Автоматизация производства механизма смены увеличения визира оптического устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

автоматизированный визир оптический

Ускорение научно-технического прогресса и интенсификация производства невозможны без применения средств автоматизации. Характерной особенностью современного этапа автоматизации состоит в том, что она опирается на революцию в вычислительной технике, на самое широкое использование микропроцессорных контроллеров, а также на быстрое развитие робототехники, гибких производственных систем, интегрированных систем проектирования и управления, SCADA-систем. Сегодня без компьютерной автоматизации уже невозможно производить современную сложную технику, требующую высокой точности. Во всем мире происходит резкий рост компьютеризации на производстве и в быту.

Применение современных средств и систем автоматизации позволяет решать следующие задачи:

– вести процесс с производительностью, максимально достижимой для данных производительных сил, автоматически учитывая непрерывные изменения технологических параметров, свойств исходных материалов, изменений в окружающей среде, ошибки операторов;

– управлять процессом, постоянно учитывая динамику производственного плана для номенклатуры выпускаемой продукции путем оперативной перестройки режимов технологического оборудования, перераспределения работ на однотипном оборудовании и т.п.;

– автоматически управлять процессами в условиях вредных или опасных для человека.

– значительно сократить время разработки проектов конструкций, оснастки и технологических процессов их изготовления, использовав накопленный опыт предприятия, опыт подразделений.

– упорядочивание документооборота, своевременное получение заданий, оперативность выполнения [16].

В данной выпускной квалификационной работе рассматривается автоматизированное проектирование конструкции и технологии изготовления сборки и деталей механизма смены увеличения визира оптического устройства. Задачей проектирования является увеличение производительности создания конструкторской и технологической документации, а так же создание трехмерных моделей деталей и сборки. Трехмерное твердотельное моделирование выходит на ведущие роли проектирования конструкций в современных условиях.



1. Анализ состояния вопроса. Цели и задачи ВКР

Автоматизация проектирования - новый прогрессивный развивающийся процесс, ведущий к значительному изменению существующей технологии в машиностроительном проектировании. Изменяются существующая последовательность и время выполнения отдельных операций в проектировании, форма представления информации, эффективность при автоматизированном проектировании значительно зависит от организации взаимодействия человека с вычислительной машиной, системы представления справочно-информационного материала.

Основное направление автоматизированного проектирования является применение систем автоматизированного проектирования (САПР), представляющих собой совокупность технических средств (ЭВМ, алфавитно-цифровые и графические дисплеи, кодировщики графической информации и др.), математического, программного и информационного обеспечения.

Современные САПР К и ТП играют важную роль в проектировании конструкций и технологических процессов. В процессе проектирования они обеспечивают значительное повышение эффективности производственного цикла изготовления изделий и увеличение производительности [17].

1.1 Анализ механизма смены увеличения визира оптического устройства

Механизм смены увеличения является частью оптического устройства. Оптические устройства - это приборы, используемые для преобразования оптического излучения. К таким устройствам можно отнести - лупы, кино- и видео - камеры, фотоаппараты, микроскопы, телескопы, прицелы, бинокли. Оптические устройства, в частности прицелы, подразделяются на два основных класса: прицелы с постоянным увеличением и прицелы с переменным увеличением - панкратические [2].

Визир - это оптическая система (приспособление), которая служит для выбора границ снимаемого пространства, а так же для наведения наблюдательного прибора на определенную точку. Механизм смены увеличения является частью системы и помогает регулировать увеличение оптических линз. В оптических устройствах чаще всего встречается два типа линз - линза объектива и линза окуляра. Линза объектива - та, что находится со стороны исследуемого объекта. Линза окуляра - та, что находится со стороны наблюдателя. Объектив - это система, состоящая из двух и более линз. Размер диаметра объектива - важный параметр, так как от него зависит «картинка».

Принцип действия механизма смены увеличения - устройство с переменной кратностью имеет кольцо изменения кратности, которое можно поворачивать, чтобы изменить увеличение охвата. При повороте кольца меняется расстояние внутренней линзы от объектива, поэтому происходит изменение количества света, проходящего через сферу преломляется, таким образом, меняется увеличение.

1.2 Анализ методов и систем автоматизированной конструкторской подготовки производства

Конструкторское проектирование - реализация принципиальных схем проектируемых объектов, компоновка узлов и агрегатов, оформление конструкторской документации.

Основными этапами по разработке конструкторской подготовки производства новых и модернизации производившихся изделий являются:

– разработка технического задания;

– разработка технического предложения;

– составление эскизного проекта;

– разработка технического проекта;

– разработка технической документации.

Техническое задание - это документ, содержащий исходные данные для проектирования объекта. Это важный этап, выделяемый из непосредственно конструкторских работ, осуществляется разработчиком на основе исходных требований к продукции.

Техническое задание включает изучение патентов, литературных источников, установление основных параметров нового изделия, планирование конструкторской подготовки производства, составление сметной калькуляции по разрабатываемой теме, предварительный анализ экономической эффективности проектируемой конструкции. Техническое задание в установленном порядке согласуется с заказчиком и предопределяет возможность начала процесса конструирования.

Техническое предложение - совокупность конструкторских документов, отражающих расчеты технических параметров и технико-экономическое обоснование целесообразности разработки документации изделия на основе технического задания. Расчеты выполняются по различным вариантам возможных решений их оценки с учетом конструкторских и эксплуатационных особенностей разрабатываемого изделия и существующих изделий. Техническое предложение разрабатывается обычно в случаях, когда это предусмотрено техническим заданием. Целью его разработки является выявление дополнительных и уточненных требований к изделию (технических характеристик, показателей качества и др.), которые не могли быть указаны в задании, но это целесообразно выполнить на основе предварительной конструкторской проработки и анализа различных вариантов изделия.

