РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ

Обычно при обработке резанием заданные чертежом форма, геометрические размеры и параметры качества поверхностного слоя, получают за один или несколько переходов обработки. При этом на каждом переходе механической обработки с элементарной обработкой поверхности в виде стружки снимается слой металла. Таким образом, припуском называют слой металла, который необходимо удалить с поверхности заготовки для получения детали заданных размеров и качества поверхности. На величину припуска оказывают влияние следующие факторы:

1. материал заготовки;

2. вид заготовки (литье, штамповка и т.д.);

3. размер заготовки;

4. величина дефектного слоя на обрабатываемой поверхности;

5. сложность процесса обработки;

6. величина погрешности установки;

Расчет припусков и назначение их по таблицам ГОСТов следует производить после отработки конструкции детали и заготовки на технологичность и технико-экономические обоснования метода получения заготовки.

Технологический процесс обработки для поверхностей, припуски которых будут определяться в данном разделе расчетно-аналитическим методом, выглядит следующим образом: черновое точение; чистовое точение; шлифование; термообработка; повторное шлифование.

Определяем исходный индекс заготовки. Для этого определяется группа стали в зависимости от содержания углерода. Группа стали – Сталь М1 (согласно ГОСТ 7505-89). Также согласно этому ГОСТу в зависимости от метода получения заготовки определяется класс точности поковки – Т4. Далее необходимо определить степень сложности поковки. Для этого определяем массу детали, исходя из того, что удельный вес стального изделия составляет ρ_ст=7800 кг/м³.

(5.1)

где d_i – диаметр детали, см; l_i – длина детали с диаметром d_i, см;

кг

 

Определим массу заготовки(приближенная масса заготовки)

, (5.2)

где K _р – коэффициент, равный 1,2;

кг;

(5.3)

 

 

где d _max – максимальный диаметр детали, см;

l – длина всей детали, см;

кг

 

Определяем степень сложности половин:

(5.4)

Следовательно степень сложности заготовки – С2.

Рассчитаем припуск для поверхности опорной шейки вала Ø50 k 6.

Технологический маршрут обработки поверхности опорной шейки состоит из следующих операций: черновое точение, чистовое точение, шлифование предварительное (до термообработки), шлифование окончательное (после термообработки).

Расчёт припусков на обработку приведён в таблице 5.1, в которой последовательно записываются технологический маршрут обработки опорной шейки и все значения элементов припуска.

Значения высоты микронеровностей R_z и глубины дефектного слоя Т для штампованной заготовки массой 3,8 кг принимаем: R_z =150, Т=250.

Определяем пространственные отклонения. Для данной заготовки:

(5.5)

где ρ_см – погрешность заготовок по смещению, ρ_см=0,9 (для второй группы точности);

ρ_кор – погрешность штампованной заготовки по короблению, ρ_кор=0,5 (таблица1 приложение);

ρ_ц – погрешность зацентровки заготовки. Вычисляется по формуле:

(5.6)

Т d _заг – допуск заготовки по ГОСТ 7505-89.

Определяем допуск на поверхность для штамповки точности Т4, для группы стали М1, степени сложности С2 по исходному индексу IТ=12.

Т d _заг = мм

Определим ρ для последующих технологических переходов:

ρ_черн=0,06· =0,06·1500=90 мкм;

ρ_чист=0,04· =0,04·1500=60 мкм;

ρ_{шл. пр}=0,02· =0,02·1500=30 мкм.

Величину расчётного припуска по технологическим переходам определим по формуле:

(5.7)

где z _min– расчетный припуск, мкм;

R_{z i -1} – среднее квадратичное отклонение на предшествующей операции, мкм;

Т _{i -1}– глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующей операции, мкм;

ρ _{i -1} – суммарное отклонение распределения поверхностей и отклонение формы поверхностей на предшествующей операции, мкм

Для чернового точения: 2z_min=2·(150+250+1500)=2^.1900 мкм

Для чистового точения: 2z_min=2·(50+50+90)=2^.190 мкм

Для предварительного шлифования: 2z_min=2·(30+30+60)=2^.120 мкм

Для окончательного шлифования: 2z_min=2·(10+20+30)=2^.60 мкм

Расчётный размер d_р находится последовательно в обратном порядке технологических переходов, т.е. снизу вверх, начиная с шлифования. Размер после шлифования должен соответствовать размеру детали.

