Также многоосные станки могут использовать более короткие режущие инструменты, так как головка может быть опущена в направлении работы, а режущий инструмент -- в направлении поверхности. В результате достигается более высокая скорость обработки, а вибрация машины -- уменьшается.

Основная функция станка с ЧПУ состоит в том, чтобы обеспечить автоматическое и точное управление движений его элементов, таких как платформа, шпиндель и т. д. Приводы используются для обеспечения управляемого движения компонентов станка с ЧПУ. Приводная система состоит из приводных двигателей и шарико-винтовых передач. Блок управления посылает интенсивные управляющие сигналы для активации приводных двигателей, которые, в свою очередь, вращают шарико-винтовые передачи, чтобы установить платформу станка в требуемое положение или вызвать вращение шпинделя.

Приводы, используемые в станках ЧПУ, бывают разных типов, таких как: электрические, гидравлические и пневматические.

Гидравлические приводы имеют большую габаритную мощность и обеспечивают плавное и сверхточное движение режущего инструмента. Но моторы с гидравлическим приводом сложно обслуживать, и они большие по объему. Как правило, такие двигатели используют гидравлическое масло на нефтяной основе, которое может воспламеняться при высоких рабочих температурах. Также гидравлические приводы нуждаются в специальной обработке для защиты от коррозии.

Электрический привод представляет собой серводвигатель постоянного или переменного тока. Такие двигатели очень малы и просты в управлении.

Эти приводы используют воздух в качестве рабочего вещества, которое общедоступно и является пожаробезопасным. Пневматические приводы просты по конструкции и относительно недороги. Однако эти приводы маломощные, довольно шумные и имеют меньшую точность позиционирования по сравнению с другими типами приводов.

Станки с компьютерным числовым программным управлением (ЧПУ) являются экономически выгодным способом повышения операционной эффективности и качества продукции. Они сокращают накладные расходы, а также улучшают финансовые показатели компании благодаря более быстрому производству и более высокому качеству выпускаемой продукции.

Широко используемые в обрабатывающей промышленности, станки с ЧПУ все чаще заменяют машины с ручным управлением, такие как вертикальные фрезерные станки, строгальные станки, центровые токарные станки.

Благодаря компьютерному обеспечению станки с ЧПУ способны резать, формировать и обрабатывать исходный материал со скоростью и точностью, которых невозможно достичь при использовании традиционных способов производства.

В отличие от станков с ручным управлением, станки с ЧПУ способны производить объекты любой сложности и геометрии.

Станки с ЧПУ обеспечивают точность многократного воспроизведения в процессе производства, значительно сокращая отходы сырья.

Еще одним важным преимуществом является способность станков с ЧПУ работать круглосуточно и без остановки. Они способны автоматически переключать инструменты для каждой стадии процесса производства и могут работать одновременно на нескольких осях, радикально сокращая сроки поставок.

Станки с ЧПУ также намного безопаснее, чем станки с ручным управлением, потому что оператор не взаимодействует напрямую с режущими/обрабатывающими инструментами.

Наконец, производственным предприятиям, использующим станки с ЧПУ, требуется меньше сотрудников, что снижает трудозатраты, не влияя на качество продукции. Изменения в производственном процессе достигаются путем применения обновлений программного обеспечения, а не дорогостоящих курсов обучения персонала.

Но, наряду с очевидными преимуществами, станки с ЧПУ имеют несколько недостатков:

Станки с ЧПУ, как правило, дороже, чем станки с ручным управлением.

Техническое обслуживание станков с ЧПУ также стоит дороже по сравнению со станками с ручным управлением.

Для работы станков с ЧПУ требуется меньше рабочих, по сравнению со станками с ручным управлением. Многие считают, что массовая автоматизация может привести к безработице, и такая точка зрения может вызвать недовольство в обществе.

Правда в том, что рабочие, привыкшие к станкам с ручным управлением, естественным образом заканчивают карьеру и выходят на пенсию, а специалистов по работе с автоматизированным оборудованием подготавливается не больше, чем необходимо, так что безработица им не грозит.

Для сборки секции панелей фюзеляжа самолета МС-21 необходимо использовать специализированное оборудование, которое обеспечивает высокую точность и качество сборки. В производстве используются следующие виды оборудования:

- Сверлильные станки для сверления отверстий в металлических панелях и элементах каркаса.

- Фрезерные станки для обработки поверхностей и создания крепежных элементов.

- Роботизированные системы сварки для сварки элементов каркаса и обшивки.

- Специальные устройства для установки и фиксации элементов каркаса и обшивки.

- Оборудование для проверки качества сварных соединений и контроля размеров и форм элементов.

Для установки систем электропроводки, вентиляции и кондиционирования, а также системы гидравлики, используются специализированные инструменты и оборудование, которые обеспечивают высокую точность и надежность работы этих систем.

В производстве секции панелей фюзеляжа самолета МС-21 также используются компьютерные системы управления производством, которые позволяют контролировать каждый этап производства и оптимизировать процессы для повышения эффективности и качества сборки.

4.2 Оборудование в разработанном технологическом процессе

ЧПУ-станки могут быть полезны любому предприятию, которое производит или нуждается в высокоточно обработанных деталях и компонентах. Сокращение времени разработки, улучшенное управление запасами товаров и более высокое качество выпускаемой продукции, оптимизация операционных расходов, повышение производительности и, как следствие, увеличение прибыли -- гарантированные преимущества использования машин с ЧПУ в бизнесе.

Станки с компьютерным числовым программным управлением производят сложные детали для любого применения, быстро и с очень высоким уровнем точности.

Процессы компьютерного проектирования легко преобразуются в физические товарные продукты, что экономит время и деньги в процессе разработки.

На смену традиционным 3-осевым машинами с ЧПУ, которые предназначаются для работы в трехмерном пространстве плоскостей x, y и z, пришли 4 и 5-осные станки. Добавление поворотного движения к двум основным осям позволяет создавать более сложные компоненты с невероятной точностью и достоверностью, наряду с дополнительными преимуществами, заключающимися в сокращении времени наладки станка, повышении эффективности процесса и улучшении конечной обработки поверхности готового изделия.

Внедрение механической обработки с ЧПУ способно улучшить каждый аспект производственного процесса; однако, есть отрасли промышленности, где использование ЧПУ-станков является наиболее целесообразным и выгодным.

