Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
31
Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины
Национальный аэрокосмический университет
им. Н.Е. Жуковского «ХАИ»
Кафедра 104
Реферат на тему:
«Особенности моделирования технологического процесса сборки в самолетостроении»
Выполнил: студент группы 133
Турсунов А.Э.
Проверил: ассистент к. 104
Хитрых Евгений Евгеньевич
Харьков, 2012
Содержание
Введение………………………………………………………………..3
Часть I
Часть II
Список используемой литературы………………………………..34
Введение
Изготовление планера самолета начинается с изготовления деталей и завершается сборочными работами узлов, агрегатов, проведением стыковочных и монтажных работ на готовом изделии.
В настоящее время один из главных элементов производительного процесса изготовления авиационной техники считается сборочное производство. Основными факторами, определяющими специфику сборочных работ в самолетостроении, являются:
Продолжительность и трудоемкость сборочных работ в зависимости от типа самолета составляет от 30-56% всех производственных трудозатрат. Сборочные и монтажные работы охватывают сборку планера, монтаж оборудования и силовых установок, монтаж систем управления полетом и взлетно-посадочных средств, аэродромные работы по подготовке самолета к летным испытаниям и сдача его заказчику. Сборочно-монтажные работы характеризуются сложностью выполняемых работ, сравнительно невысоким уровнем механизации технологических операций сборки и монтажа, что влечет за собой большую трудоемкость изготовления продукции, невысокий уровень производительности труда.
Сборочные работы в зависимости от вида можно подразделить на узловую сборку - сборку узлов (лонжероны, нервюры, шпангоуты, створки люков); агрегатную - сборка отсеков, агрегатов, секций планера; общую сборку самолетов - сборку-стыковку отдельных агрегатов в целое изделие и проведение нивелировочных работ.
Выбор технологического оснащения зависит от технологического процесса сборки, применяемого метода обеспечения взаимозаменяемости и точности сборочной единицы. Проектирование технологического процесса и средства оснащения сборки осуществляется с учетом факторов, оказывающих на них влияние.
В зависимости от класса самолета возможна сборка:
Недифференцированная - т.е. сборка проходит из одних деталей (не узлов, не деталей практически нет).
Сборка идет в одном сложном приспособлении, применяется труд высококвалифицированных рабочих. Этот тип сборки применяется для индивидуального и опытного производства.
Дифференцированная - сборка агрегата в основном идет из панелей и узлов. Применяются несложные сборочные приспособления, и используется сборщики низкой квалификации (2, 3 разряд).
В самолето- и вертолетостроении рассматриваются две основных схемы агрегатной сборки: последовательная и последовательно-параллельная.
Последовательная сборка относится к нерасчленённой на секции и панели конструкции самолета. Сборка идёт в одном сложном сборочном приспособлении.
При этой схеме сборки трудоёмкость и цикл сборочных работ самые большие, создаются стеснённые условия труда для сборщика, на сборку поступает большое количество деталей.
Последовательно-параллельная схема сборки относится к сборке расчленённой на панели и узлы конструкции, но после первого этапа сборочных работ приступают к соединению - стыковке панелей и узлов друг с другом, а затем в полученном изделии проводят монтажные работы.
Конструкция летательного аппарата (ЛА) и технология его изготовления находятся во взаимосвязи. При этом, как правило, вначале изменяется конструкция ЛА, а затем, технология. Борьба за уменьшение массы планера, увеличения его ресурса и надёжности привела:
Существуют следующие типы сборок:
Сборка изделия состоит из следующих этапов:
Время сборки — 50 ... 75 % цикла изготовления ЛА, а их трудоёмкость — 30 ... 40% трудоёмкости изготовления ЛА.
Особое значение при сборке агрегатов ЛА имеет значение — объёмная увязка деталей и узлов, обеспечивающих получение аэродинамических обводов заданной точности. Современный уровень проектирования предусматривает создание трёхмерной компьютерной модели создаваемого изделия. Параллельно создаётся модель технологической оснастки, обеспечивающей правильную взаимную ориентацию деталей при сборке.
Повышение производительности сборочных работ обеспечивается механизацией и автоматизацией проведения основных типовых технологических операций — разметки, кроя, сверления и клёпки. Силовые узлы конструкции планера ЛА типа лонжеронов, нервюр и шпангоутов. Их относят к плоскокаркасным узлам (ПКУ). Основной способ соединения ПКУ — заклёпочные соединения. На долю сверлильно-клепальных работ (СКР) приходится 30 ... 45% трудоёмкости сборочных работ. Трудоёмкость сверления составляет 30%, зенкования 13%, вставка заклёпок 4%, расклёпывание заклёпок 53%. В настоящее время при выполнении СКР широко используются клепальные автоматы. Однако, специфика производства, сложность конструкции ЛА, многообразие условий подхода к зоне клёпки, разница заклёпок по диаметру, малая протяжённость швов, обусловливают применение ручных дрелей и клепальных молотков, использование которых не позволяет достигнуть высокой производительности труда, не гарантирует стабильности качества соединений и вредно воздействует на организм человека.
Уровень механизации и автоматизации технологических процессов изготовления ПКУ определяется методом сборки. Распространены два метода сборки ПКУ — по сборочным отверстиям (СО) и в сборочном приспособлении (СП). Сущность первого метода заключается в том, что базирование деталей относительно друг друга осуществляется совмещением специальных предусмотренных в них технологических отверстий, а второго — в том, что базирование деталей относительно базовых поверхностей выполняется по элементам фиксации СП.
