Разработка фрезерного станка "Декорама-1"

лист А2 сборка винт-гайка.cdw

Деталь сектор закладывается в фиксатор до монтажа гайки
Детали поз. 4 и 5 зафиксировать вручную
Болт М10 х 22 ГОСТ 15589-70
Гайка М8 ГОСТ 5916-70
Подшипник 6204 ГОСТ 831-75
Шайба 8 ГОСТ 6958-78
Шайба 10 ГОСТ 10450-78
Шайба 8 ГОСТ 11371-78

Общая.spw

Кронштейн под пневмопривод
Направляющие качения 200
Направляющие качения 1000
Комплект пневмопривода
для станка Декорама-1

лист А2 сборка опоры.cdw

* Размер для справок
При затяжке болтов поз. 11 крепления электродвигателя поз. 19
на плиту поз. 2 необходимо осуществить соосность оси вала
двигателя и оси фланца поз. 4 при помощи подкладывания
регулеровочных шайб поз. 20 под каждую из лап электродвигателя.
После затяжки всех болтов крепления электродвигателя
фланец поз. 4 должен легко крутиться от руки баз всяких
Винт стопорить краской.
Остальные технические требования по ОСТ4.Г0.070.015.

лист А1 эргономика.cdw

Расположение оператора
Рабочяя зона взглядом оператора
Размещения органов управления
Эргономика и промышленный дизайн

