автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Повышение эффективности автоматизированного сборочного оборудования путем выявления взаимосвязей, действующих при выдаче шпилек на позицию завинчивания

На правах рукописи

РГ5 ОЯ

- 3 СЕ Н т

ГОЛОВАНОВ ИГОРЬ ЕВГЕНЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СБОРОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПУТЕМ ВЫЯВЛЕНИЯ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ, ДЕЙСТВУЮЩИХ ПРИ ВЫДАЧЕ ШПИЛЕК НА ПОЗИЦИЮ ЗАВИНЧИВАНИЯ

Специальность 05.13.07 - автоматизация технологических процессов и производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ковров 2000

Работа выполнена на производстве специального технологиче ского оборудования ООО «Автоприбор».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

10.3. Житников

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

В.Н. Воронов

кандидат технических наук } В.А. Проньков

Ведущая организация: ОАО "Специальное конструкторско-

технологическое бюро прецизионного оборудования "Вектор", г. Владимир

Защита состоится Мъ А 2000 года в 1V часов на

заседании диссертационного совета К 053.48.01 Ковровской государственной технологической академии (КГТА) по адресу: 601910, г. Ковров, ул. Маяковского, 19.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотек! КГТА.

Автореферат разослан " р( " 2000 года.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печа тью, просим направлять по вышеуказанному адресу ученому секрета рго диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, ^бден?

¿-з А.Л. СимакоЕ

К682. 202,0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В структуре машино-роительного производства распределение трудозатрат существенно ¡менилось, и в настоящее время трудоемкость сборочных работ достает 25-40% общей трудоемкости изготовления объекта производ-ва, приближаясь к трудоемкости механической обработки и превшая затраты труда на всех других этапах производства.

На долю резьбовых соединений изделий машиностроения при-вдится до 20% всех соединений, которые составляют 30-35% общей удоем кости сборки изделий машиностроения.

Автоматизация сборки резьбовых соединений неизменно со-зяжена с преодолением существенных трудностей. Наибольшую >удность представляет автоматизация сборки изделий со шпилеч->ши соединениями.

Обеспечение качества, надежности и производительности при ¡томатизашш сборки с использованием шпилечных соединений не-уществимо без решения задачи создания технологических систем )дачи шпилек в зону завинчивания.

До последнего времени в производстве процесс подачи шпилек : использовался из-за отсутствия надежных средств автоматизации с наживления, особенно при сборке групповых шпилечных соеди-:ний. Наживление шпилек практически повсеместно осуществляет-[ вручную. Только после решения этой проблемы профессором, док->ром технических наук Ю.З. Житниковым и разработки надежных тройств автоматизированной предварительной доориентации, на-ивления и завинчивания шпилек задача создания технологической гстемы подачи стала реальной. Разработка надежной технологиче-:ой системы автоматизированной подачи шпилек в зону завинчива-1Я имеет большое практическое значение и направлена на повыше-1е эффективности и качества использования автоматизированного юрочного оборудования.

Эффективность работы автоматизированного сборочного обо-'дования определяется производительностью и экономической несообразностью. Следовательно, необходимо найти такие методы и »едства подачи шпилек в зону завинчивания, особенно при группо->й сборке, при которых время подачи будет минимальным. В идеале

выполнение данной операции будет совмещено со вспомогательным операциями такими, как подвод и отвод узла с позиции сборки, noi вод и отвод сборочного оборудования от собираемого узла, и с о< новной операцией - завинчивание шпильки (шпилек).

На основании изложенного существует актуальная научная з; дача создания высокоэффективных автоматизированных технолог! ческих систем подачи шпилек в зону завинчивания сборочного обе рудования.

ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕГО ИССЛЕДОВАНИЯ является повышени эффективности технологических систем автоматизированной подач шпилек в зону завинчивания путем выявления качественных и кол! чественных взаимосвязей, действующих в процессе их работы.

Под эффективностью работы автоматизированного сборочног оборудования будем понимать высокую производительность сборки реальным экономическим эффектом при эксплуатации.

Для обеспечения поставленной цели решались следующие зад;

чи:

¡.Выявление качественных и количественных взаимосвязе! действующих в процессе выдачи шпилек в зону завинчивания.

2.Исследование возможностей разработки способов и обоснов; ние конструкций высокопроизводительных технологических систе подачи шпилек в зону завинчивания.

3.Экспериментальное подтверждение теоретических исследовг ний динамики работы элементов технологических систем подач шпилек в зону завинчивания.

4.0боснование методики расчета и проектирования элементе технологических систем подачи шпилек в зону завинчивания.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. В работе использовались аналитичс ские методы исследования, аппарат математического анализа, теор« мы и принципы аналитической механики, также системы автоматг-ш рованного проектирования AutoCad и обработки баз данных Delphi.

Для оценки достоверности теоретических исследований прим« нялись экспериментальные методы и испытания в производственны условиях с использованием специальной и стандартной аппаратуры.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА заключается в теоретическом обосновани взаимовлияния параметров элементов технологических систем подг чи шпилек, точности их взаимного расположения, режимов работ]

три обеспечении высокопроизводительной сборки изделий со шпи-течными соединениями включающего:

- зависимость гарантированной выдачи шпилек на позицию :борки от точности относительного положения деталей в технологи-^ских системах подачи;

- предельные режимы работы элементов технологических систем, обеспечивающих минимальное время выдачи шпилек;

- методику автоматизированного расчета элементов технологических систем подачи шпилек (универсальных питателей магазинного типа, универсального ориентирующего устройства).

ПРАКТИЧЕСКАЯ НОВИЗНА работы заключается в создании и ис-тользовании на предприятиях (АО "Владимирский тракторный ¡авод", Ярцевский завод "Дизель") оригинальных конструкций элементов технологических систем подачи шпилек (универсальных вертикальных и горизонтальных, питателей), обеспечивающих высокопроизводительную сбоку изделий.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. На основе обоснованных ;хем структур технологических систем подачи шпилек разработаны )ригинальные конструкции элементов этих систем: универсальные )риентирующие устройства, универсальные вертикальный и горизонтальный питатели, заправочные устройства к ним, устройства, полющие шпильки в зону завинчивания. Предложена методика автоматизированного расчета предельных режимов работы элементов технологических систем, по которой рассчитано минимальное время $ыдачи шпилек в зону завинчивания во внедренных сборочных устройствах.

В результате выполнения научно-исследовательских работ были внедрены:

1. Универсальный вертикальный питатель (в автоматических сомплексах сборки картера бортовой передачи трактора Т-25А и :борки головки цилиндров двигателей Д-144 и Д-21 в АО 'Владимирский тракторный завод");

2. Универсальный горизонтальный питатель (в автоматических сомплексах сборки головки цилиндров двигателей Д-144 и Д-21 в АО 'Владимирский тракторный завод" и подсборки механизма управле-шя переключением передач на Ярцевском заводе "Дизель").

достоверность результатов, представленных в диссертацг онной работе. Предложения, рекомендации и выводы основываютс на теоретических положения фундаментальных наук (теории точнс сти, теоретической механики, сопротивления материалов, теории вс роятностей и других разделов математики), экспериментальных ис следованиях, а также на результатах, достигнутых при эксплуатаци: технологических систем подачи шпилек в производственных услови ях на АО "ВТЗ" г. Владимира, заводе "Дизель" г. Ярцево.

апробация работы. Результаты работы доложены на:

- международной конференции - "Системные проблемы качест ва, математического моделирования и информационных технологий в г. Коврове, 1999 г.;

- двух Всесоюзных конференциях - "Автоматизация процессе механообработки и сборки в машино- и приборостроении " в г. Киеве 1991 г.; "Актуальные проблемы машиностроения на современног этапе" в г. Владимире, 1991 г.;

- семи Российских научно-технических конференциях и семи нарах (1989 - 1999 гг. - восемь докладов).

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликованы 4 научная работа, 3 из которых - в центральной печати, и получены 1 авторских свидетельств на изобретения СССР.

структура и обьем работы. Диссертационная работа содер жит 274 страницы и состоит из введения, пяти глав, заключения, спи ска литературы и приложений, включающих 110 рисунков и 26 стра ниц приложения.

на защиту выносятся:

1. Теоретическое обоснование взаимовлияния параметров эле ментов технологических систем подачи шпилек, точности их взаим ного расположения, режимов работы при обеспечении высокопроиз водительной сборки изделий со шпилечными соединениями, вклю чающее:

- зависимость гарантированной выдачи шпилек на позиции сборки от точности относительного положения деталей в технологи ческих системах подачи;

- предельные режимы работы элементов технологически: систем, обеспечивающих минимальное время выдачи шпилек;

- методику автоматизированного расчета элементов техно-эгических систем подачи шпилек (универсальных питателей мага-iHHoro типа, универсального ориентирующего устройства).

