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1、第六节 机器装配的自动化,内容简介,1、自动化装配概述2、自动装配机3、装配机器人4、自动装配线5、柔性制造系统,1.概述,（1）什么是机械装配及装配自动化,机械装配是按规定的精度和技术要求，将构成机器的零件结合成组件、部件和产品的过程。装配是机器制造中的后期工作，是决定产品质量的关键环节。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。,减速器装配图,1.概述,（2）机械装配自动化的必要性：,在机械制造工业中，20%左右的工作量是装配，有些产品的装配工作量可达到70%左右。但装配又是在机械制造生产过程中采用手工劳动较多
2、的工序。由于装配技术上的复杂性和多样性，所以，装配过程不易实现自动化。近年来，在大批大量生产中，加工过程自动化获得了较快的发展，大量零件自动化高速生产出来后，如果仍由手工装配，则劳动强度大、效率低、质量也不能保证。为了保证产品质量及其稳定性，改善劳动条件，提高劳动生产率，降低生产成本。机械自动化系统应运而生！,效率低质量不能保证,劳动强度大,例如：假如以下仍使用手工装配,1.概述,（3）机械装配自动化的主要内容：,装配自动化的目的 保证产品装配质量和稳定性，提高生产率，降低生产成本，改善劳动条件。,自动传送自动给料自动装配自动控制,1.概述,自动传送 自动传送装置主要有回转工作台、链式传送装置
3、和非同步的夹具式链传送装置等。各种传送装置可供基础件直接定位或用随行夹具定位。,回转工作台,链式传送装置,返回,自动给料 有料仓给料和料斗给料两种基本类型，其结构和特点与机床上下料装置相似。,1.概述,料仓,返回,1.概述,自动装配：自动装配作业包括自动清洗、平衡、分选、装入、联接和检测等，有时还包括成品包装和一些辅助的加工工序。,清洗自动化是将零件自动输送到清洗机内，按规定程序自动完成清洗作业，然后输送到下一工序。自动平衡的特点是在测出不平衡量的大小与相位后，用自动去重或配重的方法求得平衡。常用的去重方法是通过转削或铣削将不平衡量去除；对于小型的精密零件（如陀螺仪转子等），不平衡量很小，可用
4、激光气化方法去除。自动配重是根据不平衡量的大小自动选取相应重量级别的平衡块，用焊接或胶接方法固定在被平衡零件的相应位置上。自动分选是通过自动测量测出零件的配合尺寸，并按规定的几组公差带将零件自动分组，使各对应组内相互配合的零件实现互换装配。自动分选是采用选配法装配之前的必要工序，在自动分选机上进行。自动装入是自动装配作业中最基本的工序，有重力装入、机械推入和机动夹入3种方式,可按具体情况选择。采用较多的是机械推入和机动夹入，先将零件夹持，保持正确定向，在基础件上对准，再由装入工作头缓慢进给，将其装入基础件内。自动检测常见的检测项目有：装配过程中的检测，如检查是否缺件，零件方向和位置是否正确和夹
5、持是否可靠等；装配后的部件或产品的性能检测，如轴的振摆、回转运动精度、传动装置的反向间隙、起动和回转扭矩、振动、噪声以及温升等。将实测结果与检测的标准相对比，以决定合格与否。装配过程中出现不合格情况时，便自动停止装配，并发出信号。有关产品性能的实测数据常由自动打印机输出备查。,返回,1.概述,自动控制 自动装配中各种传送、给料和装配作业的程序以及相互协调必须依靠控制系统。常用的是由凸轮、杠杆、弹簧和挡块等机构组成的固定程序的控制系统，但当装配的部件或产品的结构有较大的改变时便不能适应。如采用数字控制系统，在装配件改变时容易调整工序。特别是微处理机或电子计算机，具有记忆和逻辑运算功能，可存贮各种
6、工作程序，供随时调用。这种控制系统适用于中小批量的多品种自动装配。,数控机床CK6150,1.概述,（4）装配自动化的基本要求：,1.生产纲领稳定，且年产量大、批量大，零部件的标准化、通用化程度较高。,生产纲领稳定是装配自动化的必要条件，而年产量大批量大可提高设备的使用率；标准化、通用化程度高可缩短设计、制造周期，降低生产成本。,1.概述,2.产品具有较好的自动装配工艺：（1)尽量要做到结构简单，装配零件少（2)装配基准面和主要配合面形状规则，定位精度易保证（3)运动副应易于分选，便于达到配合精度（4)主要零件形状规则、对称，易于实现自动定向等3.实现装配自动化以后，经济上合理，生产成本降低。
