Проекты конструкторского характера
3.1.1 Цель, задачи проектирования, техническое задание
Введение к пояснительной записке должно характеризовать, основные направления развития науки, техники, производства и технологии, относящиеся к теме проекта, современные требования к конструкции заданного вида оборудования, прибора, устройства, к технологии изготовления, существующий уровень данной конструкции и технологии на базовом предприятии.
Целью проекта может являться повышение функциональных качеств и улучшение технологии изготовления оборудования, прибора либо устройства путем разработки или модернизации его конструкции.
Задачи, решение которых необходимо для осуществления поставленной цели, обычно включают:
1. Аналитический обзор литературных, патентных, нормативных данных для выявления технических требований к функционированию конструкции и ее конструктивно-технологическим характеристикам, особенностей технологии изготовления.
2. Исследование влияния конструктивных решений при разработке или модернизации оборудования, прибора либо устройства на его функциональные качества.
3. Разработка или модернизация конструкции оборудования, прибора либо устройства с повышенными функциональными качествами.
4. Составление маршрутного технологического процесса или разработка технологической операции с улучшенными показателями.
5. Подготовка вопросов организации производства, технико-экономическая оценка изготовления и применения разработанной либо модернизированной конструкции, характеристика безопасности и экологичности использования конструкции.
Техническое задание на проектирование разрабатывается дипломником согласно требованиям ГОСТ Р 15.201-2000 на основе выданного задания на дипломное проектирование и утверждается руководителем проекта. Разработка технического задания должна сформировать единство взаимосвязей между установленными целью и задачами проектирования, исходными данными, техническими требованиями к методам и средствам решения задач, к способам обработки и оценки полученных результатов, их включения в материал проекта и представления к защите.
Исходные данные для проектирования должны содержать назначение и функциональные характеристики оборудования, прибора либо устройства. Они могут включать эскиз детали или типового представителя деталей, обрабатываемых на данном оборудовании, эскиз выполняемой операции, применяемые виды инструмента, приспособлений и оснастки. Необходимо указать требования к производительности оборудования, точности обработки и шероховатости поверхности. К исходным данным следует отнести условия взаимосвязи и взаимодействия прибора либо устройства с другими аппаратами, входящими в систему, значения его массы, габарита, занимаемой площади. Кроме этого, в исходные данные включают сведения нормативного, руководящего и справочного характера, связанные с методами и правилами расчетов и проектирования, в том числе относящиеся к перспективным видам конструкции.
Методы и средства решения конструкторских задач должны соответствовать нормативным, а также перспективным требованиям при оценке функциональной эффективности конструкции и ее технологичности, при отработке технических условий и выборе технологических способов изготовления. Главное внимание при этом следует уделять использованию новейших принципов действия оборудования, приборов и устройств, современных видов обработки, инструмента, систем контроля и управления.
Обработка результатов проектирования для установления их точности и достоверности выполняется с помощью рекомендованных методов математической статистики.
Оценка результатов проектирования производится путем расчета технико-экономических показателей изготовления и эксплуатации спроектированного оборудования, прибора или устройства с последующим их сопоставлением с показателями имеющегося базового оборудования и технологии
3.1.2 Выбор конструкторских решений, методика конструирования
и расчеты
Разработка технического задания производится с использованием литературных и патентных данных, по материалам которых делается сравнительная оценка существующих конструкций. По итогам анализа их достоинств и недостатков производится обоснование выбранного для проектирования типа оборудования, прибора либо устройства.
Конструктивные решения определяются принципом действия и структурой основных узлов, включая кинематические, механические, гидро- и пневматические системы, электромеханические и электронные устройства, выбранные для реализации основных функций конструкции. В итоге создается техническое предложение с элементами эскизного проекта, где должны быть определены характеристики приводов и видов движений, электрофизикохимических воздействий, средств их передачи и преобразования, параметры исполнительных устройств.
При этом должны быть учтены установленные требования к качеству и производительности обработки, к надежности и эффективности воздействий, безопасности и удобству обслуживания конструкции, ее универсальности, уровню автоматизации, патентоспособности.
Конструкторские разработки могут обеспечить достижение поставленной цели, если они ведутся с использованием проверки нескольких возможных вариантов конструкции. При этом необходимо учитывать принципы необходимости и достаточности, оптимального способа разрешения противоречий, системного подхода к поиску решений, возвратного характера поиска.
Методика конструирования предусматривает формулирование сущности и последовательности выполнения определенных работ. Это позволяет ускорить проектирование, избежать грубых ошибок в получении, заданных параметров оборудования, прибора либо устройства.
