Пушин Д Н Автоматизация сборки на роторах Автореферат магистерской работы

Пушин Дмитрий Николаевич

Тема магистерской работы: "Разработка технологического и структурного обеспечения процессов сборки изделий машиностроения на роторных машинах и системах."

Научный руководитель:профессор, доктор технических наук Михайлов Александр Николаевич

Автореферат магистерской работы

1. Вводная часть

1.1 Актуальность работы

Важнейшей частью требования экономики производства является создание такой производственной техники, которая обеспечила бы наибольшую отдачу при наименьших затратах общественного труда.

Решение этой задачи непосредственно связано с широким внедрением принципиально новых машин, обеспечивающих высокую степень автоматизма и непрерывности производства, так называемых роторных и роторно-конвейерных машин (технологических роторов), в которых транспортное движение предметов обработки непрерывно и не ограничивается технологическими факторами.

Большая доля затрат времени на сборочные работы в общей трудоемкости изготовления машин и длительность общего цикла сборки делают особенно актуальной проблему автоматизации сборочных работ. Значение решения этой проблемы определяется не только задачами повышения качества продукции, экономичности её производства и повышения производительности труда, но связано также с решением важнейшей социальной задачи - уменьшения, а затем и ликвидации утомительного физического ручного труда, достигающего в сборочных процессах 60-80%.

Автоматизация производственных процессов сборки при помощи применения технологических систем непрерывного действия, выполненных на базе роторных и роторно-конвейерных машин, особенно эффективна при массовой сборке изделий. Это определяется, в первую очередь, большим удельным весом технологических операций третьего класса в общей структуре сборочных процессов. К таким сборочным операциям относятся прежде всего операции свободного комплектования элементов (вкладывание, вставка, засыпка, заливка и т.п.) и операции сопряжения, требующие приложения технологических усилий для создания единого комплекта (запрессовка, напрессовка, свинчивание, завальцовка, кернение, пайка, склеивание и т.п.).

В обычных условиях серийного производства для обеспечения экономической эффективности автоматической сборки должны создаваться дешевые, гибкие, быстропереналаживаемые сборочные автоматы, собираемые из унифицированных и типовых деталей и узлов.

Но до настоящего времени ещё плохо изучены вопросы создания и функционирования автоматических технологических сборочных систем непрерывного действия для сборочных процессов. Существующие методы проектирования технологических систем непрерывного действия основаны на простой элементарной кинематике транспортного движения технологических элементов и не позволяют создавать высокоэффективные технологические системы[2,4].

То есть разработка методов проектирования автоматических технологических сборочных систем нпрерывного действия для сборочных процессов является весьма актуальной научной задачей, имеющей важное народно-хозяйственное значение.

1.2 Цель и задачи исследований

Цель работы - повышение эффективности и качества сборки за счет применения роторных систем непрерывного действия, и разработки новых способов сборки..

Основные задачи исследования:

1. Анализ конструкций гидро аппаратуры.Разработка классификации деталей по возможностям автоматической сборки.

2. Разработка процесса сборки гидрозамка.

Разработка рациональной структуры технологического процесса;

Анализ и выбор базирования детали в приспособлениях;

Анализ существующих методов вставки пружинного кольца;

2. Разработка роторной линии по сборке гидрозамка.

Разработка конструкции инструментального блока для вставки пружинных колец;

Анализ кинематической структуры инструментального блока;

Разработка конструкции технологического ротора;

Разработка функциональной структуры автоматической линии и ее коипоновка;

2. Экспериментальное исследование напряженоого состояния элементов в блоке инструментов.

Исследование напряженоого состояния стопорного кольца;

Исследование напряженоого состояния толкателя.;

Научная новизна состоит в том что, был разработан технологический процесс сборки гидрозамка, на основе которого предложена конструкция автоматической роторной линии для её реализации. Также в работе предложен новый способ сборки металлического стопорного кольца и корпуса, а именно с использованием для сжатия разрезанного кольца конической матрицы и пружинного толкателя толкателя. Сегодня сказать однозначно, что данная конструкция линии и ротора надёжна и работоспособна невозможно, а компьютерное моделирование предполагает всякие упрощения. Для ответа необходим эксперимент, причем максимально приближенный к теории. Ведь полностью предупредить на теории возможность заклинивания, перекоса очень тяжело. Что касается магистерской работы, то в ней представленная задача решается с помощью компьютерного моделирования.

Практическая ценность состоит в том что, спроектированная роторная линия при внедрении в производство дает возможность во много раз повысить технико-экономические показатели: увеличить производительность, уменьшить себестоимость. Становится возможным реализовать комплексную автоматизацию производства, что позволит сэкономить материальные и человеческие ресурсы. Технологический процесс предусматривает стопроцентный контроль изделий, что практически исключает возможность появления на выходе брака.

