

При выборе режимов обработки необходимо придерживаться определенного порядка, т.е. при назначении и расчете режима обработки учитывают тип и размеры режущего инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип оборудование и его состояние.

При определении режимов резания статистическим (табличным) методом используют нормативные таблицы в зависимости от выбранного типа производства и установленного вида обработки заготовки. Определение режимов обработки табличным методом широко применяют в производственных условиях, т.к. этот метод сравнительно прост и дает возможность ускорить разработку технологических процессов и сократить сроки подготовки к запуску изготовления данного изделия.

Элементы режимов резания находят, решая задачи о наиболее рацио­нальном режиме резания. Решение такой задачи сводится к нахождению, для данной конкретной обработки, таких значений t, S_o и V:

- при которых, соблюда­лась бы заданная стойкость резцов Т;

- которые выдерживались бы станком и инструментом;

- при которых, выпуск продукции стал бы наибольшим.

1.3. Выбор и взаимосвязь элементов режимов резания при точении

Параметрами, характеризующими режим резания при точении, являют­ся: скорость резания – «V», глубина резания – «t» и подача – «S_o».

Скорость резания при токарной обработке - это путь перемещения в единицу времени обрабатываемой поверхности заготовки относительно ре­жущей кромки инструмента. Скорость резания «V» подсчитывается по эмпири­ческой формуле и измеряется в м/мин.

V= , (6.1)

Подача «S_o» - это величина перемещения режущей кромки резца за один оборот обрабатываемой заготовки. Размерность – (мм/об).

Подача минутная:

S_мин = Sn, (6.2)

где S – подача на один оборот, мм / об; n – число оборотов обрабатываемой заготовки или режущего инструмента в минуту.

Подача на зуб, мм/зуб:

S_z = , (6.3)

где z – число зубьев режущего инструмента при работе многолезвийным инструментом.

Глубина резания «t» - это величина снимаемого слоя материала, рас­сматриваемая как расстояние между обрабатываемой и обработанной по­верхностями, измеренное нормально к последней. Размерность – (мм).

Глубина резания при точении определяется как полуразность диамет­ров до «D» и после обработки «Do», за один проход резца:

t = . (6.4)

При сверлении:

t = 0,5D. (6.5)

При фрезеровании, строгании, шлифовании поверхностей:

t =Н – h; (6.6)

где Н – размер обрабатываемой поверхности до обработки;

h – размер обрабатываемой поверхности после одного прохода режущего инструмента.

1.4. Выбор режимов резания при точении

Одним из определяющих факторов, влияющих на выбор режимов реза­ния, является время обработки. Главной составляющей времени обработки является основное время «Т_о», представляющее собой время, которое затрачи­вается непосредственно на изменение формы и размеров заготовки при пе­ремещении резца из положения 1 в положение 2 (рис.6.1)

1 2

Рис. 6.1. Длина хода резца при продольном точении (расчетная длина),

1 и 2 - положение резца в начале и конце резания

Уменьшение основного времени, возможно путем выбора рационального сочетания элементов режима резания - t, So, V.

При выборе рациональных режимов резания, обеспечивающих требуе­мую производительность обработки, большое значение имеет также правильный выбор периода стойкости инструмента «Т».

При увеличении или уменьшении скорости обработки V, соответственно уменьшается или увеличивается «Т». Поэтому необходимо выбирать либо увеличение «V», соответ­ственно увеличивая производительность обработки и уменьшая стойкость инструмента «Т» (что вызо­вет частную смену инструмента); либо уменьшение V (уменьшая производи­тельность обработки и увеличивая период стойкости инструмента Т).

Целесообразный период стойкости инструмента может быть различным в зависимости от конкретных условий производства. Экономический период стойкости Т_Эк, это период, соответствующий наименьшей себестоимости изготовления детали и определяемый стоимостью станка и инструмента, минутной зара­ботной платой рабочего, временем на смену инструмента и другими органи­зационно-техническими условиями производства, данные о которых приво­дятся в нормативах режимов резания.

Для проходных токарных резцов рекомендуются периоды стойкости Т=15...60 мин.

