第6章-產(chǎn)品裝配過程自動化

第6章---產(chǎn)品裝配過程自動化第一頁，共106頁。第6章產(chǎn)品裝配過程自動化

本章包括以下內(nèi)容：6.1概述6.2自動裝配工藝過程分析和設(shè)計6.3自動裝配機6.4自動裝配線6.5柔性裝配系統(tǒng)6.6實例視頻第二頁，共106頁。6.1概述6.1.1裝配自動化在現(xiàn)代制造業(yè)中的重要性6.1.2裝配自動化的發(fā)展概況6.1.3實現(xiàn)裝配自動化的途徑第三頁，共106頁。6.1.1裝配自動化在現(xiàn)代制造業(yè)中的重要性

裝配過程是機械制造過程中必不可少的環(huán)節(jié)。人工操作的裝配是一個勞動密集型的過程。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計分析，隨著先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用，一些典型產(chǎn)品的裝配時間占總生產(chǎn)時間的53%左右，是花費最多的生產(chǎn)過程，因此提高裝配效率是制造工業(yè)中急需解決的關(guān)鍵問題之一。第四頁，共106頁。6.1.1裝配自動化在現(xiàn)代制造業(yè)中的重要性

同人工裝配相比，裝配自動化（AssemblyAutomation）具備如下優(yōu)點：

（1）裝配效率高，產(chǎn)品生產(chǎn)成本下降。尤其是在當(dāng)前機械加工自動化程度不斷得到提高的情況下，裝配效率的提高對產(chǎn)品生產(chǎn)效率的提高具有更加重要的意義。

（2）自動裝配過程一般在流水線上進(jìn)行，采用各種機械化裝置來完成勞動量最大和最繁重的工作，大大降低了工人的勞動強度。

第五頁，共106頁。6.1.1裝配自動化在現(xiàn)代制造業(yè)中的重要性

（3）不會因工人疲勞、疏忽、情緒、技術(shù)不熟練等因素的影響而造成產(chǎn)品質(zhì)量缺陷或不穩(wěn)定。

（4）自動化裝配所占用的生產(chǎn)面積比手工裝配完成同樣生產(chǎn)任務(wù)的工作面積要小得多。

（5）在電子、化學(xué)、宇航、國防等行業(yè)中，許多裝配操作需要特殊環(huán)境，人類難以進(jìn)入或非常危險，只有自動化裝配才能保障生產(chǎn)安全。第六頁，共106頁。6.1.1裝配自動化在現(xiàn)代制造業(yè)中的重要性隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，在機械制造業(yè)，CNC，F(xiàn)MC，F(xiàn)MS的出現(xiàn)逐步取代了傳統(tǒng)的制造技術(shù)，它們不僅具備高度自動化的加工能力，而且具有對加工對象的靈活性。如果只有加工技術(shù)的現(xiàn)代化，沒有裝配技術(shù)的自動化，F(xiàn)MS就成了自動化孤島。裝配自動化的意義還在于它是CIMS的重要組成部分。第七頁，共106頁。6.1.2裝配自動化的發(fā)展概況自動裝配系統(tǒng)大致經(jīng)歷了3個發(fā)展階段。第一個階段是采用如圖6.1所示的傳統(tǒng)的機械開環(huán)控制單元。例如，操作程序由分配軸把操作時間運動行程信息都記錄在凸輪上。第八頁，共106頁。6.1.2裝配自動化的發(fā)展概況第二個階段的自動裝配系統(tǒng)如圖6.2所示?？刂茊卧捎昧祟A(yù)調(diào)順序控制器，或者采用可編程序控制器，操作時間分配和運動行程擺脫了機械剛性的控制方法。由于采用微電子器件，各種信息都編制在控制程序中，不僅調(diào)整方便，而且提高了系統(tǒng)的可靠性。第九頁，共106頁。6.1.2裝配自動化的發(fā)展概況

第十頁，共106頁。6.1.2裝配自動化的發(fā)展概況發(fā)展到第三階段，產(chǎn)生了所謂的裝配伺服系統(tǒng)（Assembly

ServoSystem）?？刂茊卧鋫淞藥в兄悄茈娮佑嬎銠C的可編程序控制器，能發(fā)出改變操作順序的信號，根據(jù)程序給出的命令和反饋信息，使操作條件或動作維持在設(shè)計的最佳狀態(tài)。這種自動裝配系統(tǒng)如圖6.3所示。第十一頁，共106頁。6.1.2裝配自動化的發(fā)展概況

