Расчет припусков

Величина припуска на механическую обработку зависит от ряда факторов, среди которых: материал заготовки, ее конфигурации и размеры, способ получения заготовки, требования к свойствам материала изделия после механической обработки, точность размеров и шероховатость поверхности.

В настоящее время используются два метода определения припусков на механическую обработку: опытно-статический и расчетно-аналитический.

При использовании опытно-статического метода величина припуска устанавливается по стандартам и таблицам, которые составлены на основе обобщения и систематизации производственного опыта. Припуски на механическую обработку поковок, изготовленных различными методами, и отливок из различных металлов и сплавов приведены в ГОСТ 7505-89, ГОСТ 7062-79, ГОСТ 7829-70, ГОСТ 26645-89. В этих ГОСТах припуски даны в зависимости от массы и габаритных размеров деталей, их конструктивных форм, заданной точности и шероховатости обрабатываемой поверхности.

Недостаток этого метода заключается в том, что припуски назначаются независимо от вида технологического процесса. Они, как правило, завышены, т.к. с целью исключения брака назначаются с учетом наиболее неблагоприятных условий обработки. Это приводит к увеличению расхода материала и повышению себестоимости обработки.

Расчетно-аналитический метод основан на определении расчетным путем минимального припуска. Величина этого припуска должна быть такой, чтобы на данной операции были удалены погрешности текущей и предшествующей обработки. Величина этих погрешностей определяется по справочникам. Расчеты производятся по следующим формулам. Припуск на диаметр для поверхностей вращения:

2*z_i^min=2*(Rz_i-1+h_i-1+√Δ²∑_i-1+ε_i²) (48)

Симметрический припуск для плоских поверхностей

2*z_i^min=2*(Rz_i-1+h_i-1+∑_i-1+ε_i) (49)

Асимметрический припуск на каждую сторону и односторонний припуск для плоских поверхностей

z_i^min=Rz_i-1+h_i-1+∑_i-1+ε_i (50)

В этих формулах: Rz_i-1 – высота микро-неровностей после предыдущей обработки; h_i-1 - толщина дефектного слоя материала, возникшего в результате предыдущей обработки; ∑_i-1 – толщина слоя металла, который необходимо удалить для компенсации, так называемых, пространственных отклонений расположения поверхностей, оставшихся от предыдущей обработки; ε_i – погрешности установки базирования и закрепления на данной операции.

В приведенных формулах Δ∑_i-1 и ε_i векторные величины. Для поверхностей I вращения их направление точно определить нельзя. Поэтому приближенно принимают, что эти векторы перпендикулярны и складывают их в формуле (48) по правилу квадратного корня. К пространственным отклонениям отнес отклонения соосности, параллельности, перпендикулярности, пересечения осей и в некоторых случаях отклонения формы-отклонения от плоскостности и прямолинейности. Другие погрешности формы, например, отклонения от цилиндричности, округлости, при этом не учитываются, т.к. предполагается, что эти отклонения не превышают допуск на размер обрабатываемой поверхности.

Следует отметить также, что в формулах (48) и (50) величиною z_i^minопределяется припуск на сторону.

Расчет припусков ведут от размеров готовой детали к размерам исходной заготовки. Минимальный припуск определяется по формулам (48)-(50). Межоперационные размеры определяют по следующим формулам (рис.59).

Для наружных поверхностей с симметричным припуском d_i-1^min=d₁^max+2*z₁^min; d_i-2^max=d_i-2^min+Td_i-1 (51)

Аналогичным образом для внутренних поверхностей

D_i-1^max=D₁^min – 2* z₁^min; D_i-1^min= D_i-1^max - ТD _i-1 (52)

Для асимметричного припуска на каждую сторону и одностороннего припуска для наружных и внутренних поверхностей имеем

А_i-1^min=А₁^max+z₁^min; А_i-1^max=А₁^min- z₁^min (53)

Допуски на промежуточные размеры определяется в зависимости от этапа и метода обработки, которые применяются для получения этих размеров (точение черновое, чистовое, шлифование и т.д.). Каждому этапу и методу соответствует определенный квалитет точности, по которому в зависимости от величины промежуточного размера определяется численное значение допуска на размер. Данные для этих расчетов представлены в справочной литературе.

