譚振豪

【摘要】裝配設(shè)備廣泛應(yīng)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(xué)技術(shù)的發(fā)展和企業(yè)生產(chǎn)的需要，裝配設(shè)備也得到了一定的改進(jìn)，進(jìn)而出現(xiàn)了機(jī)械化、規(guī)?；芨叩淖詣踊b配設(shè)備。為了更好應(yīng)用這種新型的裝配設(shè)備，本文就非標(biāo)準(zhǔn)自動化裝配的設(shè)計進(jìn)行研究，以確保設(shè)備能發(fā)揮其應(yīng)用的作用，可供參考。

【關(guān)鍵詞】非標(biāo)準(zhǔn) 自動化 裝配設(shè)計 機(jī)構(gòu)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(shù)條件和質(zhì)量要求連接組合成完整產(chǎn)品的生產(chǎn)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(guān)系的工藝過程。可以說，裝配工藝在制造行業(yè)的應(yīng)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(shù)、新工藝、新材料的廣泛應(yīng)用，高質(zhì)量、高性能的裝配設(shè)備也逐漸得到應(yīng)用，而自動化裝配設(shè)備就是在這樣的形勢下出現(xiàn)的。自動化裝配設(shè)備具有性能穩(wěn)定、所需人工少、生產(chǎn)效率高、單件產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)自動化裝配的設(shè)計進(jìn)行研究，以確保設(shè)備能發(fā)揮其應(yīng)用的作用。

2非標(biāo)自動化裝配設(shè)備設(shè)計研究

只有通過合理而科學(xué)的設(shè)計，確保設(shè)備的可靠性，我們才能更好地應(yīng)用非標(biāo)準(zhǔn)自動化裝配設(shè)備。為此，主要從以下幾個方面入手。

2.1產(chǎn)品的裝配工藝設(shè)計

為了實現(xiàn)產(chǎn)品的裝配質(zhì)量要求，必須首先分析產(chǎn)品裝配過程中每一工藝環(huán)節(jié)的技術(shù)要求，編制和設(shè)計合理的產(chǎn)品裝配工藝，這直接決定了最終實現(xiàn)每一裝配工序的機(jī)械裝置結(jié)構(gòu)和功能，機(jī)械系統(tǒng)的動作順序。沒有對產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝要求和裝配要求進(jìn)行深入研究，會導(dǎo)致最終設(shè)計出的自動化裝配設(shè)備出現(xiàn)不易改進(jìn)的弊端，甚至直接導(dǎo)致不易克服的產(chǎn)品質(zhì)量問題。同時，裝配工藝也直接影響裝配設(shè)備的總體功能實現(xiàn)方式、結(jié)構(gòu)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(shè)備的專用工位上進(jìn)行裝配零部件的預(yù)備聯(lián)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(jìn)行。根據(jù)裝配任務(wù)的復(fù)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(jìn)行工藝設(shè)計的重要內(nèi)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(zhì)量，如裝入零件是否有缺陷、裝入零件方向位置是否準(zhǔn)確、裝入后的尺寸精度、密封質(zhì)量、裝配質(zhì)量等，另一方面在裝配過程中對各種故障進(jìn)行處理。

2.1.3調(diào)整工序

調(diào)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(biāo)記、分選等環(huán)節(jié)。

2.1.5機(jī)械加工工序

在某些自動裝配設(shè)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(jìn)行機(jī)械加工。

產(chǎn)品的生產(chǎn)裝配工藝往往不是唯一的，符合產(chǎn)品性能要求的生產(chǎn)工藝很多，對可行的裝配工藝進(jìn)行分析比較，結(jié)合功能實現(xiàn)的難易程度和品質(zhì)差異，選擇最優(yōu)的產(chǎn)品裝配工藝。

2.2設(shè)備的功能分解和功能設(shè)計

產(chǎn)品的裝配工藝確定后，如何實現(xiàn)每一裝配工藝環(huán)節(jié)，需要結(jié)合裝配工藝進(jìn)行功能分析，將自動化裝配設(shè)備的總功能分解為分功能或功能單元，自動化裝配設(shè)備是一個集合機(jī)械、電子、信息等技術(shù)的機(jī)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(yīng)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(qū)動、傳動等其他功能。

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

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

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

2.3設(shè)備的結(jié)構(gòu)布局設(shè)計

裝配性生產(chǎn)設(shè)備按照自動化程度可以分為半自動裝配機(jī)、全自動裝配機(jī)、自動化裝配線。設(shè)備的結(jié)構(gòu)布局一般可以分為轉(zhuǎn)盤型布局設(shè)計、環(huán)線型布局設(shè)計和直線型布局設(shè)計。

