4. АВТОМАТИЗАЦИЯ СБОРКИ

← К оглавлению

1 2 3 4 5 6

Сборка – это заключительный и определяющий этап произ-

водственного процесса. От нее зависит качество изделий и их выпуск в

заданные плановые сроки. В настоящее время трудоемкость сбороч-

ных работ в машиностроении составляет 25…30 % от общей трудоем-

кости изготовления изделий. Сборочные работы по трудоемкости за-

нимают второе место после механической обработки. В индивидуаль-

ном и мелкосерийном производстве трудоемкость сборки нередко воз-

растает до 40 % из-за большого объема пригоночных работ. В прибо-

ростроении, электро- и радиотехнической промышленности трудоем-

кость сборки составляет 40…50 %. Относительная трудоемкость сбо-

рочных работ за последнее время непрерывно возрастает, а числен-

ность рабочих в сборочных цехах растет быстрее, чем в обрабатываю-

щих. Это обусловлено с одной стороны ростом возможностей обраба-

тывающего оборудования (производительности и сложности), а с дру-

гой тем, что механизация и автоматизация сборочного производства

осуществляется недостаточно полно и эффективно.

В сборочных цехах преобладает ручной труд. На сегодня ме-

ханизировано в среднем около 25 % и автоматизировано около 5 %

сборочных работ. Уровень автоматизации в сборочных цехах ниже

уровня автоматизации в заготовительных и обрабатывающих. На

сборке тяжелых объектов велика текучесть рабочей силы. На сборке

сложных изделий – много квалифицированных высокооплачиваемых

рабочих. Это приводит к тому, что себестоимость выполнения сборки

нередко достигает себестоимости механической обработки деталей

изделия.

Под технологическим процессом автоматической сборки из-

делия или сборочных единиц понимают часть производственного про-

цесса, выполняемого в автоматическом режиме на отдельной машине

или линии. В состав автоматической сборки могут входить различные

по характеру технологические операции и приемы, выполняемые в

определенной последовательности и связанные единством поставлен-

ной задачи и единством организации производства.

Таким образом, автоматическая сборка представляет собой

технологический процесс, в котором все основные и вспомогательные

работы по сборке изделия, а также транспортировка собираемого изде-

лия и входящих в его состав деталей в процессе сборки выполняются

без непосредственного участия рабочего. Признаком, определяющим

автоматическую сборку, является отсутствие рабочего, непрерывно

187

связанного со сборкой изделия. Существуют четыре ступени механи-

зации и автоматизации сборки изделий.

1. Частичная механизация, при которой механизированные

средства применяются на отдельных сборочных операциях, а основная

доля работы производится вручную простейшим немеханизированным

инструментом.

2. Комплексная или всесторонняя механизация, при которой

все основные рабочие операции выполняются механизированными

инструментами и приспособлениями.

3. Частичная автоматизация, при которой часть процессов

сборки осуществляется с применением автоматизированных техничес-

ких средств, а остальные работы выполняются операторами-сборщи-

ками с использованием механизированных инструментов и приспо-

соблений.

4. Комплексная автоматизация, представляющая собой выс-

шую форму механизации сборки; на этой ступени все рабочие опера-

ции, а также операции регулирования сопряжений и контроля собран-

ных узлов и изделий выполняются машинами-автоматами под наблю-

дением небольшого количества операторов.

Автоматизация сборки обеспечивает повышение качества из-

делий, так как влияние субъективного фактора частично или полно-

стью устраняется, увеличение производительности труда (иногда в

десятки раз), уменьшение себестоимости сборочных работ, высвобож-

дение рабочих (обычно в несколько раз), облегчение и оздоровление

условий труда, уменьшение производственных площадей (особенно

при сборке малогабаритных изделий).

Автоматизация расширяет технологические возможности сбор-

ки. На автоматах можно собирать такие изделия, сборка которых

вручную невозможна (например, в вакууме, в условиях токсичной,

взрывоопасной среды или высокой температуры, миниатюрных изде-

лий, в очень быстром темпе).

4.1. Элементы процесса автоматической сборки

Технологический процесс автоматической сборки может быть

дифференцирован на ряд взаимосвязанных технологических элемен-

тов, которые должны выполняться в строгой последовательности. К

таким элементам относятся:

1) подача деталей на рабочую позицию;

2) установка и базирование собираемых деталей и узлов в сбо-

рочных головках, блоках и позициях;

188

3) взаимная ориентация сопрягаемых поверхностей собирае-

мых деталей и узлов;

4) сопряжение собираемых деталей;

5) закрепление собранных деталей;

6) контроль комплектности и качества собранного изделия;

7) съем собранного изделия и транспортирование его на сле-

дующую сборочную позицию.

Наибольшую трудность при автоматизации сборки представ-

ляют первые три элемента процесса вследствие большого разнообра-

зия собираемых деталей. Каждому элементу операции сборочного

процесса соответствует особый механизм, который осуществляет эту

операцию.

Подача деталей на рабочую позицию может распадаться на

два подэтапа: подача деталей к месту сборки и подача деталей в зону

станка.

Подача деталей к месту сборки в зависимости от степени ав-

томатизации процесса сборки осуществляется в строго определенном

положении из бункерных или магазинных загрузочных устройств,

специальными механизмами или вручную. Разновидности способов

подачи деталей к месту сборки представлены на рис. 4.1.

Подача деталей к

месту сборки

Поштучная Квазинепрерывная

БЗУ

Магазин

Не организован.

С вырубкой

из ленты

С наклейкой

на ленту

Рис. 4.1 – Способы подачи деталей

189

Подача деталей с помощью БЗУ или магазинов рассмотрена

ранее. Для собираемых деталей, исключающих возможность использо-

вания бункерных загрузочных устройств или магазинов, иногда при-

меняют квазинепрерывные способы подачи, где собираемые детали

вырубаются из листа или ленты или наклеиваются на них и подаются к

месту сборки вместе с несущей лентой.

Затем собираемую деталь необходимо подать в зону сборки на

сборочную позицию. Это движение может быть осуществлено с по-

мощью специального механизма, с помощью промышленного робота

или вручную.

На сборочной позиции в сборочной головке или блоке произ-

водятся установка и базирование собираемых деталей или сборочных

компонентов – узлов.

Перед сопряжением детали, находящиеся на сборочной пози-

ции, должны быть зафиксированы, т. е. должны занять вполне опреде-

ленное устойчивое положение. Базирование деталей на сборочных

позициях так же, как и в приспособлениях для механической обработ-

ки, производится по правилу шести точек, но при этом возникает до-

бавочное требование наибольшей стабильности положения сопрягае-

мых поверхностей при колебании размеров детали в пределах допуска.

В зависимости от вида сопряжения схемы базирования деталей могут

быть различными. В некоторых случаях в сборочных автоматах деталь

в приспособлении не закрепляется, а устанавливается свободно.

Базирующие устройства должны точно сориентировать деталь

относительно базовых поверхностей и зафиксировать ее в заданном

положении. Особенностью базирования деталей на сборочных автома-

тах является жесткое фиксирование одной детали, вторая же деталь

(подвижная) должна иметь одну или две степени свободы.

Для осуществления сборки детали на сборочной позиции ори-

ентируются относительно друг друга так, чтобы их можно было по-

следующим движением беспрепятственно собрать. Пространственная

относительная ориентация деталей перед сборкой представляет собой

сложную задачу, которая решается на базе теории размерных цепей и

цепей относительных поворотов системы “собираемые детали – сбо-

рочное устройство”.

При базировании деталей, участвующих в сборке, необходимо

контактирование их поверхностей с соответствующими поверхностя-

ми приспособлений. Поверхности базирования, принадлежащие при-

способлению, должны обладать строго определенной формой и разме-

рами, в противном случае базировка не даст необходимой ориентации

собираемой детали (базовой или комплектующей).

190

Форма поверхностей базирования может быть плоской, ци-

линдрической, призматической, конической, резьбовой, керновой,

сферической и полукруглой, типа ласточкина хвоста и комбинирован-

ной. Базирование может осуществляться по наружной или внутренней

поверхности собираемой детали. Тип выбирается в каждом конкрет-

ном случае. Наибольшее применение для базирования, как показывает

опыт, имеют цилиндрические, призматические и комбинированные

поверхности. Помимо формы поверхности при выборе способа бази-

рования необходимо учитывать шероховатость поверхности и твер-

дость собираемых деталей. Основная осторожность должна быть про-

явлена при базировании деталей с шероховатостью от 6 до 14-го клас-

са чистоты, с керамическими и стеклянными деталями.

Все сказанное относилось к ориентации собираемых деталей

независимо друг от друга. Весьма важным является решение задачи

ориентации собираемых деталей относительно друг друга, что необхо-

димо для их беспрепятственного сопряжения. При автоматической

сборке часто встречаются случаи, когда оборудование не может обес-

печить точность взаимного расположения деталей, гарантирующую их

беспрепятственное соединение. Для этого одну из собираемых деталей

во время соединения превращают в подвижный компенсатор, а бази-

рование комплектуемой детали ведется по сопрягаемым поверхностям

другой (самоцентрирование). Это позволяет значительно расширить

допуски.