第十二頁，共106頁。6.1.2裝配自動化的發(fā)展概況

對于精密零件的自動裝配，必須提高夾具的定位精度和裝配工具的柔順性。為提高定位精度，可采用帶有主動自適應(yīng)反饋的位置控制器，通過光電傳感視覺設(shè)備、接觸壓力傳感器等對零件的定位誤差進(jìn)行測量，并采用計算機控制的伺服執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行修正，這種伺服裝配工具和夾具可進(jìn)行精密裝配。目前，定位精度為0.01mm的自動裝配機已得以應(yīng)用。第十三頁，共106頁。6.1.2裝配自動化的發(fā)展概況產(chǎn)品更新周期的縮短，要求自動裝配系統(tǒng)（AutomaticAssemblySystem）具有柔性響應(yīng)。20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了柔性裝配系統(tǒng)（FlexibleAssemblySystem，F(xiàn)AS）。FAS是一種計算機控制的自動裝配系統(tǒng)，它的主要組成是裝配中心（AssemblyCenter）和裝配機器人（AssemblyRobot），使裝配過程通過傳感技術(shù)和自動監(jiān)控實現(xiàn)了無人操作。具有各種不同結(jié)構(gòu)能力和智能的裝配機器人是FAS的主要特征。第十四頁，共106頁。6.1.2裝配自動化的發(fā)展概況

柔性裝配是自動裝配技術(shù)的發(fā)展方向，采用柔性裝配不僅可提高生產(chǎn)率、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量一致性，更重要的是能提高適應(yīng)多品種小批量的產(chǎn)品應(yīng)變能力。今后一段時間內(nèi)，裝配自動化技術(shù)將主要向以下兩方面發(fā)展。

（1）與近代基礎(chǔ)技術(shù)互相結(jié)合、滲透，提高自動裝配裝置的性能。

（2）進(jìn)一步提高裝配的柔性，大力發(fā)展柔性裝配系統(tǒng)FAS。

第十五頁，共106頁。6.1.3實現(xiàn)裝配自動化的途徑

（1）產(chǎn)品設(shè)計時應(yīng)充分考慮自動裝配的工藝性。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、數(shù)量和可操作性決定了裝配過程、傳輸方式和裝配方法。機械制造的一個明確的原則就是“部件和產(chǎn)品應(yīng)該能夠以最低的成本進(jìn)行裝配”。因此，在不影響使用性能和制造成本的前提下，合理改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)往往可以極大地自降低動裝配的難度和成本。第十六頁，共106頁。6.1.3實現(xiàn)裝配自動化的途徑

工業(yè)發(fā)達(dá)的國家已廣泛推行便于裝配的設(shè)計準(zhǔn)則（DesignforAssembly）。該準(zhǔn)則主要包含兩方面的內(nèi)容：一是盡量減少產(chǎn)品中的單個零件的數(shù)量，如圖6.4所示，結(jié)構(gòu)方面的一個區(qū)別是分立方式還是集成方式，集成方式可以實現(xiàn)元件最少，維修也方便。

二是改善產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)工藝性，層疊式和鳥巢式的結(jié)構(gòu)（如圖6.5所示）對于自動化裝配是有利的。第十七頁，共106頁。6.1.3實現(xiàn)裝配自動化的途徑

第十八頁，共106頁。6.1.3實現(xiàn)裝配自動化的途徑

（2）研究和開發(fā)新的裝配工藝和方法。必須對自動裝配技術(shù)和工藝進(jìn)行深入的研究，注意研究和開發(fā)自動化程度不一的各種裝配方法。如對某些產(chǎn)品，研究利用機器人、剛性的自動化裝配設(shè)備與人工結(jié)合等方法，而不盲目追求全盤自動化，這樣有利于得到最佳經(jīng)濟效益。此外，還應(yīng)加強基礎(chǔ)研究，如對合理配合間隙或過盈量的確定及控制方法，裝配生產(chǎn)的組織與管理等，開發(fā)新的裝配工藝和技術(shù)。第十九頁，共106頁。6.1.3實現(xiàn)裝配自動化的途徑

（3）設(shè)計制造自動裝配設(shè)備和裝配機器人。要實現(xiàn)裝配過程的自動化，就必須制造裝配機器人或者剛性的自動裝配設(shè)備。裝配機器人是未來柔性自動化裝配的重要工具，是自動裝配系統(tǒng)最重要的組成部分。各種形式和規(guī)格的裝配機器人正在取代人的勞動，特別是對人的健康有害的操作以及特殊環(huán)境（如高輻射區(qū)或需要高清潔度的區(qū)域）中進(jìn)行的工作。第二十頁，共106頁。6.1.3實現(xiàn)裝配自動化的途徑

剛性自動裝配設(shè)備的設(shè)計，應(yīng)根據(jù)裝配產(chǎn)品的復(fù)雜程度和生產(chǎn)率的要求而定。一般三個以下的零件裝配可以在單工位裝配設(shè)備上完成，超過三個以上的零件裝配則在多工位裝配設(shè)備上完成。自動裝配設(shè)備必須具備高可靠性，研制階段必須進(jìn)行充分的工藝試驗，確保裝配過程自動化形式和范圍的合理性。第二十一頁，共106頁。6.2自動裝配工藝過程分析和設(shè)計6.2.1自動裝配條件下的結(jié)構(gòu)工藝性6.2.2自動裝配工藝設(shè)計的一般要求6.2.3自動裝配工藝設(shè)計（書中解釋）第二十二頁，共106頁。6.2.1自動裝配條件下的結(jié)構(gòu)工藝性

