Установочной базой в этом случае служат базовые элементы приспособления, имитирующие ответную часть разъема или стыка.

Правило жесткой детали рекомендует, в первую очередь, устанавливать (базировать) наиболее жесткие детали, которые в дальнейшем могут служить установочной базой для менее жестких деталей. Это правило, превалирующее в общем машиностроении, широко используется и при сборке летательных аппаратов.

Выбор вида базы (точечная, линейчатая или в виде поверхности) существенно зависит от жесткости устанавливаемых деталей и силовых факторов, характерных для используемого метода соединения.

С точки зрения удобства выполнения сборочных работ, простоты сборочной оснастки, экономичности процесса сборки наиболее эффективным является использование точечных установочных баз. И если жесткость устанавливаемых деталей позволяет, то таким базам надо отдавать предпочтение. Например, при сборке тяжелых самолетов, конструкция которых содержит значительное количество жестких (монолитных) деталей, широко используется базирование по координатно-фиксирующим отверстиям, отверстиям стыковых болтов, точечным опорам.

При сборке пространственных конструкций из деталей небольшой жесткости применяют установочные базы линейчатого типа (рубильники и макетные элементы). Дистанцию между базами выбирают таким образом, чтобы деформации от усилий сборки не превосходили допустимых, а также из условий удобства выполнения соединений.

В некоторых случаях усилия сборки могут быть настолько велики, что линейчатых установочных баз оказывается недостаточно, и тогда применяют базы в виде поверхностей, например, при сборке сотовых панелей или соединении тонкостенных деталей из ПКМ приформовкой других деталей, поступающих на сборку в полуотформованном виде.

Вопросы для самоконтроля:

1. В чем заключается правило совмещения конструкторских и технологических баз?

2. Какими достоинствами и недостатками обладают приемы компенсации?

3. Что предписывает правило разъемов и стыков?

4. Что представляет собой правило жесткой детали?

5. От чего зависит выбор вида базы?

6. Использование каких баз, с точки зрения удобства выполнения сборочных работ, является наиболее эффективным?

7. Базы какого типа используют при сборке пространственных конструкций?

ЛЕКЦИЯ 8. Методы сборки и структура погрешностей

Точность сборочной единицы определяется величиной отклонения ее размера от теоретического контура. Допуск на отклонение от номинального размера задается конструктором в технических условиях. Технолог, проектирующий технологический процесс сборки, должен быть уверен в том, что при выбранном варианте погрешность изделия не превысит установленный допуск. С этой целью и выполняется расчет ожидаемой точности сборки.

Основными факторами, влияющими на точность сборочного процесса, являются:

- выбранный метод сборки;

- принятая схема увязки и переноса размеров;

- точность изготовления деталей, входящих в сборочную единицу, и сборочной оснастки.

Метод сборки определяет структуру и состав факторов, определяющих погрешность собираемого изделия.

Принятая схема увязки и переноса размеров характеризует влияние выбранных методов и средств обеспечения взаимозаменяемости на величину факторов методов сборки.

Точность изготовления деталей сборочной единицы является естественной характеристикой, влияющей, в большинстве случаев, на конечный размер изделия.

Метод сборки – основная характеристика сборочного процесса, так как именно он оказывает наибольшее влияние на два важнейших показателя:

- точность сборки;

- стоимость оснастки и сборочных работ.

Выбором соответствующего метода сборки можно компенсировать неточность входящих в состав изделия деталей, т.е. из неточно изготовленных деталей собрать весьма точную единицу.

Методы сборки

В зависимости от того что используется в качестве сборочной базы, различают две группы методов сборки – без приспособления и в приспособлении (рис. 8.1). Без приспособления собирают: по базовой детали, по сборочным отверстиям, по разметке. При сборке в приспособлениях название метода сборки определяется поверхностью деталей изделия, соприкасающихся с установочными базами приспособления. Если при сборке используются одновременно несколько методов, то название определяют по тому, от которого зависит, в конечном счете, точность аэродинамических обводов. Каждому методу сборки присущи свои факторы, определяющие точность сборки. Для нахождения структуры и состава этих факторов используют методы теории размерных цепей. Следуя этим методам, выбирают одно или несколько сечений изделия, по которым можно оценить отклонение действительного размера сборочной единицы от заданного (теоретического) контура. В том же сечении должны находиться детали сборочной единицы и элементы приспособления, влияющие на конечный размер изделия.

В сечении строится размерная цепь. Началом отсчета выбирают оси сборочной единицы. Размерная цепь ставит своей целью выявить влияние размеров деталей изделия и приспособления на окончательный размер сборочной единицы. Таким образом, размеры приспособления и деталей изделия являются составляющими звеньями, а размер сборочной единицы – замыкающим звеном. Исходя из размерной цепи, получают уравнение размерной цепи вида

, (8.1)

где  размер сборочной единицы (замыкающее звено);

 размер приспособления и деталей, входящих в схему размерной цепи;

n – количество составляющих звеньев.

Рис. 8.1. Методы сборки и способы базирования

Из уравнения размерной цепи вытекает уравнение погрешностей вида

, (8.2)

где  погрешность сборочной единицы;

 погрешности составляющих звеньев.

Погрешности составляющих звеньев и их состав как раз и являются факторами, определяющими погрешность собираемого изделия, и служат предметом анализа выбранного метода сборки, характеризуют его точностные возможности. Рассмотрим состав уравнений погрешностей, характерных для приведенных выше методов сборки.

Сборка без приспособления

Сборка по базовой детали

Характерным для данного метода является использование одной, наиболее жесткой детали в качестве базовой, на которую устанавливаются другие детали. Базами являются сопрягаемые поверхности. Характер сопряжения определяется выбранными посадками.

На рис. 8.2 изображен узел, в котором базовой деталью является вал 4. Общий размер собранного блока из шестерен 1, 3 и втулки 2, как видно из размерной цепи, равен сумме размеров деталей 1, 2, 3, то есть

, (8.3)

а значит, погрешность сборки блока будет равна:

.

Рис. 8.2. Сборка по базовой детали

Метод применяется в случаях, когда собираемые детали обладают большой собственной жесткостью, а точность размеров сопрягаемых поверхностей может быть обеспечена системой допусков и посадок.

Сборка по базовой детали применима лишь для незначительной части узлов летательных аппаратов: узлы шасси, пневмо- и гидроцилиндры, бустерные устройства, узлы системы управления, вооружения и т.п.

Сборка по сборочным отверстиям (СО)

Данный метод реализуется путем совмещения отверстий, расположенных в паре конструктивно связанных деталей, из которых одна используется в качестве основной (базовой). Таким образом, в качестве баз используются специальные отверстия, которые получили название сборочных. Сборочные отверстия в соединяемых деталях закоординированы относительно осей узла. Их изготовление осуществляется с помощью специальной оснастки шаблонов обрезки и кондукторов (ШОК).

В качестве примера на рис. 8.3 изображен плоский узел типа нервюры. Пояса 1 и стойки 2 базируются по СО на стенку 3 и фиксируются с помощью технологических болтов 4.

Если размерную цепь построить в сечении по АА, проходящем через сборочные отверстия, то уравнение размерной цепи будет иметь вид

, (8.4)

где и  размеры, характеризующие точность увязки положения сборочных отверстий в стенке (базовой детали) относительно осей сборочной единицы и для пояса (детали, входящей на контур) относительно наружного контура;

 характеризует точность базирования детали каркаса, определяется смещением осей отверстий в стенке и поясе за счет зазоров между технологическим болтом и этими отверстиями.

В гипотетическом случае, если представить, что отверстия расположены бесконечно близко друг к другу, то размер сборочной единицы определился бы, очевидно, формулой (8.4). В реальных же условиях, когда СО выполнены с какой-то дистанцией , в промежутках между отверстиями появится отклонение действительного контура D от номинального N на величину (рис. 8.3, в). Таким образом, для сечения, отстоящего от сборочных отверстий, в правой части формулы (8.4) добавится слагаемое . Оно, по существу, характеризует точность выполнения деталей, выходящих на контур (пояс в нашем случае) и зависит, к тому же, от густоты расположения сборочных отверстий.

Учитывая сказанное, уравнение погрешностей можно записать

, (8.5)

где  погрешность сборочной единицы;

 погрешность увязки СО стенки относительно осей узла;

 погрешность увязки СО в поясе относительно его наружного контура;

 погрешность базирования по сборочным отверстиям;

 погрешность изготовления детали, выходящей на контур (в нашем случае пояса) на участке между сборочными отверстиями.

Сборка по сборочным отверстиям не дает высокой точности ( =1,52 мм), так как погрешность увязки СО и величины весьма большие. Особенно сложно произвести увязку отверстий на криволинейных поверхностях. Поэтому данный метод нашел применение, в основном, для сборки плоских узлов.

Рис. 8.3. Сборка по сборочным отверстиям

Сборка по разметке

Согласно данному методу сборки на наибольшей по величине детали наносятся линии разметки, которые в дальнейшем принимаются за базу для установки других деталей.

Сборка осуществляется путем совмещения контура устанавливаемых деталей с линиями разметки.

На рис. 8.4 в качестве примера показан фрагмент стенки нервюры со стыковым узлом, установленным по разметке.

Уравнение размерной цепи, очевидно, запишется

,

а уравнение погрешностей соответственно

, (8.6)

где  погрешность установки стыкового узла 3 относительно оси ОУ;

 погрешность выполнения разметки 2;

 погрешность ширины линии разметки;

 погрешность базирования детали контура (стыкового узла) по разметке;

 погрешность изготовления детали, выходящей на контур.

Рис. 8.4. Сборка по разметке

Как и сборка по СО, сборка по разметке используется в случаях, не требующих высокой точности. Причиной тому служат весьма большие погрешности нанесения линий разметки и базирования деталей. В перспективе точность метода может быть повышена благодаря использованию современных средств нанесения разметки, а также телевизионных систем, увеличивающих изображение и позволяющих обеспечить точное базирование по линии.

Вопросы для самоконтроля:

1. Как определяется точность сборочной единицы?

2. Какие факторы влияют на точность сборочного процесса?

3. На какие группы различают методы сборки, в зависимости от того что используется в качестве сборочной базы?

4. Для сборки каких узлов наиболее удобна сборка по сборочным отверстиям?

5. Каким образом реализуется сборка по сборочным отверстиям?

6. Что представляет собой размерная цепь?

7. В чем заключается сборка по разметке?

ЛЕКЦИЯ 9. Методы сборки и структура погрешностей (продолжение)

Сборка в приспособлениях

При сборке в сборочном приспособлении координация деталей осуществляется по базовым элементам приспособления.

Конечный размер сборочной единицы образуется как результат переноса на нее размера сборочного приспособления.

Приспособление позволяет:

 правильно и быстро расположить детали в пространстве и зафиксировать их;

 придать заданную форму недостаточно жестким деталям;

 широко использовать при сборке принцип компенсации погрешностей изготовления деталей.

Сборка с базой на наружную поверхность обшивки

При сборке с базой на наружный контур базовыми элементами приспособления служат рубильники (рис. 9.1). Рабочая поверхность рубильников выполнена по теоретическому контуру наружной поверхности агрегата в заданных сечениях.

Сборка начинается с установки обшивки с базированием ее наружной поверхности по рубильникам. В дальнейшем устанавливаются детали каркаса с базой на внутренний контур обшивки и поджимаются к ней изнутри.

Определение факторов, влияющих на погрешность сборки, рассмотрим на примере кессона крыла (рис. 9.1).

На рабочий контур рубильника 1 устанавливается обшивка 2 и поджимается к нему. Стенка 4 имеет размер, меньший внутреннего контура обшивки и соединяется с ней посредством компенсаторов 3.

Из схемы размерной цепи (рис. 9.1) вытекает зависимость

,

где  размер сборочной единицы;

 размер приспособления;

 зазор между обшивкой 2 и рубильником 3, характеризующий погрешность базирования.

Уравнение погрешностей запишется: (9.1) То есть при данном методе сборки погрешность сборочной единицы зависит только от двух факторов: погрешности приспособления и погрешности базирования обшивки . Если предположить, что погрешность базирования величина небольшая, то фактически точность сборочной единицы определяется точностью приспособления.

Рис. 9.1. Сборка на наружный контур обшивки

Все остальные факторы (погрешности изготовления и базирования деталей конструкции) исключаются. Поэтому данный метод является самым точным.

В то же время ему присущи недостатки. Поскольку обшивка базируется на рубильники приспособления, то элементы внутреннего набора (каркаса) должны быть выполнены меньше внутреннего контура агрегата. Каркас в этом случае соединяется с обшивкой через компенсаторы, которые утяжеляют конструкцию и увеличивают трудоемкость сборки.

Приспособления (стапели) для сборки на наружную поверхность сложные и дорогие. Рубильники затеняют подход к местам соединения и затрудняют механизацию процессов сборки.

Поэтому данный метод используется, в основном, для сборки скоростных машин, к которым предъявляются жесткие требования по точности.

Сборка с базой на внутреннюю поверхность обшивки

Базовыми элементами приспособления при данном методе служат макетные элементы каркаса (макетные нервюры, макетные шпангоуты), выполненные по внутреннему контуру сборочной единицы (рис. 9.2).

Сборка начинается с базирования обшивки 2 внутренней поверхностью по макетным элементам 1, которые задают контур внутренней поверхности агрегата.

Затем между макетными элементами устанавливаются самолетные детали каркаса 3 с базой на внутреннюю поверхность обшивки.

Макетные элементы удаляются и на их место ставятся самолетные. При установке самолетных элементов каркаса, которые выполнены меньше внутреннего контура обшивки, используют различные типы компенсации (деталь 4 на рис. 9.3).

Из рассмотрения размерной цепи (рис. 9.3) следует уравнение

,

где  размер приспособления;

 зазор (характеризует точность базирования обшивки на макетный элемент);

 толщина обшивки.

Рис. 9.2. Сборка с базированием на внутренний контур обшивки.

Из уравнения размерной цепи вытекает уравнение погрешностей

, (9.2)

где  погрешность приспособления;

 погрешность базирования обшивки;

 погрешность изготовления обшивки.

По сравнению со сборкой на наружную поверхность обшивки (см. форм. 9.1), здесь добавляется  погрешность изготовления обшивки. В некоторых случаях эта величина может быть значительной.

После сборки с базой на наружную поверхность обшивки рассматриваемый метод является вторым по точности. В то же время у него значительно проще и дешевле приспособление.

Отсутствие рубильников позволяет широко применять средства механизации процесса сборки.

Сегодня это основной способ сборки крыла и фюзеляжа самолетов среднего и тяжелого классов.

К недостаткам следует отнести следующие факторы:

 компенсаторы утяжеляют вес и увеличивают трудоемкость сборки;

 возникают затруднения при сборке агрегатов с малой строительной высотой, так как внутри них сложно расположить макетные элементы;

 установка самолетных нервюр между макетными с поджатием к обшивке целесообразна при жесткой обшивке, ввиду чего метод нашел распространение именно в конструкциях с жестким продольным силовым набором или монолитными панелями.

Вопросы для самоконтроля:

1. Как осуществляется координация деталей при сборке в сборочном приспособлении?

2. Что служит базовыми элементами приспособления при сборке с базой на наружный контур?

