Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра “ Технология машиностроения “
Проект участка на базе станков с ЧПУ по изготовлению деталей трансмиссии колесного тягача
тема
Студент группы Т-5119 / Шмаков А.В. /
Подпись Фамилия, И.О.
Направление – Технология, оборудование и автоматизация
машиностроительных производств (552900)
Руководитель
Канд. техн. наук, доцент / Губанов В.Ф.. /
Ученое звание, ученая степень Подпись Фамилия, И.О.
Консультанты:
Канд. техн. наук, доцент / Назаров А.К. /
Ученое звание, ученая степень Подпись Фамилия, И.О.
Канд. техн. наук, доцент / Брюхов А.В. /
Ученое звание, ученая степень Подпись Фамилия, И.О.
Заведующий кафедрой
Канд. техн. наук, профессор / Орлов В.Н. /
Ученое звание, ученая степень Подпись Фамилия, И.О.
Курган 2004
Введение
1. Характеристика объектов производства.
2. Технологический раздел.
2.1. Определение типа производства
2.2. Анализ базовых технологических процессов
2.3. Выбор заготовок
2.4. Разработка маршрутных и операционных технологических процессов
2.5. Технологические расчеты
2.6. Технико-экономическое обоснование технологического процесса.
2.7. Проектирование инструментных наладок
3. Конструкторский раздел
3.1. Проектирование станочных и контрольного приспособления
3.2. Проектирование средств автоматизации технологического процесса
4. Исследовательский раздел
5. Производственные расчеты и разработка планировки участка
6. Безопасность и экологичность проекта
7. Организация производства и экономическая оценка проекта
Заключение
Список использованных источников
Целью дипломного проекта является приобретение навыков по разработке технологических процессов изготовления деталей различных машин и по конструированию технологической оснастки в условиях автоматизированного производства.
Выполнение дипломного проекта способствует закреплению, улучшению и обобщению теоретических знаний, полученных при изучении дисциплин: “Основы технологии производства машин”, ”Технология машиностроения” и ”Технология автоматизированного производства”.
В процессе дипломного проекта решаются задачи по выборы заготовки, разработке маршрутно-операционного технологического процесса, определению припусков на обработку различных поверхностей опытно-статистическим и расчетно-аналитическим методами, рассчитываются режимы резания, проводится технологическое нормирование, описывается и рассчитывается инструментная наладка.
При проектировании были использованы знания, полученные по начертательной геометрии и инженерной графике, технологическим процессам машиностроительного производства, материаловедению, нормированию точности, процессам формообразования и инструментам, деталям машин, оборудованию машиностроительного производства.
Графическая часть состоит из 12+Х листов: инструментная наладка (3л), станочные и контрольное приспособления (4л), сравнительная характеристика вариантов механической обработки детали представителя (1л), спец вопрос (Хл), автоматизация (2л), экономическая часть (1л), планировочное решение проекта автоматизированного участка (1л).
Целью дипломного проекта является приобретение навыков по разработке маршрутного технологического процесса изготовления детали, операционного технологического процесса на выполнение отельных операций, разработке спецвопроса, применению полученных знаний по БЖД и экологии. Здесь решается задача по выбору заготовки, определению припусков на обработку поверхностей опытно-статистическим и расчетно-аналитическим методами; разрабатываются технологические операции с расчетами сравнительной экономической эффективности.
Одной из важнейших задач научно-технического прогресса является комплексная механизация и автоматизация промышленного производства, направленные на повышение производительности труда, улучшение качества продукции и других технико-экономических показателей производства.
Решение этой задачи связано с созданием гибких производственных систем (ГПС) обеспечивающих комплексную автоматизацию многономенклатурного производства на базе широкого использования многоцелевого технологического оборудования с программным управлением и микропроцессорных управляюще-вычислительных средств в комплексе с промышленными роботами, автоматизированными транспортно-накопительными устройствами, системами инструментального обеспечения, удаления отходов, контроля технологических процессов и оборудования, автоматизации проектно-технологических, конструкторских и планово-производственных работ.
Опыт использования ГПС показал, что при их рациональной эксплуатации переход от отдельных станков с ЧПУ к автоматизированным комплексам повышает эффективность в 2-3 раза, коэффициент загрузки станков до 0,85-0,9.
Гибкие производственные системы – это наиболее эффективное средство автоматизации серийного производства, позволяющие переходить с одного вида продукции на другой с минимальными затратами времени и труда, ГПС позволяет снизить потребность в квалифицированных станочниках, повысить качество продукции.
ГПС – это комплекс технологических средств, состоящий из одного-двух многоцелевых станков с ЧПУ или других металлообрабатывающих станков с ЧПУ, оснащенных механизмами автоматической смены инструмента, автоматической смены заготовок и транспортирования их со склада до зоны обработки при помощи различных транспортных средств, например при помощи самоходных роботизированных тележек, Этот комплекс связан единым математическим обеспечением, реализующим работу оборудования в автоматическом режиме с минимальным участием человека ГПС рентабельны только при эксплуатации в 2-3 смены. ГПС оснащены современными системами ЧПУ, управляющими перемещениями механизмов станков, инструментом, транспортом. Системами загрузки-выгрузки. Такие системы с ЧПУ имеют дисплеи, помогающие оператору визуально следить за отклонениями в работе станка, мониторные устройства, обеспечивающие диагностирование режущего инструмента, контроль размеров обрабатываемых заготовок непосредственно на станке и т.д.
Для встраивания в ГПС создаются разные типы оборудования. Для среднесерийного производства создаются автономно-работающие токарные, сверлильно-фрезерно-расточные и зубообрабатывающие модули. В крупносерийном производстве для обработки деталей типа тел вращения создают высокопроизводительные токарные автоматы с ЧПУ с увеличенным числом шпинделей, суппортов, с возможностью выполнения в сверлильных, фрезерных и других работ. Для обработки корпусных деталей в крупносерийном переналаживаемом производстве применяют многоцелевые станки со сменными многошпиндельными головками.
ГПС – является основой гибких автоматизированных производств (ГАП). В структуру ГАП входит автоматизированный комплекс «станок-промышленный робот», автоматическая транспортно-складскаяя система, автоматические склады заготовок, инструмента и готовой продукции, автоматический контроль готовой продукции, диспетчерское управление.
Успешное решение вопросов создания ГПС возможно только при системном подходе к выбору технических средств, которые должны обладать равным технологическим уровнем и способностью взаимно адаптироваться при постоянно изменяющемся характере гибкого производства.
В механизмах автомобилей и тракторов для передачи крутящего момента, преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, а также поддерживания вращающихся деталей широко применяются, так называемые, круглые стержни, т.е. детали, которые характеризуются цилиндрической формой, при габаритной длине более чем в два раза превышающей ее наружный диаметр. К круглым стержням относятся валы и оси, штоки, круглые тяги, трубы, пальцы и т.п. Наибольшее распространение получили валы, имеющие различное служебное назначение, конструктивную форму и размеры. В настоящее время широко используются как цельные, так и пустотелые гладкие и ступенчатые валы; валы с фасонными поверхностями (кулачками, шлицами зубчатыми венцами, фланцами и т.п.). По форме геометрической оси валы могут быть прямыми, коленчатыми и кулачковыми. В автотракторостроении наибольшее применение получили различные ступенчатые валы средних размеров со шлицами, глухими и сквозными отверстиями. Шлицевые валы изготовляются в основном с закрытыми шлицами прямобочного и эвольвентного профиля. Достаточно часто используются и валы-шестерни.
Наиболее ответственными у валов являются посадочные цилиндрические и торцевые поверхности под подшипники, шестерни, муфты, рабочие кромки манжет уплотнения, а также шлицевые поверхности, зубчатые венцы, кулачки.
Шероховатость рабочих поверхностей шлицевых валов должна быть не более: для поверхностей под рабочие кромки манжет уплотнения Ra = 0,63 мкм; для посадочных поверхностей под подшипники диаметром до 80 мм Ra = 1,25 мкм, диаметром более 80 мм Ra = 2,5 мкм; для цилиндрических центрирующих поверхностей шлицев Ra = 1,25 мкм; для боковых поверхностей шлицев вала с подвижным соединением Ra = 2,5 мкм, с неподвижным соединением Rz = 20 мкм. Шероховатость боковых поверхностей зубьев валов-шестерён обычно составляет Ra = 2,5-5 мкм.
Требования по точности обработки рабочих поверхностей зависят от условий работы изделия и от точности сопрягаемых деталей. Как правило, наиболее точные наружные цилиндрические поверхности валов изготовляют по 6-8 квалитетам. Радиальное биение посадочных поверхностей под подшипники качения относительно оси детали допускается в пределах 0,01-0,05 мм. При центрировании шлицев по наружному или внутреннему диаметрам допуски на эти размеры устанавливают по 6-му квалитету. Отклонение от параллельности боковых поверхностей шлицев относительно оси вала не должно превышать 0,05 мм на длине 100 мм. Точность зубчатых венцов валов-шестерён, как правило, соответствует 6-9-ой степеням точности по ГОСТ 1643-81 для цилиндрических зубчатых колёс и ГОСТ 9178-81 для конических зубчатых колёс. Наружную резьбу на валах выполняют по среднему классу точности с полем допуска 6g (ГОСТ 16093-81).
Материал деталей выбирают в зависимости от их назначения. Обычно валы и оси изготовляют из сталей, обладающих высокой прочностью, малой чувствительностью к концентрации напряжений, хорошей обрабатываемостью и способностью подвергаться термической обработке. Этим требованиям наиболее отвечают конструкционные углеродистые стали 35, 40, 45, 50, а также низколегированные стали 35Х, 35ХС, 40Х, 40ХН, 40Г, 40ХС, 45Х, 50Х, 50Г, и др. Шлицевые валы и валы-шестерни для повышения долговечности выполняют из высоколегированных сталей, так как в этом случае обеспечиваются необходимая твёрдость рабочих поверхностей и сердцевины, высокая прочность, ударная вязкость и износостойкость, минимальное коробление при закалке. Так, для изготовления шлицевых валов используют стали 18ХГТ, 12ХН3А, 20ХН3А с последующей термической обработкой до твёрдости 56-62 HRCЭ. Для повышения обрабатываемости исходные заготовки валов подвергают нормализации (твёрдость после термической обработки HB 187-230) или термическую обработку проводят после черновой обработки (после улучшения твёрдость HB 225-302, 28-32 HRCЭ). Для повышения износостойкости и прочности отдельные поверхности подвергают закалке ТВЧ (глубина слоя 1,5-5 мм твёрдость в пределах 45-62 HRCЭ), цементации, цианированию с последующей закалкой и отпуском (глубина слоя 0,1-1,1 мм, твёрдость 58-62 HRCЭ) . Валы, работающие в агрессивных средах, выполняют из коррозионностойких сталей и сплавов. Распределительные и коленчатые валы часто изготовляют из специальных высокопрочных чугунов. Структура литого вала способствует лучшему гашению вибрации при работе двигателя. Такие валы менее чувствительны к концентрации напряжений.
Шлицы служат для обеспечения неподвижного соединения вала и зубчатого колеса, с целью обеспечения передачи крутящего момента, и обеспечения равномерного износа поверхности зубьев при работе в зубчатом зацеплении. Зубья зубчатого колеса входя в зацепление с зубьями другого колеса создают зубчатое зацепление, делая возможным передачу крутящего момента на расстояние от электродвигателя, позволяют изменять направление и скорость вращения.
Зубчатое колесо выполняет свое служебное назначение при помощи ряда поверхностей. С помощью эвольвентного профиля поверхности зубьев колесо выполняет свое служебное назначение. Поверхность называется исполнительной. Внутренне отверстие и боковые торцы определяют положение детали относительно других деталий в механизме на которые оно базируется. Они являются основными базами. Все поверхности, которые не обрабатываются и не сопрягаются с другими называются свободными.
Детали, рассмотренные в дипломном проекте, входят в состав трансмиссии колесного тягача. Рассматриваются детали – тела вращения.
В качестве детали-представителя взята деталь - вал ведомый. Вал входит в повышающую передачу. Повышающая передача предназначена для увеличения числа оборотов, передаваемых от двигателя ведомому валу гидромеханической трансмиссии, в целях обеспечения необходимых условий для совместной работы двигателя с гидротрансформатором. Повышающая передача представляет собой редуктор с цилиндрическими косозубыми шестернями.
Согласно технологическому классификатору деталей машиностроения, приборостроения – эта деталь – типа тела вращения. Вал предназначен передавать крутящий момент от повышающей передачи на гидромеханическую передачу и стоит на входе из повышающей передачи.
К материалу, из которого изготовляется вал, предъявляются следующие требования: высокая прочность, вязкость, хорошая прокаливаемость, обрабатываемость, малая чувствительность к концентрации напряжений, повышенная износостойкость. Этим требованиям наиболее полно отвечает сталь 45Х, из которой изготовлен вал.
Химический состав стали 45Х (ГОСТ 4543 – 71)
C=0,420,50 %; Si=0,170,37 %; не более 0,035 % S, P;
Mn= 0,500,80 %; Cr=0,801,10 %; не более 0,30 % Cu и Ni.
Механические свойства стали 45Х:
Т=835 М Па; В=1030 М Па.
Относительное удлинение после разрыва на образцах пятикратной длины 5=9 %.
Относительное сужение после разрыва =45 %.
Удельная вязкость aH = 490 к Дж/ м2.
НВ после отпуска не более 220.
В зависимости от широты номенклатуры, регулярности, стабильности, и объёма выпуска продукции различают следующие типы производства: единичное, серийное, массовое. В соответствии с ГОСТ 31121-84 тип производства характеризуется коэффициентом закрепления операций (Кзо):
(2.1)
где О - суммарное число различных операций, выполняемых на производственном участке;
Р - суммарное число рабочих мест, на которых выполняются данные операции.
Расчетное количество станков, необходимых для выполнения каждой операции:
(2.2)
где N- объем годового выпуска деталей, шт.
tш-к- штучно-калькуляционное время i-ой операции, мин.
Fo- эффективный годовой фонд времени работы станка, ч.
КВ- средний коэффициент выполнения норм времени.
Коэффициент загрузки рабочего места:
(2.3)
Число операций, закрепленных за рабочим местом:
(2.4)
Пример расчета:
;
принимаем S=1;
Расчет типа производства для проектного технологического процесса приведен в таблице 2.1.
Таблица 2.1
|
N= |
8000 |
||||||
|
Операция |
Станок |
tшт |
Ср |
S |
nз |
Ор |
P |
|
Фрезерно-центр. |
МР-71 |
5,244 |
0,1235 |
1 |
0,1235 |
6,315789 |
1 |
|
Токарная |
1К62 |
6,896 |
0,162406 |
1 |
0,162406 |
4,802784 |
1 |
|
Токарная |
1722 |
2,582 |
0,060808 |
1 |
0,060808 |
12,82727 |
1 |
|
Сверлильная |
2А53 |
1,806 |
0,042533 |
1 |
0,042533 |
18,33887 |
1 |
|
Токарная |
1К62 |
2,114 |
0,049786 |
1 |
0,049786 |
15,66698 |
1 |
|
Токарная |
1722 |
3,681 |
0,08669 |
1 |
0,08669 |
8,997555 |
1 |
|
Токарная |
1К62 |
5,153 |
0,121357 |
1 |
0,121357 |
6,427324 |
1 |
|
Шлицефрезерная |
5350 |
20,64 |
0,486087 |
1 |
0,486087 |
1,604651 |
1 |
|
Фрезерная |
6М82Г |
2,006 |
0,047243 |
1 |
0,047243 |
16,51047 |
1 |
|
Токарная |
1К62 |
2,348 |
0,055297 |
1 |
0,055297 |
14,10562 |
1 |
|
Сверлильная |
2А53 |
1,372 |
0,032312 |
1 |
0,032312 |
24,13994 |
1 |
|
Токарная |
1К62 |
2,172 |
0,051152 |
1 |
0,051152 |
15,24862 |
1 |
|
Токарная |
1К62 |
3,753 |
0,088386 |
1 |
0,088386 |
8,82494 |
1 |
|
Сверлильная |
2А53 |
11,298 |
0,266076 |
1 |
0,266076 |
2,931492 |
1 |
|
Круглошлифовальная |
3М162В |
12,741 |
0,30006 |
1 |
0,30006 |
2,599482 |
1 |
|
Шлицешлифовальная |
3451А |
30,96 |
0,72913 |
1 |
0,72913 |
1,069767 |
1 |
|
Круглошлифовальная |
3М162В |
5,172 |
0,121804 |
1 |
0,121804 |
6,403712 |
1 |
|
Круглошлифовальная |
3М162В |
2,401 |
0,056545 |
1 |
0,056545 |
13,79425 |
1 |
|
Круглошлифовальная |
3М162В |
2,856 |
0,067261 |
1 |
0,067261 |
11,59664 |
1 |
|
192,2062 |
19 |
||||||
|
Кзо= |
10,11611 |
||||||
|
тип производства: |
среднесерийное |
Данный подраздел основан на изучении действующего, на производстве технологического процесса, оборудования, технологической оснастки, организационных вопросов.
Детальное рассмотрение следует начать с анализа метода получения заготовки. Заготовка для детали получена штамповкой. Но в то же время, анализируя способ получения заготовки на базовом предприятии, нельзя не отметить, что коэффициент использования материала не очень высок - 0.69, что объясняется завышенными величинами припусков.
Метод упрочнения детали соответствует ее функциональному назначению и условиям эксплуатации.
Выбор баз на операциях базового технологического процесса изготовления детали выполнен с соблюдением принципа шести точек, но принципы совмещения и постоянства баз не всегда соблюдаются.
