Исследование состояния вопроса

Основой для разработки технического задания на проектирование технологического оборудования является технологический процесс изготовления электронного прибора, его узла или детали, т.е. физические процессы, лежащие в основе обработки изделия (изменение формы, структуры или свойств обрабатываемого изделия со всеми необходимыми режимами и контрольными операциями). Разработка новой конструкции или модернизация существующего оборудования предполагает использование более совершенного технологического процесса на базе новых физико-химических воздействий на обрабатываемый объект, или известных ранее процессов, который обеспечивает повышение качества или производительности обработки, улучшает условия труда.

Таким образом, техническое задание (ТЗ) на проектирование оборудования разрабатывается в соответствии с исходными требованиями на основе тщательного анализа технологического процесса обработки изделия.

Обзор технологического процесса изготовления изделия или его части (по согласованию с руководителем проекта) оформляется в виде принципиальной схемы технологического процесса с расшифровкой операций в технологическом маршруте.

Анализ технологической операции, выполняемой на проектируемом оборудовании показывает стадии протекания различных физико-химических процессов в единой машине и возможные методы обработки. Здесь приводится структурная схема технологического процесса (операций и переходов), осуществляемых на проектируемом (модернизируемом) оборудовании, на которой четко отображены требуемые изменения формы, структуры или свойств обрабатываемого изделия с обязательным указанием необходимого непрерывного или межоперационного контроля.

При обосновании базового технологического процесса или его части необходимо установить режимы обработки (температура, время, давление, скорость и т.п.), обеспечивающие качественное проведение процесса. На основании исследования базового технологического процесса определяются закономерности движения исполнительных механизмов проектируемой машины, величины, времени и скорости физико-химических воздействий на обрабатываемое изделие (законы изменения температуры, давления, потоков технологических газов и жидкостей, токовых режимов и т.п.) Здесь должны быть обоснованы требования по точности и допускаемые отклонения реальных величин технологических факторов от расчетных значений.

Таким образом, этот этап дипломного проекта должен закончиться схематическим изображением базового технологического процесса с указанием режимов обработки, а также описанием требуемых законов движения исполнительных органов, технологических усилий, необходимых для формообразования изделия; законов изменения величин физико-химических воздействий на обрабатываемое изделие, а также требованиями по допускаемым отклонениям величин технологических факторов в реальном процессе.

Анализ существующего технологического оборудования и выбор прототипа заключается в изучении по отечественным и зарубежным литературным источникам оборудования, применяемого для выполнения технологического процесса. Необходимо в соответствии с заданием на дипломный проект провести анализ существующего оборудования. Из найденных аналогов оборудования выбирается в качестве прототипа то, которое наиболее полно соответствует режимам базового технологического процесса и требованиям к точности и производительности.

После выбора прототипа на основе базового технологического процесса, режимов обработки, допускаемой погрешности управления в соответствии с ТЗ выбирается система управления машиной (кулачковые системы, системы с путевым контролем или с командоаппаратом, системы с числовым программным управлением, адаптивные системы управления и пр.). При этом необходимо провести технико-экономический анализ различных вариантов систем управления, обеспечивающих заданные ранее законы изменения технологических факторов в пространстве и времени.

При выборе системы управления необходимо обратить внимание на возможность максимального использования стандартных и унифицированных деталей и сборочных единиц (кулачково-роликовый привод карусели, тиристорный привод, обеспечивающий заданный диапазон регулирования числа оборотов электродвигателя и т.п.), а также на использование заимствованных сборочных единиц из прототипа и на возможность микропроцессорного управления или снабжения проектируемого (модернизируемого) оборудования интерфейсами для подключения ЭВМ.

По выбранной системе управления составляются кинематические, пневмогидравлические, вакуумные, электрические и прочие схемы, которые должны обеспечивать законы движения исполнительных органов и поддерживать уровни технологических факторов с заданной точностью.

Контроль качества выполняемой операции. На основании расчета величин технологических режимов и их допустимых отклонений выбирается система контроля качества выполняемой операции. Качественные показатели любого технологического процесса зависят от соответствия входных параметров обрабатываемого изделия заданным, от точности выполнения заданных законов движения исполнительных органов и законов изменения технологических факторов. При разработке технологического процесса изготовления всего электронного прибора задаются требования по точности выполнения каждой операции и по условиям межоперационного контроля качества.

В дипломном проекте должны быть отражены эти требования и обоснован выбор способа измерения и мерительного инструмента, как выходных характеристик изделия, так и при необходимости - входных. Особое внимание необходимо уделить более полному применению и разработке средств активного контроля, позволяющих использовать микропроцессорное управление или управление от ЭВМ.