Взаимная ориентация (относительное ориентирование) сопря-

гаемых поверхностей собираемых деталей обеспечивается конструк-

тивными элементами базирующих устройств или специальными меха-

низмами. Точность взаимного ориентирования зависит от конструк-

тивных параметров сборочного оборудования и размерных параметров

собираемых деталей. В общем случае взаимная ориентация выражает

нахождение такого относительного расположения сопрягаемых по-

верхностей деталей, которое при любых отклонениях размеров этих

поверхностей, находящихся в поле допусков, обеспечит их беспрепят-

ственное сопряжение.

Сопряжение собираемых деталей производится при их относи-

тельном движении. Такое движение обычно называют движением сбор-

ки. В зависимости от рода (вида) соединений это движение может быть

поступательным, вращательным или комбинированным (сложным).

Для большинства изделий машиностроения и приборострое-

ния, а также изделий электронной техники после сопряжения деталей

их надо закрепить, т. е. жестко зафиксировать их относительное рас-

положение. Основные виды закрепления, характерные для процесса

автоматической сборки, приведены в таблице 4.1. Закрепление сопря-

191

женных деталей может производиться как в процессе соединения тем

же устройством (запрессовка), так и специальными механизмами и

устройствами, включаемыми в состав сборочного оборудования. Ме-

ханизмы закрепления иногда могут быть представлены сложными са-

мостоятельными агрегатами или блоками в сборочном оборудовании.

Часто требования, предъявляемые к элементу закрепления деталей,

определяют технологическую и конструктивную сущность сборочного

автоматического оборудования.

Таблица 4.1

Характер

закрепления

Вид закрепления Физическая сущность

Закрепление

разъемных

соединений

1. Завинчивание

2. Шплинтовка

3. Соединение с помощью

трения (клиновое)

4. Шпоночное соединение

–

Продольно-

прессовое

соединение

1. Штифтовка

2. Механич. прессование

3. Соединение с нагревом

охватывающей детали

4. Соединение с охлажде-

нием охватываемой детали

Удержание деталей сила-

ми трения, возникающи-

ми за счет упругих де-

формаций в соединении

Закрепление

деталей спосо-

бом пластичес-

кой деформации

1. Вальцевание радиальное

2. Вальцевание осевое

(осадка)

3. Отбортовка и

фланжировка

4. Закатка

5. Загибка

6. Зачеканка

7. Клепка

Геометрическое замыка-

ние за счет пластического

деформирования одной

или нескольких деталей.

Кроме того, во многих

случаях имеет место за-

крепление за счет сил

трения

Закрепление

специального

назначения

1. Армирование

2. Опрессовка

3. Склеивание, наклеивание

4. Заливка различными

компаундами

5. Покрытие специальны-

ми смолами

Геометрическое замыка-

ние за счет механическо-

го сцепления – адгезии

Закрепление спо-

собом теплового

воздействия

1. Пайка

2. Сварка

3. Термокомпрессия

Действие межатомных

сил

192

По окончании сборки изделия или в процессе выполнения от-

дельных действий или работ на автоматическом сборочном оборудо-

вании производится контроль комплектности собранного изделия или

точности и качества выполнения сборки. Контроль в процессе сборки

прежде всего необходим для предотвращения поломок устройств и

механизмов сборочного оборудования, порчи и образования брака из-

делия. При контроле исключаются из общего потока изделия, не удов-

летворяющие техническим требованиям на сборку. От рационального

решения системы контроля во многом зависят работоспособность, на-

дежность и рентабельность автоматического сборочного оборудования.

Съем сборочного изделия является завершающим элементом

процесса автоматической сборки. Он характеризуется сравнительно

сложными действиями (движениями) исполнительных органов: извле-

чение собранного изделия из рабочих органов автомата, транспорти-

рование и складирование изделий, причем на устройства съема обычно

возлагаются функции рассортировки собранных изделий по качеству

сборки. Несмотря на кажущуюся сложность задач, решаемых устрой-

ствами съема, конструктивное решение их преимущественно несложно.

Основными факторами, определяющими конструктивное ре-

шение автоматического оборудования, являются конструкция изделия

и технологический процесс его сборки.

4.2. Технологический процесс автоматической сборки

Практика автоматизации сборочных работ на различных оте-

чественных предприятиях и за рубежом показывает, что для выполне-

ния автоматических сборочных процессов необходимо предъявить

целый ряд дополнительных требований к конструкции изделий и их

деталей и определить последовательность выполнения отдельных опе-

раций и приемов. При разработке сборочного автоматического обору-

дования в большинстве случаев приходится отказываться от привыч-

ных приемов и последовательности сборки, присущих ручному произ-

водству; иногда возникает необходимость перестраивать весь техноло-

гический процесс изготовления изделия и даже его конструкцию. Это

объясняется тем, что на большинстве предприятий степень автомати-

зации сборочных работ низка, не выработаны еще основные положе-

ния и требования автоматической сборки, разработка изделий ведется

в отрыве от технологов-сборщиков; в конструкторских бюро и научно-

исследовательских институтах, где разрабатываются изделия, опытных

технологов-сборщиков явно недостаточно. Поэтому, приступая к рабо-

там по автоматизации сборки, следует критически подойти как непо-

средственно к конструкции изделия, так и к технологическим принци-

пам его изготовления.

193

При построении технологического процесса автоматической

сборки и при проектировании сборочного автоматического оборудова-

ния необходимо отвлекаться от особенностей ручной сборки изделий.

Действительно, приемы, трудно выполнимые вручную, подчас легко

могут быть выполнены на автоматическом оборудовании. В то же

время простые приемы ручной сборки вызывают большие затруднения

при автоматизации. Например, ручная сборка плунжерных пар топ-

ливного насоса требует весьма точной раздельной обработки гильзы и

плунжера с последующим селективным подбором деталей.

Качество сборки и даже качество работы изделия во многом

зависит от субъективных особенностей сборщика, который, по сути

дела, производит подбор сопрягаемых деталей методом проб, обеспе-

чивая зазор в собираемых парах интуитивно. При автоматизации сбор-

ки этого изделия был пересмотрен технологический процесс доводоч-

ных операций при изготовлении его деталей, а селективная сборка за-

менена сборкой с индивидуальной автоматической пригонкой диамет-

ра плунжера по отверстию гильзы. Эти меры позволили помимо по-

вышения производительности труда и сокращения производственного

цикла значительно повысить качество выпускаемых изделий. Приве-

денный пример показывает, что автоматическая сборка изделий может

включать в себя целый ряд технологических приемов и операций, не-

свойственных традиционно установившемуся понятию сборки.

Сборка является завершающим этапом в производстве изде-

лий, а следовательно, оказывает определяющее влияние на весь техно-

логический процесс, начиная с изготовления заготовок деталей и кон-

чая контролем и испытанием изделия.

Под технологическим процессом автоматической сборки из-

делия или его части понимают часть общего производственного про-

цесса, выполняемого в автоматическом режиме на отдельной машине

или линии.

Согласно этому определению, в состав автоматической сборки

могут входить различные по характеру технологические операции и

приемы, выполняемые в определенной технологической последова-

тельности и связанные единством поставленной задачи и единством

организации производства.

Многообразие видов работ и приемов, включаемых в техноло-

гический процесс автоматической сборки, начиная от элементов меха-

нической сборки и механической обработки до специальных физико-

химических процессов, требует от технологов-сборщиков знания цело-

го ряда специальных сопутствующих разделов науки и техники.

При разработке технологического процесса технолог-сборщик

должен определить сборочный состав изделия и дифференциацию

194

технологического процесса, правильно выбрать технологическую и

конструктивную структуру сборочного оборудования, произвести эко-

номический анализ и обоснование выбранного варианта автоматизи-

рованного процесса, определить и рассчитать режимы выполнения

этого процесса, а при необходимости провести специальные исследо-

вания.

Технологический процесс автоматической сборки должен

строиться из условия простого конструктивного исполнения средств

автоматизации, с наименьшим числом изменений положений базовых

и других деталей и узлов в пространстве; следует избегать параллель-

ности выполнения разных приемов. Другими словами, построение

технологического процесса автоматической сборки должно преду-

сматривать строгую последовательность выполнения технологических

операций в едином потоке сборки. Разветвление и сходимость потоков

усложняют конструкцию сборочного оборудования и снижают надеж-

ность его работы. Кроме того, конструкция изделия, степень его точ-

ности, конфигурация, вес и размеры составляющих деталей в значи-

тельной степени влияют на технологическую и конструктивную схему

автоматического сборочного оборудования, на выбор рабочих испол-

нительных и транспортных органов.

