Основы ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
ЧЕРТЕЖ ДЕТАЛИ В МОДУЛЬНОМ ПРЕДСТАВЛЕНИИ
Применение МП в качестве конечного элемента детали позволяет по-новому подойти к ее проектированию. Пользуясь представлением детали как совокупности МП, конструктор для выполнения ею служебного назначения закладывает в детали соответствующие МП. К примеру, разрабатывая редуктор, конструктор, задавшись кинематической схемой, выполняет эскиз корпуса редуктора, вписывает в него основные детали - шенья кинематической цепи. Под эти детали он предусматривает комплекты баз в корпусе и далее, с помощью связующих поверхностей, формирует контур корпуса, придавая ему нужную форму, стремясь при этом свести к минимуму затраты материала, обеспечивая требуемую прочность и т. д.
Иными словами, опытный конструктор, по существу, мыслит "не отдельными поверхностями, а сочетаниями поверхностей", и в этом случае формализация этих представлений в виде модулей поверхностей помогает ему в проектировании деталей.
Проектирование деталей методом компоновки из МП предполагает и иное оформление чертежа, по сути чертеж детали становится сборочной единицей. На чертеже детали должны быть указаны МП, из которых она состоит, шифр каждого МП в соответствии с классификацией, порядковые номера МП, как это показано на рис. 1.4.3.
Иначе должны проставляться и размеры на чертеже детали, тем более, что существующие методы простановки размеров имеют серьезные недостатки.
Анализ литературы по простановке размеров показал, что нет единого общепринятого метода простановки размерных связей. Среди многочисленных разработок в этой области можно выделить общие моменты, на которые авторы в той или иной степени рекомендуют опираться при простановке размеров на чертежах деталей.
Например, имеются попытки классифицировать размеры, предлагая различать основные размеры и сопряженные, размеры, входящие в размерные цепи изделия, и свободные размеры. Под основными понимаются размеры, которые связывают основные поверхности детали, непосредственно участвующие в рабочем процессе машины. Различают размеры, являющиеся звеньями сборочных размерных цепей, а также размеры, входящие в системы размеров, координирующие размеры и т. п.
При простановке размеров в ряде работ различают простановку в зависимости от типа поверхности детали, например, размеры: для кривых поверхностей деталей, для деталей, изготовленных гибкой, и т. п.
Отсутствие единого метода приводит к тому, что разные конструкторы неоднозначно решают задачу простановки размеров на чертежах детали. Как правило, при простановке размеров на чертеже детали последняя рассматривается как совокупность элементарных геометрических поверхностей без учета их служебного назначения. Например, все размеры указываются на чертежах отрезками со стрелками по концам, и тем самым не показываются конструкторские базы, которые надо знать технологу при выборе технологических баз.
В связи с изложенным разработка единого метода простановки размеров приобретает особую актуальность, особенно если учесть бурное развитие работ по автоматизированному проектированию чертежей деталей.
В основу метода простановки размеров на чертежах деталей должно быть положено служебное назначение поверхностей. Предлагаемое модульное представление детали как нельзя лучше позволяет решать эту задачу. В этом случае все размерные связи детали должны, с одной стороны, определять относительное положение модулей поверхностей, а с другой стороны, - описывать поверхности, составляющие модуль и их положение внутри модуля поверхностей.
Назовем размерные связи, определяющие относительное положение модуля поверхностей на детали, внешними связями, а определяющие положение поверхностей внутри модуля - внутренними размерными связями.
Внешние размерные связи. Для установления внешних размерных связей модуля поверхностей необходимо на его поверхностях построить прямоугольную координатную систему. МП представляет собой пространственную фигуру, поэтому его положение однозначно определяется шестью координатами: тремя линейными и тремя угловыми. Назовем эти шесть координат координирующими размерами МП.
База, относительно которой задается положение МП, определяется его служебным назначением и деталью, которой он принадлежит, и должна рассматриваться как прямоугольная координатная система.
Задача простановки координирующих размеров для большинства базирующих модулей решается сравнительно просто. Любой базирующий модуль предназначен для реализации соответствующей схемы базирования, поэтому на его поверхностях сравнительно просто строить координатную систему. В тех случаях, когда детали оставляется одна или несколько степеней своды, базирующий МП является неполным комплектом баз, и координатные плоскости строятся на имеющихся поверхностях модуля, а к ним достраиваются недостающие координатные плоскости так, чтобы получилась полная координатная система.
