智能装配工艺与装备

发布时间:2024-04-03 17:04:15浏览次数:39
装配是产品研制过程的关键 环节在很大程度 上决定了产品 的 最终质 量 和使用寿命随着装配技术的不断进步和发展产品装配已跨越了手工阶段半自动化阶段自动化阶段正在向数字化智能化阶段迈进在数字化技术的推动下形成了各种装配工艺及相关工艺 装备本章主要介 绍装配的基 本概 念发展历史 及 发展趋势1.1装配的定义及工艺1.1.1装配装配是一个具有丰富内涵的有机 整体它不仅仅是 将零件简单 组装到 一 起 的过程更重要的是组装后的产品能够 实现相应的 功能体现产品 的 质量因此有必要对其概念重要性进行深入了解与掌握1.装配的定义定义1-1装配的定义将零 件 按规定的 技 术要求 组 装 起来使各种零 件组件部件具有规定的质量精度与相 互位置关系并经过调试检验使 之 成为合格 产品的过程产品是由若干零件组件和部件组成的在产品研制过程的最后阶段需要将这些零件组件和部件合理地进行组装使之成为合格产品在中国大百科全书中机械装配指的是按 设 计 技 术 要 求 将 零 件 和 部件配合并连接成机械产品的过程机械制造工艺学中对装配的解释为按规定的技术要求将零件组件和部件进行配合和连接使之成为半成品 或成品的工 艺过 程装配不仅 是 零件组件部件的配合和连接过程还应包括调 整检验实验油漆和 包装等工 作纵观飞机汽车电子设备等各大制造 业装配就是将 具有一定形 状精度质量的各 种 零件组件部件按照规定的技术条件 和质量要求 进行配合与 连接并进行检 验 与实验的整个工艺过程按照装配件的复杂程度装配阶段被划分为组件装配部件装配与总装配 10图󰁒底盘装配工艺流程产中发现不同构成的底盘装配模块只 存在工序数 的差异主体的装配 工 艺基本相同具体装配过程为将副车架安装到机械托架上依次安装悬架中左右两侧的三角臂转向节与制动器组件弹簧减振组 件转向器与拉 杆 总成横向稳定 杆万向传动装置然后将已组装完 成的动力总 成发动机离合器变速器安装到副 车架上飞机汽车的装配具有高精度多部件多工序等特点具体的装配工艺和装配流程存在相同之处比如在装配过 程中由于零 部件数量大种类多飞机与汽 车 的装配均可划分为 组 件 装 配部 件 装 配总 装 的分总装 配 模 式由 于 二 者的 结构功能需求各不相同在具体的装配 工艺上必然 存在 差 异飞机部件 体 积大刚度小装配精度要求高在装配过程中不能仅依靠自身形状和加工精度来保证装配质量因此需要针对不同机型不同部件定 制专用工装 夹具汽车制造 需 求高产量大自动化机械化水平较高流水线生产 趋于成熟一种车 型 产量数以 百 万计且新型号的汽车更新换代速度快对于生产线的产能适配性要求较高而飞机制造由于零部件数量多装配精度要 求高单一型号产 量不足万架且更新换 代 速度慢对于生产线的质量需求远大于产量需求1.1.3装配工艺装备装配工艺装备是装配技术体 系中的重要 环节本节内容首先 介 绍装配 工 艺 装备的定义由于装配在飞机产品制造中的重要地位且飞机装配过程中用到了大量的装配工艺装备因此本节内容对飞机装配工艺装备进行单独定义以飞机产品的装配过程为例介绍了典型装配工艺装备的分类1.装配工艺装备的定义工艺装备在工业生产中是必 不可少的工艺装备可 以将复 杂 的生产 加 工 方法简单化大大缩短产品的生产加工周期对于装配过程而言先进的装配工艺需要先进的工艺装备工艺装备的设计制造水平对保证高效率的生产和产品的高质量 22.