Справочник технолога-машиностроителя 2

Назначение и типы сборочных приспособле­нии. Сборочные приспособления используют при узловой и общей сборке изделий. Они являются простыми, доступными и эффек­тивными средствами механизации ручной сборки, а также необходимыми дополни­тельными устройствами обычного и автомати­зированного сборочного оборудования. Сбо­рочные приспособления обеспечивают бы­струю установку и закрепление сопрягаемых элементов изделия. По степени специализации их подразделяют на универсальные и специальные.

Универсальные приспособления применяют в единичном и мелкосерийном производстве. К ним относят плиты, сборочные балки, приз­мы и угольники, струбцины, домкраты и раз­личные вспомогательные детали и устройства (подкладки, клинья, винтовые прихваты). Плиты и балки служат для установки, выверки и закрепления собираемых машин или их уз­лов. Плиты и балки изготовляют из чугуна; па их обработанной поверхности выполняют Т - образные пазы. Плиты и балки устанавли­вают на фундамент на 50-100 мм выше пола и тщательно выверяют по уровню. Призмы и угольники служат для установки и закрепле­ния узлов или базовых деталей собираемых машин. Домкраты служат для выверки и под­держки громоздких и тяжелых деталей и уз­лов.

Специальные приспособления применяют в крупносерийном и массовом производстве для выполнения определенных сборочных опе­раций. По назначению их разбивают на два основных типа.

К первому типу относят приспособления для неподвижной установки и закрепления ба­зовых деталей и узлов собираемого изделия. Приспособления этого типа облегчают сборку и повышают производительность труда, так как рабочие освобождаются от необходимости удерживать объект сборки руками. На рис. 15 показано приспособление первого типа для крепления корпусной детали узла. К приспосо­блениям данного типа обычно не предъявляют требований точной установки закрепляемых деталей; сила закрепления должна быть доста­точной для предотвращения смещения детали от действия сил и моментов, возникающих при выполнении сборочных операций.

Для удобства и повышения производитель­ности труда сборщиков приспособления часто выполняют поворотными. На рис. 16 показано приспособление с вертикальной осью поворо­та для сборки коробки передач, картер 1 кото­рой закрепляется на опорах зажимом 2. После поворота на требуемый угол верхнюю часть 5 фиксируют и закрепляют зажимом 4.

Приспособления для крепления базовых де­талей и узлов могут быть одно- и многоместными. Одноместные приспособления слу­жат для закрепления одного собираемого из­делия (см. рис. 15 и 16). При использовании многоместных приспособлений производи­тельность труда сборщиков повышается в результате сокращения вспомогательного вре­мени на одновременную установку и съем нескольких изделий.

Работу на многоместном приспособлении ведут по принципу последовательной или па­раллельной концентрации технологических переходов. Последний случай имеет место при одновременной затяжке резьбовых соединений на всех закрепленных в приспособлении изде­лиях с помощью многошпиндельного гайко­верта. Многоместные приспособления должны обеспечивать равномерное и быстрое закреп­ление всех деталей. Приспособление с пневма­тическим зажимом (рис. 17) удовлетворяет этому требованию.

Приспособления данного типа могут быть стационарными и передвижными. Стацио­нарные приспособления устанавливают на вер­стаках или сборочных стендах, передвиж­ные — на тележках или плитах конвейеров. При автоматической сборке эти приспособле­ния (приспособления-спутники) должны обес­печивать точную установку базовых деталей. В них должно быть предусмотрено устройство для съема готового изделия в конце сборки.

Ко второму типу специальных сборочных приспособлении относят приспособления для точной и быстрой установки соединяемых час­тей изделия. При использовании таких приспо­соблений сборщик не производит выверки взаимного положения сопрягаемых деталей, так как оно обеспечивается автоматически до­ведением их баз до соприкосновения с опора­ми и направляющими элементами приспособ­ления. Такие приспособления применяют для сварки, пайки, клепки, склеивания, развальцов­ки, посадки с натягом, резьбовых и других сборочных соединений. Они обеспечивают значительное повышение производительности и необходимы при автоматизации сборочного процесса.

На рис, 18 показано приспособление для сборки составного коленчатого вала, обеспечи­вающее соосность его коренных шеек 1 и 4. Их установка и закрепление в центрирующих призмах 2 и 5 производится перед затяжкой гаек 5 и 7 мотылевой шейки 6.

