Разработка технологического процесса сборки деталей и узлов в машиностроении

ВВЕДЕНИЕ
1. Особенности технологических процессов в машиностроении
2. Разработка технологических процессов сборки.
2.1. Основные положения.
2.2. Исходные данные для разработки технологических процессов.
2.3. Общие положения разработки технологических процессов.
2.3.1. Анализ технических требований и выявление технологических задач при изготовлении изделия.
2.3.2. Анализ условий работы, программы выпуска. Выбор типа производства и метода работы.
2.3.3. Выбор организационной формы сборки.
2.3.4. Анализ и отработка конструкции изделия и его сборочных единиц на технологичность.
2.3.5. Выбор метода обеспечения заданной точности собираемого изделия.
2.3.6. Разработка маршрутного технологического процесса.
Заключение
Список литературы

Поэтому одним из главных направлений отработки конструкции на технологичность является ее упрощение за счет сокращения количества деталей, замены соединений, трудновыполнимых для механизированной и автоматической сборки. На рис. 2.5 показан пример отработки на технологичность конструкции механизма фиксатора, позволившей сократить количество деталей и число сборочных операций.
Конструкция изделия должна предусматривать удобство ее сборки и разборки (ремонтопригодность). Для этого, прежде всего, она должна расчленяться на составные части (сборочные единицы), сборку которых можно производить обособленно и самостоятельно на отдельных сборочных участках, стендах, сборочных автоматах или РСК. Если механизмы изделия являются одновременно и его составными частями, то перед подачей на общую сборку они проходят контроль и испытания, что устраняет появление дефектов на общей сборке, повышает качество изделия.
Рис. 2.5. Пример отработки конструкций на технологичность: а - базовый вариант; б - предлагаемый вариант; 1 - 6 - детали изделия.
Использование унифицированных стандартных деталей и составных частей не только сокращает трудоемкость и стоимость их изготовления, но и ведет к сокращению номенклатуры сборочных оборудования и инструментов. Так, число автоматических сборочных позиций, их конструктивное исполнение и сложность зависят от унификации элементов собираемого изделия.
Если речь идет о независимых соединениях, которые можно выполнять в любой последовательности или одновременно (рис. 2.6, а), то коэффициент повторяемости характеризует возможность применения многошпиндельных сборочных позиций, при этом число последних одноцелевого назначения будет зависеть от рационального расположения этих соединений в изделии: расстояние l между ними должно быть равно или больше минимально допустимого расстояния между осями исполнительных сборочных механизмов. Если собираемое изделие имеет повторяющиеся зависимые соединения (рис. 2.6, б), выполняемые в определенной последовательности и раздельно во времени, так как между ними устанавливаются другие детали, то коэффициент повторяемости характеризует число одинаковых сборочных позиций в линии. Затраты на подготовку производства и проектирование таких позиций сокращаются.
Рис. 2.6. Примеры узлов с повторяющимися деталями: а - узел с независимыми соединениями 1; б - узел с зависимыми соединениями 2.
В РСК коэффициент повторяемости характеризует сокращение типоразмеров захватных подающих устройств, исполнительных механизмов и времени на их замену. При групповой сборке изделий сокращение времени на переналадку РСК при переходе на сборку другого изделия
где - время на переналадку РСК; R - число переналадок.
Помимо этого применение унифицированных элементов и составных частей конструкции позволяет применять типовое стандартное сборочное оборудование, стоимость которого гораздо ниже. При разработке оригинального сборочного автоматического оборудования затраты на его проектирование, изготовление опытных образцов и отладку возрастают в 1,8...2 раза.
Кроме того, для автоматической сборки очень важным является направление сборочного движения V (рис. 2.7). Число направлений сборочных движений при сборке изделия должно быть минимальным, так как от этого зависит структура сборочной линии, число ее позиций, комплект оснастки РСК, ее габариты, производительность сборки. Для условий автоматической сборки наилучшим движением является вертикальное движение сверху вниз (см. рис. 2.7); сборочные движения , ..., практически невозможно осуществить без кантования собираемого изделия. Горизонтальное направление сборочного движения неприемлемо для большинства сборочных роботов, поэтому при собираемое изделие приходится кантовать, ибо сборка в горизонтальном положении накладывает дополнительные требования к точности положения собираемых деталей и к точности позиционирования сборочного робота. Каждое кантование ведет не только к повышению стоимости сборки, но и к удлинению сборочного цикла на величину
где - время на установку базовой детали или собираемого изделия на сборочной позиции; - время на зажим и разжим схвата при кантовании; - время кантования собираемого изделия; - время установки изделия в приспособление; - время фиксации изделия в приспособлении.
Рис. 2.7. Возможные направления сборочных движений.
