автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка многорежимных вибрационно - ориентирующих устройств для резьбообразующих и сборочно-демонтажных операций

На правах рукописи

¿1

ЩЕРБАКОВ ЕВГЕНИЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МНОГОРЕЖИМНЫХ ВИБРАЦИОННО - ОРИЕНТИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ РЕЗЬБООБРАЗУЮЩИХ И СБОРОЧНО-ДЕМОНТАЖНЫХ ОПЕРАЦИЙ

Специальность: 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г з пап ¿013

005059897

Иркутск 2013

005059897

Работа выполнена в Забайкальском государственном университете.

Научный руководитель:

С.Я. Березин доктор технических наук, профессор кафедры «Технологических и биотехнических систем, автоматики и управления» Забайкальского государственного университета.

Официальные оппоненты: 1. Зайдес Семен Азикович - доктор

технических наук, профессор, зав.кафедрой машиностроительных

Защита состоится «13» июня 2013 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета Д 212.073.02 в Национальном исследовательском Иркутском государственном техническом университете по адресу: 664074, г. Иркутск-74, ул. Лермонтова, 83, корпус «К», в конференц-зале.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеках Иркутского государственного технического университета и Забайкальского государственного университета.

Автореферат разослан 1b-OS. 11 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные печатью организации, просим высылать по адресу: 664074, г.Иркутск, ул. Лермонтова, 83, ИрГТУ; ученому секретарю диссертационного совета Д 212.073.02 Валерию Михайловичу Салову.

e-mail.ru: salov@,istu.edu

Ученый секретарь

диссертационного совета

технологий и материалов

Иркутского государственного

технического университета.

2. Черепанов Анатолий Петрович - начальник бюро надежности Ангарской нефтехимической

компании, кандидат технических наук.

Ведущая организация:

Иркутский государственный

университет путей сообщения

кандидат технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современном автоматизированном сборочном производстве важное значение отводится работоспособности и эффективности действия ориентирующих устройств. Надежность выполнения переходов совмещения осей сопрягаемых деталей определяет и реализацию дальнейших переходов сборочного процесса. Разработка ориентирующих устройств является важнейшим этапом процесса проектирования сборочного оборудования. Неслучайно, что в современных условиях все чаще встречаются работы, посвященные данному вопросу, а инженерные конструктивные решения и методики расчетов постоянно совершенствуются.

Анализ функций существующих ориентирующих устройств показывает что они используются, в основном, для совмещения осей собираемых деталей и, частично, для обеспечения начального наживления. Других функций в них, как правило, не предусмотрено, что не позволяет им совмещать функции ориентирования, завинчивания, интенсификации резьбообразования и выполнять другие операции. Поэтому для повышения эффективности автоматизированных сборочных операций возникает актуальная проблема разработки таких устройств, которые позволяли бы участвовать во всех переходах резьбообразования и сборки соединений, а также применять их для ряда других операций, например для демонтажа соединений, и их разгрузки от остаточных моментов. Кроме того, необходимы устройства со способностью изменять режимы вибраций для адаптации к конкретному процессу. Это позволит расширить технологические возможности оборудования и повысить эффективность его использования. Таким образом, задача создания многорежимных вибрационно - ориентирующих устройств, предназначенных для ориентирования деталей, интенсификации сборочных и демонтажных операций, является актуальной.

Установленные в ходе анализа признаки ориентирующих устройств позволяют произвести их подробную систематизацию и разработать классификатор, системно представляющий их возможности и области применения.

Материалы диссертационной работы являются составной частью инициативной госбюджетной темы ЗабГУ №28 г/б «Разработка прогрессивных средств реализации сборочно-резьбообразующих операций» (№ госрегистрации 01201001696).

Цель работы: Повышение эффективности сборочных и

резьбообразующих процессов на основе разработки и применения многорежимных вибрационно-ориентирующих устройств, работающих в низкочастотном диапазоне.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ проблем, возникающих в процессах резьбонарезания, сборки и демонтажа резьбовых соединений;

- систематизация известных устройств для вибрационной сборки и резьбообразования, установление комплекса системообразующих признаков;

- разработка научно обоснованной методики оценки эффективности применения универсальных многорежимных вибрационно-ориентирующих устройств в автоматизированных процессах обработки резьбы, сборки и демонтажа соединений;

- разработка математических моделей динамики движения активных узлов ориентирующего устройства и взаимодействия соединяемых деталей в начальный момент сопряжения;

- проведение серий экспериментальных исследований динамических рабочих характеристик устройства и факторов, определяющих эффективность его применения;

- проведение серий экспериментальных исследований технологических возможностей вибрационного устройства в процессах разгрузки резьбовых соединений от остаточных моментов и демонтажа соединений;

- разработка компьютерной модели работы вибрационно-ориентирую-щего устройства и информационно-поисковой системы с наглядным графическим интерфейсом;

- разработка технических рекомендаций по применению эффективных режимов работы устройства при ориентировании деталей, активации при резь-бообразовании, демонтаже соединений и разгрузке от остаточных моментов.

Научная новизна работы

- на основе установленной совокупности признаков, расположенных в приоритетном порядке, разработан классификатор подробной систематизации вибрационно-ориентирующих устройств;

- разработана математические модели динамики вибрационных движений активных элементов ориентирующего устройства и динамики взаимодействия соединяемых деталей в начальный момент сопряжения;

- впервые установлена структура остаточного момента в собранных резьбовых соединениях различного типа, позволяющая оценить его значения

расчетным путем;

экспериментально исследованы определяющие факторы резьбонарезных и сборочных операций, формирующие показатели эффективности применения вибрационно-ориентирующего устройства;

- разработана система компьютерного моделирования работы вибрационно-ориентирующего устройства и информационно-поисковая система для выбора наиболее эффективных режимов работы устройства.

Практическая ценность работы заключается в разработке_ нового типа универсального многорежимного вибрационного устройства для ориентирования, наживления, монтажа и демонтажа резьбовых соединении, работающего в низкочастотном диапазоне вибраций. Разработаная программа компьютерного моделирования процессов монтажа резьбового соединения позволяет оперативно назначить оптимальные режимы работы универсального многорежимного вибрационного устройства для различных операций.

Новизна технической разработки подтверждается патентом на полезную модель №110321 от 20.11.2011г. и свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011617263 от 19.09.2011г. «Информационно-поисковая система выбора режимов активации автоматизированных процессов резьбообразования и сборки на основе многорежимного вибрационного ориентирующего устройства».

Методы исследования. В работе сочетаются теоретический анализ и физический эксперимент. В теоретических исследованиях использован аппарат аналитической геометрии и анализа дифференциальных уравнении.

