Автоматические линии сборки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВЛАДИМИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ АЛЕКСАНДРА ГРИГОРЬЕВИЧА И

НИКОЛАЯ ГРИГОРЬЕВИЧА СТОЛЕТОВЫХ»

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине Основы автоматизации.

На тему: “Автоматические линии сборки.”

 

 

 

 

 

Выполнил:

ст. гр.  А-114 Андреев А.В.

Принял:

Шлегель А.Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЛАДИМИР 2014

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

            Автоматические линии сборки — это одна из последних инновационных разработок, предназначенных для автоматизации производства.

              Автоматическая линия сборки  представляет из себя совокупность  исполнительных и подающих автоматических  органов, количество и последовательность  которых варьируется в соответствии  с техническим заданием заказчика. Наличие такого устройства на  предприятии позволяет сократить  трудовые затраты и улучшить  качество выпускаемой продукции.

               Основным достоинством автоматической  линии сборки является ее многофункциональность: возможность производить на одном  оборудовании различные типы  деталей. Программа, способная изменять  режим производства, активируется  в ручном режиме (оператором) или автоматически. Таким образом, появляется возможность расширить ассортимент продукции с минимальными для этого затратами.

              Не смотря на свою стоимость, автоматические линии сборки, безусловно, остаются экономически выгодным  приобретением. В процессе сборки  не обязательно присутствие человека, оператор нужен лишь для изменения  программы и интенсивности работы, поэтому конвейер можно не  останавливать даже ночью. Данное  оборудование, при интенсивной его  эксплуатации, полностью оправдывает  себя в очень короткий срок.

Линии сборки имеют также автоматический контроль качества производимой продукции. При помощи специальной аппаратуры отслеживается каждый этап производства, а при выявлении брака, дальнейшая работа над изделием прекращается. Сигнал об этом поступает на пульт оператора управления линией, что позволяет быстро исправить неполадки.

 

1. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ СБОРКИ

1.1. Технологичность конструкций изделий и автоматизация производства

Автоматизация на любом уровне должна быть экономически обоснованной. Большое влияние на экономическую эффективность применения автоматизации оказывают два фактора:

• годовая программа выпуска;
• технологичность конструкции изделия и его элементов.

Чем больше программа выпуска, тем более благоприятные условия создаются для окупаемости затрат на автоматизацию и повышения экономической эффективности. Мощным средством увеличения программы выпуска является унификация элементов конструкции машин. Унификация как одна из форм стандартизации устанавливает минимальное количество видов и типоразмеров для элементов машин, обеспечивая их взаимозаменяемость и необходимое качество. Унифицированные детали, сборочные единицы и агрегаты используются в разных машинах. Например, крепежные детали, подшипники, зубчатые колеса, фильтры одинаковой конструкции применяются в разных автоматах.

В последние годы при решении задач автоматизации большое внимание уделяется технологичности конструкции машин. Под технологичностью конструкции понимают свойство изделий отвечать требованиям автоматизированного производства по выпуску изделий требуемого качества с минимальными затратами средств и времени. Основным показателем технологичности является стоимость изготовления. Опыт показывает, что 75 % стоимости изготовления изделия обусловлено его конструкцией, а при автоматизированной сборке эта зависимость доходит до 90 %.

Чем технологичнее конструкция изделия, тем меньше трудоемкость и стоимость изготовления, тем быстрее окупятся затраты на автоматизацию.

Различают технологичность деталей и сборочных единиц (агрегатов). Технологичность деталей рассматривают с позиций их изготовления и сборки агрегатов.

Технологичность детали с позиции ее изготовления определяется следующими основными факторами:

• материалом, массой, техническими требованиями;
• способом получения заготовки;
• типом детали (вал, диск, рычаг, корпус, зубчатое колесо), ее конфигурацией, симметричностью и устойчивостью конструкции;
• наличием труднообрабатываемых поверхностей, например поверхностей со сложным профилем, глубокими отверстиями небольшого диаметра и т. д.

 

Что касается технологических сборочных единиц и агрегатов машин под автоматическую сборку, то опыт позволил сформулировать следующий ряд определяющих факторов.

