（机械工程专业论文）自动装配线（机）设计的关键技术研究及应用.pdf

四川大学工程硕士学位论文 自动装配线( 机) 设计的关键技术研究及应用 机械工程领域 研究生孙廷刚指导老师姚进教授姜华高工 随着市场竞争的日趋激烈，提高产品竞争力已成为企业的迫切需要，自动 化是提高竞争力的有效途径，而装配作业的自动化应用较少，水平较低，已成 为提高效率和降低成本的制约因素。 以进口和合资为主的轿车、家电的装配线水平较高，设计制造中的关键技 术由国外厂商所掌握，家电中的一些小的组、部件由于其组成的零件尺寸小、 外形不规则，一直沿用手工装配，劳动强度大，生产效率低，人工成本居高不 下，装配作业自动化是解决的办法。微波炉定时器自动装配线是大胆的尝试， 装配线设计制造关键技术的研究是“线”成败的关键。 本论文对装配技术中的自动线的布局及组态方式、零件输送、供给、检测、 装配质量的影响因素，自动线的设计步骤及设计要点进行了研究，在此基础上 编制了定时器的装配工艺流程，规划了结构单元，制定了检测方案，确定了连 续方式和总体布局。 通过对总体布局型式的对比分析和经过实践，结果表明，从l 型转为直线 型的布局更能结合用户实际。 用工件直接输送，同步和异步相结合的输送方式，结果表明，它有效地实 现了生产线故障排除停机不停线，又满足了单元之间的节拍均衡。 研究了各单元的结构、工作原理、动作过程、布局形式，设计制造了各单 元装配机，按需要设置过程检测和装配质量检测，各单元正确完成了各自的装 配任务。 研究了各单元间的工件传递方式、控制信息设计和单元独立控制设置，现 i i 四1 l 大学工程硕士学位论文 场总线及控制技术，通过p l c 及总控台完成全线的控制、监测等。 研究结果表明，定时器自动装配线设计方案先进，工艺流程合理，具有创 新性和广泛的推广应用价值。 关键词：自动装配设计方法定时器 i i i 四川大学工程硕士学位论文 s t u d yo nt h ek e yt e c h n o l o g i e sf o ra u t o m a t i ca s s e m b l y l i n e ( o rm a c h i n e ) d e s i g n i n ga n dt h e i ra p p li c a t i o n m a j o r ：m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ：s u n r i n gg a n gs u p e r v i s o r ：p r o f y a oj i n s e n i o re n g i n e e r j i a n gh u a ， a b s tr a c t m a r k e tc o m p e t i t i o ni s h o t t i n gu pd a yb yd a ya n d i t p r e s s e st h e e n t e r p r i s et os h a r pt h ec o m p e t i t i v ea b i l i t yf o rt h e i rp r o d u c t s a u t o m a t i o ni sa n e f f e c t i v es o l u t i o nt o i m p r o v et h ec o m p e t i t i o n 。h o w e v e r , i t sa p p l i c a t i o ni n a s s e m b l yp r o c e s si sr e l a t i v e l yf e wa n dt h ea p p l i c a t i o nl e v e ii sl o w al a c ko f d e s i g nm e t h o do fa u t o m a t i o na s s e m b l yb e c o m e sa l r e a d yab o t t l e n e c kf o rt h e e n t e r p r i s et oi n c r e a s et h ee f f i c i e n c ya n dr e d u c et h ec o s t t h ea s s e m b l yl i n eu s e df o ri m p o r t e do r j o i n t - v e n t u r e p r o d u c e dc a r sa n d h o u s e h o l da p p l i a n c e si s u p t o d a t e b u tg e n e r a l l y , i t sk e yd e v e l o p i n g t e c h n o l o g yi sm a s t e r e db yo v e r s e am a n u f a c t u r e r s i nh o u s e h o l da p p l i a n c e i n d u s t r y , m a n u a ja s s e m b l yi ss t i l lu s e df o