1.6.4 Нормирование технологических операций

Определение технически обоснованных норм времени на станочные работы необходимо для выбора варианта технологического процесса, обеспечивающего выполнение технических требований, предъявляемых к детали, и оптимальных затрат времени на ее изготовление, при которых повышается производительность труда и снижается себестоимость обработки.

Норма времени на станочную операцию

где - оперативное время; , - соответственно время на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности, в % от оперативного времени. В свою очередь,

Здесь - основное (машинное время); - вспомогательное время, состоящее из времени на установку и снятие детали, времени, связанного с переходом, времени на измерение, смену инструмента и изменение режимов резания.

Машинное время устанавливают исходя из наиболее рациональных режимов обработки. Режимы обработки выбирают на основе подбора глубины резания, подачи, скорости резания и стойкости режущего инструмента.

Процесс резания осуществляют с помощью двух движений станка: главного движения и движения подачи. Главное движение измеряют числом оборотов или двойных ходов детали или инструмента в минуту. Так как вращение детали (токарные станки) или инструмента (фрезерные и сверлильные станки) происходит в результате вращения шпинделя станка, то число оборотов детали или инструмента равно числу оборотов шпинделя. Поэтому при нормировании этих видов работ за основу расчета принимают число оборотов шпинделя станка в минуту п, при нормировании строгальных работ - число двойных ходов в минуту, обозначаемое также п.

Подачей s называют длину перемещения режущего инструмента за один оборот шпинделя или один двойной ход относительно изготавливаемой детали (токарные, сверлильные, продольно-строгальные станки) или длину перемещения обрабатываемой детали относительно режущего инструмента (фрезерные, поперечно-строгальные станки). На некоторых работах, например фрезерных, за единицу измерения принимают минутную подачу s_мин т. е. подачу за 1 мин, и подачу на один зуб многолезвийного инструмента s_z..

Толщина слоя металла, который необходимо снять при обработке поверхности, является припуском на обработку z. Этот припуск можно снимать за один или несколько рабочих ходов инструмента. Толщина снимаемого слоя за один или несколько рабочих ходов - глубина резания t.

Число рабочих ходов при обработке поверхности

Основное время определяют на каждый переход, после чего время всех переходов операции суммируют. Основное время

где L — расчетная длина обработки в направлении подачи, равная

Здесь - длина обработки по чертежу; , - дополнительная длина на врезание и перебег инструмента; — дополнительная длина на взятие пробных стружек резания. Минутная подача:

• для точения, сверления и чистового фрезерования

• для чернового фрезерования

где - подача на один оборот детали (сверла, фрезы); Z - число зубьев фрезы.

Рекомендуется следующий порядок расчета норм времени.

1. Назначают глубину резания с учетом режущих свойств инструмента, затем по нормативам устанавливают подачу, скорость резания и необходимую мощность. От глубины резания зависит число рабочих ходов. Из формулы основного времени видно, что оно прямо пропорционально числу рабочих ходов и, следовательно, число рабочих ходов должно быть минимальным. Кроме того, с увеличением числа рабочих ходов увеличивается вспомогательное время (отвод, подвод инструмента). При выборе подачи и глубины резания следует учитывать, что выгоднее работать с большими глубинами резания. Глубина резания может быть увеличена за счет уменьшения подачи.

2. По нормативам в зависимости от глубины, подачи и свойств обрабатываемого материала и режущего инструмента выбирают скорость резания инструмента v. Увеличивать скорость резания за счет уменьшения подачи не рекомендуется.

3. По формулам или таблицам нормативов определяют расчетное число оборотов шпинделя или число двойных ходов. Численные значения подачи и числа оборотов (двойных ходов) по таблицам корректируют по паспортным данным станка, которые должны быть близки к расчетным.

4. Определяют расчетную длину обработки L, а затем основное время обработки Т_о.

5. По нормативам времени устанавливают вспомогательное время на операцию Т_В .

6. По нормативам определяют время на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности, а по формуле - норму штучного времени Т_Ш,-

7. По нормативам устанавливают норму подготовительно-заключительного времени на партию деталей Т_ПЗ.

Составляющие времени на выполнение операции изменяются в зависимости от ее структуры. Схемы построения станочных операций целесообразно классифицировать по составу слагаемых времени t_ОП

Норма времени сокращается уменьшением ее составляющих и совмещением времени выполнения нескольких технологических переходов. Основное время снижается в результате применения высокопроизводительных режущих инструментов и режимов резания, уменьшения припусков на o6pa6oтку, а также числа рабочих ходов и переходов при обработке поверхностей. Вспомогательное время сокращается уменьшением времени холостых ходов станка, рациональным построением процесса обработки, а также уменьшением времени на установку и снятие заготовок путем использования приспособлений с быстродействующими зажимными устройствами. При одновременном выполнении элементов времени t_o и при совмещении их с элементами времени t_в, в составе времени t_ш входят лишь наиболее продолжительные (лимитирующие) элементы времени из числа всех совмещаемых.

