Выбор структуры технологической системы для автоматизированной сборки винтовых соединений деталей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.07, кандидат технических наук Силантьева, Светлана Михайловна

• Силантьева, Светлана Михайловна
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Силантьева, Светлана Михайловна

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение

Глава 1. Состояние теории и практики автоматизации сборки винтовых соединений деталей. Цели и задачи исследования

1.1. Винтовые соединения и области их использования

1.2. Обоснование выбора объекта исследований

1.3. Типы винтов

1.4. Способы стопорения винтовых соединений

1.5. Технологичность конструкций изделий

1.6. Технологическая система для автоматизированной сборки винтовых соединений деталей

1.7. Установление требований к точности средств технологического оснащения сборочной системы

1.7.1. Условия автоматической сборки винтовых соединений деталей

1.7.2. Размерный анализ технологической системы

1.8. Методы и устройства контроля параметров затяжки винтовых соединений деталей

1.8.1. Метод сборки винтовых соединений с управлением по крутящему моменту

1.8.2. Метод сборки винтовых соединений с управлением по углу затяжки

1.8.3. Метод сборки винтовых соединений с управлением по удлинению стержня винта

1.8.4. Градиентный метод сборки винтовых соединений деталей52

1.8.5. Метод сборки винтовых соединений путем инерционной ударно-импульсной затяжки

1.9. Режимы сборочного процесса

1.10. Состав автоматизированной сборочной системы для винтовых соединений деталей

1.10.1. Выявление составляющих звеньев технологической системы

1Л0.2. Патроны

1.10.3. Типы винтоверты

Винтоверты вращательного действия

Винтоверты для постановки самонарезающих и самосверлящих винтов

Винтоверты ударного действия

Адаптивные сборочные системы

1.10.4. Технологические системы на базе промышленных роботовШ

1.10.5. Устройства для сборки винтов с шайбами

1.10.6. Устройства подачи винтов

1.10.7. Устройства для базирования и закрепления базовых деталей и их подачи к месту сборки

Цель и задачи исследования

Глава 2. Выявление качественной и количественной взаимосвязи между размерными и точностными параметрами соединяемых винтовых деталей и параметрами автоматизированных средств технологического оснащения

2.1. Расчет параметров резьбы винтов

2.2. Влияние конструктивного исполнения направляющей части винтов на процесс соединения деталей

2.3. Выбор баз для винтов

2.4. Определение точности положения сопрягаемой резьбовой поверхности винтов относительно их базовых поверхностей

2.5 Выбор баз для базовой детали

2.6. Влияние конструктивного исполнения головок винтов на процесс сборки винтовых соединений

2.7. Выбор режимов сборочного процесса для обеспечения качества винтовых соединений и изделий в целом

2.8. Конструктивное исполнение винтов для обеспечения сто-порения винтовых соединений

2.9. Влияние конструктивного исполнения винтов на процесс

их ориентирования и транспортирования

2.10. Конструктивное исполнение шайб

2.11. Конструктивное исполнение гаек

Выводы

Глава 3. Выявление качественной и количественной взаимосвязи

между конструктивными параметрами винтовых деталей и их экономичностью при автоматизированной сборке изделий

Выводы

Глава 4. Выбор структуры технологической операции и компоновки переналаживаемой автоматизированной системы для сборки винтовых соединений деталей

4.1. Выбор оптимальной структуры технологической операции199

4.2. Выбор компоновки переналаживаемой автоматизированной сборочной системы

4.3. Компоновка и проектирование винтовертов

4.3.1. Выбор типа и проектирование патронов для базирования винтов

4.3.2. Выбор инструмента

4.3.3. Расчет параметров шпиндельного узла винтоверта

4.3.4. Выбор привода винтоверта

4.3.5. Выбор устройства контроля и регулирования крутящего момента

Выводы

Глава 5. Методика проектирования технологической оснастки и оборудования переналаживаемых автоматизированных сборочных систем

5.1. Последовательность выбора, расчета и проектирования технологической оснастки и оборудования автоматизированных сборочных систем