Методика выбора металлорежущего оборудования осуществляется на основе существующего парка оборудования.
Режимы резания на многих операциях занижены вследствие износа оборудования. На токарных операциях используются резцы с напайными пластинами.
Степень концентрации операций и технологических переходов невелика, что приводит к необоснованному увеличению числа переустановов детали, так несколько токарных операций можно свести в одну, используя станок с ЧПУ.
Средства механизации и автоматизации практически не применяются, используются станки с ручным управлением, приспособления с механическими зажимами, полное отсутствие промышленных роботов, что приводит к низкой производительности и большим значениям вспомогательного времени.
Для изготовления детали большую роль играет выбор рационального вида исходной заготовки и способа её получения. Наиболее широко для получения заготовок применяют следующие методы: литьё, обработка металлов давлением и сварка, а также их комбинации.
Каждый из методов содержит большое число способов получения заготовок. Так, например отливки можно получать в песчано-глинистых формах, кокиль, по выплавляемым моделям, под давлением и т. д.; поковки и штамповки - ковкой на молотах, гидравлических прессах; штамповкой на штамповочных машинах, кривошипных горячештамповочных прессах, горизонтально-ковочных машинах и т. д. Способ получения заготовки определяется типом производства, материалом, формой и размерами детали.
Метод получения заготовок для деталей машин определяется служебным назначением и конструкцией детали, материалом и техническими требованиями, объёмом выпуска и условиями производства, результатами технико-экономического анализа.
Заготовку получают горячей объёмной штамповкой выдавливанием, на кривошипных горячештамповочных прессах.
Выбираем класс точности 2, т.е. заготовка нормальной точности.
Поковка относится к группе стали М1.
Степень сложности – С2
Установим припуски на обрабатываемую поверхность
Технологический маршрут обработки поверхности состоит из чернового и чистового точения и чернового и чистового шлифования.
Расчет припусков, операционных размеров и размеров проведём по формуле, приведенной в /14/:
2Zmin=2(Rzi-1 + hi -1 +) (2.3)
где Rzi -1-высота неровностей профиля на предшествующем переходе, мкм;
hi-1-глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе, мкм;
i-1-суммарные отклонения расположения поверхности и в некоторых случаях отклонения формы поверхности, мкм;
-погрешность установки заготовки на выполняемом переходе, мкм;
Величины Rzi, hi, i, определяем из 213
i , = Ку *i-1 (2.4)
= Ку *-1+инд (2.5)
где Ку=0.06-для чернового обтачивания,
Ку=0.04-для чистового обтачивания
Результаты расчета приведены в таблице.
Таблица 2.1
Расчет припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам для поверхности отверстие 72
|
Маршрут обработки |
Элементы припуска, мм |
Расчетный припуск 2Zmin, мкм |
расчетный размер Dmax, мм |
Допуск б, мкм |
Предельный размер, мм |
Предльные значения |
|||||
|
Rz |
h |
Δ |
ε |
||||||||
|
dmin |
dmax |
2Zпрmin |
2Zпрmax |
||||||||
|
Заготовка |
350 |
350 |
1210 |
|
|
76,201 |
3000 |
76,000 |
79 |
|
|
|
Точение черовое |
50 |
50 |
25 |
|
3820 |
72,381 |
600 |
72,400 |
73 |
3600 |
6000 |
|
Точение чистовое |
25 |
25 |
|
|
250 |
72,131 |
120 |
72,130 |
72,25 |
270 |
750 |
|
Шлифование черновое |
15 |
15 |
|
|
100 |
72,031 |
46 |
72,031 |
72,077 |
99 |
173 |
|
Шлифование чистовое |
5 |
5 |
|
|
60 |
71,971 |
19 |
71,971 |
71,99 |
60 |
87 |
|
Проверка расчета: Tdз-Тdд+2Zomin-2Zomax=3000-19+4029-7010=0 |
Таблица 2.1
Расчет припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам торцов вала
|
Маршрут обработки |
Элементы припуска, мм |
Расчетный припуск 2Zmin |
расчетный размер dp, мм |
Допуск б, мкм |
Предельный размер, мм |
Предльные значения |
|||||
|
Rz |
h |
Δ |
ε |
||||||||
|
dmin |
dmax |
2Zпрmin |
2Zпрmax |
||||||||
|
Заготовка |
350 |
350 |
1210 |
|
|
240,670 |
4600 |
240,700 |
245,3 |
|
|
|
Фрезерование |
100 |
100 |
75 |
|
3820 |
236,850 |
1150 |
236,850 |
238 |
3850 |
7300 |
Назначаем припуски и допуски на остальные размеры согласно литературе
Таблица 2.2
Припуски на механическую обработку поверхностей детали
|
Размер детали, мм |
Припуск на механическую обработку, мм |
Допуск на размер, мм |
Размер заготовки, мм |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
6,8 |
|
|
|
|
6,8 |
|
|
|
|
7,2 |
|
|
|
|
6,9 |
|
|
|
|
6,9 |
|
|
|
15 |
2,9 |
|
|
|
25 |
2,9 |
|
|
|
30 |
2,9 |
|
|
|
47 |
2,9 |
|
|
|
150 |
2,6 |
|
Перед разработкой ТП необходимо получить и изучить информацию, которая делится на базовую, руководящую и справочную.
Базовая - сведения, содержащиеся в конструкторской документации на изделие, объем выпуска, сроки подготовки производства. Рабочий чертеж детали содержит все размеры, технические требования к качеству и шероховатости, марку и твердость материала.
Руководящая - сведения по развитию отрасли, план выпуска материала, средств технологического оснащения стандарты на технологические процессы.
Справочная - сведения о прогрессивных методах обработки, каталоги, номенклатурные справочники оборудования и оснастки. Материалы по выбору технологических нормативов (режимы обработки, припуски, расход материала и др.) и др. справочные материалы.
Всю механическую обработку разбивают по операциям и таким образом выявляют последовательность выполнения операций, их число для каждой операции выбирают оборудование и определяют конструктивную схему приспособления.
Задачей каждого предыдущего перехода является подготовка поверхности заготовки под последующую обработку, и каждый последующий метод (операция или переход) должен быть точнее предыдущего, т. е. обеспечивать более высокое значение показателей качества детали. Поэтому механическая обработка делится на:
далее идут операции местной обработки, по ранее обработанным поверхностям, отделочные операции, когда достигается требуемая шероховатость поверхности и окончательно обеспечивается точность детали.
Контроль в технологическом процессе предусмотрен с целью технологического обеспечения заданных параметров качества, обработанной детали.
Разработанный технологический процесс должен содержать общий план обработки детали, описание содержания операций технологического процесса и выбор типа оборудования. Он должен быть прогрессивным, обеспечивать повышение производительности труда и качества детали, сокращать материальные и трудовые затраты и быть экологически безопасным.
Построение технологического маршрута обработки во многом определяется конструктивно-технологическими особенностями детали. Выбор маршрутной технологии существенно зависит от типа производства, уровня автоматизации и применяемого оборудования.
При серийном производстве применяют универсальные станки с ЧПУ, агрегатные специализированные и специальные станки. Перспективным в серийном производстве является применение гибких производственных систем (линий, участков, цехов), особенно при наличии условий для групповой организации производства.
Выбор станка на операцию определяется возможностью изготовления на нем деталей необходимой конфигурации и размеров, а также обеспечения качества ее поверхности.
Таблица 2.3.
Маршрутный технологический процесс изготовления вала
|
005 |
Термообработка (улучшение 241…311 НВ) |
|
|
010 |
Фрезерно-центровальная Фрезеровать торцы, сверлить центровые отверстия |
МР-71 |
|
015 |
Токарная с ЧПУ Точить начерно наружные поверхности |
16К20Ф3 |
|
020 |
Токарная с ЧПУ Точить начисто наружные поверхности, канавки |
16К20Ф3 |
|
025 |
Токарная с ЧПУ Точить внутренние отверстия |
16К20Ф3 |
|
030 |
Вертикально-фрезерная с ЧПУ Фрезеровать пазы |
6Р11РФ3 |
|
035 |
Вертикально-фрезерная с ЧПУ Сверлить отверстия, нарезать резьбу |
6Р11Рф3 |
|
040 |
Слесарная |
|
|
045 |
Моечная |
|
|
050 |
Контрольная |
|
|
055 |
Шлицефрезерная с ЧПУ Фрезеровать шлицы |
5А352ПФ2 |
|
060 |
Термообработка (ТВЧ) |
|
|
065 |
Шлицешлифовальная Шлифовать шлицы |
3451А |
|
070 |
Круглошлифовальная с ЧПУ Шлифовать наружные поверхности, торец |
3М151Ф2 |
|
075 |
Слесарная |
|
|
080 |
Моечная |
|
|
085 |
Контрольная |
Токарные операции подготавливают чистовые базы, и снимают припуск металла на механическую обработку.
На шлицефрезерной операции производим нарезание профиля шлицев.
Контрольная операция проверяет соответствие полученных размеров заданным конструкторским чертежом.
Термообработка нужна для повышения твердости и износостойкости поверхности шлиц.
Слесарная операция является завершающей операцией механической обработки, на ней снимаются все заусенцы и дефекты.
Исходными данными для определения режимов резания являются: материал обрабатываемой заготовки и его физико-механические свойства; размеры и геометрическая форма обрабатываемой поверхности; технические условия на изготовление детали; материал, типоразмер и геометрические параметры режущей части инструмента; тип и характеристика оборудования.
Режимы резания существенно влияют на точность и качество обрабатываемой поверхности, производительность и стоимость обработки.
При расчете режимов резания сначала определяют глубину резания. Глубина резания определяется величиной припуска на обработку и возможностью удаления его за один ход. При обработке за несколько рабочих ходов глубину резания устанавливают наибольшей с соответствующим уменьшением числа рабочих ходов. При этом для обеспечения заданной точности и шероховатости поверхности глубину резания на последних рабочих ходах уменьшают.
После определения глубины резания устанавливается подача. Подачу назначают максимально возможную. При черновой обработки ограничивающим фактором является прочность слабого звена технологической системы. При чистовой и отделочной обработке подачу устанавливают в зависимости от точности обработки и шероховатости поверхности.
Скорость главного движения определяют по формуле:
(2.5.1)
где Кv - произведение ряда коэффициентов.
(2.5.2)
Кмv – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала.
(2.5.3)
где Кr - коэффициент характеризующий группу стали по обрабатываемости (для стали 45X при в=1030 Мпа, Кr=0.8).
в - предел прочности для заданной стали, Мпа.
nv - показатель степени (обработка, резцами из твердого сплава) n=1.
Кпv - коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки (поковка с коркой) Кп=0.8.
Киv - коэффициент, учитывающий материал инструмента (Т15К6), Ки=1 .
Kiv, Kv, Krv – коэффициенты, учитывающие влияние параметров резца.
Kv=0.9,
Kiv=1
m, х, у - показатели степени.
Период стойкости при многоинструментной обработки:
(2.5.4)
Т - стойкость инструмента. Т=60 мин.
t - глубина резания мм.
S - подача мм/об.
Рассчитываем частоту вращения шпинделя по формуле:
, (2.5.5)
где V - рассчитанная скорость резания м/сек.
D - обрабатываемый диаметр мм.
Определение потребной мощности двигателя.
Расчет сил резания по формуле:
(2.5.6)
где Кр - поправочный коэффициент:
(2.5.7)
где Кмр – коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости, рассчитывается по формуле:
(2.5.8)
где п - показатель степени п=0.75.
в - предел прочности материала заготовки
Кр – коэффициент, учитывающий геометрию главного угла Кр=0,89.
Кр - коэффициент, учитывающий геометрию переднего угла Кр=1.25.
Кр – коэффициент, учитывающий геометрию угла наклона рeжущей кромки Кр=1.
Кrр – коэффициент учитывающий радиус при вершине Кrр=1.
Ср – коэффициент.
t – глубина.
S - подача мм/об.
V - скорость резания м/мин.
х, у, п - показатели степени
Расчет потребной мощности
(2.5.9)
Сравниваем полученные данные с паспортными данными станка.
Уточненное значение скорости резания
(2.5.10)
где D – обрабатываемый диаметр
операция 015 черновое точение:
глубина резания t=3 мм,
подача S=0.5 мм/об.
Определим скорость резания по (2.5.1)
Частота вращения шпинделя по (2.5.5):
принимаем частоту вращения по паспорту станка n=315 об/мин.
Действительная скорость резания:
м/мин.
Сила резания по (2.5.6):
Pz=10*300*31,0*0,50,75*179,5-0,15*0,75=1846 Н;
Определим мощность необходимую для резания по (2.5.9):
кВт;
Выбранный станок по мощности привода главного движения подходит N=10 кВт.
Режимы резания на чистовую обработку, канавок и резьбы
Операция 020 токарная с ЧПУ; станок токарный с ЧПУ 16К20Ф3
Резец ГОСТ 21151–75 с твердосплавной пластинкой Т15К6
Глубина резания t=0,4 мм;
Подача S=0,1 мм/об.
Определим скорость резания по (2.5.1)
м/мин.
Частота вращения шпинделя по (2.5.5):
мин-1
принимаем частоту вращения по паспорту станка n=500 об/мин.
Действительная скорость резания по (2.5.9):
м/мин.
Значение мощности меньше рассмотренного выше, т.к. обработка чистовая, поэтому станок по мощности подходит.
Для обработки канавок под выход резьбового резца выбираем резец с твердосплавной пластиной Т5К10.
Подача S=0,18 мм/об.
Определим скорость резания:
, м/мин (2.5.11)
м/мин;
Частота вращения шпинделя по (2.5.5):
мин-1
принимаем частоту вращения по паспорту станка n=315 об/мин.
Действительная скорость резания по (2.5.9):
м/мин.
Для обработки канавки под выход шлифовального круга выбираем резец для угловых канавок (ТУ2–035–558–77) с твердосплавной пластиной Т5К10.
Выбираем подачу S=0.18 мм/об;
Определим скорость резания по (2.5.11):
м/мин;
Частота вращения шпинделя по (2.5.5):
мин-1
принимаем частоту вращения по паспорту станка n=200 об/мин.
Действительная скорость резания по (2.5.9):
м/мин.
Для нарезания резьбы выбираем резец с твердосплавной пластиной Т15К6
Назначаем подачу, равную шагу резьбы S=1,5 мм/об;
Определим скорость резания:
, м/мин; (2.5.12)
м/мин;
Частота вращения шпинделя по (2.5.5):
мин-1
принимаем частоту вращения по паспорту станка n=630 об/мин.
Действительная скорость резания по (2.5.9):
м/мин.
Операция 030 вертикально-фрезерная; 6Р11РФ3
Для фрезерования пазов выбираем дисковую фрезу ГОСТ 28527–90 с ножами из быстрорежущей стали Р6М5.
Диаметр фрезы D=80 мм,
Ширина фрезы B=15 мм,
Число зубьев фрезы z=16.
Назначаем подачу на один зуб фрезы SZ=0.1 мм;
Глубина фрезерования t=5 мм.
Определяем скорость фрезерования:
, м/мин; (2.5.13)
где СV,v,x,y,u,p,q,KV – эмпирический коэффициент и показатели степени.
м/мин;
Определим частоту вращения шпинделя:
, об/мин; (2.5.14)
об/мин;
Установим частоту вращения шпинделя по паспорту станка n=125 об/мин
Определим действительную скорость резания по (2.5.9)
Определим силу фрезерования:
, Н (2.5.15)
Н;
Определим мощность фрезерования:
кВт;
Выбранный станок по мощности привода главного движения подходит.
Произведём нормирование токарной и фрезерной обработки вала.
Расчёт штучно-калькуляционного времени на токарную операцию 015
В серийном производстве норма штучно-калькуляционного времени определяется по формуле:
(2.5.2.1)
где Тп-з – подготовительно-заключительное время на обработку партии деталей, мин;
n – размер партии запуска деталей;
Тпз=Тпз+Тпз+Тпз (2.5.2.2)
где Тпз– время на получение наряда, чертежа, технологической документации на рабочем месте в начале работы и на сдачу в конце смены.
Тпз– время на дополнительные приемы, не вошедшие в комплекс: получить и сдать приспособления и инструмент, необходимые для наладки, мин;
Тпз-время пробной обработки детали, мин.
Расчет штучного времени :
tШТ=tо+tв+tобсл+tл.п (2.5.2.3)
где tо –основное время на операцию, мин;
tв – вспомогательное время, мин;
tобсл–время на обслуживание рабочего места, мин;
tл.п– время регламентированных перерывов на отдых и личные потребности, мин.
Основное время рассчитывается по формуле:
, мин (2.5.2.4)
где LР.Х.– длина рабочих ходов инструмента, мм;
i – число рабочих ходов;
n – частота вращения шпинделя, мм/об;
S – подача на один оборот
Длина рабочих ходов инструмента рассчитывается по формуле:
LP.X.=Lобр+ Lвр+ Lп+ Lсх, мин; (2.5.2.5)
где Lобр– длина обрабатываемой поверхности в направлении подачи, мм;
Lвр– длина врезания инструмента, мм;
Lп– длина подвода инструмента к заготовке, мм;
Lсх– длина перебега (схода инструмента), мм.