поясн_зап.doc

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ5
ИСХОДНЫЕ СВЕДЕНИЯ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ7
1. Анализ прототипов7
1.1. Станок для краевой выборки Elumatec AF 223 (Германия)7
1.2. Станок для счистки наплавленного валика Elumatec EV 834 (Германия)8
1.3. Автоматический станок для счистки наплавленного валика Murat CA 721(Турция)10
1.4. Конструктивные выводы11
2. Преимущества CAD-систем при конструировании12
2.1. Описания программного продукта SOLIDWORKS12
2.2. Описания программного продукта КОМПАС-ГРАФИК15
3. Преимущества CAE-систем при проектировании машиностроительного оборудования18
3.1. Описания программного продукта DESIGN SPACE19
3.2. Статический конструкционный анализ21
4. Техническое задание на проектирование фрезерного станка «Декорама-1»23
КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ24
1. Основные тенденции развития конструкций узлов и механизмов станков24
2.1. Общие требования к рабочему месту29
2.2. Зоны ручного действия29
2.3. Зоны действия ног31
2.4. Общие требования к системам управления31
2.5. Принципы совместного размещения средств отображения информации (СОИ) и органов управления32
3. Конструктивные особенности станка «Декорама-1»33
3.1. Несущая конструкция33
3.3. Расчет передачи винт-гайка36
3.4. Ходовая часть38
3.5. Выбор направляющих42
3.6. Выбор электродвигателя45
3.7. Опора двигателя45
3.8. Защитный кожух46
ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ48
1. Общие положения расчета48
2. Подготовка расчетной модели49
3. Результаты инженерных расчетов51
ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ И ОРГАНИЗАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ В ДИПЛОМНОМ ПРОЕКТЕ55
БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА63
1. Безопасность проекта64
2. Экологичность проекта75
Основой дипломного проекта является современный подход к проектированию оборудования и проведению инженерных расчетов базирующийся на применении компьютерных систем конструкторской проектировки и инженерного анализа. Такой подход позволяет сократить временные затраты по конструированию деталей и узлов станка а так же отказаться от лабораторных испытаний требующих больших материальных и временных затрат.
В данном дипломном проекте решена задача разработки конструкции фрезерного станка для обработки алюминиевых и пластиковых профилей «импост» проведены исследования конструкции на жесткость и виброустойчивость в CAE-системе ANSYS.
Общее количество листов дипломного проекта - 78 стр.
ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ
Наименование документа
Обозначение документа
Общий вид станка и технические характеристики
Сборочный чертеж станка
02 405 01 000 000 СБ
Иллюстрация автоматизированного проектирования
Сборочный чертеж узла пары винт-гайка
02 405 01 020 000 СБ
Деталировка узла «винт-гайка»
Сборочный чертеж опоры двигателя
02 405 01 010 000 СБ
Деталировка узла «опора двигателя»
Деталировка «закрепления заготовки»
Кинематическая схема
02 405 01 000 000 КС
Электрическая принципиальная схема
02 405 01 000 000 Э3
Анализ инженерных решений
Эргономика и промышленный дизайн
Экономическое обоснование
В современном строительстве комбинации конструкции из алюминия и пластика приобретают все большую популярность. Новые формы архитектуры заставляют конструкторов и строителей искать материалы отличающиеся не только легкостью и прочностью но и обладающие высокими эстетическими качествами и стойкостью ко всем негативным воздействиям окружающей среды. Изделия из алюминия и ПВХ успешно применяются в интерьерах помещений – пластиковые окна двери облицовка стен и колонн легкие каркасные перегородки выставочные витрины.
Иностранное оборудование требуемое для обработки такого рода профилей отличаются высокой ценой что останавливает большинство предпринимателей в его приобретении. Актуальным является проектирование и производство оборудования аналогичного зарубежным прототипам. В связи с этим была поставлена задача создать фрезерный станок и совместить в его конструкции возможности двух различных типовых станков – по снятию наплавленного валика и по обработке «импоста» и при этом не выйти из ценового коридора ограниченного 3000 у.е.
Задачей дипломного проектирования является разработка конструкции фрезерного станка для обработки алюминиевых и пластиковых профилей «импост».
ИСХОДНЫЕ СВЕДЕНИЯ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1. Анализ прототипов
Прототипами станка взятого на дипломное проектирование являются малогабаритные фрезерные станки по обработке пластиковых - алюминиевых профилей «импост» и станки для краевой выборке облоя (наплавленного валика) после спайки ПВХ рамы. Такой станок представляет собой стол (на котором крепится заготовка) в зависимости от модели способный перемещаться по одной координате и рабочий орган со шпинделем перемещающийся в свою очередь тоже по одной координате. Привод возможен как пневматический так и ручной так же допускается их комбинирование.
Мною рассмотрены несколько вариантов компоновок и разновидностей станков.
1.1. Станок для краевой выборки Elumatec AF 223 (Германия)
На рис.1 представлена компоновка станка фирмы "Elumatec". Техническое описание[16]:
Применяется для обработки профилей «импост»;
Рабочий стол регулируемый по высоте посредством маховика;
Упор материала поворачиваемый до 60° вправо и влево. Краевая выборка до 30° ;
Серийно оборудована дозатором-распылителем;
Диаметр фрезы: 280 мм;
Высота фрезерования: 150 мм;
Глубина фрезерования: 110 мм;
Длина фрезерования: 400 мм;
Напряжение: 230400 Вт 3~ 50 Гц;
Каждый двигатель: 2.500 Вт;
Число оборотов: 2.800 мин-1;
Габариты станка: длина 1540 мм. ширина 905 мм. высота 1200 мм.;
Рис. 1 Станок для краевой выборки Elumatec AF 223 (Германия)
Одним из основных недостатков станка Elumatec AF 223 является малая ширина рабочего стола в результате чего возникают трудности при обработке профилей большой длины. На производстве данная проблема решается установкой возле станка специальных подставок представляющих из себя сварные П - образные конструкции которые по высоте равны высоте стола и таким образом поддерживающие профиль от провисания и от возможного брака.
Существенным минусом является тот факт что блок в котором находятся узлы винтовой передачи сконструирован таким образом что трудно поддается разборке. И в случаях его заклинивания в результате попадания стружки возникает длительный простой так как приходится затрачивать большое количество времени на его разборку и прочистку.
Положительным моментом в работе со станком Elumatec AF 223 является быстрая смена инструмента что обеспечивается легким доступом к установочному фрезодержателю.
1.2. Станок для счистки наплавленного валика Elumatec EV 834 (Германия)
На рис. 2 представлена компоновка станка фирмы "Elumatec". Техническое описание[16]:
Применяется после сварки ПВХ;
Высота профиля максимальный 200 мм.;
Минимальная высота профиля 25 мм.;
Диаметр фрезы максимальный 260 мм.;
Число оборотов: 3.400 мин-1;
Диаметр шпинделя: 32 мм.;
Напряжение: 230400 3 ~ 50 Гц.;
Двигатель: 2.500 Вт.;
Соединение для сжатого воздуха 7 бар.;
Потребление воздуха за один рабочий цикл 100 л.;
Габариты станка: длина 980 мм. ширина 1680 мм. высота 1670 мм.;
Рис. 2. Станок для счистки наплавленного валика Elumatec EV 834 (Германия)
Основной недостаток Elumatec EV 834 большая масса и неудобное расположение органов управления доступ к которым затруднен обрабатываемой рамой.
1.3. Автоматический станок для счистки наплавленного валика Murat CA 721(Турция)
На рис. 3 представлена компоновка станка фирмы "Murat". Техническое описание[17]:
C 2-4 комплектами фрез;
Возможность от 2 до 4 видов профилей в зависимости от комплекта фрез;
За один автоматический цикл осуществляется зачистка верхней и нижней поверхностей обрабатываемой сварной конструкции а также фрезерование внешнего угла;
Стандартное напряжение 380 В;
Суммарная мощность 11 кВ;
Давление воздуха 6-8 атм.;
Потребление воздуха 115 лмин;
Максимальная высота профиля 120 мм;
Максимальная ширина профиля 120 мм;
Габариты станка: длина 1120 мм. ширина 700 мм. высота 1350 мм.;
Рис.3 Автоматический станок для счистки наплавленного валика
Murat CA 721(Турция)
Достоинствами данного станка можно назвать эргономичность удобство и безопасность в работе. Благодаря наличию магазина комплектов фрез переналадка на обработку типового профиля не занимает много времени. Недостатками являются малые допустимые габариты обрабатываемых профилей и относительно большой вес станка для его небольшой мощности.
1.4. Конструктивные выводы
На основе анализа моделей-прототипов были поставлены следующие цели для моей проектной работы:
Совместить в конструкции станка возможности обработки как непосредственно профилей «импост» так и счистки наплавляемого валика после спайки рам;
Оградить узлы станка от попадания в них стружки и по возможности обеспечить высокую степень ремонтопригодности;
Обеспечить возможность обработки рам больших размеров без увеличения габаритов станка;
Отказаться от использования монолитности формы станка что позволит снизить материалоемкость и соответственно уменьшить вес станка и снизит его себестоимость.
Стремится к созданию такой конструкции станка которая бы позволила обеспечить максимальную мобильность и простоту в его последующей установке и наладке;
Соблюдение стандартов эргономики при конструировании основной конструкции станка органов управления соблюдение правил конструкторского промышленного дизайна;
2. Преимущества CAD-систем при конструировании
Проанализировав техническое задание на проектирование станка конструкторскую часть работы было решено выполнить в CAD-системе SolidWorks 2005. Данное решение обуславливалось тем что такой подход позволяет решать сразу несколько смежных задач:
По трехмерной модели автоматически создаются чертежные виды разрезы вырывы. Это дает возможность сосредоточится непосредственно на проектировании меньше тратить времени на вычерчивание элементов изделия. SolidWorks позволяет быстро передавать чертежи в специализированные чертежные пакеты и имеет функции упрощающие дальнейшую деталировку чертежей (поддержка слоев и т.п.).
Благодаря возможности создания сборки уже на начальной стадии проектирования можно решать проблемы связанные с последующим монтажом настройкой и наладкой станка. Немаловажным является значительное упрощение согласования размеров сопряженных деталей;
Имея трехмерную модель можно выполнить инженерные расчеты изделия то есть оценить его прочностные кинематические и динамические параметры в том числе для различных вариантов. По результатам расчетов выбирается оптимальный вариант изделия;
Визуализация внешнего вида станка и как следствие упрощение согласовательных работ с заказчиком
Возможность передачи моделей деталей станка в пакеты CAM для получения управляющей программы машинообработки на станках с ЧПУ.
2.1. Описания программного продукта SOLIDWORKS
CAD-системы (сcomputer-aided design - компьютерная поддержка проектирования) предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (более привычно они именуются системами автоматизированного проектирования - САПР). Как правило в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций ведомостей и т. д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий.
Проектирование с помощью SOLIDWORKS является интуитивно простым и удобным полностью соответствуя его привычным навыкам и методам работы. Открытая архитектура системы позволяет легко интегрировать ее с ведущими расчетными и технологическими системами.
Пользовательский интерфейс
Интерфейс системы отличается продуманностью удобством и доступностью для понимания. Отслеживание процесса создания модели упрощается с помощью дерева конструирования отражающего структуру модели.
SOLIDWORKS использует все преимущества операционных систем Windows. В нем поддерживаются такие общепринятые в Windows приемы работы как многооконность и возможность одновременной обработки нескольких деталей или сборок настройка экрана меню и панелей инструментов использование графического буфера обмена технологии OLE для обмена объектами с другими приложениями гибкая система помощи средства сетевой поддержки возможность разработки приложений на языке VisualBasic или Visual С++ и многое другое.
Процесс создания модели в SOLIDWORKS начинается с построения основного элемента и последующего добавления или вычитания материала. Для построения тела первоначально стоится эскиз констpуктивного элементa нa плоскости впоследствии пpеобpaзуемый в твёpдое тело.
Пpи создaнии контуpa нет необходимости точно выдерживать тpебуемые paзмеpы глaвное нa этом этaпе — зaдaть положение его элементов. Блaгодapя пapaметpизации в дальнейшем можно устaновить для кaждого элементa тpебуемый paзмеp. Для элементов входящих в контуp могут быть зaдaны огpaничения нa paсположение и связи с дpугими элементaми (например параллельность перпендикулярность касательность и т.д.)
Создaние твеpдотельной пapaметpической модели
SOLIDWORKS содеpжит высокоэффективные сpедствa твеpдотельного моделиpовaния основывaющиеся нa постепенном добaвлении или вычитaнии констpуктивных элементов.
Типовые инстpументы для получения бaзовых тел позволяют выполнить:
выдaвливaние зaдaнного контуpa в определенном направлении или вдоль кривой;
вpaщение контуpa вокpуг оси;
создaние телa по набору сечений;
постpоение фaсок и скpуглений;
создaние paзличного типa отвеpстий;
получение оболочек с постоянной и переменной толщиной стенки;
Основные методы создaния твёpдого телa сочетaют в себе возможность комбинaции всех пеpечисленных способов кaк пpи добaвлении мaтеpиaлa тaк и пpи удалении. Естественный поpядок paботы констpуктоpa позволяет создaвaть сложные твёpдотельные модели состоящие из сотен элементов. Пapaметpы всех создaнных элементов доступны для изменения.
Кpоме создaния твёpдых тел в SOLIDWORKS существует возможность создания повеpхностей котоpые могут быть использовaны кaк для вспомогaтельных постpоений тaк и сaмостоятельно. Повеpхности могут быть импортированы из любой внешней системы или постpоены теми же способaми что и твёpдые телa (выдaвливaние вращение по сечениям и т.п.).
Модуль проектирования листовых деталей позволяет проектировать детали и развертки обеспечивая поддержку подрезов множественные линии гиба и т.д.
Pежимы визуaлизaции полученной модели позволяют пpосмaтpивaть ее кapкaсное или pеaлистичное изображение. Для повышения кaчествa тониpовaнных изображений могут быть изменены физические хapaктеpистики повеpхности детaли (текстуpы) и нaзнaчены дополнительные источники светa.
Уникaльные сpедствa SOLIDWORKS позволяют объединять в одной сбоpке тысячи paзнотипных детaлей и подсбоpок. Есть возможность использовать два метода создания сборки — «снизу вверх» когда сначала создаются отдельные детали а затем они увязываются в сборочную единицу и «сверху вниз» — когда возможно создание деталей непосредственно в среде сборки осуществляя привязку к элементам соседних деталей. В любой момент стpуктуpa сбоpки доступнa для изменения пpи этом непосpедственно в pежиме сбоpки могут быть изменены любые пapaметpы отдельных детaлей.
Взaимное paсположение детaлей сбоpки зaвисит от огpaничений нa их положение в пpостpaнстве. Могут быть зaдaны связи между констpуктивными осями или любыми элементами деталей привязка или выравнивание деталей по paзличным граням ребрам и вершинам. В дальнейшем изменяя положение одной из них можно отслеживать поведение остaльных детaлей. Зa счёт этого может быть воспpоизведен зaкон движения всего механизма.
