第6章 装配自动化

机电工程学院第六章装配自动化机械制造自动化的最后阶段通常是装配自动化。各种零部件（包括自制的，外购的，外协的）需经过正确的装配，才能形成最终产品。但由于加工技术超前于装配技术许多年，装配工艺已成为现代化生产的薄弱环节。据有关资料统计，一些典型产品的装配时间占总生产时间的53%左右，而目前产品装配的平均自动化水平仅为10%~15%，因此，装配自动化是制造工业中需要解决的关键技术。机电工程学院第一节基本概况一、装配自动化的现状与发展装配自动化的目的主要在于：提高生产效率、降低成本，保证机械产品的装配质量和稳定性，并力求避免装配过程中受到人为因素的影响而造成质量缺陷，减轻或取代特殊条件下的人工装配劳动，降低劳动强度，保证操作安全。装配自动化技术发展大致经历了三个发展阶段：第一个发展阶段：由传统的机械开环控制的装配自动化技术。第二个发展阶段：半柔性控制的装配自动化技术。机电工程学院装配自动化技术发展大致经历了三个发展阶段：第一个发展阶段：由传统的机械开环控制的装配自动化技术。第二个发展阶段：半柔性控制的装配自动化技术。第三个发展阶段：柔性控制的装配自动化技术。装配自动化技术发展趋势：（1）与近代基础技术互相结合、渗透，提高自动装配装置的性能。（2）进一步提高装配的柔性，大力发展柔性装配系统FAS。机电工程学院图6-1机械开环控制的装配装置1-操作者2-电动机3-机械顺序控制器4-机械运动控制器5-零件运输装置6-装配操作装置7、8-零件9-夹具和托盘装置10-机械装配装置11-机械控制装置12-采用机械控制的装配系统13-零件送进装置机电工程学院图6-2采用预调顺序控制器的装配装置1-操作者2-电动机3-机械顺序控制器4-机械运动控制器5-零件运输装置6-装配操作装置7、8-零件9-夹具和托盘装置10-机械装配装置11-机械控制装置12-采用机械控制的装配系统13-零件送进装置14-可编程顺序控制器15-机械装配装置机电工程学院图6-3带可编程控制器的自动装配装置1~15同图6-216-可编程操作控制器17-操作程序处理器18-前馈控制器19-最佳控制器20-自适应控制器21-伺服执行机构22-传感器或探测器23-反馈控制器24-可编程控制器的伺服装配装置机电工程学院二、装配自动化的基本要求要实现装配自动化,必须具备一定的前提条件,主要有如下几方面：1.生产纲领稳定，且年产量大、批量大，零部件的标准化、通用化程度较高生产纲领稳定是装配自动化的必要条件。目前，自动装配设备基本上还属于专用设备，生产纲领改变，原先设计制造的自动装配设备就不适用，即使修改后能加以使用，也将造成设备费用增加，耽误时间，在技术上和经济上都不合理。年产量大、批量大，有利于提高自动装配设备的负荷率；零部件的标准化、通用化程度高，可以缩短设计、制造周期，降低生产成本，有可能获得较高的技术经济效果。机电工程学院表6-1小型精密产品或部件实现装配自动化的一般条件与生产纲领有关的一般条件实现自动化装配的适合程度很适合比较适合不适合生产纲领生产纲领稳定性产量增加的可能性装配件数量*装配件的加工精度装配复杂程度要求装配工人的熟练程度手工装配劳动强度装配过程中的危险性500套/h5年内品种不变大4~7高简单低大有200~500套/h3年内品种不变较大8~15一般一般一般一般有200套/h2、3年内有可能变化不增加15低复杂高低无*——相同规格的零件按一件计算机电工程学院2.产品具有较好的自动装配工艺性尽量要做到结构简单，装配零件少；装配基准面和主要配合面形状规则，定位精度易于保证；运动副应易于分选，便于达到配合精度；主要零件形状规则、对称，易于实现自动定向等。机电工程学院3.实现装配自动化以后，经济上合理，生产成本降低装配自动化包括零部件的自动给料、自动传送以及自动装配等内容。其中：自动给料包括装配件的上料、定向、隔料、传送和卸料的自动化。自动传送包括装配零件由给料口传送至装配工位，以及装配工位与装配工位之间的自动传送。