В процессе разработки эскизного проекта создается конструкторская документация, в которой содержатся принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия, а так же данные, определяющие назначение, параметры и габаритные размеры изделия.

Цель его разработки - установление принципиальных (конструктивных, кинематических и др.) решений, дающее общее представление о принципах работы и устройстве нового изделия, когда это целесообразно сделать до разработки технического проекта и рабочей конструкторской документации.

Технический проект должен содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве нового изделия, и исходные данные для разработки рабочей документации. При его разработке уточняется общий вид нового изделия, выполняются чертежи основных узлов и агрегатов, их спецификации, монтажные и сборочные схемы с расчетами на прочность, жесткость, устойчивость, технологичность, а также способы упаковки, возможности транспортировки и монтажа на месте использования, степень сложности изготовления, удобство эксплуатации, способы упаковки, целесообразность и возможность ремонта и др.

Рабочая конструкторская документация составляется после утверждения и на основе технического проекта. В состав рабочей документации входят: чертежи всех деталей и сборочных единиц, схемы сборочных единиц и комплексов, спецификации сборочных единиц, технические условия, документы, регламентирующие условия эксплуатации и ремонта машины.

Обязанность выполнения стадий и этапов разработки конструкторской документации устанавливается техническим заданием на разработку. Выполнение всех стадий конструкторской подготовки производства с обязательным проведением после изготовления опытного образца испытаний нового изделия рекомендуется лишь для более сложных конструкторских работ с высокой степенью новизны. При модернизации существующих конструкций машин, оборудования, приборов объединяются стадии эскизного и технического проектов. Если новая техника разрабатывается по результатам законченной научно-исследовательской работы, то отчет по новой теме может заменить первую стадию разработки конструкторской документации - техническое предложение.

Требования, предъявляемые к проектированию новой и модернизации основной продукции:

– непрерывное совершенствование качества продукции - повышение ее мощности, надежности, долговечности, прочности легкости, улучшения внешнего вида и т.п.;

– повышение уровня технологической конструкции, под которой понимается облегчение процесса изготовления продукции и возможность применения прогрессивных методов изготовления при заданном объеме производства.

– снижение себестоимости новой продукции, достигаемое за счет упрощения и совершенствования конструкции, замены дорогих материалов более экономичными, снижение эксплуатационных затрат, связанных с применением продукции;

– использование при проектировании продукции существующих стандартов и унифицированных полуфабрикатов [17].

Системы автоматизированного проектирования (САПР) в настоящее время полностью себя оправдывают и являются во многих случаях единственно возможными методами при конструировании новых видов изделий (например, интегральных микросхем).

Под автоматизацией проектирования понимается автоматизированный конструкторский синтез устройства с выпуском необходимой конструкторской документации (КД).

В отличие от проектирования вручную, результаты которого во многом определяются инженерной подготовкой конструкторов, их производственным опытом, профессиональной интуицией и т.п., автоматизированное проектирование позволяет исключить субъективизм при принятии решений, значительно повысить точность расчетов, выбрать варианты для реализации на основе строгого математического анализа, значительно повысить качество конструкторской документации, повысить производительность труда проектировщиков, снизить трудоемкость, существенно сократить сроки конструкторской и технологической подготовки производства в цикле СОНТ, эффективнее использовать технологическое оборудование с ЧПУ.

САПР представляет собой организационно-техническую систему, состоящую из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с проектировщиками и подразделениями проектной организации. Проектировщик (конструктор, технолог) входит в состав любой САПР и является ее пользователем, так как без человека автоматизированная система не может функционировать. Объектом автоматизации в САПР являются действия проектировщиков, разрабатывающих изделия или технологические процессы. САПР нельзя создать вне конкретного производства, на котором она будет использована.

Программно-технический комплекс САПР машиностроительных конструкций должен обеспечивать решение следующих задач:

- интерактивное проектирование конструкций и технологических процессов изготовления деталей общемашиностроительного назначения;

- формирование исходных данных для обеспечения производства материальными ресурсами;

- классификация и кодирование деталей и изделий в соответствии с классификатором ЕСКД;

- создание и ведение машинного архива конструкторской и технологической информации;

- формирование и выдача необходимой конструкторской и технологической документации;

- ввод, накопление, модификация и поиск информации, требующейся для решения задач, перечисленных выше.

Общей информационной платформой САПР является информационно-поисковая система. Она включает в себя ГОСТы, классификаторы, нормативы по труду и материалам и другую условно-постоянную и оперативную информацию. САПР объединяет технические средства, математическое и программное обеспечение, параметры и характеристики которых выбирают с максимальным учетом особенностей задач инженерного проектирования и конструирования [18].

1.3 Анализ систем автоматизированного проектирования технологического процесса

В данной работе рассмотрена система «ВЕРТИКАЛЬ», которая является наиболее удобной и простой в использовании. Система «ВЕРТИКАЛЬ» предназначена для автоматизации процессов технологической подготовки производства. В системе «ВЕРТИКАЛЬ» реализован новый подход к организации данных о технологических процессах, базирующихся на объектной модели представления и обработки информации. Основным компонентом программного комплекса является «ВЕРТИКАЛЬ-Технология». Система «ВЕРТИКАЛЬ-Технология» позволяет пользователю оперировать конструкторско-технологическими элементами (КТЭ). «Технологическая» часть модели содержит сведения об операциях, переходах, оснастке. «Конструкторская» - отображает состав и структуру обрабатываемых поверхностей деталей.

