2.6. Последовательность размерного анализа сборки

Систематизируем описанную в предыдущих разделах по частям методику размерного анализа сборки. Целями размерного анализа сборки является: обеспечение требуемого качества изделия; обеспече­ние возможности автоматизировать сборку.

Основные задачи размерного анализа следующие: выявление размерных связей на всех этапах осуществления автоматического сборочного процесса; выбор методов и средств осуществления авто­матического сборочного процесса; определение требований к собираемым деталям, к точности работы используемых сборочных средств.

Общая последовательность размерного анализа автоматического сборочного процесса показана на схеме, приведенной на рис. 2.28. Размерный анализ включает этапы, описанные ниже.

1. Исходя из служебного назначения (СН) машины или сборочной единицы определяют требования точности (ТТ) положения и движе­ния ее исполнительных поверхностей аналитически или эксперимен­тально.

2. Определяют конструкторские размерные связи построением размерных цепей, где исходными звеньями являются ТТ изделия. Схема алгоритма показана на рис. 2.3.

3. Выбирают метод достижения точности (МДТ): полная, непо­лная, групповая взаимозаменяемость, регулировка или пригонка с учетом экономично достижимой точности изготовления звеньев при заданном объеме производства и возможностей автоматизации.

4. Рассчитывают допуски сое­диняемых размеров деталей, кото­рые необходимо выдержать при изготовлении деталей для того, чтобы было возможно достичь ТТ при сборке выбранным методом достижения точности.

Указанные 1 — 4-й этапы ха­рактерны и обязательны при раз­работке процесса изготовления изделия с любой степенью автома­тизации. Для автоматической сборки следует учесть особенности выбора и реализации МДТ, а также технологичность конструк­ции изделия. Остальные этапы для условий ручной сборки не нужны. Они необходимы только для автоматизированной сборки.

5. Выбирают методы и средства транспортирования и ориентиро­вания собираемых деталей. Оце­нивают технологичность кон­струкции деталей.

6. Определяют требуемую точ­ность относительного положения сопрягаемых перед сборкой деталей с учетом возможностей увеличения допусков благодаря использова­нию фасок.

7. Выбирают способ достижения требуемой точности относительно­го положения деталей (с координацией деталей рабочими органами сборочного автомата или поисковой системой).

8. Выбирают схему базирования собираемых деталей и разрабаты­вают устройства, реализующие требуемую схему с учетом обеспече­ния свободы перемещений и поворотов деталей по отдельным коорди­натным осям.

9. Выбирают схему сборочной позиции и строят сборочные размер­ные цепи, исходными звеньями которых являются допустимые .откло­нения относительного положения координатных систем сопрягаемых деталей (см. п. 6).

Рис.2.28 – Последовательность размерного анализа процесса автоматической сборки

10. Рассчитывают допуски размеров составляющих звеньев размер­ных цепей, которыми в том числе могут быть: пространственные отклонения положения сопрягаемой поверхности каждой детали относительно ее технологических баз при сборке; размеры деталей сборочного автомата.

В результате проведенного размерного анализа сборочного процес­са можно выявить: допустимые отклонения размеров сопрягаемых поверхностей, необходимые для реализации выбранного МДТ; допус­тимые отклонения расположения сопрягаемых поверхностей детали относительно ее технологических баз, используемых при сборке; параметры фасок по сопрягаемым поверхностям для улучшения условий собираемости; требования к поверхностям, используемым в качестве технологических баз при автоматической сборке, например, с целью снижения погрешности установки собираемой детали в рабочем органе сборочного автомата; требования к конструкции детали для облегчения ее ориентации.

Таким образом, размерный анализ сборки позволяет выявить взаимосвязь размеров собираемых деталей, деталей сборочной систе­мы; обосновать требуемые точности размеров, обеспечивающие автоматическую сборку и требуемые параметры сборочной единицы.

Выявление и расчет сборочных размерных связей рекомендуется проводить в следующей последовательности: 1) представить автомати­зируемый процесс установки изделия эскизами и вычислить предель­но допустимые отклонения в положении устанавливаемой детали относительно базовой, при которых обеспечивается установка; 2) построить размерные цепи, в которых допустимые отклонения явля­ются исходными звеньями; 3) составить уравнения размерных цепей и определить возможные поля рассеяния составляющих звеньев; 4) выбрать МДТ исходных звеньев размерных цепей с учетом его реали­зации в автоматическом производстве; 5) произвести расчет допусков составляющих звеньев и выбрать методы и средства автоматической реализации процесса с учетом требуемой точности составляющих размеров размерной цепи.

Методику размерного анализа автоматического сборочного процес­са рассмотрим на примере сборки валика и втулки промышленным роботом. Требуемый зазор в соединении достигается по методу по­лной взаимности. Пусть сборку валика 1 со втулкой 2 осуществляет робот 3 (рис. 2.29, а). Валик 1 захватывается роботом, позициониру­ется соосно с отверстием втулки 2 и далее робот опускает вал в отверстие втулки, осуществляется сборка. Эскизы валика и втулки показаны на рис. 2.29, б. Для того чтобы вал попал во втулку, необ­ходимо обеспечить соосность валика и отверстия во втулке. Макси­мально допустимое отклонение от соосности определяется по формуле

где Dmin — минимальный диаметр отверстия втулки; dmax — макси­мальный диаметр валика; Св, Сo — ширина фаски соответственно вала и отверстия.

Рис.

Подставив в формулу указанные на рис. 2.29 размеры соединяе­мых деталей, получим

Как видно, ббльшую часть максимально допустимого отклонения обеспечивают фаски на деталях. Без фасок допустимое смещение составляло бы 0,01 мм.

