自动装配技术第一章

1、张志军 自动装配技术第一章自动装配技术第一章 张志军张志军 绪论绪论 第一章第一章 装配技术基础装配技术基础 第二章第二章 自动供料系统自动供料系统 第三章第三章 自动装配系统自动装配系统 第四章第四章 装配机的结构形式装配机的结构形式 第五章第五章 可靠性及可用性可靠性及可用性 第六章第六章 装配机器人装配机器人 第七章第七章 柔性制造柔性制造 第八章第八章 机器人的发展与未来机器人的发展与未来 第九章第九章 数字化制造技术数字化制造技术 第一节第一节 联接方式联接方式 第二节第二节 公差分析公差分析 第三节第三节 产品的装配工艺性产品的装配工艺性 第四节第四节 装配流程的确定装配流程的确定

2、 第一章第一章 装配技术基础装配技术基础 第一节、联接方法第一节、联接方法 在设计人员设计产品时联接方式就被确定了。由于可在设计人员设计产品时联接方式就被确定了。由于可 以采用的联接结构很多，所以联接方式也必然是多样的。以采用的联接结构很多，所以联接方式也必然是多样的。 各种联接方法的使用因行业而异。机械制造和车辆制各种联接方法的使用因行业而异。机械制造和车辆制 造行业比精密仪表行业更多地使用造行业比精密仪表行业更多地使用螺纹螺纹联接。联接。 螺纹联接是一种通过压紧实现的联接，因为被联接件螺纹联接是一种通过压紧实现的联接，因为被联接件 是通过螺钉被相互紧紧地压在一起的（如下图示）。由此是通过螺

3、钉被相互紧紧地压在一起的（如下图示）。由此 产生一对摩擦副。产生一对摩擦副。 1 1、概述、概述 为了能够从数量上精确地控制联接力，必须对有关为了能够从数量上精确地控制联接力，必须对有关 的因素加以控制的因素加以控制 螺纹联接也存在各种不同的形式，按螺纹头部螺纹联接也存在各种不同的形式，按螺纹头部 的不同形状可以分为四种：的不同形状可以分为四种： 螺钉拧入被联接件，靠螺钉头部压紧螺钉拧入被联接件，靠螺钉头部压紧； 螺钉一端栽入被联接件；螺钉一端栽入被联接件； 螺钉插入被联接件，螺母在另一端拧紧；螺钉插入被联接件，螺母在另一端拧紧； 螺母联接。螺母联接。 螺钉拧入被联接件，靠螺钉头部压紧螺钉拧入

4、被联接件，靠螺钉头部压紧 螺钉一端栽入被联接件螺钉一端栽入被联接件 螺钉插入被联接件，螺母在另一端拧紧螺钉插入被联接件，螺母在另一端拧紧 螺母联接螺母联接 紧固力矩必须控制在一个严格的公差范围紧固力矩必须控制在一个严格的公差范围 Mv=Mvnenn Mv=Mvnenn TvTv 其下限由必需的预紧力确定其下限由必需的预紧力确定 Mvmin=fMvmin=f（FvFv） 其上限受螺钉材料的强度限制其上限受螺钉材料的强度限制 Mvmax=fMvmax=f（b b） 式中：式中： FvFv必需的预紧力必需的预紧力 （N N）；）； MvminMvmin名义紧固力矩名义紧固力矩 （N Ncmcm）；）

5、； MvmaxMvmax最大紧固力矩最大紧固力矩 （N Ncmcm）；）； TvTv紧固力矩的公差紧固力矩的公差 （N Ncmcm）；）； b b螺钉材料的抗拉强度（螺钉材料的抗拉强度（N/cm2N/cm2）。）。 2 2、紧固力的计算、紧固力的计算 除螺纹联接以外，最常用的当数并接（套装、插入、 推入和挂接）。这要取决于两连接件耦合面的形状和位置。 这种联接方式，被联接件之间的接触力起着重要的作用， 因为它们在联接的瞬间形成一定的力矩。 定位 一点接触一点接触二点接触插入过程 FFF FFFFFF FFF FFR FFR FFR FFR FFR FFR FFK FFKFFK1 FFK1 FF