Можно упpaвлять отобpaжением детaлей входящих в сбоpку вpеменно делaя их невидимыми и увеличивaя нaглядность полученного узлa. Имеется возможность конфигурирования сборок и деталей что позволяет создавать крупные сборки даже при ограниченных вычислительных ресурсах.
После создaния твёpдотельной модели можно получить paбочие чеpтежи детaлей или сбоpки. В SOLIDWORKS предусмотрена полная поддержка стандарта ЕСКД. Пpоцесс постpоения чеpтежa упpощaется зa счет автоматического фоpмиpовaния сложных paзpезов и местных видов. В SOLIDWORKS поддерживается двухсторонняя aссоциaтивная связь между моделью и ее чеpтежом — изменение пapaметpов модели пpиводит к автоматическому изменению чеpтежa и наоборот.
Системные требования:
Оперативная память 128Mb или выше
Офисный пакет Microsoft Office XP Office 2000 или Office 97
Наличие Internet Explorer версии 5.0 или выше. [13]
2.2. Описания программного продукта КОМПАС-ГРАФИК
Основная задача решаемая системой КОМПАС-3D V7 - моделирование изделий с целью существенного сокращения периода проектирования и скорейшего их запуска в производство. Эти цели достигаются благодаря возможностям- быстрого получения конструкторской и технологической документации необходимой для выпуска изделий (сборочных чертежей спецификаций деталировок и т.д.)
передачи геометрии изделий в расчетные пакеты
передачи геометрии в пакеты разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ
создания дополнительных изображений изделий (например для составления каталогов создания иллюстраций к технической документации и т.д.).
Основные компоненты КОМПАС-3D V7 - собственно система трехмерного твердотельного моделирования чертежно-графический редактор и модуль проектирования спецификаций.
Система трехмерного твердотельного моделирования предназначена для создания трехмерных ассоциативных моделей отдельных деталей и сборочных единиц содержащих как оригинальные так и стандартизованные конструктивные элементы. Параметрическая технология позволяет быстро получать модели типовых изделий на основе однажды спроектированного прототипа. Многочисленные сервисные функции облегчают решение вспомогательных задач проектирования и обслуживания производства.
Чертежно-графический редактор (КОМПАС-ГРАФИК) предназначен для автоматизации проектно-конструкторских работ в различных отраслях деятельности. Он может успешно использоваться в машиностроении архитектуре строительстве составлении планов и схем - везде где необходимо разрабатывать и выпускать чертежную и текстовую документацию. [Справка по КОМПАС-3D V7]
Чертежный редактор КОМПАС-ГРАФИК предоставляет широчайшие возможности автоматизации проектно-конструкторских работ в различных отраслях промышленности. Она успешно используется в машиностроительном проектировании при проектно-строительных работах составлении различных планов и схем.
КОМПАС-ГРАФИК может использоваться как полностью интегрированный в КОМПАС-3D модуль работы с чертежами и эскизами так и в качестве самостоятельного продукта полностью закрывающего задачи 2D проектирования и выпуска документации.
Система изначально ориентирована на полную поддержку стандартов ЕСКД. При этом она обладает возможностью гибкой настройки на стандарты предприятия.
Средства импортаэкспорта графических документов (КОМПАС-ГРАФИК поддерживает форматы DXF DWG IGES) позволяют организовать обмен данными со смежниками и заказчиками использующими любые чертежно-графические системы. Весь функционал КОМПАС-ГРАФИК подчинен целям скоростного создания высококачественных чертежей схем расчетно-пояснительных записок технических условий инструкций и прочих документов.
К услугам пользователя: продуманный и удобный пользовательский интерфейс делающий работу конструктора быстрой и приносящей удовольствие многодокументный режим работы с чертежами разнообразные способы и режимы построения графических примитивов (в том числе ортогональное черчение привязка к сетке и т.д.) мощные средства создания параметрических моделей для часто применяемых типовых деталей или сборочных единиц создание библиотек типовых фрагментов без какого-либо программирования любые стили линий штриховок текстов многочисленные способы простановки размеров и технологических обозначений автоподбор допусков и отклонений быстрый доступ к типовым текстам и обозначениям встроенный текстовый редактор встроенный табличный редактор.
КОМПАС-ГРАФИК автоматически генерирует ассоциативные виды трехмерных моделей (в том числе разрезы сечения местные виды виды по стрелке местные разрезы виды с разрывом). Все они ассоциированы с моделью: изменения в модели приводят к изменению изображения на чертеже.
Стандартные виды автоматически строятся в проекционной связи.
Данные в основной надписи чертежа (обозначение наименование масса) синхронизируются с данными из трехмерной модели[14]
Совместно с любым компонентом КОМПАС-3D V7 может использоваться модуль проектирования спецификаций позволяющий выпускать разнообразные спецификации ведомости и прочие табличные документы.
Документ-спецификация может быть ассоциативно связан со сборочным чертежом и трехмерной моделью сборки.
3. Преимущества CAE-систем при проектировании машиностроительного оборудования
Многие задачи с которыми приходится в настоящее время сталкиваться исследователям и инженерам не поддаются аналитическому решению либо требуют огромных затрат на экспериментальную реализацию. Зачастую единственной возможностью экспрессного анализа инженерной проблемы является компьютерное математическое моделирование. Прогресс в разработке численных методов позволил существенно расширить круг задач доступных анализу. Полученные на основе этих методов результаты используются практически во всех областях науки и техники.
Компьютерные системы инженерного анализа САЕ используются для оптимизации проектных разработок на ранних стадиях что снижает значительно стоимость продукции а также сокращает время проектирования и изготовления опытных образцов. Программы позволяют инженеру работать "с листа" используя первоначальные эскизные прорисовки на их основе создавать и анализировать виртуальные модели не выдавая задание конструкторскому бюро и технологическим подразделениям. Компьютерное моделирование технических систем помогает сократить цикл разработки состоящий в изготовлении образцов-прототипов их испытании и повторном изготовлении образцов выполнять часть работ параллельно а также исключить дорогостоящий процесс доработки изделия.
Разработчики использующие САЕ программы могут выявить возможные недостатки проекта или найти его оптимальный вариант до начала изготовления или эксплуатации продукции проводя численный эксперимент. Это позволяет увеличить срок службы изделий и достигнуть более равномерного распределения напряжений в них при наличии ограничений на геометрию и механические свойства материала изделий. При проведении оптимизации выполняется серия расчетов для параметрической модели автоматически меняющей выделенные размеры до получения оптимальной формы.
САЕ программы могут значительно уменьшить расходы на проектирование и изготовление добавить уверенности разработчику в правильности принятых им решений. Компьютерный анализ наиболее эффективен на концептуальной стадии проекта. Он также полезен при верификации окончательного варианта разработки перед проведением испытаний образцов.
В анализе конструкций находит свое наиболее важное применение метод конечных элементов. Причем в конструкционном анализе под конструкциями понимаются мосты здания корпуса морских судов узлы самолетов детали машин поршни инструменты – словом любые инженерные конструкции.
Первичными переменными которые вычисляются в ходе конструкционного анализа являются смещения. В дальнейшем исходя из вычисленных смещений в узлах сетки определяются и другие важные параметры – такие как напряжения упругая или пластическая деформация и пр.[1]
3.1. Описания программного продукта DESIGN SPACE
Для проведения необходимых инженерных расчетов было решено использовать CAE – систему Design Space линейки программных пакетов ANSYS как наиболее подходящую по соотношениям точность расчетов простота в освоении. Так же немаловажным фактором при выборе расчетного пакета было наличие полной интеграции с CAD-пакетом SolidWorks а именно возможность автоматического ввода геометрии что является особо актуальным при загрузке моделей сборок с большим количеством сборочных элементов.
Характеристики пакета Design Space[15]:
Связь с CAD-системами;
Напряжения в линейной постановке;
Нелинейный контакт;
Коэффициент безопасности;
Частоты с учетом начальных напряжений;
Нелинейные температурные свойства материала;
Нелинейная конвекция;
Термопрочностные расчеты;
Топологическая оптимизация;
Адаптивная разбивка сетки с контролем сходимости (деталь сборка и поверхность).
Привычный интерфейс CAD-систем;
Интуитивно понятные процедуры;
Контекстно-чувствительные панели инструментов;
Инструктирующие "мастера создания проектов".
Автоматический ввод CAD-геометрии – не требует доработок;
Параметрическое управление моделью для оптимизации;
Возможность ручного создания контактных пар;
Разбивка деталей с различными параметрами;
Просмотр результатов расчета для указанных деталей или сборок;
Визуализация сборок (частичная прозрачность и удаление деталей).
Автоматическое упрощение геометрии;
Настраиваемая библиотека свойств материалов;
Реальные нагрузки включая болты силы моменты;
Реальные условия закрепления включая штифты поверхности без трения;
Тепловые нагрузки включая конвекцию температуры.
Прямой для разреженных матриц.
Обработка результатов расчета
D-анимация в реальном времени;
Просмотр результатов в сечениях;
Вывод результатов расчета в виде контуров-изолиний;
Предупредительная диагностика;
Информация о сходимости расчета.
Параметрическое моделирование
Автоматическая перестройка модели при изменении параметров;
Автоматический перерасчет результатов при новых параметрах;
Таблица чувствительности модели;
Визуализация и изменение параметров;
Создание HTML-отчетов;
Настраиваемые рисунки;
Передача отчетов по E-ma
Передача отчетов по Internet.
o1 GB free hard dr 1 GB
Виды конструкционного анализа:
Статический анализ используется для определения напряжений и деформаций в условиях статического нагружения конструкций. Статический анализ может быть линейным или нелинейным. В процессе нелинейного статического анализа можно имитировать пластичное и сверхпластичное поведение материалов определять жесткость нагружения задаваться большими деформациями и напряжениями учитывать контактные поверхности анализировать ползучесть.
Частотный анализ используется для вычисления собственных частот и типа колебаний конструкции.
Гармонический анализ используется для определения отклика конструкции на нагрузки гармонически изменяющиеся во времени.
Переходный динамический анализ используется для определения отклика конструкции на нагрузки изменяющиеся со временем произвольно; здесь можно учитывать все нелинейные эффекты допустимые в статическом нелинейном анализе.
Вибрационный анализ является расширением частотного анализа и используется для вычисления напряжений и деформаций возникающих в конструкции под действием индуцированных колебаний или произвольных вибраций.[1]
3.2. Статический конструкционный анализ
Для расчета результата воздействия образуемых при обработке изделия сил резания было решено применить статический конструкционный анализ.
В процессе статического анализа прогнозируется результат воздействия на конструкцию установившихся т.е. постоянных во времени нагрузок без учета центробежных и демпфирующих эффектов или иных явлений вызываемых изменяющимися во времени нагрузками. Исключение составляют т.е. могут быть учтены в статическом анализе такие параметры как сила гравитации и скорость вращения а также те изменяющиеся во времени нагрузки которые могут быть аппроксимированы эквивалентными статическими нагрузками (например сейсмические колебания).
В процессе статического анализа определяются напряжения деформации и силы возникающие в конструкциях под действием нагрузок не вызывающих значимых центробежных и вибрационных эффектов. В статическом анализе предполагается что все нагрузки и реакции конструкции на нагрузки если и изменяются во времени то очень медленно[1].
Нагрузками в статическом анализе могут быть:
внешние силы и моменты сил;
поверхностное давление;
постоянные центробежные силы такие как гравитационные и обусловленные вращением с постоянной скоростью;
вынужденные ненулевые смещения - линейные и угловые;
температуры (при анализе термических напряжений);
потоки (для учета радиационного разбухания материалов).
4. Техническое задание на проектирование фрезерного станка «Декорама-1»
Фрезерный станок «Декорама-1» предназначен для выполнения фрезеровальных операций по краевой выборки алюминиевых и пластиковых профилей «импост» а так же счистки наплавленного валика рам из ПВХ профилей.
Станок имеет настольную компоновку и может эксплуатироваться в производственных помещениях с напряжением в 380 В с учетом требований по безопасности жизнедеятельности.
Для создания мобильной конструкции станка обладающей малыми габаритами и весом для уменьшения затрат на производство нестандартных деталей и для сокращения времени настройки станка на рабочую операцию в качестве материала его основополагающей конструкции использовать промышленные алюминиевые профиля.
Для обеспечения защиты узлов станка от стружки и для ее удаления установить защитный кожух обеспечив при этом защиту оператора станка от режущей части обрабатывающего инструмента.
При конструировании станка учесть основные стандарты и правила эргономики. Разработать внешний вид станка руководствуясь современным тенденциям в промышленном дизайне;
Стоимость станка не должна превышать 3000 у.е.
КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
1. Основные тенденции развития конструкций узлов и механизмов станков
Расчет и конструирование отдельных узлов и элементов станка подчиняются общей задаче выраженной в техническом задании на вновь издаваемый станок. В нем определены характеристики и выходные параметры станка которые должны быть обеспечены (см. табл. 1).
Несмотря на то что в станкостроении накоплен большой опыт по созданию разнообразных конструкций положительно зарекомендовавших себя на практике все время идет напряженная творческая работа как по разработке новых конструкций так и по дальнейшему совершенствованию существующих. При этом основные решения принимают на стадии технического задания технического предложения или эскизного проекта.
Новые решения позволяют либо создать конструкцию с более высокими технико-экономическими показателями (меньшие стоимость массой габаритные размеры лучшая технологичность удобство обслуживался) либо получить более высокие характеристики конструкции или дополнительные преимущества (большие надежность точность производительность технологические возможности и др.) и обеспечить этим конкурентоспособность станка.
При разработке новых конструкций узлов может быть предложено несколько решений каждое из которых имеет те или иные преимущества и недостатки. Генерирование вариантов (что особенно эффективно при применении методов автоматизированного проектирования с использованием ЭВМ) и выбор оптимального решения осуществляются на основе учета большого числа факторов отражающих широкий диапазон требований к конструкции и специфику методов проектирования и расчета.