1. Построение  конструкции по блочному принципу  позволяет существенно упростить  конструкцию агрегата в целом и процесс его сборки. Блоки можно собирать параллельно и подавать в технологической последовательности на общую сборку агрегата.

2. Число деталей в блоке не должно превышать 7—10. С увеличением числа деталей в блоке преимущества блочного принципа уменьшаются.
3. Возможность применения типового сборочного оборудования снижает капитальные затраты и сроки их окупаемости.
4. Число различных направлений сборочных технологических движений должно быть минимально. Желательно, чтобы все движения сборки проводились в одном направлении, например сверху вниз. Особенно затрудняют автоматизацию движения под углом.

5. Необходима  полная взаимозаменяемость деталей  и элементов конструкции, поступающих на сборку, а также отсутствие регулировок. Наличие регулировок делает автоматизацию сборки практически невозможной.

Взаимозаменяемость является технологической основой автоматизации производства, когда детали агрегата изготавливаются независимо друг от друга. Это позволяет организовать процесс сборки агрегатов непрерывным потоком без регулировок и сортировок.

             1.2. Типы автоматических линий

По технологическому признаку различают линии механообработки, сборки, сварки, окраски и т.д., а также комплексные линии. Последние включают позиции штамповки, механообработки, термообработки и сборки.

 

По технологической гибкости линии бывают непереналаживаемые, для групповой обработки и гибкие. Линии для групповой обработки проектируются по условной детали, которая включает все элементы данной детали. Детали одной группы относятся к одному типу деталей (валы, диски, рычаги), имеют одинаковый технологический маршрут обработки и отличаются только размером поверхностей. Примером могут служить вилки карданных валов, промежуточные валы коробки передач, ступицы колес различных автомобилей.

Непереналаживаемые линии проектируются для обработки деталей с большой программой выпуска, конструкция которых не меняется длительное время (например, детали подшипников качения, изделия оборонной промышленности). Гибкие линии обладают возможностью переналадки для обработки однотипных хотя и различных деталей, имеющих одинаковый маршрут обработки.

Линии для групповой обработки характеризуются возможностью обработки двух-трех однотипных деталей без переналадки оснастки и оборудования. По принципу работы линии разделяются на две группы. Первую группу представляют линии циклического действия. Для этих линий характерна периодичность перемещения объекта производства по линии и цикличность работы, когда все элементы цикла (установка, обработка, снятие и транспортировка детали) выполняются последовательно один за другим, не перекрываясь по времени. Производительность линии циклического действия ограничивается из-за потерь на холостые ходы. Однако эти линии имеют большие технологические возможности, так как позволяют обрабатывать самые разнообразные детали и собирать разные агрегаты машин (двигатели, редукторы, фильтры и т.д.). Поэтому основной парк автоматических линий в машиностроении — это линии циклического действия.

Вторая группа линий по принципу действия — это линии непрерывного действия. В этих линиях объект производства перемещается непрерывно, и во время перемещения выполняются рабочие ходы. Таким образом сводятся к минимуму внутрицикловые потери и обеспечивается высокая производительность.

Линии непрерывного действия создаются на базе роторных машин, и их часто называют роторными линиями (рис. 1.1).

Возможность разместить на одном рабочем роторе большое число инструментальных блоков, выполняющих одну и ту же операцию, позволяет линии работать с высокой степенью концентрации операций и, следовательно, с высокой производительностью.

Линии непрерывного действия компонуются из рабочих роторов, связанных между собой транспортными роторами. На каждом рабочем роторе выполняется одна операция. Объект производства последовательно перемещается от одного рабочего ротора к другому и таким образом проходит весь технологический процесс.

Кроме высокой производительности роторные линии обладают еще одним важным достоинством. Они позволяют объединить операции с различной продолжительностью без изменения производительности всей линии. При этом изменяются размеры рабочих роторов и число инструментальных блоков. Вместе с тем роторные линии имеют ряд существенных недостатков, которые ограничивают область их применения. Основной недостаток связан с низкими технологическими возможностями этих линий. Инструментальные блоки совершают простые возвратно-поступательные движения, что позволяет выполнять только простейшие операции (прошивку, резку, дозировку, пайку и т. д.).

