Технологический процесс сборки деталей машин

7.1. Технологический процесс сборки машин и механизмов

Технологический процесс сборки машин и механизмов представляет собой часть производственного процесса, характеризующуюся последовательным соединением деталей в подгруппы, группы и готовое изделие. Эта часть процесса является совокупностью операций по соединению готовых деталей в определённой последовательности с целью получения машины или механизма, полностью отвечающих установленным для них техническим требованиям.

В машиностроении готовые изделия обычно собирают на том же предприятии, где изготовляют детали для этого изделия. Лишь в тех случаях, когда изделия громоздки (мощные турбины, тяжёлые прессы, подъёмные краны и т. п.) их собирают на месте у потребителя. Однако, даже в тех случаях, когда окончательную сборку машины ведут одновременно с установкой её на фундамент, первоначальную (предварительную) сборку всей машины или отдельных её узлов производят на заводе-изготовителе.

В ряде случаев окончательную сборку машины (комбайна, самолёта и т. п.) на заводе-изготовителе не делают с целью сохранения транспортабельности продукции при железнодорожных перевозках её к потребителю в пределах установленных габаритов.

Первичным элементом всякой собираемой машины, её основой является деталь.

Деталью называют часть машины, в которой нет никаких соединений. Несколько деталей, собранных и скреплённых между собой каким-либо способом, составляют узел.

Узлом называют такую составную часть машины, которая может быть собрана самостоятельно, отдельно от других элементов машины. Если механизм машины не может быть собран отдельно, а образовывается в процессе сборки с другими элементами изделия, то он не может рассматриваться с технологических позиций как узел машины. Он может быть составлен из нескольких деталей или нескольких простых подузлов, связанных между собой посредством крепёжных деталей.

Узел, непосредственно входящий в изделие, называется группой, узел, входящий в изделие не непосредственно, а через группу, называется подгруппой.

На рисунке 7.1 приведены общий вид натяжного ролика в сборе и принципиальная схема этого изделия, расчленённого на составные элементы (детали). Каждый элемент изделия изображён на схеме в виде прямоугольника, в верхней части которого указан номер элемента, в средней — наименование, а в нижней части — количество собираемых элементов.

Базовой деталью, или узлом, называют основной элемент, с которого начинается процесс сборки. В приведённом примере базовой деталью является ось ролика (деталь 4).

В современном машиностроении сборка расчленяется на узловую и общую сборку. Под узловой понимают последовательную сборку подгрупп и групп, а под общей — сборку готовых изделий.

Технологические схемы узловой и общей сборки строят обычно отдельно. В них приводят порядок комплектования узлов и изделия в целом. Такие схемы сборки можно также использовать для оценки технологичности конструкции, так как если схема позволяет выполнить общую сборку из предварительно собранных узлов, то, следовательно, собирать эти узлы можно параллельно, то есть сокращать общий цикл сборки.

Рисунок 7.1 — Схема расчленённого изделия

В приборостроении и аппаратостроении там, где в изделии имеются элементы, образующие электрические и магнитные цепи, различают электрическую сборку и монтажные работы. Особую, весьма сложную часть сборочных работ, составляют регулировочные, наладочные, настроечные и испытательные работы.

Общей сборкой называется та часть технологического процесса сборки, в течение которой происходит соединение и фиксация составляющих изделий групп и подгрупп, входящих в готовое изделие. В результате общей сборки должно получиться готовое изделие, соответствующее всем предъявленным к нему техническим требованиям или техническим условиям.

Соответственно узловой сборкой называется та часть технологического процесса сборки, которая имеет целью образование самих групп и подгрупп, входящих в данное изделие.

Технологический процесс сборки состоит из ряда отдельных операций, среди которых основными являются различного вида операции соединения сопрягаемых элементов изделия путём приведения в соприкосновение их основных и вспомогательных базовых поверхностей. Кроме того, в процессе сборки проверяют или контролируют требуемую точность взаимного положения элементов изделия, внесение, если необходимо, соответствующих исправлений путём регулирования, пригонки или подбора и, наконец, фиксируют правильное положение.

