Допускаемые отклонения æj на этапах переноса размеров, мм

Содержание операции переноса размера	Погрешность æj	αj	kj
1	2	3	4
Расчерчивание КП по ТП Изготовление рабочих шаблонов припиловкой по контурам Изготовление плоских формблоков и оправок по шаблонам (ШКВ и ШКС) с припиловкой по контурам КРС из шаблонов Изготовление объемных пуансонов и оправок по ШКС и КРС с ручной доводкой контуров Изготовление рубильников и макетных элементов по шаблонам припиловкой по контурам Изготовление контурообразующих деталей штамповкой (деталей каркаса) на формблоках резиной на оправках выколоткой на штампе под падающим молотом Изготовление обшивок на обтяжных прессах Изготовление деталей на профильно-гибочных прессах Образование отверстий СО, КФО, сверлением по кондукторам Увязка размеров с помощью плаз-кондуктора Увязка размеров с помощью инструментального стенда Перенос размеров (линий) фотопечатью Перенос размеров слепком (эталон – монтажный эталон (МЭ), МЭ - приспособление) Изготовление штампа по ШКС припиловкой Изготовление детали штамповкой	± 0,1…0,2 ± 0,15 ± 0,2 ± 0,2 ± 0,2 ± 0,15 ± 0,5…1,5 ± 0,5 ± 0,3 ± 0,3 ± 0,5 ± 0,05 ± 0,1 ± 0,1 ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,25	0,0 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,5 0,2	1 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1 1 1 1 1 1,4 1,2

Таблица П2

Среднестатистические данные по точности изготовления приспособления при различных методах монтажа

Отклонение от номинала, мм

Установка базово-фиксирующих элементов по плоским шаблонам приспособления (ШП) Точность изготовления приспособления по объемному монтажному эталону Точность установки базово-фиксирующих элементов с помощью координатно-инструментальных средств (плаз-кондуктора и инструментального стенда) Монтаж сборочных приспособлений с помощью координатно-оптических систем Монтаж базово-фиксирующих элементов с помощью лазерных центрирующих измерительных устройств

± 0,3 ÷ 0,5 ± 0,3 ÷ 0,5 ± 0,3 ÷ 0,7 ± 0,15 ÷ 0,25 ± 0,15

Определение допуска на изготовление узлов каркаса по заданной точности на агрегат

Допуски на точность изготовления агрегатов и отсеков летательного аппарата по аэродинамическим обводам и разъемам задаются конструктором изделия. Величина этих допусков зависит от тактико-технических требований к ЛА.

Если же сборке агрегата (отсека) предшествует сборка входящих в него узлов, то допуск на точность их изготовления задается технологом, проектирующим тех.процесс сборки агрегата. Определяющими факторами для назначения допуска узла является допуск на агрегат, а также выбранные метод сборки и схема увязки.

При этом узлы должны быть собраны с такой точностью, чтобы при их соединении в агрегат точность агрегата удовлетворяла заданным техническим условиям.

Например, нервюры и лонжероны кессона крыла должны иметь точность значительно выше, чем сам кессон (рис.5.30), так как на погрешность деталей каркаса накладывается погрешность обшивки, приспособления и т.п.

Методику назначения допуска на изготовление внутренних узлов агрегата рассмотрим на примере кессона крыла (рис.20.1).

Нервюра сборная состоит из 5, 6 – поясов, 7 – стенки, 8 – стоек.

Ее надо собрать перед тем, как она подается на общую сборку.

Постановка задачи – по заданному допуску на агрегат (кессон) определить допуск на сборку нервюры.

Заданный метод сборки – по каркасу (КР).

Способ увязки оснастки – инструментально-шаблонный (ИШМ).

Рис.20.1. Кессон крыла1, 2  лонжерон; 3  обшивка; 4  нервюры

Рис. 20.2. Нервюра

1. Из технических условий определяем, что [ ]ту = 1,5мм.

2. Изображаем эскиз сечения агрегата и составляем размерную цепь (2 этапа сборки).