Вспомогательное время находится по формуле:
tВ= tВ.У.+ tМ.В., мин; (2.5.2.6)
где tВ.У. включает в себя время на установку и снятие заготовки м вспомогательное tМ.В., связанное с выполнением вспомогательных ходов и перемещений при обработке поверхности tВ.У.=0,09
tобсл.л.п составляет 10% от tоп
tобсл.л.п= tоп*0,1, мин; (2.5.2.7)
tМ.В. = tМ.УСК.+ tМ.УСТ.+ tМ.УСТ.Х. , мин; (2.5.2.8)
tоп= tо+ tв, мин; (2.5.2.9)
Производим расчёты
015 Токарная с ЧПУ 16К20Ф3:
По формуле (2.5.2.2): Тп-з=22+7,02+3,9=32,92 мин;
По формуле (2.5.2.5): Lр.х=315,4 мм;
По формуле (2.5.2.4): tо==2,15 мин;
По формуле (2.5.2.8): tм.в.=1,25*0,03+0,10+0,04+0,02*2=0,22 мин;
По формуле (2.5.2.6): tв=0,09+0,22=0,31 мин;
По формуле (2.5.2.9): tоп=2,15+0,31=2,46 мин;
По формуле (2.5.2.7): tобс.л.п.=2,46*0,1=0,246 мин;
По формуле (2.5.2.3): tшт=2,46+0,246=2,7 мин;
По формуле (2.5.2.1): мин.
Рассчитаем штучно-калькуляционное время на токарную операцию 020 аналогичным образом:
По формуле (2.5.2.5): Lр.х=340 мм;
По формуле (2.5.2.4): tо1=5,9 мин, tо2=0,14 мин, tо3=0,11 мин, tо4=0,17 мин; tо общ=6,32 мин;
По формуле (2.5.2.9): tоп=6,32+0,97=7,29 мин;
tв1=0,09 мин, tв2=0,22 мин, tв3=0,22 мин, tв4=0,22 мин; tв общ=0,97 мин;
По формуле (2.5.2.7): tобс.л.п.=7,29*0,1=0,756 мин;
По формуле (2.5.2.3): tшт=7,29+0,729=8,01 мин;
По формуле (2.5.2.1): мин.
Расчёт штучно-калькуляционного времени на вертикально-фрезерную операцию 040:
Фрезерование пазов:
tо= Lр.х*i/Sm, мин (2.5.2.10)
Sm=S*n=Sz*Z*n=0,1*16*125=200 мм/мин
По формуле (2.5.2.10): tо=20*2/200=0,2 мин;
По формуле (2.5.2.6): tв=0,52+0,22=0,74 мин;
По формуле (2.5.2.9): tоп=0,2+0,74=0,94 мин;
По формуле (2.5.2.7): tобс.л.п.=0,94*0,1=0,094 мин;
По формуле (2.5.2.3): tшт=0,94+0,094=1,03 мин;
По формуле (2.5.2.1): мин.
Экономическая эффективность рассчитывается по величине годовой экономии на приведенных затратах:
Сп=Сп'-Сп" (2.6.1)
где - Сп', Сп" - сумма годовых приведенных затрат базового и проектного вариантов, руб.
Сп=(Ст+Eн·K) (2.6.2)
где - Cт - годовая технологическая себестоимость операции, руб;
K - сумма годовых капитальных затрат на операции, руб;
Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, Ен=0,15.
Капитальные затраты определяем по формуле:
К=Ср(Ко+Кзд +КПУ) (2.6.3)
где - Ср - расчетное количество станков, требуемых для обработки годового выпуска деталей на операции ,шт;
Ко - вложение средств в оборудование ,руб;
Кзд - вложения в производственные помещения, руб;
Кпу - вложения в комплект управляющих программ, руб.
Вложение средств в оборудование определяем по формуле:
Ко=Кто+Кпт+Кк, (2.6.4)
где - Кто - вложения в технологическое оборудование, руб.
Кпт - вложения в подьемно-транспортное оборудование, руб;
Кк - вложения в средства контроля, руб.
Кто=Цто·Кт (2.6.5)
где - Цто - оптовая цена станка, руб;
Кт - коэффициент, учитывающий расходы на транспортировку Кт=1,1.
Кпт+Кк=0.13·Кто
Вложения в производственные помещения определяем по формуле:
Kзд=Цпп (S+Sy) γ, (2.6.6)
где - Цпп - стоимость 1 кв.м производственной площади механического цеха,
Цпп = 160 руб;
S - площадь занимаемая станком, м2;
Sy - площадь ,занимаемая выносными элементами, м2;
γ - коэффициент,учитывающий дополнительную производственную площадь, приходящуюся на дополнительное оборудование.
Расчет технологической себестоимости:
Основан на использовании нормативов себестоимости одного машино-часа работы оборудования.
Ст=(Счс+Счи+Счэ+Сча+Счр+Счэл+Счп+Счир)+Собсл+Спп (2.6.7)
где - Счс,Счн,Счэ - нормативы затрат по заработной плате станочников наладчиков и электронщиков приходящихся на 1 час работы оборудования, со всеми начислениями, к/ч;
Сча,Счр,Счэл - нормативы затрат на амортизацию оборудования, ремонт и электроэнергию, приходящихся на 1 час работы станка, к/ч;
Счп,Счир - нормативы затрат на амортизацию и ремонт приспособлений и инструмента на 1 час работы, к/ч.
Собсл - годовые затраты на обслуживание и ремонт ЧПУ, руб.
Спу - годовые затраты на подготовку и возобновление управляющих программ, руб.
Спп, Ссл - годовые затраты на амортизацию и содержание производственных и помещений, руб.
Спу= (2.6.8)
где Кпу – стоимость управляющей программы на операцию в зависимости от метода программирования [25].
Кз=1,1 – коэффициент, учитывающий возобновление программы;
Z=3..5 лет – продолжительность выпуска детали одного наименования (Z=4).
Спп=Нпп(S+Sy)* (2.6.9)
где Нпп=14…18 руб. – стоимость амортизации и содержания 1 м2 площади механического цеха и служебно-бытовых помещений (затраты на освещение, отопление, вентиляцию, ремонт и уборку).
Расчет проведем в программе определения экономической эффективности.
Сравнение вариантов технологического процесса.
а) годовой объем выпуска: 8000 шт.;
б) базовый технологический процесс:
|
№ п/п |
Модель станка |
Цена, тыс.руб. |
Штучное время, мин. |
Капит. затраты, руб. |
Технол. себестоимость, руб. |
Приведенные затраты, руб. |
|
005 |
МР-71 |
8,6 |
5,244 |
26059 |
1733693 |
2137601,85 |
|
010 |
1К62 |
6,3 |
6,896 |
59548 |
2129510 |
2438442,2 |
|
015 |
1722 |
9,3 |
2,582 |
24086 |
1001160 |
1004772,9 |
|
020 |
2А53 |
3,7 |
1,806 |
17488 |
1484000 |
1686623,2 |
|
035 |
1К62 |
6,3 |
2,114 |
24798 |
1203926 |
1207645,7 |
|
040 |
1722 |
9,3 |
3,681 |
28101 |
1122860 |
1017075,15 |
|
045 |
1К62 |
6,3 |
5,153 |
52357 |
2316421 |
2265487,2 |
|
065 |
5350 |
9,5 |
20,64 |
67898 |
3548797 |
3132548,3 |
|
055 |
6М82Г |
8,0 |
2,006 |
32456 |
1234578 |
1354498,4 |
|
060 |
1К62 |
6,3 |
2,348 |
29315 |
1831166 |
1864155,9 |
|
065 |
2А53 |
3,7 |
1,372 |
10245 |
954876 |
8565461,4 |
|
085 |
1К62 |
6,3 |
2,172 |
18324 |
1768453 |
1678754,5 |
|
090 |
1К62 |
6,3 |
3,753 |
32983 |
2164987 |
2034879,4 |
|
095 |
2А53 |
3,7 |
11,298 |
34567 |
2487954 |
549779,15 |
|
105 |
3М162В |
12,3 |
12,741 |
31548 |
5311548 |
2216488,2 |
|
110 |
3451А |
15,6 |
30,96 |
233574 |
1572521 |
1267557,1 |
|
105 |
3М162В |
12,3 |
5,172 |
15648 |
2654987 |
1634548,5 |
|
105 |
3М162В |
12,3 |
2,401 |
7654 |
1258648 |
554864,6 |
|
105 |
3М162В |
12,3 |
2,856 |
8462 |
1564895 |
516484,4 |
|
Итого |
в) проектный технологический процесс:
|
№ п/п |
Модель станка |
Цена, тыс.руб. |
Штучное время, мин. |
Капит. затраты, руб. |
Технол. себестоимость, руб. |
Приведенные затраты, руб. |
|
010 |
МР-71 |
8,6 |
2,25 |
26059 |
2333693 |
2337601,85 |
|
015 |
16К20Ф3 |
46,2 |
2,6 |
69253 |
2295043 |
2305430,95 |
|
020 |
16К20Ф3 |
46,2 |
8,01 |
43815 |
1465560 |
1472132,25 |
|
025 |
16К20Ф3 |
46,2 |
2,44 |
48679 |
1864879 |
2013467,15 |
|
030 |
6Р11РФ3 |
61,1 |
1,03 |
54448 |
2793553 |
2801720,2 |
|
035 |
6Р11РФ3 |
61,1 |
12,35 |
73154 |
2431579 |
324679,18 |
|
055 |
5А352ПФ2 |
65 |
8,52 |
38907 |
3108180 |
3114016,05 |
|
065 |
3451А |
15,6 |
6,9 |
33574 |
972521 |
977557,1 |
|
070 |
3М151Ф2 |
72,6 |
4,42 |
74066 |
1427346 |
1438455,9 |
|
050 |
6Р11Ф3 |
61,1 |
7,9 |
67526 |
3456553 |
3466681,9 |
|
Итого |
Величина годовых затрат: 16875925,52 руб.
Инструментальная наладка дает наглядное представление о наладке станка на проектируемую операцию. На ней показан эскиз обрабатываемой заготовки в рабочих положениях. На эскизе выделены утолщенной линией обрабатываемые поверхности и приведены их операционные размеры. Для наглядности представления базирования и закрепления обрабатываемой заготовки на инструментальной наладке показаны элементы установочного приспособления.
Обработка на каждой позиции ведется из исходной точки. Так как на разрабатываемой операции наладка многоинструментальная, то инструмент пронумерован в порядке обработки и расположения в инструментальном магазине станка. На наладке изображены схемы движения инструмента с указанием рабочих и вспомогательных ходов., опорные геометрические и технологические точки.
На листе помещена таблица с данными по оборудованию, режущему инструменту, режимам обработки, нормам времени.
Разработаем карты инструментных наладок на токарные операции (черновую и чистовую), фрезерную операцию обработки пазов и зубофрезерную операцию.
Карта наладки разрабатывается в следующей последовательности:
– вычерчивается эскиз детали в прямоугольной системе координат станка; отмечаются контуры обрабатываемых поверхностей; указываются размеры с отклонениями, шероховатость обрабатываемых поверхностей;
Координаты опорных точек и режимы обработки приведены в таблице 2.4. Таблица 2.4
Координаты опорных точек и режимы обработки
|
Операция |
020 токарная с ЧПУ |
|||||||
|
Оборудование |
16К20Ф3 |
|||||||
|
номер точки |
Координаты |
t, мм |
S, мм/об |
V, м/мин |
n, мин-1 |
tо, мин |
tшт, мин |
|
|
X |
Z |
|||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Резец К01–4229–000 ГОСТ 21151–75 ТУ 2–035–735–80 пластина Т15К6 |
8,01 |
|||||||
|
0 |
100 |
270 |
0,4 |
Уск. |
— |
500 |
5,9 |
|
|
1 |
26,05 |
237,5 |
||||||
|
2 |
26,0 |
197 |
0,1 |
81,9 |
||||
|
3 |
33,05 |
195 |
110,2 |
|||||
|
4 |
35,05 |
72 |
||||||
|
5 |
35,05 |
70 |
||||||
|
6 |
36,09 |
47 |
113,1 |
|||||
|
7 |
36,09 |
47 |
||||||
|
8 |
42,09 |
17,6 |
145,1 |
|||||
|
9 |
46,2 |
17,6 |
||||||
|
10 |
46,2 |
17,6 |
||||||
|
11 |
55 |
15 |
172,7 |
|||||
|
12 |
55 |
15 |
||||||
|
13 |
87,5 |
-1,5 |
274,8 |
|||||
|
14 |
87,5 |
-1,5 |
||||||
|
15 |
100 |
197 |
Уск. |
— |
||||
|
0 |
100 |
270 |
||||||
|
Смена инструмента |
||||||||
|
Резец К01–4115–000 ТУ2–035–558–77 пластина Т5К10 |
||||||||
|
0 |
100 |
270 |
Уск. |
— |
315 |
0,14 |
||
|
16 |
27,55 |
201,25 |
||||||
|
17 |
24,95 |
201,25 |
0,18 |
51,4 |
||||
|
18 |
27,55 |
203,5 |
||||||
|
19 |
27,55 |
201,25 |
Уск. |
— |
||||
|
0 |
100 |
270 |
||||||
|
Смена инструмента |
||||||||
|
Резец К01–4165-000 ТУ2–035–558–7 пластина Т5К10 |
||||||||
|
0 |
100 |
270 |
Уск. |
— |
200 |
0,11 |
||
|
20 |
37,59 |
49,5 |
||||||
|
21 |
35,75 |
47,5 |
0,18 |
14,2 |
||||
|
22 |
37,59 |
49,5 |
Уск. |
— |
||||
|
0 |
100 |
270 |
Продолжение таблицы 2.4
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Смена инструмента |
8,01 |
|||||||
|
Резец К01–14165–000 ТУ2–035–894–84 пластина Т15К6 |
||||||||
|
0 |
100 |
270 |
0,32 |
Уск. |
— |
630 |
0,17 |
|
|
23 |
51,68 |
238 |
||||||
|
24 |
51,68 |
201,5 |
1,5 |
103 |
||||
|
25 |
53,5 |
201,5 |
Уск. |
— |
||||
|
26 |
53,5 |
238 |
||||||
|
27 |
51,36 |
238 |
||||||
|
28 |
61,36 |
201,5 |
1,5 |
103 |
||||
|
29 |
53,5 |
201,5 |
Уск. |
— |
||||
|
30 |
53,5 |
238 |
||||||
|
31 |
51,04 |
238 |
||||||
|
32 |
51,04 |
201,5 |
1,5 |
103 |
||||
|
33 |
53,5 |
201,5 |
Уск. |
— |
||||
|
34 |
53,5 |
238 |
||||||
|
35 |
50,72 |
238 |
||||||
|
36 |
50,72 |
201,5 |
1,5 |
103 |
||||
|
37 |
53,5 |
201,5 |
Уск. |
— |
||||
|
38 |
53,5 |
238 |
||||||
|
39 |
50,4 |
238 |
||||||
|
40 |
50,4 |
201,5 |
1,5 |
103 |
||||
|
41 |
53,5 |
201,5 |
Уск. |
— |
||||
|
0 |
100 |
270 |
3.1.1. Зубофрезерное приспособление
Разработка приспособлений расширяет технологические возможности металлорежущего оборудования, повышает производительность и облегчает условия труда рабочих.
Сила зажима должна обеспечить надежное закрепление заготовки в приспособлении и не допускать сдвига, поворота или вибрации заготовки при обработке.
Рассчитаем приспособление для операции 030, станок 53А30Н. При расчете использовали методику, описанную в /3/.
На деталь действует осевая сила Рz возникающая при зубофрезеровании. Необходимо определить силу зажима пневмоцилиндра. Схема действия сил представлена на рис. 3.1.
Рис. 3.1 Схема действия сил.
Рz=8160 H
Определим силу зажима Рз по формуле:
(3.1)
где k – коэффициент запаса, k=k0*k1*k2*k3*k4*k5*k6;
k0=1.5; k1=1.6; k2=1.2; k3=1; k4=1.3; k5=1; k6=1;
Рз=3.744*8160=11965 Н
Данную силу закрепления может обеспечить пневмоцилиндр 200 ГОСТ 16683-71.
3.1.2. Фрезерное приспособление
Спроектируем приспособление для фрезерования двух пазов на валу и произведём расчёт сил закрепления заготовки в приспособлении.
Приспособление будет состоять из установочной плиты, опорных призм, зажимного механизма рычага, настроечного элемента и пневмоцилиндра.
Определим усилие зажима для фрезерного приспособления.
Рис. 3.2 Схема закрепления заготовки
Схема: цилиндрическая заготовка с диаметром базы DЗ установлена в призме с углом и нагружена крутящим моментом М.
Силу закрепления находим по формуле:
РЗ=2КМ/[DЗ(f2+f1)sin )], Н (3.2)
где D3 – диаметр заготовки в месте закрепления;
=90
К – коэффициент запаса
К= К0* К1* К2* К3* К4* К5* К6; (3.3)
К0 –Коэффициент гарантированного запаса, К0=1,5;
К1 – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях, К0=1,2;
К2 – коэффициент, характеризующий увеличение сил резания вследствие затупления режущего инструмента, К1=1;
К3 – коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании, К3=1,2;
К4 – коэффициент, характеризующий постоянство силы закрепления в ЗМ, К4=1,3;
К5 – коэффициент, который характеризует эргономику ЗМ, К5=1,2;
К6 – коэффициент, учитывающий наличие моментов, стремящихся повернуть заготовку, К6=1,5.
К=1,5*1,2*1*1,2*1,3*1,2*1,5=5,05;
F=0,25 – значение коэффициента трения,
Крутящий момент:
, Н*м; (3.4)
Н*м;
Р3=2*5,05*1656/[70,6(0,25+0,25/sin(0,5*90))]=372,2 Н
Расчет погрешности
Произведем расчет погрешности для операции 030 вертикально–фрезерной.
Рис. 3.3 Расчетная схема
Определим погрешность :
(3.5)
где D – допуск;
мм;
З=0,11 мм
у=, мм; (3.6)
у=0,17 мм;
Фрезерное приспособление предназначено для фрезерования двух пазов. Центрование приспособления на станке с помощью двух шпонок по среднему пазу стола станка.
