автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Исследование пространственных размерных связей исовершенствование методики расчета допусков с цельюповышения точности машин

а

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Нижегородский государственный технический университет

На правах рукописи

УДК 621.753.1

?Г5 ОД

1 3 ДЕК Ш5

Прис Наталья Михаиловна

Исследование пространственных размерных связей и совершенствование методики расчета допусков с целью повышения точности мапшн

Специальность: 05. 02.08 - Технология машиностроения

АВ ТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кацдитата технических наук

Н Новгород 1995 г.

Работа выполнена на кафедре " Технология машиностроения" Мосстаыкина и кафедре "Технология машиностроения" Арзамасского филиала Нижегородского государственного технического университета.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Колесов И.М.

Научный консультант - член - корреспондент АТН РФ,

доктор технических наук, профессор Сорокин В.М.

Официальные оппоненты - доктор технических наук ,

профессор Косов М.Г.

кандидат технических наук, доцент Метелев Б. А

Ведущее предприятие - АООТ "Арзамасский приборо-

строительный завод"

Защита состоится января 1996 г. в /V часов на заседании

диссертационного совета К.063.85.07 по присуждению ученой степени кандидата технических наук при Нижегородском государственном техническом университете по адресу: 603600, Г.Н.Новгород. ул.Минина, 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета. Автореферат разослан " 6 " декабря 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических нау

доцент

7 т-

Сухорукое з.м.

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

- Актуальность теми. Poet точности ааван ааковоиервн~й неизбежен. Соответственно - возрастает требования к точности деталей, что делает Еесьма заметной тенденции к выравнивание величин допусков на отклонения формы, относительного поворота

. н расстояний.-В этих условиях становится-практически невозможный использование действующей методики расчета допусков, не учитывающих характер размерной связн.исполнительньх поверхнос- --■ гей, образующих замыкающее звено сборочной единицы, и реальное состояние поЁьрхиостай деталей.

Один из путей обеспечения требований точности - в необходимости учета количественных связей отклонений формы, относительного поворота и расстояния при расчете допусков и оценке точности деталей машин, особенно имевших малые допуски на изготовление (детали станков классов П, В, 0, элементы УСП и др). Учет лишь качественной взаимосвязи этих погрешностей, используемый в настоящее время, уяв'недостаточен.

Для того, чтобы машины выполняла предписанное ей назначение, может оказаться необходимым точное относительное полояв-ние не только отдельных точек исполнительных поверхностей (ИП), но и точек, образующих линии, а так же всех противолежащих точек этих поверхностей. Таким образом, для двух исполнительных поверхностей возможно шесть вариантов пространственных размерных связей: "точка - точка" ("т - г"), "точка - линия (.ось)"

- ("г-- л (о)")-, "точка - плоскость" '("*• - пй),"линия (ось) -яиния^ (ось)" ("в (о) - л (о)"), "линия (ось) - плоскость" ("л Со) - п"), "плоскость - плоскость" ("л - п"). J3 каждом

- из врриантов очевиден свой подход к определению исходных данных для расчета допусков.

Необходимость установления исходных данных для расчета пространственных размерных связей в машинах с учетом реальных поверхностей на основе количественных зависимостей между отклонениями трех видов -формы, относительного поворота а расстояния поверхностей деталей в интересах обеспечения требований точности обуславливает актуальность исследований в этой направлении.

Цель работы. Повышение точности мавин на основе совериен-

3

ствования мбгодики расчета допусков путем разработки исходных данных с учего« количественных зависимостей между отклонениями формы, относительного поворота, расстояния, а также характера размерной связи реальных поверхностей деталей, образующих замыкавшее звено.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Разработан методологический подход к разработке исходных данных для расчета пространственных размерных связей вида "линия - плоскость", "линия - линия", "точка - линия".

2. Раскрыто содерхакив аналитического перехода от условий решаемой задачи к исходным данным для расчета допусков.

3. Получены аналитические зависимости между линией и

~ плоскостью, линией и линией, точкой и линией, позволяющие определить состав исходных данных для расчета допусков.

Разработана методика расчета пространственной размерной связи для трехзвенной размерной цепи, замыкающее звено которой образовано сочетаниями ИП вида "линия - плоскость".

Практическая значимость работы:

1. На базе методологического подхода к разработке исходных данных для расчета пространственных размерных связей предложена методика назначения допусков в размерных связях вида "л-п", "л-л", "т-л".

2. Проведенные теоретико-акспериментальные исследования позволили установить состав исходных данных для расчета допусков, удовлетворяющих требованиям точности.

