Основным путем автоматизации процессов механической обработки деталей мелкосерийного и единичного производства является применение станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Станки с ЧПУ представляют собой полуавтоматы или автоматы, все подвижные органы которых совершают рабочие и вспомогательные движения автоматически по заранее установленной программе. В состав такой программы входят технологические команды и численные значения перемещений рабочих органов станка. Переналадка станка с ЧПУ, включая смену программы, требует незначительного времени, поэтому эти станки наиболее пригодны для автоматизации мелкосерийного производства.
Особенностью нормирования операций механической обработки деталей на станках с ЧПУ является то, что основное время (машинное) и время, связанное с переходом, составляют единую величину Т а - время автоматической работы.станка по программе, составленной технологом-программистом, которое складывается из основного времени автоматической работы станка Т о.а и вспомогательного времени работы станка по программе Т в.а т. е,
Т а = Т о.а + Т в.а;
Т в.а = Т в.х.а + Т oc т
где Li - длина пути, проходимого инструментом или деталью в направлении подачи при обработке 1-го технологического участка (с учетом врезания и перебега); s м - минутная подача на данном участке; i == 1, 2, ..., п - число технологических участков обработки; Т в.х.а - время на выполнение автоматических вспомогательных ходов (подвод детали или инструментов от исходных точек в зоны обработки и отвод, установка инструмента на размер, изменение численного значения и направления подачи); Т ост - время технологических пауз - остановок подачи и вращения шпинделя для проверки размеров, осмотра или смены инструмента.
Время вспомогательной ручной работы Т в не перекрываемое временем автоматической работы станка,
Т в = t уст + t в.оп + t контр,
где t уст - вспомогательное время на установку и снятие детали; t в.оп - вспомогательное время, связанное с выполнением операции; t контр - вспомогательное неперекрываемое время на контрольные измерения детали..
Вспомогательное время на установку и снятие детали массой до 3 кг на токарных и сверлильных станках в самоцентрирующем патроне или оправке. определяется по формуле
t уст = аQ x
для определения вспомогательного времени на установку и снятие деталей в центрах или на центровой оправке токарного станка
t уст = аQ x
для определения вспомогательного времени на установку и снятие деталей в самоцентрирующем или цанговом патроне на токарных и сверлильных станках
t уст = аD в x l у в ы л
для определения вспомогательного времени на установку и снятие деталей на столе или угольнике сверлильного и фрезерного станка
t уст = аQ x N y дет + 0,4(n б -2)
Коэффициенты и показатели степени для определения вспомогательного времени на установку и снятие деталей в тисках сверлильного и фрезерного станка
t уст = аQ x
Вспомогательное время управление станком. (токарные, сверлильные и фрезерные станки)
t в.оп = а + bSХ о, Y о, Z o + сК + dl пл +aT a
Вспомогательное время на контрольные намерения.
t контр =SkD z изм L u
Подготовительно-заключительное время определяется
Т п-з =а+bn н +cP p +dP пп
После расчета Т в производят его корректировку в зависимости от серийности производства. Поправочный коэффициент
k c ер = 4,17 [(Та + Тв) n п + Т п-з ] -0.216 ,
где n п - число обрабатываемых деталей в партии.
Подготовительно-заключительное время определяют как сумму времени: на организационную подготовку; установку, подготовку и снятие приспособлений; наладку станка и инструмента; пробный проход по программе. Основными характеристиками, определяющими подготовительно-заключительное время, являются тип и основной параметр станка, число инструментов, используемых в программе, корректоров, используемых в операции, тип приспособления, число исходных режимов работы станка.
Норма штучного времени на операцию
Т ш = (Т а + Т сер) (1 + (а обс + а от.л)/100].
Время на организационное и техническое обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности, % от оперативного времени, устанавливают в зависимости от основных параметров станка и детали, занятости рабочего и интенсивности труда. Оно может частично перекрываться временем автоматической работы станка; штучное время в этом случае должно уменьшиться на 3 %.
Автоматизация процесса обработки и вспомогательной работы на станках с ЧПУ создает предпосылки для одновременного обслуживания рабочим-оператором нескольких станков. Выполнение рабочим-оператором функций обслуживания рабочего места на одном из станков обычно приводит к перерывам в работе других обслуживаемых станков. Увеличивается время на отдых в связи с более высокой интенсивностью труда в условиях многостаночного обслуживания. Время оперативной работы в норме штучного времени увеличивается за счет вспомогательного времени на переходы от станка к станку.
