CC BY
10
INCREASING RELIABILITY OF THE ROBOTIC ASSEMBLY PROCESS OF THE CYLINDRICAL JOINTS USING EFFECT OF ROTA TION AND LOW-FREQUENCY VIBRATION
Tran Trung Ta
The article deals with the assembly method of cylindrical joints using the effect of rotational motion of the output link of the robot and low-frequency vibrations of a vibration device. The purpose of the research is to reduce assembly efforts and the jamming probability. The paper presents a mathematical model of the dynamics of the robotic assembly process of cylindrical joints. Experimental results are presented.
Key words: reliability, jamming, vibrational vibrations, robotic assembly, rotation effect, cylindrical joints...
Tran Trung Ta, postgraduate, trungta82@gmail. com, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University
УДК 621.715.4 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-3-236-241
РАЗРАБОТКА ШЕСТИКУЛАЧКОВОГО САМОЦЕНТРИРУЮЩЕГО СПИРАЛЬНО-РЕЕЧНОГО ПАТРОНА
А.С. Серков, В.Б. Масягин
Рассмотрена разработка шестикулачкового самоцентрирующего спирально-реечного патрона. Подробно описана конструкция и работа разработанного шестикулачкового самоцентрирующего спирально-реечного патрона, также рассмотрены известные конструкции самоцентрирующих 3 и 6-кулачковых патронов, приведены их недостатки.
Ключевые слова: шестикулачковый самоцентрирующий спирально-реечный патрон, зажим заготовок, закрепление заготовок, базирование заготовок, центрирование заготовок, токарные патроны, патроны общего назначения, точность обработки, деформации заготовок, деформации зубчатых колёс, деформации тонкостенных деталей.
При производстве нежёстких тонкостенных шестерней, в процессе их изготовления, возникают проблемы, связанные с обеспечением точности формы и размера базового отверстия, эвольвентного профиля шестерни и их относительного расположения друг относительно друга. При закалке или цементации заготовки шестерни, возникает коробление её поверхностей, смещаются оси центрального отверстия и делительного диаметра друг относительно друга, появляется погрешность эксцентриситета. С целью избавиться от данной погрешности в технологический процесс после термической обработки вводят финишные операции (точение, шлифование рабочих и базовых поверхностей). Если не вводить эти операции, то в процессе эксплуатации такие детали в большей степени будут подвержены повышенному износу, в результате чего будет сокращаться срок службы изделия.
В работах [1-7] рассматривается методика применения универсальных 3-кулачковых самоцентрирующих патронов для закрепления и последующей обработки (шлифования центральных отверстий) заготовок шестерней.
В работах [8-10] были рассмотрены результаты исследования 3D-модели зубчатого колеса методом конечных элементов (МКЭ) на напряженно-деформированное состояние (НДС). Модель находится в статическом равновесии под действием сил зажима кулачками самоцентрирующего патрона при различных схемах базирования.
236
По результатам работ [8-10] был сделан следующий вывод: перераспределение силы закрепления на большее число точек ее приложения уменьшает как величину хода упругих напряжений, а, следовательно, и деформаций, так и создает равномерное НДС одного знака на контуре отверстия, что минимизирует его влияние на искажение формы после снятия сил зажима.
В результате выполненных работ [1-10] была разработана полезная модель - шестикулачковый самоцентрирующий спирально-реечный патрон (рис. 1) [11].
Рис. 1. Шестикулачковый самоцентрирующий спирально-реечный патрон
Полезная модель относится к станкостроению и может быть использована для закрепления заготовок (тела вращения, валы, втулки, трубы, тонкостенные заготовки, шестерни, зубчатые колёса, кольца и др.).
Из существующего уровня техники известен шестикулачковый самоцентрирующий патрон [12], который в себе имеет корпус патрона, накладные кулачки, рейки размещённые в пазах корпуса патрона, а также коническую передачу и спиральный диск, которые необходимы для перемещения накладных кулачков.
Недостатком конструкции [12] является сложность изготовления конической передачи, а также такая передача имеет люфты, что в свою очередь отрицательно сказывается на точности обработки заготовок.