В экспериментальных исследованиях использовалась статистическая обработка данных с применением метода теории вероятности, методы планирования экспериментов и многофакторного регрессионного анализа с помощью пакета статистических программ Statistica 6.0 (StatSoft). Исследования проводились с использованием как специальных, так и стандартных измерительных устройств и установок.

Достоверность результатов исследований определяется корректным использованием математического аппарата, который основывается на использовании теоретической части (теоретическая механика, математическии анализ), методах математической статистики и оптимизации, сравнение расчетных данных с эмпирическими данными для определения адекватности модели.

Реализация результатов работы. Диссертационная работа выполнялась в рамках госбюджетной темы ЗабГУ №28 г/б «Разработка прогрессивных средств реализации сборочно-резьбообразующих операций» (№ госрегистрации 01201001696). Технические разработки переданы в Читинский межотраслевой центр научно-технической информации и опубликованы в информлистке № 75004-12 Разработки демонстрировались в павильоне международной выставки «Инновации-2011» Забайкальского краевого выставочного центру Конструкторская документация на устройство передана для внедрения на ОАО «Машзавод».

На защиту выносится:

- конструкция нового универсального многорежимного вибрационного ориентирующего и активирующего устройства, работающего в режиме колебаний низких частот; „

- методика теоретических и экспериментальных исследовании эффективности работы вибрационно-ориентирующего устройства;

- математические модели динамики движения активного органа универсального многорежимного вибрационного устройства и динамики вибрационного взаимодействия собираемых деталей в начальный момент сопряжения;

- физические экспериментальные установки для изучения динамических характеристик универсального многорежимного вибрационного устройства и показателей реализуемых технологических операций;

- результаты экспериментальных исследований показателей, определяющих эффективность работы устройства на различных режимах;

- программа компьютерного моделирования вибрационных режимов работы устройства, информационно-поисковая система выбора оптимальных режимов вибраций для различных операций и условий;

- технические рекомендации по применению эффективных режимов работы устройства при ориентировании деталей, активации при резьбонареза-нии,демонтаже соединений.

Апробация. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

• IX Международной научно-практической конференции "молодежь Забайкалья: дорога в будущее" (Чита, 2005);

• III Международной научно-технической конференции. "Прогрессивные технологии в современном машиностроении". (Пенза 2007);

• VI Всероссийской научно-практической конференции "Кулагинские чтения" (Чита, 2007);

• VII Всероссийской научно-практической конференции "Кулагинские чтения" (Чита, 2008);

• VI Международной научно-практической конференции "Материалы и технологии 21 века" (Пенза, 2008);

• Международной заочной научно-практической конференции. "Проблемы повышения качества производства и услуг" (Чита, 2009);

• II Всероссийская научно-практическая конференция (Чита, 2009);

• IX Всероссийская научно-практическая конференция "Кулагинские чтения" (Чита, 2009);

• XXXVI научно-практическая конференция студентов, магистрантов и аспирантов (Чита, 2009);

• Материалы Всероссийской научно-технических конференции. "Современные промышленные технологии" (Нижний Новгород, 2010);

• ГОУ ВПО IX Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием "Механики -21 веку" (Братск, 2010);

• X Международная научно-практическая конференция "Кулагинские чтения" (Чита, 2010);

• Проблемы повышения качества производства и услуг. Международная заочная научно-практическая конференция (Чита, 2010);

• Экспонат устройства демонстрировался на международной промышленной выставке «Инновации - 2011» Забайкальского краевого выствочного центра.

Работа докладывалась на объединенном заседании кафедр «Технология машиностроения», «Автоматизация производственных процессов», «Технология металлов и конструирование» Забайкальского государственного университета и научном семинаре факультета «Технология и компьютеризация машиностроения» национального исследовательского Иркутского государственного

технического университета.

. Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 18 научных работ, из них 2 статьи в ведущих научных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ, получен патент на полезную модель №110321 от 20.11.2011г. и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011617263 от 19.09.2011г. Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Содержит 172 страниц машинописного текста, 86 рисунков, 19 таблиц, список литературы, включающий 132 наименований, одного приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определена область исследования, также определены основные положения, выносимые на защиту. В первой главе произведен обзор литературы по теме диссертации, проанализировано современное состояние ориентирующих механизмов а также их область применения. Анализ функций существующих известных ориентирующих устройств и устройств, предназначенных для интенсификации сборочного процесса, позволяет сделать вывод, что они используются, в основном, для производства действий по совмещению осей собираемых деталей и, частично, по обеспечению начального наживления. Других функций в них не предусмотрено т.е. нет устройства, которое могло совмещать и функцию ориентирования и функцию интенсификации сборочного процесса. Поэтому для повышения эффективности необходимо разработать такое устройство, которое бы позволяло участвовать во всех переходах сборки или сопряжения, и расширить технологические возможности сборки. Тем самым задача о создании многорежимного вибрационно - ориентирующего устройства, предназначенного для ориентирования, интенсификации сборки и демонтажа, является актуальной. Решение этой задачи позволит усовершенствовать автоматизированный сборочный процесс на этапе ориентирования и наживления.

Предложена система признаков классификатора ориентирующих

устройств.

Во второй главе проводится описание многорежимного вибрационно -ориентирующего устройства, обосновывается объем экспериментальных исследований, производится выбор крепежных изделий и образцов для исследований.

Экспериментальная установка была собрана на столе вертикально-сверлильного станка 2А150. Процесс сборки и демонтажа резьбового соединения с многорежимным ориентирующем механизмом производится при помощи

патрона, в котором расположена шпилька. На столе станка установлен динамометр, на котором расположен многорежимный ориентирующий механизм. На верхней его плите расположен патрон для фиксации детали с отверстием. Параметры оптимального режима работы колебаний, частоты, и других параметров устанавливаются при помощи автоматизированной системой управления К многорежимному ориентирующему устройству к верхней плите подключена виброизмерительная аппаратура ВИ6-6ТН, которая снимает показания датчиком ускорения ДУ-5С. Полученные данные ВИ6-6ТН фиксируется при помощи двухканального цифрового запоминающего осциллографа АСК-2105, который записывает их на собственный жесткий диск. С датчиков динамометра и ВИ6-6ТН данные поступают в автоматизированную систему управления, где происходит процесс анализа собираемых данных. После чего все результаты экспериментов поступают на ЭВМ (ноутбук RoverBook Voyager V553) от автоматизированной системы управления.

