Основные термины и определения 8 страница

Следует проверить правильность установления допусков по формуле (12.4):

мм.

Вычисленный результат свидетельствует о том, что риск не будет превышать 4,5 %. (Если бы допуск получился больше, чем 0,03/300 мм, то риск превышал бы 4,5%, если меньше, то риск оказался бы меньше 4,5%.) По значению следует вычислить коэффициент риска t(, а по нему — фактический риск F'.

Однако в приведенном выше случае допуск замыкающего звена получился равным заданному, т. е. =0,03/300 мм, а Р' = 4,5%, что вполне приемлемо. Поэтому окончательно можно принять: мм, мм (см. рис. 12.2 б).

Координаты середин полей допусков устанавливаются по уравнению (12.2):

.

При принятом условии поворота поверхностей в одну сторону (см. рис. 12.2 б) все координаты середин полей допусков будут иметь знак «+». Можно принять координаты середин полей допусков: = 0,005/300 мм; = 0,0125/300 мм.

Выделением величины из уравнения (12.4) определяется координата середины поля допуска третьего звена размерной цепи:

мм.

Чтобы убедиться в правильности установления допусков и координат середин их полей, проверяют верхние и нижние предельные отклонения замыкающего звена размерной цепи:

;

.

После подстановки в формулы установленных значений (при Р' =4,5 %) получим:

мм;

.

Определяется допуск замыкающего звена:

мм.

После сопоставления с требуемым значением допуска можно убедиться, что допуски и координаты середин полей допусков установлены верно.

Приведенные примеры по расчету размерных цепей можно решать и другими методами. При решении по методу групповой взаимозаменяемости допуски размеров звеньев размерной цепи задаются в более широких пределах, а изготовленные детали рассортировываются на несколько групп. Например, допуск замыкающего звена решено расширить в три раза, т. е. , а число групп также принять равным 3. В каждой группе деталей допуск размера оставить прежним. Такой путь экономически оправдан, когда приспособления одной конструкции изготавливаются централизованно в условиях массового или крупносерийного производства.

При решении поставленной задачи по методу пригонки на одном из звеньев размерной цепи, например на пластинах 2 (см. рис. 12.2), оставляется припуск и они играют роль компенсирующего звена. Допуски размеров составляющих звеньев принимаются в рекомендуемых пределах в соответствии с экономической точностью обработки, а требуемый допуск замыкающего звена обеспечивается шлифованием поверхности А приспособления в сборе. Такой путь приемлем в случае, когда точность изготовления приспособления по выбранному параметру (замыкающему звену) обеспечить сборкой деталей невозможно.

В процессе проектирования приспособлений размерные цепи можно рассчитывать также и методом регулирования. Для этого следует использовать компенсирующие звенья с регулировкой положения, за счет чего обеспечивается требуемая точность замыкающего звена размерной цепи приспособления.

Контрольные задания.

Задание 12.1.

Какими методами достигается точность замыкающего звена размерной цепи?

Задание 12.2.

Какие задачи решаются при расчете размерных цепей.

Задание 12.3.

Последовательность решения размерных цепей для прямой задачи.

ЛЕКЦИЯ 13

13. Контрольные и сборочные приспособления

13.1. Контрольные приспособления

Контроль качества изделий очень важен в современном машиностроении. Применение универсальных измерительных инструментов и калибров малопроизводительно, и не всегда обеспечивает нужную точность и удобство контроля, а в условиях поточно-автоматизированного производства вообще неприемлемо.

Контрольные приспособления применяют для проверки заготовок, деталей и узлов машины.

Погрешность измерения в зависимости от назначения изделия допускают в пределах 8 30% поля допуска на контролируемый объект. Общая (суммарная) погрешность измерения определяется рядом ее составляющих:

· погрешностью схемы измерения;

· погрешностью установки контролируемого изделия;

· погрешностью настройки приспособления по эталону, износу деталей приспособления, а также колебаниями температуры.

На выбор схемы измерения большое влияние оказывает заданная производительность контроля. При 100% проверки деталей в поточном производстве время контроля не должно превышать темпа работы поточной линии.

13.1.1. Типы контрольных приспособлений

Для проверки небольших и средних деталей применяют стационарные контрольные приспособления, а для крупных – переносные. Наряду с одномерными находят широкое применение многомерные приспособления, где за одну установку проверяют несколько параметров.

Контрольные приспособления делят на пассивные и активные.

Пассивные применяют после выполнения операций обработки.

Активные устанавливают на станках, они контролируют детали в процессе обработки, давая сигнал на органы станка или рабочему на прекращение обработки или изменение условий ее выполнения при появлении брака.

