Konspekt_lekcii автом.пр.проц.в. маш.(Норко)

81

3.3Автоматический сборочный процесс.

Сборочный процесс представляет собой технологический процесс соединения деталей машин в сборочные единицы или машину в целом. Соединение деталей осуществляется установкой одной детали на другую так, чтобы основные конструкторские базы присоединяемой детали совпали со вспомогательными базами базирующей детали.Рассмотрим этот процесс на примере, приведенном на рис.3.10. Построим на сопрягаемых комплектах конструкторских баз собираемых деталей координатные системы. Координатную систему ХВ YB ZB назовем вспомогательной, которая строится на вспомогательном комплекте конструкторских баз ступенчатого вала (рис.3.10) базирующей детали.

Результатом сборочного процесса должно стать совмещение основной координатной системы ХО YO Z0, которая строится на комплекте основных конструкторских баз присоединяемой детали, со вспомогательной координатной системой ХВ YB ZB с требуемой по служебному назначению этого соединения точностью.

82

Рис.3.10. Схема совмещения основной и вспомогательной координатных систем соединяемых деталей при сборке.

Когда говорят о сборочном процессе, то, прежде всего, имеют в виду сборку изделий ИЛИ составляющих его сборочных единиц. Однако, кромесборки изделий, в производстве осуществляются и другие сборочные процессы. К сборочным процессам могут быть отнесены следующие процессы автоматизированного производства:

1)установка заготовок на столы станков, в приспособления, наспутники, в кассеты, на конвейер или транспортную тележку, в ячейку автоматического склада;

2)установка режущих инструментов на транспортные средства, в приспособления, в инструментальные магазины многоцелевых станков, в шпиндели, патроны, держатели;

83

3)захват заготовки, детали или инструмента манипулятором или промышленным роботом;

4)установка спутников с заготовками, магазинов и кассет на станки;

5)стыковка транспортных тележек со стеллажами, накопителями идругими устройствами при доставке заготовок, спутников, кассет и т. д.;

6)установка на деталь мерительного или сборочного инструмента.

Процесс автоматической сборки можно разделить на ряд последовательных действий:

1)подача предварительно ориентированных собираемых деталей врабочую зону сборочного автомата;

2)ориентирование присоединяемой детали относительно базирующей;

3)присоединение и закрепление детали;

4)освобождение рабочей зоны сборочного автомата от собранной сборочной единицы.

Этапы сборочного процесса автоматической сборки валов и втулок показаны на рис.3.11.

Валы и втулки подаются предварительно ориентированном виде к рабочим органом А и Б сборочного автомата, так чтобы оси валиков и втулок располагались вертикально. Без предварительной ориентации валики и втулки не могут быть автоматически захвачены рабочими органами сборочного автомата. Далее для установки валика в отверстие втулки перед перемещением захвата А вниз необходимо, чтобы обеспечивалось соосность валика и отверстии во втулке, иначе требуемое соединение не произойдет. Если соосность обеспечивается в пределах установленного допуска, то движением схвата А вниз вал вводится в

отверстие во втулке и осуществляется соединение двух деталей, после чего собранная единица удаляется с позиции сборки.

84

Рис.3.11. Этапы сборочного процесса.

3.4 Ориентирование присоединяемой детали относительно базовой.

Собираемые детали подаются на сборочную позицию в определённых положениях удобных для их последующего соединения. Однако для установки одной детали на другую необходимо расположить их относительно друг другу определённым образом с заданной точностью. Например, для установки вала во втулку необходимо обеспечить соосность вала с отверстием втулки, что показано на рис. 3.12. Предельно допустимое отклонение от соосности вала с отверстием определяется лишь величиной зазора. Чем больше зазор, тем больше предельно допустимое отклонение соосности, которое вычисляется по формуле:

∆мах = (D- d) /2.

Учитывая, что диаметры вала и отверстия имеют допустимые отклонения, то при наихудшем случае необходимо, чтобы отклонение от соосности не превышало минимальную величину радиального зазора, которая вычисляется по следующей формуле: ∆тах = (Dmin - dmax) /2.

