6机械加工工艺规程制定-生产率及经济性分析

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 械加工本钱。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消耗的劳动时间来衡量。
（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：
其包括以下几局部时间：
（1）根本时间T根本 直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置以及外表状 态或材料性质的工艺过程所消耗的时间，称为根本时间。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。辅助时间确实定有两种方法：一是将动作分解，确定各 动作的时间，相加得到；二是按根本时间的百分比估算得到。
在曲线A局部相当于设备负荷很低的情形，此时若年产量N略 有变化（ΔN）,单件工艺本钱就有很大变化（ΔEd）。在曲 线C局部逐渐趋于水平，这时年产量虽有很大变化，但对单 件本钱影响很小。 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，称为最正确生产 纲领（N佳）。
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本钱相同，即E2= E1时，可以得 到对应的年产量，称之为临界产量（Nk），即
Nk=
S2 S1 V1 V2
（8-19）
若N< Nk，宜采用第二方案；若N> Nk，则宜采用第一方案。
（2）根本投资相差较大的情况
若两种工艺方案根本投资相差较大，单纯比较工艺本钱难 以全面评价其经济性。
（2）减少切削行程长度
如几把车刀同时加工被加工工件的同一外表，用宽砂轮 作切入法磨削等都可减少切削行程长度，从而缩短根本 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200mmminmin。 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。
回收期可由下式求得：
τ=
K1 K2 E2 E1
K E
（年）
显然，回收期愈短，则经济效果愈好。
（8—20）
一般回收期应满足以下要求： 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。
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，保证到达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，
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 工序单件时间确实定 工序单件时间的平衡 技术经济性分析 工艺本钱的构成 最正确生产纲领分析 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。
最正确生产纲领分析
当年产量小于最正确生产纲领，即N<N佳时，由于S/N比值较 大，工艺本钱增加，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。
当年产量超过最正确生产纲领时，即 N>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。
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。
对不同工艺方案进行技术经济分析，主要是分析工艺本 钱。
1. 工艺本钱的组成
工艺本钱有可变费用V与不变费用S两局部组成。
（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 用根本不变。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。
如第一种方案采用高生产率、价格较贵的机床和工艺装备， 根本投资K1较大，但工艺本钱E1较低；第二种方案采用投 资省的一般机床和工艺装备，根本投资K1较小，但工艺本 钱较大。第一种方案工艺本钱的降低时因增加根本投资得 到的。
这时，应考虑两种方案的根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 间方能由于工艺本钱的将低而收回。
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本钱进行比较（如图8-28所示）： Ed1=V1＋S1/N, Ed2= V2＋S2/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本钱进行比较（如图8-29所示）: E1=NV1＋S1, E2= N V2＋S2 若E2< E1，则第二种方案的经 济性较好。
可按下式计算：
60 T T要求= N
（8-14）
式中T－为年根本工时（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，可以确定实际所能到达的工序单件时间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。
T根本= dLZ
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， 都可缩短根本时间。
（1）提高切削用量
新型刀具材料的出现和砂轮性能的改进，使高速切削和 强力磨削得到迅速开展。 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。
全年工艺本钱/单件工艺本钱
一种零件（或工序）的全年工艺本钱为： E=VN＋S(元/年)
（8-17）
而单件工艺本钱或单件的一个工序的工艺本钱为：
Ed=V＋S/N(元/件)
（8-18）
2. 最正确生产纲领分析
全年工艺本钱E与年生产量的关系为一条直线，如图8-26所示。
单件工艺本钱曲线
而在单件工艺本钱Ed与年生产量N之间的关系，如图8-27所示。
3. 工艺方案的经济性评价
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。通常有以下两种情况：
（1）根本投资相同或使用现有设备的情况
（2）根本投资相差较大的情况
（1）根本投资相同或使用现有设备的情况
若有两种工艺方案的根本投资相近或都采用现有设 备，那么工艺本钱就是衡量各方案经济性的依据。
3. 减少布置工作地时间的措施
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。
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。
（2）使辅助时间与根本时间重合
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 与根本时间重合，如图8-42 所示。
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，从而使测量时间与根本时间重合。
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。
三、技术经济性分析
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 开展等问题。
制造一个零件或一台产品所必需的一切费用的总和称为 生产本钱。在生产本钱中与工艺过程直接有关的费用称 为工艺本钱，约占生产本钱的70%～75%。
2. 缩短辅助时间的工艺措施
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， 以及使辅助时间与根本时间重合。
（1）直接缩短辅助时间
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。
T单件＝T根本＋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。将这局部时间加到单件时间上， 称为单件核算时间T单核。则
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 局部都是有效的，特别应缩短其中 占比重较大的那局部时间。
1. 缩短根本时间的工艺措施
根本时间可直接用公式来进行计算。以车削外圆为例：
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。
（3）合并工步，采用多刀加工
利用几把刀具或复合刀具对工件的几个外表或同一 外表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，从而大大减少了根 本时间。
（4）多件加工
在多件加工中，按工件排列的方式，可有三种加工方式，如图841所示。
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根本时间和辅助时间。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。