Основы технологии машиностроения. Учебное пособие для вузов
.pdfсредств и операций, а в ряде случаев внедрить и переменно- поточные автоматические линии.
5.4. Стандартизация, нормализация и унификация деталей и сборочных единиц в производственных процессах
Широкое использование стандартизации, нормализации и унификации деталей и их элементов обуславливает уменьшение трудоемкости процессов производства и снижение себестоимо- сти деталей машин в связи с увеличением серийности и унифи- кацией станочных наладок. Кроме этого, эффективность груп- повых технологических процессов, а в ряде случаев и возмож- ность их применения зависит от уровня стандартизации и нор- мализации конструкций деталей. Обычно, при подборе деталей в группу, при разработке групповых техпроцессов и наладок производится дополнительная работа по унификации материа- лов и видов заготовок, конструктивных форм и размеров дета- лей и отдельных поверхностей, а так же технологических требо- ваний к ним. Только достигнув максимальной унификации кон- струкции, можно разработать рациональный технологический процесс групповой обработки.
Кроме этого, стандартизация, нормализация и унификация деталей создает условия и делает возможным специализацию и
кооперирование производств (крепеж, поршни, различные агре- гаты).
81
6. ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ
6.1. Понятие о сборке
Технологический процесс сборки изделия - часть производст- венного процесса, связанная с последовательным соединением деталей в изделие, это - совокупность операций по соединению окончательно обработанных деталей в определенной последо- вательности, выполняемых методами, основанными на теоре- тических расчетах и практическом опыте с учетом обобщен- ных объективных закономерностей.
Технологический процесс сборки включает в себя операции и переходы. Операция - часть технологического процесса узловой или общей сборки, выполняемая на одном рабочем месте одним рабочим или бригадой. Переход - часть операции, выполняемая при неизменном оборудовании или оснастке.
Процесс сборки делится на узловую и общую (окончатель- ную).
Узловая - сборка деталей в сборочные единицы.
Общая (окончательная) - сборка законченного изделия из де- талей, сборочных единиц и групп.
Узловая и общая сборка, в свою очередь, могут делиться на первую и вторую.
При первой сборке - выполняются операции подготовитель- ного характера, проверяется «собираемость» изделия, регули- руются зазоры и натяги. Собираемые детали и сборочные еди- ницы клеймятся.
При второй сборке - соединения осуществляются в соответ-
ствии с имеющимися клеймами и подавляющее большинство подготовительных операций не повторяется.
82
При сборке выявляются дефекты предшествующих стадий производства, рациональность компоновки и оценивается тех- нологичность конструкций изделия.
Трудоемкость сборки по отношению к трудоемкости механи- ческих цехов 40-45% (по времени) - индивидуальная сборка, 20% - крупносерийная.
6.2. Виды сборки
Виды сборки:
-индивидуальная с подгонкой всех деталей (индивидуальное, опытное производство);
-с использованием системы полной взаимозаменяемости де- талей (массовое производство);
-с использованием системы частичной (неполной) взаимоза- меняемости (авиапромышленность по этому виду).
6.3. Организационные формы сборочных работ
Собираемый объект может оставаться на одном месте, пере- мещаться непрерывно или периодически в продолжение всего процесса сборки. В первом случае сборка - стационарная (не-
подвижная), во втором - подвижная.
Стационарная сборка отличается от подвижной возможно- стью сохранения неизменности положения базирующей детали собираемого объекта в продолжение всего процесса сборки. Этим наиболее просто исключается влияние упругих деформа- ций недостаточно жесткой базирующей детали на точность со- бираемого объекта.
Классификация организационных форм сборочных работ представлена на рис.6.1
Наиболее ранняя по времени возникновения - непоточная не- подвижная сборка. При этом собираемый объект остается в
83
продолжение всего процесса сборки на одном рабочем месте или сборочном стенде. Все сборочные единицы детали подаются на место сборки. Рабочий (бригада) приходит на рабочее место к собираемому объекту и ведет его сборку. Для облегчения труда рабочие места или стенды оборудуются универсальными при- способлениями и подъемно-транспортными средствами. Выпол- нение отдельных переходов на сборке распределяется между рабочими бригадиром или мастером участка. Здесь действует принцип концентрации операций. Такая форма сборки называ- ется бригадной (объект собирает одна бригада от начала до конца цикла).