2. Оригинальные конструкции элементов технологических сис-:м подачи шпилек.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ раскрыта актуальность задачи создания высоко-()фективных автоматизированных технологических систем подачи пилек в зону завинчивания сборочного оборудования.

в ПЕРВОЙ ГЛАВЕ анализируются существующие средства и тех-гческие решения технологических систем обеспечения подачи шпи-ж в зону завинчивания сборочного оборудования.

Исследованию проблем автоматизации сборки изделий посвя-ены работы профессоров, докторов технических наук Балакши-i Б.С., Вейца В.Л., Гусева A.A., Дальского A.M., Житникова Ю.З., ванова A.A., Иосилевича Б.Г., Корсакова B.C., Малова А.Н., Нови-эва М.П., Рабиновича А.Н., Федотова А.И. и кандидатов техниче-сих наук Замятина В.К., Косилова В.В., Лебедовского М.С., Муце-лка К.Я., Оболенского В.Н. и многих других.

Установлено, что наиболее распространенные существующие шентирующие устройства и магазинные загрузочные устройства, эторые могут быть использованы для создания технологической тстемы обеспечения подачи шпилек в зону завинчивания сборочно-> оборудования, невозможно применить без соответствующей дора-этки, особенно при групповой сборке.

Ни одно из существующих магазинных загрузочных устройств г является универсальным.

Существующие подающие устройства не могут осуществить здачу требуемого количества шпилек в зону завинчивания за время эдачи собираемого узла на позицию сборки и подвода исполнитель-эго органа к собираемому узлу.

Следовательно, необходимо теоретически обосновать и разра-этать конструкции устройств, которые можно было бы эффективно :пользовать в технологической системе подачи шпильки в зону за-

винчивания для обеспечения высокопроизводительной работы сборочного оборудования.

вторая глава посвящена выявлению качественных и количественных взаимосвязей действующих в процессе надежной подачи шпильки в зону завинчивания.

На основании анализа обобщенного технологического процесса работы автоматизированного сборочного оборудования при завинчивании шпилек определено суммарное время выполнения операции при последовательной ориентации и выдачи шпильки на позицию сборки:

~ {пуз + 'гаю + + (оо + 'оио + *ууз > (О

где /пуз - время на подачу собираемого узла на позицию сборки; кто - время на подвод исполнительного органа (завинчивающего устройства) к собираемому узлу; /Вш - время на выдачу одной шпильки в ориентированном положении в зону завинчивания; и - количество выдаваемых шпилек в ориентированном положении в зону завинчивания; too - время на выполнение основной операции; /0ио - время па отвод исполнительного органа сборочного оборудования от собираемого узла; /ууз - время на удаление собранного узла с позиции сборки.

При этом вспомогательное время равно:

h + *ор + *пзуш + /Пзу> (2)

где /Б - время на выдачу шпильки из бункера; /ор - время ориентации шпильки; ¿пзуш - время подвода шпинделя завинчивающего устройства к шпильке; /зп - время захвата шпильки патроном; /Пзу - время подачи шпильки вместе с завинчивающим устройством на позицию сборки.

Отсюда, при последовательной схеме выдачи шпилек в зону завинчивания с учетом операции ориентирования за основное время сборки без увеличения вспомогательного времени можно выдать только одну шпильку. Выдача каждой последующей шпильки значительно увеличивает вспомогательное время и делает процесс малоэффективным.

Следовательно, необходимо разработать такие методы и средства подачи шпильки на позицию сборки, при которых время выполнения вспомогательных операций автоматизированной технологиче-

кой системы подачи шпилек будет либо совмещено со вспомога-ельным временем работы сборочного оборудования (7вво) как подвод [ удаление узла от позиции сборки (?пуз, 'у уз), а также подвод и отвод [сполнительного органа сборочного оборудования от собираемого зла (/шо> (оно), которое равно:

¿ВВО" 'пуз4" Атио+ ¿0И0+ 'ууз, (3)

либо эти вспомогательные операции будут происходить за вре-[я, не превышающее время основной сборочной операции (завинчи-ание шпильки).

Следовательно, при высокопроизводительной сборке должно ыполняться условие:

'вш -^вво

(4)

-

Надежность работы оборудования будет определяться теорети-ески обоснованными решениями.

Для решения этой задачи предложена классификация возмож-[ых вариантов обеспечения технологического сборочного оборудо-ания шпильками.

В зависимости от вариантов выдачи шпилек на позицию сборки на предварительной позиции, при движении узла на позицию сборки [ли на основной позиции), а также учитывая необходимость обеспе-ения высокопроизводительной одиночной и групповой сборки обос-юваны схемы структур технологических систем подачи шпилек в ону завинчивания и сформулированы основные и дополнительные ребования к элементам этих систем.

С учетом требований разработаны варианты схемных решений сдельных элементов устройств технологической системы подачи шилек, которые могут совершать поступательное, вращательное, лоскопараллельное и сложные движения.

Используя матричный метод определения положения осей эле-юнтов технологических систем, доказана необходимая точность беспечения их параметров, предельное значение относительного мещения осей, при которых гарантируется выдача шпилек.

Матричный метод предусматривает учет не только допусков н размеры, но и неперпендикулярность, непараллельность взаимодей ствующих элементов, наличие биений и смещений.

Так истинное положение оси отверстия выходного элемент технологической системы подачи шпилек относительно номинально го положения представлялось радиус-вектором:

Я = ВврЬ,Аа,)- АрМу.НдМ-Ан) ввр(12,Ад)-..,гв , (5

где произведение матриц Ввр (/,,Ла,)- 5 (/,, ДР,) учитывает не

перпендикулярность оси к оси го, умножение этих матриц н; Вър(к,,ДУ)) учитывает смещение начального положения осиу\ отно

сительно оси ^ матрицей Всл = к]гН - АН описывается смещени! элемента системы вдоль оси с учетом точности на размер Я, матри цеи учитывается биение оси вращения элемента.

в третьей главе исследована динамика функционирование различных вариантов элементов технологических систем. Время вы дачи шпильки из питателя на позицию сборки равно сумме времен е< движения на отдельных участках технологической системы. Исследо вана динамика по первому варианту расположения элементов систе мы с вертикальным питателем (рис.1). Система состоит из магазина с трубками 2, расположенными на концентрических окружностях неподвижной плиты 3; отсекателя 4 с двумя встроенными фрикцио нами 5; привода отсекателя; приёмника 6; основания 7, соединённо« с неподвижной плитой 3; приёмного лотка 8, связанного с механиз мом подачи шпильки в зону завинчивания.

Технологическая система подачи представляет собой динамиче скую систему переменной структуры.

Суммарное время выдачи шпильки равно:

та 1=1

где тъ - число участков движения шпильки; - время движенш шпильки на / участке.

На первом участке рассмотрено движение шпильки внутри не-юдвижной плиты после выпадения из вертикальной трубки магазина [о момента соприкосновения с отсекателем.

Время движения шпильки t, = I-—-. (7)

V . 8

На втором участке исследован поворот отсекателя вокруг вертикальной оси z под действием привода в сторону увеличения угла (р.

Дифференциальное уравнение вращения отсекателя в проекции на ось z:

JA'V = ZM'z. (8)

Главный момент внешних сил:

Мг = (Fm - Fnp)■ а — Мфр - Мшпотс, (9)

где Fnu - движущая сила, действующая на отсекатель со стороны привода посредством рычажного механизма; Fnr> - сила упругости пружины; а - расстояние от центральной оси отсекателя до точки приложения силы Fnu; Мфр - момент трения фрикционов; Мт„ охс - момент трения шпилек о поверхность отсекателя. Момент инерции отсекателя равен:

J4 -¿L--^^f^'in-dl^^)], (10)

4 о ,=i

где daic, drM - наружный и внутренний диаметры отсекателя, в котором выполнены отверстия приёма шпилек, расположенные по п концентрическим окружностям диаметров dn вдоль диаметральных осей; пш - количество одновременно выдаваемых из магазина шпилек.

Дифференциальное уравнение движения отсекателя приводится

к виду:

ф +- к] - ф = М2, (11;

где к2 - круговая частота; М2 - безразмерная постоянная величина.

Решение неоднородного дифференциального уравнения при начальных условиях t0 = 0, ф0 = 0; ф0 = 0 запишется:

Ф = CVcos k2t + СУ sin k2t + Mq.