Сборка у токопроводящих соединений отдельных конструктивных элементов и электромагнитных систем являются предметом электрической сборки и монтажа.

В состав монтажных работ входят заготовка соединительных проводов для монтажных схем, изготовление (вязка) жгутов, внутренний электрический монтаж и соединение элементов монтажной схемы.

Далее идут механические, электрические и климатические испытания.

К технологическому процессу сборки относятся также операции, связанные с контролем (проверкой) правильности действия всего изделия или его отдельных узлов.

Сборочные операции часто перемежаются и другими необходимыми по ходу работ операциями, связанными с очисткой, промывкой, пропиткой, окраской и отделкой деталей, узлов или всего изделия в целом. В сборочном цехе выполняют также комплектовочные работы, имеющие весьма важное значение для бесперебойной работы цеха, и некоторые несложные заготовительные операции.

При построении технологического процесса сборки и зависимости от взаимосвязи подгруппы с группой различают подгруппы различных порядков (подгруппы первого порядка, подгруппы второго порядка и т. д.).

Основы технологии сборки машин

Технологический процесс сборки машин состоит из ряда опера­ций и переходов, вид и последовательность которых определяются прежде всего конструктивными особенностями машины, ее сбороч­ных единиц и деталей. Для установления последовательности опе­раций составляются схемы сборки: на основе чертежей машины сперва выделяют сборочные единицы и сборочные группы, которые можно собирать независимо и изолированно друг от друга, с тем чтобы затем объединить их на операциях монтажа сборочной еди­ницы и машины.

В каждом сборочном комплекте выделяют базовую деталь, на которой непосредственно или через промежуточные элементы опре­деляют положение всех других деталей и групп деталей, входя­щих в сборочный комплект. Такими базовыми деталями могут быть, например, станины, плиты, рамы, корпуса коробок и т. д.

Разработка схемы сборки является ответственным этапом про­ектирования технологии производства машин. Значение правиль­ного выбора схемы сборки возрастает по мере увеличения мас­штабов производства. При определении последовательности сбо­рочных операций обычно стремятся начать сборку сборочных единиц и изделий с деталей, входящих в наибольшее число раз­мерных цепей, и в первую очередь с наиболее ответственных де­талей.

Технологический процесс сборки складывается из соединения сопрягаемых деталей и сборочных единиц путем приведения в со­прикосновение их основных баз (соединяемых поверхностей); про­верки точности относительного положения и движения собираемых деталей; необходимой подгонки, регулировки с целью получения соединения требуемой точности; фиксации (закрепления) установ­ленных деталей и сборочных единиц в соответствии с конструктив­ными особенностями машины.

В условиях единичного и мелкосерийного производства, когда детали не взаимозаменяемы, применяют метод индивидуальной их пригонки. Такой метод сборки требует слесарной доработки сбо­рочных единиц: притирки, опиливания, шабрения, соосной обра­ботки отверстий и т. д.

В массовом и крупносерийном производстве используется диф­ференциация технологического процесса сборки, под которой под­разумевается деление процесса сборки на элементы для последо­вательного выполнения на одном или нескольких рабочих местах. Дифференциация процесса сборки в определенных пределах обычно является выгодной. Только благодаря расчленению процесса на операции и рациональному распределению их по рабочим местам можно уменьшить трудоемкость сборки на 15. 20 %.

При сборочных операциях используют соответствующие инст­рументы, приспособления и оборудование: в индивидуальном про­изводстве — обычный режущий и измерительный слесарный инст­румент и универсальную оснастку (тиски, струбцины, сборочные столы, стенды) , при серийно-массовом — специальные электрические и пневматические инструменты и приспособления (гайковерты молотки, манипуляторы, сборочные кондукторы, быстродействующие фиксаторы, вращающиеся столы и др.). Могут применяться также прессы, нагревательные устройства, сварочные машины и аппараты, металлорежущие станки и подъемно-транспортное оборудование. После сборки машины подвергаются испытанию и приемке.