Расчет номинального припуска на сторону выполняется по формуле (47). Симметричный припуск или припуск на диаметр определяется с использованием этой формулы следующим образом (рис.59)

2*z₁^К= 2*z₁^min+TА _{j -1} (54)

Тогда для наружных поверхностей с симметричным припуском максимальный размер заготовки определиться (рис.59,а).

d_ЗАГ^max=d_ДЕТ^max +2*∑ z₁^Н (55)

Для внутренних поверхностей минимальный размер заготовки (рис.59,б).

1.17-1.18. Структура нормы времени на механическую обработку и методы определения нормы времени на механическую обработку.

Основные положения

Производство изделий связано с трудовыми и материальными затратами. Согласно ГОСТ 3.1109-82 определение технически обоснованных норм затрат или расхода производственных ресурсов называется техническим нормированием.

Определение затрат трудовых ресурсов называется нормированием труда. Мерой трудовых затрат в машиностроении является норма времени.

Нормой времени по ГОСТ 3.1109-82 называется регламентированное время выполнения некоторого объема работ в определенных производственных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации.

Не надо смешивать понятие нормы времени на выполнение некоторого объема работ со временем выполнения этих работ, т.к. норма времени регламентируется, а время выполнения может быть произвольным. В дальнейшем будем обозначать время на выполнения работы как t, а норму времени как Т.

Норма времени является основной для расчета себестоимости продукции. Длительности технологического цикла, численности рабочих, станков, инструмента, производственной мощности цехов, а главное – размера заработной платы.

Основной задачей нормирования труда явля-ется определение нормы штучного времени.

Согласно ГОСТ 3.1109-82 штучным временем называется интервал времени, равный отношению цикла технологической операции к числу одновременно изготовляемых или ре-монтируемых изделий или равный календарному времени сборочной операции.

Иными словами, штучным называется время, которое затрачивается на выполнение одной операции при обработке одной заготовки (штуки). Нормой штучного времени называется норма времени на выполнение одной операции при обработке одной заготовки (штуки).

С нормой времени тесно связано понятие нормы выработки, определяемое ГОСТ 3.1109-82 как регламентированный объем работы, которая должна быть выполнена в единицу времени в определенных организационно-технических условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации. Норма выработки выражается в натуральных единицах – штуках, метрах, килограммах. Расчет нормы выработки производится по формуле

Н_в=t_в/Т, (57) где t_в – время, на которое производится расчет нормы выработки; Т - норма времени.

Структура нормы времени на механическую обработку

Штучное время определяется по формуле

t_ш=t_o+t_в+t_обс+t_лп+t_п, (58)

где t_o – основное время; t_в – вспомогательное время; t_обс - время на обслуживание рабочего места; t_лп - время на личные потребности и при утомительных работах на дополнительный отдых; t_п - время на перерывы в работе в соответствии с технологией и организацией производственного процесса.

Основное время – это часть штучного времени, затрачиваемая на изменение и (или) последующее определение состояния предмета труда. Иными словами – это время на механическую обработку, сборку или контроль изделия. Основное время может быть машинным, машинно-ручным и ручным.

Машинным называется время выполнения работы маши-ной или механизмом без участия работника. Например, к машинному времени относится время работы металлорежущего станка при автоматической подаче режущего инструмента.

Машинно-ручным называется время на выполнение работы при непосредственном участии работника. Например, сверление на сверлильном станке с ручной подачей сверла.

Ручным называется время выполнения работы без применения машин и механизмов.

При работе на металлорежущих станках основное машинное время для каждого технологического перехода определяют по формуле

l₀=l*i/s, (59) где l – расчетная длина обрабатываемой поверхности или обработки в направлении подачи; i - число рабочих ходов; s – минутная подача. При ручном подводе инструмента без взятия пробных стружек расчетная длина обработки определяется так

l=l_обр+l_вр+l_сх, (60) где l_обр – длина обрабатываемой поверхности в направлении подачи; l_вр – длина врезания инструмента; l_сх – длина схода (перебега) инструмента. При ручном подводе инструмента с взятием пробных стружек к расчетной длине обработки добавляется l_стр – общая длина рабочих ходов при взятии пробных стружек. Тогда

l=l_обр+l_вр+l_сх+l_стр (61)

При автоматическом подводе инструмента к заготовке со скоростью подачи следует учитывать путь подхода инструмента с этой скоростью l_п. В этом случае

l=l_обр+l_вр+l_сх+l_п (62)

Приведенные формулы являются общими для станочных работ всех видов. Однако для конкретного типа станка и конкретного вида работы могут быть свои особенности. В частности, схемы для определения расчетной длины обработки при точении проходным прямым резцом и сверлении представлены на рис.60.