Рис.6.1 Классификационная схема организационных форм сборки
Длительность процесса сборки определяется по формуле:
T |
= |
t1 |
+ |
t2 |
+ ... + |
tn |
+ |
t0 |
, |
(6.1) |
||
B |
|
|
B |
|
||||||||
бр |
|
|
B |
2 |
|
B |
n |
|
|
|
||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
84 |
|
|
|
|
|
|
где t1, t2 , …, tn - трудоемкость сборки отдельных сборочных единиц в человеко-часах, t0 - трудоемкость общей сборки, B1, B2 , …, Bn - число рабочих занятых на сборке отдельных сбо-
рочных единиц, B0 - число рабочих, занятых при общей сборке.
Как видно из формулы (6.1) общая длительность процесса может снижаться в основном за счет увеличения числа рабочих. Это не всегда возможно, так как одновременная работа несколь- ких рабочих над одной сборочной единицей затруднена из-за недостатка места.
Расширение фронта работ и, следовательно, увеличение про- изводительности возможно при проведении некоторых работ параллельно. Наилучшей организацией бригадного метода рабо- ты является такая, когда отдельные члены бригады работают параллельно над отдельными сборочными единицами, подоб- ранными по длительности сборочных операций, и все члены бригады заканчивают свою работу одновременно к моменту на- чала общей сборки. В этом случае суммарное число рабочих, работающих параллельно на узловой сборке не должно превы- шать числа рабочих, которые могут одновременно работать на общей сборке. Недостатки бригадного метода сборки - мала производительность при использовании труда рабочих высокой квалификации, невозможно проводить работы непрерывно (в нерабочее время объект, собираемый данной бригадой, простаи- вает). Этот метод применяется при опытном или единичном производстве, когда ограниченная программа не вызывает необ- ходимости расширения фронта работ и проведения параллель- ной сборки сборочных единиц. При увеличении количества со- бираемых объектов появляется возможность перехода к более экономичной организации сборочного процесса.
Непоточная подвижная сборка. Здесь применяются транс-
портные устройства для перемещения собираемых объектов от одного рабочего места к другому. Выполнение отдельных сбо-
85
рочных операций производится рабочим или бригадой на от- дельных рабочих местах, расположенных рядом с транспортным устройством или непосредственно на нем. Окончив выполнение всех переходов, составляющих операцию, рабочий перемещает собираемый объект в направлении к следующему рабочему мес- ту. Фактическая продолжительность выполнения каждой опера- ции при непоточной подвижной сборке зависит от квалифика- ции и интенсивности труда рабочего, а также от качества соби- раемых деталей и сборочных единиц, поэтому она, как правило, колеблется. Для компенсации колебаний фактической продол- жительности сборочных операций между рабочими местами создаются небольшие межоперационные заделы собираемых объектов. Это позволяет каждому из сборщиков, закончивших операцию раньше сборщика, работающего на предыдущем ра- бочем месте, продолжать свою работу за счет использования межоперационного задела, не тратя времени на ожидание.
Применяемые при таком методе сборки транспортные сред- ства - тележки на рельсах, рольганги.
Неподвижная поточная сборка - все собираемые объекты ос-
таются на рабочих местах или стендах в течение всего процесса сборки. Рабочие (или бригады) по сигналу все одновременно переходят от одних собираемых объектов к следующим через периоды времени, равные такту. Каждый из рабочих (или каж- дая бригада) выполняет закрепленную за ним (бригадой) одну и ту же операцию на каждом из собираемых объектов. Здесь дей-
ствует принцип дифференциации операций (операционная сбор- ка).
Длительность цикла сборки определяется по формуле:
T = |
tmax + |
t0 , |
(6.2) |
оп |
B |
B0 |
|
|
|
|
где tmax - трудоемкость сборки наиболее трудоемкой сбороч-
ной единицы.
86
Анализируя эту формулу, видно, что по сравнению с бригад- ным методом общая длительность сборки сократилась из-за вы- полнения узловой сборки параллельно, так как изделие разбива- ется на сборочные единицы или группы, сборка которых ведется на линиях узловой сборки (авиадвигателестроение).
Преимущество метода неподвижной поточной сборки - рабо- та с установленным тактом, равномерный выпуск продукции, короткий цикл сборки, высокая производительность труда.
Применяется метод при сборке тяжелых станков, крупных дизелей, тяжелых грузовых автомобилей, самолетов.
Подвижная поточная сборка - собираемые объекты в про-
цессе сборки непрерывно или периодически перемещаются. Средства перемещения - ленточные, цепные, штанговые конвей- еры с бесступенчатым регулированием скорости перемещения.
Параметры, характеризующие процесс поточной сборки:
Такт - промежуток времени (интервал) между выпуском из- делий.
Темп - число выпускаемых изделий в единицу времени.
Ритм - степень равномерности выпуска продукции, то есть степень поддержания установленного такта или темпа.
