Сборка - это образование разъемных или неразъемных соединений составных частей заготовки или изделия. Сборка может осуществляться простым соединением деталей, их запрессовкой, свинчиванием, сваркой, пайкой, клейкой и т. д. В зависимости от типа производства затраты времени на сборочные работы составляют от общей трудоемкости: в массовом и крупносерийном производстве 20… 30 %; серийном - 25… 35%; в единичном и мелкосерийном – 35… 40%. В различных отраслях машиностроения доля сборочных работ различна: в тяжелом машиностроении 30… 35%; в станкостроении 25… 30%; в автомобилестроении 18… 20%; в приборостроении 40… 45% Основная часть слесарно-сборочных работ – это ручные работы, т. е работы требующие больших затрат физического труда и высокой квалификации рабочих.

Рабочие места сборки резьбовых соединений оснащаются винто-, гайко-, шпильковертами. Поворотные столы используют при ручной и автоматизированной сборке изделий массой до 50 кг. Манипуляторы для передачи деталей имеют строго заданную траекторию перемещения, снабжены захватными органами различной конструкции грузоподъмностью до 20 кг. В процессе сборки осуществляется контроль с применением универсальных и специальных мерительных средств и приспособлений.

По объему paзделяют общую сборку, результатом которой является изделие в целом, и узловую сборку, результатом которой является составная часть изделия, т. е. сборочная единица или узел. В условиях единичного и мелкосерийного типов производства основная часть сборочных работ выполняется на общей сборке и лишь малая их доля осуществляется над отдельными сборочными единицами. С увеличением серийности производства сборочные работы все больше разделяются на отдельные сборочные единицы, а в условиях массового и крупносерийного типов производств объем узловой сборки становится равным или даже превосходит объем общей сборки. Это в значительной мере способствует механизации и автоматизации сборочных работ и повышению их производительности.

По стадиям процесса сборка подразделяется на предварительную, промежуточную, сборку под сварку, окончательную и др. Предварительная сборка, т. е. сборка заготовок, составных частей или изделий, которые в последующем подлежат разборке. Промежуточная сборка, т. е. сборка заготовок, выполняемая для дальнейшей их совместной обработки. Например, предварительная сборка корпуса редуктора с крышкой для последующей совместной обработки отверстий подшипники. Сборка под сварку, т. е. сборка заготовок для их последующей сварки. Процесс соединения деталей при помощи сварки в большинстве случаев является сборочным. Окончательная сборка, т. е. сборка изделия или его составной части, после которой не предусмотрена его последующая разборка при изготовлении. После окончательной сборки некоторых изделий может следовать их демонтаж, который включает работы по частичной разборке собранного изделия для его подготовки к транспортированию потребителю.

Технологический процесс сборки представляет собой часть производственного процесса, непосредственно связанную с подготовкой, пригонкой, взаимной ориентацией, с последовательным соединением, фиксацией деталей и узлов для получения готового изделия. К технологическому процессу сборки относят операции: соединения, проверки правильности действия отдельных механизмов и узлов и машины в целом (точность, плавность движений, бесшумность, надежность функционирования смазочной системы и т. п.), очистки, промывки, окраски и отделки и контроля. Технологическая операция сборки представляет собой законченную часть этого процесса, выполняемую непрерывно над одной сборочной единицей одним или группой рабочих на одном рабочем месте. Сборочная операция - это технологическая операция установки и образования соединений составных частей заготовки и изделия. Переход сборочного процесса - это законченная часть операции сборки, выполняемая над определенным участком сборочного единения (узла) неизменным методом выполнения работы при пользовании одних и тех же инструментов и приспособлений. Приемом сборочного процесса называется отдельное законченное действие рабочего в процессе сборки или подготовки к сборке изделия или узла.

Технологический процесс сборки может включать следующие операции (по ГОСТ 3. 1703 -79): сборка, балансировка, закрепление, запрессовывание, клепка, контровка, маркирование, пломбирование, склеивание, стопорение, свинчивание, установка, центровка, штифтование, шплинтование, разборка, распрессовывание, расшплинтовывание, расштифтовывание, распломбирование, развинчивание.

Технологическая схема сборки – наглядное изображения порядка сборки машины и входящих в нее деталей сборочных единиц или комплектов. Каждый элемент изделия обозначают прямоугольником, в котором указывают наименование составной части, позицию на сборочном чертеже изделия, количество. Деталь или собранная ранее сборочная единица, с которой, присоединяя к ней другие детали и сборочные единицы, начинают сборку изделия, называют базовой деталью. Процесс сборки изображается на схеме горизонтальной (вертикальной) линией, направленной от прямоугольника с изображением базовой детали к прямоугольнику, изображающему готовое изделие. Сверху и снизу от горизонтальной (справа и слева от вертикальной) линии показывают прямоугольники, условно обозначающие детали и сборочные единицы в соответствии с последовательностью их присоединения к базовой детали. На схеме сборки также условными значками (кружками, треугольниками с буквами) показывают места регулировки, пригонки и другие операции.

Технологические процессы сборки

ТП сборки представляет собой часть производственного процесса, содержащий действия по установке и образованию соединений составных частей изделий. ТП изготовления деталей в большинстве случаев подчинен технологии сборки машин, т.е. сначала разрабатывается ТП сборки машины, а затем – ТП изготовления деталей.

Различают следующие виды соединений:

- неподвижные разъемные (резьбовые, шпоночные, шлицевые, конические и др.);

- неподвижные неразъемные (соединения с посадками гарантированного натяга, сваркой, пайкой, клепкой, склеиванием);

- подвижные разъемные (соединения с подвижной посадкой);

- подвижные неразъемные (подшипники качения, втулочно-роликовые цепи, запорные краны).

Сборка может иметь различные организационные формы в зависимости от условий, типа и организации производства (рис. 1.2) .