В системе «ВЕРТИКАЛЬ-Технология» реализованы следующие методы проектирования технологических процессов:

– диалоговый режим проектирования с использованием баз данных системы;

– заимствование технологических решений из ранее разработанных технологий;

– проектирование на основе техпроцесса-аналога;

– проектирование с использованием библиотеки часто повторяемых технологических решений;

– проектирование с использованием библиотеки КТЭ.

В системе «ВЕРТИКАЛЬ-Технология» предусмотрена возможность работы с трехмерными моделями изделий и всеми видами графических документов (чертежами, эскизами). Пользователь может подключить к технологическому процессу документы и модели, созданные на этапе конструирования, и использовать их при проектировании ТП.

САПР ТП «ВЕРТИКАЛЬ» позволяет:

– проектировать технологические процессы в нескольких автоматизированных режимах;

– рассчитывать материальные и трудовые затраты на производство;

– рассчитывать режимы резания, сварки и другие технологические параметры;

– автоматически формировать все необходимые комплекты технологической документации в соответствии с ГОСТ РФ и стандартами, используемыми на предприятии (требуется дополнительная настройка);

– вести параллельное проектирование сложных и сквозных техпроцессов группой технологов, в реальном режиме времени;

– осуществлять проверку данных в техпроцессе (на актуальность справочных данных, а также нормоконтроль);

– формировать заказы на проектирование специальных средств технологического оснащения и создание управляющих программ;

– поддерживать актуальность технологической информации с помощью процессов управления изменениями;

– поддерживать процесс построения на предприятии единого информационного пространства для управления жизненным циклом изделия от разработки до утилизации.

Одним из основных преимуществ «ВЕРТИКАЛЬ» является возможность модернизации системы без участия разработчика. Корректируется состав и структура всех баз данных, настраиваются формы технологических документов, подключаются новые программные модули. Гибкость программного и информационного обеспечения позволяет быстро адаптировать систему к любым производственным условиям [12].В приложении 3 представлен технологический процесс из САПР ТП «Вертикаль».

1.4 Основные требования, предъявляемые к системам автоматизированного проектирования

Основные требования к САПР связаны в основном с их эксплуатационными характеристиками, универсальностью САПР, а также возможностью адаптации к быстроменяющимся условиям проектирования и производства. К основным требованиям относятся:

- Простой доступ пользователя к САПР. Под простым доступом понимается возможность реализации проектной процедуры, необходимой пользователю, на основе специальных языковых средств, ориентированных на пользователя. Система автоматизированного проектирования снимает с пользователя трудоемкие задачи создания математического описания и программирования модели. Чем выше «интеллект» системы, тем более прост и лаконичен язык общения пользователя с САПР. Основой простоты взаимодействия пользователя с системой САПР является программное обеспечение. Внешне эта простота проявляется в виде соответствующих языков, ориентированных на взаимодействие пользователя с САПР.

- Прямой доступ пользователя к САПР. Под прямым доступом понимается возможность непосредственного обращения пользователя к программно-информационным средствам САПР, иначе говоря, возможность оперативного ввода данных и отображение результатов проектирования. В подобном режиме прямого доступа пользователь может формировать и отлаживать программу, вводить новые данные, получать в виде распечаток и графических результатов проектные и расчетные операции.

Интерфейс пользователя является важнейшим параметром системы, определяющий ее производительность, привлекательность и влияющий на утомляемость пользователя и длительность периода освоения системы. Нередко привлекательность интерфейса может вступать в конфликт с его эргономичностью. Так, при использовании многоуровневых ниспадающих меню пользователь быстро утомляется. Использование пиктограмм вместо текстовых меню значительно упрощает освоение системы и ускоряет работу с системой.

- Инженерные расчеты. Необходимость оперативных инженерных расчетов в процессе проектирования является очевидной. Наиболее часто требуется производить расчет геометрических характеристик площадей, моментов инерции и сопротивления, координат центра тяжести, периметров. Разумно, когда более сложные расчеты, связанные со специализацией пользователя, возложены на узконаправленные прикладные программы [18].

1.5 Цели и задачи выпускной квалификационной работы

Цель выпускной квалификационной работы - автоматизация конструкторско-технологической подготовки производства механизма смены увеличения визира оптического устройства.

Исходя из заданной цели, необходимо решить ряд следующих задач:

- разработка методики автоматизированной разработки конструкции и технологии изготовления механизма смены увеличения визира оптического устройства;

- автоматизированная разработка конструкции механизма смены увеличения визира оптического устройства;

- автоматизированный инженерный анализ элементов конструкции механизма смены увеличения визира оптического устройства;

- автоматизированная разработка технологии изготовления и сборки механизма смены увеличения визира;

- автоматизированная разработка программы обработки детали на станке с ЧПУ.

1.6 Выбор систем автоматизированного проектирования для выполнения выпускной квалификационной работы

Заданием является - автоматизация конструкторско-технологической подготовки производства механизма смены увеличения визира оптического устройства.

На основании анализа для выполнения задач проектирования были выбраны следующие системы автоматизированного проектирования:

– «КОМПАС-3D» - создание трехмерных моделей деталей, оформление конструкторской документации согласно ЕСКД и ГОСТ (чертежи, спецификации);

– SolidWorks - исследование напряженно-деформированного состояния деталей и узлов;

– SprutCAM - разработка программы обработки детали на станке с ЧПУ.

В результате анализа методов и систем автоматизированного проектирования конструкций и технологических процессов, был определён необходимый и достаточный набор САПР для успешного выполнения поставленных задач.



2. Разработка методики автоматизированной разработки конструкции и технологии изготовления механизма смены увеличения визира оптического устройства

Рассмотрим методику проектирования с использованием САПР. На выбор методики влияет возможности выбранных систем и приемы работы в них.

