OA自动化制造系统自动化技术课教案副本副本.docx

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“制造系统自动化技术”课教案第6章装配自动化

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6.1.1装配自动化的概念

装配是按技术要求，将零件进行组合连接成部件、复合件或成品的过程

装配工艺过程是指装配的方法、路线及内容的安排。

包括装配、调整、检测和试验等工作

装配工艺规程是指将装配工艺过程按一定的格式以文件的形式固定下来的过程

装配自动化是指对某种产品用某种控制方法和手段，通过执行机构，使其按预先规定的程序自动地进行装配，而无需人直接干预的过程

6.1.2装配自动化的发展概况

1社会需求

随着国际关系多极化、消费多样化、经济全球化和贸易的自由化，促使世界各国更加重视制造业的社会地位和作用，重新审视生产方式，对制造业的发展提出更高的要求，加速了自动化的进程

“制造系统自动化技术”课教案第6章装配自动化

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2主要技术内容

生产过程自动化的瓶颈之一

一个难度大、复杂程度高

传输、抓取、装配

感知、判断、决策施力的大小

确定推进的速度快慢

安装的姿态是否正确

3国内外发展状况

美国克罗斯公司除从事小型产品、汽车发动机及有关部件的自动装配机的研制外，还从事装配机器人、集成装配系统、装配单元等方面的研究

日本的小汽车柔性装配线；

瑞士成功研制的手表自动装配线；

比利时NewLachaussee公司研制的具有模块化工作站的雷管自动装配线；

美国KingSburg公司研制的全自动或半自动装配系统，可用于家用冰箱压缩机、汽车主动转向泵、汽车自动化变速器和减振器以及制动器等多种产品的装配

我国在装配自动化技术的研究方面还很少，这里面有观念的问题，也有客观需求不够迫切的问题

“制造系统自动化技术”课教案第6章装配自动化

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6.2自动化装配系统的类型及其选择

6.2.1自动化装配系统的类型

刚性自动装配装配对象不可变换，产品规格不可调整

柔性自动装配装配对象可变换，产品规格在一定范围内可调整

6.2.2自动化装配类型的选择

选择根据：

产品的生产纲领和生产类型

选择原则：

大量大批生产类型选择刚性自动化装配

单件小批生产类型选择柔性自动化装配

不同装配方式下产量与成本的关系

用下图来表示

当生产批量不大时，柔性自动化装配系统的单件成本低于刚性自动化装配。

但大批量生产时，刚性自动化装配单件成本最低。

而人工装配的单件成本基本上不随年产量的变化而变化

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6.3装配自动化系统应具备的条件

装配系统的装配功能主要包括零件的传输、抓取和装配

6.3.1对零部件的结构工艺性的要求

零件几何形状尽量规则，结构要便于自动传输、自动上料和定向识别

零件结构要便于夹持，刚度要满足夹持力的要求，受力后的变形应在弹性范围内，而且变形量不应给装配带来困难。

零件结构设计时应考虑避免采用在自动上料时相互镶嵌等不易顺利分开的结构

设计者应考虑零件装配的初始连接时易于导入，如设计倒角、锥面等。

应尽量采用便于装配的联接方式，而且尽可能的减少零件数量

零件设计尽量做到标准化、通用化和系列化，这样可以减少装配工装的种类

设计时应尽量考虑统一的装配方向，减少翻转装配次数

如图6-2所示。

设计时将（a）图中紧固螺钉去掉，根据紧固程度的不同，改为过渡配合或者过盈配合，如图（b）所示

