Расчетно-аналитический метод определения припусков на механическую обработку заготовок

РАЗДЕЛ 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБРАБОТКИ ПОЛУЧЕННЫХ ДАННЫХ

3.1 Метод наименьших квадратов

При выполнении научно-исследовательских работ на этапе экспериментальных исследований используются различные методы обработки результатов экспериментов. В частности, при обработке результатов измерений и наблюдений широко применяют методы графического изображения. Последние, в отличие от табличной формы представления результатов, дают наиболее наглядное представление о результатах экспериментов, позволяют лучше понять физическую сущность исследуемого процесса, выявить общий характер функциональной зависимости изучаемых переменных величин, установить наличие максимума и минимума функции.

При решении большого количества разнообразных технологических задач, установлении зависимостей, в процессе экспериментальных исследований получают статистические ряды измерений двух (или нескольких) значений, объединяемых функцией y=f(x).

Каждому значению функции y₁, y₂,…, y_n соответствует определенное значение аргумента х₁, х₂,…, х_n. На основе экспериментальных данных можно подобрать алгебраические выражения, которые называют эмпирическими формулами. Такие формулы подбирают только в пределах измеренных значений аргумента х₁ - х_n. Эмпирические формулы имеют тем большую ценность, чем больше они соответствуют результатам эксперимента, и они незаменимы для анализа измеренных величин.

К эмпирическим формулам предъявляют два основных требования: по возможности они должны быть наиболее простыми и точно соответствовать экспериментальным данным.

Процесс подбора эмпирических формул состоит из двух этапов. Вначале данные измерений наносят на сетку координат, соединяют экспериментальные точки плавной кривой и выбирают ориентировочно вид формулы. На втором этапе вычисляют параметры формул, которые наилучшим образом соответствовали бы принятой формуле.

Одним из наиболее распространенных методов определения параметров эмпирических формул является метод наименьших квадратов, дающий наилучшие по точности результаты.

Пусть по экспериментальным данным построена эмпирическая кривая, по виду которой подобрана теоретическая кривая с известным уравнением. Например, переменные x, y и z связаны между собой уравнением вида

ax+by+cz=N. (3.1)

Это уравнение принимается в качестве эмпирической формулы, для которой мы и определяем ее параметры - неизвестные значения коэффициентов.

Для определения значения коэффициентов a, b и c необходимо найти опытным путем значения их величин при трех различных комбинациях переменных:

(3.2)

Решив систему трех уравнений, можно найти искомые коэффициенты. Однако, если переменным придать некоторые четвертные значения x₄, y₄ и z₄ и определить опытным путем N₄, то окажется, что равенство (3.1) при коэффициентах, вычисленных по (3.2), будет не выполнено:

ax₄+by₄+cz₄?N₄.

Объясняется это тем, что коэффициенты определены из уравнений (3.2) по опытным данным, имеющим некоторую ошибку экспериментов (ошибки опытов и измерений и т.д.). поэтому значения неизвестных a, b и c следует находить не из трех уравнений, а значительно большего числа опытов, что бы получать более надежные значения этих коэффициентов:

(3.3)

Таким образом, получаем “избыточную” систему уравнений, которые называют “условными”, так как они не вполне совместимы. То есть значения неизвестных, определенные, например из первых трех уравнений, не будут равны значениям этих же неизвестных, определенных из других трех уравнений этой системы. Нужно определить, каковы должны быть значения коэффициентов a, b и c, чтобы избыточная система уравнений удовлетворялась наилучшим образом, т.е. ошибки E_i=N - N_i, где N - расчетные, а N_i - опытные данные, или

(3.4)

должны быть наименьшими.

Для решения этой задачи пользуются принципом, предложенным Лежандром и развитым Лапласом и Гауссом. Согласно ему из возможных величин a, b и c наиболее удовлетворительными будут те, при которых сумма квадратов ошибок будет наименьшая:.

Возведение в квадрат уравнений системы (3.4) и их сложение дает:

(3.5)

Для наблюдения условия необходимо, чтобы сумма частных производных по a, b и c уравнения (3.6) обращалась в ноль, а следовательно, и каждая из этих частных производных должна обратится в ноль:

;

Дифференцируя уравнение (3.6) последовательно по a, b и c получим:

(3.7)

Эти уравнения являются “нормальными”. Решая их относительно a, b и c, получим наилучшие значения коэффициентов, удовлетворяющих принципу наименьших квадратов [23].

3.2 Определение коэффициентов уравнения с помощью метода наименьших квадратов

Необходимо установить зависимость между квалитетом точности детали и величиной припуска на механическую обработку. Для этого с помощью расчетно-аналитического метода ранее в работе были рассчитаны величины припусков в зависимости от стадии обработки для деталей разных интервалов размеров. Рассмотрим заготовку из интервала размеров 50-80мм, полученную методом штамповки. Результаты расчета величин припусков на обработку приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Значения припусков на обработку штампованной заготовки

Наименование операции	Величина припуска, мм
Токарная черновая	2,581
Токарная получистовая	0,781
Предварительное шлифование	0,413
Чистовое шлифование	0,146

Предположим, что точность обработки на токарной чистовой операции соответствует 12 квалитету точности, токарной получистовой - 10 квалитету, точность предварительного шлифования -8 квалитет, чистового - 6 квалитет, а точность заготовки, получаемой способом штамповки - 16 квалитет. На рисунке 3.1 графически показана связь между величиной припуска и квалитетом заготовки.



