«ФОРМИРОВАНИЕ СХЕМЫ БАЗИРОВАНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ОСНАСТКИ ДЛЯ СБОРКИ УЗЛОВ ИЗ МАЛОЖЁСТКИХ ДЕТАЛЕЙ ...»

1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

ХА ВАН ЧЬЕН

ФОРМИРОВАНИЕ СХЕМЫ БАЗИРОВАНИЯ ПРИ

РАЗРАБОТКЕ ОСНАСТКИ ДЛЯ СБОРКИ УЗЛОВ ИЗ

МАЛОЖЁСТКИХ ДЕТАЛЕЙ

Специальность 05.02.08 – «Технология машиностроения»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Ахатов Р. Х.

Иркутск –

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА СБОРОЧНЫХ

БАЗ ДЛЯ СБОРКИ УЗЛОВ ИЗ МАЛОЖЁСТКИХ ДЕТАЛЕЙ

1.1 База и базирование в машиностроении 1.1.1 Состав сборочных баз в машиностроении 1.1.2 Методы сборки в самолетостроении 1.1.3 Основные факторы, влияющие на выбор метода сборки 1.2 Методики автоматизированного выбора состава сборочных баз 1.2.1 Анализ существующих методов определения состава сборочных баз 1.2.2 Методы выбора баз при автоматизированном проектировании технологических процессов 1.3 Цели и задачи исследования

2. МЕТОД ФОРМАЛИЗОВАННОГО АНАЛИЗА ОСНОВНЫХ БАЗ

МАЛОЖЁСТКОЙ СБОРОЧНОЙ ЕДИНИЦЫ

2.1 Задачи и методика исследования при анализе основных баз маложёсткой сборочной единицы 2.1.1 Основная задача исследования 2.1.2 Методика исследования 2.2 Понятие поверхности сопряжения между сборочными единицами изделия 2.3 Анализ геометрической формы сборочной единицы 2.3.1 Основные геометрические характеристики, которые влияют на степени свободы сборочной единицы 2.3.2 Минимальный состав базовых точек и их минимальные расстояния в одной поверхности базирования 2.4 Условия обеспечения требуемой фиксации сборочной единицы 2.5 Выводы по главе 2

3. МЕТОД ВЫБОРА ОПОРНЫХ БАЗОВЫХ ТОЧЕК ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ

СХЕМЫ БАЗИРОВАНИЯ МАЛОЖЁСТКОЙ СБОРОЧНОЙ

ЕДИНИЦЫ 3.1 Анализ типовых элементов в конструкции планера самолета 3.1.1 Классификация сборочных единиц 3.1.2 Основные характеристики для выбора опорных базовых точек в деталях сборочной единицы 3.1.3 Основные типовые элементы в конструкции планера самолета 3.2 Метод определения шага размещения опорных базовых точек детали из прессованных профилей типа балки 3.3 Метод определения шага размещения опорных базовых точек плоской детали 3.4 Метод определения шага размещения опорных базовых точек детали типа обшивки одинарной кривизны 3.5 Метод определения шага размещения опорных базовых точек детали типа обшивки двойной кривизны 3.6 Метод определения шага размещения опорных базовых точек детали типа подкрепленных обшивок 3.7 Выводы по главе 3

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА БАЗИРУЮШИХ ЭЛЕМЕНТОВ

СБОРОЧНОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ СБОРКИ МАЛОЖЁСТКОГО

ИЗДЕЛИЯ 4.1 Основные задачи

при определении состава базирующих элементов сборочного приспособления 4.2 Методы выбора расположения базовых точек в пространстве, определяющие вспомогательные и установочные базы изделия 4.3 Определение метода сборки в зависимости от конструктивнотехнологических характеристик объектов сборки 4.4 Определения основных факторов, влияющих на выбор метода сборки 4.4.1 Анализ жесткости элементов конструкции сборочной единицы 4.4.2 Анализ геометрической формы собираемых конструкций 4.4.3 Анализ конструктивного оформления внутреннего набора 4.4.5 Анализ степени точности геометрических размеров и форм 4.5 Принципы выбора типовых базирующих элементов сборочного приспособления в зависимости расположения базовых точек 4.6 Определение состава базирующих элементов сборочного

5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕДУРЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

СБОРОЧНОЙ ОСНАСТКИ В САМОЛЕТОСТРОЕНИИ

5.1 Разрабатываемая система автоматизированного проектирования 5.2 Система автоматизированного проектирования элементов сборочного 5.3 Используемые модули системы автоматизированного проектирования автоматизированного проектирования элементов сборочного

ВВЕДЕНИЕ

Экономическая мощность государства определяется совершенством и инновационным развитием базовых отраслей экономики. К числу базовых отраслей экономики любого государства относится машиностроение.

производства новых изделий и от их совершенства зависит качество производимой продукции.

одновременном требовании сокращения цикла производства и снижения себестоимости продукции. Для обеспечения высокой точности сборки таких изделий требуется сборочная оснастка, что приводит к увеличению производства.

Областью технологии машиностроения как науки о сущности маложёстких деталей и сравнительно высокими требованиями к точности сборки при значительных габаритах изделия. При этом очень важной проблемой является повышение качества сборочной оснастки при снижении трудоёмкости её проектирования.

Одной из главных задач при проектировании сборочной оснастки является определение состава сборочных баз. На сегодняшний день, выбор состава сборочных баз основывается на анализе типовых технологических процессов, которые концентрируют опыт технолога. Таким образом, качество принятия решений зависит от опыта технолога. Эти методы слабо вычислительных машин (ЭВМ).

информационных технологий и автоматизированного оборудования.

комплексного использования математических моделей всех объектов технологического оборудования. Поэтому проблема выбора и согласования сборочных баз всех объектов производства на весь период выполнения сборочных работ является особенно актуальной для самолётостроения.

В настоящей работе рассмотрены проблемы формализованного геометрической информации об изделии является его конструктивный электронный макет (КЭМ), выполненный в CAD (Computer-Aided Design) системе объёмного моделирования.

Общая постановка задачи исследования Целью диссертационной работы является разработка методики автоматизированного выбора состава сборочных баз и схемы базирования на основе CAD модели изделия и данных PDM системы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

построенному в принятой CAD системе, для построения дискретных математических моделей маложестких деталей сборочной единицы;

2) на основе дискретной математической модели маложесткой детали выявить минимальный состав базовых точек, определяющих ее удовлетворяющее условию допустимых деформаций;

приспособления, базы которых соответствуют выявленному составу основных сборочных баз устанавливаемой маложесткой детали;

4) выбрать фиксирующие элементы сборочного приспособления, установочные базы которых задают необходимые ограничивающие связи на пространственное положение маложесткой детали;

5) реализовать систему автоматизированного проектирования элементов сборочного приспособления.

маложестких изделий в наукоемком машиностроении.

построения дискретных математических моделей маложестких деталей сборочной единицы на основе их CAD моделей и данных PDM системы для автоматизированного выбора состава их сборочных баз и схем базирования.

Методы исследования. В качестве общей методологической основы использован системный подход, заключающийся в анализе закономерностей выбора состава сборочных баз изделий, и исследовании способов математического описания сборочных баз, а так же математических методов их анализа. При выполнении работы использовались положения технологии сборки в машиностроении и самолётостроении, теории множеств, теории графов, алгебры логики и аналитической геометрии.

Научная новизна заключается в следующем:

1) предложена методика выбора элементарной поверхности на детали в зоне сопряжения ее с другой деталью сборочной единицы, дифференциально-геометрические свойства всех точек которой 2) разработана методика анализа и выбора ограничивающих связей на взаимное расположение сопрягаемых деталей сборочной единицы на основе анализа дифференциально-геометрических характеристик локальных зон их поверхностей сопряжения;

3) разработана методика построения дискретной математической модели маложесткой детали сборочной единицы на основе определения базовых точек на ее поверхности, задающих основные базы необходимые и достаточные для полного ограничения всех степеней свободы;

4) разработан алгоритм определения состава базирующих элементов сборочного приспособления, использующий дискретную математическую модель маложесткой детали сборочной единицы.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1) сокращение цикла технологической подготовки производства и повышение качества проектных решений за счет использования формализованных алгоритмов определения состава сборочных баз и построения автоматизированной системы проектирования элементов СП;

2) снижение влияния субъективного фактора при принятии решений в ходе автоматизированного проектирования элементов сборочного приспособления для сборки маложестких изделий, благодаря использованию выявленных формальных критериев выбора состава сборочных баз;

3) математическая модель реализована в информационной среде предприятия внедрения, включающей базовую CAD/CAM/CAE систему NX 7.5 Siemens PLM Software, а также средства программного расширения NX/Open API, среду программирования С++ с сохранением данных в СУБД Oracle;

автоматизированного проектирования элементов сборочного приспособления по принятой модели базирования;

5) предложен математический аппарат, применимый для решения ряда задач технологической подготовки сборочного производства:

- выбор состава сборочных баз изделия;

- выбор состава базирующих элементов сборочной оснастки.

Основные положения, выносимые на защиту:

экспертной системы для автоматизированного анализа степеней свобод деталей сборочной единицы непосредственно по КЭМ 2) классификаторы типовых деталей конструкции планера самолета для анализа относительной жесткости СЕ при сборке;

автоматизированного выбора сборочных баз с использованием метода анализа конструкции непосредственно по КЭМ изделия, основанного на сравнении текущей деформации пакетов деталей в зоне выбора базовых точек с допустимыми значениями;

4) алгоритм выбора состава базирующих элементов сборочной оснастки для сборки конкретной сборочной единицы;

сборочного приспособления по принятой модели базирования.

Реализация работы. Диссертационная работа выполнена в рамках НИР №334/10 «Разработка и внедрение высокоэффективных технологий проектирования, конструкторско-технологической подготовки и изготовления самолета МС-21», тема по дополнительному соглашению № «Система автоматизированного проектирования сборочной оснастки с использованием экспертных систем» (06.10.2010 г. – 31.12.2012 гг.), а также изготовления и подготовки производства изделий авиатехники нового поколения на базе Научно-производственной корпорации «Иркут» с научным сопровождением Иркутского государственного технического университета», тема по дополнительному соглашению №12 «Разработка подсистемы проектирования объектов сборочного производства» (15.11.2012 г. – по настоящее время).

