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1、,自动装配技术,张志军,沈阳理工大学 SHENYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY,自动装配技术第一章,张志军,绪论 第一章 装配技术基础 第二章 自动供料系统 第三章 自动装配系统 第四章 装配机的结构形式 第五章 可靠性及可用性 第六章 装配机器人 第七章 柔性制造 第八章 机器人的发展与未来 第九章 数字化制造技术,第一节 联接方式 第二节 公差分析 第三节 产品的装配工艺性 第四节 装配流程的确定,第一章 装配技术基础,第一节、联接方法,在设计人员设计产品时联接方式就被确定了。由于可以采用的联接结构很多，所以联接方式也必然是多样的。 各种联接方法的使用因行业而异。机
2、械制造和车辆制造行业比精密仪表行业更多地使用螺纹联接。,螺纹联接是一种通过压紧实现的联接，因为被联接件是通过螺钉被相互紧紧地压在一起的（如下图示）。由此产生一对摩擦副。,1、概述,为了能够从数量上精确地控制联接力，必须对有关的因素加以控制,螺纹联接也存在各种不同的形式，按螺纹头部的不同形状可以分为四种： 螺钉拧入被联接件，靠螺钉头部压紧； 螺钉一端栽入被联接件； 螺钉插入被联接件，螺母在另一端拧紧； 螺母联接。,螺钉拧入被联接件，靠螺钉头部压紧,螺钉一端栽入被联接件,螺钉插入被联接件，螺母在另一端拧紧,螺母联接,紧固力矩必须控制在一个严格的公差范围 Mv=Mvnenn Tv 其下限由必需的预紧
3、力确定 Mvmin=f（Fv） 其上限受螺钉材料的强度限制 Mvmax=f（b） 式中： Fv必需的预紧力 （N）； Mvmin名义紧固力矩 （Ncm）； Mvmax最大紧固力矩 （Ncm）； Tv紧固力矩的公差 （Ncm）； b螺钉材料的抗拉强度（N/cm2）。,2、紧固力的计算,除螺纹联接以外，最常用的当数并接（套装、插入、推入和挂接）。这要取决于两连接件耦合面的形状和位置。这种联接方式，被联接件之间的接触力起着重要的作用，因为它们在联接的瞬间形成一定的力矩。,定位,一点接触,二点接触,插入过程,FF,FF,FF,FF,FR,FR,FR,FR,FR,FR,FK,FK,FK1,FK1,FK2
4、,FK2,MB,MB,插入联接各阶段的反作用力和反力矩,3、常用的连接方式,连接方式有：折边、镶嵌或插入、溶入、翻边或咬接、填充、开槽、钉夹、粘接、压入、凸缘连接、铆钉、螺纹连接、焊接、铆接、铰接等。,连接方法的自动化实现的程度：高低 压入、凸缘连接、溶入、焊接、铆钉、螺纹连接、翻边或咬接、折边、镶嵌或插入、填充、开槽、铆接、铰接、钉夹、粘接。,1）连接方式,2）典型的联接动作要求,插入（简单联接）,插入并旋转,适配,有间隙联接，靠形状定心,为寻找正确的位置精密地补偿,属形状耦合联接,说 明,运 动,原 理,名 称,插入并锁住,旋入,压入,取走,顺序进行两次简单联接,两种运动的复合，一边旋转一
5、边按螺距往里钻,过盈联接,从零件储备仓取走零件,说 明,运 动,原 理,名 称,运动,变形联接,通过方向相对的压力来联接,零件位置和方向的变化,通过材料流联接,临时联接,为搬送做准备,名 称,原 理,运 动,说 明,钎焊、熔焊等,第二节 公差分析,零件的精度要求就决定了制造与装配的经济性。装配中存在的所有的联系都可以用尺寸链来表示。 每个零件都有各自的尺寸和公差，可供在制订自动化的计划时分析。 所谓公差分析就是从数量上掌握公差链的极端情况。也可以通过实验来确定装配公差。 有：第一定律、第二定律,第一定律是一个公差链的总公差等于各个环节公差的总和，即各公差的绝对值相加。 其相互关系如下图所示。,
6、1、第一定律,第二定律是封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和。 封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和。,任何形状和位置公差超过了界限的配合件都不能用来进行自动化装配。 如果出现这种情况，就必须在制造过程中予以改正。 质量控制标准中对于公差的分布形式有具体规定。 最常见的分布形式有：正态分布、Simson分布、均匀分布、均匀增长分布和复合分布。,2、第二定律,图表示了两种可能的公差分布方式。方式1公差分布比较宽，成本低，但不适合自动化装配。方式2公差分布比较严格，适合自动化装配，但生产成本高。,必须区别两种不同种类的公差： 功能公差 自动化装配
