Разработка и модернизация приводов обрабатывающих центров

Оценка экономических показателей

Затраты на конструкторскую подготовку производства включает следующие статьи:

1 - Основная заработная плата для разработчиков

2 - Дополнительная заработная плата

3 - ЕСН

4 - Накладные расходы: 120% от заработной платы

5 - Материальные затраты

6 - Затраты на силовую электроэнергию

Расчет затрат на основную заработную плату Таблица 6.3

Расчёт затрат на дополнительную заработную плату Таблица 6.4

- Заместитель главного механика 12% 4506=540 р.

- Дипломный руководитель 12% 3780=453 р.

- Руководитель по организационно-экономическому разделу 12% 360=330 р.

- Руководитель по разделу охраны труда и техники безопасности 12% 360=330 р.

Итого сумма трудовых затрат на конструкторские подготовки производства составляет:

Sобщ.зп.=Sзп.осн.+Sзп.доп. =10087 руб.

Определение ЕСН (26%)

ЕСН = 0,26 (Сумма основной и дополнительной зарплаты) = 0,26 10087 = 2622,62 р.

Накладные расходы

Накладные расходы = 120% (Сумма основной заработной платы) = 120% 9006 = 10807,2 р.

Расчет прямых материальных затрат

Таблица 6.5

Итого сумма прямых материальных затрат составляет:

Sматер.затр.=4440+6180+300+2835+100+500+140+200+100+60=14855 р.

Затраты на силовую электроэнергию, приходящиеся на 1 час работы

ЭВМ Зэ=1кВт*0.8д.е=0.8;

Принтер Зэ=0.5кВт*0.8д.е=0.4;

Итого за 4-е месяца(100 часов) = (0.8+0.4)* 100 = 120руб

Общая сумма затрат на проектирование мехатронного привода вертикального обрабатывающего центра составляет:

S=Sосн.зп.+Sдоп.зп.+Sесн+Sнакл.расх. + Sматер.затр.+Sэлектр.

S=9006+1081+2622,62+10807,2+14855+120=38491,82 р.

Выводы по разделу 6

Использование нового привода позволяет расширить функциональные возможности при сохранении надежности самого привода за счет использования современной элементной базы (микроконтроллер и интеллектуальный силовой модуль). Кроме того применение высокоскоростного шпинделя повышает производительность данного вертикального обрабатывающего центра, что позволяет ему соответствовать современным требованиям. Так же использование современных компонентов и методов управления позволяет существенно сократить расходы в энергопотреблении (повысить КПД привода).

7. Охрана труда

Требования безопасности к обрабатывающему центру HX-300iF

Охрана труда и безопасность жизнедеятельности является одним из важнейших вопросов при проектировании, а также при создании нормальных климатических условий для работы оборудования.

Все многообразие законодательных актов, мероприятий и средств, включенных в понятие охраны труда, направлено на создание таких условий труда, при которых воздействие на работающих опасных и вредных производственных факторов сведено к минимуму.

Труд рабочих и служащих должен быть организован таким образом, чтобы каждый трудящийся по своей специальности и квалификации имел закрепленное за ним рабочее место, своевременно, до начала работы, был ознакомлен с его содержанием. Необходимо, чтобы условия труда были здоровыми и безопасными, оборудование и инструменты исправными. Необходимо строго соблюдать требования техники безопасности и производственной санитарии.

Помещения производства, их размеры (площадь, объем) должны в первую очередь соответствовать количеству работающих и размещаемому в них комплексу технических средств. В них предусматривают соответствующие параметры температуры, освещения, чистоты воздуха, обеспечивают изоляцию от производственных шумов.

Электрические установки, представляют для человека большую потенциальную опасность, так как в процессе эксплуатации или проведения профилактических работ человек может коснуться частей, находящихся под напряжением. Специфическая опасность электроустановок: токоведущие проводники, корпуса стоек ЭВМ и прочего оборудования, оказавшегося под напряжением в результате повреждения (пробоя) изоляции, не подают каких-либо сигналов, которые предупреждали бы человека об опасности. Реакция человека на электрический ток возникает лишь при протекании последнего через тело человека.

Перечень основных опасностей и средства защиты от них

Перечень основных опасностей, содержащихся в приложении 1, соответствует ЕН 292-1 и ЕН 1050.

Требования безопасности и меры обеспечения безопасности обеспечивают либо полное устранение рисков, либо сокращение рисков до минимума [24].

Примечание -- Для станков, при эксплуатации которых обнаруживаются дополнительные опасности или которые не соответствуют настоящему стандарту, нужно руководствоваться оценками риска ЕН 1050. Для мероприятий по устранению опасностей и сокращению риска нужно руководствоваться ЕН 292-1 и ЕН 292-2.