5.2. Результаты выполненных исследований

5.3. Математическая модель выбора и расчета параметров технологической системы для автоматизированной сборки винтовых соединений деталей

5.3.1. Алгоритм математической модели

5.3.2. Пример расчета параметров автоматизированной сборочной системы для сборки винтовых соединений деталей

5.4. Методика выбора структуры технологической системы для автоматизированной сборки винтовых соединений деталей

5.5. Технико-экономическая эффективность использования автоматической сборочной системы

Выводы

Общие выводы

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Выбор структуры технологической системы для автоматизированной сборки винтовых соединений деталей»

ВВЕДЕНИЕ

Сборка является заключительным и наиболее сложным этапом изготовления изделий. Собранные изделия должны соответствовать требуемым точностным параметрам и другим показателям качества, гарантирующим работоспособность и другие заданные их свойства в течение всего периода эксплуатации. Особенно важно это для транспортных средств: автомобилей, тракторов и др., качество которых, в том числе и безопасность работы, в значительной степени зависит от крепежных деталей: винтов, болтов и др.

Процесс сборки резьбовых соединений деталей трудоемок и сложен, требует привлечения больших трудозатрат и применения различных сборочных инструментов.

Основной путь снижения трудоемкости их сборки и достижения стабильного качества изделий является расширение использования автоматизированного сборочного оборудования и технологической оснастки.

Причины, тормозящие внедрение автоматизированной сборки резьбовых соединений:

- недостаточная технологичность конструкций деталей;

- нестабильное качество поступающих на сборку деталей;

- низкий уровень унификации и нормализации резьбовых, в том числе и корпусных деталей, а также расположения резьбовых отверстий в них;

- недостаточность исследований в области процессов автоматической сборки этих соединений деталей.

Используемое в промышленности автоматическое резьбосборочное оборудование является специальным, достаточно сложным и дорогим в изготовлении, и потому экономически оправдано только при больших программах выпуска изделий. Коэффициент использования действующего автоматического сборочного оборудования часто составляет всего 0,35 - 0,43. Трудно добиться рентабельности такого оборудования, от которого в процессе эксплуатации требуется высокая точность. В то же время потребность в автоматических сборочных системах велика ввиду необходимости сокращения трудоемкости изготовления и обеспечения стабильности качества изделий. Высокое качество сельскохозяйственной техники, транспортных средств повышенной опасности: автомобилей и самолетов является также необходимым условием конкурентности нашей машиностроительной продукции. Что касается сборки изделий в серийном производстве, то, по существу, в ми-

ре имеются лишь отдельные примеры удачной автоматизации. Это объясняется тем, что наряду со сложностями, характерными для массового производства, при автоматизации серийной сборки изделий возникают дополнительные сложности, связанные с материальными затратами на создание средств программирования, составление программ и значительными затратами времени на их подготовку и изготовление.

Накопленный в промышленности опыт по созданию оборудования для изготовления деталей показал эффективность создания групповых переналаживаемых средств и унификации элементов оборудования.

Актуальной задачей является создание гибких автоматизированных производств для сборки резьбовых соединений деталей в условиях серийного многономенклатурного изготовления изделий.

В качестве объекта исследований выбраны винтовые резьбовые соединения, которые широко распространены в машиностроении и отличаются большим многообразием.

Преимущество винтовых соединений деталей - возможность многократной сборки и разборки изделий. Винтовые детали позволяют создавать большие осевые силы, необходимые для герметичности стыков. Эти детали воспринимают значительные эксплуатационные нагрузки.

Пока недостаточно сведений о взаимосвязи размерных и точностных параметров деталей винтовых соединений и параметров технологической оснастки сборочных систем. Не было уделено достаточного внимания выбору структуры сборочной операции и не выявлены требования, которым должны отвечать оснастка и оборудование технологической системы для обеспечения высокоэффективной ее работы. В процессе проектирования технологической оснастки и оборудования переналаживаемых автоматизированных сборочных систем необходимо рассмотреть комплекс взаимосвязей (экономических, временных, точностных).