Сборка подразделяется:

По перемещению собираемого изделия – на стационарную и неподвижную;

По организации производства – на непоточную и поточную.

Непоточная стационарная сборка - сборка, выполняемая на одном рабочем месте.

Непоточная подвижная сборка – сборка, выполняемая на нескольких рабочих местах, а собираемое изделие перемещается от одного рабочего места к другому.

Поточная стационарная сборка отличается тем, что собираемые изделия остаются на рабочих местах, а рабочие переходят от одних собираемых изделий к следующим через периоды времени, равные такту.

Поточная подвижная сборка – сборка, выполняемая при перемещении собираемого изделия от одного рабочего места к другому.

Общие требования к технологичности сборочных конструкций:

1. Следует предусматривать разделение изделия на самостоятельные сборочные единицы, допускающие независимую сборку, контроль и испытание. Это позволит производить параллельную сборку отдельных сборочных единиц и сократить производственный цикл сборки;

2. Сборочные единицы должны состоять из стандартных и унифицированных частей, что приводит к увеличению серийности и снижению трудоемкости их изготовления;

3. В конструкции сборочной единицы следует предусматривать возможность общей сборки без промежуточной разборки;

4. Предусматривает простоту замены быстроизнашиваемых частей;

5. Конструкция должна обеспечивать удобные сборочные работы с применением целесообразных средств технического оснащения, среств механизации и автоматизации, исключать

сложные сборочные приспособления. Базовая деталь должна иметь технологическую базу, обеспечивающую достаточную устойчивость собираемого изделия;

6. Минимальное число поверхностей и мест соединений составных частей;

7. Конструкция составных частей должна исключать дополнительную обработку и сокращать пригоночные работы;

8. Уменьшать количество деталей и составных частей и стремиться к их взаимозаменяемости;

9. Нормализация крепежных и других деталей для сокращения номенклатуры сборочных инструментов;

10. Возможность захвата сборочных единиц грузоподъемными устройствами для транспортировки и установки на собираемое изделие;

11. Для соблюдения принципа взаимозаменяемости избегать многозвенных размерных цепей, которые сужают допуски. Если сократить число звеньев невозможно, то в конструкции изделия предусмотреть компенсатор.

12. Для сокращения цикла сборки предусмотреть возможность одновременного и независимого друг от друга присоединения сборочных единиц к базовой детали изделия;

13. В тех случаях, когда по условиям сборки важно обеспечить определенное и единственно возможное относительное положение собираемых элементов в изделии, необходимо предусмотреть установочные метки, контрольные штифты или несимметричное размещение крепежных деталей для исключения субъективных ошибок при сборке или ремонте;

14. Предусмотреть возможность механизации и автоматизации сборочных работ.

Достижение заданной точности сборки заключается в обеспечении размера замыкающего звена размерной цепи, не выходящего за пределы допуска.

В зависимости от типа производства различают пять методов достижения точности замыкающего звена при сборке:

Полной взаимозаменяемости;

Неполной взаимозаменяемости;

Групповой взаимозаменяемости;

Регулирования;

Пригонки.

Характеристики данных методов приведены в табл. 1.2 .

Таблица 1.2. Методы достижения точности

замыкающего звена

Метод	Сущность метода	Область применения
Полной взаимозаменяемости	Метод при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается у всех объектов путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений	Использование экономично в условиях достижения высокой точности при малом числе звеньев размерной цепи и при достаточно большом числе изделий подлежащих сборке
Непол-ной взаимозаменяемости	Метод при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается у заранее обусловленной части объектов путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений	Использование целесообразно для достижения точности в многозвенных размерных цепях; допуски на составляющие звенья при этом больше, чем в предыдущем методе, что повышает экономичность получения сборочных единиц; у части изделий погрешность замыкающего звена может быть за пределами допуска на сборку, т.е. возможен определенный риск несобираемости
Групповой взаимозаменяемости	Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается путем включения в размерную цепь составляющих звеньев, принадлежащих одной из групп, на которые они предварительно рассортированы	Применяется для достижения наиболее высокой точности замыкающих звеньев малозвенных размерных цепей; требует четкой организации сортировки деталей на размерные группы, их маркировки, хранения и транспортирования в специальной таре
Пригонки	Метод, при котором точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера компенсирующего звена путем удаления с компенсатора определенного слоя материала	Используется при сборке изделий с большим числом звеньев, детали могут быть изготовлены с экономичными допусками, но требуются дополнительные затраты на пригонку компенсатора; экономичность в значительной мере зависит от правильного выбора компенсирующего звена, которое не должно принадлежать нескольким связанным размерным цепям
Регулирования	Метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера или положения компенсирующего звена без удаления материала с компенсатора	Аналогичен методу пригонки, но имеет большее преимущество в том, что при сборке не требуется выполнять дополнительные работы со снятием слоя материала; обеспечивает высокую точность и дает возможность периодически ее восстанавливать при эксплуатации машины

Метод полной взаимозаменяемости экономично применять в крупносерийном и массовом производстве. Основан метод на расчете размерных цепей на максимум-минимум. Метод прост и обеспечивает 100% взаимозаменяемость. Недостаток метода – уменьшение допусков на составляющие звенья, что приводит к увеличению себестоимости изготовления и трудоемкости.

Метод неполной взаимозаменяемости заключается в том, что допуски на размеры деталей, составляющиеразмерную цепь, преднамеренно расширяют для удешевления производства. В основе метода лежит положение теории вероятности, согласно которому крайние значения погрешностей, составляющих звеньев размерной цепи встречаются значительно реже, чем средние значения. Такая сборка целесообразна в серийном и массовом производствах при многозвенных цепях.

