2.3.8 Нормирование работ на металлорежущих станках

Основная часть работ в машиностроении выполняется на металлорежущих станках. Внедрение прогрессивной технологии в производство заготовок (порошковая металлургия, точное литье, штамповка) позволяет существенно сократить объем станочных работ.

Дифференциация технологического процесса на станочных работах и внедрение станков с ЧПУ требуют особо высокой точности определения затрат времени как на отдельные элементы операции, так и на операцию в целом. Нормирование станочной операции начинается с определения оптимального режима обработки и расчета основного (машинного) времени.

РАСЧЕТ ОСНОВНОГО ВРЕМЕНИ НА СТАНОЧНУЮ ОПЕРАЦИЮ

Время определяется по формуле механики . Применение этой формулы для расчета Т_м предполагает знание кинематики применяемого оборудования.

При определении режимов обработки необходимо учитывать, что наряду с высокой производительностью должно быть обеспечено высокое качество. Парк МРС для целей технического нормирования можно разделить на две группы: 1)станки с вращательным движением резания; 2)станки с возвратно-поступательным движением резания.

Для первой группы станков необходимо знать следующие зависимости про­цесса резания:

(м/мин), (2.22)

где Д - диаметр обработки, мм; n - частота вращения, мин.

Для второй группы необходимо учитывать, что рабочий ход станка череду­ется со вспомогательным (обратным). Скорости рабочего и вспомогательного ходов могут быть не равны.

(2.23)

где _р.х. - скорость рабочего хода;

- отношение скорости рабочего хода к скорости вспомо­гательного хода;

n - число двойных ходов, мин;

L - величина перемещения инструмента или детали в направлении движения резания за один ход, мм.

Для совершения процесса резания необходимо движение

S_O в мм/об или мм/дв.ход – подача на оборот;

S_Z в мм/зуб; подача на оборот, где z -число зубьев у инструмента - подача на зуб;

в мм/мин - минутная подача.

Формула расчета основного времени:

(2.24)

где L - длина рабочего хода, мм; l - длина обрабатываемой поверхности, мм;

l₁ - длина врезания и перебега инструмента; l₂ - длина дополнительная для взятия пробной стружки (l₂=12…15 мм); - число проходов.

Основные критерии оптимального определения режима резания:

1. по возможности работать в один проход, т.е. t = h;

2. работать с возможно большей подачей на оборот So, обеспечивая шерохо­ватость и точность получаемых размеров;

3. устанавливать оптимальную  резания после выбора t и S в зависимости от свойств обрабатываемого материала; свойств материала режущей части инструмента и его экономической стойкости.

При корректировке расчетного режима резания по паспорту станка необхо­димо различать два случая:

1. станок должен быть проверен по мощности с учетом КПД по величине действующих сил и крутящему моменту М_КР , а также уточнить n мин^-1 или число двойных ходов в минуту и величину подачи S.

2. если при расчете имеется возможность выбора оборудования, то его следует подбирать по параметрам, указанным в первом случае, с учетом до­пустимых размеров детали, режущего инструмента и проектируемого при­способления.

Порядок нормирования Т_м:

• определение параметров режущего инструмента (типоразмера, материала ре­жущей части, геометрических параметров и т.д.);

• последовательное определение элементов режима резания: i, S, , j жесткости системы СПИД;

• определение действующих сил Pх, Py, Pz крутящего момента М_КР и сопоставление их с допустимыми по условиям обеспечения нормальной экс­плуатации станка;

• проверка режимов резания по потребной мощности;

• расчет То по соответствующей формуле.

НОРМИРОВАНИЕ ТОКАРНЫХ РАБОТ

На токарных станках выполняют разнообразные операции по обработке детали, поверхности которых являются телами вращения; обработку наружных и внутренних цилиндрических и конических поверхностей, торцевых поверх­ностей, обработку канавок, вытачек, фасок, нарезание резьбы и т.д.

Исходные данные для определения нормы времени:

• материал обрабатываемой детали;

• вид заготовки;

• размер обрабатываемых поверхностей, шероховатость, точность;

• масса обрабатываемой детали;

• размер технологической партии;

• применяемое оборудование (основные сведения из паспорта станка), техно­логическое оснащение;

• предполагаемый способ установки и закрепления детали;

• планирование рабочего места;

• порядок обеспечения рабочего места заготовками, необходимой документацией, инструментами, приспособлениями, ремонт станка и т.д.

Все перечисленные данные влияют на проектируемую структуру операции и затраты рабочего времени.

