非标自动化装配设备设计研究
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【摘 要】 装配设备广泛应用于制造行业中，是制造行业中不可缺少的一部分。随着科学技术的发展和企业生产的需要，装配设备也得到了一定的改进，进而出现了机械化、规模化很高的自动化装配设备。为了更好应用这种新型的装配设备，本文就非标准自动化装配的设计进行研究，以确保设备能发挥其应用的作用，可供参考。
【关键词】 非标准 自动化 装配设计 机构单元
1 引言
所谓装配就是将各种零部件或总成件，按规定的技术条件和质量要求连接组合成完整产品的生产过程，也可称为使各种零部件或总成件具有规定的相互位置关系的工艺过程。可以说，装配工艺在制造行业的应用是十分普遍的。近年来，随着制造业的迅速发展和新技术、新工艺、新材料的广泛应用，高质量、高性能的装配设备也逐渐得到应用，而自动化装配设备就是在这样的形势下出现的。自动化装配设备具有性能稳定、所需人工少、生产效率高、单件产品的制造成本大幅降低、占用场地最少等优越性。下面就非标准自动化装配的设计进行研究，以确保设备能发挥其应用的作用。
只有通过合理而科学的设计，确保设备的可靠性，我们才能更好地应用非标准自动化装配设备。为此，主要从以下几个方面入手。
2.1 产品的装配工艺设计
为了实现产品的装配质量要求，必须首先分析产品装配过程中每一工艺环节的技术要求，编制和设计合理的产品装配工艺，这直接决定了最终实现每一装配工序的机械装置结构和功能，机械系统的动作顺序。没有对产品的生产工艺要求和装配要求进行深入研究，会导致最终设计出的自动化装配设备出现不易改进的弊端，甚至直接导致不易克服的产品质量问题。同时，装配工艺也直接影响装配设备的总体功能实现方式、结构布局、控制和检测方式等。自动化装配工艺一般包括五个部分。
2.1.1 装配工序
装配工序分为安装工序和固定工序，安装工序是指在自动装配设备的专用工位上进行装配零部件的预备联接。通常固定工序在安装工序之后，也可以把安装和固定放在一个工位上进行。根据装配任务的复杂程度，一个装配过程具有多个装配工序，装配工序的合理分析是进行工艺设计的重要内容。
2.1.2 检测工序
检测工序包括对装配零部件的检验、检查和测试等，检测工序一方面保证装配质量，如装入零件是否有缺陷、装入零件方向位置是否准确、装入后的尺寸精度、密封质量、装配质量等，另一方面在装配过程中对各种故障进行处理。
2.1.3 调整工序
调整工序是对装配工序后具有安装偏差的零部件位置的纠正。
2.1.4 辅助工序
辅助工序包括对装配件的清洁、打标记、分选等环节。
2.1.5 机械加工工序
在某些自动装配设备上，在对零部件安装和固定的过程中，还对一个或几个特定零件进行机械加工。
产品的生产装配工艺往往不是唯一的，符合产品性能要求的生产工艺很多，对可行的装配工艺进行分析比较，结合功能实现的难易程度和品质差异，选择最优的产品装配工艺。
2.2 设备的功能分解和功能设计
产品的装配工艺确定后，如何实现每一装配工艺环节，需要结合装配工艺进行功能分析，将自动化装配设备的总功能分解为分功能或功能单元，自动化装配设备是一个集合机械、电子、信息等技术的机电一体化系统，其所分解得到的功能单元不仅包括了对应于各装配工艺环节的子功能，也包括了检测、控制、辅助、动力驱动、传动等其他功能。
功能分解可以简化自动化装配设备的设计难度，有利于找到最优的功能实现方式。
设备总功能的实现需要各功能单元的协同工作，进行设备功能设计就是寻求功能单元解的过程，也是将功能单元具体化、结构化的过程，解决功能单元解的可行性，要通过“功能效应作用原理”的求解过程，寻求功能单元实现的机械结构、装置或物理效应。最后，对所有功能单元的解进行综合、集成和系统化，实现各功能单元解之间的匹配和协同，从而得到一个系统化的功能解。
装配设备的功能分解、求解过程和装配工艺的设计过程是一个相辅相成，互相促进的过程，以产品装配工艺流程为主线，结合产品的性能要求，对功能求解过程进行检查和优化，大胆提出新的工艺方法，可以进一步优化装配设备的功能。
2.3 设备的结构布局设计