Поэтому тема "Выбор структуры технологической системы для автоматизированной сборки винтовых соединений деталей" имеет актуальное и большое практическое значение.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)», Силантьева, Светлана Михайловна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

С целью повышения эффективности процесса автоматизации сборки винтовых соединений деталей при обеспечении требуемого качества собираемых изделий в условиях многономенклатурного серийного производства, для создания конкурентоспособности изделий и сокращения сроков подготовки производства путем выбора оптимальной структуры технологической операции сборки винтовых соединений деталей и рациональной компоновки переналаживаемой автоматизированной сборочной системы решены следующие научные задачи:

3. Установлена качественная и количественная взаимосвязь между стоимостью, размерными и точностными параметрами соединяемых винтовых деталей, их физико-механическими свойствами и параметрами технологической оснастки и оборудования переналаживаемых автоматизированных сборочных систем, их структурой и компоновкой;

2. Следует использовать для обеспечения требуемой точности и повышения производительности сборочного процесса на 40-50% самосверлящие, самонарезающие или самонакатывающие винты, если это возможно по служебному назначению;

3. Для обеспечения точности целесообразно базирование деталей осуществлять непосредственно по сопрягаемым резьбовым поверхностям по двойной направляющей базе и только в отсутствие такой возможности следует переходить на базирование по сочетанию поверхностей;

4. Короткие винты следует базировать по торцу головки и резьбовому стержню для обеспечения наибольшей точности, а при отсутствии такой возможности - по боковой поверхности и торцу голов ки. При такой схеме базирования следует отдавать предпочтение винтам с цилиндрической головкой;

5. Следует пересмотреть существующие ГОСТы на винты и расположение осей резьбовых отверстий под крепежные винты с целью ужесточения допусков для обеспечения надежности и эффективности работы автоматизированных сборочных систем и качества собираемых изделий;

6. Целесообразно осуществлять замену болтовых соединений на винтовые, поскольку обеспечивается снижение стоимостных затрат не менее 30%;

7. Разработана методика проектирования технологической оснастки и оборудования переналаживаемых автоматизированных систем для сборки винтовых соединений деталей в условиях многономенклатурного серийного производства изделий;

8. Предложенная методика и созданные на ее основе программы для расчета автоматизированных сборочных систем позволяют на стадии технологической подготовки производства рассчитать и подготовить технические задания на проектирование средств технологического оснащения с учетом необходимой точности и производительности оборудования;

9. В крупносерийном производстве целесообразно использовать автоматизированные комплексы с применением промышленных роботов и автоматической сменой инструмента, а в среднесерийном производстве - программные переналаживаемые автоматические сборочные устройства;

10. Экспериментальные исследования подтвердили справедливость предложенных закономерностей путем проверки значений режимов сборочного процесса с учетом точностных и других параметров соединяемых винтовых деталей;

10. Предложенная методика проектирования переналаживаемых автоматизированных сборочных систем используется при курсовом и дипломном проектировании на кафедре "Технология машиностроения" по дисциплинам "Технология машиностроения" и "Автоматизация технологических процессов и производств"

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Силантьева, Светлана Михайловна, 1999 год

ЛИТЕРАТУРА:

1. "Автоматизация сборочных работ в СССР и за рубежом" - М., Машиностроение, 1967

2. Алексеев А.В. "Исследование технологии роботизированной сборки резьбовых соединений с целью повышения производительности и обеспечения качества изделий" - Диссертационная работа Москва, 1984

3. Алексеев П.И. и др. "Гибкие производственные системы сборки" / Под общ. ред. Федотова А.И. - Л., Машиностроение, 1989 -349 с.

4. Амиров Ю.Д. и др. "Технологичность конструкции изделия": Справочник. / Под общ. ред. Амирова Ю. Д. - М., Машиностроение, 1988

- 256 с.

5. Анурьев В.И. "Справочник конструктора - машиностроителя" В 3-х томах. - М., Машиностроение, - 1979 - 728 е., 559 е., 557 с.