Расчет нормы времени выполняется в следующем порядке:

1) Расчет Т _{машинного}

2) Расчет Т _{вспомогательного времени}

Вспомогательное время нормируется по следующим элементам:

1) Время на установку и снятие детали.

2) Время, связанное с переходом (комплекс приемов), время, не вошедшее в комплексы:

а) время на проход (при поперечном и продольном точении с установкой инструмента по лимбу со взятием пробной стружки;

б) время на приемы, не вошедшие в комплексы:

• закрыть или открыть щиток ограждения от стружки;

• изменить частоту вращения, величину подачи;

• смена инструмента.

3) Время на контроль измерения размеров - зависит от измеряемого размера и применяемого измерительного инструмента.

Нормативы вспомогательного времени на установку и снятие детали охваты­вают типовые способы установки, выверки, закрепление детали, независимо от вида станка.

В этот комплекс включается время на пуск и остановку станка.

При выборе Т_ВСП учитываются факторы:

• масса и габариты детали;

• устройства для установки и снятия детали;

• вид баз, потребность в выверке.

4) Нормирование времени на обслуживание рабочего места.

В условиях серийного производства это время выражается в процентах от оперативного времени с учетом группы станка по наибольшему диаметру детали, устанавливаемой над станиной станка.

5) Нормирование времени перерывов на отдых и личные потребности исполни­теля. Т_ОТЛ задается в % от Т_ОПЕРАТ с учетом: характера подачи (ручная или механическая), массы детали.

6) Нормирование подготовительно-заключительного времени (на партию деталей) по элементам:

• на наладку станка, инструмента приспособления;

• на получение инструмента, приспособлений до начала работы и их сдача после окончания, документации;

• на дополнительные приемы, связанные с содержанием операции (например, изготовление пробной детали).

При нормировании работ на станках с ЧПУ содержание Т_П.З. применяется как по наименованию приемов, так и по продолжительности.

7) После определения всех составляющих определяют штучное время Т_шт и штучно - калькуляционное время Т_ШК.

Если за одну установку обрабатывают несколько деталей, то весь расчет ведут на установочную партию.

НОРМИРОВАНИЕ СВЕРЛИЛЬНЫХ РАБОТ

Сверлильные операции охватывают все виды обработки отверстий осевыми хвостовыми инструментами, включая нарезание резьбы.

Формула определения T_О для сверлильных работ (кроме нарезания резьбы метчиком или плашкой) совпадает с формулой токарных работ .

Основные параметры режущих инструментов заложены в их конструкции. Глубина резания определяется как полуразностъ диаметров последующих инструментов. Величина So при сверлении ограничена прочностью сверл.

Показатели, определяющие величину подачи:

1. отношение , в зависимости от этого соотношения в нормативах предусмотрены поправочные коэффициенты на S и ;

2. при сверлении на "проход", во избежание поломки сверла, необходимо уменьшать подачу на выходе сверла;

3. при работе сверлами, диаметр которых близок к max для данного станка, необходимо проверить подачу по прочности механизма подачи.

Контроль режимов резания ведут по крутящему моменту, допустимому на станке при данной частоте вращения шпинделя станка. Проверка по мощнос­ти особенно важна при работе с многошпиндельной головкой. При выборе режимов резания при зенкеровании (что аналогично сверлению), необходимо уменьшить подачу.

Выбор подачи So при развертывании зависит главным образом от допустимой шероховатости и требуемого квалитета точности. Подрезание торцев, зенкование и центрование отверстий предусмотрены с ручной подачей.

При расчете машинного времени для нарезания резьбы метчиком необходи­мо учитывать время на вспомогательный ход - вывинчивание метчика из отверстия.

Определение Т_ВСП:

• Время на установку и снятие детали независимо от оборудования, но с учетом применяемых приспособлений, базовых поверхностей. Необходимо учесть время на очистку приспособления от стружки.

• Время, связанное с переходом:

  1. время на проход (сколько проходов) зависит от характера обработки, способа подачи и группы станка по наибольшему диаметру сверления;

  2. время, не вошедшее в комплексы:

     • на прием "включить или выключить вращение шпинделя" (сколько раз);

     • время на смену кондукторной втулки, смазывание инструмента или детали;

     • время на изменение подачи;

     • время на перемещение приспособления с деталью и его кантование;

     • время на смену инструмента.

3. время на выводы сверла для удаления стружки (l > 4d).

Время на контрольные измерения может быть перекрываемым (не учитывает­ся) и неперекрываемым.

Время на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности нормиру­ются в % от оперативного времени.

Подготовительно-заключительное время устанавливается по трем элементам:

1. Ha наладку станка и инструмента.

2. На получение и сдачу документации, инструмента и приспособлений.

