第6章-裝配自動化分析課件

第六章裝配自動化機械制造自動化的最后階段通常是裝配自動化。各種零部件（包括自制的，外購的，外協(xié)的）需經(jīng)過正確的裝配，才能形成最終產(chǎn)品。但由于加工技術(shù)超前于裝配技術(shù)許多年，裝配工藝已成為現(xiàn)代化生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，一些典型產(chǎn)品的裝配時間占總生產(chǎn)時間的53%左右，而目前產(chǎn)品裝配的平均自動化水平僅為10%~15%，因此，裝配自動化是制造工業(yè)中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。第六章裝配自動化機械制造自動化的最后階段通常1第一節(jié)基本概況一、裝配自動化的現(xiàn)狀與發(fā)展 裝配自動化的目的主要在于：提高生產(chǎn)效率、降低成本，保證機械產(chǎn)品的裝配質(zhì)量和穩(wěn)定性，并力求避免裝配過程中受到人為因素的影響而造成質(zhì)量缺陷，減輕或取代特殊條件下的人工裝配勞動，降低勞動強度，保證操作安全。 裝配自動化技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：

第一個發(fā)展階段：由傳統(tǒng)的機械開環(huán)控制的裝配自 動化技術(shù)。

第二個發(fā)展階段：半柔性控制的裝配自動化技術(shù)。第一節(jié)基本概況一、裝配自動化的現(xiàn)狀與發(fā)展2裝配自動化技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷了三個發(fā)展階段： 第一個發(fā)展階段：由傳統(tǒng)的機械開環(huán)控制的裝配自動化技術(shù)。第二個發(fā)展階段：半柔性控制的裝配自動化技術(shù)。 第三個發(fā)展階段：柔性控制的裝配自動化技術(shù)。裝配自動化技術(shù)發(fā)展趨勢： （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。裝配自動化技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：3圖6-1機械開環(huán)控制的裝配裝置

1-操作者2-電動機3-機械順序控制器4-機械運動控制器5-零件運輸裝置

6-裝配操作裝置7、8-零件9-夾具和托盤裝置10-機械裝配裝置

11-機械控制裝置12-采用機械控制的裝配系統(tǒng)13-零件送進(jìn)裝置圖6-1機械開環(huán)控制的裝配裝置

1-操作者2-電動機34圖6-2采用預(yù)調(diào)順序控制器的裝配裝置

1-操作者2-電動機3-機械順序控制器4-機械運動控制器5-零件運輸裝置

6-裝配操作裝置7、8-零件9-夾具和托盤裝置10-機械裝配裝置

11-機械控制裝置12-采用機械控制的裝配系統(tǒng)13-零件送進(jìn)裝置14-可編程順序控制器15-機械裝配裝置圖6-2采用預(yù)調(diào)順序控制器的裝配裝置

1-操作者2-5圖6-3帶可編程控制器的自動裝配裝置

1~15同圖6-216-可編程操作控制器17-操作程序處理器18-前饋控制器

19-最佳控制器20-自適應(yīng)控制器21-伺服執(zhí)行機構(gòu)22-傳感器或探測器

23-反饋控制器24-可編程控制器的伺服裝配裝置圖6-3帶可編程控制器的自動裝配裝置

1~15同圖6-26二、裝配自動化的基本要求要實現(xiàn)裝配自動化,必須具備一定的前提條件,主要有如下幾方面：1.生產(chǎn)綱領(lǐng)穩(wěn)定，且年產(chǎn)量大、批量大，零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度較高 生產(chǎn)綱領(lǐng)穩(wěn)定是裝配自動化的必要條件。目前，自動裝配設(shè)備基本上還屬于專用設(shè)備，生產(chǎn)綱領(lǐng)改變，原先設(shè)計制造的自動裝配設(shè)備就不適用，即使修改后能加以使用，也將造成設(shè)備費用增加，耽誤時間，在技術(shù)上和經(jīng)濟上都不合理。年產(chǎn)量大、批量大，有利于提高自動裝配設(shè)備的負(fù)荷率；零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度高，可以縮短設(shè)計、制造周期，降低生產(chǎn)成本，有可能獲得較高的技術(shù)經(jīng)濟效果。二、裝配自動化的基本要求 生產(chǎn)綱領(lǐng)穩(wěn)定是裝配自動化的必要7表6-1小型精密產(chǎn)品或部件實現(xiàn)裝配自動化的一般條件

