Количественная оценка технологичности конструкций

На практике часто возникает необходимость сопоставлять техноло­гичность нескольких альтернативных вариантов конструкции изделия или сравнивать технологичность различных изделий. Весьма желатель­ным было бы также планирование повышения технологичности конструк­ций во времени.

Для решения этих задач необходимо уметь количественно оценивать технологичность конструкций. Однако какой-либо завершенной системы такой оценки еще не разработано. В большинстве случаев для сравни­тельной оценки технологичности пользуются безразмерными коэффици­ентами, характеризующими степень соответствия конкретной конструк­ции отдельным технологическим требованиям, преимущественно общим, например:

— коэффициент преемственности конструкции

К_пр= Gз/G_K,

где Gз — суммарный вес частей самолета, заимствованных из ранее соз­данных и освоенных в серийном производстве конструкций;

Gк — полный вес конструкции;

средний коэффициент повторяемости элементов конструкции

К_пв= N к/N_в,

где Nк — количество элементов конструкции;

Nв — количество наименований (типоразмеров) элементов конструкции, и др.

Легко видеть, что такого рода коэффициенты дают лишь ориентировочное представление об отдельных аспектах технологичности. Поэтому используются и другие подходы к количественной оценке технологично­сти. О сравнительной технологичности нескольких вариантов конструк­ции одного и того же объекта можно судить по их себестоимости. В от­дельных случаях может оказаться удобной балльная система оценки, по­добная рассмотренной в гл. II для оценки качества продукции.

В целом же разработка практически удобной и эффективной систе­мы количественной оценки технологичности конструкций самолетов и вертолетов — задача, требующая своего решения.

МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Механизация и автоматизация резко повышают производительность труда, а также способствуют повышению культурно-технического уровня рабочих и стиранию граней между умственным и физическим трудом.

Автоматизация технологических процессов способствует получению стабильно высокого качества изделий.

Механизация — замена ручного труда трудом, осуществляемым при помощи машин. В механизированном технологическом процессе необхо­димые действия по обработке заготовок или по сборке деталей выпол­няются машиной, непосредственно управляемой рабочим.

Автоматизация — замена действий рабочего по управлению меха­низированным процессом действиями специальных устройств. В автома­тизированном процессе обработка или сборка выполняются машиной са­мостоятельно.

Автоматизация может быть частичной, когда автоматизированы от­дельные операции производственного процесса, и комплексной, когда ав­томатизирован весь комплекс операций. Примером комплексной автома­тизации могут служить автоматические линии, цеха или заводы.

Самолетостроение имеет ряд специфических особенностей, ослож­няющих автоматизацию технологических процессов. Большие габариты и сложность конфигурации ряда деталей, входящих в конструкцию са­молета, а также высокие требования точности к ним вызывают необхо­димость использования дорогого оборудования с относительно сложными системами автоматического управления.

Высокие требования надежности и большое количество сложных си­стем оборудования увеличивают объем контрольных работ, автоматиза­ция которых в ряде случаев представляет значительные трудности.

Огромная номенклатура деталей самолета (десятки тысяч), мелко­серийный характер производства, а также неустойчивость объекта про­изводства, полностью сменяемого через 2—3 года и подвергаемого в пе­риод выпуска разного рода модификациям, выдвигают для большинства систем автоматического управления требование быстрой перенастройки на изготовление другого изделия.

Большинство процессов при изготовлении самолетов осуществляется по следующему циклу: подача заготовок или деталей к месту обработки, базирование, закрепление, обработка (обычно с перемещением инстру­мента относительно обрабатываемой поверхности), раскрепление, кон-трель результатов обработки. Для сравнительно небольшого числа про­цессов отдельные звенья схемы могут отсутствовать. Например, при на­несении защитных покрытий нет необходимости строгого базирования и закрепления деталей. Однако и в этом случае сохраняются содержание и последовательность выполнения оставшихся операций.