Результаты работы использованы при выполнении НИРС и в учебном процессе кафедры «Самолётостроение и эксплуатация авиационной техники»

Иркутского государственного технического университета в виде лекций и лабораторных работ по дисциплинам «Проектирование сборочных приспособлений», «Автоматизация проектно-конструкторских работ и технологических процессов». Имеется один акт внедрения в ИрГТУ.

Апробация работы. Диссертация прошла апробацию на конференциях и семинарах кафедры «Самолетостроение и эксплуатация авиационной техники» Иркутского государственного технического университета, на Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и всероссийской научно-технической конференции, приуроченной ко Дню космонавтики «Авиамашиностроение и транспорт Сибири» (11-13 апреля 2012г, ИрГТУ, г. Иркутск), на Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона» (НПО-2013) в 2013 г.

(НГТУ, г. Новосибирск), на третьей всероссийской научно-технической конференции «Авиамашиностроение и транспорт Сибири» (11-13 апреля 2013 г, ИрГТУ, г. Иркутск), на всероссийском научно-практическом конструкторско-технологической подготовки и изготовления самолетов» в 2013 г (Иркутский авиационный завод, г. Иркутск), на международной научно-практической конференции «Актуальной вопросы развития науки»

(14 февраль 2014 г, г. Уфа).

Проводились обсуждения на семинарах, посвященных аттестации аспирантов, кафедры «Самолётостроение и эксплуатация авиационной техники» института авиамашиностроения и транспорта Иркутского государственного технического университета.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 11 научных работ, из них 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, а также 1 свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Личный вклад: Все выносимые на защиту результаты получены лично автором или при его непосредственном участии.

Структура и объём. Настоящая работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложений. Основное содержание диссертации насчитывает 147 страниц, содержит 5 таблиц, рисунков, библиографии 111 наименований, копия 1 свидетельства, копия акта внедрения. Общий объём работы 149 страниц.

В первой главе рассмотрены существующие методы определения схемы базирования для изделий из маложёстких деталей на основании действующих стандартов и работ А.И. Бабушкина, В.П. Григорьева, Ш.Ф.

Ганиханова, В.В. Бойцова, В.А. Барвинка, А.И. Пекарша, К.А. Однокурцева, П.Е.Чимитова и других ученых. Дано определение маложесткой детали, под которой понимается конструкция, которая при свободном размещении на опорной поверхности способна деформироваться под собственным весом так, что величина этой деформации превышает допустимое значение.

Приведен краткий обзор литературы, где рассмотрены существующие математические модели и методы, разработанные В.В. Павловым, Т.А.

Сагдиевым, О.С. Самсоновым, А.Г. Громашевым, Ю.М. Соломенцевым, Н.М. Капустиным, П.Е.Чимитовым и др. для выбора состава сборочных баз и типовых элементов сборочной оснастки. В них используется математический аппарат теории множеств, теории графов и алгебры логики. Однако использование известных методик при подготовке математической модели по табличным классификаторам требует непосредственного участия инженера-технолога. Рассмотрены существующие математические модели и методы, предложенные Б.С. Балакшиным, Б.М. Базровым, Д.А. Журавлёвым, Б.П. Сандалски, А.В. Скворцовым, В.В. Кузьминым, Ю.Л. Шурыгиным, К.А.

Однокурцевым, для описания сборочных баз с допусками, выбора сборочных размерных цепей и расчёта пространственных допусков. Однако рассмотренные модели основаны на ручной подготовке данных, что требует специализированной подготовки персонала и увеличивает цикл ТПП.

Проведен анализ возможности применения современных САПР при проектировании конструкции сборочной оснастки и технологических процессов сборки изделий. В них автоматизировано большинство рутинных операций, что позволяет выполнять разработку типовой сборочной оснастки в диалоговом режиме. Однако, подготовка расчётных моделей и принятие решений, в особенности на начальных этапах технологического высококвалифицированных технолога и конструктора оснастки.

сформулирована цель и задачи исследования.

Во второй главе рассматриваются вопросы, связанные с разработкой математического представления состава основных баз сборочной единицы с использованием электронного макета конструкции, построенного в CAD системе.

Построение модели элементарной поверхности основано на выявлении дифференциально-геометрических характеристик в дискретных точках поверхности сопряжения между элементами конструкции в сборочной единице. Полученные данные позволяют выявить степени свободы сопрягаемых деталей и назначить необходимые связи для обеспечения однозначного базирования. Результаты анализа позволяют произвести выбор состава основных баз рассматриваемой сборочной единицы.

В третьей главе исследуются вопросы, связанные с разработкой метода выбора опорных базовых точек при определении схемы базирования сборочной единицы с использованием КЭМ конструкции, построенного в CAD системе. Метод основан на сравнении текущей деформации пакетов деталей в зоне выбора базовых точек с допускаемым значением. Полученные данные позволяют определить расстояния между опорными базовыми точками или расстояния между базовыми фиксирующими элементами.

базирующих элементов сборочного приспособления. Метод основан на определении соответствия упорядоченной совокупности базовых точек на поверхности базируемой детали с выявленными в них значениями дифференциально-геометрических характеристик с соответствующими свойствами базовых точек нормализованных базирующих элементов сборочной оснастки. При наличии множества допустимых вариантов задания базирующих элементов в конструкции сборочного приспособления предлагается методика их рационального выбора по сочетаемости схемы базирования сборочной единицы и операций технологического процесса сборки.

В пятой главе рассматривается метод автоматизированного проектирования элементов сборочного приспособления по выбранным базам.

Метод представляет собой процесс, основанный на типовых процедурах конструктора по проектированию конструктивных элементов с помощью средства программного расширения NX/Open API, выполняющего алгоритмы построения запрограммированные на языке программирования С++ с сохранением данных при помощи СУБД Oracle. проектирования заключается в создании программного продукта способного самостоятельно, создавать электронный макет элементов СП, в идеале, без участия, но под контролем конструктора.

Использование этой системы позволяет:

сборочного приспособления для программных приложений разработчиков или программ отдельных пользователей;

определить возможность программным способом создавать геометрические модели конструктивных элементов сборочной оснастки, получать информацию об этих объектах, формировать сборки, генерировать чертежную документацию и т.д.

Работа выполнена на кафедре «Самолётостроение и эксплуатация авиационной техники» института авиамашиностроения и транспорта Иркутского государственного технического университета.

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА

СБОРОЧНЫХ БАЗ ДЛЯ СБОРКИ УЗЛОВ ИЗ МАЛОЖЕСТКИХ

ДЕТАЛЕЙ

База и базирование в машиностроении 1.1.1 Состав сборочных баз в машиностроении Под базой понимается поверхность или выполняющее ту же функцию сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке или изделию и используемая для базирования [11, 13, 32].

При базировании изделия возможно использование различных баз, классификационная схема которых приведена на рисунке 1.1.

Базы, с помощью которых базируются детали или сборочные единицы (СЕ) в изделии, называют конструкторскими. Конструкторские базы делятся на основные и вспомогательные.

Основной называют конструкторскую базу, принадлежащую детали или СЕ, используемую для определения их положения в изделии.

Вспомогательной называют конструкторскую базу, принадлежащую детали или СЕ и используемую для определения положения присоединяемой к ним детали или СЕ.

Технологической называют базу, используемую для определения положения заготовки, детали или изделия в процессе изготовления, сборки или ремонта. Понятие технологической базы распространяется на все стадии процесса изготовления изделия (изготовление детали механической обработкой, сборку изделия и т.д.).

Измерительной называют базу, используемую для определения относительного положения заготовки, детали или изделия и средств измерения, её применяют при оценке точности детали, настройке станка и т.д.

Установочной называют базу, используемую для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их трёх степеней свободы – перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг других осей. Установочная база отличается большой площадью, чтобы можно было по возможности дальше разнести опорные точки, для придания детали большей устойчивости.

Направляющей называют базу, используемую для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их двух степеней свободы – перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой.

Направляющая база отличается большой протяженностью, что позволяет расположить опорные точки на максимальном удалении друг от друга и тем самым увеличить точность направления.

Опорной, называют базу, используемую для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их одной степени свободы – перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси. Для опорной базы не требуется поверхности больших размеров.

Двойной направляющей называют базу, используемую для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их четырёх степеней свободы – перемещений вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих осей.

Двойной опорной называют базу, используемую для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их двух степеней свободы – перемещений вдоль двух координатных осей.

поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок.

Скрытой называют базу в виде воображаемой плоскости, оси или точки. К скрытым базам прибегают тогда, когда у детали или заготовки отсутствуют необходимые поверхности.

Число баз, распределенных на поверхностях собираемых деталей, может изменяться в зависимости от конструкции изделия и требований к степени обеспечения точности выдерживания геометрических размеров собираемых изделий [11].

Для автоматизации проектирования сборочных приспособлений (СП) необходимо в первую очередь формализовать выбор сборочных баз. Он зависит от множества факторов, важными из которых являются:

структуры и формы деталей и изделия;

жёсткости конструкции деталей и изделия;

требований к точности собираемого узла;

опорного метода базирования и принятой последовательности сборки;

соединения.

Поэтому формализация выбора и анализа сборочных баз имеет следующие преимущества [9, 106, 107, 108]:

позволяет выполнять многовариантный анализ;

базирования по различным критериям (точности, технологичности и др.);

не ограничивает выбор типовыми решениями;

реализацию автоматизированного проектирования сборочной оснастки;

уменьшает влияние субъективного фактора, что повышает стабильность качества принимаемых решений;

позволяет снизить длительность и трудоёмкость проектирования СП.

На сегодняшний день, выбор состава сборочных баз основывается на анализе типовых технологических процессов, которые концентрируют опыт технолога, таким образом, качество принятия решений зависит от опыта технолога. Эти методы слабо формализованы, удобны для человека, но неудобны для автоматизированного проектирования, поэтому формализация процедур определения состава сборочных баз при автоматизации технологического проектирования сборочных процессов является важной задачей. Эта задача усложняется при проектировании технологического процесса сборки СЕ включающих маложесткие детали.

