Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
1.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА СБОРКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ 13
1.1 .Общая характеристика факторов, снижающих
показатели качества резьбовых узлов.
1.2.Анализ применяемых методов и средств обеспечения качества PC.
1.2.1.Формирование показателей качества PC при проектировании.
1.2.2.Способы контроля качества сборки PC и их характеристика.
1.2.3.Технологические возможности оборудования и оснастки, применяемых при подготовке операций сборки PC
1.2.4.Технологические возможности способов сборки, оборудования и оснастки, используемых при выполнении операций сборки PC.
1.2.5.Технологические возможности способов и средств активного контроля и автоматическ регулирования.
Выводы. Цель и задачи исследований. 99
2.МЕТОДОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ.
2.1.Структура процесса формирования качества PC. 104
2.2.0ценка возникающих при проектировании погрешностей. 108
2.3.Исследование погрешностей возникающих при изготовленииэлементов PC.
2.4.Погрешности, возникающие на стадии подготовки производства и при затяжке PC.
2.6.Модель формирования качества PC. 139
Выводы. 141
З.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ.
3.1.Подготовка операций автоматизированной сборки PC. 145
3.2.0днопараметрический контроль при настройке гайковертов для операций сборки PC общего назначения.
3.3.Многопараметрический контроль и диагностическое оборудование для операций сборки ответственных PC.
ЗАОпределение фактических запасов прочности резьбовых узлов и установление настроечных параметров гайковертов. Выводы. 205
4.СПОСОБЫ И СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ОПЕРАЦИЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СБОРКИ Р С.
4.1 .Конструкторско-технологическая классификация оборудования для операций сборки PC.
4.2.Технологические основы операций автоматизированнойсборки PC с применением гайковертов ротационного типа.
4.3.Технологические основы операций автоматизированной сборки PC с применением гайковертов поршневого типа с храповыми передачами.
4.4.Разработка операций сборки PC с наложением линейных колебаний.
4.5.Разработка других эффективных схем операций сборки PC.
Выводы. 255
5.РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ И СРЕДСТВ АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ И СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ ЗАТЯЖКИ PC 257
5.1 .Характеристика погрешностей, возникающих прирегистрации контролируемых параметров затяжки.
5.2.Разработка технологии и оборудования на основе схем циклового управления.
5.3.Разработка технологии и оборудования для сборки PC с активным контролем уровня затяжки.
5.3.1.Способ активного контроля на основе индуктивных датчиков.
5.3.2.Разработка бесконтактного способа 278
активного контроля затяжки PC.
5.4.Разработка технологии и оборудования для сборки PC на основе систем регулирования.
5.4.1.Построение блок-схемы активного контроля. 289
5.4.2.Математическая модель следящей системы. 291
5.4.3.Оценка качественных параметров регулирования 296
5.4.4.Двухконтурная система автоматического контроля. 299
Выводы. 307
6.РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ САПР ДЛЯ ОПЕРАЦИЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СБОРКИ Р С.
6.1.Автоматизированный выбор требуемого уровня затяжки PC после испытаний резьбовых соединений на контрольно-диагностическом стенде.
6.2.Автоматизированное проектирование и анализ вариантов при использовании ротационных гайковертов.
б.З.Автоматизированное проектирование гайковертов с оршневыми приводами и храповой передачей.
6.4.Примеры реализации методов САПР для выбора гайковертов.
Выводы. 331
7. ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ПРОМЫШЛЕННОЙ ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.
7.1 .Анализ затрат на подготовку и проведение операций автоматизированной сборки PC.
7.2.Эффективность внедрения технологии автоматизированной сборки различными гайковертами.
7.3.Результаты внедрения исследований
Выводы. 339
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ. 340
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. 343
ПРИЛОЖЕНИЯ: 362
П. 1.Программа расчета настроечных параметров гайковертов. 362
П.2.Программа расчета и анализа пневматических гайковертов отационного типа.
П.З.Пример расчета экономической эффективности. 383
ПАЭффективность однопараметрического контроля, выполненного динамометрическим ключом и устройством
«ПНГ» (при настройке различных гайковертов) 393
П.5.Документы, подтверждающие внедрение. 403
Введение к работе
Ведущей тенденцией машиностроительного производства была и остается необходимость повышения качества продукции, ее надежности, долговечности и потребительских свойств. В полной мере это и относится к многочисленным соединениям деталей, используемым в большинстве изделий различного назначения.