Важнейшей частью технологического процесса изготовления ЛА является процесс обеспечения оптимальных аэродинамических форм его агрегатов. Исходной базой при проектировании и изготовлении агрегатов и планера являются не только основные оси, но и внешняя поверхность агрегатов. Переход от неё к теоретическим осям и к базам сборки позволяет сохранить единство конструкторско-технологических баз.
Это, в свою очередь, определяет условия эксплуатационной, а также производственно-технологической взаимозаменяемости. При этом, важно обеспечить возможность изготовления агрегатов с точными размерами из деталей и подсборок с менее точными размерами. Это достигается путём установки и закрепления элементов собираемого объекта в базовых (обводообразующих) элементах СП. Положение и геометрические размеры СП увязываются с обводами формообразующей оснастки, которая используется для изготовления элементов собираемого объекта.
Для обеспечения идентичности положения обводообразующих элементов оснастки, возможности их монтажа в процессе постройки СП и периодического контроля, а также для возможности отстыковки обводообразующих элементов заготовительной и сборочной оснастки создаются специальные виды оборудования и средств увязки. Они представляют собой группу физических носителей форм и размеров, которые позволяют при всех видах процессов
изготовления деталей получить конечные параметры геометрии обводов,
соответствующие ТТ по точности. Проектирование средств увязки основывается на специально разрабатываемых схемах увязки, отражающих основные условия взаимосвязи этих агрегатов.
При необходимости дополнительного контроля или дублирования оснастки предусматриваются средства, обеспечивающие идентичность всех экземпляров или комплектов оснастки. В ряде случаев, такими средствами монтажа и контроля являются макеты и эталоны агрегатов и частей самолёта, т.е. жёсткие носители форм и размеров разъёмов и стыков самолёта. С их помощью определяются и подтверждаются основные размеры, правильность положения фиксаторов и т.д. Проверкой увязки оснастки с технологическими процессами сборки являются контрольные сборки.
Характерная для самолётостроения особенность увязки различных процессов изготовления деталей с процессами сборки и получения точных обводов в соответствие с заданными допусками состоит в том, что детали должны иметь размеры, соответствующие размерам средств увязки и изготовленной по ним оснастки. Точность таких деталей должна быть не выше и не ниже пределов, регламентированных увязкой оснастки в процессе сборки.
Сравнительно частая сменяемость объектов сборки, малая жесткость деталей и узлов, необходимость постоянного увеличения точности выполнения наружных обводов и мест сопряжений конструкций самолетов приводят к введению на многих деталях и узлах определенных припусков, удаляемых при сборке механической обработкой, или к значительной неточности изготовления контуров деталей при холодном деформировании из листа, устраняемой при сборке дополнительным деформированием их до заданных размеров.
Наличие припусков на деталях и узлах, поступающих на сборку сборочных единиц, требует подгоночных работ, выполняемых по месту.
Объем подгоночных работ в сборочных цехах немалый. Процесс подгонки значительно увеличивает длительность сборки.
Любые технические мероприятия, связанные с ликвидацией подгоночных работ или уменьшением их объема, т. е. с повышением взаимозаменяемости деталей и узлов при сборке, приводят к увеличению производительности труда и повышению качества изделий. Однако не следует при этом забывать об экономической оценке целесообразности подгоночных работ. Подгонка деталей по месту иногда является технически необходимой, так как является единственным способом достижения высококачественного сопряжения в многозвенной размерной цепи.
Для большинства самолетов концевая часть лонжеронов крыла, сопрягающаяся с силовой корневой нервюрой, представляет многозвенную конструкцию, состоящую из нижнего и верхнего силовых поясов, соединенных между собой вертикальной стенкой и вертикальными стойками. К поясам крепят нижнюю и верхнюю обшивки панелей крыла. Для образования прочного и надежного стыка поясов, стоек и стенок лонжеронов в конструкцию вводят специальные фитинги, имеющие вырезы и пазы, в которые входят концы поясов, стоек и стенок. Вырезы и пазы могут быть выполнены и на концовках поясов и стоек. Соединение фитингов, стоек, поясов и обшивок производят болтами и заклепками.
Для обеспечения плотного прилегания сопрягаемых поверхностей деталей необходима их тщательная подгонка. Добиться выполнения практически беззазорного сочленения деталей без подгонки их по месту невозможно. Если подобную конструкцию упростить нельзя, то без подгоночных работ не обойтись. Подгонка не исключена при любом методе сборки самолетных конструкций. Подгонка осуществляется ручным и механизированным способами путем обрезки припусков на листовых деталях, опиливания кромок и плоскостей деталей, шабрения сопрягаемых плоскостей, фрезерования поверхностей, сверления и развертывания отверстий, подгибки листовых деталей по контуру, деформирования. Каждому методу сборки присущи свои способы выполнения подгоночных работ.
При использовании подгонки как средства достижения заданного качества собираемого изделия на заключительном этапе сборки необходимо стремиться к тому, чтобы припуски на детали или отклонения от заданных геометрических форм были оптимальны, т. е. обеспечивали бы высокое качество при минимальных затратах труда
Выбор припусков осуществляют следующим образом:
Выполнение этих условий обеспечивает достижение заданной точности узлов и агрегатов самолета доработкой замыкающего элемента при практически выполнимых производственных допусках на все входящие элементы конструкции собираемого изделия.
Планер самолета изготовляется в строгой последовательности. При сборке одного и того же узла (панели, отсека, агрегата) для установки деталей каркаса и обшивки в сборочное положение применяют различные сборочные базы (различные методы базирования).