При этом под маложесткой деталью понимается конструкция, которая при свободном размещении на опорной поверхности способна деформироваться под собственным весом так, что величина этой деформации превышает допустимое значение. При таких условиях для базирования детали недостаточно шести опорных точек, как это определяется в классической теории базирования, при базировании детали являющейся твердым телом [32]. Для наложения ограничивающих связей необходим выбор дополнительных опорных точек, совокупность которых определяет состав сборочных баз детали.

Состав сборочных баз для конкретного изделия существенно зависит от особенностей конструкции сборочной единицы, а также от метода сборки.

Поэтому задача определения метода сборки так же является важной задачей в настоящей диссертационной работе.

1.1.2 Методы сборки в самолетостроении Для самолёта как объекта производства характерны следующие особенности, определяющие специфику выполнения сборочных работ [81]:

многодетальность конструкции (до 1500-2000 деталей на 1 тонну массы);

малая жёсткость деталей и СЕ вследствие больших габаритов и требований по минимизации массы;

сложность форм поверхностей;

высокие требования к точности реализации указанных выше поверхностей (порядка ± 0,1…1 мм для дозвуковых и ± 0,01…0,1 мм для сверхзвуковых самолётов);

конструктивного исполнения;

большая плотность работ в единице объёма конструкции и значительный объём ручных операций (доля ручного труда составляет около 90%);

высокие требования к качеству сборки каждой СЕ и всего изделия в целом.

В самолётостроении применяются различные методы сборки, в зависимости от конструкции СЕ и требований к точности их изготовления.

Под методом сборки в самолётостроении понимается основной способ базирования деталей при сборке СЕ, обеспечивающий выполнение замыкающего звена сборочной размерной цепи. На основе выбранного метода сборки строится весь комплекс технологической подготовки производства: выбор схемы базирования и схемы сборки, технологической оснастки, обеспечивающих изготовление деталей и сборку СЕ с заданной точностью, процессов изготовления и монтажа технологической оснастки для производства деталей и сборки СЕ.

Классификация методов сборки, используемых в самолётостроении, приведена на схеме (рисунок. 1.2) [11]. К ним относятся следующие методы:

Сборка по сопрягаемым поверхностям деталей (сборка по чертежу) – процесс, при котором одну из деталей принимают за базовую и к которой, в определенной последовательности, присоединяют другие детали, входящие в собираемый узел. Этот метод применяется при сборке изделий из жестких деталей, сохраняющих под действием собственного веса свою форму и размеры. При этом, входящие в изделие детали разделяют на несколько сборочных групп, каждую из которых собирают по базовой детали, входящей в данную группу. Точность размеров, при данном методе сборки достигается машиностроении Рисунок 1.2 – Классификация методов сборки самолетных конструкций незначительной частью СЕ летательного аппарата (ЛА), К числу таких СЕ относятся жесткие узлы шасси, пневмо- и гидроцилиндры, бустерные устройства, узлы тяг управления и др. Для большинства самолетных конструкций, детали которых не обладают достаточной относительной жесткостью, сборка методом по базовой детали затруднительна. При использовании данного метода сборки для деталей малой жесткости невозможно достичь высокой точности собираемого узла, а так же взаимозаменяемости. По базовой детали, как правило, изделия собирают на верстаках, иногда используются поддерживающие устройства, что так же требует высокой квалификации исполнителей.

Сборка по базовым линиям на деталях (по разметке) – процесс, при котором взаимное положение деталей (входящих в узел), определяют непосредственно измерением расстояний между ними и рисками, нанесенным на деталях при разметке. Сборка по разметке производится при помощи универсальных слесарных инструментов и приспособлений.

Операции установки деталей в сборочное положение по разметке трудоемки и длительны, при этом взаимозаменяемость узлов и панелей при таком методе сборки практически невозможна.

Сборка по сборочным отверстиям (СО) – процесс, при котором взаимное расположение собираемых деталей определяется положением имеющихся на них взаимно увязанных отверстий. При базировании по СО собираемые детали совмещают друг с другом, вставляя в сборочные отверстия технологические нормали (фиксаторы), на период соединения деталей. Метод базирования по СО применяется при образовании обводов агрегата и установке в сборочное положение элементов продольного и поперечного набора (каркаса). Использование отверстий в качестве сборочных баз, в отличие от других баз, требует не только правильного положения баз отверстий в пространстве, но и определенного положения их по отношению к контурам деталей, только в этом случае можно обеспечить выполнение заданных геометрических параметров собираемого объекта.

Сборка с базированием по СО плоских узлов (панелей) производится на столах или с применением поддерживающих приспособлений, не влияющих на точность образования форм и обводов изделия. Специфика этого метода такова, что для сборки маложестких деталей выбор положения СО с достаточной точностью очень затруднен, что практически ограничивает применение этого метода для этой группы деталей.

Сборка с применением СП – процесс, при котором базовые поверхности деталей совмещаются с опорными поверхностями приспособления. При таком методе детали на сборку поступают в законченном виде (отформованные, обработанные по контуру в окончательные размеры).

В самолетостроении, при сборке узлов и агрегатов, в приспособлениях применяют специфические способы базирования, которые во многом зависят от местонахождения и назначения, собираемых деталей в изделии.

При сборке с базированием СЕ по поверхности конструктивных элементов СЕ в приспособлениях используют три основные схемы базирования:

за базу принимается внешняя поверхность изделия, выходящая на теоретический контур самолета;

в качестве основной базы используются поверхности деталей каркаса изделия (без учета обшивки);

в качестве основной базы принимают внутреннюю поверхность обшивки.

Использование в самолетостроении метода сборки в приспособлении обусловлено сложной конфигурацией и сравнительно малой жесткостью собираемых изделий. Малая жесткость и сложная форма собираемых деталей приводит к накоплению дополнительных погрешностей при базировании, обусловленных тем, что при повторной установке одних и тех же деталей в приспособлениях для сборки узла, а затем для сборки агрегата, происходит несовпадение поверхностей базируемых деталей и фиксаторов приспособления.

Однако, сборка в СП позволяет добиваться заданной точности окончательных форм и размеров изделий, вследствие принудительного перемещения деталей при сборке до совпадения их базовых поверхностей с базовыми поверхностями СП. Перемещение деталей при сборке с совмещением баз может осуществляться как без деформирования деталей путем линейного перемещения, так и с принудительным упругим деформированием деталей до полного совпадения их базовых поверхностей с базовыми поверхностями СП. Компенсация перемещения позволяет получать заданные линейные размеры, а упругая компенсация исправлять форму контуров деталей, входящих в СЕ и, тем самым, выдержать заданную форму изделия.

Сборка по базовым поверхностям отверстий. Базирование при данном методе осуществляется аналогично методу сборки по СО, но базовые отверстия расположены на специальных базово–фиксирующих устройствах СП. Базы–отверстия в СП используются для установки и фиксации собираемых деталей. Данные методы сборки получили название – сборка по координатно-фиксирующим отверстиям (КФО) и базирование по отверстиям под стыковые болты (ОСБ). Сущность базирования деталей и узлов при базировании по КФО заключается в том, что базы-отверстия расположены на плоских поверхностях деталей и могут быть заданы системой линейных размеров в плоской системе координат с последующим переносом осей отверстий на оснастку и детали. Координаты осей отверстий, расположенных в узлах СП, могут быть получены универсальными инструментальными средствами.

Определяющим параметром при выборе носителя баз отверстий – является жесткость деталей, входящих в конструкцию собираемого изделия.

Если по базам отверстиям собирают узел, в состав которого входит жесткая деталь, то она выбирается в качестве опорной, при этом положение входящих деталей определится опорной деталью. В том случае если объект сборки состоит из маложестких элементов, то для придания опорным деталям неизменности форм и положения используется специальное приспособление.

Таким образом, классификация описанных выше методов сборки самолетных конструкций производится по двум ключевым параметрам:

использование специализированных (уникальных) сборочных приспособлений; задание типа носителя базовой поверхности. К первому типу носителей баз, относятся базовые поверхности приспособления, либо деталей СЕ. Ко второму типу носителей баз относятся поверхности базовых отверстий (рисунок 1.2).

1.1.3 Основные факторы, влияющие на выбор метода сборки Как отмечено выше, для определения метода сборки предлагается использование данных CAD/PDM системы, чтобы анализировать КЭМ СЕ.

Однако не все параметры, содержащиеся в КЭМ необходимы для решения задачи выбора метода сборки, вследствие чего возникает задача селекции доступных данных с целью выделения значимых.

Выбор того или иного метода сборки обуславливается комплексом факторов, зависящих от конструктивно-технологических характеристик объектов сборки, экономической целесообразности их применения и производственных условий их выполнения.

К числу основных (значимых) факторов относятся следующие:

конструктивные особенности самолета как объекта сборки;

целесообразность затрат на технологическое оснащение производства при различных методах сборки;

производства и перспективы их развития с учетом возможностей комплексной механизации и автоматизации сборочных работ.

При запуске в производство нового изделия важным критерием, оказывающим влияние на выбор метода сборки, является учет объема и продолжительности выпуска изделия.

обеспечивающие заданный уровень качества изделий и их выпуск к определенному сроку при заданных количествах, должны быть такими, чтобы достигалась общая экономическая эффективность производства.

Экономическую целесообразность метода сборки определяет величина технологической себестоимости, рассчитанная для конкретных объемов выпуска изделия по годам. Технологическая себестоимость при равных условиях зависит от принятого метода сборки, так как метод сборки, предопределяя затраты живого и материального труда, вносит значительную долю в себестоимость выпускаемых изделий.

Стоит заметить, что обеспечение заданных требований качества собираемого изделия, является более важным фактором при выборе метода сборки, если сравнивать с фактором обеспечения минимальной технологической себестоимости.

Расчет технологической себестоимости в первую очередь основан на сравнении затрат различных методов сборки, это означает, что выбор метода сборки (нескольких вариантов при различных методах сборки) уже произведен. Это приводит к возникновению задачи выбора метода сборки на основе неэкономических факторов, таких как конструктивнотехнологические факторы.

Технология сборки и монтажа самолетных конструкций, включая схемы сборки, выбор метода сборки, технологической последовательности выполнения операций, количества и структуры оснастки, оборудования и инструмента, в большинстве своем, зависит от конструкции собираемых изделий и ее особенностей. Таким образом, на основе теоретических исследований и практики применения различных методов сборки, можно сделать вывод, что значительное влияние на их выбор оказывают конструктивно-технологические факторы (таблица 1.1 [11]).