Так как на стойкость инструмента, глубина резания и подача оказывают меньшее влияния, чем скорость резания, величины «t» и «S» следует назначать возможно большими, независимо от периода стойкости «Т», с учетом лишь технологических факторов: припуска на обработку (h=D_з-D_д), требований к каче­ству обработанной поверхности и жесткости СПИД.

1.4.1. Элементы режима резания назначают в следующем порядке:

1. Используя нормативы по режимам, учитывая припуск на обработку и назначение операции, выбирают глубину резания t (мм)

При черновой обработке следует назначать наибольшую глубину резания, равную всему межоперационному припуску «h» на обработку, если это позволяют жесткости крепления заготовки, режущего инструмента, а также жесткость и мощность выбранного станка.

Если по технологическим причинам не­обходимо два прохода, то при первом (черновом) проходе следует снимать до 80% припуска, а при чистовом - остальные 20%.

При чистовой обработке основные критерии обрабатываемости - шеро­ховатость поверхности «R_a», точность обработки и стойкость инструмента «Т», при принятой скорости резания «V». При черновой - стойкость инструмента «Т», при соответствующей скорости резания «V» и силе резания «P_z».

При чистовой обработке глубину резания следует назначать в пределах 0,5….2,0 мм на диаметр при шероховатости поверхности «R_a» = 4 мкм и в пределах 0,1…0,4мм на диаметр при «R_a» = 2,5…1,25мкм.

Глубина резания для различных видов обработки определяется по формулам (6.4, 6.5, 6.6).

2. Имея величину «t» и ориентируясь на максимальную, технологически допустимую подачу, прини­мают наибольшую подачу «S_o», исходя из прочности державки и пластинки твердого сплава, мощности станка, режущих свойств инструмента, жесткости и виброустойчивости системы СПИД (формулы 6.2, 6.3). При чистовой обработке поверхности детали величина подачи зависит от технологических факторов, определяе­мых требованиями точности и допустимой шероховатости обработанной по­верхности. От правильно установленной подачи во многом зависит качество обработки и производительность труда. Для черновых технологических операций назначают максимально допустимую подачу.

3. Скорость резания определяют исходя из экономи­ческой стойкости инструмента, которая в нормативных справочниках принята как средняя (формула 6.1). Определяют скорость резания для определенных условий работы, и если конкретные условия отличаются от данных таблицы, тогда скорость резания, взятая из таблицы, умножается на поправочные коэффициенты.

4. По табличным нормативам определяют частоту вращения шпинделя станка и уточняют ее по паспорту станка. Обычно принимают ближайшее (меньшее) значение или (большее) число частоты вращения шпинделя станка, если оно превышает паспортные данные не более чем на 10%.

5. Определяют действительную скорость резания.

Связь частоты вращения шпинделя станка (расчетная) со скоростью резания:

n_р = , мин ^-1,

где V_р – расчетная скорость резания, м/мин; D – диаметр заготовки при точении (диаметр фрезы, сверла), мм. По паспортным данным станка определяют «n», близкую к расчетной «n_p», обычно n_max и n_min.

6. Проверяют режимы резания по мощности станка. Потребная мощность для резания, взятая из нормативных таблиц, не должна превышать фактической мощности электродвигателя станка.

При недостаточной мощности привода станка, рекомендуется уменьшать скорость резания, а не подачу или глубину резания, т.к. одинаковое изменение указанных параметров, обеспечит большее повышение стойкости режущего инструмента.

7. Производят расчет времени выполнения операции. Определяют технические нормы времени на технологический переход или операцию на основе расчета режимов резания и возможностей режущего инструмента, технологической оснастки и станочного оборудования.

1.5. Влияние физико-механических свойств материала на обрабатываемост

К основным параметрам, характеризующим обрабатываемость метал­лов, относятся:

- сопротивление резанию (мощность, силы резания);

- скорость резания при соответствующей стойкости инструмента;

- шероховатость обработанной поверхности.

Обрабатываемость металлов резанием зависит от химического состава и структуры обрабатываемого металла, его механических свойств, способно­сти к наклепу, физических свойств (теплоёмкости, теплопроводности).

