非標(biāo)自動(dòng)化裝配設(shè)備設(shè)計(jì)研究

　　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?dòng)化裝配設(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(dòng)化裝配的設(shè)計(jì)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。

　　一、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(guò)程，也可稱(chēng)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(guò)程。

　　可以說(shuō)，裝配工藝在制造行業(yè)的應(yīng)用是十分普遍的。近年來(lái)，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(dòng)化裝配設(shè)備就是在這樣的形勢(shì)下出現(xiàn)的。

　　自動(dòng)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(chǎng)地最少等優(yōu)越性。下面就非標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化裝配的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，以確保設(shè)備能發(fā)揮其應(yīng)用的作用。

　　二、非標(biāo)自動(dòng)化裝配設(shè)備設(shè)計(jì)研究

　　只有通過(guò)合理而科學(xué)的設(shè)計(jì)，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(dòng)化裝配設(shè)備。為此，主要從以下幾個(gè)方面入手。

　　2.1 產(chǎn)品的裝配工藝設(shè)計(jì)

　　為了實(shí)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(guò)程中每一工藝環(huán)節(jié)的技術(shù)要求，編制和設(shè)計(jì)合理的產(chǎn)品裝配工藝，這直接決定了最終實(shí)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(dòng)作順序。

　　沒(méi)有對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝要求和裝配要求進(jìn)行深入研究，會(huì)導(dǎo)致最終設(shè)計(jì)出的自動(dòng)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(wèn)題。

　　同時(shí)，裝配工藝也直接影響裝配設(shè)備的總體功能實(shí)現(xiàn)方式、結(jié)構(gòu)布局、控制和檢測(cè)方式等。自動(dòng)化裝配工藝一般包括五個(gè)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(dòng)裝配設(shè)備的專(zhuān)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(gè)工位上進(jìn)行。

　　根據(jù)裝配任務(wù)的復(fù)雜程度，一個(gè)裝配過(guò)程具有多個(gè)裝配工序，裝配工序的合理分析是進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

　　2.1.2 檢測(cè)工序

　　檢測(cè)工序包括對(duì)裝配零部件的檢驗(yàn)、檢查和測(cè)試等，檢測(cè)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(guò)程中對(duì)各種故障進(jìn)行處理。

　　2.1.3 調(diào)整工序

　　調(diào)整工序是對(duì)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(duì)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(dòng)裝配設(shè)備上，在對(duì)零部件安裝和固定的過(guò)程中，還對(duì)一個(gè)或幾個(gè)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(duì)可行的裝配工藝進(jìn)行分析比較，結(jié)合功能實(shí)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(jì)

　　產(chǎn)品的裝配工藝確定后，如何實(shí)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(dòng)化裝配設(shè)備的總功能分解為分功能或功能單元。

　　自動(dòng)化裝配設(shè)備是一個(gè)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(duì)應(yīng)于各裝配工藝環(huán)節(jié)的子功能，也包括了檢測(cè)、控制、輔助、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)等其他功能。

　　功能分解可以簡(jiǎn)化自動(dòng)化裝配設(shè)備的設(shè)計(jì)難度，有利于找到最優(yōu)的功能實(shí)現(xiàn)方式。

　　設(shè)備總功能的實(shí)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(jì)就是尋求功能單元解的過(guò)程，也是將功能單元具體化、結(jié)構(gòu)化的過(guò)程。

　　解決功能單元解的可行性，要通過(guò)“功能→效應(yīng)→作用原理”的求解過(guò)程，尋求功能單元實(shí)現(xiàn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、裝置或物理效應(yīng)。

　　最后，對(duì)所有功能單元的解進(jìn)行綜合、集成和系統(tǒng)化，實(shí)現(xiàn)各功能單元解之間的匹配和協(xié)同，從而得到一個(gè)系統(tǒng)化的功能解。

　　裝配設(shè)備的功能分解、求解過(guò)程和裝配工藝的設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)相輔相成，互相促進(jìn)的過(guò)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(duì)功能求解過(guò)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(jì)

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

　　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(shí)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(pán)型布局具有結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，操作方便等特點(diǎn)，適合于裝配工藝簡(jiǎn)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(pán)來(lái)布局，使得轉(zhuǎn)盤(pán)型裝配機(jī)具有實(shí)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。

　　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(chǎng)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?cè)鰷p裝配的功能單元，使裝配設(shè)備具有柔性化。

　　直線型布局主要使用于大、中型的自動(dòng)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(cè)、標(biāo)識(shí)、包裝等，也可以集合產(chǎn)品的加工制造、裝配、檢測(cè)于一體，完成成品的全自動(dòng)化生產(chǎn)和裝配過(guò)程。

　　它適用于裝配工序多，產(chǎn)品設(shè)計(jì)成熟，市場(chǎng)需求巨大的產(chǎn)品的生產(chǎn)和裝配。直線型布局占用場(chǎng)地較大，有足夠的空間布局各裝配單元的實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)和裝置。

　　可以簡(jiǎn)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(gè)生產(chǎn)線較為復(fù)雜，對(duì)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(dòng)化機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　自動(dòng)化機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是按照設(shè)定的裝配工藝和組成功能單元的原理解，針對(duì)組成裝配工藝的每個(gè)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(shí)現(xiàn)要求進(jìn)行組合聯(lián)接，構(gòu)建出能實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝配過(guò)程的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。

　　一個(gè)自動(dòng)化裝配設(shè)備一般包括如下幾個(gè)機(jī)構(gòu)單元。

　　2.4.1 供料單元

　　供料單元是自動(dòng)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(dòng)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(shí)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(cè)的可靠性是影響自動(dòng)裝配過(guò)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(dòng)輸送機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)裝配主件的多工位同步或異步傳遞、夾取、裝配和檢測(cè)，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(dòng)某些裝配單元的裝配工作頭的主動(dòng)軸。

　　為了實(shí)現(xiàn)裝配主件在輸送過(guò)程中實(shí)現(xiàn)同步裝配，需要選擇和設(shè)計(jì)精確的機(jī)械分度控制裝置，以保證每個(gè)裝配單元的工裝夾具與輸送動(dòng)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(cè)工位，以在上次裝配工序完成后在下道檢測(cè)工位上檢測(cè)有無(wú)工件和裝配位置是否正確，各裝配工位和檢測(cè)工位之間進(jìn)行智能化控制，以保證發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)自動(dòng)停機(jī)，以消除連續(xù)的誤裝配，避免生產(chǎn)浪費(fèi)。

　　2.4.3 自動(dòng)化裝配單元

　　自動(dòng)化裝配單元布置在裝配主體機(jī)架上，對(duì)應(yīng)于各裝配工位的裝配功能，自動(dòng)化裝配單元可以由機(jī)構(gòu)、液氣壓、電機(jī)拖動(dòng)所構(gòu)成，和裝配主體機(jī)架相配合完成特定裝配動(dòng)作。

　　機(jī)械手或工業(yè)機(jī)器人可以在一次動(dòng)作循環(huán)中完成各種動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)化機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要充分考慮和布置適當(dāng)?shù)姆诌x換向機(jī)構(gòu)，對(duì)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(cuò)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(cè)故障造成的停機(jī)，大大提高裝配生產(chǎn)效率。

　　2.5 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的選擇

　　整個(gè)裝配設(shè)備的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，需要考慮采用何種控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)整機(jī)的自動(dòng)化控制。對(duì)簡(jiǎn)單的控制任務(wù)較少的自動(dòng)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(diǎn)。