6、K2 FFK2 MMB MMB 插入联接各阶段的反作用力和反力矩插入联接各阶段的反作用力和反力矩 3 3、常用的连接方式、常用的连接方式 连接方式有：折边、镶嵌或插入、溶入、翻边或咬连接方式有：折边、镶嵌或插入、溶入、翻边或咬 接、填充、开槽、钉夹、粘接、压入、凸缘连接、铆钉、接、填充、开槽、钉夹、粘接、压入、凸缘连接、铆钉、 螺纹连接、焊接、铆接、铰接等。螺纹连接、焊接、铆接、铰接等。 连接方法的自动化实现的程度：高连接方法的自动化实现的程度：高低低 压入、凸缘连接、溶入、焊接、铆钉、螺纹连压入、凸缘连接、溶入、焊接、铆钉、螺纹连 接、翻边或咬接、折边、镶嵌或插入、填充、开槽、接、翻边或咬接

7、、折边、镶嵌或插入、填充、开槽、 铆接、铰接、钉夹、粘接。铆接、铰接、钉夹、粘接。 1 1）连接方式）连接方式 2 2）典型的联接动作要求）典型的联接动作要求 插入 （简单 联接） 插入并 旋转 适配 有间隙联接，靠 形状定心 为寻找正确的位 置精密地补偿 属形状耦合联接 说 明运 动原 理名 称 插入并 锁住 旋入 压入 取走 顺序进行两次简 单联接 两种运动的复合， 一边旋转一边按螺 距往里钻 过盈联接 从零件储备仓取 走零件 说 明运 动原 理名 称 运动 变形联 接 通过方向相对的 压力来联接 零件位置和方向 的变化 通过材 料流联 接 临时联 接 为搬送做准备 名 称原 理运 动说

8、明 钎焊、熔焊等 第二节第二节 公差分析公差分析 零件的精度要求就决定了制造与装配的经济性。装零件的精度要求就决定了制造与装配的经济性。装 配中存在的所有的联系都可以用尺寸链来表示。配中存在的所有的联系都可以用尺寸链来表示。 每个零件都有各自的尺寸和公差，可供在制订自动每个零件都有各自的尺寸和公差，可供在制订自动 化的计划时分析。化的计划时分析。 所谓公差分析就是从数量上掌握公差链的极端情况。所谓公差分析就是从数量上掌握公差链的极端情况。 也可以通过实验来确定装配公差。也可以通过实验来确定装配公差。 有：第一定律、第二定律有：第一定律、第二定律 第一定律第一定律是一个公差链的总公差等于各个环节

9、公是一个公差链的总公差等于各个环节公 差的总和，即各公差的绝对值相加。差的总和，即各公差的绝对值相加。 其相互关系如下图所示。其相互关系如下图所示。 1 1、第一定律、第一定律 第二定律第二定律是是封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差 之和减去所有减环的下偏差之和。之和减去所有减环的下偏差之和。 封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所 有减环的上偏差之和。有减环的上偏差之和。 任何形状和位置公差超过了界限的配合件都不能用来任何形状和位置公差超过了界限的配合件都不能用来 进行自动化装配。进行自动化装配。 如果出现这

10、种情况，就必须在如果出现这种情况，就必须在制造过程中予以改正制造过程中予以改正。 质量控制标准中对于公差的分布形式有具体规定。质量控制标准中对于公差的分布形式有具体规定。 最常见的分布形式有：正态分布、最常见的分布形式有：正态分布、SimsonSimson分布、均匀分布、均匀 分布分布、均匀增长分布和复合分布。均匀增长分布和复合分布。 2 2、第二定律、第二定律 图表示了两种可能的公差分布方式。方式图表示了两种可能的公差分布方式。方式1 1公差分公差分 布比较宽，成本低，但不适合自动化装配。方式布比较宽，成本低，但不适合自动化装配。方式2 2公差公差 分布比较严格，适合自动化装配，但生产成本高

