Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

тационных нагрузок и скоростей. Здесь выби­ рают окончательный вариант компоновки станка и ГПС, их узлов и агрегатов, пользуясь результатами анализа, синтеза и оптимизации вариантов компоновок. Разрабатывают прин­ ципиальные схемы: структурную, кинематиче­ скую, гидравлическую, пневматическую, элек­ трическую и др. Принимают тип и характери­ стики системы управления. Определяют об­ щие габаритные размеры.

Техническое предложение дает полное представление о компоновке и возможностях проектируемых механизмов станков или ГПС.

Эс1а1зный проект содержит предвари­ тельную конструкторскую проработку всех основных узлов и является развитием техни­ ческого предложения. Базируется на анализе различных конструкторских решений, резуль­ татах расчетов, оптимизации важнейших па­ раметров и характеристик машины.

При конструировании станков и ГПС, их узлов и систем следует максимально ис­ пользовать стандартные и унифицированные детали, механизмы и элементы, что удешевля­ ет проектируемую машину.

Каждое конструкторское решение долж­ но быть обосновано результатами расчетов, рассмотрено с точек зрения обеспечения ка­ чества и надежности функционирования про­ ектируемого станка, технологичности изго­ товления и сборки, удобства эксплуатации, ремонтопригодности и т.д.

Технический проект: включает оконча­ тельную конструкторскую проработку всех узловых чертежей, схем станков и их общих видов; проводят все виды уточненных и пове­ рочных расчетов, оптимизируют все необхо­ димые параметры узлов и систем станков, окончательно определяют их эффективность; прогнозируют выходные характеристики и оценивают надежность станков с учетом веро­ ятностной природы режимов их эксплуата­ ции; должен содержать все исходные данные, необходимые для разработки комплекта тех­

нической документации на проектируемый механизм, станок или ГПС. Технический проект согласовывают и утверждают в уста­ новленном порядкге.

Разработка рабочей документации - за­ вершающий этап проектирования. Включает разработку рабочих чертежей всех оригиналь­ ных деталей и простановку технических тре­ бований на их изготовление, составление тех­ нологической документации, корректировки (в случае необходимости) технического проек­ та, составление спецификаций оригинальных и покупных комплектующих деталей, форми­ рование паспорта станков и ГПС, карты тех­ нического уровня, инструкции по эксплуата­ ции и ряда других документов. Рабочая доку­ ментация должна содержать все данные, не­ обходимые для изготовления проектируемых станков и ГПС. Выпуск рабочей документа­ ции существенно упрощается при примене­ нии САПР.

После завершения разработки комплекта рабочей документации осуществляется техно­ логическая подготовка производства (см. рис. 4.5.25) и последующие этапы изготовления и отладки спроектированных станков и ГПС. В ряде случаев для сокращения сроков выпуска новой техники технологическую подготовку производства начинают заранее, до заверше­ ния выпуска комплекта рабочей документа­ ции. Значительно сокращает сроки подготов­ ки производства применение техники CAD/CAM.

Логика проектирования заключается в определенной последовательности операций при проектировании и во взаимосвязях между этими операциями. На каждом этапе проек­ тирования используют те или иные методы проектирования. Конструктор многократно выполняет последовательность действий: син­ тез - анализ - принятие решения, - которую

принято называть основной проектной процеду­ рой (рис. 4.5.26).

Проектирование включает эвристиче­ ские и алгоритмические операции. Доля по­ следних увеличивается по мере уточнения проектных решений. Основным обстоятельст­ вом, определяющим долю творческой дея­ тельности, является неопределенность про­ ектных параметров. Эта неопределенность максимальна на начальных стадиях проекти­ рования.

Логика проектирования имеет место не только при проектировании механизмов, станков и ГПС, но и при разработке отдель­ ных деталей, когда реализуются все основные принципы проектирования, изложенные ни­ же. Примером может служить изображенная на рис. 4.5.27 логика процесса конструирова­ ния фланца подшипника.

Основополагающими принципами, обеспечивающими решение задачи проекти­ рования, являются последовательность и итерационность. Последовательность заключается в строгой очередности выполнения этапов проектирования механизма или машины, а итерационность - в корректировках проект­ ных решений, полученных на предьщущих этапах проектирования, исходя из результа­ тов, полученных на последующих этапах.

