Разработка высокопроизводительных операций

Методы уменьшения нормы времени. Проек­тируя любой вариант операции, технолог стре­мится к снижению нормы времени, что дости­гается уменьшением основного t₀ и вспомога­тельного t_в времени. Время технического обслуживания и время организационного об­служивания рабочего места, а также время ре­гламентированных перерывов берут в процен­тах от оперативного времени (t_о.п = t_о + t_в), и таким образом, от построения операций они непосредственно не зависят.

Возможность сокращения слагаемых ос­новного времени операции связана с совер­шенствованием конструкций режущих инстру­ментов, качеством инструментальных мате­риалов, правильным подбором смазочно-охлаждающей жидкости, хорошей обрабатывае­мостью материала детали, уменьшением припусков на обработку и уменьшением числа рабочих ходов за счет повышения точности за­готовок, поступающих для обработки.

Слагаемые вспомогательного времени уменьшаются с помощью приспособлений с быстродействующими зажимами, путем по­вышения скоростей перемещения суппортов, головок столов станков, уменьшения числа ра­бочих и вспомогательных ходов при более ра­циональном построении технологического процесса обработки.

Основным источником снижения нормы времени является такое построение операций, при котором открываются возможности для одновременного (совмещенного во времени) выполнения нескольких технологических пере­ходов и совмещенного во времени выполнения вспомогательных переходов с технологически­ми. При одновременном выполнении тех или иных переходов в норму времени входят лишь наиболее продолжительные (лимитирующие) переходы из числа всех совмещенных.

Слагаемые вспомогательного времени. Ме­тодология технического нормирования ста­ночных операций основана на делении вспомо­гательного времени только на два слагаемых: время установа и снятия заготовок и время, связанное с переходом. Если время установа и снятия заготовки зависит от выбранной схемы базирования и типа приспособления, то время, связанное с переходом, включает ком­плекс специфичных для данной операции при­емов. При конкретном анализе содержания операции вспомогательное время делят на четыре-пять слагаемых.

Для выполнения каждой операции требует­ся время t_уп, на управление станком, т. е. время на переключение подач и частот вращения, из­менение направления вращения шпинделей или перемещение суппортов, головок и каре­ток, время на возвратные ходы столов, суп­портов или головок, время вывода сверла для удаления стружки.

Работа на станках часто связана со сменой инструментов в процессе выполнения от­дельных технологических переходов. Время t_с.и смены инструментов - это время последо­вательных установов инструментов в быстро­сменном патроне сверлильного - станка (свер­ло — зенкер — развертка; сверло — зенковка - метчик и т. д.), смены быстросменных кондукторных втулок, смены расточных блоков в борштангах и вставки сменных борштанг при расточных работах.

Одним из слагаемых вспомогательного времени операции может являться время t_инд индексации. Оно затрачивается на перевод шпиндельных блоков, барабанов, столов в новые позиции с фиксацией в них (позицио­нирование); переключение перемещаемых сто­лов и головок на обратный ход (маятниковая подача); подвод в рабочее положение инстру­ментов путем поворота револьверных головок или резцедержателей; поворот делительных приспособлений и кантующихся кондукторов.

Время установки инструмента при пробном рабочем ходе и время t_изм на контрольные из­мерения учитывают только при работе мето­дом индивидуального получения размеров. Применяя автоматизированные методы кон­троля в процессе обработки, можно избегать включения времени t_изм в норму времени.

В любой станочной операции присутствует время t_yс установки заготовки для обработки и время съема ее со станка по окончании обработки. К этому же времени относится время установки штучных заготовок в разно­образные приспособления, на столы или на шпиндели станков, без выверки или с вывер­кой, а также время установки сменных приспо­соблений-дублеров или приспособлений-спут­ников в рабочие позиции. Для прутковых работ t_yс включает время разжима цанги, по­дачи прутка до упора и зажима цанги. При работе на универсальных станках в серийном производстве t_yc составляет до 50—60% во вспомогательном и до 30—40% в штучном времени и представляет резерв снижения тру­доемкости.

Вспомогательное время t_в операций, ти­повых по структуре и технологической осна­щенности, выполняемых на универсальных станках в серийном производстве, составляет 25 — 55 % штучного времени.

