MODUŁOWY SYSTEM MONTAśU ZŁĄCZ PNEUMATYCZNYCH

TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAśU
2/2009
MODUŁOWY SYSTEM MONTAśU ZŁĄCZ PNEUMATYCZNYCH
Wojciech BABIRECKI
Stopień automatyzacji montaŜu jest wprost proporcjonalny do ilości wytwarzanych elementów. W momencie jej
znacznego wzrostu montaŜ ręczny staje się wąskim gardłem procesu produkcyjnego. W analizowanym przedsiębiorstwie produkującym elementy pneumatyki potrzeba
automatyzacji montaŜu pojawiła się wraz ze znacznym
wzrostem liczby zamówień na produkowane szybkozłącza. Stąd teŜ potrzeba znacznego zwiększenia wydajności działu montaŜu. Proces montaŜu realizowany był do
tej pory w sposób ręczny, a wykonywało go kilka osób za
pomocą prostych narzędzi.
Jedynym racjonalnym rozwiązaniem było zaprojektowanie i wykonanie urządzenia do automatyzacji procesu
montaŜu produkowanego złącza.
BUDOWA ZŁĄCZA
Rys. 1. Budowa przedmiotowego złącza
Przedmiotowe złącze jest tzw. złączem wtykowym lub
inaczej szybkozłączem wykorzystywanym w budowie
wszelkich układów pneumatycznych, łączonych za pomocą elastycznych przewodów z tworzyw sztucznych.
Produkowane złącze składa się z korpusu (1), tulejki
zaciskowej (2), kapturka ochronnego (3), tulejki podporowej (4) i dwóch pierścieni uszczelniających (5). Proces
montaŜu jest ściśle ustalony i przebiega w następującej
kolejności: montaŜ tulejki podporowej, montaŜ uszczelnień, montaŜ tulejki zaciskowej i wreszcie montaŜ kapturka ochronnego.
MontaŜ złącza, realizowany dotychczas ręcznie przy
uŜyciu prostych narzędzi, był przeprowadzany w następujący sposób: jako pierwsza za pomocą prostej prasy
ręcznej wciskana była tulejka podporowa, następnie
wprowadzano uszczelnienia, po nich wciskano tulejkę zaciskową i zakładano kapturek ochronny. Proces ten, realizowany ręcznie, jest bardzo czasochłonny i generuje
znaczną liczbą braków (pominięcie któregoś z elementów
złącza).
ZAŁOśENIA
W celu zwiększenia wydajności procesu montaŜowego
i redukcji liczbą źle zmontowanych elementów postano-
wiono zautomatyzować proces montaŜu złącza. Aby
ograniczyć koszty inwestycji, postanowiono, Ŝe projektowane urządzenie będzie realizowane etapami. KaŜdy etap
będzie odpowiadał za montaŜ jednego z elementów złącza. Biorąc pod uwagę, Ŝe przedmiotowe złącze jest jednym z rodziny złącz podobnych, róŜniących się wymiarami zarówno części gwintowanej, jak i wielkością części
wtykowej współpracującej z węŜem, załoŜono, Ŝe urządzenie powinno umoŜliwiać montowanie złącz o innych
wymiarach. Projektowane urządzenie ma umoŜliwiać
montaŜ wszystkich elementów złącza, a zmontowane wyroby podawać do odpowiedniego pojemnika. Oprócz procesów montaŜowych urządzenie powinno równieŜ zapewniać moŜliwość realizacji procesów pośrednich, występujących pomiędzy poszczególnymi etapami procesu
montaŜu, takich jak: sprawdzenie poprawności montaŜu
poszczególnych elementów oraz przedmuch (oczyszczenie wnętrza złącza z wiórów, jakie powstają w wyniku wciskania tulejki podporowej w korpus złącza) po wciśnięciu
tulejki podporowej.