Модульный принцип проектирования со­ стоит в максимально возможном использова­ нии однотипных узлов (или элементов узлов) при проектировании семейства станков раз­ личного целевого назначения, входящих в состав ГПС. Базируется на активном исполь­ зовании компьютерной техники и проявляет­ ся тогда, когда уже имеется достаточно четкое представление о семействе проектируемых станков. Применение модульного принципа при проектировании одного механизма или одного станка бессмысленно и невозможно. Только в случае разработки семейства станков и использовании при этом ограниченного числа готовых узлов, последние становятся модулями. Модули являются следствием при­ нятого технического решения, ибо в принци­ пе проектировать можно так, что узлы одного назначения не будут даже отдаленно похожи друг на друга.

Модули различают производственные

(применяемые без каких-либо изменений в машинах различного целевого назначения), технологические (отличающиеся в основном технологией изготовления и незначительными конструкторскими изменениями, относящи­ мися, как правило, к местам крепления узлов, например: правый-левый, верхний-нижний, передний-задний и т.п.) и конструкционные (имеющие конструкционное подобие, но раз­ личные размеры).

Современное техническое обеспечение САПР позволяет легко получать зеркальные

изображения узлов (технологические модули) с минимальными затратами труда и времени. Несколько сложнее получают конструкцион­ ные модули, так как при их проектировании необходимо одновременно выполнять требо­ вания соблюдения размерных рядов и макси­ мально возможной унификации.

При использовании модульного прин­ ципа проектирования на уровне принятия концепции должен быть рещен вопрос о кри­ терии целесообразности окончания модуль­ ного принципа для проектируемого семейства машин. Модули, используемые в последую­ щих разработках, переходят в категорию уни­ фицированных узлов.

Принцип унификации связан с примене­ нием в семействе проектируемых механизмов или станков унифицированных сборочных единиц (узлов, подузлов, агрегатов), деталей (оригинальных и стандартных), комплектую­ щих.

Как показывает опыт автоматизирован­ ного проектирования, применение типовых унифицированных деталей нецелесообразно. Значительно выгоднее иметь большое количе­ ство макросов и большие заделы в банках данных по модификациям и унифицирован­ ным узлам, что позволяет избегать излишней детализации конструкторских разработок. Информацию об унифицированных деталях, узлах и системах целесообразно хранить на микрофишах систематизированно по группам.

Принцип соответствия выбора номенкла­ туры и величины выходных характеристик — целевому назначению проектируемых маши­ ны или механизма. Чем ответственнее проек­ тируемый объект, тем большее число выход­ ных характеристик и параметров объекта рег­ ламентируется, и тем более жесткие требова­ ния к ним предъявляются. Например, вероят­ ность безотказной работы станков принимает­ ся в пределах 0,95 ... 0,99, а самолетов - 0,99999.

Другой пример: число установленных и проверяемых выходных параметров точности станка при высоких требованиях к точности обрабатываемых деталей может достигать 2030, в то время как для станков нормальной точности достаточно регламентировать 8-10 показателей. Основная цель регламентации выходных параметров станка - обеспечить погрешность обработки, которая находилась бы в установленных пределах в течение всего периода его эксплуатации.

Во всех случаях проектировщику необ­ ходимо помнить, что соответствие выходных характеристик механизма или станка их целе­ вому назначению в первую очередь определя­ ет общая компоновка, принимаемая на кон­ цептуальном уровне.

Принцип компромиссов. Проектирование - это непрерывная цепь компромиссов, кото­ рые приходится принимать на всех стадиях создания механизма или станка. Например, стремление к увеличению частоты вращения шпиндельных узлов всегда приводит к увели­ чению тепловьщеления в опорах, которое ограничено, и принятие окончательного ре­ шения всегда требует компромисса.

Улучшение любой технической характе­ ристики станка (точности, скорости, надеж­ ности, производительности и др.) неизбежно вызывает увеличение его стоимости, трудоем­ кости изготовления, часто требует другого уровня обслуживания и повышения культуры эксплуатации, что всегда приводит к компро­ миссным решениям.

Тенденция современных машинострои­ тельных производств к концентрации опера­ ций постоянно требует от проектировщика решения задачи рационального сочетания технологических возможностей и усложнения конструкции оборудования. Избыточность технологических возможностей может бьггь не оправдана экономически.

Увеличение надежности машины почти всегда сопровождается ее усложнением и удо­ рожанием. Выбор опор и направляющих, обеспечивающих незначительный износ, при­ менение новых материалов, специальных по­ крытий, смазок, термической обработки, по­ вышает трудоемкость и стоимость. Далеко не всегда ясно, что экономически целесообраз­ нее: удорожать станок изначально, либо со­ вершенствовать систему обслуживания и ре­ монта в период эксплуатации. Компромисс заключается в обеспечении надежности в пер­ вую очередь наиболее ответственных деталей и узлов станка.