4.3. Структурные технологические

схемы автоматической сборки

Технологическая схема автоматической сборки органически

связана с конструкцией изделия, однако, не все изделия массового

производства по своему конструктивному оформлению допускают

автоматическую сборку. При разработке технологической схемы авто-

матической сборки это обстоятельство следует учитывать. Имеется

целый ряд сборочных работ, автоматизация которых экономически

нецелесообразна, поэтому автоматический процесс сборки может быть

разорван введением ряда ручных работ (загрузка, соединение деталей,

контроль).

Стремление создать наиболее простое и надежное сборочное

оборудование с меньшими капитальными затратами не исключает

возможность таких разрывов. Автоматизировать сборку следует более

дифференцированно, чем, допустим, механическую обработку, так как

иногда экономически выгоднее выполнять ряд сборочных работ вруч-

ную, чем создавать сложные автоматы. Дифференцированный подход

к технологическому процессу автоматизированной сборки, как прави-

ло, приводит к успешному решению проблемы.

195Для того чтобы решить, какой вид сборки по степени автоматизации рациональнее применить для

конкретного изделия, следует: а) проанализировать конструкцию изделия и составляющих его деталей; б)

найти связи и сборочный состав изделия; в) определить порядок и последовательность выполнения

сборочных приемов; г) изыскать рациональный способ управления процессом и оборудованием.

Наглядное представление о технологичности изделия дают схемы сборочного состава, которые

предусматривают выделение ступеней сборки. На основании этих схем можно вывести некоторые

количественные характеристики собираемого изделия, в том числе и степень сложности осуществления

сборки. Степень сложности сборочного состава (сборки) выражается количеством ступеней сборки.

5 ступень

сборки

4 ступень

3 ступень

2 ступень

1 ступень Сборочные компоненты

Изделие

S2 S2

S4 S4

S5 S5

S2 u 1

S3 u2

S4 u3

S5 u4

S6 u5

Рис. 4.2. – Теоретическая схема сборочного состава изделия

Теоретическая схема сборочного состава изделия показана на рис. 4.2. Эта схема дает

представление о сущности сборочного процесса, его сложности и в некоторой мере о технологичности

изделия с точки зрения его сборки. Связь между сборочными компонентами и изделием может быть

записана в следующем виде:

n us + = , (4.1)

где и – обозначение изделия; s – обозначение компонентов изделия; n – число ступеней сборки.

Рекомендуется строить схему расположения сборочных элементов с указанием технологической

последовательности выполнения соединений деталей. Такая схема (рис. 4.3) является весьма наглядным

документом, характеризующим качественную сторону сборочного состава изделия и его процесса сборки.

Составление такой схемы несложно. За ее исходное звено принимается базовая деталь 1–1, к базовой детали

присоединяются по две детали 1–2 и 1–3. в результате чего образуется “сборка” сб-1; к этой сборке

присоединяется сборка, образованная из деталей 2–1, 2–2, 2–3 и т. д. На схеме детали обозначены

прямоугольниками, внутри которых дается индексация и в нижней части – наименование деталей, причем

сборочные единицы обозначаются символом “сб” с присвоением порядкового номера ступени сборочной

единицы (узла). Этим же номером отмечаются и отдельные детали, входящие в данную сборочную единицу.

Таким образом, изделие, представленное данной схемой сборочного состава, имеет три ступени сборочных

единиц и, следовательно, рассматриваемое изделие имеет третью степень сложности.

Базовая

деталь

1 1-1

2 1-3

4 3-1

2 1-2

сб-1

1 2-2

1 2-3

1 2-1

сб-2

4 3-2

Изделие

Рис. 4.3 – Схема расположения сборочных элементов

При механической сборке, когда нет особой надобности указывать отдельные виды работ и

действий, удобно использовать схему, показанную на рис. 4.3. Она позволяет определить сборочный состав

изделия и технологическую последовательность его сборки. Однако эта схема не позволяет четко

представить связи между отдельными элементами всего сборочного процесса и выявить рациональную

структуру технологического процесса сборки, связанного с сопутствующими работами и процессами.

Допустим, что необходимо произвести соединение колпачков

с секцией цилиндрического конденсатора (рис. 4.4). Здесь приведены

две конструктивные разновидности одного типа конденсаторов:

а) конденсатор, в котором секция 1 закрепляется приклеиванием кол-

пачков 7 к корпусу 6 и б) конденсатор, в котором секция 1 фиксирует-

ся в корпусе (алюминиевом цилиндре) 10 завальцовкой колпачков 8 с

резиновыми шайбами. Для выполнения этой работы, прежде всего,

нужно определить сборочный состав изделия, необходимые детали и

материалы, их количество, определить базовую деталь или элемент.

Анализ рабочего чертежа собираемого изделия показывает, что в каче-

стве базовой детали можно использовать секцию конденсатора 1 в

сборе с припаянными к ней выводами 2; колпачки 7 надевают на сек-

цию с двух сторон, а затем вставляют в корпус 6 и заливают эпоксид-

ной смолой 4. Такая сборка может быть отнесена ко второй ступени, а

следовательно, ко второй группе сложности. Если же мы составим

теоретическую схему сборочного состава (см. рис. 4.2) или схему рас-

положения сборочных элементов (см. рис. 4.3), то не сможем опреде-

лить комплекса необходимых работ для выполнения соединения, так

как при этом трудно выявить направление, по которому может быть

построен технологический процесс автоматической сборки – нет чет-

ких данных о последовательности соединения деталей. Сборка секции

конденсатора с двумя одинаковыми колпачками может быть осущест-

влена или путем последовательного надевания сначала одного колпач-

ка, а затем после поворота секции – второго колпачка или параллель-

ным соединением, т. е. одновременным надеванием двух колпачков

без поворота секции.

Рис. 4.4 – Два варианта цилиндрических конденсаторов:

1 – секция конденсатора; 2 – выводы; 3 – прокладки;

4 – заливка эпоксидной смолой; 5 – набор шайб;

6 – корпус конденсатора; 7 – колпачки; 8 – колпачки с рифлением;

9 – резиновые шайбы; 10 – алюминиевый цилиндр

198Технологический процесс автоматической сборки позволяет варьировать отдельные работы или

действия и в одной сборочной машине выполняя параллельно ряд одинаковых действий, что не может быть

выполнено человеком. Ручная же сборка, выполняемая одним сборщиком на одном рабочем месте,

позволяет только последовательно собирать детали.

Составление схемы технологического процесса сборки помогает в некоторой степени составить

структурную схему сборочного оборудования. При составлении технологической схемы автоматичес-кой

сборки недостаточно провести оценку конструкции изделия, а целесообразно рассмотреть связи отдельных

составляющих элементов (деталей) изделия и специфические приемы выполнения технологичес-ких

операций.

Как правило, автоматическое сборочное оборудование разрабатывают для автоматического

выполнения более чем одного действия (операции). В процессе работы сборочное оборудование выполняет

несколько видов действий, например, загрузка, соединение и т. д. Результатом этих действий является

завершение одного (или нескольких) этапа сборочного процесса, который называется узловым моментом

технологического процесса автоматической сборки. В промежутке между отдельными узловыми моментами

имеет место поток различного вида действии определенной длительности во времени, который называют

работой.

Если дать условные обозначения узловым моментам, работе и

составляющим материальным элементам изделия, то можно схематичес-ки

изобразить технологический процесс. Условимся материальные элементы

изделия (детали, материалы и т. д.) обозначать прямоугольниками,

технологические материальные элементы (газ, флюс и т. д.) –

треугольниками, узловые моменты – окружностями, работу (или действие)

– ли-нией со стрелкой, указывающей направление потока действий.

Деталь Деталь

Базовый элемент

(деталь)

Изделие

Пассивная

связь Действительная связь

(работа)

Рис. 4.5 – Схема

технологического процесса

сборки секции цилиндрического

конденсатора с колпачками

Рассмотрим схему технологи-ческого процесса сборки секции

цилиндрического конденсатора с двумя колпачками (рис. 4.5). За начало сборки (базовый элемент – деталь) принят промежуточный узловой момент общей сборки изделия.

Базовый элемент (или базовую деталь) удобно выделять на схеме прямоугольником с утолщенной линией

контура. На схеме показано, что на данном этапе процесса сборки должны быть соединены в единое целое

три детали: базовая деталь и две одновременно присоединяемые к ней детали. Процесс соединения деталей

– работа, т. е. действие, совершаемое рабочими органами автомата, – обозначен сплошными линиями со

стрелками.

Для того чтобы соединить между собой детали, автомат должен произвести работу по надеванию

колпачков, без совершения этой работы соединение деталей не произойдет. Сплошная линия показывает

совершение действительной работы, т. е. действительную связь. Базовая деталь, на которую надевают

колпачки, в процессе сборки остается в относительном покое и фактически не участвует в действительной

работе, т. е. с ней механизмы автомата не совершают никаких действий, а, следовательно, базовая деталь

имеет пассивную связь. На схеме пассивная связь, в отличие от действительной, обозначена штриховой

линией. Присвоив каждому материальному элементу специальный индекс, можно составить кодовое

обозначение элементов технологического процесса сборки. Подобный код может служить удобным

средством обозначения работ и связей по схеме.