Так, при сборке кессона крыла лонжероны в сборочное положение устанавливают по базовым отверстиям (БО), макетные и самолетные нервюры — по СО, а панели — по внутренней поверхности обшивки. При сборке носового отсека фюзеляжа шпангоуты в сборочное положение устанавливают по ложементам СП, стыковые узлы — по отверстиям под стыковые болты (ОСБ), панели — по наружной поверхности обшивки.
Во всех случаях применения при сборке одного изделия нескольких сборочных баз основным методом базирования считают тот, при котором формируется внешний обвод агрегата. В соответствии с требованиями к точности внешних обводов самолета определяют метод (или методы) базирования.
Основное назначение СП — обеспечение возможности установки базирования деталей, узлов, панелей в сборочном положении относительно базовых осей и создание условий для соединения деталей в сборочную единицу.
При выполнении основного назначения СП должно: обеспечивать сохранение точности базовых размеров в процессе сборки, иметь свободные подходы для установки деталей и их соединения, исключать промеры, подгонку и разметку при установке деталей, иметь средства механизации для подъема, опускания и закрепления СП, отвечать требованиям по технике безопасности при работе. Сборочное приспособление представляет собой сложную пространственную конструкцию, состоящую из следующих элементов:
Существует большое разнообразие конструкций СП. В зависимости от конструкции СП объединяют по конструктивно-эксплуатационным признакам в следующие группы:
При смене объекта производства сборно-разборные СП полностью демонтируют, стандартизованные детали и элементы используют для других вновь проектируемых СП. В сборно-разборном СП установочные элементы строго зафиксированы относительно базовых осей собираемого изделия и соединены между собой. Установку собираемых деталей в сборочное положение производят только по базирующим поверхностям СП. Сборно-разборное СП служит для сборки узла, агрегата или отсека только одного типоразмера.
Рис. 3.1 - Сборно-разборное СП для сборки отсека фюзеляжа
На рис.1 приведено сборно-разборное СП для сборки отсека фюзеляжа с базированием обшивки по поверхности каркаса. Каркас СП состоит из основания 1, блоков колонн 2, накладок 3, поперечных балок 5, продольных балок 9, 17 и 18, кронштейнов 4. Эти элементы СП стандартизованы. Детали и элементы каркаса СП соединены между собой болтами. Базирующими элементами в рассматриваемом СП являются: плита стыка 6, по которой в сборочное положение по БО 23 устанавливают стыковой профиль 19, закрепляя его на ней технологическими болтами 20.
Рабочая поверхность рубильников сопрягается с поверхностью каркаса. По этим поверхностям устанавливают в сборочное положение шпангоуты 14 и стрингеры 15. Рубильники 21, рабочая поверхность которых сопрягается с поверхностью обшивки, устанавливают вместо рубильников 11, когда нужно прижать обшивку 22 к каркасу. Средствами крепления собираемых деталей в данном случае служат прижимы 12 и опоры 13, установленные на рубильниках 11 и технологические болты 20. Установочными элементами СП являются вилки 7, стаканы 8, механизмы для подъема рубильников 10 и зажимов 16.
Также на рис. 1 показана схема координации точек крепления базирующих элементов сборно-разборного СП относительно базовых осей отсека.
Специализированное СП — это плоская или пространственная переналаживаемая координатная система, состоящая из каркаса, базирующих и крепежных элементов. Базирование деталей, узлов, панелей можно осуществлять по базирующим элементам СП (как в сборно-разборных СП) или по базирующим элементам СП и базовым отверстиям (как в упрощенных сборно-разборных СП). Координатная система специализированных СП реализуется с помощью колонн, балок, координатных линеек, дистанционных калибров и различного вида накладок, в которых имеются отверстия для установки их в требуемое положение. Каждое специализированное СП предназначено для сборки в условиях единичного или мелкосерийного производства однотипных узлов, панелей или отсеков. При переходе со сборки узла одного типоразмера на узел другого типоразмера СП не демонстрируют, а производят перестановку — переналадку базирующих и крепежных элементов на каркас. Переналадку СП производят на основании схемы (таблицы координатных точек) установки базирующих и крепежных элементов для узла, панели или отсека данного типоразмера.
На рис. 2 приведено специализированное СП для сборки группы панелей.
Каркас СП состоит из двух секций. Каждая секция каркаса состоит из блоков колонн 2 с фиксирующими отверстиями 19, 20 и 21, балок 13 и 15 и ресивера 8. Каркас представляет собой жесткую систему, так как блоки колонн укреплены в полу цеха и соединены между собой ресиверами. На колонны устанавливают координатные плиты 1, 10 и 12, в которых имеется по два ряда координатных отверстий с шагом 100 мм, плиты закрепляют на колоннах болтами 24. На координатные плиты устанавливают кронштейны 4 с закрепленными в них балками 13 и 15. Система базовых отверстий в плитах 1 и 10 позволяет изменять расстояние между балками в вертикальном направлении (по оси х) с шагом 100 мм. Балка, закрепленная в кронштейне, координируется по высоте фиксатором относительно плиты 1, а кронштейн крепится в плите 1 и колонне 2 болтами 23. На балке 5 устанавливают базовые координатные плиты с дистанционными калибрами 6. В дистанционных калибрах просверлены координатные отверстия.
Рис. 3.2 - Специализированное СП для сборки панелей
Для сокращения времени и стоимости проектирования и изготовления СП большая часть их элементов стандартизована. Стандартизация проводится в пределах отрасли или предприятия.
На стандартизированные элементы и детали СП в централизованном порядке разрабатывают отраслевой ОСТ в виде таблиц с эскизами. Заводы изготовляют такие элементы и имеют их на складах в требуемом количестве для нужд производства.