Контрольное приспособление состоит из установочных, зажимных, измерительных и вспомогательных элементов, смонтированных на корпусе приспособления.

На установочные элементы (опоры) ставят проверяемую деталь своими измерительными базами для проведения контроля. Для установки применяют постоянные опоры со сферическими и плоскими головками, опорные пластины, а также специальные детали (секторы, кольца и т. д.) в зависимости от конфигурации детали.

Опоры со сферическими головками применяют для установки деталей на необработанные базы; с гладкой поверхностью – на обработанные базы.

Призмы используют для установки деталей на внешние цилиндрические поверхности.

Для проверки деталей на радиальное или осевое биение применяют установку на одно или два соосных цилиндрических отверстия.

Часто детали для проверки устанавливают на конические кольца или разжимные оправки. Кроме того применяют различные сочетания элементарных поверхностей в качестве установочных баз (плоскость - наружная цилиндрическая поверхность, плоскость – отверстия и т.д.)

В контрольных приспособлениях применяют ручные зажимные устройства (рычажные, пружинные, винтовые, эксцентриковые), также устройства с приводом (пневмозажимы). Часто применяют комбинированные зажимные устройства.

Измерительные устройства контрольных приспособлений делятся на предельные (бесшкальные) и отсчетные (шкальные). Особую группу составляют устройства, работающие по принципу нормальных калибров.

Предельные измерительные устройства не дают численного значения измеряемых величин, а все проверяемые изделия делят на три категории: годные, брак по переходу за нижнюю границу допуска и брак по переходу за верхнюю границу допуска.

В качестве простейших устройств применяют встроенные в контрольные приспособления жестко закрепленные или выдвижные предельные элементы (скобы, пробки, щупы т. д.).

Широкое применение получили электроконтактные датчики: их применяют в контрольно-сортировочных автоматах.

В качестве отсчетных измерителей используют индикаторы с рычажной или зубчатой передачами (до 0,001 мм), а также пневматические микромеры (до 0,2 мм).

Вспомогательные устройства контрольных приспособлений имеют различное целевое назначение это различные поворотные устройства, ползуны, подъемные устройства, выталкиватели.

Корпусы контрольных приспособлений выполняют в виде массивной жесткой плиты или корпусной детали.

Изготавливают из СЧ 12 или СЧ 15.

На рис. 13.1 – 13.2 показаны примеры некоторых приспособлений.

Рис. 13.1 Приспособление с жесткими предельными элементами.

Простейшая схема приспособления – схема с жесткими предельными элементами для проверки высоты уступов (размеры Н₁ и Н₂) ступенчатой детали, которую в процессе контроля передвигают по плите вручную (рис. 13.1). Контроль производят от нижней базовой плоскости.

Схема индикаторного приспособления для проверки соосности двух отверстий дана на рис.13.2. Контролируемую деталь 1 надевают на консольный пустотелый палец 2 и в процессе проверки поворачивают рукой на один оборот. При эксцентриситете малого отверстия измерительный наконечник 3 передает движение через рычаг 4 и штифт 5 на индикатор 6 . На его шкале отмечается удвоенная величина эксцентриситета.

Рис. 13.2. Индикаторное приспособление для проверки соосности двух отверстий.

б) диаметра стержней; в) высоты детали.

Рис. 13.3. Пневматические устройства для контроля а) – отверстий;

13.2. Сборочные приспособления

Назначение: приспособления используют при узловой и общей сборке изделий. Они обеспечивают высокую производительность и удобство сборки, точную, быструю установку и закрепление сопрягаемых изделий.

По степени специализации сборочные приспособления разделяют на универсальные и специальные.

Универсальные применяют в единичном и мелкосерийном производстве. К ним относятся плиты, сборочные балки, призмы, угольники, домкраты и различные вспомогательные детали и устройства (подкладки, клинья, винтовые прихваты и т. д.).

Плиты и балки служат для установки, выверки и закрепления собираемых машин или их узлов. На их поверхности выполняются Т-образные пазы.

Призмы и угольники служат для установки и закрепления узлов или базовых деталей. На их установочных поверхностях выполняют сквозные продолговатые окна для крепежных болтов.

Домкраты служат для выверки и поддержки тяжелых деталей и узлов.

Специальные сборочные приспособления применяют в серийном и массовом производстве.

По назначению различают два основных типа специальных приспособлений.

К первому типу относятся приспособления для неподвижной установки и закрепления базовых деталей и узлов. Приспособления этого типа обеспечивают необходимую устойчивость детали в процессе сборки и повышают производительность труда, так как рабочие освобождаются от необходимости удерживать объект сборки руками.