Предельные отклонения принимаем по СТ СЭВ 144-75. В нашем случае:

Ø50 .

d _р при шлифовании в случае обработки наружных поверхностей принимают по d _мин. Последующие значения d _р для технологических переходов определяются прибавлением к известному размеру величин припуска (Рисунок 5.1):

d _р1=50,002+0,120=50,122 мм

d _р2=50,122+0,240=50,362 мм

d _р3=50,362+0,380=50,742 мм

d _р4=50,742+3,800=54,542 мм

d _max= d _min+T d,

где T d – допуск на размер для заготовки:

d _max=54,542+2=56,542 мм – для заготовки;

d _max=50,742+0,1=50,842 мм – для чернового точения;

d _max=50,362+0,039=50,401 мм – для чистового точения;

d _max=50,122+0,025=50,147 мм – для шлифования;

d _max=50,002+0,016=50,018 мм – для повторного шлифования.

Предельные значения припусков 2 z _min^прдля наружных поверхностей определяют как разность наибольших предельных размеров, 2 z _mах^пр – как разность наименьших предельных размеров предшествующего и рассматриваемого переходов.

2 z _max1=50,147-50,018=129 мкм;

2 z _max2=50,401-50,147=254 мкм;

2 z _max3=50,842-50,401=441 мкм;

2 z _max4=56,542-50,842=5700 мкм;

2 z _min1=50,122-50,002=120 мкм;

2 z _min2=50,362-50,122=240 мкм;

2 z _min3=50,742-50,362=380 мкм;

2 z _min4=54,542-50,742=3800 мкм;

Выполним проверку:

2 z _{max i} -2 z _{min i} =T _{i -1}-T _i (5.8)

2 z _max1-2 z _min1=129-120=9 мкм;

Т d -Т d_i =25-16=9 мкм.

2 z _max2-2 z _min2 =254-240=14 мкм;

Т d -Т d_i =39-25=14 мкм.

2 z _max3-2 z _min3=441-380=61 мкм;

Т d -Т d_i =100-39=61 мкм.

2 z _max4-2 z _min4=5700-3800=1900 мкм;

Т d - Т d_i = 2000-100=1900 мкм.

Величина номинального припуска z_0ном определяется с учётом несимметричного расположения поля допуска заготовки.

Для наружных поверхностей:

(5.9)

где Н _з – нижнее отклонение допуска заготовки;

Н _д – нижнее отклонение допуска детали.

z_0ном=4540-700+2=3842 мкм=2^.3,84 мм

Расчетный размер заготовки:

d _{заг. ном.}= d + z _0ном (5.10)

d _{заг. ном.}=50+7,68=57,68 мм

Полученные результаты занесём в таблицу 5.1

Таблица 5.1

Технологические переходы обработки поверхности	Элементы припуска , мкм	Расчётный припуск 2 z min, мкм	Расчётный размер d р, мм	Допуск Т d, мкм	Предельные отклонения, мм	Предельные значения припусков, мкм
R z	Т	ρ	d min	d mах	2 z minпр	2 z mахпр
Заготовка				–	54,542		54,542	56,542	–	–
Черновое точение				2·1900	50,742		50,742	50,842
Чистовое точение				2·190	50,362		50,362	50,401
Предварительное шлифование				2·120	50,122		50,122	50,147
Чистовое шлифование			–	2·60	50,002		50,002	50,018

 

 

7 РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

 

Расчет режимов резания неотъемлемая часть разработки технологического процесса изготовления изделий в машиностроении.

В качестве примера рассчитаем режимы резания для фрезерно-центровальной обработки детали вала-шестерни (005). Так как одновременно обрабатываются оба торца, то расчет ведем по наибольшему размеру – Ø50k6.

Станок – фрезерно-центровальный автомат МР- 71М; фреза – дисковая для обработки поверхностей, материал – Т15К16.

Определяем площадь поверхности, которая фрезеруется:

;

Определяем среднюю длину фрезерования:

, где l_рез=100 мм – длина резания;

Определяем длину рабочего хода:

, где

y - расстояние на подачу инструмента, y=5мм;

l_доп – расстояние, связанное с особенностями наладки станка, l_доп=2мм;

Рекомендуемая подача на зуб фрезы S_z= 0,06-0,1 мм/зуб. Принимаем S_z=0,1мм/зуб.