Так как число рабочих роторов определяется числом операций технологического процесса, роторные линии очень громоздкие и требуют достаточно больших производственных площадей.

Ограниченные технологические возможности роторных линий не позволяют применять их для обработки деталей сложной формы, больших размеров и с большим числом операций. Поэтому такие линии нашли в основном применение в пищевой, оборонной, электротехнической промышленности при изготовлении простых изделий без снятия стружки, методами штамповки, выдавливания, пайки, дозировки материала, для сборки и контроля, когда технологический процесс состоит из небольшого числа (до 8) простых операций.

 

 

 

Рис. 1.1. Схема построения и работа роторной линии: 1 — инструментальные блоки; 2 — стол; 3 — объекты производства; 4 — копир

 

     Ограниченные технологические возможности роторных линий не позволяют применять их для обработки деталей сложной формы, больших размеров и с большим числом операций. Поэтому такие линии нашли в основном применение в пищевой, оборонной, электротехнической промышленности при изготовлении простых изделий без снятия стружки, методами штамповки, выдавливания, пайки, дозировки материала, для сборки и контроля, когда технологический процесс состоит из небольшого числа (до 8) простых операций.

По виду связи между позициями различают линии с жесткой и гибкой связью.

Отличительным признаком линии с жесткой связью является то, что объект производства непосредственно перемещается от одной позиции к другой. На (рис. 1.2.), показана схема такой линии с шаговым транспортером. Штанга транспортера 2 совершает возвратно-поступательные движения и обеспечивает шаговое перемещение заготовок с помощью толкающих элементов («собачек») 5 по направляющим 4. На (рис. 1.2, б) показана условная схема этой же линии, которой удобно пользоваться на практике.

Жесткая связь между позициями обусловливает согласованность по времени (синхронность) работы машин. Либо все заготовки одновременно обрабатываются, либо одновременно все транспортируются. Поэтому эти линии часто называют синхронными линиями.

Линии с жесткой связью компактны, просты в управлении, имеют низкую стоимость. Однако они эффективны, только если станкоемкость позиций примерно одинакова и число позиций небольшое (8... 12). Основным недостатком линий с жесткой связью является их низкая надежность, так как при отказе одной позиции простаивает вся линия. Это снижает ее производительность

 

Рис. 1.2. Схема автоматической линии с жесткой связью: 1 — рабочая позиция; 2 — транспортер; 3 — холостая позиция; 4 — направляющая; 5 — толкающий элемент

 

Стремление повысить надежность линий привело к созданию линий с гибкой связью. Гибкость связи на линии достигается установкой накопителей между позициями или участками. Накопителями называют специальные устройства — емкости для размещения заготовок. Основное назначение накопителей — локализовать отказы, предотвратить остановку линии.

На (рис. 1.2, a) представлена схема линии, в которой накопители устанавливаются после каждой позиции, а на (рис. 1.2, б) — условная схема этой же линии. Применение накопителей делает работу соседних позиций на определенное время независимой. Емкость накопителя зависит от размеров заготовки, времени цикла и надежности соседних позиций (участков).

Обычно емкости накопителей обеспечивают бесперебойную работу линии в случае отказа в течение нескольких часов. Вместе с тем накопители существенно усложняют линию, повышают ее стоимость, требуют дополнительных производственных площадей. Поэтому экономически целесообразно устанавливать накопители между участками (рис. 1.3), которые образуют линии с комбинированной связью.

Деление линии на участки является важной задачей при ее проектировании, от решения которой зависит фактическая производительность и экономическая эффективность линии.

