多成分組立工程の備品の設計

多成分アセンブリプロセスのための備品の設計は、直接製造スループット、寸法の一貫性、およびオペレータの安全に影響を与える戦略的エンジニアリングの規準です。備品は、アセンブリ操作中に精密な方向にワークを見つける、サポート、および保持するように設計されたカスタムまたはモジュラーツーリングシステムです。製品は、電子機器、機械部品、複合材料を統合するより複雑に成長するので、インテリジェントで適応可能なフィクスチャの設計は、決して高まっていない。

現代組立の備品の役割

備品は、あらゆる組立ステーションの物理的基盤として機能します。部品の動きを排除し、厳密な直線を維持することによって、それらは人間の間違いを減らし、反復性を高めます。複数のコンポーネントアセンブリでは、部品が正しくインターフェイスしなければならない、よく設計された備品は、スクラップパイと欠陥のない製品のストリームの違いを意味することができます。現代の備品は、セットアップ時間を短縮し、製品変形間の迅速な変化を有効にすることによって、リーン製造の原則をサポートします。

シンプルな保持を超えて、今日の固定は、多くの場合、センサー、アクチュエータ、および品質システムに戻ってフィードのダタムを統合します。このシフトは、すべてのアセンブリステップが監視され、最適化された業界 4.0 目標と整列します。

フィクスチャーデザインの基礎原則

あらゆる備品の設計プロジェクトは、これらのコア・ゴールから始まります。

[ 精度:]] 固定具は、多くの場合、精密アセンブリのためのマイクロメートル範囲内の各コンポーネントを見つける必要があります。
] 応答性:[]] 同一位置は、数千サイクルにわたって、各ユニットごとに達成する必要があります。
アクセシビリティ:[]] ローディング、クランプ、アンロードは、サイクル時間とオペレータの疲労を最小限に抑えるために直感的で人間工学的であるべきである。
剛性:]]] 締付物は、締付力と組立荷重を損傷することなく、脱flectionに抵抗しなければなりません。
柔軟性:] 調整可能なまたはモジュラー機能により、コンポーネントのサイズや設計変更のバリエーションを処理するための同じフィクスチャが使用できます。

これらの原則は独立性です。例えば、剛性が増加するにつれて、アクセシビリティに影響を及ぼす可能性がある重みが増加します。トレードオフは、慎重な分析によって評価されなければなりません。

複合部品組立用備品の種類

備品の設計は、製品ジオメトリ、生産量、アセンブリ方法に基づいて広く異なります。一般的なカテゴリには、

専用備品

単品や一部家族向けにオーダーメイド。高精度・再現性が高まり、変更が要します。大量生産、大量生産に最適。

モジュラー備品

標準化されたコンポーネント(tスロットプレート、ロケータ、クランプ)から構築されています。これらは、さまざまなアセンブリで素早く再構成でき、中規模または高混合生産のためのツーリングコストを削減できます。 [] フレキシブルフィクスチャーズ社のようなサプライヤーから、モジュラー固定システム[を高速に再構成できます。

自動備品

ロボットワークセルまたは自動組立ラインに組み込まれています。これらは、空気圧または油圧クランプ、ビジョンアライメント、およびパワーフィードバックセンサーを含む場合があります。これらの備品は、高速、無人操作に不可欠です。

インデックス化とロータリフィックス

複数のワークフェイスや位置をオペレータやロボットに提示するために使用される。それらは、手動のリポジションなしで複数の側面のアセンブリを可能にすることによって、サイクルタイムを改善します。

多成分アセンブリのためのキーデザイン検討

素材選定

据え付け品材料は強さ、重量、耐久性、費用および熱安定性のバランスをとらなければなりません。共通の選択は下記のものを含んでいます:

アルミニウム:]]軽量で強度が大きい、優れた加工性。低〜中程度の備品に適しています。
]鋼(工具鋼、硬質クロム):[]] 高耐摩耗性と剛性; 繰り返しクランプが変形を引き起こすことはありません高容積生産に使用される。
複合材料(炭素繊維、エポキシ花崗岩):[]]]非常に高い減衰と低熱膨張。光学や半導体デバイスなどの敏感なコンポーネントの精密アセンブリに最適です。
[3Dプリントポリマーまたは金属:[]]は、複雑な内部冷却チャネル、軽量格子構造、および備品の幾何学の迅速な試作を可能にします。 []]]備品の添加剤製造[]は、低ボリューム、高複雑化アプリケーションで牽引を得る。

戦略のクランプとロッキング

原則を置く3-2-1は標準です:第一次平面、2を制約するために2つのピンは1つの二次、および3番目の方向を制約します。複数のコンポーネントのアセンブリのために、複数の参照ポイントとネストされた配置方式を必要とするかもしれません。クランプ力は、ワークを歪めることなく適用されなければなりません。フローティングクランプまたは手動繰り返しトルクツールを使用して一貫性を確保してください。

人間工学的およびオペレータ安全

オペレータは、後方姿勢や過度の力なしで部品をロードおよびアンロードすることができるはずです。視覚キュー(カラーコーディング、レーザーライン)と触覚ガイド(チャムファー、リードイン)による設計フィクスチャは、トレーニングをスピードアップし、エラーを減らすことができます。抗疲労マットと調整可能な高さスタンドは、ワークセルに統合されています。