При проектировании станков конструкторы должны уделять основное внимание опасностям, которым могут подвергаться операторы или другие люди, имеющие доступ в опасные зоны за время срока службы станка, включая и достаточно предсказуемое использование станка не по назначению (ЕН 292-1). Должны учитываться все опасности, возникающие в процессе обработки или других процессах, требующих вмешательства оператора или других людей (например, наладка, чистка, обслуживание и ремонт). Анализ неисправностей и выхода из строя компонентов станка, включая отказы элементов системы управления, является частью оценки риска; руководство по этому вопросу дано в ЕН 954-1.

Из представленного перечня основных опасностей особое внимание следует уделять следующим:

- выбросу инструмента, частей зажимных патронов, обрабатываемых деталей или их частей, включая стружку

- захвату или наматыванию на движущиеся части станка, в частности, зажимные патроны, инструменты и обрабатываемые детали

- отрезанию и раздавливанию между движущимися частями, включая повреждения при попадании между неподвижными или движущимися частями

Основными зонами риска являются:

- рабочие участки с вращающимся шпинделем, устройства для крепления обрабатываемой детали (например, зажимные патроны), салазки (направляющие), револьверные головки/накопители инструмента. обрабатываемая(ые) деталь(и). конвейер для удаления стружки (если имеется);

- устройства загрузки/выгрузки обрабатываемых деталей, включая механизмы подачи прутка для горизонтальных токарных станков:

- внешние инструментальные магазины и устройства смены инструмента.

Эргономическое обеспечение безопасности труда в машиностроении

Особенности современного промышленного производства: увеличение скоростей и мощностей производственных процессов, их комплексная механизация и автоматизация, дистанционное управление, применение ЭВМ, АСУП, экономико-математических методов в управлении - резко изменили характер трудовых процессов и роль в них человека.

В автоматизированном производстве доминирующей становится функция управления и контроля важное значение приобретает организационно-планирующая трудовая функция, тогда как рабочая или технологическая функция все в большей степени передается машинам; произошли объективные изменения в профессиональной структуре труда, связанные с тем, что центральное место в современном производстве принадлежит "человеку-оператору".

Соответствие трудовой деятельности свойствам и возможностям человека является обязательным условием для обеспечения безопасности труда, здоровья работающих и высокой производительности их труда.

Взаимодействие человека и техники в системе производства (система "человек - машина - производственная среда") должно рассматриваться при проектировании и создании безопасных условий труда, при решении задач оптимизации труда. Такое взаимодействие является специальным предметом науки - эргономики.

Современная эргономика обладает комплексными методами исследований, богатым математическим аппаратом, компьютерным обеспечением, позволяющими рационализировать труд человека в условиях производства. Эргономическое обеспечение стало обязательным на уровне государственных стандартов и норм, на всех этапах создания и модификации промышленного оборудования. Теоретическим и прикладным основам эргономики, содержанию и характеристикам трудовой деятельности человека посвящено большое количество работ.

На практике, при проектировании и модернизации промышленного оборудования, приспособлений, конвейеров, средств механизации и автоматизации, при установке оборудования, когда определяются размеры свободного пространства, проходов, проездов, настилов, лестниц, рабочей мебели и во многих других реальных ситуациях, требующих учета функциональных способностей и возможностей человека - оператора, на помощь специалистам приходят требования и рекомендации, содержащиеся в государственных стандартах ССБТ, СЧМ1, отраслевых стандартах охраны труда, отраслевых методических разработках прикладного эргономического характера - руководящих материалах (РМ), базах компьютерных данных и т.д. Не имея возможности привести все эргономические требования, имеющие отношение к обеспечению безопасности труда в машиностроении, остановимся лишь на основных. Решение эргономических вопросов при определении общих размеров зон обслуживания и наладки производственного оборудования, определении размеров опасных зон требует обращения к стандартам:

ГОСТ 12.2.033-78 ССБТ. «Рабочее место при выполнении работ стоя. Общие эргономические требования»;

ГОСТ 12.2.049-80 ССБТ. «Оборудование производственное. Общие эргономические требования (при выполнении работ сидя -стоя)»;

ГОСТ 2Н08-1-86 «Станки металлорежущие. Общие требования технической эстетики и эргономики».

При проектировании технологических процессов необходимо обращение к стандарту системы СЧМ ГОСТ 22269-76, который регламентирует требования к взаимному расположению пульта управления, средств отображения информации, органов управления, рабочего сидения, вспомогательного и основного оборудования, организационно-технических средств. Соблюдение указанных требований обеспечивает удобную рабочую позу человека, необходимое пространство для его размещения, возможность обзора рабочего места и производства за его пределами, возможность размещения документации и (при необходимости) ведения записей. При выборе, проектировании или анализе органов управления станками и другим оборудованием - выключателей и переключателей поворотных, клавишных и кнопочных, тумблеров, рычагов, маховиков, педалей - следует обращаться к стандартам СЧМ: ГОСТ 22613-77, ГОСТ 22614-77; ГОСТ 22615-77, ГОСТ 21752-76, ГОСТ 21753-76.

