Глава 6

МЕТОДЫ ВЫПОЛНЕНИЯ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

6.1. Современные методы выполнения чертежей и других конструкторских документов

К началу XXI в. выполнение конструкторской документации традиционным «ручным» способом во многом стало анахронизмом. В задачи данного учебника не входит детальное рассмотрение систем автоматизированного проектирования (САПР). Приведем лишь некоторые сведения, позволяющие судить о современном состоянии в области автоматизации чертежно-графических работ.

Исследования показали, что трудоемкость чертежно-графических работ составляет около 70% от обшей трудоемкости выполнения проекта, 15 % приходятся на организацию и ведение архивов и также 15 % — на собственно проектирование. Именно поэтому в любом конструкторском бюро проблеме автоматизации разработки и изготовления чертежей уделяется первостепенное внимание.

В подавляющем большинстве случаев применение компьютеров при проектировании изделий машиностроения не позволяет автоматически получить конечный результат, поскольку' невозможно полностью формализовать как процесс проектирования, так и процесс принятия решений. Это связано с тем, что техническое задание не может однозначно определить будущую конструкцию, а пути синтеза конструкции многовариантны. Данное обстоятельство приводит к итеративному процессу проектирования, на каждой итерации которого конструктор оценивает полученные варианты и принимает решение о путях продолжения синтеза проекта (рис. 78).

В процессе исследования выбранного варианта проекта фактически анализируются геометрические модели, являющиеся аналитическим представлением объекта проектирования. При этом обработка геометрической информации производится не только на всех этапах автоматизированного проектирования (от ввода данных в графической форме до вывода результатов проектирования в виде конструкторской документации), но и на последующих этапах автоматизированного производства. Именно поэтому в составе любой САПР изделий машиностроения присутствуют развитые подсистемы геометрического моделирования.

Рис. 78. Схема итеративного процесса проектирования

Согласно ГОСТ 23501.0 — 79 системой автоматизированного проектирования называется организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с подразделениями проектной организации (пользователями системы), и предназначенная для автоматизированного проектирования и выполнения конструкторской документации под управлением ЭВМ.

Комплекс средств автоматизации проектирования включает в себя техническое, программное, информационное, математическое, лингвистическое, методическое и организационное обеспечения (рис. 79). Конструктор является основным и необходимым звеном САПР, поскольку, находясь фактически в цепи обратной связи системы, осуществляет принятие решений в итеративном процессе проектирования.

Касаясь истории развития САПР, отметим, что вначале возникли двухмерные системы. Ярким представителем таких систем является пакет AutoCAD (разработка фирмы Autodesk), дающий возможность конструктору получить инструментальные средства разработки автоматизированных систем подготовки чертежей и тем самым исключить участие программиста в процессе проектирования и создания технической документации. Пакет AutoCAD представляет собой инвариантную (объектно-независимую) систему. Ее главным достоинством является открытость для пользователя, позволяющая адаптировать систему к любой прикладной области. Технология проектирования с использованием таких систем аналогична традиционной, поэтому иногда двухмерные системы называют электронными кульманами.

Рис. 79. Основные компоненты САПР с позиций пользователя

К следующему поколению инструментальных средств для разработки САПР относятся так называемые CAD/САМ -системы, которые используют уже трехмерные параметрические твердотельные модели. Это позволяет полностью изменить технологию проектирования. Проектирование начинается с эскиза, отражающего основные черты изделия.

Набор последовательных конструкторских операций определяет правила описания проектируемого объекта. Все операции параметризованы. Параметрами являются геометрические размеры, функциональные зависимости компонентов изделия, признак наличия/отсутствия конструкторской операции при определенных условиях и т. п. Параметрические свойства обусловливают гибкость работы, простоту внесения изменений, позволяют использовать предыдущие разработки в новых изделиях.

Единая база данных проектируемого изделия обеспечивает полную взаимосвязь всех его компонентов и организацию параллельной работы над проектом нескольких исполнителей. Это позволяет вносить изменения в проект «на ходу», экономя время и средства, реально автоматизировать процесс проектирования. В процессе проектирования важно иметь возможность легко вносить изменения и добавлять новую информацию, особенно при параллельном проектировании. Изменения, вносимые в конструкцию изделия в процессе проектирования, автоматически отражаются во всем проекте, что избавляет от многих действий и, как следствие, уменьшает время проектирования.

На сегодняшний день одной из наиболее эффективных по критерию цена/качество является CAD/CAM-система SolidWorks (разработка фирмы SolidWorks Corporation).

SolidWorks представляет собой целостную компактную систему, в основе которой лежит параметрическая трехмерная твердотельная модель. У SolidWorks привычный пользовательский интерфейс Windows. Использование персонального компьютера (ПК) в качестве аппаратной платформы обусловливает приемлемую даже для небольшой фирмы стоимость (что особенно актуально для России).