На рис. 4.6 показана структурная схема технологического процесса автоматической сборки

октальных ламповых панелей. Здесь базовая деталь – колодка ламповой панели – имеет обозначение 0,

первый узловой момент – римская цифра I, второй момент – II, детали, входящие в сборку, обозначены

цифрами 1, 2... При анализе данной схемы видно, что для получения первого узлового момента требуется

произвести определенные действия с деталями 1, 2,..., 8, т. е. соединить выводы с колодкой ламповой панели

0. Однако после завершения первого этапа действий не получается законченного изделия, так как для

предотвращения выпадания выводов из гнезд необходимо произвести дополнительную работу для их

закрепления.

2 3 4 5

6 7 8

Рис. 4.6 – Структурная схема технологического

процесса сборки октальной ламповой панели

В данном случае эта работа заключается в скручивании хвос-

товой части вывода, выступающей над торцовой поверхностью, ко-

лодки. Только после выполнения этой работы сборку изделия можно

считать завершенной. Для наглядности конечный узловой момент сбо-

рочного процесса целесообразно выделять особым обозначением, на-

пример двойной окружностью.

Несмотря на сравнительно хорошую наглядность технологи-

ческой структурной схемы сборочного процесса, на наличие явных

связей между деталями и узловыми моментами, все же такая схема не

дает полного представления о технологической сущности сборочного

процесса. Этот недостаток устраняется введением дополнительного

документа, носящего название перечня работ. Таблица 4.2 является

образцом такого перечня, составленного при разработке структурной

технологической схемы автоматической сборки октальной ламповой

панели.

Таблица 4.2

Узловой момент

исходный конечный

Работа

(действие)

Описание работы

0 I

1–1

2–1

3–1

4–1

5–1

6–1

7–1

8–1

Одновременное соединение восьми

выводов с колодкой ламповой панели

I II 1–11

Закрепление выводов в гнездах колод-

ки путем скручивания хвостовой части

Подобная таблица перечня работ наряду со структурной схе-

мой технологического процесса является основным документом, раз-

рабатываемым технологом в период подготовки материалов для про-

ектирования автоматического сборочного оборудования.

На основании краткого анализа метода построения структур-

ных схем технологического процесса автоматической сборки можно

указать следующее:

1. Данный узловой момент не может наступить до тех пор, по-

ка не завершены все предыдущие узловые моменты. Так, узловой мо-

мент II не наступит, если полностью не завершен узловой момент I и

если не будут выполнены все предыдущие работы. Действительно,

если не выполнена хотя бы одна работа, допустим 2–I, то изделие не

201

будет укомплектовано одной деталью и мы не получим законченного

(годного) изделия.

2. Между двумя узловыми моментами или между деталью и

узловым моментом на схеме должна быть проведена линия связи, без

выявления связи не может быть выявлена работа или действие.

3. Стрелки, указывающие направление потока сборки, должны

иметь одно направление. Появление встречных потоков указывает на

неправильность построения структурной схемы.

4. Между двумя элементами на схеме может быть поставлено

несколько стрелок, указывающих последовательность выполнения

отдельных этапов работы.

5. Все виды работ должны быть указаны в перечне работ.

6. Помимо упрощенного кодового названия материальных

элементов, входящих в изделие, на схеме целесообразно обозначать

элементы в соответствии со спецификацией.

7. Технологический чертеж на разработанные узловые момен-

ты должен включать в себя все технические требования, обеспечи-

вающие качественное выполнение этапов сборочного процесса.

8. Расчленение процессов сборки изделия на узловые момен-

ты может помочь хотя бы ориентировочно оценить степень сложности

автоматической сборки.

9. Анализ структурной схемы технологического процесса

сборки помогает выбрать структурную схему сборочного оборудова-

ния и определить рациональную концентрацию сборочных действий и

узловых моментов на единицу оборудования.

Рассмотрим схему технологического процесса автоматической

сборки цилиндрического металлобумажного конденсатора (см. рис. 4.4, а,

вариант II). При сборке за базовую деталь принята намотанная секция

(рис. 4.7), обозначенная прямоугольником с утолщенным контуром с

индексом 0. На первом этапе сборки к секции присоединяются одно-

временно два вывода 1–1, которые изготовляются из медной луженой

проволоки непосредственно на сборочном автомате, т. е. мы имеем

совмещенную сборку, что и отражено в структурной схеме введением

дополнительного обозначения работы и материального элемента. Со-

единение двух выводов с секцией приводит к образованию узлового

момента I сборки и сборочного элемента – пакета, который в техниче-

ской документации имеет собственное обозначение. Базовая деталь в

процессе сборки находится в определенном положении, в котором она

переходит от одной позиции к другой. С базовой деталью кроме пас-

сивного перемещения для образования узлового момента I, по сути

дела, никакой работы не производится, и это дает основание на струк-

турной схеме указать условную связь (штриховая линия).

202На следующем участке сборочного процесса – узловой момент сборки II – производится

одновременное надевание двух колпачков 7 (см. рис. 4.4, а, вариант II) на уже собранный пакет, а затем

перемещением собранного пакета с колпачками осуществляется сопряжение его с корпусом конденсатора 6.

Это сопряжение образует узловой момент III (см. рис. 4.7), причем работа сопряжения производится на

участке между двумя узловыми моментами II и III, а деталь 3 имеет с узловым моментом III условную связь.

I II III IV V VI

Компаунд

ЭЗК-12

Корпус

Колпачок

Вывод

1-1

Проволока

Компаунд

ЭЗК-12

Колпачок

Вывод

1-1

Проволока

Секция 0

Рис. 4.7 – Структурная схема технологического процесса

сборки цилиндрического конденсатора

Узловой момент IV образуется без дополнительного подвода материальных элементов.

Действительная связь между узловыми моментами III и IV указывает на то, что на этом участке

производится фактическая работа, которая заключается в закреплении собранных элементов. После

окончания механической сборки конденсатора производится завальцовка корпуса, предотвращающая

возможность осевого смещения собранных деталей. Затем с целью герметизации производится заливка

торцов конденсатора эпоксидным компаундом с последующей полимеризацией – образуются узловые

моменты V и VI. Здесь в качестве материальных элементов 4 и 5 применяется уже не деталь, а эпоксидный

компаунд.

В таблице 4.3 приведен перечень узловых моментов, а в таб-

лице 4.4 – перечень работ при автоматической сборке цилиндрическо-

го металлобумажного конденсатора типа МБМ.

На основании структурной схемы технологического процесса

автоматической сборки, перечня узловых моментов, работ и связей

может быть оценена технологичность конструкции изделия, определен

целесообразный уровень автоматизации, определена трудоемкость

отдельных операций и подсчитано число рабочих этапов сборки в обо-

рудовании.

Таблица 4.3

Узловые

моменты

Наименование

узлового момента

Наименование

сборочного компонента

I Закончено соединение выводов

с секцией

Пакет

II Закончено соединение пакета с

колпачками

Пакет в сборе с

колпачками

III Закончена сборка пакета с

корпусом

Пакет в корпусе

IV Закончена завальцовка корпуса Пакет в корпусе

завальцованный

V Закончена заливка эпоксидным

компаундом одного торца

–

VI Закончена заливка эпоксидным

компаундом второго торца

–

VII Завершена сборка конденсатора Конденсатор в сборе

Структурные схемы отражают основные виды работ, связан-

ных непосредственно с процессом сборки. Сопутствующие и вспомо-

гательные виды работ на этих схемах обычно не указываются. Это в

некоторой степени упрощает их составление, уменьшает объем работы

технолога и дает возможность конструктору при разработке сборочно-

го оборудования иметь достаточную свободу воплощения заданного

технологического процесса. Однако технолог обязан в техническом

задании указать помимо наименований материальных элементов вид

загрузки деталей в оборудование, базовые детали, режимы сборочных

и вспомогательных работ (число оборотов винтоверта, усилие и ско-

рость завальцовки, режимы полимеризации и т. д.). Все эти данные

должны быть отражены в технологической карте, составляемой на

один узловой момент сборочного процесса.

