Главная       Продать работу       Блог       Контакты       Оплата       О нас       Как мы работаем       Регистрация       Вход в кабинет
Тех. дипломные работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   электроснабжение
   пищевая промышленность
   водоснабжение
   газоснабжение
   автоматизация
   теплоснабжение
   холодильники
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. курсовые работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   детали машин
   электроснабжение
   газоснабжение
   водоснабжение
   пищевая промышленность
   автоматизация
   теплоснабжение
   ТММ
   ВСТИ
   гидравлика и пневматика
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. дополнения
   Отчеты
   Расчетно-графические работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Чертежи и 3D моделирование
   Тех. soft
   Рефераты
   Общий раздел
   Технологический раздел
   Конструкторский раздел
   Эксплуатационный раздел
   БЖД раздел
   Экономический раздел
   Экологический раздел
   Автоматизация раздел
   Расчетные работы

Гум. дипломные работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. курсовые работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. дополнения
   Отчеты
   Расчетные работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Сочинения
   Гум. soft
   Рефераты

Рефераты
   Авиация и космонавтика
   Административное право
   Арбитражный процесс
   Архитектура
   Астрология
   Астрономия
   Банковское дело
   Безопасность жизнедеятельнос
   Биографии
   Биология
   Биология и химия
   Биржевое дело
   Ботаника и сельское хоз-во
   Бухгалтерский учет и аудит
   Валютные отношения
   Ветеринария
   Военная кафедра
   ГДЗ
   География
   Геодезия
   Геология
   Геополитика
   Государство и право
   Гражданское право и процесс
   Делопроизводство
   Деньги и кредит
   ЕГЭ
   Естествознание
   Журналистика
   ЗНО
   Зоология
   Издательское дело и полиграф
   Инвестиции
   Иностранный язык
   Информатика
   Информатика, программировани
   Исторические личности
   История
   История техники
   Кибернетика
   Коммуникации и связь
   Компьютерные науки
   Косметология
   Краеведение и этнография
   Краткое содержание произведе
   Криминалистика
   Криминология
   Криптология
   Кулинария
   Культура и искусство
   Культурология
   Литература : зарубежная
   Литература и русский язык
   Логика
   Логистика
   Маркетинг
   Математика
   Медицина, здоровье
   Медицинские науки
   Международное публичное прав
   Международное частное право
   Международные отношения
   Менеджмент
   Металлургия
   Москвоведение
   Музыка
   Муниципальное право
   Налоги, налогообложение
   Наука и техника
   Начертательная геометрия
   Оккультизм и уфология
   Остальные рефераты
   Педагогика
   Политология
   Право
   Право, юриспруденция
   Предпринимательство
   Прикладные науки
   Промышленность, производство
   Психология
   психология, педагогика
   Радиоэлектроника
   Реклама
   Религия и мифология
   Риторика
   Сексология
   Социология
   Статистика
   Страхование
   Строительные науки
   Строительство
   Схемотехника
   Таможенная система
   Теория государства и права
   Теория организации
   Теплотехника
   Технология
   Товароведение
   Транспорт
   Трудовое право
   Туризм
   Уголовное право и процесс
   Управление
   Управленческие науки
   Физика
   Физкультура и спорт
   Философия
   Финансовые науки
   Финансы
   Фотография
   Химия
   Хозяйственное право
   Цифровые устройства
   Экологическое право
   Экология
   Экономика
   Экономико-математическое мод
   Экономическая география
   Экономическая теория
   Этика
   Юриспруденция
   Языковедение
   Языкознание, филология

Главная > Тех. дипломные работы > автоматизация
Название:
Проект модернизации токарного станка с ЧПУ 1П426ДФ3 с заменой системы управления и расширением технологических возможностей

Тип: Дипломные работы
Категория: Тех. дипломные работы
Подкатегория: автоматизация

Цена:
1 грн



Подробное описание:

АННОТАЦИЯ
Проект автоматизированной технологической системы, состоящей из станка, приспособления, вспомогательного, режущего, измерительного инструмента, обрабатываемых деталей, включает в себя расчеты улучшенного, с точки зрения компоновки и технических возможностей, станка, разработанного на базе уже существующего, расчеты автоматического поворотного патрона, подбор материала режущей части инструмента, подбор системы управления и т.д.
Дипломный проект, выполненный с обязательным учетом всех требований ГОСТа и ЕСКД, состоит из двух частей – пояснительной записки и графической части. Пояснительная записка выполнена на 123 страницах в Microsoft Word и включает в себя алгоритмы расчета по всем заданным темам. Графическая часть представлена в 10 листах формата А1, созданная в пакете AutoCAD 2004, КОМПАС-3D v10. Для расчетов использованы пакеты: MathCAD 2001i, Microsoft Excel.
Дипломный проект выполняется как эскизный, поэтому расчет мелких деталей в данном случае опущен.

ВВЕДЕНИЕ

Процесс конструирования является первым этапом создания станка. Принятие правильных решений, что является важнейшим элементом конструирования, требует от конструктора учета большого числа взаимосвязанных факторов не только техниче¬ского порядка. На самых различных этапах проектирования станка проявляются факторы, относящиеся к разнообразным отраслям знаний: фундаментальным знаниям в области физико-матема¬тических, общеинженерных, социально-экономических дисциплин, а также в некоторой мере знаний изобразительного искусства и архитектуры. И, наконец, важнейшая связь конструирования с технологией и организацией производства.
Только учет разнообразных факторов, их тщатель¬ный анализ дают основание конструктору выбрать из большого числа возможных вариантов решение, близкое к оптимальному. При конструировании станка основные усилия должны быть направлены на поиски принципиально новых решений, на изобретение конструкций, превосходящих существующие по всем основным показателям. Лишь на стадии конструирования в полной мере можно из многочисленных различных вариантов выбрать действительно оптимальное решение. Применение средств вычислительной техники уже на ранней стадии конструирования дает возможность проанализировать большое число различных реше¬ний и гораздо точнее решить задачу оптимизации.
Весь процесс конструирования станка можно условно разделить на ряд последовательных этапов. Выполнение работ требует учета влияния различных этапов, так как все они взаимно связаны. Решение любой конструктор¬ской задачи после формулирования исходных данных сводится, прежде всего, к поиску возможных различных вариантов осу¬ществления конструкции. Реальность вариантов конструкции подтверждается предварительными расчетами, за¬тем следует сравнительный анализ вариантов конструкции, на основе которого выбирают обоснованный оптимальный для данных конкретных условий вариант конструкции. После проверки выполняют чертеж узла.
Все большее развитие получают станки с программным управлением, обеспечивающие высокую мобильность производства, точность и производительность обработки. Проектирование станка с ЧПУ это очень сложный процесс, включающий в себя очень много технических решений.
В данном дипломном проекте рассматривается токарный станок аналог 1П426ДФ3. Целью дипломного проекта является поиск путей повышения эффективности токарных станков в условиях мелкосерийного производства, а именно: усовершенствование поворотного патрона, подбор системы управления и т.д., расширяющие технологические возможности станка.
Кроме того, рассматриваются различные виды многогранных неперетачиваемых пластин, применяемых в резцовых блоках, фирмы Sandvik Koromant, которые устанавливаются на одну из револьверных головок, подбор материала режущей части инструмента. Для оценки рациональности замены инструмента, применяемого на ОАО «Икар», на инструмент фирмы Sandvik Koromant рассчитывается себестоимость обработки детали. Рассматривается вероятность отказа технологической системы при токарной обработке.
Рассчитываются капитальные вложения на модернизацию станка и экономический эффект. Также освещены вопросы экологичности и безопасности проекта.


1 Обоснование модернизации станка 1П426ДФ3
Нынешние токарные станки сильно устарели, более чем по ряду показателей, к сожалению даже на российском рынке. Что обусловлено огромным спадом производства. Даже применение на этих станках нового высококлассного режущего инструмента, немногим увеличит качество, быстроту и точность обработки. Т.к. станки не обладают высокой скоростью обработки, при которых работают современные инструменты.
В данном проекте я стараюсь создать на базе старого станка модели 1П426ДФ3, преимущественно новую конструкцию станка, отвечающую всем современным достижениям, и позволяющим обрабатывать более широкий диапазон материалов, максимально используя возможности нового обрабатывающего инструмента, с помощью последних достижений науки и техники в области станкостроения.
Назначение станка модели 1П426ДФ3 и его техническая характеристика

Токарный патронный полуавтомат с ЧПУ модели 1П426ДФЗ предназначен для обработки деталей в патроне со ступенчатым и криволинейным профилем в условиях мелкосерийного и серийного производства. На станке можно производить наружное точение, растачивание, сверление, нарезание резьбы по программе. Регулирование в широком диапазоне частоты шпинделя и подач позволяет производить обработку изделий как из обычных черных и цветных металлов, так и из легированных сталей. Станок также предназначен для встраивания в роботизированные комплексы и гибкие автоматизированные участки.
Токарный патронный полуавтомат с ЧПУ мод. 1П426ДФЗ имеет типовую для таких станков компоновку: направляющие станины расположены в плоскости, наклоненной под углом 20° к вертикали. Это обеспечивает хороший отвод и удаление стружки из зоны обработки, в также свободный доступ манипулятора к обрабатываемой в патроне заготовке (в составе РТК).
Защита направляющих от попадания стружки и охлаждающей жидкости обеспечивается щитками и уплотнениями. Смазка направляющих станины и каретки, а также шариковых винтов осуществляется централизованно от гидростанции через гибкие шланги, дозаторы и маслопроводы в корпусе каретки.
Револьверная головка с вертикальной осью вращения предназначена для закрепления блоков режущих инструментов, используемых при внутренней обработке (расточке, сверлении и т. п.). В конструкции револьверной головки предусмотрены внутренние каналы для подачи СОЖ к режущим инструментам. Для закрепления режущих инструментов с горизонтальной осью для наружной обточки заготовки применяется дисковая 8-позиционная револьверная головка.
Состав полуавтомата:
1- корыто
2- установка АКС
3- АКС (автоматическая коробка скоростей)
4- шпиндельная бабка
5- шпиндель
6- патрон
7- направляющие станины
8- направляющие суппорта
9- суппорт
10- револьверная головка с осью вращения параллельно оси вращения шпинделя
11- револьверная головка с осью вращения перпендикулярно оси вращения шпинделя
12- электродвигатель поперечной подачи
13- ограждение
14- электрический шкаф
15- транспортер стружки
16- пульт ЧПУ
17- насос СОЖ
Техническая характеристика станка 1П426ДФ3 представлена в таблице 1.1.

 


Таблица 1.1 – Техническая характеристика станка 1П426ДФ3

Параметр Значение
Наибольшая длина обрабатываемой заготовки, мм 320
Наибольшая глубина растачивания, мм 200
Наибольший диаметр заготовки, мм:
устанавливаемой над станиной 630
обрабатываемой в патроне 500
Пределы частот вращения шпинделя, об/мин 8-1600;10-2000*
Пределы продольных и поперечных рабочих подач суппорта, мм/мин 1-4000
Ускоренные продольные и поперечные подачи суппорта, мм/мин 8000
Дискретность отсчёта по осям координат, мм 0,001
Количество позиций инструмента на верхней револьверной головке 8
Количество позиций на нижней револьверной головке 4
Конец шпинделя
по ГОСТ 12523-67 11M
Количество револьверных головок на станке 2
Мощность главного привода, кВт 22-30
Габаритные размеры, мм:
длина 4600
ширина 2400
высота 2600
Масса, кг 8600

1.1 Анализ технологических процессов и оборудование для обработки корпуса.
Корпус является одной из самых сложных отливок, так как имеет большие габаритные размеры, сложную форму и к нему предъявляются требования высокой прочности.
Корпус, является основной частью клиновой задвижки с выдвижным шпинделем. Данная задвижка применяется в качестве запорных устройств на технологических линиях нефтегазодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, энергетики и коммунального хозяйства. Эта клиновая задвижка состоит из затвора, крышки, сальника, шпинделя, маховика и резьбовой втулки.
1.1.1 Технологический процесс.
Заготовку получают методом литья, после этого убирают фрезерованием прибыли на среднем и магистральных фланцах и на следующей операции обрабатывают базы. После этой операции производят контрольную проточку среднего фланца для контроля правильности настройки на обработку баз. На следующей операции производят обработку среднего и магистрального фланцев. Потом переустанавливают деталь и обрабатывают второй магистральный фланец. После переходят к другой операции, на которой фрезеруют остаток питателя. На другой операции сверлят отверстия на магистральных фланцах, а затем переустанавливают деталь и сверлят отверстия и нарезают резьбу на среднем фланце. На следующей операции подрезают тыльную сторону фланца.

1.1.2 Оборудование.
Широкая автоматизация в машиностроении выдвигает задачу обеспечения современного оборудования высокопроизводительным металлорежущим инструментом. Поэтому в нашей технологической системе применим инструмент, предлагаемый фирмой Sandvik Koromant. В последние годы эта фирма активно продвигает свои инструменты на российский рынок. В числе этого инструмента различного вида резцы, сверла, фрезы и т.д., оснащенные МНП. Материалы этих пластин являются особо мелкозернистые твердые сплавы с различным видом покрытий. В дипломном проекте постараемся оценить рациональность замены инструмента, применяемого на ОАО «Икар» для обработки детали типа корпус, на инструмент фирмы Sandvik Koromant .
1.2.Анализ возможностей при многосторонней обработки детали на станке с ЧПУ.
Рост производительности труда и качества продукции возможен в производстве, базирующемся на широком использовании новейшего технологического оборудования, обеспечивающего максимальную готовность деталей на одном рабочем месте, в частности, на многооперационных станках с ЧПУ. Однако многооперационные станки применяются преимущественно для обработки корпусных деталей вращающимся инструментом. Что касается обработки вращающихся деталей на токарных станках, то она остается традиционно односторонней. В результате этого широкий класс деталей с пересекающимися осями типа крестовин, угольников и т.п. обрабатывается на токарных станках за несколько операций, что значительно снижает производительность труда , качество изделий свидетельствует о необходимости реализации методов, позволяющих вести обработку таких деталей с двух, трех и четырех сторон за один установ.
Для реализации метода многосторонней обработки вращающихся деталей разработаны средства автоматизации, значительно расширяющие технологические возможности токарных станков с ЧПУ, с целью автоматизации малооперационных ресурсосберегающих технологий.
Применение метода многосторонней обработки является перспективным направлением повышения производительности и расширения технологических возможностей токарных станков с ЧПУ.
Сущность метода многосторонней обработки детали состоит в том, что заготовка закрепляется в приспособле¬нии, установленном на шпинделе станка и оснащенном автомати¬ческим поворотным устройством, с помощью которого без остано¬ва станка вводятся в зону обработки поверхности, расположенные с противоположных сторон детали и под углом 90° друг к другу. В процессе обработки в результате многократного автоматичес-кого поворота детали (под каждый инструмент) обеспечивается максимальная готовность на одной технологической операции, что в конечном итоге приводит к повышению фактической произво¬дительности автоматизированного оборудования, определяемой за¬висимостью
Q = Kmpsu ,
где K=1/tp — технологическая производительность (tp — время рабочих ходов в цикле обработки);
m — коэффициент, учитывающий затраты времени на установку и снятие детали;
p— коэффициент непрерывности процесса обработки, учитывающий затраты времени на холостые ходы;
s — коэффициент безотказности, учитывающий потери времени на восстановление работоспособности, на¬рушенной в результате отказов, поломок, регулиро¬вок, поднастроек и т. п.;
и — коэффициент гибкости, учитывающий время на перенастройку оборудования при переходе с изго¬товления одной детали на другую.
Приведенная зависимость показывает, что рост производитель¬ности автоматизированного оборудования обеспечивается интен¬сификацией процесса обработки (увеличение технологической про¬изводительности К) при сокращении всех непроизводительных за¬трат времени (увеличение коэффициентов т, р, s, и), значения которых находятся в пределах 0 и 1, например 0<и<1.
Изложенные сущность метода многосторонней обработки и об¬щие положения, принятые для оценки производительности работы автоматизированного оборудования, позволяют сформулировать следующие основные технологические предпосылки, необходимые для эффективной реализации метода.
1. Совмещение в одной операции обработки поверхностей, рас-положенных с двух, трех и четырех сторон вращающейся в про¬цессе обработки детали. В результате формирования такой опера¬ции сокращается время изготовления (увеличивается коэффици¬ент т), повышается степень автоматизации технологического про¬цесса в целом, уменьшаются припуски на обработку, обеспечива¬ется точность при меньшем количестве переходов.
2. Многократное использование инструментов наладки за один установ в рабочее положение при обработке элементов (поверх¬ностей), расположенных с разных сторон детали, благодаря по¬вторяемости формы и размеров этих элементов. При этом резко сокращается время на холостые ходы (возрастает коэффициент р) вследствие оптимизации структуры операций, позволяющей обрабатывать детали' с нескольких сторон без смены инструмента, на которую затрачивается больше времени, чем на поворот де¬тали.
3. Сокращение общего количества оборудования в потоке (на участке, в ГПС и др.), уменьшение при этом числа источников отказов и, следовательно, повышение надежности системы'(увеличе¬ние коэффициента s).
4. Расширение технологических возможностей оборудования, повышение его технологического потенциала, определяемого струк¬турной и функциональной избыточностью компонентов (инстру¬ментов, программ управления, средств контроля), и, следователь¬но, повышение его гибкости (рост коэффициента и)