В табл. 1 приведены основные факторы которые нужно учитывать при разработке новой конструкции любого узла выполняющего заданные функции и формирующего характеристики и параметры всего станка.
В соответствии с этой таблицей рассмотрим те задачи которые решают на каждом этапе проектирования данного узла или механизма станка исходя из заданных требований к станку в целом.
Табл. 1. Факторы учитываемые при проектировании узла ставка
Габаритные размеры скорость и подача мощность и др.
Выбирают характеристики относящиеся к узлу
Заданные характеристики и выходные параметры станка
Точность движения формообразующих узлов производительность надежность КПД технологические возможности
Оценивают долю участия узла в формировании характеристик станка
Характеристики и выходные параметры узла
Габаритные размеры точность передаваемые нагрузки скорость перемещения
Устанавливают значения основных характеристик узла обеспечивающих требования к станку в целом
работоспособности станка
Геометрическая точность жесткость вибростойкость теплостойкость износостойкость прочность
Оценивают роль каждого критерия в обеспечении работоспособности узла
Размеры нормы точности жесткости уровень шума стандартные и нормализованные детали и узлы
Проверяют требования стандартов оценивают целесообразность принятия стандартных решений
Технико-экономические показатели
Стоимость технологичность масса удобство обслуживания
Эти данные используют как основные критерии при сравнении возможных вариантов конструкции
Совершенство методов
Эмпирические данные аналитические расчеты программы САПР
Оценивают возможность генерации различных решений и выбора оптимального варианта
Характеристика существующих конструкций
Данные и характеристики лучших
конструкций аналогичного назначения
Сравнение разрабатываемого варианта конструкции с существующими
По установленным для всего станка техническим требованиям определяют те которые относятся к разрабатываемому узлу и являются для него исходными характеристиками которые должны быть обеспечены. В ряде случаев технические параметры станка выступают в качестве конструктивных и критериальных ограничений при выборе конструктивного варианта узла. Например габаритные размеры и общая компоновка станка определяют наибольшие допустимые размеры узла требуемая точность и соответствующие нагрузки передаваемые механизмами ограничивают их минимальные размеры из условия прочности и жесткости и др.
Значения технических характеристик (производительность надежность КПД уровень шума диапазон регулирования и др.) и выходные параметры по показателю точности установленные для всего станка являются исходными для формирования аналогичных требований к данному узлу. Это связано с оценкой той роли которую играет данный узел в формировании показателя относящегося к станку в целом. Для выходных параметров точности рассчитывают составляющие погрешности обработки и оценивают ту долю которая приходится на данный узел.
Вышеуказанные расчеты позволяют установить численные характеристики узла с учетом конструктивных особенностей габаритных размеров в расположения узла передаваемых нагрузок скоростей и других факторов. Если установленные характеристики узла будут обеспечены то это должно давать гарантию обеспечения и требований к станку в целом. как правило с некоторым запасом на неучтенные факторы и на возможность приближенных оценок по доли участия. данного узла в формировании характеристик станка.
Далее рассчитывают отдельные элементы конструкции и узла в целом для выбора таких размеров конструктивных форм и материалов которые позволяют с наилучшими технико-экономическими показателями обеспечить заданные технические характеристики. Для этого в первую очередь оценивают влияние начальной геометрической точности жесткости виброустойчивости стойкости к тепловым деформациям на выходные параметры узла.
При формировании конструкции узла должны быть учтены все требования стандартов и нормативно-технической документации (НТД) относящиеся к станку данного типа и класса точности. Однако это необходимые но не всегда достаточные требования. На этом этапе также анализируют целесообразность установления дополнительных требований или ужесточения существующих нормативов для достижения поставленных целей с учетом требований заказчика (потребителя).
Обеспечить требуемые параметры можно применяя как правило различные конструктивные решения. Критерием для выбора оптимального варианта являются технико-экономические показатели и в первую очередь затраты на разработку и производство новой модели станка.
Генерирование различных решений при проектировании данного узла с учетом конструктивных и критериальных ограничений наиболее эффективно осуществляется при автоматизированных расчетах которые дают новые возможности производить большое число расчетов с широкой вариацией значений входных параметров. Важное значение при этом имеет совершенство расчетных методов и наличие банка данных содержащего справочные данные данные по аналогам требования нормативно-технической документации типовые решения и другие необходимые сведения.
При окончательном выборе варианта и на всех стадиях разработки новой конструкции узла начиная с формирования концепции его построения сравнивают его с лучшими образцами существующих аналогичных конструкций. Создавать новый вариант узла имеет смысл лишь в том случае если выявлены его существенные преимущества и высокая конкурентоспособность.
Стремление создать конкурентоспособную конструкцию обладающую более совершенными характеристиками заставляет разработчиков искать новые конструктивные решения непрерывно повышать качество создаваемых изделий.[4]
Термин эргономика был принят в Великобритании в 1949 году когда группа английских ученых положила начало организации Эргономического исследовательского общества. В СССР в 20-е годы предлагалось название эргология в США раньше имелось собственное наименование - исследование человеческих факторов а в ФРГ - антропотехника но в настоящее время наибольшее распространение получил английский термин.
«Эргономика - научно-прикладная дисциплина занимающаяся изучением и созданием эффективных систем управляемых человеком. Эргономика изучает движение человека в процессе производственной деятельности затраты его энергии производительность и интенсивность при конкретных видах работ».[16]
Эргономические свойства человека - антропометрические физиологические психофизиологические и психологические - обусловливают эффективность его деятельности в системе «человек - машина - среда». Указанные свойства рассматриваются как комплекс (ГОСТ 16035—70).
Эргономические требования к металлорежущему станку - требования определяемые эргономическими свойствами человека и устанавливаемые с целью оптимизации его деятельности (ГОСТ 16035-70).
Эргономический показатель качества металлорежущего станка - показатель качества (ГОСТ 15467-70) используемый для определения соответствия станка эргономическим требованиям; он включает весь комплекс эргономических показателей.
Орган управления - устройство с помощью которого вводятся команды человеком в технические звенья системы.
Различают следующие действия человека с органами управления:
г) передача энергии.
Мышечное усилие - усилие развиваемое нервномышечным аппаратом человека которое протекает по биохимическим законам. Различают статическое и динамическое мышечное усилие. Мышечное усилие подразделяется на: небольшое - слабоощутимое неутомительное; среднее - может быть выдержано без перерыва не менее часа; большое - может быть выдержано без перерыва не более получаса.
Индикационное устройство - техническое устройство преобразующее сигнал таким образом что он становится допустимым для органов чувств человека; входит как составная часть в более общее понятие средств отображения информации (СОИ).
Рабочая зона - совокупность точек рабочего пространства в котором ведется обслуживание органов управления человеком из фиксированного положения.
Рабочее пространство - совокупность всех точек в пространстве на которые может распространяться воздействие человека во время работы. Эти точки либо доступны из одного места либо требуют перемещения работника.
Рабочее место - зона где работник (или группа работников) выполняет определенную часть технологического процесса.[7]
2.1. Общие требования к рабочему месту
Основные элементы управления должны быть расположены в пределах радиуса действий рук (зон действия рук) или ног (пространство для размещения ножных органов управления).
Наиболее значимые органы управления и индикаторы должны размещаться в пределах пространства которое определяет оптимальные размеры зон действия рук в соответствующем поле зрения.
Размеры рабочего места выбираются в зависимости от размеров и особенностей структуры поля зрения зон ручного действия и зон действия ног которые в свою очередь определяются прямо или косвенно антропометрическими размерами.
Все размеры поля зрения в плане и боковой проекции приведены на рис. 4. где учтены необходимые для проектирования данные о свойствах поля зрения (см. рис. 4.).
2.2. Зоны ручного действия
При расчете зон ручного действия за исходное положение станочника относительно станка принимается положение которое обеспечивает свободное наблюдение за процессом резания. Рабочая поза «стоя» является основной. Поза в этом случае должна быть свободная; корпус станочника по оси плечевых точек расположен параллельно передней кромке стола (станины) станка(см. рис. 5 6).
В пространственной структуре моторного поля для ручных органов управления различают три зоны: оптимальная нормальная и предельная зоны досягаемости и захвата.
Зона оптимального захвата складывается из соответствующих зон левой и правой руки. Границы этих зон описываются радиусами имеющими центр вращения в локтевых суставах и равными по длине расстояниям от головок локтевых костей до третьих пястно-фаланговых суставов. Этот радиус принимается равным 340 мм. Радиус зоны оптимальной досягаемости равен 440 мм.
Рис. 4. Основные визуальные данные
Зона нормального захвата складывается из соответствующих зон левой и правой руки. Границы этих зон описываются радиусом имеющим центр вращения в плечевых суставах и равным по длине расстоянию от головок плечевых костей до третьих пястно-фаланговых суставов при полностью выпрямленных в локтевых суставах руках что составляет 600 мм. Радиус зоны досягаемости равен 720 мм.
Зона предельной досягаемости (захвата) очерчивается точками на конце указательного пальца (пястно-фаланговых суставов) при выпрямленных руках и максимально возможном повороте или наклоне туловища что увеличивает зоны нормального захвата и досягаемости на 400 мм.[7]
2.3. Зоны действия ног
При управлении металлорежущими станками желательно исключить использование ножных органов управления поскольку они применяются при основной рабочей позе «сидя». Конструкция станины не должна мешать свободному перемещению станочника вдоль фронтальной части станка.
2.4. Общие требования к системам управления
Размеры и компоновка стационарных пультов управления должны обеспечивать удобную позу рабочего для чего:
а) углы наклона поверхностей пульта к вертикали должны быть:
Верхняя плоскости (выше стандартной линии наблюдения) - 10° (наклон на оператора);
Нижняя плоскости (ниже стандартной линии наблюдения) - 60° (наклон плоскости от оператора);
б) общая высота пульта не должна превышать 1400 мм если в поле зрения оператора должно входить пространства за пультом;
Рис. 5. Зоны ручного действия
Рис. 6. Размещения органов управления
2.5. Принципы совместного размещения средств отображения информации (СОИ) и органов управления
Наиболее важные органы управления и СОИ должны быть расположены в зоне оптимального поля зрения и оптимальной досягаемости рук.
Второстепенные органы управления можно располагать на крайних границах зоны досягаемости и поля зрения.
При последовательном пользовании органы управления к СОИ рекомендуется располагать в соответствии с действительным порядком операций (действий станочника).
СОИ и соответствующий ему орган управления необходимо снабжать одинаковыми надписями или условными обозначениями.
При установке органов управления в паре с СОИ следует:
а) органы управления располагать рядом с соответствующими шкалами (лучше под ними чтобы не закрывать шкалы рукой);
б) орган управления приводимый в движение правой рукой располагать ниже или справа от связанного с ним СОИ; орган управления приводимый в движение левой рукой ниже или слева.[7]
3. Конструктивные особенности станка «Декорама-1»
3.1. Несущая конструкция
На основе анализа аналогов иностранных станков было принято решение об использовании в качестве материала несущей конструкции станка промышленный алюминиевый профиль(см. рис. 7). Данный конструктивный материал отличается не только легкостью и прочностью но и обладает высокими эстетическими качествами и стойкостью к большинству негативных воздействий окружающей среды.
Характеристики алюминиевых конструкций:
Практически неограниченная долговечность - свыше 80 лет (минимальный расчетный срок службы).
Высокая прочность при низком удельном весе.
Устойчивость к коррозии и другим вредным воздействиям окружающей среды.
Отсутствие необходимости в особом уходе.
Большие возможности в области дизайна.
Рис. 7. Алюминиевый профиль
Данное конструктивное решение позволяет достичь следующих положительных характеристик оборудования:
Простота сборки станка настройки и дальнейшего монтажа деталей;
Универсальность и технологичность формы профиля (наличие пазов под закладные болты возможность фрезерования дополнительных отверстий полая форма и т.д.);
Относительная низкая стоимость.
Столы предназначенные для поддержания и перемещения заготовки имеют одну систему направляющих и бывают коробчатыми консольными (вертикально-сверлильные станки) плоскими прямоугольными (фрезерные строгальные) и круглыми (карусельные). Жесткость консольных столов определяется общими деформациями стола рассматриваемого как консольная балка местными деформациями стенок и деформацией направляющих. Для повышения жесткости столы снабжены внутренними перегородками и ребрами. Общая жесткость столов в значительной степени зависит от формы поперечного сечения. В связи с этим консольные столы целесообразно выполнять с замкнутым контуром сечения. [4]
Стол в проектируемым станке состоит из трех алюминиевых профилей соединенных боковыми гранями болтовыми соединениями (рис. 8.).
Рис. 8. Конструкция рабочего стола
Для перемещения станка по вертикальной оси вдоль нижней грани стола дополнительно крепятся два поперечных профиля на которые устанавливаются парные направляющие качения перемещающиеся вдоль двух вертикальных осей расположенных на стойках станка. Подъем стола осуществляется при помощи винтового механизма закрепленного на поперечном профиле установленным между стоек станка (рис. 9.).
Винтовой механизм винт - гайка с трением скольжения является низшей кинематической парой; он обеспечивает малое перемещение ведомого звена за один оборот ведущего. В передаче легко достигается самоторможение; применяют ее для установочных делительных перемещений и движений подач. В приводе главного движения резания и вспомогательных ходов эту передачу применяют редко.[5]