Вспомогательное время – это часть штучного времени, затрачиваемая на выполнение приемов, необходимых для обеспечения изменения и последующего определения состояния предметов труда. Вспомогательное время включения, время на управление станком, время на установку, закрепление и снятие детали, инструмента и приспособления во время работы, время на измерения детали. Эти действия повторяются с каждой обрабатываемой деталью или после обработки определенного количества деталей. Вспомогательное время может быть также машинным, машинно-ручным и ручным. Если действия, на которые затрачивается вспомогательное время, выполняются во время обработки заготовки, то вспомогательное время перекрывается основным и называется перекрываемым вспомогательным временем. Вспомогательное время может составлять до 35% штучного времени. Часть штучного времени, равная сумме основного и вспомогательного времени называется оперативным временем, т.е. l_оп=l_о+l_в (63)

Время обслуживания рабочего места – это часть штучного времени, затрачиваемая исполнителем на поддержание средств технологического оснащения в работоспособном состоянии, уход за ними и рабочим местом. Время обслуживания рабочего места подразделяется на техническое и организационноевремя.

В техническое время входят затраты времени на подналадку и регулировку станка во время работы, время на смену и правку инструмента, время на удаление стружки и т.д. Время на техническое обслуживание рабочего места определяется в процентах от основного времени и составляет l – 3,5% в зависимости от типа и размера станка.

Время организационного обслуживания состоит из затрат времени на уход за рабочим местом в течение рабочей смены – раскладку инструмента в начале смены и уборку его по окончании смены; чистку и смазку станка; осмотр и опробование станка.

Время на организационное обслуживание рабочего места определяется в процентах от оперативного времени и составляет в среднем 2-4% в зависимости от типа и размера станка. В отдельных случаях, например, для бесцентрово-шлифовальных станков это время увеличивается до 13%.

Время на личные потребности – это часть штучного времени, затрачиваемая человеком на личные потребности и, при утомительных работах, на дополнительный отдых. Для механических цехов это время определяется в процентах от оперативного времени и достигает 2,5%.

Время на перерывы в работе в соответствии с технологией и организацией производственного процесса устанавливается отдельно, в соответствии с каждым конкретным случаем. Необходимо заметить, что время на обеденный перерыв в норму времени не входит.

При изготовлении деталей партиями к штучному времени добавляется подготовительно-заключительное время, которое поГОСТ 3.1109-82 определяется как интервал времени, затрачиваемый на подготовку исполнителя или исполнителей и средств технологического оснащения к выполнению технологической операции и приведению последних в порядок после окончания смены и (или) выполнения этой операции для партии предметов труда.

Подготовительно-заключительное время определяется для всей партии деталей и не зависит от размеров партии. Сумма штучного времени и доли подготовительно-заключительного времени для одной детали образуют штучно-калькуляционное время, т.е.:

t_шк=t_ш+t_пз/п, (64) где t_пз – подготовительно-заключительное время; п – размер партии деталей.

Время обработки партии деталей называется калькуляционным и определяется по формуле

t_к=t_ш*п+t_пз (65) Подготовительно-заключительное время включает в себя затраты времени на получение материалов, инструментов, приспособлений, технологической документации, наряда на работу; ознакомление с работой, чертежом; получение инструктажа; установку инструментов, приспособлений, наладку оборудования на соответствующий режим; снятие приспособлений и инструмента; сдачу готовой продукции, остатков материалов, приспособлений, инструмента, технологической документации и наряда. Лучше усвоить структуру нормы времени на механическую обработку позволяет схема, представленная на рис.61.

1.19. Классификация технологических процессов механической обработки. Единичный, типовой, групповой технологические процессы. Групповая обработка. Комплексная деталь.

Согласно ГОСТ 3.1109-82 технологические процессы механической обработки делятся на три категории: единичные, типовые и групповые.

Единичным называется технологический процесс изготовления или ремонта изделия одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от типа производства. Единичный технологический процесс разрабатывается на изделия оригинальной конструкции, не имеющих аналогов с ранее производимыми изделиями. Базовой информацией для разработки единичного технологического процесса является комплект конструкторской документации, а также опыт создания аналогичных процессов.