Ponadto załoŜono, Ŝe:
całkowity czas montaŜu jednego złącza nie moŜe
przekroczyć maks. 10 s,
konstrukcja ma być podatna na rozbudowę w przyszłości oraz umoŜliwiać montaŜ innych wymiarów
złącz,
napęd i sterowanie – pneumatyczne,
praca ciągła, maks. 16 h/dobę,
urządzenie bezobsługowe, ingerencja człowieka tylko
w momencie załadunku elementów i odbioru gotowych złącz oraz w przypadku awarii.
Największym problemem konstrukcyjnym w analizowanym przypadku jest zapewnienie takiej konstrukcji, która
spełniłaby warunek wydajności. Konieczność sekwencyjnego montaŜu wszystkich elementów złącza powoduje, Ŝe
czas montaŜu jest sumą czasów poszczególnych operacji
montaŜowych wszystkich elementów składowych złącza.
Całkowity czas równy jest więc:
m
Tkm = ∑ t km
(1)
i =1
gdzie: m – liczba operacji, tkm – czas operacji k.
Zakładając, Ŝe kaŜda z operacji trwa kilka sekund,
osiągnięcie całkowitego czasu zbliŜonego do 10 s jest
niemoŜliwe. Stąd więc koncepcja, aby urządzenie składało się z modułów, z których kaŜdy mógłby realizować
poszczególną operację w tym samym czasie. Jednocześnie udział w procesie montaŜu brałyby przynajmniej 4
złącza i na kaŜdym z nich wykonywana byłaby inna operacja montaŜowa. W przypadku takiego rozwiązania całkowity czas montaŜu złącza będzie czasem najdłuŜszej
operacji montaŜowej.
15
2/2009
TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAśU
KONCEPCJA
Po długich rozwaŜaniach i analizach róŜnych koncepcji
zdecydowano się na wybór rozwiązania modułowego.
Koncepcja ta zakłada konstrukcję urządzenia opartą na
poziomym kole obrotowym spełniającym rolę transportową. Koło to, zaopatrzone w odpowiednie wycięcia, obracając się, będzie przemieszczać poszczególne korpusy
złącza na kolejne stanowiska montaŜowe. Na kaŜdym ze
stanowisk będzie montowany do korpusu inny element
złącza. Ponadto kaŜdy element złącza będzie montowany
przez inny moduł. Moduły te będą rozmieszczone promieniowo na obwodzie koła. Takie rozwiązanie umoŜliwi realizację urządzenia w kolejnych etapach, co wpłynie na
ograniczenie kosztów jego wdroŜenia. W kaŜdej chwili
będzie moŜliwe dodanie kolejnego modułu, odpowiadającego za montaŜ kolejnego elementu złącza. Ponadto
moŜliwa będzie wymiana poszczególnych modułów na
inne, umoŜliwiające montaŜ złącz o innych wymiarach gabarytowych. W ten sposób urządzenie będzie w pewnym
zakresie uniwersalne i będzie moŜliwe jego szybkie przezbrojenie w zaleŜności od aktualnych potrzeb.
e)
f)
g)
modułu montaŜu tulejki zacinającej,
modułu montaŜu kapturka ochronnego,
modułów kontroli obecności tulejek podporowej i zacinającej,
h) modułu przedmuchu złącza po operacji wciskania tulejki podporowej,
i) modułu odbierającego zmontowane złącza.
Wszystkie moduły nadbudowane będą nad obrotowym
stołem montaŜowym, a stół ten będzie ułoŜyskowany
w podstawie i odpowiedniej konstrukcji wsporczej.
Ad a) Stół obrotowy (koło transportujące) napędzany będzie niewielkim siłownikiem pneumatycznym poprzez
układ zapadkowy.
Rys. 3. Układ napędowy stołu obrotowego
8
Rys. 2. Koncepcja urządzenia do automatyzacji montaŜu złącza
Na rys. 2 przedstawiono schemat proponowanej koncepcji. Kolejne numery oznaczają: 1 – konstrukcja nośna,
2 – koło transportujące, 3 – moduł podający korpusy, 4 –
moduł montaŜu tulejki podporowej, 5 – moduł montaŜu
pierścieni uszczelniających, 6 – moduł montaŜu tulejki zaciskowej, 7 – moduł montaŜu kapturka zabezpieczającego, 8 – napęd urządzenia.
