整机装配工艺设计分析

(信息产业部电子第二十研究所,陕西西安710068):系统地分析了整机装配工艺所涉及的方方面面,希望跳出传统装配工艺以装配图为全部依据的小圈子,放眼整个过程的设计,使装配工艺水平上一个新台阶:装配;工艺;装配系统图:TG9:A:1008-5300(2002)06-0021-06TheDesignandAnalysisofMachineAssemblyTechnologyZhangAiping(20thInstituteofMinistryofInformationIndustry,Xian710068,China)Abstract:Thispaperanalyzesallaspectsofmachineassemblytechnologyandwehopetoimprovetraditionalassemblytechnologybasedontheassemblyblueprintbutstressonthedesignofthewholeprocesssoastopushtheassemblytechnologytoahigherlevel.KeyWords:Assembly;Technology;Assemblyblueprint1前言1.1装配是按规定的技术要求,将零件或部件进行配合和联系,使之成为半成品或成品的工艺过程整机装配是生产过程中的最后一个阶段,它包括装配调整检验和试验等工作,且产品的最终质量由装配保证产品的质量是以产品的工作性能,使用效果和寿命等综合指标来评定的为保证产品的质量,对产品提出了若干项装配要求,这些装配要求应当在装配过程中予以保证所谓装配精度,就是产品装配后的实际几何参数工作性能等参数与理想几何参数工作性能等参数的符合程度,即主要指各个相关零件配合面之间的位置精度,包括配合面之间为间隙或过盈的相对位置,以及由于装配中零件配合面形状的改变而需计及的形状精度和微观几何精度(如接触面的大小和接触点的分布)1.2在产品逐级装配这一复杂的制造过程中,装配工艺设计怎样才能发挥其指导生产的作用呢?传统的生产方式是按设计目录(物料名细表)来组织生产的而且从现行的设计工艺文件分析,所谓的物料名细表只能说明装配所需的物料,没有表示物料需求的先后顺序所以对指导生产计划没有起到应有的作用,不能完全反映整个产品的装配结构层次顺序以及所需物料的数量现今国际上的技术发达国家如美国日本等已经提出了制造业中优化生产计划的根本思想按需求来组织生产,值得我们借鉴这种需求不仅是用户的最终需求,还包括制造过程中加工装配各工序间的需求需求计划一般以周为单位,甚至可落实到以天为单位它改变了传统的以库存控制法来组织生产的方式,九十年代美国把这一系列思想方法总结为精益生产方式要按!需求∀的方式组织生产,就必须弄清楚整个装配过程中的!需求∀是什么?即什么时间需要#21#2002年第18卷第6期2002.Vol.18No.6电子机械工程Electro-MechanicalEngineering:2001-12-08什么物料,数量多少这样才能进一步推导出什么时间加工什么时间制造毛坯等等而装配过程中的物料需求正是装配工艺设计的主要内容之一可见,一个复杂产品的装配不但要有严格的工艺要求,而且与企业的生产组织装配工艺装备工人的技术水平等有关,否则不能保证装配的质量和按期完成产品的装配从装配周期分析,较复杂的产品装配需要一个月到几个月一年甚至更多的时间才能完成,所以其装配过程中的零部件等(物料)的需求也是陆续的,应按照装配工艺的要求提供,否则不是停工待料,就是物料积压所以改善当前拖拉的生产现状,应先从总装配开始安排生产计划,从下道工序向上道工序发出需求指令(看板管理的形式),形成!