2. Проектирование, конструирование и моделирование технических средств.

2.1 Системный анализ модернизации на основе методов декомпозиции.
2.1.1 Системный подход и общая схема системного проектирования на основе методов декомпозиции.
Решение сложных творческих задач при создании новых объектов, технологий, а также проектов, реализуемых в нетехнической сфере, базируется на итеративных последовательностях процедур анализа и синтеза.
Итеративный процесс “анализ – синтез” формирует создаваемый объект базируясь на философских диалектических категориях “часть и целое”, характеризующих общее движение познания, которое начинается с нерасчлененного представления о целом, затем переходит к анализу – расчленению целого на части и завершается воспроизведением (синтезом) объекта в форме конкретного целого.
При такой постановке решение проблемы создания нового объекта целесообразно представить в виде трех взаимосвязанных этапов.
Этап 1. Формирование общего желаемого (видимого) представления о создаваемом объекте, о его потребности (функции); структуризация проблемы создания объекта.
Этап 2. Декомпозиция (анализ) задачи создания объекта – разделение её на части, образуемые относительно независимыми признаками (свойствами) объекта, с указанием множеств альтернатив реализации этих признаков.
Этап 3. Синтез решений как “свертка” поискового пространства, образованного декомпозиционной схемой задачи создания объекта, полученной на этапе 2.
В данном разделе будет рассмотрено представление об объекте, как о нерасчлененном целом является весьма ответственным и непростым. На этом этапе требуется определить и раскрыть поставленную цель, возможные последствия и результаты ее разрешения. Основная трудность этого этапа обусловлена неполнотой исходной информации, на основе которой формулируется проблема. Проблема — это необходимость изменения состояния, а ее решение — это технология перехода от существующего состояния к желаемому. Цель рассматривается, как результат определенного курса действий, достигаемых с учетом необходимых потребностей и реальных возможностей .
2.1.2 Декомпозиционный анализ задачи создания объекта.
Потребности и цели создания объекта, структуризация целей и предполагаемых задач, решение которых ведет к достижению этих целей, формирует общее представление об объекте. Анализ объекта на втором этапе осуществляется путем декомпозиции поставленных задач в пространстве, в основном, не метрических структурных характеристик, обусловленных требованиями к объекту. Результатом такого анализа является декомпозиционная схема, при построении которой исходят из следующих двух положений:
Во-первых, декомпозиция осуществляется неформально и на первом уровне разбиения задачи, исходя из назначения и потребности объекта, определяются основные направления, формирующих концепцию его строения в виде множества структурных характеристик Х , образующих n блоков 1-го уровня декомпозиции.
Во-вторых, для каждой области (свойства) Х первого уровня на втором уровне декомпозиции формируются множества альтернатив Х  Х, выбираемым на основе анализа известных решений.
Построенная на основе принципов и правил декомпозиции, любая декомпозиционная схема является n – мерным поисковым пространством Rn={ Х }, в котором каждое решение представлено вектором xRn, являющимся множеством из набора альтернатив Х вида:
X = { Х1, … , Хi , … , Хn }.
Геометрической интерпретацией Rn является его развертка на плоскость, состоящая из матричных блоков, образованных пересечением всех блоков 1-го уровня декомпозиции и альтернатив, образующих клетки матриц:
RB = n ( n-1 ) /2.
Общее количество вариантов структуры N определяется:
N = m1 m 2 … m n,
где m1 – количество альтернатив реализации первого признака.

 

 

 

 

 

2.2 Синтез структуры станка 1П426ДФ3 с поворотным патроном.
Таблица 2.1 Декомпозиционная схема анализа задачи формирования структуры станка 1П426ДФ3 с поворотным патроном.
Первый уровень декомпозиции Второй уровень декомпо¬зиции

X1 Выполняемые операции и расширение возможностей
Токарная

Сверлильно-фрезерно-расточная

Абразивным инструментом

Совмещение токарных со сверл-фрез-расточными
X2 Положение заготовки (объекта) в процессе обработки
Неподвижна

Перемещается линейно или по окружности в одной плоскости

То же в двух плоскостях

Вращается вокруг одной оси

Вращаясь, поворачивается, например, на угол кратный 90о вокруг оси вращения
X3 Количество рабочих органов (шпинделей)
Один

Два

Несколько, работающих последовательно

Несколько, работающих параллельно
X4 Расположение осей рабочих органов
Горизонтально

Вертикально

Горизонтально и вертикально

Изменяется при настройке или в прцессе работы
X5 Количество позиций объекта, в том числе добавленных для расширения технологических возможностей
Одна

Две параллельно

Две последовательно

Несколько параллельных

Несколько последовательных

Несколько параллельно-последовательных
X6 Смена инструмента (инструментальной среды)
Без смены инструмента

С помощью револьверной головки

С помощью манипулятора из многоместного магазина

Из магазина перемещающегося линейно
X7 Накопительная система заготовок (деталей)
Без накопителя

Тактовый стол с единичными заготовками

Тактовый стол с многоместными поддонами

Многоуровневый конвейер постоянно движущийся

Рольганг, стеллаж, поддон
X8 Загрузочное устройство
Отсутствует

Манипулятор, встроенный в станок

Манипулятор цикловой отдельный

Промышленный робот с ПУ

Манипулятор, работающий с постоянно движущимся конвейером
X9 Контроль параметров изделий (деталей)
Не контролируется автоматически

Активный контроль (в процессе обработки)

Измерительная система, работающая по программе станка

Автоматическая измерительная система (вне агрегата)
X10 Устройство управления станком
УЧПУ

Устройство циклового ПУ

Программируемый контроллер
Х11 Тип зажимного устройства
Гидровлический

С помощью револьверной головки

Электро-механисеский
X12 Устройство управления положением вращающейся детали (движущегося объекта)
Отсутствует

Механоэлектронное типа «имитатор положения объекта»

Механоэлектронное со счетом цикла поворотов

Оптоэлектронное

Пусть на основании исходных данных (задания) из декомпозиционной схемы выбраны три целевых условия: , ,
Оценки целевых условий



0,25 0,4 0,32

Табл. 2.2 Результаты определения значений оценок при выборе условий- ограниченний



Код Значение Код Значение Код Значение
X3
3 0,4 2 0,0875 2 0,0625

1 0 2 0,0875 2 0,0625

3 0 2 0,0875 2 0,0625

3 0 2 0,0875 2 0,0625
X4
2 0,4 3 0,0875 2 0,0625

2 0 1 0,0875 2 0,0625

2 0 3 0,0875 2 0,0625

2 0 3 0,0875 2 0,0625
X5
2 0,4 3 0,058 2 0,042

2 0 3 0,058 2 0,042

2 0 3 0,058 2 0,042

2 0 1 0,058 2 0,042

2 0 3 0,058 2 0,042

2 0 3 0,058 2 0,042
X6
3 0,13 2 0,116 2 0,083

1 0,13 2 0,116 2 0,083

3 0,13 2 0,116 2 0,083
X7
2 0 2 0,07 1 0,05

2 0 2 0,07 3 0,05

2 0 2 0,07 3 0,05

2 0 2 0,07 3 0,05

2 0,4 2 0,07 3 0,05
X8
2 0 2 0,07 1 0,05

2 0 2 0,07 3 0,05

2 0,4 2 0,07 3 0,05

2 0 2 0,07 3 0,05

2 0 2 0,07 3 0,05
X10
2 0,13 2 0,116 1 0

2 0,13 2 0,116 3 0,25

2 0,13 2 0,116 3 0
X12
2 0,1 2 0,0875 3 0,25

2 0,1 2 0,0875 3 0

2 0,1 2 0,0875 3 0

2 0,1 2 0,0875 1 0

 

 

 

 

 


2.3 Проектирование поворотного патрона
Таблица 2.3 Основные параметры поворотных патронов.
Поворотный механизм представляет собой два кинематически связанных посредством реечной шестерни клиновых толкателя, воздействующих на четырехгранник цапфы поворотного звена, несущей обрабатываемую деталь. Для обеспечения возможности самоцентрирования заготовки в базирующих элементах поворотного патрона создано синхронное в радиальном направлении перемещение несущих их кулачков, в одном из которых размещен повортный механизм.
Разработана гамма поворотных патронов. Исходная размерная характеристика гаммы – наружный диаметр патрона. В патронах гаммы могут обрабатываться детали с наибольшей длинной 180…450 мм и диаметром 40…200 мм. Поворотный патрон выполняется либо с клиновым, либо с винтовым устройством зажима (винтовое устройство обеспечивает большой ход кулачков патрона).
Для реализации метода многосторонней обработки из разработанной гаммы выбирается поворотный патрон, соответствующий размерам обрабатываемой детали и условиям ее закрепления. Тип привода (гидравлический, пневматический, электромеханический) зависит от оснащенности станка, гидросистемой. При наличии заводской пневмосети возможна установка пневмопривода. Электромеханическими приводамми оснащаются поворотные патроны с винтовыми устройствами.
Гидро- и пневмопривод представляют собой вращающися совмещенный цилиндр, предназначенный для закрепления и поворота детали в патроне, установленный на заднем конце шпинделя. Электромеханический привод зажима детали крепится на шпиндельной бабке станка в непосредственной близости с патроном. Пневмопривод поворота детали в патроне с винтовым устройством зажима крепится также на заднем конце шпинделя станка.
Автоматическая система управления положением детали при многосторонней обработке выполняетс следующие функции:
обеспечивает цикл поворота детали на фиксированный угол 90°;
формирует и осуществляет несколько последовательных циклов поворота детали на заданнй угол(через 90°) для многократного ввода поверхностей детали в зону обработки;
обеспечивает прямой и непрерывный контроль положения обробатываемой детали в устройстве поворота.
2.3.1 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ПОВОРОТНОГО УСТРОЙСТВА
В основу конструкции поворотного устройства положен полу¬ченный в результате структурного синтеза принцип встречно-попутного поворота четырехгранника, позволяющий разместить уст¬ройство в одном радиально-подвижном кулачке. Кулачок , в котором размещен механизм, установлен в Т-образном пазу корпуса поворотного патрона. В нем смонтированы поворотная цапфа, несущая базирующие элементы для установки детали, снабженная четырехгранником. и толкатели . кинематически связанные между собой шестерней.
В цилиндрических расточках кулачков установлены накладки, взаимодействующие с клиновым ползуном зажима, соединенным в свою очередь с приводом. Накладки изготавливаются из высоколегированной цементуемой стали. Состваная конструкция кулачков упрощает их изготовление и повышает надежность конструкции поворотного патрона.
Ползун зажима размещен в центральной расточке корпуса патрона. Непосредственно в ползуне зажима размещен ползун поворота, взаимодействующий с шестерней механизма поворота. Посредством перемещения ползунов зажима и поворота осуществляется закрепление детали в поворотном патроне и ее поворот на заданный, кратный 90° угол.
Установка патрона на шпиндель станка осуществляется посредством планшайбы, разрабатываемой для конкретного станка.
Поворот детали на угол кратный 90°, зажатой в кулочках патрона, осуществляется поворотным механизмом, размещенным в расточках одного из кулачков и содержащем следующие элементы:


Рис. 2.1 Конструктивно-структурная схема автоматического комплекса многосторонней обработки
- цапфа поворотная 12 (см. лист 6 графической части), на которой закреплены элементы базирования заготовки;
- зубчатые рейки 13 и 14 (толкатели), установленные по обеим сторонам цапфы поворота;
- зубчатое колесо 15, связывающее рейки.
Ведущий толкатель соединен с приводом через ползун 7 поворотного патрона и тягу привода. Поворотная цапфа снабжена четырехгранником квадратного сечения. На толкателях выполнены скосы. Рабочий скос ведущего толкателя 14 выполнен под углом α, близким к самотормозящему, а рабочий скос ведомого толкателя 13 под углом α2.
Поворот детали на 90° осуществляется за два полуцикла (рис.2.2). В исходном положении поворотная цапфа зафиксирована за грань четырехгранника скосом толкателя 14, на который действует усилие, передаваемое приводом. Толкатель 13 в первом полуцикле поворота отводится от четырехгранника, а толкатель 14, перемещающийся от реечного зубчатого колеса 15, воздействует на ребро четырехгранника и поворачивает цапфу на угол φ1 = α1 + α2. Во время второго полуцикла толкатели возвращаются в
а)
б)
Рис. 2.4 Схема поворота детали на 90°:
а) первый полуцикл поворота
б) второй полуцикл поворота

первичное положение. При этом ведущий упирается в грань четырехгранника, поворачивает цапфу на угол φ2 = 90° - φ1 и фиксирует ее за следующую грань.
Поворот детали может быть осуществлен как при неподвижном, так и при вращающемся шпинделе.