アセンブリオートメーションとの統合

フィクスチャーが自動化されたラインの一部である場合、ロボット、搬送システム、センサーとインターフェイスする必要があります。主な考慮事項は次のとおりです。

]ロボット登録(ファイズ、ハードストップ)のDatum機能[]。
[] クランプ、センサー、ビジョンシステム用の空気圧または電気接続[。
クイックチェンジアダプタープレート]をロボットセルの内外に備品を交換します。
安全規格に準拠] (例:ロボティクス用ISO10218)

設計プロセス:コンセプトから制作まで

1. 組立要件の分析

製品設計データ、アセンブリシーケンス、許容範囲、および必要なスループットを収集することによって開始します。重要な寸法と潜在的な干渉ポイントを特定します。 DFM(製造のための設計)レビューを使用して、部分の向きを簡素化し、ユニークなフィクスチャの数を減らすことができます。

2. コンセプトデザインとレイアウト

SolidWorks や CATIA などの CAD ソフトウェアを使用して、フィクスチャーの 3D レイアウトを作成します。ワークピースをモデル化し、ポイントの配置と位置のクランプを定義します。マニュアルや自動ツールのアクセシビリティを評価します。複数のコンセプトを生成し、コスト、サイクルタイム、柔軟性などの基準からそれらを評価します。

3. 有限要素分析(FEA)

クランプとアセンブリの力を模倣し、フィクスチャーが許容限界を超えてはっきりと防ぐことを確実にします。 FEAは、材料の疲労を予測し、肋骨や厚さを変更するための場所を示すことができます。このステップは、航空宇宙や医療機器アセンブリなどの高精度なアプリケーションで使用される備品にとって重要です。

4. 試作・検証

試作用フィクスチャを添加した製造やCNC加工で造る。実際の部品でテストする。CMMやレーザートラッカーを使用して位置精度を測定する。テスト結果に基づいて設計を反復する。高域環境では、生産ツーリングにコミットする前に複数のプロトタイプサイクルが一般的である。

5. 生産の実装とトレーニング

備品の設計を文書化します。, 素材の手書き, アセンブリの指示, メンテナンススケジュール. トレーナーのオペレータとプロセス内検証チェックを設定. 固定具のパフォーマンスを監視し、継続的に改善のためのデータを収集.

高度なトピック: スマートフィクスチャと適応ツール

感覚統合

組込みセンサー(例えば、近接、力、温度)は、クランプ力、部分の存在、摩耗を監視できます。このデータは、品質管理システムに供給し、予測的なメンテナンスを可能にします。例えば、段階的な力低下を検出する備品は、それが不整列を引き起こす前に、オペレータに警告することができます。

適応性と自己構成の備品

再構成可能なツーリングの研究には、異なる部分形状、形状記憶合金の備品、およびビジョンガイド型のロボット再構成を調整する電動ピン配列が含まれます。それでも新興国では、これらの技術は、高混合環境の秒間変化時間を削減することを約束します。

スマート固定の優れたリファレンスは、]の作業です。オートレギュレーションシステムのレビューは、アセンブリの適応備品に関する (2021)。

一般的な落札とテムを避ける方法

ワークのオーバーコントレイン: 必要に応じて、より多くのロケータを使用して避けてください。部品の変形やアセンブリのストレスを引き起こす可能性があります。追加制約が正当化されていない場合は、3-2-1ルールに貼り付けます。
]熱影響を無視する:[金属備品とワークピースは、異なる温度で異なる拡張することができます。精密アセンブリでは、一定の温度室または補償材料を使用して検討してください。
[] オペレーターの人間工学:[]] は、高速で物理的な要求が厳しい備品は、怪我や品質漂流につながる。設計レビューでオペレータを常に関与します。
:着の下方:[]]] 高機能備品は、接触ポイントを硬化させ、交換可能な摩耗インサートが必要です。開始からメンテナンスを計画します。
:を標準化する失敗] ベンダー固有のコンポーネントのミックスを使用して、スペアとトレーニングを複雑にします。可能なモジュラーキットで標準化します。

事例:自動車ドア組立備品再設計

タイヤ1サプライヤーは、車のドアモジュール(窓調整装置、配線、健全な絶縁材を含む)のアセンブリの間に問題を詰め込むに直面しました。既存の備品は、規制当局の誤差を引き起こし、8%の作業を引き起こしました。再設計は、異なる車モデルのためのクイックチェンジロケータを備えたモジュラーアルミニウム押出ベースを導入しました。空気トグルクランプは、手動スクリュークランプを交換し、サイクル時間を30%削減しました。 FEAは、サポートブリッジの配置を最適化するために使用され、その結果を40%削減します。切断は、短時間と短時間で、短時間でモデルを変更します。

コンテンツ

複数のコンポーネントアセンブリプロセスのためのフィクスチャの設計は、厳しいが、エンジニアリングのタスクをやりがいしています。成功したフィクスチャは、コストと時間の制約を尊重しながら、精度、反復性、柔軟性のバランスをとっています。モジュラー設計、高度な材料、スマートセンサーの統合を取り入れることで、メーカーは、わずか10年前に考えられないアセンブリ性能を達成することができます。製品の複雑性が上昇し続けているように、フィクスチャーデザイナーの役割は、戦略的重要性で成長します。競争力のある品質の成長を、今日の配当を投資し、品質と優位性を向上します。

フィクスチャーの設計原則とベストプラクティスをさらに読み込むには、]のSMEの記事を、フィクスチャーの設計基本]にチェックしてアセンブリフィクスチャーの設計をガイドします。