Автоматическая сборка 3 страница

Исходными или замыкающими звеньями установочных размерных связей являются допустимые отклонения расположения технологичес­ких баз заготовки и исполнительных поверхностей приспособления, при которых возможно осуществить автоматическую установку заготовки.

Составляющими звеньями установочных размерных связей явля­ются размеры заготовки, приспособления, которые выявляются при построении размерных цепей по общей методике размерного анализа конструкции.

Установочные размерные связи аналогичны сборочным размерным " связям и рассчитываются точно так же.

Операционные размерные связи возникают в процессе получения каждого размера детали при изготовлении ее с помощью какой-либо технологической системы. Замыкающим или исходным звеном явля­ется получаемый размер детали — операционный размер. В зависи­мости от вида размерной связи составляющими звеньями могут быть различные размеры технологической системы: размеры инструмента, станка, приспособления, установочные размеры заготовки, инстру­мента, приспособления.

Установочным размером заготовки, как известно, называют размер (расстояние или поворот), характеризующий положение технологической базы заготовки относительно соответствующей исполнительной поверхности станка или приспособления.

Установочным размером инструмента приспособления называют расстояния и повороты, характеризующие положение основных баз инструмента, приспособления относительно исполнительных повер­хностей станка.

От операционных размерных связей зависят операционные разме­ры, получаемые размеры детали, настроечные размеры станка, режу­щего инструмента и приспособления, которые необходимо обеспечить при технологической подготовке производства. Настроечные размеры обеспечиваются выбором соответствующих средств и заданием опре­деленных параметров их настройки. Операционные размерные связи описывают и обеспечивают получение требуемых операционных размеров детали на каждой рабочей позиции автоматической обраба­тывающей системы.

Межоперационные размерные связи объединяют в единое целое весь технологический процесс изготовления детали, связывая раз­личные операционные размеры детали, с размерами заготовки и припусками на обработку. Межоперационные размерные связи описы­вают все этапы преобразования размеров от заготовки до детали. Замыкающими звеньями межоперационных размерных цепей являют­ся припуски на обработку и те размеры детали, которые непосред­ственно не получаются как операционные размеры ни на одной из операций технологического процесса. Составляющими звеньями межоперационных размерных цепей являются операционные размеры детали, получаемые на операциях технологического процесса, и размеры заготовки.

Операционные и межоперационные размерные связи называют технологическими размерными связями.

2.8. Анализ установочных размерных связей при изготовлении деталей

Установочные размерные связи необходимо всегда рассчитывать при автоматической установке заготовок или изделий на станки, в приспособления, на спутники, в накопитель, ячейку склада и т.д. Методика выявления и расчета установочных размерных связей та же, что и при сборке изделий. Установочные размерные связи могут быть отнесены к сборочным. Разница состоит лишь в том, что допуски размеров при установке заготовок или изделий в различные при­способления могут быть, как правило, значительно больше, чем при сборке изделий, и поэтому их легче обеспечить. Вместе с тем сборка каждого изделия осуществляется обычно один раз, если не требуется разборки и повторной сборки. Установка же одних и тех же заготовок или спутников может осуществляться многократно, что также необхо­димо учитывать.

Цель выявления и расчета размерных связей при автоматической установке изделий, загрузки и выгрузки оборудования следующая: 1) обеспечить работоспособность автоматической системы в течение требуемого времени эксплуатации в условиях действия различных факторов, влияющих на стабильность составляющих размеров и размерных связей; 2) выбрать методы и средства автоматизации, обеспечивающие требуемые размерные связи, сформулировать требо вания к размерной точности автоматических устройств, реализующих автоматическую установку; 3) выбрать методы и способы размерной наладки системы. Кроме того, опираясь на расчет размерных связей, можно установить регламент обслуживания и профилактики, сформу­лировать допустимые ограничения внешних воздействий при работе системы.

Далее рассмотрим анализ и расчет размерных связей и вытекаю­щие из него технические решения на двух примерах.

