Введение к работе
1.1. Актуальность темы.
Важнейшим направлением обеспечения необходимого ускорения развития технологии приборостроения является повышение научно-технического уровня сборочного производства, обладающего самыми крупными потенциальными резервами для повышения качества, надежности и безопасности эксплуатации изделий, снижения материальных и трудовых ресурсов, повышения производительности труда и конкурентоспособности выпускаемых изделий на мировом рынке.
Проблема повышения эффективности технологии сборочного производства в приборостроении и качества выпускаемых изделий является сложной и недостаточно изученной, она носит комплексный характер и требует системного подхода с учетом влияния взаимосвязанных конструкторско-технологических факторов. Поэтому разработка научно обоснованных технологических процессов и средств автоматической сборки деталей приборов, а также методик и рекомендаций, является актуальной задачей.
1.2. Современное состояние проблемы
Сборка является завершающим и наиболее ответственным этапом производства, на котором интегрируются результаты всех предшествующих этапов производства и формируются основные показатели качества выпускаемых изделий; до 90% от всех отказов изделий происходит по причине их некачественной сборки.
Повышение качества сборки изделий достигается, прежде всего, за счет повышения уровня технологии и автоматизации сборочных процессов и объективного контроля всех нормируемых параметров сборки (зазоров, натягов, соосности и углов перекоса собираемых деталей, радиальных и торцовых биений, сборочных усилий, моментов затяжки резьбовых соединений, плотности и герметичности соединений, уравновешенности деталей, параметров технологического оборудования и оснастки, режимов сборки и т.п.). Однако на практике, ввиду низкого уровня автоматизации процессов сборки, преобладания ручного труда и отсутствия действующей научно-обоснованной системы управления качеством продукции в сборочных производствах машиностроения и приборостроения, в большинстве случаев высокое качество собираемых деталей не обеспечивается.
В настоящий момент при замене ручного труда процессы сборки наименее механизированы и автоматизированы (до 80% от всего объема сборочных работ выполняется вручную) и занимают непропорционально большой удельный вес в общей структуре трудоемкости производства машин
(25 - 40%) и приборов (40 - 70%). Совершенствование технологии автоматизированной сборки является наиболее перспективным направлением повышения эффективности машиностроения и приборостроения. При этом автоматизация нередко обеспечивает увеличение производительности сборки в десять раз и более при одновременном повышении качества выпускаемых изделий. Особую актуальность приобретает задача автоматизации сборочных процессов в приборостроении. По данным института IFI (Industrial Fastener Institute, USA) затраты на сборку составляют до 16 - 20% - в авиакосмической промышленности и до 55 - 60% в радиоэлектронной и приборостроительной промышленности. В технологии производства оптических приборов необходима автоматизация сборки направляющих вращательного движения (состоящих из цапфы и втулки), объективов коллиматоров, диоптрийных трубок, деталей микроскопов, объективов насыпной конструкции, фотообъективов и т. д.
1.3. Цель работы и задачи исследования
Целью работы является повышение эффективности
автоматизированной сборки цилиндрических деталей приборов на основе комплексного выбора параметров сборочного процесса.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Проанализировать и систематизировать факторы, влияющие на собираемость деталей приборов при автоматизированной сборке.
Разработать математические модели сборочного процесса для определения влияния на собираемость деталей в автоматизированном режиме геометрических, кинематических и силовых параметров.
Разработать интегральные оценки параметров технологического процесса сборки, при которых обеспечивается гарантированная сборка в автоматизированном режиме.
Разработать методические рекомендации по оценке технологичности и подготовленности конструкции собираемых деталей к автоматизированной сборке.
Разработать методические рекомендации по расчету и комплексному выбору значений параметров технологического процесса сборки, удовлетворяющих требованиям собираемости деталей в автоматизированном режиме.
Разработать методику расчета погрешности базирования.
Разработать алгоритм и программу для определения геометрических условий собираемости деталей.