rs o m eu n i t sc o m p o s e do fs m a l ja n d i r r e g u l a r l ys h a p e dp a r t s f o rm a n u a la s s e m b l y , i n t e n s i v el a b o ri sr e q u i r e db u t t h ep r o d u c t i v i t yi sp o o ra n dt h el a b o rc o s ti sh i g h s o ，a u t o m a t i o ni st h eb e s t s o l u t i o nf o ra s s e m b l yp r o c e s s o u ra u t o m a t i ca s s e m b l yi i n ef o rm i c r o w a v e o v e nt i m e ri sa d a r i n ga t t e m p tf o ra s s e m b l ya u t o m a t i o n s t u d yo fk e y t e c h n o l o g i e sf o ra s s e m b l yl i n ed e v e l o p i n gi st h el i n c h p i nu p o nw h i c ht h e s u c c e s so rf a i l u r eo f “l i n e ”d e p e n d s t h ea r t i c l e a n a l y z e s t h e a f f e c t i n g f a c t o r so nt h e l a y o u t a n d c o n f i g u r a t i o nf o r m ，p a r tc o n v e y i n ga n ds u p p l y i n g i n s p e c t i o na n da s s e m b l y i v 一 婴型奎兰三垦堡主兰垡丝兰 一 _ - _ - - - - - _ - _ _ - _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ - _ - - _ - _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ - _ _ - - 一一。 q u a l i t yo fa s s e m b l yl i n ei na s s e m b l yt e c h n o l o g y , a n dg i v e sad e t a i l e ds t u d y t ot h ed e s i g n i n gp r o c e s sa n dd e s i g n i n gp o i n t so fa s s e m b l yl i n e b a s e do n a b o v ea n a l y s i sa n ds t u d y , i tw o r k so u tt h ea s s e m b l yp r o c e s s ，s t r u c t u r a lc e l l a n di n s p e c t i o np l a nf o rt i m e ra s s e m b l ya n dc o n f i r m st h ec o n t i n u o u sm o d e a n dg e n e r a ll a y o u t ac o n c l u s i o ni sr e a c h e dt h r o u g hc o m p a r a t i v ea n a l y s i so nt h eg e n e r a l l a y o u to fa s s e m b l yl i n e s ，i nw h i c h “l s h a p e d a s s e m b l yl i n e m a t c h e s c u s t o m e r sa c t u a ip r a c t i c eb e t t e rt h a ti i n e a ra s s e m b l yi i n e d i r e c tp a r tc o n v e y i n g ，s y n c h r o n o u sa n da s y n c h r o n o u sc o m b i n e dp a r t c o n v e y i n gm o d ea r ea d o p t e d t h er e s u l ts h o w st h a tt h i sc o n v e y i n gm o d e a v o i d ss t o pt h ew h o l el i n ew h e nt h e r ei sa ni n d i v i d u a lc e l lf a i l u r e i tb a l a n c e s t h ec y c l et i m