拉动∀的生产方式分析这一拉动过程,就是研究生产过程中的物料需求,这一需求正是首先由装配工艺设计确定可见改革现行的装配工艺文件与设计的内容,成了改革计划管理使我所由粗放型发展到集约型的一个重要环节,也是使先进的工艺设计发挥作用,获得应有效益的关键2复杂系统的装配工艺设计(以某雷达稳定平台为例)要想较好地完成一个产品的装配工艺设计,首先应从熟悉产品的工作性能组成及要求入手2.1稳定平台是为舰用搜索雷达提供了一个可消除船摇影响的安装基座稳定平台伺服系统是由一个典型的位置随动系统,其输入纵横摇角速度信号以及横摇的速度信号是由舰上平台罗经供给的利用该输入信号去控制稳定平台,使稳定平台输出一个与输入信号幅值相等且方向相反的角速度信号,从而克服船摇的影响,并在规定的摇摆条件及相对风速条件下保证所需要的复现精度稳定平台伺服系统由稳定平台伺服系统方位变速控制箱等组成它接收来自平台罗径的船摇信号,将船摇信号变换为直流功率放大信号,控制稳定平台的伺服电机转动,使稳定平台的天线旋转轴与海平面相垂直2.22.2.1稳定平台的组成稳定平台主要由底座部分支架纵横摇框架部分同步装置方位传动装置及驱动机构等上百个零部件组成其中底座支架纵横摇框架等为采用高强度铸铝合金70ss的铸造件整个雷达五个关键件中的三个:纵横摇框架方位旋转关节及柔轮均位于其中,另两个关键件支架天线反射器装于稳定平台的方位传动装置上可见它的装配质量直接影响到整部雷达的工作性能其结构简要示意图如图1所示图1稳定平台的结构简图2.2.2主要技术参数(1)稳定平台系统使用条件(摇摆条件):横摇纵摇3%保证度幅值∃%20%∃%10%角速度∃9.6&s∃8&s角加速度∃12&s2∃16.7&s2角加加速度∃15.2&s3∃34.9&s3稳定平台在横摇小于%25&,纵摇小于%20&时,平台不被破坏;(2)相对风速小于40ms风速时,稳定平台保精度工作;小于55ms风速时,不损坏稳定平台;(3)天线方位转速工作于两种转速:20rmin40rmin,转速误差∃5%;(4)稳定平台重量小于400kg,其中天馈线系统重量为50kg;(5)稳定平台伺服系统在上述技术参数条件下,其复现精度纵横摇分别测量,均小于0.5&(峰#22#电子机械工程第18卷值);(6)寿命为4000小时;(7)连续工作时间为24小时;(8)纵横摇主轴轴心在空间的正交精度为0.02;(9)纵横摇的极限角度调整:纵摇%10&,横摇%20&其它如传动部分齿轮齿隙的调整以及密封等另有要求要使稳定平台达到装配精度,不能只依赖于提高零件的加工精度,在一定程度上必须依赖于工艺技术的保证2.3通常装配工艺由零件装入以各种方式连接各级部件装配总装配等等一系列工序和操作组成经加工合格的零件,必要时在投入装配前需做好各种准备工作在装配过程中和装配之后,要通过检测和调整以保证零部件的尺寸形状和位置关系为保证这一切在装配过程中应分层次分单元进行,尤其是稳定平台这样的复杂产品另外,不但要有严格的工艺技术要求,还要有工艺顺序要求工艺的技术要求和装配顺序由装配工艺过程卡提供2.3.1整机装配关系整机最多可以由四层装配关系组成,最简单的可能只有两层组成(1)每层可以由各种不同的单元零件所组成;(2)上层装配单元由下层单元及零件组成;(3)产品的装配过程,从最基本的装配单元开始装配作业流程如图2所示2分析上图可知,最先投产的有:(1)生产周期较长的铸造件:如底座支架纵横摇框架等;(2)外协件:如齿轮等;(3)最下层(组件层)的单元件:如图中所示的圆销蜗轮轴套等;(4)外购件:目前国内市#23#第6期张爱平:整机装配工艺设计分析场不多见购买周期长的元器件等我们应有理有序地组织生产和装配,避免由于缺乏某个零部件影响组装而导致生产周期被拖延的现象发生2.3.2装配工艺配合法的确定装配的工艺配合法和工作组织形式是根据产品的结构零件大小制造精度生产规模等因素来选择的工艺配合法与尺寸链的解算密切相关选择工艺配合法,需找出装配的全部尺寸链,结合设计要求和制造的经济性,经过合理的技术计算,把封闭环的公差值分配给各组成环,确定各环的公差和极限尺寸装配的最终精度,从有关尺寸链的解算而获得工艺配合法分为四种:(1)互换装配法;(2)选配法;(3)修配法;(