国外机械工业自动化装配的发展现状及动向_孙铭启.pdf

气2 连续切削 在切削过程中 切削刃始终与工件接触 的切削 民3 断续切削 在切削过程 中 切削刃间断地与工件接 触的切削 致4 多轴切削 利用多轴箱等的每根主轴安装的刀具 对工件同时进行多部位切削的方法 5 5 复合切削 将两种或两种以上 的刀具组合起来依次 或同时对工件进行切削的方法 轰5 1 阶梯钻削 利用阶梯钻头 一次走刀在工件上钻出 不 同直径孔的方法 5 5 2 阶梯扩孔 利用阶梯扩孔钻 一 次走刀将 l 件孔扩 大成不同直径孔 的方法 致5 3 阶梯铰孔 利用阶梯铰刀 一次走刀铰出不同直 径 孔的方法 5 5 4 复合钻扩 利用钻扩复合刀具 一次走刀在工件上 侧l IL和扩孔以获得更良好的切削表面的 方 法 5 5 5 复合钻铰 利用钻铰复合刀具 一次走刀在工件上 钻孔并进行铰削的方法 5 6 键 孔车端面 初用 性孔车端面头或其他装置 在 一个 工位上实现锐 孔及其端面的车削 丘7 径 向进 给切槽 简称切槽 使刀具径向进给 在孔内切出沟槽的方 法 5 8 键止口 利用镬刀在已加工孔的端面上 切 出与该 孔同轴的 具有直径和 深度要求的 沉孔 5 9 靠模攻丝 利 用攻丝靠模装置控制丝锥攻入加工螺 纹孔的方法 缪锄锄锄僻锄锄榭卿僻姆 淤锄娜锄锄姗锄姗心钧姗撇僻榭锄淤娜姗嘟锄珊锄姗吻锄娜锄咖锄嘟栅锄娜锄珊锄性 鑫盆 莽 厂 蓉 一幽口 命口昂穿冷 分 国外机械 工 业自动化装配的 发展现状及动向 芭 入外 寡 伪 鑫心 和 心 鑫 2 沙月卜 和 卜 7 犷 乙洲 卜气矛碑 一 馨 考 馨 秘卿晰柳娜锄锄瓣锄咖枷咖锄锄珊锄娜娜姗咖珊咖撇卿锄锄咖姗珊撇娜锄嘟锄栩锄枷锄咖哪娜锄榭晰幼嘟倔 孙 铭启 近十余年来 工业 发 达国家 在产品 需求多样化 产品精度不断提高和新技 术不断发展的推动下 装配作业自动化 技术得到了迅速的发展 自 动 装配机 线 的制造和 应用也进入了一个新的 历史 时期 日前 国外自动装配机 线 制造 业以美国 日本等最为发达 其 它国 家 如联邦德国 法 国 英国 苏联 架脚元 艘配主休库 厂 日 已特公 主物送 脸列工位 渡纪工 J 泣 遨例工位轰配工位遨边红少 复数丝 l习1 自动 装配系统示意图 了I J I 亚夕 亚 1 组合机床与自动 化加工技术 捷克 瑞士等也 发展很快 当代 具有代 表性 的主要厂家有 美国 C r o S公 司 日本的东 芝机械与三协精机 法国 的R e n a u l t公 司 苏联的明斯克自动线工厂等 自动装配 没备 的使用也以美国和日本 为领先 据介绍 美 国在198 3 年己拥有自动装配机近 五十万台 占美 国机床拥 有量 的 8 左右 日本现役装 配机也在二 万 台以上 一 自动化装配技术 发展现状 鼓初的自动化装配 是从简单小零件装 配开始 其装配机也是从小巧紧凑的单机开 始 逐渐对大部件也实现 自动化装配 进 一 步 发展成为有综合工 艺内容的 自动装配线 其节拍时间一般为 1 0 一30秒 最短的 仅为 1 2秒 现代化自动装配 系统 一般如图 1 所 示 由装配 元件及装配主体 件 的供料及输送 系统 具有 装配机能的装配装置及完成装配 工艺过程中的控制和检测装置所组成 这些 系统及装置的主要特点是 机构典型 型式 统一 部件通用 用于不 同的装配对象时只 是工 夹具不 同 与组合 机床的设计原则极其 书 似 目前 国外一条 台 装配线 机 的通 用化 程度低的为2 0一30 最高为60 7 0 1 现 代自动装配线 机 类型 日前在 国外 自动装配线 机 大都以 装配主体件的输送方式分为 连续输送与间歇 输送两大类 型 所谓 连续输送 是指被装配 件和装配工作 头以同样速度 运动一定距离 在运动 中完成 装配作 业 然 后装配工作头返 回原位 再重复下 一个装配 工作循环 