Конструктор проектирует (компонует) СП из стандартизованных элементов и проектирует несколько специальных деталей и элементов, связанных непосредственно с конструкцией собираемого изделия (рубильники, ложементы, плиты стыка).
На рис.3 и 4 показаны элементы СП.
Основания и плиты служат опорами для блоков колонн, эти элементы СП отлиты из чугуна и отбираются по привалочным плоскостям. Размеры рабочих поверхностей L и В, расстояния между центрами отверстий b и диаметры отверстий под крепежные болты согласуются с соответствующими размерами блоков колонн.
Рис. 3.3 - Основание каркаса
Рис. 3.4 - Прямоугольная плита
Одним из путей получения качественных соединений с высокой производительностью и низкой трудоемкостью является комплексная автоматизация всех операций сверлильно-клепального процесса, т. е. создание и внедрение в производство сверлильно-клепальных автоматов.
Типовые представители таких автоматов, весь цикл от сжатия пакета до расклепывания заклепки выполняют автоматически. Перемещение изделия на шаг клепки во всех автоматах осуществляется оператором вручную. В некоторых автоматах в рабочем цикле предусмотрены нанесение герметика на зенкованную часть отверстия и зачистка выступающей части потайной закладной головки заклепки.
Основными узлами сверлильно-клепальных автоматов являются: станина, сверлильная и зачистная головки, силовая головка, механизм вставки заклепок, бункеры, устройство для ориентирования и подачи заклепки, устройства электро-, пневмо- и гидроавтоматики, системы управления. Кроме того, в конструкцию автоматов могут входить поддерживающе-выравнивающее устройства, а также приводы относительного перемещения автомата и обрабатываемого изделия.
Станина. Наиболее часто в сверлильно-клепальном оборудовании в качестве станины используются портальные и силовые скобы. Станины портального типа, имеющие при одинаковых размерах поперечных сечений конструкции большую прочность и жесткость, чем силовые скобы, применяются при технологических усилиях (2,0 ... 2,5)·105 Н и более. Они состоят из двух стоек и двух балок, длина которых должна быть больше соответствующего размера обрабатываемого изделия, вследствие чего имеют большую металлоемкость. Так как технологические усилия автоматов (усилия подачи при сверлении и зенковании, усилие сжатия пакета и усилие клепки), применяющихся в настоящее время, относительно невелики (как правило, не превышают 1,6·103 Н), то чаще используется менее металлоемкая станина в виде скобы, которая обеспечивает, кроме того, хороший доступ в зону обработки. Станина воспринимает усилия, возникающие при обработке отверстия и расклепывании заклепки, и является базовым элементом конструкции, к которому крепятся другие силовые узлы.
Сверлильный агрегат предназначен для образования отверстий под заклепку или стержни. В зависимости от вида устанавливаемой заклепки (стержня) в качестве рабочего инструмента используется сверло соответствующего диаметра или сверло-зенковка.
Привод рабочего инструмента осуществляется от гидро-, пневмо- или электродвигателей, обеспечивающих соответствующую частоту вращения. Для поступательного перемещения используют автономные или встроенные пневматические или гидравлические цилиндры.
Для повышения производительности рабочий инструмент подводится к пакету ускоренно, а после касания изделия скорость его уменьшается до рабочей.
Зачистной агрегат предназначен обеспечения требуемого качества аэродинамической поверхности и хорошего внешнего вида соединения в некоторых случаях используется зачистка закладной головки. При клепке стержнями эта операция является обязательной.
В настоящее время существуют четыре основных способа зачистки закладной головки (рис.22): фрезерование с боковой подачей (рис.22, а.), фрезерование грибковой фрезой (отслаивание) (рис.22, б.), фрезерование с осевой подачей (рис.22, в.), протягивание плоской протяжкой (рис.22, г.).
Рис. 4. 1. - Схемы способов зачистки закладных головок
Первые два способа могут использоваться только при большой толщине пакета и его значительной жесткости. При такой обработке образуется заусенец, вытянутый в направлении движения инструмента. Протягивание обеспечивает высокое качество обработки поверхности и является самым высокопроизводительным способом зачистки. Жесткость пакета в этом случае должна быть достаточной для восприятия усилий резания, а также необходимо иметь в виду, что поверхность относительно тонкой обшивки (до 1,5 мм) имеет некоторую волнистость, поэтому при перемещении протяжки возможно повреждение плакированного слоя обшивки вблизи обрабатываемой заклепки. Основным способом удаления выступающей части заклепки является фрезерование с осевой подачей. Рабочим инструментом в этом случае является специальная одноперая фреза, затылок которой должен быть расположен точно по оси вращения для обеспечения заданного качества обработки. Конструкция зачистных агрегатов для фрезерования с осевой подачей аналогично конструкции сверлильных агрегатов.
Силовой агрегат служит для сжатия пакета во время сверления, вставки заклепки, клепки и высадки замыкающей головки. Обычно в конструкции агрегата используются два гидравлических или пневматических цилиндра: один - для сжатия пакета, второй - для высадки. Они устанавливаются в нижней части станины один на другой или рядом.
Устройство для ориентирования и подачи заклепок. При автоматическом цикле клепки необходимо осуществить автоматическую подачу ориентированной заклепки в зону просверленного отверстия и вставку ее в отверстие. Для этого служит комплекс механизмов ориентирования и подачи заклепок, включающий в себя бункерное устройство с приводом, путепровод и досылатель заклепок в шпиндель вставки. В конкретных конструкциях отдельные из этих устройств могут отсутствовать или быть объединенными с другими.