Определение усилия зажима детали в поворотном патроне с клиновым устройством зажима
Усилие, развиваемое гидравлическим или пневматическим приводом определяется из выражения:
Р = π*(D2-d2)*ρ*η/4,
где D - диаметр поршня; d - диаметр штока; р - давление масла или воздуха (принимается 2,5 - 6,3 МПа; 0,4 - 0,6 МПа соответственно); η - коэффициент, учитывающий потери на трение (η принимается 0,85 - 0,9).
Усилие зажима Q детали, развиваемое клиновым устройством, находится из выражения

где α - угол скоса клина; φ - угол трения, φ = arctgf; f -коэффициент трения (0,1 - 0,15).
После соответствующих подстановок получаем выражение для определения усилия зажима

Рз=22000/(1+1*3*(1/1,4))=18121,911Н/мм2

Расчет усилия поворота детали.
Усилие определяется при первом полуцикле поворота в тот момент, когда ведущий толкатель, расфиксировав цапфу поворота, отходит назад, а второй толкатель находит своим скосом на ребро четырехгранника.
При повороте зажатой в патроне детали привод преодолевает момент трения, возникающий в подшипниках поворотного устройства, и трение между скосом толкателя и четырехгранником цапфы поворота. Некоторыми потерями на трение в поворотном устройстве пренебрегаем.
Выражение для расчета усилия поворота детали имеет вид

 

Pпов=302кгс/см2

В качестве привода для зажима и поворота детали выбираем 2 пневмоцилиндра. Это связано с тем, что на станке имеется пневмооборудование и для питания этих цилиндров не нужно включение в состав станка дополнительной гидростанции. Давление необходимое для нормального функционирования равняется 0,4-0,6 МПа и обеспечивается общезаводской пневмосистемой.
Для правильной работы поворотного патрона, возникает необходимость передавать устройству ЧПУ данные о положении детали, в какой из 4 позиций она находится. Решение этой проблемы достигается путем создания механоэлектронного устройства типа «имитатор положения объекта». Схема такого устройства представлена на рисунке 2.3.


Рис. 2.3 Схема расположения имитатора положения.
Имитатор положения состоит из 4 бесконтактных датчиков расположенных на неподвижном диске, вала с установленными на нем диском с концентратором массы и цапфы и штангой соединенной с поршнем пневмоцилиндра поворота детали. Имитатор положения устанавливается на заднем конце шпинделя или пневмоцилиндра. Принцип работы имитатора положения заключается в том, что при повороте детали пневмоцилиндр поворота совершает возвратно-поступательное рабочее перемещение, за счет этого перемещения штанга, соединенная с поршнем цилиндра так же совершает данное перемещение и в ходе его, приходя в соприкосновение с цапфой вала приводит к повороту 4х гранной цапфы на угол 900. Диск также поворачивается на угол равный 900, и концентрация массы располагается в непосредственной близости от одного из 4 бесконтактных датчиков, при этом на выходе с имитатора положения мы будем иметь 4 цифровых сигнала, 3 – логических “0” и 1 – логическую “1”. Таким образом, устройство ЧПУ будет знать в каком из возможных положений находится обрабатываемая деталь, что в свою очередь позволяет обрабатывать деталь с большим числом переходов.

2.3.2 Расчет задвижки клиновой.

Исходные данные:
- условный проход;
- условное давление;
- наружный диаметр уплотнения;
- внутренний диаметр уплотнения;
Резьба Tr 16x4LH-8c;
Условие – одностороннее гарантированное уплотнение.

Определение крутящего момента и усилия на маховике, необходимых для закрывания задвижки.
Находим усилие необходимое для закрытия задвижки:
,
где - усилие необходимое для уплотнения;
- усилие давления среды;
- угол клина, = 5˚;
- коэффициент трения между кольцами и клином, =0,3 (для углеродистой стали);
;
- вес подвижных частей клина, =20Н.

Расчитываем :

Определяем момент на шпинделе необходимый для закрывания задвижки:
,
где - момент в резьбе;
- момент в сальнике;
- момент в бурте (подшипнике).
Находим момент в резьбе по формуле:

- коэффициент трения в резьбе,

средний диаметр резьбы,
S – площадь сечения шпинделя,

где - усилие вдоль шпинделя,
- усилие необходимое для уплотнения,
- усилие давления среды выталкивающее шпиндель из седел,
Т – сила трения в резьбе.
известно находим неизвестные и Т

Тогда
Определяем момент трения в сальнике:


где

Находим момент трения в бурте:

=0,01
=35мм, тогда

Общий момент получается
Момент на маховике необходимый для закрывания задвижки определяется из следующей формулы:
где i – передаточное число редуктора принимаем равное 63,
η – КПД редуктора принимаем равное 0,77 тогда

Усилие на маховике необходимое для закрытия задвижки

- диаметр маховика, =200мм.

Расчет на открытие задвижки.
Находим усилие необходимое для открытия задвижки:




Определяем момент на шпинделе необходимый для открывания задвижки:


Момент на маховике необходимый для открывания задвижки:

Усилие на маховике необходимое для открытия задвижки

Средний момент

2.4 Моделирование элементов комплекса многосторонней обработки.
Условием работы поворотного устройства в первом полуцикле поворота детали является обеспечение угла давления γ, большего угла трения
ρ=arc tgf (где f— коэффициент трения), а также своевременный отвод толкателя, фиксирующего цапфу в первоначальном положении. При втором полуцикле поворота необходимо обеспечить зацепление толкателем четырехгранника.
При проектировании параметров a, α_1, h задаются или могут быть вычислены аналитическим путем. Для обеспечения работоспособности поворотного устройства недостающие его параметры α_2 и L следует также определить аналитическим путем.
Очевидно, что при уменьшении угла α_2 толкателя, угол давления γ будет увеличиваться, однако при этом уменьшается величина зацепления ведущим толкателя четырехгранника, Поэтому нужно стремится к максимальному углу давления γ при минимальной величине h. Величина угла скоса ведущего толкателя может быть принята α_1=9° , близким к самотормозящему.
Поворот четырехгранника в первом полуцикле возможен при:
γ>arcsin f/√(1+f^2 ); e>fa/√(2(1+f^2 ) ),
где а — сторона квадрата четырехгранника.
Следовательно, для поворота в первом полуцикле углы давления и трения должны соотноситься γ≫ ρ=arc tg(f).
Согласно схеме поворота детали на 90° определяется угол давления, наибольшее значение которого вычисляется по формуле:
max γ=45°-(α_1+ α_2 )min
где α_1 и α_2— углы скоса соответственно ведущего и ведомого тол¬кателя.
Для обеспечения наиболее благоприятных условий начала встречного поворота эксцентриситет е должен иметь наибольшее возможно допустимое значение:
〖 e〗^(,)= a/√2 sin[45- (α_1- α_2 ) ].
Полученная зависимость показывает, что для обеспечения луч¬шей работоспособности механизма необходимо минимизировать сумму углов скосов толкателей. При этом угол скоса at ведущего толкателя, фиксирующего поворотную цапфу путем заклинивания ее в корпус кулачка, должен быть близок по величине к само¬тормозящему и принят равным 9°. Следовательно, после этого нужно определить минимальное значение угла скоса <х2 ведомого толкателя.
Минимальное значение угла а2 определяется из следующего выражения:
minα_(1 )=45-arcos((√2 h_min)/a+ cos(45-α_1 ) ),
где〖 h〗_min— минимально допустимое значение величины зацепления грани четырехгранника ребром толкателя, образованным его тор¬цом и скосом.
При конструктивно установленном h_min = 2÷3 мм согласно вы¬ражению угол скоса ведомого толкателя α_2=16°. При таких значениях углов скоса α_1 и α_2 согласно выражению эксцентри¬ситет е в момент начала поворота e≃a⁄4, а затем при повороте четырехгранника в результате воздействия на него ведомого тол¬кателя возрастает до e≃a⁄2.
Выбранные на основании приведенных расчетов параметры обеспечивают надежную работу механизма в автоматическом ре¬жиме. За цикл срабатывания механизма вращающаяся деталь поворачивается на 90°: на первом полуцикле угол ее поворота φ_1= 20°. на втором — φ_2 = 70°.
Для поворота детали на угол, кратный 〖90〗^∘. необходимо совершить несколько циклов.
Таблица 2. Результат параметрического синтеза механизма поворота вращающейся детали
Параметр Обозначения Значение параметра
Диаметр поворотного патрона D 315
Сторона квадрата четырехгранника поворотного звена a 0,1D
Коэффициент трения между толкателем и четырехгранником ???? 0.1
Угол трения ???? 5°43´
Угол давления ???? 25°
Эксцентриситет e 0.3a
Угол скоса ведущего толкателя ????₁ 9°
Угол скоса ведомого толкателя ????₂ 16°
Угол поворота в первом полуцикле ????₁ 20°
Угол поворота во втором полуцикле ????₂ 70°
Величина зацепления грани четырехгранника ведущим толкателем h 0.05a
Ход толкателя L 1.15a

3. Информационное и программное обеспечение автоматизируемого процесса
Новейшие достижения в области микроэлектроники позволили создать надежные устройства ЧПУ NC – 110 и NC – 210, обеспечивающие управление широким спектром промышленного оборудования.
Заменим имеющееся на станке устройство числового программного управления NC - 31 более новым NC - 210 той же фирмы (ООО «БАЛТ – СИСТЕМ» г. Санкт – Петербург).
Это малогабаритное, моноблочное устройство, в котором соединены в единое целое и блок управления, и пульт оператора, и станочный пульт, предназначено для управления станками простой конфигурации с количеством осей не более 4-х и дискретными входами-выходами не более 64/48. Заложенный в конструкции принцип компактности сделал возможным совмещение в одном устройстве высокой надежности, удобства в работе, хороших возможностей и низкой цены.
Основные технические характеристики:
Общие
число управляемых осей до 4 + шпиндель
кол-во входов/выходов до 64/48
размеры 432x340x140 мм
Пульт оператора
дисплей TFT 10,4"
клавиатура герметизированная с тактильным эффектом
экранные меню горизонтальные (текстовые) и вертикальные (графические), свободно программируемые
селекторы JOG, F%, S%, MODE
Блок управления
Процессор 133 МГц
Память УЧПУ для данных и программ пользователя не менее 6 Мб
Интерфейсы FDD, HDD, RS232, Ethernet (опция)
Модуль датчиков и ЦАП 4 оси 4 энкодера + 5 ЦАП 14 бит
К системе могут прилагаться следующие дополнительные устройства:
Выносные модули релейной коммутации с индикацией
Кабели связи с релейными модулями
Программа связи с компьютером
Электронный штурвал
Выносной станочный пульт


3.1 Информационная структура системы управления.
Режимы работы выбираются клавишами со станочной панели. Они могут быть:
• выполнение кадров введенных с клавиатуры («MDI»);
• выполнение выбранной программы в автоматическом режиме («AUTO»);
• выполнение выбранной программы по кадрам («STEP»);
• выполнение безразмерных ручных перемещений («MANU»);
• выполнение фиксированных ручных перемещений («MANJ»);
• автоматический выход на профиль и продолжение работы после прерывания цикла обработки, за которым следовали ручные перемещения («PROF»);
• выход в «0» станка («HOME»).
При режиме «MDI» оператор с помощью кнопок вводит команды и выводит их на исполнение.
В режиме «AUTO» станок работает по управляющей программе введенной в УЧПУ. При работе станка по управляющей программе функции оператора сводятся к следующим: установить заготовку в патроне, запустить программу обработки, открепить и снять обработанную деталь.
В режиме «STEP» – обработка ведется по уже введенной программе, но оператор подтверждает выполнение каждого следующего кадра программы.
В режиме «MANU» перемещения рабочих органов станка производится нажатием и удерживанием соответственной клавиши, предел перемещения определяет оператор. Перемещение прекращается при прекращении нажатия клавиши.
В режиме «MANJ» оператор задает точные координаты перемещения с помощью цифровых клавиш.
Пульт управления включает пульт оператора и станочный пульт/консоль, которые объединяют в себе все функции типа ввода/вывода в системе Оператор – УЧПУ - Станок.
Пульт включает алфавитно-цифровую клавиатуру, жидкокристаллический дисплей TFT 10.4”, замок с ключом для включения/выключения питания УЧПУ.
Станочный пульт/консоль включает корректоры для изменения скорости подачи, вращения шпинделя, для выбора направления и скорости ручных перемещений, а также клавиши/переключатель для выбора режима работы, кнопки «СТОП» и «ПУСК». В станочный пульт дополнительно могут быть установлены свободно программируемые клавиши и штурвал ручных перемещений.

4. Технологическое обеспечение автоматизируемого процесса.
4.1 Составление маршрутного техпроцесса.
При проектировании маршрутной технологии решаются и обосновываются следующие вопросы:
 выбор технологических баз, обеспечивающих требуемую точность и качество обрабатываемых поверхностей, рациональную конструкцию станочных приспособлений, максимальную производительность механической обработки;
 выбор средств технологического оснащения операций (оборудование, приспособления, инструмент);
 определение содержания и последовательности выполнения технологических операций.

Технологический маршрут изготовления корпуса, представлен на маршрутной карте (см. приложение комплект документов на технологический процесс).

4.2 Расчет режимов резания
Исходными данными для определения режимов резания являются: материал обрабатываемой заготовки и его физико-механические свойства, размеры и геометрическая форма обрабатываемой поверхности, материал, геометрические параметры режущей части инструмента, тип и характеристики оборудования.
Режимы резания существенно влияют на точность и качество обрабатываемой поверхности, производительность и себестоимость обработки.
Методика расчета режимов резания проводится на основе нормативов и рекомендаций фирмы Sandvik Coromant. Также ниже будет приведен расчет режимов на основе «Общемашиностроительных нормативов» для стандартного инструмента.
4.2.1 Расчет режимов резания по нормативам фирмы Sandvik Coromant
Определим режимы резания для операции поперечного чернового точения (010).
По рекомендациям выбираем к какому типу материала относится материал из которого изготовлена заготовка. В нашем случае клин изготавливается литьем в песчаные формы по 2-ой степени точности из стали 20Л, которая соответствует группе Р.
Группа Р, согласно рекомендациям, может обрабатываться твердыми сплавами с покрытием семейства СТ, далее для чернового точения были выбраны пластины из твердого сплава: СТ35 CNMM 19 06 16-86.
Из нормативов для данных пластин выбираем значения подачи в мм/об и скорости резания в м/мин:
для чернового точения эти значения соответственно равны: 0,2; 120.
Исходя из скорости резания, рассчитаем число оборотов вращения шпинделя по формуле:
, (4.1)
где - обрабатываемый диаметр, 346 мм;
об/мин;
принимаем об/мин;
Определим силу резания при обработке:
, (4.2)
где Ср - постоянный коэффициент, Ср =204;
x, y, n - показатели степени для конкретных (расчетных) условий обработки, 1, 0.75, 0;
kp – поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания, 0,825;
Н;
Крутящий момент найдем из уравнения:
; (4.3)
Нм;
Тогда мощность резания будет равна:
, (4.4)
кВт;
Что меньше допустимого значения 17 кВт.
Режимы резания для других переходов и операций рассчитываются аналогично.
4.2.2 Расчет режимов резания на основе «Общемашиностроительных нормативов»
Для сравнения определим режимы резания для операции поперечного чернового точения (010).
Для токарной обработки используем проходные упорные резцы с пластинами из твердого сплава ГОСТ 18879-73. Для обработки используем пластины из твердого сплава Т5К10 с покрытием ГОСТ 3882-74.
Обработку производим при установке детали в токарное приспособление.
Величину стойкости инструмента в минутах времени резания, обеспечивающую режим получения наименьшей себестоимости обработки на данном станке, можно получить по формуле:
, (4.5)
В то же время влияние этих параметров на тепловой режим, температуры резания и, следовательно, интенсивность износа режущего инструмента оказывается различным. Меньше всего на изменения температуры резания и интенсивности износа инструмента влияет изменение глубины резания. Затем по степени влияния на эти характеристики идет подача, и наибольшее влияние на изменение этих характеристик процесса резания оказывает изменение скорости резания.
Поэтому при назначении режимов резания выгоднее всего с позиции производительности обработки работать как можно с большей глубиной резания. Глубину резания выгодно увеличивать даже за счет уменьшения подачи и скорости резания.
На основании вышеизложенного общий принцип расчета наивыгоднейшего режима резания определяется следующей последовательностью:
1. Определение tmax;
2. Определение Smax при известной tmax;
3. Определение доп при известных tmax и Smax и заданной стойкости режущего инструмента.
При определении tmax необходимо учитывать величину припуска на обработку, разделение этого припуска на черновые и чистовой проходы и длину главной режущей кромки инструмента.
При определении Smax необходимо учитывать ограничения по мощности станка, прочности главного привода и механизма подачи, прочности и стойкости режущего инструмента, красностойкости инструментального материала, шероховатости обработанной поверхности, точности обработки и другие.