Остальные составляющие времени t_ш берутся в процентах времени t_oш и мало влияют на структуру операции.

Вспомогательное время при анализе возможностей перекрытия его основным временем нельзя рассматривать как одно целое. Его целесообразно расчленить на пять составляющих: 1) время t_ус установки заготовки и время съема ее со станка по окончании обработки; оно включает установку штучных заготовок в приспособления, установку сменных приспособлений-дублеров или спутников в рабочие позиции; при обработке прутков t_ус включает время разжима цанги, подачи прутка до упора и зажима цанги; 2) время t_уп на приемы управления станком; оно учитывает пуск и останов станка, переключение скоростей и подач, изменение направления вращения шпинделей или перемещения суппортов, головок и кареток; 3) время t_инд, индексации включает время на перемещение частей станка в новые и исходные позиции и фиксацию; поворот шпиндельных блоков, столов и барабанов, несущих заготовки, установочное перемещение столов с заготовками или инструментальных блоков; поворот делительных устройств и кондукторов; перемещение заготовок в новые позиции; 4) время t_си смены инструмента при выполнении отдельных переходов операции (время последовательной смены инструментов в быстросменном патроне сверлильного станка; быстросменных кондукторных втулок; расточных блоков в борштангах и сменных борштанг; поворота резцовых или револьверных головок); 5) время установки инструмента на стружку и время t_изм контрольных измерений при работе методом индивидуального получения размеров; обычно время t_изм не удается перекрыть основным временем; однако, применяя автоматизированные методы контроля (например, при шлифовании валов), можно измерять поверхности в процессе их обработки.

Возможности перекрытия элементов времени t_си при выполнении станочных операций зависят от числа устанавливаемых для обработки заготовок, а также используемых инструментов и от порядка обработки заготовок инструментами. По числу устанавливаемых для обработки заготовок схемы станочных операций делят на одно- и многоместные, а по числу инструментов — на одно- и многоинструментальные. Последовательная или параллельная работа инструментов при обработке поверхностей заготовки, а также последовательное или параллельное расположение нескольких заготовок относительно режущих инструментов обусловливают схемы операций, различные по условиям совмещения переходов во времени. В зависимости от этого операции могут быть последовательного, параллельного и параллельно-последовательного выполнения.

От числа устанавливаемых для обработки заготовок зависит возможность перекрытия времени их установки и съема. Одноместные схемы обработки исключают возможность перекрытия времени t_ус, основным временем, и оно входит в состав штучного времени t_ш. У многоместных схем эта возможность имеется. При последовательных схемах невозможно перекрытие переходов обработки во времени, и во время t_ш входит сумма времен всех переходов. Параллельные и параллельно-последовательные схемы дают такую возможность, и учитываемое во времени t_ш основное время равно времени лимитирующего перехода или сумме нескольких лимитирующих переходов.

При сочетании указанных признаков образуется несколько схем [11], При одноместной последовательной обработке одним или несколькими инструментами (рис. 1.8) неперекрываемое время t_o, входящее во время t_ш. включает сумму времен t_oi всех переходов:

При одноместной, одноинструментальной последовательной схеме (рис. 1.8, а)

При обработке несколькими сменяемыми инструментами (рис. 1.8, б)

Иногда в формулу для расчета времени вместо входит t_инд, что имеет место при последовательном повороте четырехрезцовой головки при токарной обработке.

Основное время при одноместной параллельной обработке (рис. 1.9) определяется продолжительностью лимитирующего (наиболее длительного) перехода, перекрывающего все остальные переходы:

Параллельно-последовательные схемы имеют место при одновременной обработке нескольких поверхностей заготовки и в нескольких позициях последовательно (рис. 1.10, а); при этом заготовка или инструменты меняют позиции путем поворота инструментального блока.

Рис. 1.8. Одноместная последовательная обработка: а — одним; б — несколькими инструментами

Рис. 1.9. Одноместная параллельная обработка

Рис. 1.10. Параллельно-последовательные схемы обработки: а - одним и несколькими инструментами; б - несколькими инструментами

Неперекрываемое время t_o представляет собой сумму времени нескольких лимитирующих переходов, остающихся не перекрытыми:

Вспомогательное время операции . Иногда в формулу вместо времени входит время ; это, в частности, имеет место при последовательном перемещении многошпиндельной сверлильной головки (рис. 1.10, б).

Для многоместных схем характерно более эффективное, чем для одноместных схем, совмещение элементов времени t_o и перекрытие элементов времени t_В - Возможны такие схемы, при которых время t_o перекрывает время t_ус, в некоторых случаях время t_В исключается полностью.

Многоместные схемы могут осуществляться в трех основных вариантах: 1) обрабатывают операционную партию заготовок, устанавливаемых на станке одновременно (шлифование на магнитной плите партии мелких заготовок); 2) заготовки (или группы заготовок) устанавливают в свои приспособления независимо от других и обрабатывают поочередно (фрезерование заготовок с маятниковой подачей или в поворотных приспособлениях); 3) обработку выполняют на непрерывно вращающемся столе или барабане.