11、。分布比较严格，适合自动化装配，但生产成本高。 必须区别两种不同种类的公差：必须区别两种不同种类的公差： 功能公差功能公差 自动化装配过程公差自动化装配过程公差 功能公差功能公差：能够装配到一起并且实现规定的功能所允能够装配到一起并且实现规定的功能所允 许的偏差。许的偏差。 零件的技术要求须按照装配条件以及在运转状态所应零件的技术要求须按照装配条件以及在运转状态所应 起的作用来确定。起的作用来确定。 自动化装配过程公差：自动化装配过程公差：是与操作过程相关的由装配是与操作过程相关的由装配 机械造成的位置和方向误差。机械造成的位置和方向误差。 公差的选择有下列几种配合方法：公差的选择有下列几种配

12、合方法： 完全互换法完全互换法； 成组互换法；成组互换法； 均衡补偿法；均衡补偿法； 概率法。概率法。 完全互换法：完全互换法：可以从备件中任取一件装配。在任何一可以从备件中任取一件装配。在任何一 种情况下都可以达到要求的使用功能。种情况下都可以达到要求的使用功能。 这种方法首先用于以下的情况：公差链短，成批大量这种方法首先用于以下的情况：公差链短，成批大量 生产。生产。 成组互换法：成组互换法：备件按公差范围分组。尽管要求的配合备件按公差范围分组。尽管要求的配合 公差很小，但工件的制造公差却可以大一些。公差很小，但工件的制造公差却可以大一些。 这只有属于同一组的零件才可以配合。这只有属于同一

13、组的零件才可以配合。 均衡补偿法：均衡补偿法：最终公差的精度通过一个补偿环节得最终公差的精度通过一个补偿环节得 到，或者通过尺寸改变，或者加入一个补偿件。到，或者通过尺寸改变，或者加入一个补偿件。 例如一个按尺寸分段的例如一个按尺寸分段的垫片垫片。这种方法要求一个附。这种方法要求一个附 加的测量设备以确定应有的补偿值。加的测量设备以确定应有的补偿值。 概率法：概率法：一定概率的零件的公差超过了事先规定的最一定概率的零件的公差超过了事先规定的最 终公差而不能完全互换。这部分所占的比率称超差率。终公差而不能完全互换。这部分所占的比率称超差率。 这种方法适用于最终公差要求较严的多环节公差链。这种方法

14、适用于最终公差要求较严的多环节公差链。 第三节第三节 产品的装配工艺性产品的装配工艺性 适合装配的零件形状对于经济的装配自动化是一个基适合装配的零件形状对于经济的装配自动化是一个基 本的前提。本的前提。 产品的结构、数量和可操作性决定了装配过程、传输产品的结构、数量和可操作性决定了装配过程、传输 方式和装配方法。方式和装配方法。 机械制造的一个明确的原则就是机械制造的一个明确的原则就是“部件和产品应该能部件和产品应该能 够以最低的成本进行装配够以最低的成本进行装配”。 对于适合自动化装配的形状，就单个零件、部件和产对于适合自动化装配的形状，就单个零件、部件和产 品来说品来说层叠式层叠式和鸟巢式

15、的结构对于自动化装配是有利的。和鸟巢式的结构对于自动化装配是有利的。 1 1、概述、概述 层叠式的装配是零件进行堆积层叠式的装配是零件进行堆积 层叠式层叠式 鸟巢式的装配是以一个零件为基础，其余的零件都鸟巢式的装配是以一个零件为基础，其余的零件都 安装在此零件之上。安装在此零件之上。 鸟巢式鸟巢式 结构方面的另一个区别是分立式还是集成式。集成方结构方面的另一个区别是分立式还是集成式。集成方 式可以实现元件最少，维修也方便。式可以实现元件最少，维修也方便。 2 2、适合传送和装配的工件形状的实例、适合传送和装配的工件形状的实例 除上述实例以外，适合传送和装配的工件形状还要除上述实例以外，适合传送

16、和装配的工件形状还要 满足以下满足以下几项要求几项要求： 配置路径要短；配置路径要短； 抓取部位与配合部位要有一定的距离；抓取部位与配合部位要有一定的距离； 所有零件都要避免尖锐的棱角；所有零件都要避免尖锐的棱角； 配合部件与参考点之间的距离要保证一定的公配合部件与参考点之间的距离要保证一定的公 差。差。 第四节第四节 装配流程的确定装配流程的确定 为了装配一个产品，必须首先说明其安装顺序。为了装配一个产品，必须首先说明其安装顺序。 必须规定哪些装配工作之间可以串联，哪些之间可必须规定哪些装配工作之间可以串联，哪些之间可 以并联。以并联。 装配过程越宽（相并联的工序多）越难以组织。装配过程越宽

17、（相并联的工序多）越难以组织。 对复杂的产品经常必须首先装配子部件，即装配过对复杂的产品经常必须首先装配子部件，即装配过 程是多阶段进行的。程是多阶段进行的。 1 1、概述、概述 1 1）按原理可以划分为以下几种。）按原理可以划分为以下几种。 无分支无分支 有分支有分支 部件部件 产品 2 2、装配过程的划分、装配过程的划分 单阶段单阶段多阶段多阶段 装配站装配站 流水作业流水作业 2 2）按照时间和地点关系，装配过程划分）按照时间和地点关系，装配过程划分 串联装配；串联装配； 时间上平行的装配；时间上平行的装配； 在时间上和地点上都相互独立的装配；在时间上和地点上都相互独立的装配； 在时间上

18、独立，地点相互联系的装配。在时间上独立，地点相互联系的装配。 定义：流程图是一个网形的计划图。定义：流程图是一个网形的计划图。 其结构可以是有分支的或没有分支的，它重现了装配其结构可以是有分支的或没有分支的，它重现了装配 过程。零件的移动方向通过网结，相互关系通过联接线来过程。零件的移动方向通过网结，相互关系通过联接线来 表示。表示。 3 3）流程图）流程图 其排列方式总是其排列方式总是 由最早的步骤开始。由最早的步骤开始。 从左图中可以知道哪从左图中可以知道哪 些装配工作（些装配工作（1 1）可以）可以 先于其他步骤（先于其他步骤（3 3，4 4， 5 5）开始，在此步骤中）开始，在此步骤中

19、 哪些零件被装配到一哪些零件被装配到一 起。一种装配操作起。一种装配操作 （例如（例如2 2）最早可以在）最早可以在 什么时间开始，什么什么时间开始，什么 步骤（例如步骤（例如3 3，4 4）可）可 以与此平行地进行。以与此平行地进行。在哪个装配步骤（例如在哪个装配步骤（例如5 5）中另一零件（）中另一零件（D D）的前）的前 BB DD C C BB C C AA 2 2 4 4 1 13 35 5 流程图流程图 A A、B B、C C、DD零件零件 1 155联接过程联接过程 装配必须事先完成。装配必须事先完成。 下面介绍几种不同的考虑方法：下面介绍几种不同的考虑方法： 考虑配合面；考虑配合面；考虑任务；考虑任务； 考虑对象；考虑对象； 考虑操作（工艺过程）；考虑操作（工艺过程）； 考虑功能；考虑功能； 考虑组织。考虑组织。 3 3、注意事项、注意事项 考虑配合面：考虑配合面：就是注意失去了哪些配合面。所谓就是注意失去了哪些配合面。所谓 失去是指或者被占用或者被封闭。失去是指或者被占用或者被封闭。 考虑对象：考虑对象：例如：把带有许多配合面，质量最大，例如：把带有许多配合面，质量最大， 形状复杂的零件视为基础件。特别敏感的零件应该在最形状复杂的零件视为基础件。特别敏感的零件应该在最 后装配。后装配。 考虑操作（工艺过程）：考虑操作（工艺过程）：例如：操作简单的