2.1 Способы создания графических изображений в САПР К и ТП

Графические изображения с САПР создаются проектировщиком с использованием специальных программных систем, так называемых, графических редакторов. В процессе выполнения данного дипломного проекта использовались системы «КОМПАС-3D» и «SolidWorks» для создания трехмерных геометрических моделей деталей, сборочных единиц и чертежей.

В настоящее время рассматривают три основных способа автоматизированного создания графических изображений в САПР К и ТП:

- графическое редактирование;

- графическое программирование;

- параметризация изображений.

При проектировании данной ВКР использовалось сочетание способов[18].

2.2 Создание трехмерных моделей деталей

Графические изображения деталей осуществляется способом графического редактирования. Основу этого способа составляет графический редактор, обеспечивающий создание графических изображений методом синтеза из элементов и фрагментов.

Элементами выступают так называемые графические примитивы. Для того чтобы построить двумерные изображения применяются такие примитивы: точка, отрезок, окружность, дуга, кольцо, эллипс, многоугольник и т.д. Для построения трехмерных изображений используются следующие примитивы: параллелепипед, конус, вогнутая полусфера, клин и другие.

Создание геометрической модели начинается с основания. Выбирается базовая плоскость, на которой строится эскиз основания. Эскиз должен быть полностью определен, т.е. проставлены все размеры, взаимосвязи и ограничения элементов эскиза (состояние эскиза определяется по его цвету).

При создании контура нет необходимости точно выдерживать требуемые размеры. Самое главное на этом этапе - задать положение его элементов, затем, благодаря тому, что создаваемый эскиз полностью параметризован, можно установить для каждого элемента требуемый размер.

Трёхмерные твёрдотельные геометрические модели проектируемых деталей создаются с помощью операций выдавливания, вращения, построение за счет листового тела.

Построение тела начинается с создания его основания путемвыполнения операции над эскизом (или несколькими эскизами). При этом доступны следующие типы операций:

- выдавливание эскиза (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Выдавливание эскиза



– вращение эскиза вокруг оси, лежащей в его плоскости (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Вращение эскиза

- кинематическая операция по заданному контуру (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 - Кинематика по заданному контуру

Режимы визуализации полученной модели позволяют просматривать ее каркасное или реалистичное изображение. Для повышения качества тонированных изображений могут быть изменены физические характеристики поверхности детали (текстуры) и назначены дополнительные источники света.

Таким образом, при помощи системы «КОМПАС 3D» были построены трехмерные твердотельные модели всех необходимых деталей, на основе которых в дальнейшем можно создавать виды, разрезы и сечения для последующего использования их на чертежах, эскизах и т.д.

Рассмотрим создание модели «Штанга». Создание модели начинается с создания эскиза (рисунок 2.4). Как правило, эскиз представляет собой сечение объемного элемента.

Рисунок 2.4 - Эскиз

Команда «Операция выдавливания» позволяет выдавливать контур, которым является эскиз (рисунок 2.4), в определенном направлении на заданное расстояние (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 - Операция выдавливания



Следующим шагом нужно создать следующий эскиз для последующего вырезания выдавливанием (рисунок 2.6)

Рисунок 2.6 - Эскиз на плоскости детали 2

Используем операция «вырезать выдавливанием». Выдавливаем эскиз (рисунок 2.6), в определенном направлении на заданное расстояние (рисунок 2.7).

Рисунок 2.7 - Вырезать элемент выдавливания

Затем выполняем последовательные операции «вырезать выдавливаем» и формируем деталь.

Завершающим этапом в построении является снятие фаски. Для этого выделяем ту грань, где планируется снять фаску.

Параметры всех созданных конструктивных элементов доступны для изменения, так что в любой момент работы можно изменить произвольный параметр эскиза или базового тела и выполнить затем полную перестройку модели.



2.3 Создание трехмерной модели сборки

Средства САПР позволяют объединять в одной сборке большое количество разнотипных деталей и подсборок.

Виртуальные сборки создаются с целью проверки созданной конструкторской документации (сборочных и деталировочных чертежей и спецификаций) путем создания контрольных сборок или непосредственно в процессе проектирования конструкций.

Существует два способа создания трехмерных моделей сборочных единиц.

«Снизу - вверх» - модели деталей создаются независимо от сборки, после чего осуществляется сборка их в изделие. Этот способ используется при создании контрольных сборок и разнесенных сборок - для создания каталогов изделий и графических изображений для инструкций по их эксплуатации.

«Сверху - вниз» - когда возможно создание деталей непосредственно в среде сборки, осуществляя привязку к элементам соседних деталей. В любой момент структура сборки доступна для изменения, при этом непосредственно в режиме сборки могут быть изменены любые параметры отдельных деталей.

Такой тип проектирования позволяет инженеру-конструктору проектировать сборку, используя компоновочные эскизы, которые часто используются при традиционном проектировании. Можно построить один или несколько эскизов, показывающих, где находится каждый компонент сборки. Затем можно создать и изменить проект перед созданием деталей. Кроме этого, можно в любое время использовать компоновочный эскиз для внесения изменений в сборку.

Модель сборочной единицы создается в следующем порядке:

- добавление компонентов;

- размещение компонентов;

- взаимная ориентация деталей.

При добавлении компонента в сборку (либо отдельной детали, либо узла сборки) в сборку файл детали связывается с файлом сборки. Компонент появляется в сборке, однако данные о компоненте остаются в его исходном файле.