а) установка деталей каркаса:

= + +

– базирование узлов каркаса

Рис.20.3. Установка деталей каркаса: 1 – контур стапеля; 2 – заданный контур каркаса (нервюра); 3 – действительный контур каркаса (нервюра)

б) установка обшивки

Рис.20.4. Установка обшивки: 3– обшивка; 5– каркас

= + +

Отсюда погрешность изготовления агрегата (СЕ) выразится структурным уравнением:

+ + + + + < [ ]. (20.5)

3. Разрешаем уравнение (20.5) относительно , которое является искомой.

+ + + ), (20.6)

где задана из Т.У. Для определения остальных составляем схему увязки (ИШМ).

4. Схема увязки.

= f ( );

);

; );

;

.

5. По справочникам определяем .

6. Пользуясь теоретико-вероятностным методом, подсчитываем по формулам:

,

+ ,

= .

7. Подставляем в (2) и находим .

8. При выбранной схеме увязки является допуском на изготовление узлов каркаса (нервюры)

=

9. Исходя из определенного подыскиваем метод сборки по СО, в приспособлении , по разметке и т.п.

.

Определение допуска на изготовление приспособления для сборки изделия

Методика аналогична определению допуска на сборку узлов каркаса.

Отличается тем, что на этапе 3 структурное уравнение надо разрешить относительно

=  ( + + + ),

.

Вопросы для самоконтроля:

1. Каков порядок проведения точностного анализа?

2. Что можно принять за начало отсчета размерной цепи?

3. На основании чего составляется уравнение размерной цепи?

4. Как определяются погрешности составляющих звеньев размерной цепи?

5. Как суммируют погрешности отдельных этапов?

6. В чем заключается определение допуска на изготовление приспособления для сборки изделия?

ЛЕКЦИЯ 21. Методы монтажа сборочных приспособлений (СП)

Методы монтажа СП всецело зависят от методов увязки размеров деталей СЕ базовых и других элементов СП, принятых на предприятии при изготовлении того или иного изделия. Как показал анализ, на российских авиационных предприятиях в сборочных производствах применяют 3 основных метода увязки:

- эталонно-шаблонный метод (ЭШМ);

- метод увязки математическим моделированием (МУММ);

- расчетно-плазовый метод (РПМ).

Рассмотрим методы монтажа СП, проводимые при каждом из выше указанных методов увязки с определением способов переноса информации на базовые и другие элементы СП и расчетом погрешностей монтажа.

1. Классический метод монтажа СП по монтажному эталону агрегата(МЭТ)

По этому варианту (рис. 21.1) результирующая погрешность монтажа определяется по принципу, определённому формулой (21.1), когда результирующая погрешность монтажа определяется суммарной погрешностью переноса информации только начиная с этапа переноса с источников информации верхнего уровня на базирующие элементы стапеля с одной стороны и установочные элементы монтажного эталона с другой. Таким образом, например, погрешность обводообразующих поверхностей элементов СП определится по формуле

_стап=_изг+_позиц+_МЭТ+_сопр, (21.1)

где _стап – погрешность действительного обвода поверхности рубильника стапеля от теоретического обвода первоисточника;

_изг – погрешность изготовления обвода поверхности рубильника по принятой технологии, например, по программе для станка с ЧПУ, разработанной на основе конструктивного плаза компьютерного. Технические характеристики современных фрезерных станков с ЧПУ позволяют изготовить обвод с погрешностью 0,1 мм;

_позиц – погрешность позиционирования обводообразующих поверхностей рубильника при его размещении относительно поверхностей установочных лекал монтажного эталона. По некоторым данным 0.18 _позиц  0.05 мм;

_МЭТ – погрешность изготовления обводообразующей поверхности установочных лекал монтажного эталона на станке с ЧПУ составит 0.1 мм;

_сопр – погрешность, определяемая условиями сопряжения обводообразующей поверхности рубильника и поверхности лекала МЭТ. По некоторым данным 0.18 _сопр=0.05 мм.

Кроме перечисленных погрешностей на положение поверхности рубильника в пространстве СП оказывают влияние зазоры в кинематической паре «ухо законцовки рубильника – вилка стапеля». Однако, эта погрешности присуща всем рассматриваемым методам увязки, поскольку анализ производится при наложенном условии неизменности конструкции СП. В связи с этим эту погрешность в сравнительном анализе учитывать не будем.

