1.1. Служебное назначение приспособлений
Интенсификация производства в машиностроении неразрывно связана с техническим перевооружением и модернизацией средств производства на базе применения новейших достижений науки и техники. Техническое перевооружение, подготовка производства новых видов продукции машиностроения и модернизация средств производства неизбежно включают процессы проектирования средств технологического оснащения и их изготовления.
В общем объеме средств технологического оснащения примерно 50% составляют станочные приспособления. Применение станочных приспособлений позволяет: 1) реализовать теоретическую схему базирования и закреплять обрабатываемую заготовку с сохранением ее жесткости в процессе обработки;
2) стабильно обеспечивать высокое качество обрабатываемых заготовок при минимальной зависимости качества от квалификации рабочего;
3) повысить производительность и облегчить условия труда рабочего в результате механизации приспособлений;
4) расширить технологические возможности используемого оборудования.
Под служебным назначением приспособлений понимают четко сформулированную технологическую задачу, для решения которой оно создается.
Среди задач, решение которых достигается применением приспособлений можно выделить три основных:
I. Установка заготовок на станках без выверки. Применение приспособлений для установки заготовок ликвидирует дорогостоящую и трудоемкую операцию разметки, устраняет выверку обрабатываемой заготовки на станке, обеспечивает возможность автоматического получения точности размеров, а следовательно, повышает точность обработки за счет устранения погрешностей, связанных с разметкой и выверкой.
2. Повышение производительности труда. Высокая производительность труда в равной мере зависит как от высокопроизводительного оборудования, так и от высокопроизводительного приспособления. Повысить производительность труда — это значит сократить норму штучного времени на операцию. Норма штучно-калькуляционного времени определяется по формуле:
Тшт-к =То+Тв+Ттех.об+Торг.об+Тпер+
Основное время -То можно уменьшить за счет: а) увеличения числа одновременно работающих инструментов; б) одновременной обработки нескольких заготовок (для этого проектируются многоместные приспособления или приспособления для установок заготовок пакетами); в) повышения режимов резания (проектирование приспособлений, повышающих жесткость технологической системы, позволяет повысить режимы резания и применять много инструментальную обработку).
Вспомогательное время — Тв можно сократить, уменьшив время на установку и закрепление заготовок или совместив вспомогательное время с основным.
При использовании приспособлений рабочий может не проверять положение заготовки при установке. Для сокращения времени закрепления заготовки проектируются быстродействующие ручные, механизированные, автоматизированные и многократные зажимные устройства, поворотные приспособления, автоматические загрузочные устройства, выталкиватели и др.
Время технического обслуживания рабочего места -Ттех.об сокращают, используя быстросменные патроны, многорезцовые державки, в которых наладка осуществляется вне станка на специальных приспособлениях, шаблоны для установки инструментов на размер и т.д.
Время организационного обслуживания — Тогр.об можно уменьшить при создании в приспособлении окон и лотков для отвода стружки, устройств для автоматической очистки от стружкии ее транспортирования и др.
Время регламентированных перерывов Тпер сокращается за счет применения приспособлений, облегчающих труд рабочих.
Подготовительно-заключительное время Тп.з уменьшается путем тех же мероприятий, что Торг.об но кроме этого еще за счет создания приспособлений, обеспечивающих точную и быструю установку их на станке без выверки и допускающих быструю переналадку приспособлений на обработку разных заготовок.
Задачей технолога по обеспечению повышения производительности труда является анализ нормы времени для уменьшения ее составляющих.
3. Расширение, технологических возможностей оборудования. Заводы единичного и мелкосерийного производства оснащены в оcновном универсальными металлорежущими станками. Каждый станок предназначен для выполнения какой-то определенной работы с заданной точностью.
Для таких станков применяют специальные приспособления расширяющие технологические возможности оборудования, например, с помощью специальных приспособлений обработку шлифованием, протягиванием и фрезерованием можно производить на токарном станке, растачивание и долбление — на фрезерном станке, обработку точных отверстий на сверлильном станке и т.д.
При разработке приспособлений имеются широкие возможности для проявления творческой инициативы по созданию конструкций, обеспечивающих наибольшую эффективность и рентабельность производства, по снижению стоимости приспособлений и сокращению сроков их изготовления. Приспособления должны быть удобными и безопасными в работе, быстродействующими, достаточно жесткими для обеспечения заданной точности обработки, удобными для быстрой установки на станок, что особенно важно при периодической смене приспособлений в серийном производстве, простыми и дешевыми в изготовлении, доступными для ремонта и замены изношенных деталей.
1.2.Классификация приспособлений
Технологическая оснастка подразделяется по трем признакам:
По целевому назначению технологическую оснастку можно разделить на пять основных групп.
