Расчёт времени токарной и фрезерной обработки: формулы и пример для цены детали

Что входит во время детали

Время на операцию складывается из нескольких частей, и ошибка чаще бывает в тех, что не связаны с резанием.

Процент на обслуживание и отдых зависит от станка и нормативов цеха, в примерах ниже принято 8 % от оперативного времени. Это допущение, а не норматив: в вашем цехе значение может быть другим.

Точение: формулы и пример

Для наружной обточки берут такие величины.

Пример: ступень вала из стали 45, диаметр уменьшается с 40 до 36 мм на длине 60 мм. Скорость резания 120 м/мин, подача 0,25 мм/об, глубина 2 мм на сторону: один проход снимает весь припуск.

• n = 1000·120 / (3,1416·40) = 955 об/мин.
• Vs = 0,25·955 = 239 мм/мин.
• L = 60 + 3 = 63 мм (1 мм врезание и 2 мм перебег, допущение для примера).
• To = 63 / 239 = 0,264 мин, то есть около 16 секунд.

Такой проход даёт Ra порядка 3,2–6,3 мкм. Если по чертежу нужна Ra 1,6, добавляют чистовой проход: черновой снимает 1,8 мм на сторону, чистовой оставшиеся 0,2. Чистовой считают по тем же формулам: диаметр после чернового 36,4 мм, скорость 150 м/мин, подача 0,1 мм/об. Тогда n = 1312 об/мин, Vs = 131 мм/мин, To = 63/131 = 0,48 мин. Время двух проходов: 0,264 + 0,48 = 0,744 мин, около 45 секунд. Чистовой проход при почти вдвое меньшей минутной подаче идёт дольше чернового, хотя металла снимает в девять раз меньше. Какую точность и шероховатость даёт каждый проход, сверяют со справочником квалитетов и таблицей шероховатости.

Режимы можно проверить в калькуляторе режимов токарной обработки: он считает обороты, минутную подачу и время прохода по тем же формулам. Чем отличается вал от других токарных деталей и в какой последовательности его обрабатывают, описано в статье про валы и оси.

Фрезерование: формулы и пример

Для фрезы с z зубьями: n = 1000·v / (π·D), Vs = fz·z·n, To = L / Vs, где fz подача на зуб в мм. L считают по траектории центра фрезы с учётом врезания и выхода. Формулы и примеры по режимам подробно разобраны в статье как посчитать режимы резания при фрезеровании, здесь только счёт времени.

Деталь: плита из Д16Т 100×60×20 мм. Нужно фрезеровать верхнюю плоскость и карман 60×30 мм глубиной 10 мм.

Плоскость. Торцевая фреза Ø50, 5 зубьев, твёрдый сплав, v = 300 м/мин, fz = 0,1 мм. Ширина детали 60 мм при диаметре 50 мм: два прохода по 30 мм. Врезание y = 0,5·(50 − √(50² − 30²)) = 5 мм, перебег 2 мм, L = 100 + 5 + 2 = 107 мм на проход.

• n = 1000·300 / (3,1416·50) = 1910 об/мин.
• Vs = 0,1·5·1910 = 955 мм/мин.
• To = 2·107 / 955 = 0,224 мин.

Карман. Концевая фреза Ø10, 3 зуба, твёрдый сплав, v = 250 м/мин, fz = 0,06 мм, шаг по ширине 5 мм (0,5D), два слоя по 5 мм. Путь за слой ≈ площадь / шаг = 60·30 / 5 = 360 мм, за два слоя 720 мм.

• n = 1000·250 / (3,1416·10) = 7958 об/мин (проверьте, что шпиндель столько даёт).
• Vs = 0,06·3·7958 = 1432 мм/мин.
• To = 720 / 1432 = 0,50 мин.

Итого To = 0,73 мин. В стали 45 при v = 120 м/мин и fz = 0,05 мм карман идёт при n = 3820 об/мин и Vs = 573 мм/мин, To = 1,26 мин: втрое дольше, чем в алюминии. Плоскость со скоростью 150 м/мин даёт 0,45 мин, итого 1,71 мин. Для оценки стоимости фрезеровки есть калькулятор, а режимы подбирают в калькуляторе режимов фрезерования.

