裝配過程自動化培訓課件

2020/5/18,武漢理工大學機電學院,1/45,一、概述,二、自動裝配工藝過程分析,三、自動裝配機與自動裝配線,四、自動裝配實例,第六章裝配過程自動化,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,2,一、概述,1、裝配過程自動化的目的及意義,2、裝配過程自動化的現(xiàn)狀,3、裝配過程自動化的條件,4、裝配過程自動化的內(nèi)容,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,3,裝配過程是機械制造過程中必不可少的環(huán)節(jié)，在大批大量生產(chǎn)中，常需完成大量而且復雜的裝配操作。其作業(yè)特點是：裝配工人往往在長時間內(nèi)重復單純、強度比較大的工作，與切削加工過程相比，勞動生產(chǎn)率要相對低得多。,保證產(chǎn)品裝配質(zhì)量提高生產(chǎn)率降低生產(chǎn)成本，改善勞動條件,目的及意義,1、裝配過程自動化的目的及意義,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,4,國外到現(xiàn)在為止，也只有不到30%的機電產(chǎn)品實現(xiàn)了裝配自動化。即使在美國和日本，自動裝配機與金屬切削機床相比，也僅為1:100，裝配的費用占54%。,機械產(chǎn)品的裝配工作量,技術上的復雜性,占整個產(chǎn)品制造工作量的2070%,主要原因,機械結構方面因素,機械產(chǎn)品的裝配過程包含了很多復雜的裝配動作，這些動作用手工完成時，除耗費體力外，一般并不難實現(xiàn)。但當采用自動化裝置來代替人工操作時，就需要相當復雜的要求工作準確穩(wěn)定的機構和可靠的控制系統(tǒng)，才能實現(xiàn)。,許多機械產(chǎn)品，在裝配結構和零件結構方面，還不適應自動裝配的要求。,2、裝配過程自動化的現(xiàn)狀,為什么裝配自動化技術發(fā)展緩慢？,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,5,國內(nèi)外自動裝配情況,自動裝配機（線）擁有最多的國家。已經(jīng)形成的自動裝配線、生產(chǎn)的自動裝配機已有一定的通用程度。最多的行業(yè)電機電器、汽車、運輸機械、儀器儀表、金屬制品占美國自動裝配線的70%以上。,美國,應用自動裝配技術比較晚。上世紀50年代開始在軸承行業(yè)設計和建立球軸承自動裝配線在電機電器、通訊器材行業(yè)應用最多。,中國,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,6,自動給料自動傳送自動裝配作業(yè),裝配自動化的三個主要組成部分：,裝配作業(yè)自動化程度,清洗、分選、螺紋擰緊最高；裝入、壓入過盈連接其次；螺紋件的對準和擰入較差。,裝配線結構形式,以直進式同步傳送為多間歇傳送型遠多于連續(xù)傳送型非同步式傳送尚未見成功例子,應用對象,軸承、電機電器、汽車、發(fā)動機、自行車、手表、通訊器材裝配對象小型部件和產(chǎn)品,自動檢測方面,只起分選作用不合格件排出或發(fā)出信號對重復動作的修正，有待開發(fā),應用特點,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,7,生產(chǎn)綱領穩(wěn)定，年產(chǎn)量大，批量大、零部件標準化通用化程度高；實現(xiàn)自動化后，經(jīng)濟上合理、生產(chǎn)成本低提高市場競爭力；產(chǎn)品具有良好的裝配工藝性保證裝配質(zhì)量；結構簡單，裝配件少，裝配基準面與主要配合面形狀規(guī)則，裝配定位精度容易保證，容易達到配合精度，對運動副容易分選，容易自動定向；對裝配過程中，重復動作多、勞動強度大或影響操作者身體健康的作業(yè)，為了改善勞動條件，應實現(xiàn)自動化。