автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Расширение технологических возможностей собираемости резьбовых деталей на основе автоматической доориентации при неустойчивом движении корпуса завинчивающего устройства

На правах рукописи

Воркуев Дмитрий Сергеевич

РАСШИРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СОБИРАЕМОСТИ РЕЗЬБОВЫХ ДЕТАЛЕЙ НА ОСНОВЕ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ДООРИЕНТАЦИИ ПРИ НЕУСТОЙЧИВОМ ДВИЖЕНИИ КОРПУСА ЗАВИНЧИВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

Специальность 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ковров 2004

Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения

ГОУ ВПО Ковровской государственной технологической академии.

На)чный руководитель:

доктор технических наук, профессор Ю.З.Житников

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор В.П.Вороненко; кандидат технических наук, М.В.Федотов

Ведущее предприятие: ОАО «Завод им. В.Л.Дегтярева», г. Ковров

Зашита состоится « 24 » июня 2004 года в часов на засе-

дании диссертационного совета К 212.142.01 в ГОУ «Московский государственный технологический университет «Станкин» по адресу: 127055, Москва, Вадковский пер, За.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке ГОУ МГТУ «Станкин».

Автореферат диссертации разослан « 20 » мая 2004 года

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью просим направить по адресу: 127055, Москва, Вадковский пер., За. Ученому секретарю специализированного совета К 212.142.01 при ГОУ МГТУ «Станкин».

Ученый секретарь диссертационного совета К 212.142.01 кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. Автоматизация производства является важнейшим направлением развития промышленности.

Автоматизация позволяет снизить трудоёмкость, а следовательно, повысить производительность труда, надежность изготовления, сборки и эксплуатации изделий, исключить травматизм и тяжелый однообразный физический труд, вредное воздействие на человека вибрации, шума, пыли, отравляющих-веществ и других факторов, а главное, обеспечить стабильное и высокое качество изделий. Итогом автоматизации является повышение роли человека в производственном процессе.

В настоящее время в промышленно развитых странах мира уровень автоматизации обрабатывающих операций составляет 90...95 %, а сборочных - 7... 12 %. Эти работы выполняются на автоматических линиях с применением роботизированных систем. Трудоёмкость сборки изделий составляет 30...35 % от общей трудоёмкости при создании машин, а стоимость этих работ в машиностроении достигает 50 %. При сборке изделия широко применяются резьбовые соединения. Так в легковом автомобиле среднего класса используется крепёжных деталей до 2,5...3 тысяч, а в автомобильной промышленности мира ежегодно собирается 6*1010 резьбовых соединений. Главным фактором, сдерживающим автоматизированную сборку машин и механизмов, является исключительная сложность обеспечения точного совмещения сопрягаемых поверхностей соединяемых деталей.

В настоящее время разработан метод пассивной адаптации деталей, соединяемых по резьбовым и цилиндрическим поверхностям, который позволяет собирать эти соединения при значительных (до 2,5 мм) относительных смещениях осей.

Расширение этого диапазона относительных смещений значительно снизит затраты в производстве. На основании этого можно утверждать, что существует задача расширения возможностей доориентации деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям при автоматизированной сборке, обеспечивая высокое качество изделий.

Г »'ОС. НАЦИОНАЛЬНА«

| БИБЛИОТЕКА

! ¿Я/щ

Целью работы является расширение технологических возможностей собираемости резьбовых деталей на основе автоматической доориен-тации при неустойчивом движении корпуса завинчивающего устройства.

Для обсечения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Обоснование структурной схемы управления и кинематики устройств, обеспечивающих расширение возможностей доориентации резьбовых деталей при автоматизированной сборке.

2. Теоретическое обоснование работоспособности устройств с пассивными средствами адаптации на основе выявления закономерностей, действующих в процессе автоматизированной сборки.

3. Экспериментальное подтверждение работоспособности сборочных устройств при доориентации соединяемых деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям, изменяющих устойчивость движения корпуса завинчивающего устройства, снабженного податливым креплением в процессе автоматизированной сборки.

4. Разработка методики проектирования устройств, сборки резьбовых деталей, снабжённых податливым креплением с изменяющейся устойчивостью движения корпуса завинчивающего устройства.

Методы исследований. В работе были проведены исследования с использованием аналитических и экспериментальных методов:

- дифференциальные уравнения движения устройства вращения с податливым креплением переменной угловой жёсткости получены при помощи уравнения Лагранжа второго рода;

- линейные дифференциальные уравнения решались аналитическими методами;

- для оценки достоверности теоретических исследований применялись экспериментальные методы и испытания в производственных условиях.

Научная новизна.