Проектирование технологических процессов сборки должно обеспечивать высокий уровень механизации работ, сокращение затрат и облегчение ручного труда, внедрение передовых техноло­гий сборки машин, использующихся на родственных предприятиях и в смежных отраслях промышленности; рациональное использова­ние имеющихся производственных ресурсов; передовые формы организации производства и наиболее прогрессивные, экономичные методы осуществления сборочных операций. При этом необходимо правильно определять режимные параметры процесса сборки (темп, ритм и цикл, коэффициент загрузки рабочего места и др.)

Темпом сборки называется период времени между выходами со сборки двух смежных готовых изделий.

Расчетную численность рабочих на каждой операции опреде­ляют как частное от деления времени, затрачиваемого на опера­цию, на темп сборки и округляют до ближайшего целого числа. Тогда часовая производительность или пропускная способность рабочего места на данной операции

а коэффициент загрузки рабочего места h_{пр =} Т_ш / (t_д К_р)

Здесь К_р — принятое количество рабочих на данной операции; Т_ш— штучное время, мин; t_д — действительный темп сборки, мин.

Ритм сборки — отношение количества собранных изделий к про­должительности их сборки, а время от момента поступления дета­лей на сборку до выпуска собранного изделия называется циклом сборки.

Технологических процессов сборки

§ 8.1 Общие понятия о сборочных процессах

Технологический процесс сборки представляет собой часть производственного процесса, характеризующуюся последовательным соединением и фиксацией всех деталей, составляющих ту или иную сборочную единицу или изделие. Фиксацию деталей выполняют при помощи различных видов соединений. Существуют разъёмные и неразъёмные соединения. К разъёмным относятся соединения, которые можно разъединить без нарушения целостности деталей или элементов соединения. К ним относятся:

– резьбовые соединения при помощи болтов, винтов, шпилек и гаек;

– соединения деталей с зазором, шпоночные, шлицевые (эти соединения бывают подвижными и неподвижными).

К неразъёмным относятся соединения, которые нельзя разъединить без нарушения целостности деталей или элементов соединения. К ним относятся сварные, паяные, клеевые, заклёпочные соединения, соединения с натягом, завальцовкой.

Сборочные работы составляют значительную часть общей трудоёмкости изготовления изделий – от 18 до 40% в зависимости от типа производства и конкретного изделия. В машиностроении готовые изделия обычно собирают на том же заводе, где изготовляют детали для этого изделия. Только очень крупногабаритные изделия собирают на месте эксплуатации (подъёмные краны, тяжёлые станки, мощные турбины). Но и в этих случаях большинство узлов собирается на заводе изготовителе, а также производится общая предварительная сборка и производятся испытания.

§ 8.2 Виды работ, выполняемые в сборочном производстве

Основными операциями сборки являются операции соединения сопрягаемых элементов и фиксации их правильного взаимного расположения. У любой сборочной единицы существует базовая деталь, к которой присоединяются все остальные детали и сборочные единицы более высоких порядков. Различают узловую и общую сборку. На узловой сборке полностью собираются самостоятельные узлы (двигатель, редуктор), способные выполнять определённые функции. На общей сборке все узлы и детали, входящие в состав изделия, соединяются вместе в законченное изделие. Например, узлами автомобиля являются двигатель, коробка перемены передач, привод колеса, реечный механизм рулевого управления, тормозные цилиндры и многие другие. Базовой сборочной единицей автомобиля является кузов (сам кузов состоит из множества деталей, соединяемых друг с другом методом контактной сварки). На общей сборке все узлы присоединяются к кузову, и в результате получается готовое изделие – автомобиль.