eo fe a c hc e l la sw e l l t h ea r t i c l ea n a l y z e st h es t r u c t u r e ，w o r k i n gp r i n c i p l e ，a c t i o np r o c e s sa n d l a y o u tf o r mf o re a c hc e l l ，d e s i g n st h ea s s e m b l ym a c h i n ef o re a c hc e l l a n d o f f e r s ，a sp e rr e q u i r e d ，t h ep r o c e s si n s p e c t i o na n dq u a l i t yi n s p e c t i o nw h i c h e n s u r et h a te v e r yc e l lc o u l dc o m p l e t ei t st a s kp r o p e r l y p a r tc o n v e y i n g ，c o n t r o li n f o r m a t i o nd e s i g na n di n d i v i d u a lc e l lc o n t r o l ， f i e l dc o n t r o lb u sa n dc o n t r o lt e c h n o l o g ya r es t u d i e da sw e l li nt h ea r t i c l e t h e w h o l ea s s e m b l yl i n ei sc o n t r o l l e da n dm o n i t o r e db yp l ca n dm a s t e r c o n s o l e i ti sp r o v e dt h a tt h ea u t o m a t i ca s s e m b l yl i n ef o rt h e t i m e ri sa d v a n c e di n d e s i g n ，r a t i o n a li np r o c e s s ，i n n o v a t i v ei nc o n c e p t i o na n dh a s ag o o dp r o s p e c t o fa p p l i c a t i o na n de x t e n s i o n k e yw o r d s ：a u t o m a t i ca s s e m b l y ，d e s i g nm e t h o d ，t i m e r v 四川大学工程硕士学位论文 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在指导老师指导下进行的研究工作及 所取得的研究成果。据我所知，除了本文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人己发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在四川大学读书期间在导师指导下取得的，论文成 果归四川大学和宁江机床集团股份有限公司所有，特此声明。 签名：刻壁羽导师签名： 醐：1 肌够 6 2 7醚娅 一日 四川大学工程硕士学位论文 1 绪论 1 1 装配技术及发展概况 装配是按照确定的精度标准和技术条件，通过合理的工艺流程及各种必要 的方式，将一组零散的零件连接组合起来的过程。 资料统计，根据工作量的不同，现代高技术的机电产品的装配工作量约占 整个产品工作量的3 0 7 0 ，所需人力约占定额工人的4 0 左右，装配时间约 占产品总生产时问的3 0 5 0 ，装配成本约占产品成本的2 5 7 0 。资料统计 表明，装配过程工作量大占用时间长，所需人力多，占成本的比例高【l 一。 随着市场竞争日趋剧烈，迫使企业必须缩短产品开发( 含制造) 周期、提 高生产效率、降低成本、减轻工人劳动强度，以提高产品的竞争能力。自动化 是提高产品竞争力的有效途径。机械加工很早就开始实施自动化，至今自动化 程度已达相当高的水平。自从1 7 7 4 年英国威尔金森发明炮筒镗床以来，只有 2 0 0 多年的时间，金属切削机床技术发展是比较快的，其自动化水平的提高也 很快。数控技术的发展，使机床从单机自动化发展为f m s ，整个加工过程无人 化管理。由于装配作业受多方面的制约，使装配作业的自动化程度却远远低于 其它作业的自动化水平，成为提高生产效率、降低成本的主要制约因素，制造 业业内人士早已注视到装配自动化的重要，并致力于自动化的实施。 装配作业的改进，始于小型部件的自动装配机，它将多道手工装配工序集 中在一台机器上进行，它只适应某一固定产品，缺乏灵活性( 即柔性) 。在上 世纪6 0 年代初，在灯泡、滚动轴承等大批量生产的行业中已经采用，自动化装 配开始步入发展期。 进入七十年代，随着汽车工业的发展，各汽车、发动机生产厂先后采用先 进的装配技术，选用自动化输送装置，人与机器合理搭配，成为半自动装配流 水线，装配技术的发展又前进了一大步。 