Как только компонент добавлен, то можно фиксировать его положение, перемещать, вращать. Это полезно для приблизительного расположения компонентов в сборке. Затем можно точно расположить компоненты, используя взаимосвязи сопряжения.

Когда добавляются взаимосвязи сопряжения, компоненты можно перемещать в пределах неограниченных степеней свободыи наблюдать за поведением механизма. Взаимосвязи сопряжения позволяют точно расположить компоненты в сборке относительно друг друга. Они позволяют определить, как компоненты перемещаются и вращаются относительно других деталей. Можно перемещать компоненты в нужное положение, последовательно добавляя взаимосвязи сопряжения [17].

Сопряжение создает геометрические взаимосвязи, такие как совпадение, перпендикулярность, касательность, и т.д. Каждая взаимосвязь сопряжения действительна для определенных сочетаний геометрических форм.

Основные виды сопряжений:

- параллельность элементов;

- совпадение элементов;

- перпендикулярность элементов;

- расположение элементов под заданным углом;

- расположение элементов на заданном расстоянии;

- касание элементов;

- соосность элементов.

Рассмотрим создание сборки винта.

Сборка создается в следующем порядке:

– вставка компонентов в сборку;

– размещение компонентов в сборке;

– условия сопряжения деталей в сборке.

После того, как разработаны модели всех деталей сборочных единиц визира, создается контрольная сборка методом «Снизу-вверх». Этот способ используется для создания контрольных сборок и разнесенных сборок - для создания каталогов изделий и графических изображений для инструкций по их эксплуатации.

Выбирается режим «новая сборка». В окно сборки последовательно вставляем собранные детали и узлы, причем одну из них фиксируем. С помощью команд поворота и перемещения «свободные детали» устанавливаем в необходимое для сборки положение, выбираем соответствующие поверхности для сопряжения и выполняем команды, обеспечивающие требуемые взаимосвязи этих поверхностей в сборке (параллельность, концентричность, расстояние и др.).

Затем создаем новый файл трехмерной модели сборки, вызывая из меню Файл команду «Создать - Сборку» или нажимая кнопку «Новая сборка» на Панели управления.

Вызываем из меню Операции команду «Добавить компонент из файла» или можно нажать соответствующую кнопку на Инструментальной панели для того, чтобы добавить в сборку деталь «Ось», существующий в файле на диске. После вызова команды на экране появляется диалог выбора файлов. Выбираем в нем нужный каталог и указываем имя файла, содержащего компонент. Изображение указанного компонента появится в окне просмотра диалога.

Указываем точку вставки детали «Ось». Точку вставки можно указать в окне сборки произвольно или используя привязку (например, к началу координат или к вершине). Начало координат детали совмещается с указанной точкой вставки, направление осей его системы координат совпадет с направлением осей системы координат текущей сборки. Так как вставленный компонент - первый в сборке, он автоматически фиксируется в том положении, в котором был вставлен. Зафиксированный компонент не может быть перемещен в системе координат сборки.

2.4 Последовательность создания сборочной единицы «Винт» механизма смены увеличения

После того, как разработаны модели всех деталей сборочных единиц винта, создается контрольная сборка методом «Снизу-вверх».

Ниже представлены следующие сборочные единицы: кронштейн, кольцо, колесо зубчатое, упор, гайка, винт, подшипник, из которых состоит готовая модель узла «Винт».

2.5 Создание разнесенной модели сборочной единицы

Компоненты сборки отделяют друг от друга, чтобы зрительно просмотреть их взаимосвязи. Разнесение сборки позволяют просмотреть ее, когда компоненты отделены друг от друга. Эта функция оказывается полезной при разработке каталогов запасных частей. При разнесении сборки все взаимосвязи сопряжения сохраняются.

При пошаговом разнесении для каждого компонента или группы компонентов указываются направление и расстояние, на которое следует разнести детали.

Вид с разнесенными частями состоит из одного или нескольких шагов разнесения и хранится с конфигурацией сборки, в которой он создается. Каждая конфигурация содержит один вид с разнесенными частями (рисунок 2.23).

Последовательность создания разнесенной сборки:

- открываем модель сборки;

- для разнесения вида служит команда «Создать разнесенный вид». При ее вызове появляется диалоговое окно. Разнесенная сборка может быть создана автоматически или по отдельным шагам разнесения.

2.6 Создание каталога сборки механизма смены увеличения визира оптического устройства

Каталог сборки - это справочное техническое пособие при изучении конструкции изделия, а также пособие при разборке и сборке узлов.

Каталог содержит развернутые иллюстрации сборочных единиц, деталей и стандартизированных изделий, сгруппированных по конструктивному и функциональному признаку.

В таблице указаны номера всех сборочных единиц и деталей, их количество на одну сборочную единицу и наименование. Обозначение оригинальных узлов и деталей соответствует единой системе.

Для создания каталога требуется видеть сборку в «разобранном» виде. Далее создается чертеж требуемого формата. На компактной панели выбираем «произвольный вид». На панели свойств нажимаем кнопку «разнесенный вид» и чертеж готов. Далее на ассоциативном чертеже проставляем позиции и создаем таблицу, где указаны позиция, обозначение, наименование детали и количество.



3. Автоматизированная разработка конструкции механизма смены увеличения визира оптического устройства

Конструкторская разработка с применением САПР заключается в проектировании изделия, а также создании полного комплекта документации на него (деталировочные и сборочные чертежи, спецификации). Использование компьютеров повышает производительность труда инженера-конструктора за счет того, что вычислительная техника берет на себя решение нетворческих задач и освобождает человека для решения сложных задач. Таким образом, ЭВМ не подменяет человека, а служит средством подъема творческого уровня его труда.