3. Предложена методика расчета пространственной размерной связи с учетом отклонений формы, относительного поворота и расстояния реальных поверхностей контактирующих деталей.

Ц. Разработаны алгоритм и программа "РЦШЕ" расчета размерной цепи сборочной единицы с учетом погрешностей трех видов и характера размерной связи исполнительных поверхностей, образующих замыкающее звено.

Автор защищает:

1. Результаты ана.лиэа< особенностей точностных размерных связей исполнительных поверхностей, образующих замыкающее звено.

2. Методологический подход к разработке исходных данных для расчета пространственных размерных связей на основе исполь-

эоваиия геометрических моделей поверхностей и ах элементов, предложенных спосооа совмещения систем прямоугольных координат и параметров ах относительного положения.

Э. Состав исходных данных для расчета размерных связей "линия - плоскость", "линия - линия", "точка - линия".

Методику расчета точностной пространственной размерной связи с учетом погрешностей трех видов и алгоритм её реализации.

Методы исследования. Работа представляет собой комплекс теоретических и зксоврнмвнтальннх яссдедований и расчетов на ПЗШ. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений технологии машиностроения: теории базирования, теории размерных цепей. Исследование геометрических объектов (.элементов размерных связей) выполнено при помочи метода координат с привлечением методов алгебры к математического анализа. Результаты теоретических исследований оценивались применительно к реальной сборочной единице путем сопоставления результатов расчета замыкающего эвена с покощыо ПЭВМ с результатами экспериментальных исследований.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на научно-мего-. дической конференции, посвященной проблемам интеграции образования и науки, г.Москва, 1990 г., на заседании кафедры "Технология машиностроения" Московского сганкоинсгруменгального института в 1991 г.» на научно-техническом семинаре "Повышение эффективности машиностроительного производства", г. Н.Новгород, 1993 г., на научно-технической конференции АТН РФ ¿50 "Прогрессивные технологии - основа качества непроизводительности обработки изделий", г. Н.Новгород, 1935 г., на научно-технической конференции "Основные направления исследований и разработок в машиностроении", г. Н.Новгород, х995 г., на заседаниях кафедр "Технология машиностроения НГТ7 и Аф НГТУ> в 199^.-1995 гг..

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 6 научных работ. - . -

Структура и объем "работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на страницах машинописного текста, иллюстрированного рисунками, содержит таблиц, список лигера-

5

туры из наименований.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

¿о введении обоснована актуальность темы диссертации,посвященной исследовании возможности обеспечения все возраставших требований к точности деталей машин пугем оосснованн&го назначения допусков с использованием функциональной зависимости, существующей между отклонениями формы, относительного поворота и расстояния поверхностей детали, изложены основные научные и практические результаты, выносимые на защиту.

В первой главе приведен обзор состояния и оценка перспектив повышения точности машин, выполнена постановка основных задач исследования.

Для машино- и приборостроения устойчивой является тенденция на увеличение точности машин в соответствии с которой возрастают требования к точности изготовления деталей, особенно являющихся элементами станков и технологической оснастки. Высокие требования к точности обработки деталей обсулавливают малые абсолютные допуски на их изготовление. Это приводит к соизмеримости величин погрешностей формы, относительного поворота и расстояния, вызывает необходимость нормирования отклонений всех трех видов с учетом не только качественной, но и количественной их связи при решении задач на достижение точности деталей и машины в целом.

Раскрытие количественной связи погрешностей трех видов стало возможным после отказа от идеализированного представления геометрической формы поверхностей деталей, допустимого лив: при невысоких требованиях к точности маакн. Принимая во внимание существование реальной геометрической формы поверхностей деталей, проф. И.М.Колессв предложил принципиально новое направление в методике расчета допусков, основанное на учете количественной взаимосвязи показателей точности деГалей.

Суть новой идеализации состоит в мысленном воспроизведении на поверхностях деталей систем координат, плоскости которых проходя? через точки контакта в соответствии с правилом "шести точек". По относительному положению координатных плоскостей можно судить .об относительном положении поверхностей детали, а по положению системы координат, построенной на ос-6

новких базах - о положении самой детали з наанне. Харахгзркс-

г ¡«км относительного положения систем-координат и отдельных -----------

координвтных пдсскосгей, предюкенные И.М.Колесовым, вместе г зависимостями, отражающими.количественную связь расстояния, относительного поворота и формы оазируовшх поверхностей деталей легш в основу методики расчета допусков. Внкнательное изучение этой методики позволило сделать вывод о возможности эе дальнейэего развития в направлений учета характера размер-нов связи исполнительных поверхностей машины (ИПМ).