Ориентирующий механизм содержит верхнюю и нижнюю платформы, причем нижняя является основанием (рис.1.). На встречных плоскостях платформ снизу и сверху закреплены по 3 пары электромагнитных катушек со встречно направленными металлическими полюсами. Вся конструкция закреплена наклонными ребрами из закаленной пружинной стали, установленными под углом 70-80° для создания вертикально-крутильных колебаний. На катушки ориентирующего механизма подаются пилообразные импульсы, которые вызывают крутящие и осевые вибрации. Подача импульсов может производиться при различных режимах, в зависимости от поставленной цели. Катушки имеют якори, направленные встречно друг другу. Данный ориентирующий механизм установлен в экспериментальную установку, которая показана на рисунке 2.

Рис. 1. Вибрационно-ориентирующее устройство

Электрические импульсы, подаваемые на парные электромагниты, формируют несколько режимов для поддержки переходов ориентации и сборки, которые сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Схемы распределения импульсов для основных режимов работы устройства

Номера пар Режимы тактов работы пар

электромагнитов 1. Одиночные одной 2. Парные одной

полярности поля эности

1.1 1.2 2.1 2.2

1 + 00 - 0 0 + + 0 -- 0

2 0 + 0 0-0 0 + + 0 -

3 0 0 + 0 0- + 0 + - 0 -

Номера пар 3. Парные 4. Тройные с парной 5

электромагнитов разной полярностью Синхронные

полярности

3.1 4.1 4.2 5.1 5.2

1 + - 0 + + - --+ + -

2 0 + - - + + +-- + -

3 - 0 + + - + - + - + -

Примечание: (+) - режим притягивания пар электромагнитов (-) -

режим отталкивания; 0 - электромагниты не запитаны.

а) схема экспериментальной установки б) общий вид экспериментальной

установки

Рис. 2. Элементы экспериментальной установки

Устройство работает в режиме ориентации, когда (1) на одну из пар электромагнитов подается одиночный импульс, затем на другую и т.д. При монтаже резьбового соединения ориентирующее устройство работает в режиме простых колебаний, в котором на все пары электромагнитов подаются непрерывные импульсы переменного тока, а также в режиме отталкивания при необходимости демонтажа. В первом случае, за счет асимметрии расположения электромагнитов относительно центра, одиночный импульс приводит к

возникновению перекоса верхней платформы устройства относительно вертикальной оси. Последующий одиночный импульс, поданный^ на другую пару, смещает перекос относительно предыдущего на 120° и т. д. Распределением серии импульсов по кругу добиваются планетарно-качательного движения верхней платформы. Такое движение обеспечит след движения оси платформы в виде перевернутого конуса. Это способствует автоматическому поиску оси крепежного элемента и совмещению с ним оси отверстия образца, расположенного на верхней платформе. После совмещения осей основной переход завинчивания будет происходить во втором режиме с вертикально-крутильными колебаниями платформы, обеспечивая вибрационный режим сборки. Импульсы могут подаваться с различными циклами, в зависимости от поставленной задачи. Сверху конструкции расположен токарный патрон для закрепления деталей, строго по центру.

На рисунке 3 показано АСУ ориентирующего механизма. Центральным звеном системы управления является микроконтроллер 1 фирмы Atmel atmega8. Он подключен в соответствии с типовой схемой. Кнопка 2 (Reset) производит сброс режимов управления.

Тактирование контроля

обеспе-чивается внешним кварцевым резонатором 3 с двумя фильтру-ющими конденсаторами 4 малой ёмкости. Индикация работы всего устройства осуществляется свето-диодом 5, включенным через резистор к питанию. Отдельно сделаны выводы 6 для подключения программатора, чтобы можно было программировать микроконтроллер, не удаляя его из схемы. Для питания всей схемы на плате установлен разъем 7, обеспечивающий подключение блока питания от персонального компьютера и подвод к схеме напряжения 5В и 12В. Данный микроконтроллер снабжен шестиканальным аналоговым цифровым преобразователем АЦП, к одному из каналов этого АЦП подключен переменный резистор 8 (потенциометр). Таким образом, можно подавать на эту ножку микроконтроллера от 0 до 5В. Кроме того, установлен токопонижающий резистор 9. Потенциометр подключен к питанию, а средний вывод идет через резистор на контроллер. Также к микроконтроллеру подключен многоканальный переключатель 10, обеспечивающий переключение до 10 режимов работы АСУ ориентирующего механизма и выдающий номер установленного режима в виде двоичного кода на четыре входа микроконтроллера. Таким образом, выключатель со встроенным шифратором расшифрует позицию выключателя как четырех разрядный двоичный код.

Рис. 3. Электронный блок управления ориентирующего механизма

Установлена кнопка, обеспечивающая выбор режима работы АСУ ориентирующего механизма, т.е. при определенном выбранном режиме работы АСУ ориентирующего механизма при нажатии на кнопку происходит фиксирование выбранного режима работы и происходит соединение одного из контакта микроконтроллера с землей.

Для индикации режима работы устройства АСУ выведены три светодиода 12 с токоограничивающими резисторами. Светодиоды установлены в форме трех катушек в виде треугольника и таким образом изображают включение или выключение соответствующей катушки, однако индикация происходит на постоянной частоте в 1Гц, отличающейся от действительной частоты переключения катушек. Это сделано для удобства наблюдения за процессом работы режима катушек т.к. к примеру, при работе катушек и светодиодов в 100-200 Гц невозможно будет разглядеть процесс работы режима. Для управления катушками используется три мощных полевых транзистора 13 с изолированным затвором. Транзисторы способны коммутировать токи до 47А и напряжения до 55В. Транзисторы подключены на прямую к микроконтроллеру и силовые выводы 14 выведены в колодку для коммутации с катушками. Выводы 16 для подключения реле, которые при необходимости могут менять полярность у катушек. Также стоят фильтрующие конденсаторы 15 по питанию на микроконтроллере для цифрового и аналогового питания. С данной автоматизированной системой управления при помощи широтно - импульсного модулятора задаются любые сигналы для катушек, т.е. по мощности, по последовательности. В соответствии с разработанной схемой изготовлена печатная плата.

Измерения силовых параметров осуществлялось с помощью динамометра крутящего момента, принцип действия которого основан на методе электрической тензометрии.

В третьей главе изложены теоретические принципы работы вибрационного устройства для ориентации деталей и активации резьбообразования. Разработана динамическая модель вибрационных перемещений верхней платформы устройства, несущей деталь с отверстием.

Состояние верхней платформы описывается следующей системой диферинциальной системой уравнений:

•• ^ 2а + b „ . ,

mz+C -z = F sinwí

z a + b M

mv+C y = F sin wt ' У У

iw+C + ^ <p = Ms'mwt J* V a+b

где Fy- составляющая силы FM, смещающая верхнюю платформу по координате у;

М - момент смещения в круговом направлении; у - момент инерции верхней подвески в круговом направлении;

IV - частота возмущающих сил; Г - время.