Определяем стойкость инструмента по нормативам в минутах времени резания:

Т_р=К_ф(Т_м1+Т_м2)λ=0.85(130+130)=221мин, где

К_ф=0.85 – коэффициент, зависящий от числа инструментов в наладке;

Т_м1=Т_м2=130мин – стойкость фрез в минутах машинного времени;

- коэффициент резания (значением коэффициента λ в дальнейших расчетах можно пренебречь).

Определяем рекомендуемую нормативную скорость резания (стр 96 [3]):

, где

К₁=1 - коэффициент, зависящий от размеров обработки;

К₂=0,75 – коэффициент. зависящий от стойкости материала и фрезы,

К₃=0,75 – коэффициент, зависящий от стойкости материала и фрезы.

Определяем число оборотов шпинделя станка, соответствующее рекомендуемой скорости резания, и уточняем его по паспорту станка:

;

По паспорту станка (стр. 195 [2]) принимаем ближайшую меньшую частоту n=712об/мин.

Уточняем скорость резания, согласно паспортной частоте вращения:

.

Определяем минутную подачу:

,где Z_u – число зубьев.

По паспортным данным станка принимаем минутную подачу: S_м=400мм/мин.

Определяем основное время резания:

.

S_м – минутная подача, мм/мин;

S_o – подача на оборот, мин/об;

S׳_м – продольная подача стола, мм/об;

V – скорость резания. м/мин;

n – число оборотов шпинделя станка, мин^-1;

Т_о – основное время, мин^-1.

Полученные результаты заносим в таблицу 8.1:

табл. 8.1.

Операция	Lрез	λ	Sмин	То
Lр.х.
005 – фрезерно-центровальная		0.93		0,26
010 – токарно-черновая		0.94		1,4
015 – токарно-черновая		0.93		0,93
020 – чистовое точение		0.94		1,6
025 – чистовое точение		0.93		1,4
030 - фрезерование зубьев		0.96		2,4
035 - шлифование		0.93		1,3
040 – шлифование зубчатых колёс		0.93		3,6
045 –фрезерование шпоночного паза		0.75		0,37
050 – шлифование опорных шеек		0.93		1,44
055 – шлифование поверхностей под колёса		0.93		1,41
ТО
060 – хонингование зубьев		0.96		1,6

 

8 ТЕХНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ

 

Под технически обоснованной нормой времени понимается время, необходимое для выполнения заданного объема работы (операции) при определенно организационно-технических условиях и наиболее эффективном использовании всех средств производства и передового опыта новаторов.

В серийном производстве определяется норма штучно-калькуляционного времени (Т_шт-к):

Т_шт-к=Т_шт+Т_пз/n, где

Т_шт – штучное время, мин;

Т_пз – подготовительно-заключительное время, мин;

n – размер партии детали, шт;

Т_шт=Т_о+Т_в+Т_об,от, где

Т_о – основное время;

Т_в – вспомогательное время;

Т_об,от – время на обслуживание рабочего места, а также на отдых и личные надобности;

Т_в=Т_у.с.+Т_о.з.+Т_изм+Т_упр, где

Т_у.с – время на установку и снятие детали;

Т_з.о. – время на открепление и закрепление заготовки;

Т_изм – время на измерение;

Т_упр – время на управление станком;

Для определения времени обслуживания рабочего места и отдыха рабочего (Т_об,от) необходимо определить оперативное время по выражению:

Т_оп=Т_о+Т_в;

Тогда время обслуживания рабочего места и отдыха рабочего (Т_об,от) определяется по выражению:

Т_об,от= , где

П_об,от – норматив времени на обслуживание рабочего места и отдыха рабочего.

Определим технические нормы времени для среднесерийного производства заданной детали (вал-шестерня). В качестве примера расчета используем операцию 005 - фрезерно-центровальную.

Исходные данные для расчета:

- тип производства – среднесерийное;

- размер партии – n=756 шт;

 

 

- масса детали – m_дет=2,728кг;

- основное время – Т_о=0.26 мин;

Определим вспомогательное время:

Т _у.с.=0,08 мин (табл. 5.1[2]);

Т_з.о.=0,03 мин (табл. 5.7[2]);

Т_у.п.=2*0,02=0,04 мин;

Т_изм=0,05 мин;

Т_в=0,08+0,03+0,04+0,05=0,2 мин;

Определим оперативное время:

Т_о=0,26 мин;

Т_оп=0,26+0,2=0,46 мин;

Определим время на обслуживание рабочего места, а также отдых и личные надобности (примем П_об,от=6.5):

Т_об,от= ;

Определим штучное время:

Т_шт=Т_о+Т_в+Т_об,от=0,26+0,2+0,03=0,49 мин;

Определяем подготовительно-заключительное время:

В состав подготовительно-заключительного времени входят: время на наладку станка и установку приспособлений, время на дополнительные приемы.