Вспомогательное время операций, выпол­няемых на станках с программным управле­нием, по составу слагаемых мало отличается от вспомогательного времени операций, вы­полняемых на соответствующих универ­сальных станках. Однако абсолютная величи­на составляющих вспомогательного времени для программных станков значительно мень­ше из-за больших скоростей автоматических перемещений, уменьшения перебегов, полного устранения измерений в процессе выполнения операций. Для обработки на многоопера­ционных станках типа обрабатывающего цен­тра характерны многократное позиционирова­ние стола с заготовкой (или шпинделя с инструментом) на следующую координату оси обрабатываемого отверстия, индексация поворотного стола для обработки заготовки с нескольких сторон, многократная смена ин­струментов. Время t_пзц позиционирования и время индексации t_инд поворотных столов определяются временем срабатывания меха­низмов быстрого и замедленного перемеще­ний подвижного узла и закрепления. На ка­ждое позиционирование затрачивается 5 — 10 с, на индексацию поворотного стола —4 —5 с. Заготовки для обработки устанавливают непо­средственно в рабочей позиции станка или в запасной позиции — на втором столе или в приспособлении-спутнике. В последнем слу­чае в норму времени вместо t_ус заготовки вхо­дит время t_c.c смены спутника, которое в 4—5 раз меньше t_yc (t_с.с = 0,2 t_yс).

Время управления станком t_yc затрачивает­ся на переключение частот вращения и скоро­стей подач, подвод и отвод инструментов, воз­вратные ходы и т. п.; при этом некоторые приемы управления (например, изменение ча­стот вращения шпинделя и подачи) можно со­вместить с автоматической сменой инстру­мента.

Время смены инструмента t_с.и в процессе выполнения операции включает время на сня­тие инструмента, отыскание, захват, перенос, установку и закрепление инструмента. Для станков с револьверными головками время перевода инструмента в рабочее положение поворотом головки относят к времени смены инструмента. Для смены одного инструмента требуется 3 — 7 с, а суммарное время смены инструмента составляет в среднем 15% штуч­ного времени.

Время измерения t_изм затрачивается только при отладке программы и в штучное время не входит.

Вспомогательное время операций, выпол­няемых на агрегатных станках, незначительно. Для станков с многопозиционными пово­ротными столами и барабанами вспомога­тельное время содержит время управления станком (пуск, останов станка, подвод, отвод инструмента) и время индексации (поворот стола или барабана в следующую позицию и фиксация); установка и снятие заготовок вы­полняется в загрузочной позиции и обычно со­вмещаются по времени с временем обработки заготовок в рабочих позициях.

На автоматических линиях вспомогатель­ное время включает: время установки t_yc заго­товок в рабочих позициях (фиксация — зажим, разжим - расфиксация); время индексации t_инд (передача заготовок конвейером в следующую рабочую позицию); время управления t_уп (пуск, останов, быстрый подвод и отвод головок с инструментом). Контрольные операции на автоматических линиях выполняются в одном режиме с основными операциями, и дополни­тельного времени на измерение не требуется. Однако, несмотря на большое число соста­вляющих вспомогательного времени, условия выполнения операций позволяют свести его до 10-20 с.

Время t_в зависит от размеров, массы, кон­фигурации заготовки, конструкции механиз­мов фиксации, длины хода и скорости переме­щения конвейера. Для автоматических линий корпусных деталей среднего размера сла­гаемые t_в составляют: t_инд = 3 ÷ 5 с — ход кон­вейера; t_ус = 3 ÷ 10 с — фиксация, зажим, расфиксация, отжим; t_yп = 4 ÷ 5 с — подвод и от­вод головок.

Схемы построения операций и состав опера­тивного времени. Возможность совмещения элементов оперативного времени при выпол­нении станочных операций зависит от схемы построения операции. Схема построения опе­рации характеризуется числом заготовок, уста­навливаемых для обработки, инструментов, участвующих в обработке, и порядком обра­ботки поверхностей заготовок инструментами.