204

Таблица 4.4

Узловой

момент

исход-

ный

конеч-

ный

Работа,

связь

Описание работы Примечание

0 – I

Подача секции на сбо-

рочную позицию

Пассивная связь

I – (1-1)

Изготовление выводов из

медной луженой прово-

локи

Одновременно

изготовляются два

вывода

– I

(1-1) – I

Соединение выводов с

секцией электроконтакт-

ной пайкой

Одновременно

припаиваются два

вывода

1 – II Транспортировка пакета Пассивная cвязь I II

2 – II

Надевание колпачков на

пакет

Одновременно

надеваются два

колпачка

3 – III

Подача корпуса к месту

сборки

Пассивная связь II III

II–III

Сборка пакета с колпач-

ками с корпусом

–

III

Транспортировка соб-

ранного конденсатора

Пассивная связь III IV

Завальцовка собранного

конденсатора

Одновременно с

двух сторон

Транспортировка конден-

сатора к месту заливки

Пассивная связь

Заливка одного торца

Конденсатора эпоксид-

ным компаундом

–

IV V

Предварительная поли-

меризация

–

Транспортирование с

поворотом конденсатора

на 180°

Пассивная связь

Заливка второго торца

конденсатора эпоксид-

ным компаундом

–

V VI

Полимеризация эпок-

сидного компаунда

–

205Структурные схемы технологического процесса автоматической сборки для конкретного изделия

необходимо составлять в нескольких вариантах, а затем при разработке оборудования, оценивая сложность

реализации каждого технологического процесса, можно выбрать рациональный вариант. Такой подход к

выбору рациональной схемы объясняется тем, что не выработаны объективные критерии оценки различных

вариантов структурных схем, а следовательно, приходится довольствоваться весьма субъективными

критериями. Однако на основании проведенного анализа структурных схем можно отметить, что чем

больше структурная схема имеет действительных связей и чем больше в ней узловых моментов, тем больше

потребуется рабочих устройств и механизмов, тем ниже коэффициент надежности работы автоматического

оборудования и, следовательно, выше себестоимость изделия. Отсюда следует, что структурная схема

должна быть кратчайшей, с наименьшим количеством узловых моментов и связей.

Рассмотрим это положение на примере сборки октальной ламповой панели. Один из вариантов

структурной технологической схемы автоматической сборки представлен на рис. 4.8, второй вариант был

рассмотрен ранее (см. рис. 4.6). Для обеспечения сборки по структурной схеме, представленной на рис. 4.8,

производят последовательное соединение выводов с гнездами корпуса и закрепление каждого вывода в

отдельности; по схеме же на рис. 4.6 производят одновременное соединение и закрепление сразу всех

восьми выводов.

I 0

III

VII

VIII

Рис. 4.8 –Структурная схема технологического

процесса последовательной сборки панели

Для реализации первой структурной схемы выполняют: 8 соединений выводов с гнездами корпуса,

8 закреплений выводов в гнездах корпуса и 8 вспомогательных связей. Схема имеет 8 узловых моментов.

Для реализации второго варианта технологической схемы сборки необходимо одновременно соединить 8

выводов с гнездами корпуса и произвести одно закрепление выводов в гнездах корпуса. Следовательно, по

схеме, представленной на рис. 4.6, имеем два узловых момента и одну вспомогательную связь.

Анализ приведенных вариантов показывает, что сложность

второго варианта значительно ниже, чем сложность первого варианта,

а следовательно, второй, вариант структурной схемы технологическо-

го процесса может быть принят при разработке автоматического сбо-

рочного оборудования.

Действительно, для осуществления автоматической сборки

октальной ламповой панели по первому варианту структурной схемы

требуется создание восьми одинаковых механизмов (или устройств)

для выполнения работы соединений, восьми механизмов (или уст-

ройств) для выполнения работы закрепления и одного транспортного

устройства для перемещения базовой детали, в то время как для сбор-

ки ламповой панели по второму варианту достаточно одного механиз-

ма для соединения восьми выводов с корпусом и одного механизма

для их закрепления. Таким образом, структурная технологическая

схема автоматической сборки определяет в общих чертах структурную

схему оборудования.

Окончательный выбор структурной схемы автоматической

сборки может быть сделан при совместном рассмотрении ее со струк-

турной схемой оборудования на основании технико-экономического

анализа.

4.4. Методы сборки

Существуют два вида сборки: а) обусловленная, т. е. сборка, к

которой предъявляются специальные требования по точности выпол-

нения сопряжения и закрепления собираемых деталей, и б) необуслов-

ленная, т. е. сборка, к точности которой или сопряжению собираемых

деталей не предъявляется каких-либо особых требований.

Обусловленная сборка осуществляется следующими методами:

а) полной взаимозаменяемости; б) неполной взаимозаменяе-

мости; в) рассортировки собираемых деталей на группы (селекцией);

г) с применением компенсаторов и д) с индивидуальной пригонкой

соединяемых деталей. Из указанных методов полная автоматизация

сборки может быть осуществлена при первых трех методах, а частич-

ная автоматизация – при последних методах с установкой компенсато-

ров или пригонкой замыкающего элемента по месту вручную.

Метод полной взаимозаменяемости заключается в получе-

нии требуемой точности замыкающего звена размерной цепи у всех

изделий партии путем простого соединения всех деталей, участвую-

щих своими размерами или поворотами своих поверхностей в качестве

звеньев этой размерной цепи.

207

Метод полной взаимозаменяемости предусматривает необхо-

димость соответствующего расчета допусков на отдельные параметры

элементов и размеры деталей и гарантию их получения при изготовле-

нии этих элементов.

При сборке по этому методу допуски на размеры сопрягаемых

деталей, установленные по конструктивным соображениям, равны или

больше технологических допусков на те же размеры.

Таким образом, необходимыми условиями при использовании

метода полной взаимозаменяемости являются:

а) расчет и установление допусков на все составляющие зве-

нья, исходя из требуемой величины допуска на исходное (замыкаю-

щее) звено, т. е. соблюдение для плоских размерных цепей с парал-

лельными звеньями следующего равенства:

и i

−

δ =δ ∑ , (4.2)

где – заданный допуск исходного звена;

иΔ δ

A δ – величина допуска или погрешность i-гo звена;

т – количество звеньев размерной цепи;

б) величина координаты середины поля допуска исходного

звена относительно номинала равна разности алгебраических

сумм величин координат середин полей допусков всех увеличивающих

и уменьшающих звеньев:

и C Δ δ

, (4.3)

nm n

и i ув i ум

СС ACA

−

δ= δ − δ ∑∑

где и

i ув CA δ i ум CA δ – соответственно величины координаты

середины полей допусков i-го увеличивающего и уменьшающего

звеньев; п – количество увеличивающих звеньев; т – общее количест-

во звеньев размерной цепи;

в) разность алгебраических сумм отклонений средних значе-

ний всех увеличивающих и уменьшающих звеньев размерной цепи,

полученная расчетом, должна быть равна заданному среднему значе-

нию исходного звена размерной цепи:

208

( )

() ,

ΔΔ

δ′ α−δ′ α+δ−

−δ′ α+δ=δ

∑

∑ =

ииум i ум i ум i

ув i ув i ув i и

A AC

A ACC

(4.4)

где и

ув i

α ум i

α – соответственно асимметрия распределения

размеров i-го увеличивающего и уменьшающего звеньев размерной

цепи; и

ув i

A δ′

ум i

A δ′ – соответственно половина абсолютной величи-

ны поля допуска i-го увеличивающего или уменьшающего звеньев

размерной цепи.

Средняя величина допуска составляющих звеньев размерной

цепи

1 −

=δ Δ

ср . (4.5)

ср δ Величину корректируют с учетом точности получения

каждого составляющего звена и проверяют удовлетворение условию

(4.2).

Сборка по методу полной взаимозаменяемости имеет следую-

щие преимущества: простота осуществления, возможность коопериро-

вания производства, упрощение снабжения запасными частями и ре-

монта изделий (приборов, машин и т. п.), находящихся в эксплуата-

ции; возможности использования малоквалифицированного труда;

возможность организации поточной сборки; стабильность сборки по

времени; простота механизации и автоматизации. Указанные преиму-

щества обусловили широкое применение этого метода сборки в массо-

вом и крупносерийном производствах.

Метод полной взаимозаменяемости требует предварительного

100-процентного контроля деталей, поступающих на сборку, однако

при этом не отпадает полностью необходимость в межоперационном и

окончательном контроле, так как некачественная сборка может про-

изойти и в виду нечеткой работы отдельных механизмов сборочного

автомата или полуавтомата (отсутствие одной из собираемых деталей

вследствие задержек в загрузочном устройстве, перекос собираемой

детали и т. п.).

209

Применение метода полной взаимозаменяемости ограничива-

ется высокой себестоимостью изготовления деталей, так как с умень-

шением величины допуска исходного (замыкающего) звена и с увели-

чением количества звеньев размерной цепи приходится уменьшать

допуски на соответствующие звенья, что требует повышения точности

обработки, приводит к ее удорожанию.

Метод неполной взаимозаменяемости заключается в том,

что в результате сборки партии изделий требуемая точность замы-

кающего (исходного) звена достигается не у всех звеньев, а только у

большей их части. В основе метода лежит положение теории вероят-

ности, по которому крайние значения погрешностей всех звеньев раз-

мерной цепи встречаются гораздо реже, чем средние.

Незначительное количество изделий, имеющих отклонение

замыкающего звена, выходящее за пределы установленного допуска,

может быть при надлежащей организации производства исправлено

путем подгонки. Как и указывалось выше, у некоторых изделий по-

грешность замыкающего звена может выйти за пределы заданного

монтажного допуска, а потому имеет место определенный риск.

