Принципы технологического проектирования

1 Принцип технологичности конструкции изделия, который заключается в том, что при разработке конструкции детали учитываются как условия её эксплуатации в машине, так и технические требования при её производстве.

На предприятиях существует тесная связь конструктора и технолога. После разработки изделия технологами производится анализ технологичности конструкции деталей, входящих в изделие.

Учитываются некоторые критерии технологичности машины в целом:

- отношение количества стандартных деталей к общему количеству;

- наличие в машине унифицированных узлов;

- преемственность конструкции;

- возможность сборки машины из отдельных узлов;

- соответствие применяемых методов изготовления заготовки условиям данного производства (выбор метода сборки для данного объёма выпуска и типа производства должен производится на основании расчёта и анализа размерных цепей, расчёт которых следует производить используя методы максимума-минимума или вероятностный (при количестве звеньев менее 5 – метод максимума-минимума, при более 5 – вероятностный);

- конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых и стандартных технологических процессов её изготовления.

2 Принцип деления обработки на стадии. При черновой обработке основной задачей является быстрое удаление максимально возможного припуска (70%), при этом деталь подвергается значительным силовым и тепловым деформациям.

На стадии чистовой обработки закладывается, в основном, требуемая точность детали.

Отделочная обработка обеспечивает получение требуемой шероховатости и физико-механических свойств поверхностного слоя.

В настоящее время отступают от этого принципа на основе использования жёсткого и точного оборудования, жёстких и точных заготовок, позволяющих за один проход получать высокую точность.

3 Принцип независимости обработки, требующий такого построения технологического процесса, при котором исключается необходимость дополнительной обработки при сборке. Это не всегда выполнимо. Бывает, что полная взамозаменяемость неэкономична и тогда прибегают к неполной взаимозаменяемости: обработке деталей в процессе сборки подгонкой её по месту дополнительной обработкой (притиркой).

4 Принципы концентрации и дифференциации технологических операций механической обработки.

Разработка технологических процессов механической обработки для массового и крупносерийного производства ведется двумя методами: концентрацией и дифференциацией операций.

Концентрацией операций называется соединение нескольких операций в одну, более сложную, а дифференциацией – расчленение операций на несколько более простых.

Обработка заготовок набором резцов в одной державке или фрез (свёрл), обработка на многошпиндельных станках, токарных автоматах и полуавтоматах, агрегатных станках выполняется по методу концентрации операций.

При конструировании машин следует уделять внимание технологичности конструкции.

Под технологичностью конструкции понимают ее свойства, обеспечивающие в конкретных производственных условиях минимальные затраты на подготовку производства и на изготовление машин без ущерба для их качества. Технологичность конструкции машины обеспечивается при выполнении следующих основных требований: применении деталей несложных форм, стандартных и нормализованных деталей, правильном выборе материала и заготовок, возможности расчленения машины на отдельные сборочные единицы, собираемые, и разбираемые независимо друг от друга и др.

Разработка технологического процесса механической обработки представляет собой довольно сложную и трудоемкую работу. Технолог, разрабатывающий технологический процесс, обычно руководствуется своим личным опытом. Поэтому иногда одни и те же технологические задачи технологами решаются по-разному. Создание типовых технологических процессов для определенных типов деталей (валов, втулок, зубчатых колес, станин, плит и др.) позволяет ускорить и улучшить разработку технологических процессов.

Заводские технологи при разработке технологического процесса механической обработки заготовок ориентируются на уже разработанный типовой технологический процесс и используют его применительно к конкретным производственным условиям данного завода.

В условиях индивидуального и мелкосерийного производства находит применение метод групповой обработки деталей.

На ведущие детали рекомендуется разработать 2 – 3 варианта технологического процесса, чтобы определить наиболее экономичный при заданных условиях обработки.

Ввиду многообразия факторов, обусловливающих построение технологических процессов, создать общие правила для его построения невозможно. Однако существуют некоторые соображения, установленные на основе опыта промышленности, которые следует учитывать при разработке технологического процесса.

Важнейшие из них следующие:

1. Технологический процесс должен обеспечивать выполнение технических требований, предъявляемых к изделию (детали) при условии наименьших затрат на изготовление при наибольшей производительности.