Большое влияние на обрабатываемость сталей оказывает их химиче­ский состав. С увеличением в стали содержания углерода повышается её ме­ханическая прочность и, соответственно, возрастает сопротивление резанию. При обработке заготовки из стали с малым содержанием углерода (0,1-0,25)% получают большую шероховатость поверхности. В результате повышения со­держания некоторых легирующих элементов (Cr, Mo, V, W, Ti) увеличивается прочность стали и ухудшается теплопроводность, что ведет к ухудшению об­рабатываемости. Кремний снижает обрабатываемость стали вследствие об­разования силикатных абразивных включений. При повышенном содержании серы и свинца улучшается обрабатываемость стали. Так, стали автоматные (А12, А20 и др.) с повышенным содержанием серы (до 0,15%) обрабатывают­ся лучше, чем малоуглеродистые стали. Свинец улучшает обрабатываемость благодаря «смазывающему» действию дисперсно распределенных частиц на границах зёрен

Заготовки из стали с крупнозернистой структурой обрабатываются ре­жущим инструментом лучше, чем с мелкозернистой.

Наилучшую обрабатываемость имеет сталь со структурой пластинчато­го перлита. Для зернистого перлита характерны пониженная прочность и по­вышенная пластичность. Класс шероховатости обработанной поверхности за­готовок из стали со структурой зернистого перлита будет ниже, чем со струк­турой пластинчатого перлита. Феррит при залегании в виде широких полос или крупных скоплений способствует увеличению шероховатости поверхности после обработки. Сталь со структурой феррит - зернистый цементит, обраба­тывается особенно плохо. Хорошую обрабатываемость имеет сталь со струк­турой сорбит и сорбит-феррит.

В ряде случаев для улучшения обрабатываемости стальные заготовки подвергают предварительной термической обработке, которая определяет структуру стали или сплава, характер расположения и размеры зерен. Так, нержавеющие высокохромистые стали имеют удовлетворительную обраба­тываемость в отожженном состоянии, применяемые скорости резания только в 1,5-2 раза ниже, чем при обработке стали 45. Термическая обработка этих сталей, увеличивающая их прочностные характеристики, резко ухудшает об­рабатываемость (рекомендуемая скорость резания снижается в 4 раза). Для аустенитных сплавов, имеющих карбидную фазу, закалка ухудшает обраба­тываемость, при этом, чем больше в сплаве углерода, тем выше степень ухудшения. Обрабатываемость нержавеющих сталей и жаропрочных сталей и сплавов может быть значительно улучшена путем снижения их пластичности предварительной обработкой холодом. На обрабатываемость резанием ока­зывает влияние размер зерна: мелкозернистая структура обрабатывается лучше, чем крупнозернистая.

Пластичные металлы и сплавы с большой способностью к наклепу об­рабатываются труднее, чем менее пластичные. Металлы с большей тепло­проводностью и теплоемкостью обрабатываются лучше вследствие лучшего отвода теплоты из зоны резания.

2. Расчет технической нормы времени и ее составляющих элементов

Одним из основных показателей целесообразности выбора операций является норма времени Т_шт.Задача нормирования – установление технически обоснованных норм времени.Технические нормы времени на обработку заготовки определяют на основе технических возможностей технологической оснастки, режущего инструмента, станочного оборудования, правильной организации рабочего места и схемы построения технологической операции.

Норма времени является одним из основных факторов для оценки совершенства технологического процесса и выбора наиболее прогрессивного варианта обработки заготовки. Проектируя любой вариант операции, следует стремиться к снижению нормы времени, что достигается уменьшением основного Т_о и вспомогательного Т_всп времени.

2.1. В крупносерийном и массовом производстве общая норма времени (мин) на механическую обработку одной заготовки (Т_шт):

Т_шт = Т_о + Т_всп + Т_обс + Т_отд, (6.7)

где Т_о – технологическое (основное) время, (это часть штучного времени), время непосредственного воздействия инструмента на заготовку, мин;

Т_всп – вспомогательное время на установку, закрепление и снятие заготовки, время на управление станком при подготовке рабочего хода и все действия в течение перехода (выполнение измерений и т.д.), мин.

Вспомогательное время определяют по нормативным таблицам. Оно зависит от выбранной технологической оснастки, методов обработки и станочного оборудования.