Рисунок 3.1 - График распределения величины припуска в зависимости от квалитета точности заготовки (1 - практическая кривая, 2- теоретическая кривая )

По виду данной эмпирической кривой необходимо подобрать плавную теоретическую кривую, уравнение которой известно. По характеру расположения точек на вышеприведенном графике можно предположить, что эмпирическая зависимость выражается экспонентной кривой 2, как показано на рисунке 3.1. Таким образом уравнение теоретической кривой может иметь вид:

у=a·b^X .(3.8)

В данном уравнении x соответствует текущему значению координаты квалитета точности контура заготовки. Определим значения этих координат. Пускай интервал изменения координат квалитетов точности от 0 до 10, т. е. 0? х ?10, что соответствует IT18 - IT5. Предположим, что данные квалитеты расположены на вещественной части оси х на отрезке от 0 до 10. Определим значения координат разделив отрезок на 14 равных частей, по количеству квалитетов. Значения координат квалитетов приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Значения координат квалитетов точности

IT	18	17	16	15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5
х	х1	х2	х3	х4	х5	х6	х7	х8	х9	х10	х11	х12	х13	х14
	0,714	1,43	2,14	2,86	3,57	4,28	5	5,71	6,43	7,14	7,85	8,57	9,28	10

Используя вид эмпирической формулы, определим ее параметры по способу наименьших квадратов, как это было изложено выше.

Так как предложенная формула является показательной, т.е. переменная находится в показателе степени, то для удобства использования метода наименьших квадратов необходимо сначала прологарифмировать данное выражение.

у=a·b^X ,

lny=ln(a·b^X),

lny=ln+xlnb.

Выполним замену: lny=ц, lna=c, lnb=d. Тогда рассматриваемое уравнение будет иметь вид:

ц = c+ dх . (3.9)

Согласно методу наименьших квадратов , где

(3.10)

После возведения уравнений (3.10) в квадрат и их суммирования получим:

. (3.11)

Теперь возьмем сумму частных производных по с и d уравнения (3.11), которая должна обращаться в нуль:

В итоге получим систему нормальных уравнений:

(3.12)

В целях удобства расчетов представим таблицу исходных данных, которую дополним ещё тремя расчетными столбцами: х², ц, цх.

Таблица 3.3 - Исходные данные для расчета

у	х	х2	ц=lnу	цх
2,581	2,14	4,58	0,948	2,029
0,781	5	25	-0,247	-1,23
0,4126	6,43	41,34	-0,885	-5,69
0,1456	7,85	61,62	-1,93	-15,12
Сумма	21,42	132,55	-2,11	-20,02

Подставив значения Ух, Ух², Уц, Уцх в уравнение (3.12), получим:

(3.13)

Решая систему (3.13) методом последовательного исключения неизвестных, определим: c= 2,089, d=-0,489.

Для того, что бы вернуться к показательной функции найдем значения a и b:

,

.

Таким образом, искомое уравнение теоретической кривой имеет вид:

у=8,08·0,61^х . (3.14)

Подставив в уравнение (3.14) значения координат х квалитетов точности заготовки, получим значения у, по которым и построим кривую 2 на графике. Теоретическая кривая ясно показывает, что, несмотря на отдельные отклонения в ходе эмпирической линии регрессии, четко вырисовывается экспонентная зависимость величины припуска на механическую обработку от квалитета точности заготовки. Отклонения отдельных эмпирических точек от этого закона является отражением влияния на величину припуска многих других неучтенных факторов.

Аналогично приведенному выше примеру расчета коэффициентов a и b для интервала размеров 50-80мм определим коэффициенты, которые соответствуют остальным 12 интервалам размеров заготовок. Значения коэффициентов приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Значения коэффициентов a и b для заготовок, получаемых методом штамповки

Интервал	1-3мм	3-6мм	6-10мм	10-18мм	18-30мм	30-50мм	50-80мм
a	4,53	4,75	4,90	5,56	6,45	7,22	8,08
b	0,636	0,633	0,632	0,626	0,621	0,621	0,613
Интервал	80-120мм	120-180мм	180-250мм	250-315мм	315-400мм	400-500мм
a	8,66	9,61	10,79	11,04	11,40	12,52
b	0,614	0,611	0,602	0,607	0,605	0,603

Значения коэффициентов a и b, соответствующих литым заготовкам им поковкам, также рассчитываются с помощью метода наименьших квадратов. Но, в отличии от штампованных заготовок, принимаем, что точность литой заготовки соответствует 17 квалитету точности, точность обработки на токарной черновой операции - 13, на токарной получистовой - 11, точность предварительного шлифования - 9, чистового -6. Точность заготовки поковки - 18 квалитет, точность обработки на токарной черновой операции - 15, на токарной получистовой - 12, точность предварительного шлифования - 9, чистового - 6. Результаты расчетов коэффициентов уравнения для литых и кованых заготовок приведены в таблицах 3.5 и 3.6 соответственно.

Таблица 3.5 - Значения коэффициентов a и b для заготовок, получаемых методом литья

Интервал	1-3мм	3-6мм	6-10мм	10-18мм	18-30мм	30-50мм	50-80мм
a	6,04	6,09	6,14	6,44	6,56	9,06	9,66
b	0,592	0,5922	0,592	0,595	0,596	0,583	0,584
Интервал	80-120мм	120-180мм	180-250мм	250-315мм	315-400мм	400-500мм
a	10,01	10,61	11,36	11,62	11,87	12,73
b	0,586	0,587	0,591	0,596	0,595	0,597

Таблица 3.6 - Значения коэффициентов a и b для заготовок, получаемых методом ковки

Интервал	1-3мм	3-6мм	6-10мм	10-18мм	18-30мм	30-50мм	50-80мм
a	3,43	3,43	3,55	3,70	4,04	7,70	8,63
b	0,622	0,622	0,6256	0,6286	0,63	0,595	0,599
Интервал	80-120мм	120-180мм	180-250мм	250-315мм	315-400мм	400-500мм
a	8,78	9,232	9,979	10,82	10,96	11,57
b	0,603	0,605	0,604	0,6	0,608	0,603

3.3 Разработка компьютерной программы для автоматизации расчета припусков

В ходе проведения теоретических исследований была определена зависимость распределения припусков на механическую обработку в зависимости от этапа обработки заготовки, определены числовые значения коэффициентов, влияющих на данную зависимость. На основе этих данных может быть создана программа, которая позволит автоматизировать процесс определения припусков на обработку.