Таким образом, результирующая погрешность установки обводообразующей поверхности рубильника составит _стап =±0.3 мм.

П ри этом реальная погрешность отклонения установочных поверхностей МЭТ от теоретических обводов агрегата не оценивается и не учитывается.

Изготовление элементов и сборка МЭТ агрегата. Установка МЭТ в пространство СП, _МЭТ

Рис. 21.1. Схема переноса информации при монтаже стапеля по монтажному эталону.

2. Монтаж СП с использованием метода увязки математическим моделированием (МУММ)

Метод увязки математическим моделированием предусматривает использование в качестве первоисточника информации абстрактные носители форм и размеров изделия – математические модели (рис. 21.2).

В качестве первоисточников используются теоретический электронный макет СЕ (ТЭМ) и электронный макет конструкции СЕ (КЭМ). По этой технологии перенос геометрической информации осуществляется независимым методом формообразования. При этом, такой перенос информации не связан с использованием материальных носителей форм и размеров, таких как метрическая линейка, угломер, калибр отверстия и других. Перенос информации при этом методе производится по расчетным алгоритмам и программам инженерных расчетов, заложенным в инструментальную программную систему, например, Unigraphics. Тогда погрешности такого переноса информации определяются только погрешностями расчётных процедур и ошибок округления и составляют 0,02…0,05 мм.

П ри непосредственном же ориентировании базовых элементов СП в его координатном пространстве используются специальные инструментальные средства задания координат точек объекта в материальном пространстве, например, лазерные оптические теодолитные системы (ЛОТС) или мобильные координатно-измерительные машины, например фирмы Romer. Такая схема монтажа (в одном из вариантов) представлена на рис. 21.3.

Рис. 21.3. Схема безэталонного монтажа базовых элементов в пространстве СП при МУММ: 1 – балка СП; 2 – стакан; 3 – базирующий элемент СП; 4 – переходный элемент ориентации; 5 – рабочая площадка позиционера; 6 – позиционер; 7 – КИМ типа «ломающаяся рука»; 8 – ЭВМ с программной системой.

По такой схеме монтажа базирующий элемент устанавливается на специальном переходном устройстве для жесткой однозначной фиксации относительно рабочей площадки позиционера. С рабочей площадкой позиционера связана система координат (X_Б,Y_Б,Z_Б), в которой определены три точки плоскости общего положения А, В, С, заданные по некоторым конструктивным базам рабочей площадки, например, в виде крестообразных рисок, конических углублений, целевых знаков и т.п. Положение фиксатора в координатной системе стапеля X_ст,Y_ст,Z_ст однозначно определяется по рассчитанным с помощью электронного макета СП значениям координат точек А, В, С в пространстве стапеля. Следовательно, при наличии электронного макета СП, в котором определены параметры ориентации базирующего элемента (фиксатора) имеется возможность определить расчетные координаты точек А, В, С в координатной системе позиционера, а затем пересчитать их в координатную систему СП. Связанный с рабочей площадкой позиционер, перемещая площадку по шести степеням свободы, позволяет ориентировать ее в пространстве стапеля под контролем измерительной головки КИМ, где измеряемые координаты отсчитываются по разности расчетного и текущего положения, добиваясь отклонения в пределах допуска.

Для такой технологии погрешность монтажа обводообразующей поверхности рубильника в каркасе СП определяется по формуле:

_стап = _{баз э.} + _ЧПУ + _расч + _{точ б.} + _инстр, (21.2)

где _{баз э} – погрешность переноса информации с теоретического электронного макета агрегата на обводообразующую поверхность рубильника при выполнении операций копирования и обрезания твёрдого тела при электронном макетировании _{баз э}=0,02 мм;

_ЧПУ – погрешность программирования обработки поверхности рубильника и её воспроизведения на фрезерном станке с ЧПУ, _ЧПУ=0,1 мм;

_расч – погрешность расчёта координат точек конструктивных баз рубильника по его электронному макету, определяющих установочную плоскость в пространстве СП, _расч=0,02мм;