При разработке технологического процесса обработки деталей и управляющих программ для станков с ЧПУ одним из основных критериев для оценки совершенства выбранного процесса или его оптимизации является норма времени, затрачиваемого на обработку детали или партии деталей. Она же является основой для определения зарплаты станочника-оператора, расчета коэффициента загрузки оборудования и определения его производительности.
Расчетная норма времени (мин) на обработку одной детали (трудоемкость) определяется из общеизвестных формул:
штучное время Т шт =Т о + Т м.в + Т в.у + Т обс,
штучно-калькуляционное время
Суммарная величина времени операции со всеми перемещениями может быть названа условно временем ленты Т л = Т о + Т м.в,
где Т о - суммарное технологическое время на всю операцию по переходам, мин; Т м.в - поэлементная сумма машинного вспомогательного времени обработки данной поверхности (подводы, отводы, переключения, повороты, смены инструмента и т. д.), берут из паспорта станка в зависимости от его технических данных и размеров, мин.
Величины этих двух составляющих нормы времени на обработку определяются технологом-программистом при разработке управляющей программы, записываемой на перфоленту.
Величина Т л практически легко проверяется при работающем станке с помощью секундомера как время от момента начала обработки в автоматическом режиме пуска ленты до окончания обработки детали по программе.
Таким образом, получаем: оперативное время Т оп =Т л + Т в.у;
штучное время Т шт = Т л + Т в.у + Т обс,
где Т в.у - время установки детали на станок и снятия ее со станка, принимаемое в зависимости от массы заготовки, мин;
Т обс = Т оп *a%/100 - время на техническое обслуживание рабочего места, личные надобности и отдых оператора (принимается в процентах от оперативного времени), мин. Для одностоечных токарно-карусельных станков принимают а=13%, т. е. Т обс = =0,13 Т оп, а для двухстоечных Т обс = 0,15 Т оп; тогда Т шт = Т оп X (1 + a%/100) мин.
Состав работ по обслуживанию рабочего места.
1. Организационное обслуживание - осмотр, разогрев и обкатка устройства ЧПУ и гидросистемы станка, опробование оборудования; получение инструмента от мастера или наладчика; смазка и очистка станка в течение смены, а также уборка станка и рабочего места по окончании работы; предъявление ОТК пробной детали.
2. Техническое обслуживание - смена затупившегося инструмента; ввод коррекции на длину инструмента; регулирование и подналадка станка в течение смены; удаление стружки из зоны резания в процессе работы.
Если число деталей получаемых из одной обрабатываемой заготовки на токарно-карусельном станке, превышает единицу и равно q, то при определении Т шт необходимо Т оп делить на число получаемых деталей q.
Т п.з - подготовительно-заключительное время (определяют на всю партию запускаемых в обработку деталей П з). Оно состоит из двух частей.
1. Затраты на комплекс организационных работ, которые осуществляются постоянно: получение станочником задания на работу (наряд, чертеж, программоноситель) в начале работы и сдача их в конце работы; инструктаж мастера или наладчика; установка рабочих органов станка и зажимного приспособления в исходное (нулевое) положение; установка программоносителя - перфоленты в считывающее устройство.
На все эти работы нормативами для токарно-карусельных станков отводится 12 мин. Если конструктивные особенности станка или системы ЧПУ требуют, кроме перечисленных, еще и дополнительные работы, то опытно-статистическим путем определяют их продолжительность и вводят соответствующую поправку.
2. Затраты времени на выполнение работ наладочного характера, зависящие от конструктивных особенностей станка с ЧПУ. Например, для одностоечных токарно-карусельных станков с ЧПУ принимают следующие нормы времени: на установку четырех кулачков на планшайбу станка или их снятие - 6 мин; на установку приспособления на планшайбу станка вручную - 7 мин, подъемником - 10 мин; на установку одного режущего инструмента в резцедержателе 1,5 мин, снятие его - 0,5 мин; на установку одного резцедержателя в револьверную головку 4 мин, снятие его - 1,5 мин; на установку в начале работы в нулевое положение поперечины и суппортов - 9 мин.
Если корректировку положения инструментов производят при обработке пробной детали, то время на обработку пробной детали также включают в состав подготовительно-заключительного.
На операцию, выполняемую на станке с ЧПУ (015) нормы времени рассчитаем по методике, приведенной в литературе ч.1, а на остальные операции по укрупненной методике, приведенной в литературе .
Штучное время определяют по формуле:
где Т ц.а. - время цикла автоматической работы станка по программе, мин. Включает в себя основное время Т о работы станка по заданной программе и Т м.в. машинно-вспомогательное время.