Так как известно, что припуски на этапах обработки распределяются по экспонентной зависимости и известна показательная функция этой зависимости Z_общ=a·b^X , то для определения значений припусков по вышеуказанной зависимости необходимо определить коэффициенты a и b и построить кривую распределения.

Далее на этой кривой в зависимости от точности исходной заготовки и готовой детали устанавливаются точки О и О_N соответственно. После этого необходимо установить количество этапов обработки и определить цену деления с по оси абсцисс, то есть разбить отрезок оси х между точками О и О_N на равные части, количество которых соответствует количеству этапов обработки заготовки.

Значения коэффициентов a и b определяются в зависимости от размеров заготовки и способа ее получения. Числовые значения этих коэффициентов приведены для штампованных заготовок в таблице 3.4, для литых заготовок в таблице 3.5, для кованных заготовок в таблице 3.6.



Рисунок 3.2 - Схема распределения припусков

Например, рассмотрим обработку заготовки за 4 этапа. Предположим, что точность заготовки соответствует 16 квалитету, а точность готовой детали - 6. На графике распределения припусков это показано точками О и О_N соответственно. Так как обработка происходит за 4 этапа, то отрезок оси абсцисс между точками О и О_N разбивается на 4 равных участка, как показано на рисунке 3.2. Разница значений по оси ординат между полученными точками будет соответствовать значениям припусков z_i на отдельные переходы.

Каждому квалитету точности соответствует своя координата по оси х. Интервал изменения координаты квалитета точности 0?х?10, что соответствует квалитетам IT18-IT5. Предположим, что данные квалитеты расположены на вещественной части оси х на отрезке от 0 до 10. Определим значения координат разделив отрезок на 14 равных частей, по количеству квалитетов. Числовые значения координат квалитетов точности, которые используются при расчетах, приведены в таблице 3.7

Таблица 3.7 - Значения координат квалитетов точности

IT	18	17	16	15	14	13	12
х	х1	х2	х3	х4	х5	х6	х7
	0,714	1,43	2,14	2,86	3,57	4,28	5
IT	11	10	9	8	7	6	5
х	х8	х9	х10	х11	х12	х13	х14
	5,71	6,43	7,14	7,85	8,57	9,28	10

Используя описанный выше алгоритм расчета значений припусков с помощью показательной функции можно создать программу, которая будет автоматически определять значения припусков на механическую обработку заготовок.

Необходимые для расчета исходные данные - это тип заготовки, ее размер, квалитет точности заготовки и готовой детали и число этапов обработки заготовки. Все эти данные должны быть известны пользователю программы до начала расчета, и вводятся им самостоятельно. Все остальные действия и расчеты, а именно определение координат квалитетов точности заготовки и детали, построение графика распределения припусков, определение цены деления с по оси абсцисс и вычисление значений припусков по этапам производится автоматически с помощью программы.

Программа разработана с помощью языка программирования Pascal. Алгоритм создания программы приведен в виде блок схемы на рисунке 3.2.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.3 - Блок-схема программы расчета припуска на обработку

Алгоритм работы программы:

- Пользователь выбирает тип заготовки из предложенных вариантов (1 - штамповка, 2 -отливка, 3 - поковка) и вводит выбранный вариант; программа считывает это значение и выводит на экран результат.

- Пользователь вводит диаметр детали, после нажатия клавиши «Ввод» программа считывает это значение и определяет принадлежность этого значения к одному из интервалов размеров заготовки. На рисунке 3.2 приведен фрагмент интерфейса программы.

Рисунок 3.4 - Ввод начальных данных для расчета припуска

- К выбранному интервалу размеров заготовки ставиться в соответствие значения коэффициентов а и b.

- Пользователь вводит квалитет заготовки до начала обработки и квалитет готовой детали, в соответствии с этим программа выводит соответствующие координаты этих квалитетов Х.

Рисунок 3.5 - Выбор квалитета точности заготовки и детали

- Пользователь вводит количество этапов обработки заготовки. Программа считывает это значение.

- Определенный ранее диапазон значений координат Х (аргументов показательной функции) разбивается на равные отрезки, количество которых зависит от количества этапов обработки.

На рисунке 3.4 в первой колонке приведены координаты узлов графика по оси абсцисс, во второй колонке - координаты по оси ординат.

Рисунок 3.6 - Координаты узлов графика распределения припуска

- Происходит табуляция функции y=a·b^x, по которой и происходит расчет значений припусков на обработку.

- Строится график функции y=a·b^x и дискретные точки (узлы), которые соответствуют граничным точкам каждого из этапов обработки. Координаты этих точек приведены в таблице, которая показана на рисунке 3.4.

На рисунке 3.5 показан пример графика распределения припуска на обработку заготовки за 3 этапа.

Рисунок 3.7 - График распределения припуска

- Определяется разница значений по оси ординат между всеми дискретными точками графика, то есть значения припусков на каждый из этапов обработки.

В рассмотренном примере значению припуска z₁ на первый этап обработки будет соответствовать разница ординат первой и второй точек, на второй этап обработки z₂ - разница ординат второй и третьей точек, на третий z₃ - третьей и четвертой точек. Значение общего припуска на обработку z_общ - разница ординат первой и четвертой точек на графике распределения припуска.

- Строится матрица разностей ординат между узлами (значений припусков).

Рисунок 3.8 - Матрица разностей ординат между узлами графика

Сравним значения припусков на механическую обработку полученные с помощью разработанной программы и с помощью расчетно-аналитического метода определения припусков. Для этого рассмотрим в качестве примера обработку кованой, штампованной и литой заготовок из интервала размеров 50-80мм за 4 этапа.