Обработка с ЧПУ широко используется в аэрокосмической промышленности, в которой часто необходимы высокоточные детали со сложной геометрией из редких или труднообрабатываемых материалов. В этом секторе обрабатываемые с ЧПУ аэрокосмические детали часто имеют критически важное значение и поэтому должны изготавливаться с наивысшим уровнем точности и аккуратности.

Компоненты для аэрокосмического оборудования должны отвечать строгим требованиям по плоскостности, закругленности, цилиндричности, в то время как допустимые отклонения не должны превышать 0,00004 дюйма (или 1 микрона). Все эти требования к компонентам могут быть выполнены только с помощью компьютерной обработки. Иногда геометрия детали настолько сложна, что ее можно достичь только с помощью пятиосевой системы обработки с ЧПУ.

Типичные примеры деталей, произведенных на ЧПУ-станках для аэрокосмической отрасли, включают:

ѕ компоненты шасси;

ѕ титановые обшивки;

ѕ втулки;

ѕ профили крыла;

ѕ коллекторные трубы;

ѕ статорные сборки;

ѕ корпуса редуктора;

ѕ электрические разъемы.

Многие различные материалы могут быть использованы в аэрокосмической обработке с ЧПУ-обработкой; алюминий, нержавеющая сталь, латунь, никель, бронза, керамика, пластик, магний, титан и различные сплавы.

Станки с ЧПУ используют все известные производители самолетов, вертолетов и космических аппаратов, включая аэрокосмические корпорации и национальные космические агентства разных стран.

Станки с ЧПУ также применяются и при сборке элементов самолета.

В зоне агрегатной сборки установливат две пары стапетей, в которых из подсборок собирают верхние и нижние панели крыла для последующей их клепки на автоматах. При высоте стапеля около 8 м и длине 40 м точность выравнивания обводообразующих поверхностей составляет 0,05 мм благодаря использованию специального лазерного устройства.

Крепление стрингеров к обшивкам верхних и нижних панелей крыла осуществляют контрольными заклепками, устанавливаемыми через каждые 50,8 см с помощью ручных пневматических клепальных молотков. Панель, расположенную в стапеле в вертикальном положении, закрепляют в специальном поворотном приспособлении и, пользуясь подвесным краном, укладывают ее горизонтально на поддерживающем устройстве клепального автомата. Это устройство состоит из 24 опорных стоек, расположенных вдоль панели на расстоянии 1,5 м друг от друга (рис. 4.6). Пневматически управляемые штанги стоек диаметром 20,3 см могут автомэпически подниматься и опускаться вместе с панелью, обеспечивая свободный подход нижней головки клепального автомата с инструментом к месту постановки заклепки. Ложементы опорных поверхностей стоек соответствуют профилю поверхности панели.

Вдоль горизонтально расположенных панелей перемещаются клепальные автоматы пятого поколения с ЧПУ. На клепальном участках размером 91,4X48,8 м располагают пять таких автоматов. Четыре автомата перемещаются по рельсовым путям, каждый из которых имеет длину 81,6 м. Рельсовые пути соединены поворотными кругами диаметром 9,1 м, которые позволяют любой из четырех автоматов устанавливать в требуемую позицию. Так, например, два автомата могут осуществлять клепку по стрингерам, располагаясь с двух сторон одной панели. Пятый автомат находится на профилактическом осмотре. Такая система организации, работы обеспечивает непрерывность процесса соединения панелей.

Перемещают панель в очередную рабочую позицию относительно неподвижно установленного автомата по команде системы ЧПУ. Поданным ПАО «Объединённая авиастроительная корпорация», при обработке панелей на таких автоматах объем механизированной клепки составляет около 90%.

В данной ВКР предлагается автоматизация процесса с применением приспособления для разделки отверстий, а именно, покупка комплектующих, изготовление деталей, написание ПО для стойки управления, сборка приспособления и его монтаж в стапель сборки киля.

Состав покупных комплектующих входящих в комплект поставки сведены в таблицу ниже.

Таблица 5 - Состав покупных комплектующих

п/п	Наименование	Кол-во
1	Винт ШВП 2510 - 4м	4
2	Винт ШВП 2510 - 0,3 м	2
3	Гайка ШВП 2510	6
4	Опорный блок	8
5	Подшипниковый узел	4
6	Муфта соединительная	4
7	Шкиф	4
8	Ремень приводной	2
9	Рельс Hiwin HGR35 - 4 м	4
10	Рельс Hiwin HGR35 - 0,3 м	2
11	Опорный блок HGH35	6
12	Сервопривод NEMA 3Hm	6
13	Драйвер сервопривода	6
14	Шпиндель в комплекте с ПЧ	2
15	Датчик положения индуктивный	6
16	Энергоцепь IGUS	4
17	Панель оператора/контроллер	1
18	Расходные материалы для электромонтажа	1



Одним из основных конструктивных элементов предлагаемой автоматизации является сервопривод NEMA 3Hm.

Данные сервопривод представляет собой гибридный шаговый серводвигатель, защищённый от пропусков шагов и не имеющий рыскания(жестко удерживают вал) при работе. Приводы SSD не требуют настройки - все необходимые настройки сделаны на этапе производства и тестирования привода.

Рисунок 7 - Сервопривод NEMA 3Hm

Таким образом, станки с ЧПУ быстро окупаются, сокращая операционные расходы и уменьшая влияние на производство человеческого фактора. Они не требуют постоянного присутствия оператора, что позволяет одному сотруднику обслуживать десятки станков, уменьшая количество необходимого персонала и расходы на оплату труда.

Уменьшение доли ручного труда также повышает безопасность производства, снижая вероятность травмирования человека до мизерных величин.

Главные преимущества станков с ЧПУ -- скорость и точность работы, непрерывный режим 24/7, стабильность качества результата, недоступная человеку.

Наконец, ЧПУ-станки предлагают поразительную эксплуатационную гибкость. Машина с ЧПУ может выполнять разные программы для производства значительно отличающихся друг от друга продуктов, не требуя при этом значительной переоснастки. Это дает станкам с ЧПУ большое преимущество перед другими методами производства, так как позволяет изменять роль станка на линии за несколько минут.