(12;

Уравнение движения отсекателя имеет вид:

<р = ^--(1-со8*20- (13)

кг

Время поворота отсекателя на угол фкон

/2=-1.агссоз(1-%Й.). (Н)

к2 М2

С целью минимизации времени выдачи шпильки из отсекателя в приемник из условия изгибной прочности стержня рычажного механизма определено предельно допустимое значение угловой скорости поворота отсекателя.

Воспользуемся теоремой об изменении главного момента количества движения для отсекателя относительно оси г:

^ = (15)

После интегрирования получаем уравнение:

72-(Ю21-со20) = -ЕМ1гА/. (16)

В момент удара «1 = 0. - • & = -Г ■ а ■ А/. (17)

Работа силы удара и медленного нагружения:

А = Му -Фу =Мт (18)

где Му и Мт - моменты силы удара и изгибающий относительно оси г; фу и <риз - углы поворота отсекателя до и после удара соответственно.

СО, + Ю0 СО0

Средняя угловая скорость равна: соср = ——— = — . (19) Угол поворота отсекателя равен: <ру = юср -А( = —~ Л/. (20)

Условие прочности стержня на изгиб: аиз = —— < ——, (21)

^ ^зап

где Агзап - коэффициент запаса прочности при изгибе, принимаемый в зависимости от предъявляемых к конструкции требований в интервале 1,25...2,5.

Прогиб стержня в точке приложения силы Ру равен:

6-Е^ х I I

где I - длина консольной части стержня; Ъ - расстояние от конца стержня до точки соприкосновения с упором.

Окончательно предельно допустимое значение угловой скорости поворота отсекателя:

I<,.]■»-■» | 2\иь)

На третьем - выпадение шпильки в приёмное отверстие отсекателя до момента соприкосновения с поверхностью приёмника.

Время движения шпильки 1Ъ - ( (24)

V ё

На четвертом участке рассмотрен возврат отсекателя вместе со шпильками в исходное положение.

Дифференциальное уравнение вращения отсекателя в проекции на ось г:

= (25)

Главный момент внешних сил:

= -Рпр • а - Мшп п - Мшп нп , (26)

где Л/щп.п - момент трения пш шпилек о поверхность приёмника;

Мип.нп - момент сопротивления вращению магазина из-за трения шпилек о неподвижную плиту.

Момент инерции отсекателя вместе со шпильками равен:

J т™ tjl , JU , гс-рЛ r^Z л

Лш = —■(«„,+<)+—---[dm-dr„ -

-^ЦНми-'&.сг c + ¿<2)], (27)

8 м

le - масса шпильки, dm - диаметр шпильки.

Уравнение движения отсекателя: ср = ■ (1 - cos k^t). (28)

К

1 к2 Время возврата отсекателя /4 =--arceos (1 - ——). (29)

¿4 М4

Пятый участок - движение шпильки по наклонному отверстию приёмника.

Дифференциальные уравнения движения шпильки:

«ш= -g-sinyn-F 5 at"

d2y¡ dt¿

-де у„ - угол наклона оси отверстия приёмника. Время движения шпильки

(30)

2-[ (г.-,.)'+<] (31)

-/шоп. (г« ~Го)]

На шестом участке рассмотрено падение шпильки через отверстие основания на первом вертикальном участке приёмного лотка.

Время движения шпильки

16 — — ■ , (И)

8

где Гко„.5 - конечная скорость на 5 участке.

На седьмом - движение шпильки по верхней криволинейной трубке приёмного лотка.

Для вычисления времени движения шпильки разбиваем весь путь Ро1-рц=$1 на тиф равных, достаточно малых участков. Каждый участок определяется величиной угла Ь\!тщ.

Время движения шпильки / = ¿ - л, "

/=1

т

1кр

1

+ ... + ■

V

(1)

. (33)

На восьмом - движение шпильки по наклонному участку приёмного лотка.

Дифференциальные уравнения движения шпильки:

с? ,хя

т„

т

Л2

с!2Уг Л2

= тш ■ £ • ^ПУв - ^тр.8

(34)

где у8- угол между наклонным участком приёмного лотка и горизонталью.

Время движения шпильки

У^ко„7 +2-/8 • 8 • (5'п78-/шш-еюъ)-?™.!

g^{smys -/шпл-^Ух)

(35)

Девятый участок - движение шпильки по нижней криволинейной трубке приёмного лотка.

Время движения шпильки 9, '

. 2

Ы 2 "Ъкр

V

V +Ут+Ут+Ут+"'

кон.8 + у \ ¥ 1 + М

1

(2)

(36)

На десятом участке рассмотрено падение шпильки в подающее устройство из вертикального участка приёмного лотка. Время движения шпильки

. _ \'К1„.9 + 2 • £ Л - Кон.9

МО--- " ~ • ')

ё

Суммарное время выдачи шпильки равно:

Ь = А + {2 + 'з + и + Ь + к + Ч + Ч + {9 + (\о ■ (38)

Аналогичным способом исследуется суммарное время выдачи шпильки при использовании в технологической системе горизонтального питателя.

Время выдачи шпильки на позицию сборки равно:

,Е . + 1 ■ агссозо - ♦ +

1и ■¿"■(втуц -/ш.пл -СОБУ„) -И,

кон.З

г-(81ПУ„ -/шпл -СОЗУц) ' (39)

-де /?з - толщина отсекателя; /74 - толщина приёмника; Иц - длина 5ертикалыюго участка лотка; /п-длина наклонного участка приемного лотка; Л34 - зазор между отсекателем и приёмником; "/11 - угол ме-кду наклонным участком приёмного лотка и горизонталью; к - круговая частота; Р - безразмерная постоянная величина; хК0Н2 ~~ переме-цение отсекателя.

Ч> У

Обосновано полное время выдачи шпильки на позицию сборки с использованием технологической системы с ориентирующим устройством.

Исследуемый элемент ориентирования шпилек приведен на рис.2, где тело I - барабан, который является носителем тел 2 и 3; 2 -опорный ролик шпильки; 3 - толкатель; 4 - шпилька; 5 - прижимное устройство, от взаимодействия, с которым шпилька приходит во вращательное движение.

Обозначим О А = а\ ОБ ~ Ь; ОС - с .

Уравнение Лагранжа II рода имеет вид:

Рис.2

Ы дТ дТ ¿¡7/ эср, эф,

(40)

Кинетическая энергия механической системы:

Г = -■[(./, +./2 ■ кI + ^ ■ к; ■ /4 • к\) +

+ (т2 - а2 + т^-Ь2 + т4 -62)]-ф^,

(41)

где*/], 32, Уз, ./4 - моменты инерции тел 1,2,3,4; тъ т?„ пц - массы тел 2,3,4; к], к2, ^-безразмерные коэффициенты. Обобщенная сила равна:

£ = -М[]}-к2-/-М-къ -

-т2 ■ g■ а-соз^, +Ь)-тг ■ g■b -соэф, -т4 - с05(ф, + 5). (42)

где Мд -движущий момент от привода; М-р - моменты

сил сопротивления вращению тел 1,2,3, рассматриваемые как постоянные величины; / - коэффициент трения качения. Дифференциальное уравнение движения:

Ф, =[А/Д -М<!) -Л42) -М^3'-к2-/-Ы-к3-т2 -я-а-соз(ф, +5)

-т3 -^-Ь-соэф, '£~Ь• соб(Ф, +8] /[7, +/2 -й,2 +/3 +

+ J^ -к\ + т2 -а2 +тъ -Ь2 +тх -¿2].

Среднее время выдачи шпильки из ориентирующего устройства:

/с = С_-_ 2"/пр "Фкз_, (44)

ор у Мд -л/т ~(аи2-а + тл •6)-£-С05(<р1О +5)->щ -^-¿-с05фк,

где ./„Р - есть приведенный момент инерции к звену (телу) 1.

Полное время выдачи шпильки на позицию сборки запишется:

+ + (45)

где /, - время выдачи шпильки в ориентирующее устройство; ¿2 - время движения шпилек по лотку до накопителя; /3 - время срабатывания устройства выдачи шпилек из накопителя; и - время движения шпилек по лоткам до позиции сборки; пш - количество одновременно выдаваемых шпилек на позицию сборки.

На основании точностного и динамического анализа взаимодействия элементов устройств технологических систем, гарантирующих их надежное функционирование, предложены оригинальные конструктивные решения элементов, входящие в технологическую систему

выдачи шпилек (ориентирующих, устройств, вертикальных и горизонтального питателей магазинного типа, заправочных устройств к ним, устройств подачи шпилек в зону сборки).

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ изложена методика автоматизированного расчета времени работы элементов технологической системы подачи шпилек в зависимости от схемы построения системы.

Современный уровень программных и технических средств электронной вычислительной техники позволяет переходить от традиционных, ручных методов конструирования, сопровождаемых трудоемкими расчетами, к новым информационным технологиям с использованием ЭВМ, создавать системы автоматизации разработки и выполнения инженерных расчетов.