3. В чем заключается сборка с базой на наружную поверхность обшивки?

4. Почему сборка с базой на наружную поверхность обшивки является самым точным методом?

5. Что служит базовыми элементами приспособления при сборке с базой на внутреннюю поверхность обшивки?

6. В чем заключается сборка с базой на внутреннюю поверхность обшивки?

7. Какие недостатки у сборки с базой на внутреннюю поверхность обшивки?

ЛЕКЦИЯ 10. Методы сборки и структура погрешностей (продолжение)

Сборка по координатно-фиксирующим отверстиям

Сборка с базой по координатно-фиксирующим отверстиям (КФО) заключается в установке деталей или узлов путем совмещения координатных отверстий собираемого объекта с координатными отверстиями в приспособлении.

Эти отверстия и в деталях (узлах), и в приспособлении заранее увязаны по отношению к осям собираемого агрегата. Фиксирующие отверстия делают  8 мм по 7-му квалитету. Расстояние между отверстиями выполняют с допуском 0,08 мм независимо от дистанции между ними.

На рис. 10.1 показана панель 1, состоящая из обшивки, стрингеров и шпангоутов. В шпангоутах имеются КФО. Панель приходит в собранном состоянии. Для обеспечения ее правильного положения при соединении с другими панелями установка осуществляется путем совмещения отверстий КФО в шпангоутах панели с КФО в фиксаторах 2 приспособления. Фиксаторы закреплены на балке 3.

Рис. 10.1. Сборка по координатно- фиксирующим отверстиям

В КФО шпангоутов и фиксаторов вставляются штыри 4. Таким образом, базовыми приспособлениями являются фиксаторы с координатно-фиксирую-щими отверстиями.

Из рисунка 10.2 видно, что в зоне расположения КФО размер собираемого изделия определится соотношением:

, (10.1)

где  размер приспособления, характеризующий положение КФО относительно осей агрегата;

 зазор между координирующими отверстиями и штырем;

 размер, характеризующий положение отверстия и панели по отношению к ее внешнему контуру.

При удалении от места расположения КФО к размерной цепи может быть добавлено еще одно составляющее звено , величина которого определяется точностью изготовления панели на интервале между координатно-фиксирующими отверстиями. Таким образом, точность сборки по КФО будет характеризоваться уравнением

, (10.2)

где  погрешность изготовления приспособления;

 погрешность базирования при ее установке по КФО;

 погрешность увязки КФО в шпангоутах по отношению к наружному контуру панели;

 погрешность изготовления панели, отнесенная к расстоянию между КФО.

В уравнении (10.2) погрешность может иметь весьма большую величину, так как определяет по существу предшествующий этап сборки (в нашем случае панели 1).

Статистика показывает, что сборка по КФО один из наименее точных методов. В то же время он имеет ряд достоинств:

 приспособления получаются проще и дешевле, чем при других методах;

 рабочие зоны не затенены элементами приспособления, а значит, есть возможность механизации выполнения соединений.

Сборка по КФО нашла применение для конструкций с жестким поперечным силовым набором и получила развитие с появлением широкофюзеляжных самолетов.

Сборка с базой на каркас

Данному методу сборки характерно наличие двух этапов.

Вначале собирается каркас из деталей и узлов силового набора: лонжеронов, шпангоутов, нервюр, стрингеров.

На втором этапе на жесткий каркас устанавливают обшивку и прижимают ее рубильниками или прижимными ремнями.

Выполнение первого этапа, то есть сборка каркаса, может быть реализовано двумя путями:

 установка деталей каркаса с базой по рубильникам, при этом рабочая поверхность рубильников выполнена не по теоретическому контуру, а по внутреннему контуру обшивки;

 установка деталей каркаса с базой по координатно-фиксирующим отверстиям, то есть базовыми элементами приспособления будут служить фиксаторы с КФО.

На рис. 10.2 показана сборка каркаса с базой по рубильникам. К рубильникам 3 прижимаются усилиями N пояса 2 узлов каркаса (нервюр, шпангоутов). Затем эти пояса соединяются с другими деталями каркаса (в нашем случае со стенками 1). В результате образуется жесткая конструкция, на которую можно установить обшивку.

Размер каркаса можно определить по формуле

, (10.3)

где  размер приспособления;

 зазор между рубильником и деталями каркаса, характеризует погрешность базирования.

Погрешность каркаса будет определяться соотношением:

, (10.4)

где  погрешность изготовления приспособления;

 погрешность базирования деталей каркаса по рубильникам.

Рис. 10.2. Сборка на каркас с использованием рубильников Рис. 10.3. Сборка на каркас с использованием координатно-фиксирующих отверстий

На рис. 10.3 изображена сборка каркаса с базой по координатно-фиксирующим отверстиям. Детали каркаса 2, выходящие на внутренний контур обшивки, устанавливаются в сборочное положение с базой по КФО фиксаторов приспособления 3. Далее они соединяются с другими узлами и деталями, образуя жесткий каркас. Уравнение размерной цепи будет иметь вид: , (10.5) где  размер каркаса;  размер приспособления;  зазор между КФО в деталях каркаса и приспособления;  размер, характеризующий положение КФО детали по отношению к ее контуру. Первую часть уравнения (10.5) следует дополнить величиной , характеризующей неточность изготовления деталей каркаса, входящих в контакт с обшивкой.

Уравнение, определяющее погрешность сборки каркаса по КФО, можно записать

, (10.6)

где  погрешность приспособления;

 погрешность базирования;

 погрешность увязки отверстий по отношению к контуру деталей каркаса;

 погрешность изготовления деталей каркаса, отнесенная к расстоянию между КФО.

На рис. 10.4 изображен второй этап сборки по каркасу, а именно, установка обшивки 3 на каркас 2, собранный одним из выше приведенных методов.

На размерной цепи следует

, (10.7)

где  размер собранного каркаса;

 зазор, образуемый при базировании обшивки на каркас;

 толщина обшивки.

Погрешность изделия, собранного с базированием на каркас, определится формулой

, (10.8)

где  погрешность изготовления каркаса;

 погрешность базирования обшивки на каркас;

 погрешность изготовления обшивки.

Если в уравнение (10.8) подставить значение погрешности каркаса , выраженное соотношениями (10.4), (10.6), то получим формулы для нахождения погрешности сборки на каркас в виде:

Рис. 10.4. Установка обшивки на каркас

 для случая, когда каркас собирается по рубильникам , (10.9)  при сборке каркаса по КФО (10.10) В правых частях формул (10.9), (10.10) большое число составляющих погрешностей , что определяет достаточно низкую точность сборки на каркас. При сборке каркаса с базированием по рубильникам приспособление получается сложным и дорогим.

Рубильники затеняют рабочую зону и затрудняют механизацию процессов сборки.

В то же время к достоинствам этого метода следует отнести то, что при нем конструкция агрегатов может быть выполнена без компенсаторов, утяжеляющих изделие. В ряде случаев сборка от каркаса обеспечивает более удобные подходы при соединении деталей между собой, что ведет к снижению трудоемкости.

Сборка с базой на каркас чаще всего применяется для конструкций с тонкой обшивкой и жестким силовым набором. Этот метод удобен для сборки агрегатов и узлов с малой строительной высотой (органы механизации, рули высоты и направления и т.п.).

Предварительный выбор метода сборки

От метода сборки в значительной степени зависит возможность обеспечения точности собираемого объекта, сложность оснастки и трудоемкость сборки. На основе опыта работы авиационных предприятий имеются укрупненные статистические данные, позволяющие сравнить различные методы сборки по основным показателям (табл. 10.1) и провести предварительный выбор метода сборки. Порядок может быть следующим.

1. По заданной в технических условиях точности на форму и размеры собираемого объекта выбирается несколько методов сборки, удовлетворяющих по точности. Можно ориентироваться на среднестатистические данные, приведенные в табл. 10.1.

Таблица 10.1

Метод базирования	Точность внешнего обвода	Себестоимость оснастки	Себестоимость сборки	Цикл сборки
По наружной поверхности обшивки	0,7	100%	100%	100%
По внутренней поверхности обшивки	1,5	60%	65%	90%
По каркасу	2,0	95%	115%	120%
По координатно-фик-сирующим отверстиям	2,5	45%	60%	85%

Из табл. 10.1 следует, что наибольшую точность обвода можно получить при базировании по внешней поверхности обшивки. Наименьшую точность дает сборка по каркасу и координатно-фиксирующим отверстиям.

2. Из методов, удовлетворяющих требованиям по точности, выбирают те, которые наиболее приемлемы с точки зрения конструктивных особенностей сборочной единицы. Например, сборка с базой по внешней и внутренней поверхности обшивки предполагает обязательное наличие компенсаторов.

При этом сборка на наружный контур целесообразна при тонкой обшивке, а сборка по внутренней поверхности – при жестком продольном наборе и поперечном, обладающем незначительной жесткостью.

По координатно-фиксирующим отверстиям собирают, обычно, конструкции, имеющие жесткие (монолитные) детали подкрепляющего набора.

Сборка с базой на каркас чаще всего применяется для конструкции с тонкой обшивкой, жестким силовым набором при незначительной строительной высоте и отсутствии конструктивных компенсаторов.

По сборочным отверстиям и разметке, как правило, собираются плоские элементы конструкции или устанавливаются детали, не влияющие на точность обводов агрегата. При этом предполагается наличие достаточно жесткой базовой детали.

3. Завершающим этапом по выбору метода базирования является оценка по технико-экономическим показателям. В табл. 10.1 приведено ориентировочное соотношение трудоемкости сборки и затраты на этапе подготовки производства условной сборочной единицы в зависимости от метода базирования. Технико-экономические показатели при сборке с базой на наружную поверхность обшивки приняты за 100%.

Из табл. 10.1 видно, что при базировании по КФО и внутренней поверхности обшивки требуется простая, менее трудоемкая и дешевая оснастка. Приспособления в этом случае имеют, как правило, меньшее количество балок, колонн и не имеют рубильников, необходимых в приспособлениях при базировании по внешней поверхности обшивки и поверхности каркаса. Наибольшую трудоемкость сборки дает метод с базированием на каркас, наименьшую – с базой по координатно-фиксирующим отверстиям и по внутренней поверхности обшивки. Показатели, приведенные в табл. 10.1, получены на основе обобщения статистических данных и дают ориентировочную оценку рассматриваемых методов сборки.

Для конкретного изделия соотношение трудоемкости сборки при различных вариантах базирования может существенно отличаться от статистических. Поэтому методика данного раздела может служить в качестве первого приближения для выбора метода сборки, который впоследствии может быть скорректирован в результате разработки конкретных вариантов – технологических процессов и оснастки.

На практике при сборке одного и того же изделия используют комбинацию нескольких методов базирования. При этом основным методом базирования считают тот, за счет которого формируется внешний обвод агрегата.

Вопросы для самоконтроля:

1. В чем заключается сборка по координатно-фиксирующим отверстиям?

2. Какими достоинствами обладает сборка по КФО?

3. Из каких этапов состоит сборка с базой на каркас?

4. Что можно отнести к достоинствам сборки базой на каркас?

5. По каким показателям можно сравнить методы сборки?

6. В каких конструкциях чаще всего применяется сборка с базой на каркас?

7. какой процесс является завершающим этапом по выбору метода базирования?

ЛЕКЦИЯ 11. Методы увязки деталей, сборочных единиц ЛА, элементов технологической оснастки и сборочных приспособлений. Их эволюция

Многие технологические процессы в самолетостроении основаны на необходимости задания, переноса и воспроизведения геометрической информации о формах и размерах деталей, узлов и агрегатов конструкции планера самолёта в дальнейшем сборочных единиц (СЕ). Весь комплекс этих процессов определяется понятием «формообразования изделия». При этом под формообразованием понимается не только собственно воспроизведение форм и размеров отдельных деталей и сборочных единиц, но и их взаимное расположение в пространстве с обеспечением заданных взаимосвязей, то есть задание структуры изделия.

В процессе формообразования изделия решаются две основные задачи: увязка геометрических параметров изделия и обеспечение взаимозаменяемости в процессе его производства и эксплуатации. Под увязкой понимается взаимное согласование форм и размеров элементов конструкции при заданных условиях их взаимного расположения и сопряжения. Обеспечение взаимозаменяемости подразумевает создание производственных условий воспроизведения форм и размеров элементов конструкции на всех этапах изготовления изделия при сохранении заданных условии их сопряжения между собой без выполнения подгоночных или доводочных работ.

В связи с этим определяющую роль в процессе формообразования играет принятый на данном предприятии метод задания, переноса и воспроизведения форм и размеров элементов конструкции планера самолёта, т.е. метод увязки деталей СЕ оснастки и элементов сборочных приспособлений.

На сегодняшний день в практике самолётостроения существуют следующие методы увязки изделия: чертёжно-инструментальный; чертёжно-шаблонный; чертёжно-макетный; плазово-инструментальный; плазово-шаблонный; плазово-макетный; эталонно-инструментальный; эталонно-шаблонный; эталонно-макетный; программно-инструментальный; программно-шаблонный; программно-макетный. Наиболее широкое применение на авиационных предприятиях получили плазовошаблонный и эталонно-шаблонный метод увязки.

При всём разнообразии методов их можно укрупнено подразделить на три основные группы: независимый метод, связанный или зависимый метод и комбинированный – сочетающий возможности первых двух. Эволюция процессов формообразования в самолётостроении развивалась таким образом, что на заре авиастроения в России использовался независимый метод, принципиальная схема которого приведена на рис. 11.1, а. При независимом методе этапы переноса форм и размеров для образования конечных сопрягаемых размеров А и Б осуществляются независимо и параллельно, используя единый источник информации – чертёж и единый носитель информации – эталон метра и принятую систему задания допусков и посадок. Поле погрешности увязки размеров А и Б при такой схеме запишется в виде:

, (11.1)

где _i, _j – поля погрешности i-того и j-того этапов переноса размеров, 1<i<n; 1<j<m, где n и m – количество индивидуальных этапов переноса размеров А и Б соответственно;

_АБ – поле погрешностей увязки размеров А и Б.

Независимый метод позволит значительно сократить сроки и мате-риальные издержки производства за счёт использования универальных средств изготовления и контроля и распараллеливания работ. Однако, при возрастании габаритных размеров, повышении сложности форм и струк-туры изделия погрешности переноса информации увеличивались, что при одновремен-ном возрастании требований к точности воспроизведения форм и размеров изделия привело к необходимости выбора иного метода формообразования – связанного.

Схема увязки сопрягаемых размеров А и Б по связанному методу приведена на рис. 11.1, б. Сущность его состоит в том, что перенос информации о формах и размерах изделия производится непосредственным копированием от одного источника информации к другому, создавая таким образом связанные этапы переноса информации. При переносе информации существует Р общих для двух размеров этапов и q и r раздельных.

Поля производственных погрешностей одного из размеров и увязки двух размеров между собой могут быть описаны следующими уравнения-ми:

, (11.2)

, (11.3)

, (11.4)

где _А, _Б – поля производственных погрешностей размеров А и Б соответственно;

_АБ – поле производственной погрешности увязки размеров А и Б;

_k, _e, _t – поля производственных погрешностей общего k и индивидуальных e и t этапов.