Сила притяжения электромагнитов

где К - коэффициент пропорциональности; со - частота тока в Герцах; I - ток импульсов; и - напряжение; 5 - зазор между полюсами.

Сила ¥ и момент М можно определить, рассмотрев расчетную схему на рис.4.

Траектория перемещения верхней С- - жесткость наклонных упругих платформы в плоскости У2 при

пластин; Р - возмущающая сила. срабатывании одной пары

М

электромагнитов.

Рис. 4. Расчетная схема смещений от возмущающей силы .

м

Реакции на опорах Ли В выразятся в виде

1-.

А = Р

м а + Ь м а + Ь

Решением системы уравнений найдены значения амплитуд вертикальных и крутильных колебаний в соответствии с жесткостью подвесок платформы, её моментов инерции, значение собственной частоты колебаний. Анализ амплитуд перемещений позволяет установить траекторию движения отверстий, которое описывает определенный объем пространства, в которую может попасть спрягаемая деталь при работе 3-х пар электромагнитов.

Траектория представляет собой 3-х овальное псевдоотверстие, описанное вокруг исходного отверстия, соответствующая статическому режиму. Конфигурация псевдоотверстия дает основания считать, что при включении вибрационных режимов, пространство статического отверстия расширяется, что дает возможность сопрягаемой детали проваливаться вниз и соединяться торцовыми фасками с осью отверстия. Эффект проваливания деталей в более "широкое" псевдоотверстие определяется динамикой взаимодействия нижней детали, установленной на платформе и верхней детали, установленной в патроне и подводимой к отверстию при сопряжении.

Динамическая система взаимодействующих деталей описывается дифферинциальным уравнением:

т z+ т :< zi+ C1z{+Cz-z = F sin a>t

Решение уравнения позволяет установить два режима:

1. z, > z - работа без отрыва деталей друг от друга;

2. z,<z- работа с отрывом в режиме виброударной системы .

Режим z, < z не желателен в силу того, что взаимодействие двух деталей может происходить с отрывом. Режим z, > z был выбран за исходный. Устранение вибрационного ударного режима

производиться подбором определенной осевой жесткости подвески патрона. Уравнение двух массовой системы устанавливает величину коэфициента трения в следующем виде:

С, -z-cz-m(w02y-w2)

Fl-Q-mMy-^

Коэффициент трения обратно пропорционален квадрату возмущающей силы или, соответственно квадрату колебательной скорости в направлении продольной оси.

Таким образом, при вибрационном режиме происходит снижение коэффициента трения, что способствует соскальзыванию верхней сопрягаемой

детали в отверстие.

На основе формулы коэффициента трения определено расчетное значение жесткости пружин подвески верхней платформы, что необходимо для конструкторских расчетов и проектирования подобных устройств.

Рис. 5. Схемы взаимодействия детали- эквивалентная динамическая схема.

Анализ работы устройства в режиме активации в процессах резьбонаре-зания и окончательной сборки резьбовых соединений рассматривался относительно известных формул крутящих моментов для обоих случаев.

Известные формулы для резьбонарезания и сборки, затяжки резьбовых соединений позволяют получить расчетные значения крутящих моментов для обоих процессов.

Проанализирована структура суммарного крутящего момента завинчивания резьбообразующих деталей, которые включают деформационную составляющую и составляющую трения на последующей последеформационной части витка крепежной детали. Установлена роль остаточного торсионного момента, который оказывает отрицательное влияние на устойчивость затянутого резьбового соединения. Проанализирована структура торсионного момента и установлена его роль в затянутом резьбовом соединении, а также в случае демонтажа или отвинчивания крепежной детали при разборке.

Установлена зависимость коэффициента стопорения затянутого резьбового соединения с учетом остаточного момента в нем. Торсионный момент способствует снижению коэффициента стопорения, что может привести к ослаблению затяжки или к отвинчиванию. Экспериментально установлено, что использование режима 5.1 для силовой разгрузки затянутого резьбового соединения при постоянно приложенном моменте затяжки снижает величину торсионного момента в среднем на 48-56% и повышает устойчивость соединения к отвинчиванию, по коэффициенту Кс на 15-25%. или к его полному устранению. Также применение вибрационная активация способствуют разрушению адгезионных связей и химических отложений соединений.

В четвертой главе разработана программа для компьютерного моделирования работы многорежимного вибрационного ориентирующего устройства на основе алгоритма, использующего множество показателей сборочного процесса. В зависимости от выбранных критериев устанавливается определенный режим работы ориентирующего механизма. Для информационного обеспечения разработана информационно-поисковая система с удобным и наглядным графическим интерфейсом. В ней содержится информация для:

• выбор работы «монтаж» и «демонтаж»;

• выбор типов резьбовых стержней: болт, метчик, резьбообразующие детали;

• установка диаметра резьбы;

• в зависимости от диаметра выбирается режим работы;

• выбор частоты;

• выбор имитации заклинивания;

• сравнение с видеооригиналом;

Для визуального показа работы оборудования были разработаны имитации движений системы компьютерного моделирования, которое включается в зависимости от выбранных параметров работы.

В данной программе учтены многие факторы, влияющие на работу оборудования. Разработанный сложный алгоритм работы позволяет проанализировать работу многорежимного вибрационного ориентирующего устройства.

В пятой главе приведены экспериментальные исследования, направленые на подтверждение теоретических положений, разработанных в 3-й главе. Описаны результаты исследований динамических режимов работы устройства на точность углового положения собранных деталей или завинченных метчиков, а также проанализированы влияния режимов вибраций на уровень и характер изменений крутящего момента на момент отвинчивания при демонтаже соединений или вывинчивания метчиков с учетом величин остаточных моментов затянутых соединений.

На основе серии предварительных экспериментов установлен характер влияния основных определяющих факторов на величины остаточных углов перекоса у или крутящих моментов Ма,:

У = ,

МКР=Р(/,А,г)

Предварительные эксперименты позволили установить характер влияния на остаточный угол перекоса показателями предварительного смещения осей, амплитудно-частотных характеристик, значения угла заборного конуса, количество ниток резьбы сопряжения (глубина завинчивания).

Рис. 6. Графики экспериментальных зависимостей у от е

Предварительное смещение задавалось принудительно смещением оси вибрационно-ориентирующего устройства относительно оси шпинделя с патроном. По результатам предварительных экспериментов был установлен вид регрессионых зависимостей для осточных углов перекоса, а также крутящих моментов завинчивания и обратного отвинчивания. Характер вибрационных режимов определяется динамическими возможностями вибрационно-ориентирующего устройства, которое оценено амплитудно-частотными характеристиками движениями верхней платформы при определенных режимах

колебаний. С помощью серий предварительных экспериментов установлен характер амплитудно - частотных характеристик верхней платформы для радиальных, вертикальных и угловых колебаний.