5. Выбор приспособления, инструментов для сборки

5.1 Общие сведения о приспособлении

Для сборки секции панелей фюзеляжа самолета МС-21 используются различные приспособления и инструменты. Например, для сварки деталей и узлов используются сварочные аппараты, электроды, газовые горелки и другие инструменты. Для клепки используются специальные клепальные молотки, а также клепальные пистолеты. Для склеивания элементов используются клеи различных типов, а также специальные приспособления для нанесения клея.

Для установки систем и оборудования в секцию панелей фюзеляжа используются различные инструменты и приспособления. Например, для установки электрических кабелей и проводов используются специальные проводники и зажимы. Для установки трубопроводов используются гибочные машины и другие инструменты. Для установки систем вентиляции и кондиционирования воздуха используются специальные насосы и компрессоры.

Важно отметить, что все приспособления и инструменты, используемые при сборке секции панелей фюзеляжа самолета МС-21, должны соответствовать высоким стандартам качества и безопасности. Это гарантирует надежность и безопасность летательного аппарата в эксплуатации.

5.2 Приспособление и инструменты в разработанном технологическом процессе

Приведем перечень приспособлений и инструментов в нашем случае.

1. Сварочные аппараты - используются для сварки деталей и узлов секции панелей фюзеляжа.

Марка: Fronius TransSteel 5000

Показатели работы:

- Напряжение питания: 400 В, 50/60 Гц

- Максимальный сварочный ток: 500 А

- Диаметр электрода: от 1,0 до 4,0 мм

- Режимы сварки: MMA, TIG, MIG/MAG

- Вес: 27 кг

- Габариты: 560 x 230 x 510 мм.

2. Электроды - используются в сварочных работах для соединения металлических деталей.

Для сборки секции панелей фюзеляжа самолета МС-21 рекомендуется использовать электроды марки E7018 или E8018. Показатели работы зависят от конкретной задачи и материала, но обычно используются следующие параметры:

- Напряжение питания: 220-240 В, 50/60 Гц

- Максимальный сварочный ток: 150-200 А

- Диаметр электрода: от 2,5 до 4,0 мм

- Режимы сварки: MMA

- Вес: зависит от выбранного электрода

- Габариты: зависят от выбранного оборудования.

3. Газовые горелки - используются для нагрева металлических деталей перед сваркой.

Для сборки секции панелей фюзеляжа самолета МС-21 рекомендуется использовать газовую горелку марки MAPP или пропан-бутан. Показатели работы зависят от конкретной задачи и материала, но обычно используются следующие параметры:

- Максимальная температура пламени: 1600-1800 °C

- Режимы работы: ручной или автоматический поджиг

- Вес: зависит от выбранной горелки

- Габариты: зависят от выбранного оборудования.

4. Клепальные молотки - используются для клепки металлических деталей.

Для сборки секции панелей фюзеляжа самолета МС-21 рекомендуется использовать пневматический клепальный молоток марки CP-2140 или CP-2141. Показатели работы зависят от конкретной задачи и материала, но обычно используются следующие параметры:

- Диаметр клепки: от 2 до 5 мм

- Рабочее давление: 6,2 бар

- Скорость удара: 2150 ударов в минуту

- Вес: около 2,5 кг

- Габариты: 280 мм х 210 мм х 70 мм.

5. Клепальные пистолеты - используются для быстрой и эффективной клепки металлических деталей.

Марки CP-2140 и CP-2141 рекомендуются для сборки секции панелей фюзеляжа самолета МС-21. Показатели работы зависят от конкретной задачи и материала, но обычно используются следующие параметры:

- Диаметр клепки: от 2 до 5 мм

- Рабочее давление: 6,2 бар

- Скорость удара: 2150 ударов в минуту

- Вес: около 2,5 кг

- Габариты: 280 мм х 210 мм х 70 мм.

6. Клеи различных типов - используются для склеивания элементов секции панелей фюзеляжа.

7. Приспособления для нанесения клея - используются для равномерного нанесения клея на поверхности деталей.

8. Проводники и зажимы - используются для установки электрических кабелей и проводов в секцию панелей фюзеляжа.

9. Гибочные машины - используются для гибки трубопроводов, которые устанавливаются в секцию панелей фюзеляжа.

10. Насосы и компрессоры - используются для установки систем вентиляции и кондиционирования воздуха в секцию панелей фюзеляжа.

Все приспособления и инструменты должны соответствовать высоким стандартам качества и безопасности, чтобы гарантировать надежность и безопасность летательного аппарата в эксплуатации.



6. Выбор контрольно-измерительных средств

6.1 Общие сведения об контрольно-измерительных средствах

Контрольно-измерительные средства для сборки секции панелей фюзеляжа самолета МС-21 включают в себя:

1. Измерительные инструменты для контроля геометрических параметров панелей, такие как микрометры, штангенциркули, угольники и прочее.

2. Средства для контроля качества сварных соединений, включая дефектоскопы, рентгеновские аппараты и ультразвуковые приборы.

3. Контрольно-измерительные стенды для проверки работоспособности и точности измерений различных систем и устройств, устанавливаемых на панелях.

4. Специальные инструменты и оборудование для установки и закрепления панелей на фюзеляже, такие как гидравлические станки, подъемники и приспособления для точного выравнивания.

Все эти средства необходимы для обеспечения высокого качества сборки и безопасности полетов самолета МС-21.

6.2 Контрольно-измерительных средств в разработанном технологическом процессе

Контрольно-измерительные средства в нашем случае:

1. Измерительные инструменты для контроля геометрических параметров панелей, такие как микрометры, штангенциркули, угольники и прочее. Эти инструменты позволяют точно измерять размеры и форму панелей, что важно для обеспечения правильной сборки и соответствия требованиям технической документации.

2. Средства для контроля качества сварных соединений, включая дефектоскопы, рентгеновские аппараты и ультразвуковые приборы. Эти средства используются для обнаружения дефектов сварных соединений, таких как трещины, поры и другие несоответствия требованиям стандартов качества.

3. Контрольно-измерительные стенды для проверки работоспособности и точности измерений различных систем и устройств, устанавливаемых на панелях. Эти стенды позволяют проверять работоспособность и точность измерений различных систем, таких как система гидравлики, электрики, пневматики и другие.

4. Специальные инструменты и оборудование для установки и закрепления панелей на фюзеляже, такие как гидравлические станки, подъемники и приспособления для точного выравнивания. Эти инструменты позволяют устанавливать и закреплять панели на фюзеляже с высокой точностью и безопасностью, что важно для обеспечения качественной сборки и безопасности полетов.