Таблица 1.1 – Влияние конструктивно-технологических факторов на выбор метода сборки самолета На агрегаты, отсеки, Любой метод сборки Приложение таблицы 1. Жесткость Элементы сборки Сборка по разметке (чертежу) и конструкции Элементы сборки Сборка в СП с базированием по Геометрическая Элементы сборки Сборка в СП по поверхности собираемых Одинарная кривизна Сборка по СО и КФО конструкций Двойная и Сборка в приспособлениях и по Конструктивно С продольным Широко применяется сборка по е оформление набором деталей СО внутреннего каркаса Характер Детали каркаса Сборка по УФО и другие методы обшивкой непосредственно точности первой зоны приспособлениях с базированием геометрических точности по поверхности деталей размеров и Объекты сборки Возможна сборка по УФО наряду Таким образом, выделяются следующие параметры, влияющие на выбор, как класса метода сборки, так и варианта метода сборки:

степень членения (в данной работе используется допущение, при котором влияние степени членения планера самолета не учитывается, так как данный параметр, заданный при проектировании летательного аппарата, при технологической подготовке практически не изменяется);

структурной характеристикой собираемого изделия;

наличие и направление силового набора (этот параметр в данной работе косвенно рассмотрен в процедуре выбора сборочных баз, в частности при анализе подкрепленных обшивок [4]);

степень точности геометрических размеров и форм.

Вышеперечисленные параметры влияют не только на выбор метода сборки, но и непосредственно влияют на состав сборочных баз СЕ, поэтому их определение является важной проблемой в современном машиностроении.

При этом проблемы выбора сборочных баз для маложестких авиационных конструкций становятся особенно актуальными.

Методики автоматизированного выбора состава сборочных сборочных баз Выбор сборочных баз является одним из наиболее сложных и ответственных этапов проектирования технологических процессов сборки.

Поэтому разработка научной методики выбора сборочных баз – одна из основных задач технологии машиностроения и самолетостроения.

Вопрос о базах в машиностроении и приборостроении неоднократно технологического проектирования.

Одной из первых работ, содержавших рекомендации по выбору баз, была работа Б.С. Балакшина [14,15], где он, анализируя цепной и координатный методы достижения точности обработки, показал, что целесообразность смены баз (цепной метод) для получения более высокой точности взаимного положения поверхностей зависит от величины ошибок, получаемых в результате применяемых методов обработки. Если величина этих ошибок одного порядка, то целесообразность смены баз очевидна, в противном случае вопрос должен решаться путем надлежащего подсчета.

Таким образом, точность взаимного положения поверхностей в общем случае определяется не "длиной путей", то есть числом звеньев размерных цепей, а суммарной погрешностью операционных размеров, и, следовательно, при выборе баз необходимо строить цепи, обеспечивающие наименьшие погрешности замыкающих звеньев - исходных размеров детали. Так же, Б.С.

Балакшин рассматривает базы с точки зрения тех степеней свободы, которых лишается деталь при её установке в приспособление. В соответствии с этим даются определения установочной, направляющей, опорной, двойной направляющей, двойной опорной и скрытой баз. Впоследствии эти определения баз были приняты государственным стандартом СССР [32].

Данный метод не обеспечивает достаточной адекватности модели при анализе изделий из маложестких деталей, поскольку не позволяет учесть возможные деформации деталей при различных условиях базирования и закрепления.

В. В. Павлов [79, 80] в своих работах отмечает, что структура информационных потоков технической подготовки производства (конструкторской и технологической) должна быть рассмотрена как единая система. Предполагается комплексное решение всех задач в рамках единой автоматизированной системы технологической подготовки производства (АСТПП) на основе единого математического обеспечения. Для этого использован математический аппарат теории множеств, математической логики и теории графов. Описание множеств и графов осуществляется на основе их матричного представления.

являющийся частью информационно-логической системы, используемой при описании свойств изделия и производственной системы. Контур F совокупность свойств объекта A, выполняющих определённую функцию Z.

Он определяется множеством охватываемых им свойств E или параметров M объекта и представлен в виде булевой переменной. Для параметров: контур F=1, если для каждого параметра mi поле рассеяния находится в пределах поля допуска (значение mi лежит в допустимом диапазоне), иначе F=0. Для свойств: контур F=1, если каждое из свойств объекта (в булевом виде) ei= (контур существует, если у объекта существуют все свойства ei, необходимые для этого контура), иначе F=0; причём свойство ei=1 (существует для данного объекта), если для каждого параметра mi, определяющего это свойство, поле рассеяния находится в пределах поля допуска. Следует отметить, что все множество параметров объектов (как изделий, так и средств технологического оснащения) автор (в своих работах) замещает разделяются на основные, непосредственно определяющие заданные функции А и вспомогательные, обеспечивающих существование основных функциональными, все остальные контуры, не влияющие на реализацию заданной функции – свободными.

С помощью множеств и графов выполняется моделирование состава деталей, структуры изделия, состава баз. Для представления структуры изделия используется информационно-логическая (иерархическая) система описания:

теория графов и теория множеств используются при описании структуры системы и состава её элементов;

методы математической логики – при описании логических связей между элементами системы: количественных и качественных условий существования элементов множества как логических переменных;

неравенства – при описании количественных отношений между свойствами и параметрами системы и её элементов.

информационно-логической моделью предложенной В. В. Павловым, можно выделить ряд недостатков, из которых наиболее значимыми являются:

конструкции изделия;

трудоемкий этап подготовки исходных данных, сопряженный с большим объемом ручного труда;

исходные данные (классификации изделий, процессов, контуров) формируются на основе знаний и опыта технолога.

Поэтому эта методика не имеет достаточных средств для определения состава сборочных баз при автоматизированной сборке маложестких деталей.

В. В. Григорьев [34] выбор баз и состава баз рекомендует проводить на основе анализа различных методов базирования и последующей оценки последствий сделанного выбора.

Для выбора варианта базирования детали анализируется чертеж изделия, после чего группируют основные детали, узлы, панели в «обобщенные» – условные детали и сборочные единицы. К таким «обобщенным» деталям и сборочным единицам предъявляют одинаковые требования по точности, они имеют одинаковый характер установки в сборочное положение, подход в зону выполнения соединений и вид соединения между собой. «Обобщенные» детали и сборочные единицы обладают теми же свойствами, что и реальные детали и сборочные единицы, но их применение позволяет составить в математическом и графическом виде модель базирования.

После определения возможных вариантов состава баз производится выбор схемы базирования для конкретного технологического процесса.

Выбор осуществляется по точности обводов собранного агрегата и по технико-экономическим показателям технологического процесса сборки.

Оптимальным составом баз считают тот, который удовлетворяет требованиям по точности наружных обводов собираемого изделия и имеет лучшие технико-экономические показатели в сравнении с другими составами баз, обеспечивающими такую же точность обводов.

Однако последовательный перебор и анализ всех возможных вариантов базирования является весьма трудоёмким и поэтому малоэффективным процессом и может быть использовать лишь для относительно простых деталей с небольшим числом поверхностей.

Анализ же лишь некоторых из возможных вариантов базирования не гарантирует получение наилучшего решения задачи, поскольку среди отобранных для анализа вариантов его может и не быть.

пространственными допусками, используя метод координатных систем с деформирующимися связями [13]. В основе метода положено описание технологической системы как совокупности координатных систем, построенных на её деталях, с наложенными на эти координатные системы связями – эквивалентной схемы (рисунок 1.3). Отличительной чертой данного метода являются деформируемые связи, приложенные к деталям и определяющие ограничения их степеней свободы.

Метод координатных систем с деформирующимися связями позволяет выполнять математическое описание технологических процессов обработки деталей и сборки изделий, а также выполнять пространственный размерный анализ методом суммирования векторов линейных и угловых отклонений, заданных по шести пространственным координатам. Эквивалентная схема как математическая модель технологической системы согласуется с комплексным подходом к проектированию технологических систем, формализовано принятие инженерных решений на начальных этапах проектирования технологической системы, а подготовка расчётной модели требует непосредственного участия инженера.

Рисунок 1.3 – Эквивалентная схема технологической системы токарного К.А. Однокурцев решает задачу моделирования сборочных баз с дискретной структурно-геометрической моделью, названной координатной моделью, для представления сборочных баз изделия и сборочной оснастки, алгоритмы её построения и анализа [64]. Она состоит из конечного множества базовых точек с заданными в них конструктивнотехнологическими параметрами изделия и связями между ними. Структура и технологического проектирования. Так, при выборе состава сборочных баз на координатной модели отражаются все существенные характеристики каждой сборочной базы и связи между ними. Это позволяет использовать методы анализа сборочных баз и выбора конструктивной компоновки сборочной оснастки, основанные на формальных критериях и условиях.

Однако, последовательный подбор и анализ исходных данных для малоэффективным процессом и может быть использован лишь для относительно простых деталей с небольшим числом поверхностей.

проектировании технологических процессов В настоящее время существует большое количество программных инструментальных систем технологического проектирования, как в зарубежном, так и отечественном машиностроении. Рассмотрим наиболее известные из них.

Система автоматизированного проектирования технологических процессов САПР ТП "Технолог-Гепард" [71]. Здесь автоматизация технологического проектирования базируется на представлении закономерностей и связей между конструктивно-технологическими свойствами изделия и технологической системы выполненной в виде математических зависимостей, объединяемых в математические модели изделия и технологической системы. Эти зависимости отражают реальное содержание процессов производства, поэтому необходимы не только при автоматизированном, но и при неавтоматизированном проектировании.

Система автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) предназначена для проектирования технологических процессов на различные виды технологий:

механическая обработка и обработка с числовым программным управлением (ЧПУ);

электромонтажная сборка;

прессование и литье неметаллов;

изготовление установочных приспособлений;

гальваническое производство;

термическое производство;

другие технологии, которые возможно задать с помощью модуля базы данных технологий.

На ряде предприятий разработан и внедрен модуль трудового нормирования изготовления печатных плат на базе САПР ТП «ТехнологГепард», ведутся работы по внедрению модулей трудового нормирования технологий механической обработки, электромонтажной сборки. Система позволяет повысить производительность труда технолога и нормировщика, сократить сроки и трудоемкость технологической подготовки производства.