Как видно из этих уравнений, на точность увязки сопрягаемых размеров А и Б не влияет погрешность общих этапов переноса форм и размеров. Поэтому этапы, дающие большие погрешности переноса информации в каждой из индивидуальных ветвей, нужно перенести в общие для обоих размеров этапы.

Зависимые методы увязки, к которым относятся плазово-шаблонный, эталонно-шаблонный и другие имеют ряд недостатков:

а) длительные циклы изготовления оснастки из-за высокой трудоёмкости и невозможности ведения параллельных работ (предыдущая оснастка служит источником для изготовления последующей);

б) точность увязки и изготовления оснастки и деталей СЕ зависит от всей цепочки переноса форм и размеров, и, соответственно, погрешности, накапливаясь, достигают значительных величин;

в) отсутствие возможности широкого применения средств автоматизации технологических процессов, подготовки и переработки исходной информации, получения первоисточников увязки и изготовления технологической и сборочной оснастки и ряд других недостатков.

Математическая модель изделия

Рис. 11.1. Эволюция методов формообразования в самолётостроении: а) независимый метод; б) связанный метод; в) расчётно-плазовый метод; г) бесплазовый метод.

Вместе с тем, с переходом на независимый метод изготовления деталей и сборки СЕ, возникает ряд проблем, от которых зависит успешное внедрение данного метода. К этим проблемам можно отнести, прежде всего, следующие:

а) создание широкомасштабного и широко развитого гибкого аппарата математического моделирования поверхностей ЛА, с помощью которого имелась бы возможность производить все необходимые расчёты на этапе проектирования ЛА, подготовки его производства, включая всё технологическое сопровождение от проектирования всей цепи технологических процессов до их реализаций и контроля;

б) создание программы для проектирования и воспроизводства объектов (конструкторских и технологических) любой сложности;

в) разработка высокоавтоматизированных систем для создания и реализации этих программ;

г) создание нормативной базы для внедрения математического моделирования, включающей такие стандарты как ISO 10303 и другие.

д) внедрение высокопроизводительного оборудования с ЧПУ на всех этапах производства ЛА – механическое, заготовительно-штамповочное, агрегатно-сборочное производства, а также в специфически сложных производствах – химфрезерование, химтравление, покраска, сварка и ряд других, что связано с большими капиталовложениями в отрасль авиастроения в целом, и на предприятия отрасли в частности.

В настоящее время появились методы, позволяющие описывать подавляющее большинство различных вариантов аэродинамических поверхностей: фюзеляжа, гондолы двигателя, нелинейчатых и линейчатых крыльев, каналовые разветвляющиеся и неразветвляющиеся поверхности – в значительной степени автоматизировать процессы конструирования поверхностей.

Таким образом, развитие современных технических средств автоматизации производства и компьютерных технологий позволило вновь вернуться к использованию независимого метода формообразования, но на принципиально новом уровне (рис. 11.1, г). Сущность этого метода состоит в том, что первоисточником геометрической информации о формах и размерах изделия служит его полная твердотельная математическая модель. Создание математической модели изделия производится в процессе конструкторско-технологического проектирования изделия, что позволяет задачи объёмной увязки элементов изделия осуществить непосредственно на стадии проектирования. Обеспечение взаимозаменяемости элементов изделия в условиях серийного производства производится на основе независимого переноса информации о форме и размерах изделия на всех этапах путём использования математического описания, технических средств автоматизации и программных систем обработки информации.

Увязка размеров и форм деталей СЕ, технологической оснастки и сборочных приспособлений производится с помощью их математического моделирования и называется методом увязки математическим моделированием (МУММ). В технической литературе он имеет разные названия, например, бесплазовый метод увязки (БМУ), метод автоматизированного формообразования (МАФО) и др.

Основой МУММ является электронное описание объекта (деталь, СЕ и т.д.), под которым обычно принято понимать параметрическое представление конструкции изделия в виде плоской (двухмерной – 2D) или объёмной (трёхмерной – 3D) графики, выполненной в определённой программной среде с использованием ЭВМ и хранящейся в оперативной памяти или на магнитных носителях информации.

Сущность параметризации состоит в том, что деталь выполняется в компьютерной сборке как объект не с конкретно заданными габаритными размерами, а с взаимосвязанными параметрами, при изменении одного из которых происходит перестроение всей детали. Применение принципа параметризированной модели позволяет выполнять модифицирование огромных сборок объекта производства в течение нескольких часов и ограничивается только возможностями компьютерной техники. Такие возможности присущи только электронному описанию объекта и полностью исключаются при использовании традиционных методов.

При использовании компьютерных методов процесс моделирования ЛА начинается, как и при использовании традиционных методов, с создания математической модели поверхности или геометрической модели изделия.

Под геометрической моделью (ГМ) поверхности понимают совокупность математического описания поверхности данного типа и полного набора координат и геометрических характеристик элементов, однозначно определяющих принадлежность данной поверхности точке пространства. Геометрические модели могут быть представлены как в виде жёсткой неизменяемой модели, так и в параметризованном виде. В зависимости от выполняемых функций описание поверхности может быть представлено в виде каркасной или поверхностной модели либо в виде твёрдого тела. Как правило, на геометрической модели изделия наносится конструктивно-силовая схема (КСС), представляющая реальную разбивку осей шпангоутов, стрингеров и других силовых элементов планера.

На рис. 11.2 представлена математическая геометрическая модель кабины фюзеляжа вертолёта Ми-17.

В реальном производстве при МУММ вместо шаблонов, макетов и МЭ используется математически геометрическая электронная модель СЕ или теоретическая электронная модель (ТЭМ) СЕ. Это позволяет отказаться от дорогостоящих шаблонов, макетов, МЭ, слепков и пр. и перейти к изготовлению оснастки на оборудовании с ЧПУ. При этом циклы подготовки производства уменьшаются в 3-4 раза, при значительном увеличении параметров точности изготовления деталей и оснастки, а также точности выполнения сборочных работ.

Математическая геометрическая модель или ТЭМ СЕ служит основой для создания и разработки конструктивного электронного макета (КЭМ) ЛА, КЭМ сборочной единицы (КЭМ СЕ), КЭМ деталей СЕ, КЭМ сборочного приспособления (КЭМ СП) и т.д.

Рис. 11.2. Математическая геометрическая модель кабины фюзеляжа вертолёта Ми-17 (ТЧ или ТЭМ).

КЭМ – это электронное представление элемента конструкции, предназначенное для решения позиционных, топологических и других задач, возникающих при проектировании и производстве ЛА. КЭМ является носителем геометрических параметров деталей СЕ и определяет их взаимное расположение между собой в сборке и привязку к базовым осям и плоскостям ЛА (рис. 11.3).

Реализация метода увязки математического моделирования в полном объёме позволит значительно повысить эффективность производства по сравнению со связанным методом. Однако внедрение МУММ в производство на серийном предприятии в современных условиях сдерживается рядом факторов:

• отсутствием полной твердотельной модели изделия, включая детали и элементы коммуникаций, полностью увязанной и организованной в единой системе управления проектом;

• низкой степенью автоматизации основных производственных процессов, прежде всего заготовительно-штамповочных и сборочных из-за отсутствия эффективного автоматизированного технологического оборудования с программным управлением;

• сложностью формализации ряда технологических процессов, особенно сборочных, из-за наличия большого количества неоднозначных и неопределённых параметров, требующих развитых систем искусственного интеллекта с одной стороны, и, с другой стороны, подготовки всей структуры производства на унифицированной и формализованной системе управления и др.

Рис. 11.3. Конструктивный электронный макет (КЭМ) кабины фюзеляжа вертолёта

Ми-17.

Невозможность в полном объёме реализации независимого метода формообразования приводит к необходимости выбора эволюционного подхода к его внедрению на предприятии. Такой подход называют расчётно-плазовым методом. Сущность расчётно-плазового метода (РПМ) состоит в том, что на предприятии параллельно используются независимый и связанный методы формообразования с постепенным вытеснением связанного метода из производства (рис. 11.1, в).

На начальном этапе эволюции такого комбинированного метода создаётся математическая модель поверхности агрегата – аналог теоретического плаза. На его основе создаётся конструктивный плаз, но выполненный на машинном носителе – конструктивный плаз компьютерный (КПК). КПК на начальном этапе внедрения РПМ в полном объёме используются по традиционной технологии увязки и обеспечения взаимозаменяемости, то есть служит для плоской увязки конструктивных элементов агрегата планера самолёта, изготовления основных и производственных шаблонов.

По мере развития программно-технических средств и опыта использования современных компьютерных технологий появилась возможность разработки полной твердотельной математической модели конструкции СЕ. На сегодняшний день в КБ и на авиационных предприятиях для твердотельного моделирования изделия используется система Unigraphics компании Unigraphics Solutions. Наличие развитых средств автоматизации позволяет сформировать систему компьютерных источников информации верхнего уровня, носящих название «электронный макет»: теоретический электронный макет агрегата, электронный макет конструкции агрегата, технологический электронный макет конструкции.

Теоретический электронный макет деталей, СЕ (ТЭМ) создаётся при этом на основе теоретических (конструкторских) чертежей или математических моделей поверхностей агрегатов, а так же на основе конструктивно-силовых схем, схем разбивки стрингеров, раскроя обшивок, кинематических схем и содержит информацию о поверхности изделия (теоретические поверхности внешних обводов, практические поверхности люков, облицовок, ниш шасси и так далее); об обрезах обшивок, элементах кинематической схемы. ТЭМ СЕ используется при разработке электронного макета конструкции СЕ, конструктивного плаза компьютерного, а также для непосредственного независимого переноса информации при проектировании обводообразующих элементов агрегатно-сборочной оснастки, макетной и рабочей оснастки, при подготовке управляющих программ для станков с ЧПУ на изготовление обводообразующих деталей планера.

Задача увязки сопрягаемых элементов планера полностью решается на этапе создания КЭМ. КЭМ используется для подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ при изготовлении монолитных деталей конструкции СЕ, при проектировании элементов оснастки для изготовления деталей и сборки СЕ.

В этих условиях КПК сечений агрегата играют вспомогательную роль и могут быть использованы в качестве справочной информации (если были созданы ранее в качестве первоисточника) или при переносе информации о формах и размерах на шаблонную и технологическую оснастку для тех агрегатов, для которых КЭМ по каким-либо причинам не создан.

Таким образом, в условиях РПМ параллельно используется два метода формообразования – связанный и независимый. Как видно из схемы переноса информации (рис.11.1, в), погрешность увязки сопрягаемых размеров А и Б для ветви переноса информации по независимому методу подсчитывается по формуле (11.1), а погрешность увязки сопрягаемых размеров В и Г по связанному методу по формуле (11.2). Однако, в случае увязки размеров Б и В, перенос которых осуществляется комбинированным методом, подсчёт результирующей погрешности усложняется. Преимущество связанного метода формообразования, когда погрешность общих этапов переноса информации о форме и размерах не влияла на погрешность увязки, в такой ситуации теряет смысл. На погрешность увязки влияет вся цепочка переноса информации. При этом погрешности каждого этапа при переносе информации путём непосредственного копирования, характерные для связанного метода, значительно превышают погрешности этапов переноса информации при использовании современных компьютерных технологий, например, для деталей, обработанных на станке с ЧПУ. Так, например, простой прикидочный анализ для сопрягаемой пары деталей - пояс и стенка нервюры, показал расхождение в 70 % (погрешность независимого метода – 1,0 мм, погрешность связанного метода – 1,7 мм).

В таких условиях естественно стремление к максимальному сокращению цепи передачи информации, получаемой с использованием связанного метода формообразования. При переносе информации на базирующие элементы сборочной оснастки при независимом методе формообразования в качестве источника информации служит теоретический электронный макет агрегата, а в случае необходимости электронный макет конструкции СЕ.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие методы увязки существуют в самолетостроении?

2. Сущность зависимого метода увязки форм и размеров.

3. В чем заключается разница между зависимым (связанным) и независимым методами увязки?

4. Напишите уравнения вязки сопрягаемых размеров по связанному методу увязки.

5. Какие задачи необходимо решить для внедрения в производство независимого метода увязки?

6. Какие основные преимущества независимого метода увязки?

7. Почему на сегодняшний день существует комбинированный метод увязки и каковы его особенности?

8. Что лежит в основе метода увязки математическим моделированием (МУММ)? Что такое ТЭМ и КЭМ? Какова сущность параметризации при МУММ?

ЛЕКЦИЯ 12. Плазово-шаблонный метод увязки

Благодаря плазово-шаблонному методу в начале 60-х годов двадцатого века открылась широкая возможность параллельного и независимого ведения технологических процессов изготовления деталей и сборки. Суть метода состоит в следующем. Изображаются обводы на так называемом безразмерном чертеже-плазе. Плазом называется поверхность, специально подготовленная для вычерчивания на ней в натуральную величину теоретических контуров или конструкции агрегатов самолёта. Сетка контуров образует при её воспроизводстве поверхность или теоретические формы агрегата.

В зависимости от назначения плазы делятся на теоретические (ТП) и конструктивные (КП). Теоретическим называется плаз, на котором нанесены координатные и конструктивные оси, а также выполнен теоретический чертёж данного агрегата или узла самолёта. Теоретический плаз служит для увязки теоретических контуров агрегатов и мест их стыковки, а также для изготовления и проверки шаблонов.

Конструктивным называется плаз, на котором нанесены координатные, конструктивные оси, теоретический контур узла и произведена конструктивная увязка узла или детали. Конструктивный плаз служит для геометрической и конструктивной увязки всех входящих в узел деталей. Такой плаз содержит дополнительные сечения агрегата, разметку технологических отверстий (сборочных, направляющих) и другую технологическую информацию. Для взаимной увязки деталей, узлов и агрегатов при построении плазов применяют пространственную прямоугольную систему координат. Плазовая увязка теоретических контуров, вычерчивание конструкции самолёта, взаимная увязка его агрегатов осуществляются в натуральную величину с помощью геометрических построений. В плазовых работах используются координатографы (в том числе с программным управлением) – стационарные устройства, позволяющие вычерчивать различные контуры сечений агрегатов.

По конструктивным чертежам и плазовым разбивкам изготавливают шаблоны. Шаблоны являются физическими носителями размеров, с помощью которых осуществляется конструктивная, геометрическая и технологическая увязка деталей, входящих в тот или иной узел. В большинстве случаев они выполняют функции оснастки, в частности, кондукторов, увязанных с обводом или контуром детали.

Применение плазово-шаблонного метода позволило резко сократить не только затраты времени на разработку чертежей, так как основная масса их была заменена шаблонами, но и циклы подготовки и основного производства.

Фотоконтактный метод изготовления и дублирования шаблонов, позволил в комплексе с инструментальным стендом и плаз-кондуктором ввести в сборочную оснастку рубильники и ложементы-элементы, способствующие получению точных обводов агрегатов.

В процессе создания плазов и в результате плазовой увязки уточняются чертежи деталей, узлов, агрегатов и в целом всего самолёта. С введением в ходе производства дополнительных конструкторско-технологических или эксплуатационных требований проводятся необходимые уточнения на плазах.