По числу устанавливаемых заготовок схемы обработки можно разделить на одно­местные и многоместные. По числу инстру­ментов, участвующих в выполнении операций, схемы обработки могут быть одноинструментными и многоинструментными. Последо­вательная или параллельная работа инструментов при обработке поверхностей заготов­ки, а также последовательное или параллель­ное расположение нескольких заготовок отно­сительно инструментов обеспечивают схемы, различные по возможностям совмещения переходов по времени. В зависимости от по­рядка выполнения технологических переходов операции могут быть последовательного, па­раллельного и параллельно-последовательно­го выполнения.

Одноместные схемы обработки позволяют совмещать технологические переходы, но воз­можность совмещения вспомогательного времени с основным отсутствует. Состав ос­новного времени зависит от порядка выполне­ния технологических переходов. При последо­вательном выполнении переходов одним или несколькими инструментами (рис. 1, а — в) ос­новное время операции включает сумму време­ни выполнения всех технологических перехо­дов:

.     (1)

При параллельной схеме обработки (рис. 1,г) основное время операции определяется только одним лимитирующим (наиболее про­должительным) переходом по обработке по­верхности l₁:

t_o = t_о.л     (2)

Параллельно-последовательные схемы со­здаются при обработке нескольких поверхно­стей заготовки одновременно и в нескольких позициях последовательно. При этом заготов­ка либо переходит на новые позиции станка, либо не меняет позиций, а обработка выпол­няется режущими инструментами, подводимыми в зону обработки с помощью поворотной головки, барабана или подвижного стола (рис. 1,д). Во всех случаях основное время операции включает сумму n последовательно выпол­няемых в позициях лимитирующих переходов:

     (3)

При всех одноместных схемах обработки вспомогательное время операции содержит сумму времени всех m вспомогательных, пере­ходов:

     (4)

Во вспомогательное время всегда входит время t_vc установки и снятия заготовки и вре­мя t_уп управления станком. Состав других сла­гаемых зависит от характера операции; неко­торые операции включают время t_инд индекса­ции поворотных и передвижных столов и головок (рис. 1,д), другие - время t_с.и смены инструментов (рис. 1,в). Структура основного и вспомогательного времени для типовых одноместных схем обработки приведена в табл. 1.

Совмещение вспомогательных переходов с технологическими возможно при много­местных схемах обработки. Многоместные схемы операций осуществляются в тех слу­чаях, когда заготовки: 1) обрабатывают одной операционной партией, устанавливаемой на станке и снимаемой со станка одновременно (например, шлифование партии мелких дета­лей на магнитном станке плоско-шлифоваль­ного станка); 2) устанавливают в приспособле­ния независимо от других заготовок (или групп заготовок) и обрабатывают поочередно (например, при фрезеровании заготовок маят­никовой подачей или в поворотных приспосо­блениях); 3) обрабатывают на непрерывно вращающемся столе или барабане, а устана­вливают и снимают — на ходу, без остановки станка.

При многоместных схемах с одновремен­ной установкой и снятием всех заготовок опе­рационной партии (рис. 2) время на одну заго­товку определяется путем деления общих затрат времени на число заготовок в опера­ционной партии:

;     (5)

.     (6)

Основное время обработки одной заготов­ки в таких многоместных схемах существенно сокращается за счет времени врезания и сбега инструмента. Затраты вспомогательного време­ни t_ус при установке на станке операционной партии N заготовок несколько возрастают, но на одну заготовку они значительно меньше, чем в одноместных схемах.

В многоместных схемах обработки с неза­висимым (раздельным) закреплением заготов­ки или групп заготовок (рис. 3) основное вре­мя, как и в других случаях параллельной и параллельно-последовательной обработки, определяется временем выполнения лимитирующего перехода, деленным на число загото­вок:

t_o = to.л/N.     (7)

При этих схемах появляется возможность полного совмещения времени установки и сня­тия заготовок с основным временем, если t_yc < t_o.л. При использовании маятниковой подачи (рис. 3, а) и поворотного стола (рис. 3, б) во время обработки заготовок в одной рабочей позиции другая рабочая позиция ис­пользуется для снятия обработанных и уста­новки новых заготовок. На станке с многопо­зиционным поворотным столом (рис. 3,в) появляется возможность выделить загрузоч­ную позицию I, а в трех рабочих позициях (II, III, IV) последовательно провести многопере­ходную обработку одной заготовки (возможна установка по две или несколько заготовок одного или разных наименований). В этих слу­чаях t_в = t_yn + t_инд, a t_yc = 0.

