Методы менеджмента качества

ГЛАВА 12

ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ НОРМ ТОЧНОСТИ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ СТРУКТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗАЕЛИЯ

12.1. Общие положения и рекомендации

Рассмотренные в главах 1-11 аспекты обеспечения качества изделий на стадии разработки в совокупности представляют цельную методику проектирования норм точности, основанную на системном подходе. Методика представлена как алгоритм проектирования норм точности изделий и их структурных компонентов со строгой последователь­ ностью и взаимодействием элементов, что обеспечивает достоверность проектировочных расчетов и объективность принятых конструктор­ ских решений (см. рис. 2.4). В структуре алгоритма четко прослежива­ ется комплексный модульный подход как в отношении объектов проек­ тирования, так и в отношении применяемых методов и средств.

Модульный подход в отношении объектов проектирования проявля­ ется в следующем. Изделие механического типа независимо от назна­ чения и уровня сложности может быть представлено в виде информа­ ционной модели — структурной иерархической «пирамиды» как формализованного объекта, наделенного заданными техническим зада­ нием показателями качества (см. рис. 2.4). Каждый иерархический уро­ вень «пирамиды» (изделие (И), функциональные устройства (ФУ), конструктивные цепи (КЦ), соединения (СД), детали (Д)), а также каждый типовой элемент в пределах уровня образуют совокупность взаимосвязанных типовых фрагментов-модулей. Каждый фрагментмодуль представляет собой функционально целостный элемент струк­ туры изделия (структурный компонент), который является самостоя­ тельным объектом проектирования норм точности.

Данный подход позволяет разделить процесс проектирования норм точности изделия на ряд последовательно-параллельных процессов проектирования норм точности структурных компонентов (модулей),

имеющих общие алгоритмы решения задач, но разные методы и сред­ ства.

Модульный подход в отношении методов и средств проектирования

проявляется в следующем. Необходимым условием обеспечения прослеживаемости норм точности по всем элементам структуры изделия и целостности всей информационной модели изделия является типи­ зация подходов к решению задачи проектирования норм точности. Ти­ пизация возможна за счет разработки и применения типовых алгорит- мов-модулей процесса проектирования для каждого элемента структуры изделия.

Рационально, чтобы применяемые типовые алгоритмы-модули под­ чинялись:

♦общим подходам, единым для всех уровнях структурной иерархи­ ческой «пирамиды» изделия;

♦специальным подходам, единым для структурных компонентов на данном уровне иерархии и характеризующим специфику проектирова­ ния норм точности на уровне изделия (И), функционального устрой­ ства (ФУ), конструктивной цепи (КЦ), соединения (СД), детали (Д).

Это позволит перевести задачу проектирования норм точности в раз­ ряд процедурных инженерных задач, применяемых в массовом поряд­ ке в рамках промышленного предприятия.

Среди общих подходов к проектированию норм точности изделия можно выделить:

♦решение от общего к частному с использованием принципа струк­

турной декомпозиции.

Процесс проектирования норм точности как алгоритм включает строгую последовательность действий: заданная неопределенность по­ ложения (перемещения) рабочего элемента изделия или его структур­ ного компонента уровня иерархии i распределяется между влияющими параметрами структурных компонентов уровня иерархии (i+1);

♦результаты проектирования норм точности на каждом уровне ин­ формационной пирамиды являются исходными данными для расчетов на следующих уровнях;

♦декомпозиция элементов структуры изделия предполагает свой­ ство вложенности применяемых типовых алгоритмов-модулей: норми­ руемые параметры структурных компонентов изделия уровня иерар­ хии i в свою очередь являются целевыми показателями качества для соответствующих структурных компонентов уровня иерархии (г+1);

♦процедура проектирования норм точности для каждого струк­ турного компонента любого уровня иерархии сводится к задаче рас­

Для оценки рациональности решения задачи полезно рассчитать ко­ эффициент запасаточности, который равен отношению заданного и про­

рационального решения задачи проектирования норм точности, так как не учитывает относительного расположения диапазонов рассеяния заданного и расчетного (рис. 12.1).

В качестве альтернативы для обеспечения условия ^ “жилаемое е час­ то используют метод «увязочного размера». Метод предполагает, что один из влияющих параметров (наименее ответственный) принимает­ ся в качестве «увязочного» А .Для остальных выявленных параметров цепи из «конструктивных соображений» назначают номинальные зна­ чения А" , средние отклонения е/га., допуски Г., коэффициенты относи­ тельной асимметрии а ,, коэффициенты относительного рассеяния АГ,, коэффициенты приведения к нормальному закону рассеяния Kt . Характеристики «увязочного» параметра А определяются по следую­ щим формулам:

номинальный размер «увязочного» параметра:

> С.

допуск «увязочного» параметра:

Если при назначении технологически выполнимых полей допусков на влияющие параметры не удается выполнить условие Л°жшмсмос е Аг ,

причем поле допуска /4°жидашое значительно отличается от Az (по зна­ чению допуска и среднего отклонения), задача проектирования норм точности решается методом «неполной взаимозаменяемости», т. е. пу­ тем введения компенсации (глава 14).

Процесс проектирования норм точности структурных компонентов изделия на различных уровнях иерархии в силу очевидных различий имеет свои особенности и специальные подходы.

12.2. Особенности проектирования нормточности науровне изделия

Исходными данными для проектирования норм точности на уровне изделия являются требования, которые задаются, как правило, заказ­ чиком в техническом здании, контракте или ином документе. Все тре­ бования к изделиям механического типа, которые могут стать предме­ том проектирования норм точности, можно разделить на следующие группы:

♦кинематические (например, допускаемая погрешность прибора

вдиапазоне измерений 0...1 мм, допускаемый диапазон значений ско­ рости перемещения стола контрольного приспособления и др.);

♦геометрические (например, допускаемый диапазон значений габа­ ритных или присоединительных размеров, допуски взаимного распо­ ложения рабочего элемента изделия относительно базового типа, до­ пуск радиального биения оси вала электродвигателя и др.);

♦силовые (например, допускаемый диапазон значений крутяще­ го момента привода шпинделя станка, допускаемый диапазон значе­

ний тягового усилия стенда для испытаний материалов на разрыв

идр.);

♦другие (например, допускаемый диапазон значений коэффициен­

та полезного действия, допускаемый диапазон значений параметра долговечности изделия и т. п.).

Большинство параметров, для обеспечения норм точности кото­ рых используются расчетные методы проектирования норм точнос­ ти, относится к первым двум группам, поэтому будем рассматривать особенности проектирования норм точности на уровне изделий только применительно к кинематическим и геометрическим пара­ метрам.

Требования, содержащиеся в техническом задании применительно к кинематическим и геометрическим параметрам, задаются, как прави­ ло, в техническом задании в виде допускаемой неопределенности поло­ жения или перемещения рабочего элемента изделия.

Целью проектировочного расчета норм точности на уровне изделия является выявление источников формирования неопределенности за­ данного показателя качества и распределение ее допускаемого значе­

12.2. Особенности проектирования норм точности науровне изделия_______185

ния между всеми составляющими, т. е. допускаемую неопределенность положения или перемещения рабочего элемента необходимо распреде­ лить между функциональными устройствами, из которых состоит из­ делие.

Решение первой задачи проектирования норм точности. Очевидно, что количество источников неопределенностей формально равно коли­ честву функциональных устройств, входящих в состав изделия.

Следует иметь в виду, что функциональные устройства бывают двух типов: преобразующие и базирующие.

Преобразующие функциональные устройства являются действую­ щими источниками неопределенностей заданных кинематических па­ раметров. Базирующие функциональные устройства являются дей­ ствующими источниками неопределенности заданных геометрических параметров.

Пример. Обеспечить расчетным путем на стадии проектирования показатели качества изделия — привода стола измерительного прибора (рис. 12.2):

1)скорость перемещения стола в установившемся движении V = 50 ± 0,1 мм/мин;

2)допуск прямолинейности движения стола в вертикальной плос­

кости Т_ = 63 мкм.

Очевидно, что первый показатель качества относится к категории кинематических параметров, второй — к категории геометрических.

Из анализа структурной схемы изделия (рис. 12.3) следует, что функциональные устройства ФУ1 (двигатель), ФУ2 (муфта), ФУЗ (зубчатая передача), ФУ4 (передача «винт — гайка») являются преоб­ разующими функциональными устройствами. Функциональное уст­ ройство ФУ5 (базирующее устройство стола) относится к категории базирующих.

Решение первой задачи проектирования норм точности. Идентифи­ цируем источники комплексных первичных неопределенностей пара­ метров (рис. 12.2).

Для кинематического параметра V = 50 ±0,1 мм/мин:

♦ФУ 1 (двигатель) — неопределенность угловой скорости враще­ ния вала двигателя;

♦ФУ2 (муфта) — неопределенность угловой скорости вращения

ведомого вала муфты; ♦ ФУЗ (зубчатая передача) — неопределенность угловой скорости

вращения вала ведомого зубчатого колеса;

188 ГЛАВА 12. Порядок проектирования норм точности для различных..

Таблица 12.1. Результаты проектирования норм точности на уровне изделия

Примечание. Пример проектирования норм точности на уровне изделия приведен в приложении 1.

12.3. Особенности процедуры проектирования нормточности функциональныхустройств

Исходными данными для проектирования норм точности функ­ ционального устройства в соответствии с иерархической структу­ рой изделия являются результаты проектировочного расчета на предыдущем уровне — уровне изделия. Форма их представления — допускаемые диапазоны значений неопределенности положения/ перемещения рабочего элемента функционального устройства (см. табл. 12.1).

Целью расчета является выявление источников формирования не­ определенности заданного показателя качества функционального устройства и распределение его допускаемого значения между всеми составляющими, т. е. допускаемую неопределенность положения или перемещения рабочего элемента функционального устройства необ­ ходимо распределить между параметрами конструктивных цепей, входящих в его состав.

Решение первой задачи проектирования норм точности. Для функ­ ционального устройства любого типа количество потенциальных ис­ точников неопределенностей в общем случае равно количеству степе­ ней свободы материального тела в пространстве — шести. Три линейные и три угловые координаты характеризуют в общем случае положение/ перемещение рабочего элемента схемной детали функционального устройства. Степени свободы «материализованы» в функциональном устройстве соответствующими конструктивными цепями. Каждая кон­

структивная цбпь через неопределенность положения рабочего элемен­ та схемной детали функционального устройства по «своей» координате вносит вклад в суммарную неопределенность положения/перемещения рабочего элемента схемной детали функционального устройства по за­ данной координате.

В этом смысле следует различать алгоритмы проектирования норм точности преобразующего и базирующего функциональных устройств.

Различие заключается, во-первых, в том, что для преобразующего функционального устройства задается, как правило, требование к не­ определенности перемещения рабочего элемента схемной детали, а для базирующего функционального устройства — требование к неопреде­ ленности положения.

Во-вторых, существенным является различие в идеологии представ­ ления первого слагаемого уравнений (2.14, 2.15).

Первое слагаемое для преобразующего функционального устройства является неопределенностью перемещения рабочего элемента схемной детали по заданной для функционального устройства координате (раз­ решенная степень свободы) и отражает точность его функционирова­ ния при номинальном относительном расположении схемных элемен­ тов по пяти оставшимся координатам (запрещенным степеням свободы)

всистеме координат изделия, в то время как первое слагаемое для ба­ зирующего функционального устройства является неопределенностью положения рабочего элемента схемной детали по заданной для функ­ ционального устройства координате.

Последующие слагаемые уравнений (2.14j 2.15) как для преобразую­ щего, так и для базирующего функциональных устройств представляют взвешенный вклад (через коэффициенты влияния) неопределенностей положения схемных элементов по запрещенным степеням свободы

всистеме координат изделия.

Первое слагаемое уравнений (2.14, 2.15), представляя собственную неопределенность положения/перемещения рабочего элемента функ­ ционального устройства, описывается функцией связи функциональ­ ного устройства (глава 3). Как известно, функция связи у - f(x,qs) содержит в качестве влияющих факторов конструктивные параметры функционального устройства, поэтому задача обеспечения нормы точ­ ности первого слагаемого уравнений (2.14, 2.15) «решается» до конца на этом этапе проектирования норм точности.

Полученные в результате проектирования норм точности функ­ ционального устройства значения 2- 6-го слагаемых уравнений