Т_п.з.=7+2+10=19 мин;мм

Определяем норму штучно-калькуляционного времени:

Т_шт-к=Т_шт+Т_пз/n=0,49+19/756=0,025 мин.

Полученные результаты заносим в таблицу 8.1:

табл.8.1.

Операция	То, мин	Тв, мин	Топ, мин	Тоб,от, мин	Тшт, мин	n, шт	Тпз, мин	Тшт-к, мин
Тус+Тзо	Туп	Тизм
005 - фрезерно-центровальная	0,26	0,11	0,04	0,05	0,46	0,03	0,49			0,025
010 – токарно-черновая	1,4	0,11	0,04	0,06	1,6	0,104	1,704			0,023
015 – токарно-черновая	0,93	0,11	0,04	0,06	1,13	0,07	1,2			0,022
020 – чистовое точение	1,6	0,11	0,04	0,13	1,8	0,117	1,9			0,025
025 - чистовое точение	1,4	0,11	0,04	0,13	1,6	0,104	1,7			0,024
030 - фрезерование зубьев	2,4	0,11	0,04	0,20	2,6	0,169	2,77			0,03
035 -шлифование	1,3	0,11	0,04	0,20	1,5	0,09	1,59			0,028
040 –шлифование зубчатых колёс	3,6	0,11	0,04	0,18	3,8	0,247	4,05			0,03
045 –фрезерование шпоночного паза	1,6	0,11	0,04	0,10	1,8	0,117	1,91			0,026
050 - шлифование опорных шеек	1,44	0,11	0,04	0,10	1,64	0,106	1,74			0,026
055 - шлифование поверхностей под колёса	1,41	0,11	0,04	0,10	1,61	0,104	1,714			0,026
ТО
060 – хонингование зубьев	0,37	0,11	0,04	0,12	0,57	0,04	0,61			0,02

 

 

9 РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

 

Прежде чем принять решение о методах и последовательности обработки отдельных поверхностей детали и составить технологический маршрут изготовления всей детали, необходимо произвести расчеты экономической эффективности отдельных вариантов и выбрать из них наиболее рациональный для данных условий производства. Критерием оптимальности является минимум приведенных затрат на единицу продукции.

При выборе варианта технологического маршрута приведенные затраты могут быть определены в виде удельных величин на 1 ч. работы оборудования. В качестве себестоимости рассматривается технологическая себестоимость, которая включает изменяющиеся по вариантам статьи затрат.

Рассчитаем технологическую себестоимость операций выбранного технологического маршрута изготовления детали вал-шестерня.

В качестве примера рассмотрим фрезерно-центровальную операцию.

005 – Фрезерно-центровальная операция.

Определяем часовые приведенные затраты:

S_пз=S_з+S_чз+Е_м(К_с-К_з), где

S_з - основная и дополнительная зарплата, коп/ч.

, где

ε=1,53 - коэффициент учитывающий дополнительную зарплату,

С_тр=56,6 - часовая тарифная ставка. Принимаем условия работы – нормальные, оплата повременная по 3 разряду;

Е_м=0,15 - нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений.

К=1 - коэффициент учитывающий зарплату наладчика, т.к. принимаем, что наладка производится самим рабочим;

у=1 - число станков.

Тогда .

S_чз - часовые затраты на рабочем месте, коп/ч.

, где

S_Б - практические часовые затраты на рабочем месте. Так как производство – среднесерийное, то принимаем S_Б=34,6 коп/час;

К_м - коэффициент использования материала. Для выбранного типа станка К_м=1,1.

Тогда S_чз=34,6·1,1=38,06 коп/ч.

Определяем удельные часовые капитальные вложения в станок

, где

Ц - цена станка, руб. Принимаем Ц=9900

Ф_об - действительный годовой фонд времени работы станка, ч. Принимаем Ф_об=3900ч.

η_з =0,59- коэффициент загрузки станка

Тогда .