При выполнении операции на станке с не­прерывно вращающимся барабаном или сто­лом (рис. 4) обработка осуществляется при не­прерывной рабочей подаче, а установ и снятие заготовок производятся на ходу станка в его загрузочной зоне. Вспомогательное время полностью перекрывается основным, и в штучном времени отсутствует время t_в = 0.

Структура основного и вспомогательного времени для многоместных схем обработки приведена в табл. 2.

Рассмотренные схемы обработки и струк­туры нормы времени применяются и к груп­повым наладкам, в которых предусмотрена обработка деталей разных наименований или одной детали с нескольких сторон при проме­жуточных переустановках. Высокопроизводи­тельные многоместные многоинструментные параллельные и параллельно-последовательные схемы обработки эффективно использовать и при недостаточном объеме вы­пуска одноименных деталей. Групповые на­ладки возможны на любых станках. В опера­ционные партии деталей, обрабатываемых при многоместных схемах (см. рис. 2—4), могут входить детали разных наименований. На вер­тикальном многошпиндельном полуавтомате при двухцикловой настройке и перекладыва­нии заготовки из первой загрузочной позиции во вторую заготовка в нечетных позициях обра­батывается с одной стороны, а в четных — с другой.

Параллельно-последовательная обработка на продольно-фрезерном станке (рис. 5) шести поверхностей заготовки призматической формы при последовательном перекладывании ее в позициях I — IV позволяет при каждом рабочем ходе стола снять со станка одну обработанную со всех сторон заготовку. Необработанная заготовка устанавливается в по­зицию I для обработки поверхностей 1 и 3, перекладывается в позицию II для обработки поверхностей 2 и 4, затем последовательно в позиции III и IV— для обработки поверхно­стей 5 и 6 соответственно. Фреза Ф1 для обра­ботки поверхности 1 настраивается на размер Н₁, а после перекладывания заготовки в пози­цию II фрезой Ф2 обрабатываются поверхно­сти 2 до размера H₂. Расположение заготовок позволяет фрезой ФЗ обработать поверхно­сти 3 и 6, а фрезой Ф4 — поверхности 4 и 5. При такой схеме обработки используются все четыре фрезерные головки, площадь стола и длина хода стола, обеспечивается непрерыв­ное питание поточной линии обработанными заготовками; вспомогательное время t_в = t_yc + t_уп. Формулы (2), (3), (7) основного времени при параллельных и параллельно-последова­тельных схемах обработки дают лишь каче­ственную характеристику этих схем.

Степень интенсификации операции количе­ственно оценивается по отношению основного времени to, учитываемого в штучном времени, к сумме основного времени всех совмещаемых технологических переходов. Коэффициент со­вмещенности основного времени

.     (8)

При последовательном выполнении всех пере­ходов К_c.о = 1, а при совмещении переходов К_c.о< 1; чем большее число переходов совме­щается, тем меньше Kc.o.

Операция в целом может характеризовать­ся отношением оперативного времени с учетом совмещенности технологических и вспомога­тельных переходов к сумме всех элементов основного и вспомогательного времени опера­ции.

Для сверлильно-фрезерно-расточных стан­ков с программным управлением характерны многоинструментные последовательные схемы построения операций при большом числе тех­нологических, и вспомогательных переходов. Технологический маршрут обработки вклю­чает две-три сложные многопереходные опера­ции вместо 5 — 15 операций при обработке той же детали на универсальных станках. При обработке на этих станках условия для совме­щения основного времени всех переходов по­чти отсутствуют, и основное время, учитывае­мое в штучном, можно принять равным сумме времени всех переходов. Однако возможности совмещения переходов во времени имеются при применении многолезвийных инструмен­тов для обработки ступенчатых отверстий, а также при применении сменных многошпин­дельных головок с осевыми инструментами для обработки групп отверстий. Эти головки устанавливают в шпинделе станка наряду с обычными сменными инструментами. Но да­же при последовательном выполнении перехо­дов основное время обработки на многоопера­ционных станках сокращается в 1,5—5 раз по сравнению с временем обработки на универ­сальных станках за счет применения опти­мальных для каждого инструмента режимов резания и устранения при программном управлении пробных рабочих ходов.

