低温与超导
第36卷 第7期
其 它
Others
c ．& Supereond．
V01．36 No．7
结构工艺过程技术经济分析
唐志仲
(中国电子科技集团公司第十六研究所，合肥 230043)
摘要：在机械制造业中，设计某一零件的工艺规程时，一般可拟定出几种方案。它们都能达到零件图上规定的
各种技术要求，但其生产成本却不相同。对工艺过程方案进行技术经济分析，就是比较不同方案的生产成本，以便
在选择给定的生产条件下采用最经济的方案。
关键词：工艺成本；过程优化；生产效率。
Techno—economic analysis on structural technique process
Tang Zhizhong
(The No．16 Institute of China Electronics Technology Croup Corporation，Hefei 230043，China)
Abstract：In the machinery manufacturing industry ，several sets of technique process are usually made for a spare part．
Though they can all meet the technical requirement，the production costs are different．Th e techno—economic analysis was done
so that the optimum solution at low lost Was found．
Keywords：Procees cost，Pmcees optimization，Production efficiency
1 引言
生产成本是制造一个零件或一台产品所必须
的一切费用的总和。由于生产成本中，6O 5％
的费用与生产工艺过程有关，所以在比较工艺过
程的经济性时，必须分析与工艺过程有关的生产
费用，即工艺成本。在进行工艺过程方案经济分
析时，还必须全面考虑改善劳动条件，提高生产效
率，促进生产技术发展等问题。
2 工艺成本的组成
生产一件产品或一个零件所需一切费用的总
和称为生产成本。通常，在生产成本 中大约有
6O 5％的费用与工艺过程直接有关，这部分费
用称为工艺成本，工艺成本可分为两部分：
(1)可变费用：
可变费用是与年产量有关且与之成比例的费
用，记为c 。它包括材料费 c M、机床工人工资
及工资附加费 c叭 机床使用费 c 卧普通机床折
旧费 c D、刀具费 c 通用夹具折旧费 c 等。
最口：Cv= CvM+ CvP+ CvE+CvD+ Cvc+ CvF
(1)
(2)不变费用：
不变费用是与年产量的变化没有直接关系的
费用，记为 c 。它包括调整工人的工资及工资附
加费c 专用机床折旧费 c 卟专用夹具折旧费
csF等。最口：CN=CsP+csD+csF (2)
3 工艺方案比较方法及工艺过程优化
3．1 工艺方案比较
对不同的工艺方案进行经济评价时，一般有
两种情况：
(1)当需评价的工艺方案均采用现有设备，
或其基本投资相近时，可直接 比较其工艺成本。
各方案的取舍与加工零件的年产量有密切关系，
见图 1。临界年产量 计算如下：
CY CvCN1+CN1=CN2Nc+CN2
，’
Ⅳc= (3)
收稿 日期 ：2008—06—1O
作者简介：唐志仲(1953一)，男，工程师。现从事结构工艺与外协工作。
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间的分摊值。根据切削用量与刀具耐用度 和
基本时间 与切削参数之间的关系：
=
，
=
J ’
(10)
式中，A：与加工和刀具条件有关的耐用度系
数；／7,：刀具耐用度速度指数；A：工件加工形状系
数 ：进给量； ：切削速度。
于是以最大生产率为为优化目标的目标函数
，“ l
可写为．-q=(1+ ) 一min (11)
② 以最低成本为准则的目标函数，成本也与
工序时间有关 ，在加工方法和设备不变的情况下，
考虑刀具耐用度的影响，目标函数可写为：
束： ≤ (13)
6re
其中，re为工具的刀尖圆角半径，R 为允许
的表面粗糙度值。
④ 为满足机床主电机功率的要求对切削速
度和进给量的约束： · ≤W，其中， 和 为常
数，可由切削功率计算公式得出， 为机床主轴
电机额定功率。
在建立了工序参数优化数学模型以后，需采
用适当的方法进行寻优，即对所建立的优化数学
模型求解。已有的参数优化方法很多，且有不少
现成的程序可以利用，此处不再累述。
c + ] min (12) 4
式中，E：工时费；G：刀具费用。其它符号含
