整機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)分析

1、整機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)分析作者：信息產(chǎn)業(yè)部電子第 20 研究所 張愛平1 前言1.1 裝配的概念 裝配是按規(guī)定的技術(shù)要求，將零件或部件進(jìn)行配合和聯(lián)系，使之成為半成品或成品的工藝 過程。整機(jī)裝配是生產(chǎn)過程中的最后一個(gè)階段，它包括裝配、調(diào)整、檢驗(yàn)和試驗(yàn)等工作， 且產(chǎn)品的最終質(zhì)量由裝配保證。產(chǎn)品的質(zhì)量是以產(chǎn)品的工作性能，使用效果和壽命等綜合指標(biāo)來評(píng)定的。為保證產(chǎn)品的質(zhì) 量，對(duì)產(chǎn)品提出了若干項(xiàng)裝配要求，這些裝配要求應(yīng)當(dāng)在裝配過程中予以保證。所謂裝配 精度，就是產(chǎn)品裝配后的實(shí)際幾何參數(shù)、工作性能等參數(shù)與理想幾何參數(shù)、工作性能等參 數(shù)的符合程度，即主要指各個(gè)相關(guān)零件配合面之間的位置精度，包括配合面之間為間隙或

2、過盈的相對(duì)位置，以及由于裝配中零件配合面形狀的改變而需計(jì)及的形狀精度和微觀幾何 精度 （如接觸面的大小和接觸點(diǎn)的分布 ）。1.2 問題的提出 在產(chǎn)品逐級(jí)裝配這一復(fù)雜的制造過程中，裝配工藝設(shè)計(jì)怎樣才能發(fā)揮其指導(dǎo)生產(chǎn)的作用 呢？傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式是按設(shè)計(jì)目錄 （物料名細(xì)表 ）來組織生產(chǎn)的。 而且從現(xiàn)行的設(shè)計(jì)、 工藝文件分 析，所謂的物料名細(xì)表只能說明裝配所需的物、料，沒有表示物料需求的先后順序。所以 對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)計(jì)劃沒有起到應(yīng)有的作用，不能完全反映整個(gè)產(chǎn)品的裝配結(jié)構(gòu)、層次、順序以 及所需物料的數(shù)量?，F(xiàn)今國際上的技術(shù)發(fā)達(dá)國家如美國、日本等已經(jīng)提出了制造業(yè)中優(yōu)化 生產(chǎn)計(jì)劃的根本思想 按需求來組織生產(chǎn)，值得我

3、們借鑒。這種需求不僅是用戶的最終 需求，還包括制造過程中加工、裝配各工序間的需求。需求計(jì)劃一般以周為單位，甚至可 落實(shí)到以天為單位。它改變了傳統(tǒng)的以庫存控制法來組織生產(chǎn)的方式，九十年代美國把這 一系列思想方法總結(jié)為精益生產(chǎn)方式。 要按“需求”的方式組織生產(chǎn)，就必須弄清楚整個(gè)裝配過程中的 “需求 ”是什么？即什么時(shí)間、 需要什么物料，數(shù)量多少。這樣才能進(jìn)一步推導(dǎo)出什么時(shí)間加工、什么時(shí)間制造毛坯等等。 而裝配過程中的物料需求正是裝配工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一。可見，一個(gè)復(fù)雜產(chǎn)品的裝配 不但要有嚴(yán)格的工藝要求，而且與企業(yè)的生產(chǎn)組織、裝配工藝裝備、工人的技術(shù)水平等有 關(guān)，否則不能保證裝配的質(zhì)量和按期完成產(chǎn)

4、品的裝配。從裝配周期分析，較復(fù)雜的產(chǎn)品裝 配需要一個(gè)月到幾個(gè)月、一年甚至更多的時(shí)間才能完成，所以其裝配過程中的零部件等（物料）的需求也是陸續(xù)的，應(yīng)按照裝配工藝的要求提供，否則不是停工待料，就是物料積壓。 所以改善當(dāng)前拖拉的生產(chǎn)現(xiàn)狀，應(yīng)先從總裝配開始安排生產(chǎn)計(jì)劃，從下道工序向上道工序 發(fā)出需求指令 （看板管理的形式 ），形成 “拉動(dòng) ”的生產(chǎn)方式。分析這一拉動(dòng)過程，就是研究生 產(chǎn)過程中的物料需求，這一需求正是首先由裝配工藝設(shè)計(jì)確定?？梢姼母铿F(xiàn)行的裝配工藝 文件與設(shè)計(jì)的內(nèi)容，成了改革計(jì)劃管理、使我所由粗放型發(fā)展到集約型的一個(gè)重要環(huán)節(jié)， 也是使先進(jìn)的工藝設(shè)計(jì)發(fā)揮作用，獲得應(yīng)有效益的關(guān)鍵。2復(fù)雜系統(tǒng)的

5、裝配工藝設(shè)計(jì)（以某雷達(dá)穩(wěn)定平臺(tái)為例）要想較好地完成一個(gè)產(chǎn)品的裝配工藝設(shè)計(jì)，首先應(yīng)從熟悉產(chǎn)品的工作性能、組成及要求入 手。2.1穩(wěn)定平臺(tái)的用途及工作原理穩(wěn)定平臺(tái)是為艦用搜索雷達(dá)提供了一個(gè)可消除船搖影響的安裝基座。穩(wěn)定平臺(tái)伺服系統(tǒng)是 由一個(gè)典型的位置隨動(dòng)系統(tǒng)，其輸入縱橫搖角速度信號(hào)以及橫搖的速度信號(hào)是由艦上平臺(tái) 羅經(jīng)供給的。利用該輸入信號(hào)去控制穩(wěn)定平臺(tái)，使穩(wěn)定平臺(tái)輸出一個(gè)與輸入信號(hào)幅值相等 且方向相反的角速度信號(hào)，從而克服船搖的影響，并在規(guī)定的搖擺條件及相對(duì)風(fēng)速條件下 保證所需要的復(fù)現(xiàn)精度。穩(wěn)定平臺(tái)伺服系統(tǒng)由穩(wěn)定平臺(tái)、伺服系統(tǒng)、方位變速控制箱等組成。它接收來自平臺(tái)羅徑 的船搖信號(hào)，將船搖信號(hào)變換為

6、直流功率放大信號(hào)，控制穩(wěn)定平臺(tái)的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使穩(wěn) 定平臺(tái)的天線旋轉(zhuǎn)軸與海平面相垂直。2.2穩(wěn)定平臺(tái)的組成和主要技術(shù)參數(shù)穩(wěn)定平臺(tái)主要由底座部分、支架、縱橫搖框架部分、同步裝置、方位傳動(dòng)裝置及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等上百個(gè)零部件組成。其中底座、支架、縱橫搖框架等為采用高強(qiáng)度鑄鋁合金70ss的鑄造件。整個(gè)雷達(dá)五個(gè)關(guān)鍵件中的三個(gè)：縱橫搖框架、方位旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)及柔輪均位于其中，另兩 個(gè)關(guān)鍵件一一支架、天線反射器裝于穩(wěn)定平臺(tái)的方位傳動(dòng)裝置上?？梢娝难b配質(zhì)量直接影響到整部雷達(dá)的工作性能。其結(jié)構(gòu)簡要示意圖如圖1所示。悄定平臺(tái)前焰愴藺圖(1) 穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)使用條件 (搖擺條件 )：橫搖縱搖3%保證度幅值 w± 20

7、% w± 10%角速度 w 9.6 ° /s w 8° /s角加速度 w 12° /s2 w 16.7° /s2角加加速度 w15.2° /s3 w34.9° /s3穩(wěn)定平臺(tái)在橫搖小于 ±25°，縱搖小于 ±20°時(shí)，平臺(tái)不被破壞；(2) 相對(duì)風(fēng)速小于 40m/s 風(fēng)速時(shí)，穩(wěn)定平臺(tái)保精度工作；小于 55m/s 風(fēng)速時(shí)，不損壞穩(wěn)定平臺(tái)；(3) 天線方位轉(zhuǎn)速工作于兩種轉(zhuǎn)速： 20r/min 、 40r/min ，轉(zhuǎn)速誤差 w 5%；(4) 穩(wěn)定平臺(tái)重量小于 400kg ，其中天饋線系統(tǒng)重量

8、為 50kg；(5) 穩(wěn)定平臺(tái)伺服系統(tǒng)在上述技術(shù)參數(shù)條件下，其復(fù)現(xiàn)精度縱橫搖分別測量， 均小于 0.5 °(峰值)；(6) 壽命為 4000 小時(shí)；(7) 連續(xù)工作時(shí)間為 24 小時(shí)；(8) 縱橫搖主軸軸心在空間的正交精度為0.02 ；(9) 縱橫搖的極限角度調(diào)整：縱搖±10°，橫搖±20°。其它如傳動(dòng)部分、齒輪齒隙的調(diào)整以及密封等另有要求。 要使穩(wěn)定平臺(tái)達(dá)到裝配精度，不能只依賴于提高零件的加工精度，在一定程度上必須依賴 于工藝技術(shù)的保證。2.3 裝配作業(yè)過程的分析 通常裝配工藝由零件裝入、以各種方式連接、各級(jí)部件裝配、總裝配等等一系列工序和操

9、 作組成。經(jīng)加工合格的零件，必要時(shí)在投入裝配前需做好各種準(zhǔn)備工作。在裝配過程中和裝配之后， 要通過檢測和調(diào)整以保證零部件的尺寸、形狀和位置關(guān)系。為保證這一切在裝配過程中應(yīng) 分層次、分單元進(jìn)行，尤其是穩(wěn)定平臺(tái)這樣的復(fù)雜產(chǎn)品。另外，不但要有嚴(yán)格的工藝技術(shù) 要求，還要有工藝順序要求。工藝的技術(shù)要求和裝配順序由裝配工藝過程卡提供。整機(jī)最多可以由四層裝配關(guān)系組成，最簡單的可能只有兩層組成。 (1 )每層可以由各種不同 的單元零件所組成； (2)上層裝配單元由下層單元及零件組成；(3) 產(chǎn)品的裝配過程，從最基本的裝配單元開始。裝配作業(yè)流程如圖 2 所示。分析上圖可知，最先投產(chǎn)的有：（1）生產(chǎn)周期較長的鑄造

10、件：如底座、支架、縱橫搖框架等; 外協(xié)件：如齒輪等；最下層（組件層）的單元件：如圖中所示的圓銷、蝸輪、軸套等；外購件：目前國內(nèi)市場不多見、購買周期長的元器件等。我們應(yīng)有理有序地組織生產(chǎn)和裝配，避免由于缺乏某個(gè)零部件影響組裝而導(dǎo)致生產(chǎn)周期被 拖延的現(xiàn)象發(fā)生。裝配的工藝配合法和工作組織形式是根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、零件大小、制造精度、生產(chǎn)規(guī)模等 因素來選擇的。工藝配合法與尺寸鏈的解算密切相關(guān)。選擇工藝配合法，需找出裝配的全 部尺寸鏈，結(jié)合設(shè)計(jì)要求和制造的經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)過合理的技術(shù)計(jì)算，把封閉環(huán)的公差值分配 給各組成環(huán)，確定各環(huán)的公差和極限尺寸。裝配的最終精度，從有關(guān)尺寸鏈的解算而獲得。 工藝配合法分為四種：（

11、1）互換裝配法；（2）選配法；（3 ）修配法；（4）調(diào)整法?；Q裝配法是在裝配時(shí)各配合零件不經(jīng)修理、選擇或調(diào)整即可達(dá)到裝配精度的方法。其實(shí) 質(zhì)就是用控制零件的加工誤差的方法來保證裝配精度。軍工所目前多為單件小批量生產(chǎn)方式，因而裝配中為保證質(zhì)量大多數(shù)選用互換裝配法。穩(wěn)定平臺(tái)中關(guān)鍵件縱橫搖的空間正交精度0.02mm，同軸度為0.03mm和0.04mm，就是靠加工予以保證的。重要件方位旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（轉(zhuǎn)動(dòng)部分波導(dǎo)管和固定部分波導(dǎo)管）中的主要精度尺寸，是經(jīng)兩部分波導(dǎo)裝配后，通過精心換算工藝尺寸鏈，靠加工予以保證的。其中尺寸鏈 的解算略。選配法是將尺寸鏈中組成環(huán)的公差放大到經(jīng)濟(jì)可行的程度，然后選擇合適的零件進(jìn)

12、行裝配,以保證規(guī)定的精度。它按形式不同可分為三類：直接選配法、分組選配法和復(fù)合選配法，如屏蔽罩等。修配法是在裝配時(shí)，根據(jù)實(shí)際測量的結(jié)果，改變尺寸鏈中某預(yù)定的修配件(修配環(huán) )的尺寸，使封閉環(huán)達(dá)到規(guī)定的裝配精度的方法。如波導(dǎo)管與法蘭盤、軸與軸承等的配合均采用此法。調(diào)整法是將尺寸鏈中組成環(huán)在按經(jīng)濟(jì)加工的加工精度確定公差時(shí)，選擇其中一個(gè)或幾個(gè)適 當(dāng)尺寸的調(diào)節(jié)件 (調(diào)節(jié)環(huán) ) 進(jìn)行調(diào)整， 來保證規(guī)定的裝配精度要求。 這種調(diào)整件可起到補(bǔ)償裝 配累積誤差的作用，故亦稱補(bǔ)償件。如偏心軸承套、軸承端蓋、鎖緊螺母等。2.4 裝配作業(yè)順序分析為了有效地完成裝配，必須做到：(1) 裝配結(jié)構(gòu)及裝配要求將產(chǎn)品進(jìn)行逐層分

13、解， 使產(chǎn)品逐層分解為能夠獨(dú)立進(jìn)行裝配的構(gòu)件， 直到不能分解為止；(2) 研究確定同一層各零部件的裝配順序；(3) 研究確定各個(gè)單元內(nèi)部各構(gòu)件的裝配順序。(1) 串聯(lián)尺寸鏈：以簡單、方便為原則安排裝配順序；(2) 并聯(lián)尺寸鏈：先安裝精度高的尺寸鏈，精度相同時(shí)，先裝對(duì)多數(shù)尺寸鏈?zhǔn)枪驳某叽珂?組成環(huán)所在的那個(gè)尺寸鏈；(3) 每個(gè)尺寸鏈裝配順序：應(yīng)先從基本尺寸鏈開始，先公共、后一般，先下后上，先內(nèi)后外， 先難后易，先重后輕，先精后一般的原則。(1) 裝配層次，先低層后高層進(jìn)行裝配；(2) 裝配層多的先裝；(3) 裝配復(fù)雜、精度高、時(shí)間長的最先裝。根據(jù)以上的分析和裝配順序的兩個(gè)原則，將穩(wěn)定平臺(tái)分解為

14、底座、支架、同步裝置、縱橫 搖框架、自動(dòng)鎖、水準(zhǔn)儀、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及接線裝置等零部件，而其中部件部分，如自動(dòng)鎖 又可分解為滑座、擋珠器、殼體、微動(dòng)開關(guān)、蝸輪、法蘭盤等幾十個(gè)零部件；組件部分如 蝸輪，又可以分解為圓銷、軸套和蝸輪三個(gè)零件。因此裝配時(shí)，應(yīng)先從最低層裝起，即先 裝配蝸輪，再按順序裝配自動(dòng)鎖，再裝配穩(wěn)定平臺(tái)。穩(wěn)定平臺(tái)的裝配又是從底座部分裝起， 按順序裝配支架部分、縱橫搖框架部分、同步裝置部分，然后組裝其它部分：自動(dòng)鎖、接 線裝置等。2.5 裝配工藝的設(shè)計(jì)方案根據(jù)以上的要求分析，裝配工藝技術(shù)文件由裝配系統(tǒng)圖、裝配名細(xì)表、裝配工藝過程卡和工序卡組成，見圖 3。陽 3裝配系統(tǒng)圖是用來表示系統(tǒng)內(nèi)各

15、獨(dú)立部分之間的關(guān)系的圖表。用系統(tǒng)圖的方式來描述裝配 作業(yè)對(duì)象的作業(yè)順序、組成及裝配方法，對(duì)組織生產(chǎn)、指導(dǎo)生產(chǎn)很有幫助，但裝配作業(yè)構(gòu) 件的形狀尺寸等非常復(fù)雜。為了能表示出它們的裝配關(guān)系與裝配順序，以方框圖的形式來 表示，它既反映了裝配單元的劃分，又直觀地表示了裝配工藝過程。它為擬訂裝配工藝過 程、指導(dǎo)裝配工作、組織計(jì)劃以及控制裝配進(jìn)度均提供了方便，并且還可以將復(fù)雜的裝配 設(shè)計(jì)簡化，為日后的計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)(CAPP )的應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)?；拘问饺鐖D4所示。004裳配乗統(tǒng)圖t 15件號(hào)用5華咄椎國形裝配關(guān)系按標(biāo)準(zhǔn)可分為螺紋連接、過盈連接、鍵連接等。（1）螺紋連接：在機(jī)械結(jié)構(gòu)中廣泛采用螺紋連

16、接。螺紋連接的質(zhì)量除受加工精度的影響之外，還與裝配技術(shù)有很大的關(guān)系。如擰緊螺母的次序不對(duì)，施力不均勻，將使部件變形而降低 了裝配精度。對(duì)于運(yùn)動(dòng)部件上的螺紋連接，若緊固力不足，會(huì)使連接件的壽命大大縮短， 甚至造成事故。因此對(duì)于重要的螺紋連接，必須規(guī)定預(yù)緊力的大小，對(duì)于中小型螺栓常用 定扭矩法（用定扭矩扳手）或扭角法控制預(yù)緊力。穩(wěn)定平臺(tái)主要技術(shù)參數(shù)中，有兩項(xiàng)平臺(tái)不損 壞的要求，除了高強(qiáng)度鑄鋁合金件等本身的強(qiáng)度外，螺紋連接的預(yù)緊力顯得非常突出。過盈連接：如軸、孔的配合等。方法有：壓入法（軸向）、熱脹或冷縮法（徑向）。（3）其他連接：如鉚接、焊接、粘接等。鉚接方法有擴(kuò)鉚、脹鉚、用專用鉚接工具鉚等。焊

17、接、粘接等各有要求和具體操作方法。p" N I 一糅if件號(hào)，視橋ttt昱覃薛母件代*J r陽6 St助樞圖形用直線表示基礎(chǔ)框之間、基礎(chǔ)框與輔助框之間的聯(lián)系直線左端框?yàn)檠b配基準(zhǔn)件右端框?yàn)檠b配目標(biāo)件。從左到右排列的基礎(chǔ)框、輔助框?yàn)閰⑴c裝配的構(gòu)件及裝配作業(yè)中使用的標(biāo)準(zhǔn)件和裝配順序，如圖7所示。圏了際懵件和裝猶噸序囲在裝配系統(tǒng)圖的基礎(chǔ)上，劃分裝配工序、規(guī)定工序計(jì)劃(包括調(diào)整和檢驗(yàn)工序)，并按我所規(guī) 定的格式編制工藝過程卡。穩(wěn)定平臺(tái)的裝配內(nèi)容主要如下(其它按順序裝配，具體內(nèi)容略 )。(1) 裝配前進(jìn)行零件的清洗， 獲得所需的清潔度。首先按圖紙齊套零件后，領(lǐng)取汽油3kg/臺(tái) 5kg/臺(tái)，潤滑脂

18、“201、'密封膠“601、”萬能膠“801、硅橡膠“414等。清洗各部件，將齒輪、 軸承等零件清洗后，檢查軸承是否有卡滯現(xiàn)象，清洗好上潤滑油待用，用萬能膠將密封墊粘貼到相應(yīng)的零件上。(2) 為達(dá)到工藝上的裝配精度要求，對(duì)有關(guān)零件進(jìn)行刮削。因?yàn)楣蜗骺梢蕴岣吖ぜ某叽缇?度和形位精度，降低表面粗糙度和提高接觸剛度等?？捎猛可z驗(yàn)，也可用相配的零件 檢驗(yàn)。經(jīng)測量的零件，大孔要修配，小孔要用絲錐過孔，不該涂漆的需修刮。另外，方位 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)經(jīng)裝配調(diào)整后，各部件及零件作好拆裝標(biāo)記，以便在平臺(tái)縱橫裝配時(shí)拆裝裝配用。(3) 對(duì)裝配工作臺(tái)面用框式水平儀、平尺對(duì)臺(tái)面的平度、直線度等進(jìn)行校正校平。(4)

19、 某些部件(傳動(dòng)部分)應(yīng)按圖紙要求在裝配前進(jìn)行必要的運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后，再投入 裝配。(1) 大多數(shù)零部件的裝配采用的是互換裝配法。基準(zhǔn)件為底座，底座底面和裝支架的上平面需經(jīng)刮研，確保平面度和平行度要求，檢測可用水平儀、平尺進(jìn)行。(2) 旋轉(zhuǎn)零件，如齒輪和嚙合間隙等，裝配時(shí)采用調(diào)整或修配法，齒輪副側(cè)隙能否符合規(guī)定，在剔除齒輪加工因素以外，與中心距偏差密切相關(guān)。由于側(cè)隙還會(huì)同時(shí)影響齒輪的接觸精度，因此要求與接觸精度結(jié)合起來調(diào)整 (中心距)。具體有三種方法：(a)修刮軸承套或軸瓦； (b)利用本身的調(diào)整進(jìn)行調(diào)整。如雙片齒輪、偏心的軸承套等；(c)用表(百分表)打各個(gè)部位的徑跳和端跳，以及軸向的竄

20、動(dòng)，并進(jìn)行調(diào)整。過盈連接件：如軸承、鍵、銷釘?shù)炔捎脡喝敕?，能用壓力機(jī)的均使用壓力機(jī)，決不能用榔頭直接敲擊軸承邊緣。軸承的軸向游隙，用墊圈或鎖緊螺母進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)測量誤差，對(duì)照裝配精度要求以調(diào)整法和修配法消除其偏差，然后復(fù)校裝配精度，直達(dá)產(chǎn)品所規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)要求，最后固定、打銷。(5) 所有蓋板在全部機(jī)構(gòu)調(diào)整合格后，最后進(jìn)行緊固、密封，電裝在機(jī)裝調(diào)整合格后進(jìn)行。(6) 裝配工人技術(shù)水平，要求象穩(wěn)定平臺(tái)這樣復(fù)雜的裝配，需高級(jí)工以上的技術(shù)等級(jí)，以確 保產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。有些裝配需多人配合，具體見工藝卡。(7) 環(huán)境條件的要求：工作場地(裝配間)應(yīng)有防塵、防振措施。對(duì)就位精度要求高的縱橫搖 框架部分，需具有超慢速裝置的吊裝設(shè)備。(8) 各部件在總裝之間和總裝之后，均應(yīng)經(jīng)過嚴(yán)格檢驗(yàn)和必要的試驗(yàn)，各工序件間實(shí)行三檢,嚴(yán)格工藝紀(jì)律。表1由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供。為適應(yīng)集約管理的要求，建議用分層