Совершенствование технологической подготовки автоматизированной сборки резьб пневматическими средствами диагностики тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат технических наук Федин, Сергей Владимирович

• Федин, Сергей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Федин, Сергей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

1 .АНАЛИЗ СРЕДСТВ И СПОСОБОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА СБОРКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

1.1 .Нормируемые показатели качества сборки резьбовых соединений

1.2.Способы и средства контроля уровня затяжки PC, применяемые при сборке и настройке гайковертов

1.2.1 .Контроль затяжки PC на стадии сборки 1J

1.2.2.Специальное контрольно-диагностическое оборудование и оснастка 1.3.Особенности нагружения PC и его технологическое обеспечение

1 АПневматические средства и способы контроля, применяемые при оценке нормируемых показателей качества сборки PC

Выводы. Цель и задачи исследований.

2.РАЗРАБОТКА ПНЕВМАТИЧЕСКОГО СПОСОБА КОНТРОЛЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ПРИ СБОРКЕ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

2.1.Механизм образования погрешностей при подготовке 46 операций сборки PC

2.2,Обоснование необходимости, предпосылки и ограничения 51 при разработке пневматического способа

2.3.Структурная и функциональная схемы

2.4.Принципиальная схема

2.5.Динамические характеристики способа контроля

2.6.0ценка точности измерений крутящего момента

2.6.1.Погрешности, возникающие при использовании 67 гайковертов статического действия

2.6.2.Погрешности, возникающие при использовании 69 гайковертов импульсного (ударно-вращательного) действия

Выводы по главе з.методика экспериментальных 72 исследований

3.1 .Программа и содержание экспериментов

3.2.Конструктивные особенности опытного образца

3.3.Подготовка «ПНГ-04П» к работе и порядок выполнения 78 измерений крутящих моментов

3.^Вспомогательные оборудование и оснастка

3.5.Выбор диапазонов измерений и методика получения 82 тарировочных характеристик

3.6.Методика обработки экспериментальных данных 85 Выводы по главе

4.0пределение эксплуатационных параметров устройства для контроля крутящих моментов

4.1 .Установление диапазона измерительных зазоров 88 4.2.0пределение диапазона рабочих давлений в камерах сильфона 89 4,З.Определение степени линейности основной упругой пластины

4.4.Получение основных калибровочных зависимостей

4.5.Сравнение характеристик пневматического контрольного устройства с аналогами 98 Выводы по главе

5. эффективность и практическая реализация результатов исследований

5.1.Сравнительная оценка эффективности использования пневматического устройства при выполнении резьбосборочных операций

5.2.Практическая реализация и возможные области применения результатов работы.

Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологической подготовки автоматизированной сборки резьб пневматическими средствами диагностики»

Одним из эффективных направлений обеспечения качества выпускаемой продукции является совершенствование технологии сборки. Сборочные операции, как завершающий этап производственного процесса, во многом определяют потребительские свойства изделий и их технико-экономические показатели.

Резьбовые соединения (PC) составляют примерно 25.35% от всех используемых видов соединений в силу известных преимуществ, но трудоемкость их сборки продолжает оставаться высокой в основном из-за сравнительной сложности обеспечения требуемого качества сборочных работ.

Под качеством PC принято понимать способность обеспечивать в течении максимального времени плотность (или герметичность) стыков. Под качеством сборочной операции понимают точность достижения определенного уровня нагружения каждого PC и обеспечение равномерной затяжки при выполнении всех операций. Количественными показателями напряженного состояния в резьбовых зонах являются крутящий момент, угол поворота крепежного элемента, удлинение тела болта или же одновременно несколько показателей.

Проблему обеспечения качества PC решают различными способами, но для автоматизированных производств наиболее эффективным является подход, заключающийся в совершенствовании технологии и оборудования для сборки PC.

На качество операций сборки PC влияют несколько групп факторов:

- связанных с особенностями конструкции и элементов резьбового узла, применяемых материалов и покрытий;

- обусловленных особенностями используемых гайковертов и винтовертов и скоростью нагружения;

- зависящих от точности применяемых средств контроля (в том числе активного).

Каждая группа факторов формирует погрешности, которые обуславливают при сборке PC разброс контролируемого параметра затяжки (например, крутящего момента). Величина этого разброса в конечном итоге лимитирует достижимое качество сборки. Поэтому исследования, направленные на минимизацию влияния перечисленных факторов на неравномерность затяжки PC являются актуальными.

Методы исследований

Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений технологии машиностроения, сопротивления материалов, дифференциального и интегрального исчисления, теории автоматического регулирования.

Экспериментальные исследования проводились в

Специализированном КБ автоматизации и роботизации сборочных операций (АРСО) Пензенской технологической академии на помощью аттестованных контрольно — измерительных стендах.

