автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Разработка и исследование автоматов коррекции заготовок керамических дисковых конденсаторов и резонаторов

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ОПЕРАЦИЙ КОРРЕКЦИИ ЗАГОТОВОК КОНДЕНСАТОРОВ И РЕЗОНАТОРОВ.

1.1. Обзор работ по вопросам точности и производительности оборудования для коррекции заготовок радиодеталей.

1.2. Постановка задач исследований и разработки конструкций автоматов коррекции заготовок конденсаторов и резонаторов по условиям заданной точности

Выводы по главе I.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК КЕРАМИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ И РЕЗОНАТОРОВ

2.1. Конструктивные особенности и требования к заготовкам керамических конденсаторов и резонаторов

2.2. Схема формирования потока качества заготовок дисковых керамических конденсаторов по емкости.

2.3. Математическая модель точности процесса формирования емкости заготовок дисковых керамических конденсаторов

2.4. Статистические характеристики основных параметров заготовок конденсаторов

2.5. Особенности технологического процесса изготовления заготовок керамических резонаторов

2.6. Статистические характеристики распределения резонансной частоты заготовок керамических резонаторов перед коррекцией.

Выводы по главе 2.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМАТОВ КОРРЕКЦИИ ЗАГОТОВОК КОНДЕНСАТОРОВ И РЕЗОНАТОРОВ С ЗАДАННОЙ ТОЧНОСТЬЮ.

3.1. Выбор схемы обработки и структуры автоматов коррекции заготовок конденсаторов и резонаторов

3.2. Погрешности автоматической коррекции заготовок конденсаторов и резонаторов.

3.3. Математическая модель точности процесса коррекции заготовок конденсаторов и резонаторов

3.4. Оптимизация производительности автоматов коррекции при случайных вариациях характеристик заготовок и условий обработки.

Выводы по главе 3.

4. РАЗРАБОТКА АВТОМАТОВ КОРРЕКЦИИ.

4.1. Требования к механизмам подачи автоматов коррекции

4.2. Синтез механизмов подач автоматов коррекции

4.3. Конструктивные особенности автоматов коррекции заготовок конденсаторов и резонаторов

Выводы по главе 4.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОЧНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ АВТОМАТОВ КОРРЕКЦИИ ЗАГОТОВОК КОНДЕНСАТОРОВ И РЕЗОНАТОРОВ.

5.1. Определение фактических погрешностей автоматов коррекции

5.2. Расчет и экспериментальная проверка величин скоростей съема припуска при коррекции.

5.3. Точность и производительность автоматов коррекции

5.4. Технико-экономическая эффективность внедрения автоматов коррекции.

Неуклонное развитие всех отраслей народного хозяйства, намеченное на XI пятилетку решениями ХХУ1 съезда КПСС, ставит перед радиодеталестроением задачи увеличения выпуска и повышения качества дискретных элементов, включая керамические конденсаторы и резонаторы.

На современном этапе развития электронной техники потребность в керамических конденсаторах и резонаторах повышенной точности возрастает в связи с непрерывным процессом улучшения качества и повышения технических характеристик бытовой и специальной электронной аппаратуры. При массовом выпуске керамических конденсаторов и резонаторов, достигающем сотни миллионов штук в год, и значительной номенклатуре типономиналов актуальными остаются проблемы снижения затрат на изготовление этих изделий с требуемой точностью.

Особенности технологических процессов изготовления заготовок керамических конденсаторов и резонаторов приводят к значительному разбросу получаемых электрических параметров, а измерены они могут быть только на окончательных операциях. Обеспечение заданной точности заготовок по электрическим параметрам достигается введением операций коррекции, на которых электрические параметры заготовок доводятся до номинальных значений с заданной точностью.

В условиях массового производства операции коррекции заготовок должны выполняться на автоматическом оборудовании, только при этом условии может быть обеспечена низкая трудоемкость их изготовления.

Создание автоматического оборудования для коррекции заготовок керамических конденсаторов и резонаторов сдерживалось из-за отсутствия теоретических основ проектирования подобного оборудования.

В сравнительно молодой отрасли - радиодеталестроении вопросы точности и производительности автоматической обработки на специальном технологическом оборудовании раскрыты еще недостаточно и требуют как теоретических, так и экспериментальных исследований.

Отсюда возникла актуальная необходимость исследовать особенности процессов формирования качества заготовок керамических конденсаторов и резонаторов и разработать обоснованные рекомендации, позволяющие проектировать автоматы коррекции заготовок конденсаторов и резонаторов.

При автоматической коррекции точность получения заданных электрических параметров заготовок радиодеталей зависит от таких факторов, как способ обработки, способ установки заготовки в контактном устройстве, быстродействие измерительных и исполнительных устройств, скорость съема припуска параметра. Если в процессе обработки заготовок изменение параметров заготовок происходит в сравнительно короткое время, как например при коррекции, и в течение реального времени запаздывания в срабатывании измерительных и исполнительных устройств продолжается обработка и соответствующее изменение параметра, то на точность обработки будет влиять выбор величины настройки автомата коррекции, до достижения которого ведется обработка. Действие перечисленных факторов приводит к погрешностям установки, температурным, измерения и запаздывания, которые и определяют величину суммарной погрешности.