这种 类 型 的装配机常用于简 单组件的高速自动装 配 间歇输送式装配线 机 是目前国外应 用的主要型式 尤 其是同步间歇输送式 自动 装配线得到广泛采 用 但在不少装配线上 为使设备具有 柔 性 也采用 了非同步 自 由流动式 间歇输送方式 2 自动装配用部件通用化 部件通 用化后 具有缩短设计制造周期 换产后 可改装利用等一 系列优点 因而在美 国及日本等相 继基本完成了各有特色 的主要 部件通用化工作 1 装配 机主体 B asie M aehine 的通 用化 装配 机主体是指已标准化了的可完成 装配主件输送功能的主体部分 它具有能对 随行夹具定位 夹 紧 的功能 有驱动装配 图2装配机器人组成的自动装配线 19 85年 第4期 1了 工作头的主动轴 有预先考虑齐全的气压管 路及电气配线装置等 目前 美国S w a n son E r i e 公司 和Ki n sg bu ry公司各有一套较完整 的回转型及直线型系列部件 其 中非同步直 线式装配机主体有三种输送方式 以美国 Cr 公司为 代表 的滚子链摩擦 式 输送 系 统 因其结构简单 使用可靠得到较广泛应 用 2 供料装置的 通用化 目前 日本 美 国 法 国及苏联等国都研制出了性能可靠 参数先进的系 列 通用化供料部件 如日本的 N TN电磁振动料斗及与其配套使用的直进 式振动送料器和 自动加料装置等是各国装配 机设计制造 中经常选用 的 3 装配 一 作头及 检测装置的通用化 装配 工艺 中经常采 用 的 压 套 拧 螺 订 铆接 焊接 等工作头 目前 在 国外已基本 上研制 出系 列产品 英国D e S u tt e r 公司较早生产的静压气动扳手 可在 完成快速初步拧紧后自动进入低速最终拧紧 的 工作状态 典型的 螺钉拧紧工作头 压套 轴 装置 以及检测用 量头及量仪 等部件 都有商 品出售 3 工 业机 器人的应用及 其 自动 装配 线 工业机器人由于 可在一 次动作循环 中灵 活完成各种动作 从而代替了装配机中许多 复杂部件的功能 使装配机本身复杂程度大 大降低 工业机器人有固定程序的 也有计 算机控制的 由于计算技术的不断发展与完 善 采用计算机控制似乎已成为当前发展的 方向 其经济效益 也 为实践证明是十分显著 的 如日本第二精工社利用STM 一1 00 0 型机 器人装配汽车喇叭 其废品率较人工装配时 降低一半 资金收 回仅用了三年 在一些工 作条件恶劣 劳动强度大的作业中 它可使 工作效率成倍地提高 如汽车制造业中的车 身焊接作业在美国 日本 法 国等几乎 全部 采用机器人 可2 4 小时连续工 作 生产效率 提高了3 4倍 由于机器人具有运动灵 活 性 抓手 和工具系统的万能性及 准确性 如 图 2 所示的全部采用工业机器 人 组成的自动 装配线 已经出现 4 电子 技术在自动 化 装配中应用 d l于装配线 机 动作程序多且互锁要求 严格 对控制 系统要求具有 判断 记 忆 等 多种 功能 故 继 电器式控制系统已墓本被淘 汰 目前 国外较普遍地采用 可编程序控制器 进行控制 美国 的一些 公司 厂家采用了PLC 一2 型 通 用可 编程控器 但由于新课题不断出 现 如怎 样选择最佳装配 多 自由度机器人 的 控制 齿 轮装配间隙计算与选 择 自动计算并 选 择 垫片 厚度等 只能用电子计算机控制完 成 自动化装配最适应控制系统 目前 国外 正在进行研究 其目的是通过具有大公差范 工件运谕耗 座些吐选兰 卿恻恻 睿 目目 幽幽幽幽圈雁 雁 可可 一一 圈圈圈 介1 1 0乞少 图 圆圆图圆图圆图圆 圆图 圆国图图 图3 西德 且石l l e r 公 司缸盖 自动 装配线 组合机床与自动化加工技术 围的零件能够相 互选择 装配 达到最佳配合 效果 这项研究成果的成 功 将导致在一 定 范围内大幅度降低被装配件的 加工尺寸精度 要求 