Существование изменчивого характера размерной связк'ИПИ, образующих замыкающее звено, подтверждается исследованиями И.М.Колесова, Ji.il.Пгуха, а также собственными данными. В зависимости от задачи, решаемой с помощью размерной цепи, ее замыкающее звено будет иметь тот или иной чиз шести возможных) характер размерной связи. Наложив ограничения на элементы функциональных зависимостей, учитывающих количественную связь погрешностей трех видов в каждом из случаев.точностной размерной связи, монно проследить особенности состава исходных данных (ИД) для расчета допусков.

Проведенный анализ работ по обоснованному назначение допусков на погрешности формы, относительного поворота и расстояния поверхностей деталей, выполненных И.М.КолесСЕЫм, Л.И.Пту-ха и другими исследователями псказал, что работа в этом направлении далеко не завершена, и требует продолжения дальнейших исследований с цель»: - - • •

I) раскрытия осооенносгей пространственных размерных связей ИИ вида "л-п", "л-л" и "т-л";

с) разработки методологии оооснованного получения ИД для расчета допусков в связях "л-п", "л-л", "т-л";

3) разработки Солее совершенной методики назначения допусков на отклонения формы, относительного поворота и расстояния, учитывающей не только их количественную зависимость, но и характер точностной сеязи ИП, образующих замыкающее звено. Для достижения этих целей потребовалось: О выполнить анализ существующих аналмгических представлений элементов точностных связей и способов их задания, необходимый для избрания способа совмещения систем прямоугольных координат с поверхностями (и их элементами) для случаев "л-п","л-л",

7

"т-л";

2) получать аналитические зависимости между лиаыоЕ и' ПЛОСКОСТЬЮ, линией й лкякей, ГОНКОЙ И ДЕ5ИК.еЙ, ПСЗЕОЛКЕЕУе определить состав ИД для расчета допусков;

3) разработать логические схемы обоснованного назначения допусков на составлявшие звенья размерных цепей в кссдедусиих связях;

разработать ах горюТй н программу расчета разнерной цепи сборочкой единицы с учетом погрешностей трех видов и характера точностной свявй ИП, образующих замыкавшее звено;

5) экспериментально подтвердить полученные теоретические зсвкск оегк ыевду вкдон размерной связи поверхностей, образу-вешх замыкающее звено, и составом ИД для расчета допусков.

Во второй главе рассмотрены теоретические основы разработки пространственных размерных связей поверхностей и вх эаеиоьтоз: плоскостей, линий, точек.

Выоор геоиетрических моделей указанных элементов размерной связи осуществлен на основе анализа представлений аналитической геометрии трехмерного евклидова пространства.

Прнкиная во вниманий новый подход в оценке точности относительного положения поверхностей детали, при исследовании размерной связи с плоскостью ("я~п") восподьзуемся преддоке-ннем Й.М.Колесова - уравнением плоскости, проходящей черза тра заданные точки М1( XI, у^К.). не деав^ке на одной пряной:

Х-Х1 Х2-Х1 Хз-Х-1

Для исследования размерных связей с линией ("л-ли,"т-лп) выберем уравнение прямой, проходящей черед двэ данные точка М1Сх1,У1,г1) и мгСхг.Уг.гг):

Х-Х1 Ц-Ц1 1-11 / 2 ч

У1-У1 21-21

К аналитическому представлению точки можно подойти на основе рассмотрения возможных относительных положении точек, плоскостей и прямых в пространстве. С учет-ом того, чга буду-

У-У1 Уг-У1

г-гл г*-7*

= о

( I)

щая геометричосхая модель точки должна облегчить построена?» система прямоугольных координат а обеспечить всзкоаносгь. ус-. ~тановленая'~ характеристик относительного положения этого элемента, выбор был сделан б пользу представления точки как места пересечения трех плоскостей. Геометрические координата точки:'

1), Ь< С< I

А=--

1

1Ь В2 ^2 I 1)з

С1

Аг Б2 С2 Л5В3С3

М1 |

Л2 В¿Ъг |

( 3 )

Чтобы получить характеристики относительного положения любого элемента размерных связей в системе координат (с. к.) О хуг. выбранной за начало отсчета, необходимо определенным образом связать с ним самим его собственную систему координат О^У^-и Характеристики относительного положения элемента "плоскость" в зависимости от выполняемой ею роли, Срис.1) имеет вид, представленный в таблЛ.