Определим режимы резания для токарной операции (010).
Величину стойкости инструмента в минутах времени резания, обеспечивающую режим получения наименьшей себестоимости обработки на данном станке, можно получить по формуле:
, (4.6)
где: m – показатель относительной стойкости в степенной эмпирической зависимости скорости резания от стойкости, для обработки резцами из твердого сплава m=5;
 – коэффициент загрузки инструмента, определяемый отношением времени резания к машинному времени;
Э – экономический параметр инструмента, определяющий затраты на инструмент за один период его стойкости, выраженные в минутах работы станка и станочника;
, (4.7)
где: – время на смену и подналадку инструмента за период его стой-кости, для резцов – мин;
АС – затраты, связанные с эксплуатацией инструмента за период стойкости, для резцов из твердого сплава АС =108 коп;
ВС – стоимость одной минуты работы станка и станочника, коп/мин;
, (4.8)
где Аст – балансовая стоимость станка, Аст = 162138 руб.;
коп/мин;

 

Таким образом, подставив численные значения в уравнение (4.9) получим:
мин.
Допустимую скорость резания при токарной обработке определим из зависимости:
, (4.10)
где: – постоянный сомножитель, зависящий от условий обработки, [3];
t – глубина резания, t = 3 мм;
S – подача, S = 0,75 мм/об;
XV – показатель степени для глубины резания, XV = 0,15;
YV – показатель степени для подачи, YV = 0,35;
Кобщ – коэффициент, зависящий от условий обработки,
, (4.11)
где: К – коэффициент в зависимости от главного угла в плане на инструменте, К=0,81 [3];
Кr – коэффициент в зависимости от радиуса при вершине резца, Кr=0,94 [3];
Кu – коэффициент в зависимости от марки материала резца, Кu=1,0;
КM – коэффициент в зависимости от механических свойств и группы обрабатываемого материала,
, (4.12)
где: в – предел прочности обрабатываемого материала, в=420 МПа;
;
.

Подставив численные значения в уравнение (4.10), получим:
м/мин.
Определяем действительную скорость резания:
; (4.13)
м/мин.
Исходя из скорости резания, рассчитаем число оборотов шпинделя по формуле:
; (4.14)
об/мин.
В соответствии с паспортными данными станка и с учетом модернизации станка принимаем n=100 об/мин.
При расчете режимов резания рекомендуется использовать современные математические модели сил резания, созданные с помощью теоретических исследований процесса резания. При создании этих моделей приняты следующие положения:
1. Любая технологическая составляющая силы резания состоит из двух сил: силы действующей на переднюю поверхность инструмента, и силы, действующей на заднюю поверхность инструмента.
2. Силы, действующие на переднюю поверхность инструмента, определяются процессами пластической деформации в зоне основной сдвиговой деформации и процессами трения в зоне контакта стружки с передней поверхностью инструмента.
3. Силы, действующие на заднюю поверхность инструмента, определяются процессами в зоне этой поверхности. При этом учитывается наличие округления режущей кромки радиусом ρ и площадки износа шириной hЗ.
4. Влияние условий несвободного и косоугольного резания на силы резания учитывается через изменение направления скорости схода стружки по передней поверхности инструмента.
При разработке моделей выбраны такие варианты определения соответствующих характеристик процесса резания, которые, с одной стороны, позволяют использовать стандартные характеристики механических свойств обрабатываемых материалов, и, с другой стороны, обеспечиваю наибольшую точность расчетов.
Соответственно технологические составляющие силы резания Pz, Px, Py при точении определяются с помощью следующих моделей:
(4.15)
(4.16)
(4.17)
где S – подача, S = 1,0 мм/об;
t – глубина резания, t = 0,5 мм;
СПП и UПП – удельные силы на передней поверхности инструмента;
СЗП иUЗП – удельные силы на задней поверхности инструмента.
(4.18)
(4.19)
(4.20)
(4.21)
где τ – касательное напряжение в условной плоскости сдвига. При образовании сливной стружки:
(4.22)
где σВ – предел прочности, МПа;
δ – относительное удлинение при растяжении, .
Таким образом, подставив численные значения в выражение (4.22) получим:
МПа;
ε – относительный сдвиг, величина степени деформации металла:
(4.23)
где
;
γ – главный угол в плане, .
Подставив численные значения в выражение (4.23) получим:
;
ρ – радиус округления режущей кромки, мм;
- коэффициент трения на задней поверхности,
- предел текучести обрабатываемого материала, МПа;
ω – угол действия, угол между направлением равнодействующей сил на передней поверхности инструмента и направлением вектора скорости резания:
(4.24)
где , (4.25)
где - усадка стружки, ;
Подставив численные значения в выражение (4.25) получим:
;
(4.26)
Подставим численные значения в выражение (4.26):
.
Подставив численные значения в выражение (4.24) получим:
;
- ширина площадки износа на задней поверхности инструмента, мм.
Подставив численные значения в выражения (4.18), (4.19), (4.20), (4.21) получим:
.
.
.
.
- проекция суммарной длины рабочей части режущей кромки на основную плоскость ХОУ:
, (4.27)
где φ – главный угол в плане,
- вспомогательный угол в плане, .
Подставим численные значения в выражение (4.27):
;
- проекция суммарной длины рабочей части режущей кромки на плоскость ZOX:
(4.28)
Подставив численные значения в выражение (4.28) получим:
.
- приведенный главный угол в плане:
, (4.29)
где - угол наклона главной режущей кромки, ;
- среднее значение главного угла в плане: ;
- угол отклонения направления схода стружки по передней поверхности от нормали к главной режущей кромки за счет несвободного резания.
, (4.30)
где - среднее значение вспомогательного угла в плане, ;
- длина рабочей части вспомогательной режущей кромки:
(4.31)
Подставим числовые значения в выражение (4.31):
.
Подставив числовые значения в выражение (4.30):
.
Подставив численные значения в выражение (4.29) получим:
.
Подставив численные значения в выражения (4.15), (4.16), (4.17) получим:
Н
Н
Н
Мощность резания:
, (4.32)
где V – скорость резания:
, (4.33)
где D – диаметр заготовки, D = 346 мм;
n – число оборотов, n = 100 об/мин;
Подставим числовые значения в выражение (4.33):
м/мин.
Подставив числовые значения в выражение (4.32) получим:
кВт.
Проверка двигателя по мощности привода главного движения Nд. Выбранные режимы резания должны удовлетворять следующему условию:
 ; (4.34)

По паспортным данным станка: Nд=17 кВт; =0,85.
N = 4,5 кВт < Nд = 170,85 = 14,45 кВт.
4.2.3 Техническое нормирование операций
Техническая норма времени, определяющая затраты времени на обработку, служит основой для оплаты работы, калькуляции себестоимости детали и изделия. На основе технических норм времени рассчитываются длительность производственного цикла, необходимое количество станков, инструментов и рабочих, определяется производственная мощность цехов или участков. Норма времени является одним из основных факторов для оценки совершенства технологического процесса и выбора наиболее прогрессивного варианта обработки заготовки.

Произведем нормирование токарной операции (010).
При обработке в условиях мелкосерийного типа производства, определяется штучно-калькуляционное время (Тш-к), состоящее из штучного (Тшт) и подготовительно-заключительного времени на партию деталей (Тп-з), которое определяется по зависимости:
(4.35)
где: Тшт – норма штучного времени обработки детали,
Тшт = to + tв + tобс + tлп; (4.36)
где to – основное время, мин;
(4.37)
где: n – частота вращения шпинделя, об/мин;
So – подача, мм/об;
i – число проходов;
LР – длина рабочего хода,
, (4.38)
где: l – длина обрабатываемого участка, l = 48 мм;
lвр – длина врезания, lвр = 3 мм;
lпер – длина перебега, lпер = 2 мм;
мм;
Подставим численные значения в выражение (4.37), получим:
мин.
tв – вспомогательное время, мин;
tв=tву+ tмв, (4.39)
где: tву – время на установку и снятие заготовки, tву=1,35 мин;
tмв – машинное вспомогательное время, tмв=0,61 мин.
Подставив численные значения в выражение (4.39), получим:
tв = 1,35 + 0,61 = 1,96 мин.
tобс – время на обслуживание рабочего места, мин;
tлп – время на личные потребности, мин.
tобс + tл.п =0,10•tоп (4.40)
где tоп – оперативное время, мин:
tоп = tо + tв; (4.41)
tоп = 2,41 + 1,96 = 4,37 мин;
Подставим численные значения в выражение (4.40), получим:
tобс + tл.п = 0,10•4,37 = 0,43 мин.
Подставив численные значения в выражение (4.36), поучим:
Тшт = 2,41+ 1,96+ 0,43 = 4,81 мин.
Тп-з – подготовительно-заключительное время, Тп-з = 12 мин;
nз – размер партии деталей, запускаемых в производство, nз = 6 шт.
Подставив полученные значения в уравнение (4.35), получим:
мин;
Расчет норм времени обработки для остальных операций производится аналогично.

 

 


5 Эксплуатационная документация
5.1 Разработка инструкции по эксплуатации.

Токарный станок 1П426ДФ3 предназначен для использования в цехах механической обработки в условиях эксплуатации УХЛ4 по ГОСТ 15150-69. При этом нижнее рабочее значение температуры окружающего воздуха должно быть не ниже +5˚С в соответствии с требованиями ГОСТ 21552-84, верхнее рабочее значение температуры окружающего воздуха не выше +40˚С и относительной влажности не более 80% (с учетом требований к условиям эксплуатации устройства ЧПУ NC210-31). Запыленность в пределах санитарной нормы. В зоне эксплуатации УЧПУ должны быть приняты меры, исключающие попадание на внешние поверхности и внутрь УЧПУ пыли, влаги, масла, стружки, охлаждающей жидкости, паров и газов в концентрациях, повреждающих металл и изоляцию, в том числе, во время технического обслуживания.
Станок не должен подвергаться воздействию местного нагрева и сильных перепадов температур. Установленные вблизи станка устройства, работающие с использованием токов высокой частоты, должны иметь защиту от радиопомех. Подводка питающей сети к УЧПУ должна быть проведена с соблюдением требований МЭК 550-77 по защите её от электромагнитных помех, прерываний и провалов напряжения. По уровню излучаемых индустриальных радиопомех УЧПУ относится к оборудованию класса А по СИСПР 22-97.
Не следует подключать к этой сети энергетические системы, работа которых может вызвать нарушения в работе данной сети по допустимым уровням значений питающего напряжения, уровню и спектру помех, длительности прерываний и провалов питающего напряжения.
Вибрация в рабочей зоне производственного помещения, действующая на УЧПУ вдоль его вертикальной оси, не должна иметь частоту выше 25 Гц и амплитуду перемещения более 0,1 мм.
Питание станка осуществляется от трехфазной сети переменного тока напряжением В и частотой 50±1 Гц. Питание УЧПУ должно осуществляться однофазным напряжением пременного тока В, частотой 50±1 Гц.
Подключение УЧПУ к промышленной сети должно производиться только через развязывающий трансформатор мощностью не менее 300 ВА. Станок подключается к общецеховой шине заземления, сопротивление которой не должно превышать 4 Ом.
К работе на станке и его обслуживанию допускаются только лица, изучившие конструктивные и технологические особенности станка, прошедшие специальный инструктаж по особенностям работы с данной системой ЧПУ и инструктаж по технике безопасности.
При эксплуатации станка необходимо соблюдать общие правила техники безопасности и правила, описанные в руководстве по эксплуатации.
При эксплуатации станка категорически запрещается:
- работать на неисправном станке и неисправным или незакрепленным инструментом;
- работать со снятыми или неисправными кожухами и крышками;
- работать без охлаждения;
- убирать стружку при вращении шпинделей;
- тормозить движущиеся части станка рукой или каким-нибудь предметом;
- производить чистку и настройку станка при не отключенном питании.
Перед началом работы необходимо:
1) Произвести внешний технический осмотр станка.
2) Проверить уровень масла в бачках системы смазки шпиндельного узла и направляющих каретки. При необходимости долить масло до необходимого уровня.
3) Проверить визуальным осмотром состояние электро- и гидрооборудования. Обрывы и повреждения электропроводов и трубопроводов не допускаются.
По окончании работы необходимо:
- выключить вводной выключатель электрошкафа;
- произвести ежедневное техническое обслуживание.

6 Безопасность и экологичность проекта
Современное машиностроительное производство представляет собой комплекс сложных технических систем, машин и оборудования с высоким уровнем механизации и автоматизации производственных процессов. До настоящего времени наибольшее внимание при создании новой технологии, машин и механизмов уделяется таким показателям, как производительность, стоимость и др. Между тем безопасность и экологичность, обеспечение комфортных условий труда, сведение к минимуму риска для обслуживающего персонала выдвигаются в число важнейших критериев, характеризующих технический уровень и качество машин, оборудования и технических процессов, определяющих их конкурентоспособность на мировом рынке.
Обеспечение безопасности труда реализуется как при проектировании производственных процессов, так и в процессе их выполнения. Решающим направлением улучшения условий труда, превращение всех производств в безопасные – является техническое перевооружение машиностроительных предприятий безопасной техникой.
Безопасность труда обеспечивается соблюдением стандартов по безопасности труда, правил по технике безопасности, санитарных норм и правил, инструкций по охране труда. Особое внимание обращается на соблюдение этих требований при создании новых видов оборудования, разработке и реализации производственных процессов.
Создание безопасных и экологичных производственных процессов, машин и оборудования составляет материальную основу обеспечения жизнедеятельности человека и является одной из основных целей системы управления безопасностью труда и экологической безопасностью предприятия.

