Проектирование сборочного приспособления

Проектирование сборочного приспособления включает следующие этапы работ:

1. Разработка эскизного проекта.

2. Выполнение технического проекта.

3. Деталирование рабочих чертежей.

Эскизное проектирование сборочного приспособления связано с решением следующих вопросов и проводится в определенной последовательности:

1. Изучение и анализ исходных данных.

2. Проработка схемы базирования и состава базовой системы.

3. Выбор схемы и средств увязки комплекта технологической оснастки по контуру и разъемам.

4. Выбор системы координат сборочного приспособления.

5. Расчет точностных параметров при выбранных способах базирования и схеме увязки.

6. Обоснование схемы сборочного приспособления по универсальности.

7. Обоснование и выбор схемы сборочного приспособления по стандартизации.

8. Выбор компоновки установочных элементов и расчет координат точек навески БЭС.

9. Расчет систем сборочного приспособления на жесткость.

10. Выбор элементов зажимной и вспомогательной систем.

11. Оформление согласно ЕСКД и ЕСТД чертежей, составление материальной спецификации и ведомости на комплектующие изделия, необходимые для оснащения приспособления.

Технический проект сводится к детальной проработке всех узлов и элементов сборочного приспособления. При этом следует учесть, что использование унифицированных и стандартизированных деталей и узлов значительно сокращает время проектирования. По техническому проекту проводится деталирование рабочих чертежей.

2.3.1. Анализ исходных данных

Прежде чем приступить к проектированию сборочного приспособления, необходимо изучить и проанализировать исходные данные (чертежи, техпроцесс, технические условия на проектирование) и выяснить следующее:

- допустимую величину отклонений контура от теории, что предопределит применяемый метод сборки и способ увязки технологического комплекта оснастки;

- состав сборочной единицы, т.е. какие детали и подсборки в нее входят и в каком состоянии (окончательно или предварительно собранные, жесткие или нет и т.д.). Так, сборка из отдельных деталей увеличивает количество фиксаторов и зажимов приспособления;

- оценку на жесткость конструкции сборочной единицы в целом и входящих в нее элементов, в частности, что предопределяет способ и схему базирования, состав базовой системы и соответственно усложняет или упрощает сборочные приспособления;

- наличие разъемов (внешних связей) и их конструктивное оформление. Так, наличие в конструкции сборочной единицы фланцевого или шарнирного соединения потребует ответных элементов приспособления в виде стапельных плит или калибров разъема и проработки схем их увязки;

- форму изделия в плане и его габариты, что задает структуру и положение системы НЭС;

- форму внешнего контура. Так, наличие контура с прямолинейной образующей упрощает проектирование и изготовление сборочного приспособления, а контур с двойной или знакопеременной кривизной – усложняет, требуя значительного увеличения элементов БЭС;

- вид соединительных элементов в конструкции сборочной единицы, предопределяющих средства механизации для их выполнения.

2.3.2. Выбор варианта базирования, схема базирования

Структура баз при сборке может быть реализована тремя элементарными вариантами: в виде точки, плоскости и поверхности (см. рис. 7). Положение точки базирования (например, навески элерона) задано в чертеже изделия и может быть реализовано в сборочном приспособлении (СП) различного рода вилками 3. База в виде плоскости реализуется в СП в виде стапельных элементов разъема (например, стапельной плиты), положение которой определяется разъемом сборочной единицы. Определение положения аэродинамического контура в пространстве требует наличия баз в виде поверхности контура, реализуемой в СП рубильниками 1.

Как известно, сборка в СП может проводиться с базой на каркас, внешний и внутренний контур, фиксирующие отверстия (ФО).

При базировании по каркасу (рис. 9) его элементы 3, 4, 6 устанавливаются в СП и соединяются между собой согласно чертежу СЕ в жесткую конструкцию, на которую затем устанавливают обшивку 5 СЕ и прижимают ее усилиями N к каркасу. Базирование поперечных элементов каркаса СЕ осуществляется или по рубильникам 1, несущим контур каркаса, или по фиксирующим отверстиям через вилки 2. Первый вариант в основном применяют при сборке непанелированных отсеков и агрегатов легких самолетов и вертолетов, конструкций из жестких (монолитных или сборных) элементов поперечного набора (нервюр, шпангоутов).

Базирование каркаса по ФО используют при сборке панелей, отсеков и агрегатов панелированной конструкции средних, тяжелых и сверхтяжелых самолетов и вертолетов. В процессе сборки (рис. 10) детали 1 и 3 поперечного набора (части шпангоута) устанавливают с базой на кронштейн 2, несущий ФО, и фиксируют.