Основные особенности SolidWorks:

- параметрические свойства, основанные на конструкторских операциях;

- единая база данных проектируемого изделия;

- полная сквозная двунаправленностъ процесса проектирования;

- ориентация на автоматизацию процесса проектирования в целом, а не отдельных его частей;

- ориентация на наиболее распространенную в России операционную систему Windows и аппаратные платформы с процессорами Intel Pentium и Digital Alpha;

- поддержка OLE-технологий с возможностью программирования на Visual Basic и C++.

SolidWorks обеспечивает создание изделий (деталей) сложной формы (например, имеющих поверхности переменной кривизны), а также поверхностей, образованных с помощью направляющих кривых. Число сечений не ограничено, причем они могут быть непараллельными, что особенно важно при проектировании изделий сложной формы. SolidWorks обеспечивает проектирование изделий из листового материала, позволяя разворачивать детали на плоскости.

Благодаря интегрированному проектированию деталей и сборок проектировщик может осуществлять разработку детали наиболее естественным способом исходя из ос функций и размещения в сборочной единице. При этом работа со сборками, состоящими даже из сотен и тысяч деталей, ведется на обычном ПК. Спроектированные детали переносятся в сборку с помощью гибких связей совмещения, например совместного выравнивания. В SolidWorks параметрическое размещение деталей в сборке означает, что любое изменение детали в процессе проектирования автоматически приводит к изменениям всего проекта через параметры связи деталей в сборке. Помимо управления размещением, совмещением и выбором формы деталей в сборке SolidWorks обеспечивает все возможности редактирования в сборке, используя форму сопряжения для определения формы деталей. Любые изменения деталей при редактировании сборочных единиц приводят к изменению первоначальной формы деталей. Предварительный просмотр положения сопряженных деталей, улучшенные инструменты конфигурации для унрааления большими сборками, замещение и создание деталей по шаблону обеспечивают удобство работы.

Технология черчения SolidWorks исключает потенциальные ошибки, вызванные дублированием данных. Чертежи выполняются автоматически, достаточно лишь поместить необходимое изображение на поле чертежа. При этом доступны исполнение любых типов разрезов, изометрии, ссылок, всевозможных обозначений (сварки, резьбы и т.н.), указание допусков, характеристик материалов, вставка примечаний и автоматическое создание перечня материалов.

Программный интерфейс SolidWorks впервые в CAD-индуст-рии предоставил пользователю поддержку Visual Basic, Visual C-н-и любых других языков программирования, которые работают по OLE-технологии. Программирование на Visual Basic расширяет возможности использования макросов, имеющихся в SolidWorks. Можно связать записанные макрокоманды с собственными экранными кнопками и автоматически повторять определенную последовательность шагов проектирования, сосредоточившись на творческих аспектах проекта. Фактически конструктор получает мощные средства для создания собственных САПР без участия программистов.

6.2. Об американском методе оформления чертежей

Метод образования проекций и их размещения на чертеже, который был рассмотрен в гл. 3, называется европейским. Американский метод значительно отличается от европейского. В большинстве стран мира чертежи оформляются по европейским правилам или очень близким к ним. Опытный человек, получив в руки чертеж, выполненный в США, по его оформлению определит происхождение документа и разберется в нем, но, чтобы упростить этот процесс, на чертежах, выполненных в Европе по американским правилам оформления, помещают специальный знак в виде двух проекций усеченного конуса (рис. 80, а), взаимное положение которых указывает на метод проецирования.

Документ, выполненный в США по европейскому методу, также снабжается специальным знаком. Он представляет собой те же две проекции усеченного конуса, но по-другому расположенные друг относительно друга (рис. 80, б).

Рис. 80. Знаки, указывающие на метод проецирования:

а - американский (метод А); б - европейский (метод Е)

Если при европейском методе образования проекций за проецируемым предметом располагается непрозрачная плоскость проекций (см. рис. 3.2, а), то при американском методе между наблюдателем и предметом находится прозрачная плоскость проекций, а проецирующие лучи направлены на наблюдателя. Куб плоскостей проекций (рис. 81, а) получается в результате прозрачным и разворачивается таким образом, чтобы наблюдатель видел внешние его поверхности. Фронтальной (главной) плоскостью оказывается передняя (а не задняя) грань условного куба. Естественно, при этом меняется взаимное расположение проекций. В целях сравнения на рис. 81, б, в показано расположение шести основных проекций простого уголка при европейском и американском методах проецирования, а на рис. 82 — трех проекций другой детали.