Существуют разновидности поточной сборки - поточно- узловая (рис.6.2) и предметно-узловая (рис.6.3)
Рис.6.2 Схема организации работ при поточно-узловой сборке (стрелки показывают направление движения объекта сборки)
87
Рис.6.3 Схема организации работ при предметно-узловой сборке
К преимуществам предметно-узловой сборки можно отнести: отсутствие склада готовых деталей, ритмичность всего завода в целом, снижение погрешностей чистоты. К недостаткам - не- догруженность оборудования, нарушение принципа специали- зации.
6.4. Точность сборки
Под точностью сборки понимается степень соответствия действительных значений параметров, получаемых при сборке, значениям, заданными сборочными чертежами и техническими условиями. Известно, что сборочные параметры: геометрические (зазор, биение), кинематические (закон движения ведомого зве- на), физико-механические (деформация, упругость, давление) задаются двумя допустимыми предельными значениями: наи- большим Amax и наименьшим Amin . Разница между этими зна-
чениями составляет величину поля рассеивания ω
ω = Amax − Amin ,
или допустимую погрешность δ (допуск) сборки на этот пара- метр. Понятно, что действительный параметр, получаемый при сборке, не должен выходить за пределы допуск.
Чтобы обеспечить это требование, проводятся предваритель- ные расчеты на точность (определяется ожидаемая точность сборочного параметра) и по результатам их выбирается метод
88
сборки, как более приемлемый в данных производственных ус- ловиях.
В расчетах предполагается, что на сборку поступают только годные детали, то есть такие, параметры которых лежат в преде- лах установленных допусков, и различные значения сборочного параметра получаются вследствие рассеивания параметров со- прягаемых деталей, а также погрешностей, связанных со сбо- рочным процессом (инструмент, оборудование и т.д.).
Расчеты на точность размеров сборочных элементов и изде- лия в целом основаны на теории размерных цепей.
Существуют пять методов сборки, обеспечивающих задан- ную точность замыкающего звена:
-полной взаимозаменяемости;
-неполной (частичной) взаимозаменяемости;
-подбора (селективной сборки);
-регулировки (компенсаторов);
-подгонки.
Метод сборки, при котором любая деталь, включаемая в ка- честве звена в размерную цепь, обеспечивает заданную точ- ность замыкающего звена без какой-либо пригонки или подбора, называется методом полной взаимозаменяемости.
Например, диаметр отверстия - зазор - диаметр валика; ши- рина шпоночного паза - зазор - ширина шпонки.
Преимущества метода:
-удешевление и упрощение сборочных операций (сборка сводится к простому соединению деталей), благодаря чему от- падает необходимость в высококвалифицированных сборщиках;
-простота нормирования операций, упрощение организации
ипланирования всего производства, большая возможность пе- ревода сборки на поток;
-облегчение и удешевление ремонта изделий;
-расширение возможностей кооперирования между завода-
ми.
89
Перечисленные преимущества способствуют использованию метода полной взаимозаменяемости в массовом и крупносерий- ном производствах, которым присуща высокая технологическая культура и где затраты на совершенное оборудование специаль- ную оснастку, повышающую точность обработки, окупаются.
Метод сборки, при котором требуемая точность замыкаю- щего звена достигается не у всех, а только у части объектов,
путем включения в размерную цепь составляющих звеньев без какого-либо их выбора, подбора и регулировки, называется ме- тодом неполной (частичной) взаимозаменяемости.
Отличие рассматриваемого метода от метода полной взаимо- заменяемости заключается в установлении больших по величи- нам допусков на все составляющие звенья.
При этом идут на риск возможности получения небольшого процента объектов, погрешность замыкающего звена которых может выйти за пределы установленного допуска.
Метод практически целесообразен, так как процент неконди- ционных сборочных единиц сравнительно невелик, а экономи- ческий эффект от снижения себестоимости изготовления дета- лей окупает издержки из-за возможностей переборки и исправ- ления некондиционных сборочных единиц.
Метод подбора или селективной сборки - проведение сборки из деталей, обработанных с экономически приемлемыми допус-
ками на размеры. Делится на попарный и групповой методы. При попарном методе сборщик непосредственно на рабочем
месте подбирает сопрягаемые детали друг к другу. Групповой подбор имеет две разновидности:
-первая - сопрягаемые детали предварительно рассортировы- ваются на группы в более узких пределах допуска, затем сбо- рочные единицы собираются из деталей соответствующей груп- пы, чем и обеспечивается высокая точность сопряжения;
-вторая - рассортировке на группы подвергаются не все уча- ствующие в данной размерной цепи детали, а только одна. Не
90