Определим погрешность значений координаты у в узлах графиков, числовые значения которой приведены в таблице 3.8.



Рисунок 3.9 -Сравнение теоретических и экспериментальных графиков распределения припусков для поковки

Таблица 3.8 - Значения координаты у в узлах графиков

	Расчетно-аналитический метод	Припуски, определенные с помощью программы
1	5,33	5,059
2	2,09	2,162
3	0,886	0,928
4	0,176	0,192

Определим погрешность в каждой точке по формуле:

(3.15)

Выполним аналогичные расчеты для штампованной заготовки. Значения координаты у в узлах графика приведены в таблице 3.9.



Рисунок 3.10 -Сравнение теоретических и экспериментальных графиков распределения припусков для штамповки

Таблица 3.9 - Значения координаты у в узлах графиков

	Расчетно-аналитический метод	Припуски, определенные с помощью программы
1	2,581	2,355
2	0,781	0,934
3	0,413	0,368
4	0,146	0,145

Согласно формуле (3.15) погрешность значений координаты у:

Выполним аналогичные расчеты для литой заготовки. Значения координаты у в узлах графика приведены в таблице 3.10.



Рисунок 3.11 -Сравнение теоретических и экспериментальных графиков распределения припусков для отливки

Таблица 3.10 - Значения координаты у в узлах графиков

	Расчетно-аналитический метод	Определение припусков с помощью программы
1	3,45	3,072
2	1,09	1,269
3	0,518	0,527
4	0,148	0,14

Согласно формуле (3.15) погрешность значений координаты у:

Как видим, погрешности в узлах теоретического и экспериментального графиков не превышают 10-15%. Расхождения между экспериментальными и теоретическими графиками распределения припусков для остальных интервалов размеров также не превышает 15%. В связи с этим, можем сделать вывод, что значения припусков, определенные с помощью показательной функции y=a·b^x вполне справедливы, так как попадают в доверительный интервал.

3.4 Выводы

1 С помощью метода наименьших квадратов определены значения коэффициентов уравнения a и b, влияющих на характер распределения припуска, для каждого из интервалов размеров заготовок, для методов получения заготовок штамповкой, литьем и ковкой. По полученным значениям коэффициентов можно построить график распределения припусков для любой заготовки из каждого интервала размеров и по данному графику определить необходимую величину припуска на механическую обработку.

2 Разработана программа для определения значений припусков на механическую обработку в зависимости от количества этапов обработки. В качестве исходных данных для такого расчета требуются только тип и размер заготовки, квалитет точности до начала обработки и после ее завершения, количество этапов, за которое производится обработка. Такой способ определения припусков на обработку ориентирован на САПР ТП, лишает необходимости использования большого количества справочников и таблиц, также не требует никаких расчетов.

Такой способ определения припусков может быть использовании, например, в единичном производстве, когда возникает необходимость быстро определить припуски на обработку заготовки, зная только ее размеры и параметры точности до и после обработки.

РАЗДЕЛ 4. ОХРАНА ТРУДА И БЕЗОПСНОСТЬ В ЧЕРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

4.1 Характеристика помещения

В соответствии с темой дипломной работы в качестве объекта исследования в разделе “Охрана труда” взята аудитория кафедры «Технология машиностроения, металлорежущих станков и режущих инструментов» технологического корпуса сумского государственного университета, которая использовалась для выполнения дипломной работы..

Помещение находится на втором этаже здания. Общая площадь помещения составляет 30 м², высота - 2,5 м, в помещении два окна. Количество работающих - 5 человек. Значит, на одного работающего в помещении приходится 30/5 = 6 (м²/чел.) рабочей площади. В соответствии с [29] на каждого работающего в помещении должно приходиться не менее 4 (м²/чел.) рабочей площади. Высота помещения - не менее 2,5 м. Значит, нормативы размеров и обеспечение работающих рабочей площадью в аудитории соблюдены.

В помещении расположен 1 компьютер. Напряжение источника питания компьютера в помещении - 220 В. В помещении расположено 7 письменных столов, один шкаф для хранения документов.

По опасности поражения электрическим током аудитория принадлежит к помещениям без повышенной опасности поражения электрическим током работающих.

План помещения приведен на рисунке 4.1.



Рисунок 4.1 - План помещения

На рисунке 4.1 обозначено: 1 - письменный стол; 2 - компьютер; 3 - шкаф для хранения документов; 4 - окно; 5 - дверной проем.

4.2 Анализ состояния охраны труда

Проанализируем основные опасные факторы помещения. Согласно [27], для офисных помещений такими факторами являются:

- опасность поражения электрическим током. В данном помещении используется стандартная электрическая сеть с напряжением 220 В, поэтому такая опасность существует. Для ее предотвращения используют заземление приборов; все розетки прикрыты крышками для предотвращения контакта с электросетью. Вся электропроводка надежно изолирована. Поэтому опасность данного фактора сведена к минимуму.

- опасность получения термических ожогов. Работа в помещении не предусматривает работу с повышенными температурами, поэтому опасность получения термических ожогов отсутствует.

- опасность возникновения пожара. В данном помещении используется много электроприборов, которые могут при поломке стать источником возгорания. Кроме того, всегда есть вероятность короткого замыкания электропроводки. Для устранения этих опасностей используют зануление электросети. Все приборы проходят периодический и плановый технические осмотры и эксплуатируются по всем правилам, предписанным техническими паспортами.

- опасность падения с высоты при расположении помещения относительно земли на значительной высоте. Данный опасный фактор отсутствует, так как помещение не имеет балконов, и других открытых участков.

- повышенный уровень шума. Данный опасный фактор отсутствует, так как все использующиеся приборы не создают повышенного уровня шума. В целом, уровень шума в рабочей обстановке в помещении минимальный, что создает благоприятные условия труда.

