Analiza jakości konstrukcji uchwytów

Transkrypt

1 Adam Barylski * Analiza jakości konstrukcji uchwytów Wstęp Do podstawowych przesłanek technologiczności konstrukcji oprzyrządowania przedmiotowego należy zmniejszenie zużycia materiałów, zastosowanie odpowiednich metod kontroli, zapewnienie wymaganej dokładności wykonania oraz uwarunkowania w zakresie normalizacji i unifikacji. Ważne są też przesłanki eksploatacyjne, między innymi stabilność funkcjonowania, łatwość obsługi i remontu, czy stosowalność części zamiennych. Oczywistym jest, iż ten sam zakres funkcjonalny wyrobu (oprzyrządowania) może być zrealizowany przez różne rozwiązania konstrukcyjne, a następnie technologiczne, głównie ze względu na ich zróżnicowaną pracochłonność, materiałochłonność i koszty [Feld, 2000; Kasprzyk, 1996]. Najczęściej, technologiczność konstrukcji ocenia się w sposób opisowy. Wymaga to od technologa dużej wiedzy specjalistycznej, zaś subiektywny charakter takiej oceny determinuje potrzebę określenia ujednoliconych metod postępowania [Kolman, 1984]. Zbiorczym kryterium oceny technologiczności konstrukcji może być koszt całkowity, czas przygotowania wyrobu, jak i samej produkcji, lub umowne kryterium kompleksowe. W praktyce kryterium czasu lub kosztu jest trudne do zastosowania, szczególnie w przypadkach oprzyrządowania specjalistycznego (wytwarzanego w skali jednostkowej) [Żurek, 1984]. Znanych jest kilka sposobów ilościowej oceny technologiczności konstrukcji, jak: ocena punktowa (wymaga dużego doświadczenia) [Skarbinski, 1977; Żurek, 1984], analiza wartości [Skarbiński, 1977], ilościowe określenie poziomu nowoczesności [Kolman, 1976], analiza kwalitonomiczna [Kolman,1984], metoda wskaźnikowa (tzw. obliczeń inżynierskich) [Armirov, 1985; Barylski, 1992; Samek, 1976]. Celem pracy była próba wykorzystania metody wskaźnikowej do oceny jakości konstrukcji oprzyrządowania przedmiotowego, na przykładzie uchwytów frezarskich. Ten sposób podejścia do oceny ilościowej tech- * Prof. ndzw. PG dr hab. inż., Katedra Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji, Wydział Mechaniczny, Politechnika Gdańska, abarylsk@pg.gda.pl

2 346 Adam Barylski nologiczności uchwytów przedmiotowych przedstawiono w niniejszym artykule. 1. Analizowane konstrukcje uchwytów Przedmiotem obrabianym w analizowanym przykładzie jest dźwignia z żeliwa sferoidalnego EN-GJS (rysunek 1). Proces technologiczny części składa się z czterech operacji: 1- wykonanie bazy obróbkowej (w jednym zamocowaniu na frezarce pionowej), 2- frezowanie powierzchni płaskich oraz wiercenie i gwintowanie otworów (w dwóch pozycjach na centrum obróbkowym), 3- frezowanie powierzchni i wykonanie otworów (w trzech pozycjach na centrum obróbkowym), 4- szlifowanie rowka (na szlifierce do płaszczyzn) [Pająk, 2003]. Analizę technologiczności przeprowadzono na przykładzie operacji nr 3. Opracowano trzy warianty konstrukcyjne uchwytów przedmiotowych [Pająk, 2003]. Rysunek 1. Rysunek wykonawczy przedmiotu obrabianego 1.1. Wersja konstrukcyjna uchwytu nr 1 Przedmiot obrabiany ustalony jest na dwóch płytkach oporowych 3. Pozostałe stopnie swobody odebrane są przez dwa kołki oporowe 5 i kołek ustalający ścięty 7 (rysunek 2). Płytki 3 zamocowane są do podstawy uchwytu 1 śrubami 19. Kołki 5 osadzone są w kostkach 4 skręconych z

