porównanie rotorowych metod montażowych z klasycznymi

Technologia i Automatyzacja Montażu 1/2014
PORÓWNANIE ROTOROWYCH METOD MONTAŻOWYCH Z KLASYCZNYMI
Grzegorz OROŃ, Krzysztof GALIŃSKI
Streszczenie
Artykuł opisuje porównanie rotorowych i klasycznych metod montażowych. Na początku przedstawiono przykłady elementów
montowanych. Elementy te mogą być montowane zarówno metodą klasyczną, jak i rotorową. W dalszej części artykułu opisano
przykłady urządzeń realizujących montaż rotorowy. Na zakończenie porównano obie metody.
Słowa kluczowe
montaż rotorowy, podajnik wibracyjny, element podawany
Urządzenia montażowe stanowią znaczną grupę
urządzeń przemysłowych w zakładach produkcyjnych.
Zazwyczaj każde urządzenie montażowe jest projektowane pod kątem konkretnych elementów, zdefiniowanych przez potrzebę klienta. To sprawia, że urządzenia
montażowe trudno jest sklasyfikować i podzielić na grupy, ponieważ każde z nich jest konstrukcją unikatową.
W przypadku niektórych elementów montowanych istnieje możliwość zastosowania rotorowych mechanizmów
montażowych. W odniesieniu do klasycznych układów
składających można uznać, że układy rotorowe stanowią
odrębną grupę metod montażowych, a urządzenia wykorzystujące tę metodę można zaliczyć do specyficznej grupy urządzeń montażowych [1]. W dalszej części artykułu
zostanie przedstawiony przykład maszyn wykorzystujących metodę klasyczną oraz rotorową. Wyszczególnione
zostaną cechy charakterystyczne obu metod oraz porównane wady i zalety poszczególnych rozwiązań.
Innym przykładem podobnej pary części montowanych jest kołek rozporowy, rys. 2.
Rys. 1. Przekrój zmontowanego aplikatora z nasadką
Fig. 1 Cross-section of the assembled applicator cap
Elementy montowane
W przypadku urządzeń montażowych kluczową rolę
w procesie konstrukcji urządzenia odgrywają elementy
montowane. Kształt elementów montowanych definiuje
również, czy w urządzeniu istnieje możliwość wykorzystania rotorowej metody łączenia [2]. Na rys. 1 przedstawiono przekrój dwóch zmontowanych elementów: nasadki i aplikatora.
Oba elementy wykonane są z tworzywa sztucznego,
a ich wymiary gabarytowe są korzystne z punktu widzenia procesu podawania obu części. Długość aplikatora
wynosi 110 mm przy średnicy 18 mm u szczytu. Nasadka
ma długość 50 mm i średnicę wewnętrzną 9 mm. Oznacza to, że stosunki długości elementów do ich średnic
sprawiają, że części zaczepione za kołnierze samoistnie
dążą do zajmowania wiszącej pozycji pionowej. Czynnik
ten sprawia, że zespół aplikatora z nasadką może być
montowany z wykorzystaniem zarówno klasycznych metod kojarzenia części, jak i rotorowych systemów.
Rys. 2. Przekrój zmontowanego gwoździa z koszulką – kołek
rozporowy
Fig. 2 Cross-section of the assembled dowel
Długość koszulki i gwoździa są zbliżone i wynoszą
około 60 mm. Średnica koszulki wynosi 6 mm. Stosunek
długości do średnicy zarówno dla koszulki, jak i dla gwoździa kształtuje się na poziomie 1:10. To powoduje, że tak
jak w przypadku aplikatora z nasadką, kołek rozporowy
może być montowany zarówno przy wykorzystaniu klasycznej, jak i rotorowej metody. W uzasadnionych przypadkach, podczas projektowania elementów podawanych, dostosowuje się ich kon55
TiAM_1_2014.indd 55
2014-02-20 12:32:48
1/2014 Technologia i Automatyzacja Montażu
strukcję w taki sposób, aby mogły być łączone przy wykorzystaniu różnych metod [2]. Taka sytuacja ma miejsce
w przypadku produkcji masowej elementów, kiedy linia
montażowa jest budowana od nowa z konkretnym przeznaczeniem. W zdecydowanej większości przypadków
urządzenia montażowe powstają, kiedy części montowane są już obecne na rynku przez dłuższy czas i zmiana
jego kształtu nie jest możliwa. może dochodzić do ich uszkodzenia na skutek błędnie
dobranej siły zbijania. W przypadku montażu elementów
sztywnych, wykonanych z metalu, mechanizm wbijania
udarowego może wpływać niekorzystnie na żywotność
i stan elementów konstrukcji urządzenia na skutek występowania znacznych sił.
