2. Требования к точности монтажа приспособлений

К установке базовых элементов предъявляются высокие требования по точности монтажа. Допустимая погрешность установки лежит в диапазоне 0,02…0,1 мм в зависимости от типа самолета, собираемого агрегата и зоны на агрегате по отношению к направлению полета.

Для СП разработана система допустимых погрешностей изготовления и монтажа, исходя из ее размеров.

Степень точности для элементов СП ограничена допусками:

- допуск на изготовление 7…12 квалитетами;

- допуск на длину стыков и разъемов:

при длине до 1250 мм – 7 и 8 квалитетам;

при длине до 2500 мм – 9 и 10 квалитетам;

при длине до 4000 мм – 11 и 12 квалитетам;

В реальном производстве сборочной оснастки достигаемая точность зависит от примененного метода обеспечения взаимозаменяемости и монтажа. Для каждого из них погрешность определяется и нормируется отраслевыми нормативными документами. При таких высоких требованиях к точности монтажа базовых элементов особое внимание в производстве приспособлений следует уделять эффективности методов монтажа этих элементов.

В настоящее время используемая схема обеспечения взаимозаменяемости основывается на использовании жестких носителей форм и размеров изделия при переносе информации от первоисточников к элементам оснащения. Обработка обводообразующих контуров базовых элементов производится на станках с ЧПУ, при программировании которых используется первоисточник геометрической информации – теоретический электронный макет агрегата.

Для сохранения точности сборочного приспособления в процессе эксплуатации в конструкции его закладываются повышенные требования к жесткости пространственной конструкции.

Задание точности положения и изготовления базовых элементов определяется условиями изготовления деталей базовых элементов, способов их узлового монтажа и окончательного монтажа конструкции сборочного приспособления.

3. Монтаж сборочных приспособлений

Данный метод, как наиболее простой, чаще всего применяется для монтажа СП для сборки плоских узлов – шпангоутов, нервюр и т.п.

В качестве первоисточника информации о положении установочных элементов 1 и 2 порядка применяются специальные шаблоны – шаблоны монтажно-фиксирующие (ШМФ) носитель плоской системы координат – плаз-кондуктор.

Типовой процесс монтажа СП по данному методу включает операции:

1 - ШМФ устанавливают на реперные площадки на каркасе СП и фиксируют в этом положении;

2 - с помощью штыревых фиксаторов по БО ШМФ устанавливают на каркасе кронштейны с базовыми втулками; в этом положении кронштейны фиксируются цементной массой;

3 - по контуру ШМФ, зафиксированного на кронштейне, устанавливают остальные установочные элементы.

Проверка правильности монтажа, а так же проверка СП в процессе эксплуатации выполняют с помощью того же ШМФ.

Данный метод монтажа прост и имеет низкую трудоемкость, однако, он не может быть использован при монтаже СП с пространственным расположением базовых элементов.

Монтаж базовых элементов с помощью ШМФ в СП пространственной конструкции затруднен из-за сложности установки шаблонов по дистанции и обеспечение заданного положения осей отверстий в вилках, расположенных на различных дистанциях и в разных плоскостях.

4. Монтаж СП в координатном стенде

Основой данного метода является пространственная система координат, задаваемая базовыми отверстиями, выполненными в виде сетки с шагом кратным 50±0,02мм (100±0,02мм или 200±0,02мм). В качестве носителя подобной системы выступает инструментальный стенд, который обеспечивает установку и фиксацию базовых элементов в пространстве вертикально и наклонно относительно базовой плоскости (рис. 22.2).

Инструментальный стенд представляет собой механизированное средство портального типа с подвижным столом и подвижной поперечной линейкой, управляемыми от устройства с ЧПУ. Вертикальные координатные линейки неподвижны и расположены на стойках портала. В системе координат ось X стенда направлена вдоль стола, ось Y – вдоль поперечной линейки, ось Z – вверх по вертикальной линейке. Наибольшая ширина оснастки, монтируемой на столе, 1860мм, наибольшая высота – 3000мм.

Координатная сетка

Вертикальная поперечная ли­нейка

Базовый элемент

Стол

Рис. 22.2. Пространственная координатная система инструментального стенда.

Система перемещения стола и вертикальной поперечной линейки обеспечивает монтаж установочно-фиксирующих элементов каркаса (уха, вилки, репера) на любой размер с помощью управляющих программ по осям X и Z. Монтаж вилки СП приведен на рис. 22.3.

Процесс монтажа базовых элементов включает:

1) установку сваренного каркаса 9 с приваренными стаканами на столе 8 ИС и его закрепление станочными ухватами или другими методами;

2) с помощью поперечной балки 1 и переходных элементов 6, 7 выставляют первую вилку, которая является базовой (формируется базовая плоскость);

3) в этом положении вилку заливают цементной массой;

4) стол ИС перемещают на дистанцию, заданную чертежом и устанавливают вторую вилку;

5) операции повторяют до тех пор, пока не будут установлены все базовые элементы.

Важнейшее условие при применении этого метода - базирование всех элементов за один установ. Каркас остается в первоначальном положении в процессе установки всех вилок, т.к. относительно первой вилки отсчитываются координаты для монтажа всех остальных элементов. При перестановке каркаса вернуть в исходное положение базовую вилку практически невозможно.

Рис. 22.3. Монтаж вилки на инструментальном стенде: 1 – поперечная линейка;

2 – колонна; 3 – держатель; 4, 5 – переходная линейка; 6 – штырь; 7 – вилка; 8 – стол ИС;

9 – каркас СП

Характерным недостатком является то, что установка элементов каркаса вдоль оси Y осуществляется вручную с использованием переходных фитингов и калибров. В случае установки элементов на замкнутых вертикальных рамах каркаса приходится снимать и вновь устанавливать поперечную линейку, что вызывает дополнительные трудности, связанные с большой массой линейки и необходимостью неоднократно контролировать её установку. Кроме того, для установки элементов по оси Y на размеры, не кратные шагу отверстий поперечной линейки, увеличивается вспомогательное время за счет настройки переходных фитингов и калибров.

Таким образом, наибольший эффект от монтажа оснастки на инструментальном стенде можно получить при конструкции стапелей с незамкнутым контуром типа стоек, балок.

Для установки элементов под любым углом относительно плоскостей XOZ, XOY и YOZ спроектированы и изготовлены специальные поворотные устройства, размещаемые на поперечной линейке, для установки элементов за пределами шага координатных отверстий – переходные фитинги. Данные устройства приведены на рис. 22.4.

Рис. 22.4. Переходные элементы, применяемые при монтаже на инструментальном стенде: 1 – переходные фитинги; 2 – поворотное устройство.

Основными недостатками такого метода являются:

– сложность и высокая стоимость инструментального стенда;

– установка элементов с координатами, не кратными сетке, в труднодоступных местах рабочей зоны, а также при монтаже крупногабаритных сборочных приспособлений требует применение промежуточных устройств; из-за этого размерная цепь удлиняется, и погрешность может увеличиться до 0.1..0.2 мм и даже больше.