Наряду с автоматизацией цикловых операций большое значение для повышения производительности труда и улучшения других технико-эко­номических показателей имеют механизация и автоматизация в не цикловых операций — межоперационной транспортировки объектов производ­ства, удаления стружки, смены изношенного инструмента и т. п.

Ниже кратко излагаются пути и средства автоматизации отдельных звеньев производственного процесса. Определять целесообразность и вы­бирать конкретные средства автоматизации следует на основе анализа экономической эффективности вариантов процессов.

Механизация и автоматизация подачи заготовок и деталей в зону обработки

Процессы обработки крупных заготовок или сборки узлов из дета­лей больших размеров отличаются большой продолжительностью. Вре­мя подачи заготовок и деталей в зону обработки также довольно велико, хотя и составляет сравнительно небольшую долю штучного времени. Для снижения этого времени, а также облегчения труда широко применяется механизация транспортных операций с использованием кранов, автокаров и манипуляторов. Автоматизацию подачи тяжелых заготовок и деталей в зону обработки применяют сравнительно редко, поскольку в условиях мелкосерийного производства она обычно не оправдывает себя экономически.

Рис. 13. Схемы магазинного питания:

а—с возвратно-поступательным движением питателя; б—с колебательным движением; в— с вращательным движением; г—отсекатель, выполненный в виде отдельного механизма: 1—магазин; 2—отсекатель (или отсекающая поверхность); S—питатель; 4—заготовка

Станки для изготовления мелких и средних деталей из прутков, труб или проволоки обычно имеют устройства для автоматизированной или механизированной подачи заготовок в зону обработки.

Оборудование для обработки штучных заготовок не имеет встроен­ных механизмов для автоматического питания, поскольку конструкция их зависит от конфигурации заготовок и требуемой производительности. Такие механизмы разрабатываются и изготовляются в процессе подго­товки производства силами самолетостроительных заводов.

Автоматические устройства для питания штучными заготовками подразделяются на магазинные и бункерные.

Магазинные устройства состоят из магазина, отсекателя и питателя (рис. 13). Заготовки в ориентированном положении периодически за­кладываются в магазин вручную. Емкость магазина рассчитана на не­прерывную работу станка в течение 10—30 мин. Заготовки из магазина обычно перемещаются под действием собственного веса либо (для лег­ких заготовок) под действием пружин или груза (рис. 13). В двух стен­ках магазина делают вырезы для удобства наблюдения за расходом за­готовок.

Отсекатель служит для ограничения количества заготовок, попа­дающих в питатель. На рис. 13 показан отсекатель, выполненный в виде отдельного механизма. Заготовки по одной штуке отсекаются под действием возвратно-поступательного движения двух штифтов, кинематически связанных с питателем. Чаще всего функции отсекателя выполняют поверхности питателя.

Рис. 14. Магазинное устройство шиберного типа:

1—магазин; 2—заготовка; 3—заслонка (шибер)

Питатель—механизм, осуществляющий подачу заготовок из магазина непосредст­венно к месту обработки. Питатель позволя­ет освободить рабочую зону станка от мага­зина. Разнообразные конструкции питателей представлены на рис. 13. Производи­тельность питателей с возвратно-поступа­тельным движением ползуна (см. рис. 13, а) до 80 шт/мин. При больших скоро­стях заготовка не успевает западать в гнез­до. Кроме того, вследствие больших ускоре­ний в механизме возникают большие уси­лия, приводящие к его быстрому износу.

Питатели с колебательным движением (см. рис. 13, б) обеспечивают большую производительность, просты по конструкции и надежны в работе. Наибольшая производительность — у питателей с вращательным движением (рис. 13, в), недостаток их — постоянное загромождение рабочей зоны диском.

На рис. 14 показана конструкция магазинного устройства шибер­ного типа для подачи штучных заготовок из листового материала под действием возвратно-поступательного движения шибера, кинематически связанного с ползуном пресса.