г"

Рис. 1. Образование системы координат плоекостн О^У^

Таблица I

Вид и состав характеристик относительного положения элемента размерной связи "п"

Соответствие виду координатной плоскости

! Характеристики относительного

I положения

01Х1У1 о^г-! о 1У1 г\

сад У и/1 и 190н,Рн;У<_ % 8оп, ; Xм

Примечание. Угль^дЭ (*д0ц,1д8оп) и £ ) харак-

теризуют величину и направление относительного поворота, а характеристики ¿«(Уь^Хм ) - удаленность соответствующих координатных плоскостей.

Геометрическая модель элемента "линия" определяет способ совмещения системы прямоугольных координат и место-

положение ее начала. Согласно этой модели любая линия, заданная координатами точек А (Х^У^) и Б (Хг.Уг^), рассматривается как линия пересечения двух плоскостей (допустим 0)Х1У1 и 01X12-1 ). проектирующих АБ на координатные плоскости 0*2 и ОХУ системы 0хУ2. . Завершается построение системы координат О^У^ , связанной с линией, определением места положения третьей координатной плоскости - (рис.2). Полученные результаты в виде характеристик, определяющих точность относительного положения линии, сведены в #абл. 2.

21 Уем (к У1

I >-! « У2,22\ У

олжлъл (юху)

/Ч ■

Рис. 2. Образование системы координат линии О^У^

Положение в пространстве элемента "точка" определяется пересечением трех плоскостей Хч У<| ^ СЦ*^ » С^У^ соответственно параллельных Оху • 0*2 » Оуг. прямоугольной с.к. Ох у2. (рис.3), а координаты точки определяются уравнением ( 3 ).

Последовательность определения исходных данных для расчета пространственной размерной связи (сочетания элементов, образующих замыкающее звено размерной цепи) вне зависимости от ее характера предполагает выполнение следующих основных этапов:

I) преобразование условий задачи в исходные данные для

расчета размерной связи;

2) совмещенне систем прямоугольных координат с поверхнос----

тяии, линиями, точками, между которыми доллна быть обеспечена размерная связь в соответствии с условиями задачи;

3) переход от номинальных значений и допусков параметров размерных связей, заданных условиями задачи, к исходным данным для их расчета.

Таблица 1

Вид и состав характеристик точности относительного

положения элемента размерных связей "линия"

Сочетание проектирующих плоскостей, Координаты начала системы координат, "л" Характеристика точности относительного поворота "л"'

-О^У* -01х<г1 м. & ■Ьдён^и

О1Х1У-1 -01^1 Х01 »Усм=0 "ЬдЭоп.^оп

-ЬдЭн.^н tg 0оп,|5оп

Для выполнения первых двух этапов необходимо наличие четко сформулированной задачи. В формулировке задачи в той или иной форме должно содержаться указание на характер размерной связи поверхностей деталей, образующих замыкавшее звено, поскольку им, в первую очередь, определяется выбор используемых при анализе аналитических зависимостей, способ совмещения систем координат и, в конечном итоге, состав исходных данных для расчета допусков. В работе рассмотрен пример построения систем координат элементов размерной связи для размерной цепи "оС" универсально-фрезерного станка. С ее помощью достигается параллельность оси шпинделя плоскости стола ("л (о) - п").

Для осуществления перехода от номинальных значений и допусков параметров размерных связей к исходным данным для их расчета (этап 3) необходимо иметь исходные уравнения. Такие уравнения для определения расстояния между точками вспомогательных баз детали и соответствующими координатными плоскостями были получены в работах И.М.Колесова

-у'Хл+Ул "Ьде-со5р-1Л 1 Ьу =Ус• •ЬдбнСОЗрн-^ь V СО -Хс -/у|+Н" • -ЬзВопОйрьп'Ус

Формулы расстояний 1_У и 1-Х своими слагаемыми отражают количественную связь расстояния, относительного поворота и формы базирующих поверхностей деталей.

Последовательность перехода такова.

I. Выявить характер размерной связи ИЛМ.

с. Совместить системы прямоугольных координат с элементами размерных связей.

3. Выбрать исходное уравнение, отвечающее условия:) задачи.

4. Получить ИД для расчета допусков, полностью удовлетворяющие условиям задачи.

5» Назначить допуски на составляющие звенья размерной цепи, в том числе разработать логическую схему перехода от условий задачи к исходным данным для расчета.

