Базирование деталей в сборочно–сварочных приспособлениях

Базирование – это определение положения деталей в сборочной единице относительно друг друга либо сборочной единицы (изделия) относительно приспособления, рабочего инструмента, технологического сварочного оборудования (сварочной дуги, пламени горелки, электродов контактной машины).

При проектировании сборочно – сварочных приспособлений чаще всего приходится иметь дело с установочными базами.

Установочная база – это каждая поверхность детали, которой она соприкасается с установочными поверхностями приспособления. Благодаря контакту с установочными поверхностями приспособления деталь (узел) получает строго определенное положение относительно приспособления или сварочного оборудования.

Любое твердое тело имеет 6 степеней свободы: перемещение в направлении трех координатных осей x, y, z и вращение (поворот) относительно этих же осей w_x, w_y, w_z.

Для базирования любой детали необходимо выполнить правило шести точек:

– чтобы придать детали вполне определенное положение в приспособлении, необходимо и достаточно иметь шесть опорных точек, лишающих деталь всех шести степеней свободы (рис. 1).

Рисунок 1 – Схемы базирования деталей на шесть опорных точек

В связи с тем, что при сварке электрическая дуга (пламя горелки) не вызывает каких–либо значительных сдвигающих усилий, крепить детали (изделия) во многих приспособлениях, особенно в неповоротных, не обязательно. Силовое замыкание с помощью прижимов, как правило, предусматривают для предупреждения смещения деталей в результате температурного расширения металла, от случайных нагрузок и от собственной массы.

При установке деталей недопустимо использовать более шести опорных точек! Лишние опорные точки препятствуют установке детали, при закреплении ее положение нарушается.

Поверхность детали с тремя опорными точками называется главной базирующей (ГБ). Боковая поверхность с двумя точками – направляющей. Торцевая поверхность с одной точкой – упорной.

В качестве базирующей чаще всего выбирают поверхность детали, имеющую наибольшие габаритные размеры. В качестве направляющей – поверхность наибольшей протяженности.

Установочными базами деталей могут служить как механически обработанные поверхности (отверстия, плоскости), так и не обработанные поверхности, не имеющие волнистости, неопределенной кривизны. Предпочтение отдают менее шероховатым, более чистым и точно расположенным поверхностям.

Форма и масса деталей и подузлов, из которых состоит сварочный узел, в значительной степени определяют возможность их механизированной или ручной установки в сборочное приспособление. В связи с этим конструктору необходимо сделать индивидуальный анализ особенностей каждой детали с целью их правильного базирования. Такой анализ, как правило, весьма трудоемок и не всегда проводится в полной мере.

Базирование деталей при сборке основывается на учете специфики сборки нескольких деталей – первой, второй и т.д. (в последовательности их установки по техпроцессу), и на учете величины зажатия их после базирования.

В сварочных приспособлениях часто базирование заготовок, например листовых, ведется по плоскости. В этом случае заготовку достаточно опереть на три точки в плоскости x_oy (рис. 2). Однако для устойчивого положения ее цент тяжести (ЦТ) должен находится внутри треугольника, вершинами которого являются эти точки.

Рисунок 2 – Схема базирования детали по одной плоскости

Фиксирование заготовок типа "втулка" по цилиндрическим поверхностям производится с помощью пальцев. Деталь 1 надевается отверстием на цилиндрическую оправку – палец 2 (рис. 3).

Рисунок 3 – Схема установки втулки на палец

В этом случае деталь лишается четырех степеней свободы (остается вращение и перемещение относительно оси oz). Для деталей с внутренней цилиндрической или конической поверхностью в качестве установочных элементов могут применяться конусные оправки или установочные конусы (рис. 4).

а) б) в)

Рисунок 4 – Установка на конусы деталей типа "вал" (а и б), втулок и труб (в)

Деталь типа "вал" может устанавливаться в отверстие сплошной втулки (рис. 5, а), с помощью двух полуотверстий (рис. 5, б), а также на призму (рис. 5, в).