1.Станочные приспособления, используемые для установки и закрепления обрабатываемых заготовок соответственно условиям выполнения технологического процесса. Эти приспособления подразделяютсяна сверлильные, фрезерные, расточные, токарные, протяжные, дольбежные и др. К группе станочных приспособлений относятся также приспособления специального назначения (для гибки, рихтовки и пр.).
2. Приспособления для закрепления рабочего инструмента.Они выполняют роль связующего звена между инструментом и станком, тогда как первая группа приспособлений связывает заготовку со станком. При помощи приспособлений первой и второй групп осуществляется наладка технологической системы.
Данная группа приспособлений называется также вспомогательным инструментом, характеризуется большим количеством нормализованных и типовых устройств вследствие широкой стандартизации и нормализации инструментов.
3.Сборочные приспособления, используемые для выполнения, соединений сопрягаемых деталей в узлы и изделия.
4. Контрольные приспособления, применяемые для проверки изделии, при промежуточном и окончательном контроле деталей в процессе обработки, а также для проверки собранных узлов машин.
5.Приспособления для захвата, перемещения и перевертывания обрабатываемых заготовок и узлов. Эти приспособления применяются для тяжелых объектов, перемещение которых вручную невозможноилизатруднительно. В автоматизированном производстве данная группа приспособлений применяется для всех видов заготовок.
По степени специализации приспособления делятся на три группы:
1. Универсальные приспособления, применяемые в индивидуальном и мелкосерийном производстве. Используются для закрепления и обработки заготовок широкой номенклатуры и различных размеров. Универсальные приспособления подразделяются на безналадочные и наладочные.
2.Переналаживаемые или специализированные (обратимые) приспособления, т.е. приспособления многократного применения. Применяются мелько- и среднесерийном производстве. Специализированные (групповые) приспособления имеют ограниченные пределы универсальности и применяются при обработке заготовок, имеющих конструктивно-технологическую общность, входящих в одно классифицированное подразделение, следовательно, имеющих одинаковый характер расположения поверхностей, служащих базами установки в приспособлении.
Специализированные приспособления сочетают в себе положительные качества универсальных конструкций (возможность многократного использования при смене объекта производства) и конструкций специальных (быстрота действия, точность обработки, простота конструкции, высокая производительность).
При переходе от обработки одной заготовки к обработке другой специализированное приспособление, как и универсально-наладочное, оснащается несложными сменными наладками.
К специализированным приспособлениям относятся:
1) Универсально-сборные (УСП) и сборно-разборные (СРП)приспособления, собираемые из набора нормализованных деталей и узлов;
2) Унйверсально-наладочные приспособления (УНП) — со сменными наладками, позволяющие обрабатывать заготовки различных наименований;
3) Групповые переналаживаемые приспособления со сменными наладками, дающие возможности обработки определенной группы заготовок.
3.Специальные приспособления, предназначенные для выполнения определенных технологических операций и представляющие собой переналаживаемые приспособления одноцелевого назначения. Применяются в основном в крупносерийном и массовом производстве.
По степени механизации и автоматизации приспособления подразделяются на 4 группы:
1. С ручным приводом.
2. Механизированным приводом.
3. Полуавтоматические.
4. Автоматические.
Приспособлениям предъявляются следующие основные требования:
а) обеспечение заданной точности обработки;
б) Простота конструкции и наименьшая стоимость изготовления;
в) рациональность конструкции и обеспечение техники безопасности;
г) удобство и простота установки заготовки на станок;
д) удобство работы;
е) удобство ремонта и доступность замены изношенных деталей.
Универсально-наладочные приспособления (УНП) состоят из двух частей — универсальной и наладочной. Универсальная часть включает корпус приспособления, привод и базы для установки сменных наладок, а наладочная часть имеет базы для установки обрабатываемой детали и элементы для направления или координации инструмента.
Универсальная часть приспособления, как правило, имеет две и более кинематические цепи, обеспечивающие простой или комбинированный зажим детали и регулировку положения элементов, на которых устанавливаются сменные наладки.
Как указывалось выше, конструкция корпуса и привода зависит не от геометрической формы деталей, а от ее габаритных размеров, поэтому универсальная часть является постоянной нормализованной частью УНП, предназначенного для обработки деталей всего классифицированного подразделения.
Важным условием успешного применения УНП является обеспечение быстрой и точной установки сменных наладок. От этого в значительной степени зависит эффективность универсально-наладочных приспособлений. Поэтому при проектировании универсальной части УНП уделяется особое внимание удобству и простоте установки сменных наладок при минимальных затратах вспомогательного времени (не более 3 мин.).
Сменные наладки изготовляются в зависимости от формы и размеров установочных базовых поверхностей обрабатываемых деталей. Они имеют, с одной стороны, базы в соответствии с конструктивными особенностями каждой детали в отдельности, а с другой, — взаимозаменяемые нормализованные базы, позволяющие одинаково устанавливать их в универсальной части приспособления.