7. Технологичность конструкции изделия

7.1 Общие сведения о технологичности конструкции

Секция панелей фюзеляжа самолета МС-21 является высокотехнологичной конструкцией, которая включает в себя множество инновационных решений. Она состоит из множества панелей, которые изготавливаются из легких и прочных материалов, таких как углепластик и титан.

В процессе производства используется современное оборудование и технологии, такие как автоматизированные системы резки и сварки, а также компьютерные программы для контроля качества и точности измерений. Это позволяет добиться высокой точности и качества сборки, а также сократить время производства.

Секция панелей фюзеляжа самолета МС-21 также имеет высокую степень интеграции различных систем и устройств, таких как системы гидравлики, электрики и пневматики. Это обеспечивает высокую надежность и безопасность полетов, а также удобство эксплуатации и обслуживания самолета.

В целом, конструкция секции панелей фюзеляжа самолета МС-21 является одной из самых технологичных и инновационных в мире авиационной промышленности, что делает этот самолет одним из наиболее перспективных и конкурентоспособных на рынке.

7.2 Анализ технологичности конструкции изделия

Конструкция секции панелей фюзеляжа самолета МС-21 является высокотехнологичной и инновационной благодаря использованию легких и прочных материалов, таких как углепластик и титан, а также современных технологий и оборудования. Это позволяет добиться высокой точности и качества сборки, а также сократить время производства.

Кроме того, интеграция различных систем и устройств, таких как системы гидравлики, электрики и пневматики, обеспечивает высокую надежность и безопасность полетов, а также удобство эксплуатации и обслуживания самолета.

В целом, конструкция секции панелей фюзеляжа самолета МС-21 является одной из самых технологичных и инновационных в мире авиационной промышленности, что делает этот самолет одним из наиболее перспективных и конкурентоспособных на рынке.

Для производства деталей, входящих в секцию панелей фюзеляжа самолета МС-21, необходимо использовать высокотехнологичные и инновационные методы и технологии, такие как компьютерное проектирование и моделирование, лазерная резка, обработка и сварка металлов и углепластика.

Для обеспечения высокой точности и качества сборки, необходимо использовать точное измерительное оборудование и технологии контроля качества. Также важно обеспечить правильную геометрию и размерность отверстий для сборки деталей.

При сборке деталей через отверстия необходимо обеспечить точную координацию и выравнивание, а также использовать специальные крепежные элементы для обеспечения надежной фиксации.

Общие требования к производственной технологичности конструкции деталей, входящих в секцию панелей фюзеляжа самолета МС-21, включают в себя высокую точность и качество сборки, надежность и безопасность полетов, удобство эксплуатации и обслуживания, а также сокращение времени производства.

Критерием выбора количества и расположения базовых отверстий являются прогибы деталей и в целом собираемой СЕ от собственного веса и технологических нагрузок. Прогибы определяются в результате оценки жесткости каркаса сборочной оснастки и не должны превышать 1/3 допуска на внешний контур панели.

Выбор и назначение сборочных отверстий для деталей, входящих в секцию панелей фюзеляжа самолета МС-21, осуществляется на основе требований к точности и качеству сборки, а также удобству эксплуатации и обслуживания.

Отверстия должны быть расположены таким образом, чтобы обеспечить правильную геометрию и размерность деталей, а также легкость и точность сборки. Они должны быть достаточно прочными и надежными, чтобы выдерживать нагрузки во время полета.

Кроме того, необходимо учитывать возможность доступа к деталям для обслуживания и ремонта. Поэтому отверстия должны быть расположены таким образом, чтобы обеспечить удобство доступа к деталям без необходимости демонтажа большого количества других элементов.

Важно также учитывать возможность использования стандартных крепежных элементов и инструментов при сборке и обслуживании деталей. Это позволит сократить время производства и обслуживания, а также уменьшить затраты на специализированные инструменты и крепежные элементы.

В целом, выбор и назначение сборочных отверстий для деталей, входящих в секцию панелей фюзеляжа самолета МС-21, должны обеспечивать высокую точность и качество сборки, надежность и безопасность полетов, удобство эксплуатации и обслуживания, а также сокращение времени производства.

В нашем случае, панель фюзеляжа является высокотехнологичным изделием.



8. Производственные расчёты

Расчет начинается с определения наиболее нагруженного элемента. В стапеле для сборки части киля с помощью станка ЧПУ таким элементом является нижняя пара балок стапеля. Так как при расчете на жесткость учитываются только переменные нагрузки, массой ферм пренебрегаем. Сосредоточенная нагрузка на раму определяется по формуле:

(8.1)

где Рл - масса ложементов, Н; Рп - масса панелей, Н.

Масса каждого ложемента составляет 10 кг. Предположим, что между фермами нагрузка распределяется равномерно, по 5 кг на ферму, следовательно Рл=5·9,8=49 Н. Суммарная масса панелей составляет 800 кг. Полагаем, что на фермы действует нагрузка от массы части панели между шпангоутами №14 и №16. Длина упомянутого участка панели составляет около 2 м при общей длине панели 9 м. Масса отсеченной части панели равномерной линейной плотности равна:

mоч = 800 · 2 / 9 = 178 кг.

Полагаем, что на каждый из трех ложементов падает равная доля нагрузки. Тогда, учитывая условие симметричности:

Номинальное значение сосредоточенной нагрузки на балку равно:

После выполнения расчетов нужно выбрать расчетную схему. На колоннах края балки закрепляются дополнительными кронштейнами, следовательно, они являются защемленными. При числе сил m=3 коэффициент приведения А=0,19. Приведенная нагрузка Рпр равна:

После проведения расчетов по графикам равной жесткости подбираем необходимую жесткость балки, исходя из значения Рпр и длины балки L =2 м. Находим EJx = 2 · 107 Н·м2.

Расчет элемента приспособления на прочность. Определим нагрузку на один из упоров. Масса нижней части с присоединенными дугами силовых шпангоутов, каркасом пола и панелями составляет около 1500 кг. Полагаем, что на каждый упор падает одинаковая доля нагрузки. Однако, учитывая, что положение твердого тела однозначно задается через положение трех его точек, считаем, что один упор всегда не нагружен. Тогда осевая нагрузка на упор составит:

Потребный момент инерции сечения стержня определяется по формуле:

(8.2)

где 1,5 - коэффициент запаса прочности; l - длина стержня, м; Е - модуль упругости материала стержня, Н/см2 (МПа).