Метод групповой взаимозаменяемости применяют при сборке соединений высокой точности, когда точность сборки почти недостижима методом полной взаимозаменяемости (например, шарикоподшипники). В этом случае детали изготавливают по расширенным допускам и сортируют в зависимости от размеров на группы так, чтобы при соединении деталей, входящих в группу, было обеспечено достижение установленного конструктором допуска замыкающего звена.

Недостатком данной сборки являются: дополнительные затраты на сортировку деталей по группам и на организацию хранения и учета деталей; усложнение работы планово-диспетчерской службы.

Сборка методом групповой взаимозаменяемости применяется в массовом и крупносерийном производствах при сборке соединений, обеспечение точности которых другими методами потребует больших затрат.

Метод пригонки трудоемок и применяется в единичном и мелкосерийном производствах.

Метод регулировки имеет преимущество перед методом пригонки, т.к. не требует дополнительных затрат и применяется в мелко- и среднесерийном производствах.

Последовательность сборки разрабатывают, соблюдая следующие требования:

Предшествующие операции не должны затруднять выполнение последующих;

Для поточной сборки разбивка процесса на операции должна осуществляться с учетом такта сборки;

После операций, содержащих регулирование или пригонку, необходимо предусматривать контрольные операции;

Если изделие имеет несколько размерных цепей, то сборку начинать с наиболее сложной и ответственной цепи;

В каждой размерной цепи сборку необходимо завершать установкой тех элементов соединения, которые образуют ее замыкающее звено;

При наличии нескольких размерных цепей с общими звеньями сборку начинать с элементов той цепи, которая в наибольшей степени влияет на точность изделия.

Для определения последовательности сборки изделия определяют технологические схемы сборки (рис. 1.3).

Вопросы для самопроверки

1. Что включает в себя техническая подготовка производства?

2. Назовите стадии жизненного цикла продукции.

3. Для чего разрабатывается график подготовки производства?

4. Что включает в себя ТПП?

5. Какая продукция подлежит обязательной сертификации?

6, Дайте определение сертификации системы качества предприятия-изготовителя.

7. Назовите виды ТКИ.

8. Какие факторы являются главными, определяющими требования к ТКИ?

9. Каким показателем при оценке ТКИ является материалоемкость изделия?

10. Какова цель отработки конструкции изделия на технологичность?

11. Назовите основные требования к ТКИ.

12. Какие основные технологические признаки присущи единичному производству?

13. Как определить количество деталей в партии?

14. Чему равен коэффициент закрепления операций в массовом производстве?

Рис. 1.3. Технологические схемы сборки:

а – общей, б – узловой, в – обозначение составной части

15. Чем групповая форма организации производства отличается от поточной?

16. Как называется интервал времени, через который производится выпуск изделий?

17. Что является высшей формой развития автоматизированного производства? 18. Дайте определения производственному и технологическому процессам.

19. Чем «установ» отличается от «позиции»?

20. Как называется законченное действие рабочего?

21. Приведите основные характеристики ТП.

22. Назовите основные принципы технологического проектирования.

23. Дайте характеристику принципа технологичности конструкции.

24. Какие виды соединений применяются в машиностроении?

25. Чем поточная стационарная сборка отличается от непоточной подвижной сборки??

26. Каковы требования к технологичности сборочных конструкций?

27. Назовите и дайте характеристику методам достижения точности замыкающего звена при сборке.

28. Что определяет технологическая схема сборки?

ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ

Методические указания

К лабораторной работе по дисциплине

«Технология машиностроения»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Изучить и практически освоить методику разработки технологического процесса сборки.

2. Составить технологическую схему сборки.

3. Разработать маршрутный технологический процесс сборки
и установить нормы времени на операции.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Сборка - часто завершающая стадия производства изделия, характеризующаяся сложностью и разнообразием выполняемых операций, высокой трудоемкостью и стоимостью. Трудоемкость сборочных работ в разных отраслях машино- и приборостроения и в разных типах производств составляет 20...70 % общей трудоемкости изготовления изделия. В сборочных цехах преобладает ручной труд. В среднем механизировано около 25 % сборочных работ, а уровень автоматизации в настоящее время не превышает 10…15% сборочных работ.

Исходные данные для разработки технологического процесса следующие: сборочные чертежи изделия в целом и отдельных его узлов со спецификациями и чертежами деталей; технические условия (технические требования) на изделия и узлы; объем (количество) собираемых изделий с указанием срока их выпуска; производственные условия выполнения сборочных работ.

Последовательность разработки процесса сборки:

1. Устанавливают целесообразную организационную форму оборки, определяют такт и ритм сборки в зависимости от объема сборки.

2. Проводят изучение изделия, технологический контроль-анализ сборочных и рабочих чертежей деталей и технических условий (технических требований) с позиций отработки технологичности.

3. Проводят размерный анализ собираемых изделий и устанавливают рациональные методы обеспечения требуемой точности замыкающих звеньев сборочных размерных цепей.

4. Составляют схемы общей и узловых сборок изделия. Определяют целесообразную степень разбиения изделия на сборочные единицы (узлы) и последовательность соединения всех единиц сборки и деталей.

5. Разрабатывают технологический процесс сборки. При необходимости его расчленяют на несколько операций. Устанавливают содержание операций и технологические режимы сборки. Определяют наиболее производительные, экономичные способы соединения, проверки положения и фиксации составляющих изделие сборочных единиц и деталей, включая методы контроля и испытания изделия.

6.Устанавливают (разрабатывают) необходимое оборудование и оснастку (приспособления, инструмент).

Выполняют нормирование сборочных операций.

8. Оформляют технологическую документацию.

Изучение собираемого изделия завершается разбиением его на сборочные единицы (узлы) и составлением технологических схем сборки. Разбивка изделия на сборочные единицы и составление схем сборки являются начальными и ответственными этапами в разработке технологии оборки. В наглядной форме они отражают состав и маршрут сборки изделия в целом и его составных частей.