Заклепки определенного типоразмера в требуемом количестве засыпаются в бункер. С целью использования при клепке заклепок различных типоразмеров обычно автомат имеет несколько бункерных устройств, которые устанавливаются в рабочую позицию автоматически или вручную. Наиболее часто применяются бункерные устройства двух типов: щелевые и шиберные. Каждый бункер может иметь индивидуальный привод. В этом случае необходимо иметь автоматическое устройство для переключения с одного бункера на другой при смене типоразмера заклепки.
Механизм вставки заклепок (питатель) предназначен для установки ориентированной заклепки в заранее обработанное отверстие и восприятия усилия, возникающего при последующей клепке.
Установка заклепки складывается из двух движений — первое движение обеспечивает совпадение оси заклепки с осью отверстия; второе — перемещение заклепки вдоль оси отверстия до соприкосновения закладной головки с отзенкованным гнездом или поверхностью пакета. Первое движение может быть вращательное или поступательное, второе — только поступательное.
Механизм смены шпинделей. Сверлильный, зачистной агрегаты (шпиндели) и механизмы вставки заклепок в определенной последовательности устанавливаются в рабочую позицию с помощью механизмов смены шпинделей, которые могут быть с вращательным, качательным и поступательным движением.
В качестве примера рассмотрен типовой сверлильно-клепальный автомат АК-16-3,0. Компоновка автомата АК-16-3,0 показана на рис.24.
Рис. 5.1 - Схема автомата АК-16-3,0
Автомат выполнен в виде скобы 1, на которой смонтированы рабочие головки. Рядом со скобой установлены бункерные устройства для подачи заклепок и стержней, резервуар для смазочно-охлаждающей жидкости, а также насосная установка. Изделие (собираемая панель) устанавливается на поддерживающее устройство 2 с системой числового программного управления (ЧПУ) и следящими датчиками. Система ЧПУ служит для контроля за перемещениями изделия в продольном и поперечном направлениях. Вертикальное перемещение, а также поворот рамы поддерживающего устройства в горизонтальной плоскости осуществляются по командам трех датчиков поверхности, устанавливающих изделие нормально к оси сверления. Имеется также датчик контроля перемычки. На автомате АК-16-3,0 производится клепка панелей одинарной или двойной кривизны с односторонним силовым набором.
Привод главного движения сверлильного 1 (рис.25) и зачистного 2 шпинделей осуществляется от гидравлических двигателей 4 и 5, смонтированных на штоках цилиндров, установленных на подвижной плите. Смена шпинделей осуществляется с помощью гидравлических цилиндров 6 и 7. Поступательное движение шпинделей 1,2. шпинделя вставки заклепки 3 в вертикальном направлении производится гидравлическими цилиндрами 4 и 5. Для подачи заклепок или стержней служат специальные бункерные устройства.
Рис. 5.2 - Схема привода сверлильно-клепального автомата АК-16-3,0
Поступательное вертикальное перемещение верхней плиты 8 осуществляется четырьмя гидравлическими цилиндрами 9. Силовая головка 10 состоит из плунжера 11 со штампом и силового гидравлического цилиндра 12.
В конструкцию поддерживающего устройства автомата АК-16-3,0 входят две тележки 1 (рис.26) и рама 2 с ложементами, на которых закрепляется обрабатываемая панель. Перемещение тележек вдоль оси ох осуществляется с помощью привода продольного перемещения, состоящего из гидравлического двигателя 3 и червячного редуктора 4. Этот привод установлен только на левой тележке. Каретки 6 перемещаются в поперечном направлении гидравлическим двигателем 7 через шариковую винтовую пару 8. Подъем и опускание вертикальных кареток 9 вместе с рамой 2 производится приводом вертикального перемещения, в который входят гидравлический двигатель 10, червячные редукторы 11 и шариковые нары 12.
Рис. 5.3 - Схема поддерживающего устройства автомата АК-16-3,0
Поворот рамы 2 относительно оси ох обеспечивается с помощью гидравлического двигателя 13 и шариковинтовой пары 14. Рама смонтирована на двух шаровых опорах 15 вертикальных кареток. Тележки поддерживающего устройства скреплены между собой тягами. Движениями по осям ох и Ох управляет система ЧПУ типа НЗЗ. Для поворота вокруг осей ох и Оу по верхней 45 головке скобы смонтированы следящие щупы контроля поверхности, которые устанавливают зону обработки панели перпендикулярно оси клепки. Датчик контроля перемычки устанавливается на нижней головке. Автомат АК-16-3,0 может работать в полуавтоматическом и автоматическом режимах.
В полуавтоматическом режиме работы автомата постановка заклепки или стержня производится автоматически без перемещения обрабатываемого изделия (настроечный режим).
Цикл работы включает в себя: подъем силовой головки с пневматическим цилиндром сжатия пакета; вращение сверла и быстрый подвод его к изделию; сверление и зенкование с рабочей подачей; отвод сверла; подачу заклепки (стержня) в отверстие; клепку; зачистку закладной головки. При необходимости после сверления и зенкования подается команда на подачу герметика.