Коэффициент риска

p k

, (4.6)

Δ σи где – заданный допуск исходного звена;

δи – средне-

квадратичное отклонение исходного звена при установлении больших

допусков на соответствующие звенья.

Средний допуск на составляющий размер при использовании

метода неполной взаимозаменяемости

( ) 1 −λ′

=δ Δ

mk срр

ср , (4.7)

где – коэффициент, зависящий от характера кривых рас-

пределения погрешностей; для законов, близких к нормальному (зако-

ну Гаусса)

ср λ′

91 = λ′

ср ; при неизвестном характере кривой распределе-

ния 31 =λ′

ср .

210

Основные преимущества метода неполной взаимозаменяемос-

ти следующие: допуски на размеры сопрягаемых деталей берутся

большими, чем при сборке по методу полной взаимозаменяемости, что

удешевляет изготовление, процент же изделий, имеющих выход по-

грешностей замыкающего звена за пределы требуемого допуска, не-

значителен, и затраты на исправление этих изделий обычно малы по

сравнению с экономией труда и средств, получаемой при изготовлении

деталей с более широкими допусками. Остальные преимущества те же,

что и у метода полной взаимозаменяемости. К недостаткам метода

неполной взаимозаменяемости относятся: а) необходимость обеспече-

ния случайности попадания в одну сборочную размерную цепь всех

звеньев, для чего нужны специальные стеллажи и регламентирован-

ный порядок сборки; б) при автоматической сборке на станках необхо-

димо в последних предусматривать устройства для измерения откло-

нений у собираемых деталей и блокирующие устройства, прекращаю-

щие работу автомата, если исключается собираемость деталей; в) не-

обходимость организации рабочих мест для исправления изделий,

размеры которых вышли за пределы допуска.

Метод рассортировки собираемых изделий на группы (ме-

тод групповой взаимозаменяемости). Сущность этого метода заключа-

ется в подборе сопрягаемых размеров деталей, изготовленных по рас-

ширенным допускам, при этом соединение деталей можно произво-

дить путем непосредственного подбора, предварительной сортировки

на группы, комбинации сортировки деталей на группы с непосредст-

венным подбором.

Практически метод групповой взаимозаменяемости осуществ-

ляется следующим образом: а) устанавливают приемлемые для произ-

водственных условий допуски на размеры сопрягаемых деталей, т. е.

технологические допуски; б) определяют по чертежу соединения до-

пуск требуемой посадки; в) определяют число групп сортировки дета-

лей; г) определяют допуски для охватывающей и охватываемой детали

каждой группы. Число групп зависит от заданной точности сопряже-

ний и точности изготовления деталей. Этот метод используют в мало-

звенных размерных цепях, характеризующихся весьма высокой точно-

стью замыкающих звеньев.

В массовом производстве для сортировки деталей на группы

используют специальные контрольно-сортировочные автоматы. Не-

достатком этого способа следует считать возможность появления неза-

вершенного производства вследствие того, что количество деталей в

одноименных группах неодинаково, т. е. появляются избыточные де-

тали, которые не попадают в заданные группы.

211

Для исключения незавершенного производства иногда приме-

няют сборку с индивидуальной селекцией или с пригонкой, т. е. руч-

ную сборку. Недостатками метода рассортировки собираемых изделий

на группы являются следующие: а) необходимо измерять все детали

для их последующей рассортировки на группы; б) необходимо изго-

товлять детали с достаточно малыми допусками на взаимное располо-

жение поверхностей, их форму и шероховатость.

Метод регулировки (с применением компенсаторов). Харак-

терной особенностью этого типа сборки является то, что требуемая

точность замыкающего звена достигается путем изменения величины

заранее выбранного компенсирующего звена без снятия с него при-

пуска. При помощи компенсаторов в узлах и механизмах может быть

обеспечено регулирование линейных размеров в плоских размерных

цепях с параллельными звеньями, угловых размеров или же устранено

влияние несоосности.

Для компенсации погрешностей составляющих звеньев при-

меняют наборы прокладок, регулируемые винты, втулки с резьбой,

клинья и другие элементы. Таким образом, для изменения величины

компенсирующего звена могут быть использованы подвижные и не-

подвижные компенсаторы. Автоматическая сборка с набором компен-

саторов требует введения в станок для сборки специальных устройств,

служащих для определения значения размера компенсации с после-

дующим вызовом соответствующего набора компенсирующих прокла-

док, причем компенсирующие прокладки определенных размеров вы-

даются по сигналу с контрольного устройства.

Основными преимуществами этого метода сборки являются:

возможность производить обработку входящих в узел деталей по рас-

ширенным допускам и возможность компенсации погрешностей замы-

кающего звена, обусловленных износом, температурными деформаци-

ями и т. п. В этом случае полностью исключаются пригоночные работы.

Метод пригонки заключается в том, что требуемая точность

замыкающего звена в процессе сборки достигается в результате изме-

нения размера одной детали посредством снятия необходимого при-

пуска. Если в приборе имеются электронные цепи, то достижение тре-

буемой по ТУ точности выходных параметров осуществляется мето-

дами групповой взаимозаменяемости, регулировки или пригонки.

При методе групповой взаимозаменяемости требуемая точ-

ность выходных параметров достигается включением в цепь одного

или нескольких схемных элементов с узкими допусками на их пара-

метры, полученными в результате отбора группы элементов из партии

таких же элементов. При методе регулировки используют регулиро-

вочные элементы и сущность регулировки состоит в том, что точность

212

выходных параметров электронных цепей достигается путем измене-

ния величины параметра компенсирующего звена, в результате чего

обеспечивается компенсация погрешностей выходных параметров.

При методе подгонки требуемая точность выходных парамет-

ров электронной цепи достигается путем подбора одного из схемных

элементов с постоянными параметрами, постановка которого в схему

цепи обеспечивает частичную или полную компенсацию погрешнос-

тей выходных параметров. Метод подгонки принципиально аналоги-

чен методу регулировки, разница между ними заключается в том, что

при регулировке компенсация обеспечивается схемными элементами с

переменными параметрами, а при подгонке – элементами с постоян-

ными параметрами.

Метод регулировки позволяет компенсировать погрешности

не только в период изготовления, но и в период эксплуатации прибора

при возникновении погрешностей в результате старения схемных эле-

ментов.

При регулировке приборов используют в основном два спосо-

ба: регулировка по измерительным приборам и регулировка путем

сравнения настраиваемого прибора с образцом, т. е. способ электричес-

кой компенсации.

4.5. Условия, необходимые для

автоматизации процесса сборки

Для решения вопроса об автоматизации процесса сборки важ-

нейшее значение имеет технологичность конструкции. Технологич-

ность конструкции изделия в значительной степени предопределяет

как трудоемкость этого изделия, так и сроки его освоения. Специфика

автоматической сборки требует иного конструктивного оформления

изделий, нежели ручная сборка.

В настоящее время еще нет достаточно четких критериев

оценки технологичности изделий применительно к автоматической

сборке, и эта задача решается в каждом конкретном случае, однако

можно сформулировать некоторые условия, которым должны удовлет-

ворять изделия и детали, предназначенные для автоматической сборки.

1. Широкое применение унифицированных и нормализован-

ных изделий и составляющих их деталей при проектировании прибо-

ров позволяет провести в процессе подготовки производства более

тщательную конструкторскую и технологическую переработку и соз-

дает предпосылки к увеличению серийности их выпуска, при этом

увеличивается уровень автоматизации производства и снижается себе-

стоимость изготовления изделия.

213

2. Число деталей в собираемом изделии должно быть наи-

меньшим, что ведет к уменьшению числа рабочих позиций в автома-

тических станках или линиях. Это может быть достигнуто путем соот-

ветствующего конструирования и применения специальной техноло-

гии изготовления, например использования армированного литья и т. п.

Однако этим условием следует пользоваться только после соответству-

ющего технико-экономического расчета, так как в ряде случаев

уменьшение числа деталей сопровождается значительным усложнени-

ем других деталей, входящих в изделие, что приводит к резкому уве-

личению трудоемкости заготовительных процессов и механической

обработки и возможному увеличению себестоимости собираемого из-

делия (сборочной единицы).

3. Сложные изделия, состоящие из большого количества дета-

лей, должны строиться по блочному принципу, т. е. изделие должно

состоять из отдельных законченных сборочных компонентов (блоков),

в которые входит сравнительно малое количество простых по конфи-

гурации деталей (не более 15–18 шт.). Лучшими считаются блоки и

изделия, состоящие из 4–12 деталей. Увеличение количества деталей в

собираемых на автоматических станках или линиях изделиях приводит

к снижению надежности работы этих станков (линий) и снижению

эффективности автоматизации сборки. В промышленности находит

применение и блочно-модульный принцип конструирования сложных

изделий, который состоит в использовании функциональных блоков из

унифицированных по габаритам и стыковочным параметрам конструк-

тивно законченных функциональных сборочных единиц – модулей.