自动装配包括自动清洗、自动平衡、自动装入、自动过盈连接、自动螺纹联接、自动粘结和焊接、自动检测和控制、自动试验等。所有这些工作都应在相应控制下，按照预定方案和路线进行。实现给料、传送、装配自动化以后，就可以提高装配质量和生产效率，产品合格率高，劳动条件改善，生产成本降低。机电工程学院自动化检测技术自动化检测装置：从制品（零件、部件和产品）的尺寸、形状、缺陷、性能等的自动测量，到成品生产过程各阶段上的质量控制；从对各种工艺过程及其设备的调节与控制，到实现最佳条件的自动生产。根据不同需要制造的各种自动检测装置：如用于工件的尺寸、形状检测用的定尺寸检测装置、三坐标测量机、激光测径仪以及气动测微仪、电动测微仪和采用电涡流方式的检测装置；用于工件表面粗糙度检测用的表面轮廓仪；用于刀具磨损或破损的监测用的噪声频谱、红外发射、探针测量等测量装置；利用切削力、切削力矩、切削功率对刀具磨损进行检测的测量装置。机电工程学院三、实现装配自动化的途径针对我国目前情况，我们认为实现装配自动化的途径主要有：1．借助先进技术，改进产品设计2．研究和开发新的装配工艺和方法3.尽快实现自动装配设备与FAS的国产化机电工程学院一、自动装配条件下的结构工艺性自动装配工艺性好的产品结构能使自动装配过程简化，易于实现自动定向和自我检测，简化自动装配设备，保证装配质量，降低生产成本。反之，如果装配工艺性不好，自动装配质量问题就可能长期难以解决。可靠的解决途径是在产品结构设计时加强工艺性审查，使产品结构最大限度地具有自动装配工艺性。第二节自动装配工艺过程分析机电工程学院在自动装配条件下，零件的结构工艺性应符合以下三项原则：（1）便于自动给料（2）有利于零件自动传送（3）有利于自动装配作业机电工程学院表6-2改进自动装配工艺性示例表机电工程学院表6-2(续)改进自动装配工艺性示例表机电工程学院二、自动装配工艺设计的一般要求自动装配的工艺要求要比人工装配的工艺要求复杂得多。为使自动装配工艺设计先进可靠，经济合理，在设计中应满足以下几个要求：1.保证装配工作循环的节拍同步2．除正常传送外，宜避免或减少装配基础件的位置变动3．要合理选择装配基准面4．对装配件要进行分类5．关键件和复杂件的自动定向6.易缠绕零件要能进行定量隔离7.精密配合副要进行分组选配8.要合理确定装配的自动化程度9.要注意不断提高装配自动化水平机电工程学院一、装配的基本型式与特点作为最后的生产阶段，装配对产品的成本和生产效率有着重要的影响。由于工艺的因素和出于成本的考虑，通常采用如下几种装配型式：1．单工位装配全部装配工作都在一个固定的工位完成，基础件和配合件都不需要传输。2．固定工位顺序装配将装配工作分为几个装配单元，将它们的位置固定并相邻布置，在每个工位上都完成全部装配工作。这样，即使某个工位出了故障也不会影响整个装配工作。第三节自动装配原理机电工程学院3．固定工位流水装配与固定工位顺序装配的方式类似，主要区别在于装配过程没有时间间隔。4．装配车间将装配工作集中于一个车间进行，只适用于特殊的装配方法，如焊接、压接等。5．巢式装配几个装配单元沿圆周布置，没有确定的装配顺序，装配流程的方向也可能发生变化。机电工程学院6．移动的顺序装配装配工位按照装配工艺流程设置，装配过程中相互之间既可以没有固定的时间联系，也可以存在一定的时间联系，但可以有时间间隔。7．移动的流水装配装配工位按装配操作的顺序设置，它们之间有确定的时间联系且没有时间间隔。此时，装配单元的传输需要适当的链式传输机构。机电工程学院二、装配件的传送与定位1．装配件的传送在自动化装配系统中，通常需要通过传送设备在装配工位之间，装配工位与料仓和中转站之间传送工件托盘、基础件和其它零件。再在装配工位上，将各种装配件装配到装配基础件上去，完成一个部件或一台产品的装配。常用传送设备（机构）的结构形式及其特点见表6-3。机电工程学院表6-3常用传送设备（机构）类型及其特点机电工程学院机电工程学院机电工程学院2．