Влияние направления сборочного движения при автоматической сборке изделия оценивается коэффициентом .
Для достижения требуемой точности взаимного положения элементов собираемого изделия следует совмещать сборочные базы с установочными и измерительными. Базовая деталь изделия должна иметь технологическую базу, обеспечивающую достаточную устойчивость собираемого объекта. Крайне нежелательным для автоматического сборочного процесса является смена установочных баз собираемого изделия, так как это требует не только кантования собираемого объекта, но и зачастую создания новых сборочных приспособлений и расчленения линии на участки со своими транспортными системами и приводными станциями. Это не только увеличивает стоимость сборочных работ, но и приводит к снижению точности сборки (характеризуется коэффициентом ).
Для соблюдения принципа взаимозаменяемости целесообразно избегать многозвенных размерных цепей, которые сужают допуски на размеры составляющих звеньев. Если сократить число звеньев невозможно, то в конструкции изделия следует предусмотреть жесткий или регулируемый компенсатор. В этом случае необходимую точность замыкающего звена легко обеспечить подбором или пригонкой жесткого компенсатора либо установкой на необходимый размер регулируемого компенсатора. При автоматическом выполнении сборки изделия и его составных частей необходимо, чтобы точность замыкающего звена размерной цепи обеспечивалась методом полной взаимозаменяемости. Выполнение пригоночных работ, как правило, недопустимо. Проведение регулировочных работ, разборок и повторных сборок требует ручных операций и снижает уровень автоматизации сборки.
Соединения, выполняемые методом групповой взаимозаменяемости (селективная сборка), автоматически осуществлять можно, но с увеличением капитальных затрат на 10... 15 %, так как требуется 100 %-ный контроль сопрягаемых поверхностей собираемых деталей. Для этого сборочные линии необходимо оснастить контрольными автоматами, а позиции - дополнительными вибробункерами и подающими устройствами с системой адресования.
В тех случаях, когда по условиям сборки необходимо обеспечить определенное и единственно возможное положение собираемых элементов в изделии, предусматривают установочные метки, контрольные штифты, несимметричное размещение крепежных деталей. Для разборки изделия при его обслуживании и ремонте необходимо предусмотреть удобное применение съемников (рис. 2.8, а), резьбовые отверстия для отжимных винтов (рис. 2.8, б), рым-болты и выступы для захвата и подъема тяжелых деталей. При конструировании изделий необходимо обеспечить возможность удобного и свободного подвода высокопроизводительных механизированных и автоматизированных сборочных инструментов к местам сопряжения деталей (рис. 2.8, в,г).
При выполнении соединений с зазором и натягом, а также резьбовых соединений необходимо иметь заходные фаски на торцах сопрягаемых поверхностей, а также направляющие элементы (пояски и расточки) для улучшения условий собираемости (рис. 2.8, д). Наличие фасок и направляющих элементов на торцах сопрягаемых поверхностей позволяет при помощи специальных сборочных исполнительных механизмов и приспособлений компенсировать имеющиеся на сборочной позиции линейные и угловые погрешности взаимного положения сопрягаемых поверхностей (см. рис. 2.8, д), что существенно повышает уровень механизации и автоматизации сборочных процессов.
Рис. 2.8. Требования, предъявляемые к конструкции изделий процессом сборки:
а - удобство применения съемников; б - применение отжимных винтов при разборке; в, г - возможность применения ручного (в) и механизированного (г) резьбо-завертывающих инструментов; д - создание направляющих элементов (фасок, поясков); 1 - съемный элемент; 2 - резьбовое отверстие.
Для облегчения сборки деталей по нескольким посадочным поверхностям (рис. 2.9) последние следует делать ступенчатыми («в елочку») с разными длинами посадочных шеек:
;
;
.
При этом безотказность автоматического сборочного процесса повышается на 15...30 %.
Рис. 2.9. Технологичная конструкция многопосадочного соединения.
Проведя анализ конструкции изделия, технолог может внести различные предложения по совершенствованию конструкции, упрощающие сборку, которые должны быть согласованы с конструктором.
2.3.5. Выбор метода обеспечения заданной точности собираемого изделия.
Методы обеспечения заданной точности замыкающих звеньев размерных цепей изделий конструктор выбирает при разработке технического проекта (создании сборочных чертежей). При разработке технологического процесса сборки изделия технолог проверяет принятые решения.
Требуемая точность сопряжения деталей при сборке обеспечивается методами полной, неполной (частичной) и групповой взаимозаменяемости, регулировкой и индивидуальной пригонкой.