для подтверждения действенности методики расчета допусков на отклонения трех видов, когда характер размерной связи ИПМ,

сосгветсвует случав "л-п" в общем виде сформулируем задачу: "Обеспечить требуемоз положение линии АБ относительно плоскости П"г При решении "задачи обеспечения греОуеного положения "л" относительно "п" распределение допуска исходного звена Т1_ должно вестись в двух направлениях (по числе плоскостей, проектирующих линию на координатные плоскости системы ) в зависимости, от способа задания "л" и с учетом особенностей ее геометрической модели крис.4). Получается, что условиям задачи отвечает система уравнений:

1гй (6) -6) -Ьдб согрев)- ^ 1_УА(е) = Уси -/х!бЙ4(е) 4д9нсс«рнл(Р)-^Сб)

( 5 )

( 6 )

ей соответствуют уравнения допусков:

Т1-УД(Й«Т1-ЦБ>

где

иТиШБ)- допуски на расстояние !_ от линий АБ в направлении координатных плоскостей 02.X2.4z. и 02X2^2 соответственно; иТ1_У/Це>- допуски на отклонение расстояния

, вызываемое поворотом линии АБ в направлении соогвесгвую-щих координатных плоскостей; нТЦд(е) - допуски на от-

клонение формы линии в точках А и Б.

Исходя из величин Т1_2л(б) ,Т1.УАСб) ,Т1.г/1(е) ,"П.ул(б) (б") » иояно ограничить соответствующими допусками все параметры, изменение, которых вызывает поворот, отклонения формы и расстояния поверхностей, деталей сборочной единицы. Логика такого распределения представлена на рис. 5.

2

О1Х1У1

¿2 о" ¿1 01

,ь ¿Мб У01

"б! О1 У 2

Олмгл

Рис. Схема совмещения систем координат с элементами размерной связи "л (о) - п"

Т1_

пЗа

тес

Трс

1.Л

Иг

Л2А "Шив

1 1 '

ЛЬ Игл ТЬ

Т!_у

Т1_ул Т1_уб

ЛЧА

Пул

1

Т1$а

-г, ПНЬ

Пул

Т0н1 ТрнС

тес

и. - J

9-, < Ь- -о-|

л

" "«»"♦м ипияп* ппсо^иги НО роли Да О Г

допусков в случае равкерной связи "л (о) - п"

Проведенные исследования показали, что последовательность разработки '¿Л для расчета размерной связи "л (о) - л (о)" сохранится неизменной. Отличие - в особенностях взаимосвязи двух линий, каждая из которых задается с помощью пары проектирующих плоскостей. Убедиться в этом можно на примере задачи обеспечения неооходимой точности расстояния в требуемом направлении (рис.6). Исходные данные для расчета допусков (рис.7) определятся полученной системой исходных уравнений:

и = У01 - l(xГ+zi~tg9нrco5pн1 -(_г=у02_|[хг + 2£ -^д0н2• с.о$рн2

Те же уравнения в допусках:

Т|_1-Т1Л +Т1ЛН +Тф: Т12 = Т1С2. +Т1П2Н+Тг^р

гдеТ|_^ и Т1_2 - допуски на собственно расстояния!^ и 1_2. между линиями АБ и ЬД и координатной плоскостью OxZ в заданном направлении;^"4 и "П.™ - допуски на отклонения расстояний 1_1 и , вызываемые поворотом проектирующих плоскостей OiXiZ.nn Q2.X2.Z2. линий АБ и ЕД в направлении координатной пловкости Ох.2; Тг|р и Тг|р - допуски на отклонения формы в точках Р и Р , принадлежащих линиям АБ и ЕД соответственно.

Разработка исходных данных для расчета размерной связи "г - л (о)" проведена на основе анализа условий задачи обеспечения требуемой точности расстояния 1_ между точкой и линией, выполненное построение систем координат элементов размерной связи с учетом особенностей их геометрических моделей (рис.8) позволило получить исходные уравнения:

1_ру =дУ - кр +ггр ■ Ьд&н^рнр-ЧР

То же в допусках:

Т1_Р2=Т1Р2 + П.& Т1_ру = Пру +"П_ра -кТцр

( 7)

С 8)

С 9)

где Црг=Т2си +Т2к и пру =ТУс>1 + ту 02. - допуски на собственно расстояние Lp в направлении осей 022(02) и 0У2. (Оу) соответственно; TLpz='

^8нсо5Рн~ допуски на отклонения расстояний 1_р2 и 1_ру »вызываемые поворотом проектирующих плоскостей ОхУ^и С^Х^ в направлении координатных плоскостей

02Х?Уг(0ху)и 0гХ222( Охг)

соответственно; Т£р иТ^р - допуски на отклонение формы в т.р, принадлежащей линии АБ.

