2017-12-14
4539
Вопросы повышения уровня технологичности узлов и деталей должны решаться прежде всего на стадиях создания конструкций машин, изготовления опытных образцов и первых промышленных серий изделий. Именно на этих этапах могут быть реализованы принципиальные изменения в конструкции, направленные на снижение материалоемкости изделий, трудоемкости и, в конечном счете, себестоимости их производства при одновременном улучшении или сохранении технических характеристик. Однако недостаточное участие технологов в создании новых конструкций машин (а иногда и слабая технологическая подготовленность конструкторов) заставляют на стадии проектирования технологического процесса для серийного или массового автоматизированного производства нового изделий возвращаться к вопросам технологичности.
Применение высокопроизводительных технологических процессов обработки зачастую становится невозможным, если конструкция изделий в целом или отдельных его частей (узлов, деталей) не предусматривает или не допускает прогрессивных способов их производства. В ряде случаев конструкция изделия, пригодная для условий мелкосерийного производства, оказывается нетехнологичной для более крупных масштабов выпуска. Аналогично изделие, успешно выпускавшееся в условиях неавтоматизированного производства, может оказаться нетехнологичным при его автоматизации. Неотработанность изделия или его отдельных деталей на технологичность применительно к условиям автоматизированного производства может свести на нет эффективность самого процесса автоматизации.
Соответствие конструкции изделия условиям автоматизированного производства может оцениваться одним из трех методов:
n инженерного анализа;
n экспертных оценок и
n дифференциальных оценок.
При первом методе технологичность оценивается инженерным анализом:
· технических условий (требований) и основных параметров изделия в сравнении с существующими отечественными и зарубежными образцами;
· возможностей упрощения конструкции изделия (например, замена дефицитных или труднообрабатываемых материалов; сокращение кинематических цепей; использование самоустанавливающихся опорных узлов, упрощающих их сборку; замена сложнопрофильных поверхностей более простыми, с точки зрения формообразования, поверхностями; и т.п.);
· компоновки изделия и возможности применения прогрессивных методов сборки, например, узловой или агрегатной сборки;
· удобства общей сборки и сборки отдельных узлов, изготовления составляющих изделие деталей, оценки надежности их базирования на отдельных операциях и, связанной с этим, возможности достижения требуемой точности;
· основных размерных цепей конструкции с целью определения замыкающих звеньев и возможных способов достижения их точности;
· экономически целесообразных способов достижения заданных конструктором показателей качества отдельных поверхностей, деталей, узлов и изделия в целом;
· унификации применяемых в изделии деталей, узлов и комплектующих;
· максимального применения нормализованных деталей и узлов, изготавливаемых по ГОСТ, ОСТ, ТУ и другим нормативным документам.
Анализ технологичности конструкции проводится либо по всем деталям, проходящим механическую обработку, либо по базовым и корпусным деталям, определяющим конечную точность изделия и имеющим, как правило, максимальную трудоемкость изготовления. Для автоматизированного производства предпочтительнее проводить анализ технологичности по всем деталям, так как при этом могут быть решены вопросы унификации деталей, заготовок, параметров качества обрабатываемых поверхностей и методов их достижения.
Технологичность изделий связывается с рядом общих требований:
· максимальная унификация деталей для сокращения их номенклатуры и увеличения программы выпуска;
· развитие принципа конструктивного подобия элементов изделия одинакового назначения для типизации технологических процессов;
· обеспечение надежного и устойчивого базирования деталей при механической обработке и сборке для достижения заданных параметров качества. Для автоматизированного производства это требование носит более широкий смысл, так как все детали должны иметь еще и базовые поверхности для автоматического манипулирования на всех стадиях технологического процесса (транспортирование, ориентация, загрузка, выгрузка и т.п.);
· обеспечение достаточной (максимальной) жесткости конструкции деталей, позволяющей интенсифицировать процессы обработки;
· возможность обработки деталей за минимальное количество установов как необходимое условие для осуществления концентрации операций в автоматизированном производстве;
· использование в конструкции деталей таких форм поверхностей, которые допускали бы применение в технологии их обработки стандартных инструментов по возможности минимальной номенклатуры (типоразмеров).
