УДК 621.9.06: 62.771 Алгоритм формирования компоновок роторно- многоярусных машин для сборки резьбовых

УДК 621.9.06: 62.771
Алгоритм формирования компоновок роторномногоярусных машин для сборки резьбовых
соединений
Н. В. Водолазская, канд. техн. наук
Донецкий национальный технический университет
В данной статье были разработаны основные принципы синтеза компоновок
роторно-многоярусных сборочных машин для сборки резьбовых изделий.
Достижение заданных эксплуатационных параметров при изготовлении
машиностроительной продукции в значительной степени зависит от выполнения всех
требований технологического процесса сборки. Существует немало примеров [1]
довольно низких темпов совершенствования сборочных процессов, которые
определяются недостаточными масштабами проектирования и внедрения
прогрессивных сборочных технологий и несовершенством применяемого
оборудования. В связи с этим особую актуальность приобретают вопросы создания
оборудования и технологических систем, обеспечивающих в кратчайшие сроки
качественную сборку изделий. Среди наиболее прогрессивных средств особое место
занимают технологические системы роторного типа [2]. Анализ состояния
проектирования таких систем в Украине и за рубежом показывает, что отсутствуют
обобщенные модели и алгоритмы, описывающие весь сборочный процесс и
отдельные его составляющие. Для решения этой проблемы ранее было проведено
моделирование компоновок роторной [3] и многоярусной [4] сборочных машин,
которое позволило создать новую компоновку роторно-многоярусной сборочной
машины (РММ) [5].
Целью данной работы является разработка алгоритма формирования компоновок
РММ, например, для сборки резьбовых соединений.
Реализация процесса сборки резьбовых изделий в роторно-многоярусной системе.
(РМС) может быть определена как множество последовательных во времени
состояний элементов, определяющих целенаправленное ее функционирование. На
рис. 1 изображена функциональная структура роторно-многоярусной системы для
сборки резьбовых изделий.
«Вісник СумДУ», №11(83)’ 2005
5
Рисунок 1 - Универсальная функциональная структура РМС для сборки изделий
Основными элементами для функциональной структуры РМС для сборки
резьбовых изделий являются элементы систем «технологический объект»,
«технологический процесс сборки резьбового изделия» и «сборочная машина». В
свою очередь, каждая из перечисленных систем имеет сложную структуру. В состав
системы «технологический объект» входят резьбовые детали, подлежащие сборке; в
состав системы «технологический процесс сборки резьбового изделия» включены
технологические переходы, благодаря последовательной реализации которых
осуществляется сборочный процесс, наиболее важные конструктивные элементы
сборочной машины, в данном случае рассмотренные укрупнено, являются составом
системы «сборочная машина».
Основу системы «сборочная машина» составляет конструкция этой машины, узлы
которой осуществляют процесс автоматической сборки резьбового изделия и
обеспечивают его качество. Сборочная машина является сложным комплексом, в
состав которого входят система блоков технологического воздействия (БТВ),
вспомогательные устройства, выполняющие технологические и вспомогательные
операции; система захватных органов, обеспечивающих прием, транспортирование и
выдачу резьбовых деталей; система ориентирующих и базирующих устройств,
осуществляющих ориентацию и базирование собираемых резьбовых элементов;
система контролирующих и вспомогательных устройств, выполняющих контрольные
операции и совершающих
пространственные
транспортные движения в
пространственной технологической зоне по сложной траектории.
Разработка компоновок РМС «сборочная машина» предполагает совершенствование не только путей их теоретического исследования, но и создание
базы для эффективного конструирования РМС с помощью современных методов
автоматизированного проектирования. Процесс разработки роторно-многоярусных
сборочных технологических систем можно разделить на две части. Первая подготовительная, связанная со сбором и анализом сведений конструкторскотехнологического характера, касающихся собираемых деталей и узлов, а также с
выбором или написанием технологического процесса сборки. Вторая часть процесса
- создание компоновки сборочной РММ. При этом должны использоваться модели,
которые позволяют упростить процесс формирования роторно-многоярусных
сборочных систем и отобрать из ряда возможных вариантов наиболее рациональный.
В качестве основных этапов последовательности формирования роторномногоярусных машин для сборки резьбовых изделий были предложены следующие:
 рассмотрение геометрокинематических основ формирования компоновки
различных РММ;

определение числа сборочных позиций РММ;
 определение влияния конструктивных параметров РММ на режимы ее
работы;
 разработка методологических принципов синтеза РММ для сборки резьбовых
изделий.
6«Вісник СумДУ», №11(83)’ 2005
Компоновка сборочной роторно-многоярусной машины для резьбовых изделий
рассматривается как совокупность систем координат: собираемых резьбовых деталей
и подузлов, инструментальных (сборочных) блоков, технологических и
транспортных роторов и т.д., которые определенным образом сориентированы в
системе координат сборочной роторно-многоярусной машины. После выработки
правил задания систем координат компонуемых элементов сборочной роторномногоярусной машины на основе аффинных преобразований и способов их
ориентации относительно друг друга на их базе была разработана общая
последовательность проектных процедур как основа методики синтеза
пространственной компоновки сборочной роторно-многоярусной машины для
резьбовых изделий. Она содержит общие и частные модели проектирования
элементов и подсистем, геометро-кинематические связи и оптимизацию параметров
разработанной РММ. Последовательность общей методики синтеза РММ можно
реализовать в алгоритмическом виде, представленном на рис. 2.