Процесс внесения изменений и уточнений конструкции на плазах во многом определяет увязку оснастки и технологии изготовления деталей и агрегатов. Своевременное осуществление этого процесса позволяет ускорить отработку конструкции и технологии.

По завершении увязки плазов производится изготовление шаблонов для деталей и всех видов приспособлений. В свою очередь для обеспечения увязки шаблонов последние должны изготавливаться комплектами, в пределах установленных допусков.

При изготовлении и контроле комплекта шаблонов технологическая увязка производится по следующим параметрам: контуру, конструктивным осям, установочным линиям, отверстиям. Комплекты шаблонов разделяются на следующие виды:

- комплект контрольно-контурных шаблонов (ШКК) на агрегат;

- комплект контрольных отпечатков на узел или агрегат;

- комплект стапельных шаблонов на узел или агрегат;

- детальный комплект шаблонов;

- узловой комплект шаблонов;

Узловой комплект представляет собой группу шаблонов, включающую шаблоны на все детали, входящие в данный узел. Узловой комплект объединяет несколько детальных комплектов шаблонов.

На рис. 12.1 показан комплекс технических средств, с помощью которого последовательно осуществляется увязка размеров деталей сборочной единицы (СЕ), базовых поверхностей рабочих элементов сборочных приспособлений и размеров гибочной оснастки. В состав комплекса входят столы 1, 2 и координатографы 7 для вычерчивания ТП и КП, фотокопировальное оборудование 3 для дублирования шаблонов, плаз-кондуктор 5 для увязки плазов и шаблонов, для изготовления и увязки сборочных приспособлений (рубильники, ложементы, мастер-плиты, стапельные плиты и др.), инструментальный стенд 6 для монтажа сборочной, контрольной и макетно-эталонной оснастки, а также лазерные оптические измерительные системы и оборудование ЛОИСО.

Весь этот комплекс характерен единой координатной системой, позволяющей обеспечить связь контуров тех или иных сечений обводов агрегатов со строительными осями как на плоскости, так и в пространстве при переходе от плоских сечений к воспроизводству отдельных участков или всей поверхности обводов.

Создание и внедрение плаз-кондукторов и инструментального стенда позволило с точностью до 0,1-0,2 мм определить любую, необходимую для фиксации в пределах рабочего пространства, точку. Благодаря разработке и осуществлению фотоконтактного способа дублирования точность изготовления шаблонов повысилась, пределы отклонения от плаза составили 0,1-0,4 мм.

Для обеспечения требуемой точности монтажа в приспособлении базовых фиксирующих и зажимных элементов при плазово-шаблонном методе увязки применяются инструментальные стенды.

Инструментальный стенд (рис. 12.2) служит для точной установки в приспособлении фиксирующих и зажимных элементов и удержания их в заданном положении во время заливки заполнителя в компенсирующие зазоры между фиксирующими и установочными элементами. Необходимое положение фиксирующих элементов определяется в инструментальном стенде посредством координатных линеек. Пространственные сборочные приспособления могут быть смонтированы в них с точностью до 0,1 мм.

Инструментальные стенды, отличающиеся надежностью в эксплуатации, позволяют решить основные технологические задачи по обеспечению высокой точности монтажа и увязки сборочных приспособлений. Кроме того, применение инструментальных стендов сокращает трудоемкость монтажа приспособлений и общий цикл подготовки производства.

На рис. 12.2 приведена конструктивная схема инструментального стенда. Основание 1 представляет собой литую чугунную станину с параллельными направляющими. По направляющим перемещается стол 2, на котором устанавливаются каркасы монтируемых приспособлений. По бокам станины установлены две литые чугунные стойки 5 и 6. стол может перемещаться электродвигателем со скоростью 2,5 м/мин или вручную.

Система координатных линеек инструментального стенда состоит из двух продольных линеек 3, 4, укрепленных на боковых плоскостях стола и передвигающихся вместе с ним, двух поперечных линеек 9, 10 и передвигающихся вдоль вертикальных линеек 6, 7. Поперечные координатные линейки уравновешиваются противовесами, помещенными во внутренней полости стоек, и закрепляются на требуемой высоте болтами, скользящими в Т-образных пазах вертикальных линеек. Такие же пазы имеются и в других координатных линейках стенда вдоль всех координатных линеек с шагом 50±0,1 мм расточены и занумерованы калиброванные отверстия, в которые установлены закаленные шлифованные втулки с внутренним диаметром 12 мм. При помощи этих отверстий можно установить линейки на любой размер, численное значение которого должно быть кратным 50.

Размеры между калиброванными отверстиями на координатных линейках в пределах 50 мм определяются при помощи универсальных микрометрических или специальных дистанционных калибров.

Для увязки положений осей крепежных отверстий фиксирующих зажимных элементов и базовых элементов СП при плазово-шаблонном методе с их рабочим контуром применяют плаз-кондукторы (рис. 12.3).

14

15

7

5

13

12

11

10

0

Рис. 12.2. Инструментальный стенд: 1 – основание; 2 – передвижной стол с продольными линейками; 3, 4 – продольные линейки (0Хис); 5, 6 – стойки; 6, 7 – вертикальные линейки (0Zис); 8 – монтируемые рубильники; 9, 10 – поперечные линейки (0Уис); 10 – элемент каркаса СП; 11 – монтаж стакана СП; 12, 13, 14, 15 – монтажные вилки.

На основе базовых отверстий представилась возможность производить увязку шаблонов посредством совмещения их в пакет и выдерживать допуски в пределах 0,1-0,2 мм. При взаимной координации шаблонов по базовым отверстиям (БО) поле допусков уменьшилась ступенчатостью сечений при совмещении их по обводам. Одновременно была решена проблема изготовления разборных плазов и тем самым проблема сокращения площади, необходимой для их размещения.

Исследования и анализ конструктивных особенностей СЕ являются основой разработки технологических процессов. Принципиальное значение имеет выбор баз. При выборе баз сборки СЕ летательных аппаратов, в первую очередь, необходимо исходить из требований точности аэродинамических обводов, имея в виду те элементы конструкций, поверхности которых следует обеспечить с наибольшей точностью изготовления и увязки с процессом сборки. Необходимо учитывать условия эксплуатационной и производственной взаимозаменяемости и соблюдать при этом единство конструкторских и технологических баз.

Решение задачи выбора базы сборки является самым ответственным при проектировании технологического процесса сборки, когда сразу же определяются элементы, подлежащие фиксации, выявляется необходимая оснастка, выявляются технические условия на проектирование приспособлений, инструмента и т.п.

Отверстия для фиксации при сборке повышенной точности свер­лят в готовых деталях после штамповки и доводочных операции. При исключении шпилечных отверстий, указанных в чертежах для фиксации в штампах развертки детали, конструктор по требованию технолога вносит в чертеж дополнительные отверстия, специально v приспособленные к фиксации заготовки на шпильках.

Допускаются отклонения расположения отверстий от размеров чертежа и штампа в следующих пределах: для сборочных отверстий до 0,2 мм для шпилечных, направляющих до 0,5 мм. При сборке агрегатов фюзеляжа после установки в СП шпангоутов с фиксацией их по шпилечным отверстиям крепятся стрингеры, предварительно выравниваемые по обводу при помощи шаблонов сечения.

Плаз-кондуктор представляет собой горизонтальный стол с жестко закрепленными продольными координатными линейками 1, 2, имеющими отверстия, расстояния между центрами которых равны 50 мм. На столе могут свободно перемещаться также поперечные координатные линейки 3, 4, 5, 6 с отверстиями, размещенными с шагом 50 мм.

Передвигая поперечные линейки вдоль стола, можно совместить центр одного из ее отверстий с любой точкой на плоскости стола, численное значение координат которой кратно 50. таким образом, плаз-кондуктор представляет собой систему прямоугольных координат. Рядом с плаз-кондуктором располагают один-два сверлильных станка.

2

Рис. 12.3. Схема плаз-кондуктора: 1, 2 – продольные координатные линейки;

3, 4, 5 - поперечные координатные линейки; 7 – инструмент (сверло) сверлильного

станка.

Положение силовых стрингеров также контролируется контурными шаблонами. Точность каркаса определяет плотность прилегания обшивки и плавность обводов.

На рис. 12.4 показана структура плазово-шаблонного метода увязки.

Рис. 12.4. Структура плазово-шаблонного метода увязки: ГК – главный конструктор;

КД – конструкторская документация; К-ф – координатограф; ФКО – фотокопировальное оборудование; ТП – теоретический плаз; КП – конструктивный плаз; РО – раскройное оборудование; ПК – плаз-кондуктор; ИС – инструментальный стенд; ЛОИСО – лазерное оптическо-измерительное оборудование.

Технологический процесс сборки агрегатов летательных аппаратов отличается определенной спецификой. Сущность ее состоит в особенностях деталей СЕ, которые в основном изготавливаются из листового материала и профилей. Большая часть этих деталей не обладает достаточной жесткостью, вследствие чего форма, полученная ими при изготовлении, видоизменяется под действием собственной массы. Поэтому возникает необходимость восстанавливать первоначальную форму деталей, убедившись в их соответствии с заданной геометрии при фиксации в оснастке до начала процесса сборки узлов и соединения последних в агрегаты.

Многочисленная группа контрольно-производственной оснастки, определяемая, главным образом, шаблонами, является основой для образования форм и размеров частей летательных аппаратов по плазово-шаблонному методу (рис. 12.5). Номенклатура шаблонов зависит от особенностей форм деталей и технологических процессов их изготовления. Из наиболее распространенных деталей в конструкциях летательных аппаратов можно выделить три основных типа:

• плоские, изготавливаемые из листового материала гибкой без значительных деформаций с бортами: нервюры, шпангоуты, диафрагмы и др.;

• пространственные сложной конфигурации, изготавливаемые из листового материала штамповкой, вытяжкой со значительными деформациями (обшивки, окантовки, люки, обтекатели и т. д.;

• профильные, изготавливаемые из профилей различных сечений.

Для формообразования деталей первого типа применяют плоскую оснастку типа формблоков. Раскрой заготовки, сверление отверстий – инструментальных, шпилечных, сборочных, направляющих выполняют по шаблонам развертки дета­лей (ШРД). Формблоки изготавливают при помощи шаблонов внутреннего кон­тура (ШВК). Взаимную увязку шаблонов ШРД и ШВК производят посредством шаблона контура ШК. При изготовлении деталей второго типа применяют пространственную оснастку типа обтяжных пуансонов, штампов, оправок и т. д. Заготовку вырезают по шаблону заготовки (ШЗ); обрезку припуска по контуру и сверление отверстий выполняют при помощи шаблона ШОК. Технологическую оснастку, применяемую при изготовлении такого рода деталей, изготавливают по шаблонам контуров сечений (ШКС). Гибку деталей третьего типа производят на различного рода профилегибочных станках, штампах при помощи всевозмож­ных оправок. Контуры обрабатывают и контролируют по шаблонам гибки (ШГ). Большую группу шаблонов составляют стапельные или шаблоны приспо­соблений (ШП) для изготовления приспособлений и ШК для изготовления ма­стер-плит разъемов агрегатов.

Взаимная увязка шаблонов ШК, ШВК, ШРД, ШКС и ШОК для плоских и профильных деталей, относящихся к каждому данному сечению агрегата, обеспечивается их изготовлением по единому исходному контрольно-контурному плазу. Взаимную увязку шаблонов ШКС, предназначенных для изготовления технологической оснастки для деталей сложной пространственной конфигурации, производят по теоретическим плазам, ШКК и конструктивным плазам. Увязку стапельных шаблонов производят по теоретическим плазам или ШКК.

Можно установить три группы увязки:

• теоретические и конструктивные плазы, ШКК, являющиеся главными источ­никами увязки;

• шаблоны ШВК. ШКС, ШГ, ШП, ШК,

• мастер-плиты разъемов — оснастка переноса формы и размеров от главных источников увязки на заготовительно-сборочную оснастку;

• шаблоны ШРД, ШЗ, ШГ, ШОК используемые для изготовления деталей и заготовок.

Рис. 12.5. Схема образованиея форм и размеров деталей СЕ и увязки при

плазово-шаблонном методе.

Особо важное значение имеет увязка деталей, составляющих внешние обво­ды или оказывающих влияние на их образование.

Методы взаимной увязки оснастки не следует отделять от методов сборки. Установлено, что определенному уровню проектирования летательных аппаратов соответствует определенный уровень технологии изготовления, метод сборки и соответствующие варианты взаимной увязки оснастки. Более высокий уровень проектирования повышает уровень технологии сборки и увязки оснастки. Вместе с тем возросший уровень технологии содействует созданию более совершенных конструкций. Достижение необходимой увязки процессов механической обработ­ки, заготовительно-штамповочных с агрегатно-сборочными процессами обеспечивается на первом этапе подготовки производства конструктивно-технологической проработкой технической документации в процессе выпуска чертежей и запуска самолетов в производство. Далее разрабатываются схемы увязки оснастки по основным конструктивно-технологических и эксплуатационным разъемам и обводам, а также определяется необходимый комплект рабочей и контрольной оснастки. Определяющим началом этих разработок является характеристика точности обводов агрегатов. Этот фактор лежит в основе главных принципов сборки: с базой «поверхность каркаса» и с базой «внешняя поверхность обшивки».

Вопросы для самоподготовки:

1. В чем различие между теоретическим плазом (ТП) и конструктивным плазом (КП)?

2. Что такое шаблоны, способы их изготовления и какие виды шаблонов существуют?

3. Какова последовательность и структура взаимодействия технических средств для обеспечения плазово-шаблонного метода увязки?

4. Какова последовательность монтажа базовых элементов сборочного приспособления в инструментальном стенде?

5. Из каких основных элементов состоит плаз-кондуктор?

6. Какова специфика технологических процессов сборки СЕ при плазово-шаблонном методе увязки?

7. Как обеспечивается увязка шаблонов ШК, ШВК, ШРД, ШКС и ШОК?

ЛЕКЦИЯ 13. Эталонно-шаблонный метод увязки

Качественные изменения в конструкции летательных аппаратов в конце 60х годов прошлого века и прежде всего дополнительное членение агрегатов на панели положили начало созданию и внедрению метода технологического процесса сборки с базой «внешняя поверхность обшивки». Применение этого метода сборки стало возможно благодаря принципиальному совершенствованию плазово-шаблонного метода.

Жесткими носителями размеров и форм, применяемыми для изготовления технологической оснастки, в том числе таких важных ее элементов, как рубиль­ников, и являются шаблоны. Для обеспечения геометрической и технологической увязки шаблоны должны изготовляться комплектно. Увязкой шаблонов и изго­тавливаемой с их помощью всех видов оснастки достигается взаимозаменяемость деталей, узлов и агрегатов. В свою очередь, для обеспечения качественной увяз­ки оснастки необходимо, чтобы комплекты шаблонов соответствовали конструк­тивным сечениям, выложенным на теоретическом плазе, и были связаны между собой с помощью базовых отверстий. Метод сборки с базой «внешняя поверх­ность обшивки» не исключает на этапе сборки элементарных узлов, например простейшей формы панелей, использование сборочных отверстий для соединения стрингеров с обшивкой, если исходить из того, что дальнейший процесс сборки агрегата будет основан на базировании собранных панелей от внешней поверхности обшивки. Следовательно, возможно сочетание как процессов сборки с базой «поверхность каркаса» с применением СО, так и использование последних при сборке с базой «внешняя поверхность обшивки». Эталонно-шаблонный метод по существу является вариантом увязки, позволяющим вести процесс сборки с базой «внешняя поверхность обшивки».