Материал стержня - сталь (Е=2·1011 Па), максимальный вылет стержня l=0,6 м., следовательно:

Для стержня круглого сечения момент инерции равен

(8.3)

Из верхней формулы выразим диаметр d ст. , следовательно получаем:



Минимальный диаметр стержня dст = d3 = 8 мм. Конструктивно задаем стержень с трапецеидальной резьбой по ГОСТ24737-78 с наружным диаметром d = 12 мм, внутренним d3 = 8 мм, шагом Р = 4 мм.

Таким образом, прочность соединения обеспечивается.

Для определения точности сборки необходимо придерживаться следующего порядка:

ѕ выделить расчетное сечение, где необходимо определить погрешность;

ѕ установить состав баз всех деталей в узле в расчетном сечении;

ѕ выделить детали, определяющие погрешность замыкающего размера;

ѕ выделить из общей схемы увязки те элементы и этапы, которые определяют погрешность в расчетном сечении в соответствии с выбранным составом сборочных баз;

ѕ выполнить расчет погрешности сборки, используя теоретико-вероятностный метод;

ѕ по результатам расчета сделать заключение об оптимальности принятого состава сборочных баз и выбранного метода обеспечения взаимозаменяемости.

Определение погрешности детали представлено в таблице ниже.

Таблица 6 - Определение погрешности изготовления детали

Этап переноса размеров	Точность выполнения размеров, мм	Аi	бi	ki	дi	Дi	д	Д
					мм	мм	мм	мм
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Создание ТЭМ	±0,01	1	0	1	0,01	0	0,0001	0
Создание КЭМ узла	±0,01	1	0	1	0,01	0	0,0001	0
Создание КЭМ ЗШО	±0,01	1	0	1	0,01	0	0,0001	0
Создание ТхЭМ ЗШО	±0,01	1	0	1	0,01	0	0,0001	0
Создание УП ЧПУ	±0,01	1	0	1	0,01	0	0,0001	0
Считывание информации с программоносителя	+0,02	1	0,5	1	0,01	0,01	0,0001	0,015
Изготовление ЗШО	±0,1	1	0,5	1	0,1	0	0,01	0,05

Определение погрешности сборочного приспособления приведено в таблице ниже.

Таблица 7 - Определение погрешности изготовления сборочного приспособления

Этап переноса размеров	Точность выполнения размеров, мм	Аi	бi	ki	дi	Дi	д	Д
					мм	мм	мм	мм
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Создание ТЭМ	±0,01	1	0	1	0,01	0	0,0001	0
Создание КЭМ узла	±0,01	1	0	1	0,01	0	0,0001	0
Создание КЭМ СП	±0,01	1	0	1	0,01	0	0,0001	0
Создание УП ЧПУ	±0,01	1	0	1	0,01	0	0,0001	0
Считывание информации с программоносителя	+0,02	1	0,5	1	0,01	0,01	0,0001	0,015
Рубильники, Ложементы	±0,15	1	0,5	1,4	0,15	0	0,04	0,075
Монтаж СП с помощью лазерного трекера	0,025-0,1	1	0	1	0,038	0,063	0,001	0,063



Полученная при расчете погрешность сборки0,948 мм лежит в интервале допускаемых отклонений ± 1,0 мм. Следовательно, выбранный вариант сборки данного узла может обеспечить требуемую точность.



9. Экономическая часть

В данной ВКР оцениваются затраты на применение приспособления для автоматизированной разделки отверстий, а именно, покупка комплектующих, изготовление деталей, написание ПО для стойки управления, сборка приспособления и его монтаж в стапель сборки киля.

Стоимость модернизации включает в себя следующие элементы:

? стоимость покупных комплектующих;

? стоимость материала деталей приспособления;

? затраты на изготовление деталей приспособления;

? затраты на сборку приспособления;

? затраты на написание и настройку программного обеспечения;

? затраты на монтаж приспособления в стапель и проверку элементов оборудования.

Отсюда, единовременные затраты будут состоять из затрат на изготовление, сборку и монтаж приспособления для разделки отверстий. Затраты связанные с операциями по разделке отверстий будут являться текущими.

Отсюда, формула затрат на модернизацию имеет вид:

,(9.1)

где: ? стоимость покупных деталей (детали приспособления);

? стоимость материала (детали приспособления);

? заработная плата за изготовление деталей приспособления;

? заработная плата за выполнение работ по сборке приспособления;

? заработная плата за выполнение работ по программной части оборудования.

? заработная плата за выполнение работ по монтажу приспособления в стапель.

Состав покупных комплектующих входящих в комплект поставки сведены в таблицу 6.

Таблица 8- Состав покупных комплектующих

п/п	Наименование	Кол-во
1	Винт ШВП 2510 - 4м	4
2	Винт ШВП 2510 - 0,3 м	2
3	Гайка ШВП 2510	6
4	Опорный блок	8
5	Подшипниковый узел	4
6	Муфта соединительная	4
7	Шкиф	4
8	Ремень приводной	2
9	Рельс Hiwin HGR35 - 4 м	4
10	Рельс Hiwin HGR35 - 0,3 м	2
11	Опорный блок HGH35	6
12	Сервопривод NEMA 3Hm	6
13	Драйвер сервопривода	6
14	Шпиндель в комплекте с ПЧ	2
15	Датчик положения индуктивный	6
16	Энергоцепь IGUS	4
17	Панель оператора/контроллер	1
18	Расходные материалы для электромонтажа	1

Стоимость изделий, закупленных на стороне, определяется по формуле:

(9.2)

где: ? покупная стоимость изделий;

? коэффициент транспортно-заготовительных расходов ().

Стоимость сведем в таблицу 7.

Таблица 9- Расчет стоимости покупных готовых изделий

пп	Наименование	Кол-во	Цена за шт.	Цена общая
1	Винт ШВП 2510 - 4м	4	22700	90800	91345
2	Винт ШВП 2510 - 0,3 м	2	2600	5200	5231
3	Гайка ШВП 2510	6	3200	19200	19315
4	Опорный блок	8	1600	12800	12877
5	Подшипниковый узел	4	900	3600	3622
6	Муфта соединительная	4	1300	5200	5231
7	Шкиф	4	1100	4400	4426
8	Ремень приводной	2	800	1600	1610
9	Рельс Hiwin HGR35 - 4 м	4	28600	114400	115086
10	Рельс Hiwin HGR35 - 0,3 м	2	3500	7000	7042
11	Опорный блок HGH35	6	3900	23400	23540
12	Сервопривеод NEMA 3Hm	6	2500	15000	15090
13	Драйвер сервопривода	6	1100	6600	6640
14	Шпиндель в комплекте с ПЧ	2	68000	136000	136816
15	Датчик положения индуктивный	6	980	5880	5915
16	Энергоцепь IGUS	4	3900	15600	15694
17	Панель оператора/контроллер	1	17900	17900	18007
18	Расходные материалы для электромонтажа	1	5000	5000	5030
Общая стоимость	489580	492517

Общая покупная стоимость деталей:

.

Состав необходимых материалов для изготовления деталей сведен в таблицу 8.

Таблица 10- Материалы для изготовления деталей

Наименование детали	Материал	Цена, руб./кг	Кол-во, кг	Сумма, руб.
Кондукторы	Ст3	90	38	3420
Основание кондукторов	09Г2С	110	90	9900
Общая покупная стоимость материалов для изготовления деталей, ()		13320

Общая стоимость покупных материалов:

.

Формула расчета оплаты труда за изготовление деталей имеет вид:

,(9.3)

где: ? трудоемкость изготовления, н/ч;

? стоимость н/ч рабочего-сдельщика цеха изготовителя. Работу выполняют рабочие не ниже 4-го разряда. Тогда ;

? дополнительная зарплата, коэффициент ;

? районный коэффициент, надбавка за стаж работы в южных районах Иркутской области, коэффициент ;

? премия, коэффициент ;

? вознаграждение за выслугу лет, коэффициент ;

? страховые взносы и взносы по травматизму и проф. заболеваниям, коэффициент .

Перечень изготавливаемых деталей сведен в таблицу 9.

Таблица 11- Перечень изготавливаемых деталей

Наименование деталей	Кол-во, шт.	Общая трудоемкость на изготовление одного вида детали, н/ч.	Общая трудоемкость на изготовление необходимого кол-ва деталей, н/ч.
Кронштейн колонки	4	0,5	2
Кронштейн ШВП	2	1,5	3
Основание колонки	2	2	4
Стенка колонки	4	0,8	3,2
Крышка колонки	4	1,2	4,8
Кронштейн шпиндиля	2	2,8	5,6
Основание шпиндиля	2	0,2	0,4
Корпус шпиндиля	2	2,2	4,4
Переходник ШВП	2	1,6	3,2
Защитный кожух	2	1,1	2,2
Основание энергоцепи	1	0,3	0,3
Стойка управления	1	22	22
Общая трудоемкость изготовления всех деталей	55,1

Оплата труда за изготовление деталей составляет:

.

Работа по разделке отверстий проводится пятью квалифицированными рабочими-сдельщиками 5-го разряда. Общая трудоемкость монтажа приспособления на одного человека составляет ? .

Формула расчета оплаты труда за разделку отверстий в обшивках имеет вид:

,(9.4)

где: ? трудоемкость, н/ч;

? стоимость н/ч рабочего-сдельщика цеха изготовителя. Работу выполняют рабочие не ниже 4-го разряда. Тогда ;

? дополнительная зарплата, коэффициент ;

? районный коэффициент, надбавка за стаж работы в южных районах Иркутской области, коэффициент ;

? премия, коэффициент ;

? вознаграждение за выслугу лет, коэффициент ;

? страховые взносы и взносы по травматизму и проф. заболеваниям, коэффициент .

Оплата труда за разделку отверстий в обшивках составляет:

., так как требуется 5 рабочих: 8835,19 5 = 44175,95.

Работа по сборке приспособления предполагается проводить одним квалифицированным рабочим-сдельщиком 6-го разряда. Общая трудоемкость сборки приспособления составляет ? .

Формула расчета оплаты труда за проверку:

, (9.5.)

где: ? трудоемкость за сборку и проверку, н/ч;

? стоимость н/ч рабочего-сдельщика, производящего проверочные работы. Работу выполняют рабочие не ниже 6-го разряда. Тогда ;

? дополнительная зарплата, коэффициент ;

? районный коэффициент, надбавка за стаж работы в южных районах Иркутской области, коэффициент ;

? премия, коэффициент ;

? вознаграждение за выслугу лет, коэффициент ;

? страховые взносы и взносы по травматизму и проф. заболеваниям, коэффициент .

Заработная плата за сборку приспособления:

Работа по написанию и настройке ПО предполагается проводить одним квалифицированным инженером-программистом 2-й категории. Общая трудоемкость создания и настройки программного обеспечения для приспособления составляет ? .

Формула расчета оплаты труда за написание и настройку программного обеспечения:

, (9.6)

где: - трудоемкость за работу с ПО, н/ч;

? стоимость н/ч инженера-программиста, производящего работы. Работу выполняет инженер не ниже 2-ой категории. Тогда ;

? дополнительная зарплата, коэффициент ;

? районный коэффициент, надбавка за стаж работы в южных районах Иркутской области, коэффициент ;

? премия, коэффициент ;

? вознаграждение за выслугу лет, коэффициент ;

? страховые взносы и взносы по травматизму и проф. заболеваниям, коэффициент .

Заработная плата за написание и настройку программного обеспечения:

Работа по монтажу приспособления предполагается проводить одним квалифицированным рабочим-сдельщиком 6-го разряда. Общая трудоемкость монтажа приспособления составляет ? .

Формула расчета оплаты труда за проверку:

, (9.7)

где: ? трудоемкость за монтаж и проверку, н/ч;

? стоимость н/ч рабочего-сдельщика, производящего проверочные работы. Работу выполняют рабочие не ниже 6-го разряда. Тогда ;

? дополнительная зарплата, коэффициент ;

? районный коэффициент, надбавка за стаж работы в южных районах Иркутской области, коэффициент ;

? премия, коэффициент ;

? вознаграждение за выслугу лет, коэффициент ;

? страховые взносы и взносы по травматизму и проф. заболеваниям, коэффициент .

