6机械加工工艺规程制定-生产率及经济性分析.ppt

第八章第八章 机械加工工艺规程的制订机械加工工艺规程的制订第八节第八节 工艺方案的生产工艺方案的生产率及技术经济性分析率及技术经济性分析主要内容n生产率分析n工序单件时间的确定n工序单件时间的平衡n技术经济性分析n工艺成本的构成n最佳生产纲领分析n工艺方案的经济性评价n提高机械加工生产率的工艺措施一、工序单件时间工序单件时间是指在一定生产条件下，生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间；用T单件表示。其包括以下几部分时间：（1 1）基基本本时时间间T T基基本本直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置以及表面状态或材料性质的工艺过程所消耗的时间，称为基本时间。对于加工而言，其是切除金属所消耗的时间，包括刀具的切出和切入时间，可用计算方法求出。（2 2）辅辅助助时时间间T T辅辅助助其是为实现加工工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。对加工而言，包括装卸工件、操作机床、改变切削用量、试切和测量等所消耗的时间。辅助时间的确定有两种方法：一是将动作分解，确定各动作的时间，相加得到；二是按基本时间的百分比估算得到。（3 3）布布置置工工作作地地时时间间T T布布置置是指为使加工正常进行，工人照管工作地（如更换刀具、润滑机床、清理切屑以及收拾工具等）所消耗的时间。一般按工作时间的来计算。（4 4）休息和生理需要的时间）休息和生理需要的时间T T休息休息是指在工作班次内，为恢复体力和满足生理上的需要所消耗的时间。一般按操作时间的2来计算。单件工序时间的计算公式为：T单件T基本T辅助T布置T休息 （8-15）（5 5）准准备备与与终终结结时时间间T T准准备备是指工人为生产一批产品或零、部件，进行准备和结束工作所消耗的时间。如加工进行前熟悉工艺文件、领取毛坯、领取和安装刀具和夹具、调整机床以及其他工艺装备等，加工一批工件终结需拆卸和归还工艺装备、成品入库等。若一批工件的数量为n，则每个工件所消耗的准备终结时间为T准备n。将这部分时间加到单件时间上，称为单件核算时间T单核。则T单核T单件T准备n （8-16）在大量生产中，工作地和工作内容固定，在单件核算时间中不计入准备终结时间。二、生产率分析制订机械加工工艺规程，不仅要保证零件加工质量，还应通过对工艺方案进行生产率分析，保证达到零件的年生产纲领所提出的产量要求。在此要求前提下，可拟订出不同的工艺方案。按照零件的年生产纲领，可确定所要求的完成一个零件的单节拍时间T要求，可按下式计算：T要求=（8-14）式中T为年基本工时（小时年），如按两班制考虑，T4600小时年。为设备负荷效率，一般取0.750.85。根据所制定的工艺方案，可以确定实际所能达到的工序单件时间T单件。生产率分析工作就是要使T要求T单件，以保证加工工艺过程按所需的生产率进行工作。工序单件时间的平衡工序单件时间的平衡在制定加工工艺规程时，应使各个T单核相近，以便最大限度发挥各台机床的生产效能；同时又要使各个工序的T单核单核T要求要求，以保证生产任务的完成。为此，需对工序单件时间进行平衡和调整。工件单件时间的平衡是根据拟订的加工顺序，计算出每一工序的T单核，即知工序单件时间的平衡情况，然后根据具体的情况采取适当的方法进行平衡。工序单件时间的平衡原则工序单件时间的平衡原则如果工序的T单核T要求，这些工序限制了整个工艺过程的生产率，或限制了其它工序的机床充分利用，故称之为“限制性”工序。对于限制性工序，若若T单单核核T要要求求一一倍倍以以内内，可以采用改进刀具、适当提高切削用量、或采用高效加工方法、缩短工作行程长度等方法，以减小T单核。若若T单单核核T要要求求两两倍倍以以上上，采用上述方法无效时，可采用增加顺序加工工序或增加平行加工工序的方法来成倍提高生产率。对于对于T单核单核N佳时，由于S/N比值变小，且趋近于稳定。这时应采用生产率高、投资大的设备，即增加S而减小V，使N佳接近于N，从而减小Ed。