Для выполнения расчетов созданы такие системы управления базами данных, как dBASE, SuperCalc, MS Access, FoxPro, Delphi. Ha основе программы Delphi созданы программы "Vertical" и "HorizontaP для расчета суммарного времени выдачи шпильки из технологических систем с использованием универсальных вертикального и горизонтального питателей соответственно, а также программа "Orientation" для нахождения полного времени выдачи шпильки на позицию завинчивания с использованием технологических систем с универсальным ориентирующим устройством.

Созданные программы "Vertical", "HorizontaF, "Orientation" работают в операционной системе Windows 95, 98, NT.

Рассмотрены интерфейс пользователя и возможности созданных программ.

По методике рассчитаны предельные режимы работы элементов технологических систем, обеспечивающих минимальное время выдачи шпилек.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ описано экспериментальное определение времени работы элементов технологической системы подачи шпилек в зону завинчивания и рассмотрен опыт промышленного внедрения элементов технологической системы подачи шпилек.

Созданная технологическая система с универсальным вертикальным питателем используется в двух внедренных автоматических комплексах. В автоматическом комплексе сборки картера бортовой передачи трактора Т-25 (АО "ВТЗ"), осуществляется одновременная выдача восьми шпилек на позицию сборки (рис.3), а в переналаживаемом комплексе сборки головки цилиндров двигателей Д-144 и

[-21 (АО "ВТЗ") подаются в зону завинчивания три и четыре шпиль-и (рис.4).

Рис. 3

Рис.4

Технологическая система с универсальными горизонтальными питателями используется в двух внедренных автоматических комплексах сборки головки цилиндров двигателей Д-144 и Д-21 (АО "ВТЗ") и подсборки механизма управления переключением передач на Ярцевском заводе "Дизель" (рис.4), где осуществляется одновременная выдача четырех ориентированных шпилек большой длины.

Успешная эксплуатация технологических систем с питателями магазинного типа подтвердила их высокую эффективность и надежную работу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ

В результате выполнения диссертационной работы решена актуальная задача создания автоматизированных технологических систем подачи шпилек:

1. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено взаимовлияние параметров элементов технологических систем подачи шпилек, точности их взаимного расположения, режимов работы при обеспечении высокопроизводительной сборки изделий со шпилечными соединениями включающее:

- зависимость гарантированной выдачи шпилек на позицию сборки от точности относительного положения деталей в технологических системах подачи;

- предельные режимы работы элементов технологических систем, обеспечивающих минимальное время выдачи шпилек.

2. В зависимости от различных способов выдачи шпилек на позицию сборки, а также исходя из требования высокоэффективной работы сборочного оборудования разработаны схемы структур создания технологических систем.

3. Создана методика автоматизированного расчета времени срабатывания основных элементов технологической системы подачи шпилек.

4. Обоснованы способы и разработаны оригинальные конструкции элементов технологических систем подачи шпилек (универсальные ориентирующие устройства, универсальные питатели магазинного типа, заправочные устройства, подающие устройства).

5. Успешная эксплуатация технологических систем подачи шпилек на АО "Владимирский тракторный завод" и Ярцевском заво-

де "Дизель" подтвердила их высокую эффективность и надежную работу^

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Голованов И.Е. Устройство для ориентирования шпилек // Динамика механических систем: Сборник научных трудов. - Владимир: ВПИ, 1985.-С. 119-122.

2. Голованов И.Е., Кузьмин И.В. Устройство для ориентирования шпилек // Динамика механических систем: Сборник научных трудов / Под ред. А.И. Леонова,- Владимир: ВПИ, 1989. - С. 112 - 115.

3. Житников Ю.З., Голованов И.Е. Устройство для ориентирования шпилек // Механизация и автоматизация производства. - 1986. -№ 12.-С. 5.

4. Житников Ю.З., Голованов И.Е. Автомат с питателем для завинчивания шпилек // Механизация и автоматизация производства. -1988.-№9.-С. 2-3.

5. Житников Ю.З., Голованов И.Е. Универсальный питатель шпильками сборочного автомата // Механизация и автоматизация производства. - 1990. - № 7. - С. 13.

6. A.c. 1227264 СССР, МКИ3 В 07 С 5/02. Устройство для ориентирования шпилек / Голованов И.Е., Житников Ю.З. (СССР). - Б.И., 1986, № 16.

7. А. с. 1247236 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/12. Устройство для ориентирования резьбовых деталей / Голованов И.Е., Житников Ю.З., Шарков М.В (СССР). - Б.И., 1986, № 28.

8. А. с. 1261768 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/12. Устройство для ориентирования резьбовых деталей / Голованов И.Е., Шарков М.В., (СССР). - Б.И., 1986, №37.

9. А. с. 1323330 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/02. Устройство для подачи деталей /. Голованов Е.И., Житников Ю.З., Кузьмин И.В. (СССР). -Б.И., 1987, № 26.

10. А. с. 1355432 СССР, МКИ3 В 23 Р 19/02. Устройство для запрессовки штифтов в корпусную деталь /. Житников Ю.З,. Голованов И.Е., Громов И.П., Кузьмин И.В. (СССР). - Б.И., 1987, № 44.

11. A.c. 1357190 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/10. Загрузочное устройство / Голованов И.Е., Житников Ю.З. (СССР). - Б.И., 1987, № 45.

12. A.c. 1370029 СССР, МКИ3 В 65 47/24. Устройство для транспортировки и ориентированной перегрузки деталей / Житников Ю.З., Горбатенко В.Н., Голованов И.Е. (СССР). - Б.И., 1988, № 4.

13. A.c. 1397247 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/02. Устройство для подачи деталей / Голованов И.Е., Житников Ю.З. (СССР). - Б.И., 1988, № 19.

14. A.c. 1463420 СССР, МКИ3 В 23 Р 19/06, В 25 В 21/00. Устройство для завинчивания шпилек / Житников Ю.З., Голованов И.Е. (СССР). - Б.И., 1989, № 9.

15. A.c. 1484574 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/02. Загрузочное устройство / Житников Ю.З., Голованов И.Е., Кузьмин И.В. (СССР), - Б.И.,

1989, №21.

16. A.c. 1521558 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/10. Загрузочное устройство / Голованов И.Е. (СССР). - Б.И., 1989, № 42.

17. A.c. 1549714 СССР, МКИ3 В 23 Р 21/00. Сборочный автомат / Житников Ю.З., Голованов И.Е., Кузьмин И.В. (СССР). - Б.И., 1990, № 10.

18. A.c. 1572782 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/00. Устройство для передачи изделий / Голованов И.Е., Житников Ю.З. (СССР). - Б. И.,

1990, №23.

19. A.c. 1579716 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/08. Способ ориентирования деталей типа тел вращения / Житников Ю.З., Рыбкин Ю.А., Голованов И.Е. (СССР). - Б.И., 1990, № 27.

20. A.c. 1648743 СССР, МКИ3 В 25 В 21/00, В 23 Р 19/06. Устройство для завинчивания гаек / Житников Ю.З., Голованов И.Е., Кузьмин И.В. (СССР). - Б.И., 1991, № 18.

21. A.C. № 1726198 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/10. Загрузочное устройство / Житников Ю.З., Голованов И.Е., Рыбкин Ю.А. (СССР). -Б.И., 1992. № 14.

22. A.c. 1768367 СССР, МКИ3 В 23 Р 19/02. Устройство для запрессовки штифтов в корпусную деталь / Житников Ю.З., Голованов И.Е., Рыбкин Ю.А. (СССР). - Б.И., 1992, № 38.

23. Житников Ю.З. Голованов И.Е. Устройство для автоматического наживления и завинчивания нескольких шпилек // Информационный листок. - Владимир: ЦНТИ, 1988. № 88 - 3. - 4с.

24. Голованов И.Е., Житников Ю.З. Устройство для одновременной подачи нескольких шпилек // Информационный листок. -Владимир: ЦНТИ, 1989. № 88 - 19. - Зс.

25. Голованов И.Е., Житников Ю.З. Устройство для подачи штифтов // Информационный листок. - Владимир: ЦНТИ, 1989. № 89

- 17.-4с.

26. Житников Ю.З. Голованов И.Е. Устройство для запрессовки штифтов в корпусную деталь // Информационный листок. - Владимир: ЦНТИ, 1989. № 89 - 18. - Зс.

27. Житников Ю.З. Голованов И.Е., Рыбкин Ю.А. Устройство для транспортирования и перекладывания деталей // Информационный листок. - Владимир: ЦНТИ, 1989. № 89 - 20. - 4с.