,3、實現(xiàn)裝配自動化的基本條件,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,8,零件自動定向和供料零件向基件上裝入零件之間或零件與組件之間的自動聯(lián)接和緊固裝配組件在工序間自動輸送自動檢驗其他輔助工作分選、清洗、涂油、包裝,4、裝配自動化的基本內(nèi)容,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,9,螺紋聯(lián)接件的自動裝配,圖6-22自動擰緊螺釘裝置1料管口2隔料器3導管4直導管,a）b）c）圖6-23螺釘擰入的過程,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,10,大批大量生產(chǎn)可采用最高的自動化水平對其中經(jīng)濟效果不顯著或技術尚未成熟的工序半自動化，人工監(jiān)視或手工操作。對不甚成熟的工序，除機動外，同時還要考慮手動的可能。形狀規(guī)則、對稱且數(shù)量多的裝配零件，容易實現(xiàn)自動定向，給料的自動化程度可高一些。在螺紋聯(lián)接工序中，由于多軸工作頭對螺紋位置偏差的限制較嚴，往往還需要檢測和控制擰緊力矩，使自動裝配機構復雜。單軸工作頭應用較多。裝配零件送入貯料器的動作以及裝配完成后卸下產(chǎn)品和部件的動作常按比較低的自動化程度考慮。裝配質(zhì)量的檢驗部件的位置偏差運動件的靈活性不合格件的調(diào)整和剔除的自動化程度可低一些，有些可手工完成，使自動檢驗機構不致過于復雜。,裝配作業(yè)自動化程度的確定,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,11,前行加工過程的可靠性是保證自動裝配可靠性的前提。要有合格的裝配主體件，在裝配之前應檢測保證裝配零件質(zhì)量的可靠性占裝配零件比例很大的標準件外購件，并不是百分之百的合格。外購來的標準件中，可能混有料頭、不同規(guī)格件、缺螺紋或缺孔件等，對這些零件如不采取周密措施進行檢驗，往往是產(chǎn)生各種故障的根源。ex在搖桿軸上套裝搖桿、環(huán)、墊圈、卡環(huán)等零件在一個工位上裝配零件20個，節(jié)拍6秒，一分鐘給送零件200個若廢品率為1%，一分鐘內(nèi)就有兩次事故的概率就沒法工作。對裝配零件，特別是標準件，必須進行檢驗和分選。通過附加的檢驗裝置提高可靠性,裝配過程的可靠性問題,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,12/45,二、自動裝配工藝過程分析,1、自動裝配條件下的零件結構工藝性,2、自動裝配工藝設計的一般要求,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,13/45,1、自動裝配條件下的零件結構工藝性,(1)便于自動給料零件的幾何形狀力求對稱，便于定向處理；使零件不對稱程度合理擴大，以便自動定向時能利用其不對稱性，如重量、外形、尺寸等的不對稱性；使零件的一端做成圓弧形，這樣易于導向；某些零件自動給料時，必須防止纏在一起。如有通槽的零件，宜將槽的位置錯開；具有相同內(nèi)外錐度表面時，應使內(nèi)外錐度不等，以防套入“卡死”。,DFA,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,14/45,改進坯件自動上料的結構工藝性,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,15/45,(2)有利于零件自動傳送,零件除具有裝配基準面外，還需考慮裝夾基準面，供傳送裝置裝夾和支承；零部件的結構應帶有加工的面和孔，供傳送中定位；零件應外形簡單、規(guī)則、尺寸小、重量輕。,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,16/45,零件送進裝置組成示例,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,17/45,零件自動送進系統(tǒng)擒縱機構與分配裝置示例,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,18/45,零件傳輸實例,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,19/45,(3)有利于自動裝配作業(yè),零件數(shù)量應盡可能少；零件的尺寸公差及幾何特征應能保證按完全互換法進行裝配；盡量減少螺紋聯(lián)接，用粘結、過盈聯(lián)接、焊接等方式代替；零件上盡可能采用定位凸緣，以減少自動裝配中的測量工作；零件的材料若為易碎材料，宜用塑料代替；最好是能使零件按同一方向安裝，減少基礎件的翻轉(zhuǎn)次數(shù)。