5. Монтаж СП с применением оптико-механических приборов

Данный метод базируется на координатно-оптической системе (КОС), которая заменяет собой инструментальный стенд. Координатно-оптическая система выполняется в виде линий визирования, расположенных в прямоугольной системе координат. Основной является базовая линия визирования. Параллельно базовым линиям располагают вспомогательные линии визирования, совпадающие с осями элементов СП. В устанавливаемых при монтаже СП элементах выполняют специальные отверстия для целевых знаков. Отсчет координат выполняется с помощью координатных линеек, устанавливаемых параллельно осям визирования.

КОС требует еще при проектировании внести изменения в типовую конструкцию сборочного приспособления, обеспечивающие проход лучей визирования через элементы приспособления, а также выполнения в базовых элементах специальных БО для установки целевых знаков.

Основные оптические приборы - пре­цизионный нивелир, теодолит, специальная зрительная труба, пентапризма и целевые знаки.

Прецизионный нивелир представляет собой оптическую зрительную трубу, визирная ось которой определяется перекрестием нитей в окуля­ре. Труба вращается вокруг оси подставки регулируемого кронштейна, который при помощи регулировочных винтов и уровня может быть уста­новлен на штативе так, что ось, вокруг которой вращается труба ниве­лира, будет строго вертикальна, а оптическая и совпадающая с ней визирная ось трубы будут перемещаться в горизонтальной плоскости. Эта плоскость является горизонтальной базой, от которой производятся от­счеты расстояний вверх или вниз искомой точки путем прикладывания конца мерительной линейки к проверяемой точке (калиброванный валик, вставленный в отверстие вилки для рубильников на балках) и прочте­ния отсчета на линейке, совпадающего с центром перекрестия нитей в трубе.

Прецизионный нивелир позволяет сделать отсчет с точностью до ±0,05 мм благодаря специальным устройствам в оптико-механической системе нивелира. Дистанции установки нивелира не ближе 3,6 метра от ближайшей точки измерения.

Теодолит представляет собой оптическую трубу, подобную трубе нивелира, вращающуюся как вокруг вертикальной, так и гори­зонтальной оси. Положение трубы в обеих плоскостях опреде­ляется градуированными лимбами, закрепление в заданном положении производится специальными винтами.

Специальная зрительная труба служит для образования линии визирования вдоль оптической оси трубы при наведении ее на целевой знак. Дистанция установки ее от ближайшей точки измерения равна нулю.

Пентапризма — пятиугольная призма в специальном корпусе или на особой насадке, позволяющей закреплять ее на тубусе зрительной трубы. Она обладает свойством отклонять линию визирования на угол 90°.

Целевой знак представляет собой втул­ку с перекрестием внутри и служит для определения положения линии визирования, проходящей через оптическую ось трубы и координатную точку на оснастке, где установлен целевой знак. Знак с подсветом на подставке, вставленный в специальную калиброванную регулируемую по высоте стойку, служит также для определения линии визирования, но его ось может находиться на заданном отрегулированном по высоте расстоянии от плоскости основания стойки и параллельна ей.

Все зрительные трубы могут быть установлены на специальных регулируемых кронштейнах, позволяющих смещать оптические оси по вертикали и по горизонтали перпендикулярно линии визирования. Вдоль линии визирования перемещение не производится и заменяется фокусировкой. Регулируемые кронштейны могут быть установлены на штатив или на дистанционные линейки.

Дистанционные линейки представляют собой двутавровые балки, к которым прикреплены массивные линейки длиной три метра с отверстиями шагом 200±0,01 мм, устанавливаемые на регулируемых стойках. Стыковка отдельных лине­ек производится специальными фитингами с сохранением размера дистанции на стыке 200±0.01 мм. На промежуточных дистанциях в интервале 200 мм пользуются универ­сальным дистанционным калибром для установки прибора на задан­ный размер.

На рис. 22.5 приведена схема монтажа рубильников с помощью оптико-механических приборов.

Монтаж СП выполняется в следующей последовательности:

1. каркас СП устанавливается в требуемое положение;

2. на каркасе закрепляется зрительная труба 8, 11 вдоль базовой оси визирования;

3. на противоположной стороне закрепляют целевой знак 13 вдоль базовой оси визирования;

4. с помощью пентапризм 14, 15 образуют систему линий визирования, параллельных базовым линиям визирования. Линии визирования фиксируют целевыми знаками;

5. на координатной линейке 16 вдоль оси визирования устанавливают два целевых знака для возможности перемещения зрительной трубы с пентапризмой вдоль линейки;

6. на рубильник 4 устанавливают вилки 3, одновременно вставив их хвостовики в стаканы 2;

7. базовый элемент устанавливают на каркасе СП и крепят каким-либо способом;

8. с помощью целевых знаков 10, 19 положение базового элемента регулируется в горизонтальной и вертикальной плоскостях;

9. установленный элемент фиксируется заливкой вилок цементом;

10. для установки следующего элемента зрительная труба перемещается вдоль дистанционной линейки на необходимую дистанцию.

Рис. 22.5. Схема монтажа рубильников с помощью оптико-механических приборов: 1 – каркас; 2 – стакан; 3 – вилка; 4 – рубильник; 5 – теодолит; 6 – монтажная стойка; 7, 12 – базовые оси визирования; 8, 11 – визирные трубы; 10 – целевой знак; 13 – позиционные целевые знаки; 14 – визирная труба с пентапризмой; 15 – пентапризма; 16 – координатная линейка; 17 – штырь; 18 – вспомогательная ось визирования; 19 – целевой знак; 20 – монтажная рама

Необходимо отметить ряд существенных недостатков данного способа монтажа:

– при работе на относительно небольших расстояниях геодезические приборы могут иметь неустранимые и неконтролируемые погрешности, связанные, например, с перефокусировкой при наблюдении объектов, расположенных на разных расстояниях;

– визирные оси оптических приборов не являются материальными, представляют собой некоторые воображаемые линии, положение которых в пространстве определяется положением самих оптических приборов. Это обстоятельство делает невозможным применение более точных методов регистрации результатов измерений;

– привязка оптико-механических приборов к конкретным конструкциям и техпроцессам требует разработки и изготовления высокоточной специализированной оснастки, которую трудно унифицировать;

– субъективность процессов измерения и контроля, неудобства при работе в цеховых условиях;

– сложность и дефицитность многих приборов, требование высокой квалификации исполнителей;

– сложность позиционирования базирующих и фиксирующих элементов в процессе монтажа.

Многие из этих недостатков отсутствуют в ниже рассмотренных методах монтажа.

6. Монтаж СП с применением лазерно-центрирующей измерительной системы (ЛЦИС)

Визирная линия, создаваемая нивелиром или зрительной трубой, может быть заменена лазерным лучом. В этом случае вместо оптиче­ских труб в координатной системе устанавливается лазерный излуча­тель малой мощности, приблизительно 1 ватт, дающий видимый луч. Цвет луча зависит от газа, заключенного в генераторе колебаний. Ча­ще всего генератор заполняется смесью гелия и неона, придающей лучу розово-красный цвет.

Собственно визирной линией здесь является энергетическая ось лу­ча, след которой проходит через центр светового пятна в плоскости, пер­пендикулярной лучу. Центр пятна улавливается на необходимой дистан­ции с помощью специального высокоточного целевого знака, в котором вмонтированы миниатюрные фотоэлементы. Такие целевые знаки в виде вкладных втулок или смонтированные на стойках или оправах заме­няют обычные целевые знаки с перекрестием нитей.

