2.2. Особенности выбора и реализации методов 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 (П).

Структурная схема автоматической сборки методом ПВ показана на рис. 2.4. Сборочный автомат (СМ), осуществляющий сборку двух деталей Д1 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 другах 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. 2.4. Структурная схема автоматической сборки методом ПВ

Единственный недостаток метода ПВ — необходимость более высокой точности изготовления составляющих звеньев, чем при любом другом методе достижения точности.

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, характе­ризуется 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 изделии требуемый 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 удоро­жает сборку методом НВ, так как необходимо предусмотреть допо­лнительную 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

в среднем в раз, где m — число составляющих звеньев, при 0,27 %-ном риске и нормальных законах распределения размеров. Поэтому чем больше составляющих звеньев в размерной цепи, тем выгоднее использовать метод НВ по сравнению с методом ПВ.

Структурная схема сборочного автомата, реализующего сборку методом НВ, показана на рис. 2.5. Детали Д1 и Д2 собираются в сборочном автомате СА.

Рис. 2.5. Структурная схема автома­тической сборки методом НВ

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.

Рис.2.6. Структурная схема автоматической сборки двух деталей методом ГВ.

Схематично сборка двух деталей методом ГВ показана на рис. 2.6. 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.

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.

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. Во втором 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 (см. рис. 2.2), 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 регулиро­вании необходимо получать информацию в процессе сборки и органи­зовать обратную связь.

Рис. 2.7. Схема автоматической сборки шарикоподшипников

Примером использования метода регулирования в автоматической сборке может быть автоматическая сборка подшипников. Размеры шариков Ш (рис. 2.7), поступающих на сборку, измеряются в кон­трольно-сортировочном автомате КСА, и шарики сортируются по размерам на 50 размерных групп через 2 мкм.

Применение метода регулирования в автоматическом производстве связано с необходимостью автоматического измерения размеров, обработки полученной информации и использования ее для регулиро­вания механизма или процесса.

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.

На рис. 2.8 показана схема автоматической пригонки плунжеров под размер плунжерной втулки. Окончательно обработанная плун­жерная втулка 1 подается на бесцентрово-шлифовальный станок, на котором под диаметр d0 отверстия втулки 1 дошлифовывается плун­жер 2 по наружному диаметру dB. Диаметр d0 отверстия втулки измеряется датчиком Д2, а диаметр dB плунжера измеряется в процес­се обработки датчиком Д]. Сигналы с датчиков, пропорциональные диаметрам d0 и dB, подаются в сравнивающее устройство 3, где вы-

числяется разность Д = d0 — dB и сравнивается с сигналом от задаю­щего устройства 4, которое задает требуемое значение ширины зазора в соединении втулки и плунжера (замыкающее звено). Пока заданное значение зазора больше текущего значения, сигнал с выхода сумма­тора 3, усиленный усилителем 5, оказывается положительным и шлифование плунжера продолжается. По мере шлифования размер dB постепенно уменьшается и разность Д = dB — d0 постепенно увели­чивается. При достижении заданного значения разности диаметров, т.е. Д = Д3, сигнал на выходе сумматора становится равным нулю и затем становится отрицательным. Регулятор Р мгновенно срабатывает и подает команду на отвод шлифовального круга. Размер dв плунже­ра соответствует размеру d0 втулки и их разность равняется требуе­мому зазору Δ3. Таким образом, каждый плунжер индивидуально подгоняется по диаметру к диаметру каждой втулки. Так осуществля­ется автоматическая пригонка плунжеров.

Рис. 2.8. Схема автоматической пригонки плунжеров под раз­мер плунжерной втулки

Обратная связь в данном случае осуществляется благодаря исполь­зованию датчика Д1, измеряющего диаметр плунжера, и датчика Д2, измеряющего диаметр отверстия втулки. Вычисление разности двух аналоговых сигналов здесь очень просто реализуется операционным усилителем; задатчик представляет собой переключатель или потен­циометр со шкалой. В более сложных случаях необходимо использо­вать вычислительную технику. При сборке методом ПВ в этом нет необходимости. Метод пригонки имеет те же отличия от метода ПВ, что и метод регулирования. В отличие от метода регулирования метод пригонки требует обработки компенсатора.

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.