Рис. 81. Куб плоскостей проекций (а), расположение проекций при европейском (б)

и американском (в) методах проецирования

Рис. 82. Расположение трех основных проекций детали при европейском (а) и американском (б) методах проецирования

Рис. 83. Примеры нанесения размеров по стандартам США;

а — нанесение угловых размеров;

б — нанесение линейных размеров, в том числе задание центра дуги большого радиуса;

в — нанесение линейных размеров, в том числе радиусов скруглений;

г — нанесение размеров при вырыве части изображения и с применением линии-выноски

В начале XX в. оба метода проецирования уже существовали, но европейский метод назывался немецким.

Стандарты США на выполнение конструкторской документации отличаются и от российских, и от европейских. На рис. 83 показаны примеры нанесения размеров на чертежах США. Прежде всего следует отметить, что все размерные числа и надписи всегда располагают параллельно основной надписи и в разрывах размерных линий {если места для этого достаточно). При недостатке места размерные числа выносят за выносные линии и размешают так, что продолжения размерных линий или полки линий-выносок упираются в них.

Другие особенности общего оформления конструкторской документации в США несущественны. Они касаются форм записей, шрифта, размещения текстовой и табличной информации и т.д.

6.3. О предпочтительных числах в технике

В предшествующих главах говорилось о масштабах изображений, размерах на чертежах, параметрах шероховатости. Все перечисленное имеет численные выражения, выбор которых далеко не произволен.

В большинстве случаев с конструктивной точки зрения выбор значений размеров и других параметров может быть осуществлен в некоторых пределах без ухудшения характеристик изделий. К тому же существуют многие причины технологического и эксплуатационного характера, которые делают выгодным ограничения при выборе значений тех или иных параметров. Например, экономически нецелесообразно иметь в инструментальной кладовой набор сверл, каждое из которых отличается по диаметру от соседних всего на 0,05... 0,1 мм, поскольку большинство из них оказались бы невостребованными. Разумное сокращение числа хранящихся инструментов снижает в несколько раз затраты на инструментарий, причем не только обрабатывающий, но и измерительный.

Сокращение набора образцов шероховатости поверхностей обусловлено другой причиной: частый шаг значений параметров образцов лишил бы человеческое зрение способности четко различать разницу между ними.

Стандарт общего применения ГОСТ 6636—69 «Нормальные числа в машиностроении» определяет четыре ряда предпочтительных чисел: Ra5, Ra10, Ra20, Ra40. Число в обозначении ряда указывает на количество различных чисел в каждом десятичном интервале данного ряда. Каждый последующий ряд включает в себя составляющие предыдущих рядов. Предпочтение должно отдаваться числам из рядов с меньшей градацией, т.е. использование ряда чисел Ra5 является наиболее желательным.

В табл. 6.1 приведен перечень нормальных чисел, выполненный так, что можно сравнить между собой соседние знамения чисел в строках и столбцах.

ГОСТ 8593— 81 «Нормальные конусности и углы конусов» устанавливает предпочтительные значения параметров, указанных в наименовании.

Все приведенные числа составляют ряд Ra40 и являются приемлемыми для использования в машиностроении. Нередко конструктивно требуемые разности между значениями размеров заставляют расширять или сужать количество рекомендуемых чисел. Например, обратите внимание на перечень номинальных значений диаметров метрических резьб для приборостроения (см. подразд. 7.3).

Таблица 6.1. Нормальные числа в машиностроении

Ra5 Ra10	Ra40	Ra20	Ra40	Ra5 Ra10	Ra40	Ra20	Ra40	Ra5 Ra10	Ra40	Ra20	Ra40
1,0 2,0 4,0 8.0 16 32 63 125 250 500 1000 … 2 000	1,05 2,1 4,2 8,5 17 34 67 130 260 530 …	1,1 2,2 4,5 9,0 18 36 71 140 280 560 …	1,15 2,4 4,8 9,5 19 38 75 150 300 600 …	1,2 2,5 5,0 10 20 40 80 160 320 630 …	1,3 2,6 5,3 10,5 21 42 85 170 340 670 …	1,4 2,8 5,6 11 22 45 90 180 360 710 …	1,5 3,0 6,0 11,5 24 48 95 190 380 750 …	1,6 3.2 6,3 12 25 50 100 200 400 800 …	1,7 3.4 6,7 13 26 53 105 210 420 850 …	1,8 3,6 7,1 14 28 56 110 220 450 900 …	1,9 3,8 7,5 15 30 60 120 240 480 950 …

Практика заставляет составлять ряды предпочтительных значений параметров по разным законам. Рекомендуем сравнить предпочтительные значения фасок общего назначения и для резьб, стандартные перечни длин винтов, болтов, шплинтов, шпилек, заклепок (см. соответствующие таблицы в подразд. 7.3, 11.6, 12.2).