第6章装配自动化2

2023/2/2武汉理工大学机电学院1/45一、概述二、自动装配工艺过程分析三、自动装配机与自动装配线四、自动装配实例第六章装配过程自动化2023/2/2武汉理工大学机电学院2一、概述1、装配过程自动化的目的及意义2、装配过程自动化的现状3、装配过程自动化的条件4、装配过程自动化的内容2023/2/2武汉理工大学机电学院3

装配过程是机械制造过程中必不可少的环节，在大批大量生产中，常需完成大量而且复杂的装配操作。其作业特点是：装配工人往往在长时间内重复单纯、强度比较大的工作，与切削加工过程相比，劳动生产率要相对低得多。保证产品装配质量提高生产率降低生产成本，改善劳动条件目的及意义1、装配过程自动化的目的及意义2023/2/2武汉理工大学机电学院4国外到现在为止，也只有不到30%的机电产品实现了装配自动化。即使在美国和日本，自动装配机与金属切削机床相比，也仅为1:100，装配的费用占54%。机械产品的装配工作量技术上的复杂性占整个产品制造工作量的20～70%主要原因机械结构方面因素

机械产品的装配过程包含了很多复杂的装配动作，这些动作用手工完成时，除耗费体力外，一般并不难实现。但当采用自动化装置来代替人工操作时，就需要相当复杂的要求工作准确稳定的机构和可靠的控制系统，才能实现。

许多机械产品，在装配结构和零件结构方面，还不适应自动装配的要求。2、装配过程自动化的现状为什么装配自动化技术发展缓慢？2023/2/2武汉理工大学机电学院5国内外自动装配情况自动装配机（线）拥有最多的国家。已经形成的自动装配线、生产的自动装配机已有一定的通用程度。最多的行业——电机电器、汽车、运输机械、仪器仪表、金属制品

——占美国自动装配线的70%以上。美国应用自动装配技术比较晚。上世纪50年代开始在轴承行业设计和建立——球轴承自动装配线在电机电器、通讯器材行业应用最多。中国2023/2/2武汉理工大学机电学院6自动给料自动传送自动装配作业装配自动化的三个主要组成部分：装配作业自动化程度清洗、分选、螺纹拧紧最高；装入、压入过盈连接其次；螺纹件的对准和拧入较差。装配线结构形式以直进式同步传送为多间歇传送型远多于连续传送型非同步式传送尚未见成功例子应用对象轴承、电机电器、汽车、发动机、自行车、手表、通讯器材装配对象——小型部件和产品自动检测方面只起分选作用——不合格件排出或发出信号对重复动作的修正，有待开发应用特点2023/2/2武汉理工大学机电学院7生产纲领稳定，年产量大，批量大、零部件标准化通用化程度高；实现自动化后，经济上合理、生产成本低——提高市场竞争力；产品具有良好的装配工艺性——保证装配质量；结构简单，装配件少，装配基准面与主要配合面形状规则，装配定位精度容易保证，容易达到配合精度，对运动副容易分选，容易自动定向；对装配过程中，重复动作多、劳动强度大或影响操作者身体健康的作业，为了改善劳动条件，应实现自动化。3、实现装配自动化的基本条件2023/2/2武汉理工大学机电学院8零件自动定向和供料零件向基件上装入零件之间或零件与组件之间的自动联接和紧固装配组件在工序间自动输送自动检验其他辅助工作——分选、清洗、涂油、包装4、装配自动化的基本内容2023/2/2武汉理工大学机电学院9螺纹联接件的自动装配图6-22自动拧紧螺钉装置1—料管口2—隔料器3—导管4—直导管a）b）c）图6-23螺钉拧入的过程2023/2/2武汉理工大学机电学院10大批大量生产可采用最高的自动化水平对其中经济效果不显著或技术尚未成熟的工序——半自动化，人工监视或手工操作。对不甚成熟的工序，除机动外，同时还要考虑手动的可能。形状规则、对称且数量多的装配零件，容易实现自动定向，给料的自动化程度可高一些。在螺纹联接工序中，由于多轴工作头对螺纹位置偏差的限制较严，往往还需要检测和控制拧紧力矩，使自动装配机构复杂。单轴工作头应用较多。装配零件送入贮料器的动作以及装配完成后卸下产品和部件的动作常按比较低的自动化程度考虑。装配质量的检验部件的位置偏差运动件的灵活性不合格件的调整和剔除的自动化程度可低一些，有些可手工完成，使自动检验机构不致过于复杂。装配作业自动化程度的确定2023/2/2武汉理工大学机电学院11前行加工过程的可靠性是保证自动装配可靠性的前提。要有合格的装配主体件，在装配之前应检测保证装配零件质量的可靠性占装配零件比例很大的标准件——外购件，并不是百分之百的合格。外购来的标准件中，可能混有料头、不同规格件、缺螺纹或缺孔件等，对这些零件如不采取周密措施进行检验，往往是产生各种故障的根源。