装配工程的意义按照产品研制过程工作内容 的先后次序 来划分产品研 制过程主 要 分为设 计阶段制造阶段及验证阶段其中设计阶段给出了产品质量的固有属性制造阶段通过一系列产品定义技术零件加工技术装配技术及测量与检验技术等保证了产品的最终质量和使用寿命验证阶段通过设计指标对产品质量做出评价装配是制造阶段的最终环节同时也是最关键的环节是复杂产品制造全生命周期中最重要的耗费精力和时间最多的步骤之一在很大程度上决定了产品的最终质量制造成本和生产周期以飞机装配为例其工作量占整个产品研制工作量图󰁒飞机装配占制造整体过程的比例的平均为装配过程约 占产品制造总工时的装配相关的费用占生产 制 造 成 本 的 如 图󰁒所示产品的可 装 配 性 和装 配 质 量 直 接 影 响着产品的性能与寿命制造系统的生 产效率和产品的总成本因此采用 先进的装配 技术与适当的装配方法来实 现 装 配 质 量 的 更优控制具有重大的工程意义3.典型装配实例装配的主要目的是将大量零件按照设计要求进行组合连 接 成 为 合 格产 品由于不同行业产品的零件数目结构类型产品可装配 性及技术要求 等 各不相 同所以装配的含义不尽相同下面以飞机 装配汽车装配及 家电产 品装配 等 典 型实例进行说明本书最后一章将做详细介绍飞机装配实例飞机的结构不同于一般的机械产品其外形复杂尺寸大零件及连 接 件数量多协调关系复杂在装配过程中极易产生变形飞机的装配过程就是将大量的飞机零件按设计及技术要求进行组合连接的过程如图󰁒图󰁒所示一般是将图󰁒飞机装配过程零件先装配成比较 简 单的组合 件 和板件然后逐步装配成比 较 复杂的段 件 和部件最后将各部件对接成整架飞机汽车装配实例汽车产 品包 括 整 车 及 总 成 等的 装配是汽 车 产 品 制 造 过 程 中 最 重 要 的 工 艺环节之一同时也是 汽 车全部制 造 工艺过程的最终 环 节其 流 程 是 把 经 检 验 合 格的数以 千 计 的 各 种 零 部 件 按 照 规 定 的 精度标准 和 技 术 要 求 组 合 成 总 成分 总 成 3前机身后机身机翼襟翼副翼水平尾翼垂直安定面方向舵前起落架主起落架图󰁒飞机结构划分为部件整车并经严格的检测程序确认其是否合格的工艺过程汽车装配工艺就是使汽车这个生产对象在数量外观 上发生变化 的工艺过程数量的变化表 现 为在装 配过程中零部件总成的数量在不断增加并相互有序地结合起来外观的变化表现为零部件总成之间有序结合后具有一定的相互位置关系在流水线装配推进过程中外形不断发生变化最后组装成一辆完整的汽车汽车装配过程是在机械化的 流水生产线 上完成的其内容 包 括汽车总 成 部件的配送装配车身的输送及汽车整车的下线检测等为了提高汽车整车的装配效率通常在汽车总装线 的 旁 边 设 置 若 干 汽 车 主 要总成部件的分装线也 称 为 部 装线如内饰线车身合装线机械分装线动力总成分 装线车门分装 线车桥分装线仪表总成分装线等汽车装配工艺流程如图󰁒所示图󰁒汽车装配工艺流程家电装配实例家电是机电领域技术最密集的产品之一在家电组装过程中由于被组装零件的多样性工艺的烦琐性使家电组装线显得尤为重要家电组装线是一个对家电顺序组装的流水线工艺过程每个工位之 间是流水线 生产因此每个环节 的 控制必须具备高可靠性和一定的灵敏度才能保证生产的连续性和稳定性合理规划家电组装线可以更好地实现产品的高精度高效率高柔性和高质量家电组装线主要包括总装线分装线工位器具及线 上工具等在总装线和分 装 线上目前国内普遍采用柔性输送线输送工件并在线上配置自动化组装设备以提高效率 4随着国内外精密超精密加工技术的快速发展产品零部件的加工精度和一致性得到了显著提高装配环节 对产品性能 的保障作用 正日 益凸显装配过程 中 不能仅仅依靠零件自身形状与尺寸的加 工精度来保 证装配出合 格的 产 品而是需要根据产品特征设计装配工艺方案包括装配工艺设计装配工艺基准和装配工艺方法等装配中除了采用各种通用机床常用工具和实验设备外还需要针对不同的零件组件及部件制定专门的装配工艺装备更多关于装配实例的资料可以扫描下方二维码进行拓展阅读飞机制造和装配过程 中央空调制造过程1.1.2装配工艺装配工艺是工艺部门根据产 品结构技术条件和 生产规 模制定 的 各 个装配 阶段所运用的基准方法及技术的总称将零件组件的装配过程和操作方法以文件或数据三维模型的形式做出明确规定而形成的装配工艺规程是组织生产和指导现场操作的重要依据装配工艺保 证了产品的 装配精度物理指 标及服役 运 营指标是决定产品质量的关键环节其主要内容 包括装配工 艺设 计装配工艺 基 准及装配工艺方法等1.