Для автоматизированного производства имеет большое значение совмещение этапа отработки деталей на технологичность с этапом проектирования структуры и маршрута технологического процесса, выбора технологического оборудования и средств автоматизации. Изменение методов, последовательности обработки и применяемого оборудования может значительно изменить требования к технологичности конструкции детали. Другими словами, технологичность - это комплексное свойство, тесно взаимосвязанное и с конструкцией изделия и с технологией его изготовления.
Процесс инженерного анализа технологичности детали или изделия для условий автоматизированного производства дает качественную оценку (технологично - нетехнологично) и в общем носит достаточно субъективный характер - достоверность оценки в значительной степени зависит от квалификации и опыта осуществляющего этот анализ специалиста.
Для более объективной оценки технологичности предпочтительнее применение метода экспертных оценок, когда анализ проводится группой специалистов (экспертов) независимо друг от друга. Количественные оценки технологичности, проставляемые экспертами по балльной системе в специальных анкетах, обрабатываются методами математической статистики и дают более объективный результат при минимальной вероятности грубых ошибок. Следует подчеркнуть особую значимость первого этапа - составления анкеты, так как перечень вопросов для оценки технологичности напрямую зависит от конструкции анализируемой детали или изделия.
Существуют и другие, более «математизированные» методики оценки технологичности изделия, дающие ответ на вопрос о степени подготовленности конкретного объекта к автоматизированному производству. В основу таких методик положены научно обобщенные результаты статистической обработки большого количества результатов экспертного анализа технологичности разнообразных по конструкции изделий в рамках конкретной отрасли промышленности или предприятия.
Рассмотрим в качестве примера одну из таких методик [9], используемую в приборостроении. В основу положен принцип поэлементного анализа конструкции изделия, его деталей, сборочных компонентов с точки зрения возможности и технической целесообразности автоматического выполнения дискретных операций ориентации в пространстве, межоперационного транспортирования, загрузки в рабочие пространства технологических машин и выгрузки из них, базирования и т.д. При этом используется дифференцированная схема оценки степени технологичности объекта (заготовки, детали, сборочной единицы, изделия) для автоматизированного производства по 7 характерным группам свойств (рис. 1.1). Каждое свойство в группе имеет отличительный признак, по которому оно классифицируется, и соответствующую дифференциальную (количественную) оценку технологичности.
На первой ступени оценивается дифференциальное свойство ориентации в пространстве. При этом в качестве критерия принимается наиболее ярко выраженная асимметрия каких-либо свойств исследуемого объекта:
- наружной конфигурации;
- центра тяжести;
- внутренней конфигурации;
- физических свойств и
- свойств поверхности.
Примеры некоторых деталей с таким дифференцированием свойств ориентации приведены на рис. 1.2.
| 1. Ориентация в пространстве |
| 2. Неметаллические | |||
| 1. Металлические | |||
| 1.1. Ориентация не требуется | |||
| 1.2. Асимметрия наружной конфигурации | |||
| 1.3. Асимметрия центра тяжести | |||
| 1.4. Асимметрия внутренней конфигурации | |||
| 1.5. Асимметрия физических свойств | |||
| 1.6. Асимметрия свойств поверхности | |||
| 2. Сцепляемость |
| 2.1. Несцепляемые | |
| 2.2. Сопрягаемые | |
| 2.3. Сцепляемые механически | |
| 2.4. Сцепляемые полем (магнитным, электростатическим...) | |
| 2.5. Саморазбирающиеся | |
| 2.6. Сцепляемые адгезией (слипание) |
| 3. Соотносительность объемных размеров формы |
| 2. Неферромагнитные | |||
| 1. Ферромагнитные | |||
| 3.1. Свойство формы не учитывается | |||
| 3.2. Стержневые | |||
| 3.3. Пластинчатые толстые | |||
| 3.4. Пластинчатые тонкие | |||
| 3.5. Миниатюрные и микроминиатюрные | |||
| 3.6. Равноразмерные | |||
Рис. 1.1. Схема дифференциальной оценки технологичности деталей для автоматизированного производства (начало).