- отклонение санитарно-гигиенических условий от нормативных условий. Для анализа данного фактора проведем следующие исследования:

а) достаточность природного освещения;

б) достаточность искусственного освещения;

в) достаточность вентиляции;

г) при наличии - источника повышенного уровня шума, избыточного тепла, электромагнитного и ионизирующего излучения. Указанные источники отсутствуют, поэтому расчеты по этому пункту не проводятся.

Исследование достаточности естественного освещения

Для анализа достаточности естественного освещения приведем схему помещения для расчета (рисунок 4.2).

а) б)

Рисунок 4.2 - Схема расчета естественного освещения (а- вид спереди, б - вид сверху)

Рассчитаем естественное освещение в расчетной точке О (рисунок 4.2), расположенной на расстоянии 4 м от окна (расчетная точка выбирается на рабочем месте, наиболее удаленном от окна).

Нормированное значение коэффициента естественного освещения (КЕО) для четвертого светового пояса, в котором расположена Украина (), определяется в процентах по формуле:

,(4.1)

где - нормированное значение КЕО для III светового пояса ( = 1,5 % согласно [30]);

m- коэффициент светового климата (для Украины m = 0,9);

c - коэффициент солнечности (для географической широты города Сумы c = 1).

Тогда:

Для определения достаточности естественного освещения необходимо рассчитать фактическое значение КЕО по формуле:

, (4.2)

где - площадь всех окон в помещении, м²;

- площадь пола помещения, м²;

- общий коэффициент светопроницаемости оконного проема, принимаем = 0,4;

- коэффициент, учитывающий отражение света от внутренних поверхностей помещения;

- световые характеристики окна;

- коэффициент запаса ( = 1,4);

- коэффициент, учитывающий затемнение окон другими домами (дома отсутствуют, поэтому = 1).

.

Для расчета коэффициента необходимо рассчитать следующие параметры:

- отношение глубины помещения к высоте от уровня условной рабочей поверхности до верха окна: 5/1,4 = 3,6;

- отношение расстояния к расчетной точке от внешней стены к глубине помещения: 4/5 = 0,8;

- средневзвешенный коэффициент отражения с потолка, стен, пола:

с_сз = 0,4;

- отношение длины помещения к его глубине: 6/5 = 1,2.

Исходя из рассчитанных показателей, из таблицы значений коэффициентов при боковом одностороннем освещении определяем его значение с помощью формулы экстраполяции:

,(4.3)

где - значение функции при і-м аргументе;

y_i+1 - значение функции при (і+1)-м аргументе;

y(x) - значение функции при заданном аргументе, находящемся между значениями аргументов x_i и x_i+1;

x_i - і-е значение аргумента;

x_i+1 - (і+1)-е значение аргумента.

Отсюда равняется:

Для определения коэффициента , необходимо воспользоваться таблицей значений световой характеристики световых прорезов при боковом освещении и формулой (4.3):

По формуле (4.2) рассчитаем фактическое значение КЕО:

Поскольку фактическое значение естественного освещение меньше нормированного (0,777 < 1,35), то естественное освещение в помещении недостаточное и необходимо принимать меры по его улучшению.

Расчет достаточности искусственного освещения в помещении

Для освещения помещения используются люминесцентные лампы мощностью 80 Вт. Система освещения - общая. Значит, нормированное значение освещенности должно составлять не менее 300 люкс согласно [30].

Схема размещения светильников в помещении приведена на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 - Схема размещения светильников

Рассчитаем фактическое значение освещения (Е_ф), учитывая, что мощность ламп - 80 Вт, количество ламп в светильнике - 2 шт.

Фактическое значение искусственного освещения (Е_ф) рассчитывается по формуле:

(4.4)

где - световой поток лампы, лм (для люминесцентных ламп мощностью 80 Вт - 3440-4320 лм);

принимаем ,

- коэффициент использования светового потока ( = 0,4 ч 0,6);

N - количество светильников, шт (N = 6);

n - количество ламп в светильнике, шт (n= 2);

S - площадь помещения, м² (S= 15 м²);

K- коэффициент запаса (K = 1,5 ч 2);

Z- коэффициент неравномерности освещения (Z = 1,1).

Рассчитаем фактическое значение освещения (Е_ф) по формуле (4.4):

Таким образом, фактическое значение искусственного освещения превышает нормированное (403 > 300). Значит, искусственное освещение в помещении достаточно.

Расчет эффективности естественной вентиляции

Схема расчета естественной вентиляции приведена на рисунке 4.4.



Рисунок 4.4 - Схема расчета естественной вентиляции

Рассчитаем объем помещения:

V = 2,5·5·6 = 75 (м³)

Рассчитаем объем административного помещения, приходящийся на одного рабочего:

V₁ = 75/5 = 15 (м³/чел)

Поскольку согласно [29] объем помещения, приходящийся на одного рабочего, должен составлять 40 (м³), что больше чем фактическое значение данного показателя - 15 (м³/чел), в помещении необходимо обеспечить воздухообмен не менее L₁ = 30 (м³/час) на каждого работника. Необходимый воздухообмен L_н рассчитывается по формуле:

(4.5)

где n - наибольшее возможное количество работников в помещении.

(м³/час)

Определим фактическое значение воздухообмена, используя схему, приведенную на рисунке 4.4, по формуле:

, (4.6)

где м - коэффициент расхода воздуха (м = 0,55);

F - площадь форточки (F = 0,6·1,2 = 0,72 м²);

V - скорость выхода воздуха через форточку или вентиляционный канал, м/с, рассчитывается по формуле:

, (4.7)

где g - ускорение свободного падения (g = 9,8 м/с²);

H₂ - тепловое давление, рассчитывается по формуле:

,(4.8)

где г_C и г_B - соответственно объемный вес воздуха снаружи помещения и внутри, кг/м³.