1.3 Обзор существующих исследований и разработок

Для того, чтобы проанализировать существующие системы непрерывного действия для сборки изделий, необходимо рассмотреть путь развития автоматизации и роторных линий вообще и в частности применительно к сборочному производству.

Первые автоматические роторные линии для металлообработки были созданы в СССР в конце 40-х годов, автоматические роторно-конвейерные линии начали распространяться с начала 70-х годов. Несомненная заслуга в этом пренадлежит коллективу конструкторского бюро под руководством академика Л.Н. Кошкина, который создал научные основы комплексной автоматизации производства на базе автоматических роторных и роторно-конвейерных линий.

В нашей стране первые роторные машины для металлообработки были созданы в 1938-1943 годах, а уже к середине 50-х годов были разработаны и успешно внедрены в производство автоматические роторные линии, выполняющие одновременно 3-4 технологические операции. Замена существовавшего в то время однооперационного оборудования автоматическими роторными линиями обеспечила сокращение производственных площадей и рабочей силы в 4-5 раз, а продолжительности производственного цикла и объёма незавершенного производства в сотни раз.

Для конца 50-х - начала 60-х годов характерно становление и интенсивное развитие общетеоретических принципов комплексной автоматизации производства на основе широких научных исследований, разработки методов расчёта и проектирования автоматических роторных машин и линий. В эти годы завершается переход от создания отдельных образцов роторных машин и линий к разработке комплексно автоматизированных участков, цехов и целых производств с замкнутым циклом изготовления изделий.

К началу 80-х годов Л.Н. Кошкин приходит к выводу, что качественно новые и более высокие технико-экономические показатели свойственны роторно-конвейерным машинам и линиям, в которых инструмент отделен от исполнительных органов и размещён в гибких транспортных конвейерах.

Итак, эволюция роторных машин и линий следующая.

Роторные линии - одна из высших форм автоматизации технологических процессов, так как межмашинное и внутримашинное транспортирование потока обрабатываемых деталей осуществляется непрерывно, с постоянной скоростью, что позволяет легко регулировать производительность и качество процессов сборки (обработки).

Автоматизация производственных процессов на базе автоматических роторных и роторно-конвейерных линий заключается во внедрении комплекса научных и технических мероприятий по разработке минимального числа интенсифицированных технологических операций и созданию на их основе высокопроизводительного оборудования, выполняющего основные технологические и вспомогательные операции без непосредственного участия человека, в автоматическом режиме.

Уровни автоматизации отличаются степенью охвата основных и вспомогательных операций технологического процесса. Проиллюстрируем уровни автоматизации на примере эволюции роторных автоматических линий.

Первый уровень автоматизации - автоматизация рабочего цикла технологической машины, т.е. создание полуавтоматов и автоматов. На этом уроне автоматизируется одна технологическая операция сборки (обработки, контроля), а также вспомогательные процессы, непосредственно связанные с выполнением основных технологических операций.

В машиностроительных отраслях промышленности наиболее распространены технологические машины и агрегаты с автоматизированным рабочим циклом. В этих автоматах рабочие и холостые ходы периодически повторяются, и за каждый рабочий цикл выдаётся одно обработанное изделие (или порция).

Перспективны многопозиционные, многошпиндельные машины-автоматы с дифференциацией и концентрацией элементов технологического процесса. Автоматы, имеющие один технологический ротор с непрерывным вращением главного вала и непрерывным транспортированием потока деталей и инструментов, известны давно. Они широко используются при механическом таблетировании порошков и лекарств, прессовании сенажа, закатке банок с консервируемыми продуктами, производстве патронов и т.п. Этот вид роторных машин-автоматов характеризуется параллельным способом концентрации одноимённых элементов дифференцированного технологического процесса, т.е. на всех позициях роторной машины осуществляется идентичное технологическое воздействие инструмента или среды на обрабатываемую деталь, при котором меняются геометрические размеры или физико-хмические свойства детали.

В роторных машинах можно реализовать принцип последовательного действия, в соответствии с которым разноимённые элементы технологического процесса концентрируются на рабочих позициях ротора согласно технологическому маршруту сборки (обработки, контроля). Изделие, передаваемое последовательно, за каждый оборот ротора, с одной рабочей позиции на другую, постепенно получает запрограммированный объём технологических воздействий.

В роторных машинах параллельно-последовательного действия имеется ряд параллельных потоков обработки, в каждом из которых технологический процесс дифференцирован по рабочим позициям.