Также известен самоцентрирующий патрон [13], который содержит в своей конструкции корпус патрона, накладные кулачки, шесть реек, рычаги, шток, цапфы, ведущие рычаги, парные кулачки.
Недостатком такой конструкции [13] является большое количество сложных, деталей, а также для зажима-разжима заготовок необходим силовой пневматический или гидравлический привод. Применение такого патрона будет нерациональным в условиях применения ремонтного, штучного, единичного, низкосерийного, среднесерийного производств.
Наиболее близким по конструкции к заявленному техническому решению является самоцентрирующий кулачковый спирально-реечный патрон [14], который имеет в своей конструкции спиральный диск, корпус патрона, три цельных кулачка, ограничительный упор и двузубый ключ для зажима-разжима заготовок.
Недостатком такой конструкции является недостаточное наличие цельных кулачков из-за этого распределение усилия зажима происходит по трём точкам контакта цельных кулачков с заготовкой, в результате чего возникают достаточно большие деформации заготовок (о чём подробно написано в работах [8-10]), следовательно из-за чего снижается точность обработки заготовок, также ещё одним из недостатков конструкции [14] является повышенный износ трущейся поверхности центрального отверстия спирального диска о корпус патрона, что в свою очередь снижает точность обработки заготовок.
Технический результат полезной модели [11] направлен на увеличение точности обработки заготовок.
Распределение усилия закрепления заготовок происходит по шести точкам накладных кулачков, тем самым уменьшаются деформации зажимаемых заготовок, следовательно, это приводит к увеличению точности обработки заготовок. Промежуточная втулка выполнена из износостойкого материала, что значительно уменьшает износ трущихся поверхностей, и в процессе эксплуатации способствует сохранению точностных характеристик шестикулачкового самоцентрирующего спирально-реечного патрона на длительный срок, а в случае ремонта шестикулачкового самоцентрирующего спирально-реечного патрона промежуточная втулка выпрессовывается и заменяется на новую.
На рис. 2 показаны две проекции двустороннего двузубого ключа 7, который необходим для зажима-разжима заготовок в шестикулачковом самоцентрирующем спирально-реечном патроне.
Рис. 2. Двухсторонний двузубый ключ
Шестикулачковый самоцентрирующий спирально-реечный патрон состоит из корпуса патрона 2, в который установлен спиральный диск 1 с промежуточной втулкой 3 цилиндрической формы из износостойкого материала, промежуточная втулка 3 запрессована в центральное отверстие спирального диска 1 соосно ему и корпусу патрона 2, наружная поверхность спирального диска 1, выполнена ровно встык с корпусом патрона 2 и имеет радиальные отверстия, корпус патрона 2 в месте стыка с наружной поверхностью спирального диска 1 снабжён расположенными по образующей пазами. Пазы и отверстия выполняют функцию одновременного захвата их двусторонним двузубым ключом 7. Рейки 5 находятся в направляющих пазах корпуса патрона 2, а накладные кулачки 6 закреплены при помощи винтов 10, 11, 12 к рейкам 5. Спиральный диск 1 с промежуточной втулкой 3, установлены на корпусе патрона 2 с помощью планшайбы 4. Рядом с одним из пазов корпуса патрона 2 находится ограничительный винт 8, который необходим для предотвращения вылета или выпадения реек 5 с накладными кулачками 6 из направляющих пазов корпуса патрона 2 при их свободном состоянии. Маслёнка 9 размещена на спиральном диске.
Работа устройства происходит следующим образом.
Планшайбой 4 фиксируют спиральный диск 1 с промежуточной втулкой 3 на корпусе патрона 2 и закрепляют всю конструкцию шестикулачкового самоцентрирующего спирально-реечного патрона на шпинделе станка.
Для поворота спирального диска 1, с запрессованной в него соосно промежуточной втулкой 3 и перемещения реек 5, с закреплёнными на них накладными кулачками 6 с помощью винтов 10, 11, 12, по направляющим пазам корпуса патрона 2 один из зубьев двустороннего двузубого ключа 7 вставляется в радиальное отверстие на диа-
метральной поверхности спирального диска 1, а другой зуб вставляется в паз корпуса патрона 2 (рис. 3), после чего при повороте двустороннего двузубого ключа 7 одновременно поворачивается спиральный диск 1 с промежуточной втулкой 3 относительно корпуса патрона 2, и рейки 5 с накладными кулачками 6 начинают перемещаться перпендикулярно оси вращения шпинделя станка, в результате чего зажимается заготовка.
При необходимости быстрого перемещения накладных кулачков 6 на новый зажимной диаметр возможно осуществление непосредственного поворота спирального диска 1 с помощью закруглённой части рукоятки двустороннего двузубого ключа 7. Рабочие поверхности промежуточной втулки 3 и корпуса патрона 2 смазываются с помощью маслёнки 9 путем залива технического масла в резьбовое отверстие в промежуточной втулке 3. Ограничительный винт 8 препятствует выпаданию реек 5 с накладными кулачками 6 из направляющих пазах корпуса патрона 2.
Количество радиальных отверстий на наружной диаметральной поверхности спирального диска 1 подбирается таким образом, чтобы при любом положении спирального диска 1 относительно корпуса патрона 2 в непосредственной близости от каждого паза корпуса патрона 2 всегда располагалось одно из отверстий спирального диска 1, которое даёт возможность одновременно зацепить двусторонним двузубым ключом 7 спиральный диск 1 и корпус патрона 2.
Такое конструктивное решение является простым в эксплуатации, обслуживании и технологичным в изготовлении, а также даёт возможность с высокой точностью обрабатывать нежёсткие тонкостенные заготовки.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-38-90226.
1. Снижение себестоимости шлифования посадочных отверстий и торцов цилиндрических прямозубых зубчатых колес за счёт внедрения универсальной оснастки / А.С. Серков [и др.] // Инновации, качество и сервис в технике и технологиях: сб. тр. конф. Курск: Университетская книга, 2017. С. 323-328.
2. Серков А.С., Антропова Л.Б. Внедрения универсальной оснастки в опера-
цию шлифования центральных отверстий цилиндрических прямозубых зубчатых колёс // Метрология, стандартизация и управление качеством: сб. тр. конф. Омск: Изд-во
Рис. 3. Схема работы шестикулачкового самоцентрирующего спирально-реечного патрона
Список литературы
ОмГТУ, 2018. С. 105-108.
3. Серков А.С., Антропова Л.Б. Шлифование центрального отверстия цилиндрического прямозубого зубчатого колеса с помощью универсальной оснастки // Проблемы эффективного использования научного потенциала общества: сб. ст. В 3 ч. Стерлитамак: АМИ, 2019. Ч. 2. C. 178-181.
4. Серков А.С., Антропова Л.Б. Обработка отверстия и торца цилиндрического прямозубого зубчатого колеса с помощью универсальной оснастки методом шлифования // Научные революции: сущность и роль в развитии науки и техники: сб. ст. В 2 ч. Стерлитамак: АМИ, 2019. Ч. 1. С. 33-36.
5. Серков А.С., Серкова Л.Б., Елецкая С.Ф. Применение универсальных трёх-кулачковых патронов для шлифования отверстий в цилиндрических прямозубых зубчатых колёс // Метрология, стандартизация и управление качеством: сб. тр. конф. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2019. С. 81-84.
6. Серков А.С. Внедрение универсальной оснастки в процесс шлифования отверстия и торца заготовки сателлита // Известия Тульского государственного университета. Технические уауки. 2020. Вып. 4. С. 316-320.
7. Серков А.С., Серкова Л.Б., Жданова Ю.Е., Масягин В.Б. Внедрение универсальной оснастки в процесс шлифование отверстия и торца заготовки сателлита // Молодёжь и системная модернизация страны: сборник научных статей 5-й Международной научной конференции студентов и молодых учёных. Курск: Юго-Западный Государственный Университет, 2020. С. 320-323.
8. Серков А.С., Масягин В.Б., Серкова Л.Б. Анализ напряжённо-деформирован-ного состояния заготовки шестерни при различных схемах закрепления // Метрология, стандартизация и управление качеством: Материалы V Всероссийской научно-технической конференции. Омск: Омский Государственный Технический Университет, 2020. С. 190-203.
9. Серков А.С., Масягин В.Б., Серкова Л.Б. Исследование напряжённо-деформированного состояния заготовки зубчатого колеса на математических моделях // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 5. С. 362-373.
10. Серков А.С., Масягин В.Б., Артюх Р.Л., Серкова Л.Б., Акимов В.В. Исследование напряжённо-деформированного состояния заготовки зубчатого колеса с применением математических моделей в зависимости от сил зажима в 3-х и 6-ти кулачковых самоцентрирующих патронах // Омский научный вестник. 2020. № 4 (172). С. 1318.
11. Шестикулачковый самоцентрирующий спирально-реечный патрон: пат. RU201747U1 Рос. Федерация: МПК B23B 31/16.
12. Шестикулачковый самоцентрирующий патрон: пат. SU908545 СССР: МПК В23В 31/169, МПК В23В 31/16, А1.
13. Самоцентрирующий патрон: пат. SU656745A1 СССР: МПК B23B31/12.
14. Самоцентрирующий кулачковый спирально-реечный патрон: пат. SU94330 СССР: МПК В230 1/25, МПК В23В 31/10 А1.
Серков Александр Сергеевич, аспирант, Sanya_93@bk. ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет,
Масягин Василий Борисович, канд. техн. наук, профессор, masaginvb@mail. ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет
DEVELOPMENT OF A SIX-CAM SELF-CENTERING SPIRAL-RACK CHUCK
A.S. Serkov, V.B. Masyagin 240
The article considers the development of a six-cam self-centering spiral-rack chuck. The design and operation of the developed six-cam self-centering spiral-rack chuck are described in detail, the well-known designs of self-centering 3-and 6-cam cartridges are also considered, and their shortcomings are given.
Key words: six-cam self-centering spiral-rack chuck, clamping of workpieces, fixing of workpieces, basing of workpieces, centering of workpieces, turning chucks, general purpose chucks, processing accuracy, deformations of workpieces, deformations of gears, deformations of thin-walled parts.
Serkov Alexander Sergeevich, postgraduate, Sanya_93@bk.ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Masyagin Vasily Borisovich, candidate of technical sciences, professor, Masa-ginvb@,mail.ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University
УДК 629.113; 339.137.2 Б01: 10.24412/2071-6168-2021-3-241-248
РАЗРАБОТКА КЛЮЧЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
В.Н. Козловский, Д.И. Благовещенский, Д.И. Панюков, Л. А. Васин
Представлены основные результаты разработки ключевых элементов производственной системы современного автомобильного производства
Ключевые слова: управление качеством; автомобильная промышленность; производственная система.
В рамках работы проводим научное обобщение теории и передовой практики сложившейся на предприятиях мировых лидеров автомобильной промышленности для разработки и реализации производственной системы (ПС) современного машиностроительного производства.
Производственная система. Производственная деятельность - это деятельность, посредством которой создается добавленная ценность, с целью производства продукции, за которую потребители имеют желание платить. Результатами деятельности производственной системы являются: рентабельность как группа показателей, определяющих эффективность управления, включающая в себя прибыль, годовой доход и коэффициент оборота активов; конкурентоспособность как показатель ведущий к удовлетворению потребителей; устойчивость как показатель поддерживающий прибыльность и конкурентоспособность.
Рентабельность и конкурентоспособность в производственной деятельности являются результатом качества работы производственной системы. Для того, чтобы добиться устойчивых производственных результатов, необходимо сначала улучшить данную производственную систему.
Основными характеристиками современной производственной системы являются: процесс постоянной синхронизации производства с потребительской средой; процесс постоянного вскрытия проблем и разработки организационно-технических решений по их устранению.
