Технологические принципы проектирования техпроцессов: дифференциации и концентрации операций, технологической инверсии

Принципы дифференциации и концентрации операций. Один и тот же технологический процесс может быть выполнен на минимальном числе рабочих мест (при минимальном количестве операций) и можно его дифференцировать до такой степени, когда каждая операция будет состоять из простейшего одного перехода (но очень большого количества операций). Метод расчленения операций на несколько более простых называют дифференциацией операций. Соединение нескольких простых операций в одну более сложную называют концентрацией (укрупнением) операций. Естественно, что дифференцированный план операций будет технологически более простым.

При концентрации операций упрощается производственное планирование, т.к. учетными единицами при этом являются операции, число которых при концентрации сокращается. Кроме того, уменьшается потребность в производственных площадях, увеличивается производительность труда за счет сокращения числа переустановок деталей, а последнее обстоятельство способствует уменьшению припусков на обработку; сокращается также межоперационное пролеживание деталей, незавершенное производство, количество оснастки, режущих инструментов, длительность технологического цикла. Этот метод находит особенно широкое применение при обработке тяжелых и крупных деталей.

Метод дифференциации ведет к упрощению оборудования и квалификации работ. Ему отдается предпочтение, когда требуется осуществить пуск производства в короткие сроки при слабой инструментальной базе предприятия, не дающей возможности своевременно изготовить сложную технологическую оснастку, необходимую для реализации методов концентрации.

Однако последнее время метод концентрации находит все большее признание, так как это путь совершенствования операций посредством применения сложных высокопроизводительных многорезцовых автоматизированных станков, что исключает влияние субъективных факторов (влияние рабочего) на точность и производительность технологического процесса механической обработки.

Принцип технологической инверсии. Сущность этого принципа заключается в перестановке баз, рабочих движений, геометрии и расположения элементов технологической системы. Так в технологической системе иногда бывает выгодным: главным движением сделать не вращение детали, а вращение режущего инструмента; вместо поверхности отверстия для установки принять наружную поверхность гильзы, шестерни и т.д. Дело технолога взвесить преимущества и недостатки того или другого варианта.

24.Припуски на обработку. Основные понятия и определения. Сущность методов определения припусков

Путем механической обработки заготовки за ряд переходов и операций достигается требуемая геометрическая форма, размеры и качество поверхностей детали, заданные рабочим чертежом. При этом на каждом переходе с обрабатываемой поверхности снимается слой металла, в результате чего изменяется размер заготовки. Слой материала, необходимый для выполнения технологического перехода, т.е. снимаемый за один переход называется промежуточным припуском. Слой материала, снимаемый с обрабатываемой поверхности за одну операцию, называется операционным припуском. Слой материала, снимаемый с обрабатываемой поверхности заготовки, в процессе всей ее механической обработки, называется припуском на обработку. Припуск измеряется в направлении перпендикулярном к обрабатываемой поверхности. Для тел вращения он задается на диаметр, а для плоскостей (линейных размеров) он может задаваться на сторону, но с обязательной оговоркой этого. Неоправданно большие припуски ведут к перерасходу материала, что вызывает необходимость введения дополнительных переходов. Увеличивается трудоемкость процесса обработки, затраты энергии, инструмента, себестоимость детали и снижается производительность труда. В некоторых случаях, увеличенные припуски приводят к удалению при обработке с рабочих поверхностей наиболее износостойкого слоя металла. Следовательно, необходимо назначать меньшие значения припусков. Однако недостаточные припуски не обеспечивают возможность удаления дефектных поверхностных слоев металла и получение требуемой точности и шероховатости обработанных поверхностей, а в ряде случаев, создают неприемлемые технические требования для работы режущего инструмента. Поэтому в результате недостаточных припусков возрастает брак, что приводит к повышению себестоимости продукции. Большое значение имеет правильный выбор величины припуска и правильное назначение допуска на него, т.к. слишком узкие допуски приводят к удорожанию заготовок, а слишком широкие – снижают точность обработки заготовок в приспособлениях на настроенных станках, усложняя настройку и наладку станков. Поэтому установление оптимальных величин припусков на обработку и технологических допусков на размер заготовки по всем переходам и операциям является одной из основных технологических задач.

Используется три метода определения припусков:

1) опытно-статистический (табличный);

2) расчетно-статистический;

3) расчетно-аналитический.

Наиболее распространенный – опытно-статистический метод, который не учитывает ни схемы базирования и установки детали на станке, ни конкретной структуры технологического процесса (на одной операции снимается припуск или на нескольких). Припуск дается в таблицах суммарно на весь технологический процесс и, как правило, является завышенным, т.к. он должен быть достаточным для всех возможных технологических вариантов обработки. Последующая необходимость разбивки припуска на операционные и промежуточные, и установления допусков на операционные и промежуточные размеры, делают этот метод не менее трудоемким по сравнению с расчетными методами.