Таким образом, для монтажа стапеля при помощи оптических квантовых генераторов или лазеров необходимо обеспечить в конструкции стапеля беспрепятственный проход лазерного луча сквозь конструкцию СП.

Поворот лазерного луча на 90° происходит с помощью пентапризмы в оправе или закрепленной на тубусе дистанционной трубы (рис. 22.6). Наблюде­ние ведется только снаружи. В остальном все операции по созданию координатно-оптической системы и установке фиксаторов по ней не отличаются от тех, когда применяются зрительные трубы.

Основным преимуществом монтажа оснастки с помощью лазерных излучателей является высокая точность (0,01-0,3 мм), что объясняется различными факторами, в том числе прямолинейностью и стабиль­ностью энергетической оси, использованием чувствительных целевых знаков с фотоэлементами, исключением влияния индивидуальных ви­зуальных наблюдений оператора через окуляры труб и другими.

Рис. 22.6. Схема комплектации и расположения приборов ЛЦИС по схеме встречных лазерных пучков: 1 – излучатель в корпусе для крепления на технологической координатной плоскости (ТКП); 2, 4 – стабилизированный блок питания лазера; 3 – излучатель в корпусе для крепления на штативе; 5 – кронштейн для установки целевого знака на рубильнике; 6 – кронштейн для установки целевого знака; 7 – визуальный целевой знак (ВЦЗ); 8 – позиционный чувствительный целевой знак (ПЧЦЗ); 9 – блок индикации ПЧЦЗ; 10 – стойка для целевого знака; 11 – устройство для разворота лазерного луча на 90°; 12 – тренога.

Практическая длина, на которой можно производить измерения и монтаж, доходит до 100 метров, так как здесь отсутствуют такие пока­затели оптических труб, как разрешающая способность, а потери мощ­ности лазерного луча на таком расстоянии ничтожны. Монтаж СП может вестись с одной установки излучателя и необходимость монтажа по зонам с перестановкой приборов в каждой зоне отпадает.

Такое использование лазерного луча малой мощности и внешнее наблюдение его с помощью специальных целевых знаков не представ­ляет никакой опасности для человеческого глаза.

Монтаж стапелей с помощью оптических приборов и лазерных устройств является наиболее перспективным способом в производстве средних и тяжелых самолетов благодаря отмеченным выше характер­ным чертам.

В фиксаторах и других базовых элементах конструкции стапеля должны быть выполнены гнезда для закладки в них целевых знаков с перекрестиями или с фотоэлементами, по которым ведется их установ­ка на каркасе стапеля. В простейшем случае это будут отверстия для вставных круглых целевых знаков (втулок). В более сложных случаях изготовляются кронштейны, вкладыши и другие специальные фитинги.

Ко всем таким промежуточным устройствам предъявляется основ­ное требование - расстояние между базовой поверхностью фиксатора, ложемента и др. и центром целевого знака должно быть строго опре­деленное, и выполнено с высокой степенью точности. Наличие подобных, необходимых для монтажа, с высокой точностью координированных поверхностей, линий или точек, являющихся своеобразными реперами, осложняет конструирование и изготовление базовых элементов сборочной оснастки, но это окупается преимуществами рассмотрен­ной системы монтажа.

7. Монтаж СП с использованием фрезерно-расточных станков с числовым программным управлением

Использование станков с числовым программным управлением (ЧПУ) для изготовления каркасных и базовых элементов сборочных приспособлений дает возможность применять их при монтаже стапелей.

Фрезерно-расточные станки с ЧПУ (рис. 22.7) предназначены для программной обработки отверстий с точным расположением осей, размеры между которыми заданы в прямоугольной системе координат, для фрезерования поверхностей торцевыми и концевыми фрезами, а также для нарезания резьбы, разметки и контроля линейных размеров. Поворотные столы, поставляемые со станками, позволяют производить обработку отверстий в полярной системе координат, а также взаимно перпендикулярных и наклонных отверстий и плоскостей. Программа обработки деталей может задаваться с клавиатуры устройства ЧПУ или составляться непосредственно на рабочем месте в режиме диалога.

Применение CAD/CAM технологий при разработке и изготовлении элементов сборочных приспособлений позволяет создавать управляющие программы для подобных станков.

Возможность применения фрезерно-расточных станков с ЧПУ при монтаже стапеля состоит в следующем:

1) по электронной модели сборочной оснастки создается программа управления органами станка;

2) каркас стапеля с приваренными монтажными площадками закрепляется на рабочем столе станка;

3) производится фрезерование площадок под установку элементов СП;

4) производится разделка отверстий в соответствии с их координатами в монтажном положении (разделка БО, КФО может производиться непосредственно на элементах каркаса, предварительно жестко установленных);

5. производится установка элементов СП на каркас.

Проблема состоит в том, что габариты рабочей зоны стола станка порой не позволяют обрабатывать все монтажные площадки стапеля за один установ, что в свою очередь вносит соответствующие погрешности. Однако есть возможность ввести комбинированный метод монтажа стапелей, при котором элементы каркаса стапеля (балки) обрабатываются на фрезерно-расточных станках с ЧПУ, а дальше монтаж ведется под контролем координатно-измерительных машин и лазерных измерительных устройств.

Рис. 22.7. Фрезерно-расточной станок DMU200P: 1 – защитное ограждение; 2 – фрезерная головка с главным приводом; 3 – зона обслуживания (гидравлика, пневматика, централизованная смазка); 4 – пульт управления с системой ЧПУ; 5 – рабочий стол; 6 – устройство подачи смазывающей и охлаждающей жидкости; 7 – инструментальный магазин и устройство смены инструмента.

Вопросы для самоконтроля:

1. Каковы основные задачи решаемые при проектировании сборочной оснастки?

2. Каковы условные функци сборочной оснастки?

3. Назовите основные требования к точности монтажа СП.

4. Какие виды монтажа СП существуют, их преимущества и недостатки?

5. Какие технические средства используются при монтаже СП с применением оптико-механических приборов?

6. Каков принцип монтажа СП с применением лазерно-центрирующей измерительной системы (ЛЦИС)?

7. Какие СП могут быть адаптированы с применением станков с ЧПУ?

ЛЕКЦИЯ 23. Современные контрольно-измерительные системы, применяемые в сборочном производстве ЛА

Промышленные измерительные системы представляют собой комплекс средств, применяемых на всех стадиях создания самолетов, начиная от проектирования испытаний, изготовления продувочных моделей, разработки чертежей в научно-исследовательских отделах; для получения данных, относящихся к проектированию конструкции в конструкторских отделах; для

контроля штампов, а также для изготовления частей планера, продувочных моделей и для подготовки данных для станков с ЧПУ; для выполнения работ по периодической проверке сборочных приспособлений, стендов, стапелей, станочного оборудования в цехах основного производства; монтажа СП, в стыковочных и других стендах сборочного производства. Ведущим мировым производителем данных систем является фирма «Leica».