| 4. Форма |
| 3. Сферическая | ||||
| 2. Изогнутая | ||||
| 1. Прямая | ||||
| 4.1. Свойство формы не учитывается | ||||
| 4.2. Круглая (поперечное сечение) | ||||
| 4.3. Некруглая (поперечное сечение) | ||||
| 4.4. С нежесткими элементами | ||||
| 4.5. Непостоянная форма (размеры) | ||||
| 5. Симметрия |
| 5.1. Множество осей вращения | |
| 5.2. Одна ось вращения и одна плоскость симметрии | |
| 5.3. Одна ось вращения | |
| 5.4. Три и более плоскостей симметрии | |
| 5.5. Две плоскости симметрии | |
| 5.6. Одна плоскость симметрии | |
| 5.7. Осесимметрия | |
| 5.8. Асимметрия |
| 6. Наличие центрального отверстия |
| 4. Сферическая форма | |||||
| 3. Ступенчатая с асиммеричными концами | |||||
| 2. Ступенчатая с симметричными концами | |||||
| 1. Гладкая форма | |||||
| 6.1. Центральное отверстие отсутствует | |||||
| 6.2. Центральное отверстие сквозное | |||||
| 6.3. Центральное отверстие глухое | |||||
Рис. 1.1. Схема дифференциальной оценки технологичности деталей для автоматизированного производства (продолжение).
| 7. Дополнительные элементы конструкции |
| 2. Глухой | |||
| 1. Сквозной | |||
| 7.1. Дополнительные элементы отсутствуют | |||
| 7.2. Паз или выступ на образующей | |||
| 7.3. Отверстие на образующей поперечное | |||
| 7.4. Паз или выступ на торце центральные | |||
| 7.5. Паз, выступ или отверстие на торце нецентральные | |||
| 7.6. Отверстие в детали сферической формы | |||
| 1. С двух сторон | |||
| 2. С одной стороны | |||
Рис. 1.1. Схема дифференциальной оценки технологичности деталей для автоматизированного производства (окончание).
Следует напомнить, что анализ технологичности производится в прямой связи с проектированием технологического процесса изготовления конкретной детали (как минимум на стадии разработки маршрута техпроцесса). Поэтому оценка степени подготовленности этой детали к автоматизированному производству должна производиться с учетом конкретных требований технологического процесса или даже отдельной операции. То есть, одна и та же деталь может иметь различные оценки технологичности для различных операций технологического процесса. Например, для механической обработки детали типа «вал» имеет важное значение свойство первичной ориентации, так как при этом требуется строго определенное положение заготовки в системе координат станка. Для таких же операций как термическая обработка, виброгалтовка или нанесение гальванических покрытий (аппаратная обработки средой) свойство ориентации не играет, как правило, никакой роли. По этой причине в схеме оценки технологичности в ее первой ступени введен признак «не требует ориентации».
Вторая ступень характеризует свойство сцепляемости дискретных деталей друг с другом или с элементами технологического оборудования и средств автоматизации при автоматическом перемещении. При этом детали подразделяются на:
- несцепляемые,
- сопрягаемые,
- сцепляемые механически,
- сцепляемые полем (магнитным, электростатическим),
- сцепляемые адгезией или слипанием,
- «саморазбирающиеся».
Рис. 1.2. Примеры деталей с характерными признаками ориентации: а - асимметрия наружной конфигурации; б - асимметрия центра тяжести; в - асимметрия внутренней конфигурации; г - асимметрия физических свойств; д - асимметрия свойств (показателей качества) поверхности.
Данное свойство в значительной мере влияет на конструкцию устройств автоматического транспортирования, ориентации и загрузки-выгрузки деталей. Естественно, что самое «технологичное» свойство у несцепляемых предметов производства (дифференциальная оценка - 0).
Наиболее просто отделить друг от друга так называемые сопрягаемые детали, которые при перемещении в одном транспортном потоке могут самопроизвольно соединяться, например, валики и втулки, сопрягаемые по посадке с зазором. При этом такие детали однозначно различаются по контуру (форме).