1. Теоретически обоснован способ пассивной адаптации деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям, при неустойчивом движении корпуса завинчивающего устройства с податливым креплением при автоматизированной сборке изделий, который включает:

- условия автопоиска (сканирования) концом соединяемой детали отверстия на поверхности узла, определяемого законами прецессионного и нутационного движения корпуса завинчивающего устройства;

- условия невыхода конца соединяемой детали из зоны отверстия в зависимости от траектории пересечения соединяемой деталью зоны резьбового отверстия;

- условия углового совмещения осей соединяемых деталей в зависимости от параметров завинчивающего устройства и соединяемых деталей.

2. Обоснование предельных режимов вращения шпинделя завинчивающего устройства в зависимости от параметров соединяемых деталей и устройства завинчивания, при которых гарантируется невыход конца детали из зоны резьбового отверстия;

3. Разработана структурная схема управления процессом сборки деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям, с активными обратными связями;

4. Обоснована кинематическая схема устройства дооринтации деталей, спрягаемых по резьбовым поверхностям, с пассивными обратными связями.

Практическая ценность.

1. Разработана методика определения параметров податливого крепления завинчивающего устройства при сборке соединяемых деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям.

2. Разработаны и опробованы в условиях производства (ОАО «Завод имени В.Л. Дегтярева», г. Ковров) оригинальный способ и конструкции устройства автоматизированной сборки деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям, на основе метода пассивной адаптации.

Реализация результатов работы.

Результаты работы предложены для использования в мотопроизводстве (ОАО «Завод им. В.А.Дегтярева», г. Ковров), а также в лабораторных работах на кафедре технологии машиностроения Ковровской государственной технологической академии.

Достоверность результатов, представленных в диссертационной работе.

Рекомендации и выводы основываются на теоретических положениях фундаментальных наук (математика, теоретическая механика, автоматическое управление и регулирование и др.), а также экспериментальных исследованиях, проведении лабораторных занятий на экспериментальной установке.

Апробация работы.

Результаты работы доложены на международных научно-технический конференциях: «Управление в технических системах XXI век», Ковров, 2000; «Производственные технологии и качество продукции», Владимир, 2003.

Публикации.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 2 статьях центрального издательства и 4 статьях материалов научно -технических конференций.

Структура и объём работ.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов.

Текстовая часть изложена на 103 стр., иллюстрирована 32 рисунками и таблицами. Список литературы содержит 62 наименования.

На защиту выносится теоретическое обоснование способа пассивной адаптации резьбовых деталей в процессе сборки при неустойчивом движении корпуса завинчивающего устройства с податливым креплением, включающее:

- математическую модель движения корпуса завинчивающего устройства на всех этапах сборки резьбовых деталей;

- условия автопоиска концом соединяемой детали отверстия на поверхности узла;

- условия попадания и невыхода конца соединяемой резьбовой детали из зоны отверстия;

- условия углового совмещения осей соединяемых деталей;

- предельные режимы вращения шпинделя завинчивающего устройства, при которых гарантируется надёжная сборка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Исследованиям в области автоматизации сборки посвящены работы профессоров, докторов технических наук Б.С. Балакшина, В.Л. Вейца, А.А. Гусева, A.M. Дальского, Ю.З. Житникова, А.А. Иванова, Б.Г. Иоси-левича, B.C. Корсакова, А.Н. Малова, М.П. Новикова, А.И. Федотова и др., кандидатов технических наук В.К. Замятина, В.В. Косилова, М.С. Лебедовского, К.Я. Муценика, А.Н. Рабиновича и других.

Во введении раскрыта актуальность задачи расширения возможностей доориентации деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям, решение которой позволит обеспечить высокую надежность при автоматизированной сборке и уменьшить затраты при создании сборочного оборудования.

В первой главе анализируются существующие способы и средства механизированной и автоматизированной сборки деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям.

Установлено, что главным фактором, сдерживающим автоматизированную сборку, является исключительная сложность, а в большинстве случаев невозможность точного совмещения осей соединяемых деталей в сборочном оборудовании, особенно при групповой сборке.

Следовательно, необходимо разработать новые эффективные методы и средства относительного совмещения сопрягаемых поверхностей соединяемых деталей, которые позволят расширить возможность их до-ориентации.

Установлено, что при совмещении преимущества метода пассивной адаптации для деталей, сопрягаемых по резьбовым и цилиндрическим поверхностям с гарантированным зазором, разработанного д-р техн. наук профессором Ю.З.Житниковым, и способа, разработанного канд. техн. наук М.В.Федотовым, для деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям можно создать сборочное оборудование, которое обеспечит доориентацию резьбовых деталей при значительном (в несколько миллиметров) относительном смещении осей соединяемых деталей.

В главе сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Вторая глава посвящена обоснованию структурной схемы управления процессом доориентации деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям, на основе методов активной адаптации и кинематической схемы устройства на основе пассивной адаптации.