На первом уровне автоматизации технологические машины-автоматы и агрегаты образуют независимые модули,поэтому объединение их в производственные системы представляет определённые трудности. Межстаночное транспортирование деталей, накопление заделов, разделение или соединение потоков деталей при их передаче на очередную операцию сборки (обработки, контроля) осуществляется вручную или с помощью средств механизации.

Второй уровень автоматизации - автоматизация системы машин, создание автоматических линий. На этом уровне автоматизации технические решения выходят за рамки конкретных технологических операций, охватывая весь технологический процесс, который представляет собой совокупность операций получения конструкционных материалов, их обработки, сборки и контроля деталей, сборочных единиц, изделий в целом. В этом случае должны быть автоматизированы процессы, непосредственно с технологией обработки не связанные: доставка к машинам деталей, материалов, сред, межстаночное транспортирование, накопление межоперационных заделов, удаление отходов и т.п.

Автоматическая роторная линия - система роторных автоматов, расположенных в технологической последовательности, объединённых автоматическими механизмами и устройствами для транспортирования деталей, разделения и соединения их потоков, накопления заделов, изменения ориентации деталей, удаления отходов, а также системой управления.

Отличительная особенность автоматической роторной линии - совмещение транспортных и технологических функций; при этом регламентированный поток обрабатываемых деталей с постоянной скоростью проходит все технологические операции (от заготовительных до сборочных и комплектующих). Обычно автоматические роторные линии разделяют на участки по 3...10 технологических операций (роторов), между которыми устанавливают бункеры межагрегатных (межучастковых) запасов деталей. На каждом участке автоматической роторной линии существует жёсткая межагрегатная связь, при которой технологические роторы и агрегаты с помощью транспортных средств (переталкивателей, перегружателей, транспортных роторов и цепей) блокируются воедино и работают в едином ритме. Повышения надёжности и увеличения производительности автоматической роторной линии при неизменных технологических процессах и конструкциях роторных автоматов достигают структурным усложнением линий - делением их на участки (секции) с установкой межучастковых накопителей деталей.

Третий уровень автоматизации - комплексная автоматизация систем машин и агрегатов, создание автоматизированных и автоматических участков, цехов и заводов. Автоматизация этого уровня охватывает совокупность технологических процессов на участке или в цехе с соответствующим усложнением функций транспортирования деталей и складывания изделий, подачи к автоматическим линиям запасных инструментов и обновления обрабатывающих сред, удаления отходов производства и особенно автоматического управления и регулирования.

Анализ существующих автоматических роторных линий сборки показал, что наиболее распространёнными и относительно простыми являются те линии, в которых на вход обычно подаётся набор (комплект) деталей или изделий, хотя это уменьшает число струй роторной линии и снижает производительность на выходе роторных машин по сравнению с производительностью первого ротора. Более разнообразные схемы характерны для сборки (монтажа), при которой на вход линии подаётся поток базовых деталей, разделяемый на U струй, а собираемые детали поступают в технологически установленной последовательности. Детали различных номенклатур могут подаваться также поштучно или порциями (например, при изготовлении армированных изделий из пластмасс).

2. Основная часть

2.1 Применение роторных машин для сборки

Сборочные роторные машины (рис.1) предназначены для механического объединения нескольких элементов в единое целое, т.е. для сопряжения (навивка, ввинчивание, обмотка, вставка, заливка и т.д.) и крепление элементов деталей (сварка, связывание, сшивание, завальцовка, обжим, пайка, клёпка, гибка и др.) с обеспечением требуемой точности, надёжности соединения, определённого взаимного расположения деталей. Такие машины имеют несколько входов и один выход.

Рисунок 1 - Типовая единичная группа автоматической роторной линии для сборки двух деталей:
а-схема, б-проекция движения потока предметов труда на горизонтальную плоскость.

1 - блок нижней системы привода сборочного ротора; 2 - ползуны нижнего привода; 3 - нижний шток инструментального блока; 4 - нижний диск транспортного (загрузочного) ротора; 5 - собираемые элементы; 6 - клещевые захваты; 7 - верхний диск транспортного (загрузочного) ротора; 8 - вал транспортного ротора;9 - блок верхней системы привода сборочного ротора; 10 - зубчатая передача транспортного вращения роторов; 11 - верхняя часть станины; 12 - торцовый кулачок верхней системы привода; 13 - ползун верхней системы привода;14 - пазовый кулачок верхней системы привода; 15 - блокодержатели; 16 - собранные детали;17 - инструментальный блок; 18 - нижняя часть станины;19 - основной вал сборочного ротора.

