1.16. Расчет припусков на механическую обработку.

Общие термины и определения

Припуск по ГОСТ 3.1109-82 это слой материала, удаляемый с поверхности заготовки для получения заданных размеров изделия.

Общим припуском называется слой материала, который удаляется с поверхности заготовки для получения заданных размеров готового изделия. Общий припуск для определяется по формуле (рис.57)

Z₀ = [А_ЗАГ – А_ИЗД], (38)

где Z₀ - общий припуск, А_ЗАГ - размер заготовки, А_ИЗД – размер готового изделия. Для поверхностей вращения следует различать припуск на диаметр и припуск на сторону. Для указанных поверхностей формулой (38) определяется припуск на диаметр. Чтобы использовать эту формулу, как для наружных, так и для внутренних поверхностей вращения, берется разность размеров по абсолютной величине.

Операционным припуском называется слой материала, удаляемый с поверхности заготовки при выполнении одной технологической операции. Операционный припуск определяется по формуле

Z_i = [А_ЗАГi – А_ИЗДi], (39)

где Z_i - общий припуск, А_ЗАГi - размер заготовки на i – той операции , А_ИЗДi – размер детали на той же операции.

Если изделие обрабатывается за n операций, то

Промежуточным припуском называется слой материала, удаляемый с поверхности заготовки при выполнении одного технологического перехода. Промежуточный припуск определяется по формуле:

Z_у = [А_ЗАГу – А_ИЗДу], (39)

где Z_у – припуск на j – том переходе i – той операции, А_ЗАГi и А_ИЗДi – размер заготовки и детали на j – том переходе той же операции.

Если изделие i – той операции обрабатывается за m переходов, то

Величина припуска на механическую обработку должна быть оптимальной. Большие припуски приводят к повышенному расходу материала, увеличению трудозатрат, энергоресурсов и материальных средств. Это увеличивает себестоимость изделия. При малых припусках с поверхности заготовки полностью не удаляется дефектный слой материала, усложняется выверка заготовки при установке ее на станке, повышаются требования к точности размеров заготовки.

Припуски на обработку могут быть симметричными, асимметричными и односторонними. Симметричные припуски имеют место при обработке наружных и внутренних цилиндрических и конических поверхностей, а также если противоположные, например плоские, поверхности имеют одинаковые при-пуски. Асимметричный припуск будет в том случае, если противоположные поверхности имеют неодинаковые припуски. Если противоположная поверхность не обрабатывается, то припуск на обрабатываемую поверхность называется односторонним.

Размер на припуск, как и всякий размер, нельзя выдержать абсолютно точно. Поэтому припуски могут изменяться в определенных пределах. Величина общего припуска меняется в пределах допуска на соответствующий размер заготовки. Поэтому допуск на общий припуск равен допуску на этот размер.

Максимальный операционный припуск определяется как разность между наибольшим предельным размером до обработки, полученным на предыдущей операции

А_j–1^max и наименьшим предельным размером после обработки, полученным на данной операции А₁^min (рис.58)

Z_i^max=[А_i-1^max-А_i^min] (43)

Минимальный операционный припуск определяется как разность между наименьшим предельным размером до обработки, полученным на предыдущей операции

А_i–1^min и наибольшим предельным размером после обработки, полученным на данной операции А_i^max (рис.58)

Z_i^min=[А_i-1^min-А_i ^max] (44)

Обозначим ТА_j допуска размера на i – той операции, а ТА_i-1 допуск размера на предыдущей, т.е. i-1 операции. Тогда ТА_i=А_i ^max-А_i^min; ТА_i-1=А_i-1^max-А_i-1^min (45)

Сложив равенства (45) с учетом (43) и (44) получим значение допуска на припуск i – той операции

ТZ_i=Z_i^max-Z_i^min=ТА_i-1+ТА_i (46)

Номинальным называется припуск равный минимальному припуску, сложенному с до-пуском размера на предыдущей операции (рис.58)

Z_i^Н=Z_i^min+ТА_i-1 (47)

При определении припусков на механическую обработку возможны два случая: первый, связанный с обработкой вала, второй – с обработкой отверстия. При обработке вала его размер уменьшается от операции к операции. При обработке отверстия, его операционные размеры увеличиваются. Схемы расположения операционных припусков при обработке вала и отверстия представлены на рис.59. В данном случае вал и отверстие являются поверхностями вращения. На обеих схемах допуски на операционные размеры отложены «в металл», т.е. для вала в «минус», а для отверстия в «плюс». Для той и другой схемы припуски и допуски можно рассчитывать как на одну сторону – асимметричные припуски, так и на две стороны – симметрические припуски.