1. Характеристика промышленных измерительных систем фирмы «Leica», применяемых в авиастроении

Наибольшее распространение получили теодолитные измерительные системы AxyMTM-STM, интерферометрические Axyz LTD, фотограмметрические V-STARS. Укрупненные характеристики систем приведены в таблице 23.1.

Таблица 23.1.

Промышленные измерительные системы

Cистема	AxyzSTM	AxyzMTM	AxyzLTD	V-Stars
Сенсор	Тахеометр	Теодолиты	Лазерный трекер	Камеры
Время развертыва- ния	10 минут	30-40 минут – установка и ориенти- рование	25 минут – инициализа- ция без учас- тия оператора	30 минут основной инициализа- ции (разметка)
Размер объекта	до 100 м	до 50 м	до 35 м	до 5-7 м
Скорость замера	1 точка - 20 секунд	1 точка – 10 секунд	до 1000 точек в секунду	1 точка в 2 секунды
Точность	0.5мм по ходу луча от 0.02мм в поперечном направлении	от 0.02 мм до 1/200000 размера	от 0.02мм до 1/100000 размера	от 0.02мм до 1/50000 Размера
Отметка точек	Катафоты или призмы	Лазерное пятно, любые точки	Специальная марка	Специальная разметка
Бесконтактность	НЕТ (необходима разметка)	ДА	НЕТ (касание специальной маркой)	ДА (разметка или специальная марка)
Сканирование	Точка за точкой на призму	Точка за точкой по лазерному пятну	Движущийся пробник по поверхности	Точка за точкой на пробник
Слежение за целью	ДА (TDA серия)	ДА (TDA серия при измерении на призмы)	ДА (Стандартный режим)	НЕТ

На рис. 23.1 показаны современные приборы, входящие промышленные измерительные системы фирмы Leica Geosystems, получившие наибольшее распространение в авиастроении.

Рис. 23.1. Приборы промышленных измерительных систем

Под системой Axyz понимается оттестированное и организованное программное обеспечение и поддержка (в том числе и аппаратная) разнообразных приборов, а также методика выполнения работ.

Общая часть системы включает в себя:

1. Функции управления системой и работы с данными:

• импорт/экспорт данных различных форматов;

• создание отчета о работе;

• доступ в базу данных выполненных работ;

• редактор базы данных;

• задание параметров различного используемого инструментария;

• определение измеряемых объектов (их может быть несколько в одной работе);

• задание допустимых погрешностей (этот пункт исключительно важен для получения гарантированно правильного измерения);

• защита от перезаписи и удаления данных;

• доступ к модулям для различных приборов;

• отступ к внешнему монитору окружающей среды;

2. Функции для работы с координатными системами:

• выбор различных координатных систем - декартовых, сферических, цилиндрических различной ориентации;

• выбор различных координатных систем (связанных с различными объектами);

• изменение координатной системы путем поворота, переноса или изменения масштаба;

• привязка к другим осям, задаваемым точками;

• привязка к координатной системе объекта по набору отдельных координат отдельных точек;

• привязка к координатной системе объекта по геометрии объекта (плоскость, цилиндр, конус, параболоид и т.д.);

3. Оценку параметров объекта (рис. 23.2 – 23.4):

• проведение по набору точек различных элементов - наилучших прямой, плоскости, окружности, сферы, цилиндра, параболоида, конуса;

• сравнение наборов точек и проверка отклонений их координат от номинала;

• взаимное расположение различных элементов;

• пересечение двух элементов;

• контроль за перпендикулярностью и параллельностью элементов;

• симметричное разбиение;

• определение скрытой точки;

• определение расстояний, угла и дуги;

• и спользование модуля Axyz VIEW/CAD для проведения сравнительного анализа объекта с проектными данными (система AUTOCAD) в режиме реального времени;

Рис. 23.2. Пересечение плоскостей 1,2 и построение плоскости бисектора

Рис. 23.3. Построение цилиндра по замеренным точкам (P1-P5)

Рис. 23.4. Сравнение поверхности с замеренными точками

4. Управление измерением:

• измерение углов и расстояний (в том числе и управление с ПК);

• показ измеренных координат в различных системах координат с указанием погрешности измерения;

• режим выноса (разметки объекта) и проверки (сравнение с заложенными данными) - особенно эффективен при использовании моторизованных приборов;

• режим непрерывного обновления (без записи) координат точек;

• замер скрытых точек;

• возможность создания программы управления последовательностью операции при измерении.

Наибольшее распространение в авиастроении получили следующие измерительные системы – AxyzLTD и Axyz MTM/STM.

2. Теодолитная (тахеометрическая) измерительная система AxyzMTM/STM

Система состоит из теодолитов (тахеометров) (рис. 23.5), измерительного жезла (длиной ~1м), интерфейсного блока (от 1 до 8 приборов), портативного компьютера (RAM 64, Pentium 266, HDD 1Gb, мультипорт RS232 по количеству теодолитов (тахеометров), штативов, лазерных насадок DL2 на теодолиты (тахеометры), соединительных проводов. Количество одновременно подсоединяемых приборов составляет от 1 (для системы STM) и от 2 до 8 (для системы MTM). Количество одновременно программно обрабатываемых стоянок приборов составляет от 1 до 99. Максимальная достижимая точность для системы МTM составляет 0,02мм. Скорость снятия координат контролируемых составляет 1-4 точки в минуту. Количество операторов, обслуживающих систему, равно числу работающих в ней приборов.

Рис. 23.5. Теодолитная измерительная система

На рис. 23.6 показаны некоторые из стандартных марок для AxyzMTM.

Упрощенная схема проведения сборочных работ с использованием измерительной системы Axyz MTM такова:

1. взаимная ориентация приборов;

2. определение координат базовых точек объекта;

3. переход в систему координат объекта (по точкам или конструктивным элементам объекта);

4. определение положения объекта в пространстве или взаимное расположения его частей;

5. смещение его точек в необходимые проектные положения в системе координат объекта (моторизованные теодолиты автоматически разворачиваются в нужную точку пространства и материализуют ее лазерным лучом);

6. повторное измерение контролируемых точек;

7. выдача протокола измерений.

Рис. 23.6. Марки для AxyzMTM

ЛЕКЦИЯ 24. Современные контрольно-измерительные системы, применяемые в сборочном производстве ЛА (продолжение)

1. Лазерный трекер (AxyzLTD)

Измерительная система состоит из сенсора (вес 31,5кг), контроллера (вес 10,5кг), персонального компьютера (RAM 128, Pentium 400, HDD 1Gb, LAN карта), соединительных кабелей питания и связи и специальных визирных целей (рис. 24.1).

При использовании в качестве сенсора лазерной интерферометрической следящей головки (со встроенной видеокамерой) измерительная система AxyzLTD приобретает уникальные возможности по сканированию поверхностей, так как скорость съема данных достигает 1000 точек в секунду. При этом пользователь устанавливает и способ отбора измеренных данных, например, через каждые 0,1мм, либо через каждые 0,01сек., либо точки, имеющие определенную координату «х» (точки некоторого сечения поверхности). Исключительно удобным становится и исследование динамических процессов, например, движение фрезы станка (отслеживаются движения со скоростями до сотни километров в час). Пользователю достаточно при помощи встроенной видеокамеры (по изображению на экране компьютера) направить головку на визирную цель (щелкнув по цели мышкой) и процесс измерения начнется. В процессе измерения датчик сам следит за состоянием атмосферы и вносит необходимые изменения по мере их надобности.

