Особенности автоматизированного технологического процесса сборки

Раздел: АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ

Состояние и перспективы развития автоматизации сборочных работ

Сборка – завершающий этап производства, определяющий стоимость и качество продукции. Сборочные работы в различных отраслях МС составляют около 50% общей трудоёмкости изготовления изделий, что объясняется низким условиям их автоматизации и механизации. При этом уровень механизации не превышает 25-40%, а автоматизации, используемой в условиях крупносерийного и массового производства - 10%.

В условиях серийного производства, удельный вес которого в общем валовом продукте составляет 70%, стоимость сборки существенно выше, чем в массовом производстве. Главным образом, вследствие большого объема пригоночных и догоночных операций и значительной трудоёмкости: межоперационной и межцеховой. Стоимость обработки можно уменьшить путем организационно-технических мероприятий, сокращения объема пригоночных операций, применением механизмов, приспособлений и инструмента, увеличение механизации и автоматизации сборочных процессов. Причем решением совершенствования сборочного производства является его автоматизация. Препятствием на пути автоматизация сборочных работ является технологическая несработанность конструкций изделий, недостаточная унификация и малая серийность выпуска изделий, недостаток или отсутствие типового автоматизированного сборочного специализированного или переналаживаемого оборудования, недостаточно высокое качество деталей собираемых изделий, необеспеченность технологов и конструкторов необходимыми нормативными, расчетными и справочными материалами, а так же ограниченное количество хорошо проверенных на производстве примеров решений.

Противоречие между увеличивающейся потребностью промышленности в новой технике и сложностью её освоения машиностроением, в частности, сборочными подразделениями может быть устранено лишь созданием АП нового типа: мобильных, легко переналаживаемых на выпуск новой продукции, способных изготовить изделия небольшими партиями с производительностью, качеством и себестоимостью присущими автоматизированному производству. Основой такой гибкой сборки является программирование, позволяющее менять порядок действий и подачу компонентов при переходе с одного объекта сборки на другой. Гибкая программируемая сборка является наиболее трудной, но в тоже время центральной частью полностью интегрированного производства.

Её создание и внедрение должны рассматриваться с учетом возможностей, принципов и тенденций гибкого производства. Гибкая автоматизированная сборка будет завершающей стадией, полной интеграцией автоматизированного производства. Ключевыми структурными единицами ГПС для сборки являются либо программируемые сборочные автоматы, либо ПР. Освоение с помощью ГПС сборочных технологий производится с учетом таких специфических производственных характеристик, как число деталей в сборке, количество вариантов изделий, программа выпуска. Возможности гибкой автоматизации сборки ограничены: сложностью и разнообразием объектов сборки, сложностью используемой оснастки, малой длительностью циклов сборочных операций, необходимостью проведения подгоночных, регулировочных и настроечных работ, а так же незначительным составом централизованно выпускаемых средств ориентации и поштучной выдачи собираемых элементов, сборочных ПР.

Автоматизация сборочных операций ведется по двум направлениям:

1. Создание сборочных АЛ для массового и крупносерийного производства различных самостоятельных узлов изделия (двигатели).

2. Создание сборочных комплексов на базе роботов, обеспечивающих сборку типовых изделий машиностроения (редуктора, насосы).  

 

Особенности автоматизированного технологического процесса сборки

ТП автоматизированной сборки состоит из следующих взаимосвязанных, последовательно выполняемых технологических этапов:

1. Ориентация и подача собираемых деталей

2. Сопряжение предварительно ориентированных деталей.

3. Закрепление собранных деталей в необходимом положении.

4. Контроль операций в процессе сборки.

5. Удаление из зоны сборки и съем изделия.

Первый этап состоит в ориентации и подаче деталей собираемого изделия. Определяющим при выборе методов и средств автоматизации на этом этапе является исходное положение компонентов. Если собираемая деталь находится в емкости навалом, для их поштучного извлечения используют либо адаптивный ПР, либо специальные устройства пространственной ориентации, работающие согласованно с устройством для подачи деталей на позицию сопряжения. Для извлечения ориентированно расположенных в ёмкости деталей используют жестко-программируемые манипуляторы. Наличие ёмкостей деталей целесообразно для создания определенного запаса их на каждой позиции с целью обеспечения бесперебойной работы оборудования сборки.

Второй этап – сопряжение – представляет собой движение собираемых деталей до полного соприкосновения и взаимной ориентации их сопрягающихся поверхностей. Этот этап наиболее трудоемкий. Сопряжение и последовательное закрепление собираемых деталей может происходить в условиях жесткого базирования или самоориентации. Безотказное соединение деталей по цилиндрическим поверхностям возможно только при наличии гарантированного зазора между поверхностями сопряжения. Большими технологическими возможностями при сопряжении обладает автоматизированная сборка, основанная на самоориентации соединяемых деталей. При этом одна из деталей жестко закрепляется на сборочной позиции, а другая имеет свободу перемещений в ограниченном пространстве и получает возможность самовосстановления (см. рис.)