装配工艺设计定义1-2装配工艺设计产品装配的工艺技术准备装配工艺设计是确定产品的最优装配方案其贯穿于产品设计试制和批量生产的整个过程部件 装 配 工 艺 设 计 在 产 品 生 产研制各个阶段的工作重点虽然不同但其主要内容包括以下个方面装配单元划分根据产品的结构工艺特征合理进行 工艺分解可将部件 划 分为装配 单 元装配单元是指可以独立组装达到工程设 计尺寸与技 术要求并作为进一 步 装配的独立组件部件或最终产品的一组构件确定装配基准和装配定位方法装配工艺设计的任务是采用合理的工艺方法和工艺装备来保 证 装 配 基 准 的实现选择保证准确度互换性和装配协调的工艺方法为了保证部件的准确度和互 换协调要求必须制定合 理的工艺 方 法和协 调 方法其内容包括制定装配 协 调方案确定协调 路 线选择标准 工 艺装备确定工 5艺装备与工艺装备之间的协调关系利用设计补偿和工艺补偿措施等确定各装配元素的供应技术状态供应技术状态是对装配单元中各组成元素在符合图样规定之外而提出的其他要求也就是对零件组件部件提出的工艺状态要求确定装配过程中工序工步组成和各构造元素的装配顺序装配过程中的 工序工步组成包 括装配前的准 备工作零件和组件 的定位夹紧连接系统和成品的安装互换部位的精加工各种调试实验检查清洗称重和移交工作工序检验和总 检等装配顺序是 指装配单元 中各 构 造 元素的 先 后安装次序选定所需的工具设备和工艺装备工作内容包括编制通用工具清单选择通用设备及专用设备的型号规格数量申请工艺装备的项目数量并对工艺装备的功用结构性能提出 设计技术要求与此同时工艺装备包括以下几类标准工艺装备包括标准样件标准模型标准平板标准量规及制造标 准的过渡工艺装备等装配工艺装备包括装配夹具型架对合型架精加工型架安装 定位模型量规样板补铆夹具专用钻孔装置钻孔样板钻模等检验实验工艺装备包括测量台实验台振动台清洗台检验型架平衡夹具实验夹具等地面设备包括吊挂托架推车千斤顶工作梯专用刀具量具包括钻头扩孔钻铰拉镗刀锪钻塞规尺及其他专用测量工具等专用工具包括用于拧紧夹紧密封铰接钻孔等的工具二类工具包括顶把冲头等零件标准件材料的配套主要内容包括按工序对零件含成品标准件进行配套计算材料基本材料辅助材料定额按部件汇总标准件材料进行工作场地的工艺布置工艺布置的内容包括概算装配车间总面积准备原始资料绘制 车间平面工艺布置图 62.装配工艺基准定义1-3基准确定结构件之间相对位置的点线面基准分为设计基准和工艺基准设计基准是设计时用来确定零件外形或决定结构相对位置的基准一般是不存在于结构表面的点线面在生产中往往无法直接利用设计基准因此在装配过程中要建立装配工艺基准定义1-4装配工艺基准存在于零件装配件上的具体的点线面在工艺过程中使用装配工艺基准可以用来确定结构件的装配位置根据功用不同装配工艺基准可以分为定位基准装配基准测量基准与混合基准孔定位基准用来确 定 结构件在 设 备或工 艺 装 备上的 相 对位置一般确定装配元件的定位方法如划线装配孔基准零件工装定位件等装配基准用来确定结构件之间的相对位置测量基准用于测 量 结构件装 配 位置尺 寸 的 起始尺 寸 位置一般用于 测量产品关键协调特征是否满足设计要求混合基准孔即在数字 量 协调技术 中为减少误 差 累积尽 量 保 证定位基 准装配基准和 测量基准的 统一大量应用孔作为零件 制造过程和 装配过程中共用的基准3.