Поскольку в AxyzLTM объем данных велик, компьютер должен быть обязательно дооборудован LAN картой и иметь видеопамять не менее 8 Mb.

Рис. 24.1. Система Axyz LTD

Упрощенная схема измерений такова. Прибор устанавливается непосредственно у измеряемого объекта. В течение 0,5 часа производится самоинициализация прибора. После этого система готова к измерениям. Измерения производятся на стандартный призменный отражатель (рис. 24.2). Первоначально отражатель устанавливается на штатное место на корпусе лазерного трекера. Производится захват визирной цели. Оператор последовательно помещает визирную цель на контролируемые точки на объекте. Производится автоматическое слежение за целью и, при необходимости, запись ее текущих координат в базу данных управляющей программы – при потере цели (вследствие прерывания луча лазерного интерферометра) измерение может быть продолжено либо со штатного места на корпусе трекера, либо с контролируемой точкой с известными (измеренными) координатами.

Рис. 24.2. Марки для Axyz LTD

При выполнении измерений с помощью систем типа Axyz к помещению, режиму вентиляции, освещенности, времени проведения измерений предъявляются определенные требования:

1. Помещение должно иметь жесткое основание для установки штатных штативов с теодолитами (тахеометрами) или лазерного трекера или специально оборудованные места для крепления теодолитов (тахеометров) во избежании изменения ориентации теодолитов (тахеометров), лазерного трекера во время проведения наблюдений.

2. Если измерительные приборы располагаются на высоте более 1,8 м, то места стоянок наблюдателей должны быть оборудованы специальными подставками для стояния.

3. Теодолиты не рекомендуется ставить вблизи нагревательных приборов или в местах, связанных с резким колебанием температур во время проведения наблюдений.

4. Во время проведения наблюдений в помещении должен быть установлен стабильный температурный режим с колебаниями не более 5 градусов по Цельсию.

5. Визирные цели должны быть освещены равномерным и достаточной интенсивности освещением. Если освещения, используемого в помещении не достаточно для четкого наблюдения визирных целей, последние должны быть подсвечены электрической переносной лампочкой.

Особенностью самолетостроительного производства на современном этапе является широкое применение машинных методов проектирования изделий, использование вычислительных систем и устройств для программного управления оборудованием и средствами контроля качества продукции. Бесконтактные методы контроля геометрических параметров деталей, узлов и агрегатов позволяют связать в единый комплекс машинные методы проектирования и автоматизированное воспроизведение проекта в производстве.

На рис. 24.3 приведены области применения измерительных систем в авиации.

Рис. 24.3. Укрупненная схема измерительных работ

1.1. Изготовление оснастки и деталей

Изготовленная технологическая оснастка (шаблоны, рубильники, контрольные плазы, эталоны поверхности др.) и детали перед выдачей в производство подвергаются контрольным операциям для определения отклонений от заданных параметров. В виду специфических особенностей конструкции самолета – сложности формы, многоразмерности, крупногабаритности – методы контроля требуют специализированной аппаратуры. Контроль элементов заключается в сравнении отдельных поверхностей, линий или отдельных точек с проектными данными. При этом предельная погрешность методов контроля должна составлять 20-30% от погрешности допуска на изготовление. Поскольку промышленные измерительные системы имеют точность от 0,02 мм, то эти системы покрывают весь объем проверочных работ в самолетостроении.

Для контроля изделия измерительная система разворачивается в любом удобном месте. Производится замер контрольных точек и осуществляется привязка к системе координат изделия. Дальнейшие измерения проводятся непосредственно в системе координат изделия с одновременной выдачей отклонений точек от проектного положения (рис. 24.4).

Возможны следующие способы маркировки объекта:

1. лазерным лучом – при работе с удаленными точками (AxyzMTM);

2. специальными отражающими пробниками (AxyzLTM, AxyzSTM) марками на оснастке при замерах отверстий и их осей, недоступных точек.

После получения объема всей необходимой информации (достаточного количества точек) возможно моделирование собираемости элементов и вычисление отдельных геометрических характеристик (взаиморасположение осей, центров отверстий и т. д.).

Рис. 24.4. Проверка элементов двигателя лазерным трекером

1.2. Монтаж и контроль сборочной оснастки

При использовании промышленных измерительных систем при монтаже оснастки удается снизить до минимума влияние на точность малой жесткости каркасов, деформирования оснастки от массы собираемых деталей агрегатов и массы сборщиков, температурных деформаций оснастки конструкции и агрегатов. Более того, можно проводить независимый активный контроль расположения собираемых деталей и, таким образом, обеспечивать безмакетную увязку наиболее важных стыков и разъемов. Для монтажа и мониторинга состояния стапеля достаточно заложить в цехе несколько жестких реперов. Работы могут выполняться всеми измерительными системами. Данные работы проводятся методом сравнения (выноса) контрольных точек на элементах оснастки. При необходимости (для исключения влияния деформации, связанной с транспортировкой деталей) сами элементы оснастки могут быть проверены непосредственно на месте сборки. Измерительные приборы располагаются в сборочном цехе в удобном для проведения наблюдений данного элемента оснастки месте. Производится замер реперных точек и осуществляется привязка к системе координат стапеля. На основании проектных данных определяется теоретическое положение контрольных точек элементов оснастки. В специальном режиме работы измерительных систем (вынос точки в натуру) приборы с помощью лазерных лучей материализуют эти точки в пространстве. Монтажнику с помощью юстировочных устройств достаточно совместить контрольную точку с ее визуализацией в пространстве и провести контрольное измерение. На рис. 24.5 показан рабочий момент контроля сборочной оснастки.

Рис. 24.5. Контроль сборочной оснастки

Аналогично, при необходимости проконтролировать положение элементов стапеля, измерительные приборы располагаются непосредственно перед измеряемым объектом в удобном для проведения наблюдений данного элемента оснастки месте. Производится замер реперных точек и осуществляется привязка к системе координат стапеля. На основании проектных данных определяется теоретическое положение контрольных точек элементов оснастки и их отклонение от проектного положения.

1.3. Монтаж и контроль агрегатов самолета

Применение измерительных систем позволяет войти в систему координат самолета, не проводя его предварительную нивелировку, и таким образом провести монтаж (рис. 24.6) и контроль элементов оборудования. Система разворачивается непосредственно возле самолета. Производится замер нивелировочных (контрольных) точек самолета (рис. 24.7). Теоретические координаты этих точек выбираются из проекта, и в процессе перехода в систему координат самолета контролируется их взаимное расположение.

Контроль за монтажом агрегатов осуществляется по контрольным точкам. Система располагается в сборочном цехе в удобном для проведения наблюдений месте. В специальном режиме работы измерительных систем (вынос точки в натуру) приборы с помощью лазерных лучей материализуют эти точки в пространстве. Монтажнику с помощью юстировочных устройств достаточно совместить контрольную точку с ее визуализацией в пространстве и провести контрольное измерение.