3. Дополнительные приемы.

НОРМИРОВАНИЕ ФРЕЗЕРНЫХ РАБОТ

При большом разнообразии фрезерных работ расчет основного времени T_О при фрезеровании имеет общую особенность - минутную подачу S_М, мм/мин.

Формула основного времени: , где ,

где Sz - подача на зуб, z – число зубьев инструмента, n - частота вращения.

Различают цилиндрическое фрезерование (ось фрезы параллельна обрабаты­ваемой поверхности) и торцовое (ось перпендикулярна обрабатываемой поверхности).

При окончательной (чистовой) обработке для торцевой фрезы величина вре­зания и пробега равна диаметру фрезы, т.е. намного больше, чем цилиндри­ческой.

Основной закон резания - работа с возможно большими подачами S_М .

Минутная подача зависит от жесткости системы СПИД.

Необходимо учитывать схемы крепления фрез - консольное и с дополнительной опорой, установку торцовых фрез относительно детали - симметричная и сме­щенная, т.е. когда ось фрезы смещена в сторону для обеспечения плавнос­ти входа зуба фрезы в работу.

Расстояние наибольшего смещения точки траектории зуба от детали при вступлении его в работу С_о=0,003...,0,05 фрезы обеспечивает возможность увеличения подачи на зуб почти вдвое.

Важным фактором при фрезерной обработке является диаметр фрезы: фрезы меньшего диаметра при прочих равных условиях более производительны и требуют меньшей мощности.

При расчете Т_ВСП необходимо при назначении t_уст и t снятия необходимо обращать внимание на установочную базу, способы закрепления детали, размеры приспособлений, его массу (при массе больше 20 кг должен быть ого­ворен тип подъемника).

Время, связанное с переходом t_пер определяют с учетом вида станка, группы станка по длине стола, способу установки инструмента на размер, величины контролируемого размера(при работе с пробными стружками).

Время на приемы, не вошедшие в комплекс: на изменение частоты вращения шпинделя и минутной подачи, делительные повороты приспособления, уста­новку защитного щитка, перемещение стола на величину, большую чем предусмотрено в комплексе приемов.

Время на обслуживание рабочего места в % от T_О с учетом группы стан­ка по длине стола.

Время на отдых и личные надобности нормируется независимо от типов станков по единым нормам.

Подготовительно-заключительное время по 3-м группам: I, II, III, специфичным здесь является время на установку делительной головки и установ­ку его в зависимости от его массы - вручную или краном. В норме Т_П-З необходимо учитывать число устанавливаемых фрез и число деталей, обрабатываемых за одну установку.

НОРМИРОВАНИЕ СТРОГАЛЬНЫХ И ДОЛБЕЖНЫХ РАБОТ

Обработка резанием с возвратно-поступательным движением резания (строгание и долбление) сравнительно менее производительна по двум причинам:

• динамическая нагрузка на резец требует снижения как скорости резания, а иногда и подачи;

• наличие обратного хода (увеличивается время обработки).

Выбор инструмента не вызывает затруднений, хотя строгальные и долбежные резцы отличаются от токарных.

Режимы резания устанавливаются аналогично режиму резания на токарных станках, но действующая при выбранном режиме резания, тяговая сила резания должна быть проверена по тяговой силе станка на данной ступени числа двойных ходов.

, (2.25)

где L - длина рабочего хода определяется по формуле L = l + l₁ + l₂ ;

l - размер обрабатываемой поверхности в направлении подачи, а не ширина поверхности.

Нормативы времени на установку и снятие детали содержат характерные для строгальных станков видов установок: в тисках с выверки и без выверки, с учетом числа одновременно устанавливаемых деталей; на столе с учетом числа крепежных болтов и дополнительным креплением клиньями или струбцинами; на угольнике и в специальных приспособлениях с учетом способа базирования, закрепления и открепления.

Нормативы вспомогательного времени, связанного с переходом (на проход) в основном не отличаются от нормативов на токарные работы. Все продольно-строгальные станки распределены на три группы по наибольшей длине рабочей поверхности стола, а поперечно-строгальные - по наибольшей длине хода ползуна.

Время на обслуживание рабочего места также установлено с учетом трех групп станков.

Подготовительно-заключительное время включает время по группам:

1. Ha наладку станка, инструмента, приспособлений.

2. На получение и сдачу технологического оснащения.

3. На дополнительные приемы на наладку станка.

НОРМИРОВАНИЕ ПРОТЯЖНЫХ РАБОТ

Протягивание - наиболее производительный метод обработки резанием, который обеспечивает высокую точность и чистоту обработки. Но при этом необходимо иметь в наличии дорогой и сложный инструмент, поэтому этот метод обработки оправдывается лишь при большом объеме продукции, т.е. в массовом и крупносерийном производстве.