3 Analiza jakości konstrukcji uchwytów 347 płytą 1 śrubami 18. Kołek 7, osadzony jest w tulei 8, która jest wciśnięta w płytę 1. Przedmiot mocowany jest łapą 2 (ponadto: nakrętka 9, śruba dwustronna 13, przeciwnakrętka 15, sprężyna 12, podkładka kulista 10 i stożkowa 11, kołek oporowy łapy 16, podkładka 14). Uchwyt ustalony jest na palecie wpustami 16 i zamocowany śrubami 17. Rysunek 2. Konstrukcja uchwytu nr Wersja konstrukcyjna uchwytu nr 2 W tym uchwycie (rysunek 3) przedmiot ustalony jest na płytce oporowej 9 (zamocowanej śrubami 10 do podstawy 1), kołku 8 i przez płytę oporową 3. Kołek 8 osadzony jest w tulei 6. Płytę 3 wzmacniają wsporniki 2. Elementami mocującymi są stopki 5, połączone z łapą dociskową 4 za pomocą sworznia 16 (ponadto występuje kołek oporowy łapy 7). Nakrętka 14 osadzona jest na śrubie 12 (skontrowana przeciwnakrętką 13). Uchwyt ustalają wpusty 11.

4 348 Adam Barylski Rysunek 3. Konstrukcja uchwytu nr Wersja konstrukcyjna uchwytu nr 3 W tej wersji uchwytu (rysunek 4) elementami ustalającymi są: płytka oporowa 5, kołek oporowy 7 i ustalający 9 (osadzony w tulei 10). Płytka 5 zamocowana jest do płyty 1 śrubami 21. Kołek 7 wciśnięty jest w kostkę 6 (mocowana śrubą 20 do płyty 1). Przedmiot mocuje łapa 2 (ponadto: mimośród 15, rękojeść 16, sworzeń 17, śruba 11, dwie nakrętki 12, sprężyna 19, podkładka wypukła 13 i stożkowa 14, płyta oporowa mimośrodu 3 mocowana śrubami 20). Uchwyt na palecie ustalają wpusty 8. Rysunek 4. Konstrukcja uchwytu nr 3

5 Analiza jakości konstrukcji uchwytów Kryteria oceny i wyniki analizy Do oceny technologiczności konstrukcji uchwytów obróbkowych zastosowano zespół kryteriów Wti (zobacz tablica 1) [Amirov, 1985; Kolman, 1984; Samek, 1976] Poszczególne wielkości użyte do obliczeń i podane w tablicy 1 oznaczają: a1 - współczynnik zależny od wielkości przedmiotu obrabianego, wg [Samek, 1976], a2 - współczynnik sposobu ustalenia, wg [Samek, 1976], a3 - współczynnik zależny od liczby ustalanych przedmiotów w uchwycie, wg [Samek,1976], a4 - współczynnik liczby pozycji przedmiotu, wg [Samek, 1976], a5 - współczynnik złożoności mocowania, wg [Samek, 1976], a6 - współczynnik występowania elementów prowadzących narzędzia, wg [Samek, 1976], a7 - współczynnik dokładności obróbki w uchwycie, wg [Samek, 1976], Nobr - liczba obrabianych powierzchni elementów uchwytu, Nc - sumaryczna liczba powierzchni, GN - masa elementu uchwytu po obróbce, GB - masa półfabrykatu elementu uchwytu, Kdi - wskaźnik średniej dokładności wymiaru, wg [Kolman, 1984], mi - masa elementu, wg [Amirov, 1985], mmax - masa największego elementu, wg [Amirov, 1985], δw - dokładność wykonania, wg [Amirov, 1985], Tmo- tolerancja montażowa, wg [Amirov, 1985], E- liczba jednostek montażowych, D- liczba elementów w uchwycie, Ez- liczba jednostek znormalizowanych, wg [Skarbiński, 1977], Dz- liczba części znormalizowanych i nie zaliczonych do Ez, wg [Skarbiński, 1977], Mi- sumaryczna masa danego materiału, M- ogólna masa uchwytu, l- liczba dostępnych części składowych, wg [Skarbiński, 1977], L- liczba elementów w uchwycie, Ln- liczba nazw części składowych.