6.1 Безопасность труда на проектируемом оборудовании
6.1.1 Характеристика безопасности применяемого в проекте оборудования
Согласно ГОСТ 12.2.003 – 74* станок 1П426ДФ3 обеспечивает требования безопасности при монтаже, эксплуатации, ремонте, транспортировании и хранении. В процессе эксплуатации не загрязняет выбросами вредных веществ в окружающую среду (воздух, почву, водоемы) выше норм, установленных в стандартах СЭВ*.
Безопасность станка обеспечивается:
- выбором принципов действия, конструктивных схем, безопасных элементов конструкции;
- применением в конструкции средств механизации, автоматизации и дистанционного управления;
- применением в конструкции средств защиты;
- выполнением эргономических требований;
- применением в конструкции соответствующих материалов.
Производственное оборудование пожара и взрывобезопасное.
Основным элементы конструкции станка.
Применяемые в конструкции материалы не опасные и не вредные. Не используются новые вещества и материалы, не прошедшие гигиеническую проверку и проверку на пожарабезопасность.
Составные части станка (в том числе провода, кабели и т.п.) выполнены с таким расчетом, чтобы исключалась возможность их случайного повреждения, вызывающего опасность.
Движущие части станка ограждены или снабжены другими средствами т.к. они являются источниками опасности. В случаях невозможности ограждения или снабжения другими средствами защиты, предусматриваются средства сигнализации, предупреждающие о пуске оборудования, и средства останова и отключения от источников питания.
Элементы конструкции станка не имеют острых углов, кромок и поверхностей с неровностями, представляющих источник опасности, если их наличие не определяется функциональным назначением оборудования. В последнем случае предусмотрены меры защиты от возможного травмирования.
Конструкция станка имеет средства местного освещения, соответствующие условиям эксплуатации; при этом исключается возможность случайных прикосновений к токоведущим частям установленных средств.
Конструкцией станка предусмотрена сигнализация при нарушении нормального режима работы, средства автоматического останова и отключения оборудования от источников энергии при опасных неисправностях, авариях и при режимах работы, близких к опасным.
Рабочие органы станка, а также захватывающие, зажимные устройства или их приводы оборудованы средствами, предотвращающими возникновение опасности при полном или частичном прекращении подачи носителя (электрического тока, жидкости в гидростстемах, сжатого воздуха и т.п.) к приводам этих устройств, а также средствами, исключающими самовключение приводов рабочих органов при восстановлении подачи энергоносителей.
Органам управления.
Органы управления станком соответствуют следующим основным требованиям:
- иметь форму, размеры и поверхность, безопасные и удобные для работы;
- располагаться в рабочей зоне так, чтобы расстояние между ними, а также по отношению к другим элементам конструкции, не затрудняло выполнение операций;
- приводиться в действие усилиями, не превышающими установленных норм с учетом частоты пользования.
Органы управления аварийного выключения красного цвета, отличаются формой от остальных элементов управления, имеют указатели их нахождения, надписи о назначении, легко доступные для персонала и исключают возможность пуска до устранения аварийной ситуации. Сигнальная окраска органов управления аварийного выключения обеспечена в течении всего периода эксплуатации.
Средствам защиты, входящим в конструкцию станка.
- средства защиты приводятся в готовность до начала функционирования оборудования так, чтобы функционирование оборудования было невозможно при отключенных или неисправных средствах защиты;
- средства защиты непрерывно выполняют свои функции или срабатывать при возникновении опасности;
- отказ отдельных элементов средств защиты не прекращают защитного действия других средств или создавать какую – либо дополнительную опасность;
- средства защиты доступные для обслуживания и контроля;
- съемные, откидные и раздвижные ограждения рабочих органов имеют устройства, исключающие их случайное снятие и открывание, а при необходимости иметь блокировки, обеспечивающие прекращение рабочего процесса при съеме или открывании ограждения;
- для предупреждения об опасности в качестве сигнальных элементов применяют звуковые, световые и цветовые сигнализаторы;
- сигнальные устройства установлены в зонах видимости и слышимости обслуживающего персонала;
- части производственного оборудования, представляющие опасность для людей, окрашены в сигнальные цвета.

6.1.2 Разработка инструкций по охране труда оператора
Инструкция по охране труда — нормативный акт, устанавливающий требования по охране труда при выполнении работ в производственных помещениях, на территории предприятия, на строительных площадках и в иных местах, где производятся эти работы или выполняются служебные обязанности.
Инструкции по охране труда могут быть типовые (отраслевые) и для работников предприятий (по должностям, профессиям и видам работ).
Типовые инструкции утверждаются федеральными органами исполнительной власти после проведения предварительных консультаций с соответствующими профсоюзными органами.
Инструкции по охране труда могут разрабатываться как для работников по должностям, отдельным профессиям (менеджеры, электросварщики, станочники, слесари, электромонтеры, уборщицы, лаборанты, доярки и др.), так и на отдельные виды работ (работа на высоте, монтажные, наладочные, ремонтные работы, проведение испытаний и др.).
Инструкция по охране труда должна содержать следующие разделы:
• общие требования охраны труда;
• требования охраны труда перед началом работы;
• требования охраны труда во время работы;
• требования охраны труда в аварийных ситуациях;
• требования охраны труда по окончании работы

1. Общие требования охраны труда
1.1. К самостоятельной работе на токарных станках допускается обученный персонал, прошедший медицинский осмотр, инструктаж по охране труда на рабочем месте, ознакомленный с правилами пожарной безопасности и усвоивший безопасные приемы работы.
1.2. Токарю разрешается работать только на станках, к которым он допущен, и выполнять работу, которая поручена ему администрацией цеха.
1.3. Рабочий, обслуживающий токарные станки, должен иметь: костюм хлопчатобумажный или полукомбинезон, очки защитные, ботинки юфтевые.
1.4. Если пол скользкий (облит маслом, эмульсией), рабочий обязан потребовать, чтобы его посыпали опилками, или сделать это сам.
1.5. Токарю запрещается:
работать при отсутствии на полу под ногами деревянной решетки по длине станка, исключающей попадание обуви между рейками и обеспечивающей свободное прохождение стружки;
работать на станке с оборванным заземляющим проводом, а также при отсутствии или неисправности блокировочных устройств:
стоять и проходить под поднятым грузом;
проходить в местах, не предназначенных для прохода людей;
заходить без разрешения за ограждения технологического оборудования;
снимать ограждения опасных зон работающего оборудования;
мыть руки в эмульсии, масле, керосине и вытирать их обтирочными концами, загрязненными стружкой.
1.6. О каждом несчастном случае токарь обязан немедленно поставить в известность мастера и обратиться в медицинский пункт.
2. Требования охраны труда перед началом работы
2.1 Принять станок от сменщика: проверить, хорошо ли убраны станок и рабочее место. Не следует приступать к работе до устранения выявленных недостатков;
надеть спецодежду, застегнуть рукава и куртку, надеть головной убор, проверить наличие очков;
2.2 Проверить наличие и исправность защитного кожуха зажимного патрона, защитного экрана, предохранительных устройств защиты от стружки, охлаждающих жидкостей;
отрегулировать местное освещение так, чтобы рабочая зона была достаточно освещена и свет не слепил глаза;
2.3 Проверить наличие смазки станка. При смазке следует пользоваться только специальными приспособлениями;
2.4 Проверить на холостом ходу станка:
а) исправность органов управления;
б) исправность системы смазки и охлаждения;
в) исправность фиксации рычагов включения и переключения;
г) срабатывание защиты — патрон должен остановиться при откинутом кожухе, станок не должен включиться, пока кожух не будет поставлен в исходное положение.
2.5 Токарю запрещается:
работать в тапочках, сандалиях, босоножках и т.п.;
применять неисправные и неправильно заточенные режущие инструменты и приспособления;
прикасаться к токоведущим частям электрооборудования, открывать дверцы электрошкафов. В случае необходимости следует обращаться к электромонтеру

3. Требования охраны труда во время работы
3.1 Устанавливать и снимать тяжелые детали со станка только с помощью грузоподъемных средств;
3.2 Нельзя опираться на станок во время его работы и не
позволять делать это другим;
3.3 Поданные на обработку и обработанные детали укладывать устойчиво на подкладках;
3.4 При возникновении вибрации остановить станок, проверить крепление заготовки, режущего инструмента и приспособлений, принять меры к устранению вибрации;
3.5 При обработке деталей из металлов, дающих ленточную стружку, пользоваться стружколомателем; остерегаться наматывания стружки на обрабатываемую деталь или резец и не направлять вьющуюся стружку на себя;
3.6 Для удаления стружки со станка использовать специальные крючки и щетки-сметки.
3.7 Остановить станок и выключить электрооборудование в следующих случаях:
а) уходя от станка даже на короткое время;
б) при временном прекращении работы;
в) при перерыве в подаче электроэнергии;
г) при уборке, смазке, чистке станка;
д) при обнаружении какой-либо неисправности, которая грозит опасностью;
е) при подтягивании болтов, гаек и других крепежных деталей;
3.8 В кулачковом патроне без подпоры задней бабки можно закреплять только короткие, длиной не более 2 диаметров, уравновешенные детали; в других случаях для подпоры следует пользоваться задней бабкой;
3.9 При обработке в центрах деталей длиной, равной 12 диаметрам и более, а также при скоростном и силовом резании деталей длиной, равной 8 диаметрам и более, применять дополнительные опоры (люнет);
3.10 При обработке деталей в центрах проверить крепление задней бабки, смазать центр после установки изделия;
3.11 При работе с большими скоростями применять вращающийся центр, прилагаемый к станку;
3.12 При обточке длинных деталей следить за центром задней бабки;
следить за правильной установкой резца и не подкладывать под него разные куски металла; использовать подкладки, равные площади резца;
резец зажимать с минимально возможным вылетом и не менее чем тремя болтами.
3.13 Токарю запрещается:
- Работать на станке в рукавицах или перчатках, а также с забинтованными пальцами без резиновых напальчников;
- Удалять стружку непосредственно руками и инструментом;
- Обдувать сжатым воздухом из шланга обрабатываемую деталь;
- Пользоваться местным освещением напряжением выше 42 В;
- Брать и подавать через работающий станок какие-либо предметы, подтягивать гайки, болты и другие соединительные детали станка;
- Тормозить вращение шпинделя нажимом руки на вращающиеся части станка или детали;
- На ходу станка производить замеры, проверять рукой чистоту поверхности обрабатываемой детали, производить шлифовку шкуркой или абразивом;
- Находиться между деталью и станком при установке детали грузоподъемным краном;
- Во время работы станка открывать и снимать ограждения и предохранительные устройства;
- Работать со сработанными или забитыми центрами;
- Затачивать короткие резцы без соответствующей оправки;
- Пользоваться зажимными патронами, если изношены рабочие плоскости кулачков;
- При отрезании тяжелых частей детали или заготовок придерживать отрезаемый конец руками;
- Применять центр с изношенными или забитыми конусами. Размеры токарных центров должны соответствовать центровым отверстиям обрабатываемых деталей;
оставлять ключи, приспособления и другие инструменты на работающем станке.
4. Требования охраны труда в аварийных ситуациях
4.1. В случае поломки станка, отказа в работе пульта управления токарь должен отключить станок и сообщить об этом мастеру.
4.2. В случае загорания замасленной ветоши, оборудования или возникновения пожара необходимо немедленно отключить станок, сообщить о случившемся администрации и другим работникам цеха и приступить к ликвидации очага загорания.
4.3. В случае появления аварийной ситуации, опасности для своего здоровья или здоровья окружающих людей следует отключить станок, покинуть опасную зону и сообщить об опасности непосредственному руководителю.
5. Требования охраны труда по окончании работы
5.1 Выключить станок и электродвигатель;
5.2 Привести в порядок рабочее место:
а) убрать со станка стружку и металлическую пыль;
б) очистить станок от грязи;
в) аккуратно сложить заготовки и инструменты на отведенное место;
г) смазать трущиеся части станка;
5.3 Сдать станок сменщику или мастеру и сообщить обо всех неисправностях станка;
5.4 Снять спецодежду и повесить ее в шкаф, вымыть лицо и руки теплой водой с мылом или принять душ.


6.2 Экологическая безопасность и охрана окружающей среды
6.2.1 Экологический анализ проекта
При механической обработке материалов источниками образования и выделения вредных веществ в атмосферу являются различные металлообрабатывающие станки, работающие с охлаждением и без него.
При работе станка в атмосферный воздух выделяются загрязняющие вещества, связанные с обработкой металлов резанием и технологиями финишной обработки металлов. Они содержат пыли неорганического происхождения, металлическую стружку, туманы масел и других охлаждающих жидкостей и летучие продукты, образующиеся при обработке пластмасс. Резание хрупких материалов, как бронза, чугун, текстолит, стеклопластик, дерево связано с образованием наряду со стружкой, размер которой может достигать нескольких миллиметров, мелких пылевых частиц размерами от единицы до сотен микрометров.
Интенсивность пылеобразования зависит от ряда технологических факторов: скорости резания, величины подачи режущего инструмента, геометрических параметров инструмента и обрабатываемой детали, а также от состава материалов инструмента и заготовки. При обработке резцами серого чугуна увеличение скорости в 3 раза приводит к увеличению концентрации пыли почти в 4,5 раза, а при обработке оловянистой бронзы увеличение скорости в 4 раза влечет за собой возрастание концентрации в 5,3 раза. При обработке стали Ст 45 с ростом скорости резания концентрация пыли увеличивается в небольших пределах, но резко возрастает образование частиц размерами около 2 мкм (до 75%).
Механическая обработка металлов на станках сопровождается выделением пыли, стружки, туманов масел и эмульсий, которые через вентиляционную систему выбрасываются в среду обитания.
Отработанные СОТС необ¬ходимо собирать в специальные емкости. Масляная фаза эмульсий может поступать на регенерацию или сжи¬гаться. Концентрация нефтепродуктов в сточных водах при сбросе их в канализацию должна соответствовать требованиям СНиП 11-32-74*. Водную фазу СОТС очищают до ПДК или разбавляют до допустимого содержания нефтепродуктов и сливают в канализацию.
Мелкая масляная стружка и пыль титана и его спла¬вов по мере накопления подлежат сжиганию или захоро¬нению на специальных площадках.