Вначале производится компоновка конструкции и создается ее кинематика на базе принятых сущности и схемы функционирования, что выполняется последовательно-параллельным методом. Безмасштабной проработке при этом подвергаются основные узлы и детали, некоторые работы должны вестись в определенной последовательности. Например, рациональнее всего переходить от общего к частному, от более крупных к более мелким узлам и деталям. Это позволяет создать оптимальную несущую схему, получить наилучшие размеры и форму основных частей, добиться компактности их расположения.
В последующем проводится масштабное конструирование, что требует поочередного перехода от мелких к более крупным деталям и частям.
Здесь необходимо предусмотреть конструкторские базы, обеспечивающие определенные ограничения перемещений и взаимное положение деталей. При этом главное внимание надо уделять рабочим и крепежным поверхностям, базовым и технологическим элементам деталей, учитывая их пространственное положение.
Материалы деталей выбираются в соответствии с требованиями прочности, износостойкости, долговечности, технологичности при выполнении технико-экономического обоснования использования дорогостоящих материалов. Этими условиями определяются масса детали, ее материалоемкость, трудоемкость изготовления, себестоимость.
Расчеты при конструировании позволяют сформировать исходные данные, определить размеры элементов, параметры всей конструкции и выполняются параллельно конструированию. Обязательно рассчитываются параметры привода оборудования, прибора либо устройства, его наиболее ответственные, а также наиболее нагруженные элементы из тех, которые представляются на сборочных чертежах. Для каждого элемента обычно вначале проводятся расчеты по кинематике, статике и динамике, теплостойкости, вибростойкости, затем - расчеты на прочность, жесткость, износостойкость. Большинство расчетов начинается с построения расчетной схемы, включая определение действующих нагрузок по общим и специальным выражениям, оценку и анализ полученных результатов.
Расчеты по нескольким вариантам используемых величин, а также в других случаях их повышенной трудоемкости производятся с применением вычислительной техники. При этом следует использовать имеющиеся программы либо изменять известные алгоритмы, применять отдельные части программы, а также может разрабатываться новый алгоритм и составляться программа.
Конструкторская документация по результатам выполненных разработок оформляется в соответствии с требованиями ЕСКД, спецификации размещаются в приложении к пояснительной записке. В состав графической части включаются чертеж общего вида установки, сборочный чертеж ее части, рабочие чертежи деталей, необходимые виды схем.
3.1.3 Технологический процесс, операция обработки детали
Обрабатываемая деталь может являться изделием, выпускаемым на спроектированном оборудовании, либо входить в конструкцию спроектированного прибора или устройства. Во всех случаях деталь находится в составе сборочного узла, поэтому необходимо раскрыть назначение детали, выполняемые ею функции, характер действующих рабочих нагрузок. На этой основе следует провести технологический контроль чертежа детали по ГОСТ 14.206-73, проверить его соответствие требованиям ЕСКД, пригодность выбранного материала и точность технических условий на изготовление. Затем производится качественная оценка технологичности детали с учетом обрабатываемости ее материала в соответствии с положениями ГОСТ 14.201-83.
Технологический процесс изготовления или операция обработки детали должны соответствовать прогрессивным направлениям развития технологии, которые выявляются при аналитическом обзоре литературных данных и патентном поиске. При этом следует иметь в виду, что перспективный технологический процесс характеризуется следующими особенностями:
• сокращение объема обработки за счет использования точных видов заготовок;
• улучшение качества детали путем применения комбинированных методов механической и электрофизикохимической обработки;
• использование специализированного, высокопроизводительного оборудования и гибких производственных модулей;
• применение поточной организации производства;
• использование методов автоматизированного проектирования для разработки целевого технологического процесса, увеличивающего производительность либо повышающего качество, снижающего себестоимость изготовления.
Заготовка детали и способ ее получения выбираются путем сопоставления основных натуральных и стоимостных показателей эффективности выбранного и базового вариантов. К таким показателям относятся коэффициент использования материала, уровень технологичности по использованию материала, технологическая себестоимость. Рассчитанные данные сводятся в таблицу, и по ним производится выбор типа заготовки и технологии ее получения.
Методы обработки основных поверхностей детали определяются, исходя из наибольшей рациональности получения заданных значений точности, шероховатости, производительности, с учетом размеров, формы, массы, материала детали. При этом подбираются два или более возможных варианта обработки, из которых затем путем использования справочных показателей средней экономической точности определяется наилучший вариант.
Технологические базы для основных операций обработки выбираются с учетом принципа единства баз при использовании необрабатываемых поверхностей, поверхностей с наименьшими припусками, с наибольшей точностью размера и формы, с наилучшей шероховатостью. После этого определяется схема установки детали с расчетом наименьшей погрешности базирования.
Маршрутный технологический процесс устанавливается путем сопоставления двух или более его вариантов по наилучшей возможной точности обработки. При составлении маршрутной технологии учитывается необходимость первоочередной обработки будущих базовых поверхностей, затем элементов, где имеются наибольший припуск , и наибольшая опасность появления брака. Последовательность других операций определяется по возрастанию требований к точности обработки.