На рис. 19 представлена схема приспособ­ления для сборки зубчатой передачи прибора. В отверстия закрепленной в приспособлении нижней пластинки 1 вводят поддерживаемые пружинными вилками ползунов 2 валики 3 со­бираемой передачи. После наложения и закре­пления верхней пластины 4 на распорках 5 ползуны отводят назад в направлениях, ука­занных стрелками.

Приспособления этого типа могут быть одно- и многоместными, стационарными и подвижными. Подвижные приспособления применяют при большой программе выпуска мелких и средних изделий в условиях конвей­ерной сборки. Они характерны, в частности, для сборки методом пайки и склеивания.

Наряду со сборочными приспособлениями описанных типов в машиностроении исполь­зуют приспособления для предварительного деформирования собираемых упругих элемен­тов (пружин, рессор, разрезных колец и т. д.), а также для выполнения соединений с натя­гом, когда при сборке необходимо приложе­ние больших сил. Приспособления этого типа облегчают труд сборщиков, повышают производительность. Приводят их в действие вручную, используя усилители (рычажные, винтовые, комбинированные) или силовые узлы (пневмо, гидро- или электроприводы). На рис. 20 показано приспособление для надевания поршневых колец на поршень. Кольца 4 закладывают замками вниз между подвижными полукольцами 6. Конусную оп­равку 3 рычагом 1 вводят в кольца и разжи­мают их до размера, необходимого для сво­бодного введения поршня. Нажимая на пе­даль, рабочий через шарнирную систему 2 и ползун 7 сжимает полукольца и кольца, удерживая последние в разведенном состоянии после отвода оправки 3 влево. После установ­ки поршня 5 педаль освобождается, и кольца садятся в свои канавки.

В качестве примера приспособления, приво­димого в действие от пневматического устрой­ства, на рис. 21 показано приспособление для сборки муфты сцепления автомобильного дви­гателя. При сборке необходимо предваритель­но сжать пружины 1, находящиеся между на­жимным диском 2 и кожухом 3. Это дости­гается осадкой кожуха четырьмя Г-образными прихватами 4, связанными с пневматической системой 5. Затем завертывают гайки. После поднятия прихватов собранную муфту выни­мают из приспособления. На рис. 22 показано приспособление для устранения перекоса при запрессовке тонкого диска 2 па вал 3. Напра­вление диска осуществляется гильзой 5. При­способление устанавливают на стол 4 пресса, а запрессовка производится ползуном 1 до упора.

Элементы сборочных приспособлений. Спе­циальные сборочные приспособления состоят из корпуса и смонтированных на его основе установочных элементов и зажимных уст­ройств. Назначение установочных элементов то же, что и в станочных и контрольных приспо­соблениях, т. е. обеспечивать требуемое положение деталей и частей изделия без выверки. В качестве установочных элементов приме­няют стандартные или специальные детали в зависимости от вида используемых устано­вочных баз. Так как в качестве последних слу­жат окончательно обработанные поверхности деталей собираемого изделия, то устано­вочные элементы приспособления должны иметь достаточные опорные поверхности (по­стоянные опоры с плоской головкой по ГОСТ 13440 — 68, опорные пластину по ГОСТ 4743—68, широкие призмы, пальцы и другие элементы). В приспособлениях для крепления базовых деталей установочные элементы часто облицовывают твердой резиной или пластмас­сами, чтобы предупредить порчу поверхностей этих деталей.

Зажимными устройствами фиксируют по­лученное при установке положение соби­раемых деталей и обеспечивают их устойчи­вость в процессе выполнения сборочной опе­рации. Зажимные устройства предупреждают смещение собираемого изделия под влиянием сил, возникающих при выполнении соединений. Вместе с тем они не должны деформиро­вать детали изделия или портить их поверхно­сти. Это обеспечивается использованием мяг­ких вставок в зажимных элементах.