Доказано, что возможно обеспечение расширения зоны досриента-ции соединяемых резьбовых деталей и создание схемы управления процессом с активными обратными связями, разработанной на основе методов автоматического управления и регулирования, и создание сборочного оборудования. Но система управления с активными обратными связями и созданные на их основе конструкции сборочного оборудования сложны и практически не применимы при групповой автоматизированной сборке.

Переходя от активных к пассивным средствам адаптации соединяемых деталей, разработана обобщенная кинематическая схема сборочного устройства (рис. 1). Совокупность этих устройств обеспечит групповую сборку резьбовых соединений.

Ъ\

Рис. 1. Обобщенная кинематическая схема сборочного устройства

На рис. 1 показаны: резьбовая деталь (шпилька) 1; патрон для удержания шпильки 2; пружины патрона 3; плита податливого крепления завинчивающего устройства 4\ собираемый узел с резьбовым отвер-стием-б, 7; болтовое крепление 8 завинчивающего устройства 6 к плите 4; пружины 9, установленные между фланцем завинчивающего устройства и головками болтов. Следует отметить, что болты 8 проходят через отверстия фланца завинчивающего устройства и плиты с зазорами.

Устройство работает следующим образом. При опускании плиты 4 вращающаяся резьбовая деталь /, упираясь в узел 7, уменьшает деформацию пружины 5 и увеличивает давление со стороны пружины 9, вызывая неустойчивость движения завинчивающего устройства вокруг оси Z, а следовательно, возможность большей доориентации деталей при значительном относительном смещении их осей.

В третьей главе приведено теоретическое обоснование работоспособности предложенного способа доориентации соединяемых резьбовых деталей, в основе которого лежит метод пассивной адаптации.

Механическая система (рис. 1) совершает сложное движение. Она движется вместе с центром масс и совершает вращение вокруг него.

В качестве обобщенных координат примем углы Эйлера ф ,1 Л и координату где ф - угол собственного вращения шпинделя завинчивающего устройства вокруг оси 2\; Ч* - угол прецессии (угол поворота оси Z\ корпуса устройства вокруг оси /); в — угол нутации (угол поворота корпуса устройства вокруг линии узлов ON, т.е. вокруг линии пересечения плоскостей неподвижной системы отсчёта XOYZ и подвижной системы, жестко связанной с устройством -X\O\Y\Z\).

Используя уравнение Лагранжа второго ряда, получены дифференциальные уравнения движения системы, которые с учетом малости угла 0 запишутся:

где J[ = J2 — моменты инерции устройства вращения относительно осей ОХ, и ОГ,;

j\ - приведенный момент инерции подвижных частей завинчивающего устройства, патрона и резьбовой детали относительно оси OZ\\ Ма - активный момент вращения на шпинделе;

ML - момент сопротивления вращения от гистерезисного трения в пружинах, трения гайки о плиту 4, трения качения конца резьбовой детали по поверхности узла;

Cj - вес завинчивающего устройства; а г вес шпильки длиной 1\\ <3} - вес патрона длиной fa

/з - расстояние от плиты до центра масс завинчивающего устройства;

М/=К{9 - изгибающий момент пружины 3 патрона; A/j = Kfi - изгибающий момент пружины податливого крепления 5; К1К2 - коэффициенты пропорциональности или угловые жесткости пружин;

Pj - реакция болта на плиту 4;

r - расстояние от оси завинчивающего устройства до оси крепления болта;

т — масса системы.

Исследуемая механическая система - система переменной структуры.

На первой этапе осуществляется подвод вращающейся детали к узлу до момента касания по закону:

S = v-/, (2)

где 5 - перемещение плиты 4; v - скорость опускания; t - время опускания.

На втором этапе обеспечивается сканирование концом соединяемой детали поверхность узла (автопоиск отверстия).

При установившемся движении, когда со = const, учитывая малость 6 и 8 из первых двух уравнений системы (1), имеем равенство Ма и Мс, тогда:

w = 03 = 6 = const. (3)

и

Прецессионное движение механической системы при перекатывании резьбовой детали по плоскости узла происходит с угловой скоростью вращения шпинделя.

Решая третье уравнение системы (1) при z~v-t и эквивалентной жесткости пружин Сэкв = 0+ Ci - С, получим закон нутационного движения системы:

Нутационное движение системы в совокупности с прецессионным обеспечивают движение концу резьбовой детали по траектории близкой к спирали Архимеда, что и гарантирует автопоиск соединяемой деталью резьбового отверстия. При значительном шаге спирали Архимеда конец соединяемой детали может не попасть в отверстие. На основе теоремы о мгновенном центре поворота найдено предельное значение скорости опускания плиты V, при котором конец детали всегда попадет в отверстие:

(5)

где D - диаметр резьбового отверстия.

На третьем этапе движения происходит попадание и невыход конца соединяемой детали из отверстия. Это условие доказано проф. Ю.З. Житниковым:

л 2 —<а<—л 2 3

(6)

где а - центральный угол, образованный точками пересечения траектории движения конца детали резьбового отверстия.