На последнем этапе вычерчивается сборочный чертёж приспособления, проставляются необходимые размеры, указываются технические требования, составляется спецификация.
По рассчитанной необходимой силе зажима выбираем стандартный пневмоцилиндр D=80 мм, диаметр штока d=25 мм.
3.1.3. Проектирование токарного приспособления
На первых токарных операциях используется специальное токарное приспособление. Оно представляет собой конструкцию с установленным центром и штырями
3.1.3. Проектирование и расчет на точность контрольного приспособления
При окончательном контроле технических требований относительного расположения поверхностей, используется специальное контрольное приспособление.
Вал центрируется на центрах по центровым отверстиям. Вращение детали происходит непосредственно с центрами, установленными в оправки.
При контроле поверхностей суммарная предельная погрешность контрольного приспособления определяется по формуле:
(3.7)
где - погрешность изготовления установочного узла по линейным размерам или по техническим требованиям;
- погрешность передаточных устройств, возникающая вследствие неточности изготовления рычагов и других деталей конструкции;
- погрешность изготовления эталона;
- погрешность установки детали на установочные узлы приспособления, связанная с изготовлением измерительных баз у деталей, выполняемых с определенным допуском;
- неточность совмещения измерительной и установочной базы;
- погрешность передаточных устройств, вызванная наличием зазоров между осями и отверстиями рычагов, неточностью их перемещения;
- погрешность эталона по биению;
- погрешность, зависящая от метода измерения, от условий эксплуатации приспособления, от квалификации контролеров;
- погрешность зажимных механизмов.
, (3.8)
где Т – допуск на контролируемый размер;
- допуск соотносящийся между предельной погрешностью измерения и полем допуска по измеряемому размеру, = 12...25 %.
мм.
Исключаем из формулы (3.7) составляющие, которые отсутствуют в приспособлении и получаем:
Приспособление обеспечивает заданную точность контролируемого размера.
Ведущим направлением в автоматизации машиностроительных производств является применение станков о ЧПУ и промышленных роботов.
Роботизация металлорежущих станков - способ автоматизации механической обработки, основанный на применении промышленных роботов для обслуживания технологического оборудования в целях исключения ручного труда.
Долгое время уровень автоматизации среднесерийного и мелко серийного производств был достаточно низок. Однако с бурным раз витием средств вычислительной техники появилась реальная возмож ность комплексной автоматизации данных типов производств, где в качестве технологического оборудования используются станки с ЧПУ, а в качестве загрузочно-разгрузочных средств " промышленные робо ты.
Промышленные роботы находят все более широкое применение на участках с опасными, вредными для здоровья, тяжелыми или моно тонными условиями труда.
Одно из главных преимуществ ПР - возможность быстрой пере наладки для выполнения задач, различающихся последовательностью и характером манипуляционных действий. Основные предпосылки расширения применения ПР следующие :
• повышение качества продукции и объемов ее выпуска;
• интенсификация существующих и стимулирование создания новых высокоскоростных процессов и оборудования;
• изменение условий труда работающих путем освобождения от монотонного, тяжелого труда.
Роботизированный технологический комплекс (в дальнейшем РТК) представляет собой производственную систему, состоящую из одной или нескольких единиц технологического оборудования, обслу живаемых одним или несколькими промышленными роботами (в дальнейшем ПР). В состав РТК входят также средства оснащения (устройства накопления, поштучной выдачи), контроля, управления и другие, обеспечивающие автоматическое функционирование в течение установленного периода времени.
Исходными данными при проектировании РТК является норми рованный технологический процесс изготовления вала - детали представителя. Остальные детали, подлежащие обработке на РТК, должны иметь конструктивно-технологическое подобие для при менения групповой формы организации производства.
Выбор оборудования.
Основное технологическое оборудование, входящее в состав РТК, должно удовлетворять следующим требованиям:
В нашем случае для заготовки длиной 240 мм и наибольшим диаметром 182 мм подходит токарно-винторезный станок 16К20Ф3. Этот станок подходит для выполнения черновой и чистовой токарной обработки вала.
Таблица 3.1
Технические характеристики станка
|
Параметр |
Значение |
|
Наибольший диаметр обрабатываемой заготов ки, мм |
400 |
|
Наибольшая длина обрабатываемой заготовки, мм |
1000 |
|
Диаметр отверстия шпинделя, мм |
53 |
|
Частота вращения шпинделя, мин-1 |
12,5 -2000 |
|
Подача, мм / мин: Продольная Поперечная |
3-1200 1,5-600 |
|
Мощность электродвигателя привода главного движения, кВт |
7,5 |
|
Габаритные размеры станка, мм: длина ширина высота |
5300 3420 1750 |
|
Масса станка, кг |
5300 |
|
Устройство числового программного управле ния |
2У22 |
|
Число управляемых координат /одновременно |
2/2 |
|
Дискретность задания размеров (мм) по оси: Х Z |
0.01 0.005 |
Как и при выборе станков целесообразность применения того или иного ПР в производственных условиях определяется с учетом ряда требований:
• соответствие технологических возможностей ПР (определяют ся в основном типом системы управления) содержанию необ ходимых манипуляций с объектом;
• соответствие грузоподъемности ПР массе объекта ;
• соответствие числа степеней подвижности ПР минимально не обходимому их числу для выполнения требуемых операций ;
• соответствие размеров и расположения зоны обслуживания ПР и рабочих зон обслуживаемых станков ;
• простота и минимальная длительность цикла переналадки, эко номичность, надежность.
Для РТК механической обработки наиболее предпочтительно ис пользование ПР с позиционной системой управления, поскольку ПР с цикловой системой имеет ограниченные манипуляционные возможно сти, а применение контурной системы ведет к недоиспользованию возможностей робота.
Для проектируемого РТК выбираем ПР мод. СМ40Ф2.80.01 под весного типа, технические характеристики которого приведены в табл. 2.
Данный промышленный робот предназначен для группового об служивания металлорежущих станков с горизонтальной осью шпинде ля.
Таблица 3.2.
Технические характеристики ПР мод. СМ40Ф2.80.01
|
Параметры |
Значения |
|
Грузоподъемность, кг |
40 |
|
Число степеней подвижности |
4 |
|
Число рук / захватных устройств на руку |
1/1 |
|
Привод основных движений |
Гидравлический |
|
Система управления |
Позиционная |
|
Способ программирования |
Обучение |
|
Погрешность позиционирования, мм |
0.5 |
|
Наибольший вылет руки, мм |
1900 |
|
Линейные перемещения (при скорости) по оси: Х Y |
10000/0,8 3000/1,2 |
|
Угловые перемещения, (угловая скорость, /c): α |
180 (30) 180 (30) |
Захватные устройства ПР служат для захватывания и удержания в определенном положении объектов манипулирования.
Так как на проектируемом РТК могут обрабатываться различные заготовки, обладающие различными размерами, формой, массой, раз нообразными физическими свойствами, поэтому захватные устройства (ЗУ) относятся к числу сменных элементов промышленного робота.
К ЗУ предъявляются требования общего характера и специаль ные, связанные с конкретными условиями работы. К числу обязатель ных требований относятся:
• надежность захватывания и удержания объекта;
• стабильность базирования;
• недопустимость повреждений или разрушения объектов.
В проектируемом РТК, предназначенным для обработки деталей в условиях серийного производства к ЗУ предъявляются дополнитель ные требования: широкодиапазонность; обеспечение захватывания близко расположенных деталей; легкость и быстрота замены.
На листе графической части представлено ЗУ, которое удов летворяет всем выше перечисленным требованиям. Зажим заго товки осуществляется с помощью пружин, а разжим посредством гид роцилиндра.
Расчет ЗУ включает нахождение сил, действующих в местах кон такта заготовки и губок; определение усилий привода; проверку от сутствия повреждений поверхности детали при захватывании; расчет на прочность деталей ЗУ. Последний расчет ведется по обычным ме тодикам расчета деталей машин (в данной работе не приводится).
Расчет сил, действующих в местах контакта ЗУ с объектом мани пулирования, ведем согласно указаниям /2/. Составляем расчетную схему (см. рис.3.2.1). Тогда силы N1 и N2 определяются следующим обра зом:
Здесь: Rn - сила реакции на п-ю губку захвата;
Rn = mg = 16* 9.8 =157 H
j- угол между проекцией силы Rn на плоскость и силой Ni,
= 55 °
- коэффициент трения губки захвата с заготовкой;
= 0,15
Имеем:
Рис 3.2.1. Расчетная схема для определения сил
Рис 3.2.2. Расчетная схема для определения усилия привода
Для определения усилий привода составим расчетную схему (рис.3.2.2). Согласно /2/:
Здесь: М - удерживающий момент;
m с, z с - соответственно модуль и полное число зубьев сектора
m с = 2 мм; z с = 19
р - коэффициент полезного действия механизма,
р= 0,94
Удерживающий момент:
Здесь а, с - расстояния от точки поворота губки до точки контакта (см. рис. 2),
а = 0.13 м; c = 0.01 м /2/,
Тогда усилие привода:
Так как зажим заготовки производится под действием пружины, а для разжима необходимо приложить силу Р1, большую силы Р в три раза /2/ имеем диаметр гидроцилиндра:
,
где k - КПД, k = 0,9;
А - давление гидросистемы ПР, А = 0,5 Мпа.
Принимаем диаметр гидроцилиндра D =60 мм.
Для разработки компоновочной схемы РТК для токарной обра ботки деталей тел вращения типа валов определимся с его составом. В состав комплекса входят:
• 2 токарно-винторезных станка с ЧПУ мод. 16К20ФЗ;
• промышленный робот мод. СМ40Ф2.80.01;
• накопительные устройства;
• устройство управления ПР;
Предложим схему линейного обслуживания ПР технологического оборудования. При данной схеме станки расположены в одну линию и ПР осуществляет захват заготовки из накопителя, загрузку-разгрузку станков, межстаночное транспортирование заготовок, их перебази рование и укладку деталей в выходные позиции.
Станки обслуживаются по вызовам. При одновременном поступ лении вызовов с двух станков устанавливается система приоритета, по которой в первую очередь ПР обслуживает станок с наиболее дли тельным циклом обработки.
Комплекс оборудован системой светозащиты, которая обеспечи вает безопасность обслуживающего персонала.
Одно из главных преимуществ данной компоновки - малая зани маемая производственная площадь (по сравнению с напольными ро ботами) и удобство работы оператора.
Компоновка РТК представлена на листе графической части дипломного проекта.
Алгоритм работы (управления) определяет взаимодействие всех элементов комплекса в виде последовательности команд цикла. Для удобства последующих расчетов все действия ПР, станков и других элементов РТК разбиваем на элементарные приемы. Алгоритм работы роботизированного комплекса приведен в таблице 3.3.
Таблица 3.3
Алгоритм работы РТК
|
% п/п |
Команда |
Время, с |
|
1 |
2 |
4 |
|
Исходная позиция: каретка ПР располагается над рабочей зоной станка 1; на станке 1 идет обработ ка. |
||
|
1 |
Останов станка |
1 |
|
2 |
Отвод ограждения |
3 |
|
3 |
Опускание руки |
1 |
|
4 |
Зажим захватного устройства |
1 |
|
5 |
Разжим детали |
2 |
|
6 |
Подъём руки (вывод детали из приспособления) |
2 |
|
7 |
Перемещение каретки ПР к накопительному устройству 2 |
4 |
|
8 |
Опускание руки |
2 |
|
9 |
Разжим захватного устройства |
1 |
|
10 |
Подъём руки |
2 |
|
11 |
Перемещение каретки ПР к накопительному устройству 1 |
6 |
|
12 |
Опускание руки |
2 |
|
13 |
Зажим захватного устройства |
1 |
|
14 |
Подъём руки |
2 |
|
15 |
Перемещение каретки ПР к станку 1 |
2 |
|
16 |
Опускание руки |
2 |
|
17 |
Зажим детали |
2 |
|
18 |
Разжим захватного устройства |
1 |
|
19 |
Подъём руки |
2 |
|
20 |
Перемещение каретки ПР к станку 2 |
8 |
|
21 |
Отвод ограждения |
3 |
|
22 |
Опускание руки |
2 |
|
23 |
Зажим захватного устройства |
1 |
|
24 |
Разжим детали |
2 |
|
25 |
Подъём руки |
2 |
|
26 |
Перемещение каретки ПР к накопительному устройству 3 |
2 |
|
27 |
Опускание руки |
2 |
|
28 |
Разжим захватного устройства |
1 |
|
29 |
Подъём руки |
2 |
|
30 |
Перемещение каретки ПР к накопительному устройству 2 |
6 |
|
31 |
Опускание руки |
2 |
|
32 |
Зажим захватного устройства |
1 |
|
33 |
Подъём руки |
2 |
|
34 |
Поворот захватного устройства на 180º |
2 |
|
35 |
Перемещение каретки ПР к станку 2 |
2 |
|
36 |
Опускание руки |
2 |
|
37 |
Зажим детали |
2 |
|
38 |
Разжим захватного устройства |
1 |
|
39 |
Подъём руки |
2 |
|
40 |
Перемещение каретки ПР к станку 1 |
8 |
Для определения длительности цикла работы комплекса с учетом перекрытия (совмещения) времени выполнения отдельных приемов и действий необходимо построение циклограммы работы РТК.
Циклограмму отроим в масштабе 1c = 1 мм в соответствии с раз работанным алгоритмом работы. Циклограмма представлена на рис. 3.2.3.
Определяем длительность цикла ра боты Тц = 9,52 мин.
Рис 3.2.3 Циклограмма работы РТК
Штучная (цикловая) производительность РТК рассчитывается по формуле /3/:
,
где Fф - фактическое время работы РТК за определенный период времени, ч;
Тц - длительность цикла, Тц =9,52 мин
Тогда номинальная сменная производительность:
,
Фактическая производительность (с учетом внецикловых потерь):
где ис - коэффициент использования; принимаем ис=0,8 / 3 /.
Получим:
Q= 49,23 * 0.8 =39 шт.
Предположим, что два станка с ЧПУ обслуживаются одним ра бочим. Тогда время цикла:
Тц = ( Ton + Тоб + Тлп ) * k ,
где Ton - максимальное оперативное время работы станков объединенных в многостаночный комплекс, Топ = 8,68 мин;
Тоб - время на обслуживание рабочего места;
Тлп - время на отдых и личные потребности;
k - коэффициент многостаночного обслуживания , k = 1,2
Получим:
Тц = (8,05+0,29) *1.2 =10,77 мин
Тогда производительность:
Тогда повышение производительности при использовании промыш ленного робота:
Данные о номенклатуре выпускаемых деталей, годовом объеме выпуска, размере партии для одновременного запуска, массах заготовок и деталей, а также станкоемкость по операциям представлены ниже.
Годовой объем выпуска деталей на участке – 29000 шт.
Вал-ведомый (деталь представитель)
Вал-шестерня
Вал ведомый
Вал–шестерня
Применяемое технологическое оборудование на участке:
габаритные размеры 314016302150;
габаритные размеры336017101750;
габаритные размеры 230015001950;
габаритные размеры 400020002220;
габаритные размеры 540024002170;
габаритные размеры 260015131670;
габаритные размеры 240025002070;
габаритные размеры 220016002100;
габаритные размеры 483033752865.
Все технологические процессы обрабатываемых на участке деталей представлены в приложении, в комплекте технологической документации. На участке выполняются операции механической обработки и промежуточного контроля, термообработка и сборка выполняются на других участках.
Участок спроектирован по принципу подетально-групповой специализации. За каждым рабочим местом закреплена одна технологических операций. Заготовки перемещаются уложенными в тару по шесть штук в каждой от склада к рабочему месту и между станками. Производство непоточное.
Участок предназначен для изготовления малогабаритных зубчатых колес. В состав участка входит оборудование для металлообработки, а именно: токарно-винторезный станок 16К20Ф3 (3 шт.), зубофрезерный станок 53А30Н (2 шт.), шлицешлифовальный станок 3451А (1 шт.), круглошлифовальный станок 3М151Ф2 (1 шт.), вертикально-фрезерный станок 6Р11Ф3 (3 шт.), зубошлифовальный станок 5В833 (3 шт.), фрезерно-центровальный станок МР-71 (1 шт.), моечно-сушильный агрегат, автоматизированный склад, диспетчерский пульт, системы обеспечения функционирования, места загрузки-разгрузки, контроля деталей, сборки приспособлений-спутников, место подготовки и настройки инструмента. Заготовительные операции производятся вне участка во вспомогательных производствах завода.
5.4.1 Классификация и выбор структуры АТСС
Автоматизированная складская система (АТСС) – система взаимосвязанных автоматизированных транспортных и складских устройств для укладки, хранения, временного накопления и доставки предметов труда, технологической оснастки.
АТСС должна обеспечивать выполнение следующих основных функций: прием, хранение, учет и выдача объектов, транспортирование объектов к позициям загрузки-разгрузки, обработки, контроля, накопителям и складам. АТСС обеспечивает также непрерывное получение информации о ходе производства.
В состав АТСС входят: автоматические склады, накопители, поворотные и подъемные столы, перегружатели, транспортно – складская тара, транспортные средства, устройства контроля и управления.
Основными факторами, влияющими на компоновочное решение и технические параметры АТСС, являются: конструктивные и технологические параметры изготовляемых деталей, программа их выпуска, особенности технологических процессов производства, структура и состав технологического оборудования, расположение и характеристики производственных площадей.
Особенностями автоматических складов ГПС являются: сравнительно небольшие сроки хранения грузов, возможность прибытия и отправления грузов небольшими партиями, с небольшими интервалами по времени и даже непрерывным потоком, зависимость грузопотоков не столько от особенностей работы транспорта, сколько от производственной обстановки, ритмичность грузопотоков.