Рис. 9. Общий вид узла подъема стола станка
Механизмы винт - гайка делят на простые и дифференциальные. Простые механизмы выполняют с вращающимся винтом и перемещающейся или неподвижной гайкой; с вращающейся гайкой и перемещающимся или неподвижным винтом. В дифференциальных механизмах движение подвижного органа получается как результирующее движение нескольких ведущих звеньев.
Основные профили резьбы ходовых винтов. Трапецеидальную резьбу (угол профиля 30°) ГОСТ 9484—81 в основном применяют для изготовления ходовых винтов (рис. 10.). Трапецеидальная резьба может быть трех классов точности: точного среднего и грубого.[5]
Рис. 10. Номинальные профили трапецеидальной резьбы
Метрическую резьбу (угол профиля 60°) используют для точных ходовых винтов делительных и контрольно-измерительных машин.
Прямоугольную резьбу (стандартом не регламентирована) иногда применяют для очень точных ходовых винтов. [4] Выбор был сделан в пользу пары винт-гайка с простым способом перемещения с трапецеидальным профилем резьбы.
3.3. Расчет передачи винт-гайка
Нагрузка на стол и направляющие складывается из веса стойки профиля и осевой силы резанья материала фрезой. Вес стойки и профиля задан техническим условием и равняется 23 кг. силой резания пренебрегаем по причине ее малой величины. Таким образом силу действующая на винтовую пару равна 230 Н. Материал винта выбираем сталь 45 материал гайки - бронза. Для винта назначаем трапецеидальную резьбу.
Вычислим средний диаметр резьбы и затем определим основные параметры передачи
Задаемся отношением φd=1.8 (гайка неразъемная).Для заданной пары материалов винт-гайка по табличным значениям [6] принимаем [p]=13 Hмм2. При этом
По таблице [устюгов П34 с.430] определяем параметры резьбы.
Принимая S=4 мм. получаем d2=14 мм. d1=11.5 мм. d=16 мм.
Определяем высоту гайки H==18*14==25226 мм.
Определим число витков резьбы в гайке
Проведем проверку элементов резьбы на прочность. Если материал винта и охватывающей детали-гайки одинаковы то опасен срез витков винта происходящий по цилиндрической поверхности диаметра если материал охватывающей детали-гайки менее прочен чем материал винта то опасен срез витков гайки происходящий по поверхности диаметра d. В нашем случае опасен вариант среза витков гайки.
Напряжения среза в резьбе гайки
где - высота гайки k-коэффициент полноты резьбы (для трапецеидальной резьбы k=0.65) km-коэффициент неравномерности нагрузки по виткам резьбу с учетом пластических деформаций (055-075).
Допускаемые напряжения при расчете стержней винтов и гаек на срез =(02 03)[]т
Предел текучести для Бр. АЖН 10-4-4Л:
По результатам расчетов мы получили что выбранные параметры винтовой пары не удовлетворяют допустимым напряжениям среза в резьбе гайки.
Примем S=5 мм. d2=235 мм. d1=20 мм. d=26 мм.
Высота гайки H==18*235==423 примем H=60 мм.
Число витков резьбы в гайке
Напряжение смятия в резьбе
Часто расчеты резьбы выполняют в форме расчетов по средним номинальным напряжениям полагая что km=1. Это связано с приближенным геометрическим подобием резьб разных размеров и с тем что допускаемые напряжения выбирают на основе испытаний резьбовых соединений или данных эксплуатаций обработанных по тем же формулам.
Допускаемые напряжения на смятие в резьбе можно выбирать равным допускаемому напряжению на растяжение []р а при частом завинчивании и отвинчивании (05 06) []р.
Допускаемые напряжения []р.выбирают в зависимости от предела текучести []т материала:
При достаточно точном расчете по наибольшей действующей нагрузке с учетом начальной затяжки коэффициент безопасности S обычно выбирают в пределах 15 25. Для винтов из углеродистых сталей коэффициенты безопасности выбирают меньшими чем для винтов из легированных сталей. Примем коэффициент безопасности S=17.
Расчетов витков резьбы на изгиб не проводится ввиду его условности.[5]
Возвратно - поступательное движение режущего инструмента по направляющим осуществляется с помощью пневмопривода. В согласовании с заказчиком было решено использовать бесштоковый линейный привод DGP-32-1000-PPV-A-B компании «Festo» (см. рис. 11.) имеющий базовый цилиндр DGP со встроенной направляющей для малых нагрузок. Данный привод отличается уменьшенными габаритами и повышенной динамикой. Основное предназначения привода по данным производителя - «для бесконтактного опроса с непосредственной механической связью между поршнем и бегунком с двусторонним регулируемым демпфированием в конечных положениях».
Рис. 11. Пневмопривод DGP-32-850-PPV-A-B
Табл. 2. Выдержки характеристик DGP-32-850
Двустороннего действия
Регулируемое пневматическое демпфирование
Принцип передачи движения
Прямая механическая связь
Номинальный размер поршня
Рабочее давление минимальное
Рабочее давление максимальное
Эффект. сила (теор.) при 6 бар
Потребл. возд. при 6 бар10 мм
Передача движения осуществляется механически путем закладки в отверстие бегунка пальца жестко закрепленного в кронштейне на задней стенке двигателя. (см. рис. 12) Корпус привода крепится двумя уголками на вертикальные опорные стойки станка.
Рис. 12. Установка пальца кронштейна на бегунок привода
Рабочий ход пневмопривода совершается при нажатии оператором кнопки пуска на пульте управления. (см. рис. 13.) Сигнал с пульта поступает на пневмораспределитель в результате чего поток воздуха начинает поступать в рабочую камеру привода через регулировочный дроссель. После повторного нажатия на кнопку пуска распределитель направляет воздух в камеру обратного хода и привод совершает обратный холостой путь.
Рис. 13. Схема наладки комплекта пневматики
3.5. Выбор направляющих
Направляющие являются опорами обеспечивающими требуемое взаиморасположение и возможность относительных перемещений узлов несущих инструмент и заготовку. Для обеспечения поступательного движения одной детали относительно другой применяют призматические и цилиндрические направляющие которые в зависимости от вида трения возникающего на сопряженных поверхностях могут быть подразделены на: 1) направляющие с трением скольжения и 2) направляющие с трением качения.
Общие требования к направляющим:
Долговечность по точности. Определяется режимом трения износостойкостью направляющих.
Равномерность медленных движений и точность установочных перемещений. Зависит от материалов пары трения качества изготовления направляющих;
Отсутствие вибраций в процессе резанья. Определяется динамическими свойствами технологической системы в том числе жесткостью и демпфированием в направляющих;
Малые силы трения в направляющих. Определяется материалами пары скольжения;
Ремонтопригодность. Определяется возможностью замены направляющих без их обработки после сборки.
Достоинства направляющих скольжения малые размеры и простота конструкции. Достоинства направляющих качения:
плавность и легкость хода
малый коэффициент трения (0003—0005);
практическая независимость коэффициента трения от скорости подачи рабочего органа (исключается прерывистое движение в конце хода рабочего органа);
незначительный износ тел качения и направляющих элементов. [4]
Данные характеристики являются определяющими в выборе типа направляющих так как при небольших мощностях привода нам необходимо получить высокую скорость перемещения рабочего органа станка и учитывать возможность обработки профилей с ручной подачей инструмента.
Большое распространение получили в последнее время цилиндрические шариковые направляющие для прямолинейного движения одна из конструкций которых показана на рис. 14. а. Шарики размещены в специальной обойме 2 закрепленной кольцами 3 во втулке 1. На наружной поверхности втулки проточены два кольцевых паза для стопорных колец которыми втулки крепятся к корпусу прибора. Шарики размещаются во втулке отдельными группами. Траектория движения шариков представляет собой замкнутую кривую состоящую из двух прямолинейных участков сопряженных криволинейными участками (рис. 14.6).
Рис. 14. Цилиндрические шариковые направляющие
Рабочее движение шариков происходит в нагруженной зоне — на участке аб в которой шарики непосредственно касаются поверхности вала совершающего прямолинейное движение. Переход шариков из нагруженной зоны в ненагруженную происходит по криволинейным участкам аг и бв. Шарики расположенные в ненагруженной зоне — участок вг не соприкасаются с валом. Таким образом при движении вала шарики перекатываются по замкнутому каналу обоймы воспринимая нагрузку в период движения по рабочему участку своей траектории. [3]
Благодаря своим отличительным особенностям цилиндрические опоры качения широко используются в качестве направляющих в большинстве современных фрезерных станков по обработке импоста. На рисунках 15 16 приведены иллюстрации катковой опоры и направляющей типа «рельс» выбранных по каталогу из имеющейся на рынке города Екатеринбурга номенклатуры.
Рис. 15. Направляющая типа «рельс»
Рис. 16. Катковая опора с каналами возврата тел качения
3.6. Выбор электродвигателя
В соответствии с технологией обработки профилей необходимая скорость вращения режущего инструмента должна составлять не менее 2500 обмин. мощность двигателя порядка 25 кВт. Двигатель должен обладать небольшой массой и соответствовать санитарным нормам по допустимому уровню шума. На основе этих требований был подобран асинхронный двигатель ДТР80В2 У2 380 В 50 Гц IM1081 ТУ 16-94 ЖАЕИ.520213.001ТУ.
3.7. Опора двигателя
Двигатель закрепляется болтами на фасонную лицевую часть стальной подложки которая в свою очередь крепится на алюминиевую плиту (рис. 17.). По обе ее стороны на торцы устанавливаются ребра жесткости. Сверху крепится алюминиевая плита с расфрезерованным центральным отверстием являющаяся опорой подшипнику установленному на шпинделе двигателя для придания большей степени жесткости и соосности фланцу под фрезодержатель. На заднюю плиту короба крепятся четыре катковых опор качения и устанавливается кронштейн привода в который вкладывается палец бегунка пневмопривода сообщая таким образом поступательное движение рабочему органу станка.
Рис. 17. Опора двигателя
Рис. 18. Схема установки фланца
При проектировании защитного кожуха были поставлены следующие задачи которые необходимо было решить в процессе конструкторской работы:
Обеспечить наименьшую массу при сохранении жесткости конструкции;
Обеспечить максимальную защищенность рабочего от режущей части инструмента при сохранении достаточной видимости технологического процесса;
Не допустить разброс стружки локализовать место ее сбора не усложняя в значительной мере основную конструкцию кожуха;
Кожух должен быть легко снимаемым.
Дополнительно проанализировав защитные конструкции в станках иностранных аналогов было решено отказаться от установки защиты на станине станка и установить ее непосредственно на опоре двигателя. Что позволяет обеспечивать безопасность работы на протяжении всего рабочего и холостого ходов создать менее материалоемкую конструкцию а также облегчить смену инструмента. Конструкция защитного кожуха представлена на рис. 19. Крепление корпуса на опору двигателя осуществляется путем
Рис. 19. Защитный кожух
установки центральных отверстий на шарнирные оси закрепленные на торце ребер жесткости опоры двигателя. Фиксация осуществляется стандартным крепежом на передних фиксаторных отверстиях.
Для сбора стружки в левой боковой стенке корпуса защиты сделано отверстие в которое за счет вихревого воздушного потока создаваемого вращающейся фрезой осуществляется ее выброс. К отверстию через фланец крепится гофрированный шланг по которому стружка попадает в установленное под столом станка корыто. Для дополнительной защиты от разлета стружки на боковые стенки устанавливаются щетки с жестким ворсом выполняющие также функцию очистки обрабатываемых граней профилей.
1. Общие положения расчета
Качество несущей системы (НС - совокупность элементов станка через которые замыкаются силы возникающие при резании) характеризуется перемещениями ее элементов под действием возмущений различной природы. Для того чтобы расчетным путем оценить показатели качества НС необходимо знать параметры возмущений и соответствующие математические модели НС имитирующие ее свойства под действием этих возмущений.
В настоящее время для расчета НС применяют метод конечных элементов. При использовании МКЭ рассчитываемую конструкцию представляют набором конечных элементов разного типа соединенных между собой в узлах. Перемещения узлов под действием соответствующей нагрузки представляют собой независимые координаты с помощью которых описывается деформированное состояние рассчитываемой конструкции. Используются конечные элементы в виде прямолинейных стержней работающих на растяжение - сжатие изгиб сдвиг и кручение треугольных и четырехугольных пластин воспринимающих нагрузку только в своей плоскости или полную пространственную нагрузку трехмерных элементов (тетраэдров кубов и т. п.). Для каждого элемента задается связь между перемещениями и нагрузками в узлах и исходя из этого формируются матрицы жесткости инерции и демпфирования. Соединения отдельных элементов между собой моделируются пружинами как правило линейными.
Для построения и расчета конечно-элементной модели необходимо задать координаты всех узлов модели связи между элементами и узлами (топологию) характеристики элементов их материал нагрузки податливости связей в узлах. Соответствующие матрицы для любого конечного элемента сначала вычисляют в местной системе координат (связанной с конечным элементом) а затем преобразуют к общей системе координат всей конструкции. Далее решают систему уравнений определяют напряжения перемещения узловых точек и выводят результаты обычно в виде деформированной под нагрузкой сетки конечных элементов.
Таким образом расчеты на основе МКЭ состоят из трех этапов: построение модели и ввод ее в ЭВМ; проведение расчетов; представление и интерпретация результатов расчета.
В настоящее время разработано и применяется (в том числе и для расчета НС) большое число пакетов для расчета МКЭ позволяющих решать задачи определения напряженно-деформированного состояния конструкции под действием статических нагрузок собственных частот и форм колебаний расчета деформаций под действием неравномерного температурного поля и определения температурного поля по заданным характеристикам тепловых источников и т. п.
Применительно к расчету НС металлорежущих станков при моделировании корпусных деталей пластинчатыми конечными элементами необходимо отметить следующие особенности использования МКЭ.[4]
Одним из наиболее трудоемких этапов расчета с помощью МКЭ является построение конечно-элементной модели и ввод ее в ЭВМ. В настоящее дипломном проекте этот этап работы обеспечивается интегрированной работой CADCAE – пакетов Solid Works и Design Space. Однако для базовых деталей НС имеющих в большинстве своем сложные и нерегулярные конструктивные формы разработка систем автоматизированного построения модели и ввода данных представляет значительные трудности. Стремление упростить модель и процедуру ввода приводит к необходимости отказаться от учета мелких конструктивных подробностей (небольших окон некритичных узлов искривлений стенок и т. п.) и к укрупнению конечных элементов. Можно полагать что для корпусных деталей станков для которых критерием работоспособности является жесткость а не прочность упрощение конструктивных форм принципиально допустимо однако погрешности расчета которые с этим связаны пока не исследованы. [4]