Требования к безопасности и защитные меры

Токарные станки с ЧПУ и токарные обрабатывающие центры должны соответствовать требованиям безопасности и/или защитным мерам. В отношении возможных, но незначительных опасностей, которые не рассматриваются в настоящем стандарте, при проектировании станков следует руководствоваться ЕН 292-2.

Меры по снижению рисков изложены в ЕН 292-2:

- создание соответствующих конструкций ;

- проведение технических мероприятий, обеспечивающих безопасность.

Системы управления. Общие требования

По требованиям безопасности и защитным мерам следует руководствоваться ЕН 292-2.

Безопасность и надежность систем управления

Настоящий стандарт в вопросах безопасности охватывает всю систему управления станком от исходного управляющего или сигнального устройства до входа в конечный исполнительный элемент станка, например электродвигатель.

Относящиеся к безопасности элементы системы управления станка должны соответствовать требованиям нижеуказанных категорий безопасности ЕН 954-1 в соответствии с выполняемыми функциями:

- пуск и повторный пуск -- категория 1;

- останов в рабочем режиме -- категория 1;

- контроль максимальной частоты вращения шпинделя -- категории 2 и 3;

- аварийный останов -- категория 1 или 3;

- выбор режимов работы -- категория 1;

- блокировка -- категория 1 или 3;

- блокировка с держателем ограждения -- категория 3;

- движение по управляемым координатам (включая сниженную скорость подачи) -- категория 2;

- ручное управление в толчковом режиме-- категория 3;

- крепление обрабатываемой детали -- категория 1.

В соответствии с ЕН 954-1 приемлемой является любая комбинация относящихся к безопасности элементов системы управления с различными категориями, при которой достигается аналогичный уровень безопасности.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем, а также визуальный контроль станка. Для покупных узлов/блоков требуется подтверждение соответствия стандартам со стороны изготовителя.

Размещение устройств управления

Устройства управления должны соответствовать ЕН 894-1 -- ЕН 894-3 и ЕН 60204-1.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей, а также визуальный контроль станка.

Пуск (приведение в действие)

Согласно настоящему стандарту условие «Защитные устройства и готовность к работе»» достигается применением блокировки, указанной в ЕН 60204-1.

Элементы системы управления пуском и повторным пуском должны соответствовать категории 1 ЕН 954-1.

Приведение в действие различных функций станка зависит от выбранного режима работы.

Закрытие защитных ограждений не должно приводить к повторному пуску подвижных частей станка за исключением случаев, когда закрытие защитных ограждений является механизированным, а сами защитные ограждения снабжены планками переключения.

При открытых ограждениях не допускается неожиданный пуск представляющих опасность движущихся частей станка, например вращения главного шпинделя, движения револьверной головки, пиноли задней бабки станка или зажимных устройств инструмента и обрабатываемой детали, согласно ЕН 1037.

В режиме работы «Производство» станок должен пускаться или повторно пускаться посредством предусмотренного в этих цепях пускового устройства только в том случае, когда защитные ограждения закрыты ЕН 60204-1.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем. а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Останов в рабочем режиме

Для каждого режима работы станка должен быть предусмотрен «Останов в рабочем режиме», который реализуется специальным устройством. При выполнении функции "Останов в рабочем режиме» энергопитание двигателей привода подач, привода зажимного устройства обрабатываемой детали (например, механизированный зажимной патрон) и ЧПУ не должно отключаться (функция останова категория 2 по ЕН 60204-1). При этом следует контролировать движение основного привода. Элементы системы управления, обеспечивающие контроль, должны соответствовать категории 3 по ЕН 954-1.

Станок, остановленный путем «останова в рабочем режиме» при открытии защитного ограждения должен оставаться выведенным из эксплуатации по категории 2 по ЕН 60204-1 и ЕН 1037.

Элементы системы управления, обеспечивающие останов в рабочем режиме, должны соответствовать категории 1 по ЕН 954-1.

Сбои в работе элементов системы управления, относящихся к безопасности и обеспечивающих останов в рабочем режиме, должны приводить к выводу из эксплуатации по категории 1 по ЕН 60204-1.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей или электрических схем, а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Аварийная остановка

Функции аварийной остановки должны соответствовать категории 1 по ЕН 60204-1, ЕН 60204-1 и ЕН 418.

Элементы системы аварийной остановки должны соответствовать:

- категории 1 ЕН 954-1 при жесткой схеме соединения проводами:

- категории 3 ЕН 954-1 в других случаях (например, решение задачи с помощью программного обеспечения).

Функция аварийной остановки должна осуществляться через одно или несколько устройств аварийной остановки, которые соответствуют ЕН 60204-1.