Затем части шпангоута соединяют между собой накладками 5 согласно чертежу СЕ. На образованный таким образом каркас устанавливают обшивку 4 со стрингерным набором (панель) и, поджав ее усилиями N, соединяют с элементами каркаса. Положение ФО увязывается с системой координат СЕ размерами x и y, вносится в чертежи изделия и затем пробивается на плазах. Чтобы использовать в производстве универсальное оборудование (плазкондуктор, инструментальный стенд) расстояния ФО от осей и между собой назначают кратными 50 мм. Число ФО зависит от жесткости элемента поперечного набора. Практически выбирают два ФО при длине детали L < 1000 мм и не менее трех при L > 1000 мм.

 

Рис. 9. Базирование по поверхности каркаса

Рис. 10. Базирование по фиксирующим отверстиям

 

При сборке с базой на внешний контур (рис. 11) сначала устанавливают обшивку 5, прижимая ее к поверхности рубильников 1. Затем устанавливаю элементы каркаса 3, 4, поджимая их к внутренней поверхности обшивки через компенсацию. Компенсация может быть конструктивной (рис. 11, б) или технологической – в виде прокладок между обшивкой и каркасом.

Рис. 11. Базирование по внешней поверхности обшивки

Рис.12. Базирование по внутренней поверхности обшивки

Базирование на внутренний контур обшивки (рис. 12) проводится по базовым поверхностям рубильников или специальных технологических элементов 1, 2, 3 (макетные нервюры или шпангоуты). Затем между макетными элементами (МЭ) с базированием по внутреннему контуру панели устанавливаются самолетные нервюры 5 и соединяются с панелью, образуя жесткую конструкцию. После этого макетные шпангоуты снимают и заменяют самолетными (разумеется, макетные шпангоуты должны быть разборными (на рис. 12 из трех частей – 1, 2, 3)). Установка макетных шпангоутов по дистанции отсека на размер (шаг) осуществляется дистанционными штангами 6, несущими упоры 7 для установки самолетных шпангоутов. Дистанционные штанги крепятся к макетным шпангоутам через кронштейны 8. Панель 4 состоит из обшивки и стрингерного набора и прижимается к макетным шпангоутам усилиями Р, а самолетные шпангоуты, в свою очередь, поджимаются усилиями N к внутреннему контуру панели.

2.3.3. Выбор варианта базирования

Как отмечалось в п. 2 .3.2, сборка приспособлений может проводиться с базой на каркас, ФО, внешний и внутренний контур. При базировании по внешнему контуру необходимо большое число различных фиксаторов контура (рубильников), располагающихся на определенных расстояниях друг от друга в зависимости от расстояния между элементами поперечного каркаса и жесткости конструкции изделия. Это усложняет приспособление и затеняет рабочие зоны. При использовании в качестве установочных баз фиксирующих отверстий приспособление получается открытым, а фиксация – простой и быстрой. При сборке длинномерных СЕ количество опор, зажимов зависит от характера устанавливаемых деталей, их формы и жесткости. С увеличением монолитности конструкции количество элементов БЭС уменьшается. В местах сложных форм и переходах элементы БЭС устанавливаются чаще. Следует определить структурные свойства СЕ как объекта производства: степень членения, характер сопряжений между сочленяемыми деталями (наличие компенсации), форму и габариты изделия, функциональное назначение отдельных элементов конструкции, точность выполнения размеров и форм, взаимное расположение и перемещение элементов конструкции, степень производственной и эксплуатационной взаимозаменяемости.

В результате анализа определены основные конструктивные факторы, влияющие на выбор варианта базирования (табл. 5).

 

Факторы, влияющие на выбор варианта базирования	Таблица 5
№	База	Точность	Наличие	Слож-	Гибкость	Жесткость	Толщи-
ность
попереч-	про-
п			компенса-	аэроди-	обшивки	на
			ции	нами-		ный	доль-	профиля
				ческого
						набор
				контура		набор
1.	Аэро-	±(0,4 0,5)	Да	Любая	Мягкая	Любой	Любой	Любая
	дина-
	миче-
	ский
	контур
2.	Внут-	±(0,9 1,2)	Да	Простая	Жесткая	Не жест-	Жест-	h >100
	ренний					кий	кий
	контур
	(МЭ)
3.	Каркас	±(1,0 1,5)	Да	Любая	Мягкая	Не	Любой	Любая
			(при жест-		без ком-	жестк.
			кой обшив-		пенсации	детали
			ке (ж.о.)			по кон-
			Нет		Жесткая	туру
			(при мяг-		с компен-
			кой обшив-		сацией
			ке (м.о.)
4.	ФО	±(1,2 1,5)	Да	Любая	Мягкая	Жесткий	Жест-	h >100
без ком-
			(при ж.о.)		пенсации		кий
			Нет		Жесткая
			(при м.о.)		с компен-
					сацией
5.	СО	±(1,5 2,0)		Плоская		Жесткий	Жест-
							кий

