16. Способы ориентации и совмещения деталей при автоматической сборки

Способы совмещения сопрягаемых поверхностей собираемых деталей

Без совмещения

С совмещением:

-за счет направляющих элементов в собираемых компонентах

-за счет центрирования собираемых компонентов направляющими элементами оснастки

-за счет предварительного наклона одного или нескольких компонентов

-за счет неуправляемого поискового перемещения одного или обоих собираемых компонентов

-за счет управляемого поискового перемещения по заданной траектории одного или обоих собираемых компонентов

-за счет направленного совмещения собираемых компонентов, обеспечиваемого действиями внеш. полей и колебаний

-за счет направленного совмещения обеспечиваемых контактными сенсорными устройствами

-за счет направленного совмещения обеспечиваемых безконтактными сенсорными устройствами

-комбинированные способы

-др способы в электродинамике и радиотехники

Задача обеспечения условий собираемости состоит : в определении точности относительного положения собираемых деталей и согласование ее с допустимой гарантирующей сопряжения парой.

Решение данной задачи является обязательным этапом создания процесса автоматической сборки.

Обычно р/м-ся условия собираемости цилиндрических пар, что объясняется распространенностью данного вида соединения в машиностроении. Задача соединения деталей с произвольными поверхностями в большинстве случаев аналогично по решению задачи сопряжению цилиндров. Дополнительно для произвольных контуров решают угловую размерную цепь, определенную положением деталей относительно оси сопряжения.

В наст вр большинство задач сопряжения деталей решены с учетом размерных и силовых параметров. Идеальной с позиции собираемости является ситуация когда конструктивно в кач-ве технологической базы могут использоваться сопрягаемые поверхности. В данном случае устройство ориентации не требуется и их функции будут переданы базирующим элементам. Рассогласование контуров сопрягаемых деталей будет зависеть только от наладочных размеров.(рис1)

С позиции термеха пространственная ориентация определяется 6-ю координатами, для цилиндрических и резьбовых соединений она мб сведена к суммарному перекосу оси сопряжения. Выполнимость операции оценивают по соотношению допустимой и возникающее погрешностей. Например по формуле Холодковой

- допустимая погрешность

- зазор (есть +- натяг)

-возникающая погрешность

Допустимая погрешность учитывает зазор соединений и величины фасок. Возникающая погрешность фактически определяется как допуск замыкающего звена связывающие оси сопрягаемого звена.

Вторым условием требуемой взаимной ориентации при жестком базировании является допустимый перекос деталей. Для момента первоначального касания допустимый угол определяется соотношением

- max диаметр вала/втулки по чертежу

В процессе сопряжения деталей угол будет меняться и должен определятся соотношением

L- длина соединения

В современном машиностроении с его постоянно возрастающим требованиям к точности машин условиями собираемости при жестком базирование в большинстве случаев не выполнимы. В подобной ситуации применение специальных устройств взаимной ориентации необходимо.

При выборе устройств для ориентации определяющим фактором будет являться геометрическая форма детали, а также ее масса и материал. Дополнительными факторами влияющими на выбор является сложность требуемая производительность и экономический фактор.

Наиболее простой является группа устройств построенная на взаимном центрировании деталей и использовании упругих компенсаторов.

Подвижность может быть предоставлена одной либо обеим деталям Под действием составляющей внеш силы происходит упругое сжатие деталей в направлении совмещения осей. В результате обеспечивается бесприпятсвенное соединение и исключается возможность заклинивания. При использование данной схемы роль упругих элементов играют пружины или резиновые проставки, а также обязательно оценивают податливость системы.

Широкое применение в промышленности получило использование специальных ловителей, направляющих элементов, ориентаторов. Этот принцип используется при установки поршневого пальца.

Центрирующая оправка входит в отверстие шатуна и поршня и ее конический торец центрирует ось поршневого пальца.

Функции ловителя мб переданы одной из сопрягаемых деталей, как правило устанавливаемой.

Устанавливаемой детали предается искусственный перекос компенсирующий линейную погрешность. Базовой детали сообщается линейное или круговое движение в горизонтальной плоскости. В процессе выполнения соединения созданный перекос устраняется за счет качания одной из детали.