В многоместных схемах с одновременной установкой операционной партии время обработки заготовки определяется путем деления общих затрат времени на число заготовок в операционной партии. На обработку одной заготовки в этом случае приходится меньше времени, чем в случае одноместных схем. В многоместных схемах время k часто существенно сокращается за счет времени врезания и сбега инструмента. Время t_В при установке операционной партии z несколько возрастает, но на одну заготовку она значительно меньше, чем в одноместных схемах.

При многоместной последовательной обработке (рис. 1.11) заготовок одним (рис. 1.11, а) или несколькими инструментами (рис. 1.11, 6)

При многоинструментной параллельной обработке (рис. 1.12, а) возможно совмещение переходов основного времени, которое в этом случае определяется лимитирующим переходом

При параллельно-последовательном расположении заготовок (рис. 1.12, б) возможно частичное совмещение переходов, и время t_o

а) s)

Рис. 1.11. Многоместная последовательная обработка: а - одним; б - несколькими инструментами

а) б)

Рис. 1.12. Многоинструментальная обработка: а - паралельная; б - параллельно-последовательная

определяется суммой времен нескольких неперекрываемых переходов:

Для многоместных схем с одновременной установкой заготовок при одноинструментальной обработке вспомогательное время

При параллельной и параллельно-последовательной многоинструментальной обработке

В некоторых случаях время t_си заменяется временем t_инд.

Многоместные схемы с независимой (раздельной) установкой заготовок (или групп заготовок) более производительны, так как они позволяют перекрывать время t_ус основным временем. При этом заготовки в одной позиции обрабатываются, а в другой они снимаются со станка и заменяются необработанными.

При последовательной обработке (рис. 1.13) время t_о определяется лимитирующим переходом, а время

При многоместной параллельной и параллельно-последовательной обработке заготовок (рис. 1.14) время t_о уменьшается соответственно числу одновременно обрабатываемых заготовок, а время t_В уменьшается в зависимости от числа одновременно обрабатываемых заготовок:

Рис, 1.13. Многопозиционная последовательная обработка

Рис. 1.14. Многоместная параллельная и параллельно-последовательная обработка

Рис. 1.15. Обработка при непрерывной установке заготовок

Наиболее благоприятные условия для совмещения элементов времени t_оп создаются при осуществлении многоместных схем с непрерывной установкой заготовок (рис. 1.15, а).

В этом случае преобладают схемы параллельно-последовательной обработки, хотя возможны и последовательные схемы. Такие схемы осуществляются преимущественно на станках с непрерывно вращающимся столом или барабаном. Установка и съем заготовок осуществляются на ходу станка в его загрузочной зоне. При этом время t_о определяется делением времени одного оборота стола или барабана на число установленных на нем заготовок; если припуск удаляют за несколько рабочих ходов (например, при шлифовании, рис. 1.15, б), то время t_о на одну заготовку увеличивается соответственно требующейся частоте вращения. При многоместной обработке с непрерывной установкой заготовки время t_В полностью перекрывается временем резания во времени t_ш, поэтому t_В = 0.

Приведенные структурные формулы времени t_о дают качественную характеристику схем станочных операций; они показывают возможность совмещения выполняемых переходов.

Для количественной характеристики схем построения станочных операций может служить коэффициент совмещения основного времени

где t_о - основное неперекрываемое время, входящее в t_ш ; - сумма элементов t_о, переходов операции.

Величина k_со изменяется в пределах О - 1; чем в большей степени совмещаются элементы времени t_о, тем меньше величина k_со ; если совмещения переходов нет, k_со.=1

Операцию можно характеризовать коэффициентом совмещения оперативного времени

где t_В - вспомогательное неперекрываемое время, входящее в t_ш;

- сумма всех п элементов времени t_В, в операции.

При проектировании операции с параллельными и параллельно-последовательными схемами обработки рост производительности в зависимости от числа инструментов в наладке происходит в каждом отдельном случае до определенного предела. Дальнейшее увеличение числа инструментов снижает производительность в связи с увеличением времени технического обслуживания t_Т на их смену и регулировку и снижения скорости резания.

Рациональное совмещение технологических переходов в каждом конкретном случае определяется в зависимости от взаимного расположения обрабатываемых поверхностей, размещения инструментов в зоне обработки и возможностью удаления из нее образующейся стружки. Недостаточная жесткость заготовки часто является причиной отказа от параллельного выполнения переходов. Обработку поверхностей с высокими требованиями к точности и шероховатости выделяют в особую операцию, применяя одноместные одноинструментальные последовательные, а часто и однопроходные схемы.

Конфигурация и габаритные размеры обрабатываемой заготовки определяют возможную операционную партию, порядок расположения заготовок на столе или в приспособлении, сложность наладки станков и величину холостых ходов при многоместной обработке.