6. Балаболин Н.А., Храбров A.C. "Автоматизация процессов сборки в серийном производстве" - Л., ЛДНГП, 1982

7. Балакшин Б. С. "Основы технологии машиностроения" - М., Машиностроение, 1969 - 560 с.

8. Баранчукова И. М. и др. "Проектирование технологии"/ Под общ. ред. Соломенцева Ю. М. - М., Машиностроение, 1990 - 416 с.

9. Бейзельман Р.Д. и др. "Подшипники качения": Справочник. -М., Машиностроение, 1975 - 572 с.

10. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. "Резьбовые соединения" - М., Машиностроение, 1973 - 256 с.

11. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. "Резьбовые и фланцевые соединения" - М., Машиностроение, 1990 - 386 с.

12. Бирюков В.Д. и др. "Переналаживаемая технологическая оснастка"/ Под общ. ред. Полякова Д.И. - М., Машиностроение, 1988

- 256 с.

13. Блаер И. Л. "Стабилизация качества сборки резьбовых соединений в машиностроительном производстве" - Диссертационная работа - Горький, 1970

14. Бобров В.П. "Проектирование загрузочно-транспортных устройств к станкам и автоматическим линиям" - М., Машиностроение, 1964 - 291 с.

15. Вардашкин Б. А. "Станочные приспособления": Справочник в 2-х томах. - М., Машиностроение, 1984 - 655 с.

16. Гельфанд М. Л. и др. "Сборка резьбовых соединений" - М.,

Машиностроение, 1978 - 109 с.

37. "Гибкие сборочные системы"/ Под ред. Хегинботама У.Б. -М., Машиностроение, 1988 - 400 с.

18. ГОСТ 1759 - 70 Болты, винты, шпильки, гайки. Технические требования / Гос. ком. СССР по стандартам - Изд. офиц. - М., Изд-во стандартов, 1992

19. ГОСТ 1759.1 - 82 Болты, винты, шпильки, гайки и шурупы. Допуски. Методы контроля размеров и отклонений формы и расположения поверхностей / Гос. ком. СССР по стандартам - Изд. офиц. - М., Изд-во стандартов, 1993

20. ГОСТ 1491 - 80, ГОСТ 17473 - 80 - ГОСТ 17475 - 80, ГОСТ 11644 - 75 Винты: конструкция и размеры / Гос. ком. СССР по стандартам - М., Изд-во стандартов, 1982

21. ГОСТ 10618 - 80 - ГОСТ 10621 - 80, ГОСТ 11650 - 80 - ГОСТ 11652 - 80 Самонарезающие винты / Гос. ком. СССР по стандартам -М., Изд-во стандартов, 1990

22. ГОСТ 16093 - 81 Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Допуски / Гос. ком СССР по стандартам - М., Изд-во стандартов, 1989

23. Гусев А.А. "Автоматизация сборки зубчатых передач"/ Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Сер. Технология и оборудование механосборочного производства. - 1990, 155 с.

24. Гусев A.A. "Адаптивные устройства сборочных машин" - М., Машиностроение, 1979 - 208 с.

25. Гусев к. к. "Технологические основы автоматизации сборки изделий" - Диссертационная работа - Москва, 1979

26. Гусев А.А. "Основные принципы построения сборочных гибких производственных систем" - М., Машиностроение, 1988 - 52 с.

27. Гусев А. А. и др. "Технология машиностроения" - М., Машиностроение, 1986 - 480 с.

28. Гусев A.A., Смыслов И. И. " Автоматизация и механизация сборочных процессов ( в мелкосерийном и серийном производстве" -ЦНИИТЗИлегпищмаш, Москва, 1976

29. Житников Ю.3. "Автоматизация сборки резьбовых соединений" Ч. 1. Теоретические основы автоматизированной сборки изделий с резьбовыми соединениями - Ковров, 1996 - 131 с.