Это необходимое, но недостаточное условие попадания и невыхода конца резьбовой детали из отверстия.

Шпилька в результате удара о фаску отверстия может выйти из зоны отверстия.

Первый случай. После удара шпилька-патрон может переместиться вдоль оси шпинделя и выскочить из впадины, образованной фаской.

На основании теоремы о движении центра масс системы патрон -шпилька найдено выражение предельной угловой скорости вращения шпинделя, при которой после удара конец шпильки не выйдет из зоны отверстия:

где Ь\ - высота фаски,

к - круговая частота колебаний системы патрон - шпилька

а1 - предварительная деформация пружины патрона; h1 - коэффициент восстановления при ударе /Ы = 0,4...0,6); - угол наклона фаски резьбового отверстия.

Второй случай. После удара система патрон - шпилька повернется вокруг штифта крепления патрона к шпинделю завинчивающего устройства и выйдет из зоны отверстия. Условие, при котором К\< Кг. Воспользовавшись уравнением вращательного движения системы патрон -шпилька, найдена предельная угловая скорость, при которой конец шпильки не выйдет из зоны отверстия:

+ а, • сое 0 к

(7)

ш =

/2,л/2(/, +/2)5Ш2 б-созв-этр'

м<

¿>, - А, е-*,

(8)

А,л/2 -(/, +/2)5т0соз2 ОэтР А,л/2 -втОвт р-соэв

где Ш - круговая частота колебаний;

1х - момент инерции системы патрон - шпилька относительно оси

ОХ.

Третий случай. После удара вся система вместе с завинчивающим устройством повернется вокруг крепления пружины 5 к плите 4, при условии,ЧТО К1>К2

Предельная угловая скорость запишется:

ю <-

соэб

(9)

где

А, л/2 • (/,

к2 - круговая частота колебаний.

Ъ - расстояние от конца шпильки до плиты 4 при недеформирован-ной пружине 3;

J1 - момент инерции всей системы относительно оси ОХ.

Четвертый этап движения - угловое совмещение осей соединяемых резьбовых деталей.

а) Для случая, когда отсутствует деформация пружин 5,6. После попадания и невыхода конца резьбовой детали из зоны отверстия вся система начинает двигаться относительно впадины, образованной фаской на поверхности узла. Следовательно, в системе уравнений (1) изменится третье уравнение - уравнение нутационного движения, которое примет вид:

где а - предварительная деформация пружины 5.

После интегрирования уравнения (10) закон нутационного движения системы запишется:

'■--ЫУ^Н-

(И)

где - начальный угол перекоса осей соединяемой детали и резьбового отверстия;

к - круговая частота колебаний системы (к2 - это выражение стоящее перед 01 в уравнений 10);

А - правая часть уравнения (10).

С учетом прецессионного движения с угловой скоростью (3) и нутационного движения системы по закону (11) имеем расходящиеся колебания системы относительно оси Zb которые приведут к сближению осей Z\ и Z и будут выполнены условия сборки резьбовых деталей, а следовательно, начнется наживление резьбовых деталей.

б) Для случая, когда пружина податливого подвеса деформируется, дифференциальное уравнение нутационного движения запишется:

D- средний диаметр пружины;

а' - жёсткость витка пружины на кручение;

Е - модуль упругости материала пружины первого ряда.

График зависимости 9, = /(С.Ле) показан на рис. 2 -теоретическая зависимость.

Из графика следует, что при малых значениях жёсткости податливого подвеса предельные значения углов перекоса и относительного смещения осей соединяемых деталей, при которых гарантируется надёжное автоматическое совмещение осей, может в несколько раз превосходить значения, согласно условиям собираемости, обоснованным проф. А.А.Гусевым.

Следовательно, теоретически доказана возможность автоматизированной сборки резьбовых деталей на основе предложенного способа и конструктивного исполнения сборочного устройства.

С к/мм

Рис.2. График зависимости 8

В четвертой главе приведено экспериментальное подтверждение работоспособности теоретически обоснованного метода пассивной адаптации соединяемых резьбовых деталей при неустойчивом движении завинчивающего устройства в процессе доориентации.

Исследования проводились на экспериментальной установке (рис. 3), представляющей собой автоматизированное сборочное устройство, в условиях производства.

Вид спереди Вид сбоку

Рис. 3. Экспериментальная установка

Сравнивались значения предельных углов перекоса и относительных смещений осей соединяемых деталей при наличии неустойчивого движения завинчивающего устройства и без него. Установлено, что в зависимости от расстояния конца соединяемой детали до плиты наличие неустойчивого движения завинчивающего устройства расширяет возможности автоматизированной доориентации более чем вдвое.

