机械制造工程-14.3机器装配的自动化(图文教程)

第三节 机器装配的自动化

在机械制造工业中，20％左右的工作量是装配，有些产品的装配工作量可达到70％左右。但装配又是在机械制造生产过程中采用手工劳动较多的工序。由于装配技术上的复杂性和多样性，所以，装

国外从50年代开始发展了装配过程的自动化，60年代发展了数控装配机、自动装配线，70年代机器人已应用在装配过程中，近年来又研究应用了柔性装配系统(Flexible Assembling System—FAS)等。今后趋势是把装配自动化作业与仓库自动化系统等连接起来，进—步提高机械制造的质量和劳动生产率。

装配过程自动化包括零件的供给、装配对象的运送、装配作业、装配质量检测等环节的自动化。最初从零部件的输送流水线开始，逐渐实现某些生产批量较大的产品，如电动机、变压器、开关等的自动装配。现在，在汽车、武器、仪表等大型、精密产品中也已有应用。

一、自动装配机与装配机器人

自动装配机和装配机器人可用于各种形式的装配自动化：

⑴ 在机械加工中工艺成套件装配；

⑵ 被加工零件的组、部件装配；

⑶ 用于顺序焊接的零件的拼装；

⑷ 成套部件的设备的总装。

在装配过程中，自动装配机和装配机器人可完成以下形式的操作：零件传输、定位及其连接；用压装或由紧固螺钉、螺母使零件相互固定；装配尺寸控制，以及保证零件连接或固定的质量；输送组装完毕的部件或产品，并将其包装或堆垛在容器中等。

为完成装配工作，在自动装配机与装配机器人上必须装备相应的带工具和夹具的夹持装置，以保证所组装的零件相互位置的必要精度，实现单元组装和钳工操作的可能性，如：装上--取下，拧出--拧入，压紧--松开，压入，铆接，磨光及其它必要的动作。

(一) 自动装配机

产品的装配过程所包括的大量装配动作，人工操作时看来容易实现，但如用机械化、自动化代替手工操作，则对装配机要求具备高度准确和可靠的性能。因此，—般可从生产批量大，装配工艺过程简单、动作频繁或耗费体力大的零部件装配开始，在经济上合理的情况下，逐渐实现机械化、半自动化和自动化装配。

自动装配机因工件输送方式不同可分为回转型和直进型两类，根据工序繁简不同，又可分为单工位、多工位结构。回转型装配机常用于装配零件数量少、外形尺寸小、装配节拍短或装配作业要求高的装配场合。至于基准零件尺寸较大、装配工位较多、尤其是装配过程中检测工序多或手工装配和自动装配混合操作的多工序装配时，则以选择直进型装配机为宜。图14--4所示为具有七个自动工位和三个并列手工工位的直进型装配系统。

图14-4 直进型装配系统

（二）装配机器人

自动装配机配合部分手工操作和机械辅助设备，可以完成某些部件装配工作的要求。

但是，在仪器仪表、汽车、手表、电动机、电子元件等生产批量大、要求装配相当精确的产品装配时，不仅要求装配机更加准确和精密，而且应具有视觉和某些触觉传感机构，反应更灵敏，对物体的位置和形状具有一定的识别能力。这些功能一般自动装配机很难具备，而70年发展起来的工业机器人则完全具备这些功能。

例如，在汽车总装配中，点焊和拧螺丝的工作量很大(一辆汽车有数百甚至上千个焊点)，又由于采用传送带流水作业，如果由人来进行这些装配作业，就会非常紧张。如果采用装配机器人，就可以轻松地完成这些装配任务。

(a)水平多关节型 (b) 圆坐标型 (c)直角坐标型 (d)垂直多关节型

图14-5 装配机器人结构类型

又如，国外研制的精密装配机器人定位精度可高达0.02～0.05mm，这是装配工人很难达到的。装配间隙为lOμm以下，深度达30mm的轴、孔配合，采用具有触觉反馈和柔性手腕的装配机器人，即使轴心位置有较大的偏离，也能自动补偿，准确装入零件，作业时问仅在4s以内。

在装配生产中，工业机器

为保证装配机器人能正常进行上述装配工作，必须具有如下功能：

1．在垂直方向上手臂应能作直线运动。

2．结构沿垂直轴方向上要有足够大的刚度，以便承受在装配方向上产生相当大的作用力。

3．有补偿定位误差的可能性，如依靠在垂直于装配基本方向的平面上，其结构具有柔性。

4．工作机构能作高速运动。

考虑到上述要求，装配工业机器人的合理结构应是带有在水平面上铰接的工作手臂和具有垂直行程的工作机构。一般工业机器人的承载能力不超过400N，此外装配工业机器人的特点是具有很灵活的操作机能和较大的工作空间以及相当紧凑的结构。

作为商品出售的装配机器人，品种规格繁多，从结构上大致可分成如图14-5所示的四类。

下面介绍装配机器人应用的实例。图14-6为采用装配机器人进行小型电动机滚珠轴承与端盖的精密装配。

图14-6 装配机器人装配

电机端盖与轴承的配合间隙为10μm，直经为ø32mm，要求装配在3s内完成。图14-6表示采用装配机器人在定子、转子组合好以后，把端盖与转子上部轴承装配起来。装配机器人动作顺序如下：

⑴ 抓住滑槽上供给的端盖；

⑵ 把端盖移到装配线上；

⑶ 解除机械联锁，使顺序性机构起作用；

⑷ 靠触觉动作，探索插入方向，使端盖下降；

⑸ 配合作业完毕后，解除顺序性机构作用，恢复机械联锁；

⑹ 移动到滑槽上，重复以上各步动作。

由于装配机器人对零件位置的偏离和倾斜有适应性，借助触觉传感器进行装配力反馈，使接触压力控制在2N左右，来满足精密装配的要求。

二、装配自动线

相对机械加工过程自动化而言，装配自动化在我国发展较晚，50年代末以来在轴承、电动机、仪器仪表、手表等工业中逐步开始采用半自动和自动装配生产线。例如球轴承自动装配生产线，可实现零件的自动分选、自动供料、自动装配、自动包装、自动输送等环节。

图14-7表示球轴承装配自动线的示意图。 从图中可以看出：合格的钢球送入分选机，按2μm的公差等级分选成20组，再分别送入储料柜中保存。轴承外环和内环送入自动选配机后，用电感式传感器分别测出其内、外直径D1和D2，并送入自动选配机，带动选球机构打开相应组直径的钢球储料柜活门，把规定数量的钢球送到自动装配机上。多工位自动装配机将钢球装入轴承环，再加上、下保持架，分球均匀后自动铆装，送到清洗机，经自动 检验后，最后包装出厂。这种自动装配生产线大大提高了劳动生产率和装配质量，减轻了工人的繁重劳动。

图14-7球轴承装配自动线示意图

现代装配自动化的发展，使装配自动线与自动化立体仓库，以及后一工序的检验试验自动线连接起来，用以同时改进产品质量和提高生产率。为了适应产品批量和品种的变化，国外研制了柔性装配系统(FAS)，这种现代化的自动装配线，采用各种具有视觉、触觉和决策功能的多关节装配机器人及自动化的传送系统。它不仅可以保证装配的质量和生产率，也可以适应产品的种类和数量的变化。