八十年代以后，计算机技术的迅猛发展，自动控制技术臻于完善，技术的 进步给汽车、家电等与人们生活密切相关的行业步入了高速发展期，发展和竞 争都是伴随着，竞争的加剧促使有实力的大企业提高自动化水平，给装配自动 线提供了发展的平台，汽车工业、家电行业从部件到产品的装配广泛采用自动 装配机、装配流水线、装配自动线。市场需求的多变，导致产品的多样化，对 四川大学工程硕士学位论文 自动装配又提出了柔性的要求，出现了柔性装配系统( f a s ) 。 f a s 是一种高度自动化的装配系统，它具备装配、物料输送和控制三个自 动化系统，能使装配对象、工艺流程和生产节拍变化，它使企业以较短的时间 适应新产品的装配【3 ，4 】。 1 9 6 2 年美国推出世界上第一台u n i m a t e r 型工业机器人以来，机器人在工业 发达国家得到了迅猛发展。工业机器人是具有高度柔性的自动化设备，它进入 装配作业，替代专用装配机，就能使装配线具有柔性，去适应市场多变。 装配自动化带来显著的好处，生产效率提高，产品质量稳定，降低了产品 制造成本，劳动强度降低、劳动条件得以改善，使企业的竞争力增强【5 】。 下图为一些典型的装配制造系统： 自动上料装置： 自动装配工位： 四川大学工程硕士学位论文 自动检测工位： 半自动生产线： 自动生产线： 3 四川大学工程硕士学位论文 自动装配机： 宁江制造的微动开关全自动装配检测线： 宁江制造的罩极电机自动生产线： 1 2 我国装配自动化的发展状况 我国装配作业的自动化起步较晚，初期是大批量生产的小型产品的部件装 配的专用装配机，主要在轴承、电器件和家用电器行业应用。 四川大学工程硕士学位论文 要联线，输送系统是不可缺少的。北京某机床厂率先将装配输送线作为商 品提供给刚兴起的洗衣机生产企业，使大批量生产的洗衣机装配实现流水作 业。 高起点的轿车工业、家电中的彩电、v c d 等依靠引进或合资、合作生产， 其装配线的水平较高，但真正依靠自己自行研制的装配自动线难以寻觅1 6 j 。 装配线要实现柔性很主要的是工业机器人装配系统，而我国的机器人起步 同样比较晚，二十世纪7 0 年代是萌芽期，8 0 年代为研发期，9 0 年代才进入实用 化期，相继开发了喷漆、弧焊、点焊、搬运作业机器人，且应用于汽车、摩托 车、工程机械等制造业。但就其数量档次和水平而言，与工业发达国家，还有 相当大的差距，在数量上，至今也仅有几千台机器人。国外已逾百万台，国外 利用机器人的识别、定位、检测、补偿、避碰和它的柔顺装配技术，在柔性装 配线上广泛应用。 九十年代，大连组合机床研究所与沈阳中捷友谊厂合作研制了国内第一套 轿车发动机装配线，与中科院沈阳自动化研究所共同开发电器件自动装配线。 工序问装配的自动涂胶机、压套机、螺帽拧紧机也有较成熟的产品供应。 家电产品中有一些小的组、部件，其组成的零件小。其中还有不少为异形 件，要实现整个组、部件的自动装配有一定的难度【7 1 。以广东某企业为例，其 生产的微波炉在国内的市场占有率一直位居榜首，但微波炉中的定时器、微动 开关部件，由于组成的零件结构的异型的特性，一直沿用进口或手工装配的传 统方式，系典型的劳动密集型作业形式，其生产效率无法提高，成品品质不易 稳定，简单、枯燥的劳动使工人的劳动条件恶劣。而微波炉又面临残酷的市场 竞争，降价成为竞争的重要手段。这几年，由于经济的持续快速发展，劳动力 成本逐年上升，使家电生产企业整体效益呈下滑趋势，家电产品利润减少，有 的甚至无利可图，无实力的企业只好退出竞争，败下阵来。残酷的现实，促使 这个企业的决策层下决心走装配自动化的路，于九十年代后期先后委托宁江机 床集团股份有限公司研制用于定时器和微动开关装配的自动线，配套销售的微 型电扇中的罩极电机装配线也在委托之列。 装配自动化的应用将会节省人工费用；用机器代替枯燥、高温、有害或危 险的作业劳动；提高产品质量及质量稳定性，减少因人为因素产生的质量缺 陷；提高生产效率，降低产品成本；树立良好的企业形象。 宁江机床集团股份有限公司工程技术人员经过努力，三条装配自动线的设 四川大学工程硕士学位论文 计和试制均取得了成功，并投入了使用，运行效果良好，在国内装配自动线的 发展史上写下了新的一页。 1 3 课题研究的内容及意义 装配自动线一般包含自动装配、物料自动输送、装配质量自动检测、自动 包装和过程自动控制等五个主要部分1 9 j 。 产品装配过程可分为送料、抓取、装夹、配合、固定、检验等工序。在装 配过程中，装配序列和装配方法对装配质量的影响是最直接的，而装配质量又 直接影响产品的质量和性能，它们是互为因果的关系。一个产品( 或一个部 件) 都具有多种可选的装配序列，不同的装配序列就会有不同的装配方法，有 不同的装配机械。装配方法的选择也十分重要，选择的装配方法不正确，会导 致装配成功率的降低，影响产品的装配质量。因此，装配工艺流程和装配工艺 方案的制定十分重要【1 0 , 1 1 】，是课题研究的重点。物料输送中的零件自动送进、 零件定向、定位也是不能忽视的问题。某些装配工位的装配质量检测、成品的 物理指标检测也属于本课题的一部分。至于过程自动控制只进行原理性的探 讨，超出专业范围的内容暂不研究。 