Командное устройство (кнопка) аварийной остановки должно быть на каждом рабочем месте, включая:

- главный пульт управления:

- каждый выносной пульт управления (если таковые имеются):

- место загрузки/выгрузки обрабатываемых деталей (если оно отделено от основного рабочего места оператора);

- вблизи и внутри кожуха инструментального магазина (насколько возможен доступ к корпусу магазина), если инструментальный магазин отделен от рабочей зоны.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем. а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Доступ к программе ЧПУ

Если в режиме «Эксплуатация" предусмотрен доступ к программируемым функциям с целью их изменения, например с целью корректировки положения инструмента, он должен быть закрыт для посторонних, чтобы предотвратить непредусмотренный доступ к запрограммированной информации или к программируемым функциям. Этого можно достичь с помощью пароля в программе или кодового переключателя.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем, а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Выбор режима работы

Для выбора между режимами «Производство» и «Наладка» необходим в соответствии с ЕН 292-2 + ЕН 292-2/А1 и ЕН 60204-1 переключатель режимов работы с блокировкой .

Устройства выбора режимов работы должны обеспечивать в данный момент выбор только одного режима работы.

Элементы устройства выбора режима работы должны соответствовать категории 1 по ЕН 954-1. Дополнительно должны быть проведены защитные технические мероприятия соответствующих режимов работы.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем, а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Режим работы «Производство»

Если выбран режим работы «Производство» и подвижные защитные ограждения открыты, любые перемещения деталей должны быть исключены, кроме:

- открытия и закрытия зажимного патрона(ов) с целью смены детали;

- вращения шпинделя(ей) со скоростью не более 50 оборотов в минуту, включаемое вручную в толчковом режиме.

Другие движения могут быть возможны только при закрытых подвижных защитных ограждениях.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем, а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Режим работы «Наладка»

Если выбран режим работы «Наладка» и защитные ограждения открыты, перемещение деталей может осуществляться только при следующих условиях:

- скорость перемещения узлов станка по управляемым координатам не должна превышать 2 м/мин. Движение должно осуществляться при ручном управлении в толчковом режиме, элементы которого, связанные с безопасностью, должны соответствовать категории 3 по ЕН 954-1. или это движение должно быть ограничено шаговыми движениями с шагом не более 6 мм;

- число оборотов главного шпинделя и/или шпинделей не должно превышать 50 мин'. Другие движения должны быть возможны только при закрытых защитных ограждениях:

- поворот/включение револьверной головки/головок должен быть возможен только, если обе руки оператора находятся вне зоны опасности, например при использовании двуручного переключателя типа II или III. В сочетании с разрешающим устройством в соответствии с ЕН 574 или при ручном управлении в толчковом режиме:

- перемещение пиноли задней бабки станка при ручном управлении в толчковом режиме:

- защитные ограждения и технические защитные меры, такие как уменьшение числа оборотов или скорости, при ручном управлении в толчковом режиме для инструментов, шпинделя(ей) и узлов станка, перемещаемым по осям координат, а также использование двуручного переключателя в сочетании с командным устройством для револьверной головки/головок, должны быть активными только в режиме «Наладка».

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем. а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Управление скоростями и числом оборотов

Элементы системы управления, относящиеся к безопасности, должны соответствовать:

- категории 3 по ЕН 954-1 -- для управления частотой вращения главного шпинделя и приводного инструмента;

- категории 2 по ЕН 954-1 -- для управления скоростью перемещения рабочих узлов по осям координат.

Для управления частотой вращения шпинделя и скоростями перемещений рабочих узлов по осям координат, а также для ручного управления в толчковом режиме должны быть предусмотрены не менее двух отдельных электронных каналов, которые различаются своими составными частями. При этом один канал должен контролировать другой канал через внешний шлейф. Каналы должны тестироваться при каждом пусковом цикле. В этих случаях должен применяться общий для обоих каналов датчик.

Каждое отклонение от запрограммированного или выбранного значения скорости должно вести к АВАРИЙНОЙ ОСТАНОВКЕ.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем, а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Числовое программное управление

Элементы системы числового программного управления, относящиеся к безопасности, должны быть защищены от случайных включений. В частности, пользователь не должен иметь доступ в систему программного управления для внесения изменений, снижающих эффективность защитных функций (включая защитные ограждения), используя частичную программу.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем. а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Сбой в подаче энергии

Система станка должна четко фиксировать недостаточное давление или напряжение с последующей остановкой станка.

Прерывание или сбой в подаче энергии не должны привести к потере усилия на зажимном устройстве детали или инструмента до полной остановки станка.

Возобновление подачи энергии не должно приводить к автоматическому перепуску станка ЕН 1037 и ЕН 292-2. Система должна быть устроена так, чтобы сбои в работе (например, разрыв проводов, трубы или шланга) не могли привести к потере безопасности всего станка ЕН 60204-1. ЕН 982, ЕН 983.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем.