Рис. 2.30. Автоматизированный технологический комплекс

Размерные связи при автоматической установке заготовки на станок. На рис. 2.30 показан роботизированный технологический комплекс СРТК). Он содержит токарный станок промышленный робот 2, индексирующий стол 3, подающий заготовки 4 в позицию А для захвата их роботом и установки в шпиндель станка 1 после открывания защитного экрана б. Кроме смены заготовок робот может заменять режущие инструменты в револьверной головке станка из магазина 5.

Рассмотрим размерные связи, возникающие при автоматической установке заготовки короткого вала в самоцентрирующий патрон токарного станка. Установку заготовки в патрон и съем детали осу­ществляет робот (рис. 2.31, а). Робот берет заготовку захватом из ячейки кассеты, вносит заготовку в рабочую зону станка так, чтобы ось заготовки совпадала с осью раскрытых кулачков патрона, и затем задвигает заготовку в патрон, после чего подается команда на зажим кулачков патрона.

Рис. 2.31. Схема размерных связей при автоматической загрузке станка

Из рис. 2:31, б видно, что ввод заготовки в раскрытые кулачки патрона возможен, если отклонение Г_Δ от соосности позиционируе­мой заготовки относительно оси кулачков патрона не превышает следующего значения: ГΔ_mах = 1/2(D — d), где D — диаметр раскры­тых кулачков патрона; d — диаметр устанавливаемой в патрон заго­товки.

Если в момент установки размер Г_Δ окажется больше этого пре­дельно допустимого значения, то при движении захвата робота вдоль оси шпинделя заготовка торцом упрется в патрон (рис. 2.31, в) и автоматическая установка заготовки будет невозможна.

Следовательно, обеспечение требуемого значения Г_Δ является условием возможности автоматической установки заготовки в патрон. Допустимое значение Г_Δ рассчитывается исходя из размеров Г_д, D и d по приведенной формуле. Из этой формулы вытекает предельно допустимое отклонение Г_Δmах от соосности, которое позволяет роботу ввести заготовку в раскрытый патрон. Поскольку для большинства патронов с механическим приводом закрепления заготовки диапазон раскрытия кулачков может быть достаточно большим, то, как прави­ло, не возникает трудности в обеспечении раскрытия кулачков по диаметру, например, на 20 мм больше диаметра заготовки, тогда предельно допустимое отклонение от соосности будет равно Г_Δmах = ±10 мм. Значение исходного звена при желании обеспечить соос­ность в этом случае можно записать в виде Г_Δ = 0 ± 10 мм. Это означает, что желательно, чтобы Г_Δ = 0, но допустимое отклонение ±10 мм. Допуск на размер Г_Δ в данном случае Т_Δ = 20 мм.

Однако проведенного расчета для выявления допустимых отклоне­ний от соосности не достаточно. Рассчитанное значение Г_Δ позволяет лишь обеспечить ввод заготовки внутрь кулачков и является необхо­димым, но недостаточным условием.

Представим себе, как пойдет закрепление заготовки при рассчи­танном отклонении от соосности. Кулачки, сдвигающиеся к оси патрона, при наличии отклонения от соосности будут стремиться переместить заготовку в новое положение. Заготовка же пока еще закреплена а захватах робота. Следовательно, возникнут силы при передаче заготовки от робота в патрон. Сила может быть определе­на по формуле

где j — жесткость системы робот — заготовка — патрон.

При жесткости робота j = 500 Н/мм в случае отклонения от соос­ности Г_Δ = Г_Δmах = 10 мм сила, действующая в момент закрепления на робот, заготовку и кулачки патрона, составляет Р = 5000 Н. Если бы такую силу могли создать кулачки патрона, что-нибудь обязатель­но бы сломалось: патрон, робот или заготовка. Поэтому, очевидно, вторым не менее важным условием определения предельно допусти­мого отклонения от соосности является ограничение силы Р до допус­тимого значения, определяемого конкретными условиями установки: моделью станка, размерами и прочностью заготовки, параметрами робота. Допустим, что в конкретном примере для установки валика диаметром 100 мм и длиной 400 мм необходимо, чтобы Р < 100 Н, тогда допустимое отклонение от соосности