Типовым называется технологический процесс изготовления группы изделий с общим конструктивными и технологическими признаками.

Сущность разработки типовых технологических процессов заключается в следующем. На машиностроительных предприятиях изготовляется огромное число разнообразных деталей. Если на каждую деталь разрабатывать свой технологический процесс, то потребуются значительные трудовые и материальные ресурсы: технологи, копировальная техника, помещения для людей, оборудования, архива для хранения документации и т.д.

В то же время многие детали имеют одинаковую форму и близкие размеры. К ним предъявляются одинаковые требования по точности, шероховатости поверхности и свойствам материала. Поэтому технология изготовления этих деталей будет примерно одной и той же. Таким образом, существует много деталей с общими конструктивными признаками, технология изготовления которых будет одинакова.

В этих условиях является целесообразным объединить эти детали в группы выбрать среди этой группы типовую деталь, обладающую наиболее полным набором одинаковых признаков и разработать на эту деталь типовой технологический процесс. Типовая деталь может быть реальной, взятой из номенклатуры выпускаемых изделий, или виртуальной, разработанной специально с целью объединения наибольшего числа конструктивных признаков данной группы. В этой связи аналогичные по конструкции детали можно изготавливать по единому технологическому процессу, составленному из набора типовых операций. Разработка типовых технологических процессов называется типизацией.

Таким образом, типизация технологических процессов производится в два этапа. На первом этапе осуществляют классификацию деталей. На втором разрабатывают технологию изготовления типовой детали, т.е. типовую технологию. Разработка технологических процессов изготовления других деталей группы заключается в редакции типового технологического процесса, исключением или добавлением операций, переходов, изменением набора средств технологического оснащения, режимов резания и т.д.

При классификации все совокупность деталей разбивается на классы, подклассы, группы по определенным конструкторским и технологическим признакам. Этими признаками являются конфигурация детали, ее размеры, точность обработки, качество поверхности, материал детали и его свойства. В каждой группе выделяется типовая деталь, которую разрабатывается типовой технологический процесс. Процесс типизации не стандартизирован, т.к. нормативные документы в ранге стандартов на классификацию деталей и типовые технологии не разработаны, ввиду большой номенклатуры изделий, различных по форме, размерам и свойствам. Задачи типизации решаются на отраслевом уровне или каждым предприятием самостоятельно. Например, классификация деталей, предложенная профессором А.П. Соколовским, предусматривает 14 классов. Эта классификация касается деталей общего назначения и включает следующие классы: валы, втулки, диски, эксцентричные детали, крестовины, рычаги, плиты, стойки, угольники, бабки, зубчатые колеса, фасонные кулачки, ходовые винты и червяки, мелкие крепежные детали. Представлен пример классификации подкласса ступенчатых валов. Здесь по конструктивным признакам образовано два подкласса: валы без центрального отверстия и валы с центральным отверстием. В зависимости от длины вала подклассы делятся на размерные группы. В размерных группах опять по конструктивным признакам выделены типы валов, т.е. типовые детали. Приведенный пример является частным случаем классификации. Возможен другой подход при классификации этих деталей.

Типизация устраняет многообразие технологических процессов, сводит их к ограниченному числу, является базой для унификации и стандартизации. Использование типовых технологических процессов эффективно при массовом и крупносерийном производстве, когда используются поточные методы работы с объединением рабочих мест в поточные линии. Настройка оборудования поточных линий на типовой технологический процесс дает возможность за счет небольших переналадок быстро переходить на выпуск других деталей при запуске изделий новой серии, в состав которых эти детали входят в качестве комплектующих.

Групповым называется технологический процесс изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками. Групповой технологический процесс осуществляется на станках одной группы: токарных, фрезерных, шлифовальных и пр. преимущественно в пределах одной операции. Отсюда его название. В то время как, типовой технологический процесс, как правило, состоит из ряда операций, выполняемых на станках, принадлежащий к различным группам. Изготовление деталей по групповым технологическим процессам называется групповой обработкой.

Основой групповой обработки также как и при типизации является классификация изделий с объединением деталей в группы. Однако признак классификации здесь другой. Объединение разных по конструкции и назначению деталей производится по признаку их полной или частичной обработки на станках одной группы с использованием одинаковых средств технологического оснащения: приспособлений и инструмента. Очевидно, что детали одной группы должны иметь однотипные элементы: резьбовые поверхности, плоскости, поверхности вращения и пр. Примером группы являются детали, представленные на рис. 62. Здесь в группу объединены разные по конструкции и назначению детали: втулка со сложной наружной поверхностью, рычаг, стойка и корпусная деталь. Признаком объединения является наличие отверстий, обрабатываемых на расточном станке. Обработка остальных поверхностей производится на других станках.

