Автоматизація складальних робіт

Висока  трудомісткість  і тривалість циклу  складання роблять актуальною 
проблему  автоматизації  складальних  робіт. Автоматизація  збирання  дозволяє: 
1)  підвищити  якість  продукції;  2)  підвищити  продуктивність  праці;       
3)  вивільнити  велику  кількість  робітників;  4)  скоротити  обсяг фізичної  праці.  
Однак, автоматизація складальних процесів розвивається надзвичайно повільно 
з наступних причин:  
1. Основна частина продукції виробляється в дрібносерійному і серійному 
виробництві,  а  автоматизація  поки  окупається  лише  при  достатніх  обсягах 
виробництва. 
2.  Конструкція  виробів,  що  збираються  вручну,  в  більшості  випадків 
абсолютно  непридатна  для  автоматичного  складання. Вироби  повинні  відразу 
проектуватися під автоматичне складання, наприклад, складатися з автономних 
вузлів по 4 - 12 деталей. 
3. При  автоматизації  складальних  операцій  виникають  великі  труднощі, 
пов'язані з подачею деталей, їх точним орієнтуванням, фіксацією. 
4.  При  автоматичному  складанні  найбільш  ефективним  є  метод  повної 
взаємозамінності, що  вимагає  коротколанкових  розмірних  ланцюгів  і  високої 
точності  виготовлення  деталей.  Інші  методи  (селективна  складання, 
регулювання)  ускладнюють  конструкцію  складальних  автоматів,  знижують 
надійність їх роботи. 

Впровадження  автоматизації  складання  раціонально  тільки  в  тих 
випадках,  коли  програма  випуску  виробів  досить  висока  і  термін  окупності 
витрат  на  устаткування  за  рахунок  зниження  трудомісткості  процесів  і 
скорочення  застосування  робочої  сили  не  перевищує  півтора-двох  років.  В 
якості засобів механізації при складальних роботах використовують електричні 
та  пневматичні  шпильковерти  та  гайковерти,  також    засоби  зміни  орієнтації 
виробу  в  просторі  під  час  складання,  механізми  повороту,  кантування, 
затискання. У процесі загального складання виробів перевага в автоматизації  і 
механізації  надається  транспортним  засобам.  Деталі,  складальні  одиниці  та 
комплекти  до  місця  збірки  можуть  подаватися  підвісними  конвеєрами,  які 
оснащують, в деяких випадках, адресаторами. 

Крім  створення  автоматів  і  автоматичних  ліній,  призначених  для 
складання типових складальних одиниць, існує група обладнання, яке створено 
для  виконання переходів  або  операцій  установки  характерних  деталей певних 
типорозмірів. Ці  автомати  застосовують на  автоматизованих лініях  складання. 
Наприклад, за допомогою таких автоматів в блоки або головки блоків циліндра 
встановлюють розподільчі   вали, які мають різний діаметр опорних шийок  і  їх 
кількість залежить  від конструкції двигуна. 
Типовий  процес  автоматичного  складання  складається  з  наступних 
елементарних операцій: 
1.  Завантаження  деталей,  що  збираються  в  бункерні  або  магазинні 
транспортні  пристрої  з  попередньою  їх  орієнтацією  при  видачі  на  складальні 
позиції через відсікачі. 
2. Орієнтація  у  просторі  з  необхідною  точністю  положення  сполучених 
деталей  на  складальній  позиції  (за  допомогою  жорсткого  базування  або 
самоорієнтації. Метод жорсткого  базування  дозволяє  виконувати  складання  в 
автоматичному  режимі  у  випадку  виконання  умов  складання.  Метод 
самооріентаціі  зазвичай  здійснюється  шляхом  коливання  однієї  з  деталей  з 
амплітудою, достатньої для перекриття похибки орієнтації). 
3. З'єднання і фіксація сполучених деталей (складальних одиниць). 
4. Контроль точності відносного положення сполучених деталей. 
5.  Розвантаження  і  транспортування  складальних  одиниць  на  наступну 
позицію. 
Технологічний  процес  складання  розбивається  на  окремі  операції,  які 
здійснюють  на  окремих  складальних  автоматах.  Як  правило,  автомат 
проектується  на  кілька  складальних  позицій.  Характер  позиції  визначається 
змістом виконуваних переходів  і застосовуваних  інструментів. Склад прийомів 
визначає  послідовність  дій  механізмів  складального  автомата.  Звичайною 
схеми  складання  тут  недостатньо,  додатково  складається  циклограма  роботи 
складального автомата, яка відображає послідовність і тривалість у часі всіх дій 
автомата. Орієнтація деталей є найбільш складним і відповідальним переходом 
при  автоматизації  збирання  для  здійснення  якого  часто  використовуються 
промислові роботи. 

До  достоїнств  застосування  роботів  у  складальному  виробництві 
відносяться:  1)  швидке  перепрограмування  для  виконання  складання  різних 
виробів;  2)  висока  швидкість  дії  за  програмою  протягом  тривалого  часу;  3) 
надійна  робота  в  умовах  несприятливих  для  людини  (висока  або  низька 
температура,  висока  забрудненість  середовища,  шум,  вібрації  тощо),  4) 
можливість використання в стерильних умовах. 
Для  ефективного  застосування  роботів  необхідна:  1)  технологічна 
відпрацювання  конструкції  під  складання  роботом,  2)  стандартизація  та 
уніфікація деталей, що  збираються вироби; 3)  застосування роботів модульної 
конструкції на базі типових пристроїв і вузлів; 4) збільшення числа рук роботів 
і маніпуляторів, які входять до його складу. 

Роботи  застосовують  на  операціях  загального  і  вузлового  складання 
виробів:  на  окремих  робочих  місцях  виконаних  у  вигляді  робототехнічних 
комплексів;  вбудованими  в  складальний  конвеєр;  вбудованими  в  складальні 
напівавтомати  і автомати.   В складальних цехах промислові роботи виконують 
наступні основні види робіт: завантаження-розвантаження автоматів, конвеєрів, 
автоматичних  і  автоматизованих  ліній;  встановлення  деталей  і  вузлів  в 
заданому  положенні  на  складаний  виріб;  точкове  і  шовне  зварювання; 
фарбування  виробів  методом  розпилення;  транспортування  і  складування 
деталей  і  вузлів;  подача  підготованих  до  складання  деталей  на  преси  для 
виконання  запресування,  склепування,  відбортовки  та  інших  операцій;  за 
наявності програмних засобів можуть виконувати операції поточного контролю 
деталей і вузлів; промивка деталей перед складанням; утворення різноманітних 
з’єднань; допоміжні операції. 
Основним  недоліком  промислових  роботів  є  їх  висока  собівартість, 
тривале  налагодження,  необхідність  комплексної  перебудови  технології 
виробництва та підвищення технічного рівня решти обладнання цеху. 
В  поточно-масовому  виробництві  застосовують  спеціальні  роботи,  які 
працюють  по жорсткій  програмі  з  невеликою  кількістю  команд. Універсальні 
роботи  застосовують  в  дрібносерійному  і  середньосерійному  виробництвах. 
Широко  використовують  також  роботи  з  цикловим  і  з  числовим  програмним 
керуванням.  Точність  позиціонування  таких  роботів  досягає  0,05  мм  і  може 
бути підвищена за рахунок використання зворотного зв’язку. 
Найбільш  ефективно  промислові  роботи  використовують  сумісно  з 
системою  обслуговування,  транспортування,  складування  і  контролю,  як 
єдиний  швидко  переналагоджуваний  робототехнічний  комплекс  керований 
мікропроцесором. 

В  процесі  збірки  складних  виробів  в  компоновці  робототехнічних 
комплексів передбачають магазин змінних захватів і складальних інструментів. 
Ще  одним  напрямком  автоматизації  складального  виробництва  є 
підвищення  якості  і  продуктивності  контролю  за  рахунок  використання 
відповідних  засобів.  У  конструкціях  складальних  ліній  та  автоматів 
передбачають  пристрої  для  контролю  наявності    деталей  у  пристосуванні 
(механізмі),  розмірів  або  положення  деталей,  параметрів  процесу  з'єднання. 
Контроль наявності та положення деталей у складальних механізмах необхідно 
передбачати для уникнення роботи механізмів вхолосту  і поломок обладнання 
у випадках відмови механізмів завантаження. Контроль розмірів деталей перед 
автоматичним  складанням  необхідний  для  перевірки  відповідності  деталі 
технічним вимогам з метою виключення браку. Контроль параметрів з'єднання  
покликаний надійно забезпечити якість збірки. Цими параметрами можуть бути 
лінійні  розміри  або  фізичні  величини.  Фізичні  величини,  наприклад,  момент 
затягування, зусилля запресовування та інші, контролюють в процесі виконання 
з'єднання.  
У  конструкціях  складальних  автоматів  застосовують  механічні, 
електричні, фотоелектричні, пневматичні та інші пристрої контролю. 

Механічні пристрої можна використовувати для багатьох видів контролю. 
Наприклад,  вхідний  контроль  наявності  різі  потрібного  кроку  у  шпильки 
здійснюється механічною гребінкою, момент затягування гайки  контролюється 
механічним  пристроєм  по  реактивному  моменту  на  корпусі 
різезагвинчувального   механізму або налаштуванням відповідного запобіжного 
механізму.  
Широко використовують пристрої на основі електричних схем контролю. 
Основними  елементами  електричних  механізмів  контролю  є  електромагнітні, 
реостатні,  резисторні  або  ємнісні  датчики,  які  здійснюють  безконтактний 
контроль  параметрів.  В  основному  механізми  з  такими  датчиками 
використовують для контролю наявності деталей у складальних пристроях або 
їх  положення  після  орієнтації.  Принцип  роботи  датчиків  базується  на  зміні  
електричного  струму, що проходить через датчик, при попаданні в його   поле 
металевих  деталей.  Електричні  датчики  опору  (тензорезистори)  дозволяють 
також  вимірювати  параметри  процесу.  Датчики  приклеюються  до 
вимірюваного  об'єкта  або  спеціального  елементу  вимірювального  пристрою. 
При  виникненні  деформацій  у  конструкції  змінюється  опір  датчика  і,  отже, 
струм, що проходить через нього.  
Вагомими  перевагами,  які  зумовили  широке  використання,  пристроїв  з 
електричним принципом дії є: 
1.  Аналоговий  (безперервний)  характер  вимірювальної  інформації,  яка 
отримується від приладу. 
2. Вимірювальна  інформація може  бути  використана  для  зчитування  по 
шкалі  або  цифрової  індикації  (перетворення  у  цифровий  вид),  або 
реєструватись  приладами  запису,  або  математично  опрацьовуватись  за 
допомогою  мікропроцесорів,  різноманітних  програмованих  контролерів  та 
персональних комп’ютерів.  
3. Відсутність обмежень на відстань від вимірюваного об’єкта  до  засобу 
індикації. 
4. Можливість розробки датчиків малих габаритів. 
5. Універсальне джерело живлення – електричний струм. 
6. Можливість  оснащувати  один  прилад  декількома  різними  шкалами  і 
можливість перемикання між діапазонами виміру. 

7.  Можливість  використання  окремих  функціональних  блоків,  вузлів  і 
деталей, які застосовуються в загальній електротехніці і радіоелектроніці. 
Разом  з  тим  приладам  з  електричним  принципом  дії  притаманні  деякі 
недоліки: 
1.  Складність  схем  та  конструкцій  в  порівнянні  з  механічними  і 
пневматичними  приладами,  що  вимагає  висококваліфікованого 
обслуговуючого персоналу відповідного профілю. 
2. Відносно висока вартість приладів. 
3.  Для  деяких  видів  приладів  необхідна  висока  стабілізація  живлення. 
Необхідність  живлення  більшості  приладів  від  мережі  обмежує  область  їх 
застосування. 

4. Недостатньо висока надійність.  
Принцип  роботи  пневматичних  датчиків  полягає  в  тому,  що  при 
попаданні деталі в струмінь повітря, що виходить з сопла, в повітряній системі 
змінюються параметри  тиску  і витрати. По зміні цих параметрів  (в основному 
параметра тиску) судять про зміну контролюючих параметра. Ці датчики можна 
використовувати  для  контролю  наявності  деталі,  її  положення  і  розміру.  У 
складальному  процесі  пневматичні    датчики  використовуються  рідко  і  тільки 
для контролю положення. 
Фотоелектричні  датчики  працюють  за  наступним  принципом.  Датчик 
фотоелектричний  (фотодіод)  встановлюють  на  контрольованій  позиції  і 
спрямовують  на  нього  промінь  від  джерела  світла.  При  проходженні  між 
лампочкою  і  датчиком  деталі  потік  світла  на  датчик  перекривається,  і  опір 
фотодіода  змінюється.  Механізми  з  фотоелектричними  датчиками  знайшли 
широке  застосування  у  визначенні  положення  деталі. Фотодіоди  є  чутливими 
датчиками.  При  використанні  їх  для  контролю  розмірів  можна  визначити 
відхилення розміру на декілька мікрон. 
Дуже  часто  під  час  контролю  деталей  і  виробів  складних  конструкцій  і 
конфігурації  в  автоматичному  і  автоматизованому  виробництві 
використовують  координатні  вимірювальні  машини.  На  таких  машинах 
здійснюють  вимірювання  координат  окремих  точок  поверхонь  об’єкту 
вимірювань  в прийнятій  системі  координат  і наступне  визначення необхідних 
геометричних параметрів шляхом математичної обробки отриманих значень.  
Контрольна  вимірювальна  машина  –  це  пристрій,  який  забезпечує 
встановлення  вимірюваного  виробу,  взаємне  переміщення  системи 
вимірювання  і виробу, вимірювання цих переміщень по координатам, обробку 
даних  вимірювань  і  відображення  результатів  розрахунків  вимірюваних 
геометричних параметрів. 
Контрольні  вимірювальні  машини  оснащують  вимірювальними 
головками  дотику  і  на  основі  оптичних  перетворювачів.  При  використанні 
головок  дотику  в  момент  дотикання  вимірювального  наконечника  з 
вимірюваною  поверхнею  подається  електричний  сигнал  на  блок  відліку 
переміщень  та  на  блок  переміщень  виробу.  Величина  сигналу  пропорційна 
відхиленню вимірювального наконечника від деякого нульового положення.  

