Конструирование и стадии разработки конструкторской документации

Основными видами работ, выполняемых при создании изделий, являются: научно-исследовательские работы (НИР) и опытно-конструкторские работы (ОКР). Проведение НИР необходимо при создании новых машин и механизмов, при этом НИР направлены на поиск принципиально новых решений в части их структуры и принципа действия. ОКР выполняют только в том случае, если принципиальная техническая возможность создания изделия установлена, либо в результате проведения НИР, либо как результат накопленного опыта разработки и эксплуатации изделий-прототипов.

1.3. Конструирование и стадии разработки конструкторской документации

Конструированием создаётся конкретная однозначная конструкция изделия. Конструирование опирается на результаты проектирования и уточняет все инженерные решения, принятые при проектировании.

Конструирование – это совокупность логических и математических процессов поиска, выбора и обоснования оптимального варианта структуры, форм, размеров, материалов, высших и внутренних взаимосвязей, определяющих выполнение изделием заданных функций в соответствии с техническим заданием.

Как и проектирование, конструирование проводят с учетом достижений науки и техники, патентных материалов и перспектив развития отрасли.

Конструирование проводится в виде ОКР. Стандартом установлены пять стадий разработки документации.

Техническое задание (ТЗ). ТЗ по объёму и содержанию зависит от разрабатываемого изделия, его назначения, серийности выпуска и др. факторов. Структура ТЗ определяется, как правило, стандартом предприятия (СТП). ТЗ составляет потребитель. Но такой подход является формальным. Так как на практике потребитель, как правило, не достаточно хорошо разбирается в тонкостях метрологии и измерительной техники, то разработчику приходиться активно участвовать в составлении ТЗ для правильного выбора основных характеристик качества будущего изделия.

Техническое предложение (ТП). ТП по ГОСТу включает: подбор и анализ материалов по теме задания, необходимые расчёты, обоснования и эксперименты; выявления конструктивных решений; составление перечня НИР, которые необходимо провести; технико-экономическое обоснование.

Эскизный проект (ЭП). ЭП – совокупность конструкторских документов, которые должны содержать принципиальные характеристики решения и данные, определяющие основные параметры и габаритные размеры разрабатываемого изделия. На этой стадии разрабатывают принципиальную, структурную, функциональную и конструкторскую схемы изделия; рассчитывают элементы схем; разрабатывают чертежи общего вида эскизного проекта, которые отражают общую компоновку изделия. Чертеж общего вида выполняют с сокращениями, без раскрытия внутреннего содержания элементов заимствованных или покупных.

Технический проект (Тех. П). Технический проект отличается от ЭП окончательной и детальной проработкой конструкции изделия и его составных частей. На этой стадии разрабатывают чертежи всех оригинальных деталей. Обязательной документацией Тех. П являются чертежи общего вида, ведомость и пояснительная записка. Тех. П защищает разработчик и утверждает заказчик после защиты и разрешения всех спорных вопросов.

Разработка рабочей документации. На этой стадии конструирования разрабатывают всю техническую документацию, необходимую для изготовления опытного образца. Обязательными элементами являются: чертежи сборочных единиц, рабочие чертежи деталей, спецификация сборочных единиц. Кроме того, составляют различные ведомости, технические условия (ТУ), техническое описание, инструкции по эксплуатации, транспортировке и хранении и т. д. ТУ – весьма ответственный документ, который должен содержать все требования, не указанные на чертежах, и отражающие особенности изготовления, сборки, контроля и испытания изделия.

1.4. Система автоматизированного производства

Усложнение конструкций изделий с целью повышения механизации и автоматизации, выполняемых ими работ, увеличение их разнообразия вызывают резкое возрастание объёма проектно-конструкторских работ (ПКР). Увеличивается число вариантов проектов, которые необходимо анализировать, становится всё труднее оценивать конкретный вариант проекта. Рутинные работы по поиску информации о стандартных элементах, материалах, ранее спроектированных конструкциях, а также работы по вычерчиванию типовых деталей стали доминирующими. Всё это привело к тому, что время проектирования возросло настолько, что в ряде случаев оно стало превосходить сроки эксплуатации изделий. Автоматизированное проектирование (АП) изменило и упорядочило технологию проектирования. В этом случае конструктор ставит задачу для ЭВМ и принимает окончательное решение, а машина обрабатывает весь объём информации и делает первичный отбор.