义同前。
(c)约束条件
优化模型的约束条件是指设计变量的取值范
围。在切削过程中切削用量要受到机床结构、特
性及加工要求等方面的限制，常需考虑的约束条
件有：
① 机床所具备的进给速度范围对进给量的
约束： i ≤f
② 机床所具备的切削速度范围对切削速度
的约束： '／)mi ≤ ≤
③ 为满足表面粗糙度的要求对进给量的约
工件 铣刀
{ ；
LTJ W
提高生产效率的途径
提高生产效率，即减小时间定额，可以从时间
定额的组成中采取相应的工艺措施。
4．1 缩短基本时间
缩短基本时间的主要工艺措施有：(1)提高
切削用量(切削速度、进给量、切削深度等)。(2)
采用多刀多刃进行加工，如以铣削代替刨削，采用
组合刀具等。(3)采用复合工步，使多个表面加
工基本时间重合，如多刀加工，多件加工等。
4．2 缩短辅助时间
辅助时间在单件时间中所占比重较大，不容
(b)
图 2 辅助时间与基本时间重叠的方法
Fig．2 Qverlaping of auxiliary time and mai n time
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忽视。缩短辅助时间的主要工艺措施有 ：
(1)使辅助动作实现机械化和自动化，如采
用自动上下料装置，以缩短上下料时间；采用先进
夹具 ，以缩短工件装夹时间等。
(2)使辅助时间与基本时间重叠，如采用多
位夹具或多位工作台(图2)，使工件装卸时间与
加工时间重叠；采用在线测量方法，使测量时间与
加工时间重叠等。
4．3 缩短布置工作地时间
主要是减少换刀时间和调刀时间。如采用自
动换刀装置或快速换刀装置，使用不重磨刀具，采
剖面 A—A
l三
用样板或对刀块对刀，以及采用新型刀具材料以
提高刀具的耐用。
4．4 缩短准备终结时间
在中小批量生产中采用成组工艺和成组夹具
可明显缩短准备终结时间。
5 实例分析
图3所示为限幅器腔体，材料为利用 LY12一
CZ铝棒，其技术要求如下：
图 3 限幅器腔体
Fig．3 Limiter cavity
(1)波导孔尺寸22．86：。0
．
．
。
1 ×10
． 16：。O埘．03，倒角 (3)两聚四氟套孔尺寸为2一‘p3．3o ∞；
为 R1．5mm； (4)未注倒角为 R2。
(2)波导法兰的四个螺纹孔距为 3l±0．05× 根据工厂现有设备情况，拟定两个工艺加工
31±0．05； 方案来加工限幅器腔体。
表 1 第一种加工方案
Tab．1 First kind of technique process
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表 2 第二种加工方案
Tab．2 Second kind of technique process
第一种方法为常规普通机械零件加工方法，
具有较大的可变费用。
(1)需逐一下料 50件 60×65毛坯，辅助工
时、人工工时，锯口5×50的材料附加费较大。
(2)由于直接铣削成形工件，材料利用率低。
(3)从棒料直接铣至尺寸，由于铣削量大加
工工时高，铣削热量大，应力大、易形变。
第二种方法为常规与电火花机械加工方法。
24
J
9
1
l I
图4 线切割下料草图
Fig．4 Sketch of preparing material with linear
(1)下料：alP75×180。采用顺圆棒料横排 4 (6)采用成组工艺和成组夹具可明显缩短准
件组合，见图4，经线切割切除(a)图阴影部分，再 备终结时间。
将(b)图阴影部分切除，将(b)图切为 4个单一的
待精加工工件(c)图。
(2)件待铣削加工。这样既减少工时定额又
减少了不必要的材料浪费，而且缩短辅助时间。
(3)从图 4可看出由线切割切下的料可再
用，大大地提高了材料的利用率，降低了成本。
(4)因为通过线切割套料的手段，已将工件
外形an-r_成形，除了省料又省工时外，更重要的是
减小了因切削发热而带来的热应力，保证产品的
型位精度。
(5)采用如图2所示的多位夹具，使辅助时
间与基本时间重叠，，使工件装卸时间与加工时间
重叠。大大地提高了生产效率。
6 结论
从表1、表2的对比和上述的分析，不难看出
第二种加工方案是最理想的选择。既改善劳动条
件，提高生产效率，降低了产品的成本，提高了产
品竞争能力，而且促进生产技术发展等。
参考文献
[1]华中工学院．机械制造工艺学[M]．北京：机械工业
出版社，1981．
[1]王绍俊．机械制造工业设计手册[M]．北京：机械工
业出版社，1985．
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