Сборочные машины, предназначенные для объединения нескольких одинаковых деталей или элементов в едином корпусе или упаковке, т.е. для выполнения операций комплектации, также имеют несколько входов и один выход. Наличие подпотоков влияет на плотность потока комплектуемой продукции. При пропусках наблюдаются недоукомплектованные потоки.

По основному технологическому назначению различают сборочные роторы: для выполнения сборочных операций, требующих вращательного и поступательного осевого движения (навивка, ввинчивание и т.п.); для выполнения сборочных операций, требующих вращательного и поступательного радиального движения (обмотка, завальцовка и т.п.); для выполнения сборочных операций, требующих одного поступательного движения (запрессовка, клёпка, гибка, вставка и т.п.).

По числу позиций в одном инструментальном блоке сборочные роторы могут иметь одну сборочную (комплектующую) позицию или две и более позиций.

2.2 Разработка технологического процесса сборки гидрозамка

В гидросистемах и гидропередачах широко распространены гидрозамки, служащие для запирания поршней гидроцилиндров в фиксированном положении при отсутствии подачи жидкости от питающей установки. Гидрозамки одностороннего действия чаще всего применяют в горной практике для запирания поршневых полостей стоек гидрокрепей при распоре их между почвой и кровлей выработки и для отпирания при загрузке. При повышении давления в одной из внешних гидролиний управляющий поршень смещается в сторону меньшего давления и открывает клапан, обеспечивающий слив жидкости из полости гидроцилиндра, в сторону которой должен начать смещаться его поршень. Таким образом, блокировка гидроцилиндра снимается.

Рассмотрим автоматизацию сборки гидрозамка КГУ3.020ПР-01,

сборочный чертёж гидрозамка

Рисунок 2 - Сборочный чертёж гидрозамка КГУ3.020ПР-01

используемого в секциях шахтных крепей КМТ, 1КД80, на автоматической роторной линии. В настоящее время сборка данного гидрозамка осуществляется с помощью частично механизированного и частично автоматизированного ручного труда. Так, автоматизированной частью сборки гидрозамка является сборка резинового кольцевого уплотнения 5 и цилиндрической детали - толкателя 10[8].

Гидрозамок односторонний состоит из таких деталей, как корпус, поршень, толкатель, втулка и золотник, комплектуемые совместно с прокладками и кольцами, также в состав изделия входит 2 цилиндрические пружины, втулка (без уплотнительного кольца) и гайка. Перед сборкой все детали необходимо промыть, чтобы их чистота соответствовала требованиям. К гидрозамку предъявляются высокие требования, следовательно, необходимо соблюдать такие положения, как: резиновые и защитные кольца и место их установки необходимо смазывать маслом И-20А ГОСТ 20799-75, не допускается их перекручивание и повреждение; при сборке гайку заворачивать моментом не менее 50Нм до упора.

Сборка данного изделия производится в следующем порядке. В корпус 4, на который одеты два резиновых кольца 17, вставляется предварительно собранный сборочный узел, состоящий из поршня 1 с уплотнительным кольцом 16 и толкателя 10 с кольцом; в канавку между корпусом и поршнем вставляется стопорное кольцо 2. Далее производится вставка в полученную сборочную единицу пружины 8. Втулка 11 совместно с кольцом 15 устанавливается в корпус до упора, а потом золотник 6 совместно с резиновым кольцом 14 и прокладкой 5 устанавливается в данный сборочный узел до резинового кольца. Затем последовательно вставляется втулка 7, пружина 12 и закручивается гайка 9 до упора.

Рисунок 3- Процесс сборки гидрозамка КГУ3.020.ПР-1
(Для просмотра анимации подведите к рисунку курсор мыши)

Технологический процесс сборки представляется в виде графа (рис 4):

Технологический процесс сборки гидрозамка

Рисунок 4 - Технологический процесс сборки гидрозамка

На основании данного технологического процесса сборки составлена автоматическая роторная линия сборки данного изделия согласно принципам [1,7](рис.3).

Схема автоматической роторной линии сборки гидрозамка

Рисунок 5 - Схема автоматической роторной линии сборки гидрозамка:
ЗР - ротор загрузки; ТР - технологический ротор; ТрР - транспортный ротор

2.3 Разработка приспособления для вставки стопорного кольца в корпус

Главной задачей данной магистерской работы является проектирование роторной машины для реализации автоматической сборки металлического стопорного кольца и корпуса гидроцилиндра. На данный момент конструкция самой роторной машины ещё в стадии доработки, но она будет реализована на основании существующих принципов построения роторов (см. типовую конструкцию сборочных роторов). Но мною уже разработан новый способ сборки кольца и корпуса и схема инструментального блока технологического ротора (см. рисунок 6).