В данном случае второе условие значительно жестче первого, так как

Далее необходимо построить размерную цепь, показанную на рис. 2.31, а. Размерная цепь Г описывается уравнением Г_Δ = Г ₁ + + Г₂ + Г₃ — Г₄ — Г₅ — Г₆ — Г₇, где — отклонение от соосности технологической базы заготовки, устанавливаемой в патрон, и базы, определяющей положение заготовки в захвате робота; Г₂ — отклоне­ние от соосности поверхности заготовки в схвате, вызванное погреш­ностью установки заготовки в схвате Г_2у и погрешностью центрирова­ния схвата Г_2ц; Г₂ = Г_2у + Г_2ц; — расстояние от оси захвата робота до базы отсчета размеров при автоматическом перемещении захвата робота по программе УЧПУ (запрограммированное значение размера позиционирования захвата); Г₄ — расстояние от базы отсчета разме­ров до основной базы робота, определяющее его положение относи­тельно станка; Г₅ — расстояние между станком и роботом; Г₆ — расстояние от оси шпинделя станка до основной базы станка; Г₇ — отклонение от соосности кулачков патрона по отношению к оси шпинделя, вызванное погрешностью центрирования кулачков патро­на Г₇ и погрешностью установки патрона на шпиндель Г_7у; Г₇ = Г_7у + Г_7ц

Размерная цепь Г характеризует связь размеров станка, робота и отклонения от соосности. Эта связь может быть отображена матема­тически тремя уравнениями: уравнением размерной цепи в номина­лах; уравнением допусков этих размеров, которое соответствует методу достижения точности; уравнением средних отклонений разме­ров.

При наладке РТК (см. рис. 2.31) размер Г₃ при программировании робота подбирают так, чтобы Г_Δ было в пределах допустимых значе­ний, т.е. при наладке используют метод регулирования. Однако при автоматической загрузке-выгрузке деталей необходимо применение метода полной взаимозаменяемости.

При работе РТК действительное значение размера Г_Δ будет меняться в основном вследствие погрешностей позиционирования робота, тепловых деформаций, погрешностей установки заготовки в захвате. Так, например, погрешность позиционирования загрузочных роботов может составлять ≤0,5 мм и больше; шпиндель токарного станка, например, 16К20РФЗ при нагреве передней бабки на 20 °С при работе ОТК смещается в вертикальной плоскости на 0,04 мм, а в горизонтальной на 0,02 мм. Какие требования к точности робота нужно в данном случае предъявить? Какой робот следует использо­вать: с точностью позиционирования ±1; +0,1 или +0,01 мм, если учесть, что с увеличением точности позиционирования увеличивается и стоимость робота? Ответы на эти вопросы можно получить, проведя размерный анализ.

При автоматической работе РТК необходимо обеспечить, чтобы каждую заготовку робот устанавливал в патрон станка без подна- стройки и регулировки, поэтому соосность / д нужно обеспечивать по методу полной взаимозаменяемости. При полной взаимозаменяемости допуск замыкающего звена должен быть равен сумме полей допусков звеньев составляющих: Г_ΔΔ = Т, + Т₂ + Т₃ + Т₄ + Т₅ + Т₆ + Г₇, где Tj — Т₇ — допуски размеров Г соответствующего номера. Допуск соосности Г_д = ±0,2 мм составляет Т_Δ = 0,4 мм.

Рассмотрим допуски составляющих размеров. Допуск соосности Т₁ указан на чертеже заготовки, которую предлагается обрабатывать на РТК. Для необработанной поковки допуск может превысить допуск исходного звена. Допуск Т₂ определяется погрешностью установки заготовки в захвате робота и погрешностью центрирования захвата. Для необработанной поковки погрешность установки может быть существенна. В результате сумма допусков значительно превысит допуск Тд замыкающего звена.

Следовательно, при принятых допусках обеспечить необходимые условия для автоматической установки заготовки нельзя.

Возможно несколько путей решения поставленной задачи. Во- первых, можно сократить допуски размеров составляющих звеньев, для этого, например, применить более точный захват с меньшей погрешностью центрирования; использовать предварительно обра­ботанные заготовки для уменьшения погрешности установки; робот следует располагать не на отдельном основании, а непосредственно на станине станка; нужно ограничить диапазон рабочих температур при эксплуатации РТК и таким образом уменьшить составляющие допусков Т₂ — Т₆.