Ориентация присоединительной детали происходит в два этапа. Первоначально детали ориентируются друг относительно друга с определенной точностью. Затем, под действием усилия Р, происходит их самоориентация.

Сборка по методу самоориентации широко применяется в ГПС, однако требуется высокое качество изготовления устройств базирования деталей, самих деталей, высокая точность позиционирования исполнительных механизмов, сборочных станков и ПР. Возможности самоориентации расширяются применением автопоиска, когда присоединяемой детали задаются поисковые движения в зоне несколько большей зоны самоориентации. В простейшем случае автопоисковое движение сообщается одной из деталей в плоскости перпендикулярной

направлению сборки.

Столу 1 с установленной на нем втулкой 2 с помощью электромагнитов подключенных к сети перемен-го тока в разные фазы А и Б сообщаются колебания по круговой орбите в установившемся режиме по разворачивающейся спирали при включении, и сворачивающейся - при выключении. При отладке автопоисковых устройств необходимый шаг автопоискового движения установить таким образом, чтобы он не превышал удвоенного допустимого отклонения осей сопрягаемых поверхностей.

 

 

 

Возможна сборка в условиях самоориентации. Простота реализации этого метода способствует широкому применению его в условиях АП. Исходное смещение осей сопрягаемых поверхностей является случайным, сборочный процесс в условиях автопоиска занимает неопределённое время. Это затрудняет балансирование сборочных позиций, ведёт к увеличению внутрицикловых потерь времени. Этих недостатков лишены устройства, работающие по методу направленного поиска. В них с помощью контрольно-измерительной системы определяется степень и направление смещения осей сопрягаемых поверхностей. В соответствии с этими значениями исполнительный механизм перемещает одну из них в требуемое направление и на необходимое расстояние до поступления по каналу ОС сигнала об устранении исходного рассогласования. Устройства, работающие по методу направленного поиска, являются наиболее перспективными для ГПС сборки.

Третий этап – закрепление соединения, выполняющееся с помощью традиционного оборудования: завинчивающих, сварочных, прессовочных и других машин или специализированных сборочных насадок, агрегатируемых для ПР.

Четвертый этап – регистрация наличия и пространственного положения собираемых элементов, режимов сборки, качества её выполнения – этап контроля.

Контрольные функции выполняют датчики систем информационного обеспечения, размещенные на рабочих органах механизмов и других устройств.

Пятый этап – съем изделия, выполняется с помощью систем межпозиционного транспортирования или ПР. Выбор этих средств зависит от того, сохраняется ли пространственная ориентация или возможен сброс неориентированных изделий.

ТП автоматизированной сборки существенно отличается от ТП ручной и механизированной сборки. Если при ручной сборке небольших изделий часто требуется только простейшие инструменты, то при автоматической сборке необходим сложный комплекс автоматически действующих устройств, надежно выполняющих все переходы сборки.

 Для сборки на автоматической сборочной установке надо иметь:

1. Бункерно-ориентирующее устройство, кассеты или магазины.

2. Накопители.

3. Отсекатели.

4. Питатели.

5. Устройства для скрепления деталей.

6. Устройства, выполняющие специальные функции.

7. Устройства, контролирующие правильность выполнения соединений.

8. Механизмы для удаления собранного изделия из автомата.

В основу проектируемой автоматической сборки должна быть положена хорошо отработанная и проверенная технология. Недопустимо простое копирование ручной сборки! Принятый вариант должен по своим показателям быть лучше существующего ТП ручной сборки. Во многих случаях целесообразна частичная автоматизация сборки. В условиях автоматизации выбор технологического варианта должен базироваться на точных расчетах. Весьма нежелательны последующие изменения принятых решений, так как это увеличивает сроки подготовки и издержки производства. Важной особенностью автоматической сборки является многовариантность задачи её осуществления. Для реализации одной и той же операции могут быть использованы системы с различной структурой и составом функциональных элементов, обладающие различными параметрами. Структурный анализ трудоёмкости выполнения сборочных операций по элементам показывает, что в большинстве случаев наибольший удельный вес (до 80%) приходится на подачу, ориентацию и сопряжение элементов в процессе сборки. Для достижения наибольшего эффекта по снижению трудоёмкости целесообразно основные усилия направлять на механизацию и автоматизацию именно этих элементов сборочного процесса.