Электрическая сборка и монтаж. Предметом электромонтажных работ является изготовление токопроводящих соединений, электрических и электромагнитных схем. В состав этих работ входят заготовка соединительных проводов, вязка жгутов, внутренний электрический монтаж и соединение элементов монтажной схемы. Например, в автомобиле по всему кузову прокладываются предварительно заготовленные жгуты электрических проводов. Концы проводов подготовлены для быстрого соединения, т.е. имеют клеммы и контакты. В процессе общей сборки провода подключаются к присоединяемому к кузову электрооборудованию (фары, стартер, электробензонасос, система зажигания, электростеклоподъёмники и др.). Таким образом, электромонтажные работы обеспечивают требуемое соединение электрооборудования, источника тока и органов управления.

Подготовка деталей к сборке. На этих работах выполняются операции, обеспечивающие лёгкость и качество сборки. Промывка и продувка деталей после механической обработки предназначена для удаления стружки, абразивной пыли, остатков смазочно-охлаждающих жидкостей. После мойки выполняют сушку.

Обрубка и зачистка заусенцев предназначена для удаления мелких дефектов на ограниченных участках поверхности. Эти работы предназначены для облегчения сборки путем подготовки фасок. Заусенцы всегда остаются на кромках деталей после механической обработки вследствие пластических свойств металла. Их можно удалять на дополнительных операциях механической обработки или в процессе подготовки деталей к сборке.

Сверление отверстий и нарезание резьбы предназначено для изготовления крепёжных отверстий, не изготовленных на основных операциях механической обработки. Так поступают в тех случаях, когда требуется точное взаимное расположение нескольких узлов на крупногабаритной базовой детали. Узлы сначала выставляют с требуемой точностью, а затем в необходимых местах сверлят крепёжные отверстия, нарезают резьбу и фиксируют положение узлов.

Подготовку деталей к сборке выполняют на сборочных участках в единичном или мелкосерийном производстве. В крупносерийном и массовом производстве подготовка выполняется в процессе механической обработки, и на сборочные участки детали поступают полностью готовые к сборке.

Технический контроль и испытания изделий. Эти работы также выполняются в сборочном производстве. Целью технического контроля является определение соответствия правильности работы, точности, мощности, скорости, экологичности и других параметров изделия требуемым техническим условиям. В случае выявления несоответствий производится устранение выявленных дефектов, регулировка, подгонка для достижения требуемых параметров. Например, двигатели испытывают на мощность, на чистоту выхлопа, на коэффициент полезного действия. Станки испытывают на жёсткость, точность.

§ 8.3 Технологическая организация процессов сборки

В зависимости от типа производства (единичного, серийного и массового) изменяется и организация процессов сборки. В единичном производстве технологические процессы детально не разрабатывают, а делают только наметку последовательности операций и приблизительно определяют рабочее время. Детальная разработка экономически нецелесообразна. Сборка выполняется последовательно, операции не разделяются на более простые переходы. Большинство операций выполняется одой бригадой высококвалифицированных слесарей, способных выполнять различные сборочные работы. Специализация существует только по профессиям, например, слесарь, электрик. Небольшие изделия собираются одним высококвалифицированным слесарем. Такая организация работ называется сборка по принципу концентрации.

Разнообразная номенклатура изделий в единичном производстве не позволяет оснащать сборочные участки специальной высокопроизводительной оснасткой и инструментами. Такую оснастку применяют только в тех случаях, когда без неё невозможно выполнить какую-нибудь сборочную операцию. В основном применяются универсальные ручные инструменты и оснастка, не отличающиеся высокой производительностью. Поэтому, качество сборки зависит от выполняющих её рабочих. В единичном производстве выполняется много подготовительных работ: зачистка заусенцев, пригонка, промывка и т.д.

В серийном производстве изделия выпускаются сериями через определённые промежутки времени. Технологический процесс построен по принципу параллельно-последовательного выполнения операций. Сложные операции разделяются на более простые переходы, различные узлы собираются в различных бригадах. При такой организации работ существует специализация, т.е. некоторые виды работ выполняются одним рабочим или бригадой. Специализация позволяет значительно повысить производительность труда и привлекать к работам менее квалифицированных рабочих. Выпуск сериями делает экономически целесообразным оснащать сборочные участки специализированной оснасткой, механизированным инструментом, что также значительно повышает производительность труда. Пригоночные и подготовительные работы на сборке стараются исключить.