家电行业、电子行业的产品大多服务于人，属于大批量生产，而产品中的 一些部件、组件中的零件许多是属于小型、异形类别，这些企业对这些组、部 件实现装配自动化也有需求或者愿望。因此，研究这些组、部件的自动装配技 术，并应用于自动线的设计和试制，为自动线的成功奠定基础。装配自动线的 设计实例，对于家电行业和电子行业的小型、异形零件的自动化装备的设计具 有一定的参考价值。 6 四川大学工程硕士学位论文 2 自动装配线总体设计 2 1 装配自动线的布局及组态方式 2 1 1 按零件输送方式分类 自动装配线( 机) 按零件在装配输送过程中的输送方式可分为【1 2 ，1 3 】： 间断输送：零件或随行夹具在装配过程中输送和装配分别单独进行； 同步输送：装配线上所有零件或随行夹具同时移动； 非同步输送：装配线上零件或随行夹具不同时移动； 连续输送：零件或随行夹具在连续输送中进行装配； 2 1 2 按布局方式分类 装配自动线按布局方式可划分为： 布局方式 工件有输送 工件无输送( 单工位) 平面布局 立体布局 厂一水平循环布局 回转布局一 l 一上下循环布局 广一水平方框循环布局 直线布局_ 一 l 一上下方框循环布局 平面布局：零件或随行夹具运动在同一平面内； 立体布局：零件或随行夹具运动在不同一平面内； 7 籽 腿 糕 蝴 獭 秒 彤 桐 断 续一 问 连初 一 牡碟一 鞑 髓 有 无 件 件 工 工厂l 四川大学工程硕士学位论文 回转布局：零件或随行夹具采用回转方式； 平面布局的回转布局方式有：水平布局和上下布局两种方式( 见图2 - 1 ， 图2 - 2 ) 直线布局：零件或随行夹具运动由直线运动组成( 见图2 - 3 ) ； 平面布局的直线布局方式有：水平方框循环布局和上下方框循环布局两种 方式【1 4 , 1 5 1 ( 见图2 4 、图2 5 ) 。 图2 1 平面布局的水平回转布局图2 - 2 平面布局的上下回转布局 图2 - 3 ：直线运动布局 8 四川大学工程硕士学位论文 图2 - 4 ：直线布局中的水平方框循环布局 图2 - 5 ：直线布局中的上下方框循环布局 2 1 3 其他方式分类 装配自动线按驱动方式可划分为：机械传动和其他传动。机械传动中装配 线的控制由机械的凸轮、杠杆控制。 按自动装配线柔性分可划分为：刚性装配线及柔性装配线。 按零件有无载体可分为：直接输送，随行夹具输送。 按人工参与的程度可分为：全自动装配线和半自动装配线。 按规模分：小型、中型、大型装配线 自动装配线布局和组态方式的确定是自动装配线设计的基础，决定了自动 装配线输送方式、布局、空间占地、工艺流程、操作空间等设计要素； 布局和组态方式主要取决于以下因素： 装配零件的大小、形状、适应的供料及输送方式； 装配零件数目的多少；装配工序的长短； 9 四川大学工程硕士学位论文 装配过程中有无特殊的装配要求； 厂房占地面积及空间体积； 投资规模及自动化程度等因素； 2 2 装配自动线构成要素 装配自动线种类繁多，但其基本构成要素有：零件供给、装配、零件输 送、检测、不合格品下线、合格品下线。 2 2 1 零件供给 零件供给系统由储存、整列、送进、分离、理料五个基本步骤，其中根据 实际情况可以一次完成：图2 - 6 为我厂生产定时器装配自动线的典型零件供给 系统：储存和整列由自动上料震盘完成，直振完成零件的远距离送进，分离装 置完成零件的分隔，回转理料装置完成零件的状态变化，使零件具备机械手的 抓取状态1 6 , 1 7 】。 图2 - 6 ：典型零件供给系统 2 2 1 1 储存 目的：用于储存一定量的零件，满足自动生产； 常见存储方式：自动上料震盘，排料式上料机，回转式上料机，链板式上 料机，自动补料装置、穿梭上料机、自动物流配给系统、立体仓库等 关键点：适合的零件存储状态、形状、重量 对工件的合理保护 根据生产率和整线补料时间确定储存量和补料时间 储存装置按零件状态可分为：有序和无序之分： 震盘、链板上料机等属于零件无序储存器，如图2 7 中几种方式； 1 0 四川大学工程硕士学位论文 排料式上料机、回转式上料机等属于有序储存器，图2 8 中几种方式； 直线运动储存器 震盘储存器 摆动储存器 图2 - 7 ：无序储存器 图2 - 8 ：有序储存器 四川大学工程硕士学位论文 2 2 1 2 整列 目的：是对无序的待装配零件进行状态的确认、整理、排列，使零件具有 固定可靠的出料状态。 常见的整列方式：一般与储存装置一次完成如自动上料震盘，排料式上料 机，回转式上料机，链板式上料机等，特殊的整列如自动识别上料机器人，智 能识别分选系统等也得到越来越多的使用。 关键点：零件从无序变为有序，状态由多种变为一种，零件排列为可靠状 态。整列装置一般根据零件重心、外形等特点进行排列：如螺钉可根据其重心 的不同，采用斜面进行自然排列等。 2 2 1 3 送进 目的：经过整列的待装配零件，由于整列装置布局的干涉，往往距离装配 区域有一定距离，送进的目的就是使待装配零件进入装配区域，完成待装配零 件的长距离送进。 常见的送进方式：一般可划分为：重力输送和动力输送； 重力输送利用零件重力和特定的滑道完成从上到下的送进，适合于大中型 零件以及比较规则的零件，如弹簧、小轴、套、圆块等小零件； 动力输送装置有：直振，气动，电动，输送线，机器人等多种方式，应用 最为广泛。 