Р ис. 24.6. Монтаж агрегатов самолета с помощью AxyzLTD

Рис. 24.7. Окончательный контроль после сборки с помощью AxyzMTM

Вопросы для самоконтроля:

1. На каких стадиях производства применяются КИМ в самолетостроении?

2. В чем функциональные различия теодолитных и лазерных контрольно-измерительных систем?

3. Какие общие основные функции имеют современные контрольно-измерительные системы?

4. Какова функциональная последовательность сборочных работ при применении теодолитной измерительной системы?

5. Из каких основных компонентов состоит лазерный трекер?

6. Какова последовательность этапов работы лазерного трекера?

7. Какие области применения лазерного трекера существуют?

ЛЕКЦИЯ 25. Применение КИМ типа «ломающая рука «Romer» при монтаже СП

Технология монтажа СП с использованием МУММ предполагает позиционирование базовых элементов в пространстве СП с помощью позиционирующих устройств (позиционеров) и инструментальных средств контроля - контрольно-измерительных машин (КИМ).

1. Контрольно-измерительные системы, применяемые при монтаже СП

При выполнении позиционирования инструментальный контроль пространственных координат можно выполнять с помощью следующих контрольно-измерительных систем:

- стационарной КИМ, типа Winner. При этом элементы каркаса сборочного приспособления должны быть размещены на рабочем столе КИМ;

- переносной КИМ типа «ломающаяся рука», например фирмы Romer. В этом случае монтаж базирующих элементов может производиться непосредственно в пространстве СП, установленного на стационарном фундаменте;

- лазерной оптической теодолитной системы (ЛОТС), например фирмы Leica. Это устройство также позволяет производить монтаж непосредственно в пространстве СП. Однако ЛОТС по мобильности значительно уступает переносной КИМ. Кроме того, ЛОТС требует обязательной свободы пространства стапеля для прохода оптических осей лучей визирования, что довольно трудно обеспечить в условиях плотного компоновочного пространства стапеля, особенно в условиях выполнения монтажных работ.

В качестве контрольно-измерительной системы выберем КИМ типа «ломающаяся рука» фирмы «Romer». Данная КИМ обеспечивает максимальную мобильность при монтаже сборочной оснастки.

Конструкция КИМ «Romer» показана на рис. 25.1.

Рис. 25.1. Конструкция КИМ «Romer»

Максимальная длина вытянутой «руки» КИМ – 3 метра. Погрешность измерений – 0.1 мм. Подвод щупа к точке замера производится вручную. «Считывание» координат точки происходит в момент нажатия кнопки расположенной на шарнире щупа. Для крепления КИМ в основании предусмотрено 4 отверстия диаметром 6 мм.

Возможны следующие варианты использования КИМ:

- КИМ закреплена на неподвижной опоре;

- КИМ переставляется с помощью штатива;

- КИМ поочередно переставляется на заранее установленные площадки. Рассмотрим каждый вариант в отдельности.

В первом случае КИМ закрепляется на неподвижной опоре с помощью струбцин или винтами. Производится привязка координатной системы КИМ к координатной системе измеряемого объекта. Измеряемое пространство ограничивается досягаемостью «руки». При перестановке КИМ требуется повторная привязка к системе координат измеряемого объекта.

Во втором случае зона измерений существенно увеличивается. КИМ закрепляется на специальном штативе. Производится привязка к системе координат измеряемого объекта. Далее, по мере необходимости, КИМ перемещается с помощью штатива в новое положение. При этом нет необходимости заново привязываться к выбранной системе координат.

Еще более увеличить зону промеряемого пространства позволяет третий вариант использования КИМ. Вокруг объекта измерений устанавливаются специальные стойки с учетом досягаемости «руки» КИМ до требуемых зон и лазерное сканирующее устройство. Лазерное сканирующее устройство подключается к управляющей ЭВМ КИМ. На одну из стоек устанавливается целевой знак (рис. 25.2).

Рис. 25.2. Установка стоек, лазерного сканера и целевого знака

Запускается лазерное сканирующее устройство. Оно отслеживает перемещение специального маркера, который поочередно устанавливается в трех точках целевого знака. Стойка с целевым знаком предварительно принимается за начало отсчета. Далее целевой знак переставляется на следующую стойку и производится определение ее координат относительно базовой стойки с помощью лазерного сканера. Координаты автоматически записываются в память управляющей ЭВМ. Данная операция повторяется до тех пор, пока не будут определены координаты всех стоек (рис. 25.3).

Рис. 25.3. Определение координат стоек

На базовую стойку устанавливается КИМ. Производится увязка координатных систем КИМ и объекта измерений. При этом происходит автоматический пересчет координат остальных стоек относительно координатной системы объекта измерений. Далее производятся необходимые измерения. КИМ при этом переставляется по стойкам в любой последовательности (рис. 25.4).

Рис. 25.4. Установка КИМ и произведение замеров

2. Способы позиционирования при монтаже СП

Решение задачи позиционирования может выполняться двумя способами: прямым и обратным.

Прямое позиционирование предполагает наличие некоторого позиционера, позволяющего производить перемещение базирующего элемента и связанного с ним переходного калибра в пространстве стапеля по шести координатам с текущим контролем координат опорных точек конструктивных баз , например с помощью КИМ «Romer». Практически этот способ используется в традиционном производстве, где в качестве позиционирующего устройства используется система винтовых домкратов. Выполняя последовательные линейные перемещения по различным направлениям с помощью винтов, производят текущий контроль положения опорных баз базирующих элементов сборочной оснастки. Несмотря на чрезвычайную простоту, этот способ отличается низкой производительностью из-за необходимости выполнения большого числа последовательных приближений (итераций). Кроме того, для размещения винтовых домкратов необходимо создание специальных, а в ряде случаев, уникальных опорных элементов. Повышение производительности при прямом позиционировании можно добиться, используя манипулятор промышленного робота (рис. 25.5). Однако это сопряжено с большими производственными издержками.

Рис. 25.5. Прямое позиционирование базирующего элемента с помощью манипулятора

промышленного робота.

Обратное позиционирование заключается в том, что расчетное положение координат опорных точек конструктивных баз базирующих элементов сборочной оснастки (назовем их монтажными базовыми точками) задается в пространстве стапеля независимо с помощью носителей опорных точек позиционирующего устройства (назовем их опорными базовыми точками). Затем носители монтажных базовых точек конструктивных баз базирующих элементов совмещаются с соответствующими носителями опорных базовых точек позиционирующего устройства, обеспечивая, таким образом, заданное пространственное положение базирующего элемента (рис. 25.6). Такой способ не требует комплексных манипуляций по шести степеням свободы, а только независимых перемещений по трем координатам, исключая итерационные процедуры.

Рис. 25.6. Схема обратного позиционирования базирующего элемента

В основу конструкции позиционирующего устройства заложен принцип обратного позиционирования. В качестве опорной схемы принято устройство, определяющее базовую плоскость позиционирования по трем точкам. Задачей конструктивной разработки является устройство, выполняющее раздельное позиционирование трех точек пространства (в общем случае произвольных), используя локальный модуль трехкоординатных перемещений для каждой точки позиционирования – модуль одноточечного позиционирования.