В системе «Компас-3D» имеется возможность создания ассоциативных чертежей трехмерных моделей. В нем создаются выбранные нами ассоциативные виды трехмерной модели (детали или сборки):

- стандартный вид (спереди, сзади, сверху, снизу, справа, слева);

- вид модели;

- проекционный вид (вид по направлению, указанному относительно другого вида);

- вспомогательный вид;

- разрез / сечение (простой, ступенчатый, ломаный);

- местный вид;

- вырыв детали;

- линия разрыва;

- обрезанный вид;

- наложенный вид.

Рассмотрим создание чертежа детали «Кронштейн» (рисунок 3.1). Ассоциативная связь проявляется в следующем: если изменяется модель детали, то изменяется её чертеж.

Изображение формируется в обычном чертеже «Компас-3D». Открывается лист чертежа и настраивается для данной детали (формат, ориентация). В нем создаются ассоциативные виды трехмерной модели с помощью команд «Компоновка - Создать вид с модели - Стандартные». На экране появляется фантом изображения, масштаб которого можно настроить.

Чтобы настроить параметры вида, в котором будет размещаться изображение, нажимаем кнопку «Параметры вида» на специальной панели управления. Указываем видимость линий переходов и невидимых линий, делаем разрезы. Заключительным этапом формирования чертежей является простановка размеров. Далее вводим технические требования и обозначения в основную надпись.

Аналогично создаются остальные чертежи сборки и деталей.

Таким образом, была разработана конструкторская подготовка производства механизма смены увеличения. Сформирован полный комплект конструкторской документации (чертежи деталей и сборочных единиц, спецификации, каталоги) с использованием САПР.

Комплект конструкторской документации представлен в приложении 1.



4. Автоматизированный инженерный анализ элементов конструкции механизма смены увеличения

Имитационное моделирование - это метод исследования, основанный на том, что изучаемая система заменяется моделью и с ней проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе. Экспериментирование с моделью называют имитацией (имитация - это постижение сути явления, не прибегая к экспериментам на реальном объекте).

Имитация в САПР - наблюдение за функционированием объекта с целью нахождения его рациональных параметров до его изготовления. Различают кинематическую и динамическую имитацию.

Кинематическая имитация дает возможность предсказать поведение сложных механизмов сборок и изделий во время процесса проектирования.

Динамическая имитация позволяет проверять долговечность конструкции, действие прикладываемых сил, вибрацию, потерю устойчивости и поведение при применении температурных нагрузок на отдельные компоненты и сборки.

В практике расчетов используют как аналитические, так и численные методы расчета прочностной надежности. Надежностью называют свойство изделия выполнять свои функции в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Прочностной надежностью называют отсутствие отказов, связанных с разрушением или с недопустимыми деформациями.

Имитационное исследование элементов конструкции изделия, до ввода в производство, необходимо для отработки конструкции на технологичность и безопасность, с последующим ее изменением. Имитационные исследования экономят огромные материальные средства, повышают качество изделий в процессе эксплуатации. С появлением ЭВМ и систем инженерного анализа стало возможным создание математической модели, имитирующей связанные процессы деформирования деталей, изменения параметров нагружения, кинетики теплового состояния, развития повреждений.

SolidWorks - программный комплекс САПР для автоматизации работ промышленного предприятия на этапах конструкторской и технологической подготовки производства. Обеспечивает разработку изделий любой степени сложности и назначения.

SolidWorks позволяет решать следующие задачи:

- линейный статический анализ;

- определение собственных форм и частот колебаний;

- расчет критических сил потери устойчивости;

- тепловой анализ;

- статический анализ в нелинейной постановке задачи;

- расчет долговечности конструкции;

- расчет падения конструкции на абсолютно жесткую поверхность;

- анализ сосудов давления (процедура линеаризации напряжений, предусмотренная нормативами при проектировании сосудов давления);

- нелинейный динамический анализ;

- оптимизация параметров конструкции.

При определении напряженно-деформированного состояния системы наиболее часто используется линейная постановка при неизменных нагрузках (линейная статика). SolidWorks позволяет работать как с деталями, так и со сборками. При этом для сборочных узлов существует возможность применять различные типы контактных условий, что обеспечивает проведение того или иного вида анализа с различной точностью.

Поддержка конфигураций SolidWorks позволяет более гибко подходить к процессу проведения численных испытаний. Есть возможность сравнивать результаты, полученные в SolidWorks, и данные реального физического эксперимента. Таким образом, можно корректировать расчетную модель для увеличения достоверности результатов.

В пошаговом режиме произведем процесс создания расчетной модели и анализа результатов для зубчатого колеса. Для расчета необходимо открыть в SolidWorks файл с моделью детали «колесо зубчатое». После этого нужно разбить деталь на конечные элементы. Для этого закрепляем деталь (устанавливаем на нужных поверхностях жесткие зацепления), расставляем силы (распределенная нагрузка и приложенное усилие). В данном расчете приведен 1 вариант приложенных нагрузок.

- Создаем модель SolidWorks.

- Выбираем тип анализа - Статический.

- Назначаем материал. В соответствии с чертежом выбираем Сталь 35 ГОСТ 1050-88.

- Назначаем кинематические граничные условия. В нашем случае это фиксация указанных на рисунке поверхностей.

- Задаем нагрузки. К указанным поверхностям вилки прикладываем силу.

- Из контекстного меню вызываем команду построения сетки. Строим сетку с параметрами по умолчанию.

- Запускаем расчет командой «Выполнить».

В случае удачного расчета в менеджере появляется папка Результаты.

Максимальное напряжение не превышает допустимого, а максимальная деформация не критична.

Применение программного расчета, реализующего конечно-элементный метод, в данном случае наиболее эффективно и оправдано.