Сложнее строить координатную систему на МПР и МПС, так как рабочие и связующие МП могут представлять собой как отдельные поверхности, так и совокупности поверхностей, расположенных друг относительно друга под произвольными углами, и, кроме того, часто их поверхности бывают сложной пространственной формы. В таких случаях конструктору предоставляется право привязки координатной системы к МП по своему усмотрению, но желательно разработать единую методику построения координатной системы. К внешним размерным связям относятся также размеры, описывающие габариты детали.
Внутренние размерные связи. К внутренним размерным связям относятся размеры, определяющие относительное положение поверхностей МП. Поскольку базирующие, рабочие и связующие МП выполняют разные служебные функции, то и простановка размерных связей внутри этих модулей должна производиться по-разному.
Рассмотрим простановку внутренних размерных связей поверхностей базирующего МП. Каждая поверхность модуля выполняет роль базы, с помощью которой деталь лишается соответствующего числа степеней свободы. Согласно числу лишаемых степеней свободы на базирующей поверхности должно располагаться такое же количество опорных точек.
Для установления размерных связей между поверхностями, составляющими базирующий МП, следует построить прямоугольную систему координат. Построение координатной системы должно начинаться с построения координатной плоскости на поверхности, лишающей деталь трех степеней свободы, т. е. на установочной базе. Далее достраиваются остальные две координатные плоскости: сначала на направляющей базе, а потом на опорной базе.
Тогда внутренними размерными связями будут размеры, связывающие направляющую базу с установочной базой и опорную базу с установочной и направляющей базами.
Если базируемой детали оставляется одна или несколько степеней свободы, то это означает, что число опорных точек в ее схеме базирования будет меньше шести, и базирующий МП будет содержать одну или две поверхности. В этом случае для определения внутренних размерных связей не требуется построения полной координатной системы.
В качестве примера построим координатную систему на поверхностях модуля Б12. С помощью трех опорных точек полностью определя-
Рис. 1.4.5. Построение координатной системы МПБ312 |
Ется положение установочной базы в пространстве, поэтому в качестве базы для простановки размерных связей внутри модуля Б12 примем установочную базу А (рис. 1.4.4).
Для определения положения направляющей базы Б относительно установочной, зная положение начала системы координат, достаточно задать угол а. Для определения положения опорной базы В надо задать два угла: угол у определяет положение опорной базы относительно установочной базы; угол р определяет положение относительно направляющей базы. Углы ос, р, у должны быть равны 90°.
Как видно, размерными параметрами, определяющими относительное положение поверхностей внутри модуля Б12, являются только угловые величины. В зависимости от конструкции МПБ относительное положение его поверхностей может описываться другими параметрами.
Другой пример, когда в комплект поверхностей базирующего МП, например МПБ311, входит двойная направляющая база, то построение координатной системы (рис. 1.4.5) надо начинать с построения координатной плоскости (в рассматриваемом примере ZOX), проходящей через ось поверхности двойной направляющей базы и одной опорной базы и лишающей деталь с помощью трех опорных точек /, 2, 6 трех степеней свободы. Далее строится вторая координатная плоскость ZOY, тоже проходящая через ось поверхности двойной направляющей базы, и, затем, достраивается третья координатная плоскость YOX.
Г / Б Рис. 1.4.4. Размерные связи относительного положения поверхностей МПБ12 |
Поскольку опорная база (точка 6) является скрытой базой, то МПБ311 содержит только торец и цилиндрическую поверхность. В этом случае внутренними размерными связями будут только два угла между торцом и осью.
Для рабочих и связующих МП определение внутренних размерных связей осуществляется по такой же методике: сначала строится прямоугольная координатная система, а затем в ней относительно одной из поверхностей МП, выбранной в качестве базы, определяются размерные характеристики, устанавливающие положение других поверхностей МП. При этом надо четко представлять служебное назначение каждой поверхности МП.
К внутренним размерным связям относятся и размеры, описывающие геометрию поверхностей, входящих в состав МП. Например, для модулей Б12, Б311 такими размерами будут длина, ширина, высота, диаметр цилиндрической поверхности. Для сложных поверхностей добавятся радиусы и др.