装配性生产设备按照自动化程度可以分为半自动装配机、全自动装配机、自动化装配线。设备的结构布局一般可以分为转盘型布局设计、环线型布局设计和直线型布局设计。
如何选择合适的设备结构布局，需要考虑具体的生产实际，按照装配工艺的复杂程度和装配设备的使用需要进行分析。
转盘型布局具有结构紧凑，占地面积小，操作方便等特点，适合于装配工艺简单，单机生产，产品大小适中的装配环境。但由于所有的装配单元都围绕转盘来布局，使得转盘型装配机具有实现机构复杂，且不宜改进和进行柔性化生产的缺陷。
如图1所示的环线型布局适合于装配工艺复杂程度适中的装配环境，并可以最大限度地节省使用场地，环线型布局增大了产品在装配线上的装配空间，因此可以按照装配要求的改变增减装配的功能单元，使装配设备具有柔性化。
图1 环线型布局
直线型布局主要使用于大、中型的自动化生产装配生产线，不但可以完成产品加工制造后期的各种装配、检测、标识、包装等，也可以集合产品的加工制造、装配、检测于一体，完成成品的全自动化生产和装配过程。它适用于装配工序多，产品设计成熟，市场需求巨大的产品的生产和装配。直线型布局占用场地较大，有足够的空间布局各装配单元的实现机构和装置，可以简化装配机构，并易于增减和改进装配的功能单元，但由于整个生产线较为复杂，对生产线上各装配单元的控制和协同，生产节拍和效率提出较高要求。
2.4 自动化机构系统设计
自动化机构系统设计是按照设定的装配工艺和组成功能单元的原理解，针对组成装配工艺的每个工序模块或功能单元，分别构建完整的机构，然后按照整体装配工艺和功能实现要求进行组合联接，构建出能实现整个装配过程的机构系统。一个自动化装配设备一般包括如下几个机构单元。
2.4.1 供料单元
供料单元是自动化装配设备的重要组成部分，从装配单机的上料机构到大型装配生产线的物料输送系统，供料单元是自动装配设备具有高效率的先决条件。供料机构单元必须保证各种装配零件能在准确的位置、时间和空间状态，从行列中分离并移置到相应的装配工位上。供料单元的检测的可靠性是影响自动装配过程故障率的主要因素。
2.4.2 装配主体机架单元
装配主体机架单元是指可完成装配主件输送功能的主体部分，它包括自动输送机构，实现装配主件的多工位同步或异步传递、夹取、装配和检测，还包括配置齐全的液、气压管路及电气配线装置，而且具有驱动某些装配单元的装配工作头的主动轴。
为了实现装配主件在输送过程中实现同步装配，需要选择和设计精确的机械分度控制装置，以保证每个装配单元的工装夹具与输送动作准确吻合。装配主体机架上一般应间隔排列装配工位和检测工位，以在上次装配工序完成后在下道检测工位上检测有无工件和装配位置是否正确，各装配工位和检测工位之间进行智能化控制，以保证发生错误时自动停机，以消除连续的误装配，避免生产浪费。
2.4.3 自动化装配单元
自动化装配单元布置在装配主体机架上，对应于各装配工位的装配功能，自动化装配单元可以由机构、液气压、电机拖动所构成，和装配主体机架相配合完成特定装配动作。
机械手或工业机器人可以在一次动作循环中完成各种动作，可以作为布置在主体机架上的装配单元进行复杂部件的装配。使用机械手可以简化装配主体机架的复杂程度，提高装配的可靠性。
2.4.4 分捡单元
为保证最终装配成品的合格率，在装配自动化机构系统的设计中，要充分考虑和布置适当的分选换向机构，对各道装配工序中产生的次品按照要求进行分检和分流。分检单元不但可以提高装配的成品合格率，而且可以有效保证装配错误的半成品避免进入下面的装配工序，减小因装配和检测故障造成的停机，大大提高装配生产效率。
2.5 自动化控制系统的选择
整个装配设备的机构系统设计完成后，需要考虑采用何种控制系统来实现整机的自动化控制。对简单的控制任务较少的自动化装配设备，采用单片机控制系统具有成本低等优点。
3 结语
总之，装配是决定产品质量的关键环节，为此，自动化装配设备的出现无疑能使产品质量大大提高，并能减少劳动量、提高装配效率，可以大大降低企业的装配成本。因此，为了确保自动化装配设备能发挥其应用的作用，加强自动化装配设备设计研究是十分必要的。
参考文献：
[1]机械工程师手册编委会.机械工程师手册［M］.北京：机械工业出版社，2007.