結(jié)構(gòu)工藝性是指產(chǎn)品和零件在保證使用性能的前提下，力求能夠采用生產(chǎn)率高、勞動量小、材料消耗少和生產(chǎn)成本低的方法制造出來。自動裝配工藝性好的產(chǎn)品零件，便于實現(xiàn)自動定向、自動供料、簡化裝配設(shè)備、降低生產(chǎn)成本。因此，在產(chǎn)品設(shè)計過程中，應(yīng)采用便于自動裝配的工藝性設(shè)計準(zhǔn)則，以提高產(chǎn)品的裝配質(zhì)量和工作效率。第二十三頁，共106頁。6.2.1自動裝配條件下的結(jié)構(gòu)工藝性

在自動裝配條件下，零件的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合便于自動供料、自動傳送和自動裝配三項設(shè)計原則。

1.便于自動供料2.利于零件自動傳送3.利于自動裝配作業(yè)第二十四頁，共106頁。1.便于自動供料

自動供料包括零件的上料、定向、輸送、分離等過程的自動化。為使零件有利于自動供料，產(chǎn)品的零件結(jié)構(gòu)應(yīng)符合以下各項要求。

（1）零件的幾何形狀力求對稱，便于定向處理。

（2）如果零件由于產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)要求不能對稱，則應(yīng)使其不對稱程度合理擴大，以便于自動定向。如質(zhì)量、外形、尺寸等的不對稱性。

（3）零件的一端做成圓弧形，這樣易于導(dǎo)向。

（4）某些零件自動供料時，必須防止鑲嵌在一起。如有通槽的零件，具有相同內(nèi)外錐度表面時，應(yīng)使內(nèi)外錐度不等，防止套入“卡住”。第二十五頁，共106頁。2.利于零件自動傳送

裝配基礎(chǔ)件和輔助裝配基礎(chǔ)件的自動傳送，包括給料裝置至裝配工位以及裝配工位之間的傳送。其具體要求如下所述。

（1）為易于實現(xiàn)自動傳送，零件除具有裝配基準(zhǔn)面以外，還需考慮裝夾基準(zhǔn)面，供傳送裝置裝夾或支承。

（2）零部件的結(jié)構(gòu)應(yīng)帶有加工的面和孔，供傳送中定位。

（3）零件外形應(yīng)簡單、規(guī)則、尺寸小、重量輕。第二十六頁，共106頁。3.利于自動裝配作業(yè)

（1）零件的尺寸公差及表面幾何特征應(yīng)保證按完全互換的方法進(jìn)行裝配。

（2）零件數(shù)量盡可能少（如圖6.6所示），同時應(yīng)減少緊固件的數(shù)量。第二十七頁，共106頁。3.利于自動裝配作業(yè)

（3）盡量減少螺紋聯(lián)接，采用適應(yīng)自動裝配條件的聯(lián)接方式，如采用粘接、過盈、焊接等。

（4）零件上盡可能采用定位凸緣，以減少自動裝配中的測量工作，如將壓配合的光軸用階梯軸代替等。第二十八頁，共106頁。3.利于自動裝配作業(yè)

（5）基礎(chǔ)件設(shè)計應(yīng)為自動裝配的操作留有足夠的位置。例如自動旋入螺釘時，必須為裝配工具留有足夠的自由空間，如圖6.7所示。第二十九頁，共106頁。3.利于自動裝配作業(yè)（6）零件的材料若為易碎材料，宜用塑料代替。（7）為便于裝配，零件裝配表面應(yīng)增加輔助定位面，如圖6.8所示。

第三十頁，共106頁。3.利于自動裝配作業(yè)

（8）最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件，這樣不僅可以減少機械加工，而且可以加大裝配工藝的重復(fù)性。

（9）避免采用易纏住或易套在一起的零件結(jié)構(gòu)，不得已時，應(yīng)設(shè)計可靠的定向隔離裝置。第三十一頁，共106頁。3.利于自動裝配作業(yè)

（10）產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)應(yīng)能以最簡單的運動把零件安裝到基準(zhǔn)零件上去。最好是使零件沿同一個方向安裝到基礎(chǔ)件上去，這樣在裝配時沒有必要改變基礎(chǔ)件的方向，以減少安裝工作量。

（11）如果裝配時配合的表面不能成功地用作基準(zhǔn)，則在這些表面的相對位置必須給出公差，且使在此公差條件下基準(zhǔn)誤差對配合表面的位置影響最小。第三十二頁，共106頁。6.2.2自動裝配工藝設(shè)計的一般要求

自動裝配工藝比人工裝配工藝設(shè)計要復(fù)雜得多，通過手工裝配很容易完成的工作，有時采用自動裝配卻要設(shè)計復(fù)雜的機構(gòu)與控制系統(tǒng)。因此，為使自動裝配工藝設(shè)計先進(jìn)可靠，經(jīng)濟合理，在設(shè)計中應(yīng)注意如下幾個問題。