2. Подготовка расчетной модели
Для облегчения конструктивной формы станка в расчетной модели были упрощены узлы двигателя опоры качения (слияние подсборок в единую деталь) был исключен из расчета защитный кожух комплект пневмоприжимов и пр.
Воздействующие силы резания при обработке материала равны:
где z - число зубьев фрезы;
n - частота вращения фрезы обмин;
Kmp - поправочный коэффициент на качество обрабатываемого материала;
t - глубина фрезерования; остальные коэффициенты и показатели степени отражают вид фрезы и материал режущей части.
Рассчитанная сила резания прикладывается в месте контакта зубьев фрезы и обрабатываемого алюминиевого профиля(рис. 19.) направление силы задается векторами – составляющими Pv Ph:
Ph=-143 Н; Pv=-32.5 Н.
Рис. 19. Вектор приложенный силы резания
Станок неподвижно закрепляется по своему основанию. Генерации сетки происходит с параметрами установленными по умолчанию.
Компонентное смещение в направлениях
Эквивалентные напряжения.
Смещение вычисляется для всех типов тел – линейных поверхностных и твердых.
Смещение представляется только перемещением вдоль осей. Сдвиг обусловленный поворотом относительно осей координат не выводится.
Сходимость контролируется с помощью соответствующего инструмента - Convergence.
Полное смещение - “Total” является инвариантой для представления этого параметра не указывается система координат. Векторное представление смещений проводится в глобальной системе координат.
Результаты расчетов на эквивалентные напряжения - результаты стандартных одноосных испытаний на растяжение с целью определения предела текучести и предела прочности материала (а также выявления модели материала по кривой упрочнения) соотносятся с тензором напряжений через инварианту – эквивалентные напряжения. [1]
3. Результаты инженерных расчетов
На расчет были запущенны две конструкции станка в одной из которых (конструкция 1) были добавлены дополнительные вертикальные опоры для обеспечения более высокой жесткости системы.
Результаты расчета показали что в обеих конструкциях наиболее нагруженная зона приходится на инструмент с величиной смещения 00103 мм. и 00106 мм. соответственно (см. рис. 20.) При необходимой точности обработки в 03 мм можно говорить о более чем троекратном запасе по жесткости. Таким образом заданные силы резания не нарушают заданную жесткость системы. Так же расчеты показали отсутствие обоснованной необходимости в дополнительных ребрах жесткости установленных на «конструкции 1».
Максимальные возникающие эквивалентные напряжения в обеих конструкциях не превысили значения в 21 МПа.
Рис. 20. Зона наибольшего нагружения (Конструкция 1)
Рис. 21. Полное смещение (Конструкция 1)
Рис. 22. Полное смещение (Конструкция 2)
Рис. 23. Компонентное смещение в направлениях x (Конструкция 2)
Рис. 24. Эквивалентные напряжения (Конструкция 1)
ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ И
ОРГАНИЗАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ В ДИПЛОМНОМ ПРОЕКТЕ
Задачей дипломного проектирования является разработка конструкции фрезерного станка для обработки алюминиевых и пластиковых профилей «импост».
Иностранное оборудование требуемое для обработки такого рода профилей отличаются высокой ценой что останавливает большинство предпринимателей в его приобретении. Задачей создания станка Декорама-1 (см. рис. 25.) было совмещение в конструкции возможностей двух различных типовых станков – по снятию наплавленного валика и по обработке «импоста» и при этом не выйти из ценового коридора ограниченного 3000 у.е.
Рис. 25. Внешний вид станка Декорама-1
Определение затрат на проектирование станка на основе объёма работ в натуральных единицах (чертежах) и нормативной трудоёмкости выполнения единицы работ:
Т узловые чертежи 10-14 чел.-ч; общие виды 16-24 чел.-ч);
γ - средняя стоимость человека-часа проектно конструкторских работ с учётом накладных расходов (проведение расчетных экспериментальных и других работ).
Узловые чертежи - 8 л.;
Зпр. = 6*14*200 + 3*24*200 + 8*14*200 +42*6*200 = 91040 ден. ед.
Затраты на изготовление складываются из затрат на основные материалы покупные изделия оплату труда рабочим с учетом социальных отчислений накладных расходов.
Затраты на изготовление оборудования рассчитываются по формуле:
где Смо - затраты на основные материалы ден. ед.;
Смв - затраты на вспомогательные материалы ден. ед.;
Спк - затраты на полуфабрикаты и комплектующие изделия ден. ед.;
Зосн.р - заработная плата с единым социальным налогом на заработную
плату основных производственных рабочих ден. ед.;
Соб - затраты на содержание и эксплуатацию оборудования ден. ед.;
Сцех - цеховые расходы ден. ед.;
Сзав — общезаводские расходы ден. ед.;
Затраты на основные материалы рассчитываются следующим образом:
Ктз - коэффициент учитывающий транспортно-заготовительные расходы (Ктз= 102 - 11).
Наименование и марка материала
Оптовая цена на материал ден. ед.кг
Количество реализуемых отходов кг
Цена реализуемых отходов ден. ед.кг
Суммарные затраты на материал ден. ед.
Затраты на вспомогательные материалы равны 2-4% от затрат на основные материалы и составляют 4% от затрат на основные материалы:
Смв = Смо+Cмо*004=1170+468 = 1216 ден. ед.
Затраты на полуфабрикаты и комплектующие изделия определяются
по потребности в них и соответствующим оптовым ценам:
Цпкi - оптовая цена i-го вида комплектующих изделий ден. ед.
Наименование и тип комплектующих изделий
Количество(комплектов)
Цена за единицу ден. ед.
Сумма затрат ден. ед.
подшипник шариковый 160510ак
двигатель 90л2 3кватт3000
подшипники для опоры
подшипники для стола
Затраты на полуфабрикаты и комплектующие изделия
Cпк = 42 180 ден. ед.
Затраты на заработную плату с единым социальным налогом на заработную плату основных производственных рабочих изготавливающих оборудование определяются на основе общей трудоёмкости изготовления (Тоб) средних часовых тарифных ставок (Стар.ст.) коэффициентов учитывающих дополнительную зарплату (kдоп) и единый социальный налог (kсоц).
Приближённый метод на основе удельной трудоёмкости на 1 кг массы оборудования:
где tуд - удельная трудоёмкость изготовления чел.-чкг;
Gоб - масса оборудования кг.
где Qм - масса материала для его изготовления (форма 1);
kп.ср - среднего коэффициента приведения (Кп.ср=12-14) учитывающего долю комплектующих изделий в общей массе оборудования;
Тоб=22*42=924 чел. ч.
Часовая тарифная ставка на предприятии изготовителе в соответствии с действующей тарифной сеткой равна 265 ден. ед. н.-ч..
Зот=924*265=24486 руб.
Заработная плата основных производственных рабочих с единым социальным налогом определяется по формуле
Где α - коэффициент учитывающий приработок рабочих (принять 12);
kдоп - коэффициент учитывающий дополнительную заработную плату (кдоп=112);
kсоц - коэффициент учитывающий единый социальный налог (kсоц. =126);
kпр - коэффициент учитывающий премию за работу по технически обоснованным нормам (kпр=12); kп - поясной коэффициент (для Урала kn = 115).
Зосн.р. =24486*12*12*126*115=51092 ден. ед.
Затраты по содержанию и эксплуатации оборудования используемого при изготовлении новой техники (Соб) целесообразно считать по нормативной себестоимости одного машино-часа эксплуатации оборудования (данные предприятия):
гдеТмаш - трудоёмкость операций на заготовительных механообрабатывающих и сборочных переделах технологического процесса (машинное время) маш. -ч;
См-ч - нормативная себестоимость одного машино-часа эксплуатации оборудования ден. ед. (данные предприятия);
kобс - средний коэффициент обслуживания оборудования (для ремонтно-механических цехов где изготавливают нестандартное оборудование производят работы по модернизации kобс=1);
kв - средний коэффициент выполнения норм (kв = 11 + 125).
Тмаш. =Тоб*065*07=42 час.
Соб = (42*200)1*12=7000 ден. ед
Цеховые расходы (Сцех) включают расходы по содержанию цехового персонала и вспомогательных рабочих занятых на общецеховых работах расходы на амортизацию ремонт и содержание цеховых зданий и сооружений и др.
Общезаводские расходы (Сзав) состоят из расходов на содержание заводоуправления общезаводских хозяйств и служб и др. Цеховые и общезаводские расходы в себестоимости изготовления оборудования определяются в процентном отношении к сумме основной зарплаты производственных рабочих и затрат на содержание и эксплуатацию оборудования. В укрупнённых расчётах цеховые расходы (kцех) равны 70-100% общезаводские расходы (kзав) равными 50-80%:
Сцех=70%*(24486*12+7000)100=69568 ден. ед.
Сзав=50%*(24486*12+7000)100=49692 ден. ед..
Себестоимость нового (проектируемого ) станка определяется суммой затрат на его проектирование и изготовление. С учетом программы выпуска станка в количестве 10 единиц оборудования стоимость затрат на проектирование на одного станок равна:
Зпр=Зпр.общ.10=9104010=9 104 ден. ед.
Сизг=1170+1216+42180+51092+7000+69598+49692=686042 ден. ед.
Снов=9140+686042=77 7082 ден. ед.
Стоимость с учетом процента прибыли (15% ):
С пр = 893648 ден. ед.
Полная цена станка «Декорама-1» с учетом НДС (18 %) составит :
Станок «Декорама-1» совмещает в своей конструкции возможности двух различных типовых станков – по снятию наплавленного валика и по обработке «импоста». Стоимость каждого такого отдельного станка иностранного производителя колеблется от 5000-6000 у.е без учета таможенных и транспортных расходов.
Производительность проектируемого оборудования приблизительно равна производительности зарубежных аналогов. Определение экономической эффективности производится по годовым амортизационным отчислениям и капитальным вложениям.
Стоимость двух заменяемых типовых зарубежных станков равна:
Сан=10000 у.е. или 290000 ден. ед.
При сроке эксплуатации в 10 лет сумма годовых амортизационных отчислений составит 10% от стоимости станка.
Для аналогов Аан=290000*10%100=29 900 ден. ед
Для проектируемого станка Апр=105 450*10%100=10 545 ден. ед
С=29900-10 545=19 355 ден. ед
Дельта капитальных вложений: K=Сан-С
K=290000-105 450=184 550 ден. ед
Годовой экономический эффект ден. ед:
где Ен - нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности.
Эг=19 355+015*184 550=470375 ден. ед
Сводная таблица по экономическому обоснованию дипломного проекта
Наименование показателя
Значение показателя по вариантам
Изменение показателя («+» перерасход «-» экономия)
Затраты на проектирование
Затраты на изготовление узлов
Затраты на модернизацию
Цена с учетом НДС (+ 15% прибыли для проект. вар-та)
Амортизационные отчисления в год
Годовой экономический эффект на 10 ст.
Годовой экономический эффект на 100 ст.
БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА
Иностранное оборудование требуемое для обработки такого рода профилей отличаются высокой ценой что останавливает большинство предпринимателей в его приобретении. Задачей создания фрезерного станка Декорама-1 (рис. 26.) было совмещение в конструкции возможностей двух различных типовых станков – по снятию наплавленного валика и по обработке «импоста» и при этом не выйти из ценового коридора ограниченного 3000 у.е.
Рис. 26. Внешний вид станка Декорама-1
1. Безопасность проекта
В данном разделе дипломного проекта рассматривается влияние вредных и опасных производственных факторов на организм человека при эксплуатации станка производится анализ загрязнения окружающей среды в ходе производства. Анализ вредных факторов производства производится для предприятия-заказчика «Декорама».
При работе проектируемого станка имеются следующие вредные и опасные производственные факторы:
Источником питания электроприборов цеха является городская подстанция. Цех имеет бетонные полы температуру воздуха и влажность в пределах норм поэтому в соответствии с классификацией помещений по электробезопасности цех где разместят станок относится к помещениям без повышенной опасности. Однако необходимо предусмотреть меры по эл. безопасности так как электрическая энергия подводится к двигателю станка. В случае пробоя оператор станка может быть поражен током. Для предотвращения данного опасного фактора согласно ПУЭ рекомендуется заземлить станок а также применять дополнительные средства для защиты от поражения человека током: рядом со станком расположить резиновый изоляционный коврик или деревянный настил.
Шум – беспорядочное сочетание различных по силе и частоте звуков; способен оказывать неблагоприятное воздействие на организм. Источником шума является любой процесс вызывающий местное изменение давления или механические колебания в твердых жидких или газообразных средах. Действие его на организм человека связано главным образом с применением нового высокопроизводительного оборудования с механизацией и автоматизацией трудовых процессов: переходом на большие скорости при эксплуатации различных станков и агрегатов. Учитывая что шум может нарушать различные функции организма (нарушает сон мешает выполнять напряженную умственную работу развивает тугоухость и глухоту) для различных помещений устанавливается различный допустимый уровень шума. Допустимые уровни шума на рабочих местах не превышают соответственно 110 94 87 81 78 75 73 дБ а по шкале А - 80 дБ. Основным нормативным документом регламентирующим нормы допустимых уровней шума является “Санитарные нормы допустимых уровней шума на рабочих местах” 12.03.85 N3223-85 п. 4.1. Для производственных помещений учитывая большие технические трудности при снижении уровня шума при различных тех. процессах приходится ориентироваться не на утомляющее действие шума а на исключении возможности развития профессиональной патологии поэтому допускаемое значение шума - 80 дБА. В ГОСТе на двигатели применяемые в станке указанный уровень шума - 65 дБА благодаря замене отечественных подшипников на немецкие уровень шума удалось снизить до 50 дБА. Но учитывая что определенный уровень шума дает шпиндель и фреза в процессе резанья то шум станка будет составлять в районе 70-80 дБА.
Под вибрацией обычно понимаются сложные колебания в механических системах. В соответствии с ГОСТ 24346-80 (СТ СЭВ 1926-79) "Вибрация. Термины и определения" вибрация – движение точки или системы при котором происходит поочерёдное возрастание и убывание во времени значений по крайней мере одной координаты.
Принято различать общую и локальную вибрацию. Общая вибрация действует на весь организм человека через опорные поверхности - сиденье пол; локальная вибрация оказывает действие на отдельные части тела.
Источниками вибрации в станке является шпиндель фреза эл. двигатели. Ориентировочно виброскорость этих элементов станка составляет 3-5 ммс. при незначительной амплитуде. Человек при непосредственном контакте с источником колебаний воспринимает вибрацию до 8000 Гц. Развитие вибрационной болезни возможно в пределах частот 35 - 250 Гц. Нормированный уровень вибрации составляет 92 дБА. поэтому необходимо предусмотреть защитные меры для безопасной работы оператора станка. В качестве таких мер рекомендуется устанавливать станок на демпфирующие элементы для гашения вибрации.
Защита от механического травмирования
Опасности механического травматизма в данном механизме могут возникнуть от следующих источников:
подвижные части оборудования;
выступающие части конструкций;
аварийные ситуации (поломка деталей падение обрабатываемого профиля и др. неисправности).
