7.4. Разработка операционного технологического процесса

В условиях мелкосерийного, серийного и массового производств возникает необходимость разработки операционного технологического процесса.

Операционный технологический процесс основывается на маршрутной технологии. Здесь подробно описываются все приемы, переходы, используемые в операциях. При разработке операционного технологического процесса проводят расчеты режимов резания для каждого перехода и расчеты времени на обработку, проводят корректировку режимов резания для действующего оборудования.

В курсовой работе необходимо разработать операционный технологический процесс с выполнением всех необходимых расчетов на 2...3 операции технологического процесса (например: обработка цилиндрической поверхности, обработка плоских поверхностей фрезерованием, изготовление шпоночных пазов, изготовление отверстий – сверление, развертывание).

В операционном технологическом процессе точно указывают модели станков, виды и параметры режущего инструмента (условное обозначение, ГОСТ и т.п.), используемый мерительный инструмент и приспособления.

Основные параметры режимов резания, норм времени рассчитывают по эмпирическим зависимостям, кроме того, режимы резания можно определить, используя справочные данные для каждого вида обработки. На основании расчетов режимов обработки определяют силы резания, требуемую мощность оборудования.

Установление рациональных режимов резания заключается в выборе оптимальных значений глубины резания (определяется от количества необходимых переходов, стойкости инструмента, жесткости системы ЗИПС), подачи режущего инструмента и скорости обработки, обеспечивающих наибольшую производительность при требуемом качестве обработки.

7.5. Расчет режимов резания

Оптимальный выбор режимов резания позволяет обеспечить требуемое качество обработки при максимальной производительности труда, позволяет сэкономить производственные ресурсы. Для каждого вида обработки существует определенная методика определения режимов резания. Все необходимые данные для расчетов представлены в справочной литературе.

7.5.1. Расчеты режимов резания. Первоначально определяют и назначают глубину резания (минимальная глубина – припуск на обработку). Глубина резания выбирается из справочной литературы [1, 3, 4, 12], некоторые рекомендации представлены в методических пособиях [8, 9, 10]. Затем определяют (выбирают, рассчитывают) подачу режущего инструмента. Подача выбирается с учетом следующих факторов: припуск, стойкость инструмента, шероховатость обработанной поверхности, материал обработки. Подачу выбирают, основываясь на опытных данных по видам обработки в справочной литературе [3, 4, 12], часть рекомендаций представлены в методических пособиях [8, 9, 10]. В зависимости от конкретных условий обработки выбранные значения подачи корректируют с использованием поправочных коэффициентов, значения которых также указаны в справочной литературе.

Токарная обработка

Скорость резания при токарной обработке определяют по эмпирической формуле, м/мин:

, (15)

где C_v – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала (определяют по справочнику [3, 4, 12]);

Т – стойкость инструмента (справочник);

t – глубина резания (назначают);

s – подача;

K_v – коэффициент, учитывающий особенности процесса.

K_v = K_mv  K_nv K_uv (значения K_mv, K_nv, K_uv выбирают по справочным данным);

m, x, y – показатели степени (определяют по справочным данным [3,4,12]).

Сила резания

Составляющие силы резания определяют по формуле, Н:

Р_{x,y z} = 10  С_р  t^x  S^y  Vⁿ  K_p , (16)

где С_р – коэффициент (определяют по справочным данным);

t – глубина резания;

V – скорость резания;

K_р – коэффициент, учитывающий особенности обработки;

x, y, n – показатели степени (определяют по справочной литературе).

Мощность резания, кВт:

, (17)

где P_z – составляющая силы резания;

V – скорость резания.

После расчетов скорости, силы и мощности определяют число оборотов:

.

Рассчитанное число оборотов корректируют (обычно в сторону уменьшения) по данным станка и при необходимости делают повторный расчет.

Фрезерование

При расчетах режимов резания необходимо учитывать:

- форму (конфигурацию) обрабатываемой поверхности;

- тип применяемого инструмента, материал режущей кромки инструмента;

- оборудование (станок);

- технологическую схему обработки;

- параметры фрезерования.

Скорость резания. Предварительно назначают глубину фрезерования и выбирают подачу, затем скорость резания.

При фрезеровании скорость обработки определяют по формуле, м/мин:

, (18)

где C_v – постоянный коэффициент (определяют по справочным данным);

D – диаметр фрезы, мм;

T – стойкость инструмента, мин;

t – глубина резания, мм;

S_z – подача на зуб (выбирают по справочникам), мм/зуб;

B – ширина фрезы, мм;

Z – число зубьев;

K_v – поправочный коэффициент (выбирают по справочным данным);

m,x,u,p,q – показатели степени (справочные данные).