Объемный вес воздуха рассчитывается по формуле:

, (4.9)

где P_б - барометрическое давление, мм рт. ст. (P_б = 750 мм рт. ст.);

Т - температура воздуха, Кє (для теплого периода года в помещении t = 28 єC либо Т= 310 єК, для холодного периода года t = 17 єC либо Т = 290 єК; снаружи помещения для лета t = 24єC либо Т = 297 єК, для зимы t = -11єC либо Т = 262 єК) [31].

Определим h₂ из соотношений:



(м)

(м²)

(м²)

Решим систему:

Отсюда:

(м/c)

(м/c)

(м³/час)

(м³/час).

Поскольку фактическое значение воздухообмена значительно превышает нормативное значение как зимой, так и летом, то естественная вентиляция (аэрация) неэффективна. Поэтому для повышения эффективности вентиляции в помещении необходимы дополнительные мероприятия.

Оценка метеорологических условий

При оценке метеорологических условий в помещении необходимо сравнить фактические значения параметров микроклимата: температуры воздуха, относительной влажности, скорости перемещения воздуха, интенсивности теплового излучения с нормированными значениями, устанавливаемыми [28].

Фактические значения получаем с помощью непосредственно собственноручных измерений. Скорость перемещения воздуха в помещении определим по формуле:

(4.10)

(м/c)

Значения параметров, характеризующие санитарно-гигиенические условия труда в исследуемом помещении, представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Итоговая таблица значений параметров, характеризующие санитарно-гигиеничные условия труда

Параметр	Значение параметра	Нормативный документ
	фактическое	нормированное
1 Освещенность искусственная (лк)	403	300	СНиП II-4-79
2 Значение коэффициента естественного освещения (%)	0,777	1,35	СНиП II-4-79
3 Температура воздуха (єС):
зимой	20	21-25	ДСН 3.3.6.042-99
летом	24	22-28	ДСН 3.3.6.042-99
4 Относительная влажность воздуха (%):
зимой	75	<75	ДСН 3.3.6.042-99
летом	50	<60	ДСН 3.3.6.042-99
5 Воздухообмен (м3/час):
зимой	1783,4	150	СНиП 2.09.04-87
летом	1144,8	150	СНиП 2.09.04-87
6 Скорость перемещения воздуха, м/с	0,071	<0,2	ДСН 3.3.6.042-99

Противопожарные мероприятия

Данное помещение относится по опасности возникновения пожара к категории В - «пожароопасное» согласно [33]. Определение к данной категории обосновывается работой с легковоспламеняемыми материалами (бумага), наличие компьютера.

Возможными причинами пожара могут быть:

- короткое замыкание в электросети;

- возгорание бумаги из-за халатного обращения;

- распространение огня с соседних помещений;

- нарушение техники безопасности при работе с оборудованием.

Предупредить возникновение пожара можно с помощью следующих мероприятий:

- разработка и соблюдение правил пожарной безопасности;

- разработка плана эвакуации;

- использование качественной изоляции для электропроводки.

4.3 Мероприятия по улучшению условий труда

Для улучшения условий труда в исследуемом помещении необходимо улучшить естественное освещение путем использования материалов, которые повышают коэффициент отражения света от внутренних поверхностей помещения. Можно увеличить коэффициент запаса путем использования стекла, которое лучше пропускает естественное освещение. При этом изменятся следующие показатели:

1) общий коэффициент светопропускания:

ф₃ =0,8·0,85·1·1·0,9= 0,6

2) коэффициент, учитывающий отражения света от внутренних поверхностей помещения при с_сз = 0,5 (за счет использования для внутренних поверхностей более светлых тонов), отсюда r₁ = 4,92;

3) коэффициент запаса: К₃ = 1,3 (путем улучшения качества материала, сквозь который проходят солнечные лучи).

Тогда фактическое значение КЕО будет:

Поскольку фактическое значение естественного освещение больше нормированного (2,47 > 1,35), то естественное освещение в помещении достаточное.

Для уменьшения избыточного воздухообмена в холодное время года (1783,4вместо необходимых 150 м³/час) можно сократить время проветривания помещения:

1783,4- 60 мин

150 - Х мин

.

Также для улучшения условий труда можно предложить следующие мероприятия:

- проведения вводных, первичных, последующих инструктажей;

- ознакомление персонала с правилами пожарной безопасности;

- проведение лекций по применению и использованию новых методик работы;

- использование новых систем вентиляции и освещения;

- создание комнаты для отдыха и места для курения, что пока не предусмотрено для данного помещения;

- использование современных противопожарных сигнализаций и средств тушения пожаров;

- применение специальных приборов для улучшения микроклимата.

ВЫВОДЫ

1 На сегодняшний день существующие методы расчета припусков представлены тремя методами: опытно-статистическим, расчетно-аналитическим и интегрально-аналитическим. Каждый из представленных методов имеет как свои преимущества, так и свои недостатки. Расчетно-аналитический метод является наиболее точным, так как учитывает некоторые конкретные условия обработки, схему базирования заготовки, погрешности предшествующих этапов обработки. В свою очередь, опытно-статистический метод белее удобен, поскольку не требует дополнительных расчетов, все значения припусков на обработку представлены в справочных таблицах. Интегрально-аналитический метод представляет собой попытку автоматизировать процесс расчета припусков. Но не совсем удачную, так как результаты расчетов достаточно приблизительные и требующиеся эмпирические формулы определены не для всех этапов и способов обработки поверхностей заготовок.

В связи с этим, в условиях широкого распространения в современном производстве компьютерных технологий возникает необходимость в разработке метода расчета припусков, который был бы ориентирован на САПР ТП и не требовал от технолога больших затрат времени и использования большого количества справочной литературы.

2 Значения припусков, полученные расчетно-аналитическим методом и опытно-статистическим (табличным), показывают, что табличный метод менее точный, значения припусков завышены он является экономически менее эффективным.