Полученные решения позволяет распределить заданны! до- , пуск Тир исходного звена между составляющими звеньями. При этом накладываются необходимые ограничения на все параметры, изменение которых может повлиять на обеспечение требуемой условиями задачи точности (рис.2).

Таким образом,установлено, что принятые геомегричесхие модели элементов размерных связей ("г", "л", "п"), способы совмещения с ними систем прямоугольных координат и полученные теоретические решения позволяют во всех исследуемых случаях Гл (о) - п", "л (о) - л (о)", "т - Л (о)") установить неоохо-16

ТЬ

Т1_$

ТУ си

т\Л

ПН

Т8ж,Т>ж

ТУ 041

-1-1 пн-I

1_

1 1

та т811: три!

- ± _ - -1;

о

•») ■з

г.

9"» £ сО О ь-,

С

л

Тф

Т^гС

о

о

и<\1 £

т©2.ь

7Г

% тг

ти

1 1

П.! тЦн : тЧ Р I

ТУ 02. Т8нг,ТЭнг.

■ I !

| ТУогь - Т! П.Н 1 ¿¿С

1 Тбнгс.трнгё. 1

Рис. 7. Схема аналитического перехода от условий решаемой задачи х доходным данным расчета допусков в случае размерной связи "л Со) - л (о)"

для

диный состав ИД для расчета допусков.

размерной связи "т - л ко)"

Третья глава посвящена детальной разработке основных этапов методики расчета пространственной размерной связи, учитывающей отклонения формы, относительного поворота и расстояния реальных поверхностей контактирующий деталей.

В качестве объекта исследования выбрана размерная цпь, замыкающее звено которой образовано сочетанием вида "линия -плоскость". С помощью аналогичной размерной цепи, напомним, решается одна из задач, связанная с получением конечной точности универсально-фрезерного станка. Поиск возможной модели сборочной единицы выявил целесосбразность ее представления гремя плоскими реальными деталями - плитками (оис.Ю).

Предлагаемая методика расчета предусматривает выполнение следующих этапов.

I. Получение и анализ информации о рельефах поверхностей сопряжения деталей.

'с. Вычисление собственных характеристик точности деталей, образующих сборочную единицу.

Выявление местоположения точек контакта в стыках со-

Т[_Р(ТО

Т1р2.

ТПг ППРг т?р

Ло1 >TZoz

Т|_ргС

Т1011 ,Т1о2х

Т Р2 (I

тес

I

трС

тт

о

£

ПРУ

. Т1 рч Т 1 пн Тг^р

ТУ01ДУ0 г.

I 1 1,

Т[_руС -г 1 ПИ и_ру с 1 ' Г'

ТУ£и1,ТУо2и Тбнй .Трнь

Рис. 9. Схема аналитического перехода от условий решаемой задачи к исходным данным для расчета допусков в случае размерной связи "г - л (о)"

единяемых деталей (для плоскостей контакта ПК1 и ПК2).

■Ч. Уточнение координат точек контакта (для ПК<: и нулевой плоскости контакта НПК).

5. Вычисление параметров точности составляющих звеньев размерной цепи 1_1 ( ¿кс , в* , ££ ).

6. Уточнение параметров точности составлявших звеньев размерной цепи (вычисление поправок Д1 и Д2. для звеньев 1_2 и

|_3 соответственно).

7. Вычисление замыкающего звена размерной цепи на основе учета отклонений формы, относительного поворота, расстояния и характера точностной связи ИП, образующих замыкающее звено|_2Д.

Рис. 1С. Сборочная единица, состоящая из реальных, деталей , и исследуемая размерная цепь

По этой методике выполнен аналитический расчет замыкающего звена, в ходе которого оолее глубоко рассмотрены явления, происходящие в процессе ооразования сборочной единицы; получены подтверждения правильности методики и аналитических зависимостей для расчета допусков.

для расчета характеристик точности деталей и составляющих звеньев размерной цепи разработана программа "Р1./ШЕИ.

■г- иовю

_ \гт/

соош -хи

хОВЫ

го

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям -и .оценке.. точносги_замикающего звена-сборочной единицы с----------

учс?сч херзкторс точностной розчерксЯ связи исполнительных поверхностей,. . - ■ • - -

vyrs окспоркмгкта за?лсч^лас!. " определения значений ••^«нкачйего ззена обсрсч;;о" глин-щи . образованного определен-:-vj:u сочетание« ЙП я системе координат деталей, ограниченных !\"cwmh поверхностями» л псс дедувсем сопоставлении^ этих значений с'результатами расчетов, проведенных по предлагаемой

о качестве объекта исследования была выбрана сборочная единица, образованная тремя плоскими (реальными) деталями -плитками, имитирующая одну из размерных цепей универсально-, фрезерного станка,,замыкающее звено которой (ось шпинделя -плоскость стола) соответствует случаю "линия (ось; - плоскость", а составляющими звеньями являются стол, каретка, направляющие станины, .......

