Механизация и автоматизация сборочных процессов

В современном машиностроительном производстве уровень механизации сборочных процессов (отношение трудоемкости работ, выполняемых механическими средствами, к общей трудоемкости сборки) колеблется в очень широком диапазоне:

• частичная механизация, при которой механизированные средства применяют лишь на некоторых сборочных операциях, а основная доля работ производится вручную с помощью простейшего немеханизированного инструмента;
• комплексная, или всесторонняя, механизация, когда все основные рабочие операции выполняются с помощью механизированных инструментов и приспособлений;
• частичная автоматизация, когда часть рабочих процессов сборки осуществляется с применением автоматизированных средств, а остальные операции выполняются сборщиками с помощью механизированных инструментов и приспособлений;
• комплексная автоматизация, представляющая собой высшую форму механизации сборки — на этой ступени все рабочие операции, а также операции регулирования сопряжений и контроля собранных сборочных единиц и изделий выполняются машинами-автоматами под наблюдением наладчиков.

Технологический процесс сборки и организация сборочных работ обусловливают применение тех или иных средств механизации, причем, с одной стороны, степень совершенства организации сборки влияет ка технико-экономическую эффективность механизации, а с другой — рациональная механизация способствует совершенствованию организации сборки.

Любая сборочная операция состоит из основного и вспомогательного элементов. Основной элемент характеризуется изменением технологического состояния сборочной единицы в процессе сборки. К вспомогательным элементам относятся перемещение сборочной единицы, деталей, инструментов и приспособлений, управление этими перемещениями и контроль сборки.

Для механизации основных элементов сборочных работ применяют электрифицированные, пневматические и пневмогидравлические одно-и многошпиндельные механизированные инструменты. Для механизации вспомогательных работ, и прежде всего для горизонтального и вертикального перемещения собираемых объектов, инструментов и приспособлений, применяют рольганги, тележки, другие конвейеры, электрические и пневматические подъемники. К числу вспомогательных работ относится также сортировка деталей перед сборкой на размерные и весовые группы. Сортировка осуществляется почти повсеместно на специальных полуавтоматах и автоматах.

Механизация отдельных сборочных операций хотя и снижает в той или иной мере трудоемкость сборки, однако существенного экономического эффекта не дает; он возможен только при комплексной механизации. Завершающим этапом полной механизации сборки является применение автоматических систем.

Основными предпосылками для автоматизации сборочных процессов служат достаточные стабильность и объем выпускаемой продукции. В настоящее время автоматические сборочные машины применяются главным образом для сборки сравнительно небольших сборочных единиц или механизмов, например, печатных схем, подшипников качения, радиоламп и т. п. Известны случаи использования сборочных машин в автомобильной промышленности, например, для сборки блоков цилиндров, муфт сцепления и др.

Эффективность применения автоматизированных устройств при сборке обусловливают:

• идентичность операций при сборке различных изделий или сборочных единиц;
• значительная трудоемкость сборки; наличие высокого брака в процессе ручной сборки;
• опасность получения травмы и высокая стоимость сборки.

Одним из средств, облегчающих автоматизацию сборки и повышающих степень универсальности автоматических сборочных линий, является смешанное применение в них позиций автоматической и ручной сборки, а также компоновка сборочных установок из нормализованных агрегатов и сборочных единиц, допускающих перекомпоновку.

Автоматические сборочные установки классифицируются в соответствии с траекторией движения собираемого изделия от одной позиции к другой. Наиболее часто используют установки с делительно-поворотным столом и автоматические линии сборки.

Для сборки изделий небольших и средних размеров применяют сборочные установки ротационного типа, где собираемые сборочные единицы, состоящие из 2…5 деталей, путем поворота стола последовательно перемещаются из одной позиции в другую. Между автоматизированными позициями (обычно не более семи) могут быть расположены позиции ручной сборки. Иногда для точного позиционирования изделии используются установочные приспособления «плавающего» типа, перемещаемые центральной транспортной системой и самоходные. Производительность подобного сборочного автомата составляет 500… 1800 шт/ч. К недостаткам ротационных установок следует отнести:

• невозможность сборки крупных изделий, а также изделий, сборка которых требует значительного количества операций;
• ограниченное число позиций и тесное их размещение;
• ограниченные возможности совмещения автоматической и ручной сборки.