與生產(chǎn)綱領(lǐng)有關(guān)的一般條件

實現(xiàn)自動化裝配的適合程度很適合比較適合不適合生產(chǎn)綱領(lǐng)生產(chǎn)綱領(lǐng)穩(wěn)定性產(chǎn)量增加的可能性裝配件數(shù)量*裝配件的加工精度裝配復(fù)雜程度要求裝配工人的熟練程度手工裝配勞動強度裝配過程中的危險性

>500套/h5年內(nèi)品種不變大4~7高簡單低大有

200~500套/h3年內(nèi)品種不變較大8~15一般一般一般一般有

<200套/h2、3年內(nèi)有可能變化不增加>15低復(fù)雜高低無*——相同規(guī)格的零件按一件計算表6-1小型精密產(chǎn)品或部件實現(xiàn)裝配自動化的一般條件

與生產(chǎn)82.產(chǎn)品具有較好的自動裝配工藝性盡量要做到結(jié)構(gòu)簡單，裝配零件少；裝配基準(zhǔn)面和主要配合面形狀規(guī)則，定位精度易于保證；運動副應(yīng)易于分選，便于達(dá)到配合精度；主要零件形狀規(guī)則、對稱，易于實現(xiàn)自動定向等。2.產(chǎn)品具有較好的自動裝配工藝性93.實現(xiàn)裝配自動化以后，經(jīng)濟上合理，生產(chǎn)成本降低裝配自動化包括零部件的自動給料、自動傳送以及自動裝配等內(nèi)容。其中：自動給料包括裝配件的上料、定向、隔料、傳送和卸料的自動化。自動傳送包括裝配零件由給料口傳送至裝配工位，以及裝配工位與裝配工位之間的自動傳送。自動裝配包括自動清洗、自動平衡、自動裝入、自動過盈連接、自動螺紋聯(lián)接、自動粘結(jié)和焊接、自動檢測和控制、自動試驗等。所有這些工作都應(yīng)在相應(yīng)控制下，按照預(yù)定方案和路線進(jìn)行。實現(xiàn)給料、傳送、裝配自動化以后，就可以提高裝配質(zhì)量和生產(chǎn)效率，產(chǎn)品合格率高，勞動條件改善，生產(chǎn)成本降低。3.實現(xiàn)裝配自動化以后，經(jīng)濟上合理，生產(chǎn)成本降低10自動化檢測技術(shù)自動化檢測裝置：從制品（零件、部件和產(chǎn)品）的尺寸、形狀、缺陷、性能等的自動測量，到成品生產(chǎn)過程各階段上的質(zhì)量控制；從對各種工藝過程及其設(shè)備的調(diào)節(jié)與控制，到實現(xiàn)最佳條件的自動生產(chǎn)。根據(jù)不同需要制造的各種自動檢測裝置：如用于工件的尺寸、形狀檢測用的定尺寸檢測裝置、三坐標(biāo)測量機、激光測徑儀以及氣動測微儀、電動測微儀和采用電渦流方式的檢測裝置；用于工件表面粗糙度檢測用的表面輪廓儀；用于刀具磨損或破損的監(jiān)測用的噪聲頻譜、紅外發(fā)射、探針測量等測量裝置；利用切削力、切削力矩、切削功率對刀具磨損進(jìn)行檢測的測量裝置。自動化檢測技術(shù)自動化檢測裝置：11三、實現(xiàn)裝配自動化的途徑針對我國目前情況，我們認(rèn)為實現(xiàn)裝配自動化的途徑主要有：1．借助先進(jìn)技術(shù)，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計2．研究和開發(fā)新的裝配工藝和方法3.盡快實現(xiàn)自動裝配設(shè)備與FAS的國產(chǎn)化三、實現(xiàn)裝配自動化的途徑12一、自動裝配條件下的結(jié)構(gòu)工藝性自動裝配工藝性好的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)能使自動裝配過程簡化，易于實現(xiàn)自動定向和自我檢測，簡化自動裝配設(shè)備，保證裝配質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。反之，如果裝配工藝性不好，自動裝配質(zhì)量問題就可能長期難以解決?？煽康慕鉀Q途徑是在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計時加強工藝性審查，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)最大限度地具有自動裝配工藝性。