装配工艺方法装配定位方法定义1-5装配定位方法确定装配单元中各组成元素相互位置的方法装配定位方法是在保证零件 之间的相互 位置准确装配以 后 能满足产 品 图样和技术条件要求的前提下综合考虑操 作简便定位可靠质量稳定开敞性好工装费用低和生产准备周期短 等因素之后 选定的常用的定位 方法有种即划线定位法基准件定位法定位孔定位法和装配夹具定位法见表󰁒表1-1传统装配定位方法类别 方法 特点 选用划线定位法用 通 用 量 具 或 划 线工具来划线用专用样板划线用明胶模线晒相方法简便易行装配准确度较低工作效率低节省工艺装备费用成 批 生 产 时用 于 简 单的易于测量的准 确度 要求不高的零件定位作 为 其 他 定 位 方 法 的 辅助定位基 准 件 定位法以产品结构件上的某些点线 来 确 定 待 装 件 的位置简便易行节省工艺装备装配开敞协调性好基准件必须具有较好的刚性和位置准确度有配合关系且尺寸或形状相一致的零件之间的装配与其他定位方法混合使用刚性好的整体结构件装配 7续表类别 方法 特点 选用定 位 孔 定位法在相 互 连 接 的 零 件组合件上按一定的协调路 线 分 别 制 出 孔装 配时零件以对应的孔定位来确定零件组合件的相互位置定位迅速方便不用或仅用简易的工艺装备定位准确度比工艺装备低比划线定位高内部加强件的定位平 面 组 合 件 非 外 形 零 件的定位组合件之间的定位装配夹具定位法利用型架如精加工台定位确定结构件的装配位置或加工位置定位准确度高制装配变形或强迫低刚 性 结 构 件 符 合 工 艺装备能 保 证 互 换 部 件 的协调生产准备周期长应用 广 泛 的 定 位 方 法能 保证各类结构件的 装配 准确 度要求装配连接方法当各个零件完成定位后需要针对零件的材料结构及装配件的使用性能等选择恰当的装配连接方法从而 实现产品的 可靠连接产品装配中 常 用的连接 方 法包括机械连接胶接和焊接等机械连接机械连接是一 种 采用紧固 件 将零件 连 接成装配 件 的方法常用的紧固件有螺栓螺钉铆钉等机械连接作 为一种传统 的 连接方 法在装配过程中应用最为广泛具有不可替代的作用其主要特点有连接质量稳定可靠工具简单易于安装成本低检查直观容易排除故障削弱强度产生应力集中造成疲劳破坏的可能性大胶接胶接是通过胶黏剂 将 零 件 连 接 成 装 配 件通 常 情 况 下胶 接 可 作为铆接焊接和螺栓连接的补充在特定条件下可根据设计要求提供所需要的功能与传统的连接方法相比胶接具有如下特点充分利用被黏材料的强度不会破坏材料的几何连续性无局部应力集中提高接头的疲劳寿命胶接构件有效地减轻了重量可根据使用要求选取相应的胶黏剂实现密封抗特定介质腐蚀等功能胶接工艺简单但质量不易检查胶接质量易受诸多因素影响存在老化现象焊接焊接是通过加热加压或两者并用使得分离的焊件形成永久 性连接的工艺方法焊接结构的应用领域越来越广泛包括航空航天汽车船舶冶金 8和建筑等焊接的主要特点如下节省材料减轻重量生产效率高成本低显著改善劳动条件可焊范围广连接性能好可焊性好坏受材料零件厚度等因素的影响质量检测方法复杂装配测量与检验在组件部件及总装配过程中在重要装配 操作前 后往往 需 要 进行中 间 检查测量与检验是确保装配质量的直接保 障手段有的测量设 备已经作为 工 艺装备 的一部分直接参与产品装配按照测量对象的不同装配测量与检验技术主要分为以下类几何量的测量几何量的测量包括产品的几何形状位置精度等的 测量根据测量方法的不同主要分 为接触式测 量与非接触 式测 量接触式测 量 是通过测量头与被测物发生接触从而获得被测物几何信息的测量方法主要测量设备有三坐标测量机和关节臂式测 量仪主要测量对 象是机械产 品的 几 何 量非接触式检测手段主要有光学测量视觉测量和 激光测量等其中光学测 量是利用台或多台电子经纬仪的光学视线在空间的 前方进行交 汇形成测量 