Полосы пропускания анализаторов 510, 15 и 150 Гц. Время анализа 30, 45 и 60 сек. Производилась запись как спектров в целом, так и запись отдельных составляющих. Частотный диапазон исследований ограничивался полосой 10 Гц - 10 кГц.

Датчики устанавливались в направлении осей X, Y, Z на резце и на центре пиноли задней бабки в направлении осей Y, Z.

Микрофоны при исследовании акустического сигнала устанавливался на расстоянии 1 м от резца, а затем производилась запись шума как при холостой работе станка, так и при резании.

Вылет резца со сменными твердосплавными пластинами (Т15К6 и ВК-8) L = 40 мм, сечение 30 40 мм. Резец закреплялся в динамометре УДМ-600. Резание осуществлялось при различных S, t, V и геометрии заточки твердосплавных пластин. Одновременно с параметрами виброускорений фиксировались термо-ЭДС. Контролировались размерный износ, износ по задней поверхности, характеристики поверхности обработки. Износ фиксировался через определенные промежутки времени в 1-ю, 5-ю, 15-ю и 25-ю минуты резания.

Сигналы датчиков через коммутатор поступали на виброизмерительный прибор, затем на анализаторы С5-3 (СЧ-53). Ширина полос пропускания 10 и 150 Гц. Затем производилась запись спектров на самописце. Использовался потенциометр 0-50 дб. Перед измерениями производилась калибровка виброизмерительного канала. На калибратор КУ, установленном на нем датчиком, подавался сигнал. При этом измерялись: частота и размах с помощью измерительного микроскопа, а затем вычислялось значение виброускорения. Все пьезоакселерометры одинаковы по чувствительности. Данные тарировки измерительного тракта занесены в таблицу.

Измерение (запись) сигнала производилось в относительных единицах - дБ.

(3.29)

Данные в единицах g (g=9.81 м/сек2) могут быть получены по тарировочным данным

с последующим пересчетом в единицы g - по значению U0 (тарировочного). Удобство такой формы записи является ощутимым.

Объектом исследования являются текущие спектры виброускорений (рисунок 3.4), изменяющиеся в зависимости от входных параметров, а также в процессе резания вследствие износа инструмента.

Анализ спектрограмм показал:

1. Устойчивость ряда составляющих спектра по частоте. В частности, одной из устойчивых составляющих является составляющая по оси Z - соответствующая 1-й форме колебаний (совпадает со значением, рассчитанным по формуле). Эта составляющая оказалась наиболее информативной в отношении процесса износа инструмента, что совпадает с данными, приведенными выше. В процессе работы данная составляющая изменялась от 2 до 7 дБ, что означает, что сам сигнал изменялся в несколько раз. По оси ординат - изменение интенсивности составляющей Yz (а), по оси абсцисс время резания (мин).

2. На рисунке 3.4 представлены наиболее устойчивые составляющие по всем 3-м направлениям. Приведены математические ожидания частот и интенсивности. Для каждой из составляющих строилась гистограмма распределения значений частоты и интенсивности. Усреднение частоты производилось по данным не менее чем двадцати экспериментов.



Рисунок 3.4 Спектральный состав ВАЭ для различных режимов резания

Значения входных и выходных параметров приведены в таблице. Все остальные составляющие изменяются в меньшей мере, чем а1 и не являются столь информативными.

В пределах тех дискретных значений времени, в которые производились замеры параметров, не удалось выявить строго прямой зависимости увеличения интенсивности а1 от износа. В некоторых случаях эта составляющая уменьшается, а затем снова возрастает.

Необходимо исследование поведения а1, а также других составляющих в течение всего процесса резания.

2. В направлении оси Z и Y спектр сосредоточен в 2-х областях, в области 1-й и 69 гармоник.

3. В направлении оси X - спектр распределен более равномерно.

4. В районе 10 кГц - в основном происходит затухание сигнала.

Производилась также запись сигнала на пиноли задней бабки по направлению оси X.

Записанный сигнал позволяет судить о виброактивности процесса резания и может быть также использован при разработке адаптивных систем управления, несмотря на то, что при прохождении через подшипник спектр частот будет искажаться резонансными частотами подшипников.

Спектр будет изменяться также в зависимости от расположения точки соприкосновения резца и заготовки по ее длине. Чем ближе резец к подвижному центру пиноли задней бабки, тем полнее будет передаваться спектр. Несмотря на эти недостатки, сигнал, снимаемый с пиноли, все же может быть использован для определения ряда характеристик процесса резания.

Спектр по оси X в полосе частот 10 Гц 10 кГц является наиболее равномерным и может быть использован, скорее всего, для оценки виброактивности процесса резания.

Проведены сравнительное исследование вибраций стальных и литых чугунных резцов из высокочастотного чугуна с шаровидным графитом, армированных твердым сплавом группы - ВК, с целью выявления причины резкого возрастания стойкости вышеуказанных резцов при обработке резанием титановых сплавов. Осуществлялось исследование при черновом (по корке) и чистовом течении титановых колец. (D = 210 мм, d = 150 мм, H = 60 мм) на станках 1КВ2М проходными отогнутыми резцами с сечением державки 16 х 25 мм. Режимы резания:

1) Для чернового точения -

V = 31.4 м/мин; V = 0.14 мм/об; S = 4 6 мм

2) При чистовом точении те же самые параметры при t = 2 мм.

Геометрия резца:

= 10o, = 8o, 1 = 2 = 45o, 1 = 0.

Вылет резца L = 40 мм

Для сравнения использовались идентичные паяные резцы со стальной державкой. Геометрия и условия резания для чугунных и стальных резцов одинаковы. При резании исследовались спектры виброускорений в направлении осей X, Y, Z. Исследование производилось согласно блок-схеме (рисунок 3.3). Пьезоакселерометры в направлениях X, Z устанавливались в непосредственной близости от вершины резца. Пьезоакселерометр в направлении Y устанавливался на торце державки.

Сигнал, снимаемый с пьезоакселерометров, поступал на вход прибора ВА-2, а затем на вход анализатора спектра С5-3 и записывался на выходе анализатора с помощью самописца уровня Н-110. Записи производились при различных скоростях равномерного прохождении диапазона частот 10 Гц 10 кГц. Самописец уровня подключен параллельно выходному стрелочному индикатору анализатора спектра С5-3.

Анализ проведенных исследований показывает:

1) Спектр виброускорений (среднечастотная и высокочастотные составляющие сосредоточены в диапазоне частот 1.5 10 кГц. Выше 10 кГц происходит затухание сигнала.

2) В данном диапазоне частот (1.5 10 кГц) сигнал располагался в полосах частот, ширина которых в некоторых случаях составляла несколько килогерц.

3) Ширина полос для чугунных резцов, как правило, уже ширины полос при стальных резцах. Данный результат является очевидным, поскольку демпфирующие свойства чугуна гораздо лучше демпфирующих свойств стали.

4) Интенсивность виброускорений в частотных полосах для чугунных державок в некоторых случаях на порядок превосходит интенсивность виброускорений для стальных державок. Следует отметить, что высокопрочный чугун с шаровидным графитом по прочности превосходит стальные резцы в 1.3 1.5 раза.

Исследования показывают, что в зависимости от жесткости резца значительно изменяются динамические свойства зоны резания, а следовательно, и сам процесс резания.

3.6 Разработка измерительных систем адаптивного управления

В настоящее время очень остро стоит вопрос относительно разработки измерительных систем адаптивного управления процессом резания по виброакустическому сигналу.

Имеющиеся отечественные динамометры типа УДМ низкочастотны (до 300 Гц) и предназначены для исследовательских целей. Зарубежные разработки пьезокерамических датчиков пока еще не вышли из стадии исследований. Разработан эскизный вариант динамометрического резца со сменными твердосплавными пластинами, предназначенными для обработки цилиндрических деталей на станках с ЧПУ. Общий вид трехкомпонентного резца представлен на рисунке 3.5.Державка 1 изготавливается либо из цельного куска конструкционной стали (ст. 45), либо из высокопрочного чугуна с повышенными демпфирующими свойствами. Упор 5 крепящийся к державке с помощью контрящихся болтов позволяет измерять составляющую силы резания Px (лист 228301.670000.000. СБ}.

Рисунок 3.5 Конструкция динамометрического резца

Пьезоакселерометры (трехкомпонентный либо двухкомпонентный и однокомпонентный) крепятся на специальном выступе.

Пьезодатчик силы склеивается из ряда пьезокерамических пластин с помощью с токопроводящего клея. По краям наклеиваются металлические обкладки. По образующим (боковой поверхности) датчики герметизируются с помощью каучуковых (резиновых) рубашек. Отвод сигналов с положительных полюсов (соединение пластин параллельное) осуществляется антивибрационным кабелем. Для определения чувствительности в статике произведен статический расчет жесткости державки в местах установки пьезодатчиков силы.

В таблицах 3.1 и 3.2 представлены исходные данные для расчета упругой конструкции.

Дополнительные жесткости Сx , Cy, Сz. - определяются жесткостью пьезодатчиков. Общая жесткость в местах установки датчиков приближенно определяется формулой:

(3.30)

Перемещения имеем по методу Мора:

(3.31)

где Mp, Np, Qp - момент, осевая и поперечная силы соответственно;

усилия, вызывающие единичной силой и моментами. Так как влияние осевых и поперечных сил мало, ими пренебрегаем.

На рисунке 3.6 представлены эпюры и схемы расчета жесткости конструкции. Выражения, по которым определяется перемещение приведены в таблице 3.2.

Окончательно для конструкции державки из стали 45 получаем

Размеры упругой части державки

№ стержня	Размер упругой части
	l, см	b, см	h, см
1	4.0	3.5	1.5
2	2.0	3.5	2.0
3	5.5	3.5	1.5
4	4.0	3.5	1.5

Расчетные схемы державок

Наименование	Формулы	Ед. измер	№ стержня
			1	2	3	4
Площадь поперечного сечения	F= bh	см2	5.25	7.0	5.25	5.25
Момент инерции сечения относительно оси x		см4	0.98	2.33	0.98	0.98
Момент инерции сечения относительно оси z		см4	5.36	7.146	5.36	5.36
Момент инерции при свободном кручении		см4	2.876	5.352	2.876	2.876
Коэффициент зависящий от b/h			0.568	0.33	0.568	0.568
Отношение ширины сечения к высоте			2.33	1.75	2.33	2.33
Модуль упругости стали первого рода	E
Модуль упругости второго рода	У
	Перемещение в точке А	Перемещение в точке В
Действует сила Px
Действует сила Py
Перемещение в точке С
	от изгибающих моментов	от крутящих моментов
Действует сила Pz

4 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

4.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

В Российской Федерации действует Кодекс Законов О Труде (КЗОТ), регулирующий трудовые отношения всех рабочих и служащих, содействует росту производительности труда, повышению эффективности. Объектом анализа опасностей является система «человек - машина - окружающая среда», в которой в единый комплекс, предназначенный для выполнения определенных функций, объединены технические объекты, люди и окружающая среда, взаимодействующие друг с другом. Самым простым является локальное взаимодействие, которое осуществляется при контакте человека с техникой в домашних условиях, на работе во время движения, а так же взаимодействия между отдельными промышленными предприятиями.

Микроклимат в производственных помещениях

Для создания нормальных условий труда в производственных помещениях обеспечивают нормативные значения параметров микроклимата. В ГОСТ 12.1.005-88 указаны оптимальные и допустимые показатели микроклимата в производственных помещениях. Оптимальные показатели распространяются на всю рабочую зону, а допустимые устанавливают для постоянных и непостоянных рабочих мест в тех случаях, когда по технологическим, техническим или экономическим причинам невозможно обеспечить оптимальные нормы. Нормируемые параметры микроклимата в производственных помещениях приведены в таблице 4.1.

Анализ безопасной работы на станке

В процессах обработки деталей металлорежущим инструментом могут действовать следующие опасные и вредные производственные факторы:

--отрыв металлической стружки от детали в процессе обработки и поломка инструментам;

--повышенная запыленность воздуха рабочей зоны, образование в нем аэрозолей при обработке с использованием смазочно-охлаждающих жидкостей;

-- попадание человека в зону региональных перемещений робота.

Таблица 4.1 - Оптимальные и допустимые нормы параметров микроклимата в рабочей зоне производственных помещений.

Период года	Категория работ	Температура воздуха,°С	Относительная влажность воздуха, %	Скорость движения воздуха, м/с
		Оп-тим	Допустимая	Оптим	Допус-тимая, не более	Оп-тим, не более	До-пустим
			Верхняя граница	Нижняя граница
			На рабочих местах
			Пост	Не пост	Пост	Не-пост
Холодный	Сред-ней тяжес-ти 11а	18… 90	23	24	17	15	40…60	75	0,2	0,3
	Сред-ней тяжес-ти 11б	17…19	21	23	15	13	40…60	75	0,2	0,4
	Тяже-лая 3	16…18	19	20	13	12	40…60	75	0,3	0,5
Теп лый	Сред-ней тяже-сти 2а	21…23	27	29	18	17	40…60	65(при26°С)	0,3	0,2...0.4
	Сред-ней тяже-сти 2б	20…22	27	29	16	15	40…60	70(при25°С)	0,3	0,2...0,5
	Тяже-лая 3	18…20	26	28	15	13	40…60	70(при24°С и ниже)	0,4	0,2...0,6

Для нормальной работы человека в цехе, где будет расположен робот, станок с ЧПУ и системой автоматической настройки инструмента необходимо поддерживать следующие условия. Воздух рабочей зоне должен соответствовать ГОСТ 12.1.005 - 88.

Предельно допустимая концентрация аэрозолей и газов.

Название	Величины предельно допустимых концентрации мг/м3	Класс опасности	Агрегатное состояние
Алюминия окись	1	3
Озон	0,1	1	П
Пыль с примесью диоксида кремния до 10 %	2	4	А
Пропилацетат	200	4	П
Сероводород	10	2	П

Объем производственного помещения на одного работающего должен составлять не менее 15 м3, а площадь помещения не менее 4,5 м2. Так при работе станка вентиляция должна обеспечивать подачу наружного воздуха в количестве не менее 30 м3 в час на каждого работающего.

В помещениях имеющие большие площади допускается периодически открывать створки окон для естественной вентиляции. Применение естественной вентиляции требует расположения оборудования перпендикулярно продольным стенам для обеспечения свободного движения воздушных потоков. Проходы между оборудованием должен быть не менее 2 м. Кроме естественной вентиляции необходимо иметь в цехе и устройства механической вентиляции (для помещений без окон), которая по характеру охвата помещения может быть общеобъемной и местной (вытяжкой приточной, приточно - вытяжной). На время особо опасных случаев необходимо также для цеха разработать систему аварийной вентиляции, которая выполняется вытяжкой. Во всех производственных помещениях цеха должно происходить и кондиционирование воздуха, автоматически поддерживающее заданную температуру, относительную влажность, чистоту и скорость движения воздуха. В производственных помещениях в процессе работы необходимо периодически контролировать параметры воздушной среды (t0, влажность, запыленность и скорость движения воздушной среды). Осуществляется это с помощью контрольно - измерительных приборов ГОСТ 12.1.006 - 84.

Правильно устроенное освещение создает хорошую видимость и обеспечивает благоприятные условия труда. Недостаточное освещение вызывает преждевременное утомление, препятствует производительному труду, притупляет внимание работающего, ухудшает качественные показатели и может оказаться причиной несчастного случая. Минимальное освещение нормировано по СанПиН 23.05 - 95.

Рабочая зона должна быть освещена в такой мере, чтобы рабочий имел возможность хорошо видеть процесс работы, не напрягая зрения и не наклоняясь к инструменту и обработанному изделию, расположенным не менее 0,5 м от глаз.

Освещение не должно создавать резких теней и бликов, оказывающих слепящее действие. Необходимо также защищать глаза рабочего от прямых лучей источников света.

Проходы и проезды освещаются так, чтобы обеспечивалась хорошая видимость элементов здания и оборудования, сложенных на полу заготовок и деталей движущегося внутризаводского транспортера.

Недостаточное освещение проходов может быть причиной травмирования рабочего в результате удара о выступающие элементы конструкции здания или падения о лежащие на полу предметы.

В дневное время суток хорошо использовать и естественное освещение. Оно обеспечивает хорошую освещенность, равномерность видимости, вследствии высокой диффузионности благоприятно действует на зрение и экономично. Помимо этого солнечный свет оказывает биологически оздоровляющее и тонизирующее воздействие на человека.

Благодаря наличию мягких тканей, костей, суставов, внутренних органов и особенностей конфигурации, тело человека представляет собой сложную колебательную систему, первичная механическая реакция которой на вибрационное воздействие зависит от диапазона частот, предопределяя последующие физиологические эффекты.

К факторам производственной среды, усугубляющим вредное воздействие вибраций на организм, относятся чрезмерные мышечные нагрузки, неблагоприятные микроклиматические условия, особенно пониженная температура, шум высокой интенсивности, психоэмоциональный стресс. Охлаждение и смачивание рук значительно повышают риск развития вибрационной болезни за счет усиления сосудистых реакций. При совместном действии шума и вибрации наблюдается взаимное усиление эффекта.

Для современного машиностроения характерно увеличение скоростей перемещения рабочих органов и органов различного рода оборудования, станков и ручных машин. В результате этого возникают колебания, в ряде случаев им сопутствуют вредные производственные факторы, создающие неблагоприятные условия труда, например, вибрацию сопровождающая работу технического оборудования, механизированного инструмента, средств транспорта. Вибрация характеризуется тремя параметрами: амплитудой перемещения, колебательной скоростью и колебательным ускорением. Вибрация представляет собой процесс распространения механических колебаний в твердом теле. При воздействии вибрации на организм важную роль играют анализаторы ЦНС - вестибулярный, кожный и другие аппараты.

Длительное действие вибрации ведет к развитию профессиональной вибрационной болезни. Вибрация, воздействует на машинный компонент системы человек - машина, снижает производительность и точность считываемых показаний с приборов, вызывает знакопеременные приводящие к усталостному разрушению напряжения в конструкции и так далее. По характеру действия на организм человека вибрацию принято подразделять на местную и общую. Наиболее вредными для человека является одновременное действие вибрации, шума и низкой температуры. Допустимые уровни вибрации при работе на токарном станке предусмотрены ГОСТ 12.1.012 - 90, на ручном органе управления пневмоприводом и устройствами величина усиления при работе кистью руки не должно превышать 10 Н, рукой до локтя 40 Н. Вибрация может вызывать у человека нарушения нормальной деятельности центральной нервной системы и сердечно - сосудистой системы. При воздействии вибрации и механизмов, вызывая ускоренный износ деталей, необходимость частных наладок и ремонта. Распространяясь в окружающей среде вибрации разрушают машины и искажают показания контрольно - измерительных приборов. Для общих и местных вибраций санитарными нормативами установлены различные предельно - допустимые значения (Таблица 4.2)

Таблица 4.2 - Нормативы виброскоростей и виброускорений

Среднегеометрические частоты полос Гц	2	4	8	16	31,5	63
Среднеквадратические значения виброскорости 10 м/с*10-2	0,65	0,22	0,11	0,1	0,1	0,1
Среднеквадратичные значения виброускорения м/с	0,07	0,055	0,0055	0,1	0,2	0,4

Рост мощности современного оборудования и машин приводит к тому, что человек на производстве и в быту постоянно подвергается воздействию шума высокой интенсивности. Шум оказывает влияние на центральную первую и сердечно - сосудистую системы, слух. Длительное воздействие интенсивного шума воздействует на работающего: ослабляет внимание, увеличивает расход энергии при одинаковой физической нагрузки, замедляет скорость психических реакций. В результате так же своевременную реакцию работающих на предупредительные сигналы, что может стать причиной несчастного случая.

На различных участках производства санитарными нормами установлены нормируемое значения уровня звука 80 дБ (Таблица 4.3).

Таблица 4.3 - Нормативы уровня звука

Относительная доза шума %	Эквивалент уровня звука дбА.
	За время действия шума.
	8ч	4ч	2ч	1ч	30 мин	15 мин	7 мин
50	82	85	88	91	94	97	100
6,3	73	76	79	82	85	88	91

При шумных производствах для каждого работника необходимо иметь средства индивидуальной защиты от шума. Однако они должны использоваться как дополнительные к коллективным средствам защиты ГОСТ 12.4.011 - 89.

К средствам защиты от поражения электрическим током относятся:

Оградительные устройства;

Устройства автоматического контроля и сигнализации;

Изолирующие устройства и покрытия;

Устройства автоматического отключения;

Устройства выравнивания потенциалов и понижения напряжения;

Устройства дистанционного управления;

Предохранительные устройства;

Молнеотводы и разрядники;

Знаки безопасности.

Для обеспечения безопасной работы на станке необходимо:

устанавливаемая деталь должна быть чистой от масла, СОЖ и других остатков предыдущей обработки;

рабочая подача должна включаться только после попадания детали в зону резания;

при смене обрабатываемой детали вывести инструмент из рабочей зоны и отключить станок;

надежная работа вытяжной вентиляции, системы смазки и системы подачи СОЖ.

Расположение органов контроля и управления должно быть удобно для работы оператора и исключать попадание на них абразивной пыли, смазки и СОЖ. Станок оснащается защитными экранами от масла, СОЖ и абразивной пыли.

Подвижные сборочные единицы станка должны иметь механические ограничители хода и конечные выключатели.

На пульте управления станка и устройства ЧПУ устанавливается аварийная кнопка «Стоп» с грибовидным толкателем увеличенного размера.

Зубчатые, винтовые, ременные передачи станка должны быть надежно закрыты крышками и кожухами.

Контактные зажимы присоединения проводов должны быть надежно закрыты в электрическом шкафу. Электрооборудование станка испытывается на пробой током повышенного напряжения 2000 В. Станок оснащен вводным автоматическим выключателем, защищающим оборудование и оператора в аварийных ситуациях.

Необходимо, чтобы станок был безопасным не только при нормальном его функционировании и правильной эксплуатации, но и при неисправностях и неправильных действиях обслуживающего персонала.

В целях безопасности работы оборудования и предотвращения поломок составных частей должен обеспечиваться контроль:

наличия и правильности укладки заготовок на станок;

положения инструмента;

совершение процесса обработки детали на станке;

выноса готовых деталей из станка;

наличие ограждений рабочей зоны линии.

Компоновка оборудования должна быть выполнена из условий обеспечения:

- наименьшей площади;

- направление технологического потока слева направо;

- удобства загрузки заготовок в магазинное устройство;

- удобства установки и снятия инструмента;

- свободного подхода к любому оборудованию, с целью обслуживания и проведения регулировок.

Вибрация механизмов, самопроизвольное включение и выключение приводов не допускается.

Анализ электробезопасности

Развитие энергетики, привело к росту количества случаев поражения человека электрическим током. Электротравмы встречаются реже других производственных травм (1…3% от общего количества), но по тяжести поражений травматизм занимает одно из первых мест.

Электробезопасность - система организационных мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества. Электробезопасность должна обеспечиваться конструкцией электроустановок, техническими способами и средствами защиты, организационными и техническими мероприятиями (при обязательном выполнении требований стандартов ССБТ и нормативно-технической документации).

Электрический ток представляет собой скрытый тип опасности, так как его трудно определить в токо- и нетоковедущих частях оборудования, которые являются хорошими проводниками электричества. Смертельно опасным для жизни считают ток, величина которого превышает 0,05А, ток менее 0,05А - безопасен (до 1000 В). С целью предупреждения поражений электрическим током к работе должны допускаться только лица, хорошо изучившие основные правила по технике безопасности, которые определяет ГОСТ 12.1.030-81 «Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление».

К техническим способам защиты, обеспечивающим электробезопасность, относится защитное заземление. Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Защитное заземление снижает до безопасных значений напряжение прикосновения (при замыканиях на корпусе).

В соответствии с правилами электробезопасности в служебном помещении должен осуществляться постоянный контроль состояния электропроводки, предохранительных щитов, шнуров, с помощью которых включаются в электросеть компьютеры, осветительные приборы, другие электроприборы.

Анализ параметров автоматизированного производства

Автоматизация процессов является одним из наиболее эффективных путей повышения производительности труда, а также улучшения условий труда рабочих.

Основными причинами воздействия на работающих опасных и вредных производственных факторов при использовании автоматизированного оборудования являются:

нарушение условий эксплуатации оборудования;

нарушение требований безопасности труда при организации автоматизированного участка, связанные с неправильной планировкой оборудования, пультов управления, транспортно-накопительных устройств;

отказ или поломка технологического оборудования, промышленных роботов и манипуляторов;

ошибочные действия оператора при наладке, регулировке, ремонте оборудования или во время работы его в автоматическом цикле;

появление человека в рабочем пространстве оборудования;

нарушение требований инструкций по технике безопасности;

отказы в функционировании средств аварийной и диагностической сигнализации и отображения информации;

ошибки в работе устройств программного управления и ошибки в программировании.

4.2 Расчет защитного заземления производственного помещения

Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Защитное заземление снижает до безопасных значений напряжение прикосновения (при замыканиях на корпусе). (ГОСТ 12.1.030-81 - Электробезопасность. Защитное заземление, зануление).

Следует отметить, что технологическое оборудование включено в трехфазную сеть с изолированной нейтралью напряжением 380 В.

Целью данного расчета является определение основных параметров заземления (число, размеры и размещение одиночных заземлителей и заземляющих проводников). При этом расчет производиться для размещения заземлителя в однородной земле. Схема защитного заземления приведена на рисунке 4.1.

Выбираем с учетом требований указанного ГОСТа значение сопротивления защитного заземления Rдоп= 10 Ом (Rдоп должно быть = 10 Ом для электроустановок напряжением до 1000 В в сети с изолированной нейтралью. Также заметим, что заземляемые объекты находятся на первом этаже (наиболее близком к земле), а половое покрытие в помещение выполнено из дерева);

Согласно литературе [10] задаемся удельным сопротивлением грунта = 100 Ом*м. (суглинок);

Выбираем групповой контурный заземлитель (уголок) длиной 3м;

Определяем сопротивление одиночного заземлителя:

(4.1)

где l и d - длина и диаметр заземления, м; t - расстояние от поверхности земли до середины вертикального заземлителя. Т.к. в качестве заземлителя используется уголок, то d = 0.95b (где b = 0.05 м - ширина полки уголка).

5 Подсчитываем приближенное количество заземлителей , приняв коэффициент использования Ns =0.6:

(4.2)

6 Располагая полученное число заземлителей на плане объекта, получим длину полосы связи 3.5 м.

7 Определяем значения: коэффициента использования вертикальных стержневых заземлителей без учета влияния полосы связи (Ns = 0.83); коэффициента использования горизонтального полосового заземлителя, соединяющего вертикальные стержневые заземлители (Np = 0.89).

Определяем сопротивление растекания тока полосы связи:

(4.3)

где b - расстояние от поверхности земли до середины вертикального заземлителя; h - расстояние от поверхности земли до оси горизонтальной полосы.

9 Определяем уточненное число заземлителей по формуле

10 Снова располагаем заземлители на плане объект и рассчитываем сопротивление группового заземлителя:

(4.4)

Т.к. Rобщ Rдоп, то задача решена.

4.3 Расчет освещения методом коэффициента использования светового потока

От освещения в значительной степени зависит производительность труда и качество продукции. Неудовлетворительное освещение приводит к искажению получаемой человеком информации, утомляет зрение и весь организм. Для выполнения работ высокой точности в производственном помещении необходимо рассчитать общую систему равномерного освещения.

Выбираем для освещения помещения светильники с люминесцентными лампами.

Принимаем систему комбинированного освещения.

Характер зрительной работы в цехе соответствует IV разряду.

Согласно СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» норма освещенности на рабочем месте - 400 лк.

Для освещения цеха выбираем позвенные светильники типа ПВЛП-1-2х40, применение которых допускается в любых производственных помещениях.

Предусматриваем частично пыленепроницаемое исполнение светильников. В качестве источников света используем люминесцентные лампы типа ЛД.

При высоте помещения Н = 6,0 м и высоте расчетной поверхности над полом hр = 1.3 м величина свеса светильников hc = 0,9 v.

Расчетная величина подвеса светильников над рабочей поверхностью:

h = H - hр - hс, (4.5)

H = 6 - 1,3 - 0,9 = 3,8 м.

Расстояние между рядами светильников Lр выбираем из соответствующего соотношения Lp/h = 1,4 2,6.

Выбираем Lp/h = 2,5, тогда Lp = 2,5x3,8 = 9,5 м.

Расстояние от крайних светильников до стен L = 0,4Lp, т.е. L = 0,4x9,5 = 3,8 м.

Расстояние между светильниками 5 м.

Таким образом, принимаем тридцать светильников, по десять в трех рядах. В каждом светильнике по две лампы ЛД. Следовательно, общее количество ламп N = 60.

Расчет освещения производим методом коэффициента использования светового потока.

Дано:

А = 60 м, В = 30 м, h = 6 м, п = 50%, с = 30 м, р = 10%.

где: А,В,h - соответственно длина ширина и высота помещения,

п , с , р - коэффициенты отражения потолка, стен и рабочих поверхностей.

Определяем индекс помещения по формуле

i = АхВ/hх(А+В)

i = 60х30/6(60+30) = 3,3

Для светильников ПВЛП с индексом помещения i = 3,3 с учетом коэффициентов отражения стен, потолка и рабочих поверхностей определяем соответствующее значение коэффициента использования светового потока = 47%.

Для производственных помещений с содержанием пыли не менее 1 кг/м3 при освещении люминесцентными лампами коэффициент запаса Кз = 1,5.

Следующим этапом определяем расчетное значение светового потока по формуле:

Fp = EнКзSZ / N (4.6)

где: Ен - нормативное значение минимальной освещенности, Лк,

Кз - коэффициент запаса,

S - площадь помещения, кв.м,

Z - поправочный коэффициент,

- коэффициент использования светового потока,

N - количество ламп

Fp = 400x1,5x1800x1,2/47x60 = 459,6 Лм.

Выбираем лампу ЛДЦ-1,5-4, мощность 15 вт со световым потоком Fл = 475 лм, который несколько больше расчетного.

Проводим проверочный расчет освещенности по формуле:

Е = FлN/KзSZ (4.7)

E = 475x60x47/1,5x1800x1,2 = 413 лк.

Общая мощность осветительной установки по формуле:

Po = KnPN,

где: Кn - коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре для люминесцентных ламп, Кn = 1,25,

Р - мощность лампы, квт,

N - количество ламп.

Ро = 1,25х0,015х60 = 1,125 квт.

4.4 Меры пожарной безопасности

По степени огнестойкости механический цех, где установлена автоматическая линия, относится к 1-й степени, т.к. каркас здания и заполнения каркасных стен выполнены из несгораемых материалов.

По пожарной опасности опасности участок относится к категории Д, как производство, обрабатывающее несгораемые вещества и материалы в холодном состоянии согласно СНиП 2.01.02-85.

На основании типовых правил в цехе разрабатываются конкретные инструкции о мерах пожарной безопасности.

Инструктаж о мерах пожарной безопасности проводится со всеми вновь поступившими на предприятие для работы на автоматической линии. Каждый рабочий должен четко знать и выполнять установленные правила пожарной безопасности, не допускать действий, могущих привести к пожару.

Территория участка, а также и всего предприятия должна постоянно содержаться в чистоте. Ко всем водоисточникам и пожарному инвентарю должен быть свободный доступ. В производственном помещении запрещается:

убирать помещение с применением бензина, керосина и других легковоспламеняющихся жидкостей;

оставлять после окончания работы, включенными в сеть, нагревательные приборы;

производить работы с применением огня.

Курение на территории предприятия разрешается только в специально отведенных местах.

На дверцах шкафа пожарного крана должен быть буквенный индекс «ПК» и указан порядковый номер крана.

Для размещения средств пожаротушения (лопаты, ведра, кирки, ломы, песок, огнетушители) в производственном здании и на прилегающей территории устанавливаются пожарные щиты, окрашенные в красный цвет.

Легковоспламеняющиеся жидкости на рабочих местах должны храниться в закрытых металлических ящиках.

Для охраны от пожаров на предприятии создается добровольная пожарная дружина, которая оказывает помощь по предупреждению пожароопасных ситуаций и совместно с профессиональной пожарной службой непосредственно участвует в ликвидации очагов возгорания. Права и обязанности добровольной пожарной дружины определены законодательными актами Российской Федерации.

5 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

Использование промышленных роботов дает возможность исключить участие рабочего в выполнении вспомогательных операций и полностью автоматизировать процесс механической обработки, т.е. использование ПР в производстве эффективно только в комплексе с как с основным, так и с вспомогательным технологическим оборудованием.

Задача, которая ставилась при создании роботизированных технологических комплексов (РТК) - это обеспечение условий минимального участия рабочего в производстве, а также «безлюдного» производства при 3-х сменной, а в худшем случае при 2-х сменной работе.

Целью дипломной работы является снижение себестоимости изделий обрабатываемых на токарных станках с ЧПУ модели 1И611ПМФ2 на основе применения промышленного робота и организации РТК.

Разработка и внедрение ПР позволяет на высоком научно-техническом уровне решать задачу комплексной автоматизации производства, пересмотреть распределение функций между человеком и машиной и обеспечить рост производительности труда.

Применение ПР способствует улучшению условий труда, повышению эффективности производства и сокращению численности работающих.

На предприятиях, где эффективно применяются ПР успешно решаются и социальные проблемы, а именно, изменяется характер труда, снижается текучесть кадров, сокращается травматизм, уменьшаются профессиональные заболевания и т.п.

При оценке эффективности ПР необходимо учитывать, что он не всегда способен полностью заменить рабочего, а может лишь освободить его от монотонного физического труда, изменить характер и содержание труда, приближая его к труду наладчика.

Основными факторами эффективности применения ПР и РТК являются:

повышение производительности оборудования или повышение производительности труда на операции, выполняемой ПР;

повышение производительности труда в результате замены ручного труда на ряде вспомогательных и основных технологических операций;

повышение ритмичности производства;

повышение коэффициента сменности оборудования;

снижение процента брака (увеличение выхода годных изделий), повышение стабильности качества продукции;

снижение объема оборотных средств и сокращение цикла производства.

5.1 Характеристика промышленного робота

Выбор ПР основывается на условиях, которые отражены в главе1, п.1.2.3, а именно, по грузоподъемности и количеству степеней подвижности. В экономической части проекта еще раз кратко остановимся на требованиях к ПР.

В разрабатываемом проекте вес заготовки не превышает 1,0 кг, но учитывается, что на РТК возможна обработка других деталей, вес которых может превышать вес рассматриваемой детали. Примем ПР грузоподъемностью до 1,5 кг. Предлагается применить на роботе два схвата. Один схват должен соответствовать профилю заготовки, и он предназначен для загрузки с пристаночного накопителя к станку. Второй схват должен соответствовать профилю поверхности, которая образуется в результате обработки детали на первом станке. Он предназначен для снятия обработанной готовой детали со станка и перемещению ее к накопителю, на который складываются готовые детали.

Наиболее подходящим является робот "Электроника НЦТМ-01", предназначенный для обслуживания металлорежущих токарных станков, а именно, для загрузки и выгрузки детали типа тел вращения диаметром до 150 мм, длиной до 150 мм при серийном производстве изделий. Общий вид электромеханического манипулятора представлен на рисунке 1.2, а траектория движения конечного звена (схватов) на рисунке 1.3. В главе 1 даны основные технические данные и характеристики ПР «Электроника НЦТМ-01».

