Повышение производительности сборки деталей на основе пассивной автоматической доориентации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Пантелеев, Евгений Юрьевич

• Пантелеев, Евгений Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пантелеев, Евгений Юрьевич

Введение.

Глава 1. Анализ существующих способов и технических средств автоматизированной сборки деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям с гарантированным зазором. Цель и задачи работы.

1.1 .Структура и состав технологического процесса сборки.

1.2.Анализ факторов, сдерживающих высокопроизводительную сборку.

1.3.Анализ точности совмещения поверхностей соединяемых деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям с гарантированным зазором.

1.3.1. Условия собираемости деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям с зазором.

1.3.2. Определение достижимой точности совмещения поверхностей деталей в сборочном оборудовании

1.4.Анализ существующих методов и средств сборки деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям с гарантированным зазором, с устройствами доориентации деталей.

1.5 .Постановка задачи и цели исследований.

Глава 2. Теоретическое обоснование способа пассивной адаптации деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям с зазором при податливом креплении узла.

2.1.Теория автоматизированного совмещения деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям с зазором при податливом креплении узла.

2.1.1 Определение величины относительного смещения осей . соединяемых деталей в сборочном оборудовании.

2.1.2 Автоматизированное совмещение осей соединяемых деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям в процессе сборки сферическом движении узла.

2.2.Способ пассивной адаптации деталей, соединяемых по цилиндрическим поверхностям с зазором, при податливом креплении узла и условия реализации способа.

Глава 3. Обоснование средств обеспечения податливости крепления узла в сборочном оборудовании.

3.1. Анализ способов обеспечения податливости при сферическом движении собираемого узла в сборочном оборудовании.

3.2.Обоснование параметров возбуждения вибрационной опоры

Глава 4. Экспериментальные исследования процесса автоматизированной сборки деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям с зазором.

4.1 .Экспериментальное оборудование.

4.1.1. Описание экспериментального стенда.

4.1.2. Описание измерительной аппаратуры.

4.2.Экспериментальные исследования процесса автоматизированной сборки деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям с зазором.

4.2.1. Экспериментальные исследования возможностей автоматизированного совмещения сопрягаемых поверхностей соединяемых деталей.

4.2.2. Экспериментальное исследование предельных режимов работы сборочного оборудования и определение времени пассивной автоматической доориентации деталей.

Глава 5. Методика практического расчета параметров устройства вращения и режимов работы сборочного оборудования.

5.1 .Методика практического расчета.

5.1.1. Выбор сборочного оборудования, определение его параметров и величины относительного смещения и угла перекоса осей соединяемых деталей.

5.1.2. Расчет параметров патрона устройства вращения

5.1.3. Расчет пружины патрона устройства вращения.

5.1.4. Расчет режимов работы сборочного оборудования . 159 5.2.Пример расчета параметров патрона, его пружины и режимов работы устройства вращения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение производительности сборки деталей на основе пассивной автоматической доориентации»

Одним из основных факторов повышения производительности труда, качества выпускаемой продукции и снижения ее себестоимости с целью получения конкурентоспособной продукции, что весьма важно на современном этапе, является автоматизация производственных процессов. Кроме того, автоматизация позволяет не только сократить ручной, монотонный и тяжелый физический труд, но и оградить человека от вредных воздействий вибрации, шума, пыли, токсичных и других факторов. В производстве различных изделий процесс сборки, являясь заключительным этапом, оказывает определяющее влияние на весь технологический процесс, начиная с изготовления заготовок деталей и кончая контролем и испытанием изделия. Поэтому, процесс сборки в значительной мере определяет качество продукции, способствует стабилизации всего предшествующего производственного процесса, а следовательно, повышает качество изделия в целом. Кроме того, общая доля трудозатрат сборки в общей трудоемкости изготовления изделий машиностроения составляет 30-40%, а в производстве продукции приборостроения, особенно электронной техники, достигает 60% и более [50], [51].Однако, известно, что на предприятиях машиностроения автоматизировано лишь 5-7%, а на приборостроительных -10-15%) сборочных операций.