Во-вторых, можно расширить допуск замыкающего звена Т_д. Из формулы (2.11), из которой было получено значение допуска, следу­ет, что расширение допуска при той же допустимой силе может быть обеспечено снижением жесткости закрепления заготовки в захвате робота. Этот путь наиболее удобен'и поэтому захваты роботов делают подпружиненными. Однако чрезмерно уменьшать жесткость тоже вредно, так как при установке изделий различной массы будет боль­шая погрешность позиционирования оси заготовки в захвате по высоте. Выбрав наиболее дешевый робот с точностью позиционирова­ния ±1 мм, можно определить ожидаемое поле рассеяния ω_Δ размера Г_Δ по формуле ω_Δ = , где ω_i — поля рассеяния составляющих звень­ев, пусть ω_Δ = 2,4 мм. Следовательно, в захвате требуется обеспечить максимальное смещение заготовки = ±1,2 мм. Для этого жес­ткость крепления должна быть не больше: j _шах = Р/Г_mах = = 83,3 Н/мм.

Примем j = 80 Н/мм. При заданных жесткости и необходимом значении смещения можно сконструировать пружинный упругий подвес захвата робота.

В-третьих, можно использовать робот с автоматической поисковой системой управления. При этом могут измениться структура и пара­метры размерной связи, изменится МДТ замыкающего звена: вместо полной взаимозаменяемости будет использоваться автоматическое регулирование размера. Компенсатором в размерной цепи может быть размер позиционирования захвата робота, который управляется от УЧПУ.

Робот необходимо оснастить техническим зрением и техническим интеллектом с использованием ЭВМ для анализа полученного изобра­жения и управления положением захвата с деталью, т.е. нужна система адаптивного управления роботом.

Однако такой робот будет стоить намного дороже, чем обычно применяемый загрузочный робот, и при современном уровне развития техники вряд ли будет конкурентноспособным для автоматической загрузки рассматриваемого токарного станка.

Для этого достаточно подсчитать срок окупаемости дополнительно­го оснащения робота техническим зрением и учесть таким образом разницу в стоимости интеллектуального и обычного загрузочного робота. Но если все же понадобится использовать интеллектуальный робот для автоматизации установки заготовок, то, чтобы определить необходимые требования к датчикам информации такого робота, к системе управления, точности позиционирования, необходимо выя­вить и рассчитать размерные связи. Иначе невозможно ни разрабо­тать, ни выбрать подходящий робот из числа имеющихся, ни запро­граммировать его работу.

Таким образом, при автоматизации процессов необходим анализ возникающих в автоматизируемом процессе размерных связей.

Рассмотренная задача автоматической установки заготовки робо­том в патрон аналогична многим другим, возникающим при сборке, например, при установке вала во втулку или наоборот, автоматичес­кой установке режущего инструмента в шпиндель станка или гнездо магазина и т.д. Размерные анализы автоматической сборки и загрузки станка рассмотрены упрощенно, только для смещения оси заготовки, но возможен и перекос осей. Вообще же положение одной детали относительно другой в пространстве характеризуется шестью пара­метрами: тремя перемещениями и тремя поворотами систем коорди­нат. Для анализа каждого из шести параметров должна быть построе­на размерная цепь.

Рассмотренный пример позволяет сделать следующие выводы: при автоматической установке заготовки или сборке изделия необходимо обеспечить соответствующие размерные связи, в против­ном случае автоматическая установка или сборка невозможны;

обеспечение этих размерных связей не влияет непосредственно на конечные размерные показатели изделия, т.е. на его качество, но влияет на работоспособность автоматов, т.е. на возможность автома­тической установки или сборки;

при автоматизации производственных процессов необходимо глубоко изучить сущность автоматизируемого процесса, в частности, необходимо выявить и рассчитать размерные связи, выбрать МДТ и соответствующие средства реализации размерных связей в автомати­ческом производстве;

для расчета размерных связей при автоматической сборке изделий, автоматической установке заготовки, изделия, спутника, режущего инструмента на станок, в кассету, в магазин и т.д., а также при автоматической стыковке транспортных средстд можно пользоваться общей методикой размерного анализа автоматического сборочного процесса (см. рис. 2.28, 6—10).