Вариант маршрутной технологии выбирается на основе оценки ее технико-экономических показателей: количества, сложности, стоимости технологического оборудования и оснастки, длительности и сложности технологической подготовки, а также производственного цикла.
Операции технологического процесса разрабатываются для наиболее ответственных поверхностей детали при использовании выбранных наиболее эффективных видов оборудования и оснастки, обеспечивающих выполнение технических требований к обработке. Оборудование должно быть выпускаемым серийно, специализированным, высокопроизводительным, по возможности многоинструментальным и автоматизированным:. Приспособления и оснастка должны отличаться быстродействием, универсальностью, иметь многоместную, стандартную конструкцию. Рабочий инструмент также должен быть по возможности стандартным, высокопроизводительным, износостойким.
Припуски на обработку определяются по стандартной методике или выбираются по справочнику, после чего вычисляются уточненные размеры заготовки.
Режим обработки определяется для основных переходов операции электрофизикохимической обработки с расчетом потребной мощности и основного технологического времени. На все другие технологические переходы режимы обработки выбираются по справочникам, основное время рассчитывается по известным формулам, что позволяет определить время на выполнение операции.
Технико-экономическое обоснование выбранного технологического процесса производится в сравнении с базовым вариантом по основным натуральным и стоимостным показателям с использованием имеющихся методических рекомендаций.
Технологическая документация по результатам выполненных разработок оформляется в соответствии с требованиями ЕСТД и размещается в приложении к пояснительной записке. При этом обязательно составляется маршрутная карта, карта технологического процесса, карта технологической информации, ведомость технологических операций, операционные карты в соответствии с положениями ГОСТ 3.1105-84, ГОСТ 3.1118-82, ГОСТ 3.1129-93, ГОСТ 3.1130-93.
Эскизы обработки на электрофизикохимических операциях приводятся в графической части проекта. Они должны содержать изображения заготовки с приспособлением, в котором она установлена и закреплена, обрабатывающего инструмента с траекторией его перемещения, согласно требованиям ГОСТ 3.1103-82. Технические требования, таблицы режима обработки и другие материалы по данной операции размещаются на свободной части листа, справа и внизу по отношению к технологическому эскизу.
3.1.4 Научные исследования конструктивных параметров, описание и паспорт сконструированного оборудования
Определение действующих на деталь нагрузок, выявление оптимального типа конструкции либо материала детали, проверка работоспособности нового конструктивного принципа требуют проведения исследовательских работ. Для этого формулируются цель и задачи исследования, разрабатывается его методика. При этом целесообразно сочетать теоретические и экспериментальные методы, применять макетное либо математическое моделирование с использованием компьютерной техники.
Результаты исследования обрабатываются, оформляются и анализируются, с учетом чего принимается обоснованное конструктивное решение с последующей конструкторской разработкой.
Для спроектированной установки составляются техническое описание с особенностями эксплуатации, а также ее паспорт как виды документов, обусловливающие возможность использования установки по назначению.
Техническое описание предусматривает характеристику: назначения и области применения установки, ее устройства и работы, взаимодействия ее основных частей, включая органы управления, кинематическую и другие схемы, электрооборудование, систему управления, блокировки и защиты.
Эксплуатационные особенности могут состоять в мерах безопасности, правилах монтажа, проверки, наладки и настройки установки, ее регулировки, разборки.
Паспорт установки должен содержать ее технические данные и характеристики с основными размерными и другими параметрами, требованиями к размещению и монтажу, техническими данными электрооборудования и других систем, сведениями о комплекте поставки, о приемочных испытаниях установки на соответствие нормам качества обработки.
3.1.5 Организация и экономика производства
Организация производства характеризуется выбранной общей ее формой и предусматривает проработку специальных вопросов, касающихся организации производственного процесса и труда, технологической подготовки производства, планирования и управления, технического контроля, а также инструментального, складского и транспортного хозяйства.
Технико-экономическое обоснование изготовления и применения спроектированной установки либо устройства выполняются путем расчета производственных и эксплуатационных показателей при их последующем сопоставлении с имеющимися базовыми технологией и оборудованием.
В случае отсутствия базовой конструкции либо аналога определяется экономичность принятых конструкторских решений по значениям материалоемкости, энергоемкости, уровнем стандартизации, унификации и др.
Безопасность и экологичность установки оцениваются по отсутствию загрязнения окружающей среды, по удобству и безопасности работы оператора, окружающих лиц при проверке, наладке, настройке, в процессе обработки, а также при регулировке и ремонте.
На случай возникновения чрезвычайных ситуаций необходимо предусмотреть способы защиты установки от повреждений и повышения ее устойчивости при воздействии повреждающих факторов.