Определение дополнительных показателей

Казахский агротехнический университет им. С.Сейфуллина

Технический факультет

 

Кафедра «Технологические машины и оборудование»

 

КРИТЕРИИ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ОБРАБАТЫВАЕМЫХ НА СТАНКАХ С ЧПУ

 

Методические указания к выполнению лабораторной работы по

дисциплине «Современная металлообработка »,

раздел «Основы технологии автоматизированного производства в машиностроении»

для студентов специальности: 6М072400 «Технологические машины и оборудование»

 

 

 

Составители: д. т. н., профессор Л.М. Акулович;

к.т.н., доцент С.И. Мендалиева;

к.т.н., доцент Л.Е. Сергеев

 

 

Астана 2015

Настоящая лабораторная работа предусматривает изучение студентами процесса определения технологичности изделия обрабатываемого на станках с ЧПУ.

Цель работы – освоить методики определения количественных показателей технологичности конструкций деталей машин. Выявить недостатки конструкции деталей по сведениям, содержащимся в рабочем чертеже и технических требованиях, а также возможное, улучшение технологичности рассматриваемой конструкции детали.

Задачи работы:

1. Изучить теоретические основы определения технологичности изделия обрабатываемого на станках с ЧПУ.

2. Изучить технические возможности технологичности изделия обрабатываемого на станках с ЧПУ.

3. Изучить отработку конструкции на технологичность при оптимальных затратах труда, средств, материалов и времени на конструкторскую и технологическую подготовку производства изделий, его изготовление, техническое обслуживание и ремонт, а также обеспечение заданного качества изделия в принятых условиях производства и эксплуатации.

Студент должен знать:

1. Отработку конструкции изделия на технологичность, на стадии его проектирования.

2. Базовые (исходные) значения показателей технологичности, являющиеся предельными нормативами технологичности, обязательными для выполнения при разработке изделия;

3. Значения показателей технологичности, достигнутые при разработке изделия;

4. Показатели уровня технологичности конструкции разрабатываемого изделия.

 

Студент должен уметь:

1. Определять трудоемкость нового изделия методом корректирующих коэффициентов.

2. Определять более совершенную и производительную оснастку технологического процесса.

Основные положения

Конструкцию изделия называй технологичной, если в принятых конструктивных решениях учтены возможности обеспечения оптимальных затрат труда и средств на его проектирование, изготовление, техническое обслуживание и ремонт при заданном качестве и принятых условиях изготовления, технического обслуживания и ремонта.

Основная задача отработки конструкция на технологичность заключается в повышения производительности труда при оптимальных затратах труда, средств, материалов и времени на конструкторскую и технологическую подготовку производства изделий, его изготовление, техническое обслуживание и ремонт, а также обеспечение заданного качества изделия в принятых условиях производства и эксплуатации. Для выполнения поставленной задачи в первую очередь необходима отработка конструкции изделия на технологичность, главным образом, на стадии его проектирования. Общие требования к конструктивному оформлению элементарных поверхностей проектируемых деталей приведены в приложении 1.

Оценка технологичности конструкции проводится на уровне изделии, сборочных единиц и деталей. В настоящей работе рассматриваются количественные показатели технологичности конструкций деталей.

Технологичность конструкции изделия оценивают количественно с помощью системы показателей, которая включает:

- базовые (исходные) значения показателей технологичности, являющиеся предельными нормативами технологичности, обязательными для выполнения при разработке изделия;

- значения показателей технологичности, достигнутые при разработке изделия;

- показатели уровня технологичности конструкции разрабатываемого изделия.

Количественные показатели по их значимости делятся на основные и дополнительные.

К основным показателям относятся:

- трудоёмкость изготовления детали Т_{i норм.};

- технологическая себестоимость детали С_i, руб.

Необходимость использования дополнительных показателей определяется тем, что на стадии разработки чертежа детали и его согласования с технологом последний руководствуется главным образом техническими критериями ввиду отсутствия на этот момент данных о трудоемкости и технологической себестоимости проектируемой детали, т.к. технологический процесс ее изготовления еще не разработан.