_{точ б} – погрешность задания координат точек конструктивных баз на поверхности рубильника. Положение точек конструктивных баз определяется типом базовых элементов. Например, для рубильника это могут быть две точки на поверхности рубильника, нанесённые в виде конического углубления при обработке на станке с ЧПУ (или две риски с перекрестием с последующим кернением или в виде целевого знака, установленного в выполненном в рубильнике отверстии). Для установки вилки СП в качестве его точек конструктивных баз могут быть использованы точки центров специального калибра-штыря, установленного в сопряжение с вилкой и забазированного по внутренней щечке вилки. Погрешность нанесения точек конструктивных баз на поверхность базирующего элемента может лежать в пределах от 0,1 мм до 0,2 мм. Примем для расчётов величину _{точ б} = 0,2 мм;

_инстр – погрешность задания координат точек конструктивных баз базовых элементов стапеля с помощью инструментальных средств монтажа – лазерной оптической теодолитной системы (ЛОТС) или координатно-измерительной машины (КИМ). Эта погрешность зависит от характеристик конкретной инструментальной системы. Например, для КИМ ARMONY фирмы Romer типа «измерительная рука» погрешность измерения на базе 3300 мм составит _инстр=0.1 мм;

Тогда результирующая погрешность составит _стап = ±0.44 мм.

3. Монтаж СП в условиях расчётно-плазового метода

Расчётно-плазовый метод увязки построен на комбинированном использовании двух типов носителей информации – математической модели изделия и жёстких носителей форм и размеров с постепенным вытеснением последних по мере развития компьютерных технологий на предприятии.

При использовании РПМ расчёт поверхности усложняется, так как в размерную цепь включаются и этапы переноса информации на монтажный эталон с носителей геометрической информации верхнего уровня. Положение усугубляется тем, что при создании конструктивных элементов сопрягаемых пар использовались два вида независимых первоисточников. Базирующие элементы СП изготавливаются на оборудовании с ЧПУ с использованием ТЭМ, а установочные лекала и базовые отверстия монтажного эталона – по традиционной схеме увязки (теоретический плаз – конструктивный плаз – и так далее). При МУММ СП в условиях РПМ можно пойти двумя путями: использовать в качестве первоисточника геометрической информации теоретический электронный макет агрегата или в качестве первоисточника принять электронный макет монтажного эталона, разработанный по данным сканирования его поверхности на КИМ.

Необходимость использования информации, снятой с монтажного эталона как первоисточника для монтажа СП диктуется следующими соображениями:

• при переносе информации по сопрягаемым поверхностям смежных агрегатов используются общие носители информации верхнего уровня. Следовательно из общей погрешности увязки вычитается достаточно внушительная размерная цепь;

• технология монтажа всей сборочной оснастки на предприятии производится по отстыкованным монтажным эталонам всех основных СЕ агрегатов самолета и другим жестким носителям информации (калибрам, макетам и др.), увязанным на верхнем уровне переноса геометрической информации. Периодическая плановая поверка самих монтажных эталонов путем отстыковки, а также поверка сборочной оснастки позволяет отслеживать и контролировать точность увязки оснастки и при необходимости корректировать;

• монтаж сборочной оснастки для сборки всех узлов и подсборок, входящих в СЕ, производился по единому монтажному эталону, и при разрыве этой цепи передачи информации погрешности сопряжения подсборок в СП трудно рассчитать и проконтролировать.

Однако, при выборе электронного макета в качестве первоисточника геометрической информации при монтаже сборочной оснастки следует иметь в виду:

• при сканировании поверхностей монтажного эталона на КИМ и последующем создании электронного макета МЭТ по результатам замеров вносятся дополнительные погрешности, которые отсутствуют в сборочной оснастке смежной СЕ контролируемой только по монтажному эталону;

• дальнейшая параллельная эксплуатация электронного макета МЭТ одной СЕ и непосредственно материального МЭТ смежной СЕ будет включать дополнительные погрешности эксплуатации материального МЭТ, которые будут нарастать, так как не снимаются путем взаимной увязки при отстыковке при проводимых периодически планово-предупредительных работах.

В таких условиях теоретический расчет погрешности схемы увязки при различных первоисточниках геометрической информации практически невозможен. Остается возможность эксперименатльной проверки схемы увязки при РПМ. На рис. 21.4 представлена схема переноса геометрической информации при монтаже СП в условиях РПМ для одного из вариантов монтажа, рассмотренного ранее (рис. 21.3).