При клепке стержнями на автомате АК-16-3,0 стержень устанавливается в отверстие с помощью цилиндра 1 (рис.27). Пакет сжимается верхней плитой 2, к которой приложено усилие четырех пневматических цилиндров Р1 и нижней
плитой 3 с усилием Р2. Усилие Р1 больше усилия Р2 примерно на 2000 Н. Разность этих усилий воспринимается пакетом. Усилие Рв, приложенное к поддержке 4, значительно больше усилия клепки Ркл, поэтому перемещение поддержки при клепке исключается. После подвода обжимки 5 образуются небольшие «бочки» с обоих концов стержня, а затем под действием усилия Ркл окончательная замыкающая головка. Так как усилие Ркл передается на пакет, а через него на верхнюю плиту, после образования замыкающей головки на пакет снизу действует усилие, равное сумме Р2 + Р кл, которое больше усилия пневматических цилиндров Р 1. В результате пакет приподнимается вверх и отжимает верхнюю плиту. При этом происходит окончательное образование закладной головки.
В автоматическом режиме работы автомата дополнительно осуществляется перемещение изделия. В этом случае команда от блока ЧПУ поступает на электрогидравлические преобразователи, управляющие гидравлическими приводами перемещений по осям Ох и Оу. Как правило, обработка ведется по одной координате, а перемещение панели по другой координате контролируется датчиком слежения за перемычкой. При поступательном перемещении панели осуществляется также контроль за положением поверхности с помощью соответствующих датчиков.
При перемещении изделия система ЧПУ может выдавать некоторые технологические команды, например на поворот штампа на угол 90°, 180°, 270°; на глубокое опускание и подъем штампа при обходе выступающих частей силового набора или поддерживающих ложементов; на отключение и включение следящего устройства контроля перемычки.
Сверлильно-клепальные автоматы АК-5,5-2,4 и АК.3-5,5-1,2 могут оснащаться специализированными поддерживающими выравнивающими устройствами. Для плоских панелей и лонжеронов длиной до 10 м это устройства типа УПЛ-А-1,0-8 и УПЛ-А-1,0-10, обеспечивающие перемещения в продольном направлении и 46 позиционировании по программе. Для более длинных панелей и лонжеронов используются поддерживающие устройства УПЛ-А-1,0-12,5 и УПЛ-А-2,0-12,5 (первая цифра в марках обозначает ширину обрабатываемого узла, а вторая — его максимальную длину в метрах). Для установки шпангоутов диаметром до 3100 мм и массой до 100 кг используются поддерживающие устройства типа УПШ-А- 3,1, а также УПШ-А-4, обеспечивающие перемещение в продольном и поперечном направлениях, поворот узла и позиционирование по программе. Кроме того, используются подвесные поддерживающие устройства для шпангоутов УППКШ-А и УПП-А, в которых изделие подвешивается на стреле, а для нервюр, плоских панелей и стенок — напольные устройства типа УП-А.
Рис. 5.4 - Схема клепки заклепок
Моделирование сборочных процессов
Моделирование обеспечивает прогнозируемость результатов техпро-цессов, позволяет определять оптимальные способы производства, учитывать технологические особенности ещѐ на этапе проектирования изделий, моделировать реальные технологические процессы в виртуальной среде.
Назначение
Одни из основных проблем современных предприятий – повышение эффективности производства, качества обслуживания клиентов, снижение издержек и себестоимости продукции.
Для решения данной проблемы в настоящее время используются как комплексы бизнес-приложений, автоматизирующие управление ресурсами, учётную и аналитическую работу, так и системы, представляющие собой отдельные компоненты таких комплексов.
Такие системы, реализуя одну или несколько функций управления предприятием, имеют повышенную гибкость и интегрируемость с другими информационными продуктами.
Разработанная в России система Zenith SPPS – это интегрируемый программный продукт, реализующий функцию оперативного управления производством (MES – Manufacturing Executable System), которая позволяет сохранить баланс между объёмом заказов и производственными мощностями, необходимыми для их выполнения.
Описание
Принцип функционирования системы заключается в планировании мощностей и непрерывной поддержке производственного расписания на основе данных о состоянии и загрузке оборудования (станки, инструментальные средства и т.п.) и наличия ресурсов в каждый момент времени. Система Zenith SPPS интегрирует в единое целое оперативное календарное планирование (расчет, коррекцию и компьютерную поддержку производственных графиков) и диспетчерский контроль за движением и наличием комплектующих от формирования заказа до выпуска готовой продукции.
Рис. 1 – Интерфейс системы
Система может получать данные из модулей автоматизированной технологической подготовки производства; полностью поддерживается непосредственный ввод всех необходимых данных. Результаты работы системы могут быть сохранены в файлах различных форматов (XLS, HTML, XML и др.) и служить исходными данными для других бизнес-приложений.
Особенности системы
Позволяет рассчитывать расписание из нескольких тысяч позиций всего за несколько минут. Использование комбинаций из различных критериев дает возможность выбора наилучшего алгоритма расчета. Имеются мощные средства поддержки жизненного цикла расписания: коррекция, добавление новых заказов, удаление устаревших данных. Допускается изменение графика работы подразделения и добавление нового оборудования без необходимости перерасчета расписания. Система показала свою работоспособность при одновременном использовании 5000 технологических операций маршрутной технологии на 200 рабочих местах при горизонте планирования до 12 месяцев.
В ходе разработки системы были использованы положения теории человеко-машинного взаимодействия, учитывающие психологию потенциальных пользователей. Система Zenith SPPS предназначена для эксплуатации на обычных персональных компьютерах и наиболее эффективно использует стандартные возможности интерфейса Windows для выделения, изменения и перемещения элементов производственного расписания.
В системе используются:
Универсальность ядра и настраиваемый интерфейс позволяют адаптировать Zenith SPPS под различные сферы деятельности и бизнес-процессы: от инструментального производства и механообработки до нефтегазовой промышленности, образования и логистики. Система может использоваться как автономно, так и вместе с другим программным обеспечением.