В массовом производстве производят детальную разработку техпроцесса сборки. Специализация сборочных работ наивысшая, т.е. за каждым рабочим местом закреплена одна сборочная операция, что позволяет оснащать рабочие места высокопроизводительной специальной оснасткой, механизированным инструментом, специальными сборочными стендами, в ряде случаев, сборочными линиями. Поэтому, работу могут выполнять рабочие низкой квалификации. Качество сборки в большей степени зависит от применяемого оборудования и инструментов. Такая организация работ называется сборкой по принципу дифференциации. Пригоночные и подготовительные работы на сборочных участках полностью исключаются.

Стационарная и подвижная сборка. При стационарной сборке изделие полностью собирается на одном рабочем месте. Все детали, входящие в состав изделия поступают на это рабочее место. Сборка может выполняться одной бригадой (рабочим) или сменяющимися бригадами, которые специализируются по видам работ.

При подвижной сборке изделие последовательно перемещается по всем рабочим местам, на каждом из которых выполняется своя сборочная операция. Перемещение изделия может быть свободным или принудительным. При свободном перемещении изделие перемещается самими рабочими, обычно на тележках. При принудительном – оно перемещается при помощи транспортных устройств, которые называются конвейерами. Конвейер может быть напольный, подвесной, непрерывно действующий и шаговый.

§ 8.4 Оборудование и инструменты,

применяемые в сборочном производстве

В сборочном производстве применяется следующее оборудование.

Установочные и зажимные приспособления служат для установки и закрепления собираемых деталей в требуемом для сборки положении, а также для придания устойчивости деталям перед фиксацией и облегчения сборки. Приспособления могут быть универсальными и специальными, с ручным и механизированным приводом в зависимости от типа производства. Эти приспособления: тиски, оправки, струбцины и др.

Рабочие приспособления предназначены для выполнения отдельных операций: например, для установки пружин, уплотнительных манжет, вальцевания, запрессовки и др.

Сборочный инструмент. Это инструмент для выполнения различных соединений: гаечные ключи, отвёртки, молотки, плоскогубцы, клещи и др. Инструмент может быть ручным и механизированным. Например, пневматический или электрический гайковёрт – это механизированный инструмент. Он имеет привод и заворачивает винт или гайку с большой скоростью. Рабочий только подводит гайковерт к гайке, а усилий для затягивания ему прикладывать не нужно. Кроме того, современные гайковёрты заворачивают гайки с требуемым крутящим моментом, т.е. автоматически обеспечивают качество соединения. В массовом производстве используются сборочные стенды. Это такое оборудование, которое соединяет в себе требуемые для выполнения операции установочные, зажимные, рабочие приспособления и механизированный сборочный инструмент. Сборочные стенды работают в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

Режущий инструмент. Это инструменты для выполнения вспомогательных и подготовительных работ: зачистки заусенцев, сверления отверстий и нарезания резьбы, клеймения и т.д. К этим инструментам относятся напильники, надфили, зубила, кернеры, свёрла, метчики и др, а также электрические и пневматические дрели, шлифовальные машины и др.

Контрольно-измерительные средства и приборы. Они предназначены для проведения технического контроля и испытаний. Для различных видов контроля существует множество различных средств: щупы, индикаторы часового типа, динамометрические ключи, динамометры, ваттметры, счётчики, координатно-измерительные машины, тахометры и многое другое.

Кроме того, в сборочном производстве используются тележки, конвейеры, различные подъёмно-транспортные устройства, верстаки, сборочные столы, специальные станции (например, станция для нанесения герметика или клея на соединяемые поверхности), оборудование для окраски и др.

Вопросы для самоконтроля

1) Какие виды работ выполняются в сборочном производстве?

2) Какие виды механической обработки могут выполняться в сборочном производстве?

3) Какие изделия собирают на общей сборке?

4) Какие изделия собирают на узловой сборке?

5) Назовите некоторые сборочные инструменты?