 

Выбор варианта базирования следует проводить в 3 этапа: 1-й – по точности; 2-й – по конструктивным факторам (жесткость обшивки и каркаса, наличие компенсации и др.); 3-й – по технико-экономической целесообразности.

Суть первого этапа в следующем: в исходных данных мы имеем две величины: [δ] – допустимая погрешность изготовления аэродинамического контура объекта сборки, задаваемая конструктором в чертеже или в технологических условиях;

δ_ф– фактическая величина погрешности каждого из возможных вариантов сборки (табл. 5).

Чтобы определить возможные варианты сборки конкретной сборочной единицы, необходимо его допустимую погрешность [δ] сравнить с погрешностями способов базирования. Ясно, что если δ_ф< [δ], то данный вариант базирования применим. Если же δ_ф< [δ], то вариант неприменим. Например, если [δ] = 1 мм, то возможно базирование по каркасу, внешнему и внутреннему контуру.

Определив возможные варианты базирования СЕ по точности, приступают ко второму этапу – анализу конструктивных факторов, определяющих выбор базы (табл. 5). В первую очередь, по чертежу определяют возможность компенсации, так как при ее отсутствии базирование по внешнему и внутреннему контуру невозможно.

Так, при [δ] = 1 мм и при отсутствии компенсации возможна сборка только с базой на каркас. Если же осталось не менее двух возможных вариантов, то рассматривают жесткость элементов каркаса и обшивки. Так, сборка по ФО применяется при наличии достаточно жесткого каркаса и мягкой обшивки. Если же обшивка жесткая, то нужна компенсация. Сборка по макетным элементам применяется, наоборот, при нежестком поперечном каркасе, жесткой обшивке в виде панели и наличии компенсации. Сборка с базой на аэродинамический контур возможна только при наличии мягкой обшивки и компенсации, жесткость каркаса может быть любой.

Так, при [δ] = 1 мм, наличии компенсации, жесткой обшивки и нежесткого каркаса реализуемы только два варианта: с базой по макетным элементам и с базой по каркасу. Тогда переходят к анализу технико-экономической целесообразности оставшихся вариантов сборки. Для этого воспользуемся технико-экономическими показателями вариантов базирования при основном производстве и его подготовке для выбранной программы выпуска самолетов.

Во всех случаях применения при сборке одного изделия нескольких сборочных баз основным способом базирования будет тот, который формирует внешний обвод агрегата.

Как видим из табл. 6, технико-экономические показатели при базировании по наружной поверхности обшивки приняты за 100%. Анализ показывает, что затраты на подготовку производства для сборки отсеков и агрегатов и их сборку с базированием по ФО и макетным элементам (МЭ) значительно меньше, чем при базировании по каркасу и аэродинамическому контуру (50…80%). Это объясняется более простой и рациональной конструкцией сборочных приспособлений, обеспечивающих доступ к СЕ при ее сборке. При базировании по СО, ФО часть узлов и панелей собирается без СП на верстаках, поддерживающих устройствах или в переналаживаемых СП. Это приводит к снижению себестоимости оснастки. Себестоимость технологической оснастки и длительность цикла сборки при базировании по каркасу выше, чем при базировании по аэродинамическому контуру. Объясняется это свойственным этому способу меньшим объемом панелирования и значительным объемом клепально-сборочных работ, выполняемых в СП общей сборки с применением ручного инструмента (пневмодрель, пневмомолоток, переносные прессы и т.д.).