Допустимое отклонение BΔ от соосности валика и отверстия в размерной цепи сборочной системы может быть представлено в следу­ющем виде: BΔ = 0 ± 2,01 мм.

На рис. 2.29, а показана размерная цепь: — размер позициони­рования захвата робота; В2 — соосность отверстия с наружной повер­хностью втулки, являющейся основной базой втулки; В3 — размер, связывающий положение базирующего втулку приспособления с роботом. При наладке робота в режиме обучения добиваются соосно- го положения валика в захвате и отверстия во втулке, регулируя размер Вх. Затем окончательный размер й, заносится в память УЧПУ робота.

На этапе настройки робота размер BΔ достигается, таким образом, методом регулирования вручную. Затем в каждую втулку 2, попадаю­щую на сборочную позицию устройства 3, автоматически устанавли­вается валик 1, переносимый из кассеты роботом 3.

Каждый раз должна обеспечиваться автоматическая установка валика роботом во втулку. Для этого точность размера BΔ при авто­матической сборке должна обеспечиваться методом полной взаимоза­меняемости. В этом случае номинальные значения составляющих звеньев размерной цепи нас могут не интересовать, так как была произведена начальная настройка. Следовательно, уравнение размер­ной цепи превращается в тождество. Уравнение допусков запишется в следующем виде:

где ТΔ — допуск замыкающего звена BΔ; Г,, Т2, Т3 — допуски звень­ев соответственно В1, В2, B3. В соответствии с чертежом (рис.

Есть и другая возможность реализации автоматической сборки. Можно изменить базирование втулки в приспособлении. Втулку следует ориентировать не по наружному, а по внутреннему диаметру, например, с помощью подпружиненного конуса (рис. 2.29, в). В этом случае из размерной цепи В исключается размер В2 — соосность втулки, и тогда уравнение допусков примет вид 0,02 = + 0,01, откуда Ту = 0,01 мм. Следовательно, если использовать робот с по­грешностью позиционирования не более ±0,005 мм, то автоматичес­кую сборку можно осуществить. Правда, робот с такой погрешностью позиционирования весьма дорого стоит.

Расчет был сделан исходя из предположения, что фаски деталей не используются. При использовании фасок ТΔ = 2Δmах = 4,02 мм. Уравнение допусков примет следующий вид: 4,02 = Т1 + 0,2 + 0,01, откуда Т1 = 3,81 мм. При использовании фасок, значительно увели­чивающих допустимое отклонение от соосности деталей (с 0,02 до 4,02 мм), можно использовать робот с погрешностью позиционирова­ния ±1,9 мм. Практически даже у загрузочных роботов эта погреш­ность составляет ±1,0 мм. Такой загрузочный робот, следовательно, вполне можно использовать для автоматической сборки рассматривае­мого комплекта деталей: валика со втулкой.

Однако необходимо помнить, что из-за использования фасок при сборке по крайней мере одна собираемая деталь из двух должна иметь возможность свободно перемещаться в горизонтальной плоскости на расстояние, равное ширине фасок, т.е.

Если зазор между втулкой и гнездом в кассете будет больше требуемого для компенсации значения, то при сборке валик может торцом упереться в торец втулки и автоматическая сборка также будет невозможна. Таким образом, ширина зазора между втулкой и гнездом в кассете должна быть определена расчетом. Слишком ма­ленький зазор не позволит втулке смещаться и использовать заходные фаски при сборке, а слишком большой зазор приведет к чрезмерно большой погрешности положения втулки в кассете. Практически приходится использовать лишь частично возможности расширения допуска Гд благодаря использованию фасок. При расчете требуемого диаметра отверстия в кассете под втулку необходимо учесть также допуски диаметров втулки и отверстия в кассете.

Лучшие условия для автоматической сборки можно создать, если втулка будет центрироваться в отверстии кассеты или в специальном приспособлении для сборки и в то же время будет иметь необходимую свободу относительных боковых перемещений. Это можно обеспечить, подпружинив втулку симметрично с боковой стороны установкой, например, трех пружин под углом 120° в плане. Поскольку в этом случае пришлось бы оснащать все гнезда кассеты такими пружинами для центрирования втулок или использовать дополнительное загрузочно-разгрузочное устройство для установки втулок в специальное "плавающее" приспособление, то целесообразно обеспечить подпру­жиненный в боковых направлениях захват валика, устанавливаемого во втулку.

Жесткость пружинящих элементов выбирают исходя, с одной стороны, из требуемой надежности центрирования, а с другой, — из допустимого значения боковой силы при автоматической установке валика по фаскам. Максимальное значение возможного смещения определяют, как было показано, расчетом размерной цепи. Зная жесткость и значение возможного смещения, можно рассчитать и сконструировать требуемое устройство.

В данном примере проанализировано только смещение осей при автоматической установке валика во втулку. Однако необходимо аналогичным образом рассмотреть способы достижения требуемого угла скрещивания осей валика и отверстия во втулке. Может потребо­ваться такое крепление валика в захвате, которое бы обеспечивало возможность не только радиального смещения валика при установке во втулку, но и поворота оси валика в двух вертикальных плоскостях. Таким образом, задача существенно усложняется.

Анализ размерных связей при сборке позволяет, таким образом, согласовать размеры сборочной системы, обосновать требования к точности используемого робота, деталям для автоматической сборки и приспособлениям. При ручной сборке такой анализ не нужен, при автоматической — необходим. Автоматизация сборки требует расчета размерных связей.