Основные принципы, которыми следует руководствоваться технологу при разбивке изделия на сборочные единицы и разработке схем сборки следующие:

Сборочная единица не должна быть слишком большой по размерам и массе и состоять из значительного количества деталей и сопряжений, но в то же время излишнее дробление на сборочные единицы также нерационально;

Сборочная единица должна быть выделена в особую, если в процессе её сборки требуется проведение испытаний, обкатка, специальная слесарная доработка, пригонка и т.п.;

Сборочная единица при последующем монтировании её в машине не должна подвергаться разборке (если этого избежать нельзя, то разборочные работы необходимо предусмотреть в технологии);

Сборочные единицы должны включать также детали крепления, резьбовые соединения с тем, чтобы сократить количество отдельных деталей, подаваемых непосредственно на общую сборку;

Сборочные единицы должны быть примерно одинаковыми по трудоемкости;

Сборку следует начинать с установки на рабочем месте (стенде, конвейере) базовой детали или базовой сборочной единицы, к которой последовательно будут присоединяться остальные детали и сборочные единицы;

Сборку следует начинать с деталей, имеющих размеры, входящие в качестве составляющих звеньев в ту размерную цепь, при помощи которой решается наиболее ответственная задача;

Последовательность сборки определяется возможностью и удобством присоединения деталей;

Каждая ранее смонтированная деталь или сборочная единица не должна мешать последующей сборке;

Детали или сборочные единицы, выполняющие наиболее ответственные функции или которые являются общими звеньями в параллельно связанных размерных цепях, желательно монтировать в первую очередь;

В процессе сборки необходимо обеспечить минимальное количество переустановок.

Технологические схемы сборки - это графическое изображение соответствующих сборочных единиц и деталей, представленных в порядке их монтирования (установки) в собираемую машину. Возможны различные варианты составления схем сборки. Рассмотрим один из них.

Графически на схемах сборки (рис.1) элементы изделия (детали, сборочные единицы) изображаются в виде прямоугольников, разделенных на три части, в которых вписываются наименование, номер позиции и количество элементов. Обозначение деталей принимается в соответствии со сборочными чертежами и спецификациями. Для обозначения сборочной единицы проставляют буквы "Сб." и номер базовой детали. Перед обозначением сборки ставится номер сборочной единицы соответствующего порядка. Например, 2 Сб.5 - сборочная единица второго порядка (второй ступени) с базовой деталью №5. Элемент, с которого начинают сборку, называют базовым. Процесс общей и узловой сборки изображают на схеме горизонтальной линией от базового элемента к собранному объекту. Сверху, в порядке последовательности установки (монтажа), располагают детали, а снизу - узлы. Для конструктивно сложных изделий схемы сборки составляют для каждой сборочной единицы отдельно, а простых - совмещенными. В этом случае линии сборки сборочных единиц (узлов) разных ступеней могут быть горизонтальными и вертикальными.

Схемы сборки кроме деталей и сборочных единиц могут содержать надписи, поясняющие специфические особенности сборочных работ (операций): соединение элементов (запрессовкой, пайкой, вальцеванием), фиксация (свинчиванием, с помощью клея, лаков, красок и компаундов), механическая доработка (сверление, развертывание), использование технологических деталей, контроль, регулировка и т.д. Возможность одновременной установки нескольких составных частей изделия отражается общей точкой (А, Б и т.д.).

Дополнительные работы, к которым можно отнести частичную или полную разборку составных частей при сборке также отражают на схеме пояснительной надписью. Технологические схемы сборки на одно и то же изделие можно составить в нескольких вариантах, которые будут отличаться структурой и последовательностью комплектования сборочных элементов. Принятый вариант зависит от организационной формы сборки. Правильность составления схем сборки проверяется разборкой изделия.

Рис. 1. Технологические схемы сборки:
а - общей; б - узловой (сборочной единицы)

Построение технологических схем разборки изделий основано на тех же принципах. Разница заключается лишь в том, что построение схемы начинается с изделия, а не с базовой детали или сборочной единицы.

На рис. 2 приведен эскиз сборочной единицы, а на рис. 4 его технологическая схема сборки.

Рис.2. Эскиз сборочной единицы (Сб.11 - Ступица)

Практически технологические схемы сборки представляют собой разработку проекта технологического процесса сборки.

Технологический процесс сборки изделия в его окончательном виде предопределяется типом производства, т. е. объемом выпуска собираемых изделий, трудоемкостью сборки и организационными формами сборки. При больших объемах сборки разрабатывают технологический процесс подробно и с возможно большей дифференциацией сборочных операций. При малом объеме выпуска ограничиваются составлением маршрута (последовательности) сборочных операций.

Сборочные операции проектируют на основе схем сборки. Содержание сборочных операций следует устанавливать так, чтобы на каждом рабочем месте выполнялась однородная и технологически законченная операция, причем при поточном методе трудоемкость операции должна быть равна или несколько меньше такта сборки, либо кратна ему. Проектируя сборочную операцию, уточняют содержание технологических переходов и определяют схему базирования и закрепления базового элемента; выбирают оборудование, приспособления, режущий и монтажный (рабочий), контрольно-измерительный инструменты; устанавливают режимы работы, норму времени и разряд работы, выполняют необходимые технологические расчеты (определяют силу запрессовки; крутящие моменты при затяжке болтов, шпилек и др.) и обоснования.

В состав технологического процесса включаются при необходимости подготовительные, пригоночные, регулировочные, контрольные и др. работы (операции и переходы).

Технологические процессы оборки фиксируют в маршрутных и операционных картах, оформляемых в соответствии со стандартами ЕСТД.

Пример маршрутного технологического процесса сборки ступицы представлен в таблице 1.