Urządzenie do montażu aplikatora metodą klasyczną
Na przestrzeni ostatnich 15 lat w Zakładzie Obrabiarek i Technologii Montażu IMBiGS powstało kilkanaście
egzemplarzy urządzenia do montażu aplikatora z nasadką [3]. Maszyny te wykorzystują klasyczną metodę montażu. Przykładowe urządzenie tego typu zostało pokazane na rys. 3.
Rys. 4. Głowica montażowa przeznaczona do montażu aplikatora z nasadką: 5 – listwy doprowadzające aplikatory i nasadki,
6 – tarcze montażowe, 7 – siłownik pneumatyczny, 8 – rynna
zrzutowa [3]
Fig. 4. The bowl head assembly for mounting the applicator caps
Rys. 3. Urządzenie do montażu aplikatorów wykorzystujące klasyczną metodę montażu: 1 – podajnik wibracyjny nasadek, 2 –
podajnik wibracyjny aplikatorów, 3 – sterowniki podajników wibracyjnych, 4 – głowica montażowa [3]
Fig. 3. Assembly device for mounting applicator caps using conventional assembly method
Urządzenie zostało wyposażone w podajnik wibracyjny nasadek 1 oraz podajnik wibracyjny aplikatorów 2.
Podajnikami sterują zasilacze podajników 3. Za montaż
aplikatora i nasadki odpowiada głowica montażowa 4,
która jest zarazem głównym podzespołem urządzenia.
Głowica montażowa, rys. 4, reprezentuje przykład zastosowania klasycznej metody montażu.
Listwy doprowadzające aplikatory i nasadki 5 są odpowiedzialne za zapewnienie stałego strumienia elementów podawanych. Pełnią dodatkową funkcję bufora, który
kompensuje chwilową, niestałą pracę podajników wibracyjnych. Elementy podawane są do tarcz montażowych
6. Głowica zawiera dwie tarcze ustawione jedna nad drugą. Do tarczy dolnej wprowadzane są nasadki, zaś do
górnej, aplikatory. Montaż elementów jest realizowany za
pomocą siłownika pneumatycznego 7. Siłownik dokonuje
połączenia nasadki i aplikatora w sposób udarowy poprzez zbicie obu części ze sobą. Prawidłowo połączone
części opuszczają urządzenie, wykorzystując rynnę zrzutową 8. Zasada działania urządzenia opiera się na zastosowaniu udarowej metody łączenia aplikatora z nasadką. W przypadkach montowania delikatnych elementów
Urządzenie do montażu kołków rozporowych metodą rotorową
Metoda montażu w układzie rotorowym zostanie
przedstawiona na przykładzie urządzenia do montażu
kołków rozporowych z koszulkami. Kołek rozporowy oraz
koszulka, podobnie jak aplikator z nasadką, są elementami osiowo symetrycznymi. Stosunek długości do średnicy obu elementów jest korzystny z punktu widzenia
podawania elementów i wynosi 1:10. Naturalna pozycja
zarówno gwoździa, jak i koszulki to pozycja wisząca za
kołnierz. Jak można zauważyć, oba elementy pod względem budowy są podobne do aplikatora i nasadki, różnica
polega tylko na występowaniu wypustu przy aplikatorze,
który znacznie utrudnia proces podawania i orientacji. Głowica maszyny realizująca montaż rotorowy została
pokazana na rys. 5.
Główny podzespół głowicy stanowi bęben głowicy 1.
W bębnie wykonane zostały specjalne prowadnice rowkowe, w których poruszają się rolki 2. Rolki wykonują
ruch pionowy posuwisto-zwrotny w górę i w dół. Obracający się bęben głowicy wymusza w sposób naturalny
obtaczanie się rolek po nieruchomej bieżni 6. Bieżnia została wyprofilowana w taki sposób, aby montaż odbywał
się płynnie w trakcie obrotu bębna. Za wykonywanie operacji montażu odpowiadają popychacze 3. Popychacze
mogą wykonywać ruch w specjalnie wyprofilowanych kanałach 4 synchronicznie z ruchem rolek. Długość kanału
56
TiAM_1_2014.indd 56
2014-02-20 12:32:48
Technologia i Automatyzacja Montażu 1/2014
określa maksymalny wymiar montowanego gwoździa.
Elementy zmontowane opuszczają urządzenie w gnieździe zsypowym 5. Mechanizm rotorowy zapewnia łączenie elementów ze sobą w sposób stopniowy. Wartość siły
wymaganej do połączenia elementów narasta stopniowo.
Nie występuje tu jedno szybkie udarowe uderzenie, które
łączy części ze sobą. Obrót rotora daje dodatkowy czas
na płynne kojarzenie ze sobą elementów podawanych.
Rys. 5. Głowica realizująca montaż rotorowy: 1 – bęben, 2 – rolki, 3 – popychacze, 4 – kanały, 5 – gniazdo zsypowe, 6 – bieżnia
[3]
Fig. 5. Implementing the bowl rotor head assembly
Porównanie przedstawionych metod
Analizując opisywane rozwiązania, od razu można
zauważyć podstawową różnicę w konstrukcji urządzeń
korzystających z klasycznych i rotorowych metod montażowych. W maszynie wykorzystującej metodę klasyczną
zawsze występuje osobny mechanizm odpowiedzialny za
realizację operacji montażu [4]. Mechanizm ten zawsze
jest projektowany pod kątem części przeznaczonych do
montażu. W procesie projektowania daje to bardzo wysoką elastyczność, ale powoduje jednocześnie, że zaprojektowany podzespół montuje tylko jeden, określony rodzaj elementów o niezmiennych wymiarach. Mechanizm
kojarzący części pełni tylko funkcję łączenia elementów
ze sobą. Pozostałe operacje są wykonywane przez inne
podzespoły urządzenia. Zaletą metod klasycznych jest
możliwość przystosowania urządzenia do każdego, nawet skomplikowanego kształtu elementu łączonego, ale
zwykle wydajność takich układów jest ograniczona przez
wydajność handlowych części zakupionych i użytych do
projektu. W przypadku opisanego urządzenia do montażu aplikatorów maksymalna uzyskana wydajność w warunkach pracy zakładowej wyniosła 2 sztuki na sekundę
i była ograniczona wydajnością pracy siłownika łączącego elementy.
Ważnym czynnikiem, o którym należy wspomnieć, jest
jakość uzyskiwanego połączenia. W przypadku metody klasycznej jakość pracy mechanizmu montażowego
zależy od dokładności wykonania podzespołów handlowych, które są odpowiedzialne za montaż. W określonych przypadkach może to być zarówno wadą, jak
i zaletą. Kiedy element handlowy nie zapewnia odpowiedniej dokładności podczas pracy, konieczne staje
się wykonanie dodatkowych części, które podwyższą
precyzję działania mechanizmu. Gdy dany element montowany zostanie wycofany ze sprzedaży lub jego kształt
ulegnie zmianie, konieczna będzie zmiana konstrukcji
mechanizmu wykonującego połączenie.
W przypadku stosowania rotorowej metody montażu
zawsze występuje mechanizm obrotowy, który jest odpowiednio przystosowany pod kątem danej części montowanej. Jest to mniej elastyczne rozwiązanie niż w przypadku konstrukcji klasycznej. Elementy, które mogą być
montowane za pomocą mechanizmu rotorowego, muszą
być odpowiednio zaprojektowane, tak aby cała operacja
podania, orientacji, transportu oraz montażu przebiegała
płynnie i bez zacięć. Jednak, w odróżnieniu od mechanizmów klasycznych, w przypadku rotora możemy montować i podawać części o różnych gabarytach. Mechanizm
rotora poradzi sobie z całą grupą części o podobnym
kształcie, różniących się wymiarami gabarytowymi. Należy również zauważyć, że mechanizm rotorowy oprócz realizacji swojej funkcji podstawowej – montażu, może pełnić również inne funkcje. W opisanym przykładzie jest to
funkcja transportowa elementów montowanych z gniazda podawczego do gniazda zsypowego [5]. Do głównych zalet rotorowych układów montażowych należy zaliczyć wydajność oraz jakość uzyskiwanego połączenia.
W przypadku głowic rotorowych wydajność montowanych części osiąga wartości do 20 wykonywanych połączeń na sekundę. W odróżnieniu od montażu klasycznego nie występuje tutaj udarowe uderzanie siłownika
pneumatycznego, co sprawia, że elementy montowane
są mniej narażone na zniszczenie lub uszkodzenie. Te
ostatnie dwa czynniki głównie decydują o wykorzystaniu,
w danym przypadku, mechanizmu rotorowego. Trzeba
nadmienić, że metoda montażu rotorowego jest nadal
znacznie droższa w zastosowaniu od metod klasycznych.
Często wymaga wielu prób i badań wstępnych, a niekiedy nawet przeprojektowania kształtu elementów montowanych. To wszystko powoduje, że nie jest obecnie tak
powszechnie stosowana jak rozwiązania klasyczne.
Podsumowanie
Klasyczne metody montażowe są obecnie powszechnie stosowane ze względu na swoją uniwersalność. Jednak w określonych przypadkach, gdy wymagana jest
wyższa wydajność lub występuje potrzeba mniej inwazyjnego połączenia części montowanych, można rozważyć
wykorzystanie rotorowych metod łączenia części. Urządzenia wyposażone w wirową głowicę montażową mogą
zostać zastosowane do kojarzenia elementów o określo57
TiAM_1_2014.indd 57
2014-02-20 12:32:48
1/2014 Technologia i Automatyzacja Montażu
nych kształtach, głównie takich, które w sposób naturalny
dążą do zajęcia jednej, ściśle określonej pozycji. Jeżeli
mamy do czynienia z produkcją wielkoseryjną, należy
rozważyć możliwość zmiany kształtu elementów montowanych w taki sposób, aby stał się możliwy do wdrożenia montaż rotorowy. Wykorzystanie rotora oferuje zazwyczaj kilkukrotnie wyższą wydajność pracy niż montaż
klasyczny, ale proces wdrożenia i uruchomienia zwykle
wymaga większych nakładów finansowych. Nie można
jednoznacznie stwierdzić, która z porównywanych metod
montażu jest lepsza. Zawsze trzeba to ocenić, biorąc pod
uwagę zastosowanie i problem konstrukcyjny, jaki jest do
rozwiązania.
LITERATURA
1. Oroń G., Galiński K.: Symulacja ruchu detalu i wyznaczenie ograniczeń programowych. Korekta parametrów symulacji i kolejne przybliżenia w procesie
symulacji. Określenie wytycznych do symulacji wielościeżkowej. Opracowanie powstałe jako praca statutowa w IMBiGS, Warszawa 2011.
2. Oroń G., Lenczewski J.: Projektowanie, modelowanie i badania modeli orientowników podajników wibracyjnych stosowanych w budowaniu automatów
montażowych. Sklasyfikowanie i opracowanie kart
katalogowych orientowników wykonanych w wyniku
badań modelowych i wdrożonych w przemyśle. Wewnętrzna praca statutowa IMBiGS, Warszawa 2009.
3. Lenczewski J.: Automat do montażu aplikatorów.
PL16902 Polska, 11.10. 2010. Ochrona Wzoru Przemysłowego.
4. Oroń K., Galiński K.: Podajnik wibracyjny wielościeżkowy, symulacja komputerowa i realizacja
praktyczna. VII Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna Technika i Technologia Montażu
Maszyn, Cisna, 2011.
5. Barczyk J., Imielski J., Łunarski J.: Układy podawania w systemach automatycznego montażu. Politechnika Warszawska, Warszawa 1996.
____________________
Mgr inż. Grzegorz Oroń – Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego, Zakład Obrabiarek i Technologii Montażu, 04-687 Warszawa, ul. Mrówcza 243, tel.
22 815 83 15, e-mail: [email protected].
Mgr inż. Krzysztof Galiński – Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego, Zakład Obrabiarek
i Technologii Montażu, 04-687 Warszawa, ul. Mrówcza
243, tel. 22 815 83 15, e-mail: [email protected].
COMPARISON OF ROTOR ASSEMBLY METHODS
WITH CONVENTIONAL ASSEMBLY DEVICES
Abstract
The article describes a comparison of rotary and conventional methods of the assembly. In the first part of the text examples of
feeder elements are described. These feeder elements can be assembled both by the conventional method and rotor method.
The last part of this article describes examples of devices that perform rotor assembly and conventional assembly method. As
a summary, the two methods are compared.
Keywords
rotor assembly device, vibratory feeder, feeder element
58
TiAM_1_2014.indd 58
2014-02-20 12:32:48