7、,1.概述,（5）机械装配自动化的发展历程：,国外从20世纪50年代开始发展了装配过程的自动化，60年代发展了数控装配机、自动装配线，70年代机器人已应用在装配过程中，近年来又研究应用了柔性装配系（FAS）等。今后趋势是装配自动化作业与仓库自动化系统等连接起来，进一步提高机械制程的质量和劳动生产率。接下来我们将依次了解自动装配机、装配机器人、自动装配线、柔性制造系统,返回,2、自动装配机,自动装配机配合部分机械化的流水线和辅助设备实现了局部自动化装配和全自动化装配。自动装配机因工件输送方式不同可分为回转型、直进型等几类，根据工序繁简不同，又可分为单工位、多工位结构。,铰链自动装配机,分动式自动
8、装配机,2、自动装配机,（1）.单工位装配机：单工位装配机是指工位单一，通常没有基础件的传送，只有一种或几种装配操作的机器，多限于装配动作简单的零部件。,1-螺钉 2-送料单元 3-机架4-旋入工作头 5-夹具,单工位装配机比较适合于在基础件的上方定位并进行装配操作，即基础件布置好后，另一个零件的进料和装配也在同一台设备上完成。,2、自动装配机,单工位装配机需与随行夹具配合使用。图a：装配位置。图b：出料。1-出料轨道 2-滑板 3-挡块 4-起出器,2、自动装配机,（2）多工位装配机,一、回转型自动装配机：是一种装配对象回转输送的装配机，回转台是核心部件，联接和上下料设备采用凸轮集中控制。它
9、通过行星轮回转到不同工位，进行装配。,圆形回转台式装配机,1-机架2-工作台3-回转台4-联接工位5-上料工位6-操作人员,1-刚性中心立柱2-工作单元3-托架4-杠杆和顶杆5-凸轮轴6-机架7-行星轮(连续回转),2、自动装配机,二、直进型自动装配机：这是一种装配基础件或随行夹具在链式或推杆步伐式传送装置上进行直线或环行传送的装配机，装配工位沿直线排列。它包括垂直型夹具升降台返回的直进型装配机和水平型夹具水平面返回直进型装配机。,1-工作头安装台面2-工作头3-夹具安装板4-链板,2、自动装配机,三、环行型自动装配机：环行式是装配对象沿水平环行传送，各工位环行配列，没有大量空夹具返回，近似回
10、转式。,1-工作头2-随行夹具3-基础件4-空夹具返回5-装配成品,返回,3、装配机器人,自动装配机配合部分手工操作和机械辅助设备，可以完成某些部件装配工作的要求。但是，在仪器仪表、汽车、手表、电动机、电子元件等生产批量大、要求装配相当精确的产品装配时，不仅要求装配机更加准确和精密，而且应具有视觉和某些触觉传感机构，反应更灵敏，对物体的位置和形状具有一定的识别能力。这些功能一般自动装配机很难具备，而装配机器人完全具备这些功能。,装配机器人是指为完成装配作业而设计的工业机器人。装配机器人是柔性自动化装配系统的核心设备，由机器人操作机、控制器、末端执行器和传感系统组成。与一般工业机器人相比，装配机
11、器人具有精度高、柔顺性好、工作范围小、能与其他系统配套使用等特点，主要用于各种电器的制造行业。,关节装配机器人,喷涂机器人装配机器人,3、装配机器人,世界装配机器人的发展状况 从装配机器人的推广应用角度来看，机器人的发展大致经历了技术发展和探索的“起步”阶段，在技术有所突破之后的“推广”应用阶段和被产业界接受之后的“普及”阶段，只不过因为各个国家情况不同，机器人发展过程中这三个阶段的时间先后和各阶段时间的长短并不一样，下表说明了一些国家的机器人的发展情况。可以看出，中国的机器人技术和机器人应用水平总体上还处于很落后的状态。,表1-1 各国机器人的发展阶段表,3、装配机器人,一般来说，装配机器人
12、系统可按功能分为下面五个部分:a)机械本体:包括机身、框架、机械连接等内在的支持结构。b)动力部分:包括电源、电动机等执行元件及其驱动电路。c)检测传感装置:包括传感器及其相应的信号检测电路。d)控制及信息处理装置:包括计算机及相应的硬件、软件构成的控制系统。e)执行机构:包括机械传动和操作机构，一般采用机械、电、液等机构。,3、装配机器人,目前，在汽车装配行业中，人工已逐渐被自动化的生产线所取代，在挡风玻璃的装配中，由于汽车挡风玻璃宽大，人工不易安装和操作的特点，为适应时代的发展，减少工人的劳动强度和劳动量，节约劳动成本，改善工作环境，保证安全操作，促进文明生产。随着机器人技术的不断发展和完
13、善，以及机器人成本的进一步降低，可以预料，今后将开拓更多的机器人应用领域，尤其是在制造业以外的领域中，机器人将会有很好的应用前景。,汽车装配机器人,3、装配机器人,返回,4、装配自动线,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工作，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。装配自动线一般由 4个部分组成。零部件运输装置：它可以是输送带，也可以是有轨或无轨传输小车。装配机械手或装配机器人。检验装置：用以检验已装配好的部件或整机的质量。控制系统：用以控制整条装配自动线，使其协调工作。自动化程度高的装配自动线需要采用装配机器人，它是装配自动线的关键环节。,4、装配自