Магазинные устройства имеют два существенных недостатка. Во-первых, ручная укладка заготовок с ориентацией в магазин довольно трудоемка. Если заготовки последовательно обрабатываются на несколь­ких станках, последние для снижения времени на укладку снабжаются кассетами, в которые собираются в ориентированном положении заго­товки после каждой операции. Кассеты используются в качестве магази­на на последующих операциях.

Вторым недостатком магазинных устройств является относительно небольшое число заготовок, поступающих от них в единицу времени, что может ограничить производительность оборудования.

Бункерные устройства обеспечивают автоматическую ориентацию штучных заготовок, засыпанных навалом, и подачу их в зону обработки. Бункерное загрузочное устройство состоит из бункера, ориентирующего устройства и передающего лотка. Имеется большое число различных ти­пов бункерных устройств. На рис. 15 показано устройство для подачи заклепок. Заклепки засыпают в бункер 1, в котором имеется ориенти­рующее устройство щелевого типа 2, совершающее возвратно-поступа­тельное движение в вертикальном направлении под действием кулачка 3.

В процессе встряхивания заклепки западают в наклонную щель ориен­тирующего устройства и оттуда поступают в передающий лоток 4. Не­правильно ориентированные заклепки удаляются из передающего лотка сбрасывателем 5, выполненным в виде вращающейся звездочки.

Бункерные устройства в несколько раз уменьшают время на загруз­ку заготовок по сравнению с магазинными устройствами и обеспечивают питание самого высокопроизводительного обо­рудования. К недостаткам относятся возмож­ность применения их лишь для деталей огра­ниченных конфигураций, а также высокая трудоемкость, превышающая в 3—4 раза трудоем­кость соответствующих магазинных устройств.

Для автоматической подачи в штампы лент и полос применяют валиковые, клещевые и крючковые устройства. Схема валикового устройства приведена на рис. 16.

Рис. 15. Бункерное загру­зочное устройство:

1—бункер; 2—ориентирующее устройство; 3—кулачок; 4—пере­дающий лоток; 5—сбрасыватель

Рис. 16. Устройство валиковой подачи:

1—ползун пресса; 2—стол пресса; 3—пуансон штам­па; 4—матрица штампа; 5—кронштейн привода по­дачи; б—тяга; 7—корпус: 8— приводной валик; 9— свободный валик; 10—полоса или лента

При подъеме ползуна валики переме­щают полосу или ленту на заданный шаг. Для предотвращения излиш­него перемещения полуфабриката в направлении подачи под действием инерционных сил в конструкцию устройства введена обгонная муфта.

Рис. 17. Схема клещевой подачи:

1—пуансон; 2—матрица; 3—подающая каретка; 4—ролики; 5— корпус тормоза обратного хода; 6—ролики; 7—лента или полоса

При валиковой подаче наибольший шаг до 200 мм. Вследствие зна­чительной инерционности механической подачи число ходов пресса в ми­нуту не должно превышать 250.

Схема клещевого устройства приведена на рис. 17. При движении ползуна пресса вниз кинема­тически связанная с ним по­дающая каретка 3 переме­щается слева направо. При этом ролики 4 каретки сво­бодно скользят по ленте. Тормозные ролики 6 закли­нены и препятствуют пере­мещению ленты под влия­нием небольшой силы тре­ния о ролики 4. При ходе ползуна вверх каретка дви­жется справа налево, лента заклинивается между роли­ками подающей каретки и перемещается на один шаг.

Клещевая подача обеспе­чивает высокую производи­тельность — до 600 двойных ходов в минуту, наибольший шаг составляет 100 мм.

В подающем устройстве крючкового типа (рис. 18) полоса или лен­та захватывается крючком за кромку пробитого пуансоном отверстия.

Производительность крючковой подачи примерно такая же, как ва­ликовой. Наибольший шаг не превышает 50 мм. Достоинством крючко­вой подачи является простота конструкции.

Рис. 18. Устройство крючковой подачи:

1—неподвижный кронштейн; 2—подающий крючок; 3—пружина возврата; 4—регулируемая тяга; 5—ползун пресса: 6—лента или полоса