Наибольшее распространение получили стеллажные шкафы с автоматическими складами – штабелерами. Такие склады во многих случаях оказываются наиболее универсальным и эффективным типом склада различного назначения: для накопления запасов заготовок, хранения приспособлений и инструментов, готовых изделий, отходов производства и т.д. Стеллажные склады с автоматическими кранами – штабелерами рекомендуется применять при больших запасах хранения. Склады с мостовыми кранами – штабелерами используются для более крупных грузов и меньших грузопотоков. Автоматические склады с гравитационными стеллажами применяют при небольшой номенклатуре грузов и больших запасах хранения. Преимуществом гравитационных стеллажей является наиболее полное использование площадей и объемов производственных помещений, направленность перемещения грузов, а также обеспечения важного принципа «Первый поступил – первый выдан».
В совмещенной транспортно-складской системе с краном – штабелером станки располагаются параллельно стеллажному складу. Компоновка систем такого типа может быть разнообразной: с одним стеллажом и одним краном – штабелером, расположенным с одной стороны; с двумя стеллажами и одним краном – штабелером, расположенным между ними; с одним стеллажом и двумя кранами – штабелерами, расположенными по обе его стороны и т.п.
Исходя из объема производства, характеристик детали (масса, размеры) выбираем наиболее подходящий тип складской системы: стеллажный склад с автоматическим краном - штабелером.
Рельсовые тележки требуют значительных затрат при создании транспортных путей, отличаются малой гибкостью (трудно приспосабливаются к изменению структуры ГПС, сохраняется прямолинейность траектории транспортной системы). Однако рельсовый транспорт имеет ряд преимуществ: практически неограниченная грузоподъемность тележек, обеспечивается автономность функционирования и высокая надежность системы.
Транспортные промышленные роботы выполняют операции по транспортированию изделий, их накоплению, обслуживанию складского оборудования, загрузке – разгрузке станков. Роботы выпускаются в напольном и подвесном вариантах. Напольные транспортные роботы выпускаются как рельсовыми, так и безрельсовыми. Подвесные транспортные роботы чаще выпускаются в монорельсовом портальном исполнении. Преимущественной распространение транспортные ПР нашли в ГАЛ изготовления деталей типа тел вращения.
Конвейеры имеют высокую пропускную способность, причем их преимущества наиболее полно проявляются при обработке деталей большими партиями, способствует более плотному расположению оборудования и не предъявляют особые требования к полам цехов. Недостатки конвейеров – их громоздкость, они закрывают доступ к станкам, при длительном цикле обработки конвейеры простаивают. Конвейерные транспортные системы требуют большого объема работ по изготовлению металлоконструкций, снижают гибкость производства. К основным типам конвейеров относятся роликовые, цепные, ленточные, пластинчатые, тележные и др. Они могут выполняться в напольном и подвесном вариантах. Прогрессивной является блочно-модульная конструкция конвейерных систем.
Безрельсовые тележки (робокары) перемещаются непосредственно по полу цеха, оснащаются устройствами для приема и передачи спутников с деталями, имеют электронное управление. Они являются универсальным средством для выполнения межоперационного и внутрицехового транспортирования. По сравнению с другим транспортом ГПС они имеют следующие преимущества: малые габаритные размеры, большой диапазон скоростей перемещений, автономность работы, возможность использования трассы для других видов транспорта, легкость переадресовывания транспортных потоков. Главное преимущество робокаров - высокая гибкость – обусловило их широкое применение в ГПС. Недостатки робокаров – более сложная система управления тележкой и АТСС в целом, увеличение расстояния между станками для маневрирования тележек. Эффективность применения робокаров во многом определяется системой управления: электромагнитное управление; фотоэлектрическое; система слежения при помощи лазерных или ультразвуковых маяков, которые расположены в определенных местах помещений; системы технического зрения.
В качестве транспортной системы АТСС выберем рельсовую тележку, которая характеризуется неограниченной массой перемещаемых деталей и высокой надежностью.
При построении АТСС можно выделить два варианта: с совмещенными и раздельными транспортной и складской подсистемами. В первом варианте транспортирование осуществляется одним и тем же устройством – краном – штабелером. В АТСС могут быть осуществлены два вида связей между складом и ГПМ: прямая и косвенная. Прямая связь характеризуется передачей транспортирования непосредственно со склада к оборудованию. После обработки на одном ГПМ заготовка передается к очередному ГПМ, минуя склад. При косвенной связи транспортирование объекта осуществляется только через склад по принципу «склад – станок - склад».
Разнообразие компоновочных решений АТСС определяется, главным образом, реализацией транспортных потоков и может быть сведено к четырем типам:
Выберем 2 тип АТСС – с рельсовым транспортом и раздельными подсистемами складирования и транспортирования. Связь между складом и ГПМ осуществляется по косвенной схеме. Выбор данного типа связи обусловлен тем, что станкоемкость операций различна и для обеспечения такта выпуска рабочие места пришлось бы оборудовать накопительными устройствами.
Исходные данные
а) годовой объем выпуска – 8000 шт.
б) масса детали – 8,87 кг.
Расчет характеристик склада
Основной характеристикой склада является его емкость, которая определяется через число (Кнаим) наименований деталеустановок, изготавливаемых в ГПС в течении месяца.
(5.1)
где: Fст – месячный фонд времени работы станка, ч.
ч. (5.2)
S – число станков в ГПС
Тср – средняя станкоемкость изготовления одной деталеустановки, мин.
мин. (5.3)
Nмес – месячный объем выпуска детали-представителя; Nмес=8000/12=667 шт.
ячеек
Учитывая партионный характер обработки деталей, определим емкость склада:
(5.4)
где: n – партия запуска; n=40
ЕТ – емкость тары; ET=6
ячеек
Детали находятся в таре, габариты которой: 580x410x310 мм. По размерам тары выбираем размеры ячейки склада: 670x450x350 мм.
Рис. 5.1 Тара.
Примем высоту склада Н=4,2 м., тогда склад будет состоять из одного ряда, 12 ярусов вверх. Общая длина склада: 13,05 м.
Модель крана – штабелера: СА-ТСС-0,25. Высота стеллажа с учетом расстояния от рельсового пути до нижнего рабочего положения грузозахватного органа (450 мм.) не превышает высоты стеллажа по технической характеристике крана – штабелера.
Расчет количества транспортных устройств и их загрузки
Для определения числа перемещений транспортного устройства в течении месяца воспользуемся маршрутом обработки детали-представителя. Маршрут: Стеллаж – ППВ – станок(операция 010) – ППВ – Стеллаж – ППВ – станок(операция 015) – станок(операция 020) – ППВ – Стеллаж – ППВ – станок(операция 025) – ППВ – Стеллаж – ППВ – станок(операция 030) – верстак(операция 040) – МСА(операция 045) – КС(операция 050) – ППВ Стеллаж – ППВ – станок(операция 055) – ППВ – Стеллаж – ППВ – станок(операция 065) – ППВ – Стеллаж – ППВ – станок(операция 070) – верстак(операция 105) – МСА(операция 110) – КС(операция 115) – ППВ – Стеллаж.
Таким образом, количество перемещений транспортных устройств при изготовлении детали-представителя равно:
«Стеллаж – ППВ» - 14
«ППВ – станок» - 14
«Станок – станок» - 7
Тогда при месячном объеме выпуска деталей в ГПС 2417 шт., числа перемещений транспортного устройства составят, с учетом тары:
«Стеллаж – ППВ» - 14*2417/6=5640
«ППВ – станок» - 14*2417/6=5640
«Станок – станок» - 7*2417/6=2820
В описанном маршруте не учитывается выборочный послеоперационный контроль точности детали. Количество деталеустановок, через которое деталь выводится на контроль, определяется по формуле:
(5.5)
где: n1 - количество деталеустановок, через которое деталь выводится на контроль по требованию технолога; n1=6;
k1, k2 – поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно контроль первой деталеустановки, обработанной в начале смены, и вывод на контроль в связи с работой нового инструмента, примем k1=1,15, k2=1,05.
Тогда n=5, т.е. число дополнительных перемещений «станок – станок» 2417/5=484. Тогда общее число перемещений «Станок – станок» - 3304.
Средние длины горизонтальных перемещений:
«Стеллаж – ППВ» - 3,3 м.
«ППВ – станок» - 18,4 м.
«Станок – станок» - 8,6 м.
Средняя длина вертикального перемещения при выполнении перемещения «стеллаж – ППВ» - 2,1 м.
Время подвода транспортного устройства к заданному месту:
(5.6)
Для крана – штабелера СА-ТСС-0,25: VX=75 м/мин, VY=18 м/мин
Для рельсовой тележки ТПА-0,25: VX=60 м/мин, VY=0 м/мин
Тогда: мин.
мин.
мин.
Время одного перемещения транспортного устройства:
(5.7)
где: Тк – время передачи кадра от ЭВМ к системе ЧПУ транспортного устройства; Тк=0,02 мин;
Тсп – время съема-установки тары; Тсп=0,15 мин.
Для крана – штабелера: мин.
Для рельсовой тележки: мин.
мин.
Суммарное время работы транспортного устройства в течение месяца:
кран – штабелер:
ч.
рельсовая тележка:
Количество транспортных устройств, необходимых для обеспечения заданного такта производства:
(5.8)
где: Fтр – месячный фонд работы транспортного устройства; Fтр=381 ч.
Для крана – штабелера:
Для рельсовой тележки:
Таким образом, расчеты показали, что для участка, состоящего из 15 станков, моечно-сушильного агрегата, верстака и контрольного стола, необходимы:
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.
В государственных стандартах по безопасности труда сформулированы требования к производственным процессам, оборудованию, промышленной продукции, средствам защиты работающих, установлены нормы и требования на параметры, характеризующие шум, вибрацию, ультразвук, запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны, электро и взрывобезопасность, пожарную безопасность и т.д.
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.
Безопасность при работе с промышленными роботами
Рациональная эксплуатация ГАП должна включать мероприятия по обеспечению безопасности и безаварийности работы оборудования, по его ремонту, наладке и обслуживанию, организации административно-технического управления и т.д.
Решение этих вопросов должно быть направлено на обеспечение эффективности работы и прежде всего, безопасности обслуживающего персонала, предупреждение выхода оборудования из строя.
С точки зрения техники безопасности, РТК характеризуется двумя противоположными чертами. С одной стороны, работы предназначены для улучшения условий труда и замене человека на монотонной и вредной работе, а с другой – они представляют собой источник повышенной опасности для обслуживающего персонала.
Хотя безопасность труда может быть обеспечена путём соблюдения существующих правил техники безопасности и производственной санитарии, возможность нанесения травм и увечий полностью не исключается.
Источником опасности в ГПС являются элементы основного и вспомогательного технологического оборудования, а также ПР. В связи с конструктивными особенностями ПР (наличие большой зоны обслуживания, возможность одновременного движения по нескольким направлениям, высокие скорости перемещения исполнительных устройств, взаимосвязь с работой технологического оборудования). При их работе возможно воздействие на обслуживающий персонал подвижных частей (исполнительных устройств), перемещаемых предметов производства.
К ПР применимо понятие опасной зоны. При использовании ПР потенциально опасной может быть зона, куда перемещается рабочий орган.
ГОСТ 12.0002–80 определяет опасную зону как пространство, в котором возможно воздействие на работающий персонал опасного и (или) вредного производственных факторов. Причём опасный производственный фактор – это фактор, воздействия которого на работающего в определённых условиях приводит к травме или другому внезапному резкому ухудшению здоровья. Размер и конфигурация опасной зоны существенно зависят от планировки ГПС.
Мероприятия по обеспечению безопасности труда при работе в ГПС необходимы по следующим причинам:
При использовании ПР существует несколько этапов возможного воздействия на работающий персонал опасных и вредных производственных факторов:
Все опасные производственные факторы могут быть систематизированы по видам энергии для различных этапов эксплуатации ПР.
Основными причинами возникновения аварийных ситуаций в ГАП могут быть: непредусмотренные движения ПР во время обучения, наладки и автоматической работы, в том числе погрешность позиционирования рабочих органов; аварии технологического оборудования на участке; ошибочные действия оператора во время обучения, наладки, ремонта; доступ человека в рабочее пространство ПР при его работе в автоматическом режиме; нарушение паспортных параметров ПР (грузоподъёмность, несоответствие размеров детали захватному устройству); неудобное и тесное размещение технологического оборудования, пультов управления, тары, накопителей и транспортных средств на участке; размещение пультов внутри рабочего пространства ПР и отсутствие его специального ограждения; отключение при аварийной остановке ПР устройств, перерыв в работе которых связан с возможностью травмирования персонала; отсутствие чёткой информации оператору о возникновении нештатных ситуаций на участке и причинах возникновения неполадок.
Требования к ПР включают общие требования к его конструкции, к предохранительным и защитным устройствам управления и отображения информации.
Одним из более важных требований к ГПС является необходимость её защищённого исполнения для эксплуатации в условиях повышенной запылённости, загрязнённости и в среде с пожаро- и взрывоопасными смесями в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004–76, ГОСТ 12.1.010–76, ГОСТ 12.1.011–78, ГОСТ 12.1.016–79, ГОСТ 12.2.020–76 и ГОСТ 12.2.021–76. Захватное устройство робота должно удерживать объект манипулирования при внезапном отключении, если выпадение объекта может привести к опасным или вредным воздействиям.
Важным условием является снижение скорости перемещения ПР до 0,3м/с во время обучения или наладки.
Целесообразно предусмотреть в УЧПУ ПР возможность передачи на пульт обучения информации о режимах работы, срабатывания блокировочных устройств ПР и оборудования системы, о текущем номере кадра программы и о выполнении двигательных и технологических команд.
Применяемые в ПР приводные устройства, системы смазывания и другие комплектующие компоненты должны соответствовать ГОСТ 12.2.007–79, ГОСТ 12.3.001–73, ГОСТ 12.2.007.0–75, ГОСТ 12.1.019–79, причём электрооборудование должно быть оснащено пусковой аппаратурой, которая независимо от положения органов управления исключает самопроизвольное включение оборудования при восстановлении внезапно исчезнувшего напряжения, устройство управления должно быть автоматически переведено на ручной режим работы. Кроме того должен быть обеспечен режим аварийного останова по команде оператора, приводящий к прекращению движения робота, независимо от режима его работы и выполняемых действий.
При проектировании пультов управления должны учитываться экономические требования к расположению средств отображения информации и органов управления в соответствии с ГОСТ 23000–78. Органы аварийного останова должны быть расположены в легко доступном месте, иметь указатели и поясняющие надписи.
Необходимо уделять большое внимание вопросам контроля и надзора за безопасностью работы, которые возлагаются на службу охраны труда предприятия. С учётом требования ГОСТ 122072–82 на предприятиях, использующих ГПС, должны быть разработаны и утверждены в установленном порядке соответствующие инструкции по охране труда.
Таблица 6.1
Виды энергии и связанные с ними опасные факторы
|
Виды энергии |
Несчастные случаи |
Этапы эксплуатации |
||||||
|
Транспортирование и монтаж ПР |
Сборка и подготовка к работе |
Программирование |
Испытания |
Пусконаладочные работы |
Режим автоматического производства |
|||
|
Механическая |
потенциальная |
Удар об робот |
+ |
+ |
– |
– |
+ |
– |
|
Падение робота |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
||
|
Опрокидывание робота |
+ |
– |
– |
+ |
– |
+ |
||
|
Кинетическая |
Удар выпавшей детали |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
|
Столкновение с движущимся ПР |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
+ |
||
|
Зажим между ПР и оборудованием |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
+ |
||
|
Зажим между подвижными частями ПР |
– |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
||
|
Порезы от переносимой детали или элементов ПР |
– |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
||
|
Электрическая |
Поражение током (ожоги, световые воздействия) |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
|
Энергия давления |
Разрыв магистрали |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
|
Химическая и биологическая |
Взрыв |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
|
Контакт с вредными и опасными веществами |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
+ |
||
|
Шумовое воздействие |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
+ |
||
|
Тепловая |
Ожог |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
|
Переохлаждение |
– |
– |
+ |
+ |
+ |
+ |
На окружающую среду и в целом на биосферу крайне отрицательно влияют промышленные загрязнения, которые при определенных условиях могут трансформироваться в различные соединения и вызывать нежелательные воздействия на биосферу.
Жесткие выбросы в атмосферу, представляют собой аэрозоли, образованные мельчайшими капельками распыленных жидкостей (кислот, масел, СОЖ и т.п.). На участке должны быть предусмотрены средства очистки воздуха.
Производственные сточные воды – воды, используемые предприятием и подлежащие обязательной очистке от различных вредных примесей. Т.е. техническую воду необходимо охлаждать, очищать от механических примесей, масел, разбавлять и затем возвращать в производство.
Промышленные твердые отходы должны собираться и отправляться для переработки.
Тепловое загрязнение биосферы большинством предприятий машиностроения незначительно.
Шум, вибрация, ультразвук, инфразвук должны быть в пределах нормы.
ОЗДОРОВЛЕНИЕ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ
Одним из необходимых условий здорового и высокопроизводительного труда является обеспечение чистоты воздуха и нормальных метеорологических условий в рабочей зоне помещений, т. е. пространстве высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, где находятся рабочие места. Устранение воздействия таких вредных производственных факторов, как газов и паров, пыли, избыточной теплоты и влаги, и создание здоровой воздушной среды, являются важной задачей, которая должна осуществляться комплексно, одновременно с решением основных вопросов производства.