6.2.2 Защита окружающей среды от воздействия физических факторов (шум, вибрации)
Эффективная защита работающих от неблагоприятного влияния шума требует осуществления комплекса организационных, технических и медицинских мер на этапах проектирования, строительства и эксплуатации производственных предприя¬тий, машин и оборудования. В целях повышения эффективности борьбы с шумом введены обязательный гигиенический контроль объектов, генерирующих ШУМ, регистрация физических факторов, оказывающих вредное воздействие на окружа¬ющую среду и отрицательно влияющих на здоровье людей.
Эффективным путем решения проблемы борьбы с шумом является снижение его уровня в самом источнике за счет изменения технологии и конструкции машин. Шум механизмов возникает вследствие упругих колебаний как всего механизма, так и отдельных его деталей. Причины возникновения шума - механические, аэродинамические и электрические явления, определяемые конструктивными и технологическими особенностями оборудования, а также условиями эксплуатации. В связи с этим различают шумы механического, аэродинамического и электрического происхождения.
Для уменьшения механического шума необходимо своевременно проводить ремонт оборудования, заменять ударные процессы на безударные, шире применять принудительное смазывание трущихся поверхностей, применять балансировку вращающихся частей.
Значительное снижение шума достигается при замене подшипников качения на подшипники скольжения (шум снижаемся на 10 .. .15 дБ), зубчатых и цепных передач клиноременными и зубчато - ременными передачами, металлических деталей - деталями из плacтмacc.
Снижение аэродинамического шума можно добиться уменьшением скорости газового потока, улучшением аэродинамики конструкции, звукоизоляции и установкой глушителей.
Электромагнитные: шумы снижают конструктивными изменениями в электрических машинах.
Широкое применение получили методы снижения шума на пути его распространения посредством установки звукоизолирующих и звукопоглощающих преград в виде экранов, перегородок, кожухов, кабин и другое. Физическая сущность звукоизолирующих преград состоит в том, что наибольшая часть звуковой энергии отражается от специально выполненных массивных ограждений из плотных твердых материалов (металла, дерева, плacтмacc, бетона и др.) и только незначительная часть проникает через ограждение.
В некоторых случаях снижение уровня шума достигается применением звукопоглощающих пористых материалов. Звуковые волны, падающие на пористый материал, приводят воздух в колебательные движения, при которых возникает вязкое трение и переход звуковой энергии в теплоту.
Пористые поглотители изготовляют из органических и минеральных волокон (древесной массы, кокса, шерсти), из стекловолокна, а также из пенопласта с открытыми порами. Для защиты материала от механических повреждений и высыпаний используют ткани, сетки, пленки, а также перфорированные экраны.
Резонансные поглотители имеют воздушную полость, соединенную отверстием с окружающей средой. Воздух в резонаторе выполняет роль механической колебательной системы, состоящей из элементов массы, упругости и демпфирования.
При необходимости повышения коэффициента звукопоглощения в области высоких частот звукоизолирующие слои покрывают защитной оболочкой с мелкой и частой перфорацией, применяют также штучные звукопоглотители в виде конусов, кубов, закрепленных над оборудованием, являющимся источником повышенного шума.

Классификация средств коллективной защиты от шума представлена на рисунке6.1.
Рисунок 6.1 - Средства коллективной защиты от шума на пути его распространения


Для борьбы с вибрацией машин и оборудования и защиты работающих от вибрации используют различные методы. Борьба с вибрацией в источнике возникновения связана с установлением причин появления механических колебаний и их устранением, например замена кривошипных механизмов равномерно вращающимися, тщательный подбор зубчатых передач, балансировка вращающихся масс и т.п. Для снижения вибрации широко используют эффект вибродемпфирования – превращение энергии механических колебаний в другие виды энергии, чаще всего в тепловую. С этой целью в конструкции деталей, через которые передается вибрация, применяют материалы с большим внутренним трением специальные сплавы, пластмассы, резины, вибродемпфирующие покрытия. Для предотвращения общей вибрации используют установку вибрирующих машин и оборудования на самостоятельные виброгасящие фундаменты. Для ослабления передачи вибрации от источников ее возникновения полу, рабочему месту, сиденью, рукоятке, и т.п. широко применяют методы виброизоляции. Для этого на пути распространения вибрации вводят дополнительную упругую связь в виде виброизоляторов из резины, пробки, войлока, асбеста, стальных пружин.
Классификация методов и средств коллективной защиты от вибрации представлена на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2 - Классификация методов и средств защиты от вибрации

6.3. Безопасность проекта в чрезвычайных ситуациях.
6.3.1. Анализ вероятных ЧС
Понятие «чрезвычайный» трактуется как «исклю¬чительный, очень большой, превосходящий все» (Ожегов С. И. Словарь русского языка). Словосочетание «чрез¬вычайная ситуация» относится к совокупности опасных событий или явлений, приводящих к нарушению безо¬пасности жизнедеятельности.
Чрезвычайная ситуация - это неожиданная, вне¬запно возникшая обстановка на определенной террито¬рии или объекте экономики в результате аварии, катас¬трофы, опасного природного явления или стихийного бедствия, которые могут привести к человеческим жер¬твам, ущербу здоровью людей или окружающей среде, материальным потерям и нарушению условии жизнеде¬ятельности людей. ЧС классифицируются:
-по причине возникновения: преднамеренные и не¬ преднамеренные;
-по природе возникновения: техногенные, природные, экологические, биологические, антропогенные, комбинированные;
-по скорости развития: взрывные, внезапные, скоро¬течные, плавные;
-по масштабам распространения последствий: локаль¬ные, местные, территориальные, региональные, фе¬деральные, трансграничные;
-по возможности предотвращения ЧС: неизбежные (на¬пример, природные) и предотвращаемые (например, техногенные, социальные).
К техногенным относятся ЧС, происхождение кото¬рых связано с техническими объектами: взрывы, пожа¬ры, аварии на химически опасных объектах, выбросы радиоактивных веществ на радиационно опасных объек-тах, аварии с выбросом экологически опасных веществ, обрушение зданий, аварии на системах жизнеобеспече¬ния и др.
К природным относятся ЧС, связанные с проявлени¬ем стихийных сил природы: землетрясения, цунами, наводнения, извержения вулканов, оползни, сели, ура¬ганы, смерчи, бури, природные пожары и др.
К экологическим бедствиям (ЧС) относятся аномаль¬ные изменения состояния природной среды: загрязне¬ния биосферы, разрушение озонового слоя, опустынива¬ние, кислотные дожди и т. д.
К биологическим ЧС относятся эпидемии, эпизоотии, эпифитотии.
Чрезвычайные ситуации характеризуются качествен¬ными и количественными критериями. К качественным критериям относятся: временной (внезапность и быстро¬та развития событий); социально-экологический (челове¬ческие жертвы, выведение из хозяйственного оборота боль¬ших площадей); социально-психологический (массовые стрессы); экономический.

Основные причины возникновения ЧС:
-внутренние: сложность технологий, недостаточная ква¬лификация персонала, проектно-конструкторские не¬доработки, физический и моральный износ оборудова¬ния, низкая трудовая и технологическая дисциплина;
-внешние: стихийные бедствия, неожиданное прекра¬щение подачи электроэнергии, газа, воды, техноло¬гических продуктов, терроризм, войны.

Характер развития ЧС
Возникновение ЧС обусловлено наличием остаточно¬го риска. В соответствии с концепцией остаточного риска абсолютную безопасность обеспечить невозможно. Поэто¬му принимается такая безопасность, которую приемлет и может обеспечить общество в данный период времени.
Условия возникновения ЧС: наличие источника рис¬ка (давления, взрывчатых, ядовитых, радиоактивных веществ), действие факторов риска (выброс газа, взрыв, возгорание); нахождение в очаге поражения людей, сель-скохозяйственных животных и угодий.
Анализ причин и хода развития ЧС различного ха¬рактера показывает их общую черту - стадийность. Выделяют пять стадий (периодов) развития ЧС:
-накопления отрицательных эффектов, приводящих к аварии;
-период развития катастрофы;
-экстремальный период, при котором выделяется основная доля энергии;
-период затухания;
-период ликвидации последствий.

6.3.2. Разработка мероприятий по обеспечению устойчивости работы проектируемого объекта в условиях ЧС.

Обеспечение устойчивой работы проектируемых объектов (ПО) в условиях ЧС мирного и военного времени являет¬ся одной из основных задач российской системы предуп¬реждения и действий в ЧС (PC ЧС).
Под устойчивостью функционирования проектируемого объекта или другой структуры понимают способность их в чрезвычайных ситуациях противостоять воздействии поражающих факторов с целью поддержания выпуска продукции в запланированном объеме и номенклатуре; предотвращения или ограничения угрозы жизни и здоровья персонала, населения и материального ущерба, также обеспечения восстановления нарушенного произ¬водства в минимально короткие сроки. На устойчивость работы ПО в ЧС влияют следующие факторы:
-надежность защиты персонала;
-способность противостоять поражающим факторам основных производственных фондов (ОПФ);
-технологического оборудования (ТО), систем энерго¬обеспечения, материально-технического обеспечения и сбыта;
-подготовленность к ведению спасательных и других неотложных работ (СиДНР) и работ по восстановле¬нию производства, а также надежность и непрерыв¬ность управления.
Перечисленные факторы определяют и основные тре¬бования к устойчивому функционированию ПО и изло¬жены в Нормах проектирования инженерно-техничес¬ких мероприятий (ИТМ-ГО).
Оценка устойчивости ПО к воздействию поражаю¬щих факторов различных ЧС заключается в:
-в выявлении наиболее вероятных ЧС в данном районе;
-анализе и оценке поражающих факторов ЧС;
-определении характеристик объекта экономики и его элементов;
-определении максимальных значений поражающих параметров;
-определении основных мероприятий по повышению устойчивости работы ПО (целесообразное повышение предела устойчивости).
Все данные по производству и поражающим факто¬рам ЧС должны быть занесены в «Декларацию по безо¬пасности промышленного объекта».
Главным критерием устойчивости является предел устойчивости ПО к параметрам поражающих факторов ЧС, а именно:
-механическим поражающим параметрам - ударная волна, высота волны прорыва, интенсивность землетрясения;
-тепловому (световому) излучению - тепловой импульс, приводящий к воспламенению, ожогу;
-химическому заражению (поражению) – пора¬жающая токсическая доза;
-радиоактивному заражению (облучению) – до¬пустимый уровень радиации, при котором можно работать, допустимая доза облучения;
-морально-психологической устойчивости общества (время адаптации и коэффициент психоэмоциональной устойчивости).
Определение наиболее вероятных ЧС производится исходя из типа ПО, характера технологического процес¬са и особенностей географического района. Например, для целлюлозно-бумажного комбината возможно воз-действие взрыва, химического заражения, пожара, на¬воднения (при расположении на реке), землетрясения (при расположении в сейсморайоне).
Максимальные параметры поражающих факторов задаются штабами ГО ЧС.
Оценка степени устойчивости к воздействию меха¬нических поражающих факторов заключается: в уточнении предела устойчивости каждого элемента цеха; объекта в целом.
Заключение об устойчивости объекта к механичес¬ким поражающим факторам делается путем сопостав¬ления найденного предела устойчивости объекта с ожидаемым. Если найденный предел устойчивости объекта больше ожидаемого, то объект устойчив, если меньше — не устойчив.
Оценка устойчивости объекта к тепловому (светово¬му) излучению заключается в определении:
-максимального теплового импульса, ожидае¬мого на объекте (на расстоянии);
-степени (I—V) огнестойкости зданий и сооружений, зависящей от температуры возгорания элементов кон¬струкций ;
-категории пожарной опасности производства (А-Д) в выявлении сгораемых элементов (материалов) зда¬ний, веществ;
-значений тепловых импульсов, при которых проис¬ходит воспламенение материалов ;
-предела устойчивости здания к тепловому излуче¬нию и сопоставления с ожидаемым максимальным тепловым импульсом.
Пределом устойчивости ПО к воздействию теплового излучения считают min величину теплового (светового) импульса, при котором происходит воспламенение го¬рючих материалов и возникновение пожара.
Оценка устойчивости работы ПО при возникнове¬нии ЧС химического характера включает: определение времени, в течение которого территория объекта будет опасна для людей; анализ химической обстановки, ее влияние на производственный процесс и объем защиты персонала.
Пределом устойчивости объекта к химическому за¬ражению является пороговая токсическая доза, приводящая к появлению начальных признаков пора¬жения производственного персонала и снижающая его работоспособность.
При нахождении персонала в зданиях токсодоза уменьшится в 2 раза.
Оценка устойчивости работы ПО в условиях радиоак¬тивного заражения (загрязнения) включает: оценку ра¬диационной обстановки, определение доз облучения пер¬сонала, радиационных потерь и потерю трудоспособности.
Предел устойчивости ПО в условиях радиоактивного заражения - это предельное значение уровня радиации на объекте, при котором еще возможна производ¬ственная деятельность в обычном режиме (двумя смена¬ми), и при этом персонал не получит дозу выше установ¬ленной.
Пределами психоэмоциональной устойчивости про¬изводственного персонала к поражающим факторам ЧС являются время адаптации человека к условиям ЧС.
Время адаптации зависит от состояния нервной сис¬темы человека и характеризуется стадиями:
- витальная реакция - поведение человека направлено на сохранение жизни (15 мин);
- психоэмоциональный шок, снижение критической оценки ситуации (3-5 ч);
- психологическая демобилизация, паническое настроение (до 3-х суток);
- стабилизация самочувствия (3-10 суток).
Снизить время адаптации человека к условиям ЧС можно психофизиологическим отбором людей, практической подготовкой людей по выработке алгоритма действия в конкретной ЧС и тренировкой по использованию СИЗ.
В условиях ЧС возможны стрессы и психические трав¬мы, приводящие к появлению «синдрома бедствия» (75% людей).
Психоэмоциональная устойчивость общества в ЧС — это состояние трудоспособности человека, его способ¬ность эффективно вести спасательные работы.
Повысить психоэмоциональную устойчивость общества в ЧС, можно исчерпывающей речевой ин¬формацией, созданием «зон безопасности», приемом ус¬покаивающих медикаментозных средств и вовлечением людей в активную деятельность по ликвидации ЧС.
Устойчивость энергообеспечения и материально технического обеспечения зависит от устойчивости вне¬шних и внутренних источников энергии, устойчивой работы поставщиков сырья, комплектующих изделий, наличия резервных, дублирующих и альтернативных источников снабжения.
Пределом устойчивости работы ПО по источникам энергии и МТО является время бесперебойной работы объекта в автономном режиме .
Для нормальной работы ПО необходимо устойчивое управление в ЧС.
Пределом устойчивости управления является вре¬мя, в течение которого обеспечивается бесперебойное оповещение, связь, охрана.
После определения предела устойчивости функцио¬нирования объекта намечаются и выполняются мероп¬риятия по повышению его устойчивости, которые вклю¬чают:
1) Предотвращение причин возникновения ЧС (отказ от потенциально опасного оборудования; совершенство¬вание или перепрофилирование производства; внедре¬ние новых технологий; разработка декларации безопас-ности; проверка персонала).
2) Предотвращение ЧС (внедрение блокирующих устройств в системы автоматики, обеспечение безопасности).
3) Смягчение последствий ЧС (повышение качествен¬ных характеристик оборудования: прочность, огнестой¬кость, рациональное размещение оборудования; резер¬вирование; дублирование; создание запасов; аварийная
остановка производства);
4) Обеспечение защиты от возможных поражающих факторов расстоянием, ограничением времени действия, использованием экранов, средств индивидуальной и кол¬лективной защиты.
Общие требования к мероприятиям по повышению устойчивости объекта экономики: эффективность и эко¬номичность.
Эффективность достигается комплексной оценкой всех поражающих факторов ЧС.
Экономичность — увязкой мероприятий по предот¬вращению ЧС с мероприятиями повседневной производ¬ственной деятельности предприятия.
Необходимым условием экономичности мероприятий по повышению устойчивости является выполнение ус¬ловия:
Ситм<<Уп
где Ситм — стоимость инженерно-технических меропри¬ятий по повышению устойчивости; Уп — полный ущерб при ЧС.
Чем больше предприятие вкладывает средств в про¬филактические, организационные и инженерно-техни¬ческие мероприятия, тем больше эффективность, тем меньше вероятность возникновения ЧС.