Т_обс – время на организационное и техническое обслуживание рабочего места, затрачиваемое исполнителем на поддержание средств технологического оснащения в работоспособном состоянии и уход за ними и рабочим местом, мин;

Т_отд. - время на личные потребности, отдых и естественные надобности, (при утомительных работах, на дополнительный отдых), мин.

Т_обс + Т_отд = Т_доп - дополнительное время, определяется в % от оперативного:

Т_доп = (Т_о + Т_всп) К_доп /100, (6.8)

где К_доп – число процентов, оценивающее долю дополнительного времени;

Для крупносерийного и массового производства К_доп = 7…10%, для серийного и мелкосерийного К_доп = 6…8%.

На основании нормы времени определяют норму выработки (число заготовок, обработанных в единицу времени):

Q_ч = 60 / Т_ш - норма выработки в час;

Q_см = 60 Т_см / Т_ш – норма выработки в смену.

2.2. Определение основного времени.

Технологическое время для многих видов обработки определяют расчетом по формуле:

Т_о = L_р.х i ∕ (n_ст s_ст), (6.9)

где L_р.х – расчетная длина рабочего хода инструмента, т.е. путь, проходимый режущим инструментом в направлении подачи, мм;

i – число рабочих ходов режущего инструмента;

n_ст – частота вращения шпинделя станка, принятая по паспорту станка, об∕ мин;

s_ст – подача по паспортным данным станка, мм/об.

– минутная подача, или скорость перемещения инструмента в направлении подачи, мм/мин.

Расчетную длину рабочего хода режущего инструмента определяют по формуле:

L_р.х = l_рез + l ₁ + l ₂+ l₃ мм, (6.10)

где l _рез – длина обрабатываемой поверхности резания в направлении подачи, мм;

l₁ - длина пути врезания инструмента, мм.

При точении l₁ = , где t – глубина резания, (6.11)

При сверленииl₁ = , где R – радиус сверла, мм. (6.12)

При фрезеровании l₁ = , (6.13)

где D - диаметр фрезы, мм; t - глубина фрезерования, мм; «φ» - глав­ный угол резца в плане (^о).

l₂ - длина перебега режущего инструмента (учитывается только при обработке на проход), принимается равной 2 – 5мм.

l₃ – величина пути для снятия пробных стружек или для замеров детали, l₃ = 5 – 8 мм. При работе на настроенных станках l₃ = 0.

Длину подвода инструмента, врезания, перебега инструмента выбирают по таблицам или рассчитывают исходя из конкретных условий обработки заготовки.

2.3. Определение оперативного времени

Сумму основного и вспомогательного времени называют оперативным временем:

Т_о + Т_всп = Т_оп - оперативное время;

Оперативное время является основной составляющей штучного времени.

2.4. Время на обслуживание рабочего времени и время на личные надобности

Время на обслуживание рабочего места и время на личные надобности часто берут в процентах от оперативного времени:

Т_обс = (3-8%)Т_оп; Т_отд =(4-9%)Т_оп; Т_обс + Т_отд 10%Т_оп.

2.5. Штучно-калькуляционное время

Штучно-калькуляционное время Т_шк определяет норму времени – время выполнения определенного объема работ в конкретных производственных условиях одним или несколькими рабочими. В состав штучно-калькуляционного времени входит, помимо штучного времени, еще и время на подготовку рабочих и средств производства к выполнению технологической операции и приведение их в первоначальное состояние после её окончания – подготовительно-заключительное время Т_пз. Это время необходимо для получения задания, приспособлений, оснастки, инструмента, установки их, для наладки станка на выполнение операции, снятие всех средств оснащения и сдачи их. В штучно-калькуляционное время подготовительно-заключительное время входит как доля его, приходящаяся на одну заготовку. Чем больше число заготовок «n» обрабатывается с одной наладки станка (с одного установа в одной операции), тем меньшая часть подготовительно-заключительного времени входит в состав штучно-калькуляционного:

Т_шк = Т_шт + . (6.14)

В массовом производстве Т_пз принимается равным нулю, так как практически вся работа выполняется при одной наладке станка.