裝配時必須調(diào)整位置的配合副，在結構上盡可能考慮有相對移動的條件，如軸在套筒中按滑動鍵直接移動，則可采用開槽的方式使軸和套筒相聯(lián)接；應最大限度地采用標準件和通用件。,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,20/45,改善自動裝配零件結構工藝性,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,21/45,（1）保證裝配工作循環(huán)的節(jié)拍同步；（2）除正常傳送外，宜避免或減少裝配基礎件的位置變動；（3）要合理選擇裝配基準面；（4）對裝配件要進行分類；（5）關鍵件和復雜件的自動定向（6）易纏繞零件要能進行定量隔離（7）精密配合副實行分組選配（8）合理確定裝配的自動化程度,2、自動裝配工藝設計的一般要求,t1=t2=tn-1=tn,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,22/45,保證裝配工作循環(huán)的節(jié)拍同步，裝配工序應力求可分,使各個裝配工位上裝配工序的延續(xù)時間大體相等接近生產(chǎn)節(jié)拍時間。除正常傳送外，應避免裝配基件位置移動。裝配過程的大部或全部工作在裝配基件上進行，而裝配基件在每一工位上的定位，則依靠傳送裝置的定位精度保證，故在裝配過程中應盡量減少或避免裝配基面的翻身、轉(zhuǎn)位、升降等位置變動，以免影響裝配過程中的定位精度，同時也可以簡化傳送裝置的結構。,2、裝配自動化的工藝原則,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,23/45,要合理選擇裝配基準面裝配基準面通常應是精加工面或是面積大的配合面，同時應考慮裝配夾具所必需的裝夾面和導向面。只有合理選擇裝配基準面，才能保證裝配定位精度。對裝配件要進行分類。為提高裝配自動化程度，必須對裝配件進行分類。大多數(shù)裝配件是一些形狀比較規(guī)則、容易分類分組的零件，按幾何特性可分為四類：軸類、套類、平板類和小雜件四類，每類按尺寸比例又可分為長件、短件、勻稱件三組，每組零件又可分為四種穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)分類分組后，采用相應料斗裝置，即可實現(xiàn)多數(shù)裝配件的自動給料。,2、裝配自動化的工藝原則（續(xù)）,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,24/45,合理確定關鍵件和復雜件的自動定向外形復雜的零件有時需要二次定向或多次定向，定向機構復雜，有時可用手工定向代替自動定向。從定向角度考慮，應以單個零件順次向基件上安裝，避免若干組件分別裝成后再將組件與組件進行安裝，組件的自動定向比單個零件復雜得多，往往只能用手工完成。易纏繞零件要能進行定量隔離裝配件中的螺旋彈簧、紙箔墊片等都是易纏繞粘連的。在裝配過程中，要能實現(xiàn)對它們的定量隔離，,2、裝配自動化的工藝原則（續(xù)）,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,25/45,精密配合副實行分組選配自動裝配中精密配合副的裝配由選配來保證。根據(jù)配合副的配合要求，如配合尺寸、重量、轉(zhuǎn)動慣量來確定分組選配，一般可分組320組。分組越多，配合精度越高，但選配、分組、儲料的機構越復雜，占用車間的面積和空間尺寸也越大。因此，除機械式手表因部件多，裝配分組也較多外（1520組），一般不宜分組過多。