（1）自動裝配工藝的節(jié)拍。（2）除正常傳送外宜避免或減少裝配基礎(chǔ)件的位置變動。第三十三頁，共106頁。6.2.2自動裝配工藝設(shè)計的一般要求

（3）合理選擇裝配基準(zhǔn)面。（4）對裝配零件進(jìn)行分類。（5）關(guān)鍵件和復(fù)雜件的自動定向。（6）易纏繞零件的定量隔離。（7）精密配合副要進(jìn)行分組選配。（8）裝配自動化程度的確定。（書中解釋）

第三十四頁，共106頁。（1）自動裝配工藝的節(jié)拍

自動裝配設(shè)備中，多工位剛性傳送系統(tǒng)多采用同步方式，故有多個裝配工位同時進(jìn)行裝配作業(yè)。為使各工位工作協(xié)調(diào)，并提高裝配工位和生產(chǎn)場地的效率，必須要求各工位裝配工作節(jié)拍同步。第三十五頁，共106頁。（2）宜避免或減少裝配基礎(chǔ)件的位置變動

自動裝配過程是將裝配件按規(guī)定順序和方向裝到裝配基礎(chǔ)件上。通常，裝配基礎(chǔ)件需要在傳送裝置上自動傳送，并要求在每個裝配工位上準(zhǔn)確定位。因此，在自動裝配過程中，應(yīng)盡量減少裝配基礎(chǔ)件的位置變動，如翻身、轉(zhuǎn)位、升降等動作，以避免重新定位。第三十六頁，共106頁。（3）合理選擇裝配基準(zhǔn)面

裝配基準(zhǔn)面通常是精加工面或是面積大的配合面，同時應(yīng)考慮裝配夾具所必需的裝夾面和導(dǎo)向面。只有合理選擇裝配基準(zhǔn)面，才能保證裝配定位精度。第三十七頁，共106頁。（4）對裝配零件進(jìn)行分類

多數(shù)裝配件是一些形狀比較規(guī)則、容易分類分組的零件。按幾何特性，零件可分為軸類、套類、平板類和小雜件四類。再根據(jù)尺寸比例，每類又分為長件、短件、勻稱件三組。經(jīng)分類分組后，可采用相應(yīng)的料斗裝置實現(xiàn)裝配件的自動供料。第三十八頁，共106頁。（5）關(guān)鍵件和復(fù)雜件的自動定向

形狀比較規(guī)則的多數(shù)裝配件可以實現(xiàn)自動供料和自動定向。對于一些自動定向十分困難的關(guān)鍵件和復(fù)雜件，為不使自動定向機構(gòu)過分復(fù)雜，采用手工定向或逐個裝入的方式，在經(jīng)濟上更合理。第三十九頁，共106頁。（7）精密配合副要進(jìn)行分組選配自動裝配中精密配合副的裝配由選配來保證，根據(jù)配合副的配合要求（如配合尺寸、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量等）來確定分組選配，一般可分3～20組。分組數(shù)多，配合精度越高，選配、分組、儲料的機構(gòu)越復(fù)雜，占用車間的面積和空間尺寸也越大。因此，一般分組不宜太多。第四十頁，共106頁。6.2.3自動裝配工藝設(shè)計過程

1.產(chǎn)品分析和裝配階段的劃分2.基礎(chǔ)件的選擇3.對裝配零件的質(zhì)量要求4.擬定自動裝配工藝過程5.確定自動裝配工藝的工位數(shù)量6.確定各裝配工序時間7.自動裝配工藝的工序集中8.自動裝配工藝過程的檢測工序第四十一頁，共106頁。6.3自動裝配機

裝配機是一種按一定時間節(jié)拍工作的機械化的裝配設(shè)備，有時也需要手工裝配與之配合。裝配機所完成的任務(wù)是把配合件往基礎(chǔ)件上安裝，并把完成的部件或產(chǎn)品取下來。隨著自動化的向前發(fā)展，裝配工作（包括至今為止仍然靠手工完成的工作）可以利用機器來實現(xiàn)，產(chǎn)生了一種自動化的裝配機械，即實現(xiàn)了裝配自動化。第四十二頁，共106頁。6.3自動裝配機