第二節(jié)自動裝配工藝過程分析

一、自動裝配條件下的結(jié)構(gòu)工藝性第二節(jié)自動裝配工藝過程分析13在自動裝配條件下，零件的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合以下三項原則：（1）便于自動給料（2）有利于零件自動傳送（3）有利于自動裝配作業(yè)在自動裝配條件下，零件的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合以下三項原則：14表6-2改進(jìn)自動裝配工藝性示例表

表6-2

15表6-2(續(xù))改進(jìn)自動裝配工藝性示例表

表6-2(續(xù))

16二、自動裝配工藝設(shè)計的一般要求 自動裝配的工藝要求要比人工裝配的工藝要求復(fù)雜得多。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)滿足以下幾個要求： 1.保證裝配工作循環(huán)的節(jié)拍同步 2．除正常傳送外，宜避免或減少裝配基礎(chǔ)件的位置變動 3．要合理選擇裝配基準(zhǔn)面 4．對裝配件要進(jìn)行分類 5．關(guān)鍵件和復(fù)雜件的自動定向 6.易纏繞零件要能進(jìn)行定量隔離 7.精密配合副要進(jìn)行分組選配 8.要合理確定裝配的自動化程度 9.要注意不斷提高裝配自動化水平二、自動裝配工藝設(shè)計的一般要求17一、裝配的基本型式與特點 作為最后的生產(chǎn)階段，裝配對產(chǎn)品的成本和生產(chǎn)效率有著重要的影響。由于工藝的因素和出于成本的考慮，通常采用如下幾種裝配型式： 1．單工位裝配 全部裝配工作都在一個固定的工位完成，基礎(chǔ)件 和配合件都不需要傳輸。 2．固定工位順序裝配 將裝配工作分為幾個裝配單元，將它們的位置固 定并相鄰布置，在每個工位上都完成全部裝配工作。 這樣，即使某個工位出了故障也不會影響整個裝 配工 作。第三節(jié)自動裝配原理

一、裝配的基本型式與特點第三節(jié)自動裝配原理18 3．固定工位流水裝配 與固定工位順序裝配的方式類似，主要區(qū)別在于裝配過程沒有時間間隔。 4．裝配車間 將裝配工作集中于一個車間進(jìn)行，只適用于特殊的裝配方法，如焊接、壓接等。 5．巢式裝配 幾個裝配單元沿圓周布置，沒有確定的裝配順序，裝配流程的方向也可能發(fā)生變化。 3．固定工位流水裝配19 6．移動的順序裝配 裝配工位按照裝配工藝流程設(shè)置，裝配過程中相互之間既可以沒有固定的時間聯(lián)系，也可以存在一定的 時間聯(lián)系，但可以有時間間隔。 7．移動的流水裝配 裝配工位按裝配操作的順序設(shè)置，它們之間有確定的時間聯(lián)系且沒有時間間隔。此時，裝配單元的傳 輸需要適當(dāng)?shù)逆準(zhǔn)絺鬏敊C構(gòu)。

6．移動的順序裝配20二、裝配件的傳送與定位 1．裝配件的傳送 在自動化裝配系統(tǒng)中，通常需要通過傳送設(shè)備在裝配工位之間，裝配工位與料倉和中轉(zhuǎn)站之間傳送工件托盤、基礎(chǔ)件和其它零件。再在裝配工位上，將各種裝配件裝配到裝配基礎(chǔ)件上去，完成一個部件或一臺產(chǎn)品的裝配。常用傳送設(shè)備（機構(gòu)）的結(jié)構(gòu)形式及其特點見表6-3。二、裝配件的傳送與定位21表6-3常用傳送設(shè)備（機構(gòu)）類型及其特點

