Трудоемкость сборки и особенности ее автоматизации. Переходы сборочных процессов

 

Как известно трудоемкость сборочных работ в машиностроении составляет примерно 20 –50 % от общей трудоемкости изготовления машины. (Меньший предел – для массового производств, верхний предел – для серийного производства.)

От всего объема сборочных работ на машиностроительных заводах механизировано лишь 15…20 %, а остальная часть сборочных операций выполняется вручную.

Весьма незначительное применение в машиностроении имеет автоматическая сборка, примерно 6…7 % от всех видов сборки. Поэтому возникает необходимость сокращения трудоемкости сборочных работ путем ее механизации и автоматизации. Сборочные процессы по механизации и автоматизации отстают от процессов механической обработки.

Слабая механизация и автоматизация сборочных процессов в машиностроении объясняется недостаточной технологичностью собираемых изделий, отсутствием типовых устройств для автоматизации сборки, нестабильностью размеров собираемых деталей.

Необходимо учитывать, что хорошо собираемая конструкция машины при ручной сборке может оказаться непригодной для ее перевода на автоматическую сборку. Внедрению автоматической сборки препятствует также отсутствие единой научно обоснованной методики по проектированию техпроцессов автоматической сборки узлов и машин и незначительное количество практически внедренных автоматизированных сборочных процессов. Большим препятствием для проведения работ по автоматизации процессов сборки является необходимость проектирования специальной оснастки и ее изготовления для каждого завода. Это приводит к большой трудоемкости изготовления автоматизированных сборочных устройств и обходится дорого.

Проблемными вопросами в области автоматизации сборочных процессов являются:

1) разработка научных основ автоматизации сборочных процессов. При этом необходимо решить ряд вопросов, таких как выбор оптимального процесса автоматической сборки, обеспечение заданной точности, надежности и производительности устройств автоматической сборки, выбор типа конструкции и размеров сборочной оснастки и т.д.;

2) внедрение типовых и групповых процессов сборки;

3) проведение нормализации, унификации и улучшения технологичности собираемых узлов и деталей;

4) должны быть разработаны типовые сборочные устройства определенного назначения, из которых можно было бы компоновать различные сборочные автоматы и автоматические линии. В этом случае значительно сокращаются трудоемкость и стоимость автоматизированных сборочных устройств и сокращаются сроки их внедрения на заводах;

5) чтобы успешно внедрять автоматизацию в серийное производство, необходимо разрабатывать переналаживаемые сборочные автоматы с различными системами программного управления;

6) изучение надежности и отказов в работе автоматического сборочного оборудования. Изучение способов настройки этих устройств.

Из вышеперечисленного следует, что существует еще много вопросов в автоматической сборке, которые требуют решения.

Технологический процесс автоматической сборки состоит из следующих взаимосвязанных, последовательно выполняемых технологических переходов:

1) загрузки собираемых деталей в разгрузочные и транспортные устройства и последующего перемещения деталей к месту сборки с предварительной их ориентацией;

2) базирования и относительной ориентации деталей на сборочной позиции с требуемой точностью;

3) сопряжения соединяемых деталей и закрепления установленной детали, т.е. осуществления собственно сборки (с закреплением или без него);

4) контрольных операций в процессе сборки деталей;

5) удаления собранного узла со сборочной позиции, если сборка на данной позиции заканчивается, или перемещения сборочной единицы на следующую сборочную позицию.

В качестве загрузочных устройств в станках автоматической сборки используют те же загрузочные устройства, что и при механической обработке. Так для мелких деталей применяют вибробункера обычные и многоярусные. Последние позволяют подавать на позицию сборки различные по наименованию детали и существенно уменьшить площадь, занимаемую станком.

Для автоматической загрузки деталей, а в ряде случаев и транспортировке с одной сборочной позиции на другую (особенно для сложных по конфигурации деталей или крупных по размеру) используют автооператоры.

Для собираемых деталей, которые не позволяют применять бункерные механизмы, иногда применяют специальные способы подачи их в зону сборки, к таким приемам следует отнести:

а) подачу штампуемых деталей в ленте с отделением их от ленты на сборочной позиции;

б) удержание деталей клеем на бумажной ленте и т.д.;

Перед сопряжением детали должны занять вполне определенное устойчивое положение. Базирование деталей на сборочных позициях также, как и в приспособлениях для механической обработки, производится по правилу шести точек, но при этом возникают добавочные требования наибольшей стабильности положения сопрягаемых поверхностей при колебании размеров деталей в пределах допуска.

В зависимости от вида сопряжения схемы базирования деталей могут быть различными.

Наибольшую трудность при автоматизации сборочных процессов представляет ориентация деталей одна относительно другой. Детали должны располагаться так, чтобы при любых их размерах, лежащих в пределах поля допуска, сборка была осуществлена. Эта задача решается на базе теории размерных цепей. При автоматической сборке часто встречаются случаи, когда оборудование не может обеспечить точность взаимного расположения деталей, гарантирующего их беспрепятственное соединение.

Для этого одну из деталей во время соединения превращают в подвижный компенсатор, а базирование комплектуемой детали ведется по сопрягаемым поверхностям другой (самоцентрирование). Это позволяет значительно расширить допуски.

Основная функция сборочного автомата – соединение деталей в узле и их закрепление. Эти операции выполняют манипуляторы, сборочные приспособления, транспортирующие устройства с механизмом фиксации и механизмы для закрепления деталей. Соответственно способу закрепления в сборочном автомате на определенных местах по ходу техпроцесса ставятся силовые головки (винтоверты, прессы со специальными насадками для запрессовки, кернения, развальцовки и т.д.), каждая из которых выполняет определенную функцию.

Важную роль в процессе автоматической сборки играет контроль, основными функциями которого является:

1) контроль наличия деталей, поступающих на сборку;

2) контроль правильности взаимного расположения собираемых деталей;

3) проверка качества собранного изделия;

4) контроль работы отдельных механизмов автомата;

5) измерение отдельных деталей при селективной сборке с последующим вызовом деталей соответствующей группы из загрузочного устройства.

Последний из элементов процесса автоматической сборки – удаление собранного узла со сборочной позиции или его перемещение на следующую сборочную позицию. Межоперационное транспортирование выполняют транспортные устройства в виде многопозиционных делительных столов, различных типов транспортеров и другие устройства. Удаление собранного изделия со сборочной позиции может осуществляться путем простого механического выталкивания или выдувания воздухом в тару.

При переходе от ручной сборки к автоматической необходимо:

1) переработать технологический процесс сборки, расчленив его на элементы, позволяющие наиболее просто выполнить автоматизацию;

2) разработать методы относительной ориентации собираемых деталей на сборочных позициях;

3) разработать конструкции механизмов, осуществляющих сопряжение деталей;

4) разработать компоновку сборочной машины.

 

Сборка валиков с втулками

Рассмотрим пример автоматической сборки валика с втулкой. Для примера пусть будет характер сопряжения по одной из подвижных посадок, а базирование и валика и втулки осуществляется по наружной поверхности.

 

 

Рис. 26.1. Схема базирования собираемых деталей

 

Положение в пространстве сопрягаемых поверхностей зависит не только от действительных размеров сопрягаемых деталей, но и от эксцентриситета «е» наружной поверхности втулки относительно внутренней.

Выведем условие собираемости этих деталей.

Введем обозначение:

Д – наружный диаметр втулки,

d_о – внутренний диаметр втулки (диаметр отверстия),

е – эксцентриситет втулки,

d_b – диаметр валики.

Сборка будет осуществима, если максимальный диаметр валика d_bmax будет равен, либо меньше размера а_лb_n, т.е.

dbmax £ алbn

(1)

Размер Q_лb_n определяется следующим образом:

Тогда

, тогда

Если подставим значения а_лb_n в (1), то получим:

Изменим знаки:

- наименьший зазор в сопротивлении вала и втулки

Тогда условие собираемости в окончательном виде выглядит так:

Минимальный зазор в сопряжении вала с втулкой должен быть больше или в крайнем случае равным сумме половины допуска наружного диаметра втулки и двойного эксцентриситета.

Это условие собираемости выведено только с учетом размеров сопрягаемых поверхностей. В общем случае смещение осей таких деталей зависит не только от действительных размеров вала и втулки, но и от точности сборочного станка, т.е. от точности сборочного приспособления и сборочной головки, от точности базирующихся элементов.

В общем виде устройство для автоматической сборки этих деталей может быть представлена следующим образом (см. рис. 26.2).

 

,

 

 

Рис. 26.2. Схема устройства для автоматической сборки валика и втулки: 1 – валики,2 и 3 – питательные трубки, 4 – втулки, 5, 6 – питатели, 7 – стержень для сборки, 8 – прижим, 9 – упор, 10 – выталкиватель

Работа механизма ясна из схемы. Валики 1 и втулки 4 поступают от бункеров в питательные трубки. Далее по одной эти детали с помощью питателей 5 и 6 попадают на линию сборки (+). Валик удерживается в питателе с помощью прижима и пружины. В исходном положении прижим отжат с помощью упора 9 и валик легко попадает в толкатель. Когда детали поданы на линию сборки, в работу вступает стержень 7, который, опускаясь вниз, перемещает валик во втулку. После завершения сборки стержень и питатели возвращаются в исходное положение, а выталкиватель 10 выталкивает собранные детали. Согласованность перемещений отдельных механизмов обеспечивается либо от командоаппарата либо от кулачкового вала. Циклограмма работы устройства показана на рис. 26.3.

 

 

Рис. 26.3. Циклограмма работы устройства