Размерные связи при стыковке транспортных тележек. Автомати­ческие транспортные тележки с индуктивной, оптической или какой - либо другой системой управления используют для автоматического транспортирования заготовок на спутниках, изделий, кассет с заго­товками и инструментами.

На рис. 2.32 показано положение транспортной тележки 3 относи­тельно приемного накопителя 4 в момент перегрузки спутника 1 с заготовкой 2 с тележки 3 на накопитель 4. Спутник I установлен на приводных роликах 5 конвейера тележки 3. Эти ролики могут вра­щаться электродвигателем, при этом спутник 1 перемещается на роликах. После того как тележка остановилась около станции, вклю­чается роликовый конвейер и спутник 1 перемещается к приемному накопителю 4. На накопителе 4 в верхней части установлен такой же, как на тележке, конвейер, благодаря которому спутник перемещается на накопитель 4. Для того чтобы перемещение спутника с тележки на накопитель было возможным, необходимо прежде всего, чтобы кон­вейеры тележки и накопителя находились на одном уровне, т.е. на одинаковой высоте от пола.

Рис. 2.32. Перегрузка спутника с транспортной тележки:

1 — спутник, 2 — заготовка, 3 — автоматическая тележка,

4 — станция накопителя, 5 — приводной рольганг

В соответствии с методикой для размерного анализа рассматривае­мого процесса прежде всего необходимо определить исходное звено размерной цепи, которое должно обеспечиваться для перемещения спутника.

При перемещении спутника допускается некоторый перепад высоты Ж_Δ. Допустимое значение Ж_Δ определяется конструкцией транспортирующего устройства и, как видно из рис. 2.32, — диамет­ром первого ролика. Чем больше этот диаметр, тем больше макси­мально допустимый перепад, при котором спутник может перемес­титься на накопитель. Допустимое значение Ж_Δ определяется не только диаметром роликов, но и коэффициентами трения. Пусть в конкретном случае при расчете установлено, что Ж_Δ = 0 ± 10 мм. Это означает, что ролики тележки могут находиться выше на 10 мм или ниже на 10 мм роликов накопителя или между этими крайними значениями. Стыковочный размер Ж_Δ являетсй своеобразным услови­ем собираемости при передаче спутника. Далее необходимо построить размерную цепь Ж, в которой несовпадение высот является замыкаю­щим звеном, а размеры Ж₁ — высота приемной станции и Ж₂ — высота тележки — являются составляющими звеньями. Стыковка должна обеспечиваться при подходе любой тележки транспортной системы к любому накопителю, следовательно, должна быть обеспе­чена в рамках рассматриваемой ГПС полная взаимозаменяемость тележек и накопителей.

При обеспечении Ж_Δ методом ПВ должны соблюдаться следую­щие условия:

В этой системе первое уравнение — уравнение размерной цепи в номинальных значениях. Номинальное значение размера Ж_Δ = 0. Следовательно, Ж₁ = Ж₂, т.е. номинальные значения высоты прием­ной станции и тележки должны быть одинаковы. Какой именно будет номинальная высота при автоматизации загрузки, безразлично; пусть Ж₁ = Ж₂ = 1000 мм. Координата середины поля допуска Δ_0Δ размера Ж_Δ равна нулю, так как допустимые отклонения симметричны, т.е. Δ_0Δ =0 Третье уравнение системы (2.12) справедливо при Δ₀₁ = Δ₀₂ = 0. Второе уравнение системы (2.12) показывает, что сумма допусков на высоту накопителя T₁, и высоту тележки Т₂ не должна превышать допуска замыкающего звена Т_Δ = 20 мм (Ж_Δ = 0 ± 10 мм); T₁ + Т₂ = 20 мм. Этому могут удовлетворить различные сочетания Т₁ и Т₂, например, Т₁= Т₂ = 10 мм. Однако допуск тсгче обеспечить, чем Т₂, учитывая, что тележка перемещается на колесах, а накопитель установлен неподвижно.