При оценке детали на технологичность обязательными являются следующие дополнительные показатели [1]:

- коэффициент унификации конструктивных элементов

Ку.з. = Qу.з./Qр,

(1)

где Q_у.а. и Q_р., – число унифицированных и общее число конструктивных элементов детали, соответственно, шт.;

- коэффициент применимости стандартизованных обрабатываемых поверхностей

Кф. s. = Д о.с./Д р. о.,

(2)

где Д_о.с. и Д_р.о. – число поверхностей детали,. обрабатываемых стандартным инструментом и всех, подвергаемых механической обработке поверхностей, соответственно, шт.;

- коэффициент обработки поверхностей

Кр.о. = 1 – Д Р.о./Д Р,

(3)

где Д_р – общее число поверхностей детали, шт.;

- коэффициент использования материала

Ки.м. =Mдет / Мзаг,

(4)

где M_дет и М_заг – массы детали и заготовки, соответственно, кг.;

- максимальное значение квалитета обработки IТ;

- максимальное значение параметра шероховатости обрабатываемых поверхностей R_а;

- коэффициент применения типовых технологических процессов при изготовлении данной детали (процесс получения заготовки, механической, термической и других видов обработки)

Кт.п. = Qт.п./Qп. ,

(5)

где Q_т.п. и Q_п. – число, типовых и общее число технологических процессов для изготовления детали, соответственно, шт.;

- коэффициент применения прогрессивных видов оснастки при изготовлении данной детали

Ky.z.= N y.z. / ( N y.zi+ N ySj),

(6)

где m ₁ и m ₂ – число видов унифицированной и специальной оснастки, соответственно; N _y.zi – количество типоразмеров унифицированной оснастки 1-ого вида; N _yS_j – количество типоразмеров специальной оснастки 3-ого вида, шт.

Уровень технологичности конструкции детали К_у определяется как отношение достигнутого показателя технологичности к значению базового показателя, заданного в техническом задании.

Ку= К / Кδ,

(7)

где К – достигнутый (проектируемый) показатель технологичности; К_δ – базовый показатель технологичности, который обычно определяется по данным базовой детали.

Определение уровня технологичности конструкции детали, для которой установлены базовые показатели технологичности, является обязательным (ГОСТ 14.204-73). При оценке детали на технологичность в обязательном порядке определяются следующие основные показатели:

- трудоёмкость изготовления детали Т_i, норм.;

- технологическая себестоимость С_i, руб.

Одним из распространенных методов определения трудоемкости нового изделия является метод корректирующих коэффициентов. При этом методе трудоёмкость нового изделия принимается равной трудоемкости изделия-аналога, умноженной на ряд корректирующих коэффициентов [2].

В этом случае трудоемкость определяетcя по формуле

Т = Та Ки Ксл КN,

(8)

где Т – трудоёмкость проектируемой детали; Т_а – трудоёмкость детали-аналога; К_и – коэффициент, учитывающий различия массы сопоставляемых изделий; К_сл – коэффициент сложности, определяемый на основе сопоставления искомого и базового изделий по квалитетам точности и шероховатости поверхностей; К_N – коэффициент, учитывающий программу выпуска.

Для детали простой формы типа вала, втулки, шестерни коэффициент К_и можно определить по формуле

Км = ,

(9)

где М_и и М_а – масса изделия и аналога, соответственно, кг.

Эту же формулу можно применять для. геометрически подобное изделий. Значения К_м, вычисленные по формуле (9), приведены в табл. 1.