30. Житников Ю. 3. "Обеспечение автоматизации сборки изделий с групповыми резьбовыми соединениями путем выявления качественных и количественных взаимосвязей, действующих в процессе использования средств пассивной адаптации" - Диссертационная работа - Москва,

31. Жмылевская М.Л. "Использование ПР в автоматизированных процессах сборки" - М., ВНИИТЭМР, 1989 - 48 с.

32. Завалий Ю. И. "Пути повышения уровня механизации и автоматизации сборки резьбовых соединений" - Киев, 0-во "Знание", УССР, 1982 - 29 с.

33. Замятин В. К. "Технология и автоматизация сборки" - М., Машиностроение, 1993 - 464 с.

34. Зимина Л. А., Шерман В.Л. "Механизация и автоматизация сборочных работ в приборостроении" - М., Машиностроение, 1985 -224 с.

35. Иосилевич Г. Б. и др. "Затяжка и стопорение резьбовых соединений": Справочник - М., Машиностроение, 1985 - 224 с.

36. Капустин Н. И. и др. "Устройства и механизмы автоматических сборочных машин" - М., Машиностроение, 1968 - 280 С. :

37. Карасев А. П. "Исследование путей повышения качества сборки резьбовых соединений" - Диссертационная работа Челябинск, 1980

38. Кладиенко Л. А. "Устройство завинчивания с автоматической подачей винтов" - Механизация и автоматизация производства, 1988, N 1 - с. 18-19

39. Козырев Ю.Г. "Промышленные роботы": Справочник - М., Машиностроение, 1988 - 392 с.

40. Колмаков Ю. М. "Оснастка для сборки резьбовых соединений" - Машиностроитель, 1990, N 9 - с. 34-35

41. Корсаков B.C. "Автоматизация сборочных работ" - М., Машиностроение, 1985 - 56 с.

42. Корсаков В. С. "Основы конструирования приспособлений" -М., Машиностроение, 1983 - 277 с.

43. Корсаков В.С., Новиков М. П. "Справочник по механизации и автоматизации сборочных работ" - М., МашГИЗ, 1961 - 374 с.

44. Корсаков B.C., Сошников Б.М. "Технологические основы средств механизации и автоматизации сборочных процессов в приборостроении" - М., Машиностроение, 1970, - 328 с.

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

46. Лебедовский М. С. и др. "Научные основы автоматической сборки" - Л., Машиностроение, 1985 - 316 с.

47. Максимович Б.. Д. "Технологическое обеспечение повышения производительности и качества автоматической сборки групповых резьбовых соединений" - Диссертационная работа - Москва, 1988

48. Малов А.Н. "Механизация и автоматизация сборочных работ в приборостроении" - М., Машиностроение, 1964 - 352 с.

49. Медведев В. А. и др. "Технологические основы ГПС" - М., Машиностроение, 1991 - 240 с.

50. Мишкинд С. И. "Автоматизация сборочных процессов с помощью промышленных роботов" - М., НИИмаш, 1980 - 72 с.

51. Новиков М.П. "Основы технологии сборки машин и механизмов" - М., Машиностроение, 1980 - 592 с.

52. Оболенский В. Н. и др. "Механизация и автоматизация процессов сборки резьбовых соединений" - М., Машиностроение, 1983 - 47 с.

53. Орлов П.И. "Основы конструирования": Справочно-методическое пособие. В 2-х томах. - М., Машиностроение, 1988 -544 с.

54. Петриков В.Г., Власов А.П. "Прогрессивные крепежные изделия" - М., Машиностроение, 1991 - 256 с.

55. Поливцев В. П. и др. "Автоматическая сборка с инерционной ударно-импульсной затяжкой резьбовых соединений" - Механизация и автоматизация производства, N 1, 1988 - с. 5-7

56. Самарянов В. А. "Исследование процесса сборки резьбовых соединений, выполняемых винтозавертывающими автоматами" Диссертационная работа - Москва, 1981

57. Синеокая И. А. "Выбор структуры оборудования для автоматизации сборки изделий с использованием шпилечных соединений" - Диссертационная работа - Москва, 1997

58. "Справочник металлиста"/ Под ред. Рахштадта А.Г., Брострема В. А. 2-й том - М., Машиностроение, 1976 - 717 с.