自動裝配機械按類型分，可分為單工位裝配機與多工位裝配機兩種。為了解決中小批量生產(chǎn)中的裝配問題，人們進(jìn)一步發(fā)明了可編程的自動化裝配機，即裝配機器人。它的應(yīng)用不再是只能嚴(yán)格地適應(yīng)一種產(chǎn)品的裝配，而是能夠通過調(diào)整完成相似的裝配任務(wù)。6.3.l單工位自動裝配機6.3.2多工位自動裝配機6.3.3工位間傳送方式6.3.4裝配機器人第四十三頁，共106頁。6.3.l單工位自動裝配機單工位裝配機是指這樣的裝配機：它只有單一的工位，沒有傳送工具的介入，只有一種或幾種裝配操作。這種裝配機的應(yīng)用多限于只由幾個零件組成而且不要求有復(fù)雜的裝配動作的簡單部件。在這種裝配機上同時進(jìn)行幾個方向的裝配是可能的而且是經(jīng)常使用的方法。這種裝配機的工作效率可達(dá)到每小時30～12000個裝配動作。第四十四頁，共106頁。6.3.l單工位自動裝配機單工位裝配機在一個工位上執(zhí)行一種或幾種操作，沒有基礎(chǔ)件的傳送，比較適合于在基礎(chǔ)件的上方定位并進(jìn)行裝配操作。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，可以裝配最多由6個零件組成的部件。通常適用于兩到三個零部件的裝配，裝配操作必須按順序進(jìn)行。第四十五頁，共106頁。6.3.l單工位自動裝配機這種裝配機的典型應(yīng)用范圍是電子工業(yè)和精密工具行業(yè)，例如接觸器的裝配。這種裝配機用于螺釘旋入、壓入聯(lián)接的例子如圖6.12所示。第四十六頁，共106頁。6.3.2多工位自動裝配機對三個零件以上的產(chǎn)品通常用多工位裝配機進(jìn)行裝配，裝配操作由各個工位分別承擔(dān)。多工位裝配機需要設(shè)置工件傳送系統(tǒng)，傳送系統(tǒng)一般有回轉(zhuǎn)式或直進(jìn)式兩種。

如圖6.13所示為供料設(shè)備在回轉(zhuǎn)式自動裝配機上的兩種不同布置。對進(jìn)料設(shè)備的具體布置是由零件的定位和供料方向決定的，因此有不同的空間需求。第四十七頁，共106頁。6.3.2多工位自動裝配機

第四十八頁，共106頁。6.3.2多工位自動裝配機

如圖6.13（a）所示表示零件定位和進(jìn)料方向是一致的，采用這種布置時，進(jìn)料軌道可以通過回轉(zhuǎn)工作臺的中心。

如圖6.13（b）所示表示零件定位和進(jìn)料方向成90°夾角，采用這種布置時，進(jìn)料軌道應(yīng)放在與回轉(zhuǎn)工作臺相切的位置，以便保持零件的正確裝配位置?；剞D(zhuǎn)式布置會形成回轉(zhuǎn)工作臺上若干閑置工位，直進(jìn)式傳送設(shè)備也有類似的情況。

第四十九頁，共106頁。6.3.2多工位自動裝配機多工位自動裝配機的控制一般有行程控制和時間控制兩種。行程控制常常采用標(biāo)準(zhǔn)氣動元件，其優(yōu)點是大多數(shù)元件可重復(fù)使用。

如圖6.14所示為一臺簡單的氣動回轉(zhuǎn)式多工位裝配機示意圖。

第五十頁，共106頁。6.3.2多工位自動裝配機該裝配機由氣動裝置驅(qū)動，包括回轉(zhuǎn)式工作臺、兩零件進(jìn)料工位和一臺沖壓機。由電動機驅(qū)動的多工位裝配機，常用分配軸凸輪控制裝配機的動作，屬于時間控制。許多自動裝配機以電動機為主結(jié)合氣動裝置。傳送裝置通常由電動機驅(qū)動，而處理裝置、進(jìn)料裝置是氣動的?；剞D(zhuǎn)式裝配機中較典型的形式是槽輪或凸輪驅(qū)動。

第五十一頁，共106頁。6.3.3工位間傳送方式裝配基礎(chǔ)件在工位間的傳送方式有連續(xù)傳送和間歇傳送兩類。

如圖6.15所示為帶往復(fù)式裝配工作頭的連續(xù)傳送方式。第五十二頁，共106頁。6.3.3工位間傳送方式裝配基礎(chǔ)件連續(xù)傳送，工位上裝配的工作頭也隨之同步移動。對直線型傳送裝置，工作頭需作往復(fù)移動；對回轉(zhuǎn)式傳送裝置，工作頭需作往復(fù)回轉(zhuǎn)。裝配過程中，工件連續(xù)恒速傳送，裝配作業(yè)與傳送過程重合，故生產(chǎn)速度高，節(jié)奏性強，但裝配時工作頭和工件之間相對定位有一定困難。目前除小型簡單工件采用連續(xù)傳送方式外，一般都使用間歇式傳送方式。

第五十三頁，共106頁。6.3.3工位間傳送方式間歇傳送中，裝配基礎(chǔ)件由傳送裝置按節(jié)拍時間進(jìn)行傳送，裝配對象停在裝配工位上進(jìn)行裝配，作業(yè)一完成即傳送至下一工位，便于采用固定式裝配機械，避免裝配作業(yè)受傳送平穩(wěn)性的影響。按節(jié)拍時間特征，間歇傳送方式又可以分為同步傳送和非同步傳送兩種。第五十四頁，共106頁。6.3.3工位間傳送方式間歇傳送大多數(shù)是同步傳送，即各工位上的裝配件每隔一定的節(jié)拍時間都同時向下一工位移動。對小型工件來說，由于裝配夾具比較輕小，傳送時間可以取得很短，因此實用上對小型工件和節(jié)拍小于十幾秒的大部分制品的裝配，可采取這種固定節(jié)拍的同步傳送方式。第五十五頁，共106頁。6.3.3工位間傳送方式非同步傳送方式不但允許各工位速度有所波動，而且可以把不同節(jié)拍的工序組織在一個裝配線中，使平均裝配速度趨于提高，而且個別工位出現(xiàn)短時間可以修復(fù)的故障時不會影響全線工作，設(shè)備利用率也得以提高，適用于操作比較復(fù)雜而又包括手工工位的裝配線。實際使用的裝配線中，各工位完全自動化常常是沒有必要的，因技術(shù)上和經(jīng)濟上的原因，多數(shù)以采用一些手工工位較為合理，因而非同步傳送方式采用得越來越多。第五十六頁，共106頁。6.3.4裝配機器人