Атмосферный воздух в своем составе содержит (%по объему); азота—78,08; кислорода—20,95; аргона, неона и других инертных газов—0,93; углекислого газа—0,03; прочих газов—0,01. Воздух такого состава наиболее благоприятен для дыхания.
Наряду с химическим составом важно также, чтобы воздух имел определенный ионный состав. В воздухе содержатся отрицательные и положительные ионы, которые по подвижности разделяют на легкие и тяжелые. Тяжелые ионы образуются в результате оседания легких ионов на различные частицы: пылинки, капли тумана и т. п. В незагрязненном воздухе преимущественно находятся легкие ионы, а в загрязненном—тяжелые. На жизнедеятельность организма человека благотворное влияние оказывают отрицательные ионы кислорода воздуха.
Воздух рабочей зоны редко имеет приведенный выше химический состав, так как многие технологические процессы сопровождаются выделением в воздух производственных помещений вредных веществ—паров, газов, твердых и жидких частиц.
Пары и газы образуют с воздухом смеси, а твердые и жидкие частицы вещества — дисперсные системы —аэрозоли, которые делятся на пыль (размер твердых частиц более 1 мкм), дым (менее 1 мкм) и туман (размер жидких частиц менее 10 мкм). Пыль бывает крупно (размер частиц более 50 мкм), средне (50—10 мкм) и мелкодисперсной (менее 10 мкм).
Поступление в воздух рабочей зоны того или иного вредного вещества зависит от технологического процесса, используемого сырья, а также от промежуточных и конечных продуктов. Так, пары выделяются в результате применения различных жидких веществ, например, растворителей, ряда кислот, бензина, ртуть и т. д., а газы—чаще всего при проведении технологического процесса, например, при сварке, литье, термической обработке металлов.
Причины выделения пыли на предприятиях машиностроения могут быть самыми разнообразными. Пыль образуется при дроблении и размоле, транспортировании измельченного материала, механической обработке хрупких материалов, отделке поверхности (шлифовании, глянцевании), упаковке и расфасовке и т. п. Эти причины пылеобразования являются основными, или первичными. В условиях производства может возникать и вторичное пылеобразование, например, при уборке помещений, движении людей и т. п. Такое выделение пыли иногда бывает весьма нежелательным.
Туман возникает при использовании смазочно-охлаждающих жидкостей, в гальванических и травильных цехах при обработке металлов. Например, в зарядных отделениях аккумуляторных образуется аэрозоль серной кислоты.
Вредные вещества проникают в организм человека главным образом через дыхательные пути, а также через кожу и с пищей. Большинство этих веществ относится к опасным и вредным производственным факторам, поскольку они оказывают токсическое действие на организм человека. Эти вещества, хорошо растворяясь в биологических средах, способны вступать с ними во взаимодействие, вызывая нарушение нормальной жизнедеятельности. В результате их действия у человека возникает болезненное состояние—отравление, опасность которого зависит от продолжительности воздействия, концентрации (мг/м3) и вида вещества.
По характеру воздействия на организм человека эти вредные вещества подразделяются на':
общетоксические—вызывающие отравление всего организма (окись углерода, цианистые соединения, свинец, ртуть, бензол, мышьяк и его соединения и др.);
раздражающие—вызывающие раздражение дыхательного тракта и слизистых оболочек (хлор, аммиак, сернистый газ, фтористый водород, окислы азота, озон, ацетон и др.);
сенсибилизирующие—действующие как аллергены (формальдегид, различные растворители и лаки на основе нитро и нитрозосоединений и др.);
канцерогенные—вызывающие раковые заболевания (никель и его соединения, амины, окислы хрома, асбест и др.);
мутагенные — приводящие к изменению наследственной информации (свинец, марганец, радиоактивные вещества и др.);
влияющие на репродуктивную (детородную) функцию (ртуть, свинец, марганец, стирол, радиоактивные вещества и др.).
Такая классификация вредных веществ в известной мере условна, так как физиологическое действие многих из них меняется с изменением концентрации или бывает комбинированным. При этом необходимо иметь в виду, что при определенных условиях воздействие этих веществ может привести к смертельному исходу. Например, при небольших концентрациях хлор оказывает раздражающее действие на дыхательные пути, а при высоких концентрациях возможна быстрая смерть вследствие рефлекторного торможения дыхательного центра.
Ряд вредных веществ оказывает на организм человека преимущественно фиброгенное действие, вызывая раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и оседая в легких, практически не попадая в круг кровообращения вследствие плохой растворимости в биологических средах (крови, лимфе). В основном—это пыли металлов (чугунная, железная, медная, алюминиевая и др.), пластмассовая, наждачная, карборундная, древесная, пыль стеклянного и минерального волокна, кремнеземсодержащие пыли и др. Эти пыли образуются при металлообработке, прокатке, штамповке, в литейном производстве и т. д.
Наибольшую опасность представляет мелкодисперсная пыль. Такая пыль в .отличие от крупнодисперсной практически не оседает в воздухе производственных помещений, находится во взвешенном состоянии и легко проникает в легкие. При высокой дисперсности пыль отличается повышенной химической активностью из-за большой поверхности. Например, в сварочной пыли содержится 90% частиц размером менее 5 мкм, что делает ее особо вредной для организма человека, учитывая, что в составе этой пыли есть марганец и хром.
Многие вещества, которые считают нетоксичными, в определенных условиях способны оказывать токсическое действие на человека.
Например, инертные газы при атмосферном давлении вредны лишь в той мере, в какой они своим присутствием снижают содержание кислорода в воздухе, а в условиях повышенного давления эти газы становятся сильными наркотиками.
Действие вредных веществ в условиях высоких температур, шума и вибраций значительно усугубляется, хотя количественную оценку этого явления в настоящее время дать трудно. Так, при высокой температуре воздуха расширяются сосуды кожи, усиливается потоотделение, учащается дыхание, что ускоряет проникновение вредных веществ в организм.
В результате воздействия вредных веществ могут возникать профессиональные заболевания; так, при длительном вдыхании пыли—пневмокониозы. Наиболее тяжелым из них является силикоз, возникающий при попадании в легкие пыли, содержащей двуокись кремния. Это заболевание имеет место в литейном производстве, при пескоструйной обработке. Пыль, образующаяся при сварке, а также шлифовании, может быть причиной заболевания пневмокониозом.
Метеорологические условия, или микроклимат, в производственных условиях определяются следующими параметрами: 1) температурой воздуха t (°С); 2) относительной влажностью j (%); 3) скоростью движения воздуха на рабочем месте v (м/с).
Кроме этих параметров, являющихся основными, не следует забывать об атмосферном давлении Р, которое влияет на парциальное давление основных компонентов воздуха (кислорода и азота), а следовательно, и на процесс дыхания.
Жизнедеятельность человека может проходить в довольно широком диапазоне давлений 734—1267 гПа (550—950 мм рт.ст.). Однако здесь необходимо учитывать, что для здоровья человека опасно быстрое изменение давления, а не сама величина этого давления. Например, быстрое снижение давления всего на несколько гектопаскалей по отношению к нормальной величине1013 гПа (760 мм рт. ст.) вызывает болезненное ощущение.
Необходимость учета основных параметров микроклимата может быть объяснена на основании рассмотрения теплового баланса между организмом человека и окружающей средой производственных помещений.
Величина тепловыделения Q организмом человека зависит от степени физического напряжения в определенных метеорологических условиях и составляет от 85 (в состоянии покоя) до 500 Дж/с (тяжелая работа).
Человек постоянно находится в процессе теплового взаимодействия с окружающей средой. Для того чтобы физиологические процессы в его организме протекали нормально, выделяемая организмом теплота должна отводиться в окружающую человека среду. Соответствие между количеством этой теплоты и охлаждающей способностью среды характеризует ее как комфортную. В условиях комфорта у человека не возникает беспокоящих его температурных ощущений холода или перегрева.
Отдача теплоты организмом человека в окружающую среду происходит в результате теплопроводности через одежду Qт, конвекции у тела Qк, излучения на окружающие поверхности Qи, испарения влаги с поверхности кожи Qисп. Часть теплоты расходуется на нагрев вдыхаемого воздуха Qв.
Количество теплоты, отдаваемое организмом человека различными путями, зависит от величины того или иного параметра микроклимата. Так, теплоотдача конвекцией зависит от температуры окружающего воздуха скорости его движения на рабочем месте. Излучение теплоты происходит в направлении окружающих человека поверхностей, имеющих более низкую температуру, чем температура поверхности одежды (27—31° С) и открытых частей тела человека (около 33,4° С). При высоких температурах окружающих поверхностей (30—35° С) теплоотдача излучением полностью прекращается, а при более высоких температурах теплообмен идет в обратном направлении—от поверхностей к человеку. Отдача теплоты за счет испарения зависит от относительной влажности и скорости движения воздуха. В состоянии покоя при температуре окружающего воздуха18° С доля Qк составляет около 30% всей отводимой теплоты, Qи~45%, Qисп~20% и Qв~5%.
При изменении температуры воздуха, скорости его движения и влажности, при наличии вблизи человека нагретых поверхностей, в условиях физической работы и т. д. эти соотношения существенно изменяются.
Нормальное тепловое самочувствие (комфортные условия), соответствующее данному виду работы, обеспечивается при соблюдении теплового баланса: Q = Qт + Qк + Qи + Qисп + Qв, поэтому температура внутренних органов человека остается постоянной (около)36,6° С). Эта способность человеческого организма поддерживать постоянной температуру при изменении параметров микроклимата и при выполнении различной по тяжести работы называется терморегуляцией.
При высокой температуре воздуха в помещении кровеносные сосуды кожи расширяются, при этом происходит повышенный приток крови к поверхности тела, и теплоотдача в окружающую среду значительно увеличивается. Однако при температурах окружающего воздуха и поверхностей оборудования и помещений30—35° С отдача теплоты конвекцией и излучением в основном прекращается. При более высокой температуре воздуха большая часть теплоты отдается путем испарения с поверхности кожи. В этих условиях организм теряет определенное количество влаги, а вместе с ней и соли, играющие важную роль в жизнедеятельности организма. Поэтому в горячих цехах рабочим дают подсоленную воду. При понижении температуры окружающего воздуха реакция человеческого организма иная: кровеносные сосуды кожи сужаются, приток крови к поверхности тела замедляется, и отдача теплоты конвекцией и излучением уменьшается. Таким образом, для теплового самочувствия человека важно определенное сочетание температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне. Влажность воздуха оказывает большое влияние на терморегуляцию организма. Повышенная влажность ((р>85%) затрудняет терморегуляцию из-за снижения испарения пота, а слишком низкая влажность ((р<:20%) вызывает пересыхание слизистых оболочек дыхательных путей. Оптимальные величины относительной влажности составляют 40—60%. Движение воздуха в помещениях является важным фактором, влияющим на тепловое самочувствие человека. В жарком помещении движение воздуха способствует увеличению отдачи теплоты организмом и улучшает его состояние, но оказывает неблагоприятное воздействие при низкой температуре воздуха в холодный период года. Минимальная скорость движения воздуха, ощущаемая человеком, составляет 0,2 м/с. В зимнее время года скорость движения воздуха не должна превышать 0,2—0,5 м/с, а летом—0,2—1,0 м/с. В горячих цехах допускается увеличение скорости обдува рабочих (воздушное душирование) до 3,5 м/с. Скорость воздуха оказывает также влияние на распределение вредных веществ в помещении. Воздушные потоки могут распространять их по всему объему помещения, переводить пыль из осевшего состояния во взвешенное. В ряде случаев относительно высокая скорость воздуха (более 0,3—0,5 м/с) может мешать технологическому процессу, например, при сварке в среде защитных газов. При воздействии высокой температуры воздуха, интенсивного теплового излучения возможен перегрев организма, который характеризуется повышением температуры тела, обильным потовыделением,. Учащением пульса и дыхания, резкой слабостью, головокружением, а в тяжелых случаях—появлением судорог и •возникновением теплового удара. Особенно неблагоприятные условия возникают в том случае, когда наряду с высокой температурой в помещении наблюдается повышенная влажность, ускоряющая возникновение перегрева организма. Вследствие резких колебаний температуры в помещении, обдувания холодным воздухом (сквозняки) на производстве имеют место простудные заболевания. В соответствии с ГОСТ 12.1.005—76 устанавливаются оптимальные и допустимые метеорологические условия для рабочей зоны помещения, при выборе которых учитываются:
1) время года—холодный и переходный периоды со среднесуточной температурой наружного воздуха ниже +10° С; теплый период с температурой +10° С и выше;
2) категория работы; все работы по тяжести под разделяются на категории:
а) легкие физические работы с энергозатратами до 172 Дж/с (150 ккал/ч) ',к которым относятся, например, основные процессы точного приборостроения и машиностроения;
б) физические работы средней тяжести с энергозатратами 172—293 Дж/с (150—250 ккал/ч), например, в механосборочных, механизированных литейных, прокатных, термических цехах и т. п.;
в) тяжелые физические работы с энергозатратами более 293 Дж/с, к которым относятся работы, связанные с систематическим физическим напряжением и переносом значительных (более 10 кг) тяжестей; это—кузнечные цехи с ручной ковкой, литейные с ручной набивкой и заливкой опок и т. п.;
3) характеристика помещения по избыткам явной теплоты: все производственные помещения делятся на Помещения с незначительными избытками явной теплоты, приходящимися на 1 м.куб. объема помещения, 23,2. Дж/(м.куб. с)и менее, и со значительными избытками — более 23,2 Дж/(м.куб. с).
Явная теплота—теплота, поступающая в рабочее помещение от оборудования, отопительных приборов, нагретых материалов, людей и других источников, в результате инсоляции и воздействующая на температуру воздуха в этом помещении.
К избыткам явной теплоты (избыточному тепловому потоку) относятся остаточные количества явной теплоты (за вычетом теплопотерь), поступающие в помещение после осуществления всех технологических, строительных и санитарно-технических мероприятий по их уменьшению (теплоизоляция нагретых поверхностей, герметизация оборудования, устройство местных отсосов нагретого воздуха). Величину избытков явной теплоты определяют на основании баланса теплоты в помещении по формуле:
Qизб = åQ åQух ( )
где åQ — суммарное количество поступающей в помещение явной теплоты; åQух — суммарное количество уходящей из помещения теплоты (за счет теплопотерь ограждениями, нагрева поступающего в помещение воздуха и т. п.).
В так называемых холодных цехах (механосборочных и др.) избытки явной теплоты составляют менее 23,2 Дж/(м.куб. с). В горячих цехах (прокатных, кузнечных, термических, литейных и т. п.) избытки явной теплоты в ряде случаев достигают 300—500 Дж/(м.куб. ч).
Основными источниками тепловыделений в машиностроении являются пламенные печи, электропечи, ванны с подогревом, кузнечные горны, нагретый металл, электрооборудование, различные нагретые поверхности, солнечная радиация.
С учетом перечисленных выше факторов определяют нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха. Например, для легкой работы, выполняемой в помещениях с незначительными избытками явной теплоты в холодный период года, допустимые параметры следующие: температура 19—25° С, относительная влажность не более 75%, скорость движения воздуха не более 0,2 м/с.
Требуемое состояние воздуха рабочей зоны может быть обеспечено выполнением определенных мероприятий, к основным из которых относятся:
1. Механизация и автоматизация производственных процессов, дистанционное управление ими. Эти мероприятия имеют большое значение для защиты от воздействия вредных веществ, теплового излучения, но при выполнении тяжелых работ. Автоматизация процессов, сопровождающихся выделением вредных веществ, не только повышает производительность, но улучшает условия труда, поскольку рабочие выводят(из опасной зоны. Например, внедрение автоматической сварки с дистанционным управлением вместо ручной дает возможность резко оздоровить условия труда сварщика, применение роботов манипуляторов позволяет устранить тяжелый ручной труд.
2. Применение технологических процессов и оборудования, исключающих образование вредных веществ и попадание их в рабочую зону. При проектировании новых технологических процессов и оборудования необходимо добиваться исключения или резкого уменьшения выделения вредных веществ в воздух производственных помещений. Этого можно достичь, например, заменою токсичных веществ нетоксичными, переходом с твердого и жидкого топлива на газообразное, электрический в высокочастотный нагрев, применением пылеподавления водой (увлажнение, мокрый помол) при измельчении транспортировке материалов и т. д.
Большое значение для оздоровления воздушной среды имеет надежная герметизация оборудования, в котором находятся вредные вещества, в частности, нагревательных печей, газопроводов, насосов, компрессор, конвейеров и т. д. Через неплотности в соединениях, а также вследствие газопроницаемости материалов происходит истечение находящихся под давлением газов. Количество вытекающего газа зависит от его физических свойств, площади не плотностей и разницы давлений снаружи и внутри оборудования.
3. Защита от источников тепловых излучений. Это важно для снижения температуры воздуха в помещен и теплового облучения работающих;
4. Устройство вентиляции и отопления, что имеет большое значение для оздоровления воздушной среды в производственных помещениях.
5. Применение средств индивидуальной защиты.
Системы вентиляции
Задачей вентиляции является обеспечение чистоты воздуха и заданных метеорологических условий в производственных помещениях. Вентиляция достигается удалением загрязненного или нагретого воздуха из помещения и подачей в него свежего воздуха.
По способу перемещения воздуха вентиляция бывает с естественным побуждением (естественной) и с механическим (механической). Возможно также сочетание естественной и механической вентиляции (смешанная вентиляция).
В зависимости от того, для чего служит система вентиляции, для подачи (притока) или удаления (вытяжки) воздуха из помещения или(и) для того и другого одновременно, она называется приточной, вытяжной или приточно-вытяжной.
По месту действия вентиляция бывает общеобменной и местной.