Сверление

To = L / (n·s), где L = l + y + Δ, y ≈ 0,3·d для заточки 118° (врезание сверла), Δ 1–2 мм (перебег). Сквозное отверстие Ø8,5 мм в пластине из стали 45 толщиной 20 мм: сверло из быстрореза, v = 25 м/мин, s = 0,15 мм/об. n = 1000·25 / (3,1416·8,5) = 936 об/мин, Vs = 140 мм/мин, L = 20 + 2,55 + 2 = 24,6 мм, To = 0,175 мин, около 10 секунд. На четыре отверстия это 0,7 минуты, а подвод между отверстиями и смена сверла в Tвсп.

Таблицы стартовых режимов

Значения ниже стартовые для пластин и фрез из твёрдого сплава с покрытием. Для скоростей фрезерования опорой служат каталоги SmiCut и Ragotzky + Gätje, на которых построен калькулятор режимов сайта, а для точения использованы ориентиры из справочных таблиц и каталогов. Конкретную цифру ищут в каталоге своей пластины и фрезы: производители указывают скорость под стойкость 15–60 минут.

Значения fz взяты как произведение коэффициентов из каталога SmiCut для бокового прохода при ширине 0,25–0,5D и коэффициента диаметра для Ø10. Для паза во всю ширину подачу уменьшают примерно на 40 %. Нержавейка требует жёсткого крепления и охлаждения, о роли охлаждения написано в статье про СОЖ. Сталь 45 в улучшенном состоянии обрабатывается медленнее, чем в нормализованном, и скорость берут из нижней части диапазона.

От времени к цене

Штучное время примера с валом. Tвсп: установка и снятие 0,4 мин, подвод и отвод 0,1, два замера 0,3, итого 0,8 мин. Оперативное Tоп = 0,744 + 0,8 = 1,54 мин. Прибавим 8 % на обслуживание и отдых: Tшт = 1,67 мин.

При ставке станко-часа 2 500 ₽ (допущение, как в статье о цене детали на ЧПУ; своё значение считают в калькуляторе нормо-часа) минута стоит 41,7 ₽. Станок на деталь обходится в 1,67 × 41,7 = 70 ₽. Наладка 45 минут, или 1 875 ₽, делится на партию.

Для плиты из Д16Т: To = 0,73 мин, Tвсп = 2,0 мин (установка в тисках 1,0, две смены инструмента 0,4, замер 0,3, ускоренные подводы 0,3), Tоп = 2,73 мин, Tшт = 2,95 мин, станок 123 ₽. В стали 45 To = 1,71 мин, Tшт = 4,0 мин, станок 167 ₽. Для длинной обработки в смете часто закладывают 15–30 % основного времени на вспомогательное (ориентир, а не норматив). На коротких деталях оно больше основного, как в обоих примерах, поэтому его лучше считать по составу операций.

Почему расчёт не совпадает с фактом

Формулы дают время резания на прямых участках с постоянной подачей. На станке с ЧПУ набегает ещё несколько составляющих.

• Ускоренные ходы. Подвод, отвод и переходы между зонами не входят в формулу, а на деталях с десятком карманов складываются в минуты.
• Разгон и торможение. На мелких контурах и углах станок не успевает выйти на запрограммированную подачу, и реальная минутная подача ниже расчётной.
• Смена инструмента. Каждая смена занимает от нескольких секунд до десятков, а деталь с шестью инструментами тратит на неё заметную долю времени.
• Паузы на измерение и очистку. Замеры и удаление стружки оператор делает руками, станок в это время стоит.
• Износ. Затупившуюся пластину меняют по стойкости, и режим приходится снижать.

Поэтому время из CAM-программы почти всегда меньше фактического. Разницу закрывают запасом, который подбирают по сохранённым фактическим данным. Для лазерной резки калькулятор сайта предлагает 20–60 % на углы и разгоны, для фрезеровки запас берут по своим деталям.

Как цех оценивает по аналогам

На практике цех редко считает формулами каждую деталь. Он сравнивает новую деталь с похожей из архива: тот же материал, габарит, число установов и операций, и берёт фактическое время, сохранённое по предыдущему заказу, с поправкой на разницу. Если в архиве есть деталь на 45 минут штучного времени, а новая сложнее на два паза и одну резьбу, к ней добавляют их расчётное время. Расчёт по формулам нужен, когда аналога нет, и как проверка: если расчёт и архив расходятся вдвое, ищут ошибку в одной из оценок.