Принцип преемственности. Практически любые станки, входящие в состав ГПС, явля­ ются продуктом эволюции и в них всегда имеются элементы, детали и узлы, уже разра­ ботанные ранее. Соблюдение преемственно­ сти является одним из эффективных путей снижения затрат и сокращения сроков созда­ ния ГПС.

многое (как правило, чем моложе проекти­ ровщик, тем с большей легкостью он отходит от традиционных решений). Преемственность определяется самой логикой последователь­ ного развития машин. Модернизация, систе­ матическое совершенствование позволяют поддерживать показатели выпускаемых ма­ шин на уровне постоянно возрастающих тре­ бований в течение определенного времени без коренной переработки конструкции. Напри­ мер, ведущие автомобильные фирмы выпус­ кают принципиально новую модель только раз в 8-10 лет, соответственно обновляя и технологическое оборудование.

Вопрос заключается в том, как наиболее

рационально сочетать новое со старым. Это

зависит как от качества отработки отдельных проектных решений (стоит ли заменить), так и от уровня технологической подготовки про­ изводства (можем ли заменить). На этом пути

существует две основные опасности: 1) консер­ ватизм, влекущий за собой добровольный отказ от творческого поиска и приводящий к необъективной критике новых решений и

отказу от них, и 2) психологическая инерция,

ослабляющая самоконтроль, в результате чего конструктору очень трудно отрешиться от своего решения, так как он находится в плену идеи.

Преемственность при проектировании имеет несколько аспектов:

приверженность фирм к определенным, отработанным годами решениям (компонов­ ки, конструкции узлов, дизайн и т.п.). Это то, что определяет "почерк" фирм и они весьма неохотно расстаются со своими, ставшими традиционными решениями, часто связанны­ ми с "know how" и иногда даже носящими названия фирм;

индивидуализация конструкций станков и ГПС не должна распространяться на все элементы и узлы. Модули могут и должны использоваться для различных моделей;

конструктивная преемственность дает возможность увеличить эффективность разра­ боток за счет использования модулей и уни­ фицированных элементов и узлов;

НОМ обеспечении и т.д. хранятся в банках данных. В соответствии с номенклатурой де­ талей, предназначенных для обработки на ГПС и типовыми технологиями их обработки, определяют номенклатуру обрабатывающего оборудования и его расположение. Схема автоматизированного проектирования кулачка с последующим его изготовлением на ГПС показана на рис. 4.5.30.

Качество и скорость подготовки управ­ ляющих программ для оборудования, входя­ щего в состав ГПС, являются двумя основ­ ными критериями при построении предна­ значенных для этого интегрированных CAD/CAM систем. Исходя из этого была раз­ работана структура CAD/CAM системы (рис. 4.5.31), применение которой дает возмож­ ность качественно готовить управляющие программы в реальном масштабе времени.

Несмотря на то, что CAD/CAM - систе­ ма выступает в качестве единого целого, ее части, имеется в виду CAD и САМ, четко разделены. Для их стыковки разработан мо­ дуль конвертирования «в формат - из форма­ та» VDA FS. Этот модуль не замкнут и может бьггь расширен для применения других гра- фико-технологических форматов. Предусмот­ рена возможность добавления формата STEP.

Возможно два режима ввода информа­ ции на уровень PC - NC. Ручной режим ввода информации предполагает, в свою очередь, частичное использование автоматического режима ввода или применение только ручного ввода. При выборе пользователем ручного режима ввода с частичным использованием автоматического режима, цепочка передачи информации будет состоять из следующих шагов:

- создание чертежа вручную;

Ручной режим ввода информации

^Г

NC - Editor

лг

Автоматический режим ввода информации

Т - Flex

CAD - уровень

^г

IGES

т

Конвертер

i

[ VDAFS ]

т

-сканирование чертежа;

-передача данных после этапа сканирования в модуль векторных преобразований;

-передача данных на CAD - уровень;

-конвертирование данных в формат

IGES;

-конвертирование данных в формат

VDA FS;

-передача данных в формате VDA FS в резидентную САМ - систему (PC-NC - уровень);

-конвертирование данных в САМ - системе из формата VDA FS в графическое изображение;

-разработка технологического процесса обработки на поступившую деталь в САМсистеме;

-передача данных в модуль генерации управляющих программ в соответствии с DIN

66025; - передача управляющих программ в

NC-Editor;