Проекты автоматизации и роботизации процессов сборки различных объектов во многих отраслях промышленности всегда вызывали значительные затруднения у конструкторов ввиду многообразия как самих конструкций сборочных единиц, комплектующих, так и особенностей процессов совмещения базовых поверхностей собираемых изделий. Процессы ручной сборки изделий при наличии средств механизации и ручных специализированных инструментов не вызывают особых затруднений у конструкторов и технологов. Однако если есть потребность значительного увеличения партий собираемых вручную изделий, то ручной труд и дефицит рабочих невысокой квалификации может стать препятствием роста производительности сборочных операций.

Известно, что для перевода сборки с ручного на автоматизированный процесс требуется проработка объектов сборки по критерию пригодности их к автоматизации. Также требуется обоснование, моделирование, проектирование оптимальных по многим критериям автоматизированных и роботизированных технологических комплексов. Такие проблемы имеются на многих предприятиях различных отраслей промышленности.

В данной работе предлагаем ознакомиться с особенностью объектов сборки на электротехническом заводе «Таврида Электрик». К настоящему времени это предприятие серийно произвело более 2000 комплектных распределительных устройств (КРУ) «Эталон».

В связи с увеличением спроса на рынке на эти изделия поставлена задача модернизации текущего производства, планируется увеличить выпуск шкафов КРУ «Эталон» до 4000 штук в год. Также планируется увеличение номенклатуры шкафов.

Производство не удовлетворяет технической политике компании, все этапы по подготовке сборочных единиц выполняются вручную. На сборку одного рассматриваемого в данной работе изделия рабочий затрачивает 375 секунд (на комплектование 105 секунд и на сборку 270 секунд).

Поставлена задача разработки автоматизированного комплекса, позволяющего в автоматическом режиме подготавливать сборочные единицы к установке в комплектные распределительные устройства. Основным результатом проектирования автоматизированного комплекса сборки шкафов серии «Эталон» будет являться законченная технология, которая обеспечит необходимую маршрутную технологию при использовании современного оборудования, которое гарантированно обеспечит расчетные параметры, необходимые для успешного применения выбранного технологического оборудования.

Целью настоящего исследования являетсяанализ особенностей структуры, компоновочных решений автоматизированного комплекса установки резьбовых заклепок при сборке шкафов серии «Эталон», сформированного на базе трехкоординатного манипуляторасобоснованием и моделированием динамических характеристик приводов и достижимых при этом параметров точности позиционирования. Кроме того, исследования должны дать обоснованные границы роста производительности технологических процессов сборки шкафов серии «Эталон» по отношению к базовому варианту проекта реализации технологических процессов позиционирования, сборки и фиксации нескольких десятков резьбовых заклепок для различных модификаций шкафов серии «Эталон».

Проектируемый автоматизированный комплекс сборки шкафов серии «Эталон» включает в себя манипулятор, работающий в декартовой системе координат с тремя программируемыми осями на базе мехатронной системы для позиционирования инструмента — пневматического резьбового заклепочника, который обеспечивает сопряжение и фиксацию резьбовых (гаечных) заклепок. Заклепочник является рабочим органом автоматизированной системы для сборки и позволяет непрерывно позиционировать, совмещать с отверстиями в сопрягаемой детали-заготовке (раме-основании шкафа серии «Эталон») и фиксировать резьбовые (гаечные) заклепки.

Компоновка такого комплекса представлена на рисунке 1. В этот комплекс входят: 1 — конвейер; 2 — заготовка; 3 — пневмоцилиндры для базирования заготовки на конвейере; 4 — пневматический заклепочник; 5 — основание манипулятора из стандартного профиля; 6 — датчик наличия заготовки; 7 — трехкоординатный манипулятор.

Рис. 1. Компоновка комплекса автоматизированной клепки изделий

Резьбовая заклепка-гайка — это крепежное изделие, которое позволяет создать надежное резьбовое соединение в тонком листовом материале. Также резьбовые заклепки используются для соединения (склепывания) нескольких листовых материалов с последующим использованием полученного резьбового соединения для крепления прочих элементов конструкции посредством болтов или винтов.

Резьбовые заклепки-гайки особенно хорошо подходят для применения в местах с ограниченным доступом, например там, где нет доступа к обратной стороне рабочей поверхности.

Для корректной установки резьбовых заклепок используют специальный инструмент, который называется «резьбовой заклепочник» [1; 3]. В данном проекте будет использован пневматический резьбовой заклепочник PEG 312 фирмы Würth (см. рис. 2). Технические характеристики пневматического заклепочника Würth PEG 312 представлены в таблице 1.

Таблица 1

Технические характеристики Würth PEG 312

Рис. 2. Пневматический резьбовой заклепочник Würth PEG 312

Технологический процесс установки резьбовой заклепки

Заклепка помещается в заранее подготовленное отверстие в базовом материале (диаметр отверстия зависит от размера заклепки и определяется по каталогу производителя). Резьбовой шток заклепочника ввинчивается в гаечную заклепку (см. рис. 3).

Далее резьбовой стержень втягивается в корпус заклепочника, и часть заклепки, не имеющая внутренней резьбы, деформируется, надежно фиксируя заклепку в отверстии (длина заклепки подбирается по каталогу производителя в зависимости от толщины материала, в который ее нужно установить) (см. рис. 4).

После установки резьбовой стержень заклепочника выкручивается из заклепки, на этом процесс установки завершен (см. рис. 5).

Расчет времени перемещения рабочего органа по координатам манипулятора и параметров производительности автоматизированного технологического процесса сборки

Расположение резьбовых заклепок в детали показано на рисунке 6.

Рис. 6. Координаты резьбовых заклепок

Расчет времени перемещения производится при заданных скоростях перемещения линейных электромеханических модулей: скорость линейного модуля EHMX-ELGC-80-BS-KF перемещения координаты Х равна 0,67 м/с, а скорость линейного модуля EHMY-RP-ELGC-80-BS-KF перемещения координаты Y равна 0,54 м/с.

Шаг 1 — Перемещение по координате Y на 16 мм для заклепывания верхнего ряда заклепок:

N001 X0 Y16 Z0 (0,03 с)

Шаг 2 — Перемещение по координате Х на 74 мм:

N002 X74 Y16 Z0 (0,2 с)

Шаг 3 — Выполнение операции заклепывания резьбовой заклепки:

N003 X74 Y16 Z80 (2,5 с)

N004 X74 Y16 Z0 (0,5 с)

Шаг 4 — Перемещение по координате Х на 27 мм:

N005 X101 Y16 Z0 (0,05 с)

И далее таким же образом происходит расчет времени перемещения с 5-го по 32-й шаг. И далее:

Шаг 33 — Переход к нижнему ряду заклепок:

N040 X74 Y310 Z0 (1,2 с)

Чтобы определить время, затраченное на заклепывание нижнего ряда резьбовых заклепок, необходимо сложить время, затраченное на выполнение шагов с 3-го по 32-й (49,73).

Шаг Х — Возврат в исходное положение:

N0XX X0 Y0 Z0 (1,9 с)

Таким образом, время, затраченное на установку 31 заклепки (M8_18_Fe-Zn), равняется 103 с.

Расчет роста производительности при переходе на автоматизированную сборку изделий:

,

где t _p — время, затраченное на сборку изделия вручную;

t _a — время, необходимое автоматизированному комплексу для сборки одного изделия;

t _к — время, затрачиваемое на перемещение детали на конвейере (принимаем равным 20 с).

Выводы

1. На основании приведенных в данной статье данных, особенностях компоновочного решения, входящих в создаваемую техническую систему, можно сделать вывод о целесообразности реализации данного проекта.
2. Результаты моделирования процессов точности позиционирования, динамики электромеханических приводов и расчетов производительности проектируемого автоматизированного комплекса сборки изделий позволяют с уверенностью ожидать двукратного повышения производительности работы спроектированной технической системы.

Литература:

1. Системы для вытяжных и гаечных заклепок // FAR-RUS: заклепочный инструмент системы крепления : [сайт]. — URL: http://www.far-rus.com/systema-avto-podachi-i-ustanovki-zaklepok2.html (дата обращения: 20.12.2025).
2. Лысенко Ю. Д. Механизация и автоматизация сборочно-клепальных работ на базе машин импульсного действия: учеб. пособие / Ю. Д. Лысенко, В. А. Звягинцев. — Самара : Изд-во Самарского государственного аэрокосмического университета, 2007. — 76 с.: ил.
3. Резьбовые заклёпки. Каталог 2014 // Фастболт. Европейский крепёж : [сайт]. — URL: https://www.fastbolt.ru/uploads/docs/fastbolt_rivetnut_catalog.pdf (дата обращения: 20.12.2025).
4. Системы установки Rivset // Boellhoff : [сайт]. — URL: https://www.boellhoff.com/ru-ru/produkciya-uslugi/tehnologiya-sborki/rivset-sistemy-ustanovka.php (дата обращения: 20.12.2025).