当年产量小于最佳生产纲领，即NN佳时，由于S/N比值较大，工艺成本增加，此方案显然不经济。故应减少采用的专用设备，减小S，使N佳接近N，方能取得好的经济效果。最佳生产纲领分析制订加工工艺规程时，往往要提出几种不同的方案，并对不同方案的经济效果进行分析比较。常利用E-N、Ed-N关系曲线来进行技术经济分析。通常有下列两种情况：3.3.工艺方案的经济性评价工艺方案的经济性评价（1）基本投资相同或使用现有设备的情况（2）基本投资相差较大的情况（1）基本投资相同或使用现有设备的情况若有两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备，那么工艺成本就是衡量各方案经济性的依据。1）当两种方案只有少数工序不同时可对这些工序的单件工艺成本进行比较（如图8-28所示）：Ed1=V1S1/N,Ed2=V2S2/N若Ed2 Ed1，则第二方案的经济性较好。2）当两种方案有较多的工序不同可对两种方案的全年工艺成本进行比较（如图8-29所示）:E1=NV1S1,E2=N V2S2若E2 E1，则第二种方案的经济性较好。3）两种工艺方案的经济性优劣与零件的产量有密切的关系。根据两种方案的全年工艺成本相同，即E2=E1时，可以得到对应的年产量，称之为临界产量（Nk），即Nk=（8-19）若N Nk，则宜采用第一方案。（2）基本投资相差较大的情况 若两种工艺方案基本投资相差较大，单纯比较工艺成本难以全面评价其经济性。如第一种方案采用高生产率、价格较贵的机床和工艺装备，基本投资K1较大，但工艺成本E1较低；第二种方案采用投资省的一般机床和工艺装备，基本投资K1较小，但工艺成本较大。第一种方案工艺成本的降低时因增加基本投资得到的。这时，应考虑两种方案的基本投资差额的回收期。所谓回收期，是指方案一比方案二多用的投资，需要长时间方能由于工艺成本的将低而收回。=（年）（820）回收期可由下式求得：显然，回收期愈短，则经济效果愈好。一般回收期应满足下列要求：1）回收期应小于所采用设备或工艺装备的使用年限。2）回收期应小于所开发生产的产品的市场寿命。3）回收期应小于国家规定的标准回收期。一般新夹具的标准回收期为23年，新机床的标准回收期为46年。第九节、第九节、提高机械加工生产率的工艺措施提高机械加工生产率的工艺措施 制订机械加工工艺规程时，在保证产品质量的前提下，应尽量采用必要的先进工艺措施，提高劳动生产率和降低产品机械加工成本。劳动生产率是衡量生产效率的综合指标，它表示一个工人在单位时间内生产出合格产品的数量，它也可以用完成单件产品或单个工序所耗费的劳动时间来衡量。提高劳动生产率是一个综合性的技术问题，它涉及到产品结构设计、毛坯制造、加工工艺、组织管理等各个方面。这里主要介绍提高机械加工生产率的措施。（一）缩短单件时间定额（一）缩短单件时间定额缩短单件时间定额中的每一个组成部分都是有效的，特别应缩短其中占比重较大的那部分时间。基本时间可直接用公式来进行计算。以车削外圆为例：1.1.缩短基本时间的工艺措施缩短基本时间的工艺措施T基本=（8-21）式中 d工件直径（mm）；L工件加工计算长度（mm）；Z加工余量（mm）。可见，增大切削用量、减小切削行程长度L和加工余量，都可缩短基本时间。新新型型刀刀具具材材料料的的出出现现和和砂砂轮轮性性能能的的改改进进，使使高高速速切切削削和和强力磨削得到迅速发展。强力磨削得到迅速发展。用硬质合金车刀，车削速度一般可达用硬质合金车刀，车削速度一般可达200200m/minm/min。用用聚聚晶晶金金刚刚石石或或聚聚晶晶立立方方氮氮化化硼硼刀刀具具，加加工工普普通通钢钢车车削削速速度度可可达达900900m/minm/min，切切削削硬硬度度为为6060HRCHRC以以上上的的淬淬火火钢钢或或高高镍合金钢，切削温度达镍合金钢，切削温度达980980时仍能保持红硬性。时仍能保持红硬性。高速磨削时砂轮速度可达高速磨削时砂轮速度可达60608080m/sm/s以上。以上。缓缓进进给给强强力力磨磨削削一一次次最最大大切切深深可可达达6 61212mmmm，比比普普通通磨磨削削的金属切除率可提高的金属切除率可提高3 35 5倍。