28. Житников Ю.З. Голованов И.Е. Патрон для завинчивания шпилек // Информационный листок. - Владимир: ЦНТИ, 1989. № 247

- 89. - Зс.

29. Голованов И.Е., Житников Ю.З. Устройство для подачи деталей // Информационный листок. - Владимир: ЦНТИ, 1991. № 232 -91.-Зс.

30. Житников Ю.З., Голованов И.Е. Устройства для ориентирования шпилек // Серия. Механизация и автоматизация сборочных процессов. - Владимир: МТЦНТИ и П, 1990. - 19 с.

31. Житников Ю.З., Голованов И.Е. Питатель для деталей типа гел вращения большой длины II Нестандартное оборудование, оснастка и прогрессивная технология машиностроительного производства: Тез. докл. региональнойнауч.-техн. конф. - Владимир, 1989. - С. 23.

32. Голованов И.Е., Рыбкин Ю.А., Житников Ю.З. Универсальное переналаживаемое питающее устройство для резьбовых деталей // Состояние, опыт и направление работ по комплексной автоматизации на основе ГПМ, РТК и ПР: Тез. докл. зонального семинара 26 - 27 октября 1989. - Пенза, 1989. - С. 28.

33. Голованов И.Е., Рыбкин Ю.А. Переналаживаемый питатель для выдачи различного количества деталей цилиндрической формы // Состояние, опыт и направление работ по комплексной автоматизации на основе ГПМ, РТК и ПР: Тез. докл. к зон. семинару 15-16 ноября 1990. - Пенза, 1990. - С. 16 - 17.

34. Житников Ю.З., Голованов И.Е., Кочетков И.В. Питатель заготовок многопозиционных приспособлений // Опыт создания и применения быстрозажимных многоместных приспособлений для станков с ЧПУ: Тез. докл. науч.-техн. конф. - Владимир, 1990. - С. 14.

35. Житников Ю.З., Голованов И.Е. Пути совмещения сопрягаемых поверхностей собираемых деталей при автоматизированной

сборке // Автоматизация процессов механообработки и сборки в ма-шино- и приборостроении: Тез. докл. Всесоюзной науч.-техн. конф. 18-20сентября 1991.-Киев, 1991.-С. 38.

36. Житников Ю.З., Рыбкин Ю.А., Голованов И.Е. Автоматизация установки уплотнений в шпилечных соединениях // Комплексная механизация и автоматизация производства: Тез. докл. семинара 2829 октября 1991. - Пенза, 1991. - С. 25.

37. Голованов И.Е. Автоматическое питание резьбовыми деталями сборочных автоматов // Актуальные проблемы машиностроения на современном этапе: Тез. докл. Всесоюзн. науч. конф., 19-22 ноября 1991.-Владимир, 1991.-С. 11-12.

38. Голованов И.Е. Анализ точности взаимного расположения элементов универсального вертикального питателя // Управление в технических системах: Материалы науч.-техн. конф. - Ковров: КГТА, 1998.-С. 129.

39. Голованов И.Е. Обоснование быстродействия универсального ориентирующего устройства шпилек // Управление в технических системах: Материалы науч.-техн. конф. - Ковров: КГТА, 1998.-С. 130.

40. Голованов И.Е. Минимизация времени подачи шпилек в технологическое сборочное оборудование // Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий: Материалы Международной науч.-техн. конф. и Российск. науч. школы. Ч. 1. - Ковров: КГТА, 1999. - С. 78 - 79.

41. Голованов И.Е., Кузеванов В.Г. Обеспечение быстродействия и надежности работы универсального загрузочного устройства // Ресурсосберегающие технологии в машиностроении: Материалы науч.-техн. конф. 21-22октября. 1999. - Владимир: ВГУ, 1999. - С. 131 -132.

Введение

Глава 1. Анализ существующих средств и технических решений технологической системы обеспечения подачи шпилек в зону завинчивания сборочного оборудования

1.1. Основные понятия и определения

1.2. Существующие средства и технические решения обеспечения ориентирования шпилек

1.3. Существующие средства и технические решения обеспечения подачи ориентированных шпилек с использованием магазинных загрузочных устройств

1.4. Средства подачи шпильки в зону завинчивания

1.5. Лотки для направленного движения шпилек

1.6. Цель и задачи диссертационной работы

1.6.1. Цель диссертационной работы

1.6.2. Задачи диссертационной работы

Глава 2. Выявление качественных и количественных взаимосвязей, действующих в процессе надежной подачи шпильки в зону завинчивания

2.1. Классификация способов подачи шпилек на позицию сборки

2.2. Обоснование эффективных методов построения технологических систем подачи шпилек на позицию сборки

2.3. Обоснование способов создания универсальных средств ориентации шпилек в процессе их подачи на позицию сборки

2.3.1. Классификация типа шпилек с целью создания устройств ориентирования

2.3.2. Классификация устройств для ориентирования шпилек

2.3.3. Обоснование способов ориентирования шпилек и технические решения их реализации

2.4. Обоснование универсальных средств подачи ориентированных шпилек на позицию сборки с использованием магазинных загрузочных устройств

2.4.1. Способы подачи ориентированных шпилек из кассет магазина и технические решения их реализации

2.4.2. Обоснование точности позиционирования элементов питателей магазинного типа

2.4.3. Обоснование средств автоматической загрузки магазинов

2.5. Обоснование средств подачи шпильки в зону завинчивания

Выводы по главе

Глава 3. Выявление качественных и количественных взаимосвязей, действующих в процессе эффективной подачи шпильки в зону завинчивания^

3.1. Обоснование быстродействия работы универсального вертикального питателя

3.2. Обоснование быстродействия работы универсального горизонтального питателя

3.3. Обоснование полного времени выдачи шпильки на позицию сборки с использованием ориентирующего устройства

Выводы по главе 3,

Глава 4. Методики автоматизированного расчета времени работы элементов технологической системы подачи шпилек в зону завинчивания

4.1. Интерфейс пользователя

4.2. Автоматизированный расчет суммарного времени выдачи шпильки из универсального вертикального питателя.

Программа " УегйсаГ)

4.3. Автоматизированный расчет суммарного времени выдачи шпильки из универсального горизонтального питателя. (Программа "Horizontar)

4.4. Автоматизированный расчет времени выдачи шпильки на позицию сборки с использованием универсального ориентирующего устройства.

Программа "ОпеШШюп")

Выводы по главе

Глава 5. Эксперимент и промышленное внедрение технологических систем подачи шпилек в зону завинчивания

5.1. Экспериментальное определение времени работы элементов технологической системы подачи шпилек в зону завинчивания

5.1.1. Описание схемы экспериментальной установки

5.1.2. Результаты эксперимента

5.2. Опыт промышленного внедрения технологических систем подачи шпилек (ТСП)

5.2.1. Внедрение ТСП с универсальным вертикальным питателем

5.2.2.Внедрение ТСП с универсальным горизонтальным питателем235 Выводы по главе

В структуре машиностроительного производства распределение трудозатрат существенно изменилось, и в настоящее время трудоемкость сборочных работ достигает 25-40% общей трудоемкости изготовления объекта производства, приближаясь к трудоемкости механической обработки и превышая затраты труда на всех других этапах производства.

На долю резьбовых соединений изделий машиностроения приходится до 20% всех соединений, которые составляют 30-35%» общей трудоемкости сборки изделий машиностроения.

По данным отрасли тракторного и сельскохозяйственного машиностроения при сборке резьбовых соединений на такие переходы, как наживление, завинчивание, подвод и отвод инструмента, требуется 0,25 мин рабочего времени, что по отрасли составляет I млн. часов в год. Из этих данных видно, что автоматизация сборки резьбовых соединений является резервом повышения производительности труда и высвобождения значительного числа рабочих [43].

Автоматизация сборки резьбовых соединений неизменно сопряжена с преодолением существенных трудностей. Наибольшую трудность представляет автоматизация сборки изделий со шпилечными соединениями. Попытки автоматизации сборки шпилечных соединений показали, что создание и эксплуатация сборочных автоматов.не представляется целесообразным. Чрезмерная сложность предлагаемых сборочных технологических комплексов и низкая надежность их работы приводят к тому, что на предприятиях предпочитают использовать труд рабочих-сборщиков высокой квалификации. В этом случае качество продукции определяется опытом рабочих. Квалифицированный сборщик, добиваясь высокого качества изделий, проводит в ходе работы соответствующие измерения, регулирует силы закрепления, делает необходимые пригонки. Но при этом ручной труд вносит свои ограничения. При неизменном качестве продукции на заводах проблему увеличения производительности труда решают увеличением числа квалифицированных сборщиков. В автомобильной промышленности мира число сборщиков составляет около 400 тыс. человек

69]. Однако это связано с проблемой подготовки кадров. Для получения необходимых навыков сборщику требуется несколько лет работы. При этом не каждый рабочий может стать квалифицированным сборщиком.

Проблема сборки шпилечных соединений связана и с тем, что сложность процесса не всегда позволяет гарантировать высокое качество изделий и стабильность соответствующих показателей. Субъективные особенности сборки могут отрицательно повлиять на выходные параметры изделий. Эти параметры, как правило, не оцениваются потребителем, так как в его распоряжении отсутствуют соответствующие методы контроля.

Автоматизация сборки шпилечных соединений может ликвидировать отмеченные недостатки и противоречия. Вместе с тем при автоматизации сборки отсутствует человеческий фактор, склонный к ошибкам. Но, прежде чем приступать к проектированию средств автоматизации сборки шпилечных соединений, необходимо выявить техническую возможность их создания. Для обеспечения эффективной работы технологического оборудования необходимо рассчитать его точностные характеристики и режимы работы.

Исследованию проблем автоматизации сборки изделий посвящены работы профессоров, докторов технических наук Балакшина Б.С., Вейца B.JL, Гусева A.A., Дальского A.M., Житникова Ю.З., ИвановаА.А., Иосилевича Б.Г., Корсакова B.C., Малова А.Н., Новикова М.П., Рабиновича А.Н., Федотова А.И. и кандидатов технических наук Замятина В.К., Косилова В.В., Лебедовского М.С., Муценика К.Я., Оболенского В.Н. и многих других.

Качество, надежность и производительность при автоматизации сборки с использованием шпилечных соединений неосуществимы без решения задачи обеспечения сборочного оборудования технологическими системами подачи шпилек в зону завинчивания.

До последнего времени в производстве процесс подачи шпилек не использовался из-за отсутствия надежных средств автоматизации их наживления, особенно при сборке групповых шпилечных соединений. Наживление шпилек практически повсеместно осуществляется вручную. Только после решения этой проблемы профессором, доктором технических наук Житниковым Ю.З. [70] и разработки надежных устройств автоматизированного наживления и завинчивания шпилек, задача создания технологических систем подачи стала реальной. Разработка надежной технологической системы автоматизированной подачи шпилек в зону завинчивания путем выявления качественных и количественных взаимосвязей, действующих в процессе работы системы, имеет большое практическое значение и направлена на повышение эффективности и качества использования автоматизированного сборочного оборудования.

Задача исследования и обоснования технологических систем подачи шпилек весьма сложна в связи с многообразием функций этих систем, которые должны автоматически обеспечить отделение из бункера, извлечение, ориентацию, запас ориентированных шпилек, поштучную или групповую подачу шпилек в зону завинчивания и их захват патронами завинчивающих устройств. Для обеспечения своего предназначения технологическая система подачи шпилек может включать в свою структуру устройства, которые выполняют каждую функцию по отдельности или совмещают в себе выполнение нескольких функций.

Эффективность работы автоматизированного сборочного оборудования определяется производительностью и экономической целесообразностью. Следовательно, необходимо найти такие методы и средства подачи шпильки на позицию сборки, при которых время подачи будет минимальным. В идеале выполнение данной операции будет совмещено с вспомогательными операциями, такими как подвод и отвод узла с позиции сборки, а также подвод и отвод сборочного оборудования от собираемого узла, и с основной операцией - завинчивание шпильки (шпилек).

На основании изложенного существует актуальная научная задача создания высокоэффективных автоматизированных технологических систем подачи шпилек в зону завинчивания сборочного оборудования.

Выводы по главе 4

1. Разработаны методики автоматизированного расчета времени работы элементов технологической системы подачи шпилек в зависимости от схемы построения системы.

2. На основе программы Delphi созданы программы "Vertical" и "Horizontal" для расчета суммарного времени выдачи шпильки из универсальных вертикального и горизонтального питателей соответственно, а также программа "Orientation" для нахождения полного времени выдачи шпильки на позицию завинчивания с использованием универсального ориентирующего устройства.

Глава 5. Эксперимент и промышленное внедрение технологических систем подачи шпилек в зону завинчивания.

5.1. Экспериментальное определение времени работы элементов технологической системы подачи шпилек в зону завинчивания.

5.1.1. Описание схемы экспериментальной установки.

Экспериментальное определение времени работы технологической системы подачи шпилек в зону завинчивания осуществлялось на внедренном в производство оборудовании, описанном в пункте 5.2, по структурной схеме исследования, проиллюстрированной на рис.5.1. Структурная схема исследований состоит из первого 1 и промежуточных 2 элементов, подающего устройства 3 и измерительной аппаратуры 4.

Начало отсчёта искомого времени примем от момента срабатывания привода первого элемента технологической системы до выпадения шпильки в подающее устройство из приёмного-лотка. Первым элементом в рассматриваемых технологических системах являются питатели магазинного типа с приводом от пневмоцилиндра. Измерительная аппаратура включается по сигналу, поступающему от схемы управления пневмоцилиндром.

Для получения сигнала о выдаче шпильки в подающее устройство использовался оптический локационный датчик [82].

Оптические локационные датчики основаны на эффектах взаимодействия светового потока с поверхностью объекта (перекрытия от рассеяния, поглощения рассеяния и т. д.) и предназначены для обнаружения объектов в рабочей зоне, определения их координат, размеров, цвета, структуры поверхности и др. Датчик пересечения предназначен для выдачи сигнала подтверждения при пересечении объектом сборки или исполнительным органом технологической системы светового потока от излучателя к фотоприемнику, рабочее расстояние между которыми равно 45 ± 0,8 мм. Производительность датчика составляет не менее 60 пересечений потока в минуту. Датчик состоит из светодиода и фото N Л

V Во» ^ 1

Рис.5.1

Конв Цепь

1 Общий

2 Вход и Подтверж.

6 Ел подтв.

5 Отмена

7 +24- В

8 Вых. излуч. ш

УВ2 диода и печатной платы. Связь датчика с внешним оборудованием осуществляется через электрический разъем. Сигнал от приемника обрабатывается электронными компонентами, входящими в состав электрической принципиальной схемы, изображенной на рис.5.2. Модулированный поток излучения от свето-диода АЛ107Б (при пересечении шпилькой пространства между излучателем и приемником) преобразуется фотодиодом ФД-3 в электрический сигнал, усиливается предварительным усилителем на разнополярных транзисторах УТ1 и УТ2 и далее двухкаскадным усилителем до напряжения срабатывания реле КУ1 типа РЭС-10. Излучатель выполнен на инфракрасном светодиоде АЛ107Б, сила тока его — 100 мА.

В качестве измерительной аппаратуры использовался секундомер электронный, с погрешностью измерения 0.01 сек.

5.1.2. Результаты эксперимента.

При экспериментальных исследованиях для каждого варианта технологической системы или ее элемента делалось не менее 20 замеров, которые обрабатывались методами математической статистики.

Для технологических систем с вертикальным и горизонтальным питателями время выдачи шпильки в подающее устройство не превышало расчетного более чем на 20 %.

Разброс времени выдачи шпильки при использовании технологической системы с устройством ориентирования шпилек не превысил 25 %.

5.2. Опыт промышленного внедрения технологических систем подачи шпилек (ТСП).

5.2.1. Внедрение ТСП с универсальным вертикальным питателем.

Технологическая система подачи шпилек, состоящая из двух элементов: универсального вертикального питателя (рис.2.24) и подающего устройства в виде подвижных ползунов, снабженных направляющими втулками (рис.2.33), используется в автоматическом комплексе сборки картера бортовой передачи трактора Т-25 (АО "Владимирский тракторный завод"), представленного на рис

5.3 (акт внедрения - в приложении 8). Данная технологическая система на позиции сборки осуществляет одновременную выдачу восьми шпилек в зону завинчивания. В этом же автоматическом комплексе используется вертикальный питатель (рис.2.25) в устройстве запрессовки штифтов, который осуществляет поочередную выдачу по одному штифту в два диаметрально противоположных положения.

Технологическая система подачи шпилек, состоящая из двух элементов: универсального вертикального питателя (рис.2.24) и подающего устройства с выдачей шпилек на предварительной позиции сборки (рис.2.41, 2.42), используется в переналаживаемом комплексе сборки головки цилиндров двигателей Д-144 и Д-21 (АО "Владимирский тракторный завод"), представленного на рис

5.4 (акт внедрения - в приложении 9). Данная технологическая система на предварительной позиции сборки- осуществляет выдачу трех и четырех шпилек.

5.2.2. Внедрение ТСП с универсальным горизонтальным питателем.

Вторая технологическая система подачи шпилек, используемая в автоматическом комплексе сборки головки цилиндров двигателей Д-144 и Д-21 (АО "Владимирский тракторный завод"), состоит из двух элементов: универсального горизонтального питателя (рис.2.26, 2.27) и подающего устройства с неуравновешенными поворотными втулками (рис.2.34). Данная технологическая система на позиции сборки осуществляет одновременную выдачу двух шпилек большой длины в зону завинчивания.

Технологическая система подачи шпилек, состоящая из двух элементов: универсального горизонтального питателя (рис.2.26, 2,27) и подающего устройства с поворотной планшайбой, содержащей трубки выдачи шпилек (рис.2.38), используется в автоматическом сборочном комплексе для подсборки механиз

Рис.5.3. Автоматический комплекс сборки корпуса бортовой передачи трактора Т-25А АО "Владимирский тракторный завод"

Рис.5.5 Автоматический сборочный комплекс для подсборки механизма управления переключением передач (узел 4421-1703101-1ОСБ) Ярцевский завод "Дизель"

Заключение по диссертационной работе.

В результате выполнения диссертационной работы решена актуальная за

1. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено взаимовлияние параметров элементов технологических систем подачи шпилек, точности их взаимного расположения, режимов работы при обеспечении высокопроизводительной сборки изделий со шпилечными соединениями, включающее:

- зависимость гарантированной выдачи шпилек на позицию сборки от точности относительного положения деталей в технологических системах подачи;

- предельные режимы работы элементов технологических систем, обеспечивающих минимальное время выдачи шпилек.

2. В зависимости от различных способов выдачи шпилек на позицию сборки, а также исходя из требования высокоэффективной работы сборочного оборудования, разработаны схемы структур создания технологических систем.

3. Создана методика автоматизированного расчета времени срабатывания основных элементов технологической системы подачи шпилек.

4. Обоснованы способы и разработаны оригинальные конструкции элементов технологических систем подачи шпилек (универсальные ориентирующие устройства, универсальные питатели магазинного типа, заправочные устройства, подающие устройства).

5. Успешная эксплуатация технологических систем подачи шпилек на АО "Владимирский тракторный завод" и Ярцевском заводе "Дизель" подтвердила их высокую эффективность и надежную работу.

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. 7-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1992. Т. 1 - 816с.

2. A.c. № 370009 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/12. Устройство для поштучной подачи заготовок из контейнера / И.В. Горский, А.М. Оганян, Г.С. Васильев, А.И. Симанина (СССР). Б.И., 1973, № 11.

3. A.c. № 536936 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/10. Устройство для загрузки деталей типа тел вращения / В.М. Суминов, E.H. Попов, П.А. Кораблев (СССР). -Б.И., 1976, №44.

4. A.c. № 557905 СССР, МКИ3 В 23 Р 19/06. Сборочная машина / Б.В. Гусаков, Е.И. Прохватилов, В.А. Хлюпин (СССР). Б.И., 1977, № 18.

5. A.c. № 621540 СССР, МКИ3 В 07 Q 7/12. Устройство для автоматической ориентации резьбовых деталей / В.П. Золотов, В.В. Ногтев (СССР). Б.И., 1978, №32.

6. A.c. № 677871 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/10. Загрузочное устройство / C.B. Котов, С.И. Ермишин, А.Н. Власов, В.В.Богачев (СССР). Б.И., 1979, № 29.

7. A.c. № 729031 СССР, МКИ3 В 07 Q 7/12. Устройство для автоматической ориентации резьбовых шпилек / Е.И. Прохватилов, В.А. Хлюпин (СССР).- Б.И., 1980, № 15.

8. A.c. № 749631 СССР,' МКИ3 В 23 Q 7/10. Загрузочное устройство / A.B. Сосенков (СССР). Б.И., 1980, № 27.

9. A.c. № 810426 СССР, МКИ3 В 23 Р 19/06. Автомат для завертывания шпилек / Б.В. Гусаков, В.И. Ружейников, В.А. Хлюпин (СССР). Б.И., 1981, № 9.

10. A.c. № 841894 СССР, МКИ3 В 23 Р 19/06. Автомат для завертывания шпилек / В.М. Архипкин, С.И. Витвицкий, Б.В. Гусаков, И.С. Чепыжев (СССР).- Б.И., 1981, №24.

11. A.c. № 1013206 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/10. Загрузочное устройство / О.Б. Брой, И.В. Войцещук (СССР). Б.И., 1983, № 15.

12. A.c. № 1098755 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/10. Питатель / Г.К. Хламов (СССР). Б.П., 1984, №23.

13. A.c. № 1161337 СССР, МКИ3 В 07 Q 7/12. Устройство для ориентирования резьбовых деталей / И.Б. Харин, Е.В. Пашков, A.B. Карпов (СССР). -Б.И., 1985, № 22.

14. A.c. № 1227264 СССР, МКИ3 В 07 С 5/02. Устройство для ориентирования шпилек /И.Е. Голованов, Ю.З. Житников (СССР). Б.И., 1986, № 16.

15. A.c. № 1247236 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/12. Устройство для ориентирования резьбовых деталей / И.Е. Голованов, Ю.З. Житников, М.В. Шарков (СССР). Б.И., 1986, №28.

16. A.c. № 1261768 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/12. Устройство для ориентирования резьбовых деталей / И.Е. Голованов, М.В. Шарков (СССР). Б.И., 1986, № 37.

17. A.c. № 1296348 СССР, МКИ3 В 23 Р 19/06. Устройство для завинчивания шпилек / А.И. Леонов, Ю.З. Житников, М.В. Шарков (СССР). Б.И., 1987. № 10.

18. A.c. № 1296367 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/10. Устройство для подачи заготовок / П.А. Русяев (СССР). Б.И., 1987, № 10.

19. A.c. № 1323330 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/02. Устройство для подачи деталей / Е.И. Голованов, Ю.З. Житников, И.В. Кузьмин (СССР). Б.И., 1987, № 26.

20. A.c. № 1337232 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/10. Устройство для подачи заготовок / В.М. Ряховский (СССР). Б.И., 1987, № 34.

21. A.c. № 1340988 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/10. Загрузочное устройство / А.И. Яшин, Ю.А. Кутумов (СССР). Б.И., 1987, № 36.

22. A.c. № 1355432 СССР, МКИ3 В 23 Р 19/02. Устройство для запрессовки штифтов в корпусную деталь / Ю.З. Житников, И.Е. Голованов, И.П. Громов, И.В. Кузьмин (СССР). Б.И., 1987, № 44.

23. A.c. № 1357190 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/10. Загрузочное устройство / И.Е. Голованов, Ю.З. Житников (СССР). Б.И., 1987, № 45.

24. A.c. № 1370029 СССР, МКИ3 В 65 47/24. Устройство для транспортировки и ориентированной перегрузки деталей / Ю.З. Житников, В.Н. Горбатен-ко, И.Е. Голованов (СССР). Б.И., 1988, № 4.

25. A.c. № 1397247 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/02. Устройство для подачи деталей / И.Е. Голованов, Ю.З. Житников (СССР). Б.И., 1988, № 19.

26. A.c. № 1463420 СССР, МКИ3 В 23 Р 19/06, В 25 В 21/00. Устройство для завинчивания шпилек / Ю.З. Житников, И.Е. Голованов (СССР). Б.И., 1989, №9.

27. A.c. № 1472214 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/10. Загрузочное устройство / С.А. Ларионов, А.Д. Галяев (СССР). Б.И., 1989, № 14.

28. A.c. № 1484574 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/02. Загрузочное устройство / Ю.З. Житников, И.Е. Голованов, И.В. Кузьмин (СССР), Б.И., 1989, № 21.

29. A.c. № 1496986 СССР, МКИ3 В-07 Q 7/12. Устройство для автоматического ориентирования резьбовых деталей / В.В. Устинов (СССР). Б.И., 1989, №28.

30. A.c. № 1521558 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/10. Загрузочное устройство / И.Е. Голованов (СССР). Б.И., 1989, № 42.

31. A.c. № 1549714 СССР, МКИ3 В 23 Р 21/00. Сборочный автомат / Ю.З. Житников, И.Е. Голованов, И.В. Кузьмин (СССР). Б.И., 1990, № 10.

32. A.c. № 1556864 СССР, МКИ3 В 23 Р 19/06, В 25 В 21/00. Устройство для завинчивания шпилек / Ю.З. Житников (СССР). Б.И., 1990. № 14.

33. A.c. № 1572782 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/00. Устройство для передачи изделий / И.Е. Голованов, Ю.З. Житников (СССР). Б. И., 1990, № 23.