Среди отечественных разработок можно отметить такие системы как ТеМП [73]. Система ТеМП предназначена для автоматизированного проектирования технологических процессов сборки – монтажа летательных аппаратов, в конструкции которых применяются заклепочные, резьбовые, сварные и комбинированные соединения, а также монтажи трубопроводных и электрических систем.

В качестве исходных данных для проектирования технологических процессов и средств технологического оснащения используется КЭМ изделия.

проектирования:

электронных макетов сборочно-монтажных единиц;

формирование и анализ технологических моделей сборочномонтажных единиц;

проектирование и нормирование укрупненных технологических процессов, цикловых графиков сборки и монтажа изделий;

процессов;

использованием электронных макетов средств технологического оснащения и антропометрических макетов исполнителей;

формирование комплекта технологической документации;

просмотр конструкторско-технологической спецификации;

просмотр электронных объектов изделия;

разработка и ведение комплектовочных карт, технологических паспортов;

ведение базы оборудования и инструмента;

формирование эскизов на основе моделей;

формирование печатных форм документов.

Проектирование технологического процесса сборки в системе ТеМП реализуется на трех основных уровнях: уровень схемы сборки и выбора, принципиальных конструктивно-технологических решений; уровень укрупненных технологических процессов; уровень рабочих технологических процессов.

Следует отметить преимущества ПО ТеМП, которые заключаются в существенное сокращение времени разработки технологического процесса сборки с указанием всех атрибутов (правил безопасного выполнения операций, средств защиты, номеров устанавливаемых деталей, сборочных баз, последовательности выполнения работ, состав оборудования, оснастки, инструмента, профессии и квалификации персонала, трудовых приемов, трудоемкости и др.), визуализация технологического процесса, автоматическое формирование комплекта технологических документов.

Система ТеМП не исключает технолога из процесса проектирования, наоборот, освобождает его в значительной степени от рутинной нетворческой работы.

В самолетостроении традиционно применяются САПР высокого уровня, предназначенные для моделирования и анализа сложных изделий.

Они нередко совмещают в себе возможности CAD, CAE, CAM и PDM систем. Кроме того, в настоящее время существуют различные АСТПП, предназначенные для автоматизации технологических процессов в машиностроении.

CAD (Computer-Aided Design) – система автоматизированного проектирования конструкции изделий. CAD-системы используются для автоматизированного проектирования геометрической модели собираемого изделия и соответствующей сборочной оснастки. Это позволяет реализовать один из основных принципов CALS – электронное определение изделия [16, 110, 111]. Современные CAD-системы высокого уровня позволяют не только строить твердотельные модели изделия, но и исследовать их геометрические свойства (координаты заданных точек, направления нормалей к поверхностям, габариты и радиусы кривизны поверхностей, сопряжения с другими объектами геометрической модели, некоторые дифференциальные и интегральные характеристики геометрических объектов). Эти возможности используются при анализе конструкции деталей и структуры изделия в ходе определения метода сборки и выбора состава сборочных баз;

системы для инженерных расчётов. CAE-системы используются для анализа прочности, жёсткости и кинематики подвижных элементов конструкции сборочной оснастки. С их помощью также выполняется анализ жёсткости базирования и фиксации деталей изделия по выбранному составу баз;

CAM (Computer-Aided Manufacturing) – автоматизированные системы проектирования производственных процессов. CAM-системы в контексте автоматизированного проектирования сборочной оснастки используются косвенно, при выборе последовательности выполнения основных операций технологического процесса сборки. Принятие решения на данном этапе выполняется на основе принятого метода сборки. От выбранной последовательности зависит не только порядок установки деталей в сборочное положение, но и состав сборочных баз СЕ;

PDM (Product Data Management) – системы для управления проектировании сборочной оснастки обеспечивают связь между применяемыми на предприятии CAD/CAM/CAE и другими системами автоматизированного проектирования, использование производственных баз данных при принятии решений и передачу информации между этапами проектирования.

Известна также CAD/CAM/CAPP – система сквозного проектирования ADEM [69] от ADEM Technologies. CAD/CAM/CAPP система ADEM предназначена для автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства. Это единый программный комплекс, в состав которого входят инструменты для автоматизации:

проектирования, конструирования и моделирования изделий;

соответствии с требованиями ЕСКД;

проектирование техпроцессов и оформления технологической документации в соответствии с требованиями ЕСТД;

программирования оборудования с ЧПУ;

управления архивами и проектами;

перфолент).

Для автоматизации проектирования технологических процессов система ADEM поддерживает практически все существующие виды технологий, включая технологии механообработки, сборки, сварки, термической обработки и прочие. При этом выпуск технологической документации может осуществляться как на стандартных картах и формах (ГОСТ), так и на картах и формах предприятия (СТП). В качестве важного дополнения выступают подсистемы нормирования и оснащения, а также библиотеки материалов, оборудования и инструментов.

Особую роль интегрированная система ADEM играет для подготовки конструкторско-технологической подготовки производства от первого эскиза до выпуска детали на станке.

Опыт внедрения системы в авиастроительной, аэрокосмической, приборостроительной и атомной промышленности показывает высокую эффективность использования оборудования, кратчайшие сроки его запуска и быструю окупаемость уже с первых дней эксплуатации системы ADEM.

Однако в системе ADEM отсутствуют средства автоматизации начальных этапов проектирования технологического процесса сборки и выбора состава сборочных баз при сборке.

Группа программных продуктов T-FLEX PLM от компании «Топ Системы» включает средства T-FLEX CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM для автоматизации различных этапов конструкторской и технологической подготовки производства [70, 84],T-FLEX PLM включает в себя:

программный PLM-комплекс для решения задач конструкторскотехнологического документооборота, организационно-распорядительного документооборота и комплексного управления инженерными данными предприятия. Все системы комплекса T-FLEX CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM функционируют на единой информационной платформе T-FLEX DocsLine PLM-системы T-FLEX DOCs 2010;

CAD T-FLEX CAD

параметрического проектирования и трехмерного параметрического функциональность и уникальные параметрические технологии являются отличительными особенностями САПР T-FLEX CAD;

CAPP T-FLEX Технология 2010 – система для автоматизации технологической подготовки производства, обладающая гибкими современными средствами разработки технологических проектов любой сложности. САПР T-FLEX Технология позволяет выпускать качественную технологическую документацию на любые типы изделий. Нормирование технологических процессов осуществляется с помощью системы T-FLEX Нормирование;

CAM Модули подготовки программ для станков с ЧПУ – T-FLEX ЧПУ, T-FLEX NC Tracer;

CAE Расчетные инженерные программы – T-FLEX Анализ, TFLEX Динамика, T-FLEX Расчеты/ Зубчатые передачи, T-FLEX Пружины и другие.

определяется технологическим процессом сборки СЕ, особый интерес представляет продукт T-FLEX PLM «Технология». В нём автоматизированы основные этапы проектирования типовых процессов сборки. Тем не менее, возможностей существующей версии системы недостаточно для автоматизации принятия решения при выборе метода сборки и состава сборочных баз, в особенности для сложных авиационных СЕ.

На сегодняшний день корпорация «Вектор-Альянс» предлагает новую трехуровневую структуру комплекса технологического проектирования и подготовки производства, входящего в общий комплекс САПР на предприятиях различных отраслей практически во всех регионах России [74].

Комплекс ТехноПро позволяет добиться ускорения подготовки производства, ощутимого снижения себестоимости, реального планирования сроков, эффективного использования ресурсов, значительного упрощения работы технолога, полной автоматизации работ по проектированию технологии, технологическим и экономическим расчетам. Система автоматизации технологической подготовки производства в «ТехноПро» обладает уникальными возможностями проектирования любых технологий (заготовительные процессы, механическая, термическая обработка, сборка, сварка, покрытия, литье, строительство, услуги, вспомогательные операции, параметров (режимы обработки, нормы времени, расход, затраты, себестоимость,). В процессе проектирования система может анализировать данные (или запрашивать ввести их значения), и в зависимости от различных ситуаций автоматически формировать маршрут (технологию) изготовления и сборки. Тем не менее, этих средств недостаточно для автоматизации принятия решений на этапах выбора метода сборки, состава сборочных баз схемы компоновки сборочной оснастки.

Применение экспертных систем и диалоговых человеко-машинных процедур позволяет рассмотреть различные варианты и выбрать наиболее рациональный из них, но не обеспечивает автоматизации начальных этапов процесса технологического проектирования: выбора метода сборки, состава сборочных баз и схемы компоновки сборочной оснастки.

По результатам обзора литературы по теме диссертационной работы, существующие методы автоматизированного выбора и согласования сборочных баз всех объектов производства на весь период выполнения сборочных работ можно условно разделить на два направления:

традиционно выбор состава сборочных баз основывается на анализе типовых технологических процессов, которые концентрируют опыт технолога;

методы автоматизированного выбора и согласования сборочных баз, основанные на применении экспертных систем и диалоговых процедур ввода-вывода.

В первом направлении технолог должен правильно классифицировать изделие и технологический процесс, а также ввести необходимые параметры.

конструкция технологической оснастки должны содержаться в базе данных предприятия. Таким образом, качество принятия решений зависит от опыта технолога. Эти методы слабо формализованы, удобнее для человека, но неудобны для автоматизированного проектирования.

Второе направление находит применение при определении сборочных баз при автоматизированной сборке деталей и изделий из маложёстких деталей, в частности, планера самолёта. Это направление наиболее перспективно, но в то же время, выбор сборочных баз выполняет инженер, владеющий знаниями и навыками конструктора оснастки и технолога. Таким образом, качество принятия решений, а так же рациональность выбора сборочных баз полностью зависит от знания и навыков конструктора и технолога. Это в свою очередь сопряжено с невысокой скоростью принятий решений, вероятностью принятия неверного или нерационального решения, отсутствие типизации и стандартизации самого процесса определения сборочных баз и т.д. Так же применение этих программных систем требует высокой квалификации инженера, зависит от его субъективных оценок и не гарантирует принятия оптимального решения при выборе состава сборочных баз. Для развития методов автоматизации выбора сборочных баз конструкции изделия необходимо максимальная формализация этих процедур.