Например, автоматизированное относительное совмещение осей резьбовых деталей 08 мм при отсутствии неустойчивого движения составляло 2,5...3 мм, при неустойчивом - до 6 мм, в то время как при жестком креплении завинчивающего устройства к исполнительному органу сборочного оборудования эта величина не превышает 1,37 мм.

Погрешности предельных углов перекоса осей соединяемых деталей, полученных теоретически и экспериментально, не превышают 15___18%.

Значительное расширение возможностей автоматизированной до-ориентации соединяемых деталей позволит снизить точность изготовления элементов сборочного оборудования, повысить качество и производительность сборки изделий.

Пятая глава посвящена разработке методики расчета параметров элементов устройств сборки, в основу которых положен метод пассивной адаптации соединяемых деталей при неустойчивом движении завинчивающего устройства.

Главным параметром устройства является податливое крепление, жёсткость пружины которого следует определить.

По методике определяются следующие параметры: требуемый момент затяжки резьбового соединения; принцип действия и геометрические размеры патронов для удержания резьбовой детали;

предельная частота вращения шпинделя завинчивающего устройства, при которой гарантируется надежное автоматическое наживление и сборка;

методом крутильных колебаний момент инерции завинчивающего устройства относительно оси симметрии;

диаметр пружины подвеса из условия устойчивости завинчивающего устройства при минимальном угле перекоса;

угловая жёсткость пружин подвеса, патрона, фланца; предельная скорость опускания плиты исполнительного органа сборочного оборудования;

минимальный зазор между болтами крепления фланца завинчивающего устройства к плите;

исходный угол перекоса осей соединительных деталей; предельный угол перекоса осей соединяемых деталей при использовании программы Matched Professional 7,

параметры пружины подвеса - диаметр проволоки, расстояние между витками пружины.

На основе этой методики спроектировано сборочное устройство, которое использовалось при экспериментальных исследованиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ

В диссертационной работе решена задача расширения возможностей автоматизированной доориентации резьбовых деталей при их сборке на основе выявленных закономерностей, действующих при неустойчивом движении корпуса завинчивающего устройства с податливым креплением.

Это позволило снизить требования к точности изготовления при создании сборочных устройств.

1. Теоретически обоснован способ и экспериментально подтверждена работоспособность устройств, разработанных на основе пассивной адаптации деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям, который включает:

- условия автопоиска (сканирования) концом соединяемой детали отверстия на поверхности узла, определяемого законами прецессионного и нутационного движения корпуса завинчивающего устройства;

- условия невыхода конца соединяемой детали из зоны отверстия в зависимости от траектории пересечения соединяемой деталью зоны резьбового отверстия;

- предельные режимы вращения шпинделя завинчивающего устройства в зависимости от параметров соединяемых деталей и устройства завинчивания, при которых гарантируется невыход конца детали из зоны резьбового отверстия;

- условия углового совмещения осей соединяемых деталей в зависимости от параметров завинчивающего устройства и соединяемых деталей;

- структурную схему управления процессом сборки деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям, с активными обратными связями;

- кинематическую схему устройства дооринтации деталей, спрягаемых по резьбовым поверхностям, с пассивными обратными связями.

2. Экспериментальные значения параметров перекоса углов осей соединяемых деталей, режимов работы оборудования отличаются от теоретических не более, чем на 15... 18 %.

3. Разработана методика практического расчета параметров устройств автоматизированной сборки деталей, сопрягаемых но резьбовым поверхностям, с пассивными средствами адаптации.

4. Работоспособность устройств автоматизированной сборки деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям, доказаны в условиях про-

изводства. Возможности доориентации соединяемых деталей расширены практически вдвое, и относительное совмещение осей может быть обеспечено при смещениях от 6 мм и более.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих работах:

1. Симаков А.Л., Житников Ю.З., Воркуев Д.С. Автоматизированный комплекс сборки бортовой передачи трактора Т-25// Сборка в машиностроении и приборостроении. - М.: «Машиностроение». 2003. № 8.

2. Житников Б.Ю., Воркуев Д.С, Балуков С.А. Устройство для завинчивания болтов// Сборка в машиностроении и приборостроении. -М: «Машиностроение». 2002. № 8.

3. Воркуев Д.С. Пути решения проблемы автоматизированной сборки изделий// Управление в технических системах. - XXI век.: Сборник научных трудов. Ковров, КГТА. 2000.

4. Кабаева О.Н., Воркуев Д.С, Коробова М.И. Способ автоматизированного совмещения податливой детали с базовой поверхностью// Производственные технологии и качестзо продукции.: Материалы научно-технической конференции. Владимир. ВГУ. 2003.

5. Кабаева О.Н., Воркуев Д.С, Коробова М.И. Стабилизация движения податливых деталей в деформированном состоянии// Производственные технологии и качество продукции.: Материалы научно-технической конференции. Владимир. ВГУ. 2003.

