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.