Более сложные автоматические устройства требуются для сцепляемых деталей. В простейшем случае сцепление возможно механическим путем за счет специфичной конфигурации деталей. Например, компрессионные поршневые кольца двигателей внутреннего сгорания имеют поперечный разрез, поэтому при перемещении по лоткам (качением или скольжением) они легко могут зацепиться за стенки лотка, детали средств автоматизации, сцепиться с другими кольцами, что вызовет сбой в процессах транспортирования, ориентации, загрузки или выгрузки. Некоторые мелкие детали из ферромагнитных материалов могут намагничиваться под действием промышленных магнитных полей (например, от электромагнитов вибробункеров или от магнитных плит на операциях шлифования) и сцепляться друг с другом или с деталями средств автоматизации (которые целесообразно в таких случаях выполнять из немагнитных материалов, например, алюминиевых или медных сплавов, нержавеющей стали). Аналогичная картина может наблюдаться и при воздействии электростатического поля на мелкие детали из диэлектрических материалов и некоторых видов пластмасс. В ряде случаев может иметь место адгезионная сцепляемость (под действием межмолекулярных сил) или «слипаемость» деталей, например, покрытых антикоррозионными покрытиями, парафином, пленкой СОЖ на масляной основе и т.п. Во всех случаях необходимы либо специальные устройства для расцепления, либо введение дополнительных операций (промывки от СОЖ, размагничивания и т.д.).
В отдельный класс - саморазбирающиеся - вынесены сборочные компоненты без жесткой фиксации входящих в них элементов, способных к самопроизвольному разъединению при транспортировании на сборку, ориентации, загрузке сборочных автоматов и т.п.
Ступени 3 и 4 характеризуют свойства формы деталей. Причем на третьей ступени учитывается соотносительность объемных размеров детали:
- стержневые,
- пластинчатые,
- равноразмерные,
- миниатюрные и микроминиатюрные.
На четвертой ступени принимаются во внимание свойства собственно формы:
- круглые,
- некруглые,
- с нежесткими элементами и
- с непостоянной формой или размерами.
К последним относятся детали из тонкой проволоки или ленты, из мягких неметаллических материалов (например, резины), нежесткие спиральные пружины и т.п. Соотносительность объемных размеров стержневых, пластинчатых и равноразмерных деталей приведена на рис. 1.3.
Рис. 1.3. Соотношение объемных размеров формы деталей.
К миниатюрным и микроминиатюрным относят обычно радиодетали, компоненты интегральных микросхем, некоторые детали часовой и приборной промышленности. Не учитывается свойство формы деталей в тех случаях, когда анализируется их технологичность для операций автоматизированного производства безразличных к форме - автоматический счет на конвейере, промывка, сушка, термообработка и т.п.
Ступень 5 определяет свойство симметрии формы детали.
Ступень 6 дифференцирует детали по признаку наличия центрального отверстия. Центральным считается отверстие, ось которого совпадает с осью вращения или с плоскостью симметрии детали и параллельно ее длинной стороне.
Ступень 7 классифицирует признаки дополнительных элементов конструкций деталей и изделий, влияющих на сложность автоматизации технологического процесса. Для наглядности примеры некоторых таких элементов конструкций цилиндрических и призматических деталей приведены на рис. 1.4.
Рис. 1.4. Примеры дополнительных элементов конструкций деталей, определяющих технологичность при автоматизации.
Изложенная выше схема оценки технологичности детали для автоматизированного производства обладает достаточно высокой информативностью и вместе с тем может быть адаптирована для любых видов машиностроительного производства с изменением или добавлением ступеней, корректировкой дифференциальных оценок. Вообще изложенная методика должна быть гибкой, так как с развитием технологий, автоматизированного оборудования, инструментов, оснастки, устройств автоматической загрузки, выгрузки, ориентации и транспортирования происходит изменение влияния тех или иных свойств технологичности на сложность автоматизации производства.
По каждой группе признаков свойств детали присваивается дифференциальная оценка по десятибалльной системе. При анализе технологичности детали для конкретной операции автоматизированного производства по каждому из свойств считается, что деталь отвечает требованиям технологичности, если дифференциальная оценка не превышает шести. В противном случае следует более внимательно изучить конструкцию детали (изделия) на предмет конструктивного упрощения или пересмотреть структуру технологического процесса, принятые в нем методы обработки и автоматизации.