Т ца = УТ мв + УТ о (1.68)
Вспомогательное время определяется, как сумма времени на установку и снятие детали, времени на закрепление и открепление детали, времени на измерение детали и времени на управление станком.
Т в =Т ус +Т в.оп. +Т в.изм (1.69)
где Т ус - время на установку и снятие детали, мин;
Т в.оп. - вспомогательное время, связанное с операцией. Включает в себя время на управление, установку и снятие щитка, предохраняющего от разбрызгивания эмульсией при обработке, проверка возврата инструмента в заданную точку после обработки, мин;
Т из - время на измерение детали. Данное время исключается из расчета, так как перекрывается обработкой станка по программе для станков с ЧПУ, мин.
Время на обслуживание рабочего места слагается из времени отдых, на организационное обслуживание и времени на техническое обслуживание рабочего места.
Т тех - время на техническое обслуживание рабочего места.
Состоит из: времени на подналадку и регулировку станка во время работы; времени на смену затупившегося инструмента; времени на удаление стружки в процессе работы. Находится в процентном соотношении от оперативного времени.
Т орг - организационное обслуживание рабочего мест.
Состоит из: времени на раскладку инструмента в начале работы и уборку его по окончанию смены; время на осмотр и опробование станка в начале смены; время на чистку и смазывание станка.
Т отд - время на отдых и личные потребности.
Штучно-калькуляционное время определяется по формуле:
где N - программа запуска деталей в год, шт.; N=2400 шт.,
S - число запусков в год;
Т п.з. - подготовительно-заключительное время;
Т п.з. =Т п.з.1 +Т п.з.2 +Т п.з.3, (1.72)
где Т п.з.1 - время на организационную подготовку, мин;
Т п.з.2 - время на наладку станка, приспособления, УЧПУ, мин;
Т п.з.3 - время на пробную обработку, мин:
Т п.з.3 =Т п.обр. +Т ц.а. (1.73)
Рисунок 1.10 - Циклограмма для определения времени работы станка по программе на токарной операции с ЧПУ 015
Станок 16К20Т1:
Время фиксации револьверной головки Т иф =0,017 мин;
Время поворота револьверной головки на одну позицию Т ип =0,017 мин
Для определения времени автоматической работы станка по программе составим таблицу 1.9.
Таблица 1.9 - Время автоматической работы станка по программе. Операция 015
|
Участок траектории или номера позиции предыдущего и рабочего положений |
Приращения по оси Z Z, мм |
Приращения по оси Х Х, мм |
Длина i-го участка траектории |
Минутная подача на i-м участке траектории, мм/мин |
Основное время автоматической работы станка Т о, мин |
Машинно-вспомогательное время Т мв, мин |
Суммарное время цикла автоматической работы станка по программе при обработке детали на операции 015:
Т ц.а. =5,16+0,71=5,87 мин.
Время на установку и снятие детали, Т ус =0,24 мин
Вспомогательное время, связанное с операцией, Т в.оп =0,15+0,03+0,05=0,23мин;
Время на измерение детали, Т в изм =0 ? время перекрывается обработкой детали на станке по программе.
Вспомогательное время:
Т в =0,24+0,23+0=0,47мин;
Оперативное время:
Т оп =5,06+0,47=5,53мин;
а тех +а орг +а отд =8%
Определяем штучное время на операцию 015:
Определяем штучно-калькуляционное время:
Время на организационную подготовку:
Т п.з.1 =13 мин;
Время на наладку станка, приспособления, инструмента, УЧПУ:
Т п.з.2 =19,4 мин;
Время на пробную обработку:
Тп.з.3=3,54+5,06=8,6 мин;
Суммарное подготовительно-заключительное время:
Т п.з. =13+19,4+8,6=41 мин;
Размер партии деталей:
S=12 ? ( т.1 стр.604)
Таблица 1.10 - Результаты вычислений норм времени
Применение станков с числовым программным управлением (ЧПУ) является одним из главных направлений автоматизации обработки металлов резанием, позволяет высвободить большое число универсального оборудования, а также улучшить качество продукции и условия труда станочников. Принципиальное отличие этих станков от обычных заключается в задании программы обработки в математической форме на специальном программоносителе.