Рис. 1.3. Схема автоматической линии с гибкой связью: 1 — накопитель

 

2. МЕТОДЫ ДОСТИЖЕНИЯ ТОЧНОСТИ  ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СБОРКЕ

 

           Различают пять методов достижения точности (МДТ) замыкающих звеньев размерных цепей: полная взаимозаменяемость (ПВ), неполная взаимозаменяемость (НВ), групповая взаимозаменяемость (ГВ), регулирование (Р), пригонка Щ). Кроме того, могут быть использованы различные комбинации этих методов. Рассмотрим возможности и особенности использования каждого из пяти методов достижения точности замыкающих звеньев в конструкторских размерных цепях при автоматической сборке изделий.

           Структурная схема автоматической сборки методом ПВ показана на рис. 2.1. Сборочный автомат (СА), осуществляющий сборку двух деталей Д\ и Д2, которые поступают на его вход, обеспечивает получение сборочной единицы СЕ. Гарантированное обеспечение требуемого размера замыкающего звена при полной взаимозаменяемости позволяет отказаться от контроля замыкающего звена, получающегося в результате сборки. Это особенно важно в тех случаях, когда трудно автоматизировать контроль получающегося при сборке размера в сборочной единице. При ПВ достаточно контролировать размеры деталей, подаваемых на сборку. В процессе сборки методом ПВ для достижения требуемого размера замыкающего звена не требуется никакой дополнительной информации и связанных с этим дополнительных сложностей по ее получению и автоматическому использованию. Метод ПВ отличается от всех других методов достижения точности, требующих получения и использования дополнительной информации в ходе реализации сборочного процесса. Относительная простота организации и управления сборочными процессами при использовании метода ПВ объясняет его широкую распространенность для достижения точности размеров в автоматическом производстве.

Рис. 2.1. Структурная схема автоматической сборки методом ПВ

 

          Единственный недостаток метода ПВ — необходимость более высокой точности изготовления составляющих звеньев, чем при любом другом методе достижения точности. Поэтому относительная простота автоматизации сборки методом ПВ требует, как правило, высокой точности изготовления деталей, входящих в сборочную единицу.

          Сборка методом ПВ наиболее производительна, так как не требует дополнительных затрат времени на получение и использование какой-либо дополнительной информации. Автоматическое сборочное оборудование, работающее при использовании этого метода, характе- ризуется простотой и компактностью. Однако стремление предельно удешевить сборку и автоматическое сборочное оборудование использованием ПВ приводит в ряде случаев к значительному повышению точности, а следовательно, и себестоимости изготовления составляющих деталей, что не всегда окупается снижением затрат на сборку.

          При использовании метода НВ не у всех собранных сборочных единиц гарантируется получение замыкающего звена в требуемых допусках. Поскольку заранее не известно, в каком именно изделиитребуемый размер замыкающего звена не обеспечивается, то замыкающее звено размерной цепи, образующееся при сборке, необходимо контролировать в каждой сборочной единице. Поэтому приходится осуществлять 100 %-ный контроль изделий. Это усложняет и удоро- жает сборку методом НВ, так как необходимо предусмотреть допо- лнительную контрольную позицию в сборочной автоматической линии или в сборочном автомате. Вместе с тем при использовании метода НВ допуски на составляющие звенья размерной цепи, т.е. на изготовление деталей, увеличиваются при той же точности замыкающего звена по сравнению с допусками при использовании метода ПВ

 

 

 

Рис 2.2. Структурная схема автоматической сборки методом НВ

 

 

          Структурная схема сборочного автомата, реализующего сборку методом НВ, показана на рис. 2.2. Детали Д1 и Д2 собираются в сборочном автомате СА, Все СЕ должны пройти контрольный автомат КА и часть СЕ, попавших в процент риска, будет отбракована. Эти СЕ должны быть разобраны разбирающим автоматом PA, а составляющие детали возвращены для повторной сборки в другом сочетании.