装配件的定位基础件、配合件和连接件等必须要停止在精确的位置，才能顺利地完成装配工作。这就需要通过定位机构来保证准确定位。对定位机构的要求非常高，它要能够承受很大的力量和精确地工作。生产中的定位机构常用楔形销、楔形滑块、杠杆等作为定位元件，如图6-4所示。机电工程学院图6-4常用定位机构a)楔形销定位b)楔形滑块定位c)楔形杠杆定位d)楔形销加反靠定位e)杠杆定位、凸轮控制f)杠杆加反靠定位机电工程学院图6-5定位销的定位过程a)圆柱销开始伸出作预定位b)锥销伸出c)定位结束，两销在相反方向与定位套贴紧1-工作台2-定位套3-支架4-预定位销5-连接板6-弹簧7-锥销机电工程学院三、装入和联接装入和螺纹联接是自动装配中常用的重要工序。1.装入自动化装入工序自动化要求装入工件经定向和传送到装入工位后，通过装入机构在装配基础件上对准、装入。常用装入方式有重力装入、机械推入、机动夹入三种。2.螺纹联接自动化包括螺母、螺钉等的自动传送、对准、拧入和拧紧。此外，根据工艺需要拧松、拧出已联接的螺纹联接件也属于这个范围，但拧松时无需螺纹联接件的传送、对准，拧出时可快速，并需考虑取下和排出。机电工程学院机电工程学院压接〉翻边〉焊接〉挂接〉咬边自动化程度机电工程学院机电工程学院机电工程学院四、装配中的自动检测与控制1．自动检测为使装配工作正常进行并保证装配质量，在大部分装配工位后一般均宜设置自动检测工位，将检测结果转换为信号输出，经放大或直接驱动控制装置，使必要的装配动作能够联锁保护，保证装配过程安全可靠。机电工程学院（5）零件的分选质量；（6）装配过程的异物混入；（7）装配后密封件的误差；（8）螺纹联接件的装配质量；（9）装配零件间的配合间隙；（10）装配后运动部件的灵活性和其它性能。自动检测项目与所装配的产品或部件的结构和主要技术要求有关，一般自动检测项目可分为十类：（1）检测装配过程的缺件；（2）装入零件的方向；（3）装入零件的位置；（4）装配过程的夹持误差；机电工程学院检测装配过程的缺件装入零件的定向标志孔传输光纤出射光纤光纤耦合器机电工程学院定区域式光电开关咖啡罐流水线运行方向（罐装高度检测）装配时的位置检测；机电工程学院装配时的位置检测机电工程学院装配过程中的自动检测，按作用分有主动检测和被动检测两类。主动检测是参与装配过程、影响装配质量和效率的自动检测，能预防生成废品；被动检测则是仅供判断和确定装配质量的自动检测。主动检测通常用于成批生产，特别应用在装配生产线上，且往往在线上占据一个或几个工位，布置工作头，通过测量信号的反馈能力实现控制，这是在线检测。如用自动分选机，多半为不设在生产线上的离线检测。机电工程学院2.自动控制自动装配系统的控制系统的基本设计要求如下：（1）控制装配基础件的传送和准确定位；（2）控制和完成包括装配件的给料装置、上料过程的全部工作循环在内的装配作业过程；（3）控制关键性的装配工序和自动装配装置的安全保护、联锁和报警；（4）控制经自动检测后发出的各种信号及其相应的安全保护、联锁和报警；（5）应能实现自动、半自动和人工调整三种状态的控制；（6）要求控制系统所选用的控制器元件惯性小，灵敏度高；（7）控制系统应保证自动装配系统的给料、传送、装配作业相互协调、同步和联锁。机电工程学院控制系统的选择主要受工艺设计、自动化程度和管理方式影响，具体可概括为以下几项主要因素：（1）装配节拍和装配工作循环时间的分配；（2）装配基础件的传送方式（间歇传送、连续传送；同步传送、非同步传送），装配基础件在各个工位上的定位精度；（3）装配件的给料自动化及主要装配件的装配精度要求；（4）装配线上检测工位数，特别是自动检测后对不合格件采用何种处理方式（如是紧急停止，还是将不合格件排出；是重复动作，还是修正动作等）很有影响，。（5）易出故障的装配工位上的故障频率及处理方式；（6）自动装配线与车间内前后生产工序的联系，如储存方式、生产管理方式等。机电工程学院一、自动装配机的基本型式