Взаимная ориентация деталей на сборочных позициях может достигаться применением центробежных и гироскопических устройств механического действия.

Устройства использующие ненаправленный поиск, условно делятся на 2 подгруппы:

1.использующие траекторию перемещения одной из деталей

2.вибрационные колебания устройства основаны на использование кривошипно-шатунного и кулисного механизмов. Им присуща высокая кинематическая точность и непостоянство во времени выполнения совмещения деталей.

Упрощение кинематической сложности может достигаться использованием электромеханического или пневматического приборов.На рис 4 показано подобное устройство, которое использует пневмотурбину, вращающуюся на подшипнике от подводимого сжатого воздуха. Изменение давления воздуха меняет угловую скорость турбины и как следствие величину центробежной силы, действующих на эксцентрично закрепленный груз, при этом присоединяющая деталь будет совершать сканирующее движение.

При автоматизации сборки соединений с малым гарантированным зазором ±0,025-0,1 мм и резьбовых соединений эффективны адаптивные сборочные устройства, которые бывают пассивными и активными.

Пассивные представляют собой самоустанавливающую оснастку, а активные основаны на использование систем с обратной связью. Технологические возможности активных устройств выше – они могут обеспечить соединение деталей с зазором свыше 10мкм, однако они гораздо дороже пассивных устройств. Пассивные адаптивные устройства способны обеспечить соединение деталей с зазором менее 0,02 мм.

Для соединения деталей без заклинивания необходимо управление поддатливастью базирующих устройств под действием сил и моментов. Наибольшая опасность заклинивания возникает тогда, когда одна деталь частично войдет в отверстие другой детали.

Дополнительными преимуществами данной группы устройств является их возможность использования как в составе сборочных автоматов так и роботов. В качестве упругих элементов используют пружины, упругие стержни и резиновый конденсатор. Выбор конфигурации и количества упругих элементов зависит от необходимой сборочной силы и требуемой точности. Широкими технологическими возможностями обладает устройство тактильной сенсорной системой управления.(рис.7) Схема основана на контроле входа напряжения 4-мя датчиками. Сборочное усилие распределяется неравномерно между4-мы датчиками тк контакт присоединяемой детали будет происходить со смещением. По величине смещении я определяется направление наклона продольной оси присоединяемой детали. При этом базовая деталь для устранения перекосов должна смещаться в противоположную сторону, что осуществляется с помощью 2-хкоординатного стола.

Достоинством данной схемы является возможность угловой ориентации сопрягаемых деталей с учетом погрешности формы сопрягаемых поверхностей. Такая ориентация возможна только за счет предварительного изменения поверхностей на координатной машине.

При зазорах в соединениях порядка 0.01-0.03 мм необходимо использовать системы адаптивного управления активного типа. Данные системы работают на основе измерения пространственного рассогласования в положении детали. В приборостроении для установки мелких деталей на печатные платы используют устройства адаптации с контролером и электромагнитным приводом. (рис8)СТАНКИН разработал способы адаптивного управления и измерительные устройства для определения положения соединенных деталей. На их основе создана универсальная автоматическая сборочная машина оснащенная системой адаптивного управления, которая управляет положением соединяемых деталей на основе измерения их размеров.

Контроль положения деталей осуществляется несколькими парами датчиков расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях. Применение подобной САУ обеспечивает сборку изделий в диапазоне точности ±0,005-1мм

Для совмещения осей посадочных поверхностей соединяемых деталей требуется совершить 2 поворота и 2 перемещения устанавливаемой детали. Для этого применяют сборочную головку, оснащенную кореткой(1),нарнирно закрепленной на ней стойкой(2) в которой закрепляется качающая пиноль(3). В следствии чего обеспечивается поворот в 2-х взаимноперпендикулярных направлениях, укрепленный в шпинделе (4), устанавливаемой детали(5).Регулируемые движения обеспечиваются магнитострикционными устройствами, а транспортировку устройству (7) обеспечивается серводвигателем по командам датчика.

Применение сенсорных систем в промышленности раньше сдерживалось высокой стоимостью устройств. Однако с удешевлением лазера данные системы начали широко внедряться.