2. При механической обработке следует выполнять в первую очередь операции, при которых удаляются значительные припуски, так как:

а) в этом случае в наибольшей степени перераспределяются внутренние напряжения, возникшие при изготовлении заготовки, и происходит ее деформация в начале технологического процесса. При выполнении последующей обработки заготовки ей может быть придана правильная форма и размеры;

б) при снятии значительных слоев металла в начале технологического процесса можно выявить пороки металла для заготовок, а обнаруженный брак, возникший по этой причине, можно не пускать в дальнейшую обработку;

в) при снятии значительных припусков возникают большие силы резания, требующие соответствующих больших сил зажима заготовок; эти силы могут деформировать детали; при последующей обработке деталям могут быть приданы правильные формы и размеры.

3. Операции, при выполнении которых в большей степени уменьшается жесткость деталей, следует производить после тех, в которых эта жесткость уменьшается в меньшей степени. В этом случае при большой жесткости детали допустимые силы резания могут быть больше, следовательно, можно производить обработку с большими сечениями стружки.

4. При выполнении черновой и чистовой обработки в одной операции может быть затруднено достижение заданной точности из-за перераспределения внутренних напряжений после черновой обработки или повышенного износа станка из-за действия больших сил резания. В таких случаях рекомендуется выполнять черновую и чистовую обработку в разных операциях, на различных станках.

Трудоёмкость (нормирование) технологических операций

Трудоемкость выполнения технологических операций является критерием эффективности технологического процесса и определяется на основе технически обоснованных норм рабочего времени (ГОСТ 3.1109–82).

Норма времени – регламентированное время выполнения некоторого объема работ в определенных производственных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации.

Норма выработки – регламентированный объем работы, которая должна быть выполнена в единицу времени в определенных организационно-технических условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации.

Имеются три метода установления норм времени:

– на основе изучения затрат рабочего времени наблюдением;

– по нормативам;

– сравнением и расчетом по типовым нормам.

При первом методе норму времени устанавливают путем изучения затрат времени непосредственно в производственных условиях на рабочих местах. Этот метод используют для обобщения передового опыта и для разработки нормативов.

При втором методе производят расчет длительности операции, используя нормативы длительности выполнения отдельных элементов работы (операции).

При третьем методе нормирование операции осуществляется приближенно с использованием типовых норм.

Первые два метода нормирования применяют в серийном и массовом производствах, третий – в единичном и мелкосерийном.

Штучное время, Т_ш – есть интервал времени, равный отношению цикла технологической операции к числу одновременно изготовляемых или ремонтируемых изделий или равный календарному времени сборочной операции.

Различают подготовительно-заключительное время, основное время, вспомогательное время, оперативное время, время обслуживания рабочего места и время на личные потребности.

Подготовительно-заключительное время, Т_п.з. – интервал времени, затрачиваемый на подготовку исполнителя и средств технологического оснащения к выполнению технологической операции и приведению последних в порядок после окончания смены.

Основное время, Т_о(Т_м) – часть штучного времени, затрачиваемая на изменение и последующее определение состояния предмета труда.

Вспомогательное время, Т_в –часть штучного времени, затрачиваемая на выполнение приемов, необходимых для обеспечения изменения и последующего определения состояния предмета труда.

Время на организационно-техническое обслуживание рабочего места, (Т_орг + Т_тех) – часть штучного времени, затрачиваемая исполнителем на поддержание средств технологического оснащения в работоспособном состоянии и уход за ними и рабочим местом.

Время на личные потребности, Т_отл – часть штучного времени, затрачиваемая человеком на личные потребности и, при утомительных работах, на дополнительный отдых.

Штучное время Т_ш для неавтоматизированного производства состоит из элементов, мин

Т_ш = Т₀ + Т_в + Т_тех + Т_орг + Т_отл (1)

где Т₀ – основное (технологическое) время;

Т_в – вспомогательное время;

Т_тех – время технического обслуживания рабочего места;

Т_орг – время организационного обслуживания рабочего места;

Т_отл — время на отдых и личные надобности.

Основное время Т₀ затрачивается на непосредственное изменение размеров, формы, физико-механических свойств или внешнего вида обрабатываемой заготовки (станочная, кузнечная, слесарная и другая обработка) или на соединение деталей при сборочных работах. При обработке на станках основное время определяют расчетным методом по формуле

, (2)

где L _р.х. – длина рабочего хода (расчетная длина обработки), мм;

S_м – минутная подача инструмента, мм/мин

i – число рабочих ходов инструмента.

При ручном подводе инструмента расчетная длина обработки L _р.х. представляет собой сумму собственно длины обработки – I_рез, размера врезания инструмента – I_врез, и размера схода (сбега, перебега) инструмента

L _р.х. = I_рез + I_врез + I_переб.. (3)

Схема определения расчетной длины обработки для продольного точения показана на рисунке 1, а.