Действие общеобменной вентиляции основано на разбавлении загрязненного, нагретого, влажного воздуха помещения свежим воздухом до предельно допустимых норм. Эту систему вентиляции наиболее часто применяют в случаях, когда вредные вещества, теплота, влага выделяются равномерно по всему помещению. При такой вентиляции обеспечивается поддержание необходимых параметров воздушной среды во всем объеме помещения (рис.6.1,а).
Если помещение очень велико, а число людей, находящихся в нем, мало, причем место их нахождения фиксировано, не имеет смысла (по экономическим соображениям) оздоровлять все помещение полностью, можно ограничиться оздоровлением воздушной среды только в местах нахождения людей. Примером такой вентиляции могут служить кабины наблюдения и управления в прокатных цехах, в которых устраивается местная приточно-вытяжная вентиляция (рис.6.1,г), рабочие места в горячих цехах, оборудованных установками воздушного душирования, и т.п.
Воздухообмен в помещении можно значительно сократить, если улавливать вредные вещества в местах их выделения, не допуская распространения по помещению. С этой целью технологическое оборудование, являющееся источником выделения вредных веществ, снабжают специальными устройствами, от которых производится отсос загрязненного воздуха. Такая вентиляция называется местной вытяжной (рис. 6.1,г).
Местная вентиляция по сравнению с общеобменной требует значительно меньших затрат на устройство и эксплуатацию.
В производственных помещениях, в которых возможно внезапное поступление в воздух рабочей зоны больших количеств вредных паров и газов, наряду с рабочей предусматривается устройство аварийной вентиляции.
На производстве часто устраивают комбинированные системы вентиляции (общеобменную с местной, общеобменную с аварийной и т. п.).
Для эффективной работы системы вентиляции важно, чтобы еще на стадии проектирования были выполнены следующие технические и санитарно-гигиенические требования.
1. Количество приточного воздуха Lпр должно соответствовать количеству удаляемого (вытяжки) Lвыт разница между ними должна быть минимальной.
В ряде случаев необходимо так организовать воздухообмен, чтобы одно количество воздуха обязательно было больше другого. Например, при проектировании вентиляции двух смежных помещений (рис.6.1,д), в одном из которых выделяются вредные вещества (помещение 1), количество удаляемого воздуха из этого помещения должно быть больше количества приточного воздуха, т.е. Lвыт1 > Lпр1, в результате чего в этом помещении создается небольшое разрежение и безвредный воздух из помещения 11 с небольшим избыточным давлением (Lвыт11 < Lпр11) будет попадать в помещение 1, не давая возможности вредным веществам проникать в помещение 11.
Возможны такие схемы организации воздухообмена, когда во всем помещении поддерживается избыточное по отношению к атмосферному давление. Например, в цехах электровакуумного производства, для которого особенно важно отсутствие пыли, проникающей через различные неплотности в ограждениях, количество приточного воздуха делается больше удаляемого, за счет чего и создается избыток давления (pпом > pатм).
2. Приточные и вытяжные системы в помещении должны быть правильно размещены. Свежий воздух необходимо подавать в те части помещения, где количество вредных выделений минимально (или их нет вообще), а удалять, где выделения максимальны (рис.6.1,б, в).
Приток воздуха должен производиться, как правило, в рабочую зону, а вытяжка из верхней зоны помещения. В ряде случаев (при удалении вредных паров и газов с плотностью большей, чем у воздуха) вытяжку можно производить из нижней зоны.
3. Система вентиляции не должна вызывать переохлаждения или перегрева работающих.
4. Система вентиляции не должна создавать шум на рабочих местах, превышающий предельно допустимые уровни.
5. Система вентиляции должна быть электро, пожаро и взрывобезопасна, проста по устройству, надежна в эксплуатации и эффективна.
Кондиционирование воздуха это создание и автоматическое поддержание в помещениях независимо от наружных условий постоянных или изменяющихся по определенной программе температуры, влажности, чистоты и скорости движения воздуха, наиболее благоприятных для людей или требуемых для нормального протекания технологического процесса. Поэтому на промышленных предприятиях кондиционирование воздуха применяется либо для обеспечения комфортных (оптимальных) санитарно-гигиенических условий, создание которых обычной вентиляцией невозможно, либо как составная часть технологического процесса. В последнем случае кондиционирование применяют:
Системы кондиционирования могут работать круглый год или только в летнее время, выполняя в последнем случае охладительно-осушительные функции.
Кондиционер это вентиляционная установка, которая с помощью приборов автоматического регулирования поддерживает в помещении заданные параметры воздушной среды. Кондиционеры бывают двух видов: установки полного кондиционирования воздуха, обеспечивающие постоянство температуры, относительной влажности, скорости движения и чистоты воздуха; установки неполного кондиционирования, обеспечивающие постоянство только части этих параметров или одного параметра, чаще всего температуры.
В зависимости от способа холодоснабжения кондиционеры подразделяются на автономные и неавтономные. В автономных кондиционерах холод вырабатывается встроенными холодильными агрегатами. Неавтономные кондиционеры снабжаются холодоносителем централизованно.
По способу приготовления и раздачи воздуха кондиционеры подразделяются на центральные и местные.
Конструкция центральных кондиционеров предусматривает приготовление воздуха вне обслуживаемых помещений и его раздачу по системе воздуховодов. В местных же кондиционерах приготовление воздуха происходит непосредственно в обслуживаемых помещениях. Воздух раздается без воздуховодов. Центральные кондиционеры применяют в больших цехах, их отличает большая производительность по воздуху (30 250 тыс. м.куб./ч).
Местные кондиционеры используют в сравнительно небольших помещениях (лабораториях, кабинах наблюдения, рабочих кабинетах и т.п.). Производительность их соответственно ниже, чем центральных кондиционеров.
Центральный кондиционер (рис.6.2) применяется для обслуживания отдельных помещений с целью поддержания постоянными температуру, влажность и чистоту воздуха. Кондиционер работает по схеме частичной рециркуляции воздуха. Наружный воздух и воздух, забираемый из помещения (в кондиционере существует разрежение, возникающее при работе вентилятора 8), постукает в камеру смешения 1, Поступление воздуха регулируется клапанами 1, причем клапан для наружного воздуха делается утепленным. Далее смесь воздуха проходит через фильтр 2. При низкой наружной темпера туре воздух подогревается в калориферах первого подогрева 8. Количество воздуха, проходящего через калориферы, регулируется клапанами 4. В камере орошения 11 воздух увлажняется, что достигается распылением холодной воды форсунками 5. На входе и выходе камеры орошения установлены каплеотделители 6, пройдя которые воздух вновь подогревается в калорифере второго подогрева 7 в зависимости от требуемой температуры в помещении. При этом относительная влажность воздуха снижается до определенного заданного уровня.
Работа кондиционеров автоматизирована. Приборы автоматы (термо и влагорегуляторы) при изменении заданных параметров воздуха в помещении (температуры и влажности) приводят в действие клапаны, регулирующие смешение наружного и рециркуляционного воздуха, нагрев воздуха в калориферах, подачу теплоносителя в калориферы, а также холодной воды к форсункам.
Многие автономные кондиционеры имеют встроенные компрессорные холодильные машины.
Кондиционирование воздуха требует по сравнению с вентиляцией больших единовременных и эксплуатационных затрат, но эти затраты быстро окупаются за счет повышения производительности труда, снижения заболеваемости, уменьшения брака, улучшения качества выпускаемой продукции и т.п.
Чрезвычайная ситуация-совокупность исключительных обстоятельств, сложившихся в соответствующей зоне в результате ЧС техногенного, антропогенного или природного происхождения, характеризующегося резким нарушением установившихся процессов или явлений и оказывающего значительное воздействие на жизнедеятельность людей, функционирование экономики, социальную сферу и природную среду.
Продолжение работы в ЧС сопряжено с большой опасностью: быстрое и не контролируемое развитие событий, возможность человеческих жертв и разрушений. Здесь же и стрессовое состояние людей (страх, депрессия, паника, остроконфликтность), неопределённость ситуации, сложность принятия решений и прогнозирование хода событий.
Любая ЧС имеет четыре стадии:
1-я - стадия зарождения, т.е. накопление отклонений от нормального состояния объекта.
2-я - начало чрезвычайного события.
3-я - развитие чрезвычайного события. Высвобождение факторов риска, оказывающих неблагоприятное воздействие.
4-я - стадия затухания.
На основе стадий ЧС строятся типовые модели возникновения, развития и борьбы с ЧС. Задача обеспечения устойчивости работы состоит в создании инструкций по работе участка при ЧС, последовательности действий выполняемых для снижения потенциального риска при работе на оборудовании и применении необходимых защитных устройств.
Под устойчивостью понимают функционирование объекта производства, способность его в условиях чрезвычайной ситуации выпускать продукцию в запланированном объёме и номенклатуре, а в случае аварии восстановление производства в минимально короткие сроки.
На устойчивость функционирования объекта влияют следующие факторы: надёжность защиты рабочих и служащих от последствий стихийных бедствий, аварий и катастроф. Способности инженерно-технического комплекса объекта противостоять в определённой степени этим воздействиям; надёжность системы снабжения всем необходимым для производства продукции (сырьём, топливом, энергией, газом, водой и т.п.); устойчивость и непрерывность управления производством.
Любая модель стратегии действий создаётся после аналитико-прогностической оценке возможности возникновения риска ЧС. Определяются вероятные источники, устанавливается степень их опасности; выявляются факторы риска для жизни и здоровья людей, возможные поражения, потери и ущерб. Разрабатываются меры правового регулирования мероприятий по минимизации возможного риска. Проводится социально-экологическая экспертиза проектов и надзор за их исполнением, сложные инженерные системы оснащаются дополнительными защитными устройствами. Создание специальных отделов занимающихся разработкой оперативных планов действий на местах, эвакуационно-спасательных работ, оказанием медицинской и другой помощи пострадавшим.
Учитывая большую роль человеческого фактора в возникновении катастроф и аварий, важное место должно быть отведено мерам по совершенствованию человеко-машинного взаимодействия на основе рекомендаций эргономики и инженерной психологии. Сам персонал потенциально опасных объектов должен отвечать требованиям психофизиологической устойчивости и надежности, уметь быстро принимать верные решения в нестандартных ситуациях. Необходима также эффективная процедура создания проектов(технологий, предприятий, объектов) на конкурсной основе. В ходе независимой социально-экономической и экологической экспертизы проектов приоритет отдаётся обеспечению безопасности жизнедеятельности человека и окружающей природной среды.
Основные мероприятия по повышению устойчивости работы ОБЪЕКТОВ ПРОИЗВОДСТВА
Основные мероприятия по повышению устойчивости, проводимые на объектах, предусматривают: защиту рабочих и служащих и инженерно-технологического комплекса от последствий стихийных бедствий, аварий, обеспечение надёжности управления и материально-технического снабжения; подготовку его к восстановлению и переводу на режим работы в условиях ЧС.
Защита инженерно-технического комплекса предусматривает сохранение материальной основы производства: технологического, транспортного и вспомогательного оборудования оборудования и комунально-энергетических сетей.
В каменных зданиях перекрытия должны быть из армированного бетона или из бетонных плит. Большие здания разделяются несгораемыми стенами. Повышение устойчивости зданий достигается устройством каркасов, рам. подкосов, промежуточных опор для уменьшения пролёта несущих конструкций. Цех разделён на отдельные участки. Каждый участок включает несколько единиц основного технологического оборудования, транспортную систему, систему складирования деталей.
Основные мероприятия по повышению устойчивости технологического оборудования ввиду его более высокой прочности по сравнению со зданиями, в которых оно размещается, заключается в сооружении над ними специальных устройств (в виде кожухов, шатров, зонтов и т.п.), защищающего его от повреждения обломками разрушающихся конструкций.
При реконструкции и расширении промышленных объектов наиболее ценное и уникальное оборудование необходимо размещать в нижних этажах и подвальных помещениях или в специальных сооружениях. Целесообразно также разместить его в отдельно стоящих зданиях, имеющих облегчённые и несгораемые ограждающие конструкции, разрушение которых не повредит оборудованию.
Электроэнергия должна поступать на участок с двух направлений, при питании с одного направления необходимо предусмотреть автономный источник.
Должна быть создана устойчивая система водоснабжения участка.
Снабжение водой должно осуществляться от двух источников основного и резервного, один из которых должен быть подземным.
Резервными источниками могут быть близко расположенный водоём, от которого заблаговременно проводится водопровод, а так же резервуары с запасом воды, защищенные от радиоактивного, химического и биологического заражения. Сети водоснабжения оборудуются задвижками для отключения отдельных участков при авариях.
Для повышения устойчивости канализации следует строить раздельные системы: одна для ливневых, другая для промышленных и хозяйственных вод.
В системе промышленной и хозяйственной канализации необходимо оборудовать не менее двух выпусков в городские коллекторы.
В цехах необходимо оборудовать автоматическую сигнализацию, которая позволила бы предотвратить аварии, взрывы и загазованность территории; следует предусмотреть, где необходимо, строительство защитных дамб от затопления территории, подготовить и рационально разместить средства пожаротушения.
В данном дипломном проекте проектируется участок механической обработки деталей типа вал-шестерня. Участок разрабатывается на основе анализа базового, путем его модернизации. Внедряется высокоуниверсальное автоматизированное оборудование, высвобождаются площади, оптимизируются режимы резания, повышается безопасность внедряемого оборудования, снижаются затраты на материалы, энергоносители, значительно уменьшается число рабочих, особенно рабочих низкоквалифицированного труда, снижаются затраты на заработную плату, соответственно снижается себестоимость изделия.
Для определения перечисленных показателей используем методику, изложенную в /39/, а также данные, полученные на базовом предприятии во время прохождения преддипломной практики.
Ожидаемые результаты проекта
Размер необходимых инвестиций 2333,4 тыс. руб.
Срок окупаемости проекта 2,43 лет
Чистая дисконтированная стоимость за 5 лет 3009,368 тыс. руб.
В настоящий момент предприятие, на котором изготавливается рассматриваемая деталь и на которое проектируется новый участок, ОАО "Русич", находится в тяжёлом экономическом и техническом состоянии, обусловленном тяжелым состоянием всей экономики страны.
Сильной стороной предприятия является высокая квалификация научно-технического персонала и организация производства.
Слабая сторона, это ориентация производства на военный заказ, что для условий нашей страны не позволяет получать высокую прибыль, низкая заработная плата и низкая автоматизация и механизация производства.
На проектируемом участке обрабатывается группа деталей типа вал. Они представляют собой небольшие по габаритам детали массой около 15 кг.
Проектируя новый участок предприятие стремится снизить затраты на материал, энергоносители, производственные площади, заработную плату и повысить производительность, тем самым снизить себестоимость продукции.
Загрузка оборудования на ТП представлена в таблице. Технология изготовления рассматриваемых деталей представлена в приложениях (комплект технологической документации).
Более подробный анализ технологии изготовления подобных деталей приведен в разделе 2.
Исходные данные для расчетов по проектируемому варианту берем из раздела 5 (номенклатура изготовляемых изделий на участке, их годовые объемы выпуска, количество потребного оборудования и т.д.) и представленного в приложении комплекта технологической документации, а также используем данные, полученные во время прохождения практики на базовом предприятии.
Годовой объем выпуска деталей, обрабатываемых на участке - 14000 шт. Тип производства среднесерийный.
Составим таблицу по расчёту количества рабочих мест на участке и их балансовой стоимости. См. табл. 7.1.
Таблица 7.1.
|
Годовой объем выпуска детали, шт |
ТИП СТАНКА |
||||||||
|
Фрез-центр. МР-71 |
токарная 16k20ф3 |
верт.-фрез 6Р11РФ3 |
Шлицефрез 5А352ПФ2 |
Зубофрез 53А30Н |
зубошлиф 5В833 |
Круглошлиф 3М151Ф2 |
Шлицешлиф 3451А |
||
|
01101.00001 |
8000 |
2,25 |
13,15 |
13,38 |
8,52 |
|
|
4,42 |
6,9 |
|
01101.00002 |
7000 |
2,17 |
22,09 |
19,99 |
8,4 |
34,5 |
97 |
6,2 |
6,1 |
|
01101.00003 |
7000 |
2,19 |
30,59 |
23,8 |
|
27,4 |
|
9,7 |
|
|
01101.00004 |
7000 |
2,25 |
12,86 |
9,38 |
8,52 |
|
|
4,42 |
6,9 |
|
Т,ст-ч. |
64270 |
563980 |
479230 |
186600 |
433300 |
679000 |
177600 |
146200 |
|
|
Фо,ч |
243300 |
236100 |
236100 |
236100 |
243300 |
243300 |
236100 |
243300 |
|
|
Ср/=Т/Фо |
0,26 |
2,39 |
2,03 |
0,79 |
1,78 |
2,79 |
0,75 |
0,60 |
|
|
Ср |
1,00 |
3,00 |
3,00 |
1,00 |
2,00 |
3,00 |
1,00 |
1,00 |
|
|
Кз |
0,26 |
0,80 |
0,68 |
0,79 |
0,89 |
0,93 |
0,75 |
0,60 |
|
|
Ки |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
Сп/=Ср/Ки |
1 |
3 |
3 |
1 |
2 |
3 |
1 |
1 |
|
|
Сп |
1 |
3 |
3 |
1 |
2 |
3 |
1 |
1 |
|
|
Кз*Ки |
0,26 |
0,80 |
0,68 |
0,79 |
0,89 |
0,93 |
0,75 |
0,60 |
Занимаемая площадь участка S = 525 м2
Расчёт капитальных вложений проекта сведён в табл. 7.2
|
наименование |
Расчетная единица |
норматив |
стоимость, млн руб |
|
1. Здания и сооружения |
525 |
5000 |
2625 |
|
2. Производств оборудование |
|
|
1970 |
|
3. Подьемно-транспорт оборуд |
- |
10-12% |
236,4 |
|
4. Приспособл и инструменты |
- |
10-15% |
295,5 |
|
5. Прочие средства |
- |
3-5% |
98,5 |
Величина капитальных вложений (инвестиций) по проектируемому варианту приведена в табл. 7.3
|
Стоимость нов оборудования |
Кн= |
2600,4 |
|
|
стоимость ликвидируемых основных средств |
Кна= |
267 |
|
|
Кпр= |
2333,4 |
Определение технологической себестоимости
Рассчитываются те статьи себестоимости продукции, которые различаются в базовом и проектном вариантах.