5.2 Исследование и анализ рынка

РТК планируется использовать для производства изделия «Патрубок» из круглых заготовок стали марки 40Х диаметром 52 мм. В таблице 2.1 приведены основные технологические пооперационные режимы обработки. Полное время обработки одной детали 2,16 мин.

5.3 План маркетинговых действий

План маркетинга - это план мероприятий по достижению намечаемого объема продаж и получению максимальной прибыли путем удовлетворения потребностей рынка. Тактика маркетинговой ориентации для проектируемого к выпуску изделия представлена в таблице 5.1.

Товарная политика предполагает определенный курс действий, благодаря которым обеспечивается эффективное, с коммерческой точки зрения, формирование ассортимента товаров, гибкое приспособление имеющихся или создаваемых ресурсов к рыночным условиям.

Товарная стратегия выделяет следующие главные цели:

разработку «пионерного товара», который может быть лидером на ближайшие годы и утверждает репутацию предприятия;

разработку маркетинговых программ по возможным модификациям, в перспективе - выбор соответствующей модификации по каталогу.

Таблица 5.1 - Маркетинговая ориентация

По замыслу	Из обработанных деталей собирают гидравлические системы, используемые в сельхозмашинах, прессах, котлах и др. оборудовании
В реальном исполнении	РТК - это токарный станок с ЧПУ 1И611ПМФ2. Загрузку и выгрузку станков осуществляет ПР, который подает заготовки и снимает детали с накопителей.
С подкреплением спроса	Используется в судостроении, машиностроении, приборостроении, авиационной, оборонной промышленности
Преимущества	Обработка детали производится на токарном станке. Этот метод менее дорогой и на деталях не остаются необработанные поверхности

Ценовая политика.

Стратегия ценообразования включает кратко- и долгосрочные цели и может базироваться на издержках производства, спросе на продукцию и цене конкурента.

Ценовая стратегия может предусматривать:

использование гибких цен, например, в зависимости от модификации, комплектации;

взаимосвязь цены и качества;

ориентацию на уровень цен мирового рынка и т.п.

Сбытовая политика.

Сбытовая стратегия предполагает ориентацию на систему ФОССТИС (формирование спроса и стимулирование сбыта) и может предусматривать:

рекламную деятельность (рекламные буклеты, использование рекламы в прессе, на радио, телевидении и т.п.);

создание и регулирование коммерческих связей через посредников, дилеров, агентов и пр.;

организация и участие в ярмарках, выставках;

использование кредита в различных формах, продажа в рассрочку, лизинг;

презентацию продукции специально для потенциальных потребителей.

Сервисное обслуживание.

Стратегия по организации сервисного обслуживания предполагает предпродажный и послепродажный сервис.

Предпродажный сервис ориентирован на постоянное изучение и анализ требований с целью совершенствования качественных параметров предлагаемой продукции.

Послепродажный сервис предусматривает комплекс работ по гарантийному и послегарантийному обслуживанию.

5.4 Определение капитальных вложений

По базовому варианту.

Капитальные вложения по базовому варианту (К) - это единовременные затраты, связанные с приобретением и вводом станка в эксплуатацию, включают:

Кc = 500000 руб. - стоимость станка 1И611ПМФ2,

Ку = 10000 руб. стоимость установки: проводка коммуникаций, подготовка площадки, оплата труда по установке,

Косн =40000 руб. - стоимость оснастки,

Кпп =10000 руб. - стоимость подготовки программы,

n =1 - количество станков.

К = (Кс + Ку + Косн + Кпп)n = 560000 руб.

По проектируемому варианту.

Капитальные вложения по проектируемому варианту - это единовременные затраты, связанные с приобретением робота и вводом его в эксплуатацию (Кпр):

Кпр = (Кр + Кур + Коснр)n + Кокр = 235000 руб.

Где: Кр = 200000 руб. - стоимость робота,

Кур =10000 руб. - стоимость установки робота,

Коснр =15000 руб. - стоимость оснастки робота,

Кокр =10000 руб. - стоимость проектно-конструкторских работ по стыковке робота со станком, включая изменения в программу.

5.5 Определение эксплуатационных затрат

Эксплуатационные затраты являются текущими издержками производства (И), связанными с эксплуатацией и обслуживанием РТК и определяются следующим образом:

U = UЗ + UПП + U пр + UA + UУСП + UР + UЭ + UКР (5.1)

где: UЗ - годовая заработная плата рабочих с начислениями;

UПП - годовые затраты, связанные с программным обеспечением;

UПР - годовые затраты на ремонт специальных приспособлений;

UУСП - годовые затраты на использование универсально-сборочных приспособлений;

UР - годовые затраты на ремонт и техническое обслуживание оборудование и устройств ПУ;

UA - годовые амортизационные отчисления;

UЭ - годовые затраты на расход электроэнергии;

UB - годовые затраты на расход сжатого воздуха;

UKP - годовая сумма в % за коммерческий кредит.

Годовая заработная плата рабочих, обслуживающих РТК, определяется из следующих допущений: