ВВЕДЕНИЕ 5
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СБОРОЧНО-РЕЗЬБООБРАЗУЮЩИХ ПРОЦЕССОВ И ВОПРОСОВ ИХ УПРАВЛЯЕМОСТИ 10
1.1. РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ СБОРКИ СОЕДИНЕНИЙ С РЕЗЬБООБРАЗУЮЩИМИ КРЕПЕЖНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ 12
1.1.1. Соединения с резьбообразующими шпильками . . . . 13
1.1.2. Соединения с резьбоформирующими и сверляще- резьбоформирующими винтами 15
1.1.3. Соединения с резьбоформирующими и самоустанавливающимися втулками 18
1.2. ПРОБЛЕМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СБОРОЧНО-РЕЗЬБООБРАЗУЮЩИХ ПРОЦЕССОВ 19
1.3. СОСТОЯНИЕ СБОРОЧНО-РЕЗЬБООБРАЗУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИИ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ КОМПЛЕКСНОГО УПРАВЛЕНИЯ 28
1.4. ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СБОРОЧНО-РЕЗЬБООБРАЗУЮЩИМИ ОПЕРАЦИЯМИ 32
1.5. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 33
ВЫВОДЫ 35
2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 36
2.1. ОБОСНОВАНИЕ ОБЪЕМА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 36
2.2. ВЫБОР КРЕПЕЖНЫХ ДЕТАЛЕЙ И ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 39
2.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СБОРКИ 41
2.3.1. Контролируемые параметры и контрольно¬измерительная аппаратура 45
2.3.2. Тарировка измерителей электрических параметров . . . .47
2.3.3. Динамометр крутящего момента 49
2.3.4. Тарировка динамометра и точность измерения силовых параметров 50
2 4. СХЕМЫ БАЗИРОВАНИЯ КРЕПЕЖНЫХ ДЕТАЛЕЙ 51
2.5. СПОСОБ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ СТОПОРЯЩИХ И НЕСУЩИХ СВОЙСТВ СОЕДИНЕНИЙ 53
ВЫВОДЫ 54
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ КОМПЛЕКСНОГО УПРАВЛЕНИЯ СБОРОЧНО-РЕЗЬБООБРАЗУЮЩИМ ПРОЦЕССОМ 55
3.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ 56
3.2. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ И АНАЛИЗ РАЗМЕРНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАЧАЛЬНОГО ПОЛОЖЕНИЯ КРЕПЕЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 62
3
3.3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СКОРОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ УПРАВЛЕНИЯ 67
3.3.1. Закон изменения скорости на этапе наживления 70
3.3.2. Обеспечение устойчивости крепежных элементов в начальный момент завинчивания 72
3.3.3. Обоснование скорости на этапе завинчивания 78
3.4. СИЛОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ СБОРОЧНОГО ПРОЦЕССА 80
3.4.1. Крутящие моменты, возникающие при установке винтов 81
3.4.2. Сборка пакета разнородных листовых материалов . . . . 84
3.4.3. Усилие затяжки соединения 85
ВЫВОДЫ 89
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ СБОРКОЙ СОЕДИНЕНИЯ 90
4.1. ВЫБОР ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ФАКТОРОВ И ИНТЕРВАЛОВ ИХ ВАРЬИРОВАНИЯ 94
4.2. СРАВНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ДАННЫХ 99
4.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИИ ОПТИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ СВИНЧИВАНИЯ 101
4.4. ИССЛЕДОВАНИЕ СТОПОРЯЩИХ СВОЙСТВ ОБРАЗУЕМЫХ СОЕДИНЕНИЙ 111
4.5. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СОЕДИНЕНИЙ . . . . 115 ВЫВОДЫ 120
5. ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СБОРОЧНО-РЕЗЬБООБРАЗУЮЩИМИ ОПЕРАЦИЯМИ 122
5.1. ЭТАПЫ СБОРОЧНО-РЕЗЬБООБРАЗУЮЩИХ ОПЕРАЦИЙ И ИХ РЕАЛИЗАЦИЯ В СРЕДЕ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ 124
5.2. ИНФОРМАЦИОННО-ПОИСКОВАЯ СИСТЕМА 127
5.3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ БЛОКИ 130
5.4. АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРИНЦИПОВ УПРАВЛЕНИЯ СБОРОЧНО-РЕЗЬБООБРАЗУЮЩИМИ ОПЕРАЦИЯМИ 135
ВЫВОДЫ 137
6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ 138
6.1. РЕКОМЕНДАЦИИ И ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СБОРКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ 138
6.2. РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ УПРАВЛЕНИЯ СБОРОЧНО-РЕЗЬБООБРАЗУЮЩИМ ПРОЦЕССОМ 142
6.3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СБОРОЧНО-РЕЗЬБООБРАЗУЮЩИХ ПРОЦЕССОВ 144
ВЫВОДЫ 148
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 149
4
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 151
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Дополнительные данные к разделу «Современное состояние сборочно-резьбообразующих процессов и вопросов их
управляемости» 167
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. К разделу «Теоретические принципы комплексного
управления сборочно-резьбообразующим процессом » 171
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. К разделу «Экспериментальное обоснование
процесса управления сборкой соединений» 179
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. К разделу «Программно-технический комплекс системы управления сборочно-резьбообразующими операциями». . . 195 ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Акт внедрения результатов диссертационной работы 197
В процессе сборки резьбовых соединений широко используется современное высокопроизводительное оборудование, средства автоматизации и интенсификации, системы контроля параметров сборочных операций и получаемых соединений.
Однако, несмотря на прогресс в развитии резьбосборочных технологий, трудоемкость основных операций сборки резьбовых деталей по-прежнему остается в пределах 35-40 % [79]. Эффективность технологий определяется суммарным техническим эффектом, получаемым от их реализации [99]. Применительно к сборке резьбовых соединений эффективность определяется показателями:
- производительности и экономичности операций сопряжения;
- трудоемкости;
- качества получаемых соединений;
Одним из направлений улучшения данных показателей является внедрение сборочно-резьбообразующих процессов, основанных на применении в конструкциях изделий резьбообразующих крепежных деталей [15]. Широкое внедрение их в производство началось с технологии сборки так называемых «гладко-резьбовых соединений» и самонарезающих винтов. Этот этап связан с именами известных ученых и специалистов, таких как Г.Б. Иосилевич, Г.Г. Иноземцев, Н.С. Буткин, Б.И. Пикалов, И.Ф. Молохов, В.А. Око- нешников, И.У. Заиров, А.Н. Пахоменко, В.М. Лабецкий, Г.А. Семичевский, А. Готлинг, Г. Кретчмер, К. Миколаш, Х. Ингер и других.
Резьбоформирующие винты, шпильки, втулки завинчиваются в гладкие отверстия и сами образуют резьбовой профиль резанием или деформированием. Снижение трудоемкости достигается устранением операции предвари¬тельного резьбообразования, а получаемые соединения обладают высокими эксплуатационно-техническими показателями [43, 49, 53, 61, 91, 92, 124, 134].
Расширение номенклатуры крепежно-резьбообразующих элементов (КРЭ), внедрение специальных технологий, снижающих силовую напряженность операций сопряжения, и автоматизированного оборудования для сборки [10, 11, 14] позволили значительно расширить область применения сборочно-резьбообразующих процессов, создать их научную основу и элементы системного анализа, однако остается ряд нерешенных вопросов, ограничивающих эффективность их реализации в промышленности.
Одна из таких проблем связана с решением задач комплексного управления операциями сборки крепежно-резьбообразующих элементов на всех этапах их осуществления.
Большой объем информации в области резьбосборочных технологий создает значительные трудности специалисту в выборе оптимального варианта формирования соединения. Кроме того, известные способы реализации сборочно-резьбообразующих процессов носят пассивный характер, не позволяя активно вмешиваться в их ход и формировать параметры, как самого соединительного этапа, так и получаемых соединений.
Известные работы в области управления завинчивающими операциями касаются как правило контроля какого-то одного из параметров: совмещения осей, скорости свинчивания, момента затяжки и других [21, 28, 40, 41, 109, 118]. Формирование же технологического процесса сборки и качественных показателей получаемых соединений происходит как в определенном информационно-технологическом пространстве, так и на разных этапах разработки процесса сборки соединений. Первая составляющая включает [3, 15, 40, 105]:
- типы крепежных элементов;
- технология сборки соединений;
- оборудование и оснащение для сборочных операций;
Этапы формирования охватывают: ознакомительный период, аналитический этап и принятие технического решения, проектный этап конструкторско-технологической подготовки операции, производство самой операции и получение готового соединения, послесборочные этапы, включая анализ процесса эксплуатации.
Информационное обеспечение сборочно-резьбообразующих процессов недостаточно для решения задачи организации системных принципов управления их показателями и формирование характеристик получаемых соединений. Имеющиеся разработки в области создания блоков оптимизационного моделирования параметров сопряжения и подсистем подготовки технологических данных (САПТД) [15] носят локальный характер и позволяют автоматизировать только отдельные этапы разработки технологических процессов сборки.
Задачей комплексного управления является создание системы оперативного взаимодействия специалиста как с информационно-аналитическим и проектным пространством, так и с физическими объектами (оборудованием, оснасткой), реализующими сам сборочный процесс. Такая система позволит не только обеспечить надежную сборку, но и целенаправленно формировать параметры готовых соединений, а также совершенствовать собственную структуру.
Работа представляет комплекс теоретических и экспериментальных исследований технологических принципов управления сборочно¬резьбообразующих процессов, направленных на снижение трудоемкости процесса сборки и получение резьбовых соединений с высокими эксплуатационно-техническими характеристиками. Основные научные и практические результаты состоят в следующем:
1. Исследован процесс сборки резьбовых соединений с использование принципов управления, которые позволяют повысить эффективность сборочного процесса, снизить трудоемкость основных операций, улучшить качество получаемых соединений. Для снижения крутящих моментов предложено использовать адаптивное управление скоростью завинчивания на основных переходах резьбообразования. Разработана технология получения резьбовых соединений с заданными свойствами.
2. Проанализированы основные достижения в области управления сборочно-резьбообразующими процессами. Особенностью данной технологии является широкая номенклатура крепежных изделий и способов монтажа. Бессистемность информации в литературных источниках вызывает значительные трудности в разработке технологического процесса сборки резьбовых соединений. Установлены области применения сборочно¬резьбообразующих технологий на предприятиях Забайкалья, значительную долю которых занимают ремонтные заводы. В ремонтном производстве широко используются самонарезающие и резьбовыдавливающие винты, например, при ремонте одного вертолета типа МИ-8 расход самонарезающих вин¬тов составляет около 1500 шт.
3. Для исследования условий сборки резьбовых соединений разработана экспериментальная установка, на которой проведен комплекс исследований. Установлено, что наибольшее влияние на крутящий момент резьбообразования оказывают: скорость свинчивания, шаг резьбы, диаметр винта, длина завинченной резьбовой части.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