Поэтому с учетом трудностей реализации допусков на практике выберем решение: Т₁ = 6 мм; Т₂ = 14 мм. Тогда с учетом ранее при­нятом симметричности отклонений относительно номинального разме­ра, что следует из Δ₀₁ = Δ₀₂ = 0, получится окончательное решение: Ж₁ = 1000 ± 3 мм и Ж₂ = 1000 ± 7 мм. Это значит, что высота от пола столов всех накопителен в ГПС должна быть не меньше 997 мм и не больше 1003 мм, а высота любой из тележек транспортной системы должна находиться в пределах 993 — 1007 мм.

Многозначность возможных сочетаний допусков Т_] и Т₂, удовлет­воряющих условию Т₁ + Т₂ = 20 мм, не является недостатком мето­дики расчета, это объективная закономерность проектного расчета, выражающая множество возможных путей решения проектных задач. Точное соотношение может быть установлено технико-экономическим расчетом стоимости реализации и эксплуатации транспортной систе­мы. Так, например, устанавливая допуск, следует учесть, что резино­вые ободы колес тележки по мере эксплуатации будут изнашиваться и поэтому при малом допуске на высоту тележки придется часто ее ремонтировать для восстановления допустимого размера Ж₂. Условия расчета можно еще более уточнить и усложнить, если учесть упругую деформацию тележки под действием веса перемещаемых деталей и добавочное поле рассеяния размера Ж₂ при перевозке тележкой деталей различной массы. Таким образом, в рассмотренном примере необходима взаимная увязка размеров транспортной системы, без которой автоматические погрузка и выгрузка неосуществимы. Анало­гично вертикальным размерам должны быть увязаны и размеры в двух других координатных направлениях.

Рис. 2.33. Вид в плане на тележку перед передачей спутника

На рис. 2.33 показан вид в плане на тележку со спутником и приемную станцию рольгангового накопителя. Для того, чтобы была возможна автоматическая передача спутника с тележки на станцию, необходимо, чтобы тележка остановилась напротив станции с требуе­мой точностью относительного позиционирования. Если при подъезде тележки к станции не будет обеспечен требуемый размер 3_Δ, то автоматическая нагрузка спутника будет невозможна. Точная оста­новка тележки может осуществляться с помощью фотодатчика (ФД), установленного на тележке и взаимодействующего с источником света — светодиодом (СД).

Точность позиционирования тележки определяется многими факторами: массой, скоростью подъезда, точностью датчиков, качес­твом тормозной системы и другими параметрами. Так, например, точность позиционирования 3₄ автоматической тележки "Электрони­ка" составляет ±10 мм. Достаточно ли такой точности для конкретной транспортной системы? Какая точность позиционирования необходи­ма? Какие размеры и с какой точностью необходимо выдерживать при изготовлении, монтаже, наладке и эксплуатации транспортной систе­мы? Ответы на все эти вопросы можно получить, проведя размерный анализ рассматриваемых процессов. Без него невозможно обосновать необходимую точность размеров всех компонентов системы и осущес­твить выбор необходимых средств автоматизации, целенаправленно вести наладку системы.

На составленной схеме (см. рис. 2.33) обозначим исходное звено размерной цепи З_д — отклонение от соосности оси симметрии спутни­ка и конвейера приемной станции. Далее построим размерную цепь 3₁ — 3₄. В этой цепи: 3₁, — отклонение от соосности оси симметрии спутника относительно оси симметрии конвейера тележки, вызванное погрешностью положения спутника на тележке; 3₂ — расстояние от оси симметрии спутника до ФД — конструктивный размер тележки; 3₃— отклонение от соосности ФД тележки и СД на приемной стан­ции, вызванное погрешностью позиционирования тележки, включаю­щей погрешность фотодатчика и погрешность в результате инерцион­ности срабатывания тормоза, а также инерционности самой тележки; 3₄ — расстояние от источника света на приемной станции до оси симметрии конвейера — конструктивный размер.

Исходный допуск соосности Г_Δ = 0,5(Б₁ — Б₂), где Б₁ и Б_г — ширина соответственно конвейера станции и спутника. Увеличе­ние Г_Δ за счет увеличения ограничено в связи с необходимостью точного позиционирования спутника на станции. Одно из возможных решений — поставить на станцию дополнительное позициониру­ющее устройство, которое после приема спутника обеспечит его точное позиционирование.

Дата добавления: 2014-11-18