关键点：取决于零件的大小，形状，规则程度；工件输送距离的长短；装 配工作区的干涉程度；是否采用多级送进。 2 2 1 4 分离 目的：经过整列、送进工序后，待装配工件已排列整齐输送到了待装配工 位，这时候待装配零件往往都相互紧靠，不便于零件的抓取，因此采用分离装 置对待装配零件进行分离，便于对零件进行理料或抓取。 常见的分离方式：图2 9 为常用的几种分离装置； 关键点：零件来料状态；零件的大小、重量、形状；分离的速度要求。 1 2 四川大学工程硕士学位论文 穿梭分离装置 闸门式分离装置 扇形分离装置 摇臂式分离装置回转分离装置 单件分离装置 图2 - 9 常用分离装置 多件分离装置 2 2 1 5 理料 目的：对复杂零件，为了实现自动上料而牺牲出料状态，但其出料状态满 四川大学工程硕士学位论文 足不了理想的抓取或装配状态而专门设置的零件状态改变装置，通常我们称为 理料装置。通过理料装置可以简化装配动作，提高装配可靠性； 常见的理料装置：回转装置，翻转装置，摆动装置，定位装置，定向装置 等等 关键点：零件的最终装配状态，通过理料后尽可能简化装配动作，提高装 配可靠性；便于待装配零件的抓取；使待装配零件定位、定向等。 小结：零件供给系统是自动装配线的主要难点和关键技术之一，设计上一 般应遵循以上的五个步骤【1 8 , 1 9 】，但实际的供给系统往往并不是样样都按部就 班，一样不少，如有的只有一套或两套装置就完成了待装配零件的供给，本文 阐述的观点是，在设计中，零件的供给首先必须考虑这样的过程和因素，只有 在有十分把握的情况下才可以进行一定的合并，如用机器人直接装配，表面上 看，机械手可以直接从料盘中抓取工件直接装配，但事实上并没有省掉，分 离、送进、理料等一系列的过程，只不过用机器人一套装置来完成罢了。人为 的省掉某一步骤的供给系统，根据大量的事实和经验可以判断为理论上不可靠 的系统或有重大缺陷的系统口 自动装配线人工工序，大部分是由于零件不具备自动完成供料这个原因而 产生的，因此一条装配线的自动化程度往往首先要考虑的就是零件能否自动供 给。 2 2 2 装配 2 2 2 1 传统的装配 传统的装配主要指零件与零件间的装配和结合，主要有： 装配：主要指单个零件通过装配过程，完成组装，形成部件或产品： 结合：结合是指零件间除完成装配外，改变某一零件的初始状态如： 压入：两个零件通过过盈配合的销轴进行连接； 胶合：利用胶合剂对两个以上零件进行胶合； 紧固：通过螺钉、螺栓等联结件将两个以上零件连接在一起，达到使用要 求，如自动上紧螺钉等； 铆接：对两个以上零件进行铆接； 焊接：对两个以上零件进行焊接。 1 4 四川大学工程硕士学位论文 2 2 2 2 现代装配线 随着制造技术和装配意义的扩展，现代装配线中包含的功能更齐全，内容 更复杂 2 0 l ，主要有： 自动加油； 自动打商标、统计； 自动性能检测； 自动包装； 自动涂装。 2 2 3 零件输送系统 零件输送系统有两个方面的含义：一是完成装配工位与工位间的零件输送 的系统，二是在输送过程中完成零件输送状态的改变等辅助输送系统，如翻 转、旋转、上升、下降等。 2 2 3 1 输送方式 输送方式的分类如2 1 1 所述。输送方式最基本的区别在于：零件是直接 输送还是间接输送；直接输送一般用于规则零件或大型零件如：灌装生产线、 汽车装配线、电池装配线等，而对于小型、异形、不能磨损冲击的零件的输送 方式，一般采用间接输送方式，如大量采用的家用电器随行夹具输送线、皮带 传输线等【2 1 1 。 不论输送方式采用零件直接输送或间接输送，其输送状态有以下区别： 1 ) 间断输送与连续输送 零件在装配过程中连续输送，即装配过程与输送过程重合为连续输送； 零件的装配是在输送完成后进行，即装配过程与输送过程不重合为间断输 送； 连续输送方式从生产率的角度来看，毫无疑问高于间断输送，但实际应用 中间断输送的输送方式应用最多。 2 ) 同步输送与异步输送 零件或随行夹具在装配线上输送时同步进行称为同步输送，如抬起步伐输 送线，回转装配机等。同步输送优点在于，零件一起完成输送，便于均衡生产 四川大学工程硕士学位论文 节拍，驱动装置数量可以减少。同步输送缺点也很突出：装配过程中如一工位 出现故障则全线停机； 异步输送是指零件、随行夹具在装配线上输送时不同步进行，而根据具体 工位的运行情况，自动停止或输送，称为异步输送，如常用的随行夹具装配 线。其最大特点是：输送是否进行决定于上下工位和自身工位的状态，而与整 线的其他工位状态无关，因此生产率可自行调整，在装配工位上、下设置必要 的储备工位或人工参与后，即使全线的某一工位出现故障可单独在短期内处 理，而不至于全线停机；异步输送的缺点在于，制造成本相对较高，控制复 杂。 2 2 3 2 输送方式的确定 合理的输送方式对保证装配线的物流、节拍、可靠性、装配装置的合理 性、制造成本、维修等具有重要的意义，关系整个装配线的成败，因此在确定 装配工艺后首先考虑的就是零件的输送方式的确定【2 2 , 2 3 】； 零件输送方式的一般原则： 大型、规则零件，尽可能采用直接输送，以简化输送装置、降低制造成 本； 装配工序较少的装配线( 机) 尽可能采用同步输送的方式，如抬起步伐式 装配线，回转式装配机； 工序内容繁杂的中型、大型装配线( 机) ，一般采用异步输送的方式组 线，尽可能减少因局部故障而造成全线停机； 生产率要求很高的装配线( 机) 采用连续输送或同步输送； 根据不同的装配内容和阶段，采用各种输送方式相结合的可能；如在一条 带随行夹具输送的自动线旁，采用一台回转式装配机完成一个小部件的装配， 最后合线。 