3 В ходе выполнения работы были построены графики распределения припусков на обработку в зависимости от стадии обработки для различных методов получения заготовок. Анализ данных графиков показал, что припуски на обработку распределяются по экспонентной зависимости, не зависимо от размеров заготовки и от способа ее получения. Определены факторы, которые влияют на характер этого распределения, а именно интервал размеров заготовки и количество этапов обработки. Уравнение, описывающее данную зависимость, имеет вид Z_общ=a·b^Xi.

4 С помощью метода наименьших квадратов определены значения коэффициентов уравнения a и b, влияющих на характер распределения припуска, для каждого из интервалов размеров заготовок для методов получения заготовок штамповкой, литьем и ковкой. По полученным значениям коэффициентов можно построить график распределения припусков для любой заготовки из каждого интервала размеров и по данному графику определить необходимую величину припуска на механическую обработку.

5 Разработана программа для определения значений припусков на механическую обработку в зависимости от количества этапов обработки. В качестве исходных данных для такого расчета требуются только тип и размер заготовки, квалитет точности до начала обработки и после ее завершения, количество этапов, за которое производится обработка. Такой способ определения припусков на обработку ориентирован на САПР ТП, лишает необходимости использования большого количества справочников и таблиц, также не требует никаких расчетов.

Такой способ определения припусков может быть использовании, например, в единичном производстве, когда возникает необходимость быстро определить припуски на обработку заготовки, зная только ее размеры и параметры точности до и после обработки.

6 В разделе «Охрана труда и безопасность в чрезвычайных ситуациях» была рассмотрена аудитория кафедры «Технология машиностроения, металлорежущих станков и режущих инструментов» технологического корпуса сумского государственного университета, которая использовалась для выполнения дипломной работы. Были проанализированы основные опасные факторы, в частности - отклонение санитарно-гигиенических условий от нормативных условий. В результате выполнения данного раздела были предложены меры по улучшению условий труда в данном помещении:

- проведения вводных, первичных, последующих инструктажей;

- ознакомление персонала с правилами пожарной безопасности;

- проведение лекций по применению и использованию новых методик работы;

- использование новых систем вентиляции и освещения;

- создание комнаты для отдыха и места для курения, что пока не предусмотрено для данного помещения;

- использование современных противопожарных сигнализаций и средств тушения пожаров;

- применение специальных приборов для улучшения микроклимата.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Соколовский, А. П. Научные основы технологии машиностроения [Текст]/ А. П. Соколовский. - М.: Машгиз, 1955. -516 с.

2 Ящерицын, П. И. Технологическая наследственность в машиностроении [Текст] / П.И. Ящерицын, Э.В. Рыжов, В.И. Аверченков. - Минск: Высш. школа, 1977.- 254с.

3 Кован, В.М. Основы технологии машиностроения [Текст] / В.М. Кован. М.: Машиностроение, 1972,- 259 с.

4 Кован, В.М. Расчет припусков на обработку в машиностроении: справочное пособие [Текст] / В.М. Кован. - М.: Машгиз, 1953, - 202с.

5 ГОСТ 26645-85 Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку. М.: Издательство стандартов, 1989.

6 ГОСТ 7505-89 Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски. М.: Издательство стандартов, 1990.

7 ГОСТ 7829-70 Поковки из углеродистой и легированной стали, изготавливаемые ковкой на молотах. Припуски и допуски. М.: Издательство стандартов, 1989.

8 ГОСТ 7062-90 Поковки из углеродистой стали изготовляемые ковкой на прессах. Припуски и допуски. М.: Издательство стандартов, 1991.

9 Балакшин Б. С. Основы технологии машиностроения [Текст] / Б. С. Балакшин. М., «Машиностроение», 1969. 559 с.

10 Кувалдин Ю.И. Расчет припусков и промежуточных размеров при обработке резанием: учебное пособие для практических занятий, курсового и дипломного проектирования [Текст] / Ю. И. Кувалдин, В.Д.Перевощиков. . Киров: Изд-во ВятГУ, 2005. . 163 с.

11 Маталин, А. А. Технология машиностроения [Текст]: учеб. / А. А. Маталин. - Л.: Машиностроение, 1985. - 512c.: ил.

12 Технология машиностроения [Текст] : учеб. пособие: В 2 т. Т. 1: Основы технологии машиностроения / Под общ. ред. А. М. Дальского. - М.: Изд-во МГТУ, 2001. - 564c.: ил.

13 Колесов, И. М. Основы технологии машиностроения [Текст]: учеб. / И. М. Колесов. - М.: Высш. шк., 1999. - 592c.: ил.

14 Справочник технолога-машиностроителя [Текст]: В 2 т. /Под ред. В.М.Кована. . М.: Машгиз, 1963. . Т.1, 888 с.; Т.2, 912 с.

15 Справочник технолога-машиностроителя [Текст]: В 2 т. /Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. . М.: Машиностроение, 1985. . 2 т.

16 Балабанов, А. Н. Краткий справочник технолога машиностроителя [Текст] / А. Н. Балабанов. - М.: Изд-во стандартов, 1992. - 464c.

17 Косилова, А. Г. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении [Текст]: справочник технолога / А. Г. Косилова, Р. К. Мещеряков, М. А. Калинин. - М.: Машиностроение, 1976. - 288c.: ил.

18 Обработка металлов резанием [Текст]: справ. технолога / Под общ. ред. А. А. Панова. - М.: Машиностроение, 2004. - 784c.: ил.

19 Горбацевич, А. Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения [Текст]: учеб. пособие / А. Ф. Горбацевич, В. А. Шкред. - Минск: Вышэйшая шк., 1983. - 256c.: ил.

20 Радкевич, Я. М. Расчет припусков и межпереходных размеров в технологии машиностроения [Текст] : учеб. пособие / Я. М. Радкевич, В. А. Тимирязев, А. Г. Схиртладзе, М. С. Островский. - М.: Высш. шк., 2004. - 272c.: ил.