Одной из трудоемких и ответственных сборочных операций является операция соединения деталей сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям с гарантированным зазором, широко применяемых в конструкциях современных машин и приборов. На их долю приходится 40% от общего числа соединений, что в два раза больше, чем по резьбовым поверхностям [46]. Пока еще не полностью решенной задачей сборки изделий остается задача собираемости, связанная с обеспечением углового и относительного (осевого) совмещения сопрягаемых поверхностей перед их соединением, причем величина относительного смещения и угол перекоса осей для осуществления процесса сборки не должны превосходить предельных значений, определяемых условиями собираемости [18]. Причины появления угловых и осевых рассогласований обусловлены многими факторами, среди которых можно выделить нарушение заданной точности изготовления собираемых компонентов, изменение в настройке оборудования и т.д. Поэтому гарантированную автоматизированную сборку можно обеспечить только за счет применения специальных устройств, осуществляющих относительную ориентацию собираемых компонентов.

Низкий уровень автоматизации сборки, помимо сложности процесса совмещения осей, кроется в нетехнологичности некоторых конструкций узлов и деталей, выполнении при сборке большого объема работ, связанного с пригонкой и регулировкой сборочных компонентов относительно друг друга [1], [9], [11], [21], [22], [67].

Для решения задачи автоматизированной сборки деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям с гарантированным зазором, расширения технологических возможностей автоматической доориентации и повышения производительности сборки, необходимо:

1. Разработать специальные способы и средства автоматической доориентации соединяемых деталей;

2. Исследовать взаимовлияние режимов сборки, параметров сборочного оборудования и соединяемых компонентов на процесс совмещения сопрягаемых поверхностей соединяемых деталей;

3. Создать надежное и эффективно работающее сборочное оборудование.

Процесс создания эффективного автоматизированного сборочного оборудования может осуществляться:

- изменением традиционных технологий сборки и разработкой новых технологических процессов с эффективными методами совмещения сопрягаемых поверхностей;

- созданием новых и совершенствованием существующих устройств ориентирования, накопления, подачи, базирования деталей в процессе сборки;

- созданием типовых сборочных автоматов.

Комплексное решение этих задач позволит создать надежное, высокопроизводительное сборочное оборудование.

На основании изложенного, можно утверждать, что задача разработки эффективных способов и средств автоматизированной сборки деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям с гарантированным зазором, является весьма актуальной научно-технической задачей.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Пантелеев, Евгений Юрьевич

Выводы по главе:

На основании теоретического исследования движения системы и экспериментального подтверждения, разработана методика проектирования элементов автоматизированного сборочного оборудования и режимов его работы, в которой, в зависимости от величины относительного смещения и угла перекоса осей соединяемых деталей, определяются параметры патрона устройства вращения, его пружины и режимы работы сборочного оборудования, что гарантирует надежную сборку.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Теоретически обоснованы и установлены закономерности между параметрами сборочного оборудования, параметрами соединяемых деталей и режимами работы исполнительных органов сборочного оборудования, включающие: а) математическую модель движения системы на всех этапах совмещения:

- поиск (сканирование) концом соединяемой детали положения отверстия на плоскости узла,

- попадание и невыход конца детали из зоны отверстия,

- автоматизированного углового совмещения осей в процессе предварительной доориентации соединяемых деталей,

- доориентация соединяемых деталей в процессе сборки; б) необходимые и достаточные условия собираемости деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям с гарантированным зазором в динамике; в) режимы работы сборочного оборудования, при которых обеспечена гарантированная сборка:

- предельная скорость опускания плиты исполнительного органа сборочного оборудования,

- предельная частота вращения шпинделя, при которой конец соединяемой детали не выйдет из зоны отверстия на собираемом узле.

Теоретические значения относительного смещения осей, при которых гарантирована сборка, а также режимы работы сборочного оборудования отличаются от экспериментальных не более чем на 20%.

2. Обоснован способ пассивной адаптации деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям с гарантированным зазором, который справедлив при одновременном выполнении следующих условий:

- силового взаимодействия соединяемых деталей,

- вращения одной .из них,

- наличия податливости крепления узла на подающем устройстве.

Разработанный способ позволяет повысить производительность сборки в несколько раз, уменьшить затраты на изготовление сборочного оборудования.

3. Теоретически обоснована возможность и предложено конструктивное решение устройства, обеспечивающего податливость крепления узла в сборочном оборудовании, включающая:

- математическую зависимость амплитуды и несущей способности опоры от параметров системы возбуждения;

- схему возбуждения, при которой обеспечивается достаточная величина несущей способности опоры.