Таблица 1

№ операции	Наименование операции	Содержание операции и переходов
	Сборка шкива (1Сб.8).	1. Закрепить шкив 8 в приспособлении 2. Установить кольцо 10. 3. Смазать и установить подшипник 9. 4. Протереть и установить втулку 12. 5. Смазать и установить подшипник 9.
	Установка шкива (1Сб.8).	1. Закрепить ступицу 11 в приспособлении. 2. Установить шкив (1Сб.8) на ступицу 11. 3. Протереть и установить кольцо компенсационное 7. 4. Установить кольцо стопорное 3.
	Сборка фланца (1Сб.5).	1. Закрепить фланец 5 в приспособлении. 2. Установить крышку 1. 3. Закрепить крышку винтами 2. 4. Установить прокладку 6.
	Установка фланца (1Сб.5).	1. Установить фланец (1Сб.5). 2. Закрепить фланец (1Сб.5) винтами 4.
	Контрольная	1. Проверить легкость вращения шкива 8. 2. Проверить биение поверхности Б относительно поверхности А.

Норма времени на выполнение сборочной операции устанавливается по формулам и нормативам .

Определим в качестве примера норму штучно-калькуляционного времени на сборочную операцию 025 - «Сборка фланца». Операция выполняется в условиях серийного производства. Эскиз сборочной единицы приведен на рис. 3. Перечень собираемых деталей дается в табл. 2. Применительно к серийному производству применяем нормативы . Анализ нормативов позволяет расчленить операцию на следующие расчетные комплексы:

1. Установка фланца в приспособление. Условия работы соответствуют нормативным. По карте 7 расчетное оперативное время =0,304 мин.

Таблица 2

Рис.3. Эскиз сборочной единицы первого порядка (1 Сб.5 - Фланец)

Сборочные работы, в зависимости от типа производства, составляют от 20 до 40% общей трудоемкости изготовления машины. Эти работы обычно требуют значительных затрат физического труда слесарей сборщиков. Если в условиях массового производства, например, автомобилей широко применяются средства автоматизации и мехагн изации сборочных процессов, то в индивидуальном и мелкосерийном производстве, особенно при создании уникальной техники, экспериментальных экземпляров новых машин проблемы автоматизации сборочных работ практически не решены.

В зависимости от типа производства и вида изделия сборка может быть организована различным способом.

При массовом производстве наиболее эффективной является подвижная поточная сборка, при которой изделие перемещается по специализированным рабочим местам, где выполняются простейшие сборочные операции. Такие места могут быть оснащены специальными средствами механизации или быть полностью автоматизированы. (При такой форме организации сборки выпускают изделия бытовой техники, компьютеры, боеприпасы…). Такую форму организации сборки предложил Генри Форд, решая задачу массового выпуска автомобилей. При сборке автомобиля количество сборочных операций довольно велико, поэтому длина такого конвейера составляет сотни метров, а с учетом конвейеров сборки отдельных узлов автомобиля – многие километры. Конечно, внутри производственных зданий такие конвейеры располагается во много рядов и на нескольких уровнях по высоте. В то же время продолжительность элементарных сборочных операций при сборке автомобиля составляет не более нескольких минут, что позволяет обеспечить малый такт выпуска изделия. (обычно с конвейера, менее чем через минуту, сходит собранный автомобиль).

При производстве крупногабаритных изделий (электрогенераторов, турбин, самолетов, судов, станков…) применяют поточную стационарную сборку. В этом случае изделия, находящиеся в различных стадиях сборки, располагаются неподвижно, на специальных стапелях, а специализированные рабочие места (бригады рабочих с соответствующим оборудованием) перемещаются от изделия к изделию, производя соответствующие сборочные операции.

В условиях единичного и мелкосерийного производства такие виды сборки экономически неоправданы и сборка обычно выполняется бригадами высококвалифицированных специалистов, производящих все действия по сборке, регулировке и требуемым испытаниям. При этом трудоемкость сборки и продолжительность существенно выше. Так постройка подводной лодки по индивидуальному проекту может занимать до нескольких лет. Во время же второй мировой войны поточная сборка подводных лодок позволяла Германии выпускать одну подводную лодку в день, в США же производилось в день до нескольких судов водоизмещением 10000т.

Сборка заключается в соединении сопрягаемых сборочных единиц и деталей путем приведения в соприкосновение основных баз – сопрягаемых поверхностей. Такие поверхности определяют положение деталей относительно друг друга, выполняются с наибольшей точностью и определяют во многом качество машины. Так суппорт токарного станка устанавливается на направляющих поверхностях станины и может перемещаться по ним в одном направлении. От точности этих поверхностей станины будет зависеть точность (прямолинейность) перемещения суппорта – одна из важнейших характеристик качества станка.

В процессе сборки детали соединяется неподвижно или подвижно относительно друг друга. Такие соединения могут быть разъемными, когда соединение можно разобрать, например, для замены детали, узла (соединения по подвижным и переходным посадкам, резьбовые) и неразъемными, когда разборка невозможна без разрушения какого либо элемента (заклепочные, сварные, клеевые…).

В процессе сборки требуется производить ряд специфических операций, которые требуют затрат энергии и имеют определенную временную протяженность, уменьшение которой, также как и при обработке деталей, наталкивается на физические ограничение.

Конечно время завертывания винта можно уменьшить, повысив скорость вращения специального инструмента, но возникающие динамические нагрузки, при определенной скорости, приведут к разрушению либо винта, либо резьбы. Автомобилистам известно, что время завинчивания винта для крепления колеса вручную доходит до 1 минуты, с применением же специального механизированного инструмента на автомобильном заводе время завинчивания всех четырех винтов не превышает 1 секунды, т.е. уменьшено до предела.

Время же реализации таких соединений как сварное, клеевое определяются особенностями протекания теплофизических, металлургических, химических процессов.

Сложность современных машин (количество деталей самолета, судна может достигать нескольких миллионов) определяла бы очень большую продолжительность процесса последовательной сборки деталь за деталью.