Иссуедовиккя прсЕЧ.'ДяЛ'лсь по c*«*cyi?w<ewy плану.

1. Расчет gruyeres собственные характеристики точ-'-осй лета лей (суие'::г?.у?.г!*:.; «стеле» ~ по предлагаемой :«ето-лякр) .

2. Изготовление деталей.

3. Контроль точности азготогпенкя деталей.

'». Моделирование зпинкакщего эвена сборочасй едкикцы,

соответствующего исследуемому виду точностной связи -И1 .....

("л-п").

5. Оценка точности замыкающего звена сборочкой единицы.

. .. . Для сбисг.ечсийя--условий эксперамента была проведена оценка точности изготовления деталей с цеаьв отоора годных на оснсвс сопоставления характеристик точности догадай, рассчи-' гаиикх ЗЩ с исшш>зья»ниен в качестве исходных данных сведений с рельефах, поверхностей де?адей a допустимых значений ха-p«!crop!fcr.:r. точности. Для получепкя иарзичной измерительной чнфгрмацкн испояьгозанм вертихал'-кий ддиксаер типа "7Е5Д MICRO HITE ." (ТО и " поверочная плита из твердокаменных пород, на которую контролируемые детали устанавливались поочередно своими вспомогательными и основными установочными базами. При измерении (ояупызании.) поверхносги детали з преде-

21

лах нормируемого участка (140x90 мм) было предусмотрено п = 504 (26x16) равномерно .расположенных точек измерения, в каждой из которых фиксировалась величина отклонения (мкм) поверхности основной или вспомогательной Оазы детали от настроечного размера 2ы (мм).

Из эксперимента сразу же Оыли исключены плитки, имевшие искусственные "выбросы" формы, способные неоднозначно повлиять на замыкающее звено. Б результате годными были признаны 2:0 деталей (ЭЭ£) из 60. Хотя, если бы оценка точности изготовления деталей, оставшихся после визуального обследования проводилась по существующей методике, то к годным можно было отнести уже -»8 штук (63£ от общего количества), а свою очередь б деталей (.11%) из ¿2, не отвечающих требованиям точности по существующей методике, признаны годными по предлагаемой и приняли участие в эксперименте. Приведенные цифры говорят о несовершенстве существующих методов контроля точности деталей, поскольку заключение с годности дается по результатам одного (случайного.) замера контролируемого параметра. В то время как рассматриваемая методика учитывав! именно тог размер детали, которым она непосредственно участвует в работе машины и влияет на ее точность.

В ходе моделирования замыкающего звена сборочной единицы для одного из малоизученных видов точностной связи ИЛ с учетом правил аналитической геометрии оыла сформулирована следующая задача: "При изготовлении сборочной единицы обеспечить требуемую служебным назначением точность относительного положения линии I плоскости П в точках А и Б, задающих линис". Из отобранных и разгруппированных 20 деталей, принятых по рассматриваемой методике, ло определенному плану было собрано 74 сборочных единицы. У каждой из них непосредственным измерением с помощью ТМН определялись значения замыкающего, звена в двух точках с условными координатами А (7;0) и Б (22;0), образующих динию Л (см. рис.10),

достоверность предлагаемой методики расчета размерных цепей, учитывающей отклонения трех видов, для случая точностной связи ИП "л-п", была установлена путем сопоставления действительных значений замыкающих звеньев сборочных единиц ( Ьлб и 1_БД) с ожидаемыми ( Ь'ЛЛ и ЬбД ) значениями, рассчитанными 22

ЭВМ в ходе отработки программы "LINE ". Оказалось, что для большей части сборочных единиц расхождение величин сравнения не преЕыиаег 0,018.. .0,019 мм, что составляет 12, ¡ .13^ т|_"гл/ В 97£ случаев ожидаемые результаты оправдались, что подгвер-здает правильность установленных теоретических зависимостей и методики расчета в целом.