Автоматические сборочные линии бывают либо горизонтально-замкнутыми, когда собираемые изделия перемещаются по прямоугольной или овальной трассе, либо вертикально-замкнутыми, в которых приспособления-спутники перемещаются по прямолинейной трассе и после разгрузки возвращаются транспортером к загрузочной позиции. Обе линии пригодны для сборки изделий с 5… 10 и более деталями. Они могут быть как полностью автоматическими, так и с встроенными позициями ручной сборки. Производительность линий такая же, как и установок ротационного типа.

Для подачи деталей на автоматических сборочных установках применяются:

• вибробункеры, осуществляющие выдачу и первичную ориентировку засыпаемых в них навалом деталей;
• барабанные питатели, выполняющие те же функции, но пригодные лишь для подачи деталей простейшей формы;
• магазинные питатели для подачи деталей, которые могут сцепляться друг с другом;
• лопастные питатели для подачи деталей в несколько отводящих каналов и желобков и т. д.

В соответствии с накопленным опытом считается целесообразным полностью автоматизировать сборочный процесс, если выпуск продукции превышает 500 изделий в час. Одним из критериев при оценке экономической эффективности автоматической сборочной установки служит количество человеко-часов работы сборщиков, которых она призвана заменить. Оно должно быть не меньше 2 тыс. в год.

Заключение

Как уже отмечалось, для успешного развития социалистического общества на современном этапе нужно все больше самых разнообразных машин. Дополнительным требованием времени является переход к интенсивным методам развития, т. е. к увеличению объема производства в основном за счет роста производительности труда при минимально возможных капитальных вложениях. Чтобы решить эту задачу, нужно направить главные усилия на сокращение малопроизводительного ручного труда, на экономию энергии и материалов.

В качестве примера рассмотрим два конкретных пути реализации указанных проблем.

1. Специализация производства, т. е. перевод производственных мощностей на выпуск ограниченной номенклатуры изделий, позволяет резко повысить качество продукции и одновременно снизить ее себестоимость благодаря возможности широкого применения высокопроизводительного автоматизированного и автоматического оборудования. Но прежде чем создавать специализированное производство, необходимо провести работы по унификации изделий. Унификация применительно к машиностроению может проводиться по трем направлениям; универсализации, типизации и сокращающей унификации.

Универсализация — способность одного изделия выполнять многочисленные функции.

Типизация — приведение изделий к единообразию по установленным признакам.

Сокращающая унификация — сокращение числа объектов унификации.

Одним из методов, объединяющим все три типа унификации, является агрегатирование, т. е. создание систем изделий, способных выполнять различные функции при изменении структуры составляющих их элементов.

Наиболее перспективно построение агрегатов из модулей — унифицированных или собранных из унифицированных и стандартных элементов. Широкое использование модулей не только сокращает сроки разработки и внедрения изделий, но и облегчает их эксплуатацию и ремонт.

2. Гибкие технологические системы. Большинство применяемых в настоящее время автоматических поточных линий имеют жесткую структуру и предназначены для выпуска одного или нескольких близких по параметрам изделий. Чтобы осуществить переналадку линии на выпуск нового изделия, требуется много времени и трудозатрат. Такие линии оправдывают себя только в массовом производстве.

Для повышения эффективности единичного и мелкосерийного производства до уровня массового необходима разработка гибких технологических систем (ГТС), обеспечивающих возможность быстрой переналадки поточных линий при переходе на изготовление нового изделия.

Основой подобных систем являются станки с ЧПУ и промышленные роботы. Необходимым условием внедрения ГТС является также наличие автоматической системы управления производством (АСУП).

В ГТС автоматически получается и обрабатывается информация о ходе производства, наличии и исправности оборудования и инструмента, геометрических размерах выпускаемых изделий и их качестве. Это позволяет автоматизировать контроль и управление режимами станков и погрузочно-разгрузочных и транспортных механизмов.