2 2 3 3 辅助输送系统 在一个完整的输送系统中，往往必须配备大量的辅助输送装置，用以满 足装配要求，如：工件或托盘翻转装置，用以完成工件的0 3 6 0 度翻转： 工件或托盘旋转装置：用以完成工件的0 3 6 0 度水平旋转： 工件或托盘上升、下降装置：用以完成工件的上升或下降以满足装配要 1 6 四川大学工程硕士学位论文 求： 工件或托盘输送装置： 运小车等： 工件或托盘装卸工位： 用以完成工件的长、短距离输送，如皮带线、搬 用以完成工件的重新装夹。 2 2 4 检测系统 自动装配线往往自动化程度高，生产率要求高，因此设备的可靠性是必须 的保障，因此自动装配线往往配备了大量的检测装置，检测装置分类如下： 检测方式 装配质量检测与产成品性能检测； 机械检测与光、电、气、液等检测； 接触检测与非接触检测； 生产线运行控制检测。 2 2 5 控制系统 装配线的控制系统如同人的大脑，控制着整个生产线的运行，对装配线的 正常运行、可靠性及设备在运行中出现故障及时发现和解除起着至关重要的作 用 2 4 , 2 5 】，一般设有如下控制功能( 但并不是每条装配线都需设置所有的功能， 一般根据装配线的需求、控制内容、控制要求等决定) ： 主控装置：用于实现自动装配线的电、气、液等起、停控制，各单元的连 接控制，显示和反馈设备运行状态信息，产量控制和显示； 单元控制：实现一个工序、一个装配单元、或一台装配机的独立控制，具 有基本的显示功能及故障判断功能，具有方便的调整和控制功能，能实现单元 四川大学工程硕士学位论文 的单独运转控制，具备与主控装置的通讯和控制能力。 检测控制：在设备的不同位置及各执行元件上设置有各种检测开关，用以 检测各执行元件位置状态( 原位、工作位) ，及时反馈到主控制模板，用以判 断设备各执行元件运行状态。 故障控制：在设备的每个装配工位和零件在转换过程中容易出现故障的地 方设置各类检测开关，所有检测开关将其检测的信息反馈到主控制模板，用以 快速诊断装配故障地方及故障处理方式。 其他控制：装配线上除了运行控制外，一般应设置完备的安全和操作控制 装置，如电压、气压、液压、润滑、冷却液压力欠压保护检测、操作安全保 护、安全互锁、温度控制等等，用以保证生产线的正常运转和操作人员的人身 安全。 2 2 6 工序装配质量检测 装配质量检测包含：待装配零件的正确性、是否错装、是否漏装、是否满 足工序要求1 2 6 , 2 7 1 ，一般有以下内容： 待装配零件的正确性：对装配零件尽可能设置检测装置，以避免装错零件 或损坏装置。如我厂生产的定时器自动装配线( 机) 中五轴压芯装置，由于芯 轴直径、长度相差不大，十分容易相互混杂，而混杂的结果流入装配工位后轻 者造成停机、重者造成导向套的损坏，因此震盘出口处设置了直径检测装置。 是否错装：检查装配完成后是否准确，满足部件装配要求。 是否漏装：检查每一个装配工序完成后，是否漏装了零件，一般与错装工 序合二为一。 是否满足装配工序要求：每个工序都有具体的装配工艺要求，自动线一般 不可能采用下线后事后检测，因此检测装配是否达到工序要求是装配质量检测 的一项重要内容。 2 2 7 装配合格品性能检测 装配自动生产线一般产量大、生产效率高，因此对下线后的产品合格率提 出了非常高的要求，否则带来巨大的损失，为此一般应对生产线合格品进行在 线检测，检测内容根据产品的特性决定，一般有以下方面： 性能检测：主要对产成品的性能进行检测，如电压、噪音、绝缘、耐压、 1 8 四川大学工程硕士学位论文 转速、正负极、功率、功效比、接地、静电感应等。 装配质量检测：装配的正确性、连接强度、泄漏等。 外观质量检测：对下线产品的外观质量进行检测。 2 2 8 下线 经过装配线流程后形成产品，对产品有以下两种处理方式： 1 ) 不合格品下线 零件不合格品下线 装配不合格品下线 根据检测工序的检测结果，判定是否将不合格品直接下线，避免不合格品 继续流入下道工序。 对不合格品下线常用方式有：报警后人工干预，自动下线等方式； 2 ) 合格品下线 装配线或装配机完成全部工序后，合格品下线方式主要有： 自由排出：合格品下线后不要求固定的状态，自动排出； 整齐排出：合格品下线后要求固定的状态，整排或整列排出； 装箱排出：合格品下线后直接装箱； 连线排出：合格品下线后直接转入另一条装配线。 1 9 四川大学工程硕士学位论文 3 自动装配线设计的影响因素及设计步骤 装配是将零件之间的位置不确定性减少直至符合要求的过程。而产品的装 配质量是指经过一系列装配工序后所得到的产品的功能性和可用性。 产品中的组、部件也具有一定的功能，可视同小产品对待。 3 1 影响自动装配线设计和制造的因素 自动装配线本身属于高技术产品，具有很高的技术含量，因此影响自动装 配线设计和制造的因素较多，一般应考虑以下因素【2 8 】： 产品本身的适应性，自动装配线对厂家具有很大的吸引力，但并不是所有 产品都适合搞自动装配线，最终取决于产品本身特点是否能满足和适应自动装 配的要求，汽车、家电、电子产品由于体积适中、产品定型、产量大适合自动 装配，而机床、航空产品本身却不适合。 