Модули являются самостоятельными элементами, которые могут быть

использованы при конструировании и изготовлении новых самых раз-

нообразных по назначению блоков. В приборостроении и особенно в

радиоэлектронной промышленности принципы блочного и блочно-

модульного конструирования находят широкое применение, например,

при создании системы приборов и средств автоматики, универсальной

системы элементов промышленной пневмоавтоматики, создании элек-

тронно-вычислительной аппаратуры и т. п.

4. Детали, входящие в собираемое изделие (сборочную едини-

цу), должны иметь простую форму (цилиндр, призма и т. п.). В тех же

случаях, когда по конструктивным соображениям детали имеют слож-

ную конфигурацию, необходимо, чтобы они имели явно выраженные

базовые поверхности, желательно цилиндрические или плоские, и явно

выраженные места (ключи), что необходимо для надежного ориенти-

рования в загрузочных и транспортных устройствах.

5. Желательно, чтобы поверхность сопряжения служила и ус-

тановочной базой, так как в этом случае погрешность взаимной ориен-

тации собираемых деталей будет наименьшей. В предварительно соб-

214

ранных сборочных единицах поверхности сопряжения с другими сбо-

рочными единицами и деталями должны быть легко доступными.

6. При автоматической сборке изделий следует стремиться к

уменьшению числа крепежных деталей, так как последние существен-

но усложняют процесс сборки. Вместо резьбового крепежа целесооб-

разно применять сварку, расклепку, развальцовку, гибку и т. д.

7. Следует избегать шпоночных соединений как весьма слож-

но осуществляемых при автоматической сборке, закрепления деталей

разжимными кольцами, закручивания проволокой и т. п.

8. Шероховатость поверхностей сопряжения собираемых де-

талей должна быть обоснована, так как заниженные требования к ше-

роховатости могут способствовать заклиниванию детали в процессе

сборки, а завышенные – увеличивают стоимость изделий.

9. При конструировании изделий, поступающих на автомати-

ческую сборку, следует стремиться к такой компоновке изделия, при

которой постановка комплектующих деталей на базовую обеспечива-

ется простейшим движением. Заслуживают внимания конструкции

изделий, в которых комплектующие детали последовательно поступа-

ют в одном и том же направлении на базовую деталь.

10. Детали, сопрягаемые в осевом направлении, на кромках

сопрягаемых поверхностей должны иметь конструктивные элементы,

облегчающие самоустановку и центрирование поверхностей. Такими

элементами обычно являются фаски, направляющие расточки и т. п.

Форма и размеры конструктивных элементов зависят от точности из-

готовления деталей и условий сборки.

11. На собираемых деталях должны отсутствовать острые уг-

лы и заусенцы, кроме того, детали должны быть сухими и без загряз-

нений.

12. Допустимые отклонения размеров, формы, взаимного рас-

положения сопрягаемых поверхностей собираемых деталей должны

быть обоснованы расчетами для обеспечения оптимальной точности

самого процесса автоматизированной сборки. Допуски на размеры

деталей должны обеспечивать возможность осуществления сборки

методом полной или частичной взаимозаменяемости. Использование

метода селективной сборки нежелательно, так как последняя требует

сложных сортирующих устройств и системы накопителей деталей для

отдельных размерных или других групп. Нежелательна и сборка с при-

гонкой, которая усложняет технологический процесс, требует допол-

нительных контрольных устройств и механизмов пригонки.

13. Следует избегать длинных путей соединения, особенно

при прессовых посадках; образования воздушных подушек, например,

в глухих отверстиях; исключать взаимное сцепление деталей при

транспортировке.

215

14. Форма деталей должна быть симметричной или подчерк-

нуто асимметричной. “Приблизительная симметрия” собираемых де-

талей трудна для манипулирования. В случае необходимости прибега-

ют к фасонной маркировке (вырезы, отверстия и т. п.).

При оценке изделий (сборочных единиц) на технологичность

следует учитывать технологический, экономический и организацион-

ный критерии. Технологический критерий включает уровень унифика-

ции применяемых деталей, точность размеров и формы деталей, ра-

циональность технологии их изготовления, пригодность деталей к ав-

томатической загрузке, сложность сборки, рациональность вида со-

единения, сложность регулировки и контроля, уровень механизации и

автоматизации. В качестве экономического критерия можно использо-

вать себестоимость изготовления изделия (сборочной единицы).

В качестве организационного критерия можно использовать

быстроту подготовки производства. Следует различать абсолютные и

относительные критерии: первые используют в тех случаях, когда

производство изделия, включая и автоматическую сборку, организует-

ся впервые, а относительные критерии используются тогда, когда име-

ется несколько однотипных конструкций или конструкция одного и

того же прибора подвергается конструктивно-технологическому ана-

лизу в связи с переходом на автоматическую сборку.

4.6. Рекомендации по выбору технологического

процесса автоматической сборки

При построении технологического процесса автоматической

сборки необходимо учитывать следующие рекомендации.

1. Процесс должен предусматривать наименьшее число пере-

мен положения деталей и сборочных единиц, так как для их осуществ-

ления требуются довольно точные, а иногда и сложные механизмы.

2. Производительность при сборке зависит от метода сборки.

Наибольшую производительность дает метод полной взаимозаменяе-

мости.

3. Процесс следует строить по одному потоку, т. е. избегать

сборки отдельных сборочных единиц, впоследствии соединяющихся

друг с другом, так как взаимная ориентация предварительно собран-

ных сборочных единиц затруднительна.

4. В ряде случаев целесообразно объединять операции сборки

с механической обработкой. При таком объединении обычно базовая

деталь изготовляется обработкой резанием, а комплектующие детали

подаются из загрузочных устройств. Значительно реже механическую

обработку производят как один из переходов сборки.

5. Подача комплектующих деталей непрерывным потоком не-

желательна.

216

6. При выборе типа станка, помимо масштабов выпуска изде-

лий, существенное значение имеет конфигурация собираемых деталей

и их прочность. Наличие в собираемом изделии деталей сложной фор-

мы, которые затруднительно ориентировать автоматически или невоз-

можно подавать из загрузочных устройств (хрупкие детали, крупные

детали, детали сложной формы), требует сборки на полуавтоматиче-

ских станках. При разработке процесса автоматической сборки, а сле-

довательно, и определении степени автоматизации необходимо учиты-

вать требуемую производительность и экономическую целесообраз-

ность создаваемых средств механизации и автоматизации.

7. При сборке сложных изделий, состоящих из большого числа

деталей, рекомендуется введение промежуточного контроля. Проме-

жуточный контроль необходим и для определения наличия комплект-

ности собираемых деталей.

8. Автоматическое оборудование для сборки очень чувстви-

тельно к качеству поступающих на сборку деталей. Подавляющее чис-

ло остановок происходит из-за брака деталей. Контроль и отбор брака

является главным условием успешной работы автоматических станков.

В тех случаях, когда необходимо по условиям эксплуатации

изделий обеспечить предельный момент вращения или усилия в рабо-

чих головках, должны быть предусмотрены предельные муфты в ме-

ханических передачах и предохранительные клапаны в пневматичес-

ких и гидравлических приводах.

Проектирование процесса автоматической сборки должно

осуществляться в следующей последовательности:

1. Изучение сведений о качестве изделий, действующей тех-

нологии изготовления, контроля и сборки. Необходимо провести ана-

лиз сборочного процесса с целью выявления тех операций, от которых

зависит качество выпускаемых изделий, следует изучить виды и ре-

жимы соединений, базы на базовых и сопрягаемых деталях, условия

ориентации и подачи деталей или сборочных единиц в процессе сбор-

ки. На этом этапе подготовки к созданию процесса сборки надлежит

изучать возможные дефекты поступающих на сборку деталей и сбо-

рочных единиц и степень их влияния на процесс сборки. Следует по-

лучить и достаточно полную экономическую информацию о дейст-

вующем процессе сборки. На основании изучения всех указанных ма-

териалов принимается предварительное решение о возможности авто-

матической сборки.

2. Составлению возможных вариантов сборки и разработке ва-

риантов технологического процесса сборки должны предшествовать

выявление оптимальной степени расчленения изделий и обоснование

выбора его конструкции и технологичности соединений.

217

На основе материалов изучения собираемого изделия и со-

ставляющих его деталей разрабатывают возможные варианты схем

сборки, содержащие сведения о технологической схеме сборки, степе-

ни концентрации и дифференцирования процесса, структуры, вариан-

тах схем базирования деталей и их закрепления после сопряжения;

осуществляется выбор промежуточного контроля, необходимости ме-

ханизмов блокирования, объема запаса деталей в накопителях, выбор

типа межоперационного транспорта.

После разработки вариантов процесса сборки происходит их

технико-экономический анализ, результатом которого является выбор

рекомендуемого процесса.

4.7. Собираемость деталей и точность процесса сборки

Конечным результатом технологического процесса автомати-

ческой сборки является получение собранного изделия или его части –

узла, состоящего из отдельных деталей, которые могут иметь и имеют

погрешности размеров, формы и физических параметров. В основной

массе деталей эти погрешности не превышают допусков. Однако, со-

гласно статистическим данным, на сборку часто поступают детали,

погрешности которых превышают установленные нормы точности.

