非標自動化裝配設備設計研究

譚振豪

【摘要】裝配設備廣泛應用于制造行業(yè)中，是制造行業(yè)中不可缺少的一部分。隨著科學技術的發(fā)展和企業(yè)生產的需要，裝配設備也得到了一定的改進，進而出現了機械化、規(guī)?；芨叩淖詣踊b配設備。為了更好應用這種新型的裝配設備，本文就非標準自動化裝配的設計進行研究，以確保設備能發(fā)揮其應用的作用，可供參考。

【關鍵詞】非標準 自動化 裝配設計 機構單元

1引言

所謂裝配就是將各種零部件或總成件，按規(guī)定的技術條件和質量要求連接組合成完整產品的生產過程，也可稱為使各種零部件或總成件具有規(guī)定的相互位置關系的工藝過程。可以說，裝配工藝在制造行業(yè)的應用是十分普遍的。近年來，隨著制造業(yè)的迅速發(fā)展和新技術、新工藝、新材料的廣泛應用，高質量、高性能的裝配設備也逐漸得到應用，而自動化裝配設備就是在這樣的形勢下出現的。自動化裝配設備具有性能穩(wěn)定、所需人工少、生產效率高、單件產品的制造成本大幅降低、占用場地最少等優(yōu)越性。下面就非標準自動化裝配的設計進行研究，以確保設備能發(fā)揮其應用的作用。

2非標自動化裝配設備設計研究

只有通過合理而科學的設計，確保設備的可靠性，我們才能更好地應用非標準自動化裝配設備。為此，主要從以下幾個方面入手。

2.1產品的裝配工藝設計

為了實現產品的裝配質量要求，必須首先分析產品裝配過程中每一工藝環(huán)節(jié)的技術要求，編制和設計合理的產品裝配工藝，這直接決定了最終實現每一裝配工序的機械裝置結構和功能，機械系統(tǒng)的動作順序。沒有對產品的生產工藝要求和裝配要求進行深入研究，會導致最終設計出的自動化裝配設備出現不易改進的弊端，甚至直接導致不易克服的產品質量問題。同時，裝配工藝也直接影響裝配設備的總體功能實現方式、結構布局、控制和檢測方式等。自動化裝配工藝一般包括五個部分。

2.1.1裝配工序

裝配工序分為安裝工序和固定工序，安裝工序是指在自動裝配設備的專用工位上進行裝配零部件的預備聯接。通常固定工序在安裝工序之后，也可以把安裝和固定放在一個工位上進行。根據裝配任務的復雜程度，一個裝配過程具有多個裝配工序，裝配工序的合理分析是進行工藝設計的重要內容。

2.1.2檢測工序

檢測工序包括對裝配零部件的檢驗、檢查和測試等，檢測工序一方面保證裝配質量，如裝入零件是否有缺陷、裝入零件方向位置是否準確、裝入后的尺寸精度、密封質量、裝配質量等，另一方面在裝配過程中對各種故障進行處理。

2.1.3調整工序

調整工序是對裝配工序后具有安裝偏差的零部件位置的糾正。

2.1.4輔助工序

輔助工序包括對裝配件的清潔、打標記、分選等環(huán)節(jié)。

2.1.5機械加工工序

在某些自動裝配設備上，在對零部件安裝和固定的過程中，還對一個或幾個特定零件進行機械加工。

產品的生產裝配工藝往往不是唯一的，符合產品性能要求的生產工藝很多，對可行的裝配工藝進行分析比較，結合功能實現的難易程度和品質差異，選擇最優(yōu)的產品裝配工藝。

2.2設備的功能分解和功能設計

產品的裝配工藝確定后，如何實現每一裝配工藝環(huán)節(jié)，需要結合裝配工藝進行功能分析，將自動化裝配設備的總功能分解為分功能或功能單元，自動化裝配設備是一個集合機械、電子、信息等技術的機電一體化系統(tǒng)，其所分解得到的功能單元不僅包括了對應于各裝配工藝環(huán)節(jié)的子功能，也包括了檢測、控制、輔助、動力驅動、傳動等其他功能。

功能分解可以簡化自動化裝配設備的設計難度，有利于找到最優(yōu)的功能實現方式。

設備總功能的實現需要各功能單元的協同工作，進行設備功能設計就是尋求功能單元解的過程，也是將功能單元具體化、結構化的過程，解決功能單元解的可行性，要通過“功能→效應→作用原理”的求解過程，尋求功能單元實現的機械結構、裝置或物理效應。最后，對所有功能單元的解進行綜合、集成和系統(tǒng)化，實現各功能單元解之間的匹配和協同，從而得到一個系統(tǒng)化的功能解。

裝配設備的功能分解、求解過程和裝配工藝的設計過程是一個相輔相成，互相促進的過程，以產品裝配工藝流程為主線，結合產品的性能要求，對功能求解過程進行檢查和優(yōu)化，大膽提出新的工藝方法，可以進一步優(yōu)化裝配設備的功能。