Вспомогательное время в общем случае t_в = t_уc + t_yп + t_пзц + t_инд + t_{с и}. Время установки и снятия заготовки t_ус может быть полностью или частично совмещено с основным време­нем. Это достигается с помощью одной-двух запасных установочных позиций, в которых заготовка устанавливается во время обработ­ки другой заготовки, или применением двух­местного приспособления на поворотном сто­ле. Время позиционирования t_пзц, индексации стола t_инд, смены инструмента t_с.и предста­вляет собой суммы ряда элементарных сла­гаемых каждого вида. Вспомогательное время для типовых операций обработки корпусных деталей составляет 50—60% штучного вре­мени.

Особенности построения операций в раз­личных условиях производства. При проекти­ровании схему обработки выбирают из числа немногих сопоставимых схем, так как многие варианты схем отпадают сразу же после об­щей оценки условий производства и конструк­тивных особенностей детали. Так, при малом годовом выпуске отпадают многоместные многоинструментные параллельные схемы обработки, требующие применения специаль­ного оборудования и сложной технологиче­ской оснастки, в то время как при большом выпуске их применение предопределяется за­данной производительностью.

От размеров и расположения обрабаты­ваемых поверхностей зависят возможности размещения параллельно работающих инстру­ментов. Габариты и конфигурация при много­местной обработке определяют возможную операционную партию, порядок расположения заготовок на столе или в приспособлении, сложность наладки станков, величину вспомо­гательных ходов. Большие габариты деталей исключают возможность многоместной обра­ботки; малые габариты, наоборот, благо­приятствуют применению многоместных схем, но исключают многоинструментные схемы из-за трудности размещения инструментов в на­ладке или из-за увеличения нагрузок от сил резания.

Любая интенсификация процесса обработ­ки сопровождается увеличением воздействия сил на технологическую систему и увеличе­нием погрешности обработки из-за упругих деформаций. Поэтому нежесткость конструк­ции детали может послужить причиной отказа от одновременной (параллельной) обработки несколькими инструментами. Это заставляет выделять обработку поверхностей деталей с высокими требованиями к точности и шеро­ховатости в особые операции, причем в таком случае при любом объеме годового выпуска возможно применение одноместных, одиоинструментных и последовательных схем об­работки.

Крупногабаритные детали, изготовляемые обычно в небольших количествах, обрабаты­вают на универсальных станках, часто без приспособлений, с установкой по выверке. Время на установку таких деталей велико, по­этому при проектировании технологических процессов стремятся к сокращению числа опе­раций и к выполнению с одного установа на­ибольшего числа переходов с помощью многократно сменяемых инструментов и по­следовательной их работы. Для интенсифика­ции таких операций и снижения трудоемкости создают сборные установки (рис. 6, а) из унифи­цированных переносных расточных головок или установки с использованием универ­сальных переносных станков (рис. 6,б) раз­личных типов (расточных, сверлильных, дол­бежных, строгальных) для многоинструментной параллельной обработки поверхностей детали. На плите (см. рис. 6, а) рядом с заго­товкой 1 на заданных межосевых расстояниях A₁ и А₂ установлены переносные расточные головки 2, 4, 6; переносные опоры 3, 5 и 7 слу­жат для поддержания и направления рас­точных борштанг 8. В дополнение к расточно­му станку 1 с поворотным столом, обрабаты­вающему отверстия d крупногабаритной дета­ли 3, устанавливают переносный радиально-сверлильный станок 2 для обработки кре­пежных отверстий в торцовой поверхности детали (рис. 6,б). В обоих случаях основное время операций

.

Специфика принятых при обработке круп­ногабаритных деталей решений подтверждает общность направлений в построении высоко­производительных станочных операций в ма­шиностроении. При ограниченных возможностях применения многоместных схем операций в некоторых случаях возможно совмещение времени установки и снятия одной заготовки с временем обработки другой при использова­нии дополнительной загрузочной позиции, располагаемой в зоне обслуживания шпинде­лем станка (например, в зоне вылета рукава радиально-сверлильного станка).