 

Техноэкономические показатели методов базирования	Таблица 6
Метод	Наименование			Показатели, %
базирования	сборочной
G осн	Т осн	С осн	С т	F		Ц
	единицы
По внешней по-	Узлы, панели,
верхности обшивки	отсеки, агрегаты
По поверхности	Узлы, панели
каркаса
Отсеки, агрегаты
По внутренней по-	Узлы, панели
верхности обшивки
Отсеки, агрегаты
(МЭ)
По сборочным от-	Узлы, панели
верстиям
Отсеки, агрегаты
По координатно-	Узлы, панели
фиксирующим от-
Отсеки, агрегаты
верстиям

Примечание: G _осн – расход металла на оснастку; Т _осн – трудоемкость изготовления оснастки; С _осн – себестоимость сборки; F – площадь, занимаемая технологической оснасткой; Ц – цикл сборки; С _т – технологическая себестоимость сборки.

2.3.4. Схемы увязки комплекта технологической оснастки

Основными требованиями, предъявляемыми к проектированию процессов увязки, являются: обеспечение взаимособираемости СЕ и их взаимозаменяемости по основным геометрическим параметрам – контурам, стыкам и разъемам. Это достигается путем зависимого изготовления изделия, при котором перенос форм и размеров от первоисточника на рабочую оснастку и далее на детали осуществляется различными способами копирования. Каждый этап переноса размера или формы сопровождается образованием некоторой погрешности первоначальных размеров и форм.

Основой всех разновидностей методов увязки является плазово-шаблонный метод жестких носителей номинальных форм и размеров. В результате его применения изготовляемые изделия удовлетворяют требованиям взаимозаменяемости. Метод прост, не требует сложного оснащения, однако наименее точен.

Эталонно-шаблонный метод увязки и обеспечения взаимозаменяемости является развитием плазово-шаблонного и, в силу ряда особенностей, нашел применение для летательных аппаратов малых размеров с большой точностью сложных внешних обходов. В качестве исходного применяют эталон поверхности (пространственный плаз), полностью воспроизводящий агрегат по размерам и форме. Для обеспечения взаимозаменяемости по разъемам применяют эталоны разъема (мастер-плиты и калибры), которые увязывают с эталоном поверхности.

В производстве самолетов тяжелого и среднего типов изготовить и использовать большие и тяжелые эталоны очень трудно. В этом случае используют координатно-шаблонный (инструментально-шаблонный) метод. Метод обеспечивает высокую точность увязки, но требует применения специальных координатных стендов. Получает новые возможности с применением ЭВМ, оптических и лазерных координатных систем.

2.3.5. Выбор системы координат сборочного приспособления

Построение схемы каждой конструкции начинается с правильного определения базовых осей (оси приспособления u, v), относительно которых координируется расположение всех узлов проектируемого приспособления. Выбор базовых осей не может быть произвольным, так как при недостаточно продуманном их расположении усложняется конструкция, затрудняется определение рабочих размеров в проекте и контроль их в производстве. Поэтому необходимо стремиться к соблюдению трех основных принципов базирования: единства, постоянства и совпадения баз. Соблюдение этого принципа обеспечивает наиболее высокую точность сборки.

В целях соблюдения единства баз следует за базовые оси сборочного приспособления (u, v) принимать конструктивные оси построения изделий (x, y); ось симметрии, строительная горизонталь, строительная плоскость и т.д. [1].

Способы увязки обводов и осей подвески рубильников с базовыми осями при проектировании приспособлений для сборки панелей, входящих например, в секцию фюзеляжа, показаны на рис. 13,14 и 15, на которых соответственно представлены пример теоретического плаза носовой части фюзеляжа с увязкой базовых осей агрегаты (отсека) и базовых отверстий (БО) шаблонов; схемы увязки осей подвески рубильников.

Рис. 13. Теоретический плаз секции фюзеляжа

Рис. 14. Схема увязки положения осей подвески рубильников относительно базовых осей в приспособлениях для сборки панелей (базовые оси – строительная горизонталь и ось симметрии самолета).

Рис. 15. Схемы увязки положения осей подвески рубильников относительно базовых осей в приспособлении для сборки секции фюзеляжа их панелей, показанных на рис. 10 (базовые оси – строительная горизонталь и ось симметрии самолета).

В обоих приведенных примерах базовыми осями являются строительная горизонталь и ось симметрии самолета. При проектировании приспособлений, собираемых, например, с помощью плаз-кондуктора и инструментального стенда, необходимо чтобы расстояние от базовых осей до центров отверстий подвески рубильников, т.е. размеры А, Б, В, Г и др. на рис. 14,15 были кратны размеру 50 мм – расстояние между центрами отверстий на плаз-кондукторе и инструментальном стенде. Относительно этих же базовых осей определяются положением деталей каркаса приспособления и других его элементов.