Для такого общения человека с ЭВМ создана и создаются системы автоматизированного проектирования (САПР).

Объектами проектирования в САПР являются изделия (детали, узлы, комплексы), технологические процессы и организационно-технические системы.

Целями создания САПР являются: повышение технико-экономического уровня проектирования объектов, сокращения сроков, уменьшение стоимости и трудоёмкости проектирования.

  1.5. Взаимозаменяемость и стандартизация

Взаимозаменяемостью называется такой принцип конструирования и производства деталей, который обеспечивает возможность правильной сборки независимо изготовленных деталей и узлов без предварительного подбора или подгонки по месту.

Различают полную и неполную взаимозаменяемость. Полная взаимозаменяемость предполагает правильное соединение сопрягаемых деталей, поступивших на сборку. Для её обеспечения требуется высокая точность изготовления деталей. Неполная взаимозаменяемость обеспечивает правильное соединение деталей, изготовленных с меньшей точностью, однако при этом подобранные детали собираются так, что неточности их взаимно компенсируются, и при этом обеспечивается требуемый характер сопряжения.

Взаимозаменяемость способствует увеличению производительности труда и снижению себестоимости выпускаемой продукции, облегчает условия ремонта машин и механизмов путём замены вышедших из строя деталей и узлов запасными. Взаимозаменяемость является основой прогрессивного массового выпуска изделий.

Базой для осуществления взаимозаменяемости является стандартизация. Стандартизация – регламентирование конструкций и типоразмеров широко применяемых деталей, узлов и агрегатов. Стандартизация ускоряет проектирование, облегчает изготовление, эксплуатацию и ремонт машин и способствует увеличению надёжности изделий. Преимущества стандартизации реализуются в полной мере при централизованном изготовлении стандартных изделий на специализированных заводах. Это разгружает машиностроительные заводы от трудоёмкой работы изготовления стандартных изделий и упрощает снабжение ремонтных предприятий запасными частями. Под стандартными понимают детали, формы, и размеры которых предусмотрены стандартом. Наряду с государственными стандартами (ГОСТ), существуют стандарты отдельных отраслей (ОСТ) и предприятий (СТП).

Основой стандартизации являются ряды чисел, подчиняющиеся определённым закономерностям. ГОСТ устанавливает пять основных рядов предпочтительных чисел: Р5, Р10, Р20, Р40, Р80 со знаменателем , где n = 5, 10, 20, 40, 80. Примеры основных рядов предпочтительных чисел в интервале 1…10.

Р5: 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10;

Р10: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3 8; 10;

Численные значения членов всех рядов округлены с погрешностью не более ± 1%. Каждый более низкий ряд (например, Р5) получается изъятием членов через один из ближайшего более высокого ряда (Р10).

На базе основных рядов разработаны ряды нормальных линейных размеров с несколько большим округлением чисел по сравнению с остальными. В отличие от основных рядов ряды нормальных размеров обозначают с добавлением индекса а:

Ра5: полностью совпадает с Р5;

Ра10:1; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; 10.

Стандарт охватывает размеры в интервале 0,001…20000 мм. Применение стандартных линейных размеров целесообразно для поверхностей, подвергаемых точной механической обработке, особенно для посадочных поверхностей, что способствует стандартизации режущего, контрольного и мерительного инструмента и облегчает настройку станков. Применять стандартные ряды для осевых размеров и для необрабатываемых поверхностей (литьё, штамповка) нерационально. В этих случаях применение стандартных рядов только усложняет процесс проектирования и изготовление деталей.

1.6. Номинальные размеры и точность изготовления деталей

Размеры детали определяются расчётом на прочность, жёсткость или устанавливаются конструктивно, исходя из общих требований к изделию, возможности монтажа. Затем эти размеры округляют до нормальных размеров. Нормальные размеры, указанные на чертежах, называют номинальными.

При изготовлении детали неизбежны погрешности, поэтому получить абсолютно точные номинальные размеры невозможно. Действительные размеры детали будут отличаться (отклоняться) от номинальных размеров. Чем больше отклонение действительного размера от номинального, тем меньше точность изготовления детали и наоборот.