В соответствии с вышеизложенным целью данной работы является разработка методики автоматизированного выбора состава сборочных баз и схемы базирования на основе CAD модели изделия и данных PDM системы.

Для решения проблемы формирования схемы базирования при разработке оснастки для сборки узлов из маложестких деталей, с учётом существующих формализованных методов и возможностей современных САПР и АСТПП, требуется решить следующие задачи:

1) разработать методику анализа геометрических характеристик построенному в принятой CAD системе, для построения дискретных математических моделей маложестких деталей сборочной единицы;

2) на основе дискретной математической модели маложесткой детали выявить минимальный состав базовых точек, определяющих ее удовлетворяющее условию допустимых деформаций;

приспособления, базы которых соответствуют выявленному составу основных сборочных баз устанавливаемой маложесткой детали;

4) выбрать фиксирующие элементы сборочного приспособления, установочные базы которых задают необходимые ограничивающие связи на пространственное положение маложесткой детали;

5) реализовать систему автоматизированного проектирования элементов сборочного приспособления.

Решение поставленных задач позволяет выполнить выбор сборочных баз конструктивных элементов изделия при минимальном участии технолога, что обеспечит возможность сокращения цикла подготовки сборочного производства и повышения качества проектных решений.

МЕТОД ФОРМАЛИЗОВАННОГО АНАЛИЗА ОСНОВНЫХ БАЗ

МАЛОЖЁСТКОЙ СБОРОЧНОЙ ЕДИНИЦЫ

Задачи и методика исследования при анализе основных баз маложёсткой сборочной единицы 2.1.1 Основная задача исследования В традиционном производстве при решении задачи базирования определяет технолог, основываясь на своих знаниях, что затрудняет формализацию и автоматизацию процедуры выбора сборочных баз [3]. В современных условиях при технологической подготовке сборочного производства необходима разработка методики автоматизированного выбора состава сборочных баз и схемы базирования на основе CAD модели изделия и данных PDM (Product Data Management) системы предприятия. Для автоматизированной сборки необходимо оформление математической модели состава сборочных баз сборочной единицы (СЕ).

В общем случае в машиностроении деталь рассматривается как твёрдое тело, имеющее шесть степеней свободы: три поступательные и три вращательные, заданные по осям прямоугольной системы координат.

Ограничение каждой степени свободы исключает возможность перемещения или поворота детали относительно данной оси в обоих направлениях. Они описаны булевыми векторами Bj. В общем случае степень фиксации B положения твердого тела относительно некоторой координатной системы может быть описана формулой [80]:

где Bj – значение свойства: «тело обладает -й степенью свободы относительной j-й оси координат»;

– вид перемещения, принимает значения 1 и 2 соответственно для поступательного и вращательного движения;

j – номер оси координат: j=16;

Bj=1, если тело обладает возможностью -го перемещения вдоль (вокруг) j-й оси координат. В противном случае Bj=0.

Для каждой пары сопрягаемых деталей СЕ поверхность сопряжения совпадает с поверхностями контакта общих тел (зазоры от погрешностей изготовления и деформации от внешних сил не учитываются). В самом общем виде сопряжение двух тел происходит по криволинейной поверхности. Число степеней свободы рассматриваемых деталей СЕ зависит от наличия или отсутствия ограничений на перемещение поверхности сопряжения относительно некоторой оси j или зависит от направления нормали к поверхности сопряжения и оси j.

Следовательно, требуется определить такой минимальный состав сборочных баз, при котором выполняются требования однозначности и адекватности математического представления сборочных баз, а также обеспечивается однозначное базирование и достаточная жёсткость фиксации при установке каждой детали изделия в сборочное положение.

2.1.2 Методика исследования В предлагаемой работе при исследовании структуры изделия, анализе его КЭМ, а также при моделировании и анализе основных баз изделия использован математический аппарат теории множеств. В соответствующих формализованных алгоритмах, кроме того, использован математический аппарат алгебры логики, при выполнении расчётов на всех этапах исследования твердотельной модели изделия, выбора и анализа состава сборочных баз применяются элементы векторной алгебры.

При математическом моделировании и анализе основных баз изделия в данной работе широко применяются вычисления по эмпирическим зависимостям, выведенным в результате проведённых экспериментальных исследований [4, 6]. Эти исследования проводились на КЭМ типовых сборочных единиц конструкции планера самолёта. Исследованные модели были выполнены в CAD-системе UGS NX 7.5.

В процессе моделирования и анализа сборочных баз изделия используются следующие возможности CAD-системы:

а) построение параметризованной твердотельной модели изделия;

б) идентификация геометрических элементов КЭМ (тел, поверхностей и плоскостей, рёбер и линий, точек) по индивидуальному идентификационному номеру (ID);

в) анализ связей принадлежности между геометрическими элементами г) анализ геометрических характеристик элементов КЭМ:

- абсолютных и локальных пространственных координат (X, Y, Z);

- радиусов кривизны кривых линий и поверхностей;

- характеристика кривизны поверхности СЕ.

д) анализ дифференциальных и интегральных характеристик элементов твердотельной модели:

- координат вектора нормали к поверхности в заданной точке;

- моментов инерции и радиусов инерции твёрдых тел.

Таким образом, при определении состава сборочных баз в практике может быть использована любая CAD-система, в которой реализованы перечисленные функции. Этому требованию отвечают большинство из существующих CAD-систем верхнего уровня: NX 7.5, CATIA, Inventor и др.

единицами изделия На твердотельной модели изделия каждая поверхность сопряжения представлена множеством точек, принадлежащих соответствующей грани твёрдого тела. Поскольку детали в КЭМ изделия моделируются по их номинальным размерам, геометрические места соответствующих точек пары сопрягаемых поверхностей совпадают. Следовательно, модель поверхности сопряжения в КЭМ изделия представляет собой геометрическое место точек, принадлежащих одновременно сопрягаемым поверхностям двух твёрдых тел:

рассматриваемой детали и сопрягаемой с ней детали изделия, либо базирующего элемента сборочной оснастки (рисунок 2.1). Значит, множества всех точек двух сопрягаемых поверхностей взаимно пересекаются [9].

а – по сопряжению с деталью изделия (сборочная база совпадает с конструкторской); б – по сопряжению с элементом сборочной оснастки (сборочная база является технологической); 1 – присоединяемая деталь; 2 – сопрягаемая деталь; 3 – базирующий элемент сборочной оснастки; 4 – Рисунок 2.1 – Поверхности сопряжения деталей описывается как множество точек PСбi, образованное пересечением двух множеств поверхностей сопрягаемых деталей:

где PСбi – множество точек поверхности базирования;

PП1 – множество точек поверхности рассматриваемой детали изделия;

PП2 – множество точек поверхности сопрягаемой детали изделия или базирующего элемента сборочной оснастки.

Надо отметить, что в таком виде ни одна из точек множества не может иметь адресной идентификации. При математическом моделировании и анализе основных баз изделия, на данном этапе будем рассматривать только дифференциально-геометрические характеристики поверхности сопряжения.

Анализ геометрической формы сборочной единицы 2.3.1 Основные геометрические характеристики, которые влияют на степени свободы сборочной единицы Поверхность сопряжения разбивается на элементарные поверхности так, что на каждой элементарной поверхности можно выбрать одну опорную точку контакта, дифференциальные свойства которой будут аналогичны свойствам остального множества точек этой элементарной поверхности по принятым критериям. Для геометрических свойств поверхности критерием аналогичности (близости) принимаем равенство всех дифференциальногеометрических характеристик поверхности в каждой точке с допустимой величиной отклонения.

Для каждой элементарной поверхности сопряжения определяются условия выполнения ограничений на перемещения (поступательные и вращательные) по всем координатным направлениям по методу анализа расположения нормали к поверхности сопряжения и характеристики кривизны в выбранной точке (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Алгоритм определения состава основных баз Обозначим a-ую элементарную поверхность сопряжения через Пa, а нормаль к этой элементарной поверхности в некоторой точке 0 – n (рисунок 2.3):

Рисунок 2.3 – Диференциально-геометрическая характеристики Каждую нормаль к касательной плоскости в точке O можно единственным образом разложить по двум определённым неколлинеарным векторам этой плоскости, а каждую нормаль трёхмерного евклидова пространства можно единственным образом разложить по трём определённым некомпланарным векторам [41]. Эти векторы, взятые в определённом порядке, называются базисом плоскости (пространства).

Сопоставлением каждому вектору данной плоскости (пространства) его коэффициенты, в таком его разложении определяется аффинная система координат на плоскости (в пространстве). Если векторы, по которым производится разложение, ортогональны и единичны, то получаем прямоугольную декартову систему координат на плоскости (в пространстве).

Разложение геометрического вектора по базису есть упорядоченная совокупность проекций вектора на базисные вектора.

По этому методу можно разложить нормаль n на осях i, j, k по трём определённым некомпланарным векторам ni, n j, n k (рисунок 2.3) получаем Следовательно, если тело, сопрягающееся с опорными поверхностями, обладает возможностью движения вдоль некоторой оси j, то проекция нормали к элементарной поверхности сопряжения по этой оси должна быть Высказывание: «элементарная поверхность Пa, которая имеет проекцию нормали к ней относительно оси j равную нулю», обозначим через F j.

Число опорных точек на элементарных поверхностях обозначим через na.

Условия расположения опорных точек на поверхности сопряжения определяются типом поверхности, которая может быть определена заданием ее родового имени, например: «линейчатая поверхность», или «поверхность люка отсека фюзеляжа Ф-2» (это подразумевает линейчатую поверхность).

Исследуем форму поверхности сопряжения методом сечений плоскостями, параллельными плоскостям её локальной системы координат.

несколько видов поверхностей, применяемых в машиностроительных, особенно в авиационных конструкциях:

плоские, (поверхности стенки нервюры, поверхность прилегания стрингера, поверхность стенки лонжерона, поверхность плоской обшивки и другие элементы конструкции планера самолета);

кривизны обшивки фюзеляжа и крыла, другие элементы конструкции планера самолета);

линейчатые в виде косой плоскости (поверхности косой обшивки фюзеляжа и крыла, и другие элементы конструкции планера самолета);

поверхности двойной кривизны (поверхности двойной кривизны обшивки фюзеляжа, поверхность люка, поверхность мотогондолы двигателя и другие элементы конструкции планера самолета);

заметим также, что к перечисленным видам поверхности относятся не только квадратичные поверхности, но и поверхности, образующими которых могут быть сложные кривые, например, сплайны (поверхности сложной конфигурации фюзеляжа, поверхности мотогондолы двигателя, и другие элементы конструкции планера самолета).