Рисунок 5 – Установка деталей типа "вал"

Часто в сборочно – сварочных приспособлениях детали устанавливаются с использованием группы установочных баз. В этом случае необходимо выполнить требование, чтобы ни один новый установочный элемент не лишал деталь тех степеней свободы, которых она уже лишена ранее с помощью других элементов.

Принципиальная схема сборочно–сварочного приспособления представляет собой чертеж сварного изделия, на котором в виде условных обозначений (табл. 1) указаны места, способы фиксирования и закрепления всех деталей, а также способы и устройства (упрощенно) для установки, поворота, подъема, съема деталей и изделий, другие механизмы.

Таблица 1 – Условные обозначения опор и зажимов по ГОСТ 3.1107 – 81

На схеме указываются те размеры, которые конструктор должен соблюдать при проектировании приспособления с особой точностью. В качестве установочных баз предпочтительно использовать механически обработанные поверхности или отверстия деталей.

Для установки деталей из прокатных профилей упоры (фиксаторы) необходимо ставить к обушку, а не к полке. Размещение упоров не должно вызывать защемления в приспособлении собранного и прихваченного изделия. Упоры должны исключать сдвиг изделия в сторону установочных элементов и обеспечивать свободный его съем (рис. 6). Для таких изделий неподвижные упоры располагаются не по всему периметру, а лишь по двум смежным сторонам. По остальным сторонам ставят отводные откидные или съемные упоры. В последнем случае точность сборки несколько снижается.

Рисунок 6 – Принципиальная схема приспособления для сборки кронштейна

Как правило, на выбранной схеме все приложенные к детали силы, стремящиеся нарушить положение детали, а также силы, стремящиеся сохранить это положение (силы трения, реакции опор), отмечают стрелками. Прижимы располагают в виде упоров, вблизи их. В одном приспособлении должно быть не более двух типов прижимов (как правило, один).

Сварные конструкции состоят из 2–5 и более деталей, относительное расположение которых задано сборочным чертежом. Процесс сборки сварного изделия в приспособлении состоит из переходов, выполняемых последовательно друг за другом (иногда и параллельно) со всеми деталями и сборочными единицами, входящими в изделие.

При сборке листов встык необходимо выдерживать постоянный зазор, а также предотвращать местное вспучивание листов при подходе сварочной дуги. Во всех случаях зазоры в собранных изделиях не должны изменяться.

Точность собираемого и свариваемого изделия определяется двумя методами: расчетным (теоретическим), который осуществляется заблаговременно, и экспериментальным, приводимым после изготовления изделия.

В свою очередь, теоретический метод может быть расчетно–аналитическим и вероятностным. Расчетно–аналитический метод точности применяют для расчета погрешностей единичного изделия. Вероятностный метод может быть использован для анализа точности партии изделий. Он требует ряда экспериментальных данных о точности отдельных партий, операций и параметров процесса.

Погрешности базирования возникают когда технологическая база не совпадает с конструкторской. Погрешность закрепления характеризуется смещением детали от базирующих поверхностей приспособления при закреплении.

Все детали в сборочной единице находятся во взаимосвязи друг с другом и образуют размерную цепь, т.е. замкнутую цепь взаимосвязанных размеров, определяющих относительное положение деталей в изделии. Для пространственных изделий размерная цепь приводится к трем плоскостным размерным цепям. Обеспечение точности сборки сводится к получению заданной точности замыкающего звена размерной цепи в соответствии с чертежом. Чем больше звеньев в размерной цепи, тем большей может быть ошибка точности у замыкающего звена.

Элементы приспособлений

В общем случае сборочно–сварочное приспособление состоит из основания (рамы или корпуса), фиксирующих (установочных) элементов, прижимов, поворотных устройств, вспомогательных деталей и устройств.

Основания приспособления

Основание приспособления представляет собой элемент, объединяющий в единую конструкцию все части приспособления. На основании располагаются опорные и направляющие детали, упоры и опоры, определяющие положение устанавливаемых деталей, втулки, бобышки, кронштейны и другие фиксаторы.

