Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СРЕДСТВ ОСНАЩЕНИЯ СБОРОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА СБОРОЧНЫХ СВЯЗЕЙ

Малышев Е.Н. 1 Калмыков В.В. 1 Золотайкина А.В. 1 Малышев И.Е. 1 Крюков М.В. 1
1 Калужский филиал ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана»
Выбор наиболее рационального варианта компоновки сборочной системы и конструкции элементов сборочного приспособления следует проводить исходя из геометрических параметров соединяемых деталей и средств оснащения, особенностей используемых материалов, требований к производительности сборочной системы. Метод компоновочных сборочных схем позволяет до проектирования средств оснащения осуществлять построение возможных вариантов сборочных связей для предварительной оценки и их выбора для реализации сборочной системы; анализировать каждое соединение как в отдельности, так и в составе изделия и во взаимодействии с элементами сборочной системы. Компоновочная сборочная схема характеризует сборочный контур, совмещает в себе линейные и угловые размерные сборочные цепи, что позволяет проводить комплексный анализ сборочной системы. Построение компоновочных сборочных схем не вызывает больших затруднений, выявляемые связи позволяют переходить к размерному анализу соединения и его реализации в виде компоновочных решений.
технология сборки машин
автоматизация проектирования
схема сборки
1. Боярский В.Г., Сихимбаев М.Р., Шеров К.Т. Переналаживаемая технологическая оснастка для групповой обработки // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 12–3. – С. 542–547.
2. Кондаков А.И. САПР технологических процессов: учебник дли студ. высш. учеб. заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 272 с.
3. Машиностроение: Энциклопедия: в 40 тт. / Ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др. – М.: Машиностроение. Т. III-5: Технология сборки в машиностроении / А.А. Гусев, В.В. Павлов, А.Г. Андреев и др.; под общ. ред. Ю.М. Соломенцева. – 2001. – 640 с.
4. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: учебное пособие для студентов вузов. – М.: Машиностроение, 1988. – 368 с.
5. Сибикин М.Ю. Производство электрических машин: учебное пособие. – М.: Изд-во «РадиоСофт», 2014. – 358 с.
6. Шандров Б.В. Технические средства автоматизации: учебник для студ. высш. учеб. заведений / Б.В. Шандров, А.Д. Чудаков. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 368 с.

На сегодняшний день большинство технологических решений принимается технологом на основе собственного опыта работы и интуиции. Принятые решения не всегда являются рациональными, поэтому существует необходимость разработки математических методов, позволяющих автоматизировать проектирование процессов и систем на основе научно обоснованного подхода. В отличие от механической обработки при сборке оснастка характеризуется большим разнообразием типоразмеров, поэтому ее проектирование занимает значительное время и требует более продуманных действий.

Сборочные единицы и средства оснащения сборки образуют технологическую сборочную систему. Компоновкой технологической сборочной системы будем считать совокупность ее элементов (соединяемые детали и элементы сборочной оснастки, непосредственно участвующие в сборке), их свойств и отношений между элементами и их свойствами [3, с. 272].

Компоновочная сборочная схема (КСС) является графо-аналитическим представлением совокупности последовательно соединенных деталей с учетом характера связей между ними, такими как вид схемы базирования, соосность сопрягаемых поверхностей и др.

КСС предназначена для:

  • анализа и синтеза структуры сборочной системы, выбора количества, конструктивного исполнения и относительного положения образующих ее деталей и узлов;
  • научно обоснованного выбора рациональной конструкции и компоновки сборочной системы на основе построения и анализа возможных сборочных связей;
  • выработки и принятия эффективных решений о выборе конструкции исполнительных поверхностей технологической оснастки, посредством которых осуществляется направление и ориентирование соединяемых деталей;
  • выявления путей совершенствования конструкции деталей и технологической оснастки с целью обеспечения точностных параметров соединений.

Анализ компоновочных сборочных связей

Исходя из параметров, характеризующих структуру сборочной системы, каждая n-я деталь, входящая в нее, может быть представлена аналитически матрицей-строкой вида

malyshev01.wmf

где malyshev02.wmf – булевы переменные:

malyshev03.wmf – переменная, характеризующая соосность поверхностей, образующих основную и вспомогательную конструкторскую базу n-й детали, образующей сборочную систему. Принимается malyshev04.wmf, если в формировании основной и вспомогательной конструкторской баз n-й детали использованы соосные поверхности; malyshev05.wmf, если в формировании основной и вспомогательной конструкторской баз n-ой детали использованы несоосные поверхности;

malyshev06.wmf – переменная, характеризующая соосность сопрягаемых поверхностей соединяемых деталей. Принимается malyshev07.wmf, если сопряжение n-й и (n + 1)-й деталей является соосным; malyshev08.wmf, если сопряжение n-й и (n + 1)-й деталей не является соосным;

malyshev09.wmf – переменная, характеризующая схему базирования, реализованную в основной конструкторской базе n-й детали. Принимается malyshev10.wmf, если в сопряжении n-й и (n – 1)-й деталей реализован комплект двойной направляющей и опорной баз; malyshev11.wmf, если в сопряжении n-й и (n – 1)-й деталей реализован комплект установочной и направляющей баз;

malyshev12.wmf – переменная, характеризующая схему базирования, реализованную во вспомогательной конструкторской базе n-й детали. Принимается malyshev13.wmf, если в сопряжении n-й и (n + 1)-й деталей реализован комплект двойной направляющей и опорной баз; malyshev14.wmf, если в сопряжении n-й и (n + 1)-й деталей реализован комплект установочной и направляющей баз.