При реализации регрессионого анализа были получены экспериментальные формулы остаточных углов перекоса и крутящих моментов для различных режимов колебаний, которые сравнивались с расчетными значениями, полученные по известным формулам, представленные в главе №3.

М, = 18,06 + 5,4 \А - 0,0004/ - 0,00006/2 + 1,28г

Мкр, Нм —<—Мкрэюперик ......расчетн. ----46,8Нм(срашшемое расчдач.)

46,8

44,26 .40,9

-4 Г- 38,96

ДЬ

Цц

50 120 200 Рис. 7. Сравнение Мкр экспериментальных и Мкр расчетных значений с расчетным значением 46,8 Нм для винта.

Экспериментально исследован характер влияния режимов колебания на процесс демонтажа соединений и установлен вид экспериментальных зависимостей регрессионных уравнений для изучения экспериментальных зависимостей момента страгивания при демонтаже, а также параметра Б, который является средней интегральной оценкой эффективности стопорения характеристикой интенсивности развинчивания

Произведем многофакторный анализ данных при и=50В для МСТР и интенсивной характеристики 5.

Таблица 2.

Многофакторный анализ данных при Ц-50В для МСТР, Б.

«0 / Г А МСТР МСТРрасч 5 Б расч

1 200 40000 0,4 72 73,8 56 62,8

1 200 40000 0,4 75 73,8 60 62,8

1 50 2500 1 85 88,3 78 92,5

1 50 2500 1 89 88,3 76 92,5

1 120 14400 0,6 76 81,3 57 77,6

1 120 14400 0,6 78 81,3 56 77,6

1 200 40000 0,4 80 73,8 92 62,8

1 50 2500 1 96 88,3 146 92,5

Регрессионное уравнение имеет вид: МС1Г = 81,9 - 0,031 • / - 0,00013 • /2 + 8,28 • А Б = 77,18 - 0,066- / - 0,00022 ■ /2 +19,12 • А

Метр, Б

90 80 70 60 50

92,51.88,3

7 4 0 ^ М

7Я а1^ 1

62,8 г

6 Р,1 Э/,4

—♦—Метр —Мстр.расч

------Зстр

----грасч

1 А. ММ

0,4 0,6 1

Рис. 8. Сравнение экспериментальных и расчетных значений момента страгиванияМстр11 параметра стопорения 5.

Статистический анализ показывает, что на основании критерия Б экспериментальные зависимости адекватно отображают характер изменения моментов страгивания и оценочного параметра 5.

В рекомендациях предлагается выбор оптимальных режимов при ориентировании в зависимости от совокупности различных факторов (вес детали, от диаметра шпильки, смещения детали и т.д.), при нарезании резьбы и ввинчивании деформирующих винтов, при демонтаже соединений и разгрузке от остаточных крутящих моментов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основе известных типов ориентирующих механизмов установлена совокупность системообразующих признаков, на базе которой создан классификатор, описывающий их основные параметры и свойства, обладающий морфологической структурой и возможностью создания новых устройств с ранее неизвестной совокупностью признаков.

2. На основе морфологического подхода разработан многофункциональный ориентирующий механизм, предназначенный для реализации переходов ориентирования, наживления, монтажа и демонтажа, защищенный патентом на полезную модель №110321 от 20.11.2011г.

3. Разработаны математические модели, описывающие физические принципы вибрационной динамики в работе ориентирующей механики и процессы взаимодействия контактирующих деталей на этапах ориентации, наживления и сопряжения.

4. Установлены основные режимы работы ориентирующего устройства и геометрические параметры конфигурации ориентирующего пространства для обеспечения высокой надежности взаимодействия контактных поверхностей сопрягаемых деталей.

5. Экспериментально установлен характер влияния независимых настроечных параметров на точность углового положения резьбообразующих крепежных деталей и инструмента и получены экспериментальные уравнения для основных видов сборки и резьбонарезания.

6. Экспериментально установлена эффективность режима активирующего демонтажа затянутых резьбовых соединений и режима, снижающего торсионный момент в соединениях. Установлен факт снижения силовой напряженности развинчивания на 9-26%, снижения величины торсионного момента на 48-56% и повышения устойчивости соединения к отвинчиванию на 15-25%.

7. На основе анализа экспериментальных и теоретических исследований определены области наиболее эффективного применения режимов работы вибрационно-ориентирующего устройства для основных технологических процессов и переходов.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

Публикации в журналах, входящих в перечень ведущих периодических изданий ВАК РФ:

1.Березин СЛ., Щербаков Е.В. Способы устранения влияния остаточного момента на стопорящие свойства крепежно-резьбообразующих деталей // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. -Самара: СНЦРАН. 2011. с. 533...535.

2. Березин С.Я., Щербаков Е.В. Сборка и демонтаж резьбовых соединений с применением многорежимных вибрационно-активирующих устройств. // Сборка в машиностроении. №5. 2011. с. 26...29.

Патенты и свидетельства:

3. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011617263 от 19.09.2011г. Информационно-поисковая система выбора режимов активации автоматизированных процессов резьбообразования и сборки на основе многорежимного вибрационного ориентирующего стройства. Березин С.Я., Щербаков Е.В.

4. Патент на полезную модель №110321 от 20.11.2011г. Авторы: Березин С.Я., Щербаков Е.В. Патентообладатель ЗабГУ.

Другие публикации:

5. Щербаков Е.В., Шибирин А.Н. Повышение надежности ответственных резьбовых соединений // Девятая международная научно-практическая конференция молодежь Забайкалья: дорога в будущее. - Чита: ЗабИЖТ, 2005. с. 177... 178.

6. Березин С.Я., Шибирин А.Н., Щербаков Е.В. Интенсификация сборки резьбовых соединений с крепежно-резьбообразующими деталями с

применением мощного ультразвука. //Прогрессивные технологии в современном машиностроении. Матер. Ш-ей международной научно-технической конференции. - Пенза: ПДЗ. 2007. С. 67-69.

7. Березин С.Я., Щербаков Е.В. Имитационное моделирование условий автоматической сборки резьбовых соединений. Матер. VII-й всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения». - Чита: ЧитГУ. -

2007. С. 21. ..23.

8. Березин С.Я., Щербаков Е.В. Типизация процессов наживления резьбовых деталей при автоматической сборке. Матер. VII-й научно-практической конференции «Кулагинские чтения». (27-28 ноября 2008г.). В 5-ти ч. Ч. 2. - Чита: ЧитГУ. - 236...239 с.