Резьбовые соединения (PC) являются наиболее распространенными средствами сопряжения и составляют 25-35% от всех других, а трудоемкость их сборки достигает 50% всего объема сборочных работ. Основными причинами такого положения являются сложность автоматизации ряда операций сборки PC, а также трудности достижения заданного качества из-за влияния большого числа случайных и неконтролируемых факторов, проявляющихся на различных этапах жизненного цикла собираемых элементов.
Под качеством PC принято понимать способность резьбовых стыков максимально длительное время обеспечивать плотность или герметичность, а с позиций технологии сборки - это достижение требуемого уровня затяжки PC и минимального разброса используемого при этом контролируемого параметра.
Следствием некачественной сборки PC является преждевременное ослабление резьбовых стыков из-за влияния различных эксплуатационных нагрузок.
Известные методы достижения качества автоматизированной сборки PC, предполагающие совершенствование технологических приемов, резьбосборочного оборудования, геометрии резьбовых элементов, а также использование средств стопорения решают частные задачи и не обеспечивают комплексного решения проблемы, так как не учитывают взаимосвязи погрешностей, возникающих на различных стадиях производственного процесса. Поэтому в данной работе сделана попытка решить проблему обеспечения качества на операциях автоматизированной сборки с использованием комплексного подхода, обеспечивающего возможность анализа каждого этапа «жизненного цикла» изделия.
Объектом исследований являются технологические операции механизированной и автоматизированной сборки резьбовых соединений.
Методы исследований. Результаты работы получены путем теоретических и экспериментальных исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием математического моделирования, теории графов, регрессионного и дисперсионного анализа, операторного метода, теории вероятности и математической статистики. Экспериментальные исследования проведены на спроектированном и изготовленном под руководством и непосредственном участии автора в Специализированном КБ «Автоматизации и роботизации сборочных операций» Пензенской государственной технологической академии. Созданные средства автоматизированного проектирования и обработка результатов исследований реализованы на персональных компьютерах.
Научная новизна заключается в обобщении известных и получении новых теоретических результатов в области разработки и совершенствования технологических методов обеспечения качества автоматизированной сборки резьбовых соединений:
• получена модель формирования качества, характеризующая причинно-следственные взаимосвязи между этапами проектирование-изготовление-подготовка и сборка резьбовых соединений, раскрывающая механизм образования погрешностей;
• предложены технология и оборудование для стадии подготовки операций сборки PC, позволяющие минимизировать систематические погрешности при настройке гайковертов и винтовертов, а также выполнять их диагностирование;
• разработан метод определения фактических запасов прочности собираемых PC, позволяющий производить обоснованный выбор моментов затяжки, необходимых для обеспечения требуемых показателей плотности и герметичности;
• разработана полная конструкторско-технологическая классификация оборудования, оснастки и средств контроля, обеспечивающая возможность обоснованного выбора средств технологического оснащения операций сборки всей номенклатуры PC;
• предложены технологические методы и средства обеспечения качества автоматизированной сборки PC, заключающиеся в использовании низкочастотных колебаний, средств активного контроля и гайковертов с улучшенными техническими характеристиками;
• разработаны модели-алгоритмы для автоматизированного проектирования оборудования операций сборки PC, анализа его возможных вариантов, а также для автоматизированного расчета параметров настройки гайковертов на стадии технологической подготовки производства.
Практическая ценность. Результаты исследований позволили сформулировать методологические основы обеспечения требуемого качества на операциях автоматизированной сборки PC с учетом их жизненного цикла и заключаются в:
• методологии формирования качества сборочных операций, позволяющей прогнозировать на стадии технологической подготовки производства точность сборки с учетом погрешностей, возникающих на всех этапах жизненного цикла соединений;
• методике определения необходимых значений контролируемых параметров затяжки PC, обеспечивающей возможность достоверной оценки процента использования предела текучести более «мягкого» элемента резьбового узла;
• комплексе нового резьбосборочного инструмента и контрольно-диагностического оборудования, обеспечивающего многократное повышение точности сборочных операций;
• разработанном программном обеспечении для механизации проектирования оборудования и расчета технологических параметров резьбосборочных операций.
Степень достоверности результатов исследований. Обоснованность научных положений, рекомендаций и достоверность результатов исследований подтверждается:
• применением основных положений технологии машиностроения, теории иерархических систем, теории надежности, методов системного анализа и теории экспертных оценок;
• согласованностью теоретических результатов с экспериментальными данными, полученными автором и другими исследователями;
• реализацией в производстве гаммы созданных устройств для настройки гайковертов, контрольно-диагностических стендов и другого резьбосборочного оборудования, которые защищены авторскими свидетельствами и патентами РФ, подтверждающими их новизну и работоспособность.