倍。（1 1）提高切削用量）提高切削用量如如几几把把车车刀刀同同时时加加工工被被加加工工工工件件的的同同一一表表面面，用用宽宽砂砂轮轮作作切切入入法法磨磨削削等等都都可可减减少少切切削削行行程程长长度度，从从而而缩缩短短基基本本时间。时间。某某厂厂用用宽宽300300mmmm、直直径径为为600mm600mm的的砂砂轮轮用用切切入入法法磨磨削削加加工工长长度度为为200200mmmm的的花花键键轴轴外外圆圆，单单件件时时间间由由原原来来的的4.54.5minmin减少到减少到0.750.75minmin。采采用用上上述述措措施施可可大大大大提提高高生生产产率率，但但应应注注意意工工艺艺系系统统应应有足够的刚性和大的驱动功率。有足够的刚性和大的驱动功率。（2 2）减少切削行程长度）减少切削行程长度 利利用用几几把把刀刀具具或或复复合合刀刀具具对对工工件件的的几几个个表表面面或或同同一一表表面面进进行行同同时时或或先先后后加加工工，使使工工步步合合并并，实实现现多多刀刀多多工工位位加加工工，使使机机动动时时间间重重合合，从从而而大大大大减减少少了了基基本时间。本时间。（3 3）合并工步，采用多刀加工）合并工步，采用多刀加工 （4 4）多件加工）多件加工1 1）顺顺序序多多件件加加工工 即即工工件件在在刀刀具具切切削削方方向向上上依依次次安安装装，减减少少刀刀具具切切入入和和切切出出时时间间，减减少少分分摊摊给给每每个个工工件件的的基基本本时时间间和和辅辅助助时时间间。这这种种方方式式多多用用于于龙龙门门刨刨、龙门铣、平面磨及滚齿、插齿等加工。龙门铣、平面磨及滚齿、插齿等加工。2 2）平平行行多多件件加加工工 即即在在一一次次进进给给中中同同时时加加工工几几个个平平行行排排列列的的工工件件。这这样样使使每每个个工工件件的的加加工工时时间间仅仅是是单单件件加加工工时时间间的的1/1/n n（n n为为平平行行排排列列的的工工件件数数）。这这种种方式多见于铣削和平面磨削等加工。方式多见于铣削和平面磨削等加工。3 3）平行顺序多件加工）平行顺序多件加工 它是上述两种方式的综合。它适用于多件尺寸小，生它是上述两种方式的综合。它适用于多件尺寸小，生产批量大的场合。多见于立轴式式的平磨和铣削加工。产批量大的场合。多见于立轴式式的平磨和铣削加工。在在多多件件加加工工中中，按按工工件件排排列列的的方方式式，可可有有三三种种加加工工方方式式，如如图图8-8-4141所示。所示。当辅助时间在单位时间中占有较大比例时，缩短辅当辅助时间在单位时间中占有较大比例时，缩短辅助时间对提高生产率将有重大影响。助时间对提高生产率将有重大影响。缩短辅助时间的措施可归纳为两方面：缩短辅助时间的措施可归纳为两方面：使辅助动作实行机械化和自动化，使辅助动作实行机械化和自动化，以及使辅助时间与基本时间重合。以及使辅助时间与基本时间重合。2.2.缩短辅助时间的工艺措施缩短辅助时间的工艺措施采用先进高效的夹具。采用先进高效的夹具。例如在成批或大批大量生产中，使用气动、液压夹具；例如在成批或大批大量生产中，使用气动、液压夹具；中小批量生产中使用组合夹具、可调夹具；单件小批中小批量生产中使用组合夹具、可调夹具；单件小批生产中，应实行成组工艺，采用成组夹具、通用可调生产中，应实行成组工艺，采用成组夹具、通用可调夹具。夹具。这样不仅节省工件的装卸找正时间，减轻工人的劳动这样不仅节省工件的装卸找正时间，减轻工人的劳动强度，而且能保证加工质量，大大缩短辅助时间。强度，而且能保证加工质量，大大缩短辅助时间。（1 1）直接缩短辅助时间）直接缩短辅助时间 采采用用转转位位夹夹具具、移移动动式式或或回回转转式式工工作作台台，当当对对加加工工工工位位上上的的工工件件进进行行加加工工时时，对对装装卸卸工工位位上上的的工工件件进进行行装装卸卸，从从而而使使装装卸卸工工件件的的时时间间完完全全与与基基本本时时间间重重合合，如如图图8-8-4242所示。所示。（2 2）使辅助时间与基本时间重合）使辅助时间与基本时间重合采采用用主主动动测测量量和和数数字字显显示示等等自自动动测测量量装装置置，能能在在加加工工过过程程中测量工件的尺寸，从而使测量时间与基本时间重合。