Попытка установить непосредственное влияние'на результи- ■ рувщее значение замыкающего звена степени выраженности искусственных "выбросов"-формы, как и ожидалась, подтвердила слу-¡их характер подбора.течек контакта в стыках соединяемых деталей в процессе форййроззанйя сборочной единица и невозможность заранее предсказать его результат. Для сокращения времени поиска точек контакта на поверхностях установочных баз деталей предпочтительным будет отклонение их формы в сторону "вогнутости".

В приложении приведены примеры карт рельефов поверхностей установочных баз деталей, текст программы "pl/ше", результаты экспериментальных исследований, маршрут обработки' детали "Плитка", технические данные средства измерений.

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ н теоретико-экспериментальные исследования подтвердили необходимость учета количественных связей отклонений формы относительного поворота и расстояния реальных поверхностей при расчете допусков и оценке точности деталей как одного из путей повышения точности машин.

2. Получено подтверждение изменчивого характера размерной связи исполнительных поверхностей машины, образующих замыкающее звено, и установлено его влияние на состав исходных данных для расчета допусков в каждом из шести возможных видов: .

"т-т"(п-п'") ~ Уо^ен/фн.^У^е,^, Ьт/п ; . Ч-п"~ -ZЬт ;

"/1(0)-п" - lzab , ш.б , lz/i.b^e.-z^»), l^.5uehl

2/1,6 , q/i.B ; "Л(0)-Л(0)"~ Чм , Уо2,.^ен1, Z.0H2, , ¿(Зн2, '

чр.ПР ;

"т-и (о)" - ¿си. 1о2. ¿-Он ,

3. Проведенный анализ аналитических представлений элементов размерных связей ("плоскость","линия (ось)", "точка"), позволил выбрать геометрические модели, избрать способ совмещения систем прямоугольных координат и установить параметры их относительного положения в пространстве.

Предложен методологический подход к разработке исходных данных для расчета размерных связей вида "линия (ось) -плоскость", "линия (ось) - линия (ось)", "точка - линия (ось)".

5. Получены математические зависимости между линией и плоскостью, линией и линией, точкой и линией, позволившие определить состав исходных данных для расчета допусков. Результаты представлены в виде схем распределения заданного допуска исходного звена между составляющими звеньями размерной цепи с учетом способа задания элементов размерных связей*

6. Разработаны методика расчета пространственной размерной связи для трехзвенной размерной цепи, замыкающее звено которой образовано сочетанием исполнительных поверхностей, соответствующим случаю "линия-плоскость", алгоритм и программа ее реализации на ПЭВМ.

7. Экспериментальные исследования подтвердили правильность методики. Б ходе их проведения получены данные о высокой степени достоверности при сценке точности сборочных единиц и машин в целом.

8. Результаты исследований и разработанные рекомендации по совершенствованию методики расчета допусков переданы на АООТ "АПЗ", ОКВ "ТЕМП", а также оудуг использованы при изучении дисциплины "Технология машиностроения" в Арзамасском филиале НГТУ.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

I. Прис Н.М. О характере точностной связи исполнительных поверхностей машины, диктуемом ее служебным назначением. Передовой производственный опыт и научно-технические достижения, рекомендуемые для внедрения. -М.:дНИИТЗМР, 1590, I 9,с.3.,.5.

2. Прис H.H. Совершенствование методики расчета допусков - как один из источников повышения точности машин. В кн.: Проблемы интеграции образованиями науки (Тезисы" докладов научно-методической конференции).-М.:Иосстанкин, 1990, с.58.

3. Прис Н.М., Лафишева Р.З. Пути повышения качества машин и приборов. Передовой производственный опыт и научно-технические достижения, рекомендуемые для внедрения.- М.: ВНИИТЗМР, 1990, № I, с'. 4...6.

4. Прис Н.М. Влияние характера точностной связи исполнительных поверхностей машины на методику расчета допусков. Повышение эффективности машиностроительного производства: Материалы научно-технического семинара Академии технологических наук РФ ВВО.Н.Новгород. 1993, с.бб.,.71.

5. Прии n.M., Сорокин В.М. Разработка общего подхода к установлении исходных данных для расчета пространственных размерных связей. Прогрессивные технологии - основа качества и производительности обработки изделий: Материалы научно-технической конференции-Академии технологических наук РФ ВВО. Н. Новгород. 1995, с.49...54.

6. Прис Н.М., Гераскина Т.В. Повышение точности технологической оснастки на основе математического моделирования размерных связей ее элементов. Основные направления исследований и разработок в машиностроении: Тезисы докладов научно-технической конференции студентов и аспирантов /Под научной ред. Б.М.Сорокина. НГТ7; Н.Новгород, 1995, с.31...32