5. Автоматизированная разработка технологии изготовления механизма смены увеличения

Технологический процесс - это все действия по изменению геометрической формы, размеров, внешнего вида, внутренних свойств объектов производства, их контролю, транспортированию, складированию, маркировке, удалению отходов производства, замене инструментов и приспособлений. При разработке ТП создаются модели, которые являются сокращенными их описаниями в технологических картах[18].

5.1 Описание конструкции и назначения детали

Деталь, разрабатываемая в дипломном проекте - Колесо зубчатое АЛ8.413.494, является составной частью сборочной единицы «Винт» механизма смены увеличения.

Зубчатое колесо - это основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической поверхности, которые входят в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. Данное зубчатое колесо изготовлено с ласточкиным хвостом на передней поверхности.

5.2 Технологический контроль чертежа

На чертеже есть все проекции, разрезы, совершенно четко и однозначно объясняющие её конфигурацию и возможные способы получения заготовки. Но так как отклонения, указанные на чертеже, устарели и требуют редактирования, данный чертеж не соответствует действующим на сегодняшний день стандартам. После корректировки чертежа, указаны все размеры с необходимыми отклонениями и требуемая шероховатость обрабатываемых поверхностей. Чертеж содержит все необходимые сведения о материале детали. Рабочий чертеж соответствует действующим на сегодняшний день стандартам.

5.3 Анализ технологичности конструкции детали

Основной задачей анализа является проработка технологичности конструкции обрабатываемой детали, снижение трудоёмкости, возможность обработки высокопроизводительными методами.

Технологический анализ конструкции обеспечивает улучшение технико-экономических показателей разрабатываемого технологического процесса. Поэтому технологический анализ - один из важнейших этапов технологической разработки, в том числе и дипломного проектирования. Улучшение технологичности конструкции позволяет снизить себестоимость ее изготовления без ущерба для ее служебного назначения.

Основные конструктивные требования к деталям типа рычаг являются точность диаметральных размеров, концентричность наружных и внутренних рабочих поверхностей, параллельность торцов. Относительно данного рычага основные конструктивные требования выполняются.

Размеры отверстий, указанные на чертеже, могут вызвать трудности в изготовлении детали. В целом, деталь достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, имеет годные базовые поверхности для первоначальной операции.

5.4 Выбор метода изготовления и формы заготовки

Метод выполнения заготовок для деталей машин определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления. Иногда целесообразно сопоставить два возможных способа получения заготовки, выбрав оптимальный вариант.

Рассмотрим два варианта получения заготовки для детали. Для данной детали подходит штамповка и прокат.

Общие исходные данные:

Материал детали: сталь 45

Масса детали: 0,005 кг

Годовая программа: N = 300 штук.

Данные для расчетов стоимости заготовки по вариантам

Наименование показателей	1 вариант	2 вариант
Вид заготовки	Штамповка	Прокат
Класс точности	7	7
Группа сложности	2	1
Масса заготовки Q, кг	0,008	0,12

Исходные данные необходимые для выбора вида заготовки и способа ее получения:

- материал заготовки - Сталь 45 ГОСТ 1050-74;

- плотность материала - 7859 кг/м³;

- масса детали, кг - 0,005 кг;

- годовая программа - 300 шт.

Наиболее верным решением - это получение заготовки двумя методами - из стандартного круглого проката или штамповкой (ковкой на ГКМ). Рассмотрим себестоимость получения заготовки из проката. Прокат может применяться в качестве заготовки для непосредственного изготовления деталей либо в качестве исходной заготовки при пластическом формообразовании.

Специальный прокат применяется в условиях массового или крупносерийного производства, что в значительной степени снижает припуски и объем механической обработки. Стоимость заготовок из проката определяем по формуле (1):



S_заг=М+С_о.з., руб. (1)

где М - затраты на материал заготовки, руб.;

С_о.з - технологическая себестоимость операций правки, калибрования прутков, разрезки их на штучные заготовки определяется по формуле (2):

С_о.з = (С_п.з•Т_шт(ш-к))/60100, руб. (2)

где С_п.з - приведенные затраты на рабочем месте, коп/ч;

Т_шт(ш-к) - штучное или штучно калькуляционное время выполнения заготовительной операции (правки, калибрования, разгрузки и др.)

По данным приведенные затраты, приходящиеся на 1 ч работы оборудования, имеют следующие значения:

- резка заготовок на отрезном станке, работающих ленточным ножовочным полотном 2360х19х0,9, руб./час 280,2.

- правка на автоматах, руб./ч 20…25.

Затраты на материал определяются по массе проката, требующегося на изготовление детали, и массе сдаваемой стружки. При этом необходимо учитывать стандартную длину прутков и отходы в результате не кратности длины заготовок этой стандартной длине формула (3):

руб. (3)

где Q - масса заготовки, кг;

S - цена 1 кг материала заготовки, руб.;

q - масса готовой детали, кг;

S_отх - цена 1 т отходов, руб.

Данную формулу можно преобразовать в следующий вид формула (4):



руб. (4)

где Q_мет - масса металла на изготовление партии деталей, кг;

Q_дет - масса партии деталей, кг.

В качестве заготовки используем сортовой фасонный прокат: круг горячекатаный по квалитету h14, ГОСТ 2590-88. Диаметр проката назначаем 21 мм. Стандартный прокат поставляется длиной l = 4 м.

Определим стоимость материала, необходимого на изготовление партии заготовок.

Заготовка нарезается штучно из стандартного проката длиной l = 12 мм (предусмотрен припуск на чистовую подрезку и шлифовку торцев по 2,0 мм на сторону). Толщина пропила L_п = 0,9 мм.