85

Если вал и отверстие имеют фаски, выполненные не под самотормозящими углами, то при движении вала по направлению А, благодаря фаскам он может попасть в отверстие втулки. В этом случае допустимое отклонение от соосности в исходном положении будет больше и определяется по формуле: ∆тах = (Dmin- dmax) /2 + Св +Со .

Рис. 3.12. Схема для определения максимально допустимого смещения (а, б).и угла поворота осей вала и отверстия во втулке перед сборкой (в).

Чем больше предельно допустимая погрешность относительного положения деталей перед сборкой, тем легче их обеспечить при автоматической сборке.

Помимо смещения собираемых деталей необходимо учитывать я их перекосы.

Перекос осей может быть определён по формуле:

γ = arctg( D min−dmax ) Z −Co

где: Z- величина заглубления вала, определяемая из условия заклинивания.

Приведённые формулы справедливы для соединений с зазором. Для соединений с натягом используются следующие формулы:

86

∆тах=Св + Со;

γmax = arcsin(max(C0 ,CB ))

D0

С помощью указанных формул удается рассчитать предельно допустимые отклонения положений основных баз присоединяемой детали и вспомогательных баз базирующей детали, при которых соединение деталей возможно. Иногда эти предельно допустимые отклонения называют условиями собираемости.

3.5 Последовательность размерного анализа сборочных процессов

Основными задачами размерного анализа сборочного процесса являются: выявление размерных связей на всех этапах осуществления автоматического сборочного процесса; выбор методов и средств осуществления автоматического сборочного процесса; определение требований к собираемым деталям и точности работы используемыхсборочных средств."

Общая последовательность размерного анализа автоматического сборочного процесса состоит из следующих этапов:

L Осуществляют переход от служебного назначения (С.Н.) машины или сборочной единицы к установлению требований точности (Т.Т.) положения и движения её исполнительных поверхностей (аналитически или экспериментально). .

2.Определяют конструкторские размерные связи построением размерных цепей, где исходными звеньями являются Т.Т. изделия.

3.Выбирают метод достижения точности.

4.Рассчитывают допуски соединяемых размеров деталей, которые необходимо выдержать при изготовлении деталейдля возможности достижения требуемых точностных требований при сборке выбранным методом достижения точности.

5.Выбирают методы и средства транспортирования и ориентирования

87

собираемых деталей, а также оценивают технологичностьконструкции деталей.

6.Определяют требуемую перед сборкой точность относительного положения сопрягаемых деталей с учётом возможности увеличения допусков благодаря использованию конструктивных элементовдеталей.

7.Выбирают способ достижения требуемой точности относительного положения деталей.

8.Выбирают схему базирования собираемых деталей и разрабатывают устройства, реализующие требуемую схему с учётом особенностей в предоставлении деталям свободы перемещений и поворотов по отдельным координатным осям.

Выбирают схему сборочной позиции и строят сборочные размерные цепи, исходными звеньями которых являются допустимые отклонения в относительном положении координатных систем сопрягаемых деталей.

Необходимо отметить, что этапы с 1-го по 4-ый характерны и обязательны при разработке процесса изготовления изделия при любой степени автоматизации.

Врезультате размерного анализа сборочного процесса необходимовыявить следующие требования к собираемым деталям:

I. Допустимые отклонения размеров сопрягаемых поверхностей, необходимые для реализации выбранного метода достижения точности;

2.Допустимые отклонения расположения сопрягаемых поверхностей детали относительноеё технологических баз, используемыхпри сборке;

3.Требования к фаскам сопрягаемых поверхностей для улучшенияусловий собираемости;

4.Требования к поверхностям технологических баз, используемых при автоматической сборке, с целью снижения погрешности установки собираемой детали в рабочем органе сборочного автомата;

5.Требования к конструкции детали для облегчения её ориентации. Методику размерного анализа автоматического сборочного процесса рассмотрим на примере сборки вала и втулки при помощи промышленного

88

робота. Допустим, что требуемый зазор в соединении достигается по методу полной взаимозамеияемости.