Реализация и внедрение результатов. Теоретические положения и практические результаты работы реализованы на ряде промышленных предприятий в виде систем обеспечения качества при подготовке и выполнении операций механизированной и автоматизированной сборки различных резьбовых узлов, систем автоматизированного проектирования гайковертов и средств технологической оснастки: на предприятии ОАО «Тяжпромарматура» (г.Пенза); на ГУЛ Научно-испытательный центр ВНИИ по эксплуатации АЭС (г.Кашира, Московск.обл); на предприятии ОАО «Зерногидроагрегат» (г.Зерноград, Ростовской обл.); на ГУЛ «Кузнецкий завод конденсаторов» (г.Кузнецк); на предприятии Пензенский авторемонтный завод «АРКО»; на ТОО «Инкомтекс ЛТД» (г.Киев); на ГУЛ ПО «Радиозавод» (г.Пенза).
Также были выполнены опытно-промышленные образцы оборудования для операций сборки PC: для Смоленского автоагрегатного завода ПО «ЗИЛ», Куйбышевского НПО по механизации и автоматизации производства «Витстройдормаш» и Днепродзержинского ПО Вагоностроения «Днепровагонмаш».
Материалы исследований использованы при выполнении хоздоговорных и госбюджетных №4.93.П и №3.4.96.П НИР.
Основные положения, выносимые на защиту:
• Анализ современных методов и средств обеспечения качества операций сборки PC;
• Системные принципы обеспечения качества PC, ранжирование факторов, влияющих на качество выполнения сборочных операций и модель формирования качества PC;
• Однопараметрическое и многопараметрическое контрольно-диагностическое оборудование для технологической подготовки операций, которое обеспечивает требуемое качество механизированной и автоматизированной сборки PC;
• Конструкторско- технологическая классификация резъбосборочного оборудования;
• Способы и средства выполнения и активного контроля операций автоматизированной сборки, обеспечивающие требуемое качество PC;
• Основные принципы построения элементов САПР для технологической подготовки и операций автоматизированной сборки PC.
Апробация работы. Основные положения, выводы и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных научно- технических конференциях по инерционно-импульсным механизмам, приводам и устройствам (г.Владимир, 1992г.), «Ресурсосберегающие технологии
машиностроения» (г.Москва, 1993г.), «Новые информационные технологии и системы» (г.Пенза, 1994г.), «Комплексное обеспечение точности
автоматизированных производств» (Пенза, 1995г), «Проблемы управления точностью автоматизированных производственных систем» (Пенза, 1996г.), «Точность автоматизированных производств» (Пенза, 1997 г.), «Точность технологических и транспортных систем» (Пенза, 1998г.) «Точность и надежность технологических и транспортных систем» (Пенза, 1999г.), • «Комплексное обеспечение качества транспортных и технологических машин» (Пенза,2001г.), «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков» (Пенза,2003г.);
на Всесоюзных научно-технических семинарах «Механизация и автоматизация и пути снижения трудоемкости сборочных работ» (г.Ленинград, 1991г.) и «Автоматизация и механизация сборки, регулировка и испытания машиностроительных изделий» (г.Москва, 1991г.);
на 15 республиканских, зональных и региональных научно-технических конференциях, а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Пензенской государственной технологической академии и Пензенского государственного университета (г.Пенза, 1986...2004г.).
Созданные под руководством и непосредственном участии автора патентно-чистые устройства для настройки гайковертов, контрольно-диагностические стенды, гайковерты и винтоверты неоднократно экспонировались на выставках разного уровня.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 69 работ, в том числе: монография, 17 статей в центральных журналах и сборниках, 34 тезисов сообщений на научно-технических конференциях, 17 авторских свидетельств и патентов РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, общих выводов, литературы 219 наименований, изложенных на 373 страницах машинописного текста, 121 рисунке и 26 таблицах, а также приложений на 57 страницах, содержащих программы расчета, документы о внедрении и т.д.
В основу работы положены результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в Специализированном КБ «Автоматизации и роботизации сборочных операций» (АРСО) Пензенской государственной технологической академии и в лабораториях кафедры «Металлообрабатывающие станки и комплексы» Пензенского государственного университета.
Автор выражает благодарность д.т.н., профессору Трилисскому В.О. за научное консультирование работы, ректору Пензенской государственной технологической академии д.п.н., профессору Моисееву В.Б. за всестороннюю помощь и создание необходимых условий для выполнения исследований.
Похожие диссертации на Технологические методы обеспечения качества автоматизированной сборки резьбовых соединений