Необходимый метод обеспечения точности сборки выбирают (и проверяют) на базе расчета размерных цепей изделия. Если назначенный конструктором допуск на замыкающее звено данной размерной цепи, рассчитанный на max - min, равен или больше суммы допусков составляющих звеньев , то возможен метод полной взаимозаменяемости. Этот метод применим при малозвенных размерных цепях, так как при многозвенной размерной цепи и высокой точности сборки допуски на составляющие звенья будут очень жесткими, что нерентабельно.
Допуская определенный риск получения брака (0,27 %), можно несколько расширить допуски составляющих звеньев размерной цепи, обеспечив метод неполной (частичной) взаимозаменяемости. При этом размерную цепь рассчитывают теоретико-вероятностным методом.
При высокой точности замыкающего звена малозвенной цепи может быть применен метод групповой взаимозаменяемости. Выбор количества размерных групп при групповом подборе зависит от характера сопряжений и условий работы. Число размерных групп должно быть оптимальным, так как от этого зависят затраты в производстве на сортировку, затаривание, учет, хранение и пр.
Для решения задач оптимального комплектования сборок из рассортированных деталей широко используется вычислительная техника.
Допуск посадки каждой группы:
где , - конструкторские допуски на сопрягаемые поверхности отверстия и вала; , - технологические допуски на те же сопрягаемые поверхности; п - число групп.
Все данные по этому методу (допуски на изготовление сопрягаемых поверхностей и число групп) должны быть полно и четко изложены в технических условиях на сборочном чертеже.
Если методы взаимозаменяемости непригодны, то конструктор решает вопрос об использовании методов регулировки или пригонки. В первом случае в конструкции предусматривается жесткий или регулируемый (рис. 2.10) компенсатор и оговариваются предельные размеры, размерные группы для жесткого компенсатора и перемещение для регулируемого.

Рис. 2.10. Пример обеспечения точности методом регулировки: 1 - жесткий компенсатор; 2 - регулируемый компенсатор.
Во втором случае на чертеже указывается, по каким поверхностям производится пригонка и какой припуск на нее оставлен (рис. 2.11).
Рис. 2.11. Пример обеспечения точности методом индивидуальной пригонки.
Если технолог в результате анализа предложит более рациональный метод сборки, решение может быть изменено после согласования с конструктором.
2.3.6. Разработка маршрутного технологического процесса.
Изучение собираемого изделия завершается составлением технологических схем общей и узловой сборки (рис. 2.12 а,б,в). Такие схемы отражают структуру и последовательность комплектования изделия и его составных частей.

Рис.2.12 а. Гидроклапан предохранительный.

Рис.2.12 б. Технологическая схема узловой сборки.

Рис.2.12 в. Технологическая схема общей сборки.
Процесс сборки изображается на схеме горизонтальной прямой, которую проводят в направлении от базового элемента к собранному объекту. Сверху располагаются в порядке последовательности сборки обозначения непосредственно входящих в изделие деталей, а снизу - сборочных единиц.
Общую и узловую сборку начинают с установки базовой детали на стенд, верстак или в сборочное приспособление. Если изделие имеет несколько размерных цепей, то сборку следует начинать с наиболее сложной и ответственной цепи, звенья которой являются составляющими звеньями других более простых цепей. В каждой размерной цепи сборку завершают установкой тех элементов соединения, которые образуют ее замыкающее звено. Эта последовательность сборки должна быть четко и ясно отражена в технологических схемах.
Технологические схемы сборки должны быть снабжены надписями-сносками, поясняющими характер сборочных соединений и выполняемый при сборке контроль (запрессовать, расклепать, затянуть с определенным крутящим моментом, отрегулировать положение, проверить зазор и т.д.).
Если отдельные сборочные единицы (узлы) подвергаются по условиям общей сборки частичной или полной разборке (например, шатун с поршнем при установке в компрессор), то этот вид дополнительных работ также отражается дополнительной надписью на технологической схеме общей сборки.
Технологические схемы сборки можно составлять в нескольких вариантах, отличающихся как по структуре, так и по последовательности выполнения сборки. Число вариантов тем больше, чем сложнее собираемое изделие. На выбор варианта технологической схемы влияют такие экономические факторы, как трудоемкость и себестоимость сборки, требуемое число сборщиков, а также удобство сборки и возможность механизации и автоматизации сборочного процесса. При различных ограничивающих условиях эта задача может быть решена на ЭВМ с использованием математических или эвристических алгоритмов.
По принятым технологическим схемам общей и узловой сборки выявляют основные сборочные операции. Содержание сборочной операции устанавливают так, чтобы на каждом рабочем месте выполнялась однородная по своему характеру и технологически законченная работа, что способствует лучшей специализации сборщиков и повышению производительности их труда. Содержание операции зависит также от выбранного типа производства и метода работы (поточный или непоточный).