 

Таблица 1

Значения коэффициента К_м в зависимости от отношения масс изделии и его аналога

	Км		Км		Км		Км		Км
0,2	0,34	1,0	1,00	1,3	1,48	2,6	1,81	3,4	2,26
0,3	0,45	1,1	1,05	1,9	1,53	2,7	1,96	3,5	2,31
0,4	0,54	1,2	1,13	2,0	1,58	2,8	2,01	3,6	2,35
0,5	0,63	1,3	1,19	2,1	1,64	2,9	2,06	3,7	2,39
0,6	0,71	1,4	1.25	2,2	1,69	3,0	2,08	3,8	2,43
0,7	0,78	1,5	1,31	2,3	1.74	3,1	2,13	3,9	2,46
0,8	0,86	1,6	1,37	2,4	1,82	3,2	2,16	4,0	2,52
0,9	0,93	1,7	1,42	2,5	1,86	3,3	2,22

Коэффициент сложности К_сл определяется путем сопоставления квалитетов точности и шероховатости поверхностей в исполнении разрабатываемого, изделия и аналога. Он определяется по зависимости

Ксл = (Кт.и./Кш.и.) (Кт.а./Кш.а.),

(10)

где К_т.и. и К_ш.и. – значения коэффициентов, показывающих изменение трудоёмкости в зависимости от изменения требований к точности размеров и шероховатости поверхности, для анализируемого изделия; К_т.и. и К_ш.а. – для изделия-аналога.

Значения коэффициентов К_ш. и К_т. приведены в табл. 2.

 

Таблица 2

Значения коэффициентов К_ш и К_т

Параметр шероховатости поверхности по Ra		12,5	6,3	3,2	1,6	0,8
Кш	0,95	0,95	1,0	1,1	1,2'	1,4
Квалитет точности IT
Кт	1,3	1,2	1,2	1,0	0,9	0,8

 

Коэффициент K_N, учитывающий различие в программе выпуска, предусматривает применение более совершенной и производительной оснастки технологического процесса. Более точными получаются результаты при соотношении N _a/ N _и<10. На практике пользуются коэффициентами, приведенными в табл.3.

Таблица 3

Значения коэффициента К_N

	КN		КN		KN		KN
0,50	0,97	1,50	1,07	3,50	1,20	7,00	1,31
0,75	0,99	1,60	1,08	4,00	1,22	7,50	1,32
1,00	1,00	1,80	1,10	4,50	1,23	8,00	1,32
1,10	1,01	2,00	1,12	5,00	1.25	8,50	1,34
1,20	1,03	2,20	1,13	5,50	1,27	9,00	1,35
1,30	1,05	2,50	1,15	6,00	1,28	9,50	1,36
1,40	1,06	3,00	1,17	8,50 • *	1,30	10,00	1,37

При сравнении технологичности конструкции детали по себестоимости, последнюю в общем случае можно определить по формуле

С = Мо + Зо + Н, руб.,

(11)

где М_о – стоимость основных материалов (заготовок) за вычетом отходов; З_o – заработная плата основных производственных рабочих; Н – накладные расходы.

Стоимость заготовок, получаемых различными методами литья и штам­повки, можно определить по формуле

 

M = ( Q Kт Кс Кв Км Кп) – (Q – g) , руб.,

(12)

где С_i – базовая стоимость 1 т штампованных заготовок, руб.; K_т, К_с, К_в, К_м, К_п – коэффициенты, зависящие от точности заготовок, групп сложности, массы, материала и объёма производства.

Для штампованных заготовок из углеродистой стали массой до 10 кг, второй группы сложности в серийном и массовом производстве можно принять следующие величины коэффициентов: К_т = 1,0; К_с = 0,84; К_в = 0,89; К_м = 1,0; К_п = 0,8; Q и g – масса заготовок и детали в кг; S _отх – цена 1т отходов, руб.

Заработная плата основных производственных рабочих-сдельщиков определяется по формуле

Зо = gi α β γ δ, руб.,

(13)

где g_i – сдельная расценка по операциям, руб/шт.; g_i= l_i Т_шт.к.; l_i – часовая тарифная ставка рабочего на операции, руб/ч.; Т_шт.к – суммарное штучно-калькуляционное время обработки детали в часах (трудоемкость); α – коэффициент, учитывающий премии и другие доплаты, α = 1,2... 1,4; β – коэффициент дополнительной заработной платы, β = 1,07... 1,09; γ – коэффициент социального страхования, γ = 0,14; δ – коэффициент, учитывающий многостаночность работы и степень перевыполнения технически обоснованных норм. При отсутствии конкретных данных можно принять δ = 1.