          В ряде случаев, например при сборке валика и втулки по переходной посадке, может оказаться, что некоторые детали вовсе нельзя установить при сборке. Эти случаи тоже включены в процент риска. Они могут привести к заклиниванию или поломке сборочного автомата. Для предотвращения заклинивания и поломок необходимо предусмотреть контрольно-блокировочное устройство КБУ, которое прерывает сборочный процесс, выводит из зоны сборки несобранные детали, возвращает автомат в исходное состояние для продолжения сборки других деталей. КБУ срабатывает при получении текущей информации о сборочном процессе. Для этого бывает достаточным контролировать силы в процессе соединения деталей на рабочей позиции сборочного автомата, например осевую силу при постановке валика во втулку. В случае возникновения натяга или при заклинивании деталей сила сопротивления движению рабочего органа сборочного автомата, устанавливающего деталь, увеличится, что послужит сигналом к прерыванию сборки, возвращению рабочего органа в исходную позицию и удалению собираемых деталей из рабочей зоны автомата.

          Использование метода НВ, таким образом, требует дополнительного оснащения сборочного автомата контрольной позицией и блокирующим устройством, требует разборки изделий, не соответствующих требованиям точности (их количество соответствует проценту риска) и средств возврата деталей на сборку. Для осуществления сборки требуется дополнительная информация, которая может быть получена не заранее, а только лишь в процессе сборки или по завершении сборки. Эта информация должна быть получена с помощью соответствующих датчиков, преобразована для автоматического анализа и выдачи управляющего воздействия, а также использована для осуществления автоматической сборки методом НВ.          

          Наличие процента риска, необходимость получения и использования в ходе сборки дополнительной информации требует дополнительных затрат времени на сборку, что снижает ее производительность. Вместе с тем увеличение в несколько раз допусков размеров составляющих звеньев, т.е. допусков на изготовление собираемых деталей и ,следовательно, их удешевление может в ряде случаев окупить дополнительные затраты на автоматическую сборку изделия методом неполной взаимозаменяемости. 
          Схематично сборка двух деталей методом ГВ показана на рис. 2.3. При автоматической сборке методом ТВ детали должны быть предварительно рассортированы по размерам на группы сортировочными автоматами С. Далее детали Д1 и Д2 первой размерной группы собираются сборочным автоматом С А. Аналогично собираются детали других размерных групп. На схеме для простоты показаны два сборочных автомата, каждый из которых собирает детали одной размерной группы. Так может быть только при соответствующем большом объеме выпуска изделий. Если же для достижения требуемой производительности достаточно одного автомата, то детали разных размерных групп собираются на одном автомате по очереди. В этом случае необходимо обеспечить одновременную подачу на сборочную позицию собираемых деталей какой-либо одной размерной группы. В пределах одной размерной группы достижение точности изготовления изделий осуществляется методом ПВ. Поэтому в собранных изделиях гарантируется достижение требуемого размера замыкающего звена и дополнительный контроль не требуется.

Рис 2.3. Структурная схема автоматической сборки двух деталей методом ГВ

 

          При сборке методом ГВ т составляющих сборочную единицу деталей сортируют на п размерных групп. Для хранения и подачи на сборку необходимо тп накопителей. Некоторые детали клеймят или маркируют, чтобы при сборке их не перепутать с такими же деталями другой размерной группы. Это усложняет организацию сборки. Предварительная сортировка собираемых деталей на размерные группы требует получения информации о размерах всех деталей путем их измерения. Поэтому по сравнению с методом ПВ метод ГВ так же, как и другие методы, требует увеличения информации для осуществления сборки. Для этого необходимы дополнительные устройства и дополнительные затраты времени. Достижение требуемой точности замыкающего звена регулированием размера в автоматической сборке может осуществляться с использованием подвижного или неподвижного компенсатора. В первом случае для этого следует использовать соответствующие возможности конструкции самого изделия, где размер может регулироваться с помощью винтового, клинового или другого механизма. Вовтором случае при неподвижном компенсаторе требуется заранее изготовить детали-компенсаторы нескольких разных размеров и в процессе сборки установить компенсатор необходимого в данном случае размера. Так, например, для обеспечения требуемого натяга подшипников выходного вала редуктора ,регулируемого с помощью прокладки между крышкой подшипника и корпусом, необходимо собрать узел без прокладки, приложить к крышке необходимую силу для создания натяга подшипника, измерить образовавшийся зазор между корпусом и крышкой и поставить в этот зазор прокладку соответствующей толщины, сняв предварительно крышку подшипника. Таким образом, при регулиро- вании необходимо получать информацию в процессе сборки и организовать обратную связь.