В сборочных приспособлениях применяют те же зажимные механизмы, что и в ста­ночных приспособлениях. Если рабочая зона приспособления ограничена необходимостью подачи сопрягаемых деталей по ело траекториям, зажимное устройство должно быть по возможности малогабаритным и дол­жно быть расположено так, чтобы не затруд­нять сборку. Этому требованию удовлетво­ряют низко расположенные прихваты и Г-образные прижимы. Для сокращения вспо­могательного времени привод зажимных устройств осуществляют от силовых узлов — пневмо- или гидроцилиндров. При использова­ний гидроцилиндров получается более ком­пактная конструкция сборочного приспособле­ния.

Непосредственное закрепление базовых де­талей собираемого узла на магнитной (элек­тромагнитной) плите недопустимо из-за воз­можности его намагничивания. Для неболь­ших сил закрепления весьма удобны и быстро-действенны вакуумные зажимные устройства, а для больших сил — пружинные. Последние часто применяют в приспособлениях для пай­ки и склеивания деталей. Они не препятствуют тепловому расширению деталей при нагреве и их сжатию при охлаждении. В качестве мате­риала пружин используют сплавы на основе Со — Ni — Сr — W — Мо, выдерживающие вы­сокую температуру нагрева (до 400 °С) без за­метного снижения механических свойств.

Пружинные зажимы применяют на стацио­нарных приспособлениях и на приспособле­ниях-спутниках. На рис. 23, а показано транспортируемое приспособление с прижимом приклеиваемых фрикционных накладок 1 к тормозным колодкам 3 посредством пру­жины 4 и охватывающей гибкой металличе­ской или тканевой ленты 2. Надевание и съем этой ленты производится с помощью стацио­нарного устройства (рис. 23,б). При подаче сжатого воздуха в цилиндр 9 происходит сжа­тие пружины вилкой 7 на штоке 8; левая вилка 6 упирается при этом в неподвижные штыри 5.

Для определения сил закрепления необхо­димо знать условия выполнения сборочных процессов. Так, при склеивании (клеем БФ-2 и др.) необходимо прижатие соединяемых де­талей давлением 15-20 МПа. При пайке силу прижатия устанавливают из условия прочной фиксации собираемых деталей. При выполне­нии резьбовых соединений базовая деталь из­делия воспринимает реактивный момент от за­тяжки этих соединений, поэтому их необходи­мо прочно удерживать от провертывания. Если используется многошпиндельное винтозавертывающее устройство, реактивный мо­мент воспринимается деталью и корпусом устройства. Зная внешнюю силу или момент, схему установки и закрепления собираемого изделия, а также реакции опор, можно найти необходимую силу закрепления.

Расчет сил закрепления сводится к задаче статики на равновесие изделия под действием приложенных к нему внешних сил. Найденная сила закрепления должна быть меньше или равна предварительно определенной из усло­вий допустимой деформации базовой детали изделия. В связи с этим выбор мест приложе­ния сил закрепления имеет большое значение. Силы закрепления необходимо передавать че­рез закрепляемые детали на жесткие опоры приспособления, избегая деформаций изгиба и скручивания. При расчете сил закрепления учитывают наибольшие значении сдвигающих сил и моментов, а также коэффициент запаса k. Его величину берут в пределах 1,5-2,5 в зависимости от схемы установки и закрепле­ния. При установке базовой детали на доста­точно большие участки чисто обработанной поверхности коэффициент трения берут 0,16.

К вспомогательным устройствам сбороч­ных приспособлений относят поворотные и де­лительные механизмы, фиксаторы, выталкива­тели и другие элементы. Их функциональное назначение и конструктивное оформление та­кие же, как и у станочных приспособлений. При конструировании поворотных приспо­соблений с горизонтальной осью вращения центр тяжести изделия по мере присоединения к нему деталей может изменять свое положе­ние. Положение оси следует выбирать так, чтобы момент поворота был наименьшим, а сумма работ на вращение поворотной части-приспособления по всем переходам сборки бы­ла минимальной.

Специфика конструирования специальных сборочных приспособлений. Исходными данны­ми при конструировании являются чертеж из­делия, технические условия на приемку изде­лия, технологический процесс сборки, который определяет последовательность и содержание операций, принятое базирование, оборудова­ние и инструменты, режимы работы, а также заданную производительность с учетом вре­мени на установку, закрепление и снятие со­бранного изделия.

Конструирование приспособления на­чинают с уточнения схемы установки базовой и сопрягаемых деталей изделия. Затем опреде­ляют тип, размер, число и взаимное располо­жение установочных элементов. Зная силы, возникающие в процессе сборки, устанавли­вают место приложения и величину сил д.1я закрепления базовых деталей. Исходя из это­го, а также учитывая заданную производи­тельность, конфигурацию и точность изделия, выбирают размер и конструкцию зажимного устройства. Далее выявляют элементы для на­правления собираемых деталей, устанавли­вают необходимые вспомогательные устрой­ства, оформляют конструкцию корпуса при­способления. При этом используют имеющие­ся нормали и стандарты.

При конструировании сборочных приспо­соблений необходимо учитывать базирование сопрягаемых деталей. В зависимости от тре­буемой точности их взаимного положения при сборке и в готовом изделии назначают допу­ски на размеры установочных и направляю­щих деталей сборочного приспособления на основании анализа размерной цепи данной технологической системы.

Особое внимание должно уделяться кон­струированию приспособлений для автомати­ческой сборки, так как для них необходима высокая надежность работы. При сильном за­креплении сопрягаемых деталей необходимо учитывать возможные деформации и их влия­ние на точность сборки.

К приспособлениям для сборки, при кото­рой детали изделия подвергаются нагреву (сварка различных видов, пайка, склеивание при использовании клеев горячего отвержде­ния), предъявляются дополнительные требова­ния, приведенные ниже.

Точность сборки зависит от вида сопряже­ния деталей, точности их изготовления, мето­да базирования при сборке, а также от точно­сти сборочного приспособления. Наибольшая точность обеспечивается при сборке сопря­гаемых деталей по центрирующим поверхно­стям без зазора. В этом случае приспособле­ние не влияет на точность сопряжения деталей по их концентричности (рис. 24, а). При непо­движных сопряжениях деталей, ориентиру­емых при сборке но центрирующим элемен­там с гарантированным зазором, их наиболь­шее смещение в боковом направлении от среднего положения равно максимальному ра­диальному зазору. Применяя конические или разжимные направляющие элементы приспо­собления (рис. 24,б), можно это смещение перед окончательным скреплением деталей свести к минимуму. При подвижном соедине­нии точность взаимного положения деталей не зависит от точности приспособления, а опре­деляется точностью изготовления самих дета­лей. Взаимное положение осей механизма за­висит от точности расположения отверстий в пластинах и от зазоров между цапфами и отверстиями (см. рис. 19).

При отсутствии центрирующих элементов сборку изделия ведут, совмещая технологиче­ские базы сопрягаемых деталей с измери­тельными, от которых производится измере­ние заданного размера. На рис. 24, в у соединяемых деталей 1 к 2 технологически­ми базами, которыми они контактируют с установочными элементами А сборочного приспособления, являются вертикальные пло­щадки. После выполнения соединения (стык показан жирной линией) выдерживаемый раз­мер х проверяют по тем же площадкам. В ре­зультате совмещения технологических и изме­рительных баз точность сборки будет на­ибольшая, так как погрешность базирования при этом равна нулю. Размер х может изме­няться лишь вследствие износа установочных элементов приспособления. На рис. 24, г пока­зана схема сборочного приспособления, где технологические базы деталей не совмещены с измерительными. В этом случае выдержи­ваемый размер х выполняется с погреш­ностью базирования, равной сумме допусков на размеры l₁ и l₂ сопрягаемых деталей.

На рис. 24, д показано приспособление для запрессовки втулки 4 в корпус 3. При сборке выдерживается размер Н. Поверхность а и по­верхность b втулки являются технологически­ми и измерительными базами. Условие совме­щения баз при этом выполняется, и погреш­ность базирования для размера Н равна нулю. Если при сборке выдерживается размер Н₁, то условие совмещения баз выполняется только для детали 3. Для детали 4 оно не выполняет­ся (поверхность b — технологическая база, а поверхность с - измерительная), поэтому по отношению к размеру H₁ возникает погреш­ность базирования, численно равная допуску на длину втулки Т₁. При выполнении размера Н₂ условие совмещения баз не выдерживается для обеих сопрягаемых деталей. Возникает по­грешность базирования для размера Н₂, численно равная Т₁ + Т₂, где Т₂ — допуск на раз­мер l₂ корпуса.