Определяем удельные часовые капитальные вложения в здание

, где

F - площадь станка в плане, м²;

, где

А=5,2м² - площадь станка;

k - коэффициент учитывающий дополнительную производственную площадь.

Тогда м², а

Таким образом получаем часовые приведенные затраты:

S_пз=86,6+34,6+0,15(430-53,1)=177,7 коп/ч.

Определяем технологическую себестоимость операции:

, где

К_В=1,3 - коэффициент выполнения норм.

Т_шт-к=0,025 - штучно-калькуляционное время. (см. раздел 8).

Тогда .

Полученные результаты заносим в таблицу 9.1.

 

 

Табл. 9.1.

Операция	Sпз, коп/ч	Со, руб/ч
005 - фрезерно-центровальная	177,7	0,002
010 – токарно-черновая	192,68	0,006
015 – токарно-черновая	232,1	0,008
020 – чистовое точение	192,68	0,063
025 - чистовое точение	232,1	0,006
030 - фрезерование зубьев	154,3	0,004
035 - шлифование	543,6	0,09
040 – шлифование зубчатых колёс	357,8	0,025
045 – фрезерование шпоночного паза	182,4	0,06
050 – шлифование опорных шеек	543,6	0,05
055 – шлифование поверхностей под колёса	357,8	0,08
ТО
060 – хонингование	145,3	0,06

 

Определяем суммарную технологическую себестоимость механической обработки:

∑С_о=0,454руб.

Технологическая себестоимость детали определяется по выражению:

С_Т=С_заг+∑С_о, где

С_заг=1,55 руб – цена заготовки

Тогда С_Т=1,55+0,454=2,004руб.

Определяем суммарное штучно-калькуляционное время механической обработки (значения штучно-калькуляционных времен для всех операций механической обработки см. раздел 8):

∑Т_шт-к=2,79мин.

Определяем число рабочих-станочников:

, где

F=530 - годовой фонд времени рабочего;

N_г=48000 – годовой объем выпуска;

Тогда

Определим годовой фонд зарплаты на одну операцию:

Полученные результаты заносим в табл. 9.2.

 

 

Табл. 9.2.

Операция	Sз, руб/ч	Фз, руб
005 - фрезерно-центровальная	0,866
010 – токарно-черновая	0,866
015 – токарно-черновая	0,866
020 – чистовое точение	0,866
025 - чистовое точение	0,866
030 - фрезерование зубьев	0,866
035 - шлифование	0,866
040 – фрезерование зубчатых колёс	0,866
045 – фрезерование шпоночного паза	0,866
050 - шлифование опорных шеек	0,866
055 - шлифование поверхностей под колёса	0,866
060 – хонингование	0,866

 

О пределяем число наладчиков из условия, что один наладчик за смену может обслуживать 8 – 10 станков, поскольку число станков по технологическому процессу принято – 7, то число наладчиков принимаем Н=1.

Определим среднюю зарплату рабочих:

руб.

 

Трудоемкость годовой программы выпуска:

;

Годовой выпуск продукции по технологической себестоимости:

.

Тогда годовой выпуск продукции на одного рабочего будет равен:

Основные технико-экономические показатели представлены в табл. 9.3.

 

Табл. 9.3.

№	Наименование и показатели	Обозначение	Количество
	Годовой объем выпуска деталей	Nг
	Эффективный годовой фонд времени работы оборудования, час	Фоб
	Эффективный годовой фонд времени рабочего, час	F
	Число смен работы	-
	Масса готовой детали, кг	Мд	2,57
	Масса заготовки, кг	Мзаг	3,08
	Коэффициент использования материала	Км	1,1
	Стоимость заготовки, руб.	Sзаг	1,55
10	Себестоимость механической обработки детали	∑Со	0,454
	Технологическая себестоимость детали	Ст	2,004
	Годовой выпуск продукции по технологической себестоимости	В
	Основное время по операциям, мин	∑То	17,71
	Штучно-калькуляционное время по операциям, мин	∑Тшт-к	2,79
	Трудоемкость годовой программы выпуска, час	Тг	37,2
	Количество единиц оборудования, шт.	-
	Число рабочих-станочников	R	2*5
	Число наладчиков	H	2*1
	Годовой фонд зарплаты, руб.	∑Фз
	Среднемесячная зарплата рабочих, руб.	Sм