Погрешность взаимного расположения отдельных шаблонов достигают значительной величины, что снижает точность обводов, особенно при производственном интерполировании – выравнивании поверхности объемной оснастки по отношению предварительно обработанным по шаблонам базовым сечениям. Визуальная оценка плавности полученных таким образом поверхностей является неизбежной, так как теоретический плаз и шаблоны определяют лишь контуры отдельных плоских сечений поверхности обводов.

На рис. 13.1 представлена принципиальная схема увязки и сборки агрегатов, основанная на применении эталона поверхности. Особенность указанного варианта состоит в том, что с помощью комплексного эталона поверхности появляется возможность рационального использования преимущества двух методов увязки плазово-шаблонного и эталонно-шаблонного, а также наиболее точного воссоздания геометрической формы агрегата относительно теоретических, плазовых обводов.

Оснастка, увязываемая по эталону – единому физическому носителю обвода, - уже обеспечивает осуществление указанного способа увязки и, если технологический процесс не соответствует возможностям оснащения, то главная причина заложена в конструкции. Для члененной конструкции эталонно-шаблонный метод и технология сборки с базой «внешняя поверхность обшивки» входят в соответствие. Противоречия между увязкой оснастки, изготовлением деталей, входящих в обвод, оснащением и технологией сборки исчезают. В производстве средних и тяжелых летательных аппаратов применение монтажных эталонов связано с рядом неудобств. Трудно обеспечить должную жесткость крупногабаритных эталонов, стремясь одновре­менно к небольшой массе их. Серьезные затруднения возникают из-за необхо­димости транспортировки их от одного сборочного приспособления к другому. Посредством инструментальных стендов плаз-кондукторов решают ту же задачу, что и с помощью монтажных эталонов.

Эталон поверхности является основой этого метода. Любой метод взаимной увязки оснастки оказывает значительное влияние не только на воспроизводство геометрической формы, но и на такие факто­ры, как трудоемкость и циклы изготовления деталей и сборки агрегатов, в том числе и затраты, связанные с качеством и сложностью оснастки.

Инструментальный стенд в сочетании с плаз-кондукторами (для сборочной оснастки и плазовых шаблонов) позволяет обеспечить достаточно высокую точность установки шаблонов отдельных сечений в пространстве и осуществить переход от плоских сечений контуров к пространственным обводам, по которым увязываются пуансоны (слепки) для изготовления обшивок и ложементы (рубильники) для сборочных стапелей. Решение задачи комплексной увязки изготовления деталей и сборки агрегатов состоит в совершенствовании плазово-шаблонного метода в направлении повышения качественных и количественных показателей точности. Используя возможности инструментального стенда и плаз-кондукторов, можно создать для отдельных отсеков агрегатов наиболее сложной геометрии, к которым предъявляются высокие требования по точности обводов комплексные эталоны поверхности. Вариант увязки с применением комплексного эталона поверхности представляет собой синтез двух вариантов увязки процессов сборки с базой «внешняя поверхность обшивки»: эталонно-шаблонного и плазово-шаблонного.

Вопросы для самоподготовки:

1. Что является носителями размеров и форм при эталонно-шаблонном методе увязки?

2. Какая оснастка используется при эталонно-шаблонном методе увязки?

3. Какова роль базовых отверстий при ЭШМУ?

4. Что такое интерполирование при ЭШМУ?

5. Какой метод сборки предпочтителен при ЭШМУ?

6. Какова роль инструментального стенда и плаз-кондуктора при ЭШМУ?

7. Что такое комплексный эталон поверхности?

ЛЕКЦИЯ 14. Конструктивный электронный макет деталей и СЕ ЛА. Моделирование и особенности разработки.

Конструктивный электронный макет (КЭМ) – электронное представление детали, сборочной единицы или агрегата в состоянии их окончательной установки на изделие, определяющий внешний облик и геометрические параметры деталей, сборочных единиц основного изделия, их взаимное расположение в сборке агрегата. КЭМ деталей и СЕ предназначен для решения позиционных, технологических и других задач, возникающих при проектировании и производстве ЛА.

КЭМ совместно с математической геометрической моделью ЛА являются основой для разработки технологического электронного макета (ТхЭМ) детали, ТхЭМ СЕ и т.д. ТхЭМ детали отражает условия её поставки на сборку (стыковочные и стыковые поверхности и отверстия БО, СО, припуски на подгонки, допуски и т.д.). ТхЭМы, как правило, разрабатываются конструкторами технологической оснастки. Аналогично разрабатываются ТхЭМы заготовок деталей, отливок, поковок, штамповок и др.

ТхЭМ СЕ отражает принцип технологического членения СЕ или ЛА для удобства и сокращения цикла сборки и может не соответствовать своему КЭМ. Главное назначение ТхЭМ СЕ и ТхЭМ деталей – проектирование технологической оснастки, подготовка программ для оборудования с ЧПУ при механическом и заготовительно-штамповочном производствах деталей СЕ и ЛА, а также рабочих программ ЧПУ для выполнения базовых и рабочих элементов сборочных приспособлений.

На предприятиях авиационной промышленности разрабатывается инструкция по созданию соответствующих КЭМ и ТхЭМ в системе Unigraphics, требования которой являются обязательными к выполнению для всех создателей и пользователей КЭМ. Ее основные положения:

• При создании КЭМ детали в файле создается твердотельная трехмерная модель, которая является носителем всей геометрической информации, заложенной в ТЧ. Все геометрические размеры КЭМ должны соответствовать детали, которая может быть изготовлена по ТЧ;

• При моделировании КЭМ выполняется так, чтобы он был редактируемым, и операции были параметризованные. Необходимо стремится к минимальному размеру файлов КЭМ;

• При создании КЭМ деталей необходимо сохранять все построения, используемые при моделировании. КЭМ деталей и сборочных единиц выполняются в привязке к абсолютной системе координат, совпадающей с системой координат фюзеляжа самолета, задаваемой ТЭМ. КЭМ изделия и агрегата выполняется в правой системе координат независимо от расположения координатных осей, заданных в теоретическом чертеже.

При моделировании стыков агрегатов и подсборок (типа ухо-вилка, стыковые гребенки и так далее) КЭМ обязательно отстыковываются между собой при наличии в КЭМ всех стыкующихся элементов разъема.

Разработка КЭМ ведется в строгом соответствии с действующей конструкторской документацией по номиналам заданных размеров, включая размеры, имеющие допуска по квалитетам точности. Точность выполнения макетирования, включая размеры с допусками, определяется по таблицам ОСТ 1. 00022-80, а величины допусков для моделирования берутся на порядок меньше значений, указанных в данных таблицах.

Создание трехмерного виртуального макета требует затрат труда инженеров-конструкторов. Практические работы по созданию ряда макетов агрегатов показывают, что затраты времени на их создание примерно в 1,9 раза выше, чем на выпуск чертежей. Но это и понятно, ведь компьютерный макет ЛА несет на порядок больше информации, чем чертеж.

Трехмерный конструктивный электронный макет позволяет добиться результатов, в принципе невозможных при использовании плазово-шаблон-ного метода и частично достигаемых при использовании дорогостоящих объемных плазов. К основным преимуществам использования виртуального макета следует отнести возможности:

• Увязки в пространстве сложных сборок с высокой точностью, увидить и исправить неувязки до выпуска чертежей и изготовления первого изделия;

• Компьютерного моделирования технологических процессов изготовления деталей;

• Инженерного анализа созданной сборки: выполнение проверки на прочность, кинематики движения рабочих органов;

• Применение специальных методов контроля на основе координатно-измерительных машин и других методов объективного контроля;

• Избавится от дополнительных затрат на изготовление увязочной оснастки, такой как плаз, макет поверхности, эталон.

При создании трехмерного виртуального макета изделия чертежа ЛА играют роль документации второго порядка. Обязательное условие в этом случае – полная ассоциативность чертежа и макетов. Нарушение данного принципа приводит к неувязкам и браку в производстве и сводит на нет все преимущества конструкторского электронного макета. Практически это достигается выпуском чертежей в той же программной среде, где создается макет. Современные системы автоматизированного проектирования (САПР) высшего и среднего уровня позволяют выполнять выпуск чертежей автоматически с трехмерного макета. Конструктору остается для завершения оформления чертежа задать допуски и технические условия для изготовления деталей.

Для определения основных параметров КЭМ детали или СЕ необходим иерархический, организованный, в соответствии с конструкторской документацией на изделие список его компонентов, отображающий их вхождение в соответствующие СЕ с указанием для каждого из них конструктивных характеристик.

Этот список, называемый ссылочным набором, определяет конструктивный состав изделия и представляет собой инновационный набор объектов из числа входящих в КЭМ СЕ и деталей, на который можно ссылаться и сборки более высокого уровня.

Для создания КЭМ необходимы следующие основные базовые данные:

1. Действующая конструкторская документация с геометрической увязкой деталей в СЕ и СЕ в изделии, являющаяся первичным носителем информации по изделию.

2. Теоретические электронные макеты (ТЭМ), помещенные в базу данных.

При разработке КЭМ теоретические электронные макеты являются основным источником теоретической информации: поверхностей изделия; элементов конструктивно-силовой схемы (базовые плоскости, оси, точки, поверхности стрингеров), кривых, задающих границы обшивок; элементов кинематических схем и т.д.

При создании КЭМ детали и СЕ, детали которой выходят на теоретический контур, последний создаётся только на основе ТЭМ.

3. Данные измерений, полученные с помощью координатно-измерительных машин (КИМ). При этом измерения деталей, полученные с помощью КИМ, используются при необходимости создания КЭМ на основе существующих эталонных поверхностей или технологических образцов деталей..

4. Допускается использование в качестве справочной информации утвержденные для использования в производстве компьютерные теоретические и конструктивные плазы. При этом производится сверка с имеющимися плазовыми источниками, конструктивно-силовой схемой проектируемого агрегата и выходными данными выполнения проектного силового расчета конструкции и расчета на прочность элементов конструкции.

Требования при разработке КЭМ деталей и СЕ

При разработке КЭМ детали и СЕ необходимо выполнение определенных требований, основными из которых являются:

1. Привязка к системе координат изделия. При этом КЭМ деталей и СЕ должны выполняться по месту их установки соответственно в СЕ и в изделии.

При моделировании КЭМ деталей, в чертежах которых отсутствует привязка к теоретическим поверхностям или элементам конструктивно-силовой схемы, допускается их выполнение без привязки к месту установки.

КЭМ обезличенных деталей или деталей по групповым чертежам, в которых отсутствует привязка к теоретическим поверхностям или элементам конструктивно-силовой схемы, выполняются без привязки к месту установки. Их позиционирование производится в соответствующих сборочных файлах.

Рабочая система координат в файле окончательно выполненного КЭМ детали или СЕ должна быть совмещена с абсолютной системой координат изделия.

2. Параметризация КЭМ, предусматривающая максимальную возможность редактирования геометрии КЭМ и в случае отсутствия такой возможности частичную замену существующей геометрии в виде фрагментов теоретических поверхностей, используемых при создании КЭМ.

3. При создании ссылочного набора необходимо иерархическое управление количеством данных, которые определяются для каждой детали и отображаются в контексте КЭМ СЕ, причем наличие ссылочного набора обязательно для всех КЭМ деталей и СЕ.

4. Расчет массы деталей. Точная масса деталей не рассчитывается в связи с отсутствием в КЭМ стандартных изделий, материалов, герметика, клея и т.д.

После выпуска в производство КЭМ СЕ составляется сводный отчет по расчетной массе деталей и передается в конструкторское бюро для принятия решения по внесению уточнения массы в конструкторскую документацию.

5. Допустимыми являются отклонения, при создании КЭМ, вызванные невозможностью или нецелесообразностью точного выполнения отдельных элементов конструкции, если они не требуются при дальнейшей работе с КЭМ и не повлияют на геометрию детали, изготовленной по КЭМ. В КЭМ деталей, выходящих на теоретический контур, при наличии большого количества отверстий одинакового диаметра допустимо их схематичное выполнение в виде осей.

В КЭМ СЕ допускается врезание деталей в случае, когда они при сборке припиливаются, при наличии соответствующих указаний в конструкторской документации, или подбираются по толщине (в чертеже указаны интервалы толщин). Например, если задана величина зазора 0,5-2 мм, а в спецификации указана прокладка из листа толщиной 2 мм, то моделируется прокладка указанной в спецификации толщины и при этом допускается врезание прокладки в ответную деталь.

П ри проверке на корректность геометрии допускается пересечение граней для листовых деталей с двумя бортами сгиба, которые накладываются друг на друга, например в детали типа коробочка (рис. 14.1).

Рис. 14.1. Деталь типа коробочка

Если в процессе сборки изделия деталь деформируется (гнется, подрезается и т.п.), то КЭМ должен быть создан в двух состояниях – исходном и деформированном. При этом КЭМ детали в исходном состоянии используется для создания чертежа детали, а в КЭМ сборочной единицы добавляется КЭМ детали в деформированном состоянии.

Требования к КЭМ детали и КЭМ СЕ могут существенно отличаться в зависимости от способов изготовления деталей и методов сборки СЕ. Рассмотрим специфику создания КЭМ деталей ЛА и КЭМ их СЕ.

Особенности разработки КЭМ механически обрабатываемых деталей

При моделировании механически обрабатываемых деталей в случае отсутствия в их чертежах информации об обработке закрытых малок, о высоте обрабатываемых карманов и т.д. руководствуются требованиями к технологичности деталей, обрабатываемых на фрезерных станках с ЧПУ. Например, моделирование закрытых малок выполняется упрощенно без технологических площадок, остающихся при недоводах фрезы (рис. 14.2).

При создании КЭМ механически обрабатываемых деталей типа нервюра, балка, лонжерон, шпангоут, фитинг и др. обычно придерживаются следующей последовательности операций:

- моделирование начинается с базовых формообразующих операций (построение твердотельных блоков) имитирующих заготовку, в которой происходит движение фрезы при механической обработке вычитанием объема карманов из тела, имеющего форму плиты;

- обрезка всех карманов и основного тела детали выполняется теоретической поверхностью с последующим переносом граней вырубного и основного тела;

- обрезка ребер, выполнение скруглений и фасок производятся в последнюю очередь.

Рис. 14.2. Моделирование закрытых малок.

Изменение геометрии КЭМ деталей производится путем изменения параметров модели, а технологические припуски и приливы, заданные в чертеже, выполняются в виде отдельных объектов и хранятся на отдельном файле.

Особенности разработки КЭМ деталей в заготовительно-штамповоч-ном производстве

Торцевые обрезы профилей вычисляются по нормали к поверхности детали. Допускается торцевой обрез профиля одной плоскостью, если отклонение от перпендикулярного обреза не превышает 0,3 мм по краю профиля (рис. 14.3).

0,3

0,3

Рис. 14.3. Допуск на отклонение от перпендикулярности при выполнении торцевого

обреза профиля.