Определим число заготовок из одного прутка длиной l = 4 м:

N = 4000 / (12+0,9) =310,1 принимаемN = 310 шт.

Для изготовления партии необходимо следующее количество прутков, определяемое по формуле(5):

Z = N/n (5)

Z = 310/300 = 0,97

Для изготовления партии деталей необходимо Z = 1 пруток.

Общая масса металла, требуемая для изготовления партии деталей формула (6):

Q_мет= (•D²•l•)/4, кг, (6)

где D - диаметр проката, м;

l = lЧZ - общая длина проката, м;

= 7858 кг/м³ - плотность металла.

Получаем:

Q_мет= (•0,021²• (4•1) •7858)/4 = 10,3

Определим общую массу партии деталей.

Масса деталей партии определяется по формуле (7):

Q_дет = Q•N = 300•0,005 = 1,5, кг (7)

Масса отходов (концевые, стружка) определяется по формуле (8):

Q_отх = Q_мет - Q_дет = 10,3 - 1,5=8,8, кг (8)

Стоимость тонны материала (Сталь 45 ГОСТ 1050-74) S = 29780 руб.

Стоимость тонны стружки S_отх = 2879 руб. Стоимость определяется по формуле (9):

, руб. (9)

(10,3 •29780)/1000 - (8,8•2979)/1000 = 280,5, руб.

Стоимость материала на одну деталь определяется по формуле (10):

М₁=280,5/300 = 0,935, руб. (10)

Стоимость получения заготовки (технологическая себестоимость) включает в себя стоимость отрезки на станке ленточнопильном станке по формулам (11), (12), (13):



Т_шт= 0,15•21²•10^-3 = 0,07, мин (11)

С_о.з.= (280,2•0,07)/60 = 32,69, руб. (12)

Стоимость заготовки из проката определяется по 13 формуле:

S_пр= 0,935+32,69 = 33,625, руб. (13)

Стоимость заготовок, получаемых таким методом, как ковка на ГКМ, а также электровысадкой, можно с достаточной точностью определить по формуле (14):

S²_заг= ((СiQ_зk_tk_ck_bk_mk_n)/1000) - (Q_з-Q) S_отх/1000 , руб. (14)

где Сi - базовая стоимость 1т заготовок, руб.;

k_t, k_c, k_b, k_m, k_n - коэффициенты зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства заготовок.

Стоимость кованых заготовок (полученных на молотах, прессах, ГКП и электровысадкой) определяется следующим образом. За базу принимаем стоимость 1 тоны поковок С = 45000 руб. (поковки из конструкционной углеродистой стали массой 0,2…4 кг., нормальной степени точности по ГОСТ 7505-73, 2^й группы сложности, 2-й группы серийности. Коэффициенты: k_t = 1 коэффициент зависящий от точности; k_c = 0,6; k_b = 1,33; k_m = 1,2 коэффициент материала; k_n = 1,2; Масса заготовки Q_заг= 0,43 кг.

Стоимость заготовки получаемой на ГКМ определим исходя из себестоимости:

S_ков = 51,7 руб.

Таким образом, получается, что стоимость одной заготовки из проката дешевле, чем заготовка получаемая штамповкой примерно в 1,5 раза.



5.5 Разработка технологического маршрута обработки детали

Технологический процесс записывается пооперационно, с перечислением всех переходов.

Основные операции при изготовлении детали следующие:

- заготовительная;

- токарная;

- фрезеровальная;

- зубонарезная;

- сверлильная;

- термическая;

- шлифовальная.

Заготовительная операция состоит из разрезки стандартного проката на штучные заготовки.

1. Токарная операция:

- точить поверхность D=5,5 мм на расстояние 1,6 мм;

- точить поверхность D=19 мм на расстояние 2 мм;

- точить поверхность D=8 мм на расстояние 4,4 мм;

- точить поверхность D=12 мм на расстояние 2 мм.

- сверлить центральное отверстие, зенкеровать центральное, использовать развертку.

2. Фрезерование поверхность на расстояние 6,4 мм.

3. Сверлим отверстие D=1,3 с нарезанием резьбы М2-6Н.

4. Термообработка;

5. Зубонарезная операция.

5.6 Расчет припуска на обработку

Расчет припуска выполняем по методу Кована для одного размера, определяющего форму заготовки - 19h10 Расчеты приведены в таблице 5.1.

Величина припуска рассчитывается по формуле (15):



Z_min = z• (R_z + T) + с + е, (15)

где R_z - высота неровностей поверхности;

Т - величина дефектного слоя;

с - пространственные отклонения технической базы обрабатываемой поверхности;

е - погрешности базирования и закрепления.

Получим:

Z_min = 2*(150+150) + 300 + 300 = 1,2, мм

Z_max = 2*300 + 2000 = 2,6, мм

Таблица 5.1 - Расчеты припусков на обработку

Технологич. переходы обработки поверхности 19h10	Элементы припуска, мкм	Расчетный припуск 2zmin, мкм	Расчетный размер dp, мм	Допуск д, мкм	Предельный размер, мм	Предельные значения припусков, мкм
	Rz	Т	с	е				dmin	dmax
Токарная
Точение	150	150	300	300	1200	19,8	15	18,85	19,15	1200	2600

5.7 Выбор типа производства

Определение типа производства, формы его организации производим по базовому технологическому процессу. Тип производства по ГОСТ 3.1108-88 характеризуется коэффициентом закрепления операций К_з.о., который показывает отношение всех различных технологических операций, выполняемых или подлежащих выполнению подразделением в течении месяца, к числу рабочих мест.