Геометрические характеристики изделий: принципы стандартизации и системы отсчета Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 006.91:658.562(075)

В.И. Глухое, W.L Glukhav, e-mail :[email protected]

Омский государственный технический университет, г. Oiick, Россия

Omsk State Technical University, Omsk, Russia

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТИЕРИСТИКИ ИЗДЕЛИЙ: ПРИНЦИПЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ И СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА

GEOMETRICAL PRODUCT SPECIFICATIONS: STANDARDIZATION PRINCIPLES AND REVEAL SISTEMS

Рассматриваются научные принципы стандартизации геометрических характеристик технических изделий. единые для процессов проектирования, производства контроля н эксплуатации, с целью обеспечения высокого качества продукции.

Discusses tJie standardization geometrical product specifications scientific principles common for engineering, manufacturing, control and operation processes , with tlie anu high quality products providing.

Ключевые слова: геометрические характеристики изделий, научные принципы стандартизации, система координат изделия, процессы жизненного цикла

Keywords: the geometrical product specificasions , scientific principles of standardization, the product coordinate system, the life cycle processes

Все технические системы могут эффективно работать, опираясь на высококачественные проект, технологию производства и на достоверную измерительную информацию о точности геометрических характеристик продукции.

Фундамент качества продукции закладывается в проекте продукции, который состоит из четырех частей:

- нормативно-технической (стандарты и технические условия на процессы, продукцию, комплектующие и материалы),

9

- конструкторской (полный комплект конструкторской документации на продукцию),

- технологической (полный комплект технологической документации на изготовление деталей и сборку продукции).

- метрологической (методики выполнения: измерений и испытаний показателей качества деталей, сборочных единиц и продукции б целом).

Высокое качество изделии по показателям служебного назначения и по точности геометрических характеристик может быть получено, если все части проекта продукции разработаны на единых научных принципах, обпшх для всех процессов жизненного цикла продукции: стандартизация - конструирование - производство - контроль - эксплуатация. К числу таких принципов относятся:

- принцип инверсии, согласно которому каждая деталь конструкции превращается из объекта проектирования при разработке конструкции изделия в объект изготовления при разработке технологических процессов и производстве продукции, затем в объект измерения при контроле качества и, наконец, в деталь изделия при эксплуатации. Для сохранения преемственности между этими превращениями условия работы каждой детали в проекте, условия производства, условия измерения детали должны соответствовать условиям эксплуатации по базированию, кинематике, действующим силам, температурам и другим влияющим факторам. Точно также принцип инверсии действует в процессе стандартизации;

- принцип системности, согласно котором}1 каждая деталь предетавляет собой систему (множество) геометрических элементов, внутренние взаимосвязи которых обуславливают целостные свойства детали как единого целого В свою очередь, множество деталей образует более сложную систему сборочной единицы, взаимосвязи между деталями которой являются их внешними связями. Круг качества также является системой взаимосвязанных процессов жи зненного цикла изделия:

- принцип единства баз, согласно которому проектные базы деталей и изделий в конструкторских проектах, технологические базы при изготовлении деталей и сборке изделий, измерительные базы при контроле продукции должны совпадать с конструкторскими базами деталей и изделий при их эксплуатации:.

- принцип кратчайших функциональных, кинематических и размерных цепей, согласно которому число 'звеньев любой цепи, а д ля размерных - и их значения - должны быть минимально возможными;

- принцип служебного назначения., согласно которому функции служебного назначения изделий, деталей изделий, элементов деталей и поверхностей элементов различны и должны учитываться на всех процессах жизненного цикла;

- принцип взаимозаменяемости, согласно которому изделие должно сохранять выполнение своего служебного назначения при замене одних его деталей и частей другими;

- принцип процвсснасти, согласно которому каждый процесс жизненного цикла имеет вход и выход: при этом выход одного процесса является входом последующего. В соответствии с этим принципом качество продукции на любом предшествующем процессе круга качества должно полностью удовлетворять требованиям последующего процесса и его затратам на повышение (или сохранение) качества: конструкторский проект должен быть технологичным, чтобы его можно было изготовить в процессе производства, контроле пригодным, чтобы все его нормы точности были метрологически обеспечены методами измерений и измерены в процессе контроля с допускаемыми погрешностями;

- принцип двухмерноети геометрических характеристик, согласно которому структура характеристик состоит из двух мер - меры длины и меры угла, а каждый размер имеет два значения: размер максимума материала (наибольший для наружного элемента и наименьший для внутреннего) и размер минимума материала (наименьший для наружного элемента и наибольший для внутреннего).

Детали изделий по своему служебному назначению делятся на три основные группы:

1) детали, с помощью которых изделие выполняет свои рабочие функции;

2) детали, с помощью которых осуществляется кинематика деталей первой группы;

3) детали, обеспечивающие заданное относительное положение деталей первой и второй групп.

Система координат детали является обобщенной системой, относительно которой задается положение всех элементов детали. Поскольку деталь является о&ьемным телом, то ее система координат должна быть пространственной. Положение система! координат детали в системе координат машины однозначно задают шесть координат - три линейные и три угловые. Поскольку система координат детали материализована базами то общее число лишаемых базами степеней свободы должно быть равно шести без дублирования лишаемых движений. Ни одна из баз, кроме винтовой конической, не может лишить деталь шести движений, поэтому базы объединяются в комплекты баз, по которым происходит соединение деталей.

Каждый комплект баз, лишающий рассматриваемую или присоединяемую деталь шести степеней свободы, образует систему координат. В соответствии со служебным назначением баз положение детали в сборочной единице определяют основные конструкторские базы [2] Поэтому система координат комплекта основных баз, как правило, должна быть принята в качестве обобщенной системы координат для деталей первой и второй групп. В корпусных и базирующих деталях третьей группы в качестве обобщенной системы координат детали может быть принята система комплекта вспомогательных конструкторских баз для наиболее ответственной присоединяемой детали. В обобщенной системе координат задается относительное положение вспомогательных систем координат комплектов баз и собственные системы координат исполнительных поверхностей. Оси обобщенной системы координат являются геометрической основой при разработке геометрической модели детали.

Положение осей системы координат в первую очередь определяют базы, лишающие наибольшего числа движений. При наличии в комплекте баз определяющей плоской базы, лишающей деталь трех степеней свободы, прилегающая к базе плоскость является координатной плоскостью системы координат детали, причем эта координатная плоскость также лишает деталь трех движений (базаЛЪ на рис. 1, я) и в ней располагаются две взаимно перпендикулярные оси координат Хи Г и начало координат О

V

< > 4г н

>5

Т н

X

Рис. 1. Системы координат, образованные комплектом трех конструкторских 6а.? детали (а), и образованные комплектом шести опорных точек технологических баз заготовки

Вид системы координат, положение начала координат и осей координат определяют другие базы комплекта. Если комплект дополняют плоские базы Б2 и В1п лишающие двух и одной степеней свободы, то положение осей координат Xи Г определяют линии пересечения плоскостей, касательных к этим базам и перпендикулярных к базеАЗ и друг другу Точка пересечения осей X и У лежит в плоскости базы АЗ и определяет положение начала координат О, а ось 2 восстанавливается из начала координат перпендикулярно к координатной плоскости ЛТ

То та о так же систему координат образуют три технологические базы, имеющие комплект из шести опорных точек (рис. 1о).

Таким образом, комплект трех плоских баз. лишающих рассматриваемую ими присоединяемую деталь шести степеней свободы, материализует прямоугольную декаргову систему координат, имеющую очень важную отличительную особенность: все три ее координатные плоскости имеют разную информативность, численно равную количеству лишаемых базами степеней свободы: 3, 2, 1. Это значит, что из шести координат, необходимых для задания положения комплекта элементов, имеющего собственную вспомогательную систему координат ЦХТТВБ в обобщенной системе координат детали ОХПОБ (рис. 2), три координаты должны быть 'заданы относительно координатной плоскости с информативностью 3 (ХТОБУ, две координаты - относительно плоскости с информативностью 2 (Х20Б) и одну -относительно плоскости с информативностью 1 (К?ДБ)

Рнс. 1. Три линейных и три угловых координаты вспомогательной системы координат (ВБ)

для присоединяемой детали относительно обобщенной системы координат комплекта основных конструкторских баз (<Э5) рассматриваемой детали: а) 30-модель.: 6] 2Е)-модель

При этом открывается вторая отличительная особенность прямоугольной системы координат: качественный состав координат совпадает с движениями, лишаемыми координат-ныьш плоскостями: при информативности 3 координатная плоскость ХУОБ лишает деталь одного линейного смешения и двух угловьк поворотов, поэтому относительно этой плоскости для каждого элемента может быть задана одна линейная координата III и две угловых: УН-Т (вокруг оси X) и У77У (вокруг оси У), т. е. вокруг осей, расположенных в координатной плоскости ХТОБ. Относительно координатной плоскости ХЮБ с информативностью 2 и

лишением одного линейного смешения и одного углового поворота могут задаваться одна линейная координата 7Ц и одна угловая координата YTIZ (вокруг оси Z) От координатной плоскости с информативностью 1 (YZOS), которая лишает одного поступательного смещения. может быть задана только одна линейная координата ХЦ. Выполнение этих требований обеспечит наиболее точное пространственное положение 'элемента относительно комплекта плоских баз за счет кратчайших размерных цепей между базами и элементами детали.

Понятие информативности баз распространяется и на основные, и на вспомогательные базы. Кратчайшие размерные цепи могут быть установлены между вспомогательными и основными базами с одинаковой информативностью, что, по существу, определяет одинаковость типов геометрической формы основных и вспомогательных баз деталей.

Более того, различная информативность координатных плоскостей определяет различную информативность осей координат: 4 - для оси ХОБ, 2 - для оси ТОБ и О (ноль) - для оси ZOE [1].

Аналогичным образом устанавливается информативность осей деталей и элементов, выполненных в цилиндрической или сферической системах координат.

Таким образом, с целью обеспечения высокого качества технических изделий всех отраслей промышленности предлагается:

1) применять научные принципы создания высококачественной продукции при стандартизации геометрических характеристик изделий для всех процессов жизненного цикла.

2) ввести в стандарты на конструкторскую, технологическую и метрологическую документацию требование нанесения систем координат с обозначением информативности их осей или (и) координатных плоскостей дополнительно к указаниям информативности баз в национальных, региональных [2, 3] и международных [4] стандартах.

Библиографический список

1. Г духов, В. И. Открытие различной информативности осей координат в системах отсчета геометрических величин деталей машин и приборов / В. И. Глухов // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2010. - № 3(93). - С. 193-196.

2. ГОСТ 21495-76. Базирование и базы в машиностроении. Термины и определения. М. : Изд-во стандартов, 1982. - 32 с.

3_ ГОСТ 2.307-2011 ЕСКД. Указание допусков формы и расположения. - М. : Стан-дартинформ, 2011. - 29 с.

4 ISO 5459:2011. Geometrical product specifications (GPS) - Geometrical Tolerances. -Datums and datum systems.

5. ISO 5459:2011. Геометрические характеристики изделий (GPS) - Геометрические допуски. Базы и системы баз.