При выполнении КЭМ деталей с подсечками расстояние от торца детали, под которую делается подсечка, до начала подсечки, при отсутствии информации в чертеже и в технических условиях на изготовление, сборку и приемку деталей, узлов и агрегатов планера как правило составляет: для листовых деталей – 1,5 мм, для прессованных профилей – 2 мм (рис. 14.4).

Рис. 14.4. Выполнение подсечки а) без радиусов сбега; б) с радиусами сбега:

h – глубина подсечки, L – длина сбега подсечки, r – радиус сбега

При моделировании прессованных профилей с малкой более 7 (открытой или закрытой) учитывается перелом полки профиля у основания детали и соответствующее смещение полки профиля (рис. 14.5).

Рис. 14.5. Выполнение малкованного профиля: В – длина малкованной полки; Н – длина второй полки; М – угол малки (больше 7); s – толщина полки; r – радиус.

При моделировании деталей, изготавливаемых химическим фрезерованием, в КЭМ детали указываются граница химического фрезерования по чертежу и граница химического фрезерования с учетом фактора травления (рис. 14.6).

Рис. 14.6. Выполнение химического фрезерования в КЭМ.

Если в чертеже задан диапазон допустимых значений фактора травления, то он рассчитывается по формуле:

,

где L – длина травления,

h – глубина травления.

Поверхность фактора травления k может выполняться вписанным радиусом с соблюдением размеров «h» и «L» (рис. 14.7) или фаской (рис. 14.8).

Рис. 14.7. Вариант выполнения химического фрезерования с радиусом.

Рис. 14.8. Вариант выполнения химического фрезерования фаской.

Особенности разработки КЭМ СЕ

Если в сборку входят несколько компонентов под одним номером и устанавливаются в несколько мест, то все эти компоненты располагаются на одном слое и позиционируются в сборочном файле. При позиционировании таких деталей допускается неприлегание со стыкуемыми деталями до 0,3 мм (рис. 14.9).

Рис.14.9. Установка деталей на теоретическую поверхность.

При сопряжении деталей по подсечкам, если отсутствует крепеж по данному месту, необходимо соблюдать зазор между подсечками 1мм, допускается min зазор 0,5мм (рис. 14.10).

Рис. 14.10. Зазор при сопряжении подсечек

При сопряжении деталей с разной величиной сбега подсечки, зазор выполняется согласно рис. 14.11.

Рис. 14.11. Зазор при сопряжении подсечек с разной длиной сбега

При стыковке деталей необходимо обеспечить зазор между радиусами сопрягаемых деталей (рис. 14.12).

а б

Рис. 14.12. Сопряжение радиусов деталей: а – правильно, б – неправильно.

При моделировании листовых деталей не допускается наложение радиусов сгиба полок друг на друга. В случае необходимости выполняется технологический вырез.

После установки всех деталей в сборке обязательна проверка зазоров и пересечений с помощью функции Analysis – Simple Interference – Create Interference Solid и функции Analysis – Assembly Clearance. Взаимопересечения сопрягаемых деталей допускаются не более чем на 0,02 мм. Герметик и клей в КЭМ сборочных единиц и деталей учитывается с толщиной, заданной в чертеже или в нормативных документах на их нанесение, указанных в технических требованиях чертежа.

Информация о расположении отверстий под крепеж выполняется, как правило, в виде перекрестия в центре отверстия, продольной оси и окружности (для заклепок) или шестигранника (для болтов). Для автоматизированной расстановки осей крепежа используются специальные программы.

Нормализованные крепежные элементы добавляются в КЭМ СЕ как компоненты, для чего их необходимо импортировать из базы данных и покупных комплектующих изделий в базу, где выполняется разработка КЭМ. Данные компоненты располагаются на отдельных слоях. Для обеспечения быстрой загрузки файлов КЭМ СЕ рекомендуется сохранять без отображения твердотельных моделей стандартных элементов, а при позиционировании крепежных элементов на элементах конструкции, необходимо исключить перекос болтов и гаек. В обязательном порядке проводится проверка подходов для установки крепежных элементов и подвода инструмента. При этом разбивку крепежа выполняют по внутренней детали пакета, обеспечивая размер номинальной перемычки. Если количество шагов меньше 10, то рекомендуется разбивку крепежа осуществлять равными шагами с отклонением от заданного чертежом шага не более чем на ±0,5 мм, а при количестве шагов больше 10 рекомендуется разбивку крепежа осуществлять в соответствии с заданным в чертеже шагом с допуском ±20%.

В случае отсутствия размеров в чертеже от края детали и начала подсечки первую ось заклепки располагают на расстоянии 1,5-2d (рис. 14.13).

Рис. 14.13. Размеры для перемычек.

В местах пересечения деталей, при отсутствии размеров в чертеже, первые отверстия от деталей располагают на расстоянии 2,5-3d (рис. 14.14).

Рис. 14.14. Размеры для перемычек

Необходимо осуществлять проверку величины перемычек между осями крепежных элементов и соответствие толщины пакета размерам крепежного элемента.

С целью ускоренной загрузки сборочных файлов агрегатов применяется фасетное представление сборочных компонентов – математически упрощенное изображение твёрдых тел, представленных в виде конечного числа аппроксимирующих многогранников. Фасетные модели (Faceted body) отображаются на дисплее при открытых сборочных файлах и незагруженных детальных компонентах (включенная опция загрузки файлов – меню File- Options- Load Options -No Components).

Фасетные модели создаются во всех сборочных файлах агрегатов самолета с четвертого уровня членения и выше, либо в сборочных файлах состоящих более чем из 500 деталей.

Разработка КЭМ ведется в строгом соответствии с действующей конструкторской документацией по номиналам заданных размеров, включая размеры, имеющие допуски по квалитетам точности. Величины допусков для размеров с неуказанными предельными отклонениями определяются по соответствующим таблицам, а моделирование производится по номинальным размерам и, при невозможности выполнения точности 0,001 для деталей сложной конфигурации и выходящих на теоретический контур, допускается их выполнение в допуске. Допуск на выполнение размера при моделировании уменьшается на порядок относительно заданного в конструкторской документации значения.

Во всех случаях пределы отклонения КЭМ от номинального размера не должны превышать величины 0,05 мм.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое КЭМ?

2. Что такое ТЭМ?

3. Какие главные требования необходимо выполнять при создании (проектировании) КЭМ?

4. Каковы возможности использования КЭМ?

5. Что такое ссылочный набор?

6. Какова роль ТЭМ и КЭМ при методе увязки математическим моделированием (МУММ)?

7. Особенности разработки КЭМ в механообрабатывающем, заготовительно-штампо-вочном и сборочном производствах.

ЛЕКЦИЯ 15. Метод увязки математическим моделированием

Внедрение МУММ на авиационном предприятии предполагает широкое применение сквозных цифровых CAD/CAM/CAE технологий проектирования и подготовки производства, автоматизированной механообработки деталей из алюминиевых, титановых сплавов и сталей; использование автоматизированных процессов раскроя, гибки, формовки, обтяжки листовых заготовок; применение автоматизированной высокоточной разделки отверстий для установки крепежа и клепки; использование автоматизированных технологий химфрезерования, нанесения покрытий, новых способов монтажа сборочных приспособлений; использования автоматизированных современных высокоточных контрольно измерительных комплексов на базе оптико-лазерных и других систем и многое другое.

Это позволяет в разы повысить точность изготовления деталей и их сборок и подсборок и обеспечить необходимую взаимозаменяемость при производстве, эксплуатации и ремонте авиационной техники; и вместе с этим существенно сократить сроки подготовки производства, уменьшить трудоемкость на конструктивно-технологическую отработку, максимально исключить ошибки в изготовлении деталей, а также сократить затраты на технологическое оснащение.

Проектирование технологических процессов изготовления деталей ЛА, в том числе и деталей каркаса, начинается с разработки теоретического электронного макета (ТЭМ) СЕ, в которую входят эти детали. Основой ТЭМ СЕ является математически геометрическая модель поверхности ЛА и соответственно математически геометрическая модель СЕ, в которых источником этой модели, называется теоретическим чертежом (ТЧ) - ТЧ ЛА и ТЧ СЕ.

ТЭМ является базой данных для разработки КЭМ (конструктивного электронного макета СЕ детали), оснастки базовых элементов сборочных приспособлений (рис. 15.1).

КЭМ СЕ выполняется в виде полного трехмерного описания геометрии деталей и их взаиморасположения в сборочных единицах без указания дополнительной конструкторской и технологической текстовой информации.

В свою очередь КЭМ является основой для разработки технологических электронных макетов (ТхЭМ) деталей. С их помощью учитываются технологические аспекты изготовления деталей СЕ, оснастки с СП, такие как точность изготовления, характеристики обрабатывающего оборудования, выбор заготовок, используемый инструмент и ряд других. ТхЭМы являются базой при создании рабочих программ для оборудования с ЧПУ в механообрабатывающем, заготовительно-штамповочном и сборочных производствах. На данном оборудовании изготавливается весь перечень деталей, входящих в СЕ от различных фитингов, кронштейнов, деталей каркаса до силового набора и элементов обшивки, поступающих на сборку СЕ.

С помощью КЭМ СЕ, содержащей математическое описание поверхности СЕ разрабывтывается КЭМ сборочного приспособления и ТхЭМы базирующих элементов и, соответственно, управляющие программы для изготовления последних.

Одновременно координаты точек поверхности СЕ, базовых и фиксирующих элементов СП, реперных площадок каркаса СП, импортируемые из КЭМ СЕ, являются базой управляющих программ для КИМ и лазерного трекера, используемых для монтажа СП и его составляющих.

Разработка КЭМ осуществляется в CAD-системе Unigraphics под управлением системы iMAN с использованием CR-процедур в порядке, установленном руководством пользователя. Рассмотрим основные этапы проектирования и изготовления деталей и оснастки для ее производства при МУММ на конкретном примере деталей типа «Нервюра» элерона крыла самолета Як-130 (рис. 15.2).

Рис. 15.2. КЭМ элерона крыла самолета Як-130.

ТЭМ детали типа « Нервюра» является основным источником информации для изготовления заготовки детали, оправки для гибки, контрольного лекала, а также набора контрольных шаблонов для данной детали. Кроме того, КЭМ детали «Нервюра» входит в КЭМ общей сборки элерона (рис.15.2), который в свою очередь входит в состав КЭМ крыла и самолета в целом.

С внедрением МУММ встает вопрос о контроле деталей, узлов, агрегатов и оснастки, выполненных по трехмерным электронным моделям, так как традиционный контроль по шаблонам становится не актуальным. Методы контроля должны обеспечить автоматизированный анализ геометрических параметров и возможность внесения корректировок в систему автоматизированного расчета и записи управляющей информации для станков с ЧПУ в целях повышения точности изготовления и сборки.

Указанным требованиям отвечают сравнительно новые методы контроля обводообразующих элементов конструкции самолета:

• С помощью координатно-измерительных систем и систем лазерного сканирования;

• Лазерно-оптические методы;

• Голографические методы;

• Метод фотограмметрии.

Эта задача выполнима при использовании МУММ в сочетании с эффективным использованием соответствующих программных средств, современных обрабатывающих центров и оборудования с ЧПУ, как в механообработке и заготовительно-штамповочном производстве, так и в агрегатно-сборочном производстве.

а б

Рис. 15.3: а - ТЭМ элерона; б - положения плоскости нервюры в ТЭМ.

Далее производится анализ и оценка, импорт ТЭМ элерона в проект детали (рис. 15.3). Определяется положения детали «Нервюра» в пространстве ТЭМ элерона, удаляются ненужные связи и элементы, производится обрезка поверхностей для минимизации рабочего пространства детали. Далее производится построение контура в плоскости нервюры с учетом взаимного расположения деталей в конструкции узла (рис. 15.4).

Рис. 15.4. Построение контура нервюры.

На следующем этапе разрабатывается КЭМ нервюры. При этом строятся контуры всех трех бортов, производится «натягивание» поверхностей на созданный каркас, построение необходимых скруглений, выполнение отбортовок, придание толщины созданной поверхности нервюры, а также окончательная обработка детали; построение фасок и скруглений на детали, погашение неиспользованных объектов (рис. 15.5).

Рис. 15.5. КЭМ нервюры.

КЭМ нервюры является основой для разработки технологически электронного макета нервюры (ТхЭМ), в котором указываются необходимые для изготовления и сборки ее совместно с другими деталями элерона. Допуски, припуски на обработку, сборочные базы, условия базирования в сборочном приспособлении и другие параметры, необходимые для изготовления технологической оснастки (в рассматриваемом случае оправки для изготовления готовой нервюры).

КЭМ и ТхЭМ является основой для проектирования разверти нервюры, которая осуществляется в система UNIGRAPHICS с помощью специального GRIP-приложения RAZVERTKA_BORT.GRX (рис. 15.6).

Готовую развертку детали можно экспортировать в систему AutoCAD и создать в ней файл шаблонов, необходимых для изготовления ШР, ШК, ШВК и разработки программы для обработки.

Фрезерование заготовки может производится на раскройном центре с ЧПУ по программе обработки, разрабатываемой на основе ТхЭМ.

Рис. 15.6. Развертка детали типа «Нервюра».

Такой раскройный центр модели AERO TM-31-MP для группового раскроя листовых заготовок внедрен и успешно функционирует на Иркутском авиационном заводе.

Данный центр имеет схему расположения рабочих органов портального типа с вращающимся барабаном для инструментов на центральной балке и рабочим столом, установленным на фундаменте, благодаря чему гарантируется плавная резка, точность и жесткость перемещений рабочих органов.

Рис. 15.7. Раскройный центр AERO TM-31-MP.

В процессе работы центра (рис. 15.7) на рабочий стол закладывается листовой материал высотой пакета до 10мм, и по программе, заданной оператором, начинается раскрой заготовок.

Одной из особенностей центра является барабан револьверного типа, на который установлено 16 инструментов: фрезы, сверла разных диаметров. Рабочая подача барабана – это поперечные перемещения, а продольные перемещения (подачу) обеспечивает рабочий стол относительно барабана.

Главная задача данного центра – раскрой заготовок из листа малоуглеродистых сталей и цветных металлов.

Контроль и управление обработкой осуществляется числовым программным управлением марки SIEMENS SINUMERIK 840D, которое в свою очередь обеспечивает:

• Необходимую точность раскроя;

• Оптимальное взаимодействие всех систем установки;

• Высокие показатели скорости при обработке данных;

• Удобство и простоту в эксплуатации;

• Максимальную автоматизацию процессов.

Проектирование КЭМ оснастки для изготовления деталей каркас и элементов обшивки, осуществляется в системе UNIGRAPHICS. КЭМ оснастки является основным источником информации для разработки управляющих программ, для станков с ЧПУ, с помощью которых и производится оснастка для деталей каркаса и обшивки ЛА. Для рассматриваемого примера, оснасткой является оправка и контрольно доводочное лекало. На Иркутском авиационном заводе они изготавливаются на одном станке с ЧПУ.

Принципы проектирования оснастки идентичны вышеописанной методологией проектирования деталей и СЕ ЛА. Этапы проектирования оснастки для изготовления деталей типа «Нервюра» приведены на рис. 15.8.

