1、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。,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
2、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。,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。,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
3、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,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,图6-3 带可编程控制器的自动装配装置115同图6-2 16-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
4、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,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
5、的技术经济效果。,* 相同规格的零件按一件计算,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。,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
6、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。,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
7、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。,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,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。,
8、第二节 自动装配工艺过程分析,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,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,一
9、、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,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
10、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。,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。,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
11、见表6-3。,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。,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,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
12、6-弹簧 7-锥销,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。,压接翻边焊接挂接咬边,自动化程度,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
13、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。,（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；,检测装配过程的缺件,装入零件的定向,装配时的位置检测；,装配时的位置检测,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
14、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。,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
15、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。,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
16、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。,一、自动装配机的基本型式及特点 自动装配机从类型上来讲，可分为单工位和多工位两大类，可根据装配产品的复杂程度和生产率的要求而定。1.单工位装配机 单工位装配机是指所有装配操作都可以在一个位置上完成，适用于两到三个零部件的装配，也容易适应零件产量的变化。单工位装配机比较适合于在基础件的上方定位并进行装配操作，即基础件布置好后，另一个零件的进料和装配也在同一台设备上完成。,第四节 自动装配机械,图6-6 单工位装配机布置,图6-7 单工位装配
17、机的设计布置和操作顺序a) 装配位置 b) 出料1-出料轨道 2-滑板 3-停止点 4-起出器,2.多工位装配机 对有3个以上零部件的产品通常用多工位装配机进行装配，设备上的许多装配操作必须由各个工位分别承担，这就需要设置工件传送系统，按传送系统型式要求可选用回转型、直进型或环行型布置形式。除此之外，还有很多其它型式可以满足不同装配对象的需要，具有代表性的自动装配机型式有回转工作台式、中央立柱式、立轴式（转台式）等。,图6-8 夹具升降台返回的直进型装配机1-工作头 2-返回空夹具 3-夹具返回起始位置 4-装配基础件,图6-9 夹具水平返回的直进型装配机1-工作头安装台面 2-工作头 3-夹
18、具安装板 4-链板,二、工位间传送方式 装配基础件在工位间的传送方式有连续传送和间歇传送两类。,图6-10 矩形平面轨道环行型自动装配机1 工作头 2随行夹具 3基础件 4空夹具返回 5装配成品,图6-11 带往复式装配工作头的连续传送装配方式,图6-12 非同步传送装置1-机械手 2-料斗 3-缓冲储存 4-随行夹具 5-操作者,图6-13 传送方向变化的传送系统1-链节 2-传送平带或工件托盘的导轨 3-圆弧导轨 4-传送链的成形导轨 5-电动机、蜗杆蜗轮传动单元 6-支架 7-换向单元,三、传送装置的结构型式 传送装置结构上主要有水平型和垂直型两类。采用何种型式，主要取决于生产纲领、装配
19、基础件和产品（或部件）的尺寸和重量、装配精度和定位精度、装配工作头对装配对象的工作方向、操作作用力和驱动要求等，有时也取决于工艺布置。 水平型有回转式（包括转台式、中央立柱式、立轴式）、直进式和环行式三种布置方式。其中环行式是装配对象沿水平环形排列，没有大量空夹具返回，近似回转式；如环形轨道一边布置工位，另一边作为空夹具返回，则成为直进式。,水平型适宜于装配起点和终点相互靠近以及宽而不长的车间。当产品装配后还需进行试验、喷漆、烘干等其他生产过程时，采用这种布置也比较方便，但占地面积大，易影响车间其它的物料搬运。垂直型有回转式、直进式两种布置方式。垂直型常用于直线配置的装配线，装配对象沿直线轨道
20、移动，各工位沿直线排列。,一、组成 柔性装配系统具有相应柔性，可对某一特定产品的变型产品按程序编制的随机指令进行装配，也可根据需要，增加或减少一些装配环节，在功能、功率和几何形状允许范围内，最大限度地满足一簇产品的装配。 柔性装配系统由装配机器人系统和外围设备组成。外围设备可以根据具体的装配任务来选择，为保证装配机器人完成装配任务，其通常包括：灵活的物料搬运系统、零件自动供料系统、工具（手指）自动更换装置及工具库、视觉系统、基础件系统、控制系统和计算机管理系统。,第五节 柔性装配系统,二、基本型式及特点柔性装配系统通常有两种型式：一是模块积木式柔性装配系统，另一是以装配机器人为主体的可编程柔性
21、装配系统。按其结构又可分为三种： （1）柔性装配单元（Flexible Assembly CellFAC,） 这种单元借助一台或多台机器人，在一个固定工位上按照程序来完成各种装配工作； （2）多工位的柔性同步系统 这种系统各自完成一定的装配工作，由传送机构组成固定或专用的装配线，采用计算机控制，各自可编程序和可选工位，因而具有柔性。,（3）组合结构的柔性装配系统 这种结构通常要具有三个以上装配功能，是由装配所需的设备、工具和控制装置组合而成，可封闭或置于防护装置内。例如，安装螺钉的组合机构是由装在箱体里的机器人送料装置、导轨和控制装置组成，可以与传送装置连接。,波音787总装-柔性装配生产线,汽车柔性装配生产线,柔性装配生产线,图6-14 小部件装配的柔性装配系统1-装配机器人 2-供料器 3-传动辊 4-抓钳库或工具库5-传送带 6-导辊 7-工件托盘 8-鼓形储备仓 9-操作台,柔性装备系统实例简介,图6-15 印刷电路板的柔性装配系统,柔性装备系统实例简介,