4. На основании теоретического исследования движения системы и экспериментального подтверждения, разработана методика проектирования элементов автоматизированного сборочного оборудования и режимов его работы. Используя методику практического расчета, созданы устройства автоматизированной сборки деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям с зазором, снабженные средствами адаптации, которые показали надежную работу при относительных смещениях осей в зависимости от диаметров соединяемых деталей до 12 мм и более.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Пантелеев, Евгений Юрьевич, 2004 год

1. Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении / Под общ. ред. Н.М. Капустина.-М.,1985. 304с.

2. Автоматизация сборочных процессов в машиностроении / Под общ. ред. В .И. Дикушина. М.: Наука, 1979. 178с.

3. Айдман Д. Комплексные автоматические линии для автомобильного производства. М.: НИИмаш. 1978, 67с.

4. Анализ угловых погрешностей при автоматической сборке деталей нецилиндрической формы / Я. К. Попе. В кн.: Автоматизация сборочных процессов. Рига: РПИ, 1976, вып. 5, с. 45 - 52.

5. Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов, М.: Машиностроение, 1981, 392с.

6. Арендт В.Р., Сэвент К.Дж. Практика следящих систем. М.-Л., Госэнер-гоиздат, 1962, 556с.

7. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов. -М.: Наука, 1988-640с.

8. Бакшис В.П. Разработка теории и средств автоматической сборки на основе вибрационных методов направленного совмещения сопрягаемых поверхностей деталей.- Диссертация докт. техн. наук, Ленинград, 1991. 446с.

9. Балакшин B.C. Основы технологии машиностроения. Кн.2.-М., 1982. 366с.

10. Ю.Бегларян В.Х. Механические испытания приборов и аппаратов. М.: Машиностроение, 1980.

11. П.Вайнберг М.А., Лебедовский М.С. Оценка степени подготовленности изделий к автоматизированной сборке машин. М.: Машиностроение. 1976, 254с.

12. Вейц В.JI. Фридман Л.И. Электромеханические зажимные устройства станков и станочных линий. Л.: Машиностроение. 1973, 264с.

13. Вибрация в технике: Справочник/ Ред. Челомей. М.: Машиностроение, 1981.

14. Вороненко В.П. Повышение эффективности сборочных машиностроительных производств путем обеспечения гибкости технологических процессов и структур подразделений. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук.-М., 1997.

15. Гельфанд М.Л., Ципенюк Я.Н., Кузнецов O.K. Сборка резьбовых соединений.-М., 1976. 109с.

16. Горбатенко В.Н., Житников Ю.З. Выбор оптимальной угловой скорости вращения оси гайковерта при завинчивании шпилек. Сб. науч. Тр.- Владимир: Влад. политехи, ин-т// Динамика механических систем. 1989, с.108-110.

17. Гусев А.А. Автоматизация сборки зубчатых передач. ВИНИТИ. Сер. Технология и оборудование механосборочного производства. 190, 155с.

18. Гусев А.А. Автоматизация сборочных работ. М.: Энергия. 1975. 62с.

19. Гусев А.А. Адаптивные устройства сборочных машин.-М., 1979.

20. Гусев А.А. Основные принципы построения сборочных гибких систем. М.: Машиностроение, 1988.

21. Гусев А.А. Технологические основы автоматизированной сборки изделий.- М., 1982.

22. Дальский A.M., Кулеков З.Г. Сборка высокоточных соединений в машиностроении.- М., 1988. 303с.

23. Дроздович В.Н. Газодинамические подшипники. Л.: Машиностроение, 1967.-808с.

24. Житников Б.Ю. Обеспечение качества и повышение эффективности автоматизированной сборки групповых резьбовых соединений на основесоздания средств адаптации. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.-М., 1997.

25. Житников Ю.З. Автоматизация сборки изделий с резьбовыми соединениями. Учебное пособие. 4.1. Теоретические основы автоматизированной сборки изделий с резьбовыми соединениями.- Ковров: КГТА, 1996.

26. Житников Ю.З. Крылов В.Ю., Пантелеев Е.Ю. Дифференциальные уравнения движения узла с податливым креплением при автоматизированной сборке деталей, сопрягаемым по цилиндрическим поверхностям. Сборник научных трудов КГТА. Ковров: КГТА, 1998.

27. Житников Ю.З. Способы доориентации сопрягаемых поверхностей при автоматизированной сборке.//- Автоматизация и современные технологии.- 1992.-№9.- с. 9.