Сила резания. Наибольшую величину имеет главная (окружная) сила резания, которую определяют по формуле, Н:

, (19)

где С_р – постоянный коэффициент (справочные данные);

t – глубина резания, мм;

S_z – подача на зуб, мм/зуб;

B – ширина фрезы, мм;

Z – число зубьев;

D – диаметр фрезы, мм;

n – число оборотов, об/мин;

K_mp – поправочный коэффициент (справочные данные).

Крутящий момент, Н∙м:

.

Мощность резания, кВт:

. (20)

Сверление

Назначение и расчеты режимов резания при сверлении начинают с определения вида обработки: сверление или рассверливание (зенкерование, развертывание).

Определяют глубину резания t = 0.5D (сплошной материал), t = 0,5(D – d) – при рассверливании. Затем назначают подачу в зависимости от условий обработки.

Скорость резания при сверлении, м/мин:

. (21)

Скорость резания при рассверливании, м/мин:

, (22)

где C_v – постоянный коэффициент (справочные данные);

T – стойкость инструмента, мин;

t – глубина резания, мм;

D – диаметр сверла, мм;

S – подача, мм/об;

K_v – поправочный коэффициент (справочные данные).

Сила резания, Н:

P₀ = 10 C_p D^q S^y K_p . (23)

Крутящий момент, Н∙м:

M_кр= 10 C_м D^q S^y K_p .

Крутящий момент при рассверливании, Н∙м:

M_кр= 10 C_м D^q t^x S^y K_p .

Мощность резания, кВт:

.

Данные по вышеприведенным формулам выбираются по справочникам [3, 4, 12].

После расчетов определяют необходимое число оборотов шпинделя, при необходимости проводят корректировку режимов обработки по данным станка.

Шлифование

Процесс шлифования – весьма сложный процесс механической обработки. Из-за сложности процесса и большого количества факторов, влияющих на процесс шлифования, основные параметры режима обработки выбирают по справочным данным и на основании опыта работы действующего производства.

Разработку режимов резания необходимо начинать с установления характеристики инструмента (шлифовального круга).

Инструмент при шлифовании различных конструкционных и инструментальных материалов выбирают в зависимости от следующих факторов:

- тип абразивного круга;

- размер абразивного зерна (зернистость определяется шероховатостью поверхности);

- содержание основной фракции шлифовального материала;

- связка, используемая в инструменте (металлическая, керамическая и т.д.);

- класс точности абразивного инструмента.

Окончательные характеристики выбирают после пробной эксплуатации с учетом конкретных технологических условий и оборудования.

Основные параметры режима шлифования:

- скорость вращения шлифовального инструмента – V_ш, м/с;

- скорость движения (вращательного или поступательного) заготовки V_з , м/мин;

- глубина шлифования – t, мм;

- продольная подача заготовки S, мм/об – перемещение шлифовального круга в направлении его оси.

Основные параметры режимов резания при шлифовании выбирают на основании экспериментальных данных по справочной литературе [3, 4, 8, 9, 10, 12].

Эффективная мощность при шлифовании определяется по эмпирическим формулам. При шлифовании периферией круга рекомендуется использовать зависимость:

N = C_N V_з t^x S^y d^q , (24)

где C_N – постоянный коэффициент (определяется по справочным данным);

V_з – скорость перемещения заготовки;

t – глубина шлифования;

S – подача круга;

d – диаметр поверхности для шлифования,

x, y, q – показатели степени (справочные данные).

При разработке технологических процессов шлифования необходимо предусматривать время на поправку шлифовального круга. На станках для этих целей предусмотрена специальная оснастка. После аналитических расчетов режимов резания необходимо провести их корректировку по техническим возможностям станка.

7.5.2. Табличный метод назначения режимов резания. При табличном методе выбора режимов обработки используют справочные и заводские данные.

Расчет режимов резания с использованием справочных данных [3, 4, 8, 9, 10, 12] проводят в следующей последовательности:

1. Выбор материала и геометрических параметров инструмента.

2. Выбор глубины резания t. Рекомендуется принимать t = Z, что позволяет вести обработку за один проход. При большом припуске обработку производят в несколько проходов. При обработке в два прохода первый осуществляют при t₁ = (0,7 – 0,8)Z, а второй при t₂ = (0,2 – 0,3)Z.