Таким образом, все размеры, которые описывают деталь, можно разделить на четыре типа:
• координирующие размеры, определяющие относительное положение МП;
• координирующие размеры, определяющие относительное положение поверхностей, составляющих МП;
• размеры, описывающие геометрическую форму поверхностей МГІ;
• размеры, описывающие габариты детали.
Координирующие размеры МП - это размеры, определяющие относительное положение двух модулей поверхностей, один из которых выступает в роли конструкторской базы. Условимся координирующие размеры МП обозначать отрезком (линейный размер) и дугой (угловой размер), ограниченными с одной стороны точкой, а с другой стороны стрелкой, направленной на базу (рис. 1.4.6, а).
В общем случае для определения положения МП относительно базы (МПб) с построенными на них координатными системами, на чертеже детали необходимо нанести три линейных и три угловых координирующих размера, как это показано на рис. 1.4.7. Три проекции R по трем координатным осям будут линейными размерами на осях X, Y, Z, а три угла ф, у, 9 - угловыми размерами, где угол ф - поворот координатной системы МП вокруг оси ОХ, угол ці - вокруг оси OY и угол 9 - вокруг оси О/.
При простановке координирующих размеров МП возникает задача согласования координатных систем МП с проекциями чертежа, так как в банке МП каждый модуль поверхностей должен иметь свою координатную систему, ориентированную определенным образом относительно его поверхностей. В зависимости от положения МП на детали проекции осей его координатной системы относительно проекций чертежа детали могут занимать различное положение. В связи с этим возникает необходимость в определении проекций координатной системы МП на каждом виде чертежа. Для этого сначала надо каждому виду чертежа (в плане, фронтальном, сбоку) присвоить соответствующую плоскость прямоугольной системы координат, а затем сформулировать правила определения проекции координатной системы МП на каждом виде чертежа.
При такой простановке размеров отпадает надобность в таких геометрических характеристиках, представляемых на чертежах деталей, как параллельность и перпендикулярность, которые заменены теперь соответствующими угловыми размерами.
Координирующие размеры поверхностей определяют относительное положение поверхностей внутри МП.
Число координирующих размеров, определяющих положение поверхности внутри МП, зависит от вида поверхности. Например, для определения положения плоской поверхности достаточно задать один линейный и два угловых координирующих размера. Для определения положения цилиндрической поверхности достаточно задать четыре координирующих размера - два линейных и два угловых.
Предлагается обозначить линейный размер отрезком с одной стрелкой, направленной на базу и угловой размер - дугой с одной стрелкой, направленной на базу (см. рис. 1.4.6, б).
Размеры, описывающие геометрию поверхностей, габариты детали обозначаются традиционно (см. рис. 1.4.6, в).
Рис. 1.4.7. Размерные связи, определяющие положение МП |
Предложенный метод простановки размеров отличается тем преимуществом, что обеспечивает единый подход к простановке размеров независимо от вида поверхности и конструкции детали.
На чертежах сложных деталей плохо проематриваются размерные связи МП, поэтому целесообразно в дополнение к чертежу давать граф размерных связей МП.
Для технолога важно знать, какие модули поверхностей выступают к роли конструкторских баз. Поэтому построение графа размерных связей МП детали поможет технологу сразу видеть все конструкторские базы и МП, заданные относительно них.
Рассмотрим построение графа МП на примере корпуса редуктора конической передачи, эскиз которого см. на рис. 1.4.3, 6.
Построение графа МП (рис. 1.4.8) начинается с базирующего МП, выступающего в роли комплекта основных баз детали, которым является 1Б321, образованный плоскостью основания корпуса и двумя цилиндрическими отверстиями. Размерные связи между МП устанавливаются конструктором на основе анализа служебного назначения каждого МП.
Пусть вал редуктора (см. рис. 1.4.3, а) является выходным, передающим вращение какому-либо устройству, установленному на том же основании, что и конический редуктор. Тогда ось выходного вала должна быть параллельна основанию. Отсюда оси отверстий под стаканы должны быть параллельны основанию.
Следовательно, 6Б311 и 18Б311 (см. рис. 1.4.3, б) должны быть заданы относительно 1Б321. Но в этом случае погрешность относительною положения модулей 6Б311 и 18Б311 равна сумме погрешностей их положения относительно 1Б321, поэтому правильнее задать положение одного из них относительно 1Б321, а второго - относительно первого. Например, пусть 18Б311 будет задан относительно 1Б321. тогда 6Б311 должен быть задан относительно 18БЗ11.