如何選擇合適的設(shè)備結(jié)構(gòu)布局，需要考慮具體的生產(chǎn)實際，按照裝配工藝的復(fù)雜程度和裝配設(shè)備的使用需要進(jìn)行分析。

轉(zhuǎn)盤型布局具有結(jié)構(gòu)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(jī)生產(chǎn)，產(chǎn)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(zhuǎn)盤來布局，使得轉(zhuǎn)盤型裝配機(jī)具有實現(xiàn)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，且不宜改進(jìn)和進(jìn)行柔性化生產(chǎn)的缺陷。

如圖1所示的環(huán)線型布局適合于裝配工藝復(fù)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(chǎn)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(shè)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(chǎn)裝配生產(chǎn)線，不但可以完成產(chǎn)品加工制造后期的各種裝配、檢測、標(biāo)識、包裝等，也可以集合產(chǎn)品的加工制造、裝配、檢測于一體，完成成品的全自動化生產(chǎn)和裝配過程。它適用于裝配工序多，產(chǎn)品設(shè)計成熟，市場需求巨大的產(chǎn)品的生產(chǎn)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(xiàn)機(jī)構(gòu)和裝置，可以簡化裝配機(jī)構(gòu)，并易于增減和改進(jìn)裝配的功能單元，但由于整個生產(chǎn)線較為復(fù)雜，對生產(chǎn)線上各裝配單元的控制和協(xié)同，生產(chǎn)節(jié)拍和效率提出較高要求。

2.4自動化機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計

自動化機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計是按照設(shè)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(gòu)建完整的機(jī)構(gòu)，然后按照整體裝配工藝和功能實現(xiàn)要求進(jìn)行組合聯(lián)接，構(gòu)建出能實現(xiàn)整個裝配過程的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。一個自動化裝配設(shè)備一般包括如下幾個機(jī)構(gòu)單元。

2.4.1供料單元

供料單元是自動化裝配設(shè)備的重要組成部分，從裝配單機(jī)的上料機(jī)構(gòu)到大型裝配生產(chǎn)線的物料輸送系統(tǒng)，供料單元是自動裝配設(shè)備具有高效率的先決條件。供料機(jī)構(gòu)單元必須保證各種裝配零件能在準(zhǔn)確的位置、時間和空間狀態(tài)，從行列中分離并移置到相應(yīng)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(jī)架單元

裝配主體機(jī)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(jī)構(gòu)，實現(xiàn)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(qū)動某些裝配單元的裝配工作頭的主動軸。

為了實現(xiàn)裝配主件在輸送過程中實現(xiàn)同步裝配，需要選擇和設(shè)計精確的機(jī)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(zhǔn)確吻合。裝配主體機(jī)架上一般應(yīng)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(jìn)行智能化控制，以保證發(fā)生錯誤時自動停機(jī)，以消除連續(xù)的誤裝配，避免生產(chǎn)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(jī)架上，對應(yīng)于各裝配工位的裝配功能，自動化裝配單元可以由機(jī)構(gòu)、液氣壓、電機(jī)拖動所構(gòu)成，和裝配主體機(jī)架相配合完成特定裝配動作。

機(jī)械手或工業(yè)機(jī)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(jī)架上的裝配單元進(jìn)行復(fù)雜部件的裝配。使用機(jī)械手可以簡化裝配主體機(jī)架的復(fù)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(jī)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計中，要充分考慮和布置適當(dāng)?shù)姆诌x換向機(jī)構(gòu)，對各道裝配工序中產(chǎn)生的次品按照要求進(jìn)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(jìn)入下面的裝配工序，減小因裝配和檢測故障造成的停機(jī)，大大提高裝配生產(chǎn)效率。

2.5自動化控制系統(tǒng)的選擇

整個裝配設(shè)備的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計完成后，需要考慮采用何種控制系統(tǒng)來實現(xiàn)整機(jī)的自動化控制。對簡單的控制任務(wù)較少的自動化裝配設(shè)備，采用單片機(jī)控制系統(tǒng)具有成本低等優(yōu)點。

3結(jié)語

總之，裝配是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為此，自動化裝配設(shè)備的出現(xiàn)無疑能使產(chǎn)品質(zhì)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(shè)備能發(fā)揮其應(yīng)用的作用，加強(qiáng)自動化裝配設(shè)備設(shè)計研究是十分必要的。

參考文獻(xiàn)：

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