合理確定裝配的自動化程度裝配自動化程度的確定是一項十分重要的設計原則，需要根據(jù)工藝的成熟程度和實際經(jīng)濟效益確定，,2、裝配自動化的工藝原則（續(xù)）,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,26/45,三、自動裝配機,1、自動裝配機的基本型式及特點,2、裝入和聯(lián)接,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,27/45,1、自動裝配機的基本型式及特點,單工位裝配機,夾具升降臺返回的直進型自動裝配機,夾具水平面返回直進型自動裝配機,矩形平面的環(huán)行型自動裝配機,回轉(zhuǎn)型自動裝配機,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,28/45,機器裝配的基本作業(yè)形式,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,29/45,2、裝入和聯(lián)接,(1)重力裝入一般不需要控制裝入位置的機構，不需外加動力，常用機械擋塊、定位桿調(diào)節(jié)支架等進行定位，適用于鋼球、套圈、彈簧等的裝入。(2)機械推入用曲柄連桿、凸輪和氣缸、液壓缸直接聯(lián)接的往復運動機構等控制裝入位置，需外加動力，適用于小型電動機裝配線上的端蓋、軸承以及套件、墊圈、柱銷等的裝入。(3)機動夾入用機械式、真空式、電磁式等夾持機構的機械手將零件裝入，適用于手表齒輪、盤狀零件、軸類零件、輕型零件、薄壁零件等。,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,30/45,軸孔配合自尋中心裝入機構,1電磁鐵2支架3壓桿4彈簧5推桿6套7裝配零件(軸)8料道9擒縱器10裝配基件11夾緊機構12擋鐵13夾具14、15X、Y坐標滑板16銜鐵,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,31/45,連桿螺母自動擰緊工作原理,1推料桿；2輸料槽；3卡簧；4鋼球；5主軸；6連桿蓋；7連桿體；8連桿螺栓；9、10螺母,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,32/45,用導向套進行裝入,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,33/45,自動擰入裝置的類型,電動扳手氣動扳手液壓扳手,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,34/45,螺紋聯(lián)接件的自動裝配,圖6-22自動擰緊螺釘裝置1料管口2隔料器3導管4直導管,a）b）c）圖6-23螺釘擰入的過程,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,35/45,四、自動裝配線,如果產(chǎn)品或部件比較復雜，在一臺裝配機上不能完成全部裝配作業(yè)，或需要在幾臺裝配機上完成時，就需要將裝配機組合形成裝配自動線。1、自動裝配線的基本型式及特點2、工位間傳送方式3、傳送裝置的結構型式,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,36/45,1、自動裝配線的基本型式及特點,基礎件固定式自動裝配線各個裝配件移動，并按照裝配順序，依次移動到裝配基礎件位置上進行裝配，裝配位只有一個。基礎件移動式自動裝配線裝配基礎件依次移動到各個工位，裝配件依次在相應的裝配工位上裝配到基礎件上。應用較為廣泛。,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,37/45,基礎件固定式自動裝配線,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,38/45,基礎件移動式自動裝配線,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,39/45,2、工位間傳送方式,裝配基礎件連續(xù)傳送，工位上裝配工作頭也隨之同步移動。,非同步傳送方式。這種方式不但允許各工位節(jié)拍不同，使平均裝配速度趨于提高，而且個別工位出現(xiàn)短時間可以修復的故障時不會影響全線工作，設備利用率也得以提高，適用于操作比較復雜而又包括手工工位的裝配線。,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,40/45,同步傳送與非同步傳送,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,41/45,傳送裝置結構,水平型,垂直型,直進式,環(huán)行式回轉(zhuǎn)式直進式,3、傳送裝置的結構型式,回轉(zhuǎn)式,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,42/45,直進型水平軌道非同步裝配線,氣缸1把升臺12上的隨行夾具2推入上導軌4，并由傳送鏈5傳送至降臺11。