Методика и последовательность проектирования технологических процессов сборки

Разработка технологического процесса сборки изделия должна осуществляться в соответствии с последними достижениями науки и техники, на основе имеющегося типового или группового технологического процесса. При их отсутствии ТП должен разрабатываться на основе использования наиболее прогрессивных решений, изложенных в действующих ТП сборки аналогичных изделий.

При разработке ТП сборки используют исходную (базовую, руководящую и справочную) документацию. Базовая информация включает данные, содержащиеся в конструкторской документации на собираемое изделие, и программу выпуска данного изделия. Справочная информация включает данные, содержащиеся в технологической документации опытного производства, каталогах, паспортах, справочниках, альбомах прогрессивных средств технологического оснащения сборки, описаниях прогрессивных способов сборки, планировках сборочных участков, методических материалах по проектированию и управлению процессов сборки, прогнозах научно-технического прогресса и планах повышения технического уровня сборочного производства.

Основные этапы разработки ТП.

• 1. Анализ исходных данных для разработки ТП сборки. Исходными данными являются: годовой объем выпуска изделий и условия осуществления технологического процесса, сборочные чертежи изделия и узлов, спецификации, рабочие чертежи деталей, данные об имеющемся сборочном производстве и др.
• 2. Расчет такта и ритма сборки, определение типа производства и организационной формы сборки. В зависимости от годового объема выпуска устанавливается целесообразная организационная форма сборки.
• 3. Отработка конструкции собираемого изделия на технологичность в сборке. Это комплекс мероприятий, проводимых на всех этапах разработки изделия, с целью достижения оптимального заданного уровня технологичности. Отработка конструкции изделия на технологичность должна проводиться на стадиях разработки конструкторской документации. Эта работа начинается на стадии технического задания и технического предложения на проектирование нового изделия, а затем тщательно проводится на стадиях эскизного и технического проектов, разработки рабочей документации. С повышением серийности выпуска изделий и автоматизации сборочного производства требования к технологичности конструкции собираемых изделий возрастают.
• 4. Выбор действующих типового, группового ТП или поиск аналога единичного процесса сборки. Выбор осуществляют путем формирования технологического кода собираемого изделия с помощью технологического классификатора, отнеся собираемое изделие по его технологическому коду к действующему типовому, групповому или единичному ТП сборки. При наличии действующих типового, группового или единичного процессов ТП сборки разрабатывают на основе имеющейся технологической документации. При отсутствии таких процессов ТП сборки разрабатывается с учетом прогрессивных решений, реализованных в действующих единичных процессах сборки аналогичных изделий.
• 5. Проведение размерно-точностного анализа (подробно рассмотрен в параграфе 2.2 сборки, выбор технологических баз и схем базирования, установление рациональных методов сборки. При выборе технологических баз используют принцип совмещения технологических баз с измерительными и конструкторскими с целью повышения точности и использования рациональных методов достижения точности сборки. При выборе технологических баз также реализуют возможность обеспечения постоянства и рациональной последовательности смены баз при выполнении сборки изделия. При этом при выполнении анализа возможных схем базирования рассчитывают погрешности установки компонентов и точность сборки, обеспечиваемую применением различных схем базирования. При выборе технологических баз также учитывают: удобство установки и снятия собираемого изделия; его устойчивость и надежность закрепления; удобство установки присоединяемых компонентов и подвода сборочного инструмента и т. п.
• 6. Составление технологического маршрута сборки изделия. На данном этапе определяется последовательность выполнения технологических операций, которая в наглядной форме представляется в виде технологической схемы сборки. Определяется содержание технологических операций и нормы времени на их выполнение, а также состав средств технологического оснащения сборки.