9. Шибирин А.Н., Щербаков Е.В. Применение модуляции ультразвука в сборочно-резьбообразующих процессах. Матер. VI-й международная научно-практическая конференция «Материалы и технологии 21 века». - Пенза: ПДЗ.

2008. С. 178...180.

10. Березин С.Я, Щербаков Е.В., Шигаева Е.В. Меры обеспечения качества наживления резьбовых деталей при автоматической сборке. Научно-практическая конференция «Проблемы повышения качества производства и услуг». - Чита: ЧитГУ. -2009. 124... 128 с.

11. Березин С.Я., Щербаков Е.В. Многофункциональное вибрационно-импульсное устройство для автоматической сборки деталей. Матер, второй всероссийской научно-практическая конференции. - Чита: ЗабГППУ. 2009. С. 200...203.

12. Щербаков Е.В. Автоматизированная система управления для функционального вибрационно-импульсного ориентирующего механизма. Матер. IX-й всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения». - Чита: ЧитГУ. 2009. С. 128...131.

13. Березин С.Я., Щербаков Е.В. Автоматическое устройство для многорежимного ориентирования и интенсификации сборки резьбовых соединений. XXXVI научно-практическая конференция студентов, магистрантов и аспирантов - Чита: ЧитГУ. - 2009. 112... 114 с.

14. Березин С.Я., Щербаков Е.В. Система имитационного моделирования работы многорежимного вибрационного ориентирующего устройства. Матер, всероссийской научно-технических конференции (июнь 2010г.). «Современные промышленные технологии». Н.-Новгород: НГУ. С. 18...19.

15. Щербаков Е.В. Интерфейс программы имитационного моделирования работы многорежимного вибрационного ориентирующего устройства. Матер. IX-й всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Механики - XXI веку». - Братск: 2010. С. 47...48.

16. Щербаков Е.В. Информационно-поисковая система выбора режимов активации резьбообразования с применением вибрационного ориентирующего механизма. Десятая международная научно-практическая конференция "Кулагинские чтения" Чита 2010г. с. 185... 188с.

17. Щербаков Е.В. Повышение качества ориентирования и сборки резьбового соединения. Матер, международной заочной научно-практической конференции «Проблемы повышения качества производства и услуг». - Чита: ЧитГУ 2010. С. 76. ..79.

18. Березин С.Я., Щербаков Е.В. Устройство для автоматической ориентации и вибрационного нарезания резьбы. Информационный листок Читинского ЦНТИ № 75-004-12. - 6 с.

Подписано к печати 08.05.2013г.

Формат 60 x 84 1/16 Бум. офсетная Печ. л. 1 Усл. п. л. 0,93 Тираж 102 экз._Заказ № 37

Забайкальский государственный университет 672039 Чита, ул. Александро-Заводская, 30

ООП. ЗабГУ

ЗАБАЙКАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах р :и

04201358253

ЩЕРБАКОВ ЕВГЕНИИ ВАЛЕРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МНОГОРЕЖИМНЫХ ВИБРАЦИОННО - ОРИЕНТИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ РЕЗЬБООБРАЗУЮЩИХ И СБОРОЧНО-ДЕМОНТАЖНЫХ ОПЕРАЦИЙ

Специальность: 05.02.08 - Технология машиностроения

на соискание ученой степени кандидата технических наук

ДИССЕРТАЦИЯ

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Березин С.Я.

Чита 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..........................................................................

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВИБРАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ОРИЕНТИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ И ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ, РЕЗЬБООБРАЗОВА-НИЯ.............................................................................

1.1. ОРИЕНТИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ И ИНСТРУМЕНТОВ ПРИ СБОРКЕ И РЕЗЬБООБРАЗОВАНИИ...................................

1.2. ПРОБЛЕМА КЛАССИФИКАЦИИ ОРИЕНТИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ..................................................................

11

60

26 36

1.3.ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.................................... 38

2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ 2.1.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОБРАЗЦЫ, КОНТРОЛИРУЕМЫЕ 39

ВЕЛИЧИНЫ И СРЕДСТВА ДЛЯ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ................. 59

ВЫВОДЫ...........................................................................

3. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОТЫ ВИБРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ И АКТИВАЦИИ РЕЗЬБООБР АЗОВ АНИЯ................................ 61

3.1. РАБОТА УСТРОЙСТВА В ОРИЕНТИРУЮЩЕМ РЕЖИМЕ......

3.2 .ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СОПРЯГАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ

В ВИБРАЦИОННОМ РЕЖИМЕ............................................

3.3.РАБОТА УСТРОЙСТВА В РЕЖИМЕ АКТИВАЦИИ СОПРЯ- ?3

ЖЕНИЯ..........................................................................

ВЫВОДЫ......................................................................

4. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ МНОГОРЕЖИМНОГО ВИБРАЦИОННОГО ОРИЕНТИРУЮЩЕГО 83 УСТРОЙ

СТВА..............................................................................................................................................83

68

82

103

4.1.КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УСЛОВИИ АВТОМА ТИЧЕСКОЙ СБОРКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ......................

4.2.ИНТЕРФЕЙС ПРОГРАММЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИ- 85 РОВАНИЯ РАБОТЫ МНОГОРЕЖИМНОГО ВИБРАЦИОННО- 101 ГО ОРИЕНТИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА............................

ВЫВОДЫ............................................................................

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИ- 102 СТИК И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ВИБРАЦИ ОННО-ОРИЕНТИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА........................

5.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВИБРАЦИЙ НА ФОРМИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОГО УГЛА ПЕРЕКОСА, УСТАНАВЛИВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ............................................................... 104

5.1.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИСХОДНОГО СМЕЩЕНИЯ НА ТОЧНОСТЬ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ УСТАНАВЛИВАЕМОЙ ДЕТАЛИ (ИНСТРУМЕНТА).................................

5.1.2. ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЯ / ВЕРХНЕЙ ПЛАТФОРМЫ ОРИЕНТИРУЮЩЕГО МНОГОРЕЖИМНОГО

УСТРОЙСТВА НА УГЛОВОЕ СМЕЩЕНИЕ у............................

5.1.3. ВЛИЯНИЕ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ ВЕРХНЕЙ ¡¡^ ПЛАТФОРМЫ НА ОСТАТОЧНЫЙ УГОЛ............................

5.1.4. СВЯЗЬ УГЛА ЗАБОРНОГО КОНУСА НА УСТАНОВИВШЕЕСЯ УГЛОВОЕ СМЕЩЕНИЕ.......................................