«Вісник СумДУ», №11(83)’ 2005
7
«Вісник СумДУ», №11(83)’ 2005
30
Особенностью технологических машин роторной компоновки является определенная свобода выбора
требуемого для заданного уровня производительности числа рабочих позиций. Анализ решений,
принимаемых в настоящее время [2, 4], показывает, что в практике проектирования сборочных машин
роторного типа непрерывного действия отсутствует научно обоснованная математическая модель расчета
числа позиций технологических роторов. Поэтому была разработана математическая модель для
определения количества сборочных позиций роторно-многоярусной машины для сборки резьбовых изделий
[7], которая позволила установить, что для данного типа сборочных машин рациональное число позиций
сборочных блоков определяется:
1
Из технологических соображений - 4 < z < 12 .
2
Из конструктивных соображений - z ≤ 13
3
Из экономических соображений - z ≤ 10 .
А учитывая анализ эксплуатационных характеристик, т. е. минимум из максимума, число позиций
сборочных блоков роторно-многоярусных машин по сборке резьбовых узлов будет находиться в пределах:
4 < z < 10 .
Однако, кроме этого при разработке принципов построения роторно-многоярусной машины для сборки
резьбовых изделий необходимо учитывать статический и динамический режимы её работы и подтвердить,
что только комплексное применение принципов пространственной и функциональной ориентации позволяет
создавать компактную структуру, у которой каждый элемент функционирует в соответствии со своим
назначением. В результате исследования режимов работы роторно-многоярусной машины была разработана
математическая модель, результаты расчетов по которой одного из вариантов конструкции сборочной
машины показали, что влияние конструктивных параметров можно свести до минимума, если масса
устанавливаемых деталей не будет превышать 0,5 кг [8]. Также предложена программа, которая позволяет
производить альтернативные расчеты конструктивных параметров роторно-многоярусных машин,
построенных на базе принципов пространственного компактирования функциональной структуры
сборочной машины для резьбовых изделий.
Рисунок 3 - Фрагменты реализации программ
Примеры реализации программ представлены на рис.3—нахождение оптимального числа сборочных
блоков для РММ. Таким образом:
1 Установлено, что для построения пространственной компоновки РММ для сборки резьбовых
соединений целесообразно использовать аппарат аффинных преобразований. Дополнение модели РММ
совокупностью систем координат компонуемых элементов, определенным образом сориентированных в
системе координат всей РММ, дает возможность выполнять пространственно-структурный синтез
сборочной системы на основе принципов пространственного компактирования. Полученные расчетным
путем координаты взаимной увязки облегчают задачу формирования пространственной компоновки РММ.
2 Установлен рекомендуемый диапазон числа позиций сборочных блоков от 4 до 10 на основании
изучения особенностей РММ и выделения комплекса технологических, конструкторских и экономических
критериев поиска количества позиций сборочных блоков технологического ротора РММ для сборки
резьбовых изделий.
3 Разработана динамическая модель технологической подсистемы на основании анализа динамики
исследуемой РММ, учитывающая влияние особенностей ее конструктивных параметров на точность
позиционирования собираемых резьбовых изделий и позволяющая выбирать рациональные
конструкторские параметры РММ.
«Вісник СумДУ», №11(83)’ 2005
31
4 На основании перечисленных пунктов разработан алгоритм формирования пространственнокомпактной роторно-многоярусной машины для сборки резьбовых изделий.
SUMMARY
In the given paper the common principles of synthesis of arrangements of rotor-multi-layered machines for assembly of threaded workpieces
are developed.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Бабушкин М.Н., Кристаль М.Г. Перспективы повышения производительности автоматических сборочных систем //Сборка в
машиностроении и приборостроении: Тез. докл. Междунар.науч.-техн. сем., 2-З окт. 2001 г./Под ред. О. А. Горленко. - Брянск:
БГТУ, 2001. - С. 39-40.
Кошкин Л.Н., Клусов И.А., Прейс В.Ф., Фролович Е.Н. Автоматические линии роторноготипа. - Тула: ЦБТИ, 1961. - 198с.
Водолазская Н.В., Михайлов А.Н. К вопросу оценки компоновок роторных сборочных машин для резьбовых соединений // Сборка
в машиностроении и приборостроении. - М.: Машиностроение. – 2004. - № 1. - С 34-37.
Шерешевский Н.И. Анализ и синтез многоярусной сборки. — М.: Машиностроение, 1971.248с
Пат. 63290А України, В23Р19/06. Роторна складальна машина /Н.В. Водолазська, О.М. Михайлов (Україна) //Бюл. - 2003. - № 1.
Михайлов А., Водолазская Н. Некоторые аспекты модульной сборки резьбовых соединений //Technika i technologia montazu
maszyn. - № 59. - Rrzeszow (Польша). - 2002. - С. 135-143.
Водолазська Н.В. Розрахунок кількості складальних позицій роторно-багатоярусної машини для складання різьбових виробів//
Hayкові праці Донецького національного технічного університету Серія. - "Машинобудування i машинознавство. - Випуск 92. Донецк, 2005. - С. 217-222.
Водолазская Н.В., Водолазская Е.Г., Искрицкий В.М, Стадник А. Н., Мотовилов М.С. Математическая модель влияния
конструктивных параметров роторно-многоярусной машины (РММ) на режим ее работы// Подъемно-транспортная техника. –
2004. - №2. - С. 46-53.
Поступила в редакцию 5 декабря 2005 г.
«Вісник СумДУ», №11(83)’ 2005
32