Изменив схему приспособления (рис. 24, е) и применив ступенчатый наконечник прессую­щего устройства, можно привести погреш­ность базирования для размера H₂ к нулю при условии, что по нижнему торцу втулки предусмотрен зазор. Из рассмотренных примеров видно, что погрешность базирования в сборочных приспособлениях может достигать больших значений, чем при механической обработке.

Если при сборке обе сопрягаемые детали закрепляются силами Q₁ и Q₂ (рис. 24, в), то погрешность закрепления

где ε_з1 и ε_з2 - погрешности закрепления от сил Q₁ и Q₂.

В данном случае увеличивается также по­грешность закрепления по сравнению с по­грешностью установки заготовки в станочных приспособлениях.

При сборке более сложных узлов с боль­шим числом деталей точность выдерживаемо­го размера может быть определена на основа­нии расчета соответствующей размерной цели. При расчете размерной цепи по максимуму и минимуму (метод полной взаимозаменяемо­сти) допуск на выдерживаемый размер х (рис. 25, а)

где Т — допуск на размер L приспособления;   — сумма допусков на размеры l₁, l₂, ... ,l_n деталей. Эта формула справедлива для случая, когда сборка осуществляется с ис­пользованием нескольких приспособлений (ду­блеров) или приспособлений-спутников на ав­томатической линии. Если сборку выполняют в одном приспособлении, величину Т учиты­вать не следует; при большой программе вы­пуска изделий под величиной T нужно пони­мать допуск на износ установочных элементов приспособлений.

Из этого выражения можно найти допуск T на размер приспособления, зная допуски на размеры сопрягаемых деталей, и допуск Т_х на выдерживаемый размер:

При расчете размерной цепи по методу не­полной взаимозаменяемости допуск на выдер­живаемый размер х можно определить по формуле

где t - коэффициент, определяющий риск (%) получения брака по выдерживаемому размеру при сборке; обычно берут t = 3:

λ₁, λ₂ ... λ_n — коэффициенты, зависящие от формы кривых распределения размеров со­ответствующих сопрягаемых деталей узла.

В случае кривой распределения, близкой к нормальной, λ = 1/9. Для кривой равной ве­роятности и в случае, когда о форме кривой ничего не известно, рекомендуется принимать λ = 1/3. Если кривая распределения близка к треугольнику, λ = 1/6. Зная исходные вели­чины и задаваясь значениями t, можно опреде­лить допуск T на размер сборочного приспо­собления:

Результаты расчета показывают, что при сравнительно небольшом риске получения брака допуск на размер приспособления мож­но значительно расширить. Вместе с тем рас­ширяют допуски и на размеры сопрягаемых деталей.

При сборке неразъемных соединений мето­дом пайки, сварки и склеивания необходимо учитывать зазоры между установочными эле­ментами приспособления и базовыми поверх­ностями собираемого изделия. На рис. 25,б показана схема приспособления для пайки в печи деталей А и В. Место пайки показано жирной линией. Пайку производят с общим нагревом приспособления и изделия. Для уче­та различного теплового расширения приспо­собления и деталей изделия нужно предусмат­ривать зазор при установке этих деталей в приспособление. В противном случае воз­можно заклинивание изделия иди искажение взаимного положения сопрягаемых деталей. Для простейших форм деталей и приспособле­ния величину минимального зазора Δ можно определить, зная температуру нагрева t, раз­меры сопрягаемых деталей и коэффициенты теплового расширения а этих деталей и при­способления. Применительно к схеме (см. рис. 25,б)

Здесь величины с индексами относятся к деталям изделия, а величины без индек­сов — к приспособлениям. Если L_Aa_A + L_Ba_B < L_a, то первоначальный зазор с повышением температуры будет возрастать. Величину Δ в этом случае следует назначать такой, чтобы можно было легко осуществить закладку в приспособление деталей, выполненных с наи­большими предельными размерами.

При сложных формах деталей величину Δ нужно устанавливать экспериментально.