Siłownik o niewielkim skoku, dociskany spręŜyną, będzie powodował ruch obrotowy koła, przesuwając poszczególne złącza na kolejne stanowiska montaŜowe.
Ustalanie koła w odpowiedniej pozycji odbywać się będzie
poprzez rolkę zamocowaną na ruchomym spręŜynującym
ramieniu dociskowym. Rolka ta, zagłębiając się w kolejne
wycięcia koła transportującego, będzie precyzyjnie ustalać połoŜenia koła wraz ze znajdującymi się na nim korpusami złącz.
Ad b) Dostarczenie korpusów oraz wszystkich pozostałych elementów złącza na obrotowy stół montaŜowy odbywać się będzie za pomocą podajników wibracyjnych.
W podajnikach tych będzie się równieŜ odbywał proces
orientacji tych elementów, które tego wymagają. Istotną
rzeczą jest dostarczenie kaŜdego z elementów montowanego złącza w odpowiednie miejsce w odpowiednim czasie. W tym celu zaprojektowano dozowniki, które przejmują potok elementów dostarczanych z podajników wibracyjnych, po czym w odpowiednim miejscu i czasie dostarczają je na stanowiska montaŜowe.
ROZWIĄZANIE
Zaprojektowane urządzenie składać się będzie z następujących podzespołów:
a) stołu obrotowego wraz z kołem transportującym
i układem obrotowym,
b) układów dozujących i podających poszczególne elementy złącza,
c) modułu montaŜu tulejki podporowej,
d) modułu montaŜu pierścieni uszczelniających wewnątrz korpusu złącza,
16
Rys. 4. Układ dozujący korpusy złącza
TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAśU
Pokazany na rys. 4. przykładowy układ dozujący słuŜy
do dozowania korpusów złącza. Do układu poprzez przewód (1) dostarczane są z podajnika wibracyjnego zorientowane korpusy. Wysunięcie siłownika (2) spowoduje zatrzymanie poprzez trzpień (3) drugiego i kolejnych korpusów, a jednocześnie nastąpi przesunięcie przesłony
z otworem (4), co spowoduje odsłonięcie otworu wylotowego i wypadnięcie jednego korpusu złącza w odpowiednie miejsce. Wsunięcie siłownika spowoduje przysłonięcie
otworu wylotowego oraz uwolnienie i przesunięcie kolejnych korpusów. Powtarzający się cykl powoduje dokładne
dozowanie jednego korpusu w odpowiednim czasie.
W podobny sposób skonstruowane zostały pozostałe
układy dozujące kolejnych elementów złącza.
Ad c) Moduł montaŜu tulejki podporowej zawiera układ
praski tulejki zbudowanej na siłowniku Ø 50 (1) o skoku
100 mm. Ponadto moduł ten składa się z koła podajnika
(3) sprzęŜonego z kołem montaŜowym (4) za pomocą
koła zębatego, co zapewnia osiowe zorientowanie tulejki
nad korpusem ułatwiające jej wbicie. Tulejka podawana
jest na koło orientujące z podajnika wibracyjnego, a wciskana w korpus za pomocą trzpienia (2).
2/2009
odpowiednim trzpieniem (2) zagłębia się wewnątrz złącza.
Rozwiązanie to pokazano na rys. 6. W momencie braku
tulejki trzpień zagłębia się mocniej, powodując zadziałanie
czujnika krańcowego (3), który przesyła sygnał do modułu
sterującego i przerywa pracę urządzenia, sygnalizując
operatorowi jej zatrzymanie.
Rys. 6. Moduł kontroli obecności tulejki
Rys. 5. Moduł montaŜu tulejki podporowej
Ad d, e, f) Moduły d, e i f zbliŜone są konstrukcyjnie do
modułu montaŜu tulejki podporowej c). KaŜdy z nich
działa na podobnej zasadzie i kaŜdy z nich jest wyposaŜony w opisany w podpunkcie b) dozownik elementów.