Стоимость лицензии и полного внедрения системы на порядок ниже зарубежных аналогов со схожей функциональностью, что делает её доступной даже для небольших компаний.
Наличие быстроразвёртывающейся базовой версии позволяет устанавливать систему в наикратчайшие сроки и с минимальными затратами. Немаловажным фактором для предприятий России и стран СНГ является относительная близость разработчиков и возможность общения с ними на русском языке.
Обоснование внедрения системы
Использование системы Zenith SPPS позволяет значительно улучшить показатели предприятия:
Затраты на внедрение системы Zenith SPPS – это сбалансированное вложение в эффективное управление производственными подразделениями предприятия.
Процесс изготовления изделий в дискретном производстве в большинстве случаев можно описать как совокупность операций обработки, сборки и разборки отдельных узлов и деталей. При этом трудоемкость сборочных работ составляет от 20% от общей трудоемкости изготовления изделия в высокотехнологичном массовом производстве до 40-60% в мелкосерийном и единичном производстве.
Сборку обычно делят на подузловую, узловую (простых и сложных узлов) и общую. На машиностроительных заводах механизирована лишь небольшая часть сборочных работ любого вида (примерно 20%). Еще меньше применяется автоматическая сборка, составляющая не более 10% от всех видов сборки. Таким образом, автоматизация технологических процессов механической обработки деталей заметно опережает автоматизацию сборочных процессов. Основные причины низкого уровня механизации и автоматизации сборочных процессов — это нестабильность размеров деталей, невысокая технологичность собираемых изделий, отсутствие необходимой технологической оснастки.
Таблица 1 - Операции, выполняемые над узлом из двух деталей
|
Позиция |
Операция |
Вид операции (работы) |
Продолжительность, ч |
Примечание |
|
Деталь 1 |
Операция 1 |
Токарная |
1 |
|
|
Операция 2 |
Фрезерная |
1 |
||
|
Операция 3 |
Сверлильная |
1,5 |
В сборе |
|
|
Операция 4 |
Шлифовка |
2 |
||
|
Деталь 2 |
Операция 5 |
Токарная |
1 |
|
|
Операция 6 |
Сверлильная |
1,5 |
В сборе |
|
|
Операция 7 |
Токарная |
1 |
||
|
Узел 1 |
Операция 8 |
Сборка |
2 |
Деталь 1 + деталь 2 |
|
Операция 9 |
Окраска |
1 |
||
|
Операция 10 |
Просушка |
3 |
Вместе с тем автоматизация сборочных процессов повышает производительность труда рабочих, улучшает условия их работы, способствует уменьшению сборочных площадей. В результате повышается качество и своевременность изготовления продукции, снижается ее себестоимость.
Независимо от того, является ли сборка на предприятии ручной, полностью автоматической или комбинированной, неизбежно встает вопрос об информационной поддержке сборочных процессов. Система управления на уровне цеха должна уметь моделировать и отслеживать в режиме реального времени операции сборки, учитывая их взаимосвязь с другими операциями. Даже в случае комплексной автоматизации всех основных и вспомогательных сборочных работ возможны отклонения в функционировании сборочных устройств, требуется их подналадка, ремонт, загрузка деталями, исправление брака и т.д. Поэтому наибольший технико-экономический эффект можно получить лишь при своевременной компенсации возникших отклонений с учетом текущего состояния производства.
Актуальность моделирования сборочных процессов была осознана уже на ранних этапах разработки системы оперативного планирования и диспетчерского контроля Zenith SPPS. В сентябре 2005 года вышла в свет версия 1.6, где в полной мере была реализована концепция обработки деталей в сборе, когда две или более деталей, двигаясь по независимым технологическим маршрутам с разным временем обработки, имеют одну или несколько общих операций. Классический пример обработки в сборе — необходимость просверлить отверстия в двух различных деталях, поместив одну из них поверх другой, при условии, что до и после сверления они изготавливаются независимо.
Реализованный метод обработки в сборе оказался весьма удачным и универсальным, что в дальнейшем позволило применять его для моделирования процессов сборки изделия. Важным оказался тот факт, что обработка в сборе в равной степени моделирует и сборку и разборку. Если, скажем, при разузловании изделия в ходе технологической подготовки достаточно применить древовидную иерархическую модель, то для оперативного управления непосредственным изготовлением изделия этого недостаточно. Например, при исправлении брака может возникнуть необходимость разобрать узел, изготовить часть деталей заново, а затем снова собрать узел. То есть требуется не иерархическая, а сетевая модель. Обработка в сборе такую модель реализует.
В центральном программном модуле Zenith SPPS при необходимости смоделировать сборку для каждой детали добавляется фиктивная, не имеющая названия технологическая операция (вместо названия используется символ «звездочка»). Сборка представляется в виде сбора фиктивных операций и первой операции получившегося в результате узла (обычно это и есть операция сборки). Каждый узел, как и каждая деталь, является отдельной позицией оперативного плана. В дальнейшем отдельные узлы можно объединить в более сложный узел по тем же правилам. Таким образом, максимальный уровень вложенности узлов и деталей в сложные узлы не ограничен.
Чтобы лучше понять, как Zenith SPPS имитирует обработку в сборе и сборку, рассмотрим следующий пример.
Пусть необходимо изготовить узел, состоящий из двух деталей. Каждая из деталей для своего изготовления требует несколько технологических операций, причем одна из промежуточных операций — общая для обеих деталей. Время остальных операций и их количество для деталей различно. Для окончательного изготовления узла требуется произвести над ним (уже в собранном виде) несколько операций (см. таблицу).