Норма времени на операции , выполняемые на станках с ЧПУ при работе на одном станке, состоит из нормы подготовительно-заключительного времени и нормы штучного времени:
Подготовительно-заключительное время определяется по формуле
Т пз = Т пз1 + Т пз2 + Т пр.обр
Норма штучного времени рассчитывается по формуле
Т ц. а = Т о + Т мв,
Основное (технологическое) время рассчитывается исходя из режимов резания, которые определяются по Общемашиностроительным нормативам времени и режимов резания для нормирования работ , выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с числовым программным управлением. Согласно этим нормативам конструкцию и материал режущей части инструмента выбирают в зависимости от конфигурации обрабатываемой детали, стадии обработки, характера снимаемого припуска, обрабатываемого материала и др. Предпочтительно применение инструмента, оснащенного пластинками из твердого сплава (если нет технологических или других ограничений по их применению). К таким ограничениям относятся, например, прерывистая обработка жаропрочных сталей, обработка отверстий малых диаметров, недостаточная скорость вращения детали и др.
Глубина резания для каждой стадии обработки выбирается таким образом, чтобы обеспечить устранение погрешностей обработки и дефектов поверхности, появившихся на предыдущих стадиях обработки, а также компенсировать погрешности, возникающие на выполняемой стадии обработки.
Подача для каждой стадии обработки назначается с учетом размеров обрабатываемой поверхности, заданной точности и шероховатости обрабатываемого материала и выбранной на предыдущем этапе глубины резания. Выбранная для черновой и получистовой стадии обработки подача проверяется по прочности механизма станка. Если она не удовлетворяет этим условиям, ее снижают до величины, допустимой прочностью механизма станка. Подача, выбранная для чистовой и отделочной стадий обработки, проверяется по условию получения требуемой шероховатости. Окончательно выбирается меньшая из подач.
Скорость и мощность резания выбираются в соответствии с ранее определенными параметрами инструмента, глубиной резания и подачей.
Режим резания на черновых и получистовых стадиях проверяется по мощности и крутящему моменту станка с учетом его конструктивных особенностей. Выбранный режим резания должен удовлетворять условиям:
N <= N э и 2М <= 2М ст,
| где | N | - | мощность, требуемая при резании, кВт; |
| N э | - | эффективная мощность станка, кВт; | |
| 2М | - | двойной крутящий момент при резании, Нм; | |
| 2М ст | - | двойной крутящий момент на шпинделе станка, допустимый станком по прочности механизма или мощности электродвигателя, Нм. |
Двойной крутящий момент при резании определяется по формуле
Если выбранный режим не отвечает указанным условиям, необходимо установленную скорость резания снизить соответственно величине, допустимой мощности или крутящим моментом станка.
Вспомогательное время, связанное с выполнением операции на станках с ЧПУ, предусматривает выполнение комплекса работ :
- связанных с установкой и снятием детали: "взять и установить деталь", "выверить и закрепить"; "включить и выключить станок"; "открепить, снять деталь и уложить в тару"; "очистить приспособление от стружки", "протереть базовые поверхности салфеткой";
- связанных с выполнением операций, не вошедших во время цикла автоматической работы станка по программе: "включить и выключить лентопротяжный механизм"; "установить заданное взаимное положение детали и инструмента по координатам X, Y, Z и в случае необходимости произвести подналадку"; "проверить приход инструмента или детали в заданную после обработки точку"; "продвинуть перфоленту в исходное положение".
В общем виде вспомогательное время определяется по формуле
Т в = Т в.у + Т в.оп + Т в.изм,
Вспомогательное время на контрольные измерения включается в норму штучного времени только в том случае, если это предусмотрено технологическим процессом, и только тогда, когда оно не может быть перекрыто временем цикла автоматической работы станка.
Поправочный коэффициент (К t в) на время выполнения ручной вспомогательной работы в зависимости от партии обрабатываемых деталей определяется из табл. 12.7.
| № позиции | Оперативное время (Т ц.а + Т в) мин., до | Тип производства | ||||||||
| Мелкосерийное | Среднесерийное | |||||||||
| Количество деталей в партии, шт. | ||||||||||
| 6 | 10 | 16 | 25 | 40 | 63 | 100 | 160 | 250 | ||
| 1 | 4 | 1,52 | 1,40 | 1,32 | 1,23 | 1,15 | 1,07 | 1,00 | 0,93 | 0,87 |
| 2 | 8 | 1,40 | 1,32 | 1,23 | 1,15 | 1,07 | 1,10 | 0,93 | 0,87 | 0,81 |
| 3 | 30 и более | 1,32 | 1,23 | 1,15 | 1,07 | 1,00 | 0,93 | 0,87 | 0,81 | 0,76 |
| Идекс | а | б | в | г | д | е | ж | з | и | |
Техническое обслуживание рабочего места предусматривает выполнение следующих