Podobnie jak w module montaŜu tulejki podporowej, elementy są wciskane w korpus za pomocą praski złoŜonej
z siłownika pneumatycznego i trzpienia wciskającego zakończonego odpowiednią końcówką.
Ad g) Bardzo istotnym elementem urządzenia są moduły
kontrolne sprawdzające kompletność montaŜu złącz.
MontaŜ ręczny generował znaczną liczbę braków, polegających przede wszystkim na niezamontowaniu tulejki
podporowej bądź zacinającej. Projektowane urządzenie
musi więc zapewniać kontrolę obecności tych dwóch elementów w celu uniknięcia braków. Moduł kontroli jest
elementem mechanicznym i składa się z małego siłownika
pneumatycznego (1) (rys. 6). Siłownik ten zakończony
Ad h) Istotnym problemem pojawiającym się w montaŜu
ręcznym była czystość montowanych elementów. Jako Ŝe
są to elementy pneumatyki, czystość ma wpływ na
szczelność wykonywanych elementów. Niedopuszczalne
jest więc jakiekolwiek zanieczyszczenie, które znajdując
się wewnątrz złącza, mogłoby spowodować jego nieszczelność. W procesie wciskania tulejki podporowej
w korpus powstają niewielkie wióry. Powierzchnia zewnętrzna tulejki wykonanej z miękkiego mosiądzu podlega skrawaniu przez ściany korpusu. Jest to proces
trudny do wyeliminowania, więc w przypadku montaŜu
ręcznego kaŜda sztuka złącza była przedmuchiwana
spręŜonym powietrzem w celu usunięcia powstałych wiórów. Postanowiono więc ten proces zaimplementować do
projektowanego urządzenia. Moduł przedmuchu składa
się z małej dyszy, która na kole montaŜowym jest umieszczona za modułem słuŜącym do wciskania tulejki podporowej. Dysza ta w odpowiednim momencie przedmuchuje
złącze spręŜonym powietrzem, usuwając w ten sposób
ewentualne zanieczyszczenia.
Ad i) Ostatnim modułem wchodzącym w skład urządzenia
jest moduł odbiorczy zmontowanych złącz. Moduł ten
składa się z odpowiedniej rynny, kończącej się w pojemniku na gotowe elementy. Poza tym w odpowiednim miejscu zamontowano dyszę, która podobnie jak w module
przedmuchu impulsem spręŜonego powietrza „zdmuchuje” gotowe złącze z koła montaŜowego, po czym złącze za pośrednictwem rynny trafia do pojemnika.
Całość urządzenia sterowana jest mikroprocesorowym
układem sterującym, który wysyła sygnały uruchamiające
odpowiednie zawory pneumatyczne.
17
2/2009
TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAśU
STAN OBECNY
W chwili obecnej wykonano i uruchomiono tylko niektóre moduły urządzenia. Zbudowano konstrukcję nośną,
koło transportowe i moduły: montaŜu tulejki podporowej,
dozowania korpusów, dozowania tulejek podporowych,
sprawdzania obecności tulejki podporowej, przedmuchu
oraz moduł odbiorczy. Całość wyposaŜono w dwa podajniki wibracyjne do podawania i orientacji korpusów oraz
do podawania tulejek podporowych. Pozostałe moduły są
w trakcie realizacji.
PODSUMOWANIE
dzenia i dostosowania go do montaŜu złącz o innych wymiarach. Wydaje się więc, Ŝe idea modułowej koncepcji
urządzenia dobrze sprawdza się w realizowanym przypadku. Przedsiębiorstwo, w którym urządzenie zostało
wdroŜone, planuje w niedalekiej przyszłości budowę podobnych urządzeń automatyzujących proces montaŜu innych rodzajów produkowanych przez firmę złącz.
LITERATURA
1.
2.