Расчет припусков

Величина припуска на механическую обработку зависит от ряда факторов, среди которых: материал заготовки, ее конфигурации и размеры, способ получения заготовки, требования к свойствам материала изделия после механической обработки, точность размеров и шероховатость поверхности.

В настоящее время используются два метода определения припусков на механическую обработку: опытно-статический и расчетно-аналитический.

При использовании опытно-статического метода величина припуска устанавливается по стандартам и таблицам, которые составлены на основе обобщения и систематизации производственного опыта. Припуски на механическую обработку поковок, изготовленных различными методами, и отливок из различных металлов и сплавов приведены в ГОСТ 7505-89, ГОСТ 7062-79, ГОСТ 7829-70, ГОСТ 26645-89. В этих ГОСТах припуски даны в зависимости от массы и габаритных размеров деталей, их конструктивных форм, заданной точности и шероховатости обрабатываемой поверхности.

Недостаток этого метода заключается в том, что припуски назначаются независимо от вида технологического процесса. Они, как правило, завышены, т.к. с целью исключения брака назначаются с учетом наиболее неблагоприятных условий обработки. Это приводит к увеличению расхода материала и повышению себестоимости обработки.

Расчетно-аналитический метод основан на определении расчетным путем минимального припуска. Величина этого припуска должна быть такой, чтобы на данной операции были удалены погрешности текущей и предшествующей обработки. Величина этих погрешностей определяется по справочникам. Расчеты производятся по следующим формулам. Припуск на диаметр для поверхностей вращения:

2*z_i^min=2*(Rz_i-1+h_i-1+√Δ²∑_i-1+ε_i²) (48)

Симметрический припуск для плоских поверхностей

2*z_i^min=2*(Rz_i-1+h_i-1+∑_i-1+ε_i) (49)

Асимметрический припуск на каждую сторону и односторонний припуск для плоских поверхностей

z_i^min=Rz_i-1+h_i-1+∑_i-1+ε_i (50)

В этих формулах: Rz_i-1 – высота микро-неровностей после предыдущей обработки; h_i-1 - толщина дефектного слоя материала, возникшего в результате предыдущей обработки; ∑_i-1 – толщина слоя металла, который необходимо удалить для компенсации, так называемых, пространственных отклонений расположения поверхностей, оставшихся от предыдущей обработки; ε_i – погрешности установки базирования и закрепления на данной операции.

В приведенных формулах Δ∑_i-1 и ε_i векторные величины. Для поверхностей I вращения их направление точно определить нельзя. Поэтому приближенно принимают, что эти векторы перпендикулярны и складывают их в формуле (48) по правилу квадратного корня. К пространственным отклонениям отнес отклонения соосности, параллельности, перпендикулярности, пересечения осей и в некоторых случаях отклонения формы-отклонения от плоскостности и прямолинейности. Другие погрешности формы, например, отклонения от цилиндричности, округлости, при этом не учитываются, т.к. предполагается, что эти отклонения не превышают допуск на размер обрабатываемой поверхности.

Следует отметить также, что в формулах (48) и (50) величиною z_i^minопределяется припуск на сторону.

Расчет припусков ведут от размеров готовой детали к размерам исходной заготовки. Минимальный припуск определяется по формулам (48)-(50). Межоперационные размеры определяют по следующим формулам (рис.59).

Для наружных поверхностей с симметричным припуском d_i-1^min=d₁^max+2*z₁^min; d_i-2^max=d_i-2^min+Td_i-1 (51)

Аналогичным образом для внутренних поверхностей

D_i-1^max=D₁^min – 2* z₁^min; D_i-1^min= D_i-1^max - ТD _i-1 (52)

Для асимметричного припуска на каждую сторону и одностороннего припуска для наружных и внутренних поверхностей имеем

А_i-1^min=А₁^max+z₁^min; А_i-1^max=А₁^min- z₁^min (53)

Допуски на промежуточные размеры определяется в зависимости от этапа и метода обработки, которые применяются для получения этих размеров (точение черновое, чистовое, шлифование и т.д.). Каждому этапу и методу соответствует определенный квалитет точности, по которому в зависимости от величины промежуточного размера определяется численное значение допуска на размер. Данные для этих расчетов представлены в справочной литературе.

