Гибкий автоматический модуль сборки узла пневмоцилиндра

Введение

Современное гибкое автоматизированное сборочное производство (ГАСП) – это сложная система с многокомпонентной и иерархически подчиненной структурой, содержащей две крупные составляющие: информационную и технологическую, называемую гибким технологическим комплексом сборочного производства, в состав которого входит транспортно-накопительная и загрузочная подсистема, выполняющая функции хранения, транспортирования, накопления, загрузки, разгрузки, перекладки и базирования объектов сборки, собираемых изделий, инструментов и оснастки, т.е. организации всех материальных потоков в системе. Особенность автоматизированных сборочных систем – многочисленность сборочных компонентов, входящих в состав производимой продукции, для доставки которых в технологическую зону требуется организовать большое число сходящихся материальных потоков. Указанные операции хранения, транспортирования, накопления, загрузки, разгрузки, перекладки и базирования в общем комплексе задач автоматизированной сборки характеризуется значительной сложностью, что вызвано разнообразием самих технологических процессов сборки, форм и размеров объектов сборки, а также трудоемкостью этих операций. Цель функционирования транспортно-накопительных и загрузочных устройств (ТНЗУ) – не только автоматизировать перечисленные операции, но и повысить эффективность использования сборочного оборудования, а значит, и всей сборочной системы в целом. Таким образом, ТНЗУ считаются эффективными, если они способствуют повышению производительности сборочного оборудования, увеличивают коэффициент его использования, не влияют на качество материальных объектов, с которыми они оперируют, имеют простую конструкцию, построенную по модульному принципу и содержащую стандартизированные детали и узлы, удобны и надежны в эксплуатации и ремонте, гибки в переналадке.

В последние годы широко распространены работы в процессах контроля и сборки, создании контрольных и сборочных автоматов и автоматических линий для сборки. Автоматизация этих процессов позволяет, в первую очередь, повысить качество изготовляемых изделий, особенно в отраслях производства с большими масштабами выпуска (подшипники, электровакуумные приборы, радиоэлементы и т. д.). Кроме того, автоматизация контроля и сборки позволяет устранить возникшую диспропорцию, когда на контроле и сборке готовых изделий занято больше рабочих, чем на их изготовлении.

Поэтому в последнее время автоматизация все больше выходит за рамки автоматизации технологических процессов обработки, охватывая все звенья производственного процесса, что позволяет решать задачи автоматизации в комплексе, повышать эффективность средств, вкладываемых в автоматизацию.

1. Изучение состояния вопроса и постановка задачи проектирования

1.1 Основные принципы и положения автоматизации технологических процессов

Ключевая роль в ускорении научно-технического прогресса принадлежит машиностроению, задача которого состоит в обеспечении быстрого перехода в промышленном производстве от отдельных единиц технологического оборудования к автоматизированным комплексам (участкам, линиям и цехам), а в будущем и заводам-автоматам. Важнейшей особенностью таких автоматизированных производств является их гибкость, предусматривающая возможность легкой перенастройки оборудования на выпуск широкой номенклатуры изделий в условиях трудосберегающей (безлюдной) технологии.

Создание и широкое внедрение гибких автоматизированных производств определяется в настоящее время ускорением развития станкостроения, робототехники, вычислительной техники, микроэлектроники и приборостроения, являющихся катализатором научно-технического прогресса. Промышленные роботы (ПР) представляют собой универсальное средство автоматизации производственных процессов в условиях большого разнообразия и частого изменения выпускаемой продукции. В машиностроении ПР эффективно используются для выполнения как основных, так и вспомогательных операций по обслуживанию технологического оборудования. От традиционных средств автоматизации ПР отличаются прежде всего универсальностью и гибкостью переналадки на различные производственные функции. Промышленные роботы широко применяют для обслуживания станков с ЧПУ, кузнечно-прессовых и литейных машин, складского оборудования, выполнения транспортных, сборочных и других операций. Совместно с основным технологическим оборудованием, вспомогательными средствами и устройствами управления ПР образуют различного вида робототехнические комплексы.

Основным направлением развития машиностроения является увеличение выпуска продукции и рост ее качества при одновременном снижении трудовых затрат. Это обеспечивается путём совершенствования существующих и внедрения новых видов оборудования и технологических процессов, средств их механизации и автоматизации, а также улучшение организации и управления производством.