На последовательность выполнения сборки оказывают влияние: конструкция, масса и размеры собираемого изделия и его составных частей; тип производства и программа выпуска изделий; функциональная взаимосвязь элементов изделия и степень их взаимозаменяемости; точность сборки и методы ее достижения; степень расчлененности изделия на отдельные узлы; условия монтажа силовых и кинематических передач; число маложестких и легко повреждаемых элементов и др. При сборке невзаимозаменяемых деталей и изделий на последовательность сборки значительное влияние оказывают необходимость выполнения пригоночных работ, промежуточной разборки и сборки, дополнительной обработки и контроля и т. п.

При определении последовательности сборки по конструкторской документации выявляют все составляющие узлы, входящие в изделие, и расчленяют их по уровням сборочного состава с целью разработки последовательностей общей и узловой сборки. После этого для изделия и каждого отдельно собираемого узла выявляются базовые детали (компоненты), определяющие относительное положение входящих в данное изделие (узел) других деталей и узлов.

Общая сборка изделия и сборка узлов (узловая сборка) начинается с установки на сборочном оборудовании базовой детали (компонента), которая должна обладать достаточной точностью относительного расположения базовых и сопрягаемых поверхностей, необходимой устойчивостью, жесткостью и прочностью, а также возможностью выполнения максимального числа сборочных операций без смены баз. После выявления базовых деталей определяются положения, которые они должны занимать на позициях сборки. Положение базовой детали выбирается из условия обеспечения максимального удобства и простоты выполнения операций сборки, которые могут осуществляться при вертикальном, горизонтальном или наклонном положении оси сборки.

При выполнении сборки должна соблюдаться такая последовательность установки, при которой смонтированные в первую очередь детали и узлы не должны мешать установке последующих деталей и узлов. В первую очередь устанавливаются детали и узлы, выполняющие наиболее ответственные функции в изделии. При этом при наличии параллельно связанных размерных цепей в изделии установку обычно следует начинать с тех деталей и узлов, размеры поверхностей которых являются общими звеньями и принадлежат большему числу размерных цепей.

Последовательность сборки может быть разработана в нескольких возможных вариантах. Выбор наиболее рационального варианта последовательности сборки осуществляется на основе проведения расчетов экономической эффективности имеющихся вариантов.

• 7. Разработка технологических операций. На этом этапе решаются задачи рационального построения и выбора структуры технологических операций. Устанавливается рациональная последовательность выполнения и содержания переходов в операциях. Определяются требования, предъявляемые к базирующим элементам, устройствам относительной ориентации, сборочным головкам и т. п. Устанавливаются исходные данные, необходимые для расчетов оптимальных режимов сборки, и проводится их расчет. Осуществляется выбор оборудования, обеспечивающего оптимальную производительность при условии достижения требуемого качества сборки. Выполняется расчет загрузки оборудования, оснастка и вспомогательное оборудование.
• 8. Нормирование ТП сборки.
• 9. Определение требований техники безопасности.
• 10. Расчет экономической эффективности вариантов ТП сборки.
• 11. Оформление документации на ТП сборки.

Различные конструктивные исполнения деталей, узлов и изделий машинои приборостроения, а также многовариантность изготовления процессов сборки одинаковых изделий обусловливают большое разнообразие возможных конструктивно-технологических решений сборочного оборудования.

К особенностям сборки можно отнести: недостаточный уровень механизации и автоматизации; ограниченность стандартных и типовых технических средств; разнообразие конструкций собираемых компонентов по геометрической форме, размерам и массе; нетехнологичность конструкций собираемых компонентов в условиях автоматизированной сборки; необходимость объединения различных по виду и трудоемкости основных и вспомогательных операций в одном комплексе; сложность обеспечения автоматической ориентации и подачи в зону сборки многих собираемых компонентов; необходимость их одновременного относительного ориентирования, транспортирования и позиционирования различных по конструкции, материалам и свойствам; сложность траектории собираемых компонентов или сборочного инструмента для реализации процесса сборки; большое разнообразие контрольных операций; необходимость переориентирования этих объектов в процессе их сборки и невозможность ее эффективной автоматизации.