При проектировании соединения конструктор, как правило, «подстраивает» основную конструкторскую базу (n + 1)-й детали под вспомогательную конструкторскую базу n-й детали, поэтому malyshev15.wmf.

Каждую n-ю деталь, входящую в сборочный контур, можно представить матрицей-строкой одним из 24 = 16 вариантов (табл. 1).

Таблица 1

Аналитическое представление деталей как элементов КСС

Номер варианта

malyshev16.wmf

Номер варианта

malyshev17.wmf

1

2

3

4

5

6

7

8

[ 1 1 1 1 ]

[ 1 1 1 0 ]

[ 1 1 0 1 ]

[ 1 1 0 0 ]

[ 1 0 1 1 ]

[ 1 0 1 0 ]

[ 1 0 0 1 ]

[ 1 0 0 0 ]

9

10

11

12

13

14

15

16

[ 0 1 1 1 ]

[ 0 1 1 0 ]

[ 0 1 0 1 ]

[ 0 1 0 0 ]

[ 0 0 1 1 ]

[ 0 0 1 0 ]

[ 0 0 0 1 ]

[ 0 0 0 0 ]

Количество звеньев ln линейной размерной цепи, «вносимых» n-й деталью в общую сборочную цепь, можно определить, используя принятые обозначения, по формуле

malyshev18.wmf (1)

Количество звеньев L плоской размерной цепи последовательно соединяемых N деталей:

malyshev19.wmf (2)

или

malyshev20.wmf (3)

Количество звеньев pn угловой размерной цепи, «вносимых» n-й деталью в общую сборочную цепь:

malyshev21.wmf (4)

Количество звеньев Р угловой размерной цепи последовательно соединяемых N деталей:

malyshev22.wmf (5)

или

malyshev23.wmf (6)

На рис. 1 показано преобразование полного релейного дерева для k = 4 и для приведенных выше зависимостей при различных значениях malyshev24.wmf и соответствующего им количества звеньев линейной и угловой размерных цепей.

pic_35.wmf

Рис. 1. Полное релейное дерево

Использование метода КСС можно отнести к частично формализованным эвристическим методам – эвроритмам [4, с. 73], в которых часть процедур обработки информации может быть запрограммирована для ЭВМ, а другая часть реализована в диалоговом режиме, что делает возможным применение этих схем при разработке человеко-машинных систем автоматизированного проектирования [2, с. 58].

Метод КСС был использован для разработки сборочной операции установки ротора в статор шагового электродвигателя. Целью применения метода КСС являлся выбор рациональной компоновки сборочной системы и конструкции элементов технологической оснастки для сборки шагового электродвигателя, обеспечивающих максимальные значения допусков замыкающих и составляющих звеньев технологической системы [6, с. 228].

Элементами, составляющими исследуемую сборочную систему, являются ротор, статор и элементы сборочной оснастки, с помощью которых осуществляется ориентирование и направление объектов сборки. В общем виде ротор и статор представляют собой тела вращения ступенчатой формы. Их соединение может быть реализовано посредством различных схем базирования, и при сборке может быть задействован весь комплект поверхностей, принадлежащих соединяемым деталям [5, с. 114].

В соответствии с представлением ротора и статора как объектов КСС можно предварительно характеризовать направляющие элементы сборочного приспособления, посредством которых обеспечивается относительное ориентирование ротора и статора в процессе соединения:

  • основная конструкторская база направляющих элементов сборочного приспособления наследует свои свойства от вспомогательной конструкторской базы ротора, то есть переменная malyshev25.wmf может принимать значения 0 и 1;
  • переменная malyshev26.wmf может принимать значения только 0, так как посредством направляющих элементов сборочного приспособления обеспечивается относительное положение охватываемой и охватывающей поверхностей, и, следовательно, в основной и вспомогательной конструкторских базах направляющих элементов сборочного приспособления не могут использоваться одни и те же поверхности;
  • вспомогательная конструкторская база направляющих элементов сборочного приспособления может как совпадать, так и не совпадать с основной конструкторской базой статора (malyshev27.wmf или malyshev28.wmf);
  • вспомогательная конструкторская база элементов сборочного приспособления может быть как комплектом двойной направляющей и опорной баз, так и комплектом установочной и двойной опорной баз (malyshev29.wmf или malyshev30.wmf).

Таким образом, направляющие элементы сборочного приспособления, посредством которых осуществляется относительное ориентирование ротора и статора в процессе соединения, могут быть представлены как объект КСС в виде восьми вариантов сочетаний значений переменных malyshev31.wmf.