Работа над созданием и совершенствованием средств автоматизации должна развиваться в двух направлениях: создание средств автоматизации выпускаемого и действующего в настоящее время оборудования с целью повышения его эффективности; создание новых автоматизированных технологических комплексов, где увязаны вопросы повышения производительности, надежности, точности выполнения работ, а также уровня автоматизации операций с необходимой и экономически оправданной гибкостью для быстрой переналадки с целью адаптации к изменяющимся производственным условиям.

Уровень и способы автоматизации зависят от вида производства, его серийности, оснащенности техническими средствами.

Эффективность автоматизации за счет применения робототехники может быть достигнута только при комплексном подходе к созданию и внедрению промышленных роботов, обрабатывающего оборудования, средств управления, вспомогательных механизмов и устройств и т.п. Только расширенное применение ПР в составе сложных роботизированных систем будет оправдано технически, экономически и социально. По сравнению с традиционными средствами автоматизации применение промышленных роботов обеспечивает большую гибкость технических и организационных решений, снижение сроков комплектации и запуска в производство гибких автоматизированных систем. Обеспечение автоматической установки и снятия деталей на станках с помощью ПР позволяет рабочему обслуживать от четырех до восьми металлорежущих станков. Тем самым промышленные роботы необходимо рассматривать и как важный фактор обеспечения многостаночного обслуживания, а значит, и экономии рабочей силы. Наибольший экономический эффект может быть достигнут при обслуживании роботом нескольких станков, при обеспечении двух- и трехсменной работы оборудования.

С экономическими вопросами, возникающими при применении промышленных роботов, тесно связан и социальный аспект их использования. При установлении целесообразности применения роботов в том или ином случае (особенно при необходимости замены рабочего для выполнения работ на участках с опасными, вредными для здоровья условиями труда) на первое место должны выдвигаться интересы человека, его безопасности и удобства работы.

Промышленные роботы должны освободить человека от выполнения механической бездумной работы, скомпенсировать все возрастающую потребность в низкоквалифицированном труде.

Расширение областей применения ПР в различных отраслях машиностроения требует решения при их проектировании следующих основных задач:

1) повышение технологической гибкости в целях наилучшего удовлетворения конкретным условиям использования;

2) упрощение конструкций в целях снижения себестоимости изготовления и эксплуатации.

Использование единой системы агрегатномодульного построения ПР, содержащей конструктивные модули манипуляторов, захватных механизмов, унифицированные блоки циклового и числового программного управления, а также комплектующие узлы (электро, гидро- и пневмоприводы, датчики-преобразователи и средства автоматики), дает возможность разработать общий типаж средств автоматизации в машиностроении. Создание такого типажа, в котором кроме основного технологического оборудования входят ПР, транспортно-загрузочные устройства, автоматизированные склады и другие вспомогательные технические средства, способствует сокращению времени на проектирование, изготовление и внедрение различных гибких автоматизированных производственных систем: участков, линий, а в дальнейшем - цехов и заводов-автоматов на их базе.

Структурным элементом при агрегатном построении гибких автоматизированных производственных систем является робототехнический комплекс в составе одной или нескольких единиц оборудования (станков, прессов и т. п.) вместе с обслуживающим их ПР.

Робототехнические комплексы должны отвечать следующим требованиям:

1) обеспечивать технологическую гибкость и адаптацию к изменениям условий производства;

2) производить стыковку оборудования разного назначения при широком варьировании транспортно-загрузочных и других вспомогательных средств;

3) обладать высокой работоспособностью и надежностью в эксплуатации;

4) предусматривать возможность дальнейшего развития и усовершенствования.

Создание единого типажа робототехнических комплексов и средств автоматизации вспомогательных операций, объединяющих эти комплексы в общем автоматизированном производстве, является основой для дальнейшей разработки гибких производственных систем. При этом трудоемкость создания, отладки и внедрения гибких производственных систем, дифференцированных по назначению, составу и уровню автоматизации, может быть существенно уменьшена.

Из вновь создаваемых модулей, а также из модулей, скомпонованных на базе станков с ЧПУ, можно компоновать гибкие производственные системы с централизованным управлением от ЭВМ. Широкое применение получают роторные и роторноконвейерные линии. При этом необходимо учитывать, что любое типовое решение, сколь бы совершенным оно ни было, нуждается в творческом осмысливании и доработке при «привязке» к контейнерным производственным условиям.

Автоматизированные производственные системы относят к большим системам, которые характеризуются взаимодействием объектов, сложной связью информационных и материальных потоков, наличием случайных воздействий.

С увеличением степени автоматизации растут требования к формализации процессов производства, к однозначности и оптимальности алгоритмов управления, растет количество учитываемых случайных факторов, так как на пути к полной автоматизации производства уменьшается непосредственное участие человека в производственном процессе.