Так как технологичность является свойством, присущим сочетанию конструкции детали и конкретной операции технологического процесса, то при использовании изложенного метода в производстве каждой операции присваивается условный код технологичности в виде цифровой последовательности дифференциальных оценок (7 цифр) по схеме на рис. 1.1.
Однако более полную информацию, характеризующую сложность автоматизации конкретной операции автоматизируемого технологического процесса, дает сумма дифференциальных оценок (баллов) по всем выделенным свойствам. Суммарный балл позволяет судить о степени технологичности детали для данной операции автоматизируемого производства. Установлены четыре категории сложности автоматизации операций, перечисленные в таблице 1.1. Там же приведены рекомендуемые организационные действия, которые целесообразно предпринять при автоматизации операции технологического процесса.
Рассмотрим два примера количественной оценки технологичности одной и той же детали «вал» для различных операций автоматизированного производства: бесцентрового шлифования и сборки ступенчатого стального валика со шпонкой (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Эскиз детали «вал» к примеру анализа технологичности для автоматического бесцентрового шлифования и сборки со шпонкой.
Таблица 1.1. Характеристики категорий сложности автоматизации деталей.
| Категория сложности | Суммарный балл Вå | Характеристика, рекомендуемые действия |
| менее 10 | Детали и сборочные компоненты достаточно простой формы, технологичны для автоматизации операций ориентации, загрузки-выгрузки, базирования и транспортирования. Известны технические решения. | |
| св. 10 до 20 | Автоматизация средней сложности. Требуется отработка системы ориентации и загрузки детали. Целесообразна экспериментальная проверка. | |
| св. 20 до 25 | Высокая сложность автоматизации. Требуется тщательный анализ детали по отдельным параметрам элементов конструкции с учетом сложности техпроцесса и создания средств автоматизации. Необходимо обоснование технико-экономической целесообразности проектно-конструкторских работ. | |
| свыше 25 | Из-за сложности автоматической загрузки-выгрузки детали, ее ориентации в машинах-автоматах и автолиниях, автоматизация нецелесообразна. Рекомендуется изменить конструкцию детали (изделия). |
Бесцентровое шлифование:
| Ступень 1 | Асимметрия наружной конфигурации, деталь металлическая | - 1 |
| Ступень 2 | Деталь несцепляемая | - 0 |
| Ступень 3 | Стержневая форма из ферромагнитного материала | - 1 |
| Ступень 4 | Стержень прямой, круглого сечения | - 2 |
| Ступень 5 | Одна ось вращения (наличие шпоночного паза на меньшем цилиндре не влияет на операцию шлифования) | - 2 |
| Ступень 6 | Центральное отверстие отсутствует. Стержень гладкий (так как обработке подлежит ступень валика без шпоночного паза) | - 1 |
| Ступень 7 | Дополнительные признаки, влияющие на операцию бесцентрового шлифования, отсутствуют | - 0 |
–––––––––––––––––––––––––––
Условный код: 1012210
Суммарный балл SВ1=7
Сборка валика со шпонкой:
| Ступень 1 | Асимметрия наружной конфигурации, деталь металлическая | - 1 |
| Ступень 2 | Деталь несцепляемая | - 0 |
| Степень 3 | Стержневая форма из ферромагнитного материала | - 1 |
| Ступень 4 | Стержень прямой, круглого сечения | - 2 |
| Ступень 5 | Одна плоскость симметрии (по плоскости симметрии паза) | - 6 |
| Ступень 6 | Центральное отверстие отсутствует. Стержень ступенчатый с несимметричной формой концов | - 6 |
| Ступень 7 | Дополнительные признаки: паз (шпоночный) на образующей, глухой | - 3 |
––––––––––––––––––––––––––
Условный код: 1012663
Суммарный балл SВ2=19
В рассмотренных примерах одна и та же деталь относится к первой категории сложности при автоматизации процесса бесцентрового шлифования ступени Æ30 мм (SВ1=7) и к более высокой второй категории при автоматизации процесса сборки вала со шпонкой (SВ2=19).