5.2. ОБРАБОТКА СТАТИСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ..................... 117

5.3.ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЛИЯНИЯ ВИБРАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ НА КАЧЕСТВО И НАДЕЖНОСТЬ СОПРЯЖЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ......................................................

5.3.1.ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВА................................................................

5.3.2.ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ОРИЕНТИРОВАНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ КОЛЕБАНИЙ...............................

5.3.3. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ВИБРАЦИЙ НА КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ........................................................................

108 109

117

121

123

5.4.ВЛИЯНИЕ ВИБРАЦИЙ ИА ПРОЦЕСС ДЕМОНТАЖА СОЕДИНЕНИЙ И ИХ СТОПОРЯЩИЕ СВОЙСТВА........................... 129

5.4.1.СТРУКТУРА ТОРСИОННОГО МОМЕНТА И ВЛИЯНИЕ ВИБРАЦИЙ НА ЕГО СНИЖЕНИЕ.............................................. 135

5.4.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОЛЕБАНИЙ НА СТОПОРЯЩИЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ.......................................

5.5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВА- 138 НИЮ ВИБРАЦИОННОГО ОРИЕНТИРУЮЩЕГО УСТРОЙ- 138 СТВА.

140

5.5.1. ОРИЕНТИРОВАНИЕ...................................................

5.5.2. НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБЫ И ВВИНЧИВАНИЕ ДЕФОРМИРУЮЩИХ ВИНТОВ......................................................................................................................................143

5.5.3. ДЕМОНТАЖ СОЕДИНЕНИЙ И РАЗГРУЗКА ОТ ОСТАТОЧ- 145 НЫХ КРУТЯЩИХ МОМЕНТОВ 147

ВЫВОДЫ........................................................................... 162

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ............................................................ 1 ?6

СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ....................................

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.....................................

ВВЕДЕНИЕ

В современном автоматизированном сборочном производстве важное значение отводится работоспособности и эффективности действия ориентирующих устройств. Надежность выполнения переходов совмещения сопрягаемых деталей определяет и реализация дальнейших переходов сборочного процесса. Разработка ориентирующих устройств является важнейшим этапом процесса проектирования сборочного оборудования. Неслучайно, что в современных условиях все чаще встречаются работы, посвященные данному вопросу, а инженерные конструктивные решения и методики расчетов постоянно совершенствуются.

Рост многообразия ориентирующих устройств создает массу методологических проблем не только по их систематизации, но и по разработке универсальных методов их проектирования [11, 13].

Начальный этап развития теории и практики ориентирующих устройств начался в 70-е годы прошлого столетия. Он связан с именами известных ученых, таких как В.А.Яхимович [120], А.Н.Рабинович [87], А.М.Гирель [20], А.А.Гусев [23, 24], К .Я. Муценек [73, 74], В.В.Косилов [50], В.С.Корсаков [49], Н.М.Капустин [41] и другие.

В дальнейшем конструкции автоматизированных ориентирующих устройств совершенствовались уже в процессе интенсификации самого сборочного оборудования и его элементов: систем подачи деталей, загрузочных устройств, элементов манипулирования и т.д. Усилия разработчиков привели к созданию типовых конструкций ориентирующих устройств для сборочных автоматов. Например, типовые узлы сборочных автоматов НИИТавтопрома, разработанные под руководством В.Н.Оболенского и Б.В. Гусакова, сборочные автоматы для радиоэлектронной промышленно-

сти (М.Г.Парнес), ориентирующие механизмы с компенсаторами ВНИИТМЭ (Н.С.Джаиани, А.С.Кереселидзе), переналаживаемые ориентирующие механизмы, разработанные А.А.Гусевым в Мосстанкине [23, 25] и других.

Роботизация сборочного производства потребовала определенных усилий в создании комплексных систем, связанных с возможностями конструкций схватов промышленных роботов и системами их очувствления. Подобными системами в 80-х годах прошлого столетия были оснащены сборочные автоматы Bosch, Sigma, Olivetti, Skiam и т.д.

В работах С.Я. Березина изучены вопросы по обеспечению точности технологической системы сборочных роботизированных модулей для ввинчивания деформирующих шпилек в гладкие отверстия [9, 10, 12].

Разработкой автоматизированных ориентирующих устройств для загрузочных автоматов занимаются такие ведущие корпорации как Automation Devices Inc., Bendix Corp. (США), Bicc Limited (Великобритания), ADMV (Франция), Массачусетский технологический институт и другие.

Дальнейшие развитие ориентирующих устройств шло по линии применения в них электрофизических и струйных методов [109] совмещения осей, применения вибраций и ультразвука [2, 116], а также совершенствования конструкций активных ориентаторов с элементами распознавания пространственного положения деталей.

Наиболее распространенным типом ориентирования является автопоиск осей собираемых деталей [90], реализуемый механическими колебаниями определенных режимов. В последнее время появились работы по созданию ориентирующих устройств, выполняющих не только действия по совмещению осей, но и участвующие в активации и других переходов автоматической сборки деталей, однако подобных работ в научной литературе довольно мало. Работы американских специалистов Zhang Bi[131] и KeiLin Kuo [125] посвящены в основном ультразвуковым активаторам, которые могут выполнять и ориентирующие операции.

Анализ функций существующих известных ориентирующих устройств и устройств интенсификации сборочных процессов позволяет сделать вывод, что они используются, в основном, для производства действий по совмещению осей собираемых деталей и, частично, по обеспечению начального наживления. Других функций в них не предусмотрено, а именно, они не содержат устройств, которые могли бы совмещать и функцию ориентирования и функцию интенсификации сборочного процесса. Проблема повышения эффективности сборочного процесса может быть решена разработкой такого устройства, которое бы позволяло участвовать во всех переходах сборки или сопряжения, и расширять технологические возможности сборки. Тем самым задача о создании многорежимного виб-рационно - ориентирующего устройства, предназначенного для ориентирования, интенсификации сборки и демонтажа, является актуальной. Решение этой задачи позволит усовершенствовать автоматизированный сборочный процесс на этапе ориентирования и наживления. Установленные в ходе анализа признаки ориентирующих устройств позволяют произвести их пробную систематизацию и разработать классификатор, системно представляющий их возможности и области применения. Цель работы: Повышение эффективности сборочных и резьбообразую-щих процессов на основе разработки и применения многорежимного вибрационного устройства, работающего в низкочастотном диапазоне механических колебаний.