Разработка технического задания на проектирование проводится на основе анализа технологического процесса изготовления изделия на рассматриваемой операции и позволяет составить исходные требования к оборудованию, которые и являются основой для разработки технического задания. В исходных требованиях помимо базовой технологии должны содержаться требования по производительности, необходимому проценту выхода годных изделий, охране труда, окружающей среды и т.п. [58]. В дипломном проекте отражается только часть требований, регламентированных [58]: наименование и область применения; цель и назначение разработки; технические требования; экономические показатели.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАШИНЫ

6.1. Кинематический расчет

Проектирование любой машины начинается с ее кинематического расчета. Работа по кинематическому расчету и проектированию технологической машины может быть разбита на следующие этапы:

- выбор общей принципиальной схемы машины;

- установление перечня технологических и подсобных операций;

- разложение технологических и подсобных операций на первичные;

- расчет и проектирование рабочих органов для выполнения каждой из первичных операций;

- выбор принципиальных схем исполнительных механизмов, обеспечивающих необходимые для выполнения первичных операций перемещения рабочих органов;

- установление требований технологических операций к законам движения рабочих органов: определение допустимых значений максимальных скоростей, ускорений рабочих органов и т.д.;

- выбор законов движения рабочих органов;

- составление технологической схемы машины;

- расчет и составление структурной схемы машины;

- расчет и составление компоновочной схемы машины;

- расчет требуемой согласованности в перемещениях рабочих органов (составление циклограммы, а в некоторых случаях и синхронной диаграммы машины).

Содержание и порядок выполнения этапов подробно изложены в работах [1, 8, 31]. В зависимости от конкретного типа машины те или иные этапы кинематического расчета могут отсутствовать.

6.2. Расчет и конструирование узлов и систем машины

В дипломном проекте расчету и конструированию подлежат отдельные узлы и механизмы (по указанию руководителя дипломного проекта). Для них производится кинематический расчет, определяются геометрические параметры всех звеньев, производится силовой и прочностной расчеты механизма.

По мере расчета узлов и механизмов в пояснительной записке должны быть написаны обоснованные выводы и заключения, характеризующие самостоятельность принятого решения по назначению тех или иных конструктивных параметров.

Все детали любой машины с расчетной точки зрения могут быть отнесены к следующим категориям:

1. Нагруженные детали, размеры основных элементов которых определяются путем расчета на прочность (валы, оси, зубчатые колеса, звездочки, ответственный крепеж, пружины и пр.).

2. Детали, обеспечивающие жесткость и точное взаимное положение составных частей машины (корпус, направляющие, каркас). Расчет этих деталей возможен только на ЭВМ с применением специальных программ. Размеры их обычно устанавливаются эмпирическими рекомендациями с дальнейшим проведением проверочных расчетов на ЭВМ.

3. Детали, практически не испытывающие действия нагрузок, все размеры которых назначают исключительно из конструктивных соображений (крышки, панели, стаканы, неответственный крепеж и прочие).

Таким образом, только размеры деталей 1-й категории могут быть определены расчетным путем; расчет деталей 2-й категории весьма сложен и составляет содержание отдельной специальности.

Расчеты на прочность, жесткость, долговечность, нагрев и т.п., если необходимы, являются составной частью процесса проектирования. Их выполняют параллельно с разработкой чертежей. Обычно сначала делают предварительные ориентировочные расчеты, а окончательные результаты часто получают путем последовательного приближения.

Типовой силовой расчет привода рабочей машины должен быть проведен в соответствии со следующей схемой: определение динамических параметров перемещаемых элементов (линейные скорости и ускорения, угловые скорости и ускорения); определение сил сопротивления при перемещении рабочих органов (технологические нагрузки, силы трения, инерционные нагрузки); определение мощности, необходимой для работы каждого из исполнительных механизмов; определение мощности, потребной для работы проектируемой рабочей машины в режиме установившегося движения (на основе анализа циклограммы); определение общего коэффициента полезного действия кинематической цепи; определение мощности приводного электродвигателя и выбор его типа; определение крутящих моментов на отдельных механизмах, входящих в данную кинематическую цепь (с учетом коэффициентов полезного действия и передаточных отношений); силовой расчет элементов, входящих в кинематическую цепь; определение геометрических размеров кинематических элементов, входящих в данную кинематическую цепь; прочностные расчеты деталей привода - проверочные расчеты шпоночных и шлицевых соединений, штифтов, стопорных винтов, валов, роликов и т.п. (по мере необходимости и по указаниям руководителя дипломного проекта).