Защита от механических опасностей

Описание см. ЕН 292-1, основные положения см. ЕН 292-2. Защитные ограждения должны соответствовать ЕН 953.

Условия крепления обрабатываемой детали

Общие положения:

a) Конструкция станка должна гарантировать невозможность включения или отключения вручную зажимного патрона обрабатываемой детали при вращающемся шпинделе.

b) На зажимных патронах обрабатываемой детали должна быть обозначена максимально допустимая частота вращения.

c) Конструкцией зажимных узлов станка должно быть предусмотрено исключение попадания в них пальцев рук человека при ручной загрузке/выгрузке.

Например:

1) регулируемый ход кулачков зажимного патрона (цанги) не более 4 мм или разделяющее защитное ограждение, имеющее зазоры безопасности согласно ЕН 294;

2) шаговые движения с шагом не более 4 мм:

3) скорость срабатывания зажимного устройства, не превышающая 4 мм/с;

4) управление вручную работой зажимного устройства обрабатываемой детали должно осуществляться вне рабочей зоны, например, с использованием двуручного органа управления;

d) в режиме «Производство» программа должна работать только тогда, когда выполнены следующие условия:

1) станки должны иметь возможности ввода или подтверждения запрограммированной максимальной частоты вращения шпинделя обрабатываемой детали и максимально допустимого числа оборотов для закрепленного на станке зажимного патрона. Если при смене программы у пользователя нет возможности вводить или подтверждать частоту вращения, необходимо устройство, препятствующее работе станка в режиме «Производства». В этом случае программа должна работать только при более низких значениях частоты вращения, предусмотренных стандартной программой для станка.

2) при использовании приводных зажимных патронов обрабатываемых деталей должны быть в наличии устройства для контроля усилия зажима детали, например, для контроля гидравлического давления. Кроме того, нужно контролировать ход кулачков (цанги), чтобы убедиться, что остался достаточный ход после того, как деталь закреплена. Если необходимое усилие зажима не получено или остающийся ход кулачков (цанги) недостаточен, не должен включаться привод шпинделя;

3) если привод шпинделя работает, а усилие зажима или остающийся ход кулачков (цанги) уменьшается по отношению к установленному значению, должен начаться останов станка согласно категории 1 по EH 60204-1,

4) элементы системы управления автоматическим креплением, обрабатывавшим детали (если имеется) должны соответствовать категории 1 no EH 954-1.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем, а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Приводные зажимные патроны обрабатываемых деталей

Приводные токарные зажимные патроны должны соответствовать EH 1550.

Усилие зажима, достаточное для надежного крепления обрабатываемой детали, должно сохраняться, пока шпиндель не остановится EH 1550, например посредством обратного клапана в гидравлической системе или самотормозящегося зажимного патрона обрабатываемой детали.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем. а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Токарные патроны, управляемые вручную

Токарные патроны, управляемые вручную, должны соответствовать EH 1550. Следует исключить ситуацию, когда ключ остается в токарном патроне, а шпиндель может начать вращаться.

Метод контроля

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем. а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Пиноль задней бабки станка

При открытом защитном ограждении рабочей зоны приводные движения пиноли задней бабки станка со скоростью больше 20 мм/с должны включаться и выключаться только при ручном управлении в толчковом режиме (например, с помощью двух-трехпозиционного педального выключателя).

При этом пиноль задней бабки должна иметь возможность перемещаться вперед, назад, возвращаться в исходное положение.

Ручное выключение приводных движений пиноли задней бабки станка не должно быть возможным при вращающемся шпинделе.

Границы зажима должны быть указаны на пиноли задней бабки, при этом конечная позиция пиноли должна быть обозначена, например, кольцом, нарисованным краской, либо ограничена концевым выключателем.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем.

Выброс

Вокруг рабочей зоны должны быть предусмотрены неподвижные и/или перемещаемые ограждения, чтобы снизить риски от выброса обрабатываемых деталей, частей станка, инструмента (или частей инструмента), стружки или СОЖ.

Защитные ограждения должны быть сконструированы и сделаны таким образом, чтобы выдерживать вероятную наибольшую энергию удара, зависящую от наибольшего диаметра зажимного патрона обрабатываемой детали, которым может быть оборудован станок, и наибольшего числа оборотов патрона.

Материалы, применяемые для изготовления защитных ограждений, должны обеспечить классы прочности применяемых на станках защитных ограждений.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей, результатов испытаний, а также визуальный контроль станка.