4)调整法2.3.2.1互换装配法互换装配法是在装配时各配合零件不经修理选择或调整即可达到装配精度的方法其实质就是用控制零件的加工误差的方法来保证装配精度军工所目前多为单件小批量生产方式,因而装配中为保证质量大多数选用互换装配法稳定平台中关键件纵横摇的空间正交精度0.02mm,同轴度为0.03mm和0.04mm,就是靠加工予以保证的重要件方位旋转关节(转动部分波导管和固定部分波导管)中的主要精度尺寸,是经两部分波导装配后,通过精心换算工艺尺寸链,靠加工予以保证的其中尺寸链的解算略2.3.2.2选配法(适用于大批量生产方式)选配法是将尺寸链中组成环的公差放大到经济可行的程度,然后选择合适的零件进行装配,以保证规定的精度它按形式不同可分为三类:直接选配法分组选配法和复合选配法,如屏蔽罩等2.3.2.3修配法修配法是在装配时,根据实际测量的结果,改变尺寸链中某预定的修配件(修配环)的尺寸,使封闭环达到规定的装配精度的方法如波导管与法兰盘轴与轴承等的配合均采用此法2.3.2.4调整法调整法是将尺寸链中组成环在按经济加工的加工精度确定公差时,选择其中一个或几个适当尺寸的调节件(调节环)进行调整,来保证规定的装配精度要求这种调整件可起到补偿装配累积误差的作用,故亦称补偿件如偏心轴承套轴承端盖锁紧螺母等2.42.4.1作业的程序分析为了有效地完成装配,必须做到:(1)装配结构及装配要求将产品进行逐层分解,使产品逐层分解为能够独立进行装配的构件,直到不能分解为止;(2)研究确定同一层各零部件的装配顺序;(3)研究确定各个单元内部各构件的装配顺序2.4.2装配顺序的工艺性原则(1)串联尺寸链:以简单方便为原则安排装配顺序;(2)并联尺寸链:先安装精度高的尺寸链,精度相同时,先装对多数尺寸链是公共的尺寸链组成环所在的那个尺寸链;(3)每个尺寸链装配顺序:应先从基本尺寸链开始,先公共后一般,先下后上,先内后外,先难后易,先重后轻,先精后一般的原则2.4.3装配顺序的经济性原则:(1)装配层次,先低层后高层进行装配;(2)装配层多的先装;(3)装配复杂精度高时间长的最先装根据以上的分析和装配顺序的两个原则,将稳定平台分解为底座支架同步装置纵横摇框架自动锁水准仪驱动机构以及接线装置等零部件,而其中部件部分,如自动锁又可分解为滑座挡珠器壳体微动开关蜗轮法兰盘等几十个零部件;组件部分如蜗轮,又可以分解为圆销轴套和蜗轮三个零件因此装配时,应先从最低层装起,即先装配蜗轮,再按顺序装配自动锁,再装配稳定平台稳定平台的装配又是从底座部分装起,按顺序装配支架部分纵横摇框架部分同步装置部分,然后组装其它部分:自动锁接线装置等2.5根据以上的要求分析,装配工艺技术文件由装配系统图装配名细表装配工艺过程卡和工序卡组成,见图3#24#电子机械工程第18卷图3装配工艺过程卡和工序卡图2.5.1装配系统图装配系统图是用来表示系统内各独立部分之间的关系的图表用系统图的方式来描述装配作业对象的作业顺序组成及装配方法,对组织生产指导生产很有帮助,但装配作业构件的形状尺寸等非常复杂为了能表示出它们的装配关系与装配顺序,以方框图的形式来表示,它既反映了装配单元的划分,又直观地表示了装配工艺过程它为拟订装配工艺过程指导装配工作组织计划以及控制装配进度均提供了方便,并且还可以将复杂的装配设计简化,为日后的计算机辅助制造系统(CAPP)的应用打下了良好的基础基本形式如图4所示42.5.1.1基础框图形及内容(见图5)装配关系按标准可分为螺纹连接过盈连接键连接等(1)螺纹连接:在机械结构中广泛采用螺纹连接螺纹连接的质量除受加工精度的影响之外,还与装配技术有很大的关系如拧紧螺母的次序不5对,施力不均匀,将使部件变形而降低了装配精度对于运动部件上的螺纹连接,若紧固力不足,会使连接件的寿命大大缩短,甚至造成事故因此对于重要的螺纹连接,必须规定预紧力的大小,对于中小型螺栓常用定扭矩法(用定扭矩扳手)或扭角法控制预紧力稳定平台主要技术参数中,有两项平台不损坏的