表6-3常用傳送設(shè)備（機構(gòu)）類型及其特點

22第6章-裝配自動化分析課件23第6章-裝配自動化分析課件24 2．裝配件的定位 基礎(chǔ)件、配合件和連接件等必須要停止在精確的位置，才能順利地完成裝配工作。這就需要通過定位機構(gòu)來保證準(zhǔn)確定位。 對定位機構(gòu)的要求非常高，它要能夠承受很大的力量和精確地工作。生產(chǎn)中的定位機構(gòu)常用楔形銷、楔形滑塊、杠桿等作為定位元件，如圖6-4所示。 2．裝配件的定位25圖6-4常用定位機構(gòu)

a)楔形銷定位b)楔形滑塊定位c)楔形杠桿定位

d)楔形銷加反靠定位e)杠桿定位、凸輪控制f)杠桿加反靠定位圖6-4常用定位機構(gòu)

a)楔形銷定位b)楔形滑塊定位26圖6-5定位銷的定位過程

a)圓柱銷開始伸出作預(yù)定位b)錐銷伸出c)定位結(jié)束，兩銷在相反方向與定位套貼緊

1-工作臺2-定位套3-支架4-預(yù)定位銷5-連接板6-彈簧7-錐銷圖6-5定位銷的定位過程

a)圓柱銷開始伸出作預(yù)定位b27三、裝入和聯(lián)接 裝入和螺紋聯(lián)接是自動裝配中常用的重要工序。 1.裝入自動化 裝入工序自動化要求裝入工件經(jīng)定向和傳送到裝入工位后，通過裝入機構(gòu)在裝配基礎(chǔ)件上對準(zhǔn)、裝入。常用裝入方式有重力裝入、機械推入、機動夾入三種。 2.螺紋聯(lián)接自動化 包括螺母、螺釘?shù)鹊淖詣觽魉?、對?zhǔn)、擰入和擰緊。此外，根據(jù)工藝需要擰松、擰出已聯(lián)接的螺紋聯(lián)接件也屬于這個范圍，但擰松時無需螺紋聯(lián)接件的傳送、對準(zhǔn)，擰出時可快速，并需考慮取下和排出。三、裝入和聯(lián)接28第6章-裝配自動化分析課件29壓接〉翻邊〉焊接〉掛接〉咬邊自動化程度壓接〉翻邊〉焊接〉掛接〉咬邊自動化程度30第6章-裝配自動化分析課件31第6章-裝配自動化分析課件32四、裝配中的自動檢測與控制 1．自動檢測為使裝配工作正常進(jìn)行并保證裝配質(zhì)量，在大部分裝配工位后一般均宜設(shè)置自動檢測工位，將檢測結(jié)果轉(zhuǎn)換為信號輸出，經(jīng)放大或直接驅(qū)動控制裝置，使必要的裝配動作能夠聯(lián)鎖保護，保證裝配過程安全可靠。

