6机械加工工艺规程制定-生产率及经济性分析

第八章机械加工工艺规程的制订第八节工艺方案的生产率及技术经济性分析主要内容生产率分析工序单件时间的确定工序单件时间的平衡技术经济性分析工艺成本的构成最佳生产纲领分析工艺方案的经济性评价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）基本时间T基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）辅助时间T辅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）布置工作地时间T布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２％～７％来计算。（4）休息和生理需要的时间T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）准备与终结时间T准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，T＝4600小时／年。η－为设备负荷效率，一般取0.75～0.85。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。NT60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≤T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T单核T要求一倍以内，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T单核T要求两倍以上，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T单核T要求的工序，可以采用合并工序内容、采用通用机床及工艺装备等工序平衡方法。制定的加工工艺规程，除了保证加工质量、生产率之外，还应有较高或最优的经济效果。因此要对工艺方案进行经济分析。同时全面考虑改善劳动条件，促进生产技术发展等问题。制造一个零件或一台产品所必需的一切费用的总和称为生产成本。在生产成本中与工艺过程直接有关的费用称为工艺成本，约占生产成本的70%～75%。对不同工艺方案进行技术经济分析，主要是分析工艺成本。三、技术经济性分析（1）可变费用（V）：可变费用是与零件年产量N有关并与之成比例的费用。其包括：材料费、机床工人工资、机床电费、普通机床折旧费及修理费、刀具费、通用夹具的折旧费及维修费等。（2）不变费用（S）：不变费用是与年生产量的变化没有直接关系的费用。当产量在一定范围内变化时，全年的费用基本不变。其包括：调整工人工资、专用机床折旧费和修理费、专用夹具折旧费和维修费等。1.工艺成本的组成工艺成本有可变费用V与不变费用S两部分组成。一种零件（或工序）的全年工艺成本为：全年工艺成本/单件工艺成本E=VN＋S(元/年)（8-17）而单件工艺成本或单件的一个工序的工艺成本为：Ed=V＋S/N(元/件)（8-18）全年工艺成本E与年生产量的关系为一条直线，如图8-26所示。2.最佳生产纲领分析而在单件工艺成本Ed与年生产量N之间的关系，如图8-27所示。在曲线A部分相当于设备负荷很低的情形，此时若年产量N略有变化（ΔN）,单件工艺成本就有很大变化（ΔEd）。在曲线C部分逐渐趋于水平，这时年产量虽有很大变化，但对单件成本影响很小。可见对某种工艺方案，当S（专用设备费用）值一定时，就有一个与此设备生产能力相适应的产量N，称为最佳生产纲领（N佳）。单件工艺成本曲线当年产量超过最佳生产纲领时，即NN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.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=V1＋S1/N,Ed2=V2＋S2/N若Ed2Ed1，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=NV1＋S1,E2=NV2＋S2若E2E1，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NNk，宜采用第二方案；若NNk，则宜采用第一方案。2112VVSS（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。τ=（年）（8—20）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2～3年，新机床的标准回收期为4～6年。EKEEKK1221第九节、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.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。pvfadLZ1000新型刀具材料的出现和砂轮性能的改进，使高速切削和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200m/min。用聚晶金刚石或聚晶立方氮化硼刀具，加工普通钢车削速度可达900m/min，切削硬度为60HRC以上的淬火钢或高镍合金钢，切削温度达980℃时仍能保持红硬性。高速磨削时砂轮速度可达60～80m/s以上。缓进给强力磨削一次最大切深可达6～12mm，比普通磨削的金属切除率可提高3～5倍。（1）提高切削用量如几把车刀同时加工被加工工件的同一表面，用宽砂轮作切入法磨削等都可减少切削行程长度，从而缩短基本时间。某厂用宽300mm、直径为φ600mm的砂轮用切入法磨削加工长度为200mm的花键轴外圆，单件时间由原来的4.5min减少到0.75min。采用上述措施可大大提高生产率，但应注意工艺系统应有足够的刚性和大的驱动功率。（2）减少切削行程长度利用几把刀具或复合刀具对工件的几个表面或同一表面进行同时或先后加工，使工步合并，实现多刀多工位加工，使机动时间重合，从而大大减少了基本时间。（3）合并工步，采用多刀加工（4）多件加工1）顺序多件加工即工件在刀具切削方向上依次安装，减少刀具切入和切出时间，减少分摊给每个工件的基本时间和辅助时间。这种方式多用于龙门刨、龙门铣、平面磨及滚齿、插齿等加工。2）平行多件加工即在一次进给中同时加工几个平行排列的工件。这样使每个工件的加工时间仅是单件加工时间的1/n（n为平行排列的工件数）。这种方式多见于铣削和平面磨削等加工。3）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，生产批量大的场合。多见于立轴式式的平磨和铣削加工。在多件加工中，按工件排列的方式，可有三种加工方式，如图8-41所示。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。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，•以及使辅助时间与基本时间重合。2.缩短辅助时间的工艺措施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；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、通用可调夹具。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。（1）直接缩短辅助时间采用转位夹具、移动式或回转式工作台，当对加工工位上的工件进行加工时，对装卸工位上的工件进行装卸，从而使装卸工件的时间完全与基本时间重合，如图8-42所示。（2）使辅助时间与基本时间重合采用主动测量和数字显示等自动测量装置，能在加工过程中测量工件的尺寸，从而使测量时间与基本时间重合。缩短微调刀具时间和每次更换刀具的时间，以及提高砂轮和刀具耐用度等。生产中可采用各种快换刀夹、刀具微调机构、专用对刀样板和样件以及快速换刀或自动换刀装置。如钻床上采用快速夹头，车床上采用可转位硬质合金刀片。铣床上设置对刀装置；数控机床上的自动换刀装置；在磨床上采用金刚石滚轮成形修整砂轮装置等都可以节省换刀、对刀以及修正砂轮的时间。3.减少布置工作地时间的措施减少准备和终结时间的主要方法是减少机床、夹具和刀具的调整和安装时间。如采用可调夹具，可换刀架和刀夹，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