ex在摇杆轴上套装摇杆、环、垫圈、卡环等零件在一个工位上装配零件20个，节拍6秒，一分钟给送零件200个若废品率为1%，一分钟内就有两次事故的概率——就没法工作。——对装配零件，特别是标准件，必须进行检验和分选。通过附加的检验装置提高可靠性装配过程的可靠性问题2023/2/2武汉理工大学机电学院12/45二、自动装配工艺过程分析1、自动装配条件下的零件结构工艺性2、自动装配工艺设计的一般要求

2023/2/2武汉理工大学机电学院13/451、自动装配条件下的零件结构工艺性(1)便于自动给料零件的几何形状力求对称，便于定向处理；使零件不对称程度合理扩大，以便自动定向时能利用其不对称性，如重量、外形、尺寸等的不对称性；使零件的一端做成圆弧形，这样易于导向；某些零件自动给料时，必须防止缠在一起。如有通槽的零件，宜将槽的位置错开；具有相同内外锥度表面时，应使内外锥度不等，以防套入“卡死”。

DFA2023/2/2武汉理工大学机电学院14/45改进坯件自动上料的结构工艺性2023/2/2武汉理工大学机电学院15/45(2)有利于零件自动传送零件除具有装配基准面外，还需考虑装夹基准面，供传送装置装夹和支承；零部件的结构应带有加工的面和孔，供传送中定位；零件应外形简单、规则、尺寸小、重量轻。2023/2/2武汉理工大学机电学院16/45零件送进装置组成示例

选择器进给轨道装配头工件托架料斗分配器

零件送进系统组成料斗零件送进器选择/取向器送进轨道擒纵机构与分配装置2023/2/2武汉理工大学机电学院17/45零件自动送进系统——擒纵机构与分配装置示例2023/2/2武汉理工大学机电学院18/45零件传输实例改进后改进前改进前改进后改进前改进后2023/2/2武汉理工大学机电学院19/45

(3)有利于自动装配作业零件数量应尽可能少；零件的尺寸公差及几何特征应能保证按完全互换法进行装配；尽量减少螺纹联接，用粘结、过盈联接、焊接等方式代替；零件上尽可能采用定位凸缘，以减少自动装配中的测量工作；零件的材料若为易碎材料，宜用塑料代替；最好是能使零件按同一方向安装，减少基础件的翻转次数。装配时必须调整位置的配合副，在结构上尽可能考虑有相对移动的条件，如轴在套筒中按滑动键直接移动，则可采用开槽的方式使轴和套筒相联接；应最大限度地采用标准件和通用件。2023/2/2武汉理工大学机电学院20/45改善自动装配零件结构工艺性2023/2/2武汉理工大学机电学院21/45（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）精密配合副实行分组选配（8）合理确定装配的自动化程度2、自动装配工艺设计的一般要求t1

=t2

=‥‥‥=tn-1

=tn2023/2/2武汉理工大学机电学院22/45保证装配工作循环的节拍同步，装配工序应力求可分,使各个装配工位上装配工序的延续时间大体相等——接近生产节拍时间。除正常传送外，应避免装配基件位置移动。装配过程的大部或全部工作在装配基件上进行，而装配基件在每一工位上的定位，则依靠传送装置的定位精度保证，故在装配过程中应尽量减少或避免装配基面的翻身、转位、升降等位置变动，以免影响装配过程中的定位精度，同时也可以简化传送装置的结构。2、装配自动化的工艺原则2023/2/2武汉理工大学机电学院23/45要合理选择装配基准面装配基准面通常应是精加工面或是面积大的配合面，同时应考虑装配夹具所必需的装夹面和导向面。只有合理选择装配基准面，才能保证装配定位精度。对装配件要进行分类。为提高装配自动化程度，必须对装配件进行分类。大多数装配件是一些形状比较规则、容易分类分组的零件，按几何特性可分为四类：轴类、套类、平板类和小杂件四类，每类按尺寸比例又可分为长件、短件、匀称件三组，每组零件又可分为四种稳定状态。经分类分组后，采用相应料斗装置，即可实现多数装配件的自动给料。2、装配自动化的工艺原则（续）2023/2/2武汉理工大学机电学院24/45合理确定关键件和复杂件的自动定向外形复杂的零件有时需要二次定向或多次定向，定向机构复杂，有时可用手工定向代替自动定向。从定向角度考虑，应以单个零件顺次向基件上安装，避免若干组件分别装成后再将组件与组件进行安装，组件的自动定向比单个零件复杂得多，往往只能用手工完成。易缠绕零件要能进行定量隔离装配件中的螺旋弹簧、纸箔垫片等都是易缠绕粘连的。在装配过程中，要能实现对它们的定量隔离，2、装配自动化的工艺原则（续）2023/2/2武汉理工大学机电学院25/45精密配合副实行分组选配自动装配中精密配合副的装配由选配来保证。根据配合副的配合要求，如配合尺寸、重量、转动惯量来确定分组选配，一般可分组3～20组。分组越多，配合精度越高，但选配、分组、储料的机构越复杂，占用车间的面积和空间尺寸也越大。因此，除机械式手表因部件多，装配分组也较多外（15～20组），一般不宜分组过多

。合理确定装配的自动化程度装配自动化程度的确定是一项十分重要的设计原则，需要根据工艺的成熟程度和实际经济效益确定，

2、装配自动化的工艺原则（续）2023/2/2武汉理工大学机电学院26/45三、自动装配机1、自动装配机的基本型式及特点2、装入和联接2023/2/2武汉理工大学机电学院27/451、自动装配机的基本型式及特点单工位装配机

夹具升降台返回的直进型自动装配机夹具水平面返回直进型自动装配机矩形平面的环行型自动装配机

回转型自动装配机

2023/2/2武汉理工大学机电学院28/45机器装配的基本作业形式a）轴孔件间隙配合b）挡销轴件装入扭转c）多个轴销装入d）装侧销e）螺钉的装入f）轴孔件过盈配合i）安放临时支承j）拆除临时支承k）卷褶联接薄板g）轴销拔出h）零件翻转l）熔焊或锡焊连接2023/2/2武汉理工大学机电学院29/452、装入和联接(1)重力装入一般不需要控制装入位置的机构，不需外加动力，常用机械挡块、定位杆调节支架等进行定位，适用于钢球、套圈、弹簧等的装入。(2)机械推入用曲柄连杆、凸轮和气缸、液压缸直接联接的往复运动机构等控制装入位置，需外加动力，适用于小型电动机装配线上的端盖、轴承以及套件、垫圈、柱销等的装入。(3)机动夹入用机械式、真空式、电磁式等夹持机构的机械手将零件装入，适用于手表齿轮、盘状零件、轴类零件、轻型零件、薄壁零件等。

2023/2/2武汉理工大学机电学院30/45轴孔配合自寻中心装入机构c）基件中心运动轨迹a）机构示意图b）振动原理图1—电磁铁2—支架3—压杆4—弹簧5—推杆6—套7—装配零件(轴)8—料道9—擒纵器10—装配基件11—夹紧机构12—挡铁13—夹具14、15—X、Y坐标滑板16——衔铁2023/2/2武汉理工大学机电学院31/45连杆螺母自动拧紧工作原理1—推料杆；2—输料槽；3—卡簧；4—钢球；5—主轴；

6—连杆盖；7—连杆体；8—连杆螺栓；9、10——螺母2023/2/2武汉理工大学机电学院32/45用导向套进行装入2023/2/2武汉理工大学机电学院33/45自动拧入装置的类型电动扳手气动扳手液压扳手

2023/2/2武汉理工大学机电学院34/45螺纹联接件的自动装配图6-22自动拧紧螺钉装置1—料管口2—隔料器3—导管4—直导管a）b）c）图6-23螺钉拧入的过程2023/2/2武汉理工大学机电学院35/45四、自动装配线

如果产品或部件比较复杂，在一台装配机上不能完成全部装配作业，或需要在几台装配机上完成时，就需要将装配机组合形成装配自动线。1、自动装配线的基本型式及特点2、工位间传送方式3、传送装置的结构型式2023/2/2武汉理工大学机电学院36/451、自动装配线的基本型式及特点

基础件固定式自动装配线各个装配件移动，并按照装配顺序，依次移动到装配基础件位置上进行装配，装配位只有一个。基础件移动式自动装配线

装配基础件依次移动到各个工位，装配件依次在相应的装配工位上装配到基础件上。应用较为广泛。2023/2/2武汉理工大学机电学院37/45基础件固定式自动装配线2023/2/2武汉理工大学机电学院38/45基础件移动式自动装配线2023/2/2武汉理工大学机电学院39/452、工位间传送方式