6 350 Adam Barylski Tablica 1. Przyjęte kryteria oceny technologiczności konstrukcji Nazwa kryterium Określenie wagi ui złożoności konstrukcji udziału powierzchni obrabianych ubytku masy elementów pracochłonności obróbki chropowatości powierzchni Wt1= [1- (a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7)]/145 0,9 Wt2=1-Nobr/Nc 0,6 Wt3=GN/GB 0,7 Wt4=0,125(Kdi-5)+0,2 0,7 Wt5, wg [Kolman,1984] 0,7 obrabialności Wt6, wg [Kolman,1984] 0,3 udziału zewnętrznego montażu Wt7=Σ(mi/l mmax) 0,7 podziału tolerancji między obróbką Wt8=1-δw/Tmo 0,5 i montażem składalności Wt9=E/(E+D) 0,6 stosowania znormalizowanych Wt10=(Ez+Dz)/(E+D) 0,8 części składowych stosowania jednostek montażowych Wt11=Ez/E 0,9 stosowania części znormalizowanych Wt12=Dz/D 0,9 stosowania materiałów Wt13=Mi/M 0,3 stosowania standardowych Wt14=l/L 0,3 elementów konstrukcyjnych powtarzalności części Wt15=1-Ln/(E+D) 0,5 Na rysunku 5 podano wyznaczone wartości liczbowe wskaźników dla uchwytu nr 1, 2 i 3, z wykorzystaniem przyjętego współczynnika ważności ui (zobacz tablica 1). Wartość sumaryczną wskaźnika technologiczności konstrukcji obliczono jako Qj= ΣWtiui/Σui i wynosi odpowiednio: dla

7 Analiza jakości konstrukcji uchwytów 351 uchwytu nr1: Q1 = 0,618, uchwytu nr2: Q2 = 0,609 i uchwytu nr3: Q3 = 0,621. Rysunek 5. Wartości wskaźników technologiczności konstrukcji analizowanych uchwytów (nr1, nr2 i nr3) Wartość 0,9 0,8 0,7 0,6 nr 1 nr 2 nr 3 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Nr kryterium Zakończenie W wyniku przeprowadzonej analizy najwyższą ocenę uzyskał uchwyt nr 3 (Q = 0,621). Na wynik ten miała przede wszystkim wpływ liczność w konstrukcji elementów znormalizowanych. Przedstawiony sposób oceny jest szczególnie przydatny na wstępnym etapie projektowania, zaś lista kryteriów może zostać w przyszłości ograniczona - do takich, które są zarówno mierzalne, jak i łatwe do obliczenia na danym etapie projektowania. Metodyka zastosowana w pracy może być wykorzystana w różnych aspektach, m.in. w analizach związanych z szeroko pojętą inżynierią mechaniczną, a także w ocenie wielu zagadnień towaroznawstwa i zarządzania jakością.

8 352 Adam Barylski Literatura 1. Amirov Ju. B. (1985), Technologičnost konstrukcji izdelij, Mašinostrojenie, Moskwa. 2. Barylski A.(1992), Metody i kryteria oceny technologiczności konstrukcji oprzyrządowania, Materiały IV Krajowej Konferencji Oprzyrządowanie obróbki skrawaniem. Konstrukcja. Technologia. Marketing, Białystok. 3. Feld M. (2000), Podstawy projektowania procesów technologicznych typowych części maszyn, WNT, Warszawa. 4. Kasprzyk S. (1996), Analiza technologiczności konstrukcji wyrobu, Mechanik, nr Kolman R. (1976), Ilościowe określenie poziomu nowoczesności projektów, Przegląd Mechaniczny, nr Kolman R. (1984), Problematyka ilościowego określenia technologiczności konstrukcji części maszyn, Politechnika Gdańska, Zesz. Nauk, nr 378, Gdańsk. 7. Pająk T. (2003), Ilościowa analiza technologiczności konstrukcji uchwytów specjalnych, Politechnika Gdańska, Wydz. Mech., Katedra TMiAP, praca dyplomowa prowadzący A. Barylski, Gdańsk. 8. Samek A. (1976), Projektowanie oprzyrządowania technologicznego, PWN, Warszawa. 9. Skarbiński M.(1977), Technologiczność konstrukcji maszyn, WNT, Warszawa. 10. Żurek J. (1989), Problematyka technologiczności konstrukcji w budowie maszyn, Pol. Poz., Rozprawy nr 219, Poznań. 11. Żurek J. (1984), Problemy określenia technologiczności rozwiązań konstrukcyjno-projektowych, Komisja Technologii Budowy Maszyn, PAN, zeszyt nr 3/a, Poznań. Streszczenie W pracy przedstawiono sposób ilościowej oceny technologiczności konstrukcji uchwytów obróbkowych. Analizę szczegółową przeprowadzono na przykładzie zaprojektowanego oprzyrządowania do obróbki części klasy dźwignia na centrum obróbkowym. Słowa kluczowe uchwyt przedmiotowy, technologiczność konstrukcji, kryteria Analysis of quality of workholder (Summary) There was performed an analysis of producibility of fixture. A part from that, here was defined indexes of quantitative analysis of producibility. There

9 Analiza jakości konstrukcji uchwytów 353 was pointed on significance of accept criterions specially at entry phase of designing. Keywords fixtures, producibility, criterions