这将有可能使过 去在自动化装配作业 卜保留的手工装配全部实现自动化 5 国外自动装配线 机 概况 现代化 自动装配线 机 的生产率是指 句小时 为1 0 0一2 0 0 0 件 在多 品种中批 量生 产中 在美国是指每小时产量在 2 5一100件 内 国外在六 十年代 为提高装配 机效率 曾 一度大力发展 连续输送式装配机 但到 了七 一十年代 美国 日本 苏联 联邦德国 英 国 法国及瑞士等国家考 虑到部件通用化 与 标准 化 己较少发展这种类 型设备 而着重 发展 通用化 程度较高的直线型 和回转型 间歇 输送方式装配 线 机 近 儿年来 由于直 线 间歇输送式装配线 机 具有使用维 修 方 便 配置灵活 易改装复甲等一 系列优点 得到广泛应用 目前 美国约有5 0 日本 有6 70 装配线 机 为直线输送式 尤 其是在汽车制造 业中 较 大型零件的自动装 配线 儿乎都是这种输送 方式 联邦德国Hi i ll e r 公 司于七十年代中期研 制并投入使用的缸盖装配线如图3所示 该 线在负荷率为8 时每 小时装配缸盖7 5件 线上采 用了缸盖 加热 冷冻阀座及导管新工 艺 使装配质量 明显提高 美国 Kin sgb盯y公 司于八十年代初期 研制的用于装配 齿轮泵 的半圆形平面轨道 式 同步输送自动装配线如图 4 所示 该线采用 一r 对装配件存放 姿态 可进行检测及测 量泵体 腔孔尺寸以选 择齿轮 级 别 的先进技术 美国 C ro ss公 司于七十年代末期研制出 了如 图 5 所 示 的 具有 加工 装配 试验等 综合工 艺 节拍时间仅 为 1 2秒 有五个部分 组成的差动箱生产系统 被认为是较先进的 代 丧性产品 该系统第一部分 呈 复线 布 局 生 产率为3 以仁 小时 单线为17 0件 小时 从 1 至2 5 工 位采 用 同步输送托扳系统 完成 中孔 等加工 工序 从26至30工位采 用 1 花 同步输送托扳系 统 完成轴承装入及套装螺 栓等装配工序 第四部 分采用非同步输送随 行夹具 系统 全为装配工艺内容的自动装配 线 可将 环形齿轮套装在差动箱上 并 自动 将其压入及检测 压入质量 自动拧紧 0个螺 钉并检查其扭矩值 第五 六部分为用于完 成装配 及 试验为主要工艺内容的 自动装配 可可可可可可厄厄 曰回口 自 凹 匕一到 比厂卜 一一 摺摺匾 匾 匕匕止日 爪 之 j 今 6了D 2 匹匹匹匹 20 0 0 2l l l l l l l l l l l l l l l1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 一 夕 l l l l l 一一l l l l l l l l l 蒸蒸勇酶下澳花蔽恋 言 霭二含 口口口口口 图 4美国Kin吧子 u r y 公司齿轮泵装配线 198 5年 第4期 线 各线生产率均为30 0 件 小时 自动线采用 了 定压压入 故障灯光闪现 扭 矩值自动显示 自动选择垫片厚度 行星齿轮系传动比测定 差 动箱跑合 试验 等先进技术 日本三协精机于七十年代后期为苏联 卡玛 汽车厂研制的节拍时间仅为 5 5秒 全长 为20 米 造价1 3亿日元的大型喷油器 综合生产系统 其规模与技术上的先进性 被同行誉为具有世 界上第一 流水平 该系统 除对螺钉 弹簧 垫片 销钉 顶杆及偶件 等完成相应装配工序外 还可进 行 调 压试 验 磨合试验 流 量试验 喷雾试验 高低 压腔性能试验 但其中有些项目的试验 需 人工 作 辅助 性参与 二 自动装配技术的发展动向 1 发展具有柔性及可进行多品种装配 的自动装配线 由于自动装配线的供料装置 装配工作 头及其控制系统结构复杂及动作频繁 互锁 严格等原因而经常发生故障 降低了装配线 的工作效率 故近代装配线中 各装配工位 间和分装与总装间采用柔性连接的非同步输 送装置趋势已成为发展方 