Схема приспособления для вставки стопорного кольца в корпус

Рисунок 6 - Схема приспособления для вставки стопорного кольца в корпус

Приспособление состоит из:
1. Корпус
2. Стойка
3. Толкатель
4. Ролик
5. Магазин с кольцаци
6. коническая матрица
7. Шаговый податчик колец
8. Разрезной пуансон

Процесс сборки происходит следующим образом . В приспособ роторе коническая матрица 6 закреплена подвижно с толкателем посредстров пластинчатой пружины, что дает им в какой-то степени возможность независимо двигаться.Шаговым податчиком выдается из магазина кольцо, оно попадая в прорезь между разрезным пуансоном попадает в коническую матрицу под определенным углом (Силы тяжести кольца разворачивают его по отношению к нормали конуса матрицы на прямой угол).Ролик 4 двигаясь по копиру двигает толкатель, а он в свою очередь пуансон и кольцо. Кольцо двигаясь вместе с матрицей подходит к корпусу. После того как матрица упрется в корпус начинает сжиматься кольцо, до тех пор пока не выйдет из приспособления и не установится в корпусе. После этого толкатель вместе с матрицей поднимается и процесс повторяется.

3. Заключение

3.1 Обзор основных результатов

В работе проведён анализ структуры автоматической роторной линии, сборочных операций и условий их осуществления на роторных машинах. Изучены конструктивные элементы сборочных роторных машин и линий, особенности их компоновки.

Проанализирована конструкция и служебное назначение гидрозамка одностороннего типа КГУ3.020ПР-01. Разработан технологический процесс сборки гидрозамка и автоматическая роторная линия для его осуществления, которая позволяет увеличить производительность в 9-10 раз, снизить трудоёмкость сборки изделия в 3 раза, что приведёт к снижению себестоимости сборки. В состав данной линии входят загрузочные, транспортные и технологические (сборочные) роторы.

3.2 Перспективы исследований

В дальнейшей своей работе над магистерской диссертацией планируется усовершенствовать автоматическую роторную линию для сборки гидрозамка в целом, а также в частности спроектировать роторную машину для установки стопорящего кольца в корпус с перспективой её дальнейшего внедрения и использования в машиностроительном производстве.Для этого планируется исследование напряжённого состояния металлического стопорящего кольца, конической матрицы и цангового толкателя непосредственно в процессе вставки кольца в корпус. Планируется исследование особенностей уплотнений, их сборки с деталями гидрозамка.

Итак, главной задачей стоит дальнейшее совершенствование способов сборки на автоматической роторной линии на примере гидрозамка одностороннего типа КГУ3.020ПР-01.

Список используемой литературы

1.Клусов И.А. Проектирование роторных машин и линий: Учеб. пособие для студентов машиностроит.
    спец. вузов - М.: Машиностроение, 1990 - 320 с.
2.Кошкин Л.Н. Роторные и роторно-конвейерные линии - М.: Машиностроение, 1982 - 236 с.
3.Прейс В.В. Технологические роторные машины вчера, сегодня, завтра - М.: Машиностроение, 1986 -   128 с.
4.Клусов И.А. и др. Автоматизация сборочных процессов на роторных линиях - Киев, 1967 - 48 с.
5.Кошкин Л.Н. Комплексная автоматизация производства на базе роторных линий - М.: Машинострое-    ние, 1972 - 258 с.
6.Клусов И.А. и др. Автоматические роторные линии - М.: Машиностроение, 1987 - 256 с.
7.Кошкин Л.Н. Автоматические линии роторного типа: Конструкции, расчёт и проектирование/ А.Н.   Кошкин, И.А. Клусов, В.В. Прейс - Тула, ЦБТИ, 1961 - 198 с.
8.Ищенко А.Л. Разработка технологического и структурного обеспечения проектирования высокопроиз-   водительных процессов и систем сборки непрерывного действия. Дис. на соис...канд. техн. наук -
   Донецк, 1999 - 200 с.
9.Новиков М.П. Основы технологии сборки машин и механизмов - М.: Машиностроение, 1980 - 532 с.
10.Муценюк К.Я. Автоматизация сборочных процессов - Л.: Машиностроение, 1969 - 107 с.
11. Михайлов А. Н. Основы синтеза поточно-пространственных технологических систем. - Донецк:
   ДонНТУ, 2002. - 379 с.
12.Волкевич П.И. - Курс лекций по дисциплине "Автоматизация производственных процессов в машиностроении"

Главная страница ДонНТУ

Страница магистров ДонНТУ

Поисковая система ДонНТУ