Заработная плата за монтаж приспособления в стапель:

Сведем итоговый расчет по определению единовременных затрат в таблицу 10.

Таблица 12 - Сводная ведомость единовременных затрат по изготовлению и монтажу приспособления

Наименование статей	Сумма, руб.
Покупка деталей механизации со стороны	492517
Покупка материалов для изготовления деталей каркаса	14119
Изготовление деталей приспособления	19709,27
Сборка приспособления	4292,4
Написание ПО для приспособления	18242,7
Монтаж приспособления в стапель	12340,65
Итого:	561221,02

Единовременные затраты на модернизацию стапеля составляют:

Предполагается, что на разделку отверстий у одного рабочего используется одно сверло диаметром 3,2 и одно сверло диаметром 5,1, после проведения операции разделки отверстий для одного агрегата сверла приходят в негодность.

Перечень расходных материалов при разделке отверстий сведен в таблицу 11.

Таблица 13 - Перечень расходных материалов

Наименование детали	Кол-во	Цена	Сумма, руб.
Сверло диаметром 3,2	5	400	2000
Сверло диаметром 5,1	5	500	2500
Общая покупная стоимость	4500

Общая стоимость расходных материалов:

.

Статьи затрат на разделку отверстий в обшивках без применения приспособления для автоматической разделки сведены в таблицу 6.10

Таблица 14 - Статьи затрат на разделку отверстий в обшивках

Наименование статей	Сумма, руб.
Разделка отверстий	44175,95
Использование расходных материалов	4770
Итого:	48945,95

Предполагается, что ИАЗ за 12 месяцев собирает в одном стапеле 12 агрегатов, посчитаем годовую затрату на разделку отверстий.

Далее выполним расчет затрат с разделкой отверстий при помощи приспособления.

Работа за приспособлением с ЧПУ управлением проводится одним квалифицированным рабочим-сдельщиком 4-го разряда. Общая трудоемкость составляет ? .

Формула расчета оплаты труда за разделку отверстий с применением ЧПУ имеет вид:

,(9.8)

где: ? трудоемкость, н/ч;

? стоимость н/ч рабочего-сдельщика цеха изготовителя. Работу выполняют рабочие не ниже 4-го разряда. Тогда ;

? дополнительная зарплата, коэффициент ;

? районный коэффициент, надбавка за стаж работы в южных районах Иркутской области, коэффициент ;

? премия, коэффициент ;

? вознаграждение за выслугу лет, коэффициент ;

? страховые взносы и взносы по травматизму и проф. заболеваниям, коэффициент .

Оплата труда за разделку отверстий в обшивках с применением ЧПУ составляет:

.

Предполагается, что на разделку отверстий в приспособлении автоматической разделки отверстий используется одно сверло диаметром 5,1, после проведения операции разделки отверстий для одного агрегата сверло приходит в негодность.

Перечень расходных материалов при разделке отверстий сведен в таблицу 13.

Таблица 15 - Перечень расходных материалов

Наименование детали	Кол-во	Цена	Сумма, руб.
Сверло диаметром 5,1	1	500	500
Общая покупная стоимость	500

Общая стоимость расходных материалов:

.

Приспособление для автоматизированной разделки отверстий потребляет 1 Кв электроэнергии.

Требуемое время для разделки всех отверстий в обшивках киля с помощью приспособления для автоматизированной разделки .

Формула расчета затрат на электроэнергию при разделке отверстий с помощью приспособления для автоматизированной разделки отверстий имеет вид:

(9.9)

где: ? машино-часы, время затраченное приспособлением на разделку отверстий м/ч;

? тарифная ставка за потребляемую электроэнергию, для Иркутской области составляет 3,64 рублей за кВт/ч.

Затраты на электроэнергию при разделке отверстий с помощью приспособления для автоматизированной разделки отверстий составляет:

Статьи затрат на разделку отверстий в обшивках с применением приспособления для автоматической разделки сведены в таблицу 14.



Таблица 16 - Статьи затрат на разделку отверстий в обшивках

Наименование статей	Сумма, руб.
Разделка отверстий по ЧПУ программе	4650
Использование расходных материалов	530
Затрата электроэнергии	58,24
Итого:	5 238,24

Предполагается, что ИАЗ за 12 месяцев собирает в одном стапеле 12 агрегатов, посчитаем годовую затрату на разделку отверстий с применением приспособления.

Далее определим срок окупаемости закупленного оборудования.

Сведем все затраты в таблицу 15.

Таблица 17 - Сводная по всем затратам

Статья затрат	Базовый вариант (до модернизации)	Проектируемый вариант (после модернизации)
1.Единовременные затраты (разовые капиталовложения)	К1	К2
Затраты на приобретение деталей со стороны	-	492517 руб.
Затраты на приобретение материала для изготовления деталей	-	14119 руб.
Заработная плата за изготовление деталей	-	19709,27 руб.
Заработная плата за сборку приспособления	-	4292,4 руб.
Заработная плата за написание ПО для приспособления	-	18242,7 руб.
Монтаж приспособления в стапель	-	12340,65 руб.
Итого единовременные затраты	-	561221,02руб.
2.Текущие затраты (статьи себестоимости). За 1 год	С1	С2
2.1 Зарплата рабочих на разделку отверстий	530111,4 руб.	55800 руб.
2.2. Затраты на расходные материалы	57240 руб.	6360 руб.
2.3 Затраты на электроэнергию	-	698,88 руб
Итого текущие затраты	587351,4 руб.	62858,88 руб.

К показателям сравнительной экономической эффективности относят:

- условно-годовую экономию (Э_у-г);

- годовой экономический эффект ();

- коэффициент экономической эффективности ();

- срок окупаемости дополнительных капитальных вложений ().

Срок окупаемости затрат на применение приспособления для автоматизации, год:

(9.10)

где: ? единовременные затраты на приобретение, монтаж и проверку оборудования.

.

Таким образом при капитальных затратах на изготовление и монтаж приспособления равных 561221 руб. 2 коп. текущих затратах на разделку отверстий ручным способом за один год, равных 587351 руб. 40 коп и затратах на разделку отверстий с помощью приспособления, равных 62858,88 руб. условно годовая экономия составит 524492 руб. 52 коп., срок окупаемости затрат на приобретение, монтаж и проверку оборудования составит 1 год и 1 месяц. При этом происходит увеличение точности выполнения отверстий, за счет исключения человеческого фактора при выполнении основных операций.