装配基础件连续传送，工位上装配工作头也随之同步移动。

非同步传送方式。这种方式不但允许各工位节拍不同，使平均装配速度趋于提高，而且个别工位出现短时间可以修复的故障时不会影响全线工作，设备利用率也得以提高，适用于操作比较复杂而又包括手工工位的装配线。连续传送间歇传送同步传送非同步传送2023/2/2武汉理工大学机电学院40/45同步传送与非同步传送12345a）b）1－机器人2－料斗3－存储的工件4－装配的工件5－操作者2023/2/2武汉理工大学机电学院41/45传送装置 结构水平型垂直型直进式环行式回转式直进式3、传送装置的结构型式回转式2023/2/2武汉理工大学机电学院42/45直进型水平轨道非同步装配线

气缸1把升台12上的随行夹具2推入上导轨4，并由传送链5传送至降台11。气缸10横向推进，使其从传送链5移至回送链7。气缸9下降，再将其从上导轨4送至下导轨6，气缸8则将其推入下导轨，由回送链7送回升台。气缸3升起，使夹具2升至上导轨4，气缸13再从横向推进，使其从回送链7移至传送链5，待进入下一个循环。各个气缸动作均由行程开关控制联锁。2023/2/2武汉理工大学机电学院43/45工位的定位方式随行夹具直进型上下轨道的非同步装配线2023/2/2武汉理工大学机电学院44/45五、自动装配实例——向心球轴承装配自动线外环内环滚动体保持器2023/2/2武汉理工大学机电学院45/45轴承装配自动线平面布局示意图

自动线中的主要设备是选配自动机，装配自动机和钢球分组贮料柜。将钢球按一定的公差分为若干组；任取一个外环和一个内环，分别测量其沟道直径尺寸；将相应于两个沟道直径的测量信号相减，得到相应于所需钢球直径的信号，然后根据此信号选出该组钢球进行装配。2023/2/2武汉理工大学机电学院46/45气动测量法选配轴承原理

压缩空气经过滤清和稳压后经过电磁换向阀14送入气动传感器3中。测量头1和2各具有四个可伸缩的测量喷嘴，同时测量每个轴承环沟道的两个直径。所有八个喷嘴用一条管道相连，通往传感器3内薄膜4的右室。因此，薄膜右边的压力是各测量气隙代数和的函数，即代表了内外环沟道直径的平均值之差。

传感器的左室与喷嘴6和12相通。滑座8上的斜尺7和11与喷嘴6和12之间具有一定的间隙。在每一工作循环之初，滑座8总处于最左端位置，即喷嘴6、12与斜尺7、11之间具有最大间隙。测量开始后，滑座8自左至右移动，喷嘴6、12与斜尺7、11之间的间隙逐渐减小，因而传感器左室的压力逐渐增大，等到与薄膜右边的测量压力相等时，触头5接通相应的电路，使滑座停止移动。

在滑座8移动的同时，通过齿条9带动齿轮和转臂10回转使触头顺次与滑环13上的触片接触。当传感器薄膜两边的气压达到平衡，滑座8停止移动时，转臂10上的电刷所停留的位置相应于一定的内、外环沟径之差，从而发出信号，接通钢球贮料柜中相应的活门电磁铁，将该组钢球放出。2023/2/2武汉理工大学机电学院47/45装配自动机

合套拨内环装入钢球将内环拨到中心位置分球装入保持器

从选配机送来的内环和外环首先要合装在—起。

轴承环从合套工位运送到下一工位的过程中，由于底面与轨道摩擦的结果，内环总是沿运送方向偏靠在前进的后方，为了便于装配机构的配置，希望内环垂直于运送方向偏靠在外环上，所以在装入钢球以前，须用Q力将内环拨到所需的位置上。

如图c)所示，装入钢球。

将内环拨向中心时，常常会碰到最外边两粒钢球之间的距离B小于内环沟道直径的情况(图c)，这时需在外环上加以一定的压力P，使之产生一定程度的弹性变形，使尺寸B增大，然后内环便可在径向力N的作用下顺利地拔到中心位置上。

用分球器将钢球均匀分布在沟道圆周上(图e)时，应将内、外环适当固定，以免整个轴承移动或受力抬起。同时从上一工位运送到分球工位时，应注意保持如图d所示的正确位置，否则，如果轴承在圆周上错位后