Доступ к движениям, вызывающим опасность

Общие требования:

Должны быть предусмотрены защитные ограждения с целью исключения указанных в ЕН 292-1 рисков (раздавливания, ранения, разрезания или разрыва и т.д.) путем ограничения доступа к представляющим опасность частям станка: вращающимся зажимным патронам или цангам, планшайбам и шлинделю(ям) для приводного инструмента, подвижным узлам, конвейеру для уборки стружки, приводу станка и т.п. Служащие преградой для доступа в рабочую зону защитные ограждения должны также служить защитным кожухом, чтобы исключить риски от выброса.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей, а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Особые требования к токарным станкам с горизонтальным шпинделем, которые оборудованы подачей прутка:

Доступ к вращающимся или перемещающимся пруткам или к двигающимся подвижным частям устройства подачи прутка должен быть закрыт по всей длине посредством неподвижных и/или перемещаемых ограждений. Доступ может быть разрешен только тогда, когда движения, которые могут вызвать опасность, окончены ЕН 1088. Элементы системы управления, обеспечивающие блокировку, должны соответствовать категории 1 по ЕН 954-1.

Перемещаемые ограждения для доступа в рабочую зону станка должны блокировать систему подачи прутка, чтобы предотвратить подачу прутка в рабочую зону в режиме «Производство» при открытом защитном ограждении. Подача прутка при открытом защитном ограждении может осуществляться только при ручном управлении в толчковом режиме при скорости не более 2 м/мин.

Станок должен быть остановлен, когда оставшаяся часть прутка полностью вышла из магазина для прутков.

Дополнительные исполнительные механизмы

Доступ к опасным зонам дополнительных исполнительных механизмов должен быть исключен за счет неподвижных или перемещаемых раздвижных и/или нераздвижных защитных устройств с блокировкой. Если доступ к опасной зоне дополнительного исполнительного механизма возможен, то доступ из этой зоны в рабочую зону станка должен быть закрыт или станок должен находиться в режиме готовности к работе. Доступ к вызывающим опасность движениям дополнительного исполнительного механизма или к другим вызывающим опасность движениям станка, например в рабочей зоне станка, должен быть закрыт посредством неподвижных или перемещаемых защитных устройств с блокировкой.

При открытых раздвижных защитных устройствах станка работа дополнительного исполнительного механизма, например в виде последовательности связанных движений, не должна допускаться.

Управление дополнительным исполнительным механизмом может осуществляться только при ручном управлении в толчковом режиме при скорости не более 2 м/мин или при закрытых защитных ограждениях.

Работа дополнительного исполнительного механизма в режиме «Наладка» не должна приводить к пуску станка.

Срабатывание функции АВАРИЙНОЙ ОСТАНОВКИ станка должно также остановить дополнительный исполнительный механизм.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей, а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Сбор и удаление стружки

Доступ к представляющим опасность частям системы сбора и удаления стружки должен быть исключен посредством неподвижных и/или перемещаемых защитных устройств с блокировкой.

Там, где доступ к представляющим опасность частям системы сбора стружки (например, ленточному или шнековому транспортеру) возможен с мест обслуживания станка, движения этих частей при открытом защитном ограждении должны быть отключены.

Зона выброса стружки должна иметь табличку, предупреждающую о возможных травмах, например раздавливания, захвата или заматывания.

Когда движение узлов систем сбора и удаления стружки необходимо при открытом защитном ограждении (например, для очистки), оно может совершаться только при ручном управлении в толчковом режиме, при этом вблизи должно находиться устройство АВАРИЙНОЙ ОСТАНОВКИ.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей, а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Инструментальные магазины, механизмы транспортировки и смены инструмента с доступом извне

Инструментальные магазины, оборудование для транспортировки и смены инструмента, которые находятся внутри раздвижных защитных ограждений рабочей зоны, должны быть доступны для человека только в режиме «Наладка» или в режиме готовности станка к работе.

Доступ снаружи к инструментальным магазинам должен предотвращаться в режиме «Производство» сочетанием неподвижных и перемещаемых защитных ограждений с блокировкой согласно ЕН 1068, а управляющие блокировкой элементы системы управления должны соответствовать категории 1 по ЕН 954-1. Неподвижные или перемещаемые защитные ограждения должны препятствовать доступу к движущимся частям устройства смены инструмента. Если существует опасность доступа к движущимся частям устройства смены инструмента из рабочей зоны, то такие движения должны быть остановлены при открытых защитных ограждениях согласно категории 1 по ЕН 60204-1.

В режиме «Наладка» при открытом защитном ограждении приводные движения инструментального магазина (например, для смены инструмента, обслуживания или установки) должны допускаться только при ручном управлении в толчковом режиме, которое обеспечивает отдельные движения от одной инструментальной позиции до другой, или посредством двуручного переключателя для непрерывного движения. Это движение может иметь максимальную скорость 2 м/мин. или оно должно управляться командным устройством, при котором оператор в соответствии с ЕН 294 находится вне зоны движений, вызывающих опасность. Срабатывание датчика магазина или устройства обратного сигнала не должно вызывать никаких других вызывающих опасность движений станка.