Рис.62 Группа деталей с отверстиями, обрабатываемых на расточном станке а - втулка; б – рычаг; в – стойка; г - корпус

Рациональной организацией групповой обработки при изготовлении различных деталей является использование с одной и той же наладки.

Наладкой называется подготовка технологического оборудования и технологической оснастки к выполнению технологической операции. К наладке относится установка инструмента, приспособлений и настройка станка на заданные режимы резания.

Технологический процесс изготовления деталей, представленных на рис.62, содержат одну групповую операцию – растачивание отверстий. Однако можно разработать технологический процесс, который полностью состав-лен из групповых операций. В этом случае наладка станков по операциям производится для наиболее сложной детали группы, конфигурация которой полностью включает элементарные поверхности других деталей. Если в конфигурации простой детали имеется поверхность, которая отсутствует у более сложной, ее искусственно добавляют. Деталь, конфигурация которой включает все элементарные поверхности деталей группы, называется комплексной. Комплексная деталь может быть реальной – деталью с наиболее сложной конфигурацией или виртуальной – с искусственно добавленными поверхностями. На рис. 63 представлена схема создания комплексной детали А, путем искусственного объединения поверхностей деталей Б-3.

Рис.63 Комплексная деталь – А и детали группы – Б; В; Г; Д; Е; Ж; З; И; К; Л

Наладка станка производится на обработку комплексной детали. Такая наладка называется групповой. При обработке других более простых деталей группы часть переходов пропускается, а средства технического оснащения в наладке, которые предусмотрены для выполнения этих переходов, не применяются. Возможна также частичная подналадка оборудования. Применение групповой обработки эффективно на токарно-револьверных станках и станках-автоматах токарной группы. При обработке на других станках, например фрезерных или шлифовальных, эффективность использования групповой технологии значительно меньше. В этой связи групповые технологические процессы успешно применяются для деталей, цикл обработки которых ограничивается одной операцией: автоматной или токарно-револьверной. Групповая обработка дает возможность использовать в мелкосерийном производстве поточные методы. Характерными признаками этих методов является обработка деталей крупными партиями, выполнение на рабочих местах одной операции и объединение рабочих мест в поточные линии. При групповой обработке мелкие партии деталей объединяются в более крупные группы, на станках выполняется одна групповая операция, что дает возможность объединять эти станки в поточных линий.

1.20. Виды описаний технологических процессов. Виды технологических документов.

На разработанный технологический процесс оформляется комплект технологической документации.

Согласно ГОСТ 3.1109-82 технологическим документом (ТД) называется графический или текстовый документ, который в совокупности или отдельно с другими документами определяет технологический процесс или операцию изготовления изделий.

Комплектом технологической документации(КТД) называется совокупность документов, необходимых и достаточных для выполнения технологических процессов при изготовлении и ремонте изделия или его составных частей.

Оформлением технологической документации называется комплекс процедур необходимых для подготовки и утверждения технологического документа в соответствии с порядком, установленным на предприятии. Согласно ГОСТ 3.1109-82 описание ТП и ТД по степени детализации может быть маршрутным, операционным и маршрутно-операционным. При маршрутномописании производится сокращенное описание всех технологических операций в последовательности их выполнения без указания режимов обработки. Это описание применяется преимущественно в единичном и мелкосерийном производстве при большой номенклатуре изделий, когда более детальное описание связано с большими трудозатратами. При операционном описании производится полное описание всех технологических операций в последовательности их выполнения с указанием переходов и технологических режимов. Это описание применяется преимущественно в серийном и массовом производстве. При таком описании есть возможность выявить и наиболее рационально использовать все имеющиеся технические, материальные и трудовые ресурсы, тем самым повысить производительность, а также снизить себестоимость изделия.

При маршрутно-операционномописании производится сокращенное описание технологических операций в последовательности их выполнения с полным описанием отдельных операций в других технологических документах. Это описание применяется преимущественно в серийном, мелкосерийном, и опытном производстве, когда в технологическом процессе имеются отдельные сложные технологические операции, требующие детального описания.