1) Затраты на материал рассчитываются по формуле:
Зм = (Pmi Цmi – Poi Цoi) (7.1)
где Рmi - вес заготовки, кг;
Цmi - цена 1 кг. материала для стали:
Рoi - вес отходов, кг
Цoi - цена кг. отходов.
m - количество видов деталей
Результаты расчета приведены в таблицах. См. табл. 7.4 и табл. 7.5.
|
Деталь |
Годовой объем выпуска |
Вес заготовки, кг |
Вес детали, кг |
Вес стружки за год, кг |
Цена материала, руб/т. |
Стоимость материала, руб. |
Стоимость стружки, руб. |
Стоимость 1кг стружки,руб. |
|
01101.00001 |
8000 |
12 |
8,8 |
25600 |
29000 |
2784000 |
14848 |
0,58 |
|
01101.00002 |
7000 |
25,6 |
16,84 |
61320 |
32000 |
5734400 |
39244,8 |
0,64 |
|
01101.00003 |
7000 |
20,9 |
16,2 |
32900 |
25000 |
3657500 |
16450 |
0,5 |
|
01101.00004 |
7000 |
16,6 |
12,5 |
28700 |
29000 |
3369800 |
16646 |
0,58 |
|
ИТОГО |
29000 |
75,1 |
54,34 |
148520 |
15545700 |
87188,8 |
|
Деталь |
Годовой объем выпуска |
Вес заготовки, кг |
Вес детали, кг |
Вес стружки за год, кг |
Цена материала, руб/т. |
Стоимость материала, руб. |
Стоимость стружки, руб. |
Стоимость 1кг стружки,руб. |
|
01101.00001 |
8000 |
11,7 |
8,8 |
23200 |
29000 |
2714400 |
13456 |
0,58 |
|
01101.00002 |
7000 |
25,3 |
16,84 |
59220 |
32000 |
5667200 |
37900,8 |
0,64 |
|
01101.00003 |
7000 |
20,7 |
16,2 |
31500 |
25000 |
3622500 |
15750 |
0,5 |
|
01101.00004 |
7000 |
16 |
12,5 |
24500 |
29000 |
3248000 |
14210 |
0,58 |
|
ИТОГО |
29000 |
73,7 |
54,34 |
138420 |
|
15252100 |
81316,8 |
2) Затраты на энергию рассчитываются по формуле:
Зэ= ti*Ni*Km*Kn*Э (7.2)
где ti - штучное время на i-ой операции;
Ni - установленная (потребляемая) мощность или расход энергии;
Km = 0,90 - коэффициент использования мощности;
Kn = 0,95 - коэффициент местных потерь;
Э = 0,36 руб/кВт ч – тариф на электроэнергию.
Результаты расчетов приведены в таблице. См. табл. 7.6
Таблица 7.6.
|
Процесс |
Оборудование |
время, ti, ч |
мощность, Ni квт |
к исп мощн, km |
к мест пот, kп |
тариф Э, р |
Затраты на энергию., Зэ |
|
|
базовый |
МР-71 |
1449,17 |
13,0 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
14690,029 |
|
|
|
1К62 |
7716,40 |
3,5 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
21059,290 |
|
|
|
1722 |
4061,08 |
10,5 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
33250,039 |
|
|
|
2А53 |
3998,68 |
5,5 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
17149,073 |
|
|
|
692Р |
4819,00 |
10,0 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
37576,634 |
|
|
|
53А50Н |
6766,55 |
10,0 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
52762,850 |
|
|
|
3М162В |
9363,20 |
13,0 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
94913,635 |
|
|
|
5831 |
13318,32 |
4,5 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
46732,908 |
|
|
|
5350 |
9237,91 |
5,5 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
39618,426 |
|
|
|
3451А |
10789,82 |
3,0 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
25240,398 |
382993,28 |
|
проектный |
МР-71 |
1071,17 |
13,0 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
12328,681 |
|
|
|
16К20Ф3 |
6566,12 |
5,5 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
31973,303 |
|
|
|
6Р11РФ3 |
7339,08 |
5,5 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
35737,217 |
|
|
|
5А352ПФ2 |
3110,00 |
6,5 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
17897,401 |
|
|
|
53А30Н |
5324,55 |
10,0 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
47141,037 |
|
|
|
5В833 |
7583,33 |
4,0 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
26855,693 |
|
|
|
3М151Ф2 |
2960,00 |
15,2 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
39833,780 |
|
|
|
3451А |
2436,67 |
3,0 |
0,90 |
0,95 |
0,95 |
6471,927 |
205910,36 |
|
-177082,93 |
3) Расчет затрат на заработную плату
Система оплаты труда повременная:
Зп = ai ti , руб. (7.3)
где ai – часовая тарифная ставка:
ti – фонд времени
Таблица 7.7.
|
Процесс |
Оборудование |
время, ti, ч |
час тариф ставка, ai, руб/ч |
коэф доплат kg |
коэф отчисл, Kc |
коэф доп з/п, Kдоп |
Затраты на энергию., Зэ |
|
|
базовый |
МР-71 |
1449,17 |
23,95 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
54045,109 |
|
|
|
1К62 |
7716,40 |
17,96 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
215801,076 |
|
|
|
1722 |
4061,08 |
23,95 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
151453,726 |
|
|
|
2А53 |
3998,68 |
17,96 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
111829,372 |
|
|
|
692Р |
4819,00 |
17,96 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
134770,798 |
|
|
|
53А50Н |
6766,55 |
23,95 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
252351,189 |
|
|
|
3М162В |
9363,20 |
17,96 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
261856,389 |
|
|
|
5831 |
13318,32 |
23,95 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
496692,265 |
|
|
|
5350 |
9237,91 |
23,95 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
344517,772 |
2425712,215 |
|
|
3451А |
10789,82 |
23,95 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
402394,520 |
|
|
проектный |
МР-71 |
1071,17 |
23,95 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
51227,443 |
|
|
|
16К20Ф3 |
6566,12 |
23,95 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
314017,771 |
|
|
|
6Р11РФ3 |
7339,08 |
17,96 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
263201,443 |
|
|
|
5А352ПФ2 |
3110,00 |
17,96 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
111533,886 |
|
|
|
53А30Н |
5324,55 |
17,96 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
190954,262 |
|
|
|
5В833 |
7583,33 |
23,95 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
362665,111 |
|
|
|
3М151Ф2 |
2960,00 |
17,96 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
106154,439 |
|
|
|
3451А |
2436,67 |
23,95 |
1,15 |
1,35 |
1,18 |
116531,075 |
1516285,431 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-909 426,8 |
4) Затраты времени на текущий ремонт рассчитываются как 4% от стоимости оборудования:
Таблица 7.8.
|
Процесс |
затр на оборуд |
затр на тек рем |
|
базовый |
1933000 |
77320,0 |
|
проектный |
2824000 |
112960,0 |
|
35640,0 |
5) Затраты на амортизацию рассчитываются по формуле
Ау= , (7.4)
где Fэ - эффективный фонд работы оборудования, ч;
Кб - балансовая стоимость оборудования;
На=15% - норма амортизации;
kз - коэффициент загрузки оборудования;
kв - коэффициент выполнения норм.
Результаты расчета приведены в таблице. См табл. 7.9
|
Процесс |
№ операции |
время, ti, ч |
балансовая стоимость |
норма амортизации, На |
фонд вр раб ст Fэф |
коэф загр Кз |
коэф вып норм Квн |
Затраты на зар/плату., Ззп |
|
|
базовый |
МР-71 |
1449,17 |
250,0 |
0,15 |
4055,00 |
0,36 |
1,000 |
39,38 |
|
|
|
1К62 |
7716,40 |
170,0 |
0,15 |
4055,00 |
0,81 |
1,000 |
63,00 |
|
|
|
1722 |
4061,08 |
250,0 |
0,15 |
4055,00 |
0,50 |
1,000 |
78,75 |
|
|
|
2А53 |
3998,68 |
100,0 |
0,15 |
4055,00 |
0,84 |
1,000 |
18,53 |
|
|
|
692Р |
4819,00 |
270,0 |
0,15 |
4055,00 |
0,59 |
1,000 |
85,05 |
|
|
|
53А50Н |
6766,55 |
70,0 |
0,15 |
4055,00 |
0,83 |
1,000 |
22,05 |
|
|
|
3М162В |
9363,20 |
200,0 |
0,15 |
4055,00 |
0,77 |
1,000 |
94,50 |
|
|
|
5831 |
13318,32 |
213,0 |
0,15 |
4055,00 |
0,82 |
1,000 |
134,19 |
|
|
|
5350 |
9237,91 |
250,0 |
0,15 |
4055,00 |
0,76 |
1,000 |
118,13 |
|
|
|
3451А |
10789,82 |
160,0 |
0,15 |
4055,00 |
0,89 |
1,000 |
75,60 |
729,17 |
|
проектный |
МР-71 |
1071,17 |
250,0 |
0,15 |
4055,00 |
0,26 |
1,000 |
35,63 |
|
|
|
16К20Ф3 |
6566,12 |
462 |
0,15 |
3850,00 |
0,83 |
1,200 |
112,15 |
|
|
|
6Р11РФ3 |
7339,08 |
462 |
0,15 |
3850,00 |
0,93 |
1,200 |
112,15 |
|
|
|
5А352ПФ2 |
3110,00 |
450 |
0,15 |
3850,00 |
0,79 |
1,200 |
54,62 |
|
|
|
53А30Н |
5324,55 |
300 |
0,15 |
4055,00 |
0,66 |
1,000 |
85,50 |
|
|
|
5В833 |
7583,33 |
250 |
0,15 |
4055,00 |
0,94 |
1,000 |
71,25 |
|
|
|
3М151Ф2 |
2960,00 |
450 |
0,15 |
3850,00 |
0,75 |
1,200 |
54,62 |
|
|
|
3451А |
2436,67 |
200 |
0,15 |
4055,00 |
0,60 |
1,000 |
28,50 |
554,40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-174,76 |
Результаты расчёта проектного и базового участков сведены в таблицу. См. табл. 7.10 и табл. 7.11.
|
Элементы технологической себестоимости |
Ед. изм |
Варианты |
Результат + - |
|
|
базовый |
проектный |
|||
|
Затраты на материал |
тыс. руб. |
15458,51 |
15170,78 |
-287,73 |
|
Затраты на энергию |
-//- |
382,99 |
205,91 |
-177,08 |
|
Затраты на заработную плату, включая отчисления на социальные нужды |
-//- |
2425,71 |
1516,29 |
-909,43 |
|
Затраты на текущий ремонт оборудования |
-//- |
77,32 |
112,96 |
35,64 |
|
Амортизационные отчисления |
-//- |
729,17 |
554,40 |
-174,76 |
|
Итого технологическая себестоимость |
-//- |
19073,71 |
17560,34 |
-1513,36 |
Таблица 7.11
|
Название статей затрат |
Сущ. вариант |
Проектный вариант |
Результат + - |
|
Основные материалы за вычетом отходов |
15458,51 |
15170,78 |
-287,73 |
|
энегия и топливо для технологических целей |
382,99 |
205,91 |
-177,08 |
|
Основная и дополнительная заработная плата производственных рабочих |
2425,71 |
1516,29 |
-909,43 |
|
Отчисления от заработной платы на социальные нужды |
849,00 |
530,70 |
-318,30 |
|
Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования |
77,32 |
112,96 |
35,64 |
|
Себестоимость по участку |
19193,54 |
17536,64 |
-1656,90 |
Для данного дипломного проекта рекомендован сокращённый вариант финансового раздела и упрощённую схему прогнозирования денежных потоков, учитывающих инвестиционную деятельность. Прогноз денежных потоков приведён в таблице
Коэффициент дисконтирования для года t определяется по формуле:
Кg=1/(1+r)t (7.5)
где r - ставка дисконта;
t - количество лет срока окупаемости.
Kg 1 =1/(1+0.22)=0.82
Kg 2 =1/(1+0.22)2 =0.672
Kg 2 =1/(1+0.22)3 =0.551
Kg 2 =1/(1+0.22)4 =0.451
Kg 2 =1/(1+0.22)5 =0.370
По таблице определяем период окупаемости проекта. Оценка эффективности проекта определяется по показателям чистой дисконтированной стоимости и сроку окупаемости проекта. См. табл. 7.12 и табл. 7.13.
|
|
годы |
|||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
1. Инвестиции в проект участка (Ипр) |
-2333,40 |
|
|
|
|
|
|
2. Приращения доходов и расходов |
|
|
|
|
|
|
|
затраты на материалы |
|
287,73 |
287,73 |
287,73 |
287,73 |
287,73 |
|
заработная плата |
|
909,43 |
909,43 |
909,43 |
909,43 |
909,43 |
|
энергия электрическая |
|
177,08 |
177,08 |
177,08 |
177,08 |
177,08 |
|
текущий ремонт оборудования |
|
-35,64 |
-35,64 |
-35,64 |
-35,64 |
-35,64 |
|
амортизация нового оборудования |
|
-174,76 |
-174,76 |
-174,76 |
-174,76 |
-174,76 |
|
отмененная амортизация заменяемого оборудования |
|
34,95 |
34,95 |
34,95 |
34,95 |
34,95 |
|
Итого |
|
1198,79 |
1198,79 |
1198,79 |
1198,79 |
1198,79 |
|
Налог на прибыль (24%) |
|
287,71 |
287,71 |
287,71 |
287,71 |
287,71 |
|
Приращение доходов от инвестиций |
|
911,08 |
911,08 |
911,08 |
911,08 |
911,08 |
|
3. Коррекция денежных потоков |
|
|
|
|
|
|
|
амортизация нового оборудования |
|
174,76 |
174,76 |
174,76 |
174,76 |
174,76 |
|
отмененная амортизация заменяемого оборудования |
|
-34,95 |
-34,95 |
-34,95 |
-34,95 |
-34,95 |
|
Продажа старого оборудования |
267,00 |
|
|
|
|
|
|
Высвобождение площадей |
350,00 |
|
|
|
|
|
|
Остаточная стоимость внедряемого оборудования |
|
|
|
|
|
0,00 |
|
Чистый денежный поток |
-1716,40 |
1050,89 |
1050,89 |
1050,89 |
1050,89 |
1050,89 |
|
Коэффициент дисконтирования |
|
0,82 |
0,67 |
0,55 |
0,45 |
0,37 |
|
Чистая дисконтированная стоимость (ЧДС) |
-1716,40 |
861,3845 |
706,0529 |
578,7319 |
474,3704 |
388,8282 |
|
Срок окупаемости инвестиций, лет |
2,43 |
Таблица 7.13
|
№ п/п |
Наименование показателей |
Един изм |
Базовый вариант |
Проектный вариант |
Отклонения (+,-) |
|
1. |
Производственная программа |
т. шт |
29000 |
29000 |
0 |
|
2. |
трудоемкость единицы измерения |
Н/час |
0,65 |
0,5 |
-0,15 |
|
3. |
Численность производственных рабочих |
чел |
15 |
11 |
-4 |
|
4. |
Себестоимость изделия, в том числе: |
руб |
|
|
|
|
а) основные материалы |
-//- |
15458511,20 |
15170783,20 |
-287728,00 |
|
|
б) энергия на технологические цели |
-//- |
382993,28 |
205910,36 |
-177082,93 |
|
|
в) зарплата производственных рабочих с отчислениями |
-//- |
2425712,22 |
1516285,43 |
-909426,78 |
|
|
г) расходы на содержание и эксплуатацию оборудования |
-//- |
77320,00 |
112960,00 |
35640,00 |
|
|
д) расходы на аммортизацию оборудования |
-//- |
729,17 |
554,40 |
-174,76 |
|
|
е) косвенные расходы |
-//- |
145,83 |
110,88 |
34,95 |
|
|
5. |
Рост производителности труда |
% |
|
30,00 |
|
|
6. |
Показатели эффективности проекта |
|
|
|
|
|
- инвестиции |
тыс руб |
|
-1716,40 |
|
|
|
- чистый дисконтированный доход |
тыс руб |
|
3009,37 |
|
|
|
- период окупаемости инвестиций |
лет |
|
2,43 |
|
В данном дипломном проекте были рассмотрены возможные способы проектирования автоматизированного участка изготовления деталей колесного тягача. В соответствии с заданием в дипломном проекте были решены сле дующие задачи: по характеристике объекта производства, по определению типа производства. Выполнен анализ базового технологического процесса, анализ конструкции детали на технологичность. Произведен выбор заго товки и разработан маршрутный технологический процесс. Выбраны: тех нологические базы, последовательность технологических переходов, сред ства технологического оснащения. Рассчитаны: припуски и операционные размеры, режимы резания. Выполнено техническое нормирование опера ций, технико-экономическое обоснование проекта. Спроектировано ста ноч ное приспособление.
Разработан маршрутно – операционный технологический процесс из готовления вала-шестерни. Были использованы ранее полученные знания по разработке РТК.
В графической части дипломного проекта приведены: