Унификация и агрегатно-модульный принцип создания оборудования

Согласно ГОСТ 23945.0—80 унификация изделий — приведение изделий к единообразию на основе установления рационального числа их разновидностей. Основными целями унификации в машиностроении являются: сокращение сроков разработки и улучшение качества, а также снижение затрат на разработку, изготовление и эксплуатацию изделий. В результате проведения унификации становится возможным многократное применение одних и тех же сборочных единиц, деталей, а также их конструктивных элементов (размеров, посадок, резьб), марок и сортамента материалов, термообработки, шероховатости поверхности и т. д.

В сварочном производстве особое значение имеет унификация присоединительных элементов и размеров деталей и узлов сварочного оборудования, заменяемым в процессе эксплуатации, к которым относятся: кассетные устройства и катушки для сварочной проволоки; подающие ролики, шланги с горелками сварочных полуавтоматов; сопла, токоподводящие наконечники аппаратов для дуговой сварки; электроды, ролики, электрододержатели машин для контактной сварки; токовые разъемы силовых цепей и цепей управления; газовые и водяные разъемы и т. д.

Унификация сборочных единиц и деталей может быть внутренней (в пределах данного изделия), групповой (в пределах гаммы оборудования общего технологического назначения) и внешней (заимствование деталей и сборочных единиц из изделий другого назначения). Наибольший экономический эффект дает применение серийно изготовляемых сборочных единиц и агрегатов — это высшая степень внешней унификации. Предпосылкой для унификации является типизация — сокращение числа схемных, компоновочных и конструктивных решений и технологических процессов на основе общих для ряда изделий и процессов технических характеристик.

На основе унификации получило развитие агрегатирование — метод конструирования машин, приборов и других изделий из унифицированных и стандартных деталей и агрегатов (из модулей). Агрегатирование представляет собой структурно-переменный синтез машин, при котором решение новой задачи обеспечивается изменением структуры машины, а именно: пространственного положения отдельных модулей, их количества и номенклатуры, а также способов соединения.

Унификация и агрегатирование позволяют на основе базовой модели создавать варианты изделия с расширенными, суженными или измененными функциями. Так, оснащение шлангового полуавтомата ПШ107В дополнительными блоками питания и управления позволяет создать модели для различных вариантов сварки плавящимся электродом в среде защитных газов в различных условиях (табл. 2.1). Унификация и агрегатирование неразрывно связаны с рациональным членением оборудования на модули, что позволяет оперативно создавать новые и модифицированные конструкции из отработанных надежных унифицированных модулей с добавлением необходимых новых (в том числе немодульных) составных частей [6].

2.1. Гамма унифицированных сварочных полуавтоматов на основе базового комплекта устройств полуавтомата ПШ107В

¹Для ручной сварки от трансформатора.

Примечание. Буква К в обозначении модели полуавтомата отражает однокнопочное управление с координацией режимов сварки.

Повышение уровня унификации и перенесение центра тяжести разработок нового сварочного оборудования на методы агрегатирования — путь решения задач по созданию оборудования для механизированной дуговой сварки и наплавки [11, 14]. Для развития сварочного оборудования наиболее перспективно создание комплекта модульных технических средств для отдельного вида сварки (дуговой, контактной, электронно-лучевой и др.), которые должны предусматривать возможность создания основных модулей и исполнения сварочного оборудования из этого комплекта. Рационально построенный комплект обеспечивает возможность расширения (наращивания) номенклатуры модулей, обновления отдельных технических средств на основе новых технических решений и совершенствуемой элементной базы без нарушения основных идей и целостности комплекта с сохранением возможности использования ранее разработанных модулей.

Комплект модулей для создания различных модификаций аппаратуры для дуговой сварки представлен на рис. 2.2. Выбор принципа членения на модули определяется тем, какие из предъявляемых к оборудованию требований являются определяющими. Например, членение на модули манипуляционных систем сварочных роботов возможно по принципу: один модуль — одна координата. Такое членение отвечает требованию: наибольшее разнообразие компоновок и габаритных размеров обслуживаемого пространства при наименьшем числе возможно более простых модулей.

Рис. 2.2. Состав комплекта модулей аппаратуры для дуговой сварки

Следует отметить, что ориентация только на модульный принцип создания технологических машин в определенном смысле сковывает развитие новых технических решений. В ряде случаев слепое следование идее агрегатирования с использованием лишь унифицированных деталей слабо интегрированной элементной базы и простых однофункциональных модулей приводит к созданию конструкций неоптимальных по массе, размерам, эстетическим и эргономическим показателям, жесткости, потребляемой мощности, надежности, стоимости, общей трудоемкости изготовления, сборки и отладки. Это связано, главным образом, с чрезмерным дроблением целого на модульные части и вытекающим из этого излишним числом механических соединений и электрических разъемов. Принцип модульности может оказаться невыгодным, прежде всего, для потребителя. С развитием соответствующих областей техники появляется тенденция объединения функций нескольких модулей в одном более высокого уровня, вплоть до отказа от членения изделия на функционально и конструктивно разделимые части. В качестве примеров из различных отраслей техники можно привести большие интегральные схемы (БИС), однокристальные ЭВМ, электродвигатели с встроенными тормозами и датчиками положения, объемные блоки в строительстве и судостроении и др. Все более широкое применение находят пяти- и шестикоординатные сварочные роботы функционально неделимой конструкции с угловой системой координат и сравнительно небольшое использование в мировой практике имеют модульные четырех- и пятикоординатные манипуляторы сварочного инструмента с программным управлением.

Унификация и агрегатирование сварочного оборудования должны базироваться на разработке параметрических и размерных рядов этого оборудования. В качестве главного параметра разрабатываемых автоматов, полуавтоматов, источников сварочного тока для дуговой сварки принята сила тока: параметрические ряды предусматривают градацию этого параметра.