Путь при протягивании - это полная величина перемещения протяжки или де­тали в направлении резания, которую в дальнейшем будем называть ходом протяжки l_р.х.

, (2.26)

где g - количество одновременно обрабатываемых деталей;

k₁ - коэффициент, учитывающий соотношение скоростей рабочего и вспомогательного ходов

i - число проходов.

Многие виды протяжки стандартизованы, в этом случае все размеры протяжек известны, что позволяет определить величину хода протяжки

, (2.27)

где l_дет - размер обрабатываемой поверхности; l _р.м. - длина рабочей части протяжки;

, (2.28)

где t - шаг зубьев протяжки; z_p -число режущих зубьев;

l_доп - -перебег протяжки (30-50 мм).

Если не известны размеры протяжки, то основное время рассчитывается по формуле:

, (2.29)

где h - припуск на сторону; К_о.х - коэффициент, учитывающий скорость обратного хода;

К_кч – коэффициент, учитывающий длину направляющей и калибрующей частей протяжки.

К_кч = 1,1  1,2  2

S - подача на зуб на сторону; Z_i - количество одновременно работающих зубьев(в среднем 4).

Скорости резания сравнительно малы в зависимости от обрабатываемого материала и материала протяжек 2  10 м/мин.

При определении Т_ВСП, время, связанное с переходом, определяется раз­дельно для горизонтального и вертикального станков. Дополнительное время на приемы установки нескольких деталей и поворот делительного приспособления. Т_ОБСЛУЖ и Т_ОТЛ в процентах от Т_ОП .

Подготовительно-заключительное время по двум группам.

НОРМИРОВАНИЕ ШЛИФОВАЛЬНЫХ РАБОТ

Шлифование - отделочная операция обработки поверхностей. Процесс резания при шлифовании значительно отличается от процесса резания металличес­кими инструментами, поэтому и режимы резания при шлифовании имеют свои отличия.

Нормальное течение процесса резания при шлифовании требует определен­ного соотношения между окружной скоростью круга и скоростью детали, а скорость детали влияет на основное время.

Факторы, влияющие на выбор режимов шлифования:

а) зависящие от обрабатываемой детали и требований к поверхности разме­ры и ее конфигурация, свойства обрабатываемого материала, припуск на обработку, требуемый квалитет IT ,шероховатость;

б) зависящие от инструмента и станка (период стойкости круга, жесткость системы СПИД).

Продольная подача выбирается в долях ширины круга В и в мм на оборот детали с учетом ширины круга S_B = S_g  B.

Поперечная подача S _t.x. (мм/ход) с учетом диаметра шлифования и частоты вращения детали.

Основное время рассчитывают по формуле:

, (2.30)

где T_{О 100} -время на обработку детали длиной 100 мм; l_g - длина шлифуемой детали;

k₁ - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала;

k₂ - коэффициент, зависящий от шероховатости обрабатываемой поверхности.

Вспомогательное время определяется по трем комплексам приемов:

1) на установку и снятие детали, включая пуск и остановку станка;

2) на переход, включая время на измерение в процессе обработки, время на контрольные измерения устанавливают отдельно.

3) на дополнительные приемы, не вошедшие в комплексы.

Время на техническое обслуживание определяется с учетом периода стой­кости шлифовального круга, времени на его правку и основного времени обработки детали.

Норма штучного времени:

, (2.31)

где Т_ТЕХ - время на техническое обслуживание, мин;

K_tв - коэффициент серийности для вспомогательного времени.

Подготовительно-заключительное время по группам:

1. Ha наладку станка, приспособлений, инструмента.

2. На получение и сдачу приспособлений и инструмента

3. На дополнительные приемы

4. На пробную обработку деталей.

Для мелкосерийного и единичного производства в нормативах предусмотрено укрупненное нормирование шлифовальных работ, для чего последовательно определяют:

1. группу обрабатываемого материала;

2. степень точности и жесткости станка;

3. Т_П-З на обработку партии деталей;

4. время на установку и снятие детали в зависимости от применяемого приспособления, массы деталей;

5. неполное штучное время, устанавливаемое для круглого шлифования с учетов Д_Д и припуска 2П и длины шлифования L.

Поправочные коэффициенты учитывают число деталей в партии, точность и жесткость станка:

, (2.32)

где t_{в уст} – время на установку и снятие детали;

 t _н.ш. – сумма неполного штучного времени по всем переходам с учетом коэффициентов.