Анализируя эту схему можно отметить следующие основные группы погрешностей:

• погрешность отклонения геометрических параметров монтажного эталона от аналогичных параметров электронных носителей геометрической информации, δ_МЭТ;

• погрешность измерения монтажного эталона на КИМ с последующей математической обработкой результатов замеров с помощью программных инструментальных средств геометрического моделирования, δ_АППР;

• погрешность изготовления базовых элементов СП на оборудовании с ЧПУ, δ_ЧПУ.

Количественные показатели этих погрешностей позволят сделать вывод о целесообразности применения в переходных условиях следующих схем монтажа: расчетно-плазовый метод (рис. 21.4) использующий в качестве первоисточника геометрической информации электронный макет МЭТ СЕ и МУММ (рис. 21.3), где в качестве первоисточника для монтажа СП будет использоваться КЭМ СЕ. Выбор той или иной схемы определится количественным соотношением погрешностей:

δ_МЭТ < (δ_АППР – δ_МЭТ). (21.3)

Если неравенство (21.3) выполняется, то погрешность измерения и аппроксимации монтажного эталона будет выше, чем погрешность собственно его изготовления. В этом случае целесообразно исключить этап электронного макетирования монтажного эталона и монтаж сборочной оснастки вести по схеме МУММ (рис. 21.3).

Если погрешность измерения и аппроксимации ниже, чем погрешность изготовления МЭТ, то в качестве первоисточника геометрической информации для монтажа стапеля следует принять электронный макет МЭТ, реализуя таким образом схему, представленную на рис. 21.4.

Для определенности в качестве величины δ_МЭТ примем допуск на изготовление МЭТ, заложенный в ТУ на изготовление и сборку МЭТ. Тогда для принятия решения необходимо выполнить задачу измерения МЭТ на КИМ с последующим формированием по данным замера конструктивного электронного макета МЭТ и его анализа.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие методы монтажа СП применяются в самолетостроении?

2. Как определяется погрешность СЕ при монтаже по МЭТ?

3. Какова структура монтажа при использовании МУММ?

4. Покажите схематично взаимосвязь КИМ, КЭМ и позиционера при монтаже СП с использованием МУММ.

5. Какова структура погрешности при монтаже СП с использованием МУММ?

6. В каких случаях применяется монтаж СП в условиях расчетно-плазового метода?

7. Требования к КЭМ при монтаже в условиях РПМ.

ЛЕКЦИЯ 22. Монтаж сборочной оснастки

1. Функциональное назначение сборочной оснастки

Сборочная оснастка – устройства, обеспечивающие правильное вза­имное положение, фиксацию, соединение и контроль деталей и под­сборок в соответствии с техническими требованиями. Кроме того, сбо­рочное приспособление должно обеспечивать возможность закладки входящих деталей и узлов, выемку готового изделия, безопасные и комфортные условия труда сборщиков.

Таким образом, сборочные приспособления – это многофункцио­нальные и, следовательно, достаточно сложные в проектировании, из­готовлении и монтаже технические устройства. Они включают в себя множество деталей и узлов, к точности изготовления и установки ко­торых предъявляются не менее, а зачастую и более жесткие требова­ния, нежели к самому изделию.

Конструктивное и технологическое исполнение, требования к точ­ности изготовления и установки элементов сборочных приспособле­ний определяются, прежде всего, их функциональным назначением.

Задачи, решаемые с помощью сборочных приспособлений, можно разделить на главные и вспомогательные.

Очевидно, что главным назначением сборочного приспособления является реализация необ­ходимой и достаточной для обеспечения точности сборки схемы бази­рования. Это позволяет определить и главные задачи проектирования сборочных приспособлений.

1. Координация строительных осей сборочной оснастки. Увязка де­талей и узлов подсборок осуществляется относительно конструк­тивных осей сборочной оснастки, которые в первую очередь наносятся на чертежи или теоретические плазы. На рабочей оснастке привязка отдельных конструктивных элементов к конструктивным осям осуществляется посредством реальных конструктивных баз, например шпилечных и инструментальных отверстий.