6. Воркуев Д.С. Обоснование способа пассивной адаптации резьбовых деталей при автоматизированной сборке// Производственные технологии и качество продукции.: Материалы научно-технической конференции. Владимир. ВГУ. 2003.

04-1*702

Изд. лиц. № 020354 от 05.06.97 г. Подписано в печать 21.05.2004 г. Формат 60x84/16. Бумага писчая №1. Гарнитура «Тайме». Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,16. Уч. изд. л. 1,14. Тираж 100 экз. Заказ 432.

Введение

Глава 1. Анализ существующих способов и технических средств автоматизации сборки деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям. Цель и задачи работы.

1.1 Анализ методов и конструкций устройств сборки деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям.

1.1.1. Устройства с активными средствами адаптации

1.1.2. Устройства с пассивными средствами адаптации

1.2 Цель и задачи работы.

Глава 2. Обеспечение структурной схемы управления и кинематики устройств, обеспечивающих расширение возможностей доориентации резьбовых деталей при автоматизированной сборке.

2.1 Обоснование структурной схемы управления устройств, обеспечивающих доориентацию резьбовых деталей в процессе автоматизированного наживления и завинчивания.

2.2 Разработка кинематической схемы устройства, обеспечивающего расширение возможностей доориентации резьбовых деталей, при автоматизированной сборке.

Глава 3. Теоретическое обоснование работоспособности средств адаптации, обеспечивающих надёжную автоматизированную сборку резьбовых соединений.

3.1 Теоретическое обоснование доориентации соединяемых 52 деталей.

3.2 Способ пассивной адаптации деталей при податливом 96 креплении завинчивающего устройства с переменной угловой жёсткостью. Условия собираемости при автоматизированноой сборке.

Глава 4. Экспериментальное подтверждение работоспособности 99 сборочных устройств при доориентации соединяемых деталей, разработанных на основе доказанного способа пассивной адаптации деталей.

4.1 Экспериментальный способ для исследования процесса 99 автоматизированного совмещения соединяемых деталей и их сборки.

4.2 Экспериментальное подтверждение предельных углов 107 перекоса осей соединяемых деталей, при которых обеспечивается надёжная доориентация.

4.3 Экспериментальное подтверждение режимов работы 114 сборочного оборудования.

Глава 5. Методика определения параметров податливого крепления завинчивающего устройства.

Автоматизация производства является важнейшим направлением развития промышленности.

Автоматизация позволяет снизить трудоёмкость, а следовательно, повысить производительность труда, надёжность изготовления, сборки и эксплуатации изделий, исключить травматизм и тяжёлый однообразный физический труд, вредное воздействие на человека вибрации, шума, пыли, отравляющих веществ и других факторов, а главное, обеспечить стабильное и высокое качество изделий. Итогом автоматизации является повышение роли человека в производственном процессе.

В настоящее время в промышленно развитых странах мира уровень автоматизации обрабатывающих операций составляет 90. .95 %, а сборочных -7. 12%.

Эти работы выполняются на автоматических линиях с применением роботизированных систем. Трудоёмкость сборки изделий составляет 35 % от общей трудоёмкости при создании машин, а стоимость этих работ в машиностроении достигает 50 %. При сборке изделия наиболее широко применяются резьбовые соединения. Так в легковом автомобиле среднего класса используется крепёжных деталей до 2,5. .3 тысяч, а в автомобильной промышленности мира ежегодно собирается 6* 1010 резьбовых соединений.

Главным фактором, сдерживающим автоматизированную сборку машин и механизмов, является исключительная сложность обеспечения точного совмещения сопрягаемых поверхностей соединяемых деталей.

В настоящее время профессором Житниковым Ю.З. разработан метод пассивной адаптации деталей соединяемых по резьбовым и цилиндрическим поверхностям, который позволяет собирать эти соединения при значительных (до 3 мм) относительных смещениях осей.

Расширение этого диапазона значительно снизит затраты в производстве. На основании этого можно утверждать, что существует задача расширения диапазона доориентации деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям при автоматизированной сборке, обеспечивая высокое качество изделий. Целью настоящего исследования является расширение технологических возможностей собираемости резьбовых деталей, на основе автоматической доориентации при неустойчивом движении корпуса завинчивающего устройства.

Научная новизна:

1. Теоретически обоснован способ пассивной адаптации деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям, при неустойчивом движении корпуса завинчивающего устройства с податливым креплением при автоматизированной сборке изделий, который включает:

- условия автопоиска (сканирования) концом соединяемой детали отверстия на поверхности узла, определяемого законами прецессионного и нутационного движения корпуса завинчивающего устройства;

- условия невыхода конца соединяемой детали из зоны отверстия в зависимости от траектории пересечения соединяемой деталью зоны резьбового отверстия;

- предельные режимы вращения шпинделя завинчивающего устройства в зависимости от параметров соединяемых деталей и устройства завинчивания, при которых гарантируется невыход конца детали из зоны резьбового отверстия;

- условия углового совмещения осей соединяемых деталей в зависимости от параметров завинчивающего устройства и соединяемых деталей;

- структурную схему управления процессом сборки деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям, с активными обратными связями;

- кинематическую схему устройства доориентации деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям, с пассивными обратными связями. Практическая ценность:

1. Разработана методика определения параметров податливого крепления завинчивающего устройства при сборке соединяемых деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям.

