機械裝配過程自動化淺析

李巖

（中國第一重型機械股份公司營銷事業(yè)部，黑龍江 齊齊哈爾 161042）

裝配是整個生產(chǎn)系統(tǒng)的一個主要組成部分，也是機械制造過程的最后環(huán)節(jié)。裝配對產(chǎn)品的成本和生產(chǎn)效率有著重要影響，研究和發(fā)展新的裝配技術(shù)，大幅度提高裝配質(zhì)量和裝配生產(chǎn)效率是機械制造工程的一項重要任務(wù)。相對于加工技術(shù)而言，裝配技術(shù)落后許多年，裝配工藝已成為現(xiàn)代生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)。因此，實現(xiàn)裝配過程的自動化越來越成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中迫切需要解決的一個重要問題。

1 裝配自動化在現(xiàn)代制造業(yè)中的重要性

裝配過程是機械制造過程中必不可少的環(huán)節(jié)。人工操作的裝配是一個勞動密集型的過程，生產(chǎn)率是工人執(zhí)行某一具體操作所花費時間的函數(shù)，其勞動量在產(chǎn)品制造總勞動量中占有相當(dāng)高的比例。隨著先進制造技術(shù)的應(yīng)用，制造零件勞動量的下降速度比裝配勞動量下降速度快得多，如果仍舊采用人工裝配的方式，該比值還會提高。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計分析，一些典型產(chǎn)品的裝配時間占總生產(chǎn)時間的53%左右，是花費最多的生產(chǎn)過程，因此提高裝配效率是制造工業(yè)中急需解決的關(guān)鍵問題之一。

自動化裝配具備如下優(yōu)點。

1.1 裝配效率高，產(chǎn)品生產(chǎn)成本下降。尤其是在當(dāng)前機械加工自動化程度不斷得到提高的情況下，裝配效率的提高對產(chǎn)品生產(chǎn)效率的提高具有更加重要的意義。

1.2 自動裝配過程一般在流水線上進行，采用各種機械化裝置來完成勞動量最大和最繁重的工作，大大降低了工人的勞動強度。

1.3 不會因工人疲勞、疏忽、情緒、技術(shù)不熟練等因素的影響而造成產(chǎn)品質(zhì)量缺陷或不穩(wěn)定。

1.4 自動化裝配所占用的生產(chǎn)面積比手工裝配完成同樣生產(chǎn)任務(wù)的工作面積要小得多。

1.5 在電子、化學(xué)、宇航、國防等行業(yè)中，許多裝配操作需要特殊環(huán)境，人類難以進人或非常危險，只有自動化裝配才能保障生產(chǎn)安全。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進步，在機械制造業(yè)，CNC,FMC,FMS的出現(xiàn)逐步取代了傳統(tǒng)的制造技術(shù)，它們不僅具備高度自動化的加工能力，而且具有對加工對象的靈活性。如果只有加工技術(shù)的現(xiàn)代化，沒有裝配技術(shù)的自動化，F(xiàn)MS 就成了自動化孤島。裝配自動化的意義還在于它是CIMS的重要組成部分。

2 裝配自動化的任務(wù)及應(yīng)用范圍

所謂裝配，就是通過搬送、聯(lián)接、調(diào)整、檢查等操作把具有一定幾何形狀的物體組合到一起。

在裝配階段，整個產(chǎn)品生產(chǎn)過程中各個階段的工藝的和組織的因素都匯集到一起了。由于在現(xiàn)代化生產(chǎn)中廣泛地使用裝配機械，因而裝配機械特別是自動化裝配機械得到空前的發(fā)展。

裝配機械是一種特殊的機械，它區(qū)別于通常用于加工的各種機床。裝配機械是為特定的產(chǎn)品而設(shè)計制造的，具有較高的開發(fā)成本，而在使用中只有很少或完全不具有柔性。所以最初的裝配機械只是為大批量生產(chǎn)而設(shè)計的。自動化的裝配系統(tǒng)用于中小批量生產(chǎn)還是近幾年的事。這種裝配系統(tǒng)一般都由可以自由編程的機器人作為裝配機械。除了機器人以外，其他部分也要能夠改裝和調(diào)整。此外，還要有具有柔性的外圍設(shè)備。例如零件倉儲，可調(diào)的輸送設(shè)備，聯(lián)接工具庫、抓鉗及它們的更換系統(tǒng)。柔性是一種系統(tǒng)的特性，使這種系統(tǒng)能夠適應(yīng)生產(chǎn)的變化。對于裝配系統(tǒng)來說，就是要在同一套設(shè)備上同時或者先后裝配不同的產(chǎn)品(產(chǎn)品柔性)。柔性裝配系統(tǒng)的效率不如高度專用化的裝配機械。往復(fù)式裝配機械可以達到每分鐘10～60 拍 (大多數(shù)的節(jié)拍時間為2.5～4s。);轉(zhuǎn)盤式裝配機械最高可以達到每分鐘2000 拍。當(dāng)然，所裝配的產(chǎn)品很簡單，例如鏈條等;所執(zhí)行的裝配動作也很簡單，例如鉚接、充填等。

對于大批量生產(chǎn) (年產(chǎn)量100 萬件以上)來說，專用的裝配機械是合算的。工件長度可以大于100mm，質(zhì)量可以超過50g。典型的裝配對象如電器產(chǎn)品、開關(guān)、鐘表、圓珠筆、打印機墨盒、剃須刀、刷子等，它們需要各種不同的裝配過程。

