Материал: Проектирование технологии сборки и испытаний изделий. Сай В.А., Кириллов О.Н

6.2. Разработка технологического процесса

автоматической сборки

Разработка технологического процесса автоматической сборки осуществляется в следующей последовательности:

1. изучение сведений о качестве изделий, действующей технологии изготовления деталей и об их контроле;

2. выявление операций, оказываемых наибольшее влияние на качество собираемых изделий;

3. изучение видов соединений и режимов сборки, конструкционных баз, условий ориентации и подачи элементов на позицию сборки;

4. выявление оптимальной степени расчленения изделия и определение возможных мер по повышению технологичности его конструкции для условий автоматизации сборки;

5. выбор метода автоматической сборкой соединений;

6. разработка технологических вариантов схем сборки, вариантов схем базирования деталей и их закрепления;

7. выбор загрузочных и ориентирующих устройств, механизмов контроля; сборочных головок, транспортных устройств и т.п.

8. на основе технико-электронного анализа возможных вариантов осуществляется выбор наибольших рациональных вариантов технологических процессов автоматизации сборки.

Типовой технологический процесс автоматической сборки изделий состоит из следующих переходов:

– загрузки сопрягаемых деталей в бункерные загрузочные или транспортирующие устройства, с предварительной их ориентацией при выдаче на сборочные позиции через точки отсекателей;

– ориентации в пространстве с требуемой точностью положения поверхностей сопрягаемых деталей на сборочной позиции;

– соединения и фиксации сопряжённых деталей или сборочных единиц;

– контроля требуемой точности относительного положения сопряжённых деталей;

– разгрузки и транспортировки готовой сборочной единицы.

При проектировании технического процесса автоматической сборки предусматривается необходимость автоматизации всех переходов технологической операции, обеспечения наименьшего числа перемен положения деталей в процессе сборки, построение технологического процесса по поточному принципу и чередование сборочных операций и переходов с контрольными.

Технологический процесс начинается с подачами деталей на сборочную позицию в заданном положении; для этого используют ориентирующие устройство пассивной и активной ориентацией. При пассивной ориентации в случае неправильной ориентировки деталей они сбрасываются с лотка вибрационного бункера. При активном ориентировании специальные устройства в механизмах питания принудительно устанавливают детали в правильное положение, что требует затрат некоторого времени, в течении которого перед устройством ориентации образуется очередь подаваемых деталей.

Установка базовых деталей на сборочные позиции производится в соответствие с правилом шести точек со строгим учётом необходимости обеспечения стабильного положения сопрягаемых поверхностей при колебании размеров деталей в пределах установленных допусков. Иногда установка производится в два этапа: 1 – предварительная установка и ориентация, 2 – окончательное фиксирование.

Разработка технологического процесса автоматической сборки должна быть детальной с построением соответствующей схемы сборки. Каждая операция сборки, изображённая на технологической схеме, определяет вид рабочей позиции сборочного оборудования. Технологическая схема с соответствующими характеристиками отдельных операций и переходов

Рис. 6.1. Технологическая схема автоматической

узловой сборки

является основной для проектирования автоматического сбо-

Метод неполный взаимности для короткозвенных размерных цепей находит ограниченное применение при автоматической сборке ввиду возможности появления брака и заклинивания деталей в процессах их сборки. Этот метод применяется для размерных цепей, у которых число звеньев находится в пределах 5-10.

Метод групповой взаимозаменяемости (селективная сборка) в автоматической сборке применения труда, когда необходимо обеспечить высокую точность сопряжения деталей.

Метод регулирования при автоматической сборке имеет ограниченное применение, так как схема и конструкция усложняется за счёт регулируемых и контрольных устройств.

Метод пригонки при автоматической сборке нецелесообразен.

рочного оборудования узловой сборки. На схеме рисунка 6.1 собираемые детали и сборочные единицы изображены прямоугольниками, а операции – кружками с последовательной нумерацией.

Операции, определяющие позиции сборочного оборудования, на схеме обозначены буквами: Д1,…,Д5 – деталь; П – подача детали; К – контроль; О – обработка; З – закрепление; В – выдача собранного узла; У – удаление недоброкачественных узлов.