Поэтому сборку ведут параллельно во времени собирая узлы изделия, группы деталей, которые монтируют на базовую деталь (или узел). Так собранная турбина устанавливается в корпус корабля, причем одновременнов корпус могут монтироваться и управляющая аппаратура, вооружение (пушки, ракетные установки и т.д.). В корпус самолета (планер) устанавливается собранный двигатель, который обычно и производится даже на другом предприятии.

Узел машины это сборочная единица, которая имеет самостоятельные функции, которые могут быть испытаны вне машины. Например, топливный насос, масляный фильтр и т.д. В соответствии с этим узлы могут быть унифицированы, производиться самостоятельно и применяться в различных машинах. Сборочные единицы, называемые группами, обычно самостоятельных функций не имеют и выделяются из общей сборки по принципу удобства соединения деталей в группу в отдельном процессе, с целью сокращения общего времени сборки машины.

Для построения технологического процесса сборки технологами производится анализ конструкции машины для выявления составляющих ее узлов, деталей, возможности вычленения групп деталей сборка которых возможна отдельно. Конечно, при проектировании машины конструктор должен уделять внимание технологичности машины, возможности сборки ее в параллельных во времени процессах. Если машина спроектирована неправильно, то никакие усилия технолога по оптимизации технологии ее изготовления не приведут к положительным результатам.

Поэтому конструктор при проектировании машины должен руководствоваться определенными стандартными правилами.

Так требования к составу сборочной единицы предполагают:

расчленеие ее на рационалтьное число частей с учетом принципа агрегатирования;

виды используемых соединений деталей и узлов должны позволять автоматизацию или механизацию сборочных работ;

сборка изделия не должна предполагать применения сложного технологического оснащения;

конструкция сборочной единицы должна предусматривать базовую составную часть, которая является основой для расположения других составных частей; , и т.д.

Среди многих требований, обеспечивающих технологичность машины, наибольшее значение имеет требование взаимозаменяемости всех ее узлов и деталей. Принцип взаимозаменяемости, закладываемый при проектировании искусственных объектов, не используется природой. Как известно, каждый природный организм уникален и приходится предпринимать специальные усилия в случае замены отдельных частей живых организмов. На первом этапе развития машинного производства, вплоть до начала 20-го века многие машины создавались в процессе пригонки отдельных деталей друг к другу. Например, размеры шеек вала задавались в виде номинальных. Без регламентации допуска на изготовление, а размер подшипниковой втулки задавался с требованием выполнить его по полученной шейке вала с определенным зазором. В этих условиях изготовить подшипниковую втулку можно было только после изготовления вала. Это увеличивало цикл изготовления машины и не позволяло производить ее ремонт с использованием запасных частей. Хотя принцип взаимозаменяемости был известен со средних веков, и даже был внедрен при производстве огнестрельного оружия еще по указу Петра 1, появление первых стандартов и его широкое применение относится именно к началу 20-го века. Несмотря на кажущуюся эффективность взаимозаменяемости применение этого принципа имеет ряд ограничений, так как в ряде случаев значительно удорожает изготовление машины. Это связано с тем, что качество функционирования отдельных узлов и машины в целом зависит от отклонений замыкающих звеньев, которые определяются допускаемыми отклонениями всех входящих в размерную цепь звеньев

Так в роликовом подшипнике качения должен быть зазор Зр между роликами 1 и кольцами 2 и 3, что обеспечивает свободу движения подшипника. В то же время большая величина этого зазора резко снижает качество подшипника, так как приводит к «болтанке» установленного в нем вала, значительным динамическим нагрузкам (ударам), нарушает точность кинематических связей деталей, установленных на валу с другими деталями машины. Но этот зазор возникает в процессе сборки подшипника и зависит от точности изготовления его деталей, причем максимальная и минимальная, возможная величина этого зазора равны: Зр макс = (Дкн макс – Дкв мин – Др мин)/2

Зр мин = (Дкн мин - Дкв макс – Др макс)/2

Для повышения качества подшипников колебания зазора стремяться свести к минимуму, но это требует чрезвычайно точного выполнения всех его деталей, что привело бы к значительному (на порядки) его удорожанию. Поэтому, даже в этом простейшем случае, от принципа полной взаимозаменяемости приходится отказываться и применять так называемую селективную (с использованием отбора) сборку. В этом случае допуски на изготовление отдельных деталей можно расширить, но потом, перед сборкой детали сортируют на отдельные группы, подбирая в этих группах истинные размеры так, чтобы при сборке получить минимальные колебания зазоров в подшипниках. Естественно, что часть (по теории вероятности очень малая) деталей не найдет себе применения, но эти потери с лихвой окупятся за счет снижения точности обработки отдельных элементов.

В реальных машинах размерные цепи могут состоять из десятков взаимосвязанных размеров и полная взаимозаменяемость, часто не только экономически не оправдана, а даже невозможна. Поэтому, на практике, при сборке машин применяют не только метод подбора, но и метод пригонки, когда отдельные элементы обрабатывают «по месту» с учетом требуемых размеров замыкающего звена.

Методы достижения точности замыкающих размеров размерных и кинематических цепей при сборке машин в соответствии со стандартами подразделяются:

метод полной взаимозаменяемости, основанный на расчете размеров замыкающего звена по максимальным и минимальным допустимым размерам составляющих размерную цепь звеньев (метод макимум минимум). Этот м етод обеспечивает полную взаимозаменяемость, но требует довольно точного выполнения размеров составляющих звеньев (деталей) и применим в массовом и крупносерийном производстве, когда число размеров, входящих в размерную цепь невелико.