В связи с наличием движущихся частей станка необходима защита от механического травмирования. В качестве такой защиты установлен кожух над опорой двигателя станка. Для аварийного останова двигателя на пульте оператора имеется аварийная кнопка прекращающая подачу электропитания.
На рабочих местах должны быть помещены таблички поясняющие значения применяемых средств сигнализации и режимы управления оборудованием.
Загрязнение и перегревание воздуха
Вентиляцией называется комплекс взаимосвязанных устройств и процессов для создания требуемого воздухообмена в производственных помещениях. Основное назначение вентиляции – удаление из рабочей зоны загрязненного или перегретого воздуха и подача свежего наружного (или очищенного) воздуха. В помещении цеха организована приточная вентиляция которая обеспечивает возмещение воздуха расходуемого на работу пневмооборудования находящегося в цехе.
Ниже приведены технические и санитарно-гигиенические требования ориентированные на используемую вентиляцию:
приточные системы в помещении должны быть правильно размещены свежий воздух необходимо подавать в те части помещения где количество вредных выделений минимально;
система вентиляции не должна производить шум на рабочих местах превышающий предельно-допустимый уровень;
система вентиляции не должна вызывать переохлаждения или перегрева рабочих;
система вентиляции должна быть электра- пожара- и взрывобезопасна проста в устройстве надежна в эксплуатации эффективна.
Одна из главных задач возникающих при устройстве вентиляции – определение воздухообмена т.е. количество вентиляционного воздуха необходимого для обеспечения оптимального санитарно-гигиенического уровня воздушной среды помещения.
Определяющим фактором при расчете воздухообмена является избыточное тепло так как цех насыщен различным оборудованием (станки и оборудование работающее от электродвигателей) так же немаловажным будет и образование пластиковой и алюминиевой пыли которую должна будет удаляться с помощью приточной вентиляции.
Воздухообмен необходимый для удаления избыточного тепла вычисляется по формуле:
где Q-теплоизбытки Вт;
-массовая удельная теплоемкость воздуха ();
ρ-плотность приточного воздуха ();
tуд tпр. - температура удаляемого и приточного воздуха °С.
Температуры приточного воздуха принимаются по СНиП-П-33-75 для холодного и теплого времени года. Температура удаляемого воздуха определяется по формуле:
где - температура в рабочей зоне по ГОСТ 12.1.005-76;
a - нарастание температуры на каждый 1 м высоты °См;
H - высота помещения м.
Величина a в зависимости от тепловыделения равняется 05÷15°См.
Величину теплоизбытков вычисляется как сумма тепловыделения от электродвигателей так как электродвигатели являются основными источниками теплоизбытков.
Тепловыделение от электродвигателей
Расчет тепловыделения от электродвигателей Qэл. Вт производиться по формуле:
где N - суммарная номинальная мощность электродвигателей кВт;
- коэффициент учитывающий использование установочной мощности двигателей их загрузку по мощности одновременность их работы долю перехода механической энергии в тепловую.
Приближенно для электродвигателей работающих с устройствами без принудительного жидкостного охлаждения=025; для приводов станков с использованием эмульсии=02; для двигателей приводящих устройства с местными отсосами =015.
Значения воздухообмена:
в холодный период: м³
в теплый период: м³.
Важным является вопрос освещенности рабочего места. Без рационального освещения не могут быть созданы оптимальные условия для общей работоспособности человека и тем более для эффективного функционирования зрительной системы.
Человек зрением воспринимает до 90 % информации из окружающей среды поэтому свет необходим в процессе трудовой деятельности - причем качество освещения рабочих зон имеет решающее значение для охраны труда.
Естественное освещение
В цехе имеется естественное освещение (общая площадь окон - 15м2) которое характеризуется отношением естественной освещённости создаваемой внутри помещения светом неба (непосредственным или отраженным) к значению наружной освещённости земной поверхности от небосвода выраженной в процентах. Это отношение принято называть коэффициентом естественной освещенности КЕО (е).
Естественное освещение должно осуществляться через боковые светопроемы ориентированные преимущественно на север и северо-восток и обеспечивать коэффициент естественной освещенности (КЕО) не ниже 12% в зонах с устойчивым снежным покровом и не ниже 15% на остальной территории.
Указанные значения КЕО нормируются для зданий расположенных в III световом климатическом поясе.
Расчёт естественного освещения
Целью данного расчёта является определение значения КЕО для данного помещения и сравнения его с нормативным.
В помещении в светлое время суток используется боковое естественное освещение через проемы в стенах :
Площадь световых проёмов составляет So = 15 м² площадь пола помещения равна Sп = 72 м².
При боковом освещении:
где So - площадь световых проемов при боковом освещении;
Sп - площадь пола помещения;
е - нормированное значение КЕО;
kз - коэффициент запаса (12 - 2);
o - световая характеристика окон (80 - 15);
kзд - коэффициент учитывающий затенения окон другими зданиями (1-15);
o - общий коэффициент светопропускания учитывающий коэффициент светопропускания стекол и потери света в несущих конструкциях(05 - 12);
r1 - коэффициент учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету отраженному от поверхности помещения и земли (15 - 30).
Следовательно формула для вычисления КЕО в помещении цеха будет иметь вид:
Таким образом значение КЕО полученное при расчёте e=126% меньше чем нормируемое значение КЕО при боковом естественном освещении emin=15% что не соответствует требованиям СНиП 22.05-95 "Естественное и искусственное освещение" следовательно недостаток естественного освещения необходимо восполнить за счет искусственного как это часто делается в банковских учреждениях.
Искусственное освещение
Искусственное освещение - верхнее двухстороннее 6 ламп накаливания по 500 Вт. на станке дополнительно установлено искусственное освещение в виде лампы дневного света над рабочим местом оператора станка.
Разряд зрительных работ VIII – это работы связанные с постоянно-периодическим наблюдением за ходом производственного процесса при постоянном пребывании людей в помещении.
Освещенность зависит от разряда зрительной работы Характер зрительной работы оператора станка - низкой точности.
Разряд зрительной работы - 1;
Подразряд зрительной работы - Г.
Расчет искусственного освещенности:
Для расчета местного освещения горизонтальных поверхностей в тех случаях когда отраженным светом можно пренебречь применяется точечный метод:
где Е - освещенность лк.
h - высота установленного светильника
К - коэффициент запаса.
При нормированной освещенности Е = 500 лк. сила света равна:
Цель отопления помещений - поддержание в цехе в холодное время года заданной температуры воздуха. Система отопления должна компенсировать потерю тепла через строительные ограждения а также нагрев проникающего в помещение холодного воздуха поступающих материалов и транспорт.
Отопление устраивают только в тех случаях когда потери тепла превышают выделение тепла в помещении. В данном цехе предусмотрена система водяного отопления которая наиболее эффективна в санитарно-гигиеническом отношении. Температура воды составляет 50-70 С. Подача воды в систему отопления осуществляется из собственной котельной предприятия. В качестве нагревательных элементов используют радиаторы ребристые трубы и решетки из гладких труб.
Производственный микроклимат
Микроклимат характеризуется температурой воздуха его влажностью и скоростью движения а также интенсивностью теплового излучения. Длительное воздействие на человека неблагоприятных условий микроклимата резко ухудшает его самочувствие снижает производительность труда и приводит к заболеваниям.
Для обеспечения необходимых параметров микроклимата в цехе имеются:
отопление водяное (используется для поддержания заданной температуры в холодное время года);
система приточной вентиляции (используется для удаления запыленного перегретого воздуха и подачи чистого воздуха а также для возмещения воздуха расходуемого на технологические нужды – пневмооборудование);
естественная вентиляция;
Физическая работа операторов-станков занятых в данном цехе оценивается как физическая работа категории IIб(К категории IIб относятся работы с интенсивностью энергозатрат 201-250 ккалч (233-290 Вт) связанные с ходьбой перемещением и переноской тяжестей до 10 кг и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением (ряд профессий в механизированных литейных прокатных кузнечных термических сварочных цехах машиностроительных и металлургических предприятий и т. п.).[ СанПиН 2.2.4.548-96]). Параметры микроклимата поддерживают оптимальными для категории IIа в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 (табл.1).
Таблица 3. Оптимальные и допустимые условия в рабочей зоне цеха
Категория тяжести работы
Температура воздуха оптимальная (допустимая) ºС
Относительная влажность воздуха оптимальная (допустимая) %
Скорость движения воздуха оптимальная (допустимая) мс
Пожарная безопасность
Основа пожарной безопасности заключается в соблюдении правил пожарной профилактики которые основываются на исключении условий необходимых для горения и использовании принципов обеспечения пожарной безопасности. При обеспечении пожарной безопасности решаются четыре задачи: предотвращение пожаров и загораний локализация возникших пожаров защита людей и материальных ценностей тушение пожаров. При организации пожарной безопасности главным образом должен быть решен вопрос реализации мероприятий по предотвращению загорания в данном цехе. По пожарной безопасности производство относится к категории Д - производство и обработка горючих веществ и материалов в холодном состоянии – по ГОСТ 12.1.004-85.
Здание в котором находится цех относится ко второй степени огнестойкости (предел огнестойкости несущих стен не менее двух часов лестничных площадок не менее одного часа наружных стен не менее 15 минут).
Для обеспечения своевременной эвакуации людей при пожаре предусмотрено:
ширина выхода – 2 метра;
максимальное удаление от выхода – 15 метров;
ширина проходов между установками – 15 метра.
Эти данные соответствуют установленным нормам по СНиП 2.09.02-85.
Приняты следующие меры по обеспечению пожарной безопасности:
установлена защита от токов короткого замыкания и перегрузки для этого применено быстродействующие автоматы и плавкие предохранители; в местах соединения проводов и кабелей на съёмных концах применены специальные наконечники и зажимы; искрящие по условиям работы части переключателей рубильников закрыты крышками
в цехе находится щит противопожарной защиты 4 огнетушителя типа ОУ-2;
пожарный инвентарь размещен на видных местах имеет свободный и удобный доступ и не служит препятствием при эвакуации людей во время пожара;
в помещении 2 выхода проходы к которому свободны цех находится на первом этаже;
в помещении цеха размещена таблица с указанием номера телефона вызова пожарной команды.
при выходе из цеха имеется план эвакуации людей.
в цехе применена автоматическая система обнаружения пожара: комбинация теплового и дымового пожарных извещателей.
На предприятии периодически проводятся пожарно-профилактические работы.
Чрезвычайные ситуации
Чрезвычайные ситуации могут возникнуть в результате аварии опасного природного явления катастрофы стихийного бедствия которые могут повлечь за собой человеческие жертвы ущерб здоровью людей и нарушение их жизнедеятельности.
Чрезвычайные ситуации которые могут возникнуть на предприятии где расположена технологическая линия:
технологического характера – возникают в результате нарушения правил техники безопасности на предприятии: пожары и взрывы; вибрации и шумы; инфразвук и ультразвук; химическое воздействие; радиационное воздействие; механическое воздействие; затопление и т.д.
природного характера – возникают стихийно: землетрясения (Урал – зона неопределенной сейсмичности); ураганы; молнии; аномальные температура и осадки которые могут привести к наводнениям и засухе и т.д.
экологического характера – возникают в результате экологической катастрофы: загрязнение земельных ресурсов; загрязнение водоемов стоками в результате аварии на промышленных очистных сооружениях; загрязнение атмосферы выбросами; негативное воздействие на биосферу в результате аварии на теплоэнергетических сетях и т.д.;
Для примера рассмотрим действия персонала при наиболее типичной чрезвычайной ситуации – пожаре.
При обнаружении первых признаков пожара осуществляется эвакуация работников в безопасное место. При тушении пожара использовать огнетушители пожарные краны воду песок средства индивидуальной защиты руководит эвакуацией комиссия по чрезвычайным ситуациям предприятия.
В помещении цеха находится пожарная сигнализация связанная с центральным городским пультом пожарной охраны. Установлены места для курения. Проводится инструктаж сотрудников по мерам пожарной безопасности. Для борьбы с пожарами используются огнетушители.
В качестве защиты от поражения здания и аппаратуры от повреждений связанных с молнией применяется стержневой молниеотвод.
2. Экологичность проекта
На предприятии имеются следующие производства сопровождающиеся выделением вредных веществ:
шлифовальное (абразивная пыль);
обработка резины и пластмасс (предельные углеводороды текстолитовая пыль);
металлообрабатывающее (оксид алюминия абразивная пыль и др.);
сварочное (диоксид марганца оксид алюминия взвесь различных веществ);
печатное множительное (свинец кислота о-фосфорная пыль бумаги);
лакокрасочное (пары растворителей ксилол толуол);
автогараж (оксид углерода пары бензина диоксид серы).
В таблице 4 приведен список выбрасываемых в атмосферу веществ с указанием выбрасываемого количества и норм ПДК.
Наименование вещества
Анализ максимальных приземистых концентраций с учетом фона показал отсутствие превышений в жилой зоне по всему наименованию веществ.
Так как наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносит автотранспорт и обрабатывающее производство предполагается в качестве воздуха - охранных мероприятий для автостоянки снизить интенсивность движения автомобилей для производства установить более мощные систем вентиляции на основе выше приведенных расчетов.
Введение в компьютерный конструкционный анализ: Методические указания по курсу "Компьютерная диагностика" О. М. Огородникова. Екатеринбург: УГТУ-УПИ 2001. – 47 с.
Косилова А.Г. Справочник технолога - машиностроителя. В 2-х т. Т.2. М.: Машиностроение 1986. – 496 c.
Миловидов С.С. Детали машин и приборов. М.: Высшая школа. 1971. – 488 с.
Проников А.С. Борисов Е.И. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем. Т.2ч.1. МГТУ им. Н.Э. Баумана: Машиностроение 1995. – 371 с.
Решетов Д.Н. Детали машин. М.: Машиностроение 1989. – 496 с.
Устюгов И.И. Детали машин. М.: Высшая школа 1973. – 472 с.
Эндер А.Г. Романов Г.М. Новиков Н.И. Требования композиции и эргономики при проектировании металлорежущих станков. Ленинград: Машиностроение 1975. – 43 с.
ГОСТ 12.1.004 - 91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.
СНиП П. 12-77. Защита от шума.
СНиП 23 - 05 - 95 . Естественное и искусственное освещение. М.: Минстрой России.
СанПиН 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.
Возможности программы Design Space
Cтройматериалы и оборудование