Продолжительность каждой операции определяется с учётом конструкции соединения, характера сопряжения, траектории и скорости рабочего движения исполнительных органов сборочного оборудования.

При проектировании технологического процесса автоматической сборки сначала разрабатывается дифференцированный вариант. При этом для каждой операции определяется вид исполнительного механизма и продолжительность использования каждой операции. Затем рассматривается возможность концентрации операций с целью уменьшения рабочих позиций автоматического оборудования. При концентрации операций необходимо учитывать, что это может привести к изменённому усложнению конструкции оборудования, скучность надёжность его работы, а также затрудняет наладку и эксплуатацию сборочной установки.

Наличие типовых процессов позволяет выполнить компоновку оборудования таким образом, что при минимальной переналадке на одном автомате будут собираться последовательно группы узлов различной, но принципиально схожей конструкции. В этом случае базовые детали собираемых сборочных единиц устанавливаются в переналаживаемые приспособления, которыми оснащён автомат.

Наиболее сложным и ответственным переходом при автоматической сборке является взаимная ориентация деталей на сборочной позиции. При этом детали должны располагаться так относительно друг друга, чтобы их можно было беспрепятственно собрать последующим движением. К способам ориентации предъявляются требования, чтобы колебания размеров деталей в пределах их допусков мало отражались на положении деталей: существует два метода реализации относительного ориентирования деталей перед сборкой: жёсткое базирование и самоориентация.

Примером жёсткого базирования деталей является сопряжение валика с втулкой (рис. 6.2). Втулка подаёт снизу, валик - сверху.

Рис. 6.2. Сопряжение валика с втулкой

Методы жёсткого базирования в ряде случаев автоматической сборки не могут гарантировать полного сопряжения деталей, поэтому для повышения надёжности сборки при её автоматизации применяют метод самоориентации (самоискания). Примером устройства для самоориентации собираемых деталей могут служить вибрационное устройства, одна из схем которого показана на рисунке 6.3. Данное устройство имеет два электромагнита (1), расположенных перпендикулярно друг другу, якоря (2) которые жёстко связаны с исполнительным элементом сборочного приспособления. Электромагниты (1) прикреплены к основанию сборочного приспособления. Одно из сопрягаемых деталей (4) жёстко крепится к подвижной платформы (3) приспособления, с которой соединены якоря (2) электромагнитов.

Рис. 6.3. Вибрационное устройство для самоориентации собираемых деталей:

1-электрический магнит; 2- якорь; 3- элемент сборочного приспособления; 4- сопротивление платформы детали; 5- пружина

Другая сопрягаемая деталь подаётся в направлении, перпендикулярном к плоскости чертежа. Катушки электромагнитов (1) включены в сеть через полупроводники, обеспечивающие сдвиг шока в катушках по фазе на 90^о и переменное действие магнитов. При этом якоря (2) попеременно притягиваются к сердечникам катушек электромагнитов (1), а после их выключения платформа (3) с деталью (4) возвращается в исходное положение по траектории, близкой к окружности, и надёжное сопряжение собираемых деталей.

Новым поправлением в технологии автоматической сборки является широкое совмещение сборочных работ с процессами изготовления сопрягаемых деталей, а также введение при сборке на автоматах операций по совместной обработке деталей узла.

Следует отметить, что автоматическая сборка осуществляющейся на сборочных установках, применяемых в настоящие время главным образом для сборки сравнительно небольших узлов в крупносерийном и массовом производствах.

К числу основных узлов автоматического сборочного оборудования относятся:

1. загрузочные бункеры, кассетные или магазинные устройства; они содержат запас собираемых деталей;

2. ориентирующие устройства, выдающие детали в ориентированном положении на сборочную;

3. механизмы питания, подающие ориентированные детали на сборочную позицию;

4. сборочные позиции, применяющие ориентированные детали от механизмов питания и удерживание их в определённом положении до осуществление сопряжения;

5. механизмы для выполнения сопряжения и закрепления соединений (прессы, винтозавёртывающие, сборочные устройства).

Если сборка многопозиционная, то в состав установки входят ещё механизм межоперационного транспортирования в виде поворотного стола (сборочные автоматы) или транспортёра (автоматические сборочные линии).

При селективной сборке в состав сборочной установки входит ещё контрольно-сортировочный автомат для измерения и сортировки на размеренные группы одной или нескольких деталей перед сборкой узла.

Для простых деталей (шайбы, валики, втулки и т.п.) мелких и средних ресурсов используют бункеры, в которые они засыпаются в количестве, необходимом на несколько часов работы. Более сложные детали (корпусы, картеры) устанавливаются на сборочную позицию вручную. При этом способе особое внимание обращается на контроль установки деталей в исходных положениях.

Выбор типа сборочного оборудования в значительной степени зависит от конструкции собираемого узла, годового выпуска изделий и стабильности их производства. Так, например, при сборке в сборочных приспособлениях с применением механизированного инструмента максимально возможное количество собираемых изделий 20000 шт., при сборке на многопозиционных полуавтоматах и автоматах – от 200000 – 1000000 шт.

Многопозиционные полуавтоматы и автоматы применяют для сборки узлов средней сложности с числом сборочных позиций не более восьми.

Для обеспечения экономической эффективности автоматизации сборки необходима стабильность выпускаемой продукции не менее, чем в продолжении двух лет.

6.3. Промышленные работы

Промышленные работы (ПР) представляет собой эффективные средства автоматизации, обладающие гибкого и универсального выполнения различных сборочных операций, особенно в серийном и мелкосерийно производстве. В отличие от автоматизации сборки с помощью специализированных устройств автоматизация с применением роботов имеет следующие преимущества:

- быстрое встраивание в автоматизированные сборочные линии или многопозиционные автоматы;

- простоту перенастройки на сборку новых но конструкции изделий;

- медленное моральное старение.

Роботы на сборочных операциях используют для загрузки и разгрузки оборудования, транспортирование собираемых объектов и для выполнения основных сборочных операций сопряжение и соединения.

В качестве сборочного инструмента можно использовать различные захваты, гайковёрты, винтоверты и т.д. При переходе к сборке нового изделия производят необходимую смену комплекта инструментов и управляющей программы.

Правильный выбор робота для выполнения конкретной сборочной операции основан на глубинном анализе сборочного процесса и сопоставлении его с техническими характеристиками роботов. Для общей оценки роботы необходимо знать его рабочий объём, грузоподъёмность и точность позиционирования. Более полно свойства и возможности робота представляют следующие данные:

1. рабочий объём;

2. базовая система координат;

3. число степеней свободы;

4. скорость перемещений по координатам;

5. шаг скорость движения и т.д.

Конструкции промышленных роботов классифицируют по следующим признакам:

по назначению – универсальные, специализированные и специальные;

по типу привода – гидравлические, пневматические, электрические и комбинированные;

по виду передвижения робота – неподвижные подвижные;

по размещению пульта управления – отдельный пульт и пульт на работе;

по грузоподъёмности и раскрытию захватов – по величине подъёма и выдвижению руки и т.п.

Для захвата и удержания деталей в процессе их сборки применяют различные по конструкции захваты. Захваты бывают: магнитные, механические (рис. 6.4), электрические, камерные (рис. 6.6), фрикционные (рис. 6.5), шланговые (рис. 6.7), вакуумные, струйные, адаптивные.

В камерных и шланговых захватах на зажимные элементы захватов действует давление сжатого воздуха. Камерные захваты используют для тонкостенных и нежёсткостенных деталей. Зажимаемые детали имеют массу не более 0.5 кг.

Рис. 6.4. Механический стержневой захват

Рис. 6.5. Фрикционные захваты

Рис. 6.6. Камерный захват

Шланговый захват (рис. 6.6.) обладает универсальностью и имеет широкий диапазон применения. Шланговой захват с четырьмя резиновыми пальцами (4), укреплёнными на корпусе (1) пневматического коллектора. Каждый палец имеет 3 глухие 7 и 3 проточные 8 полости; последние сообщения с окружающей средой. Все полости соединены через коллектор с распределительным устройством с программным управлением. Внутри каждого пальца пропущен нерастягивающийся гибкий трос 5, прикреплённый с одной стороны и шайбе 3, а с другой соединённый с натяжным устройством 6.