Обработка результатов экспериментов выполнялась методами математической статистики на персональных компьютерах.

Научная новизна

1. Предложен новый пневматический способ диагностики резьбосборочного инструмента на стадии технологической подготовки производства, обеспечивающий повышение качества сборки PC за счет повышения точности контроля усилий их затяжки.

2. Получены математические модели формирования погрешности измерения крутящих моментов у гайковертов статического и ударно-вращательного действия, позволяющие прогнозировать точность сборки PC.

3. Установлены связи между величиной момента затяжки, параметрами пневматического контрольного устройства и его метрологическими характеристиками, обеспечивающие возможность настройки на требуемый типоразмер собираемых резьб.

Практическая ценность

1. Предложена методика обеспечения требуемого качества автоматизированной сборки PC путем применения на стадии технологической подготовки производства пневматических средств диагностики сборочного инструмента.

2. Разработан и изготовлен опытный образец пневматического контрольного устройства для измерений крутящих моментов у гайковертов статического и ударного действия.

3. Получены необходимые значения параметров настройки предложенного контрольного устройства и разработаны рекомендации по его использованию для контроля моментов затяжки при сборке резьбовых соединений М2. .М24.

Реализация результатов

Результаты исследований переданы для внедрения на Калининградкий завод по производству строительных металлоконструкций ООО «Лукойл-Калининградморнефть» для настройки резьбосборочного инструмента, используемого при периодической диагностике резьбовых соединений морских стационарных буровых платформ.

Применение устройства позволило сократить время диагностических работ в 1,3. 1,6 раза за счет повышения точности настройки инструмента и исключения дополнительных операций.

Автор защищает

1. Способ контроля крутящих моментов и пневматическое устройство для диагностики инструмента, применяемого при автоматизированной сборке PC.

2. Совокупность зависимостей, описывающих параметры настройки и метрологические характеристики пневматического контрольного устройства.

3. Методику обеспечения качества сборки PC на стадии технологической подготовки производства.

Апробация

Основные положения работы были доложены и обсуждены на:

Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении», г.Пенза, 2001 г.;

Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные техно-логии и оборудование в машиностроении и металлургии» г. Липецк,

2002 г.;

Международной научно-технической конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств», г. Пенза, 2002 г.;

Международной научно-технической конференции «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков», г. Пенза,

2003 г.;

Заседаниях кафедр «Металлообрабатывающие станки и комплексы» Пензенского государственного университета и «Технология общего и роботизированного производства» Пензенской технологической академии.

Публикации

По результатам выполненных исследований опубликовано 6 печатных работ, в том числе получен патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 70 наименований и приложений. Она содержит 116 страниц машинописного текста, 40 рисунков, 13 таблиц и приложение на 17 страницах.

Заключение диссертации по теме «Технология машиностроения», Федин, Сергей Владимирович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Показано, что качеством процесса автоматизированной сборки PC, которое лимитируется разбросом требуемого момента затяжки, можно управлять на стадии технологической подготовки сборочных работ путем применения средств оперативной диагностики гайковертов, винтовертов, а также динамометрических и предельных ключей.

2. Разработан пневматический способ контроля крутящих моментов и устройство для его реализации, обеспечивающее возможность осуществления с высокой точностью диагностики состояния сборочного инструмента, как перед проведением сборочных операций, так и в процессе их осуществления.

3. Определены основные динамические характеристики разработанного пневматического способа контроля крутящих моментов и получены математические модели для расчета возможных погрешностей, в случае измерений крутящих моментов у гайковертов статического и ударно-вращательного действия.

4. Установлено, что для настройки гайковертов, шпильковертов и другого резьбосборочного инструмента в диапазоне крутящих моментов 0.200Н • м реализация пневматического способа измерений возможна при величинах измерительных зазоров 0,1.0,2мм, перепаде давления во взаимоизолированных камерах сильфона 0,02.0,06МПа и прогибе упругих пластин в пределах 0,1.0,8мм .

5. Разработана методика проведения контрольно-диагностических работ на стадии технологической подготовки операций сборки резьбовых соединений, регламентирующая порядок использования пневматического контрольного устройства и получения необходимых калибровочных характеристик.

6. Экспериментальная проверка эффективности применения пневматического контрольного устройства на гайковертах различных типов показала, что диапазон рассеяния момента затяжки PC уменьшается примерно в 3 раза. Промышленное использование устройства в ООО «Лукойл-Калининградморнефть» позволило в 1,3. 1,6 раза сократить время проведения диагностических работ резьбовых соединений морских стационарных буровых платформ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Федин, Сергей Владимирович, 2004 год

1. Затяжка и стопорение резьбовых соединений. Справочник./ Г.Б.Иосилевич, Г. Б.Строганов, Ю.В.Шарловский.-М.: Машиностроение, 1985. 224 с.