Рис. 1.4.8. Граф МП корпуса редуктора |
Рабочий модуль 25Р21 должен быть задан относительно 1Б321, чтобы уровень масла располагался горизонтально.
Стаканы в корпусе крепятся посредством ввинчивания винтов в корпус, поэтому модули 5Б211 и 8Б211 должны быть заданы относительно 6БЗ11, а модули 17Б21! и 20Б211 - относительно 18БЗ11.
Модуль 26Б221 предназначен для ввинчивания конической пробки, поэтому он должен быть связан с 25Р21.
Верхняя плоскость корпуса предназначена для установки крышки. Крышка базируется по плоскости и двум штифтам (один из которых срезанный). Штифты в корпусе отсутствуют, под них имеются два отверстия, которые вместе с верхней плоскостью образуют модуль 12Б321, задаваемый относительно 1Б321.
Модули 10Б21! и 14Б211 предназначены для крепления крышки, устанавливаемой по поверхностям модуля 12Б321, поэтому они должны быть заданы относительно него.
Теперь остается определить положения связующих модулей; с их помощью формируются главным образом стенки корпуса, поэтому они связаны с соответствующими вышеприведенными модулями, например: модули 2С112,4С112, 23С112, 22С112 связаны с 1Б321; модули 2С112, 21С112 связаны с 25Р21; модули 7С11 и 9С122 связаны с 6БЗ11; модули 16С122, 28С121 и 27С111 связаны с 18Б31І; модули 11С111, 13С21, 15С112 связаны с 12Б321. В итоге получаем граф размерных связей МП (см. рис. 1.4.8), который несет следующую информацию: конструкторские базы, обведенные для наглядности двумя кругами, и конструкторские размерные связи МГІ. На лучах графа (как это показано на рис. 1.4.8) указываются величины допусков всех линейных и угловых координирующих размеров МП.
Граф имеет четыре уровня и содержит семь конструкторских баз: 1Б321, 12Б321, І8БЗ11, 25Р21, 26Б221 ибБЗП.
Итак, черіеж детали представляется "сборочной единицей", состоящей из МП. На рис. 1.4.9, а в качестве примера приведен чертеж детали в модульном представлении, на котором выносными линиями указаны все МП. входящие в состав детали - с указанием номера МП и его шифра. Нумерация МП должна начинаться с МП, выполняющего роль комплекта основных баз, и продолжается по часовой стрелке. На рис. 1.4.9, и показан граф МП этой детали.
І18-25ІС121І I 7 |C122| Рис. 1.4.9. Чертеж крышки в модульном исполнении: А - чертеж крышки; б - граф МП |
Таблица 1.4Л
|
Для построения чертежа в модульном представлении необходимо иметь банк МП в виде чертежей с нанесенной прямоугольной координатной системой (координатная система необходима для простановки на чертеже детали координирующих размеров, определяющих положение МП). В связи с этим на чертеже должны быть нанесены координатные системы каждого МП, т. е. определены положения начал отсчета и направления координатных осей.
Если на чертеже детали нанести оси координатных систем всех составляющих ее МП с указанием начал координатных систем, то при наличии большого числа МП чертеж окажется перегруженным условными обозначениями, что затруднит его чтение. Поэтому в таких случаях с целью разгрузки чертежа от условных обозначений можно предложить все координирующие размеры МП отражать в спецификации, прилагаемой к чертежу (табл. 1.4.1), в которой должны быть указаны МП, конструкторские базы, шесть координирующих размеров X, Y, Z, ф, ці, 0, направления осей координатных систем МП и допуски на координирующие размеры, а также положение координатной системы МП относительно координатной системы чертежа. В тех случаях, когда деталь содержит небольшое число МП, можно системы координат и координирующие размеры наносить на самом чертеже.
При "безбумажном" производстве, когда чертеж детали отсутствует и Ъа станки с ЧПУ поступают соответствующие управляющие программы, проблема перенасыщения чертежа условными обозначениями отсутствует и реализация предложенной системы простановки размеров решается значительно проще.
При оформлении чертежа детали желательно на нем или отдельно к нему построить граф МП, который наглядно показывает конструкторские размерные связи между МП, конструкторские базы, уровень точности относительного положения МП и др.