Заключение

В результате выполнения выпускной квалификационной работы разработаны предложения по модернизации производственных процессов путем внедрения аддитивных технологий при изготовлении средств технологического оснащения. Выполнен анализ имеющегося оборудования и выполнен подбор новых 3D-принтеров позволяющие сокращать время на изготовление деталей. Также 3D-принтеры при единичном изготовлении позволяют сократить расходы на материал, т.к. КИМ может быть высоким при изготовлении на станках с ЧПУ.

В разделе анализа деталей изготовленных из пластмассы и алюминия выполнен прочностной анализ и анализ на жесткость, который показал, что детали изготовленные из пластмассы обеспечивают заданную жесткость при использовании их в сборочном приспособлении

В экономической части были рассчитаны единовременные и текущие годовые затраты на модернизацию, а также произведен расчет для определения срока окупаемости закупаемых 3D- принтеров.

Анализ экономических затрат показал, что приобретение и установка нового оборудования имеет значительные затраты, но срок окупаемости позволит чуть более, чем за 5 лет полностью их окупить.

В разделе обеспечения безопасности жизнедеятельности человека рассмотрены вопросы, связанные с обеспечением безопасности и производственной санитарии при использовании 3D-принтеров.

Таким образом, достигнуты все цели, поставленные в выпускной квалификационной работе.



Список используемой литературы

1. Абибов А. Л., Бирюков Н. М., Бойцов В. В. Технология самолетостроения / А. Л. Абибов, Н. М. Бирюков, В. В. Бойцов [и др.]. - М.: Машиностроение, 1982. - 552 с.

2. Альтшуллер Г. Найти идею: Введение в ТРИЗ - теорию решения изобретательских задач / Г. Альтшуллер. - 4-е изд. - М.: Альпина Паблишерз, 2011. - 400м. - (Серия «Искусство думать»).

3. Блинов Е. Я. Методическое руководство по расчету стапелей на жесткость / Е. Я. Блинов. - М.: Редиздат, МАТИ, 1969. - 216 с.

4. Братухин А. Г., Иванов Ю. Л. Современные технологии авиастроения. - М.: Машиностроение, 1999. - 584 с.

5. Вагнер Е. Т. Лазеры в самолетостроении / Е. Т. Вагнер. - М.: Машиностроение, 1982. - 184 с.

6. Великанов К. М. Экономика и организация производства в дипломных про­ектах: учеб. пособие для машиностроительных вузов / К. М. Великанов, Э. Г. Васильева, В. Ф. Власов. - 4-е изд. - Л.: Машиностроение, 1986. - 285с.

7. Гамрат-Курек Л. И. Экономическое обоснование дипломных проектов: учеб. пособие для машиностроит. спец. вузов / Л. И. Гамрат-Курек. - 4-е изд. - М.: Высш. шк., 1985. - 159 с.

8. ГОСТ 12.1.012-90. Вибрационная безопасность. Общие требования. - Введ. 1991-07-01. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 29 с.

9. ГОСТ 12.1.029-80. Средства и методы защиты от шума. - М.: Изд-во стандартов, 1980. - 3с.

10. Григорьев В. П. Монтаж сборочных приспособлений с применением оптико-механических и электронных приборов / В. П. Григорьев. - М.: МАИ, 1977. - 173 с.

11. Григорьев В. П., Ганиханов Ш. Ф. Приспособления для сборки узлов и агрегатов самолетов и вертолетов / В. П. Григорьев, Ш. Ф. Ганиханов. - М.: Машиностроение, 1977. - 140 с.

12. Мартюшов, Б. Ф. Проектирование приспособлений для сборки агрегатов ЛА: учеб. пособие / Б. Ф. Мартюшов. - М.: Изд-во МАИ, 1994. - 54 с.

13. Никольский А. А. Вопросы расчета на точность и жесткость сборочных приспособлений в самолетостроении: учеб. пособие по курсу «Проектирование сборочных приспособлений» для специальности 0535 «Самолетостроение» / А. А. Никольский. - 2-е изд. - М.: МАТИ, 1977. - 41 с.

14. ОСТ 1 00239-77 «Сети электрические бортовые летательных аппаратов» - М.: Изд-во стандартов, 1977. - 13с.

15. Пекарш А.И., и др. Современные технологии агрегатно-сборочного производства / А.И. Пекарш, Ю.М. Тарасов, Г.А. Кривов, А.Г. Громашев, В.А. Матвиенко, Г.В. Грубич, В.Н. Быченко, Б.Н. Марьин, Ю.А. Воробьёв, В.Ф. Кузьмин, В.А. Резников. - М.: Аграф-пресс, 2006. - 304 с, ил.

16. Разумихин М. И., Исаюк И. И. Приспособление для сборки агрегатов самолета / М. И. Разумихин, И. И. Исаюк. - Куйбышев, 1973. - 315 с.

17. Рудаков К.Н. FEMAP 10.2.0 Геометрическое и конечно-элементное моделирование конструкций / К.Н. Рудаков. - К.: КПИ, 2011. - 317 с., ил.

18. Русак О.Н. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие / О. Н. Русак, К. Р. Малаян, Н. Г. Занько. - СПб.: Лань, 2001. - 448 с., ил.

19. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. - Введ. 1997-01-01. - М.: Стандарт, 1995. - 30 с.

20. Система менеджмента качества. Учебно-методическая деятельность. Оформление курсовых проектов (работ) и выпускных квалификационных работ технических специальностей: СТО 005-2020. - Введ. 2020-05-19. - Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2020. - 40 с.

21. СН 2.2.4-2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. - Введ. 1997-01-07. - М.: Стандарт, 1996. - 35 с.

22. СНиП 21-01-97. Пожарная безопасность. Общие требования. - Введ. 1998-01-01. - М.: Стандартиздат. - 29 с.

23. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. - Введ. 1996-01-01. - М.: Стандарт, 1995. - 30 с.

24. Шпур Г., Краузе Ф. Л. Автоматизированное проектирование в машиностроении / Г. Шпур, Ф. Л. Краузе. - М.: Машиностроение, 1988. - 648 с.

25. Экономика гражданской авиации / под ред. А.В. Мирошникова. - М.: Транспорт, 1975. - 304 с.

Размещено на Allbest.ru