7、过程公差,功能公差：能够装配到一起并且实现规定的功能所允许的偏差。 零件的技术要求须按照装配条件以及在运转状态所应起的作用来确定。,自动化装配过程公差：是与操作过程相关的由装配机械造成的位置和方向误差。,公差的选择有下列几种配合方法： 完全互换法； 成组互换法； 均衡补偿法； 概率法。,完全互换法：可以从备件中任取一件装配。在任何一种情况下都可以达到要求的使用功能。 这种方法首先用于以下的情况：公差链短，成批大量生产。,成组互换法：备件按公差范围分组。尽管要求的配合公差很小，但工件的制造公差却可以大一些。 这只有属于同一组的零件才可以配合。,均衡补偿法：最终公差的精度通过一个补偿环节得到，或者
8、通过尺寸改变，或者加入一个补偿件。 例如一个按尺寸分段的垫片。这种方法要求一个附加的测量设备以确定应有的补偿值。,概率法：一定概率的零件的公差超过了事先规定的最终公差而不能完全互换。这部分所占的比率称超差率。 这种方法适用于最终公差要求较严的多环节公差链。,第三节 产品的装配工艺性,适合装配的零件形状对于经济的装配自动化是一个基本的前提。 产品的结构、数量和可操作性决定了装配过程、传输方式和装配方法。 机械制造的一个明确的原则就是“部件和产品应该能够以最低的成本进行装配”。,对于适合自动化装配的形状，就单个零件、部件和产品来说层叠式和鸟巢式的结构对于自动化装配是有利的。,1、概述,层叠式的装配
9、是零件进行堆积,层叠式,鸟巢式的装配是以一个零件为基础，其余的零件都安装在此零件之上。,鸟巢式,结构方面的另一个区别是分立式还是集成式。集成方式可以实现元件最少，维修也方便。,2、适合传送和装配的工件形状的实例,除上述实例以外，适合传送和装配的工件形状还要满足以下几项要求： 配置路径要短； 抓取部位与配合部位要有一定的距离； 所有零件都要避免尖锐的棱角； 配合部件与参考点之间的距离要保证一定的公差。,第四节 装配流程的确定,为了装配一个产品，必须首先说明其安装顺序。 必须规定哪些装配工作之间可以串联，哪些之间可以并联。 装配过程越宽（相并联的工序多）越难以组织。 对复杂的产品经常必须首先装配子
10、部件，即装配过程是多阶段进行的。,1、概述,1）按原理可以划分为以下几种。,无分支,有分支,部件,产品,2、装配过程的划分,单阶段,多阶段,装配站,流水作业,2）按照时间和地点关系，装配过程划分 串联装配； 时间上平行的装配； 在时间上和地点上都相互独立的装配； 在时间上独立，地点相互联系的装配。,定义：流程图是一个网形的计划图。 其结构可以是有分支的或没有分支的，它重现了装配过程。零件的移动方向通过网结，相互关系通过联接线来表示。,3）流程图,其排列方式总是由最早的步骤开始。从左图中可以知道哪些装配工作（1）可以先于其他步骤（3，4，5）开始，在此步骤中哪些零件被装配到一起。一种装配操作（例
11、如2）最早可以在什么时间开始，什么步骤（例如3，4）可以与此平行地进行。,在哪个装配步骤（例如5）中另一零件（D）的前,B,D,C,B,C,A,2,4,1,3,5,流程图,A、B、C、D零件 15联接过程,装配必须事先完成。,下面介绍几种不同的考虑方法： 考虑配合面；考虑任务； 考虑对象； 考虑操作（工艺过程）； 考虑功能； 考虑组织。,3、注意事项,考虑配合面：就是注意失去了哪些配合面。所谓失去是指或者被占用或者被封闭。,考虑对象：例如：把带有许多配合面，质量最大，形状复杂的零件视为基础件。特别敏感的零件应该在最后装配。,考虑操作（工艺过程）：例如：操作简单的步骤（入弹性涨入）应该先于那些操
12、作复杂的步骤（如旋入）进行。,考虑任务：例如：把一个产品适当地分解成可传输的部件。当一个O形圈装入槽内，槽就构成一个部件。,考虑功能：各种零件在产品中实现不同的价值。,考虑组织：在大批量生产中，在部件的装配过程中，例如在使用装配机器人进行装配时，要尽量避免频繁地更换工具。,优先权的说明和装配流程的精确描述通常是一个重要的前提。这些工作都可以借助于计算机来完成。,4、优选权,在确定最佳装配顺序时优先权的导出,可拆卸联接,螺纹联接、夹紧,力结合,形 状 结 合,压入铆接,不可拆卸的联接,主动联接,被动联接,配合公差,材 料 结 合,电 焊 钎 焊 粘 结,套 装 插 入 推 入,常规联接,弹性变形,弹性涨入,联接方法,特点,a）配合过程的优先权,在确定最佳装配顺序时优先权的导出,构成集合布局,确定联接之前的相对位置,零件位置被固定,准备支点,定 位,固定紧固,说 明,功 能,b）从技术功能考虑的优先权,例子,