В поточном производстве содержание операции должно быть таким, чтобы ее длительность была равна (чуть меньше его) или кратна такту. При этом на данном этапе длительность операции определяется укрупненно по нормативам с последующей корректировкой и уточнением.
В серийном производстве содержание операций принимают таким, чтобы при сборке изделий различных наименований периодически сменяемыми партиями обеспечить достаточно высокую загрузку рабочих мест. Для общей сборки
где R - число наименований собираемых изделий; - трудоемкость общей сборки i-го изделия; - годовая программа выпуска i-го изделия; - подготовительно-заключительное время для сборки i-го изделия; к - число партий изделий, выпускаемых в год; п - число рабочих мест; - эффективный годовой фонд времени.
На этом этапе определяют размер m оптимальной партии изделий. На рис. 2.13 линия 1 характеризует себестоимость сборки изделия, кривая 2 - затраты на переналадку сборочного оборудования, кривая 3 - затраты на рост незавершенного производства и расширение производственных площадей для хранения изделий (особенно больших габаритов); суммарная кривая 4 в области своего минимума дает оптимальный размер партии.
Рис. 2.13. График для определения оптимального размера партии.
Заключение
Разработка технологического процесса изготовления деталей и сборки машины является многовариантной задачей: заданное качество можно обеспечить, реализуя в производстве различные технологические процессы. Вместе с тем каждый вариант технологического процесса характеризуется своими технико-экономическими показателями, такими, например, как затраты материалов, энергии и других ресурсов, производительность и т.д. Выбор варианта наиболее оптимальной технологической структуры для конкретных условий производства машины является важнейшей задачей, решаемой на этапах конструкторской разработки и технологической подготовки производства.
Разработка эффективных технологических процессов изготовления деталей и сборки машин невозможна без учета основных закономерностей их протекания в определенных производственных условиях, особенностей формирования качества при изготовлении машины.
Наиболее общими задачами, решаемыми на завершающих этапах производства машины, являются:
Адаптация конструкции машины и требований к качеству последней к условиям, ресурсам и возможностям производства.
Принятие необходимых технологических решений, обеспечивающих достижение цели производства в заданных условиях.
Технологический процесс в машиностроении охватывает подготовку средств производства и организацию обслуживания рабочих мест; получение и хранение материалов и полуфабрикатов; все стадии изготовления деталей машин; сборку изделий; транспортирование материалов, заготовок, деталей, готовых изделий и их элементов; технический контроль на всех стадиях производства; упаковку готовой продукции и другие действия, связанные с изготовлением выпускаемых изделий.
Именно поэтому технологический процесс является важнейшим элементом машиностроения.
Список литературы
Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении / В.С. Корсаков, Н.М. Капустин, К.Х. Темпельхоф и др.; Под общ. ред. Н.М. Капустина. - М.: Машиностроение, 1985. - 304 с.
Васильев В.Н. Организация, управление и экономика гибкого интегрированного производства в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1986. - 312 с.
Дольский A.M., Кулешова З.Г. Сборка высокоточных соединений в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1988. - 303 с.
Дольский A.M. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей машин. - М.: Машиностроение, 1975. - 223 с.
Машалин А.А. Технология машиностроения. - Л.: Машиностроение, 1985. - 496 с.
Лебедовский М.С., Вейц В.Л., Федоров А.И. Научные основы автоматической сборки. - М.: Машиностроение. 1985. - 316 с.
Новиков М.П. Основы технологии сборки машин и механизмов. - М.: Машиностроение, 1980. - 592 с.
Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов / Под ред. В.С. Корсакова. - М.: Машиностроение, 1977. - 416 с.
Петров В.Д., Масленников А.Н., Осипов Л.A. Планирование гибких производственных систем. - Л.: Машиностроение, 1985. - 182 с.
Применение ЭВМ в технологической подготовке серийного производства / Под ред. С.П. Митрофанова. - М.: Машиностроение, 1981. - 286 с.
Сборка и монтаж изделий машиностроения: Справочник. В 2 т. Т. 1. Сборка изделий машиностроения / Под ред. В.С. Корсакова, В.К. Замятина, - М.: Машиностроение, 1984. - 591 с.
Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. / Под ред. А.Т. Косиловой, Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985. - Т. 1. - 656 с.
Справочник технолога по автоматическим линиям / А.Г. Косилова, А.Г. Лыков, О.М. Деев и др.; Под ред. А.Г. Косиловой. - М.: Машиностроение, 1982. - 320 с.
Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей машин. - М.: Машиностроение, 1987. - 118 с.
Технологичность конструкции изделия: Справочник / Ю.Д. Амиров, Т.К. Алферова, Л.Н. Волков и др.; Под обш. ред. Ю.Д. Амирова. - М.: Машиностроение, 1990. - 786 с.
42