59. Фрейнберг Г. К. "Автоматизация сборки винтов с шайбами" -Р., ЛатНИИНТИ, 1982 - 64 с.

60. "Справочник технолога-машиностроителя"/ Под ред. Косиловой А. Г., Мещерякова Р. К. В 2-х томах. - М., Машиностроение, 1985 - 655 е., 495 с.

61. Шерман В.Л., Легоньких Г.В. "Механизация сборочных работ в приборостроении" - М, МашГИЗ, 1963.- 467 с.

62. Якушев А. И. и др. "Повышение прочности и надежности резьбовых соединений" - М., Машиностроение, 1979 - 215 с.

63. Яхимович В. А. и др. "Автоматизация процессов сборки

резьбовых соединений" - Львов, "Вища школа", 1982 - 160 с.

64. Яхимович В. А. "Переналаживаемые сборочные автоматы" -Киев, "Техника", 1979 - 176 с.

Зарубежная литература:

65. Bossard "Handbuch der Verschraubungstechnik'*- Zürich, 1982

- 147 с.

66. Grossberndt H. "Die automatisierte Montage mit Schrauben"

- Ehningen bei Böblingen, 1988 - 281 c.

67. Grossberndt H. "Kleinschrauben für die automatische Montage"- Der Zuliefermarkt, 1991, N6, c. 115-122

68. Lehmann R. und andere "Zufurvorrichtung für Schrauben an lotrecht arbetenden Schraubautomaten"- Patentschrift DD 252784 AI B25 B23/04, 30. 12.87

69. Milberg J., Maier Ch. "Auslegen montagegerechter Schraubverbindungen"- Jndustrie-Anzeiger, 1986, N17 v28.2, c. 22-24

70. Palm E. "Vorrichtung zum Bohren oder zum Eindrehen von selbstbohrenden Befestigern"- Offenlegungsschrieft DE 4021378 AI B25 B23/00, 16.01.92

71. Seidler W. "Tupenlosungen für Fugeverfahren für die Anwendung in flexiblen automatischen Montageprozessen"-Dissertazion- Karl-Marx-Stadt, 1987

72. Szedo J. "Gepirari szerelesi kotesmodok osszehasonlito virsgalata"- Gepgyartastechnologia, 1982, N5

73. Treppe E. "Verfahren zum Steuerung von Schraubvorgangen"-Patentschrift DD 286710 A7 B25 B23/147, 07.02.91

74. Warnecke H.-J., Fischer G. "Flexible Automatisierung der Schraubtechnik- Bedarfanalyse und spezifische Aufgaben"-Werkstattstechnik, 1988, N78 c. 181-185

75. Zach E. "Schraubenzieherklinge"- Patentschrieft CH 683078 A5 B25 B15/00, 14.01.1994

Каталоги:

76. Druckluft Maschinen und Systeme und Schraubstationen / DERPAG Schulz Gmbh u. Co. - Amber, 1990- 70 c.

77. Industriewerkzeuge Schraubtechnik Handbuch / Robert Bosch Gmbh. - Murrhard, 1989- 89 c.

78. Industriewerkzeuge und Zubehör / Atlas Copco Tools Gmbh.-Essen, 1990- 167 с.

79. Schraubautomaten / WEBER Gmbh & Co KG.- Wolfratschausen, 1990- 98 c.

80. Schrauber und Industriehandhabung / Mader Gmbh,

Leinfelden, 1990- 80 c.

81. Schraubtechnik / AMT Gmbh.- Aalen, 3990- 44 c.

82. Schraubtechnik, Schraubsysteme / DGD Gmbh & Co. -Westhausen, 1990- 50 c.

83. Schraubtechnik: Zukunfstorientierte Technik Flexible Anwendung Wirtschaftlicher Einsatz / Robert Bosch Gmbh.-Murrhard, 1990- 66 c.