Ко второму типу специальных приспособлений относятся приспособления для точной и быстрой установки соединяемых деталей и частей изделий (для пайки, клепки, склепывания, развальцовки, посадки с натягом и т. д.).

Кроме выше перечисленных типов сборочных приспособлений в машиностроении используют приспособления для предварительного деформирования собираемых упругих элементов (пружин, рессор, разрезных колец и т. д.).

13.2.1. Элементы сборочных приспособлений

Специальные сборочные приспособления состоят из корпуса и смонтированных на его основе установочных элементов и зажимных устройств.

Установочные элементы такие же, как и у станочных приспособлений.

Зажимными устройствами фиксируют полученное при установке положение собираемых деталей и обеспечивают их устойчивость при сборке. Зажимные механизмы здесь такие же как и в станочных приспособлениях.

Вспомогательные устройства: поворотные и делительные механизмы, фиксаторы, выталкиватели и др.

13.2.2. Особенности проектирования специальных сборочных приспособлений

Исходными данными являются чертеж изделия, технические условия на приемку изделия, технологический процесс сборки, из которого берут последовательность и содержание операций, принятое базирование, оборудование и инструменты, режимы работы, а также заданную производительность с учетом времени на установку, закрепления и снятие сборочного изделия.

Последовательность проектирования:

· конструирование начинают с уточнения схемы установки базовой и сопрягаемых деталей изделия;

· затем определяют тип, размеры, количество и взаимное расположение установочных элементов;

· зная силы, возникающие в процессе сборки, устанавливают место приложения и величину сил для закрепления базовых деталей. Исходя из этого, а также учитывая заданную производительность, конфигурацию и точность изделия, выбирают размеры и конструкцию защитного устройства;

· далее выявляют элементы для направления собираемых деталей;

· устанавливают необходимые вспомогательные устройства;

· оформляют конструкцию корпуса приспособления.

13.2.3. Расчет точности сборки в приспособлении.

Точность сборки зависит от вида сопряжения деталей, точности их изготовления, метода базирования при сборке, а также от точности сборочного приспособления. Наибольшая точность обеспечивается при сборке сопрягаемых деталей по центрирующим поверхностям без зазора. В этом случае приспособление не влияет на точность сопряжения деталей по их концентричности (рис. 13.4, а). При неподвижных сопряжениях деталей, ориентируемых при сборке по центрирующим элементам с гарантированным зазором, их наибольшее смещение в боковом направлении от среднего положения равно максимальному радиальному зазору. Применяя конические или разжимные направляющие элементы приспособления (рис. l3.4, б), можно это смещение перед окончательным скреплением деталей свести к минимуму.

Рис.13.4. Конструктивные схемы к расчету точности сборки в приспособлениях

При подвижном соединении точность взаимного положения деталей не зависит от приспособления, а определяется точностью изготовления самих деталей. Взаимное положение осей механизма зависит от точности расположения отверстий в платах и от зазоров между цапфами и отверстиями.

При отсутствии центрирующих элементов сборку изделия ведут, совмещая технологические базы сопрягаемых деталей с измерительными, т. е. с поверхностями, по которым производится измерение заданного размера. На рис. 13.4, в показан пример сборки, относящийся к этому случаю. У соединяемых деталей 1 и 2 технологическими базами, которыми они контактируют с установочными элементами а сборочного приспособления, являются вертикальные площадки. После выполнения соединения (стык показан жирной линией) выдерживаемый размер х проверяют по тем же площадкам. В результате совмещения технологических и измерительных баз точность сборки будет наибольшая, так как погрешность базирования при этом равна нулю. Размер х может изменяться лишь вследствие износа установочных элементов приспособления. На рис. 14.3, г показана схема сборочного приспособления, где технологические базы деталей не совмещены с измерительными. В этом случае выдерживаемый размер х выполняется с погрешностью базирования, равной сумме допусков на размеры l₁, и l₂ сопрягаемых деталей.

На рис. 13.4, д показано приспособление для запрессовки втулки 4 в корпус 3. При сборке выдерживается размер Н. Поверхность а и поверхность b втулки являются технологическими и измерительными базами. Условие совмещения баз при этом выполняется, и погрешность базирования для размера Н равна нулю. Если при сборке выдерживается размер H₁,то условие совмещения баз выполняется только для детали 3. Для детали 4 оно не выполняется (поверхность b — технологическая база, а поверхность с — измерительная), поэтому по отношению к размеру H₁ возникает погрешность базирования, численно равная допуску на длину втулки . При выполнении размера H₂ условие совмещения баз, как это видно из чертежа, не выдерживается для обеих сопрягаемых деталей. Возникает погрешность базирования для размера H₂, численно равная:

;

где: — допуск на размер l₂ корпуса.

