面向自动化装配的产品设计

面向制造与装配的设计－课程设计

面向装配自动化的产品设计

机械42班

陈鹏宇2140101028 李则达2140101035 刘靖2140101036 孟德轩2140101038

闻泉2140101044

一、自动化装配的概念

机械装配是按规定的精度和技术要求，将构成机器的零件结合成组件、部件和产品的过程。装配式机械制造中的后期工作，是决定产品质量的关键环节。

装配自动化是指对某种产品用某种控制方法和手段，通过执行机构，使其按预先规定的程序自动地进行装配，而无需人直接干预的过程。

二、产品设计应该注意的问题

自动化装配包括：供料、传送、装配、检查四个步骤。所以从这四个方面出发来看产品的设计。

（一）从供料的角度

自动供料包括零件的上料、定向、输送、识别等过程的自动化。为使零件有利于自动供料，产品的零件结构应符合以下各项要求。

(1)零件的几何形状要力求对称。

改变前改变后

在设计零件的时候，要在能保证功能的情况下尽量使零件对称。如图所示，如果能把零件两边的锥度设计成一致的，就成为一

个对称零件，所以在定位时就不用考虑轴的前后题，简化了定向。（2）对于不能对称设计的零件，要尽量扩大它的不对称度。

改变前改变后

对于不对称的零件，在设计时要尽量扩大它的不对称性。如果不对称性太小而又无法消除，会增加机器对零件方向的识别难度。如上图，改变前的零件机器不容易识别出它的方向可能会出现装错、装反的现象，而改进后的零件不对称度大，容易通过传感器识别，避免了装配错误的产生。

（3）增加约束面来约束零件的方向。

改变前改变后

在不影响功能的条件下，可以增加约束面来约束零件的方向。如图零件，在装配时必须考虑两个内孔在圆内的位置，改进前的零件不容易识别出内孔的正确位置，而改进后，增加了一个导向面，内孔与底面的位置就确定了，可以直接夹取。

(4)要考虑自动装配线上各个零件之间的相互影响。

改变前改变后

由于在自动装配时，传送线上往往是有多个零件同时在传输，如果零件尺寸不合适，零件之间可能会相互影响。如图，在改变前，内孔的直径大于了轴的直径，传送过程中后面零件可能会插到另一个零件的孔里造成零件的干涉，影响夹取和识别。在改变了零件尺寸后，这种问题得以解决。

（5）尽量使用标准件。

可以专门的建立标准件零件库，编写相应的夹持程序，这样有利于缩短取料时间，也防止了夹错零件、夹错方向。

（二）从零件自动传送的角度

零件除具有装配基准面外，还需考虑装夹基准面，供传送装置装夹和支承。常见的输送方式有水平传递，转盘传递，机械手夹持，垂直轨道式，倾斜传送带式等,传送装置包括重力输送式或强制输送式的料槽或料道，提升、转位和分配装置等。有时采用机械手

完成传送装置的某些功能。

（1）在组合机床自动线中当工件有合适的输送基面时，采用直接输送方式，其传送装置有各种步进式输送装置、转位装置和翻转装置等。

（2）对于外形不规则、无合适的输送基面的工件，通常装在随行夹具上定位和输送，这种情况下要增设随行夹具的返回装置。

（3）此外零部件的结构应带有加工的面和孔，供传送中定位；零件应外形简单、规则、尺寸小、重量轻。

（三）从有利于自动装配的角度

利于自动化装配的产品设计的优劣是以产品的可装配性评判

的。产品的可装配性指标包括经济性指标和技术性指标两种。经济

性指标又包括装配时间和装配成本两方面。减少装配时间可以提高

生产率，增加产量，减少装配成本又可以减少产品生产总成本，提

高每一件产品的利润。技术指标包括产品的结构化系数、标准化系数、工艺性因素（包括典型工艺利用系数等）和可装配条件的满足

程度等。

经过总结，有以下几点原则:

（1）零件的尺寸公差及表面几何特征应保证按完全互换的方法进行装配。

（2）零件数量尽可能少（如图6.6所示），同时应减少紧固件的数量。

减少零件的数量和类型意味着减少材料、降低装配难度和简化

生产管理，从而能提高生产率、降低成本，最好的方法就是取

消重复零件或佘家多功能符合零件。

（3）尽量减少螺纹联接，采用适应自动装配条件的联接方式，如采用粘接、过盈、焊接等。对于自动装配机器，螺纹连接比较复

杂，而相对来说，人工操作比较复杂的焊接等连接方式，使用

自动化装备则相对简单。如图，用轴滚花代替光轴加紧固螺钉的组合，改为静配合。

（4）零件上尽可能采用定位凸缘，以减少自动装配中的测量工作，如将压配合的光轴用阶梯轴代替等。减少测量可以减少装配机器的成本，而且可以减少装配时间。如图，可以在工件的装配位置开槽，可以方便装配识别，不需测量尺寸。

（5）基础件设计应为自动装配的操作留有足够的位置。例如自动旋入螺钉时，必须为装配工具留有足够的自由空间。

（6）为便于装配，零件装配表面应增加辅助定位面。依靠及其测量并定位会有很大的误差，并且会增加装配时间，增加辅助定位面可以

降低装配定位精度需求，节约装配时间。如图所示，在零件和装配基础件上增加了导向斜面，利于装配。

（7）最大限度地采用标准件和通用件，这样不仅可以减少机械加工，而且可以加大装配工艺的重复性。

（8）避免采用易缠住或易套在一起的零件结构，不得已时，应设计可靠的定向隔离装置。

（9）产品的结构应能以最简单的运动把零件安装到基准零件上去。最好是使零件沿同一个方向安装到基础件上去，这样在装配时没有必要改变基础件的方向，以减少安装工作量。装配方向过多会增加装配的长度，增加装配操作并增加装配时间，影响装配效率。在自动化装配和机器人的装配总，自上而下的装配方向是最优先的装配方向。如图，将上下安装的螺钉改为全部从上至下安装，简化了自动化安装的运动，节约了装配时间。