2. Создание реальных сборочных баз. Система дополнительных сбо­рочных баз, создаваемых с помощью сборочной оснастки, является дискретной по отношению к контурам изделия, т.е. формируется набо­ром элементов - носителей реальных сборочных баз. Эти элементы принято называть базовыми элементами сборочного приспособления (БЭСП). Базовые точки, линии, поверхности таких элементов увяза­ны с конструктивными осями и базируемыми точками, линиями, по­верхностями изделия по отдельным фиксированным сечениям. Сле­довательно, БЭСП должны быть изготовлены и смонтированы с точностью, обеспечивающей точность положения базируемого эле­мента относительно других элементов собираемого изделия. Конс­труктивное исполнение базовых элементов, схема их расположения определяются выбранной схемой базирования, при этом учитываются технико-экономические факторы, связанные с производством и обслу­живанием самой сборочной оснастки.

3. Фиксация элементов конструкции изделия. Положение элемента конструкции при сборке в сборочном приспособлении определяется БЭСП. Но очевидно, что до соединения с сопрягаемыми элементами базируемая деталь или подсборка сохраняют одну или несколько сте­пеней свободы и под действием собственного веса или внешних нагрузок могут потерять задаваемую БЭСП определенность базирования. Временное силовое замыкание осуществляется за счет фиксирующих элементов сборочного приспособления (ФЭСП).

4. Пространственная увязка БЭСП. Так же, как базируемые элементы конструкции увязаны между собой в пространстве изделия, долж­ны быть увязаны базовые элементы в пространстве сборочной оснаст­ки. Иными словами, разрозненные БЭСП должны быть связаны в единую, жесткую, с точки зрения обеспечения точности их положения в процессе эксплуатации, систему. Привязка БЭСП к строительным осям сборочной оснастки (а, следовательно, элементов конструкции - к конструктивным его осям) реализуется с помощью установочных элементов сборочного приспособления (УЭСП). Поэтому разделка посадочных мест под базовые элементы, монтаж УЭСП производится с весьма высокой точностью.

5. Обеспечение жесткости системы УЭСП. Скоординированные и увязанные относительно строительных осей сборочной оснастки уста­новочные элементы необходимо разместить в пространстве таким об­разом, чтобы их положение не изменялось под действием возмущаю­щих нагрузок, возникающих не только при сборке сборочной единицы, но и в процессе общей производственной деятельности цеха. Эта задача решается с по­мощью несущих элементов сборочного приспособления (НЭСП). Не­сущие элементы образуют каркас, связывающий все системы сбороч­ного приспособления в единое целое. Непосредственно не соприкасаясь с собираемым изделием, несущие элементы достаточно независимы от его форм, размеров, требований по точности. Главным требованием яв­ляется жесткость каркаса, от которой зависят точность и постоянство положения установочных элементов, а, следовательно, базовых и уста­навливаемых деталей и узлов.

Таким образом, базовые, фиксирующие, установочные и каркасные элементы сборочной оснастки обеспечивают и сохраняют при сборке заданное чертежами положение элементов конструкции.

Кроме основных, сборочная оснастка должна позволять решать и ряд вспомогательных задач, связанных в основном с созданием нор­мальных условий и повышением производительности труда.

6. Нормализация условий и повышение производительности труда. Эта задача решается с помощью встраиваемых или присоединяемых к основной конструкции сборочной оснастки вспомогательных устройств, систем, оборудования, которые так и принято называть - вспо­могательные элементы сборочных приспособлений (ВЭСП). К ним относятся:

- системы механизации работ по выполнению соединений (сверлильно-зенковальные установки, сварочные головки);

- системы контроля качества сборки (эквидистантные рубильники, индикаторные головки, оптические средства);

- системы механизации обслуживания самой сборочной оснастки (подъем и перемещение базовых элементов приспособления, фиксация их в рабочем положении);

- системы энергоснабжения (электро-, пневмо- и гидропроводка);

- системы обслуживания и хранения (рабочие площадки и помосты, лестницы, стремянки, стеллажи и т.п.);

- системы безопасности (освещение, вентиляция и т.п.).

Классификация сборочной оснастки по конструктивно-технологи­ческим признакам приведена на рис. 22.1.

Рис. 22.1. Классификация сборочной оснастки.