1.2 Обзор существующих методов и средств автоматизации техпроцесса сборки

Рассмотрим особенности применения различных методов сборки в условиях её автоматизации.

В большинстве случаев автоматическую сборку ведут по методу полной взаимозаменяемости. При установленных допусках на размеры деталей обеспечивается выполнение технических условий сборки на все собираемые изделия. Этот метод сборки позволяет получить относительно простые конструкции автоматических устройств. Другие методы сборки в условиях автоматизации принципиально возможны, но осуществление их связано с большими техническими трудностями. Для обеспечения бесперебойной работы часто идут на стопроцентный контроль деталей, который осуществляют вручную или при помощи контрольных автоматов. Применение выборочного контроля деталей не гарантирует бесперебойную работу сборочного оборудования. Эта система контроля может быть, однако, принята, если вероятное время простоев автоматической линии будет небольшим.

Сборку по методу групповой взаимозаменяемости с предварительной сортировкой деталей на размерные группы (селективная сборка) встречается в автоматизированном производстве значительно реже. Её применяют при повышенных требованиях к точности замыкающих звеньев, а также при узких допусках на зазоры или натяги выполняемых сопряжении. Сборочные машины в этом случае получаются более сложными, так как для каждой размерной группы деталей необходимы отдельные бункеры или магазины.

Сборку по методу подбора применяют при автоматическом производстве подшипников качения. Наружные и внутренние кольца подшипников поступают из отдельных бункеров, куда их загружают без предварительной сортировки. На одной из позиций автоматической линии у них измеряются диаметры беговых дорожек. По результатам измерения выдается необходимое количество тел качения соответствующей размерной группы. Принципиально возможна также сборка по методу регулирования с использованием жестких или подвижных (регулируемых) компенсаторов. Её применение целесообразно при наличии сложных многозвенных размерных .цепей. Сборочная машина несколько усложняется за счет устройства для проверки выдерживаемого размера замыкающего звена размерной цепи и устройства для соответствующей установки регулируемого (или жесткого) компенсатора.

Сборка с выполнением пригонок на сборочной машине нецелесообразна. Пригоночные работы на автоматизированной сборке нарушают темп работы, усложняют исполнительные устройства и должны исключаться. Если по характеру работы соединения, сопрягаемые детали должны быть притерты, то пригонку следует делать отдельно, вне автоматической линии. На сборку детали должны подаваться в спаренном виде.

Развитие автоматической сборки привело к созданию определенного типа сборочного оборудования. В сборочном производстве в настоящее время применяют следующие типы автоматического и полуавтоматического оборудования.

1. Специальные сборочные установки и устройства для выполнения промежуточной узловой сборки в процессе механической обработки. Сборочные установки используют как самостоятельно действующее оборудование между смежными операциями обработки базовой детали данного изделия, а специальные сборочные устройства встраивают в автоматы или полуавтоматы для механической обработки.

2. Однопозиционные сборочные полуавтоматы, применяемые для сборки относительно несложных изделий и их элементов, состоящих из небольшого количества деталей (обычно 3-5). Базовую деталь изделия устанавливают на сборочную позицию вручную. Остальные детали изделия устанавливаются автоматически в определенном порядке или одновременно. Снимается собранное изделие автоматически выталкивающим устройством в тару, а также вручную. Таким образом, данное оборудование не только облегчает условия сборки, но и повышает ее производительность часто в несколько раз. Однако освобождение сборщиков от обслуживания полуавтоматов обычно не происходит. Сборочные однопозиционные полуавтоматы нередко выполняются на базе универсального оборудования (эксцентриковые прессы для операций клепки, одношпиндельные вертикально-сверлильные станки для операций развальцовки и др.) с незначительным изменением его конструкции или без нее.

3. Однопозиционные сборочные автоматы применяют для сборки сравнительно простых изделий с автоматической подачей точно ориентированных деталей из бункеров, магазинов или кассет на сборочную позицию. После завершения одного рабочего цикла собранное изделие автоматически удаляется выталкивателем в тару или снимается механической рукой без потери ориентации для передачи на транспортирующее устройство к следующей операции сборки. Новый рабочий цикл начинается без участия человека. Аналогично агрегатным станкам однопозиционные сборочные автоматы (и полуавтоматы) в зависимости от конструкции изделия могут выполняться одно- и многостороннего типов с последовательным или параллельным выполнением переходов сборки.