Для того, чтобы суммарная погрешность обработки не выходила за рамки заданной точности заготовок радиодеталей, необходимы не только соответствующий выбор способа обработки и устройств установки, измерительных и исполнительных устройств, но также расчет допустимой величины скорости съема припуска и величины настройки автомата при коррекции заготовок. В соответствии с этим была сформулирована задача установления зависимости между точностью автоматической коррекции заготовок радиодеталей и составляющими погрешностями с учетом скорости съема припуска при коррекции и величины настройки.

Учитывая, что погрешности, возникающие при коррекции, носят случайный характер, решение поставленной задачи было выполнено с помощью вероятностной математической модели точности автоматической коррекции. В результате решения данной задачи установлены расчетные зависимости для величины допустимой скорости съема припуска при коррекции с заданной точностью, а также для величины настройки автомата коррекции.

Увеличение скорости съема припуска при коррекции заготовок ведет к повышению производительности, но одновременно увеличивает вероятность появления брака. В связи с этим решена важная задача оптимизации производительности, что позволяет рассчитывать скорость съема припуска и величину настройки автомата из условия обеспечения максимальной производительности при ограничениях на допустимые вероятности брака.

Рассчитанная оптимальная скорость съема припуска при коррекции обеспечивает оптимальную производительность. В диссертации рассмотрены условия и требования к конструкции автоматов коррекции, при которых скорость съема припуска в процессе коррекции заготовок конденсаторов и резонаторов остается постоянной и равной оптимальной.

При коррекции заготовок, припуск на обработку которых является случайной величиной со значительным рассеиванием, время коррекции заготовок с минимальными и максимальными припусками существенно отличается. Применительно к этим условиям установлена целесообразность проектирования автоматов коррекции с переменным циклом обработки. При переменном цикле обработки время цикла не является постоянной величиной, а определяется величиной припуска и длительностью обработки, и кинематика автоматов должна обеспечивать переход к обработке следующей заготовки после того, как на предыдущей заготовке снят необходимый припуск.

Цель работы:

Разработка научно-обоснованных методов проектирования автоматов коррекции заготовок конденсаторов и резонаторов, основанных на анализе особенностей технологических процессов их изготовления и расчетах точности и производительности автоматов коррекции.

Основные задачи:

1. Анализ технологических процессов изготовления заготовок керамических конденсаторов и резонаторов, выбор и обоснование параметров заготовок для коррекции.

2. Выбор схем обработки заготовок и структуры автоматов коррекции.

3. Построение математической модели точности автоматической коррекции.

4. Оптимизация производительности автоматов коррекции с переменным циклом обработки при заданных ограничениях на брак.

5. Использование разработанных рекомендаций для создания автоматов коррекции.

6. Экспериментальное исследование точности и производительности автоматов коррекции.

Основные научные результаты диссертации:

I. Получены аналитические выражения для расчета статистических характеристик распределения емкости заготовок дисковых керамических конденсаторов при их массовом производстве в зависимости от точности получения толщины заготовок, площади перекрытия электродов и диэлектрической проницаемости керамического материала. Обоснованы способы коррекции емкости уменьшением обкладки электрода с одной стороны заготовки конденсатора, и резонансной частоты - уменьшением диаметра заготовки резонатора.

2. Для выбранных двух схем коррекции: с вращающейся заготовкой при обработке конденсаторов и неподвижной заготовкой при обработке резонаторов определены погрешности, влияющие на точность коррекции.

3. Установлены аналитические зависимости скорости съема припуска при автоматической коррекции от заданной точности и характеристик погрешностей автоматов коррекции. Сформулированы требования к автоматам коррекции для обеспечения постоянной скорости съема припуска при коррекции.

4. Решена задача оптимизации производительности автоматов коррекции с переменным циклом работы при наложенных ограничениях на вероятности исправимого и неисправимого брака. Получены аналитические выражения оптимальной скорости съема припуска и величины настройки автоматов при коррекции. фактические результаты выполненной работы заключаются в создании впервые в нашей стране двух типов автоматов коррекции заготовок конденсаторов и резонаторов.