1.4. Методы исследования
При проведении исследований применялся системный анализ и математическое моделирование факторов, влияющих на условия собираемости деталей. Теоретические исследования базировались на основных положениях технологии приборостроения, метрологии, теоретической механики, математического моделирования, анализа и синтеза технологических процессов и средств автоматизированной сборки, расчете точности сборки и сборочных размерных цепей с помощью ЭВМ. При экспериментальных исследованиях осуществлялась проверка разработанных математических моделей на их адекватность реальным технологическим процессам и средствам оснащения сборки с использованием опытных образцов собираемых деталей и средств автоматизированной сборки. При этом была использована современная аттестованная научная аппаратура, приборы и средства контроля размерных, точностных, жесткостных и силовых параметров сборочного процесса.
1.5. Научная новизна работы
Научная новизна работы состоит в том, что в данной работе:
Разработаны математические модели автоматизированного сборочного процесса сопряжения деталей типа «вал-втулка» в форме системы дифференциальных уравнений, включающих пространственные геометрические, кинематические и силовые параметры технологического процесса, решение которой позволяет определить области значений параметров, при которых обеспечивается гарантированная сборка деталей.
Предложена система интегральных оценок, определяющих возможность собираемости деталей типа «вал-втулка» в зависимости от допустимого смещения осей, предельно допустимой скорости сопряжения и диапазона значений жесткости элементов технологической системы «собираемые детали - оснастка - оборудование».
Разработана методика расчета суммарного относительного смещения осей собираемых деталей, позволяющая оценить возможность автоматизированной сборки методом полной взаимозаменяемости без их механического повреждения.
Предложена методика расчета погрешностей базирования сопрягаемых деталей для типовых схем их относительной ориентации.
Разработаны алгоритм и программа определения возможности автоматизированной сборки деталей на основе оценки значений допустимого и действительного смещений осей собираемых деталей.
1.6. Практическая ценность
Практическая ценность заключается в разработке методических рекомендаций по комплексному выбору параметров автоматизированного сборочного процесса цилиндрических деталей.
Разработанные методики расчета точности относительного положения собираемых прецизионных деталей и суммарного относительного смещения осей собираемых деталей были использованы в рамках НИР по разработке эталонной базы РФ, что подтверждено актом внедрения в ВНИИМСе.
Предложены усовершенствованные конструкции исполнительных органов автоматизированного сборочного оборудования.
1.7. Реализация работы
Методические материалы по результатам работы переданы во ВНИИМС для использования при разработке новых нормативно-технических материалов по разработке эталонной базы оптического приборостроения.
1.8. Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и
обсуждались на международных конференциях и семинарах: «Инженерный
бизнес и защита окружающей среды». (Болгария, г. Варна. 03-12.06.96);
«Новые технологии и средства оснащения производства», (г. Сочи, 20-
30.09.1996); «Фундаментальные и прикладные проблемы информатики,
приборостроения и экономики» (г. Сочи, 26.09-02.10.1998 г.);
«Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики
и экономики», (г. Сочи 01.10.2007-05.10.2007 г.); «Фундаментальные и
прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики», (г.
Сочи 01.10.2011-05.10.2011 г), а также на семинарах и научных
конференциях Московского государственного университета
приборостроения и информатики.
1.9. Основные положения, выносимые на защиту:
Результаты исследований по определению областей значений геометрических, кинематических и силовых параметров технологического процесса сборки, гарантирующих собираемость деталей типа «вал-втулка» в автоматизированном режиме.
Методические рекомендации по выбору геометрических, кинематических и силовых параметров технологического процесса автоматизированной сборки деталей типа «вал-втулка.
Методика и программа расчета погрешностей базирования сопрягаемых деталей для типовых схем их относительной ориентации.
4. Результаты разработки требований, предъявляемых к конструкциям сопрягаемых деталей, а также погрешностям взаимного расположения деталей на основе предложенных интегральных оценок.
1.10. Публикации
По материалам работы опубликовано 18 научных работ, в том числе 4 в опубликованных тезисах и докладах Международных конференций и 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Раздел справочника для ВУЗов -Технология и оснащение сборочного производства машиноприборостроения: Справочник - М.: Машиностроение, 1995. - 608 с.
1.11. Структура и объем диссертации