Величину накладных расходов можно принять в процентах от заработной платы основных производственных рабочих. Для цехов среднего машиностроения в сравниваемых вариантах можно принять Н = 200... 300 %.

 

Методические указания

Методику выполнения работы рассмотрим на примере сравнения технологичности деталей, представленных на рис. 1, а, б.

Требуется определить значения показателей технологичности при изготовлении шестерни (рис. 1, а), имеющей массу М_и = 2,16 кг. Известно, что геометрически подобная по конструкции шестерня имеет массу М_а = 3,6 кг и требует для изготовления трудоемкость Т_а = 0,324 нормо-часа. Объем выпуска шестерни-аналога (рис. 1, б) N_а = 10 тыс. шт., а шестерни (рис. 1, а) – N_и = 20 тыс. шт. в год. Для обоих вариантов примем штамповки 2-ой группы сложности и К_и.з.= 0,7. Себестоимость шестерни-аналога известна С_а=1,73

руб.

Рис. 1. Эскизы деталей: а – базовая деталь; б – деталь, отрабатываемая на технологичность

 

Определение дополнительных показателей

По формуле (1) определяем коэффициент унификации конструктивных элементов. Из анализа чертежа (рис. 1, а) видно, что деталь содержит 11 конструктивных элементов, из них 10 – унифицированных. Один элемент (канавка для выхода шлифовального круга) является оригинальным

К_у.э. = 10/11 = 0,91.

Если принять, что К_у.э. для детали (рис. 1, б) равным 1, то уровень технологичности по данному показателю является высоким

К_у8 = 0,91/1 = 0,91.

Деталь по этому показателю следует считать технологичной.

По формуле (2) определяем коэффициент применяемости стандартизованных обрабатываемых поверхностей, как и для пункта 1.1. К_ф.s. = 10/11 = = 0,91, т.к. только канавка обрабатывается специальным резцом.

К_у.= 0,91/1 = 0,91.

Коэффициент обработки поверхностей определяем по формуле (3).

Из анализа чертежа устанавливаем, что для детали (рис. 1, а) Д_р.о.= 11 и Д_р. = 12. Тогда К_р.о. = 1 – 11/12=1 – 0,91=0,09, а для детали-аналога (рис. 1, б) Д_р.о. = 10, и Д_р. = 12.

К_р.о. = 1 – 10/12 = 1 – 0,833 = 0,167.

К_у. = 0,09/0,167 = 0,54.

Как видно, уровень данного показателя тоже близок к базовому.

Коэффициент использования материала по условию для обеих деталей одинаков и поэтому уровень технологичности по данному показателю будет равен 1.

При сравнении масс детали сравниваемой и детали-аналога видно, что по этому показателю деталь намного технологичнее аналога, т.к. ее масса 1,6 раза ниже.

К_у. = 2,16/3,6 = 0,6.

Максимальное значение квалитета обработки IT_max. Из анализа рис. 1, а и рис. 1, б видно, что максимальное значение точности у детали-аналога h11, а у разрабатываемой – h8, и тогда

К_у. = 8/11=0,73.

Следовательно, уровень технологичности по этому показателю ниже, чем у базовой детали.

Максимальное значение параметра шероховатости. Из анализа рис. 1, а и рис. 1, б видно, что Ra _max для разрабатываемой детали – 1,6 мкм, а для базовой детали – 6,3 мкм.

К_у.= 1,6/6,3 = 0,25.

Как видно и по этому показателю уровень технологичности базового варианта ниже.

Коэффициент применения типовых технологических процессов К_т.п. определяем по формуле (5).

В данном случае для деталей одного класса этот коэффициент в обоих случаях будет равным и поэтому К_у.= 1,0.

Коэффициент примёнения прогрессивных видов оснастки при изготовлении данных деталей К_у. определяется по формуле (6).

Если предположить, что данные детали будут обрабатываться по одному типовому технологическому процессу, то, следовательно, и типоразмеры и унификация оснастки у них будут одинаковыми и К_у. тоже будут равны. Тогда К_у. = 1,0.