3.2. Основные методы и последовательность проектирования инструментальных цехов

В данном разделе настоящего пособия представлены методы проектирования и расчета цеха (или малого предприятия) по изготовлению и ремонту инструмента и приспособлений.

Проектирование цехов инструментального производства осуществляют следующими методами: по точной программе, по приведенной программе и по технико-экономическим показателям (укрупненное проектирование).

Проектирование по точной программе, предусматривающее разработку технологических процессов на все типы инструментов и приспособлений, ведут только для крупных ИЦ при сравнительно ограниченной номенклатуре объектов производства.

Годовую потребность Пр в режущем инструменте по каждому типу и размеру (в штуках) определяют по формуле:

Пр = ТХо/ТДС, (3.1)

где Т^О - суммарное основное (технологическое) время обработки данным инструментом всех заготовок по годовой программе, ч; Тдс - действительное время службы инструмента данного типоразмера с учетом возможных его переточек, ч.

Суммарное основное время обработки заготовок в механическом цехе по каждому типу станков, использующему инструмент данного вида и размера, приближенно определяют следующим образом:

ТХо = Fдо • Кз • По, (3.2)

где п0 - средний коэффициент использования инструмента каждого типа по основному времени на станках механического цеха; для токарных станков 0,4-0,45, для токарно-карусельных и лобовых - 0,55, для сверлильных - 0,4; для расточных - 0,55; для многоцелевых - 0,12 [10].

Действительное время службы инструмента определяют по формуле

Тдс = (L/X+1) тс • Куп, (3.3)

где L - величина допустимого стачивания инструмента по размеру, лимитирующему число переточек, мм; X - величина стачивания за одну переточку, мм; тс - экономически обоснованный для конкретных условий обработки период стойкости инструмента между двумя переточками, ч; Куп - коэффициент убыли инструмента из-за поломок.

Величины допустимого стачивания инструмента L и стачивания за одну переточку X, а также коэффициент убыли инструмента из-за поломок можно найти по нормативным данным (табл.

3.1. Исходные данные для расчета срока службы режущего инструмента*-* [13] Размер, Величина Величина Коэффиц Наименование лимитирующи допустимог стачивания иент инструмента й число о за одну случайно переточек стачивания переточку й убыли L, мм X, мм Ку 1 2 3 4 5 твердосплавн Толщина (0,6-0,7) 0,15-0,5 1,1-1,3 ые пластинки С

Резцы быстрорежу !! (0,7-0,9) 0,3-0,6 1,1-1,15 щие Продолжение табл. 3.1

1 2 3 4 5 6 Фрезы цельные быстрорежущ ие цилиндриче ские Высоты зуба Н Н 0,4-0,6 1,05 концевые 0,6 Н 0,2-0,3 !! дисковые Н 0,3-0,5 !! угловые (0,5-2,0) Н 0,25 !! Фрезы с вставными твердосплавны ми ножами торцовые Ширина пластинки В (0,6-0,7) В 0,6-0,9 1,15 дисковые (0,5-0,7) В 0,5-0,7 1,20 Сверла спиральные быстрорежу щие Длина режущей части Ао (0,6-0,8) А 1,1-2,0 1,05-1,40 твердосплав ные Длина пластины Хп 0,6 Ап 0,4-0,7 1,05-1,20 Зенкеры быстрорежу щие Длина режущей части

А0 (0,5-0,6) А0 0,9-1,4 1,05-1,2 твердосплав ные Длина пластины А^ (0,5-0,6) Ап 0,8-1,0 1,1-1,2 Развертки быстрорежу щие Длина калибрующе й части А (0,6-0,7) Ак 0,4-1,2 1,05-1,1 твердосплав ные 0,5 Ак 1,0-1,2 1,1-1,2 Фрезы червячные быстрорежу щие Толщина зуба В 0,7 В 0,2-0,8 1,1 Долбяки быстрорежу щие Высота зуба Н (0,6-0,7) Н 0,2-1,1 1,1-1,3 Протяжки быстрорежу щие Длина спинки зуба В 0,6 В 1,15-0,25 1,05 *) Учитывая относительно малый объем и узкие области применения лезвийного инструмента из сверхтвердых материалов и минералокерамики, при расчетах ИЦ, как правило, не учитывают специфику их эксплуатации (малый износ, большой срок службы), что, практически, не оказывает влияния на конечные результаты расчета. Установив годовую потребность инструмента по каждому типу и размеру, приступают к разработке технологических процессов их

изготовления (как правило, только при дипломном проектировании) и на основании установленных норм времени определяют годовую станкоемкость

Тг = Тст • Пр и годовую трудоемкость слесарно-сборочных работ Т сб = Тсб • Пр при изготовлении инструмента данного типоразмера (Тст и Тсб соответственно станкоемкость и трудоемкость изготовления инструмента по всем операциям технологического процесса).