Там, где возможен доступ самого оператора к инструментальному магазину, должны быть предусмотрены защитные устройства с реакцией на приближение с целью предотвращения любого движения магазина или других движений станка, вызывающих опасность.

Следует предусмотреть возможность контроля движения инструментального магазина при закрытых защитных ограждениях.

Инструменты, чтобы предотвратить их выпадение или выброс, должны быть надежно закреплены в патронах. Конструктивные параметры зажимных патронов для инструментов (например, ограничение наибольшей допустимой массы, момента инерции и габаритов инструмента) должны быть предоставлены в распоряжение пользователя.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем, а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Защита приводов

Доступ к частям привода (например, к цепям, звездочкам, зубчатым колесам, различным шпинделям и т.д.) должен быть предотвращен неподвижными и/или перемещаемыми защитными ограждениями. Если требуется доступ к таким частям при обычной эксплуатации, го должны иметься в наличии перемещаемые защитные ограждения с блокировкой. Элементы системы управления, обеспечивающие блокировку, должны соответствовать категории 1 по ЕН 954-1. Если эти перемещаемые защитные ограждения с блокировкой освобождают также доступ в рабочую зону, то эти элементы должны соответствовать категории 3 по ЕН 954-1.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем.

Возможность перемещений в аварийных ситуациях

На станке должны быть предусмотрены средства для перемещения узлов в аварийной ситуации (например, при высвобождении захваченного в станок человека) и соответствующая информация об этом. Эти средства должны включать в себя в соответствии с ЕН 292-2 следующее:

1) при выключенной подаче энергии:

- клапаны разгрузки для снижения давления в системе:

- устройства для механического освобождения (разжатия) приводных тормозов при наличии системы уравновешивания веса освобождаемого узла;

- устройства для свободного проворота зажимного патрона;

2) при включенной подаче энергии:

- устройства ручного управления перемещением узлов станка со скоростью не более 2 м/мин;

- управляющие устройства для реверса движений узлов станка.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем. а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Требования к защитным устройствам

Общие данные:

Защитные устройства должны соответствовать ЕН 953.

Перемещаемые защитные ограждения с блокировкой

Перемещаемые защитные ограждения с фиксаторами или без них должны запираться согласно ЕН 1088.

Сбой в блокировке защитных ограждений должен приводить к останову станка, категория 1 по ЕН 60204-1.

Передвижные защитные ограждения для доступа в рабочую зону должны быть закрыты визуально видимыми фиксаторами.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем, а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Приводные перемещаемые защитные ограждения

Приводные перемещаемые защитные ограждения должны соответствовать ЕН 292-2, а при высоте более 1,6 м от пола согласно ЕН 1760-2 должны иметь планку переключения.

Закрытие приводных перемещаемых защитных ограждений должно быть первой фазой производственного цикла. Это закрытие должно осуществляться посредством предусмотренного для этой цели командного устройства. Если оператор может находиться внутри кожуха (обшивки), то там должно быть установлено устройство АВАРИЙНОЙ ОСТАНОВКИ. Элементы станка не должны прийти в движение, пока защитное ограждение не будет закрыто. Усилие закрытия не должно превышать 150 Н (ЕН 953).

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и функционирования станка.

Защитные мероприятия против немеханических опасностей

Эмиссии

Конструкцией станка должна быть предусмотрена возможность подсоединения отсасывающих устройств для устранения вредных эмиссий (например, масляного тумана и т. п.).

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей.

Освещение

В режиме работы «Наладка» должна быть предусмотрена освещенность рабочей зоны:

- в токарных станках с горизонтальным шпинделем освещенность перед шпиндельной головкой на расстоянии, равном диаметру токарного патрона, должна быть не менее 500 лк;

- в токарных станках с вертикальным шпинделем не менее 500 лк на поверхности патрона для зажима инструмента (ЕН 1837).

Метод проверки

Визуальный контроль и измерение.

Электрооборудование

Электрооборудование должно соответствовать ЕН 60204-1. если настоящий стандарт не устанавливает ничего иного:

Предотвращение поражения электрическим током по ЕН 60204-1. Защита от короткого замыкания и перегрузки по ЕН 60204-1. Степень защиты всех электрических блоков должен быть минимум 1Р 54 по ЕН 60529.

В первую очередь должны соблюдаться требования разделов ЕН 60204-1. содержащих сведения по:

- защите оборудования;

- эквипотенциальным соединениям:

- кабелям и проводам:

- монтажу электропроводов;

- электродвигателям и сопутствующему оборудованию.

