2023/2/2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2023/2/2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狀3、裝配過程自動化的條件4、裝配過程自動化的內容2023/2/2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節，在大批大量生產中，常需完成大量而且復雜的裝配操作。其作業特點是：裝配工人往往在長時間內重復單純、強度比較大的工作，與切削加工過程相比，勞動生產率要相對低得多。保證產品裝配質量提高生產率降低生產成本，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2023/2/2武漢理工大學機電學院4國外到現在為止，也只有不到30%的機電產品實現了裝配自動化。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%。機械產品的裝配工作量技術上的復雜性占整個產品制造工作量的20～70%主要原因機械結構方面因素

機械產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。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定的機構和可靠的控制系統，才能實現。

許多機械產品，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狀為什么裝配自動化技術發展緩慢？2023/2/2武漢理工大學機電學院5國內外自動裝配情況自動裝配機（線）擁有最多的國家。已經形成的自動裝配線、生產的自動裝配機已有一定的通用程度。最多的行業——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設計和建立——球軸承自動裝配線在電機電器、通訊器材行業應用最多。中國2023/2/2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裝配自動化的三個主要組成部分：裝配作業自動化程度清洗、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、發動機、自行車、手表、通訊器材裝配對象——小型部件和產品自動檢測方面只起分選作用——不合格件排出或發出信號對重復動作的修正，有待開發應用特點2023/2/2武漢理工大學機電學院7生產綱領穩定，年產量大，批量大、零部件標準化通用化程度高；實現自動化后，經濟上合理、生產成本低——提高市場競爭力；產品具有良好的裝配工藝性——保證裝配質量；結構簡單，裝配件少，裝配基準面與主要配合面形狀規則，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，為了改善勞動條件，應實現自動化。3、實現裝配自動化的基本條件2023/2/2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容2023/2/2武漢理工大學機電學院9螺紋聯接件的自動裝配圖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2023/2/2武漢理工大學機電學院10大批大量生產可采用最高的自動化水平對其中經濟效果不顯著或技術尚未成熟的工序——半自動化，人工監視或手工操作。對不甚成熟的工序，除機動外，同時還要考慮手動的可能。形狀規則、對稱且數量多的裝配零件，容易實現自動定向，給料的自動化程度可高一些。在螺紋聯接工序中，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品和部件的動作常按比較低的自動化程度考慮。裝配質量的檢驗部件的位置偏差運動件的靈活性不合格件的調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。裝配作業自動化程度的確定2023/2/2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，往往是產生各種故障的根源。

ex在搖桿軸上套裝搖桿、環、墊圈、卡環等零件在一個工位上裝配零件20個，節拍6秒，一分鐘給送零件200個若廢品率為1%，一分鐘內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2023/2/2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

2023/2/2武漢理工大學機電學院13/451、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；具有相同內外錐度表面時，應使內外錐度不等，以防套入“卡死”。

DFA2023/2/2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2023/2/2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、規則、尺寸小、重量輕。2023/2/2武漢理工大學機電學院16/45零件送進裝置組成示例

選擇器進給軌道裝配頭工件托架料斗分配器

零件送進系統組成料斗零件送進器選擇/取向器送進軌道擒縱機構與分配裝置2023/2/2武漢理工大學機電學院17/45零件自動送進系統——擒縱機構與分配裝置示例2023/2/2武漢理工大學機電學院18/45零件傳輸實例改進后改進前改進前改進后改進前改進后2023/2/2武漢理工大學機電學院19/45

(3)有利于自動裝配作業零件數量應盡可能少；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；盡量減少螺紋聯接，用粘結、過盈聯接、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，減少基礎件的翻轉次數。裝配時必須調整位置的配合副，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接；應最大限度地采用標準件和通用件。2023/2/2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2023/2/2武漢理工大學機電學院21/45（1）保證裝配工作循環的節拍同步；（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