Основание воспринимает массу изделия и все усилия, возникающие в процессе сборки, прихватки, сварки, кантовки и т.п. При этом оно должно обеспечивать постоянство точности расположения установочных деталей как в статическом состоянии, так и отсутствие смещений и вибраций при любых поворотах. Поэтому основание должно обладать достаточной прочностью и жесткостью.

Основание приспособления должно быть технологичным, иметь рациональное конструктивное оформление, обладать возможно меньшей массой и быть компактным. Последнее требование особенно важно для переносных, передвижных и поворотных приспособлений.

Форма и размеры оснований зависят от конфигурации изделия, собираемого в приспособлении, а также от вида и расположения фиксирующих, зажимных и направляющих элементов.

Основания приспособлений получают отливкой, ковкой, сваркой, сборкой из отдельных элементов на болтах и другими методами. Экономически целесообразно изготовлять сварно–литые, сварно–кованые, сварно–штампованные основания, а также применять низколегированные стали повышенной прочности, гнутые профили.

При проектировании сварных оснований необходимо предусматривать:

1. примерно одинаковую толщину свариваемых деталей;

2. высокую усталостную прочность соединения;

3. отсутствие соединений с накладками;

4. соединение не более двух деталей одним швом;

5. создание минимума деформаций основания;

6. симметричное расположение усиливающих ребер и их двустороннюю приварку;

7. припуск на окончательную обработку поверхностей;

8. термообработку для снятия внутренних напряжений.

Сварные основания обычно имеют меньшую массу, а их отдельные части, работающие в тяжелых условиях, могут быть выполнены из легированной стали.

Из–за широкого конструктивного разнообразия оснований их очень трудно стандартизировать. В некоторых случаях в качестве корпуса приспособления используют сборочные плиты с Т–образными пазами. Для крупногабаритных приспособлений целесообразно использовать сварные основания из сортовых профильных материалов и из стальных листов толщиной 8 .... 10 мм.

В качестве оснований приспособлений обычно применяют стандартизированные полые коробки с лапами для крепления (ГОСТ 12949–67), швеллеры (ГОСТ 12950–67 и ГОСТ 4079–69), стойки (ГОСТ 4589–69), угольники (ГОСТ 12944–67 и ГОСТ 12952–67), ребра (ГОСТ 12959–67), чугунные плиты (ГОСТ 12948–67), стальные плиты (ГОСТ 12947–67) и др.

Установочные детали приспособления

Установочные детали (опоры, упоры, пальцы, призмы, установочные конусы, постели) образуют базовые поверхности приспособлений и обеспечивают правильную ориентацию деталей (узлов) в приспособлении в соот­ветствии с правилом шести опорных точек.

Опоры приспособлений разделяют на основные и вспомогательные. Основные опоры определяет положение детали в пространстве, лишая ее всех илинескольких степеней свободы. Как правило, они жестко закрепляется в корпусе приспособления.

Вспомогательные опоры предназначены для придания детали дополнительной жесткости и устойчивости, например, в тех случаях, когда деталь можетопрокинуться или из–за малой жесткости может деформироваться. Поэтому вспомогательные опоры индивидуально подводят к установленной детали и закрепляют, в ре­зультате чего они превращаются в дополнительные жесткие опоры. Основными опорами сборочно–сварочных приспособлений могут быть опорные штыри (рис. 10, а–г) с плоской, сферической и насеченной головками (ГОСТ 13440–68 и др.).

Рисунок 7 – Опорные штыри

Регулируемые винтовые опоры (ГОСТ 4084–68, ГОСТ 4085–68, ГОСТ 4086–68) могут применяться как основные и как вспомогательные опоры (рис. 8). Вспомогательные опоры не влияют на точность базирования деталей.

Рисунок 8 – Винтовые регулируемые опоры

Рационально, чтобы упор являлся одновременно и опорной базой (рис. 9, а). Откидные (рис. 9, б) и отводные (рис. 9, в) упоры применяются в тех случаях когда форма деталей или конструкция изделия не позволяет свободно снять собранное (сваренное) изделие с приспособления.