四、裝配中的自動檢測與控制33 （5）零件的分選質(zhì)量； （6）裝配過程的異物混入； （7）裝配后密封件的誤差； （8）螺紋聯(lián)接件的裝配質(zhì)量； （9）裝配零件間的配合間隙； （10）裝配后運動部件的靈活性和其它性能。自動檢測項目與所裝配的產(chǎn)品或部件的結(jié)構(gòu)和主要技術(shù)要求有關(guān)，一般自動檢測項目可分為十類： （1）檢測裝配過程的缺件； （2）裝入零件的方向； （3）裝入零件的位置； （4）裝配過程的夾持誤差； （5）零件的分選質(zhì)量；自動檢測項目與所裝配的34檢測裝配過程的缺件裝入零件的定向標(biāo)志孔傳輸光纖出射光纖光纖耦合器檢測裝配過程的缺件裝入零件的定向標(biāo)志孔傳輸光纖出射光纖光纖耦35定區(qū)域式光電開關(guān)咖啡罐流水線運行方向（罐裝高度檢測）裝配時的位置檢測；定區(qū)域式光電開關(guān)咖啡罐流水線運行方向（罐裝高度檢測）裝配時的36裝配時的位置檢測裝配時的位置檢測37裝配過程中的自動檢測，按作用分有主動檢測和被動檢測兩類。主動檢測是參與裝配過程、影響裝配質(zhì)量和效率的自動檢測，能預(yù)防生成廢品；被動檢測則是僅供判斷和確定裝配質(zhì)量的自動檢測。主動檢測通常用于成批生產(chǎn)，特別應(yīng)用在裝配生產(chǎn)線上，且往往在線上占據(jù)一個或幾個工位，布置工作頭，通過測量信號的反饋能力實現(xiàn)控制，這是在線檢測。如用自動分選機，多半為不設(shè)在生產(chǎn)線上的離線檢測。裝配過程中的自動檢測，按作用分有主動檢測和被動檢測兩類。382.自動控制自動裝配系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的基本設(shè)計要求如下：（1）控制裝配基礎(chǔ)件的傳送和準(zhǔn)確定位；（2）控制和完成包括裝配件的給料裝置、上料過程的全部工作循環(huán)在內(nèi)的裝配作業(yè)過程；（3）控制關(guān)鍵性的裝配工序和自動裝配裝置的安全保護、聯(lián)鎖和報警；（4）控制經(jīng)自動檢測后發(fā)出的各種信號及其相應(yīng)的安全保護、聯(lián)鎖和報警；（5）應(yīng)能實現(xiàn)自動、半自動和人工調(diào)整三種狀態(tài)的控制；（6）要求控制系統(tǒng)所選用的控制器元件慣性小，靈敏度高； （7）控制系統(tǒng)應(yīng)保證自動裝配系統(tǒng)的給料、傳送、裝配作業(yè)相互協(xié)調(diào)、同步和聯(lián)鎖。2.自動控制39控制系統(tǒng)的選擇主要受工藝設(shè)計、自動化程度和管理方式影響，具體可概括為以下幾項主要因素：（1）裝配節(jié)拍和裝配工作循環(huán)時間的分配；（2）裝配基礎(chǔ)件的傳送方式（間歇傳送、連續(xù)傳送；同步傳送、非同步傳送），裝配基礎(chǔ)件在各個工位上的定位精度；（3）裝配件的給料自動化及主要裝配件的裝配精度要求；（4）裝配線上檢測工位數(shù)，特別是自動檢測后對不合格件采用何種處理方式（如是緊急停止，還是將不合格件排出；是重復(fù)動作，還是修正動作等）很有影響，。（5）易出故障的裝配工位上的故障頻率及處理方式；（6）自動裝配線與車間內(nèi)前后生產(chǎn)工序的聯(lián)系，如儲存方式、生產(chǎn)管理方式等?？刂葡到y(tǒng)的選擇40一、自動裝配機的基本型式及特點 自動裝配機從類型上來講，可分為單工位和多工位兩大類，可根據(jù)裝配產(chǎn)品的復(fù)雜程度和生產(chǎn)率的要求而定。

1.單工位裝配機 單工位裝配機是指所有裝配操作都可以在一個位置上完成，適用于兩到三個零部件的裝配，也容易適應(yīng)零件產(chǎn)量的變化。單工位裝配機比較適合于在基礎(chǔ)件的上方定位并進(jìn)行裝配操作，即基礎(chǔ)件布置好后，另一個零件的進(jìn)料和裝配也在同一臺設(shè)備上完成。第四節(jié)自動裝配機械