设计节拍：根据产量要求，决定生产线的生产节拍，不同的节拍要求往往 决定了自动装配线的布局及总体结构。 投资规模：适度和合理的投资是自动装配线必须考虑的因素，再自动化的 生产线如果不能为投资者带来回报，则必然决定了生产线的失败。 装配产品的零件质量：由于采用了自动装配技术，零件加工质量的控制和 一致性至关重要，往往自动装配线对零件加工质量提出了非常高的要求，零件 应具备良好的互换性。 装配产品的设计水平：由于采用了自动装配技术，为了满足自动装配的要 求，一般都需对装配的产品进行适应性改进，增加部分工艺要求或改变一些结 构以满足自动装配的要求往往对产品的设计水平提出了很高的要求。 技术发展水平：自动装配线属高技术产品，集机、电、液、气、检测技 术、测试技术、自动化控制技术等多项技术为一身，因此其水平往往取决于当 期自动化技术的发展水平，我们很难想象有多学科、多领域的技术支撑，自动 装配线的技术能达到现有的水平 2 9 1 。 兼容性：由于市场竞争的需要，厂家往往提出自动装配线的兼容性问题， 而过度的兼容对生产线带来很多致命的问题，因此必须严格控制生产线的兼容 性。 四川大学工程硕士学位论文 自动化水平：用户投资自动装配线的目的是为了减少人工，提高自动化水 平，保证产品质量，一般用户都会提出非常高的自动化要求，如何合理的利用 和提高生产线的自动化水平是设计的一个难点。 自动装配线规模：小型或简单零件的装配线的设计目前已具备很高水平， 但大型、复合、多形式的自动装配线对设计提出了更高的要求。 环境条件：很难想象自动装配线和环境条件有何联系，事实上联系很密 切，厂房条件、地价、人力成本都最终决定了自动装配线最终的布局和总体结 构，如很多厂家都是在现有的厂房条件下进行投资的，这决定了设计者必须在 现有的厂房条件下进行布局，而布局往往决定了生产线的结构。 制造水平：具备以上条件后，制造商的技术水平、装配技能和经验积累则最终 决定了自动装配线的成败，由于装配技术长期由人工完成，而且装配线的设计 并无经验可循，因此国外同行有一种说法，自动装配线不是靠设计出来的，而 是靠工人技师的经验做出来的，事实上，在自动装配线的制造过程中，确有大 量的构思和结构是通过现场的调试和改进而完成的，如自动上料震盘的设计就 完全取决于工人技师的水平和经验。 3 2 影响装配质量的因素 3 2 1 装配质量的影响体系 产品设计、零件制造和装配过程都将对装配质量产生影响。见框图3 - 1 围困圆 图3 - 1 装配质量影响因素 3 2 2 产品设计 产品设计所定的零件几何形状及尺寸、物理特性、设计公差、配合性质及 零件间的固定方法等对可装配性和装配质量均构成影响。见框图3 - 2 。 2 1 四川大学工程硕士学位论文 由于零件的形状多种多样，零件的外形尺寸，一般是通过能够包容零件的 最小外接立方体的三维尺寸来确定，其中的最大尺寸称为零件的长度。它代表 零件的大小；最小尺寸则称为零件的厚度。外形尺寸对零件的可装配性是有影 响的，零件过长或过薄都不利于输送、定位和装配。 图3 - 2 产品设计对装配质量影响因素 零件的物理特性是指零件的粘度、刚度和重量。粘度是指零件相互粘结的 可能性；刚度是零件在外力作用下的变形情况，例如：零件过薄，装配过程中 在力的作用下容易产生弯曲、变形，使装配难度增加；而零件的重量及重心的 分布则在很大程度上影响零件送料方式的选取和定向的可靠性、稳定性。 公差在产品设计时制定，它直接影响产品的功能性、可制造性和可装配 性。公差选择当否，不但影响装配的难易程度，对装配质量也会造成影响，公 差也影响装配的工艺精度，如零件的送料、装夹、配合都和相关表面的公差有 关，如选取不合理，可能产生配合零件的相对位置偏差，导致装配不成功或零 件受到损坏。 零件的配合性质对装配方法的选取有直接影响，如轴与孔的配合有间隙配 合、过渡配合还是过盈配合，配合类型不同，使用的装配设备和操纵力是不同 的。再细化一些，插入的倒角宽度、角度、配合面的形位公差、粗糙度都对配 合的质量有影响。 零件的固定工序也是装配过程的重要工序，它包括螺纹联接、过盈联接、 销钉联接、铆接等。固定工序的质量和设计时选择的固定方法有关。 四川大学工程硕士学位论文 3 2 3 零件制造 零件制度质量对产品的装配质量有多种影响。 对于大批量的产品，其零件一般由以下几种方法获取：金属切削加工、冲 剪成形、注塑成形、压铸成形等。对于借助模具成形的零件，其尺寸一致性相 对较好，能适应装配要求。金属切削加工的零件，影响零件加工的因素较多， 诸如加工设备、刀具、切削参数、冷却液、操作者的技术水平及人为因素等 等，可谓影响因素多而复杂。为了保证被加工件的质量，往往都用工序能力指 数c p 值1 3 3 1 6 7 范围内的零件能满足要求，低于1 3 3 对装配质量将产生影 响，如零件的尺寸偏差会影响零件的配合的成功率，零件的表面质量影响零件 的配合精度。 3 2 4 装配过程 装配过程的影响因素较多，在装配自动线工艺方案和工艺流程制定时要综 合考虑，并在过程中进行有效控制，保证产品的最终精度。见框图3 3 。 图3 - 3 装配过程影响因素 产品一般都具有多种装配序列( 也可称之