7.1 Функционально-стоимостный анализ базовой обработки детали
Функционально-стоимостная модель объекта пригодна для выявления ненужных функций и элементов в объекте ; определения функциональной достаточности и полезности материальных элементов объекта; распределения затрат по функциям; оценки качества исполнения функций; выявления дефектных функциональных зон в объекте; определения уровня функционально-структурной организации изделия. Построение функционально-стоимостной модели осуществляется путем суперпозиции функциональной и структурной моделей объекта .
Оценка значимости функции ведется последовательно по уровням функциональной модели (сверху вниз), начиная с первого. Для главной и второстепенной, т.е. внешних функций объекта при оценке их значимости исходным является распределение требований потребителей (показателей качества, параметров, свойств) по значимости (важности).
Нормирующим условием для функции является следующее:
(7.1)
где rij - значимость jой функции, принадлежащей данному iому уровню функциональной модели;
j=1,2,...,n
n - количество функций, расположенных на одном уровне функциональной модели и относящихся к общему узлу вышестоящего уровня.
Для внутренних функций определение значимости ведется исходя из их роли в обеспечении функций вышестоящего уровня.
Определение относительной важности функции R.
Учитывая многоступенчатую структуру функциональной модели, наряду с оценкой значимости функций по отношению к ближайшей вышестоящей определяется показатель относительной важности функции любого i-го уровня Rij по отношению к изделию в целом:
(7.2)
где G - количество уровней функциональной модели.
В случае если одна функция участвует одновременно в обеспечении нескольких функций верхнего уровня функциональной модели, ее значимость определяется для каждой из них отдельно, а относительная важность функции для объекта в целом рассчитывается как сумма значений Rij по каждой ветви функциональной модели (от iго уровня до первого), проходящей через эту функцию.
Оценка качества исполнения функций Q.
Обобщенный (комплексный) показатель качества варианта исполнения функций оценивается по формуле:
(7.3)
где n - значимость nго потребительского свойства; Pnv - степень удовлетворения nго свойства в vом варианте; m - количество свойств.
Важным элементом качества исполнения функций является функциональная организованность изделий, которая определяется следующими показателями.
Показатель актуализации функций, определяется коэффициентом актуализации:
(7.4)
где Fп - необходимые функции; Fоб - общее количество действительных функций;
Показатель сосредоточения функций, определяется коэффициентом сосредоточения:
(7.5)
где Fосн - количество основных функций; Fоб - общее количество функций.
Показатель совместимости функций, определяется коэффициентом совместимости:
(7.6)
где Fс - функции согласования; Fоб - общее количество функций.
Показатель гибкости функций, определяется коэффициентом гибкости:
(7.7)
где FP - количество потенциальных функции; FП - количество необходимых функций.
Качество выполнения функций будет иметь вид:
(7.8)
Определение абсолютной стоимости функций.
Функционально необходимые затраты - минимально возможные затраты на реализацию комплекса функций объекта при соблюдении заданных требований потребителей (параметров качества) в условиях производства и применения (эксплуатации), организационно- технический уровень которых соответствует уровню сложности спроектированного объекта.
Абсолютная стоимость реализации функций Sабс определяется по формуле:
Sабс=Sизг+Sэкспл+Sтр+Sэн+Sпроч (7.9)
где Sизг -затраты, связанные с изготовлением (приобретением) материального носителя(-ей) функции. В состав этих затрат входят: затраты на проектирование, изготовление (модернизацию), пуско-наладочные работы, обучение персонала.
Sэкспл - эксплуатационные затраты.
Sтр - затраты, связанные с трудоемкостью реализации функции.
Sэн - энергозатраты на реализацию функции.
Sпроч - прочие затраты на реализацию функции (отвод земли, изыскания, плата за загрязнение и пр.).
Определение относительной стоимости реализации функций
Относительная стоимость реализации функций SотнF определяется по формуле:
, (7.10)
где Sабс - суммарная абсолютная стоимость функционирования объекта, определяется путем суммирования значений абсолютных стоимостей реализации функций;
SабсFij - абсолютная стоимость реализации jой функции iго уровня функциональной модели.

Структурная модель базового варианта приведена на рисунке 1. На её основе составляется функционально-стоимостная модель базового варианта, которая приведена в таблице 7.1. На рисунке 2 изображена функциональная модель базового варианта.

 

 


Таблица 7.1 - Функционально-стоимостная модель базового объекта
Индекс функции Наименование функции Материальный носитель функции r R Q Sабс
(тыс.р.) Sотн
1 2 3 4 5 6 7 8
f1.1 Вращение шпинделя Привод главного движения 0,5 0,25 0,25 100 0,5
f1.2 Зажим и подача заготовки в патроне Механизм зажима и подачи заготовки 0,2 0,1 0,1 20 0,1
f1.3 Перемещение инструмента по осям
Суппорт револьверный 0,2 0,1 0,1 30 0,15
f1.4 Перемещение суппорта Привод продольной и поперечной подачи 0,1 0,05 0,05 10 0,05
f2.1 Реализация алгоритма управления Пульт управления 0,6 0,3 0,23 28 0,14
f2.1.1 Управление приводами подач, главного движения, системой отвода стружки Электро-двигатели 0,4 0,12 0,08 13 0,065
f2.1.2 Зажим заготовки в патроне Поворотный патрон 0,2 0,06 0,06 7 0,035
f2.1.3 Управление отводом стружки Конвеер ленточный 0,2 0,06 0,04 6 0,03
f2.1.4 Питание платы индикации и датчиков; управление электродвигателями Плата силовая 0,1 0,03 0,02 1 0,005
f2.1.5 Индикация режимов работы, настройка и управление УЧПУ Плата индикации 0,1 0,03 0,03 1 0,005
f2.2 Представление информации об объекте управления Датчики 0,4 0,2 0,17 12 0,06
f2.2.1 Измерение температуры Датчики температуры 0,3 0,06 0,04 3 0,015
f2.2.2 Контроль перемещений по осям Датчики линейные 0,1 0,02 0,015 2 0,01
f2.2.3 Контроль положения детали Выключатели конечные 0,6 0,12 0,115 7 0,035
F1 F1 = f1.1 + f1.2 + f1.3 + f1.4 Механическая часть 0,5 0,5 0,5 160 0,8
F2 F2 = f2.1 + f2.2 Система управления 0,5 0,5 0,4 40 0,2
ИТОГО 200 1

Функционально-стоимостных диаграмм и диаграмм качества исполнения функций строятся для базового проектного варианта исследуемого объекта. Они имеют целью выявление зон диспропорции, т.е. зон избыточной затратности реализации функции, а также определение зон функциональной недостаточности (низкого качества исполнения функций). Функционально-стоимостная диаграмма и диаграмма качества исполнения функций базового варианта приведены в графической части (лист 10).


 


7.2.Функционально-стоимостной анализ проекта
7.2.1.Функционально-стоимостной анализ проектируемой системы управления.
На основании ранее изложенного метода осуществляется построение структурной модели проектируемой системы управления и построение совмещенной функционально-стоимостной модели . Структурная модель проектируемой системы показана на рисунке 3, функциональная схема - на рисунке 4. Совмещенная функционально-стоимостная модель представлена в виде таблицы 7.2. Диаграммы построены с учетом выявленных в базовом варианте зон диспропорций, т.е. избыточной затратности реализации функций, а также определенных зон функциональной недостаточности (низкого качества исполнения функций). Данные диаграммы представлены в графической части (лист 10).

Таблица 7.2 - Функционально-стоимостная модель проектируемого варианта
Индекс функции Наименование функции Материальный носитель функции r R Q Sабс
(тыс.р.) Sотн
1 2 3 4 5 6 7 8
f1.1 Вращение шпинделя Привод главного движения 0,5 0,25 0,25 100 0,426
f1.2 Зажим и вращение заготовки Автоматический поворотный патрон 0,2 0,1 0,1 20 0,085
f1.3 Перемещение инструмента по осям
Суппорт револьверный 0,2 0,1 0,1 30 0,128
f1.4 Перемещение суппорта Привод продольной и поперечной подачи 0,1 0,05 0,05 10 0,042
f2.1 Реализация алгоритма управления Пульт управления 0,6 0,3 0,3 55 0,234
f2.1.1 Реализация алгоритма управления УЧПУ 0,4 0,12 0,12 36 0,153
f2.1.2 Индикация режимов работы, настройка и управление УЧПУ Щит
Управления 0,2 0,06 0,06 9 0,038
f2.1.3 Средство для написания программы Программное обеспечение 0,1 0,03 0,03 3 0,013
f2.1.4 Управление приводами подач, главного движения, системой отвода стружки Электро-двигатели 0,1 0,03 0,03 2 0,009
f2.1.5 Управление зажимом/разжимом и поворотом детали Гидроцилиндры 0,1 0,03 0,03 1 0,004
f2.1.6 Питание УЧПУ и датчиков Блок питания 0,1 0,03 0,03 4 0,017
f2.2 Представление информации об объекте управления Датчики 0,4 0,2 0,2 20 0,085
f2.2.1 Измерение температуры Датчики температуры 0,2 0,04 0,04 4 0,017
f2.2.2 Контроль перемещений по осям Датчики линейные 0,2 0,04 0,04 6 0,025
f2.2.3 Коммутация электрических цепей Выключатели конечные 0,1 0,02 0,015 2 0,009
f2.2.4 Контроль положения детали Датчик положения детали 0,1 0,02 0,02 1 0,004
f2.2.5 Измерение давления Датчик давления 0,4 0,08 0,08 7 0,03
F1 F1 = f1.1 + f1.2 + f1.3 + f1.4 Процесс пропитки 0,5 0,5 0,5 160 0,681
F2 F2 = f2.1 + f2.2 Система управления 0,5 0,5 0,5 75 0,319
ИТОГО 235 1

 




7.3. Расчёт окупаемости и экономическая оценка проекта
Экономическая оценка проекта осуществляется с использованием следующих показателей:
а) чистая приведенная величина дохода (Net Present Value - NPV).
NPV представляет собой разность между приведенными к началу реализации проекта поступлениями от реализации проекта и инвестиционными затратами, т.е. сумму дисконтированного чистого денежного потока за период реализации проекта.
, (7.11)
где T - продолжительность реализации проекта; t - порядковый номер года реализации проекта; NCFt - чистый денежный поток года t; PV - коэффициент дисконтирования в году t;
б) коэффициент дисконтирования (PV-фактор) для года t определяется по формуле:
, (7.12)
где r - ставка дисконта.
Период реализации проекта может определяться:
-периодом времени, в течение которого модернизируемый или рационализируемый объект будет амортизирован;
-периодом морального износа объекта;
в) внутренняя норма доходности.
Internal Rate of Return (IRR) - это то значение ставки дисконтирования, при котором сумма дисконтированных поступлений денежных средств равна сумме дисконтированных платежей или чистая приведенная величина дохода (NPV) обращается в ноль.
Таким образом, значение внутренней нормы доходности определяется из соотношения:
(7.13)
г) периодом окупаемости проекта или периодом возврата инвестиций (Descounted Payback Period - DPP) называется период времени, за который дисконтированные поступления от результатов внедрения проектных решений покроют инвестиции, т.е. значение периода окупаемости определяется из соотношения:
(7.14)
где CFt - поступление денежных средств от эффектов, связанных c внедрением проекта; IN - инвестиционные затраты.
Проект считается эффективным, если приведенная величина дохода положительна, внутренняя норма доходности больше ставки дисконтирования (IRR > r).
Инвестиции в данный проект составляют 65000 рублей. В том числе: 55000 рублей на УЧПУ, панель оператора, программное обеспечение и блок питания; 10000 руб. – на новый электропривод.
Ликвидационная стоимость активов составляет 31000 руб. В том числе: 26000 руб. – старое учпу; 5000 руб. – старый электропривод;
Коэффициент дисконтирования PV для года t определяется по формуле (7.12). В качестве значения ставки дисконта принимается ставка Центрального банка России - 25%. Значение коэффициентов дисконтирования по годам:
PV1=0,76; PV2=0,57; PV3=0,43; PV4=33; PV5=0,25.
Схема формирования чистого денежного потока представлена в таблице на листе 10 графической части проекта.
Значение внутренней нормы доходности определяется соотношением (7.13). Определим ее методом итерационного подбора: IRR=88%.
Период окупаемости проекта определяется из соотношения (7.14). График окупаемости проекта представлен на листе 10 графической части проекта.
Результаты от проектного решения для первого года: повышение производительности труда – 30000 руб., снижение эксплутационных затрат – 20000 руб., другие – 10000 руб.
Затраты от проектного решения для первого года: проектирование – 5000 руб., пуско-наладка – 4000 руб., эксплутационные затраты –6000 руб., обучение персонала – 3000 руб., другие – 2000 руб.
Исходя из приведенных расчетов, можно сделать вывод о том, что проект является эффективным, т.к. чистая приведенная величина дохода положительна, внутренняя норма доходности больше ставки дисконтирования, проект окупается примерно за 2 года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатом выполненной работы служит спроектированная технологическая система для токарной обработки деталей арматуры, над элементами которой были проведены различного рода расчеты.
Главной составляющей этой технологической системы является станок, разработанный на основе 1П426ДФ3, в котором проводились расчеты по усовершенствованию автоматического поворотного патрона, подобрана система управления.
Кроме того, рассматриваются различные виды многогранных неперетачиваемых пластин, применяемых в резцовых блоках, фирмы Sandvik Koromant, которые устанавливаются на одну из револьверных головок, подбор материала режущей части инструмента. Для оценки рациональности замены инструмента, применяемого на ОАО «Икар», на инструмент фирмы Sandvik Koromant рассчитывается себестоимость обработки детали. Рассматривается вероятность отказа технологической системы при токарной обработке.
Рассчитаны капитальные вложения на модернизацию станка и получен экономический эффект. Также освещены вопросы экологичности и безопасности проекта.