Расчет инструментального цеха по приведенной программе ведут в том случае, когда задана номенклатура инструмента с указанием количества по каждой конструктивно-технологической группе, инструмента- представителя.

Результаты расчета приведенной программы ИЦ заносят в ведомость по форме табл. 3.3.

Методы расчета ИЦ по точной и приведенной программам можно использовать лишь при ограниченной номенклатуре изделий.

Учитывая, что ИЦ машиностроительных предприятий часто имеют большую и разнообразную номенклатуру изготовляемых изделий, их проектируют в основном по технико-экономическим показателям. Этот метод проектирования называется укрупненным и представляет собой пример проектирования цеха или малого предприятия по условной программе.

Известно несколько укрупненных методов расчета инструментального цеха:

расчет по потребной массе инструмента и техоснастки на единицу обслуживаемого технологического оборудования.

расчет по нормам расхода инструментальной оснастки на единицу продукции предприятия;

расчет по годовой потребности инструмента и оснастки на единицу обслуживаемого технологического оборудования в ценностном выражении ("ценностный" метод);

метод, основанный на определении мощности действующих цехов инструментального производства в зависимости от мощности обслуживаемых цехов;

расчет, основанный на применении укрупненных нормативов процентного отношения числа единиц технологического оборудования ИЦ и количеству обслуживаемого технологического оборудования предприятия ("относительный" метод).

Наиболее часто в практике проектирования ИЦ машиностроительных предприятий используют метод расчета по потребной массе инструмента и относительный метод.

Метод расчета цеха по потребной массе инструмента основан на применении показателей годовой потребности в инструментальной оснастке на один станок основного производства.

Общую массу инструмента ти (режущего, измерительного, вспомогательного, а также приспособлений и техоснастки в тоннах, необходимую для выполнения годовой программы выпуска изделий основного производства предприятия, определяют по формуле:

ти = Со • qn/1000 , (3.4)

где С0 - количество станков обслуживаемых цехов основного производства, шт.; qH - годовая потребность в инструменте на один станок, кг (табл.

Годовую станкоемкость механической обработки Тст и годовую трудоемкость слесарно-сборочных работ Т0 при изготовлении инструмента и приспособлений определяют по формулам

Тст = hCT • ти ; Т0 = hra • ти , (3.5)

где h^ и h^ - соответственно удельная станкоемкость механической обработки и трудоемкость слесарно-сборочных работ при изготовлении 1 т инструмента, ст. ч, чел. ч. (табл. 3.4).

При расчетах трудоемкости и станкоемкости изготовления инструмента и приспособлений необходимо учитывать потребность не только цехов основного, но и вспомогательного производств (ремонтно-механического, экспериментального, инструментального и др.), а также работы по восстановлению и ремонту инструмента и техоснастки. При отсутствии детальных расчетов масса инструмента для выполнения данных работ принимается в пределах (10-20) % от массы инструмента цехов основного производства.

Общее количество металлорежущих станков, потребных для изготовления инструмента определенного типа (режущего, измерительного, вспомогательного, а также приспособлений), можно рассчитать по зависимости (2.21), а число рабочих мест для слесарно-сборочных работ - по зависимости (2.22).

Относительный метод расчета количества металлорежущих станков инструментального цеха относится к наименее точным и используется, в основном, на стадии разработки технических проектов. Как отмечалось выше, в этом случае количество станков ИЦ определяют в процентном отношении к количеству обслуживаемых станков. При этом расчетное количество станков:

Ср = Ст • Кп • Кк, (3.6)

где Ст - количество станков ИЦ на 1000 единиц обслуживаемого оборудования цехов основного производства, шт. (табл. 3.5); Кп - коэффициент, учитывающий уровень централизованных поставок инструмента (табл. 3.6); Кк - коэффициент, учитывающий численность обслуживаемого оборудования (табл. 3.7).