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6.3.2对装配工具的要求

根据总体布局、零件结构尺寸和几何形状及重量、经济性等合理选择机械手、机器人还是其它结构装置抓取或推进零件装配

机械手或机器人的手腕夹爪的夹紧力要与零件的允许变形量和零件表面精度的要求相匹配。

应尽量避免抓取零件精加工表面，如果无法避免时，不得损坏零件表面精度，并且夹爪要采取保护措施

在计算装配工具对零件的夹紧力时，应考虑装配力和零件的重力，其装配力与零件的配合种类有直接关系

机械手或机器人手腕移动时一定要平稳，注意惯性力，接近装配位置时要减速

在零件初始装入时，装配工具在装配力的作用下应有一定的柔性，发生异常应发报警信号

6.3.3对传输机构和整体布局的要求

传输机构方便零件的传输和定向。

零件传输到装配位置时，准确的定位系统及安全保护系统，不到位不能发生装配指令。

如果采用柔性自动化装配，应考虑传输系统设计时的柔性，以适应零件品种规格的变换。

零件的传输和自动上料机构设计时，要考虑尽量减少振动和噪声。

在考虑自动化装配线时，应考虑装配中的自动检测、清理、不合格零件的自动识别和剔除、故障诊断和报警等。

总体平面布置时充分利用现有面积、计算好装配的节拍和设备及工位的数量。

对于单件小批生产的柔性自动化装配的选配法，应做好分组选配的装配方式的设计，分组选配即是组内的完全互换法

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6.4轴套自动化装配系统设计

6.4.1轴套部件分析

该轴套由二个套类零件组成，如图6-3所示。

外套材料为45号钢，内套为锡青铜，两套为静配合，故采用冷压装方式。

生产率为每日10000件，如果一班制工作，则每件理论装配时间

为

s

1.88s的时间是机器在8小时内不停的运转，不考虑检修，不考虑出任何故障的情况下。

但实际情况在设计时应留有余地，所以设备利用率按80%计算。

则每件的装配时间ts应为

6.4.2轴套自动装配系统的设计

系统共分四个工位，其装配工艺顺序为

1.钢套由气缸从振动送料机构A的滑道上推入回转工作台的V型定位夹具上；

2.回转工作台回转90°；

3.铜套由气缸从振动送料机构B的滑道上推入回转工作台上方的带有伸缩夹紧销的V型夹具上；

4.回转工作台回转90°；

5.压力气缸活塞将铜套压入钢套中；

6.装配好的组件借助于回转工作回转的运动靠刮板使组件滑入箱中

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6.4.3轴套自动装配系统的主要部件设计

（1）振动供料机构方案设计

自动供料机构应具备三个功能：

储料、自动定向和自动供料。

在装配过程中供料机构应保证以足够装配的料量、正确的姿态和准确的方向自动地进入装配系统中

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（2）振动送料的工作原理

滑道2用板弹簧3支承在底座6上。

电磁振动器的铁芯和线圈4固定在底座6上，衔铁5固定在滑道2的底部。

滑道2与水平面呈很小的角度

，板弹簧3与铅垂面呈

角。

当以工频交流电或经半波整流通入线圈后，在电流从0到最大的

周期内吸力逐渐增大，滑道被吸引向左运动，而当电流从最大逐渐到零时，滑道在板弹簧的作用下向右回复。

由此不断产生往复振动，处于滑道上的工件1便产生自左向右，由低到高的移动。

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当物体不腾空[见图（d）（e）]时，保证工件爬升而不下滑的条件为:

（1）

当滑道带动工件以加速度ash向斜上方移动时

（2）当滑道带动工件以加速度aj向斜下方移动时

（3）提高供料速度的途径

1）一般情况下降低振动的频率ƒ，通常采用25Hz左右。

2）应避免出现严重“腾空”，即表现为冲击跳跃过大的情况，尽量增大滑道的振幅δ，减小角频率ω，ω=2πƒ。

3）滑道的振动方向角Φ与滑道倾角α和弹簧板的安装角β的关系为Φ=（β-α）。

一般情况下希望较大的Φ角，由此可见β角要大些，α角要小些。

需要指出上述结论是有局限性的，是有条件的。

4）摩擦系数要大些μ。

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2．工位2的送料及定位机构

工位1已经将钢套装入V型定位块座2中，而且被永久磁铁6吸住，以免在回转工作台转位或有其它振动的情况下丧失原定位精度。

该V型定位块座的高度要低于钢套的高度。

以使在到达工位4的过程中，将装配件拨出定位块并滑入成品料道中。

工位2的铜套是靠振动上料和滑道送入推进气缸V型推杆的前端，并由短导向板限位。

气缸活塞将铜套推入V型定位块，并由两个可伸缩的夹紧销压住，以免铜套由第2工位到第3工位时掉下，并保证其原定位精度。

3．气动回转工作台的分度机构

回转分度工作台的分度机构有两种方案均可实现

气动回转工作台的分度机构（方案1）

工位回转分度工作台采用单向离合器和十字轮回转运动机构

由齿条、带有单向离合器的齿轮、带有定位槽的销轮和十字轮组成，该机构可实现由气缸的直线运动转换为间歇回转运动。

气缸活塞杆行程应调整到合适位置，即气缸活塞到达行程终点时，应正好使定位钢球进入销轮的定位位置，并通过定位识别开关发出定位终止信号。

该机构分度的速度在起点和终点时慢，中间快，分度速度与时间的关系类似高斯曲线

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气动回转工作台的分度机构（方案2）

该方案也是气缸推动齿条齿轮，解决气缸单向推动的办法不是靠单向离合器，而是靠棘轮

转动工作台1、棘轮2及分度盘3是由键与转轴12同轴连接。

分度凸轮5是自由地装在转轴12上；活塞杆9的齿条部分与分度凸轮5的齿轮部分相啮合

6.4.4轴套自动装配过程气动控制系统设计

轴承装配过程气动控制系统原理图

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电气控制线路图

6.5向心球轴承自动化装配系统结构设计

6.5.1轴承的结构分析

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为了便于自动装配和提高装配工作的可靠性，生产中将根据装配要求，对轴承保持架的结构进行处理。

原两半保持架通过数个直径很小的铆钉铆接起来的办法，在自动装配时很难将小铆钉装入保持架的小孔中，难以保证百分之百的装入率。

因此在自动线上装配这种轴承时，需改进原设计采用如下两种结构。

第一种结构将两半保持架中的一半做出数个爪P，装配时用压模将爪扣合到另一半保持架上，如A-A剖面所示。

第二种结构在两半保持架上都有小凸台K，装配时使两半保持架凸台相对，然后用点焊使之结合。

6.5.2向心球轴承的选配

在自动装配时，是根据内、外环沟道实测的尺寸选配钢球来进行配套的

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基于气动传感器的轴承选配原理

压缩空气经过过滤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

6.5.3装配自动机

1.轴承的自动装配过程

内外环经过测量选配后，送到装配自动机装入钢球和保持架。

自动装配时要经过以下几个过程：

（1）合套

（2）拨内环

（3）装入钢球

（4）将内环拨到中心位置

（5）分球

（6）装入保持架

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这台装配机共有五个工位。

第I工位具有气缸控制的活门，当选配测量之后，如果钢球贮料箱里没有这一组钢球，则气动活门打开，把合套后的轴承环剔出机外。

第Ⅱ工位完成拨内环和装球工作；第Ⅲ工位上将内环拉到中心位置；第Ⅳ工位进行分球；第Ⅴ工位装压保持架

第Ⅱ工位的装球机构

在气缸体上有两个气缸和活塞1、2。

活塞2的杆上装有接球块6。

从钢球贮料箱送来的钢球，经装在有机玻璃罩12内的软管（图中未表示）通到进料口D。

当接球块6处于最上位置时，进料口D被活塞1的杆封住。

在接球块6中装有角板3和拨爪9，拨爪9在片弹簧4的作用下，其上端的滚子总靠在固定的挡块5上，并可在角板3的垂直长槽中左右摆动

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6.5.4钢球贮料箱

钢球贮球箱的结构型式也是多种多样的，但一般都包括下列组成部分：

（1）分组贮存器贮料箱中具有与钢球分组数相同的贮存器或料仓。

（2）送料机构用以将钢球从贮存器送到通住装配机的管路中。

（3）隔料机构用以控制每次送出的钢球数。

（4）信号执行机构用以根据选配信号，放出相应一组钢球。

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在图6-21中圆周的288°范围内分布着20个贮料槽1，钢球按2微米一组分为20组贮存在内。

为使钢球不致在料槽中形成“拱桥”而阻塞，在贮料桶上部设有搅动装置，搅动装置由电动机22、减速器23和搅动盘2等组成。

电动机22通过蜗轮减速器23使轴24回转，连杆25的一端装在轴24上部法兰的偏心处，另一端与搅动盘2相联

当轴24连续回转时，通过连杆25使搅动盘绕贮料桶的中心往复摆

在搅动盘上相对于每个贮料槽通向料管4的出口处都装有搅动块3，使料槽中的钢球总处于运动状态以避免阻塞

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