По этим причинам наиболее прогрессивным является расчетно-статистический метод, по которому промежуточные припуски и допуски назначаются опытно-статистическим путем. Припуск на обработку поверхности определяется суммированием статистически определенных промежуточных припусков в соответствии с намеченной структурой технологического процесса изготовления детали. Однако этот метод также не учитывает особенности выполнения каждой отдельной операции (базирования, и т.д.).

Поэтому для условий серийного и массового производства необходимо применять расчетно-аналитический метод. При правильном использовании этого метода можно сократить отход металла в стружку на 20-30%. Согласно этому методу величина промежуточного припуска должна быть такой, чтобы при его снятии устранялись погрешности обработки и дефекты поверхностного слоя, полученные на предшествующих технологических переходах и погрешность установки на данном переходе. Данный метод определения припусков основан на учете конкретных условий выполнения технологического процесса изготовления детали, для которых определяется величина минимального промежуточного припуска, зависящая от четырех факторов:

– высоты неровностей R_{zi -1}, полученной на смежном предшествующем переходе обработки данной поверхности;

– состояния и глубины T_{i -1} поверхностного слоя, полученного на смежном предшествующем технологическом переходе;

– пространственных отклонений ρ_{i -1} в расположении обрабатываемой поверхности относительно базовых поверхностей заготовки, образовавшихся на предшествующем переходе;

– погрешности установки ε_i, возникающей на выполняемом переходе.

Общая величина минимального промежуточного припуска 2 z_imin определяется суммированием величин. R_{zi -1}, T_{i -1}, ρ_{i -1}, и ε_i. Погрешности формы (овальность, конусность и т.п.) обрабатываемой поверхности величиной 2 z_imin не учитываются, так как они при обработке наружных поверхностей подсчитываются от наименьшего предельного размера заготовки (детали), а при обработке внутренних поверхностей – от ее наибольшего предельного размера.

Исходные данные для проектирования техпроцессов и определение типа производства по значению коэффициента закрепления операций

Исходными данными для проектирования технологического процесса являются:

1) рабочий чертеж, определяющий материал, конструктивные формы и размеры детали;

2) технические условия на изготовление детали, характеризующие точность и качество обработки ее поверхностей, а также особые требования (твердость, структура, термообработка, балансировка и пр.);

3) размер программного задания;

4) срок, в течение которого выполняется выпуск изделий;

5) дополнительные условия проектирования, такие как наличие или отсутствие оборудования, возможности модернизации оборудования, наличие производственных площадей для расширения производства и возможности применения современных видов заготовок.

При проектировании используются справочные и нормативные материалы; каталоги и паспорта оборудования; альбомы приспособлений; ГОСТы и нормали на режущий и измерительный инструмент, нормативы по точности, шероховатости, расчету припусков, режимам резания и техническому нормированию времени; тарифно-квалификационные справочники и другие вспомогательные материалы.

При традиционном (неавтоматизированном) проектировании технологических процессов для оформления его результатов необходимо иметь бланки технологической документации.

Типы производства. Типы производства определяются после расчета такта выпуска t_в [мин/шт.] заданной детали по формуле

,

где F_д – действительный фонд рабочего времени (годовой, за смену или другой период времени), в час; N – объем выпуска деталей за тот же период времени, в шт.

Затем определяются коэффициенты загрузки оборудования на каждой операции h_Зi по формуле

,

где t_штi – штучное время на i-ой операции.

Если h_Зi ³0,4, то Q_i =1,0

Если h_Зi £0,4, то .

Коэффициент закрепления операций определяется по формуле

,

где P – число рабочих мест (операций).

По коэффициенту закрепления операций К_з.о определяется тип производства:

если К_{з.о .} ≤ 10 – крупносерийное и массовое производство;

если 10< К_{з.о .} ≤ 20 – среднесерийное;

если 20< К_{з.о ..} ≤ 40 – мелкосерийное;

если 40< К_{з.о ..} – единичное.

Величины t_штi определяются либо по действующим на производстве технологическим процессам аналогичных деталей, либо по предварительному укрупненному нормированию разрабатываемого вновь технологического процесса. Величины t_штi берутся для основных операций, исключая промывку детали, снятие фасок, зачистку и т.п. Если t_штi > t_в, то работа выполняется с использованием станков-дублеров.

Для серийного производства рассчитывается оптимальное количество деталей в партии для одновременного запуска в производство по следующей формуле

[шт],

где N – объем выпуска деталей в год шт.; F – число рабочих дней в году (можно принять 250 дней); а – необходимый запас деталей на складе (для крупных деталей 2…3 дня, для мелких 5…10 дней).

Величина партии деталей n_П в дальнейших расчетах корректируется с учетом удобства планирования и организации производства. С этой целью размер партии устанавливается исходя из полной загрузки оборудования или рабочих мест в течение целого числа смен, кратного числу рабочих дней в планируемом периоде.

Для крупных деталей целесообразно размер партии деталей увязывать с имеющимися рабочими площадями рабочего места, необходимыми для размещения обрабатываемых деталей.