а)

б)

в)

Рис. 15.8. Этап проектирования КЭМ гибочной оправки для изготовления деталей типа «Нервюра»: а) КЭМ нервюры; б) ТхЭМ нервюры; в) КЭМ гибочной оправки.

Рис. 15.9. Схема увязки оснастки для изготовления детали типа «Нервюра»

при использовании МУММ.

На рис. 15.9 приведена схема увязки размеров детали типа «Нервюра» и оснастки для ее изготовления с использованием МУММ включающая этапы разработки рабочих программ, для оборудования с ЧПУ, с помощью которого изготавливается и развертка детали, и гибочная оснастка.

Центральным звеном в схеме является контрольно-измерительная машина (КИМ) с лазерной сканирующей рабочей головкой для контроля в автоматическом режиме готовых деталей и оснастки. КИМ данного типа осуществляют сбор координат на высокой скорости и управляются одним оператором. Они отличаются улучшенными методами измерения координат и позволяют реализовать совершенно новые производственные методы активного контроля готовых деталей.

Как следует из вышесказанного, внедрение МУММ в механообрабатывающем и заготовительно-штамповочном производстве позволяет полностью исключить из технологических процессов шаблоны, эталоны и другие жесткие носители размеров, и форм деталей и СЕ ЛА, а также заменить контрольную оснастку на жестких носителях, на автоматизированный контроль – как контрольно-измерительные машины, работающие в автоматическом и автоматизированном режимах по программе.

Вопросы для самоконтроля:

1. Каковы основные этапы МУММ, их последовательность и структура?

2. Что является основным источником информации при МУММ?

3. Для каких целей используется КЭМ при МУММ?

4. Для каких целей используется ТЭМ при МУММ?

5. Какова роль КИМ при МУММ и каково ее структурно-функциональное назначение при этом?

6. Что такое импорт ТЭМ СЕ в ТЭМ ее деталей?

7. Какова последовательность изготовления оснастки в ЗШП при МУММ?

ЛЕКЦИЯ 16. Определение погрешностей сборочных приспособлений

Определим, что следует понимать под погрешностью изготовления приспособлений.

При сборке от наружной поверхности обшивки или по каркасу – это точность исполнения рабочих обводов рубильников и расположения их в пространстве. На рис. 16.1 погрешность приспособления δп определяется величиной отклонения точек контура рубильников от их номинального положения по отношению к осям агрегата.

Рис.16.1. Погрешность приспособления для сборки на наружный контур или каркас

Рис.16.2. Погрешность приспособления для сборки на внутреннюю поверхность обшивки

При сборке с базой на внутреннюю поверхность обшивки точность приспособления определяется также точностью расположения контуров макетных элементов по отношению к осям агрегатов (рис.16.2).

При сборке по КФО точность приспособления характеризуется положением координатно-фиксирующих отверстий по отношению к осям (рис.16.3) сборочной единицы.

Рис.16.3. Погрешность приспособления

при сборке по КФО

Методика оценки точности изготовления приспособления связана не только с методом базирования, но и со схемой переноса размеров с первоисточника на приспособление.

Погрешность изготовления приспособления для методов сборки с базой на внешнюю поверхность обшивки и на каркас

1. При инструментально-шаблонном методе увязки изготовление приспособления включает следующие процессы (рис.16.4):

- изготовление рубильника 1 и увязка его рабочей поверхности с отверстием навески;

- установка вилок 2 в заданное чертежом положение;

- навеска рубильников на вилках с помощью штырей 3.

Размер приспособления Lп определяется соотношением:

Lп = Lр + Lв , (16.1.)

где Lр – размер, характеризующий точность выполнения контура рубильника и увязку контура с отверстиями навески;

Lв – размер, характеризующий точность установки вилок по отношению к осям агрегата ХОУ;

зазором между штырем и отверстиями в вилках и рубильниках пренебрегаем.

Уравнение погрешности приспособления будет иметь вид:

δп = δр + δв; (16.2.)

где δр – погрешность выполнения контура рубильника и его увязки с отверстием;

δв – погрешность установки вилок.

Определим погрешность изготовления рубильника. При инструментально-шаблонном методе (ИШМ) рубильник изготавливается методом слепка шаблона (частичного эталона поверхности – ЧЭП) на плаз-кондукторе. Здесь же изготавливаются оси навески рубильника. Этапы изготовления рубильника следующие (рис. 16.4):

Рис.16.4. Определение δп при инструментально-шаблонном методе увязки

- на плаз-кондуктор устанавливается частичный эталон поверхности (ЧЭП) 2 и фиксируется по базовым отверстиям штырями 5 через отверстия в линейках плаз-кондуктора 4; - с зазором по отношению к ЧЭП устанавливается заготовка рубильника 1; - зазор заполняется цементной массой, т.е. делается слепок с ЧЭП; - через кондукторное отверстие в линейке разделывают отверстие навески рубильника (А).

Положение отверстия задается чертежом приспособления по отношению к осям агрегата (размеры Ха, Yа на рисунке 16.5).

Перенос размера с первоисточника (теоретического плаза) на рубильник можно изобразить в виде цепи операций.

Рис.16.5. Схема изготовления рубильника на плаз-кондукторе

Каждый этап переноса будет характеризоваться своей величиной погрешности æi:

æ1, æ2, æ3 – погрешность переноса размера с шаблона на шаблон;

æ4 – погрешность снятия слепка с ЧЭП на плаз-кондукторе и увязки отверстия по отношению к рабочему контуру.

Тогда погрешность увязки контура рубильника по отношению к оси навески будет (при расчете по методу max – min):

δ1= . (16.3.)

Вилки, несущие отверстия навески рубильников, устанавливаются в пространстве в нужное положение с помощью инструментального стенда. Расстояние от осей вилок до осей координат агрегата указываются на чертеже стапеля.

После установки вилок 1 с помощью линеек инструментального стенда 5, хвостовик вилки 1 заливается цементной массой 3 в стакане 2, приваренном к несущей балке 4. Таким образом, погрешность установки вилок δв определяется точностью инструментального стенда и находится в пределах ±0,1 мм.

2. Изготовление приспособления при эталонно-шаблонном методе включает следующие операции (рис.16.6):

Рис.16.6. Установка вилок в инструментальном стенде

- в стаканы 6 балки 5 устанавливают вилки навески рубильников 4, точность установки может быть небольшая;

- на вилки навешивают рубильники 2;

- с зазором по отношению к рубильникам устанавливается монтажный эталон поверхности 1;

- зазор между рубильниками и эталоном заполняется цементной массой 3, таким образом получается слепок с эталона поверхности.

Рис.16.7. Изготовление приспособления при эталонно-шаблонном методе увязки

По рис.16.8. можно составить уравнение размерной цепи для определения размера приспособления Lп:

Lп = Lмэ + Lс, (16.4.)

где Lмэ – размер монтажного эталона поверхности;

Lс – зазор, характеризующий погрешность снятия слепка с эталона на рубильник.

Рис.16.8. Определение δп при эталонно-шаблонном методе увязки

Уравнение для определения погрешности приспособления δп:

δп = δмэ + δс, (16.5.)

где δмэ – погрешность изготовления монтажного эталона;

δс – погрешность снятия слепка.

Для определения погрешности изготовления приспособления составим цепь переноса размеров с первоисточника (эталона поверхности) до приспособления:

.

Погрешности æ1, æ2 определяют изготовление макетного эталона (рис.16.9.), а æ3 - перенос размера с макетного эталона на контур рубильников. Все операции переноса размеров осуществляются методом слепка, который дает очень маленькую погрешность. На сегодняшний день эталонно-шаблонный метод является наиболее точным для изготовления приспособлений.

Рис.16.9. Перенос размеров с эталона на рубильник

3. Изготовление приспособления при математическом задании поверхности состоит из этапов:

- изготовление рабочей поверхности рубильников на станках с ЧПУ;

- увязка отверстия навески рубильника с рабочим контуром также на оборудовании с ЧПУ;

- установка вилок для рубильников;

- навеска рубильников для вилки.

Как и при изготовлении приспособления с помощью инструментально-шаблонного метода, здесь погрешность приспособления будет определяться формулой

δп = δр + δв, (16.6.)

где δр - погрешность изготовления рабочего контура рубильника и его увязка с отверстием навески - определяется возможностями станка с числовым программным управлением;

δв - погрешность установки вилок в пространстве - зависит от точности инструментального стенда.

Погрешность изготовления приспособления для сборки по внутренней поверхности обшивки

При изготовлении приспособлений для данного способа сборки в основном используются инструментально-шаблонный метод и метод математического задания поверхности. В обоих случаях характерный размер приспособлений Lп будет определяться уравнением (рис.16.10):

Lп = Lмэ + Lф, (16.7.)

где Lмэ - размер, характеризующий точность изготовления рабочего контура макетного элемента 1 и точность увязки отверстия навески МЭ по отношению к контуру;

Lф - определяет точность установки фиксатора 2 по отношению к осям агрегата.

Таким образом, погрешность приспособления может быть определена по формуле:

δп = δмэ + δф, (16.8.)

где δмэ – погрешность контура и его увязки с отверстием;

δф – погрешность установки в пространстве фиксатора 2.

Рис. 16.10. Определение п при сборке на внутренний контур обшивки

При инструментально-шаблонном методе увязки макетные элементы изготавливаются методом слепка аналогично изготовлению рубильников, а отверстие навески относительно контура увязывается с помощью плаз-кондуктора. Цепь увязки размеров будет иметь вид:

где КШК – контршаблон по отношению к шаблону контура ШК;

КЧЭП – оснастка, являющаяся контротпечатком с частичного эталона поверхности (ЧЭП).

Таким образом, погрешность δмэ определяется формулой:

δмэ = , (16.9.)

где æ1 – величины погрешностей переноса размеров.

Рис.16.11. Перенос размеров с ШК на макетный элемент

При методе математического задания поверхности δмэ будет определяться точностью станка с числовым программным управлением, на котором будет обрабатываться контур и изготавливаться отверстие навески МЭ.

Фиксаторы 2 для определения положения макетных элементов устанавливаются в нужное положение с помощью инструментального стенда, то есть погрешность δф определяется точностью инструментального стенда.

Погрешность изготовления приспособления при сборке по координатно-фиксирующим отверстиям

Установка фиксаторов с координатно-фиксирующими отверстиями (рис.16.12) производится с помощью инструментального стенда, поэтому погрешность приспособления, являющаяся по существу погрешностью положений отверстий по отношению к осям агрегата, определяется возможностями инструментального стенда.

Рис.16.12. Определение погрешности приспособления при сборке по КФО

Допуски на изготовление сборочных приспособлений находятся в прямой зависимости от допусков на агрегаты планера самолета. При этом точность оснастки значительно превышает точность изготовления самого агрегата, т.е.

[δп] << [δ]се.

В табл. 16.1 приведены среднестатистические данные на допуски изготовления сборочных приспособлений в зависимости от характеристик самолета.

Таблица 16.1

Вопросы для самоконтроля:

1. Что следует понимать под погрешностью изготовления приспособлений?

2. Чем характеризуется точность приспособления при сборке по КФО?

3. Какие процессы включает изготовление приспособления при ИШМ?

4. Как определяет погрешность изготовления рубильника при ИШМ?

5. Какие операции включает в себя изготовление приспособления при ЭШМ?

6. Какие методы используются при изготовлении приспособления для сборки по внутренней поверхности обшивки?

7. С помощью чего производится установка фиксаторов с координатно-фиксирующими отверстиями?

ЛЕКЦИЯ 17. Определение погрешности изготовления деталей и узлов каркаса, выходящих на внутренний контур обшивки

Погрешность детали или узла каркаса – это отклонение их внешних размеров от контура, заданного первоисточником (чертежом, плазом, эталоном и т.п.).

Погрешность деталей каркаса оказывает непосредственное влияние на точность изделия при сборке по сборочным отверстиям и в приспособлении с базой на каркас. Косвенное влияние (при других методах) возникает из-за внутренних напряжений в деталях каркаса, если при сборке к ним применялась упругая компенсация неточности изготовления.

При сборке агрегата в приспособлении с базой на каркас узлы каркаса (лонжероны, нервюры, шпангоуты) могут формироваться непосредственно в стапеле сборки агрегата или поступать в стапель уже собранными.

В первом случае следует рассматривать точность изготовления деталей, выходящих на внутренний контур агрегата, во втором – точность плоского узла, собранного вне стапеля агрегата.

1. Погрешность изготовления деталей будет зависеть от принятого метода увязки размеров, используемых технологических процессов и оборудования. На рис.17.1 показано построение цепей увязки для поясных деталей при различных методах обеспечения взаимозаменяемости в техпроцессах их изготовления:

на рис. 17.1, а – при инструментально-шаблонном методе увязки (ИШМ) путем обтяжки детали по пуансону;

на рис. 17.1, б – при ИШМ – гибкой-прокаткой между роликами;

на рис. 17.1, в – цепь увязки при эталонно-шаблонном методе для цельноштампованной нервюры;

на рис. 17.1, – при математическом задании поверхности путем механической обработки контура на оборудовании с ЧПУ.

Очевидно, погрешность деталей δдк определится как сумма погрешностей отдельных этапов переноса размеров æi: δдк = .

Рис. 17.1. Цепи переноса размеров для поясных деталей при различных методах увязки и процессах изготовления.

2. Определение погрешности изготовления узлов каркаса: если каркас агрегата формируется из узлов, собранных заранее, то на окончательную сборку агрегата будет влиять точность изготовления готовых узлов, которая в общем случае может отличаться от точности составляющих их деталей, выходящих на контакт с обшивкой.

Рассмотрим методику определения погрешности изготовления плоского узла каркаса. Наиболее распространенными методами сборки плоских узлов являются: сборка по сборочным отверстиям (СО), сборка по разметке (РМ), сборка в приспособлении (ПР).

Сборка по сборочным отверстиям характеризуется уравнением погрешностей, вытекающим из рассмотрения размерной цепи:

δсе = δсо.б + δсо.к + δбдк + δдк.

Для нахождения составляющих погрешностей надо рассмотреть схемы переноса размеров от первоисточника до размера, погрешность которого (δ) определяется. Например, при инструментально-шаблонном методе, для определения погрешностей увязки сборочных отверстий в базовой детали (стенке) δсо.б и детали, выходящей на контур (поясе), можно составить следующие схемы переноса:

Погрешность базирования δб определяется смещением осей отверстий в стенке и поясе и равна половине зазора между штырем и отверстиями.

Погрешность изготовления пояса δдк (без учета густоты расположения СО) определится по схеме переноса:

Таким образом, каждая из рассматриваемых погрешностей δ в отдельности определится по формуле:

δ = ∑ æi ,

где æi – погрешности переноса, соответствующие каждой схеме увязки.

В то же время следует отметить, что каждый характерный этап переноса размеров æi следует учитывать только один раз, т.е. так называемые связанные этапы оказывают влияние на точность однократно. Например, в нашем случае δсо.б = ; δдк = , так как при изготовлении пояса уже используется шаблон увязки, общий для пояса и стенки и являющийся единым носителем размеров для обеих деталей – его погрешность, естественно, должна быть учтена только один раз.