中测量工件的尺寸，从而使测量时间与基本时间重合。缩缩短短微微调调刀刀具具时时间间和和每每次次更更换换刀刀具具的的时时间间，以以及及提提高高砂轮和刀具耐用度等。砂轮和刀具耐用度等。生生产产中中可可采采用用各各种种快快换换刀刀夹夹、刀刀具具微微调调机机构构、专专用用对对刀刀样样板板和和样样件件以以及及快快速速换换刀刀或或自自动动换换刀刀装装置置。如如钻钻床床上上采采用快速夹头，车床上采用可转位硬质合金刀片。用快速夹头，车床上采用可转位硬质合金刀片。铣铣床床上上设设置置对对刀刀装装置置；数数控控机机床床上上的的自自动动换换刀刀装装置置；在在磨磨床床上上采采用用金金刚刚石石滚滚轮轮成成形形修修整整砂砂轮轮装装置置等等都都可可以以节节省省换刀、对刀以及修正砂轮的时间。换刀、对刀以及修正砂轮的时间。3.3.减少布置工作地时间的措施减少布置工作地时间的措施 减减少少准准备备和和终终结结时时间间的的主主要要方方法法是是减减少少机机床床、夹夹具具和和刀刀具具的的调调整整和和安安装装时时间间。如如采采用用可可调调夹夹具具，可可换换刀刀架架和和刀刀夹，采用刀具的微调机构和对刀辅助工具等。夹，采用刀具的微调机构和对刀辅助工具等。在成批生产中，应增加零件的批量，或将相似零件组织在成批生产中，应增加零件的批量，或将相似零件组织起来加工，以扩大零件起来加工，以扩大零件“成组批量成组批量”，从而减少了分摊到，从而减少了分摊到每个零件上的终结时间。每个零件上的终结时间。4.4.减少准备终结时间的工艺措施减少准备终结时间的工艺措施 提提高高劳劳动动生生产产率率，不不能能只只限限于于机机械械加加工工本本身身，应应重重视视采采用用先进工艺或新工艺、新技术。例如：先进工艺或新工艺、新技术。例如：（二）采用先进工艺方法（二）采用先进工艺方法（1 1）特特硬硬、特特脆脆、特特韧韧材材料料及及复复杂杂型型面面的的加加工工：应采用非常规加工方法来提高生产率。例如用电火花加工锻模、线切割加工冲模、激光加工深孔等，能减少大量的钳工劳动。（2 2）近近净净成成型型毛毛坯坯制制造造制制造造：采用冷挤压、热挤压、粉末冶金、失蜡铸造、压力铸造、精锻核爆炸成形等新工艺方法，能提高毛坯精度，减少切削加工，节约原材料，经济效果十分明显。（3 3）采采用用少少、无无切切屑屑工工艺艺代代替替切切削削加加工工：例如用冷挤压齿轮代替剃齿，此外还有滚压、冷轧等。（4 4）改改进进加加工工方方法法：例如在大批量生产中采用拉削、滚压代替铣、铰和磨削；成批生产中采用精刨、精磨或金刚镗代替刮研，都可以大大提高生产率。多多台台机机床床看看管管是是一一种种高高效效的的劳劳动动组组织织措措施施。由由于于一一个个工工人人同同时时管管理理几几台台机机床床，工工人人劳劳动动生生产产率率可可以以相相应应提提高高若若干干倍。组织多台机床看管的必要条件是：倍。组织多台机床看管的必要条件是：（三）实行多台机床看管（三）实行多台机床看管（1 1）若若看看管管M M台台机机床床，任任意意M-1M-1台台机机床床上上的的手手动动操操作时间之和，必须小于第作时间之和，必须小于第M M台机床的机动时间；台机床的机动时间；（2 2）每台机床都有自动停车装置；）每台机床都有自动停车装置；（3 3）布布置置机机床床时时应应考考虑虑是是操操作作工工人人的的往往返返行行程程最最短。短。*大大批批大大量量生生产产：可采用刚性流水线、刚性自动线的生产方式，广泛采用专用自动机床、组合机床及工件输送装置，使零件加工的整个工作循环都是自动进行的。这种生产方式的生产率极高。在汽车、发动机、拖拉机、轴承等制造业中应用十分广泛。*成成批批生生产产：多采用数控机床、加工中心、柔性制造单元及柔性制造系统，进行部分或全部的自动化生产，实现多品种小批量生产的自动化，提高生产效率。*单单件件小小批批生生产产：可以实行成组工艺，扩大“成组批量”，借助于数控机床、加工中心的灵活加工方式，最大程度地实现自动化加工方式。（四）进行高效及自动化加工（四）进行高效及自动化加工作业Question and Answer Session