           Примером использования метода регулирования в автоматической сборке может быть автоматическая сборка подшипников. Размеры шариков Ш (рис. 2.4), поступающих на сборку, измеряются в контрольно-сортировочном автомате КС А, и шарики сортируются по размерам на 50 размерных групп через 2 мкм. Рассортированные по группам шарики попадают в накопители Я. На позицию автомата поступают два кольца шарикоподшипника: наружное 1 и внутреннее 2. Радиальный зазор между двумя пришедшими на сборку кольцами 1 и 2 автоматически измеряется датчиком Д. Сигнал от датчика поступает в решающее устройство РУ и далее в устройство выбора У В размеров шариков. УВ включает и переключает подвижный лоток на кассету накопителя с требуемыми размерами шариков. Необходимое число шариков нужного размера по трубчатому лотку 3 подается на сборочную позицию.

 

 

 

Рис 2.4. Схема автоматической сборки шарикоподшипников

 

 

 

           Использование ЭВМ, контактных головок, активного контроля размеров, адаптивного управления свидетельствует о переходе от метода полной взаимозаменяемости на метод автоматического регулирования для достижения высокой точности в условиях автоматического производства.

            Таким образом, метод регулирования для достижения требуемой точности замыкающих звеньев размерных цепей характеризуется следующими общими положениями: допуски размеров составляющих звеньев могут быть установлены исходя из возможностей изготовителя и значительно большими по сравнению с допусками размеров при ПВ; для регулирования размеров при сборке необходимо наличие информации о получаемых при сборке размерах, т.е. наличие обратной связи; регулированием можно обеспечить высокую точность размера замыкающего звена независимо от допусков размеров, с которыми изготовлены составляющие звенья.

             Подвижный компенсатор в сборочной единице должен быть реализован в виде винтовых, клиновых и других устройств, позволяющих

регулировать размеры.

              Достижение требуемой точности замыкающего звена размерной цепи пригонкой состоит в удалении необходимого слоя материала с детали, являющейся компенсатором, для компенсации отклонений размеров всех составляющих звеньев. Этот метод похож на метод регулирования с неподвижным компенсатором. Разница лишь в том, что компенсатор не изготовлен заранее с определенными размерами как при методе регулирования, а имеет необходимый припуск, который частично или полностью удаляется при сборке для достижения требуемой точности замыкающего звена. Пригонка так же, как и регулировка, позволяет обеспечить высокую точность размера замыкающего звена даже при большом числе составляющих звеньев. Однако для пригонки необходимо осуществлять дополнительную обработку компенсатора непосредственно при сборке, что в ряде случаев нежелательно.

               Пригонка так же, как и регулировка, позволяет обеспечить высокую точность размера замыкающего звена даже при большом числе составляющих звеньев. Однако для пригонки необходимо осуществлять дополнительную обработку компенсатора непосредственно при сборке, что в ряде случаев нежелательно.

               Каждый из перечисленных пяти методов имеет преимущества, недостатки и области наиболее эффективного использования. Критерием выбора метода является минимум суммы всех затрат на изготовление составляющих звеньев и сборку.

 

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

            На машиностроительных заводах и других производствах из всего объема сборочных работ механизировано только 15-20%, а остальная часть сборочных операций выполняется вручную. Автоматическая сборка имеет применение примерно в 6-7% от всех видов сборки. Поэтому необходимо сокращать трудоёмкость сборочных работ путем её механизации и автоматизации.

              Высшей ступенью автоматизации является комплексная автоматизация всех основных и вспомогательных сборочных работ, для получения наибольшего технико-экономического эффекта, с применением автоматических сборочных линий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Гибкие производственные системы электронной техники М., 1989 319с

2. Технология изготовления металлообрабатывающих станков и  

     автоматических линий М., 1982, 270 с.

3. Метод автоматизированного  проектирования М., 1990 5 с

4. Гибкие производственные системы сборки М., 1989 348с

5. Проектирование автоматических линий М., 1983 327 с