При методе неполной взаимозаменяемосьти допуски на размеры составляющих звеньев расширяют (чтобы удешевить производство деталей), По теории вероятностей отклонения размеров составляющих звеньев (реальных деталей) на практике при сборке могут компенсировать друг друга (детали с отклонениями в большую сторону с деталями имеющими отклонения в меньшую сторону. Кроме того, размеры с отклонениями близкими к центру поля допуска встречаются значительно чаще, чем с крайними предельными отклонениями. Такой принцип обеспечения взаимозаменяемости рационально применять в серийном и массовом производстве, при сложных многозвенных размерных цепях.

Метод групповой взаимозаменяемости применяют при создании соединенийвысокой точности, когда полная взаимозаменяемость либо недостижима, либо связана с чрезвычайно большими затратами. В этом случае детали изготавливают по расширенным допускам, а потом сортируют на группы (например, при производстве подшипников качения). Такая сборка целесообразна в массовом и крупносерийном производстве.

Сборка методом пригонки трудоемка и применяется в единичном и мелкосерийном производстве. Метод регулирования снижает трудоемкость пригонки и требует применения в конструкции специальных регулирующих устройств, которые могут несколько усложнять конструкцию машины.

Машина, состоящая из множества деталей, которые группируются в узлы, подузлы, группы деталей может быть собрана множеством способов, вплоть до последовательной сборки «деталь за деталью».

Выбор же оптимального технологического процесса является сложной задачей, для решения которой приходится применять многие математические методы (линейное и нелинейное программирование, теорию массового обслуживания и т.д.). Причем оптимизация технологии сборки требует построения целевой функции в качестве которой может использоваться минимальная себестоимость изделия, время производства изделия или различные комбинации этих функций.

При построении технологического процесса сборки машины используется ряд практических правил, суммирующих накопленный производственный опыт. Общая сборка машины начинается с установки базирующей детали или базирующей сборочной единицы машины, роль которой обычно выполняет корпусная деталь. Это может быть рама, станина, корпус, основание и т.д.

Базирующую деталь устанавливают или закрепляют в удобном для сборки положении. Иногда эту деталь закрепляют в специальном приспособлении, которое либо увеличивает жесткость детали, либо позволяет ее поворачивать или перемещать требуемым при сборке способом.

При поточной подвижной сборки это приспособление, зачастую, перемещается вместе с изделием до завершения процесса сборки. Иногда же оно позволяет закреплять изделие до окончания процесса сборки и перемещать собранное изделие в рабочую среду (судостроительный стапель).

При сборке отдельных узлов также выявляется базовая деталь, которую принимают за основу при сборке узла.

При разработке процесса сборки необходимо учитывать доступность места сборки, поэтому, в первую очередь, устанавливают узлы и детали, минимально затрудняющие установку последующих узлов и деталей. При этом необходимо учитывать возможность размещения монтажного инструмента.

Следует подчеркнуть, что несмотря на широкие возможности комбинаторики в выборе технологического процесса сборки машины, возможности качественной, производительной сборки закладываются на стадии проектирования конструктором. Разработанную последовательность сборки машины изображают в виде графической схемы сборки (рис.2). На схему общей сборки наносятся условные обозначения деталей и сборочных единиц, поступающих на общую сборку. Схема наглядно показывает в какой последовательности на базовую деталь устанавливаются узлы и детали. Нарушение последовательности, предусмотренной этой схемой недопустимо.

Кажется очевидным, что разборку машины можно произвести в обратном порядке, однако в процессе сборки могут применяться неразъемные соединения. Целью же разборки может быть дефектация машины после испытаний, упаковка для отправки заказчику, в тех случаях, когда разобранная машина более транспортабельна, ремонт. Поэтому для разборки машины составляются специальные схемы, соответствующие целям разборки.

Такое схематическое представление технологического процесса сборки отличается наглядностью и, зная продолжительность и стоимость выполнения отдельных операций сборки, можно легко оценить время сборки машины и стоимость процесса. При определении времени выполнения отдельных операций сборки, производимых с применением ручного труда, используются статистические экспериментальные оценки. При этом, конечно, определение норм времени должно производиться с учетом средних возможностей слесарей сборщиков.

Трудоемкость процессов сборки обуславливает разработку средств ее механизации и автоматизации. В настоящее время, особенно в условиях массового и крупносерийного производства широко применяются промышленные роботы, позволяющие в ряде случаев полностью освободить человека от выполнения сборочных операций. Возможности промышленных роботов, хотя и совершенствуются с каждым годом, но до настоящего времени значительно уступают возможностям человека. Поэтому изделия для автоматической сборки, зачастую, проектируют, учитывая достигнутые возможности автоматизации сборочных процессов. Так, многие резьбовые соединения оказалось целесообразным переводить на сварные, клеевые, заклепочные, которые значительно проще выполняются автоматами. В то же время ремонтопригодность таких изделий значительно снижается.

Многие знают, что в настоящее время при ремонте бытовой техники, оказывается рациональным заменять целые агрегаты, ремонт которых либо невозможен, либо экономически неоправдан.

Высокий уровень автоматизации сборочных операций достигнут в настоящее время только в условиях массового и крупносерийного производства, хотя требования рынка определяют необходимость выпуска изделий максимально удовлетворяющих индивидуальным требованиям потребителя. Так известно, что обладание людьми одинаковыми вещами, вызывает чувство некоторого дискомфорта. Производство же отличающихся друг от друга вещей в условиях поточного производства существенно усложняет технологические задачи. Первые попытки, решить эту проблему, предприняты на заводах, производящих автомобили Мерседес. В настоящее время их собирают в условиях максимально автоматизированной поточной сборки, по индивидуальным заказам, когда входящие в сборку узлы могут варьироваться исходя из требований заказчика. Так определенный кузов может оснащаться теми или иными сидениями, радиоэлектронным оборудованием и т.д. Это требует решения сложнейших задач логистики, которое стало возможным при применении современных средств вычислительной техники.