Таким образом, сменная наладка является как бы технологическим придатком детали, унифицирует установочные базы и позволяет обрабатывать заготовку в высокопроизводительном приспособлении.
1.3. Основные принципы выбора приспособлений для единичного, серийного и массового производства.
Правила выбора технологической оснастки устанавливает порядок выбора систем и конструкций оснастки не только в соответствии с их эксплуатационной характеристикой и спецификой производства изделий, но и на основе обеспечения интенсификации ее эксплуатации.
Современное машиностроительное предприятие характеризуется различными типами производств, серийностью, габаритами и формой изделий, что обусловливает использование в рамках одного предприятия различных систем приспособлений. Комплексная задача выбора систем станочных приспособлений заключается в определении оснащающих операции объемов приспособлений различных систем, которые обеспечат в сумме максимальную экономическую эффективность как в сфере подготовки производства, так и в сфере производства изделий.
Такая задача ввиду ее большой размерности может быть решена только с использованием современных информационно-поисковых систем.
Для решения поставленной задачи можно руководствоваться некоторыми понятиями и рекомендациями из области стандартизации и унификации.
Комплексная стандартизация СП — упорядоченный правилами и положениями Государственной системы стандартизации процесс, обеспечивающий оптимальный уровень технологической готовности для производства изделий в результате разработки, комплектации и применения постоянно действующего парка стандартных и унифицированных СП различных систем.
Унификация СП — часть комплексной стандартизации СП, заключающаяся в приведении к единообразию, основанному на рациональном сокращении числа, типов, основных параметров СП, их сборочных единиц, деталей, конструктивных элементов, марок материалов, покрытий, норм точности и т. д.
Система СП — совокупность СП, которые создаются на основе единых правил с целью обеспечения единстваих выполнения и использования в определенных организационных условиях технологического процесса изготовления различных изделий резанием. Системы СП используют на основе применения правил и положений ЕСТПП для достижения высокой технологической готовности промышленных предприятий к производству различных изделий в соответствии с заданными технико-экономическими и плановыми показателями.
Универсальные безналадочные приспособления (УБП) представляют собой неразборные СП многократного применения, которые эксплуатируются без доработки. Эффективны в условиях единичного мелкосерийного производства однотипных деталей. Примерами являются центры, универсальные патроны, стойки и т. п.
Универсальные наладочные приспособления (УНП) представляют собой разборные СП многократного применения. Компоновка УНП состоит из базовой части, универсальной по схемам базирования и конструктивным формам устанавливаемых заготовок, и сменной наладки. Данные виды приспособлений эффективны в условиях единичного и серийного многономенклатурного производства. Примерами являются универсальные наладочные тиски и т. п.
Специализированные наладочные приспособления (СНП) представляют собой разборные СП многократного применения. Компоновка СНП состоит из базовой части, специализированной по схемам базирования типовых групп обрабатываемых заготовок, и сменной наладки. Данные виды приспособления эффективны в условиях серийного производства.
Универсальные сборные приспособления (УСП) представляют собой разборные СП многократного применения. Компоновка УСП собирается из высокоточных стандартных универсальных деталей и сборочных единиц и не требует дополнительной механической обработки. Эффективны в условиях единичного и мелкосерийного производств.
Сборно-разборные приспособления (СРП) представляют собой разборные СП многократного применения. Компоновка СРП собирается из стандартных деталей и сборочных единиц с возможной их дополнительной обработкой. Эффективны в условиях серийного и крупносерийного производств изделии, находящихся в стадии непрерывного совершенствования, или изделий с периодом изготовления до полутора лет.
Необратимые специальные приспособления (НСП) представляют собой неразборные СП однократного применения. В конструкциях НСП применяются стандартные детали и сборочные единицы общего применения. Такие виды приспособления эффективны в условиях крупносерийного и массового производств.
В общем случае выбор конкретного вида приспособления должен сопровождаться соответствующими экономическими расчетами.
Выбор того или иного вида приспособления необходимо обосновывать экономической целесообразности его сборки, изготовления и эксплуатации. В расчетах на рентабельность обычно сопоставляют различные конструктивные варианты приспособления для выполнения одной и той же технологической операции. Если считать, что расходы на режущий инструмент, амортизацию станка и электроэнергию одинаковы, то элементы себестоимости обработки, зависящие от конструкции приспособления, для сравниваемых вариантов a и b:
Сa и Сb— себестоимость изготовления или сборки приспособления по варианту a и b , руб.; La и Lb — штучная заработная плата при использовании этих приспособлений, руб.; z — цеховые накладные расходы на заработную плату, %; q – расходы, связанные с эксплуатацией приспособлений, %; i – срок амортизации приспособления, годы; n – годовая программа выпуска деталей, шт; Sa и Sb – расходы на конструирование и отладку приспособлений по вариантам а и b, руб; n| — число заготовок, обрабатываемых в приспособлений за период освоения выпускаемой продукции.