角主要检 验 对象是产品的位置精度视觉测量是使用 单 台或多台 相 机对被 测 物进行照 相 后再通过图像识别与数据处理等手段对被测物进行测量激光测量技术通过对被测物表面进行扫描获得表面点云数据再通过逆向 工程得到产 品表 面信息其主要检 验 对象是产品形状精度物理量的检 测物理量的 检 测即装配力变形量残余应力振动质 量特性等的检测在物理量检测方面主要包括面向装配力变形测量的电阻应变片测量光测方法磁敏电阻传感器测量声弹原理测 量方法 等电阻应变 片 测量是基于金属导体的应变效应将应变转换为电阻变化的测量方法目前已广泛应用于各种检测系统中光测方法是以光的干涉原理或者直接以数字图像分析技术为基础的一类实验方法其以世纪年代激光的 出现和数字 图像 处 理 技术的 成 熟为标志主要分为经典光测方 法包括光弹云纹等和现代光测 方法包括全 息 干涉云纹干涉散斑计量及数字散斑相 关和数字图 像分析等磁敏电阻 传 感器测量是基于磁阻效应的一种测 量方法可以利用它 制成位移和 角度检 测 器 等声弹原理测量方法是利用超声剪切波的双 折射效应测 量应力的方 法主要应 用 于应力分析状态量的检验状态量的检验包括产品装配状态干涉情况密封性能等的检验在产品 内 部 结 构 检 测 技 术 方 面主 要 成 果 包 括 数 字 射 线成 像 技 术计算机断层扫描技术等在泄漏检测方面目前主要采用的是超声波检测泄漏相机技术超声波检漏在设备上的使用 9使在线检漏成为现实不但能够检测装备在运行时有无泄漏而且能够检测泄漏率的大小4.典型装配工艺实例同样地由于飞机汽车等产品的功 能不同零部件结 构 不同数量不同导致它们的装配工艺各具特点如飞机装配 时由于组件 尺寸 大刚度低需要专门 的 工装来保证装配时结构形状 固 定汽车装配 件 种类数量繁多装配工作 较 为复杂下面分别对飞机装配汽车装配的典型装配工艺实例进行说明飞机装配工艺实例壁板类组 合 件装 配飞 机 壁 板一 般 由 蒙 皮隔 框长 桁连 接 片 等组 成根据其结构不同飞机壁板可分为强蒙皮弱骨架类和薄蒙皮强骨架类对于强蒙皮弱骨架类壁板装配时可选 择吸盘式柔性 工 装柔性工装 调 整好型面后先装蒙皮蒙皮定位后再进行长桁 和隔框 的定位在批量生 产 中蒙皮长桁和隔框零件制造时应尽量按数模制出装配孔长桁和隔框按装配孔确定与蒙皮的位置关系定位夹紧后用自动钻铆机进行铆接对于薄蒙皮 强骨架类壁 板一般在工装 上 先 装 骨 架再 装 蒙 皮数 字 化 条 件下大 部分零件采 用孔作为装配 定 位 基 准此 类 壁 板一 般 是 按 工 装 内 卡 板 上 的定位孔定位 隔板用长桁定位 器定位长桁然后按零件 的 约 束 关 系 自 定 位 连接角片形成壁 板 骨 架最 后 按 蒙 皮 端 面孔 或 装 配 孔 确 定 蒙 皮 位 置进 行 铆 接装配机身类部件装配某型机后机身是由框梁和整体壁板等纵横构件组成的半硬壳式结构为承受和传 递 发动机和 垂 尾的集 中 载荷后机身横 向 布置了个加强框在各加强框之间布 置了普通框用来维持机 身的界面 形 状在纵向布置了尾梁内外侧壁板发动机推力梁上大梁下大梁等承力构件纵横向承力构件共同承受机身总体弯矩扭矩和剪力平尾接头布置在尾梁区在结构上分别在尾梁内外侧壁板的 后 端 外 伸 出 两 个 接 头与 平 尾 交 点 接 头 两 根 主 梁 上的接头连接后机身的主要结构及层次关系如图󰁒所示图󰁒后机身的主要结构及层次关系汽车装配工艺实例以汽车底盘的装配为例汽车底盘装配的主要工艺流程如图󰁒所示更多信息可扫描右侧二维码进行拓展阅读汽车底盘的装配因其构成不 同导致具体 的装配工艺 过程有 所 差 异但实际生丰田电动汽车底盘和料电池组装全过程
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