一般來說，要實現(xiàn)裝配工作，可以用人工、專用裝配機械和機器人三種方式。如果以裝配速度來比較，人工和機器人都不及專用裝配機械。如果裝配作業(yè)內(nèi)容改變頻繁，那么采用機器人的投資將要比專用裝配機械經(jīng)濟。此外，對于大量、高速生產(chǎn)，采用專用裝配機械最有利。但對于大件、多品種、小批量、人力又不能勝任的裝配工作，則采用機器人最合適。第五十七頁，共106頁。6.3.4裝配機器人

能適應(yīng)自動裝配作業(yè)需要的機器人應(yīng)具有工作速度和可靠性高、通用性強、操作和維修容易、人工容易介入，以及成本及售價低、經(jīng)濟合理等特點。裝配機器人可分為非伺服型和伺服型兩大類。

非伺服型裝配機器人指機器人的每個坐標(biāo)的運動通過可調(diào)擋塊由人工設(shè)定，因而每個程序的可能運動數(shù)目是坐標(biāo)數(shù)的兩倍。第五十八頁，共106頁。6.3.4裝配機器人

伺服型裝配機器人的運動完全由計算機控制，在一個程序內(nèi)，理論上可有幾千種運動。伺服型裝配機器人不需要調(diào)整終點擋塊，不管程序改變多少，都很容易執(zhí)行。非伺服型和伺服型裝配機器人都是微處理器控制的。在非伺服機器人中，它控制的只是動作的順序；而對伺服機器人，每一個動作、功能和操作都是由微處理器控制的。第五十九頁，共106頁。6.3.4裝配機器人

機器人的驅(qū)動系統(tǒng)，傳統(tǒng)上的做法是伺服型采用液壓的，非伺服型采用氣動的?，F(xiàn)在的趨勢是用電氣系統(tǒng)作為主驅(qū)動，特別是新型機器人。只有一些大功率的機器人現(xiàn)在和將來都要用液壓驅(qū)動。氣動系統(tǒng)裝配質(zhì)量較小、功率較小、噪聲較小、整潔、結(jié)構(gòu)緊湊，對柔性裝配系統(tǒng)（FAS）來說更為合適。非伺服型采用可調(diào)終點擋塊，能獲得很高的精度，因此可應(yīng)用它進(jìn)行精密調(diào)整。第六十頁，共106頁。6.3.4裝配機器人

如圖6.16所示為SCARA型裝配機器人外形圖，這種機器人已廣泛應(yīng)用于自動裝配領(lǐng)域。裝配機器人的控制方式有點位式、軌跡式、力（力矩）控制方式和智能控制方式等。第六十一頁，共106頁。6.3.4裝配機器人裝配機器人主要的控制方式是點位式和力（力矩）控制方式。對于點位式而言，要求裝配機器人能準(zhǔn)確控制末端執(zhí)行器的工作位置，這種方式比較簡單。力（力矩）控制方式要求裝配機器人在工作時，除了需要準(zhǔn)確定位外，還要求使用適度的力和力矩進(jìn)行工作，裝配機器人系統(tǒng)中必須有力（力矩）傳感器。

第六十二頁，共106頁。6.4自動裝配線6.4.1自動裝配線的概念和組合方式6.4.2自動裝配線對輸送系統(tǒng)的要求6.4.3自動裝配線與手工裝配點的集成第六十三頁，共106頁。6.4.1自動裝配線的概念和組合方式自動裝配線是在流水線的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的機電一體化系統(tǒng)，是綜合應(yīng)用了機械技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)等技術(shù)，將多臺裝配機組合，然后用自動輸送系統(tǒng)將裝配機相連接而構(gòu)成的。它不僅要求各種加工裝置能自動完成各道工序及工藝過程，而且要求在裝卸工件、定位夾緊、工件在工序間的輸送甚至包裝都能自動進(jìn)行。第六十四頁，共106頁。6.4.1自動裝配線的概念和組合方式自動裝配線的組合方式有剛性的和松散的兩種形式。如果將零件或隨行夾具由一個輸送裝置直接從一臺裝配機送到另一臺裝配機，就是剛性組合，但是，應(yīng)盡可能避免采用剛性組合方式。松散式組合需要進(jìn)行各輸送系統(tǒng)之間的相互連接，輸送系統(tǒng)要在各裝配機之間有一定的靈活性和適當(dāng)?shù)木彌_作用，自動裝配線應(yīng)盡可能采用松散式組合。這樣，當(dāng)單臺機器發(fā)生故障時，可避免整個生產(chǎn)線停工。第六十五頁，共106頁。6.4.2自動裝配線對輸送系統(tǒng)的要求自動裝配線對其輸送系統(tǒng)有以下兩個基本要求.（1）產(chǎn)品或組件在輸送中能夠保持它的排列狀態(tài)。（2）輸送系統(tǒng)有一定的緩沖量。如果裝配的零件和組件在輸送過程中不能保持規(guī)定的排列狀態(tài)，則必須重新排列。但對于裝配組件的重排列，在形式和準(zhǔn)確度方面，一般是很難達(dá)到的，而且重排列要增加成本，并可能導(dǎo)致工序中出現(xiàn)故障，因此要盡量避免重排列。第六十六頁，共106頁。6.4.2自動裝配線對輸送系統(tǒng)的要求

如圖6.17（a）所示中，部件能以一個工件排列形式被輸送，無隨行夾具，可保持它的排列狀態(tài)；在輸送中，如果需要工件保持有次序的位置，那么，就要設(shè)計隨行夾具。隨行夾具在裝配操作中沒有作用，只是簡單地固定工件或部件，使有次序的位置不會喪失。

如圖6.18所示為一個簡單的隨行夾具，它適用于如圖6.17（b）所示的組件。使用隨行夾具時，需要輸送系統(tǒng)具有向前和返回的布置。第六十七頁，共106頁。6.4.2自動裝配線對輸送系統(tǒng)的要求

第六十八頁，共106頁。6.4.2自動裝配線對輸送系統(tǒng)的要求對于較大的組件，靠輸送機輸送帶的長度不能達(dá)到要求的緩沖容量時，可以使用多層緩沖器。為了增大裝配線的利用率，不僅需要在輸送帶上載有緩沖零件的隨行夾具，而且也要在緩沖返回運動中輸送帶上載有空的隨行夾具，這樣才能保證在第二臺裝配機上發(fā)生短期故障時第一臺裝配機不因缺少空的隨行夾具而停止工作。第六十九頁，共106頁。6.4.2自動裝配線對輸送系統(tǒng)的要求

如圖6.19所示為一臺回轉(zhuǎn)式裝配機和一臺直進(jìn)式裝配機的聯(lián)合布置的工作方式。第七十頁，共106頁。6.4.2自動裝配線對輸送系統(tǒng)的要求

如圖6.19所示，裝配機Ⅰ上裝配的組件，由移位裝置將它傳送到α位置。氣缸將組件從α位置移到輸送帶上輸送走。裝配機Ⅱ的處理裝置將輸送系統(tǒng)端部b位置的組件移動，并放入裝配機Ⅱ的隨行夾具內(nèi)。此時，氣缸將空的隨行夾具載體橫向推在輸送系統(tǒng)返回輸送帶上，通過橫向運動回到端部的承載工位。第七十一頁，共106頁。6.4.3自動裝配線與手工裝配點的集成

在自動裝配線內(nèi)常常加入手工裝配點，這是由于零件的設(shè)計或定向定位的原因，這些零件不能自動排列、自動供料，必須要以手動方法來操作；或由于裝配工作有很復(fù)雜的操作，采用自動化很不經(jīng)濟，必須設(shè)置不同結(jié)構(gòu)的手工裝配點。

1.供應(yīng)零件的手工裝配點2.手工裝配工作點第七十二頁，共106頁。1.供應(yīng)零件的手工裝配點

手工排列和手動供料，提高了裝配線的可靠性，但對循環(huán)時間短于5s的裝配機，工人很難適應(yīng)這樣的節(jié)奏。為從固定的周期中獲得有限量的靈活性，就必須在自動工位的前面安裝合適的設(shè)備。

如圖6.20所示為三種不同的設(shè)計方案。第七十三頁，共106頁。1.供應(yīng)零件的手工裝配點

第七十四頁，共106頁。1.供應(yīng)零件的手工裝配點

如圖6.20（a）所示為在一臺回轉(zhuǎn)式裝配機前面的手動工位處，連接一臺具有較大數(shù)量的第二分度臺，此分度臺和裝配機的分度裝置按次序進(jìn)行工作。工人將待處理件手工放在分度臺的零件夾具內(nèi)，然后裝配機的移置機構(gòu)將此零件移動放入裝配機的夾具內(nèi)。在第二分度臺內(nèi)，排列一定數(shù)量的隨行夾具，在手工放置零件和自動移置零件之間就形成了一定的緩沖效應(yīng)，工人在工作節(jié)奏上可得到一定的自由度。第七十五頁，共106頁。1.供應(yīng)零件的手工裝配點如果手工處理的零件能通過輸送帶由移置機構(gòu)輸送到取出點而不會改變已排列的位置，那么裝配機前面安裝輸送帶即可不受節(jié)奏約束，工人即可由于緩沖效應(yīng)而得到一定程度的自由度。