Рисунок 9 – Упоры постоянные (а), откидные (б) и отводные (в)

При установке деталей с наружными цилиндрическими поверхностями в качестве основных опор применяют призмы по ГОСТ 12195–66 (рис. 10, а) или специальные призмы с выемкой (рис. 10, б) для длинных или ступенчатых деталей.

Установочные пальцы могут быть постоянными и сменными. Применяются пальцы в сборочно–сварочных приспособлениях для установки на них деталей (изделий) одним или двумя отверстиями. Постоянные пальцы – цилиндрические (ГОСТ 12209–66) и срезанные (ГОСТ 12210–66), сменные – цилиндрические (ГОСТ 12211–66) и срезанные (ГОСТ 12210–66) могут быть длинными (l>1,5×D) или короткими (1<1,5×D) (где l – длина пальца).

Рисунок 10 – Установочные призмы

Постели в приспособлениях образуют опорные установочные поверхности, частично или полностью копирующие форму заготовки или тела (рис. 11).

Рисунок 11 – Установочные постели: а – опорное гнездо; б – ложемент

Зажимные механизмы приспособлений

Зажимные механизмы предназначены для закрепления установленных в приспособление деталей, заготовок и изделий.

Они должны отвечать ряду требований:

1. Создавать зажимное усилие в выбранной точке в соответствии со схемой закрепления. Располагаться над опорами или вблизи к ним и не создавать опрокидывающий момент.

2. Развивать заданное расчетное усилие для надежного закрепления деталей.

3. Рассчитывать элементы зажинов по заранее выбранному (рассчи­танному) усилию, а не наоборот.

4. Не сдвигать детали в приспособлении, не портить их поверх­ности и не деформировать их.

5. Быстродействие, удобство и безопасность в работе.

В сборочно–сварочных приспособлениях чаще всего применяются прижимы, имеющие привод: механический, пневматический, гидравлический, магнитный, электромеханический.

По степени механизации зажимы делят на:

1. Ручные – работающие от мускульной силы рабочего. Их рекомендуется применять в единичном и мелкосерийном производстве;

2. Механизированные – работающие от силового привода, управляемого вручную.

3. Автоматизированние – осуществляющие зажим и раскрепление деталей или изделия без участия рабочего. Последние две типа рекомендуется применять в серийном и массовом производстве.

Различные конструкции зажимов имеют разное время срабатывания и закрепления (открепления) деталей (табл. 2).

Таблица 2 – Продолжительность закрепления деталей

Вспомогательные детали и механизмы приспособлений

Вспомогательными деталями сборочно–сварочных приспособлений являются рукоятки, педали, тяги, ограничители хода, пружины, шпонки, детали шлицевых соединений, муфты, штифты, детали клиновых и зубчатых передач, подшипники и т.д.

Повышение уровня механизации и автоматизации приспособлений достигается путем использования в них различных встроенных устройств, специальных механизмов, типового механического оборудования или его отдельных унифицированных элементов для механизации, фиксациидета­лей и изделий, кантовки и вращения, зажатия, транспортировки, установки и снятия, контроля и т.д.

Вспомогательными устройствами сборочно–сварочных приспособлений являются стопорные, подъемные и другие пружинные механизмы (перегружатели, захваты и сбрасыватели деталей) кассеты–накопители; бункерные и кассетные устройства для деталей, присадочных проволок, лент, порошков, флюсов и паст; флюсоудерживающие и газозащитные приспособления и т.п. Для складирования деталей применяются специализированные подставки и стеллажи, стандартная тара и контейнеры. Конструкция стеллажей и подставок должна обеспечивать рациональное расположение изделий и деталей в удобном положении.

Для механизации вспомогательных операций применяют манипуляторы, позиционеры, кантователи, роликовые стенды, транспортные рольганги, конвейеры, специальные тележки, подъемно–поворотные краны, лотки, быстродействующие грузозахватные приспособ­ления, зачистные устройства, средства уборки флюса и др. Их проек­тирование производится с учетом конструктивных особенностей конкретных деталей, приспособления, сварочных установок и станков с уче­том максимального применения типовых механизмов, серийного выпускаемых специализированными предприятиями.