лист А1 внешний вид и тех характеристики.cdw

Фрезеровальный станок "Декорама-1" по обработке
алюминиевых и пластиковых профилей.
Технические характеристики:
Применяется для фрезерования профилей "импост"
и снятия наплавленного валика;
Диаметр фрезы: 240 мм;
Высота фрезерования: 130 мм;
Длина фрезерования: 500 мм;
Число оборотов: 2800 мин-1;
Соединение для сжатого воздуха 8 бар;
Габариты станка: Длина 1000 мм.

лист А2 экономика.cdw

Значение показателя
на изготовление узлов
Затраты на модернизацию
экономический эффект
ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

лист А3 электрическая схема.cdw

Управление пускателем
Управление электромагнитным
клапаном пневмопривода

лист А1 деталировка винт-гайка.cdw

Материал-заменитель: Сталь 50Г2 ГОСТ 4543-71.
Термообработка: 45 50 HRC
Трапецеидальная резьба по ГОСТ9484-73.
Остальные технические требования по ОСТ4.Г0.070.014.
Материал-заменитель:БрОЦС4-4-2
Трапецеидальная резьба по ГОСТ9484-60.
Материал-заменитель: Сталь 15 ГОСТ 1050-88.
Термообработка: 35-40.HRCэ
Острые кромки притупить.
*Размер для справок.
Материал-заменитель: Сталь 20Г ГОСТ4543-71.
Термообработка: 35-45 HRC.
Неуказанные радиусы скруглений max R=1мм.
Остальные технические требованеия по ОСТ4.Г0.070.014.
Сталь 45Г2 ГОСТ 4543-71
Сталь 10 ГОСТ 1050-88
Сталь 15Г ГОСТ 4543-71

Опора двигателя.spw

Болт М6 х 20 ГОСТ 15589-70
Болт М8 х 28 ГОСТ 15589-70
Болт М12 х 40 ГОСТ 15589-70
Гайка М12 ГОСТ 15526-70
Шайба 6 Л ГОСТ 6402-70
Шайба 10 Л ГОСТ 6402-70
Шайба 14 Л ГОСТ 6402-70
ДТР 80В2 У2 ТУ 16-94
Двигатель асинхронный
Набор регулировочных шайб

лист А1 деталировка опоры.cdw

*Размеры для справок.
Неуказанные радиусы скруглений max R=0.3мм.
Острые кромки притупить.
Остальные технические требования по ОСТ4.Г0.070.014.
ПН-О-10 ГОСТ 19903-74
-IV-М3б ГОСТ 1577-93
*Размер для справок.
Термообработка: 35 45 HRC
На поверхности не допускаются следы от неравномерной подачи
режущего инструмента
следов от ударов и царапин.
Термообработка: 45-50 HRC.
Остальные технические требования по ОСТ.Г0.070.014.
Плита Д16.T 20 ГОСТ 17232-99
Плита Д16.T 30 ГОСТ 17232-99

лист А1 CAE.cdw

Эквивалентные напряжения
Максимальная величина
смещения под воздейст-
вием сил резания прихо-
Таким образом обеспечи-
Эквивалентные напряжения.
АНАЛИЗ ИНЖЕНЕРНЫХ РАСЧЕТОВ В ПАКЕТЕ ANSYS. DESIGN SPACE
Импортирование модели CAD->CAE
Приложение силы резания
Полное смещение. модель 1
Зона max нагружения. модель 1
Полное смещение. модель 2
Смещение вдоль оси X. модель 2

лист А1 CAD.cdw

Установка направляющих
Установка двигателя и
Автоматизированное проектирование

лист А1 аналоги.cdw

Применяется после сварки ПВХ;
Высота профиля максимальный 200 мм.;
Минимальная высота профиля 25 мм.;
Диаметр фрезы максимальный 260 мм.;
Число оборотов: 3400 мин-1;
Диаметр шпинделя: 32 мм.;
Напряжение: 230400 В.
Двигатель: 2500 Вт.;
Соединение для сжатого воздуха 7 бар;
Потребление воздуха за один рабочий цикл 100 л.;
Габариты станка: Длина 980 мм.
C 2-4 комплектами фрез;
Система выбора профиля рамы
Возможность от 2 до 4 видов профилей в зависимости от комплекта фрез;
Стандартное напряжение 380 В;
Суммарная мощность 1100 В;
Давление воздуха 6-8 атм;.
Потребление воздуха 11
Максимальная высота профиля 120 мм;
Максимальная ширина профиля 120 мм;
Габариты станка: Длина 1120 мм.
Применяется для фрезерования профилей "импост";
поворачиваемый до 60гр. вправо и влево;
Серийно оборудована дозатором-распылителем;
Диаметр фрезы: 280 мм;
Высота фрезерования: 150 мм;
Длина фрезерования: 400 мм;
Число оборотов: 2800 мин-1;
Габариты станка: Длина 1540 мм.