如圖6.20（b）所示，在手工放置零件的操作點和裝配機的自動移置零件之間有緩沖區(qū)。第七十六頁，共106頁。1.供應(yīng)零件的手工裝配點

如圖6.20（c）所示，工人將堆積的零件排列在槽式料斗內(nèi)，為獲得緩沖效應(yīng)，在一臺旋轉(zhuǎn)裝置上排列兩個槽式料斗。滿載的料斗位置向著裝配機，其中的零件由裝配機的移置機構(gòu)從槽式料斗底部取出并放在裝配機的工件夾具內(nèi)；空料斗面向工人操作位置，工人在空料斗內(nèi)排列零件。當(dāng)面向裝配機料斗的零件被取完后，旋轉(zhuǎn)裝置啟動，將兩個料斗換位。第七十七頁，共106頁。2.手工裝配工作點聯(lián)動零件或高度彎曲零件等的裝配操作很困難，如果它們不能在自動工位上的循環(huán)時間內(nèi)完成，那么就必須在裝配機外邊進(jìn)行手工操作。所需的手工裝配點，最適合于并在聯(lián)合各裝配機的輸送系統(tǒng)中。

如圖6.21所示，此種工件只能借助于隨行夾具輸送，假如裝配機循環(huán)時間為3s，而手工裝配點的工作量為9s，那么在輸送系統(tǒng)中應(yīng)包含三個并列的手工工位。第七十八頁，共106頁。2.手工裝配工作點

第七十九頁，共106頁。6.5柔性裝配系統(tǒng)6.5.1柔性裝配系統(tǒng)的組成6.5.2基本形式及特點1.柔性裝配系統(tǒng)的基本形式2.柔性裝配系統(tǒng)的特點6.5.3柔性裝配系統(tǒng)應(yīng)用實例第八十頁，共106頁。6.5.1柔性裝配系統(tǒng)的組成

產(chǎn)品更新周期縮短、批量減小、品種增多，要求自動裝配系統(tǒng)具有柔性響應(yīng)，進(jìn)而出現(xiàn)了柔性裝配系統(tǒng)（FlexibleAssemblySystem，F(xiàn)AS）。柔性裝配系統(tǒng)具有相應(yīng)的柔性，可對某一特定產(chǎn)品的變型產(chǎn)品按程序編制的隨機指令進(jìn)行裝配，也可根據(jù)需要增加或減少一些裝配環(huán)節(jié)，在功能、功率和幾何形狀允許范圍內(nèi)，最大限度地滿足一簇產(chǎn)品的裝配。第八十一頁，共106頁。6.5.1柔性裝配系統(tǒng)的組成

柔性裝配系統(tǒng)由裝配機器人系統(tǒng)和外圍設(shè)備構(gòu)成。外圍設(shè)備包括靈活的物料搬運系統(tǒng)、零件自動供料系統(tǒng)、工具自動更換裝置及工具庫、視覺系統(tǒng)、基礎(chǔ)件系統(tǒng)、控制和計算機管理系統(tǒng)等。柔性裝配系統(tǒng)能自動裝配中小型、中等復(fù)雜程度的產(chǎn)品，如電動機、水泵、齒輪箱等，特別適應(yīng)于中、小批量產(chǎn)品的裝配，可實現(xiàn)自動裝卸、傳送、檢測、裝配、監(jiān)控、判斷、決策等功能。第八十二頁，共106頁。1.柔性裝配系統(tǒng)的基本形式

柔性裝配系統(tǒng)通常有兩種形式：一種是模塊積木式柔性裝配系統(tǒng)；另一種是以裝配機器人為主體的可編程柔性裝配系統(tǒng)。柔性裝配系統(tǒng)按其結(jié)構(gòu)又可分為以下3種:

（1）柔性裝配單元（FlexibleAssembleCell，F(xiàn)AC）。這種單元借助一臺或多臺機器人，在一個固定工位上按照程序來完成各種裝配工作。第八十三頁，共106頁。1.柔性裝配系統(tǒng)的基本形式

（2）多工位的柔性同步系統(tǒng)。這種系統(tǒng)各自完成一定的裝配工作，由傳送機構(gòu)組成固定或?qū)Ｓ玫难b配線，采用計算機控制，各自可編程序和可選工位，因而具有柔性。

（3）組合結(jié)構(gòu)的柔性裝配系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)通常要具有三個以上裝配功能，是由裝配所需的設(shè)備、工具和控制裝置組合而成，可封閉或置于防護(hù)裝置內(nèi)。例如，安裝螺釘?shù)慕M合機構(gòu)是由裝在箱體里的機器人送料裝置、導(dǎo)軌和控制裝置組成，可以與傳送裝置聯(lián)接。第八十四頁，共106頁。2.柔性裝配系統(tǒng)的特點

總體來說，柔性裝配系統(tǒng)有以下特點。

（1）系統(tǒng)能夠完成零件的自動運送、自動檢測、自動定向、自