2. Разработаны и опробованы в условиях производства (ОАО «Завод имени В. А. Дегтярёва», г. Ковров) оригинальный способ и конструкция устройства автоматизированной сборки деталей, сопрягаемых по резьбовым поверхностям на основе метода пассивной адаптации.

1. Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении. Под общей редакцией Н.М.Капустина. - М., 1985. 304с.

2. Айдман Д. Комплексные автоматические линии для автомобильного производства. М.:НИИмаш. 1978, 67с.

3. Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов, М. Машиностроение, 1981, 392с.

4. Арендт В.Р., Сэвент К.Дж. Практика следящих систем. M.-JL, Госэнерго-издат, 1962, 556с.

5. Бакшис В.П. Разработка теории и средств автоматической сборки на основе вибрационных методов направленного совмещения сопрягаемых поверхностей деталей. Диссертация докт.техн.наук. Ленинград, 1991,446с.

6. Балакшин B.C. Основы технологии машиностроения. Кн.2.-М., 1982, 366с.

7. ВайнбергМ.А., Лебедовский М.С. Оценка степени подготовленности изделий к автоматизированной сборке машин. М.: Машиностроение, 1976, 254с.

8. Вейц В.Л., Фридман Л.И. Электромеханические зажимные устройства станков и станочных линий. Л.; Машиностроение, 1973,264с.

9. Вороненко В.П. Повышение эффективности сборочных машиностроительных производств путём обеспечения гибкости технологических процессов и структур подразделений. Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук. -М.,1997.

10. Гельфанд М.Л., Ципенюк Я.Н., Кузнецов O.K. Сборка резьбовых соединений.-М., 1976, 109с.

11. Горбатенко В.Н., Житников Ю.З. Выбор оптимальной угловой скорости вращения оси гайковёрта при завинчивании шпилек. Сб. науч.Тр.- Владимир: Влад.политехн.ин-т//Динамика механических систем. 1989, с. 108110.

12. Гусев А.А. Адаптивные устройства сборочных машин. -М., 1979.

13. Гусев А.А. Технологические основы автоматизированной сборки изде-лий.-М., 1982.

14. Гусев А.А. Автоматизация сборки зубчатых передач. ВИНИТИ. Сер.Технология и оборудование механосборочного производства. 190, 155с.

15. Гусев А.А. Автоматизация сборочных работ. М.: Энергия, 1975, 62с.

16. Дальский а.М., Кулеков З.Г. Сборка высокоточных соединений в машиностроении.- М., 1988, 303с.

17. Житников Ю.З. Автоматизация сборки изделий с резьбовыми соединениями. Учебное пособие. 4.1. Теоретические основы автоматизированной сборки изделий с резьбовыми соединениями.-Ковров, 1996.

18. Житников Ю.З., Проньков В.А. Многошпиндельный автомат.//- Автомобильная промышленность. 1990. №11, с.27.

19. Житников Ю.З. способы доориентации сопрягаемых поверхностей при автоматизированной сборке.// -Автоматизация и современные технологии.- 1992, №9, с.9.

20. Замятин В.К. Технология и автоматизация сборки. М.: Машиностроение, 1993,464с.

21. Зенков Р.Л. и др. Справочник. Конвейеры/ Под общей редакцией Ю.А.Петрена// М.; Машиностроение. 1984, 367с.

22. Ивановский К.Е., Оболенский А.С. Перегрузочные устройства конвейеров штучных грузов. М.: Машиностроение, 1966. 208с.

23. Ивановский К.Е. Роликовые и дисковые конвейнры и устройства. М.: Машиностроение. 1973.215с.

24. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: «Наука». 1976. 576с.

25. Камышин Н.А. Автоматизация загрузки станков. М.; Машиностроение. 1977. 288с.

26. Корсаков B.C. Автоматизация производственных процессов. М.: 1978. 396с.

27. Косилов В.В. Технологические основы проектирования автоматического сборочного оборудования. -М., 1976. (Серия. Библиотека технолога). 248с.

28. Лебедовский М.С., Вейц В.Л., Федотов А.Н. Научные основы автоматизации сборки. JL: Машиностроение. 1985, 316с.

29. Малов А.Н., Иванов Ю.В. Основы автоматизации производственных процессов. М.: Машиностроение. 1974.