Для ввода данных об изготавливаемом узле используем программный модуль Zenith TECH. Сразу же отметим, что в качестве альтернативы для ввода данных можно применять интерфейс основного модуля Zenith SPPS либо организовать импорт из систем технологической подготовки других разработчиков.
В результате ввода получим иерархическую модель процесса обработки и сборки (рис. 1).
Рис. 2.1 - Ввод данных о заказе в программном модуле Zenith TECH
Для указания обработки в сборе необходимо для операций 3 и 6 ввести в редактор «Название сбора» одинаковое уникальное имя или код — в данном случае это «Сбор 0001».
Сформированный таким образом заказ на изготовление узла можно сохранить в виде отдельного файла, а затем загрузить в центральный программный модуль Zenith SPPS. Если при загрузке система обнаружит, что для какой-либо операции отсутствуют рабочие места, то будет выдано соответствующее предупреждение. Совместимые с операцией рабочие места определяются, исходя из указанного вида работы. Информация о связях между рабочими местами и видами работ вводится отдельно (как правило, в ходе настройки системы).
В процессе загрузки новый заказ добавляется к уже существующему оперативному плану. Для дополнительной наглядности загрузим созданный заказ в «пустой» оперативный план. Результат загрузки представлен на рис. 2.
Рис. 2.2 - Представление информации об узлах и деталях заказа в оперативном плане
Теперь в таблице «Оперативный план» для каждой позиции заказа можно указать минимальное планируемое время начала изготовления и требуемое время готовности. Фактическое время начала и окончания каждой операции будет отображено в соответствующих столбцах таблицы «Планируемые технологические операции» после коррекции расписания. Символ «звездочка» в последней строке таблицы означает, что обработка текущей позиции будет продолжена в составе другой позиции (подузла или узла). Позиция «Продукция 1» собственных операций не имеет, хотя при необходимости их можно добавить.
В случае, когда требуется получить информацию о сборе, в который входит операция, можно вызвать диалог «Параметры операции» и перейти в нем на закладку «Сбор» (рис. 3). На ней отображается название сбора, детали, входящие в сбор, а также способ вычисления подготовительно-заключительного времени и времени выполнения операции. Имеются два способа такого вычисления:
«Сумма» — трудоемкость операции вычисляется как сумма трудоемкостей позиций, входящих в сбор;
«Максимум» — трудоемкость операции равна наибольшей трудоемкости из тех, что указаны для позиций сбора.
В рассматриваемом примере для всех операций подготовительное время равно нулю, а время выполнения сбора «Сбор 0001» должно вычисляться как «Максимум», если в модуле «Zenith TECH» для обеих деталей был указан объем 1,5 часа. Фиктивные операции в вычислении общего подготовительно-заключительного времени и времени выполнения не участвуют.
Рис. 2.3 - Представление сведений о сборе в оперативном плане
Теперь произведем перерасчет производственного расписания. Наиболее простой способ перерасчета — это добавление новых операций в существующее расписание без каких-либо изменений параметров тех операций, которые были рассчитаны ранее (рис. 4). Возможна также коррекция всего расписания, начиная с определенного времени и с учетом новых операций.
Рис. 2.4 - Добавление новых операций в расписание
После расчета все добавленные операции будут отображены на графике загрузки рабочих мест, что позволит в интерактивном режиме отслеживать и менять их параметры (рис. 5). Сборы и сборочные операции прорисовываются в виде многоцветных линий, что позволяет легко отличить их от остальных операций. На диаграмме можно не только отобразить связи между операциями отдельной позиции, но и показать связь текущей операции со всеми предшествующими и последующими по технологическому процессу. Диспетчеру доступны также функции поиска операции, изменения времени ее начала и продолжительности, быстрого перехода от таблиц к графику и обратно. При желании можно произвести «горячее», с минимальным изменением расписания, объединение деталей в сбор или, наоборот, исключить деталь из сбора.
Рис.2.5 - Графическое представление результатов расчета расписания
Изменять параметры сборочных операций может не только диспетчер, но и мастера или рабочие (естественно, с некоторыми ограничениями). Реализуется это при помощи подсистемы удаленного доступа, где пользователь видит, какие детали и в каком объеме задействованы в выполнении той или иной операции.
Рис. 2.6 - Реакция системы на действия диспетчера
При изменении параметров любой операции технологическая последовательность изготовления изделия не будет нарушена. На рис. 6 показан результат переноса начала первой операции детали с кодом 004 на полтора часа позже. Теперь эта операция стала критической, то есть от ее своевременного завершения зависит срок изготовления всего узла. На графике видно, что планируемое время окончательного изготовления узла отодвинулось на полчаса. Таким образом, сдвиг всего одной операции привел к изменению времени выполнения не только операций той же детали, но и технологически связанных последующих операций другой детали и узла.
Приведенный выше пример информационной поддержки изготовления узла весьма прост, но верно отражает принцип работы системы. Реальным же преимуществом Zenith SPPS следует считать не столько сам способ моделирования сборов, сколько то, что система может согласованно работать с информацией о десятках сложных изделий и узлов, в максимальной степени учитывая взаимодействия, возникающие в ходе их производства (рис. 7).
Рис.2.7-Фрагмент производственного расписания реального предприятия
Следует также отметить, что в системе Zenith SPPS учтены и другие особенности сборочного производства, среди которых следует выделить вынужденные простои по различным причинам, возможное наличие дополнительных технологических операций, а также многосменный режим работы. В будущих публикациях мы постараемся рассказать читателям журнала «САПР и графика» о том, как Zenith SPPS помогает решать эти проблемы.
Список используемой литературы