Пусть сборку валика 1 с втулкой2 осуществляет робот 3 (рис. 3.13). Вал1 захватывается роботом, позиционируется соосно с отверстием втулки 2 и далее робот опускает вал в отверстие втулки, чем и достигаетсясборка. Чертежи вала и втулки приведены на рис.3.13б. Для того, чтобы вал попал в о втулку необходимо обеспечить соосность вала и втулки. Допустимое отклонение от соосности определяется по формуле:∆тах = (Dmin- dmax) /2 + Св +Со .

Подставив в формулу указанные размеры соединяемых деталей,

получим: ∆тах = 1/2 ·2,0 - (2,0 - 0,62) +1 +1 = 2,01 мм.

Как следует из полученного результата большую часть максимально допустимого смещения дают фаски на деталях. Без фасок допустимое смещение было бы всего 0,01 мм. Допустимое отклонение от соосностивала и отверстия В∆ в размерной цепи сборочной системы может быть выражено следующей величиной:

В∆ = 0±2,01 мм.

На рис. 3.13а показана размерная цепь процесса автоматической сборки, где В1 - размер позиционирования захвата робота; В2 - соосность отверстия во втулке с наружной поверхностью; ВЗ - размер, связывающий положение

базирующего втулку приспособления с роботом.

89

Рис. 3.13. Размерные связи при автоматической установке вала во втулку промышленным роботом.

При наладке робота в режиме обучения добиваются соосного положения вала, в схватке и отверстия во втулке, регулируя размер позиционирования робота В1. Затем окончательный размерВ1заносится в память УЧПУ робота.

На этапе настройки робота размера В∆достигается методом регулирования вручную. Затем в каждую втулку 2, попадающую насборочную позицию 3, автоматически устанавливается валик 1, который переносится из кассеты роботом 4. Таким образом, в автоматическомрежиме точность размера В∆ должна обеспечиваться по методу полкой взаимозаменяемости. В этом случае номинальные значения размеров размерной цепи нас не интересует,так как уравнение размерной цепи в номиналах удовлетворяется в процессе начальной настройки. Уравнение допусковзапишется в следующем виде:

Т ∆ = Т1 + Т2 + Т3.

где: Т ∆- допуск замыкающего звена В ∆; Т1 , Т2 , ТЗ - допуск звеньев В1, В2 и ВЗ соответственно.

В соответствий с чертежом (рис. 40б) если не учитывать фаски деталей, то: Т ∆ = 0,02 ,Т2 = 0,2 (допуск соосности отверстия во втулке и наружной

90

поверхности ± 0,1); ТЗ = 0,01 - допуск на тепловые деформации. В этом случае получим:

0.02 = Т1 +0.2+ 0.01,

где: Т1 - допуск позиционирования робота.

Из получившего уравнения следует, что оно не имеет рационального решения, т. к. по определению допуска Т1 всегда положительное число. Анализ полученного уравнения допусков показывает, что автоматической сборке мешает большая величина допуска на соосность (Т2=0.2мм) отверстия инаружной поверхности втулки. Одной из возможностей решения задачи автоматизации сборки является ужесточение требования по соосности отверстия и наружной поверхности втулки. Есть и другая возможность, заключающаяся в изменении базирования втулки в приспособлении. Втулку следует ориентировать не по наружному диаметру, а по внутреннему. Например, с помощью подпружиненного конуса, как показано на рис. 3.13в. В этом случае из размерной цепи В исключается размер В2. Тогда уравнение допусков примет вид: 0,02=Т1+0.01. Откуда Т1=0.01мм следовательно, если использовать робот с погрешностью позиционирования не более ±0.005мм, то автоматическую сборку можно реализовать.

Теперь, если использовать фаски присоединяемых деталей, то в этом случае изменится значение допуска на замыкающее звено Т∆=2*∆mах=4.02мм. Уравнение допусков примет следующий вид: 4.02=Т1+0.2+0.01. Из этого уравнения Т1=3.8мм. При использовании фасок значительно увеличивается допустимое отклонение от соосности деталей (с 0.02мм до 4.02мм). В этом случае можно использовать робот погрешностью позиционирования даже ±1.9мм. Практически даже загрузочные роботы дают погрешность в пределах ± 1.0мм. Следовательно, такой робот может быть использован для автоматизации этого сборочного процесса.