При расчете погрешности δдк, вызванной неточностью изготовления пояса, следует пользоваться формулой:

δдк = k ,

где k – коэффициент, учитывающий густоту расположения сборочных отверстий, его можно определить из табл.17.1.

Таблица 17.1

В крайних (гипотетических) случаях, если бы отверстий было всего 2 и расположены они были по краям пояса, то k был бы близок к 1, и наоборот, при бесконечно большом количестве СО k→0.

Для сборки по разметке уравнение погрешностей получено в разделе 2.3 и имеет вид:

δсе = δр + δрл + δбр + δдк .

При нахождении погрешности пояса δдк можно воспользоваться схемой увязки (рис.17.1).

Погрешность нанесения линий разметки δрл определяется используемыми средствами и квалификаций исполнителей.

Толщина линии δрл колеблется в пределах 0,1+0,3 мм. Погрешность базирования δбр определяется квалификацией исполнителей.

При сборке узла в приспособлении (рис.17.2) его форма определяется фиксаторами приспособления 3, к которым прижимаются детали 1, выходящие на контур (пояса), а затем соединяются с внутренними деталями (стенка 1 на рис.17.1).

Рассматривая размерную цепь, построенную в сечении узла, получим уравнение

Lсе = Lп – Lбдк + Lдк , (17.1)

где Lп – размер приспособления;

Lбдк – величина зазора между поясом узла фиксатором приспособления, характеризующая погрешность базирования;

Lдк – отклонение наружного контура узла от контура приспособления в промежутках между фиксаторами за счет неточности изготовления поясов.

Рис.17.2. Сборка плоского узла в приспособлении

Погрешность узла определится формулой:

δсе = δп + δбдк + δдк , (17.2)

в которой погрешность приспособления δп находится из рассмотрения его схемы увязки:

Погрешность базирования δбдк берется из статистики. Погрешность изготовления детали, выходящей на контур, с учетом количества фиксаторов δдк определяется, как и при сборке по СО (рис.17.1 и коэффициент k).

Вопросы для самоконтроля:

1. Дайте определение погрешности детали или узла каркаса.

2. От чего будет зависеть погрешность изготовления деталей?

3. В чем заключается определение погрешности изготовления плоского узла каркаса?

4. Чем определяется погрешность базирования при изготовлении плоского узла каркаса?

5. Как определяется погрешность нанесения линий разметки при сборке по разметке?

ЛЕКЦИЯ 18. Погрешность изготовления обшивки

При оценке погрешности изготовления обшивки δо все обшивочные детали удобно разделить на три типа, отличающиеся конструктивным исполнением и жесткостью:

- обшивки малой толщины с линейчатой поверхностью (цилиндрической или конической формы), которая разворачивается на плоскость;

- обшивки малой толщины, представляющие собой оболочки сложной формы (не разворачивающиеся на плоскость);

- обшивки в виде монолитных панелей.

1. Обшивочные детали первой группы, как правило, могут быть прижаты к обводообразующим элементам приспособления практически без зазора (рис.18.1), поэтому под погрешностью изготовления обшивки здесь следует понимать только допуск на изготовление листа при прокате его на металлургическом заводе. Для тонкой обшивки с линейчатой образующей δо = [δлиста] ≈ ±0,15 мм.

Рис.18.1. Установка тонкой обшивки с линейчатой поверхностью

2. Детали второй группы, имея сложную форму, даже при незначительной толщине листа, могут иметь значительную жесткость. При этом дефект отклонения формы такой детали от заданной поверхности не всегда удается исключить путем более частого расположения прижимов приспособления. Поэтому погрешность изготовления такой обшивки δо можно представить как сумму допуска на катаный лист δл и погрешность формообразования оболочки δф:

δо = δл + δф.

Для определения δф необходимо рассмотреть цепь переноса размера с первоисточника на отформованную оболочку. Например, при инструментально-шаблонном методе увязки и изготовления обшивки обтяжкой по пуансону (рис.18.2) схема будет следующей:

Погрешность формообразования будет складываться из погрешностей на каждом этапе переноса размера:

δф = .

Рис.18.2. Формообразование тонкой обшивки двойной кривизны

3. Для третьей группы обшивочных деталей (монолитных панелей) погрешность δо будет зависеть от технологии изготовления плоских заготовок δз (механическим фрезерованием, электрохимической обработкой и т.п.) и от метода пластического формообразования δф (свободной гибкой, гибкой-прокаткой, гибкой дробеударным методом и т.п.):

δо = δз + δф. (18.1)

Наиболее распространенный метод получения плоских панелей – механическое фрезерование, точность определяется возможностями станка (δз ≈ ±0,15 мм).

Точность определения формообразования, например, гибкой (рис.18.3), может быть определена из рассмотрения схемы увязки размеров:

Рис.18.3. Формообразование монолитных панелей

Определение погрешности увязки координатно-фиксирующих отверстий.

Погрешность увязки координатно-фиксирующих отверстий в деталях каркаса характеризуется точностью их изготовления по отношению к осям агрегата (рис.18.4, а). Последовательность выполнения операций по изготовлению КФО при инструментально-шаблонном методе может быть следующая:

- на плаз-кондуктор укладывается шаблон контура 4 (ШК) (см. рис.18.4, б). Его положение фиксируется с помощью линеек 4 штырями через базовые отверстия (БО);

- к КШ прижимают упоры 3, создавая тем самым как бы контршаблон контура;

- шаблон контура удаляют и на его место ставят деталь 1;

- согласно чертежу (рис.18.4,а), в котором указывается положение КФО относительно осей ХОY, устанавливают линейки плаз-кондуктора (рис.18.4,в) и через отверстия в них разделывают КФО.

Рис.18.4. Увязка отверстий КФО в деталях каркаса по отношению к осям СЕ

Цепь переноса размеров будет иметь вид:

Тогда погрешность увязки отверстий КФО определится суммой:

δкфо = . (18.2)

Вопросы для самоконтроля:

1. На какие типы можно разделить обшивочные детали при оценке погрешности изготовления обшивки?

2. Что является погрешностью изготовления обшивки для деталей первой группы?

3. Из чего будет складываться погрешность формообразования?

4. От чего будет зависеть погрешность изготовления обшивки для монолитных панелей?

5. Чем характеризуется погрешность увязки КФО в деталях каркаса?

ЛЕКЦИЯ 19. Погрешность базирования деталей каркаса

Наиболее распространенным методом базирования деталей и узлов каркаса является установка их по обводообразующим элементам приспособлений (рубильникам или макетным элементам) и координатно-фиксирующим отверстиям.

1. При базировании деталей каркаса по обводообразующим элементам приспособления (рис.19.1) погрешность базирования δбдк – это зазор между рубильником (макетным элементом) и деталью. Величина зазора рассчитывается как рассогласование увязки рубильника и детали на несвязанных этапах переноса размеров. Например, при установке пояса нервюры с использованием инструментально-шаблонного метода увязки погрешность базирования определится как сумма погрешностей изготовления пояса 1 и рубильника 2, но только на несвязанных этапах.

Рис.19.1. Погрешность базирования деталей каркаса по рубильникам

Рассмотрим схему увязки:

Из схемы видно, что погрешность базирования δбдк определяется суммой погрешностей переноса с индексами с 3 до 7, т.е.

δбдк = . (19.1)

Погрешность базирования можно уменьшить, если поджать деталь к рубильникам с помощью прижимов и тогда в формулу надо ввести коэффициент k, определяемый по табл. 19.1.

Рис.19.2. Погрешность базирования по КФО

2. При базировании деталей каркаса по КФО (рис.19.2) погрешность установки – это смещение осей отверстий в фиксаторе и детали. Определяется величиной зазора между отверстиями и штырем.

Погрешность базирования обшивки

При рассмотрении вопроса базирования обшивки следует выделить три случая: базирование по рубильникам, по макетным элементам и деталям каркаса.

Во всех случаях погрешность базирования – это зазор между установочной базой и обшивкой. Величина зазора определяется рассогласовыванием их увязки, т.е. суммой погрешностей, возникающих на несвязанных этапах переноса размеров при изготовлении объекта, реализующего установочную базу (рубильник, деталь каркаса), и обшивкой.

1. При установке обшивки по рубильникам (рис.19.3, а) с использованием ИШМ схема увязки может быть представлена в виде:

Верхняя ветвь схемы увязки относится к изготовлению рубильника, а нижняя – к изготовлению обшивки обтяжкой по пуансону. Погрешность базирования δбо определяется по формуле

δбо = k , (19.2)

где k – коэффициент, учитывающий поджатие обшивки к рубильнику.

Если поджатие осуществляется в нескольких точках, то k приблизительно может быть определен по табл.17.1. Если же обшивка прижимается по всему контуру рубильника, например, упругой прокладкой ложемента, то k стремиться к нулю.

2. При установке обшивки по макетным элементам (рис.19.3,б) схема увязки может быть следующая:

Верхняя ветвь относится к изготовлению монолитной панели на прессе свободной гибкой, нижняя ветвь показывает перенос размера на макетный элемент с помощью инструментально-шаблонного метода увязки.

3. Определение величины погрешности базирования при установке обшивки на каркас (рис.19.3,в) может быть осуществлено с помощью схемы:

Верхняя ветвь характеризует накопление погрешностей при изготовлении пояса каркаса, на который будет устанавливаться обшивка, нижняя ветвь показывает возникновение погрешностей при изготовлении обшивки обтяжкой по пуансону. Погрешность базирования можно считать по формуле:

δбо = k1(k2 + ),. (19.3)

где k1 – коэффициент, учитывающий поджатие обшивки к каркасу, может быть определен по табл.17.1;

k2 – коэффициент, учитывающий способ базирования деталей каркаса при сборке непосредственно самого каркаса.

Рис.19.3. Погрешность базирования обшивки.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какой из методов базирования деталей и узлов каркаса является наиболее распространенным?

2. Как можно уменьшить погрешность базирования?

3. Что представляет собой погрешность установки при базировании деталей по КФО?

4. Как можно представить схему базирования при установке обшивки по рубильникам?

5. Как выглядит схема увязки при установке обшивки по макетным элементам?

6. Как определить величину погрешности базирования при установке обшивки на каркас?

ЛЕКЦИЯ 20.Последовательность расчета ожидаемой точности сборки изделия

Постановка задачи. Конструктор, спроектировавший агрегат, назначает допуск на его изготовление (как правило, в виде допустимого отклонения от теоретического контура). Технолог на завершающей стадии проектирования технологического процесса должен провести расчет ожидаемой точности сборки изделия и результат сопоставить с заданной точностью (допуском на изделие).

Основными факторами, влияющими на точность, являются выбранный метод сборки и схема увязки заготовительной и сборочной оснастки.

Порядок проведения точностного анализа может быть следующим.

1. Изображается совмещенный эскиз сечения собираемого изделия и приспособления, на котором можно проследить зависимость между размерами сборочной единицы и размерами входящих в нее деталей, а также базовых элементов приспособления.

2. На эскизе составляется схема размерной цепи. За начало отсчета размерной цепи целесообразно выбрать какую-либо конструктивную ось изделия. Расстояние от этой оси до внешнего контура изделия будет замыкающим звеном, размеры деталей и элементов сборочного приспособления, влияющие на величину замыкающего звена, - составляющими звеньями.

3. На основании схемы размерной цепи составляется уравнение размерной цепи, устанавливающее связь между размером сборочной единицы Lсе и размерами деталей изделия и элементов приспособления Li:

. (20.1)

где Аi – передаточное отношение, характеризующее влияние составляющих звеньев на замыкающее звено (Аi=1 – для увеличивающих звеньев, с ростом которых уменьшается замыкающее звено; Аi=-1 – для уменьшающих звеньев, с ростом которых уменьшается замыкающее звено).

4. По уравнению размерной цепи составляется уравнение производной погрешности

δсе = , (20.2)

где δсе – ожидаемая погрешность сборки изделия (характеризует ожидаемую точность сборки);

δi – погрешности составляющих звеньев размерной цепи (сокращенно – погрешности звеньев).

Набор погрешностей составляющих звеньев δi, входящих в формулу (20.2), для каждой конкретной конструкции будет определяться соответствующий ей размерной цепью и зависеть, в первую очередь, от выбранного метода сборки. При этом для каждого метода сборки характерен свой состав погрешностей.

5. После составления уравнения производственной погрешности (20.2) находят погрешности составляющих звеньев размерной цепи.

Они определяются, в свою очередь, как сумма погрешностей отдельных этапов переноса размеров от первоисточника (теоретического плаза, чертежа, эталона) до объекта, т.е. приспособления, базовых элементов, деталей каркаса, КФО в деталях и т.п. Этапы переноса размеров оформляются в виде линейных схем увязки.

Погрешности отдельных этапов зависят от способов переноса размеров и используемого при этом оборудования. Величины погрешностей этапов находятся по таблицам, куда сведены среднестатистические значения, взятые из опыта работы авиационных предприятий. Можно пользоваться обобщенной таблицей П1, приведенной в приложении.

Поскольку погрешности отдельных этапов переноса размеров являются величинами случайными, то суммируют их по правилам суммирования случайных величин с помощью формулы:

, (20.3)

где δi – погрешности составляющих звеньев размерной цепи;

Δj – половина пол допуска отдельного этапа переноса размеров;

Δj – координата середины поля допуска того же этапа (учитывает смещение середины поля допуска от номинала);

j – номер этапа переноса размера;

m – число этапов переноса размеров;

αj – коэффициент относительной симметрии разделения этапа переноса размера;

kj – коэффициент относительного рассеивания размера при его переносе на j-м этапе.

Если закон рассеивания случайных величин близок к нормальному закону распределения по Гауссу, то αj и kj соответственно равны 0 и 1, и формула (20.3) упрощается:

, (20.3)

Координаты середины поля допуска определяются по формуле

,

где BOj – верхнее, HOj – нижнее предельные отклонение этапов переноса размеров æj.

Половина поля допуска

Более грубо значение погрешностей составляющих звеньев размерной цепи δj можно определить, пользуясь методом максимума-минимума, который предполагает, что могут возникнуть ситуации, при которых все погрешности этапов переноса размеров принимают экстремальные значения, соответствующие верхней или нижней границам своих полей допусков.

Такие ситуации маловероятны, поэтому расчет по max ­ min дает всегда завышенные величины δj погрешностей звеньев размерной цепи. Но поскольку данный метод по существу сводится к простому суммированию погрешностей переноса размеров, он может быть использован в прикидочных расчетах. Согласно методу max ­ min

δj = ∑∆j ± ∑∆j. (20.4)

6. На завершающем этапе полученные по формулам погрешности составляющих звеньев размерной цепи δj подставляются в формулу производственной погрешности, полученную в пункте 4, соответствующую выбранному методу сборки. Таким образом, определяется ожидаемая величина погрешности сборки изделия δсе.

Если δсе ≤ [δ], то выбранный способ базирования и схема увязки оснастки удовлетворяет заданным условиям; если же δсе > [δ], то необходимо:

а) изменить метод сборки или способ базирования в приспособлении на более точные;

б) выбрать более точную схему увязки;

в) исследовать возможности повышения точностных характеристик изготовления оснастки и деталей.

Таблица П1