14、动线,自动装配线基本特征：在装配工位上，将各种装配件装配到装配基础件上去，完成一个部件或一台产品的装配。,自动装配线基本形式：1、装配基础件移动式自动装配线 2、装配基础件固定式自动装配线,4、装配自动线,（1）装配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。,返回,4、装配自动线,（2）装配基础件固定式自动装配线：装配基础件固定，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，装配工位只有一个。,4、装配自动线,二、常用装配线类型及其特点,（1）轨道装配线（2）带式装配线（3）板式装配线（4）车式装配线（
15、5）步伐式装配线（6）拨杆式装配线（7）推式悬链装配线（8）气垫装配线,4、装配自动线,（1）轨道装配线：包括自由轨道和动力轨道两类。动力轨道适用于上料时有冲击并能保持一定的传送速度。辊子可双列布置，可设置升降、翻转和转位等机构。,返回,4、装配自动线,（2）带式装配线：由带式传送装置和两侧工作台组成。工件和卸料器分配到两侧工作台，结构简单，传送平稳，速度较低,返回,4、装配自动线,（3）板式装配线：可用钢板、木板或其他材料，平稳宽敞，承载能力和自重均较大。适用于低速、重载荷及有冲击场合。,返回,4、装配自动线,（4）车式装配线：小车与牵引链连接，承载能力大，但运行平稳性和精确性较差。,返回,
16、4、装配自动线,（5）步伐式装配线：推杆推动夹具和工件作步伐式间隙传动，能承受较大载荷，传送平稳,返回,4、装配自动线,（6）拨杆式装配线：装配过程中装配对象可连同小车任意从线上推出推入，通过插入或拔出小车拨杆使小车传送或停止。,返回,4、装配自动线,（7）推式悬链装配线：用于汽车发动机装配。,返回,4、装配自动线,（8）气垫装配线：利用压缩空气形成的气膜，把装置连同工件一起托起，漂浮在支承面上。承载能力大，运行平稳。适用于大件、重件的装配。,返回,5、柔性装配系统（FAS）,一、组成：柔性装配系统具有相应柔性，可对某一特定产品的变型产品按程序编制的随机指令进行装配，也可根据需要，增加或减少一
17、些装配环节，在功能、功率和几何形状允许范围内，最大限度地满足产品的装配。柔性装配系统由装配机器人系统和外围设备组成。这些外围设备可以根据具体的装配任务来选择，为保证装配机器人完成装配任务，其通常包括：灵活的物料搬运系统、零件自动供料系统、工具（手指）自动更换装置及工具库、视觉系统、基础件系统、控制系统和计算机管理系统。,5、柔性装配系统（FAS）,二、基本型式及特点：柔性装配系统通常有两种型式：一是模块积木式柔性装配系统，另一是以装配机器人为主体的可编程柔性装配系统。按其结构又可分为三种：(1）柔性装配单元（Flexible Assembly CellFAC）这种单元借助一台或多台机器人，在一
18、个固定工位上按照程序来完成各种装配工作；(2）多工位的柔性同步系统 这种系统各自完成一定的装配工作，由传送机构组成固定或专用的装配线，采用计算机控制，各自可编程序和可选工位，因而具有柔性。（3）组合结构的柔性装配系统 这种结构通常要具有三个以上装配功能，是由装配所需的设备、工具和控制装置组合而成，可封闭或置于防护装置内,5、柔性装配系统（FAS）,三、柔性装配系统实例：,5、柔性装配系统（FAS）,模块积木式 FAS,以装配机器人为主体的可编程序FAS,5、柔性装配系统（FAS）,美国：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
19、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King Sburg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。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：小汽车柔性装配线瑞士：成功研制手表自动装配线。比利时：研制了具有模块化工作站的雷管自动装配线。中国：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。,总结：国内外自动装配情况：,针对我国目前情况实现装配自动化的途径主要有：1、借助先进技术，改进产品设计2、尽量减少产品中单个零件的数量3、改善产品零件的结构工艺性4、研究和开发新的装配工艺和方法5、尽快实现自动装配设备与FAS的国产化,总结：国内外自动装配情况：,Thank You!,