從創(chuàng)造產(chǎn)品價值的角度來考慮，裝配過程可以按時間分為兩部分:主裝配和輔裝配。聯(lián)接本身作為主裝配只占35%～55%的時間。所有其他功能，例如給料，均屬于輔裝配，設(shè)計裝配方案必須盡可能壓縮這部分時間。

自動化裝配機械，尤其是經(jīng)濟的和具有一定柔性的自動化裝配機械，被稱為高技術(shù)產(chǎn)品。按其不同的結(jié)構(gòu)方式常被稱為“柔性特種機械”或“柔性節(jié)拍通道”。圓形回轉(zhuǎn)臺式自動化裝配機由于其較高的運轉(zhuǎn)速度和可控的加速度而備受青睞。環(huán)臺式裝配機械，無論是環(huán)內(nèi)操作還是環(huán)外操作或二者兼?zhèn)涞慕Y(jié)構(gòu)，都是很實用的結(jié)構(gòu)方式。

現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展使得人們能夠為復(fù)雜的裝配功能找到解決的方法。盡管如此，全自動化的裝配至今仍然只是在有限的范圍是現(xiàn)實的和經(jīng)濟的。由于裝配機械比零件制造機械具有更強的針對性，因而裝配機械的采用更需要深思熟慮，需要做大量的準(zhǔn)備工作，不能簡單片面地追求自動化，而應(yīng)本著實用可靠而又能適應(yīng)產(chǎn)品的發(fā)展的原則，采用適當(dāng)?shù)淖詣踊潭?，?yīng)用現(xiàn)代的計劃方法和控制手段。

3 機械裝配自動化發(fā)展之路展望

3.1 結(jié)合生產(chǎn)實際發(fā)展機械自動化技術(shù)

先進裝配技術(shù)的全部真諦在于應(yīng)用。發(fā)展機械自動化技術(shù)，應(yīng)以企業(yè)的生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的實際需要及具體條件為導(dǎo)向。只有對合適的產(chǎn)品采用與之相適應(yīng)的自動化方式進行生產(chǎn)，才能收到良好的技術(shù)經(jīng)濟效益和社會經(jīng)濟效益。我國發(fā)展機械自動化技術(shù)，應(yīng)結(jié)合實際，注重實用，即對國民經(jīng)濟產(chǎn)生實際效益。

3.2 發(fā)展投資少、見效快的低成本自動化技術(shù)

發(fā)展低成本自動化技術(shù)，潛力大，前景廣，投資省，見效快，提高自動化程度，可以收到事半功倍的經(jīng)濟效果，適合我國現(xiàn)階段的發(fā)展需要和國情。我國機械裝配業(yè)各企業(yè)有大量的通用設(shè)備，在發(fā)展現(xiàn)代機械自動化技術(shù)時，若以原有的設(shè)備為主，合理調(diào)整機床布局，添加少量的數(shù)控設(shè)備，引入CAD/CAM 技術(shù)，就能充分發(fā)揮計算機自動化管理的優(yōu)勢和人的創(chuàng)造性，共同構(gòu)成一個以人為中心、以信息自動化為先導(dǎo)、樹立自主的單元化生產(chǎn)系統(tǒng)，為我國機械裝配業(yè)自動化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用提供了一條投資少、見效快、效益高、符合我國國情的機械自動化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用新途徑。

3.3 注重配套發(fā)展機械自動化技術(shù)

現(xiàn)代自動化技術(shù)在機械裝配中的應(yīng)用就是在控制理論的指導(dǎo)下，對生產(chǎn)的物流和人的作用進行綜合的研究，涉及到機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制理論和計算機技術(shù)等。發(fā)展機械自動化技術(shù)，必須主要地關(guān)注電子學(xué)、電子計算機技術(shù)、零件檢測和機床裝料自動化，廣泛采用程序數(shù)控機床，以及研制高效的和可靠的自動化生產(chǎn)線、計算機應(yīng)用于生產(chǎn)的信息系統(tǒng)和自動化控制系統(tǒng)等。發(fā)展應(yīng)用機械自動化技術(shù)，要扎扎實實地抓好自動化技術(shù)應(yīng)用項目的基礎(chǔ)工作和從實際出發(fā)的推廣應(yīng)用工作，既要發(fā)展主機，也要配套發(fā)展自動化元件及控制系統(tǒng)?？删幊炭刂破鳌⑽⑻幚頇C、各種傳感器、新型刀具、控制系統(tǒng)及系統(tǒng)軟件、電子計算機等，這些都將是今后機械自動化的主要技術(shù)基礎(chǔ)。

結(jié)束語

裝配是一項復(fù)雜的生產(chǎn)過程，人工操作已經(jīng)不能與當(dāng)前的社會經(jīng)濟條件相適應(yīng)，因為人工操作既不能保證工作的一致性和穩(wěn)定性.又不具備準(zhǔn)確判斷、靈巧操作，并賦以較大作用力的特性。

[1] 劉治華.機械制造自動化技術(shù)[M].鄭州大學(xué)出版社.2009.

[2] 樓佩煌.機械制造自動化[M].東南大學(xué)出版社.2001.

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