Использование виртуальной модели сборочной единицы в расчетах на взаимозаменяемость при технологической подготовке процессов сборки

В.Д. Аввакумов
профессор кафедры АУ НГТИ,
к.т.н, СНС
государственный технологический институт, г. Новоуральск,

Свердловской обл.

Одной из задач технологической подготовки процессов сборки является выполнение точностных требований к изделию. Точность создаваемого изделия достигается требуемой точностью замыкающих звеньев размерных цепей, заложенных в ее конструкцию, и размерных цепей, возникающих в процессе изготовления изделия. В свою очередь величина замыкающего звена зависит от предъявляемых к нему требований, станочного парка, производственных условий.

Существуют различные методы расчета на взаимозаменяемость: полная, неполная, групповая, пригонки, регулирования. Для мелкосерийного и единичного производства наиболее часто используемым является метод регулирования, который требует в числе звеньев сборочной размерной цепи наличие компенсирующего звена, численное значение которого может меняться в зависимости от действительных размеров звеньев, входящих в цепь. Однако метод регулирования требует, как правило, повторения сборок и разборок изделия, что приводит к удлинению сроков технологической подготовки, к увеличению себестоимости изделия. Одним из эффективных способов снижения этих недостатков является метод расчета размерных цепей, основанный на виртуальной модели сборочной единицы [1].

Рассматриваемая в докладе виртуальная модель сборки представляет собой совокупность плоских контуров (геометрических моделей тел вращения и тел переноса), расположенных в заданном сечении сборочной единицы. Формирование модели производится путем поступательного или вращательного движения (относительно заданного полюса) соответствующих объектов (контуров деталей) к сборке в заданных направлениях (операция стыковки, рис. 1), либо совмещением какой-либо точки детали, повернутой на заданный угол, с некоторой точкой сборочной единицы (операция совмещения). Операция совмещения применяется в том случае, когда деталь в сборку устанавливается с натягом или с помощью клепки, сварки, свинчивания и т.д.

рис. 1 Виды движения объекта (операция стыковки)

Для получения виртуальной модели сборки требуется описать сборочную единицу, т.е. указать, какие детали в нее входят, в каких базах данных описания этих деталей находятся (в параметрическом виде) и расположить детали относительно друг друга в плоскости с помощью операций стыковки и/или совмещения.

Математическое выражение для виртуальной сборки может быть записано в таком виде:

,

где:

- множество геометрических моделей деталей;

- множество операций с деталями для формирования сборочной единицы;

- множество вычисляемых размеров в сборочной единице.

Геометрическая модель детали строится с помощью языка ПЛОГ [2] и в общем виде записывается так:

,

где:

- множество размеров и параметров, определяющих деталь;

- множество характерных точек, определяющих геометрию детали;

- множество контуров детали.

Контуры детали (деталь может состоять из нескольких контуров) представляют замкнутую линию, состоящую из множества геометрических примитивов двух типов: отрезков прямых и дуг окружностей (точки соединения примитивов в контуре - характерные точи):

,

где:

- множество отрезков прямых;

- множество дуг окружностей.

Виртуальная модель сборочной единицы формируется с помощью программы СБОРКА [2]. После получения модели программа проводит расчет необходимых расстояний (замыкающих размеров) между контурами и точками контуров. Особенностью программы СБОРКА является то, что она позволяет проводить расчеты размерных цепей без явного описания (в виде математического выражения) связи составляющих и замыкающих размеров. Кроме того, результат сборки в графическом виде отображается на экране монитора, что существенно повышает надежность расчетов.

Технология использования виртуальной модели сборочной единицы следующая. После изготовления деталей, входящих в сборку, производится контроль их чертежных размеров. Далее эти размеры заносятся в модель сборки и вычисляются искомые замыкающие звенья. Подбором численного значения компенсирующего звена, входящего в размерную цепь, достигается требуемое значение замыкающих размеров.

На рис. 2 представлена сборочная единица, в которой требуется подобрать величину компенсирующего звена (толщину компенсатора, деталь Д3) такой, чтобы свободный ход Х (замыкающий размер) детали Д4, имел заданное фактическое значение.

рис. 2 Сборочная единица

Указанная сборочная единица формируется следующим образом. Деталь Д1 является первой деталью сборки. С ней путем поступательного перемещения в направлении 270°, совпадающем с осью ее вращения, стыкуется деталь Д2. Операцией совмещения деталь Д4 помещается в сборку таким образом, чтобы расстояние Х было равно заданной величине. При этом вычисляется минимальное расстояние между торцом утолщенной части детали Д4 и деталью Д2. Эта величина и будет равна толщине компенсатора Д3.

Литература

1. Федоров А.А. Виртуальная сборка как способ снижения себестоимости изготовления авиационных газотурбинных двигателей // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2003. № 4. С. 16-18.

2. Аввакумов В.Д. Функциональная размерная параметризация в САПР. Известия Тульского государственного университета. Серия Машиностроение. Выпуск 6 (специальный). Сборник избранных трудов конференции «Автоматизация и информатизация в машиностроении 2000» (АИМ 2000). – Тула: ТулГУ, 2000. С. 22-28.