Вопросы для самопроверки:

Виды организационных форм процессов сборки машин.

На какие элементы может разделяться конструкция в процессе ее изготовления?

Какие виды соединений применяются при сборке машин?

В каком типе производства рационально применять поточную стационарную сборку?

Какие ȔȍȚȖȌȣ ȌȖșȚȐȎȍȕȐȧ ȚȖȟȕȖșȚȐ ȏȈȔȣȒȈȦȡȐȝ ȘȈȏȔȍȘȖȊ ȘȈȏȔȍȘȕȣȝ Ȑ

ȒȐȕȍȔȈȚȐȟȍșȒȐȝȞȍȗȍȑǪȣȏȕȈȍȚȍ?

ǪȒȈȒȐȝșȓțȟȈȧȝȕȍȘȈȞȐȖȕȈȓȤȕȖȐșȗȖȓȤȏȖȊȈȚȤȔȍȚȖȌȗȖȓȕȖȑȊȏȈȐȔȖȏȈȔȍȕȧȍȔȖșȚȐ?

Перечислите методы снижения трудоемкости процессов сборки машин.

Образец карты тестового контроля:

Какие технологии применяются при сборке машин?

а). Свинчивание, склеивание, сварка.

б). Сверление, долбление, притирка.

в). Пригонка, опиливание, шабрение, распиливание.

В каких случаях производят сборку с пригонкой деталей друг по другу? А). При изготовлении особо точных машин и приборов.

Б) При изготовлении крупногабаритных конструкций.

В) При изготовлении оптических приборов.

Проектирование технологического процесса сборки машины.

В основе проектирования любого технологического процесса сборки машины должны быть заложены следующие основные принципы:

а) обеспечение высокого качества собираемой машины, гарантирующего долговечность и надежность ее эксплуатации;

б) минимальный цикл сборки;

в) минимальная трудоемкость слесарно-сборочных работ;

г) применение рациональной механизации, прямо влияющей на повышение производительности и облегчение труда сборщиков, а также вопросы, связанные с обеспечением безопасных условий труда.

Разработке технологического процесса сборки машин должна предшествовать своевременная работа технологов в конструкторском отделе над технологичностью запроектированной машины.

Передовые заводы тяжелого машиностроения уделяют большое внимание типизации технологических процессов сборки машин. Типизация технологических процессов сборки дает значительный экономический эффект. Например, по Уралмашзаводу трудоемкость сборочных работ на машины, собираемые по типовым технологическим процессам, сокращена до 35%. Типизация позволяет производить большую оснащенность процесса сборки, сокращает цикл сборки, упорядочивает нормирование труда, высвобождает время технологов для творческой работы над качеством выпускаемых машин и дальнейшим повышением производительности труда.

Рациональным приемом, создающим условия для Наиболее качественной разработки технологических процессов сложных машин, является применение технологических схем сборки машины. При разработке технологических процессов сборки стремятся применять принцип дифференциации сборочных операций. Это выражается в расчленении машины на простейшие сборочные единицы (технологические комплекты, подузлы, узлы), разделении сложных сборочных операций на более простые, разделении общей сборки машины на узловую. Такое построение технологического процесса сборки позволяет производить работу развернутым фронтом, дает возможность использовать менее квалифицированных рабочих на повторяющихся операциях.

Фиг. 227.

Фиг. 228. Технологические комплекты :

а - блок зубчатых колес; б - коленчатый вал с шестерней.

На фиг. 227 дана технологическая схема сборки трубной мельницы. Мельница разбита на технологические сборочные единицы, позволяющие наиболее рационально и производительно осуществлять их сборку. Собственно мельница состоит из трех узлов (средняя часть в сборке с крышками и фундаментные плиты), из четырех подузлов (подшипник I, загрузочная часть II, кожух разгрузочной части III, промежуточное соединение IV) и из двенадцати технологических комплектов. Смазочная система, редуктор, а также подузлы III и IV представлены как не входящие в общую сборку машины. Они собираются отдельно и отправляются к заказчику на монтаж, минуя общую сборку.

При разработке технологических схем сборки простейшую сборочную единицу, представляющую собой соединение двух или нескольких деталей, называют технологическим комплектом. Соединяющая деталь является базовой деталью комплекта.

На фиг. 228 представлены блок зубчатых колес и коленчатый вал в в сборе с шестерней. Зубчатое колесо 1 и коленчатый вал являются базовыми деталями этих комплектов.

Технологический комплект создается технологом и не всегда оформляется чертежом. При серийном производстве следует считать рациональным оформление технологических комплектов чертежами или эскизом технолога.

Подузел представляет собой соединение одного или нескольких комплектов и деталей, закоординированных относительно основных баз соединяющей их детали. Соединяющая деталь называется базовой деталью подузла.

На фиг. 229 представлен подузел: коленчатый вал 2 в сборе с шестерней 1, пальцем 5, роликоподшипниками 4 (комплекты) и другими мелкими деталями. В данном случае коленчатый вал 2 является базовой деталью подузла.

При проектировании технологического процесса сборки машины подузел, скомплектованный технологом, может расходиться с чертежом конструктора, но при серийном производстве подузел должен быть оформлен чертежом или экскизом технолога.

Узел — сложная сборочная единица, представляет собой соединение одного или нескольких подузлов, комплектов и деталей, закоординированных относительно основных баз соединяющей их детали. Такая деталь называется базовой деталью узла. Базовыми деталями узлов наиболее часто являются валы, корпуса, картеры, станины и др.

Фиг. 229. Подузел — коленчатый вал в сборе с шестерней, роликоподшипниками и другими деталями.

Машина представляет собой соединение одного или нескольких узлов, подузлов, комплектов и деталей, закоординированных относительно основных баз соединяющей их детали. Базовыми деталями машин обычно являются станины, рамы, корпуса и т. д.