4. Многопозиционные сборочные полуавтоматы применяют для более сложных изделий с относительно большим количеством переходов сборки. Обычно их выполняют карусельного типа. Круглый стол, на котором закреплены установочные приспособления для изделий, периодически поворачивается при помощи делительного устройства на определенный угол в зависимости от количества позиций. Базовую деталь, а также некоторые другие детали, выдача которых из бункеров затруднена (спиральные пружины, детали сложной формы, детали из проволоки), устанавливают вручную. Снимают готовые изделия обычно вручную, лишь в некоторых случаях автоматически.

5. Многопозиционные сборочные автоматы выполняют такого же типа и для таких же изделий, как и предыдущие карусельные полуавтоматы. Все детали собираемого изделия подаются из бункеров или магазинов автоматически. Число позиций сборки, включая позиции установки базовой детали и съема собранного изделия. Обычно лежит в пределах от 6 до 12. При большом количестве позиций, вопервых, увеличивается диаметр стола, а вместе с этим и занимаемая им площадь (рост площади пропорционален квадрату диаметра стола; при большом диаметре стола его центральная часть не используется, так как рабочие позиции располагаются по периферии); вовторых, снижается надежность работы автомата, а вместе с тем и его производительность.

6. Полуавтоматические (автоматические) линии применяют для сборки более сложных изделий. Общее количество ручной и автоматической сборки составляет несколько десятков. На ручных позициях выполняют такие переходы сборки, автоматизация которых вызывает затруднения. Расположение рабочих позиций в плане может быть линейным, в виде замкнутого прямоугольника или овала. В большинстве случаев базовую деталь собираемого изделия закрепляют в приспособлениях-спутниках и перемещают из одной позиции в другую, где к ней присоединяются сопрягаемые детали. Приспособления-спутники монтируют на жестких плитах, перемещаемых по направляющим; вся система спутников представляет собой замкнутую цепь.

7. Автоматические сборочные линии применяют на практике реже. Чем полуавтоматические линии. Количество рабочих и вспомогательных позиций у них меньше из тех же соображений. Что и у многопозиционных сборочных автоматов. Устройство их более сложно. На автоматических линиях помимо сборки выполняют и другие работы (механическую обработку, контроль, испытание, консервацию, упаковку). Автоматические и полуавтоматические линии сборки отличаются большим разнообразием своих конструкций. Сборочные линии в большинстве случаев выполняют с приспособлениями-спутниками для закрепления базовой детали собираемого изделия. Задача возврата приспособлений-спутников на исходную позицию наиболее просто решается в линиях замкнутого типа.

8. Сравнительно новое направление в автоматизации сборочных работ заключается в использовании сборочных манипуляторов (промышленных роботов, механических рук), снабженных постоянной или сменяемой управляющей программой. Это дает возможность их легкого "обучения" и "переобучения", в результате чего получается достаточно гибкая универсальная система сборочного оборудования. Сборочные переналаживаемые роботы целесообразно применять на сборке несложных изделий в условиях серийного производства. Они могут работать, как индивидуальные установки или быть встроены в поточную линию. Сборочные роботы могут устанавливать базовую деталь изделия на автоматическую линию и снимать с нее собранное изделие, изменять положение собираемого объекта, выполнять основные и вспомогательные переходы сборки. Осуществлять соединение с зазором сопрягаемых деталей, производить точечную и контактную сварку и окраску методом окунания или пульверизации и другие работы. Применение роботов как переналаживаемого, так и не переналаживаемого типа способствует автоматизации сборочных работ в серийном и массовом производствах и высвобождению значительного количества сборщиков.

9. Представляют интерес попытки автоматизировать процессы сборки мелких несложных изделий с вращающимся барабаном, встряхивающего и вакуумно-пневматического типа, магнитные и другие устройства. В этих установках производится одновременная сборка большого количества изделий, детали которых, находясь в беспорядочном движении, соединяются друг с другом. Этим методом собираются изделия с гарантированным зазором. Для ускорения сборки подают сжатый воздух или создают вакуум в рабочем пространстве.

Перечисленные средства автоматизации сборочных работ выполняют сложный комплекс технологических и вспомогательных функций, протекающих в определенной последовательности.

2. Технологический раздел

2.1 Анализ поставленной задачи

В данном проекте рассматривается гибкий автоматический модуль сборки узла пневмораспределителя. Необходимо разработать технологический маршрут сборки основного узла пневмораспределителя, состоящего из корпуса, золотника и двух уплотнительных прокладок. Рассчитать штучное время сборки изделия, подобрать необходимое технологическое оборудование, разработать схему управления технологическим процессом по сборке изделия. Дать экономическое обоснование представленного технологического процесса по сборке изделия.