2. Сборка и монтаж изделий машиностроения: Справочник в 2-х т., Т.2. /Под ред. В.С.Корсакова и В.К.Замятина.- М.: Машиностроение, 1983.480 с.

3. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. М.: Машиностроение, 1990. 368 с.

4. Ланщиков А.В., Моисеев В.Б. Технология и оборудование автоматизированной сборки резьбовых соединений (Монография), Пенза, Пенз. гос. ун-т, 1999.- 260 с.

5. Ланщиков А.В. Обеспечение качества резьбовых соединений технологическими методами сборки // Сборка в машиностроении, приборостроении, № 3, 2002, с.29-32.

6. Ю.Бовсуновский Я.И., Свечников Л.В. Механизация и автоматизация контрольных операций в машиностроении и приборостроении., М.: Машгиз, 1961. 318 с.

7. П.Жуков В.В. Разработка и исследование автоматических быстродействующих пневмовихревых устройств контроля резьб крепежных деталей./Дисс.канд.техн.наук, М., 1982.-212 с.

8. Ицков Л.Я. Исследование вопросов нормирования усилия затяжки резьбовых соединений./Дисс. канд.техн.наук.- М.: 1973.- 250 с.

9. Карасев А.П. Исследование путей повышения качества сборки резьбовых соединений./Дисс. канд.техн.наук.- Челябинск,1979.- 310с.

10. Колчин А.В. Датчики средств диагностирования машин.- М.: Машиностроение, 1984.- 120 с.

11. Ланщиков А.В. Пневматические методы и средства диагностики оборудования для сборки резьбы//В сб.статей Международной НТК «Точность технологических и транспортных систем», Пенза, ПДЗД998, с.11-16.

12. Высоцкий А.В., Курочкин А.П. Пневматические средства измерений линейных величин в машиностроении.- М.: Машиностроение, 1979.- 206 с.

13. Журавлев J1.A. Научные основы автоматизации контроля и анализа качества выпускаемой продукции в машиностроении./Дисс. канд.техн.наук. Ростов на Дону,1981. - 221с.

14. Покровский Б.С. Механосборочные работы и их контроль. М.: Высшая школа, 1989. 271 с.

15. Основы метрологии и электрические измерения. Учебник для ВУЗов/ Под ред. Е.М.Душина.- JL: Энергоатомиздат, 1987.-480 с.

16. A.C. СССР № 1477534, В 25 В 23/14, Динамометрический ключ // Ф.Н.Канареев, Л.Б.Шрон, Опубл.07.05.89 г., Б.И.-17.

17. А.С. СССР № 1375439, В 25 В 23/14, Устройство для затяжки резьбовых соединений // А.Я.Ужлаков, В.С.Капитонов, Опубл.23.02.88 г., Б.И.-7.

18. Харисов Г.Х. Повышение точности затяжки резьбовых соединений // Вестник машиностроения, 1982, № 10, с.45-47.

19. А.с. СССР № 1509645, G 01 L 5/24, Способ измерения энергии удара и устройство для его осуществления // В.В.Устинов, Н.А.Гонольд, Опубл.23.09.89 г., Б.И.-35.

20. А.С. СССР № 1500081, G 01 L 5/24, Способ контроля затяжки резьбовых соединений // Д.Д.Гуцал, Опубл. 15.08.89 г., Б.И.-30.

21. А.С. СССР № 1364922, G 01 L 5/24, Устройство для контроля усилия затяжки в резьбовых соединениях // В.Ф.Амельченко, В.В.Алимкин,

22. A.А.Старостин, 0публ.07.01.88 г., Б.И.-1.

23. А.С. СССР, № 1609637, МКИ В 25 В21/00, G 01 L 5/24. Устройство для настройки гайковертов.// Ланщиков А.В., Гринин Г.П., Десятое О.А., Аниськин А.Ю., Опубл.-ЗО. 11.90., Бюл.- 44.

24. Патент РФ № 2112639, МКИ В 25 В 21/00, G 01 L 5/24. Устройство для настройки гайковертов // Ланщиков А.В., Моисеев В.Б., Еремин Ю.А., Опубл. 10.06.98, Бюл.-16.

25. Активный контроль размеров.// С.С.Волосов, М.Л.Шлейфер,

26. B.Я.Рюмкин и др./ Под ред. С.С.Волосова, М.: Машиностроение, 1984.224 с.

27. Куратцев Л.Е., Цирюльников И.М. Приборы размерного контроля на элементах пневмоавтоматики. М.: Машиностроение, 1977.- 135 с.

28. Активный контроль в машиностроении. Справочник. // Под ред. Е.И.Педя, М.: Машиностроение, 1978.- 352 с.

29. Цидулько Ф.В. Точность пневматического контроля линейных размеров, М.: Изд-во стандартов, 1976.- 155 с.