Расходы на конструирование и отладку относят на первые образцы нового изделия или распределяют на себестоимость изделия в течение определенного времени производства. Сопоставление экономической эффективности приспособлений по вариантам а и b для установившегося периода производства, когда расходы на конструирование и отладку погашены, можно производить по выше указанным формулам, приняв S’а = S’b = 0.
Величину программы выпуска деталей, при которой оба сопоставляемых варианта в экономическом отношении равноценны находим, решая совместно уравнения (1) и (2) относительно n:
(3)
Если заданная программа больше рассчитанной по формуле (3) величины п, то выгоднее применять более сложное приспособление, и наоборот.
Для расчета п нужно знать величины Sa и Sb. Их точные значения можно определить на основе калькуляций после составления рабочих чертежей и разработки технологических процессов изготовления приспособлений. Однако этот способ сложен и трудоемок, задание же на конструирование приспособления должно выполняться в короткие сроки. Поэтому применяют более простые, приближенные способы определения затрат на изготовление приспособлений. Для ориентировочных расчетов можно пользоваться приближенной формулой
S = СК,
где S—себестоимость изготовления приспособления, руб.; К—число деталей в приспособлении; С — постоянная, зависящая от сложности приспособления. Для простых приспособлений С = 1,5, для приспособлений средней сложности С = 3,0, и для сложных С = 4,0.
Величину i берут равной сроку, в течение которого конструируемое, или выбранное приспособление будет использовано для выпуска заданной продукции. Если, например, данные детали выпускаются в течение двух лет, то и i также принимается равным двум годам. Если производимая продукция стабильна и сроки прекращения ее выпуска неизвестны, то рекомендуется брать для простых приспособлений равным одному году, для приспособления средней сложности — от двух до трех лет и для сложных — от четырех до пяти лет. Величину q рекомендуется брать равной 20 %• Для определения L нужно знать штучное время на данную, операцию tшт, и минутную заработную плату рабочего с:
У сопоставляемых вариантов эти величины различны. При использовании более совершенного приспособления tшт, и с снижаются в результате уменьшения основного и вспомогательного времени, а также облегчения условий труда и упрощения выполняемых манипуляций
Использование приспособлений часто вызывает изменение технологического процесса в связи с ликвидацией или видоизменением отдельных операций. В этом случае можно сопоставить себестоимость механической обработки заготовки, зависящей от оснастки, не по отдельным операциям, а по процессам:
где индексы 1 и 2 относятся к сопоставляемым вариантам процессов.
Если в сопоставляемых вариантах применяется различное оборудование (например, горизонтально-расточный станок заменяется вертикально-сверлильным), то учитывая дополнительную стоимость 1 мин работы станка сст, получим
Рассмотрим теперь себестоимость обработки, если данная технологическая операция выполняется на переналаживаемом универсальном приспособлении, оснащенном сменной наладкой:
где Sy — стоимость универсального приспособления; Sсн — себестоимость изготовления сменной наладки; iy — число лет амортизации универсального приспособления; iсн— число лет амортизации сменной наладки; Sсн — расходы на конструирование и отладку сменной наладки.
Приведенная формула может быть использована для сопоставления рентабельности различных вариантов переналаживаемых приспособлений пли специального и переналаживаемого приспособления.
Пример.Сопоставить экономическую целесообразность применения станочного приспособления для двух вариантов: для первого варианта L1=0,020р, S1=150р.; для второго варианта L2=0,028р, S2=100р.; z=250%; q=20%; i=2. Годовая программа выпуска изделий 10 тыс. шт.
Решение. По формуле (3) найдем величину программы, при которой экономически оправдываются оба варианта:
Так как заданная программа больше программы, рассчитанной по формуле (3), то выгоднее применять более сложное приспособление (вариант 1).
1.4. Основные конструктивные элементы приспособлений.
При всем огромном разнообразии станочных приспособлений в них всегда можно выделить детали или механизмы, выполняющие одинаковые или сходные функции, хотя конструктивно они могут значительно различаться. В связи с этим возникает понятие элемента приспособления.
Под элементом приспособления понимается одна деталь, группа деталей или механизм, предназначенные для выполнения определенной функции (для достижения определенной цели).
В станочных приспособлениях принято выделять следующие основные элементы:
базовые;
установочные;
зажимные;
установочно-зажимные (самоцентрирующие);
направляющие;
делительные устройства;
корпусные элементы;
силовые приводы;
элементы для базирования и закрепления приспособлений на станках;
Крепежные.
Установочными элементами (более правильно их называть элементами для базирования заготовки) приспособлений называют детали и механизмы приспособлений, обеспечивающие требуемое положение обрабатываемой заготовки в выбранной системе координат (относительно системы координат станка).
