面向装配设计中装配方案的选择

文章编号:1004-2539(2003)05-0029-03

面向装配设计中装配方案的选择

(西安交通大学机械工程学院, 陕西西安 710049)

杨培林 陈晓南 庞宣明 朱 均

摘要 在装配序列规划的基础上,从降低装配难度、缩短装配时间等方面对装配方案作了研究,提

出了装配方案选择的约束条件,并结合实例进行了分析。本文提出的方法为面向装配设计中装配方案的选择提供了依据。

关键词 面向装配的设计 并行设计 装配方案选择 约束

引言

DFA (面向装配的设计)要求在产品设计过程中对设计进行装配性能分析、评价,并根据分析评价结果对设计进行修改,从而提高产品的可装配性、降低装配成本。传统的DFA 通过对装配性能的分析,使所设计的产品易于装配,但在这一过程中,往往缺乏对装配方案的选择作深入的研究。事实上,装配方案对产品装配过程有很大影响。因此应把装配规划作为设计过程的一部分,在面向装配设计的同时,确定产品的装配方案,从而实现并行环境下面向装配的设计[1,2]。

在装配序列规划中,只是考虑了装配体的拓扑关系、零件的几何形状及尺寸等约束条件。由此产生的装配序列只是满足这些约束条件的可行装配序列,并没有考虑每一装配序列在实际装配过程中的难易程度、装配工时长短等问题。本文从降低装配难度、缩短装配时间等方面对装配方案作了研究,提出了装配方案选择的约束条件,为面向装配设计中装配方案的选择提供了依据。

1 装配方案选择的约束条件

本文以图1所示的减速器为分析对象,该减速器中有3个最大的Ñ型子装配

[3]

S 1={16,17,18}、S 2=

{2,3,4,5,6}、S 3={7,8,9,13,14,15}。以这些子装配作为装配单元参与整个产品的装配时,用割集法可得160个装配序列[4](限于篇幅本文从略)。下面结合该减速器,讨论选择装配方案时的约束条件。1.1 采用并行方式进行装配操作

一般情况下,串行装配作业方式要比并行装配作

业方式所需的时间长。因此为了加快装配进度,在装配过程中,应尽可能选用具有并行操作的装配序列。

产品的并行装配过程可分为如下两个层次:a )各子装配的并行装配

在装配序列规划中,利用子装配的生成方法可产

生出各层次的子装配(Ñ型子装配和Ò型子装配)。由于子装配不会影响产品零件的装配,所以可首先对各层次上的这些子装配实施并行装配。

1、12.箱壳

2、15.弹性档圈

3、6、7、9、1

4、16、18.轴承 4、8.轴 17.齿轮轴

5、13.齿轮 10.支承板 11.螺钉

图1 同轴式双级圆柱齿轮减速器

b )子装配与其它装配单元(子装配、零件)的并行装配

各子装配完毕后,应把子装配作为装配单元参与整个产品的装配。这时为了提高装配的并行度,可在

以子装配作为装配单元的装配序列中,选择具有并行操作的装配序列。

在装配图1所示的减速器时,应首先完成子装配S 1、S 2及S 3的装配。而在以子装配S 1、S 2及S 3为装配单元的装配序列中,应选择具有并行操作的装配序列(当装配方案的与/或图表达中的一棵树对应一个以上的装配序列时,这些装配序列中的某些装配操作可并行地进行[5]

)。

1.2 减少装配过程中的冗余操作

在装配过程中,要尽可能避免频繁地改换装配方向,因为装配方向的改换往往需要一些装夹、重定向等辅助装配工序。所以为了减少装配过程中的冗余操作(装夹、重定位等)、提高装配效率,应在集中完成某一方向的装配操作后,再进行另一方向的装配操作。

29第27卷 第5期 面向装配设计中装配方案的选择

例如,在图1所示减速器的装配序列中,装配序列47和装配序列49分别为[4]

47.{S1,10}y{S1,S3,10}v{S1,S2,S3,10}y {S1,S2,S3,1,10}y{S1,S2,S3,1,10,12}

49.{S1,10}y{S1,S2,10}y{S1,S2,S3,10}y {S1,S2,S3,1,10}y{S1,S2,S3,1,10,12}

在序列47中,先在同一方向完成S1、S3和零件10的装配,再改换方向完成S2和零件10的装配;而在序列49中,先在一个方向完成S1和零件10的装配,然后改变装配方向完成S2和零件10的装配,最后再次调整方向完成S3和零件10的装配。由此可见,装配序列49比47多一次装配方向的变化,因而也就多一次换向所需的装夹及定向操作工序。所以两个装配序列相比,序列47优于序列49。

1.3装配过程中保持零件装配子集的稳定性

产品装配过程中,往往会出现一些具有一定装配联接关系的零件组,这些零件组可以作进一步的装配,这里把装配过程中出现的这些零件组称为零件装配子集。在装配过程中,不稳定零件装配子集的出现会增加装配的难度(这时需要辅助工序来保持其稳定性)。所以在选择装配序列时,应尽量选择那些具有稳定装配子集的装配序列(可利用重力、支撑力、摩擦力等因素使装配子集处于稳定状态),力求避免出现不稳定的零件装配子集。

例如,对减速器的装配序列组33和35(分别示于图2(a)、图(b)中)而言,按这两个装配序列组装配时都会出现零件装配子集{S1,1,10}。按装配序列组33装配时,零件装配子集{S2,1,10}是由装配子集{S2, 10}与零件1装配形成的,而按装配序列组35装配时,零件装配子集{S2,1,10}是由装配子集{S2,1}与零件10装配形成的。装配序列组33中出现的装配子集{S2,10}是稳定的(利用S2的自重保持S2和零件10的装配联接状态),而装配序列组35中出现的装配子集{S2,1}是不稳定的(除利用辅助工序外,无法保持S2和零件1的装配联接状态)。所以,为了在装配过程中保持零件装配子集的稳定性、减小装配难度,应考虑选用装配序列组33。

1.4用关键路线法(CPM)分析装配序列以确定关键装配工序

对于具有并行操作工序的装配方案,不同并行路线上完成各道装配工序所需的时间是不完全相等的,所需时间最长的路线(称为关键路线,关键路线上的工序称为关键工序)决定着产品装配的完工期。因此我们可用网络理论的关键路径法来对产品装配序列进行

分析,并确定其关键装配工序。对关键工序中装配的零件作进一步分析,在可能的情况下,对原零件设计作适当修改,以提高整个产品的装配性能。

图2装配序列组33和35

用关键路线法分析装配方案时,应先用网络图来表示装配流程,这里我们用结点式网络图来表示产品的装配流程。在结点式网络图中,结点代表工序,箭线代表事项。例如对减速器装配序列组33所代表的装配方案(如图2(a)所示),可用图3所示的网络图表示。

图3装配流程的网络图

根据装配工艺信息可确定其关键路线和关键装配工序。在图3中,若ºy¼y½是关键路线,则可对关键工序º、¼所装配的零件{S2}、{1}及{10}进行分析,在可能的情况下对其设计进行改进以缩短关键工序的装配时间,从而缩短整个产品的装配时间。

2实例分析

本文对图1所示的减速器装配过程作了分析。该减速器中有3个最大的Ñ型子装配S1、S2、S3。在装配过程中,可首先并行地装配这些子装配。依据前面的装配方案选择约束条件,可从160个装配序列中选出4个装配方案,如图4所示。其中方案1和2的区别仅在于子装配S1、S3的装配次序不同。同样,方案

30机械传动2003年