30. Сильфоны. Расчет и проектирование /Андреева Л.Е., Беседа А.И., Богданова Ю.А. и др./ Под ред. Л.Е.Андреевой, М.: Машиностроение, 1975.- 159 с.

31. Андреева JI.E. Упругие элементы приборов. М.: Машгиз, 1962.- 456 с.

32. Кондашевский В.В., Лотце В. Активный контроль размеров деталей на металлорежущих станках./ Омск, Западно-сибирское книжное издательство, 1976.-431 с.

33. Ланщиков А.В., Моисеев В.Б., Федин С.В. Устройства для настройки гайковертов // Сб.материалов Всероссийской НТК «Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии» 25-26 апреля 2002 г., Ч. 1,- Липецк: ЛГТУ, 2002, с.56-58.

34. Патент РФ № 2199099, МПК-7 G 01 L 3/14, G 01 L 5/24, Способ контроля крутящего момента и пневматическое устройство для его реализации // Ланщиков А.В., Моисеев В.Б., Трилисский В.О., Федин С.В., Опубл. 20.02.03 г., Бюл. - 5.

35. Lotze W. Kritische Einschatzung und Beitrage zur Eintwicklung der pneumatischen Langenmesstechnik. Habilitation, TU Dresden, 1968.

36. Woschni E.-G. Messdynamik, Leipzig, S.Hirzel-Verlag, 1964.

37. Проектирование пневматических устройств для линейных измерений. БВ-ОРТМ-32-72. Руководящие материалы., М.: НИИМАШ, 1972.- 307 с.

38. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т.Т.1/Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова.- М.: Машиностроение, 1985.- 656 с.

39. Ланщиков А.В., Федин С.В. Диапазоны измерений для пневматических устройств настройки гайковертов//Материалы И-й Международной НТК «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств», Ч.1.-Пенза, ПГАСА, 2002, с.69-72.

40. Андронов И.В. Измерение расхода жидкостей и газов.- М.: Энергоиздат, 1981.- 88 с.

41. Кудрявцев А.И., Пятидверный А.П., Рагулин Е.А. Монтаж, наладка и эксплуатация пневматических приводов и устройств. М.: Машиностроение, 1980.-208 с.

42. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учебное пособие.- М.: Высшая школа, 1982.- 224 с.

43. Методика статистической обработки эмпирических данных (РТМ44-82),.: ВНИИМАШ, Госстандарт, 1968.- 100 с.

44. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий, М.: Наука, 1976.- 283 с.

45. Жабин А.И., Мартынов А.П. Сборка изделий в единичном и мелкосерийном производстве.- М.: Машиностроение, 1983. 184 с.

46. Справочник по средствам автоматики /Под ред.В.Э.Низэ и И.В.Антика.-М.: Энергоатомиздат, 1983.- 504 с.

47. Яхимович В.А., Головащенко В.Е., Кулинич И .Я. Автоматизация сборки резьбовых соединений. Львов: Вища школа, 1982.- 160 с.

48. Лебедовский М.С., Вейц В.Л., Федотов А.И. Научные основы автоматической сборки.- Л.: Машиностроение, 1985.- 316 с.

49. Катовник В.Я., Савченко А.И. Основы теории селективной сборки.- Л.: Политехника, 1991.- 303 с.

50. Дальский A.M., Кулешова З.Г. Сборка высокоточных соединений в машиностроении.- М.: Машиностроение, 1988.- 304 с.

51. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984. - 832 с.

52. Туричин A.M. Электрические измерения неэлектрических величин.Л.: Энергия, 1975. 576 с.

53. Семичевский Г.А., Березин С.Я. Технология сборки гладко-резьбовых соединений: Монография. Чита: ЗабГПУ им.Н.Чернышевского,1998. -100 с.

54. Система MAGS //Автомобильная промышленность США, 1981, № 9, с.19.

55. Ланщиков А.В. Обеспечение точности и стабильности затяжки при автоматической сборке резьбовых соединений //Автореферат дисс.канд.техн.наук, М.: МАМИ, 1985.- 20 с.

56. Белкин И.М.Средства линейно-угловых измерений.Справочник.- М.: Машиностроение,1987.- 368 с.

57. Покровский Б.С. Механосброчные работы и их контроль. М.: Высшая школа, 1989.- 271 с.

58. Контрольно-измерительные инструменты и приборы в машиностроении.Справочник // В.Г.Кострицкий, В.Г.Кострицкий, А.И.Кузьмин, К.: Техника,1986.- 135 с.

59. Технологические основы обеспечения качества машин / К.С.Колесников, Г.Ф.Баландин, А.М.Дальский и др., Под общ.ред. К.С.Колесникова. М.: Машиностроение, 1990.-256 с.