34. A.c. № 1579716 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/08. Способ ориентирования деталей типа тел вращения / Ю.З. Житников, Ю.А. Рыбкин, И.Е. Голованов (СССР).-Б.И., 1990, №27.

35. A.c. № 1641558 СССР, МКИ3 В 23 Р 19/06. Устройство питания шпильками завинчивающего автомата / Ю.З. Житников, В.А. Проньков, Ю.А. Рыбкин (СССР). Б.И., 1991. № 14.

36. A.c. № 1648743 СССР, МКИ3 В 25 В 21/00, В 23 Р 19/06. Устройство для завинчивания гаек / Ю.З.Житников, И.Е. Голованов, И.В. Кузьмин (СССР). Б.И., 1991, № 18.

37. A.c. № 1726198 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/10. Загрузочное устройство / Ю.З. Житников, И.Е. Голованов, Ю.А. Рыбкин (СССР). Б.И., 1992. № 14.

38. A.c. № 1768367 СССР, МКИ3 В 23 Р 19/02. Устройство для запрессовки штифтов в корпусную деталь / Ю.З. Житников, И.Е. Голованов, Ю.А. Рыбкин (СССР). Б.И., 1992, № 38.

39. A.c. № 1779541 СССР, МКИ3 В 23 Q 7/10. Магазин накопитель круглых деталей / О.С. Фищенко, В.И. Захаров (СССР). Б.И., 1992, № 45.

40. Бляхеров И.С., Варьяш Г.М., Иванов A.A. и др. Автоматическая загрузка технологических машин: Справочник. / Под. общ. ред. И.А. Клусова. -М.: Машиностроение, 1990.-400с.

41. Бобров В.П. Проектирование загрузочно-транспортных устройств к станкам и автоматическим линиям. М.: Машиностроение, 1964. - 291с.

42. Бобровский С.И. DELPHI 5: Начальный курс. М.: "ДЕСС", 1999.272с.

43. Воронин A.B., Гречухин А.И., Калашников A.C. и др. Механизация и автоматизация сборки в машиностроении. М.: Машиностроение, 1985. - 272с.

44. Гернет М.М. Курс теоретической механики: Учебник для вузов. -5-е изд., испр. -М.: Высшая школа, 1987. 344с.

45. Голованов И.Е. Автоматическое питание резьбовыми деталями сборочных автоматов // Актуальные проблемы машиностроения на современном этапе: Тез. докл. Всесоюзн. науч. конф., 19-22 ноября 1991. Владимир, 1991. -с. 11 - 12.

46. Голованов И.Е. Анализ точности взаимного расположения элементов универсального вертикального питателя // Управление в технических системах: Материалы науч.-техн. конф. Ковров: КГТА, 1998. - с. 129.

47. Голованов И.Е. Обоснование быстродействия универсального ориентирующего устройства шпилек // Управление в технических системах: Материалы науч.-техн. конф. Ковров: КГТА, 1998. - с. 130.

48. Голованов И.Е. Устройство для ориентирования шпилек // Динамика механических систем: Сборник научных трудов. Владимир: изд. ВПИ, 1985. -с. 119- 122.

49. Голованов И.Е., Житников Ю.З. Устройство для одновременной подачи нескольких шпилек // Информационный листок. Владимир: ЦНТИ, 1989. № 88- 19.-Зс.

50. Голованов И.Е., Житников Ю:3. Устройство для подачи деталей // Информационный листок. Владимир: ЦНТИ, 1991. № 232 - 91. - Зс.

51. Голованов И.Е., Житников Ю.З. Устройство для подачи штифтов // Информационный листок. Владимир: ЦНТИ, 1989. № 89 - 17. - 4с.

52. Голованов И.Е., Кузьмин И.В. Устройство для ориентирования шпилек // Динамика механических систем: Сборник научных трудов / Под ред. А.И. Леонова: ВПИ, Владимир, 1989.-е. 112-115.

53. Житников Ю.З. Голованов И.Е. Патрон для завинчивания шпилек // Информационный листок. Владимир: ЦНТИ, 1989. № 247 - 89. - Зс.

54. Житников Ю.З. Голованов И.Е. Устройство для автоматического на-живления и завинчивания нескольких шпилек // Информационный листок. -Владимир: ЦНТИ, 1988. № 88 3. - 4с.

55. Житников Ю.З. Голованов И.Е. Устройство для запрессовки штифтов в корпусную деталь // Информационный листок. Владимир: ЦНТИ, 1989. № 89- 18.-Зс.

56. Житников Ю.З. Голованов И.Е., Рыбкин Ю.А. Устройство для транспортирования и перекладывания деталей // Информационный листок. Владимир: ЦНТИ, 1989. № 89 - 20. - 4с.

57. Житников Ю.З., Голованов И.Е. Автомат с питателем для завинчивания шпилек // Механизация и автоматизация производства. 1988. - № 9. - с. 23.

58. Житников Ю.З., Голованов И.Е. Питатель для деталей типа тел вращения большой длины // Нестандартное оборудование, оснастка и прогрессивная технология машиностроительного производства: Тез. докл. региональной науч.-техн. конф. Владимир, 1989. - с. 23.

59. Житников Ю.З., Голованов И.Е. Универсальный питатель шпильками сборочного автомата // Механизация и автоматизация производства. 1990. -№ 7. - с.13.

60. Житников Ю.З., Голованов И.Е. Устройства для ориентирования шпилек // Серия. Механизация и автоматизация сборочных процессов. Владимир: МТЦНТИ и П. - 1990. - 19 с.

61. Житников Ю.З., Голованов И.Е. Устройство для ориентирования шпилек // Механизация и автоматизация производства. 1986. - № 12.-е. 5.

62. Житников Ю.З., Голованов И.Е., Кочетков И.В. Питатель заготовок многопозиционных приспособлений // Опыт создания и применения быстроза-жимных многоместных приспособлений для станков с ЧПУ: Тез. докл. науч,-техн. конф. Владимир, 1990. - с. 14.

63. Житников Ю.З., Рыбкин Ю.А., Голованов И.Е. Автоматизация установки уплотнений в шпилечных соединениях // Комплексная механизация и автоматизация производства: Тез. докл. семинара 28-29 октября 1991. Пенза, 1991.-е. 25.

64. Житников Ю.З. Автоматизация сборки изделий с резьбовыми соединениями: Учебное пособие. 4.1. Ковров: КГТА, 1996. - 132с.

65. Житников Ю.З., Симаков A.JI. Автоматизация сборки изделий с резьбовыми соединениями: Учебное пособие. 4.2. Ковров: КГТА, 1996. - 132с.

66. Иосилевич Г.Б. Детали машин: Учебник для студентов машиностроит. спец. вузов. -М.: Машиностроение, 1988. 368с.

67. Камышный Н.И. Автоматизация загрузки станков. М.: Машиностроение, 1977.-288с.

68. Колесников A. WINDOWS: К.: Издательская группа BHV, 1999.384с.

69. Корсаков B.C. Автоматизация производственных процессов: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1978. - 296с.

70. Косилов В.В. Технологические основы проектирования автоматического сборочного оборудования. М.: Машиностроение, 1976. - 248с.

71. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987. - 560с.

72. Кувшинский В.В. Автоматизация технологических процессов в машиностроении. М.: Машиностроение, 1972. - 272с.

73. Малов А.И. Загрузочные устройства для металлорежущих станков. -Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1972. - 400с.

74. Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Под ред. П.Н. Учаева. 3-е изд., исправл. - М.: Машиностроение, 1988. Кн. 2-е. 74.

75. Рабинович А.Н. Механизация и автоматизация сборочных работ в машино- и приборостроении,- Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1964. -283с.

76. Робототехнические системы в сборочном производстве / Под ред. Е.В. Пашкова. К.: Вища шк. Головное изд-во. 1987. - 272с.

77. Романычева Э.Т., Сидорова Т.М., Сидоров С.Ю. AutoCad: Практическое руководство. М.: ДМК, Радио и связь, 1997. - 480с.

78. Сукацкий М.Е., Фишман Ф.Г., Мандриков В.М. Сборочное оборудование КамАЗа. М.: Машиностроение, 1985. - с. 43.

79. Усенко H.A., Бляхеров И.С. Автоматические загрузочно-ориентиру-ющие устройства. М.: Машиностроение, 1984. - 112с.

80. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: Учебник для втузов 9-е изд., перераб. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит.1986. - 512с.

81. Хомоненко A. MS Word 97 С Пб.: BHV - Санкт-Петербург, 1998.512с.

82. Яблонский A.A. Курс теоретической механики. 4.2, Динамика. Изд. 4-е дополн. - М.: Высшая школа, 1971. - 487с.249