Рис. 13.5. Схема для расчета размерных цепей сборочного приспособления.

Изменив схему приспособления (рис. 13.4, е) и применив ступенчатый наконечник прессующего устройства, можно привести погрешность базирования для размера H₂ к нулю при условии, что по нижнему торцу втулки предусмотрен зазор. Из рассмотренных примеров видно, что погрешность базирования в сборочных приспособлениях может достигать больших значений, чем при механической обработке.

Если при сборке закрепляются обе сопрягаемые детали силами Q₁ и Q₂ (см. рис. 13.4, в), то погрешность закрепления:

;

где — погрешности закрепления от сил Q₁ и Q₂.

В данном случае увеличивается также погрешность закрепления по сравнению с погрешностью при установке заготовки в станочных приспособлениях.

При сборке более сложных узлов с большим количеством деталей точность выдерживаемого размера может быть определена на основе расчета соответствующей размерной цепи. При решении размерной цепи по максимуму и минимуму (метод полной взаимозаменяемости) допуск на выдерживаемый размер х (рис. 13.5, а).

;

где: — допуск на размер L приспособления; — сумма допусков на размеры l₁, l₂, ..., l_n деталей. Эта формула справедлива для случая, когда сборка осуществляется с использованием нескольких приспособлений (дублеров) или приспособлений-спутников на автоматической линии. Если сборку производят в одном приспособлении, то величину учитывать не следует или при большой программе выпуска изделий под ней нужно понимать допуск на износ установочных элементов приспособления.

Из этого выражения можно найти допуск на размер приспособления, зная допуски на размеры сопрягаемых деталей, и допуск на выдерживаемый размер:

;

При решении размерной цепи по методу неполной взаимозаменяемости допуск на выдерживаемый размер х можно определить по формуле:

;

где: t — коэффициент, определяющий риск (%) получения брака по выдерживаемому размеру при сборке; обычно берут t = 3:

Коэффициент t.............1 2 4

Риск брака, %.............32 4,5 0,27;

, , ..., — коэффициенты, зависящие от формы кривых распределения размеров соответствующих сопрягаемых деталей узла.

В случае кривой распределения, близкой к нормальной, . Для кривой, равной вероятности, и в случае, когда о форме кривой ничего не известно, рекомендуется принимать . Если кривая распределения близка к треугольнику, . Зная исходные величины и задаваясь значениями t, можно определить допуск на размер сборочного приспособления:

;

Результаты расчета показывают, что при сравнительно небольшом риске получения брака допуск на размер приспособления можно значительно расширить. Вместе с тем расширяют допуски и на размеры сопрягаемых деталей.

Контрольные задания.

Задание 13.1.

Чем определяется общая (суммарная) погрешность измерения?

Задание 13.2.

Какие существуют типы контрольных приспособлений?

Задание 13.3.

Последовательность проектирования специальных сборочных приспособлений.

Задание 13.4.

От чего зависит точность сборки приспособления?

ЛЕКЦИЯ 14

14. Особенности проектирования приспособлений для станков-автоматов, агрегатных станков и автоматических линий, состоящих из этих станков

При полной автоматизации цикла обработки необходима автоматизация приспособления.

При автоматизации приспособлений требует также дополнительно управляющие и транспортирующие устройства.

Требования к автоматическим приспособлениям:

· особое внимание должно быть обращено на удаление стружки. Мелкую стружку удаляют из труднодоступных мест струей сжатого воздуха, отсасывая или смывая СОЖ. В других случаях стружку удаляют механически скребками или щетками. При обработке вязких материалов для измельчения стружки применяют инструмент, снабженный стружколомами;

· должна быть исключена возможность неправильной установки заготовки. Для этого применяют блокировочные и предохранительные устройства, а также контрольные габариты;

· привод выполняют механическим, пневматическим, гидравлическим, пневмогидравлическим, электрическим, комбинированным. Управление приводами осуществляется кулачками, упорами, конечными выключателями. Воздействие на эти элементы производится перемещающимися органами станка (столами, шпинделями и т.д.).

На рис. 14.1 приведена схема пневматического приспособления для сверления отверстия в цилиндрических заготовках с подачей их из магазина.

Рис. 14.1. Автоматизированный кондуктор для сверления отверстия в пальцах.