3. Конструкция позиционирующего устройства

При выполнении монтажа сборочной оснастки по принципу обратного позиционирования наиболее предпочтительным является способ прямого базирования, когда опорные базовые точки определяются непосредственно на конструктивных поверхностях базирующих элементов сборочной оснастки. Однако, учитывая то, что на сегодняшний день вся сборочная оснастка на предприятии изготовлена и смонтирована по традиционной технологии, необходимо максимально сохранить преемственность технологических и конструктивных решений. В связи с этим в качестве основного способа базирования при опытной отработке технологии безэталонного монтажа принят способ косвенного базирования, когда базовые опорные точки назначаются не на поверхностях устанавливаемых изделий, а на промежуточном элементе - монтажной площадке 1, который включает в себя носители базовых точек косвенного базирования 2 (рис. 25.7).

Сам же позиционер включает три модуля одноточечного позиционирования 3, управляющие положением носителя опорной точки 4. Эти модули скомпонованы на специальной металлической плите – рабочей площадке 5, и размещены на ней так, что при взаимно параллельном положении плоскостей монтажной 1 и рабочей 5 площадок носители их базовых точек полностью совмещаются. Для реализации возможности ориентации базирующего элемента в пространстве стапеля каждый из модулей одноточечного позиционирования должен иметь возможность перемещения по линейным координатам X,Y,Z, а также возможность поворота вокруг этих координатных осей в пределах ±10^о.

Таким образом, для реализации этих возможностей каждый модуль одноточечного позиционирования должен иметь возможность перемещения по трем линейным координатам X,Y,Z в пределах ± 10 … 20 мм относительно нейтрального положения. На монтажной площадке, через переходные фитинги, закрепляется монтируемый базирующий элемент. Крепление к монтажной площадке осуществляется с помощью «классных» болтов по отверстиям 6 диаметром 18 мм. После совмещения опорной и монтажной базовых точек рабочая и монтажная площадки взаимно фиксируются с помощью винтовых пар.

Рис. 25.7. Компоновочная схема позиционера.

Модуль одноточечного позиционирования включает два основных элемента:

- носитель опорной базовой точки;

- устройство линейных перемещений носителя базовой точки по трем взаимно перпендикулярным осям.

Носитель опорной базовой точки выполняет следующие основные функции:

- задает в координатной системе стапеля положение координат одной из базовых точек объекта позиционирования;

- обеспечивает сопряжение с наконечником щупа КИМ «Romer» в процессе контроля текущих координат опорной базовой точки с минимальными погрешностями сопряжения;

- служит для совмещения с носителем монтажной базовой точкой объекта позиционирования (собственно базирующего элемента или монтажной площадки), обеспечивая при этом возможность поворота относительно друг друга в пределах ± 10^о;

- обеспечивает фиксацию рабочей и монтажной площадок после позиционирования на время закрепления базирующего элемента на каркасе стапеля.

Устройство линейных перемещений носителя опорной базовой точки включает в себя три модуля линейных перемещений по трем координатным осям X, Y, Z. Каждый модуль имеет направляющие, вдоль которых перемещается ползун, и привод перемещения ползуна. Дополнительно модуль должен быть оснащен устройством выборки люфтов для винтовых приводов перемещения ползуна, а также устройством блокировки модуля в заданной позиции.

Компоновка устройства линейных перемещений является классической: два модуля горизонтальных перемещений по осям X и Y расположены один на другом и обеспечивают относительное перемещение в двух взаимно перпендикулярных направлениях. На верхнем из них (модуль перемещения вдоль оси Y) располагается модуль вертикального перемещения вдоль оси Z, на котором устанавливается носитель опорной базовой точки (рис. 25.8).

Рис. 25.8. Компоновочная схема устройства линейных перемещений носителя опорной базовой точки: 1 – модуль перемещения вдоль оси Х; 2 – модуль перемещения вдоль оси Y; 3 – модуль перемещения вдоль оси Z; 4 – носитель опорной базовой точки

Конструкция модуля линейных перемещений во многом определяется выбором конструктивной схемы кинематической пары «направляющие – ползун» предназначенной для обеспечения собственно линейных перемещений и связанного с ней привода. При этом выбор типа привода существенно влияет на выбор кинематической пары линейных перемещений.

В качестве привода линейных перемещений принята кинематическая пара «винт – гайка». Этот привод наиболее технологичен в изготовлении и позволяет обеспечивать перемещения с малыми контролируемыми приращениями (около 0,01 мм).

ЛЕКЦИЯ 26. Применение КИМ типа «ломающая рука «Romer» при монтаже СП (продолжение)

1. Примеры монтажа элементов СП с помощью позиционера и КИМ

На рис. 26.1 показан монтаж фиксатора. Крепление фиксатора к монтажной площадке позиционера осуществляется через переходной фитинг и монтажную пластину.

Для этого в фиксаторе имеются технологические отверстия и технологическая плоскость. В принципе можно обойтись и без переходных фитингов, соответственно переработав конструкцию фиксатора. Однако это может усложнить его конструкцию, соответственно возникнут трудности при изготовлении и эксплуатации. Поэтому более целесообразно применять переходные фитинги, сведя к минимуму изменения в типовых конструкциях фиксаторов, упоров, прижимов и т.д.

Еще один пример монтажа фиксатора показан на рис. 26.2.

На рис. 26.3 показан возможный вариант монтажа удлиненного уха, а на рис. 26.4 показан монтаж вилки.

Для монтажа рубильников и ложементов возможен иной вариант использования позиционера. Модули одноточечного позиционирования располагаются не на одной плите, а в разных точках (рис. 26.5). Однако в этом случае возникает проблема с фиксацией модулей в пространстве. Потребуется три неподвижных площадки для установки модулей вместо одной.

Рис. 26.1. Монтаж фиксатора: 1- позиционер; 2- «классный» болт; 3- фитинг и монтажная пластина; 4- фиксатор; 5- кронштейн фиксатора; 6- КИМ «Romer»

Рис. 26.2. Пример монтажа откидного фиксатора

Рис. 26.3. Монтаж удлиненного уха

Рис. 26.4. Монтаж вилки Рис. 26.5. Пример монтажа

ложемента

2. Задание координатной системы для выполнения контрольно-измерительных работ

Проектирование СП с использованием CAD/CAE/CAM систем и МУММ подразумевает использование системы координат единой для всего самолета. Однако это создаст определенные неудобства при монтаже СП. В связи с этим принимается еще одна система координат – система координат стапеля. Для задания этой системы в процессе проектирования в конструкции стапеля предусматриваются специальные реперные площадки (не меньше трех). Одна из этих площадок принимается за начало координат стапеля. Относительно этой реперной площадки задаются координаты точек позиционера при монтаже.

Рассмотрим взаимную увязку координатных систем стапеля, позиционера и КИМ при монтаже.

Рама стапеля закрепляется неподвижно на ровной поверхности (например на координатной плите). В соответствии с КЭМ (конструктивный электронный макет) монтажа закрепляется КИМ на неподвижной жесткой опоре. Далее с помощью КИМ определяются координаты отверстий трех реперных площадок стапеля (в системе координат КИМ). По центрам этих отверстий задается вертикальная плоскость (Z-0-X). Касанием щупа КИМ горизонтальных поверхностей двух реперных площадок (включая базовую) задается уровень горизонтальной плоскости (Y-0-X). Последняя плоскость (Z-0-Y) проводится через центр отверстия базовой реперной площадки. Начало отсчета переносится в точку пересечения плоскостей, то есть происходит увязка систем координат стапеля и КИМ.