=tn2023/2/2武漢理工大學機電學院22/45保證裝配工作循環的節拍同步，裝配工序應力求可分,使各個裝配工位上裝配工序的延續時間大體相等——接近生產節拍時間。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2023/2/2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。大多數裝配件是一些形狀比較規則、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定狀態。經分類分組后，采用相應料斗裝置，即可實現多數裝配件的自動給料。2、裝配自動化的工藝原則（續）2023/2/2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，要能實現對它們的定量隔離，2、裝配自動化的工藝原則（續）2023/2/2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。根據配合副的配合要求，如配合尺寸、重量、轉動慣量來確定分組選配，一般可分組3～20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（15～20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，需要根據工藝的成熟程度和實際經濟效益確定，

2、裝配自動化的工藝原則（續）2023/2/2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、裝入和聯接2023/2/2武漢理工大學機電學院27/451、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行型自動裝配機

回轉型自動裝配機

2023/2/2武漢理工大學機電學院28/45機器裝配的基本作業形式a）軸孔件間隙配合b）擋銷軸件裝入扭轉c）多個軸銷裝入d）裝側銷e）螺釘的裝入f）軸孔件過盈配合i）安放臨時支承j）拆除臨時支承k）卷褶聯接薄板g）軸銷拔出h）零件翻轉l）熔焊或錫焊連接2023/2/2武漢理工大學機電學院29/452、裝入和聯接(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、定位桿調節支架等進行定位，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。

2023/2/2武漢理工大學機電學院30/45軸孔配合自尋中心裝入機構c）基件中心運動軌跡a）機構示意圖b）振動原理圖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、15—X、Y坐標滑板16——銜鐵2023/2/2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2023/2/2武漢理工大學機電學院32/45用導向套進行裝入2023/2/2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

2023/2/2武漢理工大學機電學院34/45螺紋聯接件的自動裝配圖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2023/2/2武漢理工大學機電學院35/45四、自動裝配線

如果產品或部件比較復雜，在一臺裝配機上不能完成全部裝配作業，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2023/2/2武漢理工大學機電學院36/451、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。2023/2/2武漢理工大學機電學院37/45基礎件固定式自動裝配線2023/2/2武漢理工大學機電學院38/45基礎件移動式自動裝配線2023/2/2武漢理工大學機電學院39/452、工位間傳送方式

裝配基礎件連續傳送，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拍不同，使平均裝配速度趨于提高，而且個別工位出現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。連續傳送間歇傳送同步傳送非同步傳送2023/2/2武漢理工大學機電學院40/45同步傳送與非同步傳送12345a）b）1－機器人2－料斗3－存儲的工件4－裝配的工件5－操作者2023/2/2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行式回轉式直進式3、傳送裝置的結構型式回轉式2023/2/2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。各個氣缸動作均由行程開關控制聯鎖。2023/2/2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2023/2/2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外環內環滾動體保持器2023/2/2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；任取一個外環和一個內環，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，然后根據此信號選出該組鋼球進行裝配。2023/2/2武漢理工大學機電學院46/45氣動測量法選配軸承原理

壓縮空氣經過濾清和穩壓后經過電磁換向閥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內薄膜4的右室。因此，薄膜右邊的壓力是各測量氣隙代數和的函數，即代表了內外環溝道直徑的平均值之差。

傳感器的左室與噴嘴6和12相通。滑座8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帶動齒輪和轉臂10回轉使觸頭順次與滑環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，轉臂10上的電刷所停留的位置相應于一定的內、外環溝徑之差，從而發出信號，接通鋼球貯料柜中相應的活門電磁鐵，將該組鋼球放出。2023/2/2武漢理工大學機電學院47/45裝配自動機

合套撥內環裝入鋼球將內環撥到中心位置分球裝入保持器

從選配機送來的內環和外環首先要合裝在—起。

軸承環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，內環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，希望內環垂直于運送方向偏靠在外環上，所以在裝入鋼球以前，須用Q力將內環撥到所需的位置上。

如圖c)所示，裝入鋼球。

將內環撥向中心時，常常會碰到最外邊兩粒鋼球之間的距離B小于內環溝道直徑的情況(圖c)，這時需在外環上加以一定的壓力P，使之產生一定程度的彈性變形，使尺寸B增大，然后內環便可在徑向力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、外環適當固定，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