氣缸10橫向推進，使其從傳送鏈5移至回送鏈7。氣缸9下降，再將其從上導軌4送至下導軌6，氣缸8則將其推入下導軌，由回送鏈7送回升臺。氣缸3升起，使夾具2升至上導軌4，氣缸13再從橫向推進，使其從回送鏈7移至傳送鏈5，待進入下一個循環(huán)。各個氣缸動作均由行程開關控制聯(lián)鎖。,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,43/45,工位的定位方式,隨行夾具,直進型上下軌道的非同步裝配線,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,44/45,五、自動裝配實例,向心球軸承裝配自動線,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,45/45,軸承裝配自動線平面布局示意圖,自動線中的主要設備是選配自動機，裝配自動機和鋼球分組貯料柜。,將鋼球按一定的公差分為若干組；任取一個外環(huán)和一個內(nèi)環(huán)，分別測量其溝道直徑尺寸；將相應于兩個溝道直徑的測量信號相減，得到相應于所需鋼球直徑的信號，然后根據(jù)此信號選出該組鋼球進行裝配。,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,46/45,氣動測量法選配軸承原理,壓縮空氣經(jīng)過濾清和穩(wěn)壓后經(jīng)過電磁換向閥14送入氣動傳感器3中。測量頭1和2各具有四個可伸縮的測量噴嘴，同時測量每個軸承環(huán)溝道的兩個直徑。所有八個噴嘴用一條管道相連，通往傳感器3內(nèi)薄膜4的右室。因此，薄膜右邊的壓力是各測量氣隙代數(shù)和的函數(shù)，即代表了內(nèi)外環(huán)溝道直徑的平均值之差。,傳感器的左室與噴嘴6和12相通?；?上的斜尺7和11與噴嘴6和12之間具有一定的間隙。在每一工作循環(huán)之初，滑座8總處于最左端位置，即噴嘴6、12與斜尺7、11之間具有最大間隙。測量開始后，滑座8自左至右移動，噴嘴6、12與斜尺7、11之間的間隙逐漸減小，因而傳感器左室的壓力逐漸增大，等到與薄膜右邊的測量壓力相等時，觸頭5接通相應的電路，使滑座停止移動。,在滑座8移動的同時，通過齒條9帶動齒輪和轉(zhuǎn)臂10回轉(zhuǎn)使觸頭順次與滑環(huán)13上的觸片接觸。當傳感器薄膜兩邊的氣壓達到平衡，滑座8停止移動時，轉(zhuǎn)臂10上的電刷所停留的位置相應于一定的內(nèi)、外環(huán)溝徑之差，從而發(fā)出信號，接通鋼球貯料柜中相應的活門電磁鐵，將該組鋼球放出。,2020/5/18,武漢理工大學機電學院,47/45,裝配自動機,合套撥內(nèi)環(huán)裝入鋼球?qū)?nèi)環(huán)撥到中心位置分球裝入保持器,從選配機送來的內(nèi)環(huán)和外環(huán)首先要合裝在起。,軸承環(huán)從合套工位運送到下一工位的過程中，由于底面與軌道摩擦的結果，內(nèi)環(huán)總是沿運送方向偏靠在前進的后方，為了便于裝配機構的配置，希望內(nèi)環(huán)垂直于運送方向偏靠在外環(huán)上，所以在裝入鋼球以前，須用Q力將內(nèi)環(huán)撥到所需的位置上。,如圖c)所示，裝入鋼球。,將內(nèi)環(huán)撥向中心時，常常會碰到最外邊兩粒鋼球之間的距離B小于內(nèi)環(huán)溝道直徑的情況(圖c)，這時需在外環(huán)上加以一定的壓力P，使之產(chǎn)生一定程度的彈性變形，使尺寸B增大，然后內(nèi)環(huán)便可在徑向力N的作用下順利地拔到中心位置上。,用分球器將鋼球均勻分布在溝道圓周上(圖e)時，應將內(nèi)、外環(huán)適當固定，以免整個軸承移動或受力抬起。同時從上一工位運送到分球工位時，應注意保持如圖d所示的正確位置，否則，如果軸承在圓周上錯位后，可能使分球叉正頂著鋼球，以致裝配工作無法進行甚至導致故障。,當采用鋼制兩半保持器時，一般先裝下半保持器，再裝上半保持器，然后進行扣合、焊接或鉚合。這一過程有時需在23個工位上進行。,2