Таблица 2

Аналитическое представление направляющих элементов сборочного приспособления в КСС

Номер варианта

malyshev32.wmf

9

10

11

12

13

14

15

16

[ 0 1 1 1 ]

[ 0 1 1 0 ]

[ 0 1 0 1 ]

[ 0 1 0 0 ]

[ 0 0 1 1 ]

[ 0 0 1 0 ]

[ 0 0 0 1 ]

[ 0 0 0 0 ]

Используя проведенный выше анализ ротора, статора и направляющих элементов сборочного приспособления можно получить 64 варианта КСС ротор – направляющие элементы сборочного приспособления – статор, в том числе для условий переналаживаемого производства [1].

Целью анализа построенных КСС является выявление из вариантов построенных компоновочных сборочных схем таких, которые отвечали бы назначенным требованиям. При проектировании элементов сборочного приспособления для установки ротора в статор таким требованием является минимальное количество звеньев в размерных цепях, соответствующих сборочному контуру ротор – сборочное приспособление – статор.

Минимальное количество звеньев в размерных цепях имеют следующие варианты КСС (рис. 2, а): № 1 (два и два звена в плоской и угловой цепях соответственно), № 2 (два и три звена в плоской и угловой размерных цепях соответственно), № 3 (два и три звена в плоской и угловой размерных цепях соответственно).

На рис. 2, б приведены схемы размерных цепей, построенные в соответствии со схемами КСС № 1…3.

pic_36_1.tif

а

pic_36_2.tif

б

pic_36_3.tif

в

Рис. 2. Компоновки сборочной системы

Для схемы № 1 аналитическая форма представления ротора как объекта КСС – [1111] – предполагает базирование ротора в сборочном приспособлении по рабочей поверхности сердечника (двойной направляющей базе) с помощью самоцентрирующих элементов приспособления. Аналитическая форма представления направляющего элемента сборочного приспособления – [0111] – предполагает, что элемент сборочного приспособления будет образовывать со статором беззазорное соединение по двойной направляющей базе. Аналитическая форма представления статора – [1011], т.е. статор в сборочном приспособлении будет базироваться по рабочей поверхности сердечника.

Реализация компоновочной схемы и размерной сборочной цепи (№ 1) в виде компоновки сборочной системы установки ротора в статор показана на рис. 2, в.

Для схемы № 2 аналитическая форма представления ротора как объекта КСС – [1110] – предполагает центрирование ротора в сборочном приспособлении по рабочей поверхности сердечника с помощью самоцентрирующих элементов приспособления, а базирование – по установочной и двойной опорной базам. Аналитическая форма представления направляющего элемента сборочного приспособления – [0101] – предполагает, что элемент сборочного приспособления будет образовывать со статором беззазорное (соосное) соединение по двойной направляющей базе. Аналитическая форма представления статора – [1011], т.е. статор в сборочном приспособлении будет базироваться по рабочей поверхности сердечника.

Реализация компоновочной схемы и размерной сборочной цепи (№ 2) в виде компоновки сборочной системы установки ротора в статор показана на рис. 2, в.

Для схемы № 3 аналитическая форма представления ротора как объекта КСС – [1111] – предполагает базирование ротора в сборочном приспособлении по рабочей поверхности сердечника (двойной направляющей базе) с помощью самоцентрирующих элементов приспособления. Аналитическая форма представления направляющего элемента сборочного приспособления – [0110], т.е. звено сборочного приспособления будет образовывать со статором беззазорное соединение по установочной и двойной опорной базам. Аналитическая форма представления статора – [1001], т.е. статор в сборочном приспособлении будет центрироваться по рабочей поверхности сердечника и базироваться по установочной и двойной опорной базам.

Реализация компоновочной и размерной сборочных цепей (№ 3) в виде компоновки сборочной системы установки ротора в статор показана на рис. 2, в.

Выбор наиболее рационального варианта компоновки сборочной системы и конструкции элементов сборочного приспособления следует проводить исходя из геометрических параметров соединяемых деталей и средств оснащения, особенностей используемых материалов, требований к производительности сборочной системы.

Заключение

Метод компоновочных сборочных схем позволяет до проектирования средств оснащения осуществлять построение возможных вариантов сборочных связей для предварительной оценки и их выбора для реализации сборочной системы; анализировать каждое соединение как в отдельности, так и в составе изделия и во взаимодействии с элементами сборочной системы.

Компоновочная сборочная схема характеризует сборочный контур, совмещает в себе линейные и угловые размерные сборочные цепи, что позволяет проводить комплексный анализ сборочной системы.

Построение компоновочных сборочных схем не вызывает больших затруднений, выявляемые связи легко воспринимаются и анализируются, позволяют легко переходить к размерному анализу соединения и его реализации в виде компоновочных решений.


Библиографическая ссылка

Малышев Е.Н., Калмыков В.В., Золотайкина А.В., Малышев И.Е., Крюков М.В. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СРЕДСТВ ОСНАЩЕНИЯ СБОРОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА СБОРОЧНЫХ СВЯЗЕЙ // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 4-3. – С. 512-516;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=40207 (дата обращения: 07.05.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074