28. Житников Ю.З., Пантелеев Е.Ю., Крылов В.Ю. Федотов М.В. Обоснование конструктивного исполнения метода пассивной адаптации при автоматизированной сборке. Сборник научных трудов КГТА. Ковров: КГТА, 1999.

29. Житников Ю.З., Пантелеев Е.Ю., Федотов М.В. .Устройство автоматизированной запрессовки цилиндрических деталей. Автоматизация и современные технологии. №11, М.: Машиностроение, 1999.

30. Житников Ю.З., Проньков В.А. Многошпиндельный автомат.// Автомобильная промышленность - 1990.-№11.-е. 27.

31. Загрузочное устройство: А.с. 1357190 СССР, МКИ В 23 Q 7/ 10/ Житников Ю.З. и др.- Б .И. №45, 1987.

32. Загрузочное устройство: А.с. 1484574 СССР, МКИ В 23 Q 7/ 02/ Житников Ю.З. и др.-Б.И. №14, 1992.

33. Загрузочное устройство: А.с. 1521558 СССР, МКИ В 23 Q 7/ 10/ Голованов И.Е.- Б.И. №42, 1989.

34. Загрузочное устройство: А.с. 1726198 СССР, МКИ В 23 Q 7/ 10/ Житников Ю.З. и др.- Б.И. №14, 1992.

35. Замятин В.К. Технология и автоматизация сборки. М.: Машиностроение, 1993, 464с.38.3енков P.JI. и др. Справочник. Конвейеры / Под общ. ред. Ю.А. Петрена // М.: Машиностроение. 1984, 367с.

36. Ивановский К.Е. Роликовые и дисковые конвейеры и устройства. М.: Машиностроение. 1973,215с.

37. Ивановский К.Е., Оболенский А.С. Перегрузочные устройства конвейеров штучных грузов. М.: Машиностроение. 1966, 208 с.

38. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: Наука , 1976, 576с.

39. Камышин Н.А. Автоматизация загрузки станков. М.: Машиностроение. 1977, 288с.

40. Ковалев М.П., Сивоконенко И.М., Явленский К.Н. Опоры приборов-М.: Машиностроение, 1980 192с.

41. Конструирование приборов. В 2-х кн. /Под ред. В. Краузе; Пер. с нем. В. Н, Пальянова; Под ред. О. Ф. Тищенко. Кн. 1 М.: Машиностроение, 1987. 384 с.

42. Корсаков B.C. Автоматизация производственных процессов.- М., 1978. 396 с.

43. Косилов В.В. Технологические основы проектирования автоматического сборочного оборудования.- М.: Машиностроение, 1976. 248 с.

44. Крылов В.Ю, Симаков A.JL, Федотов М.В., Пантелеев Е.Ю. Автомат с устройством выдачи шпилек поворотом планшайбы. Владимирский центр научно-технической информации. 1999.

45. Крылов В.Ю., Симаков A.JL, Пантелеев Е.Ю. Обоснование способа пассивной адаптации резьбовых деталей в условиях роботизированного производства. Сборник трудов X НТК «Экстремальная робототехника». ЦНИИРТК, СПГТУ, СПБ, 1999.

46. Кузнецов А.А. Вибрационные испытания элементов и устройств автоматики. М.: Энергия, 1976.

47. Лебедовский М.С., Вейц В.Л., Федотов А.Н. Научные основы автоматизации сборки. Л.: Машиностроение. 1985, 316с.51Лебедовский М.С., Федотов А.И. Автоматизация сборочных работ. Л.: Лениздат, 1970.

48. Малов А.Н., Иванов Ю.В. Основы автоматизации производственных процессов. М.: Машиностроение, 1974.

49. Механика промышленных роботов: Учеб. Пособие для втузов: В 3 кн./Под ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева. Кн. 1: Кинематика и дина-мика/Е.И. Воробьев, С.А. Попов, Г.И. Шевелева-М.: Высш. Шк., 1988. -304с.

50. Многопозиционный сборочный автомат: А.с. 1463423 СССР, МКИВ 23 Р 21/ 00/ Житников Ю.З. и др.- Б.И.№9, 1989.

51. Москалев В.В. Упругие элементы точных механизмов: Учебное пособие. 4.2.- М., 1967.

52. Научные основы автоматизации сборки машин и механизмов/ Под общ. ред. М.П. Новикова.- М., 1976.