 




Комментарий:

АННОТАЦИЯ Проект автоматизированной технологической системы, состоящей из станка, приспособления, вспомогательного, режущего, измерительного инструмента, обрабатываемых деталей, включает в себя расчеты улучшенного, с точки зрения компоновки и технических возможностей, станка, разработанного на базе уже существующего, расчеты автоматического поворотного патрона, подбор материала режущей части инструмента, подбор системы управления и т.д. Дипломный проект, выполненный с обязательным учетом всех требований ГОСТа и ЕСКД, состоит из двух частей – пояснительной записки и графической части. Пояснительная записка выполнена на 123 страницах в Microsoft Word и включает в себя алгоритмы расчета по всем заданным темам. Графическая часть представлена в 10 листах формата А1, созданная в пакете AutoCAD 2004, КОМПАС-3D v10. Для расчетов использованы пакеты: MathCAD 2001i, Microsoft Excel. Дипломный проект выполняется как эскизный, поэтому расчет мелких деталей в данном случае опущен. ВВЕДЕНИЕ Процесс конструирования является первым этапом создания станка. Принятие правильных решений, что является важнейшим элементом конструирования, требует от конструктора учета большого числа взаимосвязанных факторов не только техниче¬ского порядка. На самых различных этапах проектирования станка проявляются факторы, относящиеся к разнообразным отраслям знаний: фундаментальным знаниям в области физико-матема¬тических, общеинженерных, социально-экономических дисциплин, а также в некоторой мере знаний изобразительного искусства и архитектуры. И, наконец, важнейшая связь конструирования с технологией и организацией производства. Только учет разнообразных факторов, их тщатель¬ный анализ дают основание конструктору выбрать из большого числа возможных вариантов решение, близкое к оптимальному. При конструировании станка основные усилия должны быть направлены на поиски принципиально новых решений, на изобретение конструкций, превосходящих существующие по всем основным показателям. Лишь на стадии конструирования в полной мере можно из многочисленных различных вариантов выбрать действительно оптимальное решение. Применение средств вычислительной техники уже на ранней стадии конструирования дает возможность проанализировать большое число различных реше¬ний и гораздо точнее решить задачу оптимизации. Весь процесс конструирования станка можно условно разделить на ряд последовательных этапов. Выполнение работ требует учета влияния различных этапов, так как все они взаимно связаны. Решение любой конструктор¬ской задачи после формулирования исходных данных сводится, прежде всего, к поиску возможных различных вариантов осу¬ществления конструкции. Реальность вариантов конструкции подтверждается предварительными расчетами, за¬тем следует сравнительный анализ вариантов конструкции, на основе которого выбирают обоснованный оптимальный для данных конкретных условий вариант конструкции. После проверки выполняют чертеж узла. Все большее развитие получают станки с программным управлением, обеспечивающие высокую мобильность производства, точность и производительность обработки. Проектирование станка с ЧПУ это очень сложный процесс, включающий в себя очень много технических решений. В данном дипломном проекте рассматривается токарный станок аналог 1П426ДФ3. Целью дипломного проекта является поиск путей повышения эффективности токарных станков в условиях мелкосерийного производства, а именно: усовершенствование поворотного патрона, подбор системы управления и т.д., расширяющие технологические возможности станка. Кроме того, рассматриваются различные виды многогранных неперетачиваемых пластин, применяемых в резцовых блоках, фирмы Sandvik Koromant, которые устанавливаются на одну из револьверных головок, подбор материала режущей части инструмента. Для оценки рациональности замены инструмента, применяемого на ОАО «Икар», на инструмент фирмы Sandvik Koromant рассчитывается себестоимость обработки детали. Рассматривается вероятность отказа технологической системы при токарной обработке. Рассчитываются капитальные вложения на модернизацию станка и экономический эффект. Также освещены вопросы экологичности и безопасности проекта. 1 Обоснование модернизации станка 1П426ДФ3 Нынешние токарные станки сильно устарели, более чем по ряду показателей, к сожалению даже на российском рынке. Что обусловлено огромным спадом производства. Даже применение на этих станках нового высококлассного режущего инструмента, немногим увеличит качество, быстроту и точность обработки. Т.к. станки не обладают высокой скоростью обработки, при которых работают современные инструменты. В данном проекте я стараюсь создать на базе старого станка модели 1П426ДФ3, преимущественно новую конструкцию станка, отвечающую всем современным достижениям, и позволяющим обрабатывать более широкий диапазон материалов, максимально используя возможности нового обрабатывающего инструмента, с помощью последних достижений науки и техники в области станкостроения. Назначение станка модели 1П426ДФ3 и его техническая характеристика Токарный патронный полуавтомат с ЧПУ модели 1П426ДФЗ предназначен для обработки деталей в патроне со ступенчатым и криволинейным профилем в условиях мелкосерийного и серийного производства. На станке можно производить наружное точение, растачивание, сверление, нарезание резьбы по программе. Регулирование в широком диапазоне частоты шпинделя и подач позволяет производить обработку изделий как из обычных черных и цветных металлов, так и из легированных сталей. Станок также предназначен для встраивания в роботизированные комплексы и гибкие автоматизированные участки. Токарный патронный полуавтомат с ЧПУ мод. 1П426ДФЗ имеет типовую для таких станков компоновку: направляющие станины расположены в плоскости, наклоненной под углом 20° к вертикали. Это обеспечивает хороший отвод и удаление стружки из зоны обработки, в также свободный доступ манипулятора к обрабатываемой в патроне заготовке (в составе РТК). Защита направляющих от попадания стружки и охлаждающей жидкости обеспечивается щитками и уплотнениями. Смазка направляющих станины и каретки, а также шариковых винтов осуществляется централизованно от гидростанции через гибкие шланги, дозаторы и маслопроводы в корпусе каретки. Револьверная головка с вертикальной осью вращения предназначена для закрепления блоков режущих инструментов, используемых при внутренней обработке (расточке, сверлении и т. п.). В конструкции револьверной головки предусмотрены внутренние каналы для подачи СОЖ к режущим инструментам. Для закрепления режущих инструментов с горизонтальной осью для наружной обточки заготовки применяется дисковая 8-позиционная револьверная головка. Состав полуавтомата: 1- корыто 2- установка АКС 3- АКС (автоматическая коробка скоростей) 4- шпиндельная бабка 5- шпиндель 6- патрон 7- направляющие станины 8- направляющие суппорта 9- суппорт 10- револьверная головка с осью вращения параллельно оси вращения шпинделя 11- револьверная головка с осью вращения перпендикулярно оси вращения шпинделя 12- электродвигатель поперечной подачи 13- ограждение 14- электрический шкаф 15- транспортер стружки 16- пульт ЧПУ 17- насос СОЖ Техническая характеристика станка 1П426ДФ3 представлена в таблице 1.1. Таблица 1.1 – Техническая характеристика станка 1П426ДФ3 Параметр Значение Наибольшая длина обрабатываемой заготовки, мм 320 Наибольшая глубина растачивания, мм 200 Наибольший диаметр заготовки, мм: устанавливаемой над станиной 630 обрабатываемой в патроне 500 Пределы частот вращения шпинделя, об/мин 8-1600;10-2000* Пределы продольных и поперечных рабочих подач суппорта, мм/мин 1-4000 Ускоренные продольные и поперечные подачи суппорта, мм/мин 8000 Дискретность отсчёта по осям координат, мм 0,001 Количество позиций инструмента на верхней револьверной головке 8 Количество позиций на нижней револьверной головке 4 Конец шпинделя по ГОСТ 12523-67 11M Количество револьверных головок на станке 2 Мощность главного привода, кВт 22-30 Габаритные размеры, мм: длина 4600 ширина 2400 высота 2600 Масса, кг 8600 1.1 Анализ технологических процессов и оборудование для обработки корпуса. Корпус является одной из самых сложных отливок, так как имеет большие габаритные размеры, сложную форму и к нему предъявляются требования высокой прочности. Корпус, является основной частью клиновой задвижки с выдвижным шпинделем. Данная задвижка применяется в качестве запорных устройств на технологических линиях нефтегазодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, энергетики и коммунального хозяйства. Эта клиновая задвижка состоит из затвора, крышки, сальника, шпинделя, маховика и резьбовой втулки. 1.1.1 Технологический процесс. Заготовку получают методом литья, после этого убирают фрезерованием прибыли на среднем и магистральных фланцах и на следующей операции обрабатывают базы. После этой операции производят контрольную проточку среднего фланца для контроля правильности настройки на обработку баз. На следующей операции производят обработку среднего и магистрального фланцев. Потом переустанавливают деталь и обрабатывают второй магистральный фланец. После переходят к другой операции, на которой фрезеруют остаток питателя. На другой операции сверлят отверстия на магистральных фланцах, а затем переустанавливают деталь и сверлят отверстия и нарезают резьбу на среднем фланце. На следующей операции подрезают тыльную сторону фланца. 1.1.2 Оборудование. Широкая автоматизация в машиностроении выдвигает задачу обеспечения современного оборудования высокопроизводительным металлорежущим инструментом. Поэтому в нашей технологической системе применим инструмент, предлагаемый фирмой Sandvik Koromant. В последние годы эта фирма активно продвигает свои инструменты на российский рынок. В числе этого инструмента различного вида резцы, сверла, фрезы и т.д., оснащенные МНП. Материалы этих пластин являются особо мелкозернистые твердые сплавы с различным видом покрытий. В дипломном проекте постараемся оценить рациональность замены инструмента, применяемого на ОАО «Икар» для обработки детали типа корпус, на инструмент фирмы Sandvik Koromant . 1.2.Анализ возможностей при многосторонней обработки детали на станке с ЧПУ. Рост производительности труда и качества продукции возможен в производстве, базирующемся на широком использовании новейшего технологического оборудования, обеспечивающего максимальную готовность деталей на одном рабочем месте, в частности, на многооперационных станках с ЧПУ. Однако многооперационные станки применяются преимущественно для обработки корпусных деталей вращающимся инструментом. Что касается обработки вращающихся деталей на токарных станках, то она остается традиционно односторонней. В результате этого широкий класс деталей с пересекающимися осями типа крестовин, угольников и т.п. обрабатывается на токарных станках за несколько операций, что значительно снижает производительность труда , качество изделий свидетельствует о необходимости реализации методов, позволяющих вести обработку таких деталей с двух, трех и четырех сторон за один установ. Для реализации метода многосторонней обработки вращающихся деталей разработаны средства автоматизации, значительно расширяющие технологические возможности токарных станков с ЧПУ, с целью автоматизации малооперационных ресурсосберегающих технологий. Применение метода многосторонней обработки является перспективным направлением повышения производительности и расширения технологических возможностей токарных станков с ЧПУ. Сущность метода многосторонней обработки детали состоит в том, что заготовка закрепляется в приспособле¬нии, установленном на шпинделе станка и оснащенном автомати¬ческим поворотным устройством, с помощью которого без остано¬ва станка вводятся в зону обработки поверхности, расположенные с противоположных сторон детали и под углом 90° друг к другу. В процессе обработки в результате многократного автоматичес-кого поворота детали (под каждый инструмент) обеспечивается максимальная готовность на одной технологической операции, что в конечном итоге приводит к повышению фактической произво¬дительности автоматизированного оборудования, определяемой за¬висимостью Q = Kmpsu , где K=1/tp — технологическая производительность (tp — время рабочих ходов в цикле обработки); m — коэффициент, учитывающий затраты времени на установку и снятие детали; p— коэффициент непрерывности процесса обработки, учитывающий затраты времени на холостые ходы; s — коэффициент безотказности, учитывающий потери времени на восстановление работоспособности, на¬рушенной в результате отказов, поломок, регулиро¬вок, поднастроек и т. п.; и — коэффициент гибкости, учитывающий время на перенастройку оборудования при переходе с изго¬товления одной детали на другую. Приведенная зависимость показывает, что рост производитель¬ности автоматизированного оборудования обеспечивается интен¬сификацией процесса обработки (увеличение технологической про¬изводительности К) при сокращении всех непроизводительных за¬трат времени (увеличение коэффициентов т, р, s, и), значения которых находятся в пределах 0 и 1, например 0<и<1. Изложенные сущность метода многосторонней обработки и об¬щие положения, принятые для оценки производительности работы автоматизированного оборудования, позволяют сформулировать следующие основные технологические предпосылки, необходимые для эффективной реализации метода. 1. Совмещение в одной операции обработки поверхностей, рас-положенных с двух, трех и четырех сторон вращающейся в про¬цессе обработки детали. В результате формирования такой опера¬ции сокращается время изготовления (увеличивается коэффици¬ент т), повышается степень автоматизации технологического про¬цесса в целом, уменьшаются припуски на обработку, обеспечива¬ется точность при меньшем количестве переходов. 2. Многократное использование инструментов наладки за один установ в рабочее положение при обработке элементов (поверх¬ностей), расположенных с разных сторон детали, благодаря по¬вторяемости формы и размеров этих элементов. При этом резко сокращается время на холостые ходы (возрастает коэффициент р) вследствие оптимизации структуры операций, позволяющей обрабатывать детали' с нескольких сторон без смены инструмента, на которую затрачивается больше времени, чем на поворот де¬тали. 3. Сокращение общего количества оборудования в потоке (на участке, в ГПС и др.), уменьшение при этом числа источников отказов и, следовательно, повышение надежности системы'(увеличе¬ние коэффициента s). 4. Расширение технологических возможностей оборудования, повышение его технологического потенциала, определяемого струк¬турной и функциональной избыточностью компонентов (инстру¬ментов, программ управления, средств контроля), и, следователь¬но, повышение его гибкости (рост коэффициента и) 2. Проектирование, конструирование и моделирование технических средств. 2.1 Системный анализ модернизации на основе методов декомпозиции. 2.1.1 Системный подход и общая схема системного проектирования на основе методов декомпозиции. Решение сложных творческих задач при создании новых объектов, технологий, а также проектов, реализуемых в нетехнической сфере, базируется на итеративных последовательностях процедур анализа и синтеза. Итеративный процесс “анализ – синтез” формирует создаваемый объект базируясь на философских диалектических категориях “часть и целое”, характеризующих общее движение познания, которое начинается с нерасчлененного представления о целом, затем переходит к анализу – расчленению целого на части и завершается воспроизведением (синтезом) объекта в форме конкретного целого. При такой постановке решение проблемы создания нового объекта целесообразно представить в виде трех взаимосвязанных этапов. Этап 1. Формирование общего желаемого (видимого) представления о создаваемом объекте, о его потребности (функции); структуризация проблемы создания объекта. Этап 2. Декомпозиция (анализ) задачи создания объекта – разделение её на части, образуемые относительно независимыми признаками (свойствами) объекта, с указанием множеств альтернатив реализации этих признаков. Этап 3. Синтез решений как “свертка” поискового пространства, образованного декомпозиционной схемой задачи создания объекта, полученной на этапе 2. В данном разделе будет рассмотрено представление об объекте, как о нерасчлененном целом является весьма ответственным и непростым. На этом этапе требуется определить и раскрыть поставленную цель, возможные последствия и результаты ее разрешения. Основная трудность этого этапа обусловлена неполнотой исходной информации, на основе которой формулируется проблема. Проблема — это необходимость изменения состояния, а ее решение — это технология перехода от существующего состояния к желаемому. Цель рассматривается, как результат определенного курса действий, достигаемых с учетом необходимых потребностей и реальных возможностей . 2.1.2 Декомпозиционный анализ задачи создания объекта. Потребности и цели создания объекта, структуризация целей и предполагаемых задач, решение которых ведет к достижению этих целей, формирует общее представление об объекте. Анализ объекта на втором этапе осуществляется путем декомпозиции поставленных задач в пространстве, в основном, не метрических структурных характеристик, обусловленных требованиями к объекту. Результатом такого анализа является декомпозиционная схема, при построении которой исходят из следующих двух положений: Во-первых, декомпозиция осуществляется неформально и на первом уровне разбиения задачи, исходя из назначения и потребности объекта, определяются основные направления, формирующих концепцию его строения в виде множества структурных характеристик Х , образующих n блоков 1-го уровня декомпозиции. Во-вторых, для каждой области (свойства) Х первого уровня на втором уровне декомпозиции формируются множества альтернатив Х  Х, выбираемым на основе анализа известны?


Рекомендовать другу
50/50         Партнёрка
Отзывы