21 Харламов, Г.А. Припуски на механическую обработку [Текст]: Справочник / Г.А. Харламов, А.С. Тарапанов. - М.: Машиностроение, 2006. - 256 с.: ил.

22 Виноградов, В.М. технология машиностроения: введение в специальность [Текст]: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / В.М. Виноградов. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 176с.

23 Методические указания к практическим занятиям «Использование метода наименьших квадратов при решении технологических задач» по курсу «Основы научных исследований» [Текст]/ сост. В.Г. Евтухов, Харьков ХПИ, 1988. - 12с.

24 Методичні вказівки до написання розділу «Охорона праці» в дипломних роботах для студентів економічних спеціальностей усіх форм навчання [Текст]/ Укладач А.Ф. Денисенко. - Суми: Вид-во СумДУ, 2008. - 39с.

25 Галдин, Н. М. Цветное литье [Текст]: справочник / Н. М. Галдин, Д.Ф Чернега, Д.Ф. Иванчук и др. - М.: Машиностроение, 1989.

26 Топоров, Ю.А. Припуски, допуски и посадки гладких

цилиндрических соединений. Припуски и допуски отливок и поковок: [Текст] справочник / Ю.А. Топоров. - СПб.: Изд-во «Профессия», 2004 - 598с.

27 ГОСТ 12.0.003-74. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация [Текст].

28 ДСН 3.3.6.042-99. Санітарні норми мікроклімату виробничих приміщень [Текст].

29 СНиП 2.09.04-87. Административные и бытовые здания [Текст].

30 СНиП II-4-79. Естественное и искусственное освещение [Текст].

31 СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха [Текст].

32 СНиП 2.01.02-85. Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений [Текст].

33 ОНТП 24-86. Определение категорий помещений по взрывной и пожарной опасности [Текст].

34 Васин, А. Н. Формирование припусков на механическую обработку заготовок на основе стохастических моделей [Текст]: 05.02.08: защищена/ Васин Алексей Николаевич. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006.- 464 с.

35 Leondes, C.T. Computer-Aided Design, Engineering, and Manufacturing; Systems Techniques and Applications, Volume IV, Optimization Methods for Manufacturing [Текст] / С. T. Leondes. CRC, 2000. - 312 pp.

36 Amirouche, F.M. Principles of Computer Aided Design and Manufacturing, Second Edition [Текст] / F.M. Amirouche. Prentice Hall, 2003. - 359 pp.

37 Wolak, В. Нормативы технологических припусков на обработку резанием чугунных отливок [Текст] / B.Wolak, S. Swigon, P. Nocun. Pr. Inst. obr. Skraw. Ser. mater, instr. - 1987. - № 142, p. 1-48.

38 Wakeford, L. How Your Design Can Affect The Cost, Quality And Time Required To Manufacture Parts [Текст] / L. Wakeford // MCADVision Magazine. -2001.

39 Оробинский, В.М. Системный подход и оптимизация припусков под суперфиниширование [Текст] / В.М. Оробинский, А.А. Емельянов. -Волгогр. гос. техн. ун-т Волгоград. 1999.- 12 с.

40 Протодьяконов А.В. Анализ точности методов расчета припусков / Протодьяконов А.В., Алехин Н.А. / Вестник Кузбасс, гос. техн. ун-та. 1999. -№2.-С. 13-16.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А

Графики распределения припусков при обработке заготовок, изготавливаемых литьем

Определение припусков расчетно-аналитическим методом при обработке заготовки за четыре этапа

Рисунок А.1 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 6-10 мм

Рисунок А.2 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 10-18 мм



Рисунок А.3 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 30-50 мм

Рисунок А.4 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 50-80 мм

Рисунок А.5 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 80-120 мм



Рисунок А.6 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 180-250 мм

Рисунок А.7 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 250-315 мм

Рисунок.8 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 315-400 мм



Рисунок А.9 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 400-500 мм

Определение припусков опытно-статистическим методом при обработке заготовки за четыре этапа

Рисунок А.10 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 6-10 мм

Рисунок А.11 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 10-18 мм



Рисунок А.12 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 30-50 мм

Рисунок А.13 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 50-80 мм

Рисунок А.14 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 80-120 мм



Рисунок А.15 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 180-250 мм

Рисунок А.16 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 250-315 мм

Рисунок А.17 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 315-400 мм



Рисунок А.18 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 400-500 мм

Приложение Б

Графики распределения припусков при обработке заготовок, изготавливаемых штамповкой

Определение припусков расчетно-аналитическим методом при обработке заготовки за четыре этапа

Рисунок Б.1 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 6-10 мм

Рисунок Б.2 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 10-18 мм



Рисунок Б.3 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 30-50 мм

Рисунок Б.4 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 50-80 мм

Рисунок Б.5 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 80-120 мм



Рисунок Б.6 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 180-250 мм

Рисунок Б.7 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 250-315 мм

Рисунок Б.8 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 315-400 мм



Рисунок Б.9 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 400-500 мм

Определение припусков опытно-статистическим методом при обработке заготовки за четыре этапа

Рисунок Б.10 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 6-10 мм

Рисунок Б.11 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 10-18 мм



Рисунок Б.12 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 30-50 мм

Рисунок Б.13 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 50-80 мм

Рисунок Б.14 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 80-120 мм



Рисунок Б.15 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 180-250 мм

Рисунок Б.16 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 250-315 мм

Рисунок Б.17 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 315-400 мм



Рисунок Б.18 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 400-500 мм

Приложение В

Графики распределения припусков при обработке заготовок, изготавливаемых ковкой

Определение припусков расчетно-аналитическим методом при обработке заготовки за четыре этапа

Рисунок В.1 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 6-10 мм

Рисунок В.2 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 10-18 мм



Рисунок В.3 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 30-50 мм

Рисунок В.4 - График распределения припусков для заготовок из интервала размеров 50-80 мм