На конструкции автоматов коррекции заготовок конденсаторов и резонаторов получены два авторских свидетельства на изобретения. В производство внедрены две серии автоматов коррекции заготовок конденсаторов и резонаторов общим количеством - 8 штук. Для автоматизации процесса коррекции других типов радиодеталей: трубчатых конденсаторов KI0-38, резисторов МОН, резисторов СЗ-4 разработаны под руководством и личным участием автора и внедрены в производство - 30 автоматов.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Формирование качества заготовок керамических дисковых конденсаторов и резонаторов происходит на многочисленных операциях от обработки сырьевых материалов до конечного контроля при многофакторном влиянии рецептуры материалов, режимов обработки материалов и заготовок, состояния инструментов, оснастки и оборудования, температурных и силовых воздействий на заготовки. Отсутствует возможность промежуточного контроля в процессе производства параметров заготовок, определяющих их качество. Операция коррекции является важнейшей технологической операцией, позволяющей довести параметры заготовок до требуемых значений. До выполнения настоящей работы в нашей стране отсутствовало автоматическое оборудование для коррекции заготовок керамических дисковых конденсаторов и резонаторов с заданной точностью.

2. Точность при автоматической коррекции определяется совокупным действием случайных погрешностей, зависящих от выбора способов коррекции, инструментов, методов и средств измерения электрических параметров, режимов коррекции, а также от изменения электрических параметров заготовок при температурных и силовых воздействиях при коррекции.

3. Количественная и качественная оценка влияния случайных погрешностей на точность коррекции произведена с использованием методов теории вероятностей. С помощью построенной математической модели процесса точности автоматической коррекции установлены аналитические зависимости величины скорости съема припуска при коррекции, определяющей режимы обработки, от характеристик погрешностей и требований к точности заготовок.

4. Предложены аналитические зависимости определения цикловой производительности автоматов коррекции с переменным циклом обработки, то есть в условиях, когда время цикла - случайная величина, зависящая от припуска на обработку. Показано применительно к коррекции заготовок резонаторов увеличение производительности автоматов с переменным циклом обработки в 1,6 раза в сравнении с автоматом, работающим с постоянным циклом.

5. Разработана оригинальная схема дифференциального кулачкового механизма и методика расчета его кинематики для обеспечения малых подач алмазного круга при коррекции.

6. Разработаны, изготовлены и внедрены на Псковском заводе радиодеталей опытные образцы и промышленные серии двух типов автоматов коррекции: для заготовок керамических конденсаторов и для заготовок керамических резонаторов.

7. Результаты экспериментальных исследований и промышленной эксплуатации разработанных автоматов подтвердили правильность предложенных рекомендаций по расчету точности и производительности автоматической коррекции заготовок радиодеталей.

8. На основе выполненных исследований и разработок под руководством и при непосредственном участии автора в производство на Псковском заводе радиодеталей внедрены еще три серии автоматов коррекции заготовок конденсаторов KI0-38, резисторов СЗ-4 и резисторов МОН. Общее количество внедренных автоматов - 38. Получен годовой экономический эффект - 192 тыс.руб., высвобождение численности - 80 человек.

Предусмотрено продолжать разработку и оснащение заводов отрасли автоматами коррекции заготовок перспективных изделий: конденсаторов типа KM, KI0-9, KI0-23.

9. Решена важная народно-хозяйственная задача: разработка научно-обоснованных методов расчета и проектирования автоматов коррекции с заданной точностью массовых радиодеталей, выпускаемых электронной промышленностью: керамических конденсаторов и резонаторов.

1. Постановление ХХУ1 съезда КПСС по проекту ЦК КПСС "Основные направления развития народного хозяйства СССР на 1.8I-I985 годы" марта 1981г.-В кн.: Материалы ХХУ1 съезда КПСС.М.,1981.

2. А.С. 245197 (СССР). Автоматическое устройство для нарезки спиральной канавки на непроволочных резисторах/ А.С.Амельчен-ко, Ю.Л.Музыка и др. Опубл. в Б.И. ,1969,№19.

3. Абразивная и алмазная обработка материалов/ Справочник под ред. А.Н.Резникова- М.: Машиностроение, 1977.

4. Амосов И.С., Архаров А.П. Новая система активного контроля при шлифовании с компенсацией температурных погрешностей.- В кн.: Современные достижения в области чистовых методов обработки деталей машин.,Л.: ЛДНТПД976.

5. Амосов И.С., Иванов О.А. Погрешности обработки при активном контроле в процессе шлифования.-Л.: Труды ЛПИ им.М.И.Калинина №284,1967.

6. Антонян Г.Б. Выбор режимов обработки на автоматах продольного точения, исходя из требуемой точности изготовляемых деталей.-Дисс. . канд.техн.наук.-М. ,1972.

7. Базров Б.М. Повышение точности формы детали в продольном сечении на ст. токарной группы путем управления размером динамической настройки.-В сб.: Самоподнастраиващиеся станки/ Под общ.ред. Б.С.Балакшина-М.: Машиностроение, 1970.

8. Балакшин Б.С. Теория размерных цепей.-М.: 1939.

9. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения.-М. :Машгиз, 1969.

10. Богородицкий Н.П., Кальменс Н.В. и др. Радиокерамика.-М.: Госэнергоиздат,1963.

11. Бородачев Н.А. Анализ качества и точности производства.-М.: АН СССР,1946.12