Величину допуска Т на размер L приспо­собления можно назначать достаточно боль­шой, если соединяемые детали прижаты друг к другу по стыку С; точность выполняемого размера L_сб при этом от допуска Т не зависит. При отсутствии гарантированного прижатия деталей по стыку С допуск Т_сб на выполняемый размер можно определить по методу полной взаимозаменяемости:

Т_сб = Т_А + Т_В + Δ + Т,

откуда

Т = Т_сб - Т_А - Т_В - Δ

При расчете по методу неполной взаимоза­меняемости из выражения допуска на выдер­живаемый размер

можно найти

Если собираемое изделие состоит из n де­талей, то выражение принимает вид

при λ = λ₁ = λ₂ = … = λ_n = 1/9 (распределе­ние по нормальному закону) и t = 3

Для повышения точности изделий, соби­раемых методом пайки, сварки и склеивания, целесообразны конструкции с центровкой де­талей по пояскам, буртикам, пазам и другим элементам.

Сборочное приспособление должно обеспе­чивать заданную точность при длительной эксплуатации и многократном нагреве (при пайке твердыми припоями температура нагре­ва 700-1200ºС).

При необходимости удаления не полностью охлажденного изделия из приспособления ре­комендуется снижать площадь контакта ме­жду деталями и приспособлением, создавая местные выточки и выемки. Удобны раз­борные конструкции приспособлений с малы­ми параметрами шероховатости поверхности установочных элементов. В разборных кон­струкциях предпочтительнее клиновые соеди­нения перед резьбовыми. Приспособление дол­жно быть легким для уменьшения времени нагрева. Необходимо избегать длинных и от­носительно тонких плит, так как при нагреве они деформируются.

Выбор материала для основных деталей приспособления определяет долговечность приспособления и точность сборки. Коэффи­циент расширения материала деталей изделия должен быть меньше, чем коэффициент рас­ширения материала приспособления. В этом случае можно допустить меньшие тепловые зазоры между приспособлением и изделием и обеспечить более высокую точность сборки, которая для небольших изделий составляет 0,025-0,05 мм.

Материал основных деталей приспособле­ний должен выдерживать многократные на­грев и разборку (в разборных конструкциях), а также быть прочным и износостойким. Этим требованиям удовлетворяют специальные сплавы и керамика. При пайке алюминиевых сплавов погружением для деталей приспособления рекомендуется применять жаропрочные никелевые сплавы или коррозионно-стойкую сталь, так как углеродистая сталь загрязняет ванну. В приспособлении не должно быть уг­лублений, препятствующих стеканию припоя.

Если пайку производят с индукционным нагревом деталей, то близко расположенные к индуктору детали приспособления рекомен­дуется выполнять из неметаллических мате­риалов (микалекса, эпоксипластов, армиро­ванных стеклотканью, керамики), обладающих химической стойкостью к флюсу и высокими изоляционными свойствами. Если применяют металлические детали, то их нельзя выполнять в виде кольца или замкнутой петли, так как в этом случае в них индуцируются ТВЧ. Их делают пустотелыми и применяют для охлаж­дения проточную воду.

Приспособления периодически проверяют на точность. Их конструкция должна быть удобной для быстрой проверки без примене­ния косвенных методов контроля. Приспособ­ления для склеивания подвергают периодиче­ской очистке от накапливающихся следов клея. Поскольку большинство клеев не уда­ляется растворителями, нужно предусматри­вать быстрый съем (или разборку) приспособ­ления для его нагрева до температуры, при ко­торой клей разрушается (около 300 °С). После этого очистку производят механически (щетка­ми, скребками и др.).

Приспособления для изменения положения собираемого изделия. При больших размерах изделий для изменения их положения в про­цессе сборки применяют поворотные устрой­ства.

На рис. 26, а изображена схема приспособ­ления для сборки изделий цилиндрической формы. Корпус приспособления 1 снабжен ро­ликами 2, на которые укладывают деталь 3, легко поворачиваемую на требуемый угол. На рис. 26, б показана схема приспособления для перевертывания изделия, проходящего сборку (обработку) на роликовом конвейере. Деталь 5 закатывают в клеть 6 приспособления и по­вертывают на 180º вокруг цапф 5, вследствие чего она оказывается в перевернутом положе­нии на другой стороне рольганга. Клеть фик­сируется вытяжным упором 4. Центр тяжести поворотной части с горизонтальной осью вра­щения и центр тяжести собираемого изделия должны по возможности лежать на этой оси. Это уменьшает момент поворота. Поворот­ную часть вращают вручную (сила поворота на рукоятке штурвала не должна быть больше 100 Н) или от силового узла.