Zbudowane urządzenie, choć spełnia na razie tylko
część załoŜonych zadań, działa bez zarzutu i znacznie
ułatwia pracę. Jego wdroŜenie umoŜliwiło odciąŜenie jednego pracownika i skierowanie go do realizacji innych zadań. Zakłada się, Ŝe w przyszłości, gdy zostaną uruchomione wszystkie zaprojektowane moduły, pozwoli to odciąŜyć kolejnych dwóch pracowników. Niewątpliwą zaletą
zaprojektowanego urządzenia jest samoczynna kontrola
montowanych elementów, a takŜe wydajność, większa od
wydajności wykonującego te czynności do tej pory pracownika. Kolejną, nie do przecenienia zaletą takiego rozwiązania jest moŜliwość szybkiego przezbrojenia urzą-
3.
4.
Łunarski J., Szabajkowicz W.: Automatyzacja procesów technologicznych montaŜu maszyn. WNT, Warszawa 1993.
Kowalski T., Lis G., Szenajch W.: Technologia i automatyzacja montaŜu maszyn. Oficyna Wydawnicza
Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2000.
Koch T.: Systemy zrobotyzowanego montaŜu. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław
2006.
Świć A., Taranenko W.: Projektowanie technologiczne elastycznych systemów produkcyjnych. Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2003.
__________________
Dr inŜ. Wojciech Babirecki jest pracownikiem Instytutu
Informatyki i Zarządzania Produkcją Uniwersytetu Zielonogórskiego, e-mail: [email protected].
ciąg dalszy ze str. 14
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Metody
automatycznej,
nieniszczącej
kontroli
porowatych materiałów wyrobów przed montaŜem.
Porównanie jakości warstwy wierzchniej uzębień kół
zębatych po obróbce elektroerozyjnej i skrawaniem.
Problemy zapewnienia odporności na zuŜycie warstwy wierzchniej części zespołów tarciowych.
Obliczanie
przemieszczania
materiałów
przy
regeneracji za pomocą profilowego nagniatania tulejek przekładni przegubowych.
Regeneracja zdeformowanych wałów okrętowych za
pomocą
termomechanicznego
prostowania
z uwzględnieniem pełzania.
Międzynarodowe Naukowo-Techniczne Seminarium
„Współczesne technologie montaŜu”.
Opracował: Jerzy Łunarski
ASSEMBLY AUTOMATION 2/2008
VOLUME 28 ISSUE 2
Wydanie specjalne: MontaŜ modułowy
Wybrane artykuły
A continuing lean journey: an electronic manufacturer's adopting of Kanban.
18
Ciągły proces odchudzania: adaptacja systemu Kanban w przedsiębiorstwach branŜy elektronicznej.
W artykule dokonano oceny wprowadzenia metody sterowania produkcją Kanban w procesach wytwarzania produktów elektronicznych w zakładach w Wielkiej Brytanii.
W części wstępnej opisano czynniki kulturowe i powody
przemawiające za adaptacją systemu Kanban, szczegółowo wyjaśniono jego działanie i przytoczono korzyści
uzyskiwane na skutek wprowadzonych zmian. Na podstawie uzyskanych doświadczeń z poprzednich wdroŜeń
przemysłowych metody Kanban zastosowano adaptację
etapową, a do końcowego wdroŜenia dochodzono stopniowo pod kontrolą systemu elektronicznego. Proces ten
wdraŜano z duŜym zaangaŜowaniem pracowników
i szkoleniem uwzględniającym aspekty kulturowe. Takie
„wpasowanie” systemu spowodowało oczekiwaną redukcję pracochłonności wytwarzania i kosztów zapasów. Po
wykorzystaniu metody Kanban, dla zyskania lepszej wewnętrznej stabilności produkcji, w następnym kroku zaplanowano wdroŜenie systemu na zewnątrz. W części
końcowej artykułu wyjaśniono, jak działa nowy system
w przedsiębiorstwie oraz przedstawiono szereg obserwacji i szczegółowych spostrzeŜeń z działania elektronicznego systemu Kanban, wskazując zaplanowane kroki
ewolucji systemu.
ciąg dalszy – str. 23