3. Выбор технологически допустимой подачи S₀. Для определения подачи, обеспечивающей выполнение всех технологических требований и наибольшую производительность, необходимо рассчитать ряд предельных подач, допускаемых прочностью державки резца, жесткостью обрабатываемой заготовки, которая важна при обработке валов с отношением l/d >10; заданной шероховатостью обработанной поверхности.

Для выбора подач, ограниченных перечисленными условиями, пользуются нормативами по режимам резания, где соответствующие числовые значения подач приведены в таблицах. Наименьшая из подач является технологически допустимой подачей.

4. Определив глубину резания и подачу, используя таблицы из нормативов по режимам резания, находят скорость (число оборотов) и мощность N_p , затрачиваемую на резание.

5. По N_p определяют мощность электродвигателя станка:

, (25)

где η = 0,7 – 0,9.

6. Выбирают тип и модель металлорежущего станка с учетом габаритов и веса заготовки, требуемой точности обработки и жесткости станка.

7. По паспорту станка уточняют величины n и S₀; выбирают наиболее близкое значение.

7.5.3. Нормирование технологического процесса. В современных условиях экономия производственных ресурсов приобретает чрезвычайно важное значение. Техническое нормирование является одной из сложных задач в системе технической подготовке производства. Определение меры труда и соответствующего вознаграждения – основная задача нормирования.

Техническое нормирование – это установление технически обоснованных норм расхода производственных ресурсов.

Нормирование труда осуществляется методами технического нормирования и опытно-статистического нормирования.

Технически обоснованная норма времени – это время, необходимое для выполнения единицы работы, установленное расчетом исходя из рационального использования в конкретных производственных условиях труда рабочего и орудий труда с учетом передового производственного опыта.

Технически обоснованная норма устанавливается с учётом наличия рационального технологического процесса для данных производственных условий.

Опытно-статистический метод нормирования обычно применяют в условиях единичного и мелкосерийного производства, здесь обычно не разделяют трудоёмкость на отдельные элементы.

Статистические данные обычно сводят в справочные и инструктивные документы.

Эти данные не имеют под собой технической и расчётной базы и, как правило, занижены.

В условиях единичного и мелкосерийного производства целесообразно расчленять операции на элементы. В этом случае определение норм времени производят по укрупненным нормативам, на основе типовых технологических процессов. Эти нормы считают технически обоснованными.

Нормы времени разделяют на нормированные (технически обоснованные) и ненормированные. Нормированное время – время на выполнение определенного вида работы, ненормированное время – время, не учтенное при выполнении работы (простой, получение задания, инструмента, посторонние отвлечения и т.п.).

Нормируемое время подразделяют:

- на подготовительно-заключительное Т_пз (время на подготовку рабочего места, средств производства и приведение их в первоначальное состояние). Т_пз определяют по нормативам с учетом конкретных условий производства;

- время на обслуживание рабочего места t_обс (время на поддержание средств производства в рабочем состоянии, время на техническое обслуживание оборудования), определяют по нормам;

- время на обслуживание рабочего места в течение рабочего периода t_орг (время на раскладку заготовок и деталей, подготовку инструмента и т.п.), определяют по нормативам;

- время на отдых и личные потребности t_отд ( время, затрачиваемое на личные потребности и отдых), определяют по нормативам.

Расчетное время, затрачиваемое на изготовление изделия, называется штучно-калькуляционное Т_шт-к

, (26)

где Т_шт – норма времени на выполнение определенной операции (единица нормирования);

N – количество деталей в партии;

Т_пз – определяют по нормативам по предлагаемой зависимости: Т_пз ≈ (30...50 %)Т_шт .

Штучное время определяется зависимостью:

Т_шт = t_о +t_всп +t_орг +t_обс +t_отд, (27)

где t_о – время, непосредственно связанное с работой (время, в течение которого происходит изменение формы детали). t_о рассчитывают по формулам для каждого вида обработки;

t_всп – время, связанное с установкой, закреплением детали в приспособлении, подвод и отвод инструмента, время на проведение измерений. t_всп определяют по нормативам [5, 6, 7] или приблизительно в процентах от t_о ; t_всп ≈ (20...30 %)t_о ;

t_орг – время обслуживания, определяют по нормативам или берут в процентах от t_о ; t_орг ≈ (3...8 %)t_о ;

t_обс – время обслуживания рабочего места, определяют по нормативам или берут в процентах от t_о ; t_обс ≈ (2...8 %)t_о ;

t_отд – время отдыха, определяют по нормативам или в процентах от основного времени; t_отд ≈ (2...5 %)t_о .

Время рассчитывают в минутах и округляют до тысячных долей.

Составляющие нормы времени суммируют и вносят в операционные карты технологического процесса.