У плоской поверхности сопряжения, первая производная кривой сечения в каждой точке постоянна, а вторая производная равна нулю.

Следовательно, нормали в каждой точке взаимно параллельны (рисунок 2.4, а).

У цилиндрической поверхности одинарной кривизны и так же для обобщенного цилиндра, первая производная кривой сечения по одному из направлений постоянна, а вторая – равна нулю. При сечении по прочим направлениям первая производная изменяется, а вторая – отлична от нуля.

При цилиндрической форме поверхности нормали к данной поверхности лежат в параллельных плоскостях, а сами плоскости перпендикулярны к направлению, по которому равна нулю вторая производная (рисунок 2.4, б).

Таким образом, исследование поверхности одинарной кривизны выполняется при помощи набора параллельных сечений.

квадратичную поверхность), в том числе обобщенной конической поверхности, где коника задана по одному направлению, первая производная кривой сечения по обоим направлениям (i и j) меняется, а вторая производная равна нулю, но все сечения поверхности одинаковы, поэтому исследование перпендикулярным плоскостям, проходящим через вершину конуса (рисунок 2.4, в).

У поверхности двойной кривизны первая производная кривой сечения по обоим направлениям (i и j) меняется, а вторая – отлична от нуля. Такая поверхность имеет параболическую, гиперболическую, сферическую или другую сравнительно сложную форму (тора, эллипсоида и др.). Нормали к поверхности в общем случае не лежат во взаимно параллельных плоскостях, и для полноценного исследования формы поверхности следует рассмотреть её сечения по двум направлениям (рисунок 2.4, г). Таким образом, исследование выполняется на двух наборах параллельных сечений, взятых по взаимно перпендикулярным плоскостям.

У косой плоскости по поверхности первая производная кривой сечения по одному из направлений постоянна, а вторая – равна нулю. При сечении по прочим направлениям первая производная изменяется, а вторая – отлична от нуля. При кривой форме поверхности нормали к данной поверхности лежат в параллельных плоскостях, а сами плоскости не перпендикулярны к направлению, по которому равна нулю вторая производная (рисунок 2.4, д).

Таким образом, исследование выполняется при помощи двух наборов параллельных сечений, взятых по взаимно перпендикулярным плоскостям.

Рисунок 2.4 – Вида поверхности сопряжения и их нормали Требования к базам детали для Bij=1 и Bij=0 могут быть записаны следующими формулами:

перемещения вдоль оси j, если проекции нормалей во всех опорных точках элементарных поверхностей сопряжения равны нулю».

Высказывание (2.4) означает: «Если во всех опорных точках элементарных поверхностей сопряжения существует точка, проекция нормали в которой к элементарной поверхности сопряжения относительно оси j не равна нулю, тело имеет ограничение на перемещение».

При вращении тела вокруг некоторой оси j его точки перемещаются по окружностям в плоскостях, перпендикулярных оси j. Следовательно, тело обладает возможностью вращения вокруг оси j, если его элементарные поверхности сопряжения имеет одинаковую кривизну.

перпендикулярном оси j, и имеют касательные плоскости Пa и Пb. Если кривизны ra и rb в опорных точках каждой элементарной поверхности равны между собой, то для этой оси B2j=1, наоборот B2j=0 (рисунок 2.5).

Обозначим высказывание: «элементарная поверхность сопряжения имеет одинаковую кривизну», через F jB.

Тогда рассмотренное выше положение будет иметь вид истинного сложного высказывания:

Преобразовав (2.5), получим формулу для B2j= Наличие или отсутствие ограничения на перемещение в каждой элементарной поверхности не определяет соответствующих ограничений на перемещение всего тела относительно всей поверхности сопряжения. Вывод о существовании или отсутствии ограничений на перемещение всего тела принимается только после анализа сочетания всех свойств элементарных поверхностей взятых на поверхности сопряжения по всем осям i, j, k.

2.3.2 Минимальный состав базовых точек и их минимальные расстояния в одной поверхности базирования Теоретически плотность дискретных точек для анализа ограничений на перемещение может быть очень велика (чем плотнее, тем точнее), но это снижает производительность вычислений. Поэтому выбор плотности распределения точек выполняется с учетом технологических ограничений накладываемых на конструкцию детали и определяется экспертными правилами. Например, для плоской поверхности сопряжения (рисунок 2.6, а), производится анализ минимального состава базовых точек по экспертным правилам, рассмотренным ниже.

По вышеприведенному анализу для этой плоскости сопряжения, нормали в каждой точке взаимно параллельны, их проекции на осях i и j равны нулю, проекции на оси k отличны от нуля, радиусы кривизны для всех элементарных поверхностей сопряжения равны друг другу и бесконечны по величине, перемещение по оси k допустимы только для тела позиционно расположенного в положительном направлении, для оси -k все наоборот, поэтому:

Рисунок 2.6 – Минимум числа опорных точчек для разных типов Если вместо поверхности сопряжения выбрать одну опорную точку, тогда:

Так как, условие не выполнено, надо добавить вторую опорную точку, тогда:

Условие так же не выполнено, надо добавить третью точку, тогда:

Значит, для поверхности сопряжения в виде плоскости, надо минимум три опорных точки. Выполняя аналогичные рассуждения, мы получаем условия для всех вышеперечисленных видов поверхностей сопряжения, которые определяют наличие как минимум трёх опорных точек не находящихся на одной прямой, т.е. удаленные одна от другой на некоторую величину Lu j ( K1, K 2 ), (рисунок 2.7). Данное условие выполняется для регулярной поверхности, для поверхности, состоящей из фрагментов различного вида, анализ ведется для каждого фрагмента. Практически это означает, что поверхность сопряжения разбивается на зоны с учетом технологии построения её электронного макета.

Рисунок 2.7 – Свойства опорных точек для B2j= Для получения возможно меньшей погрешности при установке сопрягаемых деталей в сборочной единице необходимо, чтобы расстояние протяженным. Поэтому величина Lu j ( K1, K 2 ) должна быть достаточно большой, т.е. должно выполняться условие:

где: Lu j ( K1, K 2 ) – проекция расстояния между точками K1 и K2 на плоскость, перпендикулярную оси j;

Lu – наименьшее расстояние Lu j ( K1, K 2 ), при котором обеспечивается требуемая точность взаимной установки сопрягаемых деталей без перекоса.

При невыполнении условия (2.7), то есть выборе в качестве опорной базы слишком коротких поверхностей, возможен перекос и опрокидывание одной детали относительно другой под действием силы от технологических воздействий при сборке или даже собственного веса.

Величина Lu зависит от геометрических характеристик поверхностей сопрягаемых деталей, их взаимной ориентации и др. При исследовании электронного макета СЕ, определим Lu по формуле:

где: rS – сферический радиус инерции (центроид) СЕ;

перпендикулярном оси u.

эмпирических исследований электронных макетов конструкций различных изделий, при которых rS и rUc определяется по электронному макету СЕ [6].

Обозначим a-ую, b-ую и c-ую элементарные поверхности детали через Пa, Пb и Пc; протяженность элементарных поверхностей Пa и Пb – через Lu ;

протяженность поверхностей Пa и Пc в направлении оси u – через Luac ;

протяженность поверхностей Пb и Пc в направлении оси u – через Lu.

Тогда требование к реальным базам детали для B2j=0 можно записать следующей формулой:

Таким образом, задание нужного значения свойства Bj возможно при выполнении требований (2.3, 2.4, 2.5, 2.9) к геометрической форме, размерам и взаимному расположению поверхностей деталей, выбранных в качестве баз. Обозначим эти требования через Wj.

Для обеспечения требуемой фиксации положения детали относительно выбранной системы координат необходимо выполнение всех частных требований Wj, то есть:

где WK – совокупность требований к ориентации поверхностей сопряжения относительно системы координат и к геометрической форме установочных поверхностей тела, которые необходимо выполнить для обеспечения заданной фиксации положения тела относительно выбранной координатной системы.

Для известного значения B (2.1) структуру WK можно вычислить по формулам (2.3, 2.4, 2.5, 2.6).

При оценке того или иного комплекта баз в формулу (2.10) подставляются соответствующие параметры элементарных поверхностей детали, выбранных за базы, и вычисляется значение WK.

Истинность WK будет означать, что выбранный комплект баз обеспечивает устойчивость деталей при их взаимной установке друг относительно друга. Если же окажется, что WK=0, то это будет означать, что выбранный комплект баз не обеспечивает лишение детали заданных степеней свободы, и необходимо, либо выбрать другой комплект баз, либо назначить дополнительные базы.

После определения всех ограничений на перемещение выбираются основные базы для полного ограничения всех необходимых степеней свободы (с учетом функциональных связей конструкции сборочной единицы).

Для математического представления сборочных баз предложено использовать метод анализа поверхности сопряжения между сборочными единицами. Для анализа поверхности сопряжения, они разбиваются на смежные элементарные поверхности, что позволяет привести задачу к анализу геометрических характеристик элементарной поверхности. Для её анализа используются формализованные методы выбора и получения исходных данных. Источником данных служит КЭМ изделия, выполненный в CAD-системе, а также связанные с ним данные из PDM-системы предприятия и результаты выполнения инженерного анализа в CAEсистемах.

Таким образом, с использованием геометрических характеристик элементарных поверхностей разработана методика анализа и выбора ограничивающих связей на взаимное расположение сопрягаемых деталей на основе анализа дифференциально-геометрических характеристик локальных зон их поверхности сопряжения. Также определены условия задания базовых точек на поверхности маложесткой детали, задающих ее основные базы для полного ограничения всех необходимых степеней свободы.

технологической подготовки производства и повышение качества проектных решений за счет использования формализованных алгоритмов определения состава сборочных баз и построения автоматизированной системы проектирования элементов СП.