Позиционер закрепляется в пространстве стапеля на жесткой опоре в соответствии с КЭМ монтажа. Причем положение его задается с помощью простых мерительных инструментов (линейка, рулетка). Точного положения носителей опорных базовых точек позиционера добиваются путем вращения винтов модулей линейного перемещения и замеров с помощью КИМ.

На основании вышеизложенного следует:

- при проектировании СП необходим опредусмотреть в конструкции СП наличие реперных площадок для задания и увязки систем координат СП и КИМ;

- предусмотреть в конструкции базирующих элементов СП технологические плоскости и отверстия для крепления их через переходные фитинги на плите позиционера.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие типы КИМ используются при монтаже СП?

2. Какие варианты использования КИМ «Romer» существуют при монтаже СП?

3. Как производится увязка координат КИМ и координат объекта измерений?

4. Какие способы позиционирования существуют при монтаже СП?

5. Из каких основных элементов состоит позиционер (один из вспомогательных вариантов), используемый при монтаже СП?

6. Какие дополнительные элементы необходимы для монтажа базовых элементов СП при использовании КИМ «Romer»?

7. Какие варианты применения позиционеров существуют при монтаже СП?

ЛЕКЦИЯ 27. Способы и схемы позиционирования базирующих элементов в пространстве сборочных приспособлений при их монтаже

Позиционирование элементов изделия в пространстве так или иначе возникает при любом подходе – от задачи-минимум до задачи-максимум. Поэтому отработка технологии позиционирования базирующих элементов сборочной оснастки при МУММ остается многовариантной и всегда актуальной задачей.

При решении данные задачи учитываются следующие возможности и критерии:

- определен источник геометрической информации в виде электронного макета СЕ;

- определены электронные макеты базирующих элементов СП;

- определены инструментальные средства задания и контроля в пространстве материальной точки.

1. Анализ существующих способов позиционирования

Позиционирование любого материального тела начинается с выбора состава баз. Любая база изделия может быть представлена в виде опорной точки. Состав баз изделия определяется совокупностью опорных точек. Из теоретической механики известно, что, рассматривая изделие как твердое тело, необходимо задать шесть опорных точек для однозначного базирования изделия. Таким образом, задачу позиционирования изделия можно свести к определению в пространстве шести его опорных точек.

Задание трех опорных точек, налагающих связи на поступательные перемещения по координатным осям больших затруднений не вызывает. При задании связей, ограничивающих вращение тела вокруг координатных осей, приходится сталкиваться с классической постановкой задачи управления, применяемой, например, при программировании робота. В такой постановке задача многокоординатного управления решается двумя путями:

• прямым способом, когда последовательно вычисляются координаты точек расчетной траектории перемещения изделия по n степеням свободы. При этом задание траектории производится путем последовательных приближений (итераций), что значительно снижает производительность расчета траектории перемещения изделия;

• обратным способом, когда конечное и ряд промежуточных положений опорных точек предварительно рассчитываются (или определяются в натуральном физическом пространстве по эталонной траектории), а затем расчетная траектория определяется решением задачи интерполяции.

При любом способе определения траектории требуется обеспечить перемещение твердого тела, как минимум, по шести управляемым координатам, что можно осуществить с помощью промышленного робота. Однако при обратной постановке задачи возможно упрощение, если задачу позиционирования разделить на подзадачи, т.е. раздельно позиционировать опорные точки. Тогда возможно создать систему позиционирования по следующим вариантам.

1. Все опорные точки позиционируются независимо. Схема такого гипотетического устройства может выглядеть следующим образом (рис. 27.1). При этом для однозначного позиционирования каждый элемент позиционера, задающий опорную точку, должен иметь возможность управляемого перемещения по трем координатам. Сложность этой задачи состоит в том, что реальное базируемое изделие, как правило, имеет опорные точки по замкнутому контуру, что приводит к необходимости задавать опорные точки совместно с твердым телом, т.е. такая схема сводится к прямому способу позиционирования.

Рис. 27.1. Независимое позиционирование опорных точек.

2 . Задаются три опорные плоскости, которые являются направляющими установочными базами (рис. 27.2). Такая схема пригодна для базирования при частных случаях, когда установочные плоскости уже определены в конструкции сборочного приспособления по каким-либо конструктивным соображениям. Создание же специальных установочных плоскостей сопряжено с большими затратами.

Рис. 27.2. Базирование по трем установочным плоскостям.

3. Задаются две связанные координатные системы, в которых определяются по три опорных точки не лежащих на одной прямой (рис. 27.3). В координатной системе твердого тела O₁X₁Y₁Z₁ заданы три его опорные точки А_1,А_2,А₃, однозначно определяющие его положение. При этом необходимо, чтобы эти опорные точки были связаны с явными конструкторскими базами (лежали на поверхности изделия). В этом случае выполняется прямой метод базирования, что обеспечивает минимальное количество звеньев размерной цепи. Если по каким-либо причинам не удается определить явные базы, то осуществляется косвенный метод базирования, когда опорная точка, например, на оси отверстия, определяется через промежуточный носитель (переходная калибр-втулка). При этом все три опорные точки могут задаваться через посредство промежуточных носителей. В схеме, представленной на рис. 27.3, такой косвенный состав баз определяется точками В_1,В_2,В₃, лежащими на промежуточном носителе – монтажной площадке. В координатной системе сборочного приспособления OcXcYcZc определяются опорные точки С₁,С₂,С₃, задающие вспомогательные базы, геометрически идентичные составу баз твердого тела: А_1,А_2,А₃ или В_1,В_2,В₃. После этого соответствующие точки геометрически идентичных треугольников, связанных с координатными системами твердого тела и сборочного приспособления, совмещаются. Это обеспечивает расчетное базирование твердого тела в пространстве сборочного приспособления в пределах достигаемой точности. Погрешность базирования будет зависеть в основном от погрешности задания координат опорных точек твердого тела, от погрешности определения координат точек вспомогательных баз в координатной системе сборочного приспособления и от погрешностей сопряжения сопрягаемых поверхностей носителей конструкторских баз. Таким образом, задача шестикоординатного позиционирования сводится к выполнению двух раздельных задач трехкоординатного позиционирования, каждую из которых можно выполнить прямым управлением (без итераций).

Из рассмотренных трех вариантов базирования по обратному способу наиболее прост и технологичен третий вариант – базирование по вспомогательным базам сборочного приспособления. Поэтому этот вариант рассматривается в качестве опорной схемы для выбора способа монтажа базирующих элементов сборочного приспособления.

Рис. 27.3. Базирование по вспомогательным базам сборочного приспособления.

Возможны и другие варианты раздельного позиционирования опорных точек твердого тела. Однако все они сводятся к решению задачи трехкоординатного позиционирования каждой опорной точки твердого тела. При этом такое позиционирование может выполняться в декартовой, цилиндрической или сферической системах координат. В зависимости от выбора системы координат позиционирования разрабатывается принципиальная схема устройства и его конструкция.