Для обслуживания сборочных цехов крупносерийного и массового производства, оснащенных большим количеством сложного

механизированного инструмента и приспособлений, на одно рабочее место с применением механизированного инструмента предусматривают 0,05 - 0,08 станков (от количества механизированного инструмента или рабочих мест сборки) в ИЦ.

3.4.

*) При работе в три смены применяется дополнительный коэффициент 1,3; при работе в одну смену - 0,7.

3.5. Количество основных станков инструментального цеха на 1000 единиц обслуживаемого оборудования [17] Количество станков в инструментальном Характер изделий основного цехе Ст производства крупносерийно среднесер мелкосерийное е и массовое ийное и единичное производство производ ство производство Сложные или крупные изделия (производство 100-115 85-95 75-85 автомобилей, станков, самолетов и др.) Изделия средней сложности (производство компрессоров, 85-95 75-85 65-75 насосов, мотоциклов и др.) Изделия малой сложности и мелкие (производство сельско- 75-85 65-75 60-65 хозяйственных машин, подшипников, велосипедов и др.) 3.6. Поправочный коэффициент к нормам количества станков по уровню поставки и серийности производства Кп [13, 17] Уровень Кп поставки Крупносерийное и Среднесерийное Мелкосерийное и инструмента со массовое производство единичное стороны (в % от производство производство стоимости) 30 - - 1,0 35 - - 0,95 40 - 1,0 0,9

45 - 0,95 0,85 50 1,0 0,9 0,8 55 0,95 0,85 0,75 60 0,9 0,8 0,7 65 0,85 0,75 0,65 70 0,8 0,7 0,6 75 0,75 0,65 0,55 80 0,7 0,6 0,5 85 0,65 0,55 0,45 3.7.

Общее количество основного технологического оборудования ИЦ в этом случае распределяют между участками и отделениями с использованием данных табл. 3.8.

3.8. Укрупненные нормы распределения основного технологического оборудования (станков) между участками и отделениями инструментального цеха Наименование участка или Норма в % от количества основного отделения технологического оборудования ИЦ Режущего инструмента 35-40 Измерительного инструмента 13-15 Вспомогательного инструмента 16-18 Приспособлений 20-23 Восстановления инструмента 3-4 Итого: 100 %

При укрупненном проектировании количество рабочих мест слесарно- сборочных работ принимают в размере (40-55) % от расчетной численности оборудования в цехе.

Отделения (участки) изготовления отдельных видов инструмента и приспособлений предусматривают в структуре ИЦ, если количество станков данного отделения (участка) может составить комплект оборудования, с помощью которого можно реализовать замкнутый технологический процесс изготовления данной группы инструментов (табл. 3.9)

3.9. Примерное процентное соотношение количества основных станков инструментального производства [13, 17] Группы станков Отделение (участок) режущег о

инструм ента измерительн

ого инструмента вспомогател

ьного инструмента приспо соблен ий восстановл

ения инструмент а Токарно-винторезные 11-13 31-35 41-45 33-37 21-25 Токарно-затыловочные 2,5-3,5 - - - - Токарно-револьверные 1,5-2,5 - 3-5 - - Координатно-расточные - - 1,5-2,5 8-10 - Поперечно- и продольно- строгальные 2-3 2,5-3,5 5-7 13-17 5-7 Долбежные 0,8-1,2 - 1,5-2,5 1,52,5 - Универсально- и гори-зонтально-фрезерные 12-14 14-15 11-14 8-10 9-11 Вертикально-фрезерные 2,5-3,5 1,5-2,5 5-7 1,52,5 4-6 Зубообрабатывающие 0,8-1,2 0,8-1,2 - 1,52,5 - Круглошлифовальные 13-15 13-15 10-12 6-8 13-17 Плоскошлифовальные 11-13 14-16 5-7 7-9 10-12 Внутришлифовальные 4-6 2,5-3,3 3,5-4,5 3,54,5 5-7 Резьбошлифовальные 3-5 1,5-2,5 - - - Бесцентрово-шлифоваль- ные 0,8-1,2 - 0,8-1,2 - 2,5-3,5

Оптические профиле- - 1,5-2,5 - - - шлифовальные Зубошлифовальные 1,5-2,5 - - - - Шлифовально-затыловоч- 2,5-3,5 - - - - ные Доводочные 1,5-2,5 6-8 - - 18-20 Заточные 13-15 - - - - Разные 4-6 3-4 2-3 4-6 2-3 Итого: 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % Состав минимального комплекта основных станков ИЦ указан в табл. 3.10. Если по выполненному расчету общее количество основных станков ИЦ будет меньше 15, отдельный ИЦ не проектируют.