一、自動裝配機的基本型式及特點第四節(jié)自動裝配機械41圖6-6單工位裝配機布置圖6-6單工位裝配機布置42圖6-7單工位裝配機的設(shè)計布置和操作順序

a)裝配位置b)出料

1-出料軌道2-滑板3-停止點4-起出器圖6-7單工位裝配機的設(shè)計布置和操作順序

a)裝配位置43 2.多工位裝配機 對有3個以上零部件的產(chǎn)品通常用多工位裝配機進(jìn)行裝配，設(shè)備上的許多裝配操作必須由各個工位分別承擔(dān)，這就需要設(shè)置工件傳送系統(tǒng)，按傳送系統(tǒng)型式要求可選用回轉(zhuǎn)型、直進(jìn)型或環(huán)行型布置形式。 除此之外，還有很多其它型式可以滿足不同裝配對象的需要，具有代表性的自動裝配機型式有回轉(zhuǎn)工作臺式、中央立柱式、立軸式（轉(zhuǎn)臺式）等。

2.多工位裝配機44圖6-8夾具升降臺返回的直進(jìn)型裝配機

1-工作頭2-返回空夾具3-夾具返回起始位置4-裝配基礎(chǔ)件圖6-8夾具升降臺返回的直進(jìn)型裝配機

1-工作頭2-返45圖6-9夾具水平返回的直進(jìn)型裝配機

1-工作頭安裝臺面2-工作頭3-夾具安裝板4-鏈板圖6-9夾具水平返回的直進(jìn)型裝配機

1-工作頭安裝臺面46二、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。圖6-10矩形平面軌道環(huán)行型自動裝配機

1—工作頭2—隨行夾具3—基礎(chǔ)件4—空夾具返回5—裝配成品二、工位間傳送方式圖6-10矩形平面軌道環(huán)行型自動裝配機

47圖6-11帶往復(fù)式裝配工作頭的連續(xù)傳送裝配方式圖6-11帶往復(fù)式裝配工作頭的連續(xù)傳送裝配方式48圖6-12非同步傳送裝置

1-機械手2-料斗3-緩沖儲存4-隨行夾具5-操作者圖6-12非同步傳送裝置

1-機械手2-料斗3-緩沖儲49圖6-13傳送方向變化的傳送系統(tǒng)

1-鏈節(jié)2-傳送平帶或工件托盤的導(dǎo)軌3-圓弧導(dǎo)軌4-傳送鏈的成形導(dǎo)軌5-電動機、蝸桿蝸輪傳動單元6-支架7-換向單元圖6-13傳送方向變化的傳送系統(tǒng)

1-鏈節(jié)2-傳送平帶或50三、傳送裝置的結(jié)構(gòu)型式傳送裝置結(jié)構(gòu)上主要有水平型和垂直型兩類。采用何種型式，主要取決于生產(chǎn)綱領(lǐng)、裝配基礎(chǔ)件和產(chǎn)品（或部件）的尺寸和重量、裝配精度和定位精度、裝配工作頭對裝配對象的工作方向、操作作用力和驅(qū)動要求等，有時也取決于工藝布置。水平型有回轉(zhuǎn)式（包括轉(zhuǎn)臺式、中央立柱式、立軸式）、直進(jìn)式和環(huán)行式三種布置方式。其中環(huán)行式是裝配對象沿水平環(huán)形排列，沒有大量空夾具返回，近似回轉(zhuǎn)式；如環(huán)形軌道一邊布置工位，另一邊作為空夾具返回，則成為直進(jìn)式。三、傳送裝置的結(jié)構(gòu)型式51 水平型適宜于裝配起點和終點相互靠近以及寬而不長的車間。當(dāng)產(chǎn)品裝配后還需進(jìn)行試驗、噴漆、烘干等其他生產(chǎn)過程時，采用這種布置也比較方便，但占地面積大，易影響車間其它的物料搬運。 垂直型有回轉(zhuǎn)式、直進(jìn)式兩種布置方式。垂直型常用于直線配置的裝配線，裝配對象沿直線軌道移動，各工位沿直線排列。 水平型適宜于裝配起點和終點相互靠近以及寬而不長的車間。當(dāng)52一、組成 柔性裝配系統(tǒng)具有相應(yīng)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)