Электрические распределительные щитки и шкафы не должны подвергаться опасности повреждения от выбрасываемых обрабатываемых деталей и/или инструментов. Доступ к находящимся под напряжением частям станка должен быть закрыт ЕН 60204-1. Опасность возгорания на станке не рассматривается как значительная, если силовой выключатель рассчитан на максимальный ток перегрузки ЕН 60204-1.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или электрических схем.

Эргономика

Станки должны быть оборудованы в соответствии с эргономическими принципами ЕН 292-1, ЕН 292-2, ЕН 547-1. ЕН 547-2 и ЕНУ ИСО 26365.

Конструкцией станка должна быть предусмотрена возможность обеспечения свободного доступа в рабочую зону при применении имеющихся устройств для наладки, погрузки/разгрузки и т.п. (например, подъемных механизмов).

Метод проверни

Проверка соответствующих чертежей и визуальный контроль.

Смазочно-охлаждающая жидкость

Подача СОЖ должна выключаться автоматически при открытых защитных ограждениях рабочей зоны.

Станки должны иметь устройства для удаления СОЖ, чистки системы и замены фильтров СОЖ должны вытекать из станка в специальный резервуар под воздействием силы тяжести, чтобы не образовывался застой СОЖ снаружи или внутри станка.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и инструкции по эксплуатации.

Пневматическая система

Пневматические системы должны соответствовать ЕН 983.

Гидравлическая система

Гидравлические системы должны соответствовать ЕН 982.

Шум

При конструировании станков следует учитывать информацию и проводить технические мероприятия по контролю источников шума (ЕН ИСО 11688-1).

Лазер

Лазеры, которые применяются в станках для измерения, должны соответствовать классу 1 или 2 по ЕН 60825.

Отключение и рассеивание энергии

ЕН 292-2, а также ЕН 1037

Устройство отключения подачи электроэнергии должно соответствовать ЕН 60204-1.

Должны быть предусмотрены устройства для отключения подачи электроэнергии ЕН 982. ЕН 983 и ЕН 60204-1 и для отвода накопленной энергии (ЕН 1037).

Отключение электрической системы станка должно также приводить к отключению пневматической и гидравлической систем. Если энергия накапливается, например, в резервуаре, трубе или трубопроводе, должны быть предусмотрены устройства для выпуска (сброса) остаточного давления. Эти устройства должны иметь соответствующие клапаны, чтобы не требовалось разборки трубных соединений.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и/или пневматических, гидравлических и электрических схем, а также визуальный контроль и функциональные испытания станка.

Техническое обслуживание

См. ЕН 292-2 и ЕН 292-2 * ЕН 292-2/А1.

В руководстве по эксплуатации должна быть дана информация по обслуживанию в соответствии с ЕН 292-2.

Метод проверки

Проверка соответствующих чертежей и руководства по эксплуатации, а также визуальный контроль и функциональные испытания на станке.

Ошибки при сборке

При разборке пользователем каждого узла, например револьверной головки, накопителя инструмента или других механических устройств, с целью наладки или обслуживания должны быть предусмотрены меры для устранения ошибок при последующей сборке, например штифты, асимметричные соединения.

Вывод

В качестве вывода необходимо подчеркнуть, что цель проектирования технических систем -- не только достижение требуемой производительности и качества получаемой продукции, но и обеспечение высокого уровня безопасности эксплуатации и обслуживания производственного оборудования, улучшение условий труда, повышение эффективности системы «человек -- машина -- окружающая среда -- предмет труда». При этом достигается значительный социальный и экономический эффект: сохранение здоровья и работоспособности трудящихся, снижение затрат на льготы и компенсации за работу в неблагоприятных условиях, повышение престижности труда.

Заключение

Данная работа посвящена задаче проектирования привода главного движения горизонтального обрабатывающего центра модели HX-300iF с доведением технических характеристик до современного уровня, используя современные электронные компоненты.

Была проанализирована и усовершенствована система управления привода. Для новой системы управления приводом был выбран силовой модуль PM25RSB120 на основе транзистора IGBT фирмы IR. Данные элементы были выбраны на основании характеристик горизонтального обрабатывающего центра, его привода и его условий работы. Также для данной схемы был проведен расчет и составлен перечень остальных основных элементов.

За основу механической части мехатронного привода была взята коробка скоростей где показаны не посредственно все механические передачи данного привода. Был выбран синхронный двигатель, обеспечивающий высокоскоростную работу шпинделя в диапазоне частот вращения от 0 до 9000 об\мин. Использование частотного управления синхронным двигателем является эффективным решением, которое повышает качество работы станка, экономя электроэнергию.

В разделе посвященному электромеханической части привода был произведен расчет передачи, обеспечивающей передачу вращения с двигателя на шпиндель.

Также были выполнены структурная и принципиальная схема электропривода, спроектирована математическая модель.

Система управления мехатронного привода включает в себя как основных компонент силовой модуль.

Использование данного элемента позволило обеспечить миниатюрность, надежность и простоту конструкции системы управления.