На вал реечного колеса (на рис. не показан) насажан кулачок подачи 1, кулачок 2 управляет золотником 3, регулирующим поступление воздуха в пневмоцилиндр 4 зажимного устройства. Отработавший воздух, выходя через вал 5, очищает приспособление от стружки. Обратный ход осуществляется пружиной или грузом.

Детали к месту обработки могут подаваться с помощью лотков, магазинов, бункеров.

На автоматических линиях применяют два типа приспособлений: стационарные и приспособления – спутники.

Стационарные жестко закрепляют на станциях автоматической линии; в них подаются, устанавливаются, закрепляются и обрабатываются заготовки. После выполнения обработки заготовки открепляются, удаляются из приспособления и передаются на транспортирующее устройство для перемещения на следующую позицию без потери ориентации.

Установочные элементы здесь выполняют в виде опорных пластин, являющихся продолжением направляющих планок транспортирующего устройства и располагаемых с ними на одном уровне. После ввода заготовки в приспособление шаговым транспортером, выдвигаются два выдвижных пальца: их конические элементы выравнивают заготовку, а цилиндрическая часть точно фиксирует положение заготовки.

Для предотвращения брака обработки предусматривается автоматический контроль положения заготовки. Он осуществляется с использованием пневматических, электрических и других датчиков.

Требования к приспособлениям:

· работа приспособлений должна быть согласована с действиями станка и транспортирующего устройства;

· должны быть надежными и безопасными в работе;

· особое внимание должно уделяться очистке приспособлений от стружки;

· для обеспечения заданной точности обработки необходимо выполнять расчеты;

· зажимное устройство должно быть надежным; его выполняют самотормозящимся; оно не должно вызывать деформации заготовки.

Приспособления-спутники представляют устройства, которые сопровождают закрепленную в них заготовку по всем позициям автоматической линии.

Спутники применяются при обработке трудно транспортируемых заготовок сложной конфигурации с постоянством баз. Все стадии обработки выполняются при одном установе.

В простейшем случае приспособление спутник представляет собой плиту прямоугольной формы, на которой закрепляется заготовка. Корпус спутника должен иметь развитую опорную плоскость; для направления спутника используют боковые площадки или пазы, которыми он скользит по планкам транспортирующего устройства. Количество спутников на линии на 20 – 30% превышает количество позиций линии, включая 5 – 10% на ремонт спутников.

Рис. 14.2. Приспособления-спутники для автоматических линий.

На рис. 14.2 приведена схема спутника. К его корпусу 1 привернуты стальные закаленные планки 2, которыми он скользит по направляющим транспортирующего устройства 3. Палец 4 и втулка 5 служит для фиксации спутника на позиции линии.

Рис. 14.3. Схема приспособления-спутника.

На рис.14.3 показан другой вариант направления спутника. Корпус 1 скользит по опорным планкам транспортера 2, а боковое направление обеспечивается пластинами 3. Для уменьшения износа к корпусу спутника привернуты стальные каленые планки 4 и 5.

Рис. 14.4. Схема для анализа размерной цепи спутника.

Допуски на размеры приспособлений-спутников, влияющих на точность обработки, следует определять на основе решения соответствующих размерных цепей данной технологической системы. На (рис. 14.4 а) показана схема растачивания отверстия в заготовке 1, установленной на спутнике 2. При растачивании требуется выдержать размер х от оси отверстия до базовой плоскости заготовки. Размер х является замыкающим звеном размерной цепи, составляющими звеньями которой будут размеры А, В и Е. При решении размерной цепи по максимуму и минимуму допуск на размер В приспособления-спутника

где: — допуск на заданный размер; — допуск на размер А заготовки от оси базового отверстия до базовой плоскости.

Допуск на размер Е принимается равным нулю, так как расстояние от оси расточного шпинделя до оси фиксирующего пальца для данной позиции автоматической линии можно считать постоянным.

При решении размерной цепи на базе теории вероятностей допуск на размер В

где: — соответственно коэффициенты, зависящие от формы кривых распределения размеров В и Л; t — коэффициент, определяющий долю риска получения брака по выдерживаемому размеру при обработке.

Находят применение приспособления-спутники для групповых и переменно-поточных (переналаживаемых) автоматических линий. В конструкциях этих спутников предусматривается возможность установки и закрепления различных заготовок. Они имеют соответствующие установочные элементы и зажимные устройства. Последние выполняют постоянными или сменными. Постоянные зажимные устройства позволяют закреплять различные, обрабатываемые с помощью данного приспособления заготовки. Их конструктивное оформление связано с учетом размеров и конструктивных особенностей заготовок. В отдельных случаях они имеют быстросменные детали в виде подкладных шайб, планок и других элементов.