30. Москалёв В.В. Упругие элементы точных механизмов.: Учебное пособие. 4.2. М., 1967.

31. Научные основы автоматизации сборки машин и механизмов/ Под общей ред. М.П.Новикова.-М., 1976.

32. Пановко Я.Г. ВВедение в теорию механических колебаний. -М., 1971.

33. Прогрессивная технология и автоматизация сборки. 4.1. Отработка и оценка технологичности конструкций изделий в автоматической сборке: Руководящий технический материал. -М., 1990.

34. Сукацкий М.Е., Фишман Ф.Т., Мандриков В.М. Сборочное оборудование КамАЗа. М.: Машиностроение. 1985.

35. Управление дискретными процессами в ГПС. Под ред. проф. Л.С.Ямпльского. -Киев, «Техника», 1992, 256с.

36. Ямпольский JI.C., Полищук М.Н. Оптимизация технологических процессов в гибких производственных системах. К.: «Техника», 1988,175с.

37. Яхимович В.А. Ориентирующие механизмы сборочных автоматов. М.: Машиностроение, 1975, 165с.

38. Яхимович В.А., Хишин Ю.А. К вопросу определения технологичности изделий с точки зрения автоматизации их сборки.// Изв.Вузов. Машиностроение, 1973, № 7, с.168.

39. Загрузочное устройство: А.с. 1484574 СССР, МКИ В 23 Q 7/02/ Житников Ю.З. и др. Б .И. № 14,1992.

40. Загрузочное устройство. А.с. 1726198 СССР, МКИ В 23 Q 7/10/ Житников Ю.З. и др. Б.И. № 14, 1992.

41. Загрузочное устройство: А.с. 1357190 СССР, МКИ В 23 Q 7/10/ Житников Ю.З. и др. Б.И. № 45,1987.

42. Загрузочное устройство: А.с. 1521558 СССР, МКИ В 23 Q 7/10/ Голованов И.Е. Б.И. № 42,1989.

43. Многопозиционный сборочный автомат: А.с. 1463423 СССР, МКИ В 23 Р 21/00/ Житников Ю.З. и др. Б.И. № 9,1989.

44. Сборочный автомат: А.с. 1549714 СССР, МКИ В 23 Р 21/00/ Житников Ю.З. и др. Б.И. № 10,1990.

45. Устройство для транспортировки и ориентированной перегрузки деталей: А.с. 1370029 СССР, МКИ В 65 С 47/24/ Житников Ю.З. и др. -Б.И. №41, 1991.

46. Устройство для запрессовки штифтов в корпусную деталь: А.с. 1355432 СССР, МКИ В 23 Р 19/02/ Житников Ю.З. и др. Б.И. №> 44, 1987.

47. Устройство для поштучной выдачи деталей: А.с. 1073070 СССР, МКИ В 23 Q 07/00/ Гришин И.Ф. и др. -Б.И. № 6, 1984. Устройство для запрессовки штифтов: А.с. 1637997 СССР, МКИ В 23 Р 19/02/ Житников Ю.З. и др. -Б.И. № 12, 1991.

48. Устройство для подачи деталей: А.с. 1323330 СССР, МКИ В 23 Q 7/02/ Житников Ю.З. и др. -Б.И. № 26,1987.

49. Устройство для подачи деталей: А.с. 1397247 СССР, МКИ В 23 Q 7/02/ Житников Ю.З. и др. -Б.И. № 45, 1987.

50. Устройство для сборки деталей: А.с. 921754 СССР, МКИ В 23 В 19/04/ Попа В.М. и др. -Б.И. № 15, 1982.

51. Федотов М.В. Обоснование метода пассивной адаптации деталей, соединяемых по цилиндрическим поверхностям в сборочном оборудовании./Сборник научных трудов КТТА.- Ковров: КГТА, 1998.

52. Симаков A.JL, Федотов М.В. Анализ функциональной модели автоматизированной системы сборки утоютнительных устройств. Системы управления -конверсия- проблемы: Материалы научно-технической конференции. Ковров, КГТА, 1996,184с.

53. М.В.Федотов, Е.Ю. Пантелеев, В.Ю.Крылов. Метод и устройство автоматизированной сборки деталей, сопрягаемых по цилиндрическим поверхностям с зазором. Владимирский центр научно-технической информации. ил. № 17-99, серия Р.55.18.19,1999.

54. Е.Ю.Пантелеев, М.В.Федотов, В.Ю.Крылов. Устройство для запрессовки штифтов. Владимирский центр научно-технической информации, и.л. № 10-99, серия Р.55.18.19, 1999.

55. Крылов В.Ю., Симаков A.JL, Федотов М.В., Пантелеев Е.Ю. Автомат с устройством выдачи шпилек поворотом планшайбы. Владимирский центр научно-технической информации, и.л. № 14-99. серия Р.55.18.19, 1999.