На выбор конструкции сборочного оборудования влияют геометрическая форма, конструктивные особенности, размеры и физико-механические свойства собираемых компонентов, тип производства, программа и номенклатура выпускаемых изделий, сроки перехода на выпуск новых конструкций изделий.

В массовом и крупносерийном производстве преимущественное применение находят специальные и специализированные переналаживаемые сборочные автоматы агрегатно-модульного типа, а также робототехнические комплексы с использованием специальных и специализированных роботов. В среднесерийном и мелкосерийном производстве преимущественно используется переналаживаемое специализированное и универсальное сборочное оборудование, включая роботы, сборочные центры, станки с ЧПУ, механизированные и автоматизированные сборочные станки и стенды.

Сложность механизации и автоматизации сборки возрастает в производстве изделий, имеющих весьма малые размеры и массу, слабовыраженную асимметрию формы, непостоянство геометрической формы, высокую чувствительность к механическим воздействиям. Среди таких изделий имеются изделия с массой (3…8) 10 ^/ кг и габаритными размерами (1,5−1,5 • 0,3)10 ³ м, для которых методы, основанные на гравитационном перемещении, неприемлемы. Кроме этого, к сборке изделий из особо чистых материалов обычно предъявляются требования по обеспечению производственной (вакуумной) гигиены. Указанные особенности производства микроминиатюрных изделий в большинстве случаев не позволяют использовать традиционные методы сборки, применяемые в машиностроении. Задача автоматизации сборки этих изделий решается на основе разработки и применения бесконтактных методов автоматического манипулирования с использованием магнитных и электрических полей, пневматических систем и их комбинаций.

При сборке прецизионных изделий предъявляются высокие требования к точности относительного положения деталей в собранном изделии. Обычно при сборке собираемые детали сортируют на размерные группы и подбирают комплект по номинальным размерам сортировочных групп или применяют пригонку, а также другие методы, что усложняет процесс автоматической сборки таких изделий. Кроме того, сборка ряда прецизионных изделий производится в термостатических помещениях на виброизоляционных стендах с обеспечением особых правил транспортирования и хранения высокоточных деталей.

Для обеспечения заданной точности выходных параметров при сборке прецизионных изделий необходимо учитывать деформации собираемых детатей, возникающие в результате воздействия на них прикладываемых сборочных усилий, а также контактные деформации и погрешности геометрической формы деталей, погрешности измерения при сортировке на размерные группы. Такие деформации и погрешности могут привести к изменению динамического качества изделий, искажению поверхностей контактирования, нарушению условий смазки, возникновению сверхдопустимых нагрузок и напряжений и т.и., что может явиться причиной преждевременного разрушения и выхода из строя изделий.

Сборка крупных и тяжелых изделий, таких как оборудование прокатных станов, шахтное оборудование, турбины, буровые установки и др., обычно осуществляется в условиях единичного и мелкосерийного производства. Сборку данных изделий проводят в основном с помощью универсального технологического оборудования и оснастки: сборочных стендов, манипуляторов, кантователей, пресс-скоб, прессов, механизированных и ручных слесарно-сборочных инструментов, универсально-сборных приспособлений. В качестве подъемно-транспортных средств применяют мостовые краны, консольные и консольно-поворотные краны, подъемники, электротали и т. п.

Крупногабаритные уникальные изделия собирают у заказчика, а на заводе-изготовителе выполняют сборку узлов, осуществляют контроль и испытания отдельных сборочных единиц и комплектов, проводят меры, обеспечивающие собираемость отдельных сборочных узлов на основе размерного анализа и реализации методов имитации общей сборки изделия.

После разработки технологического процесса сборки заполняется технологическая документация, которая в общем случае содержит следующие документы:

• • маршрутную карту;
• • операционную карту;
• • карту типового (группового) технологического процесса;
• • карту эскизов;
• • карту технологической информации;
• • ведомость технологических документов;
• • комплектовочную карту;
• • ведомость деталей (сборочных единиц) к типовому (групповому) технологическому процессу и операции.