Это нарушает технические условия на сборку изделия, а следователь-

но, возникает вероятность несобираемости и в значительной степени

снижается работоспособность сборочного оборудования.

Поэтому при разработке технологического процесса автома-

тической сборки и подготовке материалов для разработки сборочного

автоматического оборудования в первую очередь следует обращать

внимание на качественную сторону предшествующей подготовки де-

талей, подлежащих автоматической сборке. Вторым решающим требо-

ванием обеспечения автоматической сборки является выбор способа

сборки и построения сборочных механизмов и устройств. Сборочные

механизмы должны обеспечить собираемость всех деталей, размерные

параметры которых лежат в пределах установленного допуска. Други-

ми словами, если детали, поступающие на сборку, соответствуют чер-

тежу, то они должны быть собраны.

4.7.1. Собираемость деталей

Возможность осуществления автоматической сборки зависит

от ряда факторов, основным из которых является точность простран-

ственного ориентирования сопрягаемых поверхностей двух собирае-

мых деталей перед их сопряжением. Если элементы сборочного меха-

низма спроектированы неправильно или имеют большую погреш-

ность, то собираемые детали могут не совместиться по сопрягаемым

контурам и сборка не произойдет.

218

Схема возможного расположения сопрягаемых поверхностей

перед соединением показана на рис. 4.9. Для создания условий, обес-

печивающих сборку, необходимо совместить контуры отверстия 1 и

вала 2. Совмещение контуров

может быть выполнено путем

перемещения осей О

Рис. 4.9. – Схема возможного

расположения сопрягаемых

поверхностей перед соединением:

1 – отверстие; 2 – вал

в вала и

Оа отверстия на расстояние

и соответствующего раз-

ворота контуров сопрягаемых

поверхностей на угол Θ. Та-

ким образом, для обеспечения

совмещения сопрягаемых по-

верхностей собираемых дета-

лей продольные оси или цен-

тры этих деталей должны быть

относительно скоординирова-

ны, а их контуры относитель-

но сориентированы.

Σ Δ

Относительным коор-

динированием собираемых деталей называют процесс совмещения

центров или продольных осей сопрягаемых контуров. Координирова-

ние производится в двух взаимно перпендикулярных направлениях в

плоскости, перпендикулярной направлению соединения деталей. Под

относительным ориентированием понимается процесс совмещения

контуров сопрягаемых поверхностей при их относительном разверты-

вании в плоскости, перпендикулярной направлению их соединения.

Относительное ориентирование деталей в сборочном обору-

довании может протекать последовательно, или параллельно. Наличие

двух этапов совмещения сопрягаемых поверхностей собираемых дета-

лей предопределяет принципиальную схему и конструктивное реше-

ние сборочных устройств и механизмов, а также качественную и коли-

чественную сторону определения их точности. Первичная погреш-

ность относительного ориентирования определяется погрешностью

установки деталей перед их сопряжением.

Погрешность установки деталей зависит от точности изготов-

ления собираемых деталей, выбранной схемы базирования этих дета-

лей, размерной, кинематической и динамической точности рабочих и

приводных органов сборочного оборудования.

Суммарная погрешность или результирующее отклонение со-

единяемых деталей на сборочной позиции определяется отклонением

их от номинального положения и представляет собой замыкающее звено

размерной цепи. Суммарная погрешность

Δ установки соединяемых

деталей связана с параметрами конструктивных элементов уравнением:

219

( ) ( ) ,

ko ,

Σ δε Δ =ϕ Δ Δ =ϕ Δ Δ , (4.8)

где – погрешность координирования осей (центров) соби-

раемых деталей на позиции сборки;

k Δ

o Δ – погрешность относительного ориентирования сопрягае-

мых контуров;

δ Δ – погрешность относительного базирования собираемых

деталей;

ε Δ – накопленная погрешность сборочной позиции или механизма.

ε Δ В свою очередь является замыкающим звеном размерной

цепи конструктивных элементов сборочного автомата. Размеры конст-

руктивных элементов автомата обычно имеют отклонения от номи-

нальных значений. Эти отклонения, называемые погрешностями, обра-

зуются за счет различных факторов, действующих в процессе изготов-

ления и эксплуатации. Для нормального функционирования сборочно-

го автомата необходимо, чтобы эти отклонения находились в опреде-

ленных пределах и при суммировании не превышали некоторой уста-

новленной величины

′ Δ .

ε Δ Накопленная погрешность сборочной позиции может быть

выражена функциональной зависимостью:

( ) 12 ,,, ,,, ,

и n ндфк εε , ⎡ ⎤ Δ =ϕ δ δ δ δ δ δ δ δ

⎣ ⎦

K (4.9)

( ) 12 ,,

и n δδδ δ K где – функция, определяющая влияние по-

грешности изготовления деталей и сборки рабочих органов сборочно-

го автомата;

н δ – погрешность настройки рабочих органов;

д δ – погрешность деления транспортирующего органа (дели-

тельный или поворотный стол, многопозиционный ротор);

ф δ – погрешность фиксирования;

к δ – кинематическая погрешность и т. д.

Большинство значений погрешностей, входящих в формулу

(4.9), имеет определенное поле рассеивания, следовательно, и значение

является нефиксированной величиной. Погрешности, входящие в

формулу (4.9), являются общими для всех сборочных

ε Δ

автоматов и в

зависимости от их конструктивного исполнения в каждом конкретном

случае определяются обычными методами расчета размерных цепей.

220

Определение допусков на конструктивные элементы сбороч-

ного автомата по заданному допуску на суммарную погрешность

Σ Δ

составляет задачу точностного расчета. При проектировании сбороч-

ного автомата необходимо установить определенное соотношение меж-

ду допусками суммарной погрешности и конструктивных элементов.

Должно быть также установлено соответствие между величиной сум-

марной погрешности

Σ Δ и значением , характеризующим величину

допускаемого смещения контуров сопрягаемых поверхностей. Значе-

ние может быть определено величиной смещения контуров сопря-

гаемых поверхностей, при котором еще возможно беспрепятственное

их сопряжение. Величина его зависит в первую очередь от наличия и

величины гарантированного зазора или натяга между сопрягаемыми

поверхностями, от размера и расположения фасок на кромках сопря-

гаемых поверхностей и от конструктивного выполнения устройств

сборочного автомата, выполняющих функцию установки (координи-

рование и ориентирование) деталей.

o q

Сопряжение двух деталей может быть произведено лишь тог-

да, когда суммарная погрешность

Σ Δ установки деталей на позиции

сборки не превышает значения , допускаемого смещения контуров

сопрягаемых поверхностей, т. е. должно выполняться условие:

o q

o q Σ Δ ≤ . (4.10)

Если это условие не выполняется, то сопряжение поверхнос-

тей деталей может не произойти, а следовательно, снизится надеж-

ность работы сборочного автомата и иногда может произойти даже

поломка отдельных его элементов.

В силу ряда специфических факторов, свойственных процессу

автоматической сборки, условие (4.10) не всегда может быть выполне-

но. Однако некоторыми приемами добиваются сопряжения деталей

независимо от величины погрешности установки перед их соединени-

ем. Для этого включают в конструкцию сборочного автомата специ-

альные устройства автопоиска, обеспечивающие беспрепятственное

сопряжение собираемых деталей. Для реализации автопоиска одной из

сопрягаемых деталей или обеим в поперечном направлении сообщает-

ся сканирующее движение осуществляемое по траекториям архимедо-

вой спирали или фигур Лиссажу (см. рис. 4.10). В момент совпадения

центров и контуров происходит сборка (сопряжение) собираемой па-

ры. Для облегчения сопряжения одной из собираемых деталей может

сообщаться продольная вибрация, особенно эффективная при исполь-

зовании ультразвуковых частот колебаний.

221

y y y

y y

x x x

Рис. 4.10 – Траектории осцилирующего движения при сборке

4.7.2. Основные методы анализа точности

Сборка на автоматическом сборочном оборудовании может

осуществляться при определенной точности работы входящих в его

состав механизмов и устройств. Для нормального протекания сбороч-

ного процесса необходимо выбрать допуски на размеры конструктив-

ных элементов автомата так, чтобы суммарная погрешность установки

на сборочной позиции при сборке собираемых изделий не превышала

допустимого значения.

Таким образом, анализ точности процесса сборки должен

включать в себя определение суммарной погрешности

Σ Δ установки

деталей перед соединением при фиксированном значении допускаемо-

го отклонения . Точность установки собираемых деталей может

быть определена расчетным или экспериментальным методом. При

анализе точности оборудования применяют:

o q

1. Метод наихудшего случая.

2. Вероятностный метод (метод моментов).

3. Метод статистических испытаний.

4. Метод натурных испытаний.

Анализ различных методов и рекомендации по их примене-

нию приводятся в книге [15].

1 2 3 4 5 6 Наверх ↑