向 现代社会由于 对产品需求多样化 必 需使产品不断更新 为 此 能进行中小批量多品种装配的自动 装配 线得到重视与发展 这一类型装配线只稍作 调整即可对 同族 性产品进行 自动装配 一般来说 它具有下列特征 广泛采用 功 能模块式结构技术 以适应产品变化时能方 便进行调整 采用柔性连接的输送方式以适 应多品种和各工位节拍时间的变化需要 采 用多个自由度装配机器人 利 用 电子计算机 控制 可对任意不 同对象进行预定计划的装 配 装配程序也可以用动作一次作示范作业 循环 然 后将程序贮存到控制计算机中 从 而简化程序的重新调整 2 自动装配工艺范围继续扩 大 目前 国外的自动化装配工艺内容 已 从零件紧固连接 压入 扭合 铆接 粘 接 焊接等基本作业方式 发展到能 够完成 川川川川川川川川川川川川川川川川川川川川川川川川川川 l l l l l l l 角 J J J广邝 邝曰 曰哪州 州丁十刊卜十 十 卜卜井未书了二翁翁 开开开画画 卜卜 阵阵一杯仁仁日日 J J 秒 幽 1 血一一 瑞瑞姗 节节附附 门门币 饰 场 甲 t t t t t t t t t t t t t t t 一一一一一一一 l 二 七七七七七七七 佳 毋 毋卜 班 班 图5 美国C ro s 公司差动箱生产系统 组合机床与自动化加工技术 保证安全装配的零件去毛刺 清洗 各种检 测工序及产品总装后 的 试车 检验 注油 喷漆 包装等 在有些国家 汽车制造 厂的 自动装配线上 可进行发动机 总装后主要性 能参数测 试 热检及冷检等 由于自动装配 作业范围不断扩大 对今后发展综合生 产系 统创造 了更 为有利的条件 3 开展 自动装配基 础理论的研 究 目前 在国外比较 热门 的 是对自动 装配过程中装配 元件的流动方式及姿态进行 分析研究 例如 日本 金泽大 学横山恭男 教 授提出了称为 自动装配动力 学 的一门新 学科 使我们感到难以掌握的 定向状态 存 在概率 在斜面上滑行零件速度 加速 度 停止位置 等都可进行分析 与计算 根 据振动理论与力学原理将振动料斗的运 动简 化成一 个 力学模型 进行研究 研制出一 种可显著提高料斗输送速 度 并可消除 同 相位 振动料斗经常出现的 推挤 现象的 新型 异相 位振动料斗 目前国外又出现 了一种新颖的 振动波形 高效低噪声振动 料斗 预计不久将会进入实用阶段 对装配 线的故障率及可靠性等 不 少 学者也作了大 量的研 究 一五作 4 对自动装配线 机 进行经济 分析 一条 台 装配 线 机 在生 产中投入 使用后 应在减少劳动费用 提高产品质 量 及 生 产效率三 项主要指标上较手工装配及机 械装配有较大的优 越性 为 此 目前国外各 厂家在开始研 制设备时 根据 用户提出的已 知条件 如装配零件尺寸公差 产品结构及 装配工艺性等 利用积累的经验数据 提 出 对研制设备的 经济评价以达到低成本 高质 量和高效率的目标 5 建 立与强化 自动装配技术研究机构 特别是近十年来 国外一些 厂家及有关 研 究部门 为了促进 自动装配技术的发展 纷纷建立 和 强化 了研究机构及技术 交 流部 门 在美国机床制造业协会 中 设有专门的 自动装配 学会组 织 在伊利诺斯理 工 学院工 艺研究所内 着 重研究实现先进装配方 法的 AAM计划 在英 国生产工程研究院内设有 白 动化装配委员会 主管全国的自动装配 技术 的研究与交流工作 日本也有由专业 的自动 装配 机制造厂及工科大学等在 精机 学会 下面组成 自动装配技术专门委员会 从 事有关研究及技术交流工作 捷克机械化和 自动化 研究所 V亡MA 是全 国 自动装配技 术 的研究中心 目前正在研制装配主体件宽为 63 及1000毫米的非同步输送 系 统 也计划 发展 适应 装配 工艺 可变装配系统 等 结语 自动化装配 是自动化生产发展的重 要里 程碑 