Більшість оптичних перетворювачів дозволяють вимірювати геометричні 
параметри  з  похибкою  1  -2  мкм,  а  дискретність  відліку  –  0,1  мкм.  Для 
прецизійних систем похибка вимірювань в межах кроку становить 0,16 – 1 мкм. 
Для  спрощення  доступу  до  вимірюваних  поверхонь  контрольні 
вимірювальні машини обладнують поворотними  столами  з можливістю руху  і 
повороту відносно всіх координат. 
Контрольні вимірювальні машини можуть застосовуватись для контролю 
практично  всіх  виробів  і  деталей  машинобудування,  за  умови  наявності 
відповідного  програмного  забезпечення,  вимірювальної  оснастки  та  змін  в 
конструкції  вимірювальної  машини. 

Ще  одним  напрямком  розвитку  вимірювальної  техніки  є  мобільні 
компактні  контрольно-вимірювальні  машини,  які  виконують  у  вигляді 
маніпуляторів.  Вони  дозволяють  контролювати  вироби  простої  і  складної 
форми шляхом порівняння реальних поверхонь з комп’ютерною CAD-моделлю. 
Перевагою  мобільних  контрольно-вимірювальних  машин,  в  порівнянні  з 
стаціонарними,  є  можливість  контролю  геометричних  параметрів 
великогабаритних  виробів,  а  також  контролю  безпосередньо  під  час 
технологічного  процесу.  Довжина  вимірювань  за  допомогою  таких  машин 
складає від 1,2 до 3,7 метрів, а за допомогою спеціальних засобів цю величину 
можна  збільшити.  Похибка  вимірювання  залежить  від  відстані  до  зони 
контролю і знаходиться в межах від 5 до 400 мкм. 
В  сучасних  автоматичних  і  автоматизованих  лініях  також 
використовують  інформаційно-вимірювальні  системи  скоординовані  з 
персональними  комп’ютерами  і  системами  та  оснащені  системою  технічного 
зору.  Областю  застосування  таких  інформаційно-вимірювальних  систем  з 
використанням  технічного  зору  залежить  лише  від  наявного  програмного 

забезпечення,  але  найбільш  часто  їх  застосовують  для:  реєстрація  об’єктів  в 
полі  зору  камери;  вимірювання  геометричних  параметрів  об’єкту  (площа, 
периметр, довжина, центр ваги тощо); визначення фізичних параметрів об’єкту 
тощо. 

Питання для самоконтролю 
 
1.  Який  ручний  інструмент  використовується  в  складальному 
виробництві? 
2.  В чому полягає основна перевага механізованого інструменту? 
3.  Наведіть класифікацію складальних пристосувань. 
4.  Для чого призначені складальні стенди і стапелі? 
5.  Яке  обладнання  складального  виробництва  відносять  до 
допоміжного? 
6.  Перерахуйте  основні  типи  підіймально-транспортних  засобів 
складальних виробництв. 
7.  Наведіть класифікацію та особливості складальних конвеєрів. 
8.  Вкажіть  основні  підстави  для  здійснення  автоматизації  складальних 
робіт 
9.  Які проблеми перешкоджають автоматизації процесу складання. 
10. Вкажіть типовий зміст процесу автоматичного складання. 
11. Переваги  і  недоліки  застосування  промислових  роботів  під  час 
складання. 
12. Які засоби застосовують для підвищення продуктивності контролю в 
процесі складання. 
13. Для чого призначені контрольні вимірювальні машини.