3.10. Минимальный комплект основных станков ИЦ [13, 17] Тип станка Основные размеры Мощность, кВт Токарно-винторезный 160х1000 4,5 То же 210х750 7,0 Токарно-винторезный 180х710 4,5 повышенной точности Токарно-затыловочный наибольший размер затылуемой фрезы 40х50 0,5/1,5 Универсально-фрезерный с 250х1000 2,8 поворотной головкой Вертикально-фрезерный с 1250х320 7 поворотной головкой Копировально- фрезерный 1250х320 7 Поперечно-строгальный 650 (ход стола) 4,5 Долбежный 200 (ход долбяка) 2,8 Вертикально-сверлильный 25 (диаметр сверла) 2,8 То же 35 (диаметр сверла) 4,5 Координатно-расточной 520х380 (размер стола) 0,85 Круглошлифовальный 200х700 7,0 Резьбошлифовальный 200х500 (размер изделия) 4,8 Плоскошлифовальный 1000х300 (размер стола) 4,5 Внутришлифовальный 6-25 (предел диаметров шлифуемого изделия) 4,7 Универсально-заточной 250х600 (высота центров,

расстояние между центрами) 0,6 Заточной для резцов из быстрорежущей стали 50х50 (сечение резца) 2,8 Станок для доводки твердосплавных резцов 40х40 (сечение резца) 0,4 Станок для заточки сверл 3-12 (предел диаметров сверла) 0,65 Примечание: по одному станку каждого типа, всего - 20 станков. Заготовительное, сварочное, термическое, кузнечное, гальваническое, ремонтное отделение ИЦ рекомендуется объединять с такими же отделениями РМЦ.

При наличии в проектируемом или реконструируемом ИЦ установок для нанесения износостойких покрытий типа "Искра", "Булат", "Мир", "Пуск", "Юнион" и других моделей следует организовать соответствующее отделение (участок). Количество таких установок определяется их производительностью и объемом инструмента, подвергаемого обработке.

Общую численность вспомогательного оборудования определяют по нормам технологического проектирования в зависимости от количества основных станков ИЦ, причем она колеблется в широких пределах: от 18 % (для 250 и более станков) до 40 % (для 20 станков и менее) (табл. 3.11).

3.11 Примерный состав вспомогательного (прочего) оборудования ИЦ [13, 17] Минимальн Количество основных станков, на которые ое применяют одну единицу вспомогательного Оборудование количество оборудования отделения (участка) на режущег измерител вспомогат приспос восстанов отделение о ьного ельного облений ление (участок), инструм инструмен инструмен инструмен шт ента та та та 1 2 3 4 5 6 7 Станки: сверлильные 1 35-45 15-20 15-20 15-20 15-20 (вертикальные и радиальные) с диаметром сверления 15-20 мм

настольно- сверлильный 1 15-20 15-20 15-20 10-15 10-15 настольно-токарный 1 - 80-100 - - - настольно-фрезерный - 20-25 - - - обдирочно- шлифовальный 1 25-35 25-35 25-35 25-35 25-35 настольно-точильный 30-40 40-50 40-50 50-60 15-20 заточной для заборной части метчиков 1 80-100 - - - - шлифовальный для центровых отверстий 1 35-40 40-60 60-80 - - Продолжение табл. 3.11 1 2 3 4 5 6 7 анодно-механический профилировочный для резцов 25-30 гравировальный

(копировально-

фрезерный) 15-20 20-25 20-25 20-25 20-25 полировальный 1 80-100 80-100 - - - доводочный для плоских изделий 1 - 40-60 - - - опиловочный - - 40-60 40-60 40-60 20-25 контурно- шлифовальный - - - - 30-35 - клеймовочный - 45-60 - - - - пила ленточная лобзиковая 1 - 40-60 - - - Прессы:

ручной (реечный или винтовой) 1 - - 20-25 - - гидравлический - 20-30 30-35 30-35 25-30 20-25 кривошипный 1 - - 20-25 - - Делительная машина - - 50-60 - - - Сварочный трансформатор 1 - - - 20-25 - Сварочная стыковая машина 1 40-50 - - - -

Машина для сварки трением - 40-50 - - - - Вспомогательное оборудование располагается также во вспомогательных службах цеха (цеховая ремонтная база и др.). Его численность определяют по нормам технологического проектирования, аналогичным нормам расчета вспомогательных служб МСЦ. Однако в числе вспомогательных служб ИЦ могут отсутствовать мастерская по ремонту технологической оснастки и инструментов и заточное отделение, функции которых выполняют основные участки цеха.

Количество производственных рабочих-станочников ИЦ определяют по зависимости (2.32), а количество рабочих, выполняющих слесарно- сборочные работы, - по зависимости (2.33).

При укрупненных расчетах количество рабочих-слесарей принимают в процентном отношении от количества станочников соответствующего участка: режущего инструмента - (5-7) %; вспомогательного и измерительного - (20-70) %; приспособлений - (35-40) %; восстановления инструмента - (15-20) %. В среднем число рабочих-слесарей составляет (3035) % от числа станочников ИЦ.

Число вспомогательных рабочих принимают в количестве (15-20) % от численности основных производственных рабочих (в том числе рабочие- контролеры - (2-3) %).

Инженерно-технические работники составляют (10-12) %, служащие (1,5-2) % и младший обслуживающий персонал - (1-1,5) % от численности всех рабочих цеха.

При двухсменной работе ИЦ численность работающих в первой смене среди основных рабочих составляет 60 %, среди вспомогательных - (60-65) %.

Количество ИТР, работающих в конторских помещениях, составляет примерно (45-50) % от их общей численности.

Состав ИТР, служащих и МОП уточняют в соответствии с разработанной структурой цеха и схемой его управления.

Из работающих в цехе ориентировочно принимают (10-15) % женщин среди станочников, (2-3) % среди слесарей и (35-40) % среди вспомогательных рабочих.

Средний разряд производственных рабочих ИЦ - 4,5. Для участков, использующих станки с ЧПУ, - 3,5.

Для закрепления материала, изложенного в 3.1, 3.2, следует заполнить тест для самоконтроля

Тест для самоконтроля к параграфам 3.1 и 3.3

Да

Нет

На Ваш взгляд, является ли характерной поточная форма организации производства в ИЦ машиностроительных предприятий ?

Существует ли какая-либо взаимосвязь между коэффицентом закрепления технологического оборудования Кзо и уровнем приобретения инструмента у специализированных предприятий ?

Целесообразно ли осуществлять расчет ИЦ по точной программе для небольших машиностроительных предприятий с обширной номенклатурой объектов производства ?

Зависит ли действительное время службы инструмента от величины снимаемого припуска при его заточке ?

Имеются ли какие-либо отличия в методиках расчета ИЦ и МСЦ по приведенной программе ?

Являются ли укрупеннные методы расчета ИЦ наиболее распространенными в практике технологического проектирования ?

Учитывается ли удельная станкоемкость механической обработки и трудоемкость слесарно- сборочных работ на изготовление 1 т инструмента при расчете ИЦ относительным методом ?

Выполненными расчетами установлено, что общее число основных станков инструментального производства предприятия составляет 14 единиц. Следует ли в этом случае организовать отдельный ИЦ ?

Учитывают ли при расчетах инструментального цеха трудоемкость заточки режущего инструмента, используемого в самом проектируемом цехе ?

Являются ли методы расчета ИЦ по потребной массе и по нормам расхода инструментальной оснастки на единицу продукции типичными представителями расчета цехов по условной программе ?

Можно ли при расчете цеха по потребной массе инструмента и техоснастки на один станок основного

производства суммировать годовые потребности инструмента на станок qH и удельные станкоемкости механической обработки h^ и находить годовую станкоемкость цеха по их значениям ?

Зависит

ли количество основного оборудования в ИЦ, рассчитываемого относительным методом, от сложности изделий основного производства ?

Является ли относительный метод расчета количества металлорежущих станков ИЦ наиболее точным ?