是向无人 化生产过渡的重 要手段 往往 由加工自动线和 自动装配线配合使用可组成 全 自动 化工 段 车间和工厂 因此有人 认为 自动化 装配 是 机器制 造业 全面白动化的最 后目标 但就目前发展来看 仍属一 门新的 技术 但发展 速度很快 已从应用一般技术 逐步向应 用 电子计算机 方面发展 虽然自动 装配线 机 已典型化 和通用化 但随着新 技术发展 在 机构上 型式上及控制系统上 还在不断更新 985年 第4期 I了 劫护7 厂夕 l了乍夕勺介协 力 孑孑孑孑孑项 项 方方方方 拼拼尹尹 声 声声声 粥粥粥 气气气气 人人犷犷犷犷犷 图8 3直径15 11n l 孔的不同轴度 与两面加工时 裕量不均匀度 的关系曲线 夕 二0 025m m l T lx 40班m 裕量不均匀度的数值 分对 确 同辘度 么 B 的 数位有重 大影 响 它们的相互哭系 具有性 线 特性 图8 3 当裕量偏移漏互 相垂直时 曲线1 不 同轴度的数值要比 裕量向同一方向偏移 曲线2 或向相反方 向偏移 曲线3 稍大些 但是它们差别极 小 曲线 4 是计算数据 待续 本期文章摘要 新的技术革命对组合机床专业的影响和对策一 一金 振 华 潘 一 贵善 组合机床与 自动化加工技术 1985 年 第 4 期 2 6页 本文在概述了新技术革命的新技术群 中的微电子技术 对组合机 床专业产生 的影响之后 着重讨论了组合机床专 业应采取的技术对策和重大措施 这些技术对策主要是 大力发展精加工及精加工尺寸控制技术 柔 性制造技术 工业机器人技术 以及 计算机辅助设计 计 算机辅助制造 和计算机辅助试验技术等 并应采取相应措施 组合机床及组合机床自动线术语和含义 陈奕辉 稼组合机床与自动化加工技 术 193 5年 第 4 期 C 招 页 本文刊出在全国性专门会议上经过讨论初步确定的有 关组合机床及其 自动线的 1扭 条术语及 其含义 国外机械工业白动化装配的发展现状及动向 孙铭 启 咤组合机末 与自动化加工技术 第 4 期 1公 万页 木文是关于国外 自动装配技术水平和发展 趋势的综 述 国外在 自动装配装置上的主要特点是部件通用化 商 品化和设备的柔性化 在配置形式和输送机构上 趋向于 型式统一 机构典型 工业机器人也越来越多的参与到自 动装配工作 中 进一步扩大白动装配的工艺范围 加强对 白动装配基础理论的研究 对自动装配经济效果进行经济 分析 控制装置的计算机化以及发展适应多品种的柔性装 配叽 线 是国外目前 的主要趋势 图5幅 气缸体刮汽门座凹肩组合机床 张柯庆 组合机 床与 自动化加工技术 195 年 第 4 期 址 加 页 文章介绍的是一 台专用机 床的结构实例 其特点是主 轴与刀具是 分离结构 刀具是由机械手从工件侧面的窗口 送进 接通从垂直方向上进给的刀杆 对设计箱体件内壁 惚端面机 床有一定参考价值 图4幅 控制柜直接开门断电的联锁机构 易健 组 合机 床与自动化加工技术 1935 年 第 4 期 加 纽页 根据 开 门断电 的要求 对组合机 床通用部件T3 3况 型电气柜进行改进 安装了直接开门断电的电 气联锁 机 构 文章介绍这种电气联锁机构的结构 图2幅 差压变送器装配机 张兴德 稼组合机床与 自动化 加工技 术 1935年 第 4 期 2 2 邓页 文 章介绍大连组合所设计 大连第二机床 厂制 造的 Z H S一200 1型装配机 用于拧紧高差压 中差压 低差压 及中差压高静压四种变送器的紧固螺栓 这种装配机对每 个螺栓均实行三极分档拧紧 不仅可用一台设备代替过去 进行初拧和终拧的多台机床方案 而且保证了装配质量 图2幅 滑台终点位置控制装置 白心素 组合机床与自 动化加工技 术 19 35 年 第 4 期 2 3页 加工中心自动换刀装置 译 王心明译 组合 机床与白动化加工技术 二9 8 5 年 第 4 期 别页 文老介绍