Расчет номинального припуска на сторону выполняется по формуле (47). Симметричный припуск или припуск на диаметр определяется с использованием этой формулы следующим образом (рис.59)

2*z₁^К= 2*z₁^min+TА _{j -1} (54)

Тогда для наружных поверхностей с симметричным припуском максимальный размер заготовки определиться (рис.59,а).

d_ЗАГ^max=d_ДЕТ^max +2*∑ z₁^Н (55)

Для внутренних поверхностей минимальный размер заготовки (рис.59,б).

1.17-1.18. Структура нормы времени на механическую обработку и методы определения нормы времени на механическую обработку.

Основные положения

Производство изделий связано с трудовыми и материальными затратами. Согласно ГОСТ 3.1109-82 определение технически обоснованных норм затрат или расхода производственных ресурсов называется техническим нормированием.

Определение затрат трудовых ресурсов называется нормированием труда. Мерой трудовых затрат в машиностроении является норма времени.

Нормой времени по ГОСТ 3.1109-82 называется регламентированное время выполнения некоторого объема работ в определенных производственных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации.

Не надо смешивать понятие нормы времени на выполнение некоторого объема работ со временем выполнения этих работ, т.к. норма времени регламентируется, а время выполнения может быть произвольным. В дальнейшем будем обозначать время на выполнения работы как t, а норму времени как Т.

Норма времени является основной для расчета себестоимости продукции. Длительности технологического цикла, численности рабочих, станков, инструмента, производственной мощности цехов, а главное – размера заработной платы.

Основной задачей нормирования труда явля-ется определение нормы штучного времени.

Согласно ГОСТ 3.1109-82 штучным временем называется интервал времени, равный отношению цикла технологической операции к числу одновременно изготовляемых или ре-монтируемых изделий или равный календарному времени сборочной операции.

Иными словами, штучным называется время, которое затрачивается на выполнение одной операции при обработке одной заготовки (штуки). Нормой штучного времени называется норма времени на выполнение одной операции при обработке одной заготовки (штуки).

С нормой времени тесно связано понятие нормы выработки, определяемое ГОСТ 3.1109-82 как регламентированный объем работы, которая должна быть выполнена в единицу времени в определенных организационно-технических условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации. Норма выработки выражается в натуральных единицах – штуках, метрах, килограммах. Расчет нормы выработки производится по формуле

Н_в=t_в/Т, (57) где t_в – время, на которое производится расчет нормы выработки; Т - норма времени.

Структура нормы времени на механическую обработку

Штучное время определяется по формуле

t_ш=t_o+t_в+t_обс+t_лп+t_п, (58)

где t_o – основное время; t_в – вспомогательное время; t_обс - время на обслуживание рабочего места; t_лп - время на личные потребности и при утомительных работах на дополнительный отдых; t_п - время на перерывы в работе в соответствии с технологией и организацией производственного процесса.

Основное время – это часть штучного времени, затрачиваемая на изменение и (или) последующее определение состояния предмета труда. Иными словами – это время на механическую обработку, сборку или контроль изделия. Основное время может быть машинным, машинно-ручным и ручным.

Машинным называется время выполнения работы маши-ной или механизмом без участия работника. Например, к машинному времени относится время работы металлорежущего станка при автоматической подаче режущего инструмента.

Машинно-ручным называется время на выполнение работы при непосредственном участии работника. Например, сверление на сверлильном станке с ручной подачей сверла.

Ручным называется время выполнения работы без применения машин и механизмов.