При автоматическом цикле обработки резанием следует учитывать путь подхода /_подх инструмента к заготовке для облегчения работы инструмента в начале резания. На рисунке 1, б показан путь l_п при точении на многорезцовом токарном полуавтомате, на рисунке 1, в – при продольном фрезеровании, нарисунке 1, г – при сверлении

Расчетная длина, мм

|_р = l_рез + l_подх+ I_врез + I_переб.. (3)

Значения величин l_п, l_врез и /_{перебега} берут по нормативным таблицам. Значение /_в можно определить и расчетным путем.

Например, при продольном точении по схеме (см. рисунок 1, а) величина врезания, l_в

l_в = t ctg φ, (4)

где t – глубина резания, мм;

φ – главный угол в плане, град.

Рисунок 1 – Схема определения расчетной длины обработки

При фрезеровании паза (см. рисунок 1, в) l_В, мм

, (5)

где t_п – глубина паза, мм;

d – диаметр фрезы.

При сверлении отверстия стандартным сверлом (см. рисунок 1, г) l_В, мм

l_в = 0,3∙d, (6)

где d – диаметр сверла, мм.

Вспомогательное время T_B – время, затрачиваемое на различные действия, обеспечивающие выполнение элементов работы, относящихся к основному времени, например, на установку и снятие заготовки или собираемого узла, на пуск и останов станка или подъемника, на переключение режимов обработки в процессе выполнения операции, на измерения заготовок или контроль качества сборки узла и др.

Вспомогательное время может быть неперекрываемым и перекрываемым.

Если вспомогательные работы выполняют не в процессе обработки (например, снятие обработанной заготовки и установка другой), то такое вспомогательное время называют неперекрываемым.

Если же часть вспомогательных работ производят в процессе выполнения основной работы, то эта часть вспомогательного времени называется перекрываемой.

При расчете нормы времени учитывают лишь ту часть вспомогательного времени, которая не может быть перекрыта машинным временем. Вспомогательное время рассчитывают в соответствии с действующими на данном предприятии нормативами по эмпирическим формулам или на основании хронометражных наблюдений.

Оперативное время – часть штучного времени, равная сумме основного T₀ и вспомогательного времени T_B

Т_оп = Т_о + Т_в,(6)

Оперативное время затрачивается на выполнение каждой операции н представляет собой основную часть технической нормы.

Время обслуживания рабочего места Т_обс включает затраты времени на уход за рабочим местом в течение смены (смазка и чистка механизмов, раскладка и уборка инструмента в начале и в конце смены, уборка рабочего места).

Время обслуживания рабочего места устанавливают на основании нормативов и во многих случаях определяют в процентах (до 4 – 8 %) к оперативному времени.

Время на личные потребности и на отдых,производственную гимнастику T_отл, регламентируют законодательством и исчисляют в процентах к оперативному времени.

Для механических цехов T_отл ≈ 2,5 % от оперативного времени.

Штучное время рассчитывают по формуле Тш, мин

Тш = Топ (1+ , (7)

где ά1 ά2 – коэффициенты, характеризующие соответственно время организационно-технического обслуживания, время обслуживания и время на отдых и личные потребности.

В серийном производстве при расчете норм времени на партию необходимо учитывать подготовительно-заключительное время. Подготовительно-заключительное время Tn.з затрачивается рабочим перед началом обработки партии заготовок и после окончания задания. К подготовительной работе относится:

получение задания, ознакомление с работой;

наладка оборудования, в том числе установка инструмента, специального приспособления.

К заключительной работе относится:

сдача выполненной работы;

снятие специального приспособления и режущего инструмента;

приведение в порядок оборудования и т. д.

Подготовительно-заключительное время зависит от сложности задания, в частности, от сложности налаживания оборудования, и не зависит от размера партии.

В массовом производстве, в силу повторяемости одной и той же операции, необходимость в работах, выполняемых в подготовительно-заключительное время, отпадает.

В единичном производстве подготовительно-заключительное время включается в штучное время.

Штучное время и подготовительно-заключительное время на выполнение операции над одной деталью образуют норму штучно-калькуляционного времени

Tшк = Тш + , (8)

где п – размер деталей в партии.

В серийном производстве норму времени на обработку партии заготовок или сборку партии сборочных единиц рассчитывают по формуле

Tшп = Тш ∙ п + Tn.з, (9)

На основе норм времени определяют расценки выполняемых операций, рассчитывают необходимое количество оборудования для выполнения программы, осуществляют планирование производственного процесса.