2.3設備的結構布局設計

裝配性生產設備按照自動化程度可以分為半自動裝配機、全自動裝配機、自動化裝配線。設備的結構布局一般可以分為轉盤型布局設計、環(huán)線型布局設計和直線型布局設計。

如何選擇合適的設備結構布局，需要考慮具體的生產實際，按照裝配工藝的復雜程度和裝配設備的使用需要進行分析。

轉盤型布局具有結構緊湊，占地面積小，操作方便等特點，適合于裝配工藝簡單，單機生產，產品大小適中的裝配環(huán)境。但由于所有的裝配單元都圍繞轉盤來布局，使得轉盤型裝配機具有實現機構復雜，且不宜改進和進行柔性化生產的缺陷。

如圖1所示的環(huán)線型布局適合于裝配工藝復雜程度適中的裝配環(huán)境，并可以最大限度地節(jié)省使用場地，環(huán)線型布局增大了產品在裝配線上的裝配空間，因此可以按照裝配要求的改變增減裝配的功能單元，使裝配設備具有柔性化。

圖1環(huán)線型布局

直線型布局主要使用于大、中型的自動化生產裝配生產線，不但可以完成產品加工制造后期的各種裝配、檢測、標識、包裝等，也可以集合產品的加工制造、裝配、檢測于一體，完成成品的全自動化生產和裝配過程。它適用于裝配工序多，產品設計成熟，市場需求巨大的產品的生產和裝配。直線型布局占用場地較大，有足夠的空間布局各裝配單元的實現機構和裝置，可以簡化裝配機構，并易于增減和改進裝配的功能單元，但由于整個生產線較為復雜，對生產線上各裝配單元的控制和協同，生產節(jié)拍和效率提出較高要求。

2.4自動化機構系統(tǒng)設計

自動化機構系統(tǒng)設計是按照設定的裝配工藝和組成功能單元的原理解，針對組成裝配工藝的每個工序模塊或功能單元，分別構建完整的機構，然后按照整體裝配工藝和功能實現要求進行組合聯接，構建出能實現整個裝配過程的機構系統(tǒng)。一個自動化裝配設備一般包括如下幾個機構單元。

2.4.1供料單元

供料單元是自動化裝配設備的重要組成部分，從裝配單機的上料機構到大型裝配生產線的物料輸送系統(tǒng)，供料單元是自動裝配設備具有高效率的先決條件。供料機構單元必須保證各種裝配零件能在準確的位置、時間和空間狀態(tài)，從行列中分離并移置到相應的裝配工位上。供料單元的檢測的可靠性是影響自動裝配過程故障率的主要因素。

2.4.2裝配主體機架單元

裝配主體機架單元是指可完成裝配主件輸送功能的主體部分，它包括自動輸送機構，實現裝配主件的多工位同步或異步傳遞、夾取、裝配和檢測，還包括配置齊全的液、氣壓管路及電氣配線裝置，而且具有驅動某些裝配單元的裝配工作頭的主動軸。

為了實現裝配主件在輸送過程中實現同步裝配，需要選擇和設計精確的機械分度控制裝置，以保證每個裝配單元的工裝夾具與輸送動作準確吻合。裝配主體機架上一般應間隔排列裝配工位和檢測工位，以在上次裝配工序完成后在下道檢測工位上檢測有無工件和裝配位置是否正確，各裝配工位和檢測工位之間進行智能化控制，以保證發(fā)生錯誤時自動停機，以消除連續(xù)的誤裝配，避免生產浪費。

2.4.3自動化裝配單元

自動化裝配單元布置在裝配主體機架上，對應于各裝配工位的裝配功能，自動化裝配單元可以由機構、液氣壓、電機拖動所構成，和裝配主體機架相配合完成特定裝配動作。

機械手或工業(yè)機器人可以在一次動作循環(huán)中完成各種動作，可以作為布置在主體機架上的裝配單元進行復雜部件的裝配。使用機械手可以簡化裝配主體機架的復雜程度，提高裝配的可靠性。

2.4.4分撿單元

為保證最終裝配成品的合格率，在裝配自動化機構系統(tǒng)的設計中，要充分考慮和布置適當的分選換向機構，對各道裝配工序中產生的次品按照要求進行分檢和分流。分檢單元不但可以提高裝配的成品合格率，而且可以有效保證裝配錯誤的半成品避免進入下面的裝配工序，減小因裝配和檢測故障造成的停機，大大提高裝配生產效率。

2.5自動化控制系統(tǒng)的選擇

整個裝配設備的機構系統(tǒng)設計完成后，需要考慮采用何種控制系統(tǒng)來實現整機的自動化控制。對簡單的控制任務較少的自動化裝配設備，采用單片機控制系統(tǒng)具有成本低等優(yōu)點。

3結語

總之，裝配是決定產品質量的關鍵環(huán)節(jié)，為此，自動化裝配設備的出現無疑能使產品質量大大提高，并能減少勞動量、提高裝配效率，可以大大降低企業(yè)的裝配成本。因此，為了確保自動化裝配設備能發(fā)揮其應用的作用，加強自動化裝配設備設計研究是十分必要的。

參考文獻：

[1]機械工程師手冊編委會.機械工程師手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007.