53. Опоры скольжения с газовой смазкой/ Под ред. С.А. Шейнберга. М.: Машиностроение, 1975.-527 с.

54. Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. М.: Машиностроение, 1988.

55. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний.- М., 1971.

56. Пантелеев Е.Ю. Обеспечение несущей способности вибрационной опоры. Управление в технических системах: материалы НТК. Ковров: КГТА, 1998.

57. Пантелеев Е.Ю. Обоснование способа пассивной адаптации деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям, при установке собираемого узла на сферическую опору. Управление в технических системах: материалы НТК. Ковров: КГТА, 1998.

58. Пантелеев Е.Ю., Крылов В.Ю. Вибрационная опора для технологической сборки узлов. Вопросы оборонной техники, Сер.9. вып.2 (222), Москва, 1998.

59. Пантелеев Е.Ю., Федотов М.В., Крылов В.Ю. Устройство для запрессовки штифтов. Владимирский центр научно-технической информации. 1999.

60. Пинегин С.В., Орлов А.В., Табачников Ю.Б. Прецизионные опоры качения и опоры с газовой смазкой: Справочник. М.: Машиностроение, 1984.-216 с.

61. Прогрессивная технология и автоматизация сборки. 4.1. Отработка и оценка технологичности конструкций изделий в автоматической сборке: Руководящий технический материал.- М., 1990.

62. Сборка изделий в машиностроении: Справочник/ Под ред. B.C. Корсакова, В.К. Замятина. М.: Машиностроение, 1983. 480 с.

63. Сборочный автомат: А.с. 154 9714 СССР, МКИ В 23 Р 21/ 00/ Житников Ю.З. идр.-Б.И. №10, 1990.

64. Симаков A.JL, Пантелеев Е.Ю., Крылов В.Ю. Определение требований к параметрам пассивных средств адаптации для сборочных роботов. Сборник трудов X НТК «Экстремальная робототехника». ЦНИИ РТК, СПГТУ, СПБ, 1999.

65. Современные промышленные роботы: Каталог/Под ред. Ю.Г. Козырева, Я. А. Шифрина.-М.: Машиностроение, 1984.-152с.

66. Справочник конструктора точного приборостроения/Г.А. Веркович, Е.Н. Головенкин, В.А. Голубков идр.; Под общ. ред. К.Н. Явленского, Б.П. Тимофеева, Е.Е. Чаадаевой.-JI.: Машиностроение. 1989.-792 с.

67. Сукацкий М.Е., Фишман Ф.Т., Мандриков В.М. Сборочное оборудование КамАЗа. М.: Машиностроение. 1985.

68. Управление дискретными процессами в ГПС. Под ред. Проф. Л.С. Ям-польского.- Киев, " Техника ", 1992, 256с.

69. Устройство для запрессовки штифтов в корпусную деталь: А.с. 1355432 СССР, МКИ В 23 Р 19/ 02/ Житников Ю.З. и др.- Б.И. №44, 1987.

70. Устройство для подачи деталей: А.с. 1323330 СССР, МКИ В 23 Q 7/ 02/ Житников Ю.З. и др.- Б.И. №26, 1987.

71. Устройство для подачи деталей: А.с. 1397247 СССР, МКИ В 23 Q 7/ 02/ Житников Ю.З. и др.- Б.И. №45, 1987.

72. Устройство для поштучной выдачи деталей: А.с. 1073070 СССР, МКИ В 23 Q 07/ 00/ Гришин И.Ф. и др.- Б.И. №6, 1984.Устройство для запрессовки штифтов: А.с. 1637997 СССР, МКИ В 23 Р 19/ 02/ Житников Ю.З. и др.- Б.И. №12, 1991.

73. Устройство для сборки деталей: А.с. 921754 СССР, МКИ В 23 В 19/ 04/ Попа В.М. и др.- Б.И. №15,1982.

74. Устройство для транспортировки и ориентированной перегрузке деталей: А.с. 1370029 СССР, МКИ В 65 С 47/ 24/ Житников Ю.З. и др.- Б.И. №41, 1991.

75. Яхимович В.А. Ориентирующие механизмы сборочных автоматов. М.: Машиностроение, 1975. 165 с.

76. Яхимович В.А., Хашин Ю.А. К вопросу определения технологичности изделий с точки зрения автоматизации их сборки.//- Изв. вузов. Машиностроение. 1973.-№7.- с. 168.