Достижение поставленной цели возможно путем решения следующих задач:

1. Проведение анализа проблем, возникающих в процессах сборки и демонтажа резьбовых соединений, при резьбообразовании;

2. Систематизация известных устройств для вибрационной сборки и резьбообразования;

3. Разработка универсального многорежимного вибрационного устройства;

4. Разработка математической модели динамики движения универсального многорежимного вибрационного устройства в процессе монтажа и демонтажа резьбового соединения;

5. Создание компьютерной модели для многорежимного устройства;

6. Разработка методики экспериментальных исследований для универсального многорежимного вибрационного устройства;

7. Реализация экспериментальных исследований и проверка на адекватность полученных математических моделей;

8. Разработка рекомендации по применению эффективных режимов ориентирования и активации автоматической сборки и резьбооб-разования.

На защиту выносится:

> Новая конструкция универсального многорежимного вибрационного ориентирующего и активирующего устройства, работающего в режиме низких частот колебаний;

> Новый способ пассивной ориентации собираемых деталей и активации сборочного и резьбонарезного процесса на основе универсального многорежимного вибрационного устройства;

> Математическая модель динамики движения активного органа универсального многорежимного вибрационного устройства;

> Экспериментальные установки для изучения динамических характеристик универсального многорежимного вибрационного устройства, а также сборочных процессов;

> Программы компьютерного моделирования, выбор оптимального режима сборочного процесса, методика и результаты экспериментальных исследований, и технологические рекомендации.

Ее актуальность подтверждается составной частью инициативной госбюджетной темы №28 2/6 «Разработка прогрессивных средств реализа-

ции сборочно-резьбообразующих операций» (№ госрегистрации 01201001696).

ГЛАВА 1.

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВИБРАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ОРИЕНТИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ И ИНТЕНСИФИКАЦИЙ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ, РЕЗЬБООБРАЗОВАНИЯ

Сборка соединений включает в себя ряд переходов, обеспечивающих сближение деталей, взаимное ориентирование, сопряжение, соединение, фиксации, регулирование, а также послеоперационный контроль. Сборка сопровождается также сопутствующими операциями складирования, транспортировки, загрузки - выгрузки, ориентации и базирования, закрепления и т.д. [68].

Условия выполнения собираемых соединений, комплектации деталей, требования к их конструктивным особенностям должны адаптироваться под возможности применения прогрессивных методов сборки и автоматизированных средств.

Одним из важнейших переходов сборочной операции является взаимное ориентирование деталей. Важность данного перехода определяется тем, что он начинает весь сборочный процесс и от его реализации зависит надежность и, даже, возможность дальнейшего хода процесса. Таким образом, тщательная проработка условий осуществления ориентирования деталей, является залогом дальнейшего успеха.

В случае неправильного ориентирования и наживления собираемых деталей может произойти их заклинивание. Применение многорежимных вибрационных устройств открывает широкие перспективы в силу их универсальности и высоких технологических возможностей. На их основе можно собирать ориентирующие устройства сборочных автоматов, активирующие устройства для резьбонарезания и сборки соединений, обеспечивать нормированную затяжку резьбовых соединений и производить их разборку.

Данные устройства можно устанавливать как на столы станков, закрепляя в них детали, так и применять их в форме патронной шпиндельной оснастки, несущей инструмент или присоединяемые детали.

Процесс сборки зависит от точности ориентирования. Основным фактором ориентирования является совмещение осей и наживление резьбового соединения на 2-3 нити резьбы. [8]

Автоматическая сборка может производиться на автоматических линиях, сборочных автоматах, агрегатных сборочных станках, станках с ЧПУ, роботизированных модулях. Все это только разнообразит условие реализации наживления. Кроме того, год от года увеличивается типаж крепежных деталей, усложняется их конфигурация и выполняемые функции. Отсюда становится очевидным тот факт, что единых подходов к формализации условий наживления существовать не может. Однако, несмотря на всё многообразие средств и способов реализации данного перехода, должны быть найдены пути их систематизации и типизации, методов ориентации и реализации надежного наживления деталей.

Наживление является важнейшей частью сборочной операции, от качества которой зависит её реализация и показатели получаемых соединений. Данный переход можно рассматривать как предварительную операцию установки крепежных деталей и как отдельный переход операции сборки, производимый непрерывно в автоматическом режиме [16]. Другие признаки наживления приведены на рис. 1.1.

Рис.1.1. Основные типы и признаки перехода наживления

1.1 Ориентирование деталей и инструментов при сборке и резьбо-образовании

Процесс автоматической ориентации штучных деталей лежит в основе любого технологического процесса сборки, штамповки, комплектования, упаковки и т.п., предусматривающего подачу штучных деталей на

рабочую позицию в строго определенном положении [33, 46, 85]. Выбор принципа ориентирования является основой разработки процесса приведения детали в заданное пространственное положение и совмещения осей собираемых деталей.

На ориентацию оказывают влияние массы деталей, их материалы, специальные требования к деталям, например наличие фасок, поясков, углублений и т.п. В связи с этим, возникают значительные проблемы, обусловленные жесткими условиями собираемости деталей, многообразием поверхностей, по которым должны сопрягаться детали, широкими диапазонами их размеров и отклонениями размеров от номинальных значений.

Эти проблемы решают путем соблюдения требований к конструкциям изделий и деталей, предъявляемых технологией автоматизированной сборки, ужесточения допусков на размеры деталей и создания эффективных ориентирующих устройств.

Возможности автоматической ориентации тесно связаны также со структурой и конструктивными особенностями технологических систем сборочных машин: числом узлов, управляемостью, параметрами жесткости по координатным осям, типом приводов и видов сборочных ходов и т.д.

Наиболее интенсивное развитие научных основ автоматизированной сборки соединений, и, в частности вопросов ориентации деталей, наблюдалось в 70-80-х годах прошлого столетия.

В области создания и исследования автоматических ориентирующих устройств известны работы МГТУ им.Баумана, ВНИТИПрибора, Севастопольского приборостроительного института, НИИАВТОпрома, Волгоградского политехнического института, ЭНИМСа, Рижского политехнического института, Львовского политехнического института, Высшей технической школы г. Аахен (Германия), Стенфордского университета (США), Токийского университета и др.

Большим вкладом в развитие комплексной механизации и автоматизации производственных процессов в машиностроении и приборо-

строении, в частности автоматизации транспортно-загрузочных процессов и процессов ориентации изделий являются труды ряда отечественных ученых: А.Н. Гаврилова [19], В.К. Замятина [32], Б.А.Иоффе [39], Н.М. Карелина [42], Н.И.Камышного [43], И.И.Капустина [41], В.С.Корсакова [49], М.В. Медвидя [70, 71], К.Я.Муценека [73, 74], М.П. Новикова [75], В.А. Повидайло [81], В.Ф. Прейса [85], А.Н.Рабиновича [87], А.И. Сутина [101], А.И. Федотова [60], Г.А. Шаумяна [111], В.А. Шабайк