МЕТОДЫ ВЫБОРА ОПОРНЫХ БАЗОВЫХ ТОЧЕК ПРИ

ОПРЕДЕЛЕНИИ СХЕМЫ БАЗИРОВАНИЯ МАЛОЖЁСТКОЙ

СБОРОЧНОЙ ЕДИНИЦЫ

Анализ типовых элементов в конструкции планера самолета 3.1.1 Классификация сборочных единиц Системный подход к разработке любой сложной в техническом отношении проблемы требует проведения предварительных подготовительных работ, обязательным элементом которых является разработка классификаторов [11].

Учитывая многообразие конструктивных решений и их оформления при проектировании самолетов, а также объективные пределы применимости методов сборки в зависимости от конструктивного исполнения объектов сборки и характеристик точности, целесообразно располагать такой классификацией объектов сборки, которая соответствовала бы основным требованиям методов сборки и позволяла бы произвести разработку типовых технологических процессов сборки и типовых конструктивных схем технологической оснастки для изготовления деталей и сборки изделий, а также не противоречила общепринятым правилам.

Из всего множества признаков классификации объектов сборки планера самолета наиболее приемлемыми признаками, оказывающими влияние на метод сборки, являются следующие:

выполняемые сборочными единицами функции в конструкции изделия;

геометрические формы объектов сборки;

характер сопрягаемых поверхностей сборочных единиц;

участие в образовании теоретических контуров;

обшивками.

классификация всех объектов сборки планера самолета.

Традиционно в конструкции планера самолета выделяют следующие части: узлы, панели, секции, отсеки и агрегаты. В предлагаемом классификаторе объектов сборки эти части планера самолета составляют самостоятельные классы. В том случае, если на самолетостроительном заводе производится изготовление и сборка органов приземления – шасси, то их выделяют в отдельный класс.

представляют собой самостоятельные изделия, изготавливаемые на специализированных предприятиях и для их классификации должны быть использованы иные системы.

Особый класс представляют собой монтажи, производимые на самолете для установки оборудования и коммуникаций всех систем самолета.

Первый класс объектов сборки составляют узлы планера самолета. По принятой в самолетостроении терминологии под узлом понимают часть конструкции планера самолета, законченную в технологическом отношении и состоящую из двух или более элементарных деталей, соединяемых между собой одним из видов соединения (сваркой, склеиванием, заклепками, болтами, винтами и др.). Согласно этому определению к числу узлов относится большая номенклатура частей конструкции планера самолета:

нервюры и шпангоуты, балки и лонжероны, стеллажи и полки, сборные кронштейны и другие сборные конструкции. Узлы могут быть плоскими и конфигурации, силовыми и несиловыми, герметичными и негерметичными, Рисунок 3.1 – Классификация объектов сборки многодетальными и малодетальными (монолитными), стыковыми и выходящими на теоретический контур планера и не участвующими в обводообразовании контуров. Многообразие узлов увеличивается, если принять во внимание материал, из которого изготавливаются детали, входящие в узел, и способы соединения этих деталей между собой.

Второй класс объектов сборки – это панели. Под панелью понимают в самолетостроении часть конструкции планера самолета, законченную в технологическом отношении и состоящую из обшивки и деталей каркаса, прикрепленных к обшивке (а иногда и скрепленных друг с другом) с помощью одного из видов соединения. Панели могут быть плоскими и криволинейными, что определяется формой обшивки: если обшивка плоская, то и панель считают плоской, если обшивка имеет одинарную или двойную кривизну, то и панель считают криволинейной. Так же как узлы панели могут быть длинномерными и короткими, сложной и простой конфигурации, силовыми и несиловыми, герметичными и негерметичными, многодетальными и монолитными, с продольным, поперечным или смешанным набором деталей каркаса. На классификацию панелей может оказать влияние материал, из которого изготовлены обшивки и детали каркаса, способы соединения деталей с обшивкой.

Третий класс объектов сборки – это секции планера самолета. Под секциями планера самолета понимают часть конструкции незамкнутого типа, законченную в технологическом отношении и состоящую из нескольких панелей и узлов, соединенных между собой продольными и поперечными стыками или разъемами с помощью одного из видов соединений.

Характерными представителями секций являются носки и залонжеронные части крыльев и отсеков оперения; верхние, нижние или боковые секции фюзеляжа и гондолы двигателя.

Четвертый класс объектов сборки составляют отсеки планера самолета.

Отсек – это часть конструкции самолета замкнутого типа, образованная несколькими секциями, панелями и узлами, соединенными между собой продольными и поперечными стыками или разъемами. Отсеки представляют собой законченную в технологическом, а иногда и в конструктивном отношении часть планера самолета. К числу отсеков относят носовую, среднюю и хвостовую части фюзеляжа, если последний разбивают на отдельные части: среднюю и отъемную части крыла (иногда крыло разбивают и на большее число самостоятельных отсеков); отъемные части стабилизатора и другие самостоятельные части планера. Отсеки могут быть формообразовании планера самолета, выходя своими контурами па внешние теоретические обводы.

Пятый класс объектов сборки составляют агрегаты планера самолета.

Под агрегатом в самолетостроении принято понимать часть самолета, законченную в технологическом и конструктивном отношениях, выполняющую определенную функцию в составе планера самолета. К числу агрегатов планера самолета относят крыло, фюзеляж, киль, гондолы шасси (если они не встроены в конструкцию других агрегатов), стабилизатор, рули, элероны, щитки, закрылки, интерцепторы и другие функционально самостоятельные части. Агрегаты соединяются между собой с помощью разъемов или стыков. Агрегаты состоят из самостоятельных отсеков или, если они не расчленены на отсеки, из панелей и узлов.

Шестой класс объектов сборки составляют конструкции органов взлета и приземления (шасси) и специальные узлы систем (органов управления самолетом и двигателями, пультов и щитков управления механизмами).

Отличительной чертой этой группы объектов является то, что они состоят из жестких деталей, получаемых механической обработкой. Полная взаимозаменяемость входящих в их конструкцию деталей, обеспечиваемая применением машиностроительной системы допусков и посадок, позволяет производить сборку непосредственно по чертежу без каких-либо подгонок.

Сборочные приспособления используются в исключительных случаях, так как собственно сборочные операции заключаются во взаимной координации деталей между собой по привалочным поверхностям, размеры которых строго выдерживаются при изготовлении деталей, и соединении деталей в этом положении одним из способов, указанном в чертеже.

3.1.2 Основные характеристики для выбора опорных базовых точек в деталях сборочной единицы Традиционно выбор схемы базирования сборочной единицы начинается с определения состава сборочных баз каждой детали, входящей в сборочную единицу с последующей оптимизацией состава сборочных баз с учетом взаимодействия всех деталей сборочной единицы, требований и ограничений на выполнении технологического процесса сборки [34].

При выборе сборочных баз для базирования маложёстких деталей типа оболочек, длинномерных подкрепляющих элементов и т. п. выбор опорных базовых точек необходимо выполнить с учетом жесткости детали. В конструкторской практике критерием жесткости детали принимается допустимая величина деформации детали или пакета деталей с учетом принятой схемы закрепления и заданной схемы нагружения и величины нагрузки. Далее, в составе сборочной единицы необходимо также учитывать текущую жесткость пакетов деталей в зоне выбора опорных базовых точек.

Здесь под текущей жесткостью понимается способность конструкции изделий и ее элементов противостоять внешним нагрузкам в отношении деформаций (изменение формы и размеров) на каждом очередном (текущем) этапе процесса сборки. При заданных нагрузках, деформации не должны превышать определенных величин, устанавливаемых в соответствии с требованиями к конструкции [81].

На сегодняшний день существует много программных систем позволяющих рассчитывать величины деформацией с учетом заданных условий нагружения и физико-механических свойств материалов деталей сборочной единицы (Nastran, Ansys и др.) [100, 103]. Однако надо признать, что такие расчеты очень ресурсоемки и требуют специфических навыков для проведения инженерного анализа конструкции сборочной единицы. Такими навыками и ресурсами не всегда располагает линейный технолог и конструктор сборочной оснастки.

Поэтому, возникает задача выбора опорных базовых точек в деталях СЕ при вариативном поиске схемы базирования, особенно для маложёстких деталей, которые легко теряют форму даже под собственном весом. При этом, как правило, сравнение вариантов схемы базирования производится не по абсолютным величинам деформаций элементов конструкции, а в контексте позиционного ранжирования: больше/ меньше. Расчет абсолютных величин деформаций производится на заключительном этапе принятия решений. Условие на жесткость определяется по формуле:

где wmax – максимальный прогиб, мм;

wдоп – допустимый прогиб, мм.

Учитывая требования к точности на обводы современных летательных аппаратов в зависимости от их функционального назначения, допуски на погрешности размеров объекта сборки находятся в пределах 0,01...1,5 мм, а погрешность монтажа сборочного приспособления с помощью лазерных центрирующих измерительных устройств находятся в пределах 0,05...0,15 мм [11].

Погрешность изделия при сборке определяется по формуле [11]:

где Сизд – погрешность готового изделия, мм;

Ссб – погрешность увязки сборочной единицы и базовых элементов сборочного приспособления, мм;

Спр – погрешность изготовления сборочного приспособления, мм.

Таким образом, величина wдоп будет:

Для базирования и фиксации маложёстких деталей необходимо задать положение опорных базовых точек удовлетворяющих условию (3.3).

Традиционно выбор опорных базовых точек выполняется специалистом с учетом его знаний и опыта. Однако, при наличии электронного макета решение этой задачи может быть автоматизировано, для чего необходимо выполнить разработку формализованного инструмента для выбора опорных базовых точек деталей сборочной единицы по его конструктивному электронному макету.

Учитывая сложность и разнообразность пакетов сборочной единицы, особенно в таких конструкциях как планер самолета, где большинство деталей представляют собой тонкостенные длинномерные маложёсткие формализованного анализа типовых конструкций, позволяющих учитывать знания эксперта в задачах выбора варианта проектного решения. Для формализации экспертных знаний, прежде всего, выполняется классификация объектов предметной области исследования (рисунок 3.2).

По схеме, представленной на рисунке 3.2 можно наблюдать, что в конструкции планера самолета большое распространение имеют следующие типы деталей.

Обшивки из листового полуфабриката, которые в свою очередь подразделяется на две подгруппы:

а) плоские конструкции (стенки нервюры и шпангоутов, панели пола и перегородок и т.п.) (рисунок 3.3, а);