При работе на металлорежущих станках основное машинное время для каждого технологического перехода определяют по формуле

l₀=l*i/s, (59) где l – расчетная длина обрабатываемой поверхности или обработки в направлении подачи; i - число рабочих ходов; s – минутная подача. При ручном подводе инструмента без взятия пробных стружек расчетная длина обработки определяется так

l=l_обр+l_вр+l_сх, (60) где l_обр – длина обрабатываемой поверхности в направлении подачи; l_вр – длина врезания инструмента; l_сх – длина схода (перебега) инструмента. При ручном подводе инструмента с взятием пробных стружек к расчетной длине обработки добавляется l_стр – общая длина рабочих ходов при взятии пробных стружек. Тогда

l=l_обр+l_вр+l_сх+l_стр (61)

При автоматическом подводе инструмента к заготовке со скоростью подачи следует учитывать путь подхода инструмента с этой скоростью l_п. В этом случае

l=l_обр+l_вр+l_сх+l_п (62)

Приведенные формулы являются общими для станочных работ всех видов. Однако для конкретного типа станка и конкретного вида работы могут быть свои особенности. В частности, схемы для определения расчетной длины обработки при точении проходным прямым резцом и сверлении представлены на рис.60.

Вспомогательное время – это часть штучного времени, затрачиваемая на выполнение приемов, необходимых для обеспечения изменения и последующего определения состояния предметов труда. Вспомогательное время включения, время на управление станком, время на установку, закрепление и снятие детали, инструмента и приспособления во время работы, время на измерения детали. Эти действия повторяются с каждой обрабатываемой деталью или после обработки определенного количества деталей. Вспомогательное время может быть также машинным, машинно-ручным и ручным. Если действия, на которые затрачивается вспомогательное время, выполняются во время обработки заготовки, то вспомогательное время перекрывается основным и называется перекрываемым вспомогательным временем. Вспомогательное время может составлять до 35% штучного времени. Часть штучного времени, равная сумме основного и вспомогательного времени называется оперативным временем, т.е. l_оп=l_о+l_в (63)

Время обслуживания рабочего места – это часть штучного времени, затрачиваемая исполнителем на поддержание средств технологического оснащения в работоспособном состоянии, уход за ними и рабочим местом. Время обслуживания рабочего места подразделяется на техническое и организационное время.

В техническое время входят затраты времени на подналадку и регулировку станка во время работы, время на смену и правку инструмента, время на удаление стружки и т.д. Время на техническое обслуживание рабочего места определяется в процентах от основного времени и составляет l – 3,5% в зависимости от типа и размера станка.

Время организационного обслуживания состоит из затрат времени на уход за рабочим местом в течение рабочей смены – раскладку инструмента в начале смены и уборку его по окончании смены; чистку и смазку станка; осмотр и опробование станка.

Время на организационное обслуживание рабочего места определяется в процентах от оперативного времени и составляет в среднем 2-4% в зависимости от типа и размера станка. В отдельных случаях, например, для бесцентрово-шлифовальных станков это время увеличивается до 13%.

Время на личные потребности – это часть штучного времени, затрачиваемая человеком на личные потребности и, при утомительных работах, на дополнительный отдых. Для механических цехов это время определяется в процентах от оперативного времени и достигает 2,5%.

Время на перерывы в работе в соответствии с технологией и организацией производственного процесса устанавливается отдельно, в соответствии с каждым конкретным случаем. Необходимо заметить, что время на обеденный перерыв в норму времени не входит.

При изготовлении деталей партиями к штучному времени добавляется подготовительно-заключительное время, которое по ГОСТ 3.1109-82 определяется как интервал времени, затрачиваемый на подготовку исполнителя или исполнителей и средств технологического оснащения к выполнению технологической операции и приведению последних в порядок после окончания смены и (или) выполнения этой операции для партии предметов труда.

Подготовительно-заключительное время определяется для всей партии деталей и не зависит от размеров партии. Сумма штучного времени и доли подготовительно-заключительного времени для одной детали образуют штучно-калькуляционное время, т.е.:

t_шк=t_ш+t_пз/п, (64) где t_пз – подготовительно-заключительное время; п – размер партии деталей.

Время обработки партии деталей называется калькуляционным и определяется по формуле

t_к=t_ш*п+t_пз (65) Подготовительно-заключительное время включает в себя затраты времени на получение материалов, инструментов, приспособлений, технологической документации, наряда на работу; ознакомление с работой, чертежом; получение инструктажа; установку инструментов, приспособлений, наладку оборудования на соответствующий режим; снятие приспособлений и инструмента; сдачу готовой продукции, остатков материалов, приспособлений, инструмента, технологической документации и наряда. Лучше усвоить структуру нормы времени на механическую обработку позволяет схема, представленная на рис.61.