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對于機械裝配過(guò)程自動(dòng)化淺析
裝配是整個(gè)生產(chǎn)系統的一個(gè)主要組成部分,也是機械制造過(guò)程的最后環(huán)節。裝配對產(chǎn)品的成本和生產(chǎn)效率有著(zhù)重要影響,研究和發(fā)展新的裝配技術(shù),大幅度提高裝配質(zhì)量和裝配生產(chǎn)效率是機械制造工程的一項重要任務(wù)。相對于加工技術(shù)而言,裝配技術(shù)落后許多年,裝配工藝已成為現代生產(chǎn)的薄弱環(huán)節。因此,實(shí)現裝配過(guò)程的自動(dòng)化越來(lái)越成為現代工業(yè)生產(chǎn)中迫切需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。
1 裝配自動(dòng)化在現代制造業(yè)中的重要性
裝配過(guò)程是機械制造過(guò)程中必不可少的環(huán)節。人工操作的裝配是一個(gè)勞動(dòng)密集型的過(guò)程,生產(chǎn)率是工人執行某一具體操作所花費時(shí)間的函數,其勞動(dòng)量在產(chǎn)品制造總勞動(dòng)量中占有相當高的比例。隨著(zhù)先進(jìn)制造技術(shù)的應用,制造零件勞動(dòng)量的下降速度比裝配勞動(dòng)量下降速度快得多,如果仍舊采用人工裝配的方式,該比值還會(huì )提高。據有關(guān)資料統計分析,一些典型產(chǎn)品的裝配時(shí)間占總生產(chǎn)時(shí)間的53%左右,是花費最多的生產(chǎn)過(guò)程,因此提高裝配效率是制造工業(yè)中急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
自動(dòng)化裝配具備如下優(yōu)點(diǎn)。
1.1 裝配效率高,產(chǎn)品生產(chǎn)成本下降。尤其是在當前機械加工自動(dòng)化程度不斷得到提高的情況下,裝配效率的提高對產(chǎn)品生產(chǎn)效率的提高具有更加重要的意義。
1.2 自動(dòng)裝配過(guò)程一般在流水線(xiàn)上進(jìn)行,采用各種機械化裝置來(lái)完成勞動(dòng)量最大和最繁重的工作,大大降低了工人的勞動(dòng)強度。
1.3 不會(huì )因工人疲勞、疏忽、情緒、技術(shù)不熟練等因素的影響而造成產(chǎn)品質(zhì)量缺陷或不穩定。
1.4 自動(dòng)化裝配所占用的生產(chǎn)面積比手工裝配完成同樣生產(chǎn)任務(wù)的工作面積要小得多。
1.5 在電子、化學(xué)、宇航、國防等行業(yè)中,許多裝配操作需要特殊環(huán)境,人類(lèi)難以進(jìn)人或非常危險,只有自動(dòng)化裝配才能保障生產(chǎn)安全。
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,在機械制造業(yè),CNC,FMC,FMS的出現逐步取代了傳統的制造技術(shù),它們不僅具備高度自動(dòng)化的加工能力,而且具有對加工對象的靈活性。如果只有加工技術(shù)的現代化,沒(méi)有裝配技術(shù)的自動(dòng)化,FMS就成了自動(dòng)化孤島。裝配自動(dòng)化的意義還在于它是CIMS的重要組成部分。
2 裝配自動(dòng)化的任務(wù)及應用范圍
所謂裝配,就是通過(guò)搬送、聯(lián)接、調整、檢查等操作把具有一定幾何形狀的物體組合到一起。
在裝配階段,整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)階段的工藝的和組織的因素都匯集到一起了。由于在現代化生產(chǎn)中廣泛地使用裝配機械,因而裝配機械特別是自動(dòng)化裝配機械得到空前的發(fā)展。
裝配機械是一種特殊的機械,它區別于通常用于加工的各種機床。裝配機械是為特定的產(chǎn)品而設計制造的,具有較高的開(kāi)發(fā)成本,而在使用中只有很少或完全不具有柔性。所以最初的裝配機械只是為大批量生產(chǎn)而設計的。自動(dòng)化的裝配系統用于中小批量生產(chǎn)還是近幾年的事。這種裝配系統一般都由可以自由編程的機器人作為裝配機械。除了機器人以外,其他部分也要能夠改裝和調整。此外,還要有具有柔性的外圍設備。例如零件倉儲,可調的輸送設備,聯(lián)接工具庫、抓鉗及它們的更換系統。柔性是一種系統的特性,使這種系統能夠適應生產(chǎn)的變化。對于裝配系統來(lái)說(shuō),就是要在同一套設備上同時(shí)或者先后裝配不同的產(chǎn)品(產(chǎn)品柔性)。柔性裝配系統的效率不如高度專(zhuān)用化的裝配機械。往復式裝配機械可以達到每分鐘10~60拍(大多數的節拍時(shí)間為2.5~4s。);轉盤(pán)式裝配機械最高可以達到每分鐘 2000拍。當然,所裝配的產(chǎn)品很簡(jiǎn)單,例如鏈條等;所執行的裝配動(dòng)作也很簡(jiǎn)單,例如鉚接、充填等。
對于大批量生產(chǎn)(年產(chǎn)量100萬(wàn)件以上)來(lái)說(shuō),專(zhuān)用的裝配機械是合算的。工件長(cháng)度可以大于100mm,質(zhì)量可以超過(guò)50g。典型的裝配對象如電器產(chǎn)品、開(kāi)關(guān)、鐘表、圓珠筆、打印機墨盒、剃須刀、刷子等,它們需要各種不同的裝配過(guò)程。
從創(chuàng )造產(chǎn)品價(jià)值的角度來(lái)考慮,裝配過(guò)程可以按時(shí)間分為兩部分:主裝配和輔裝配。聯(lián)接本身作為主裝配只占35%~55%的時(shí)間。所有其他功能,例如給料,均屬于輔裝配,設計裝配方案必須盡可能壓縮這部分時(shí)間。
自動(dòng)化裝配機械,尤其是經(jīng)濟的和具有一定柔性的自動(dòng)化裝配機械,被稱(chēng)為高技術(shù)產(chǎn)品。按其不同的結構方式常被稱(chēng)為“柔性特種機械”或“柔性節拍通道”。圓形回轉臺式自動(dòng)化裝配機由于其較高的運轉速度和可控的加速度而備受青睞。環(huán)臺式裝配機械,無(wú)論是環(huán)內操作還是環(huán)外操作或二者兼備的結構,都是很實(shí)用的結構方式。
現代技術(shù)的發(fā)展使得人們能夠為復雜的裝配功能找到解決的方法。盡管如此,全自動(dòng)化的裝配至今仍然只是在有限的范圍是現實(shí)的和經(jīng)濟的。由于裝配機械比零件制造機械具有更強的針對性,因而裝配機械的采用更需要深思熟慮,需要做大量的準備工作,不能簡(jiǎn)單片面地追求自動(dòng)化,而應本著(zhù)實(shí)用可靠而又能適應產(chǎn)品的發(fā)展的原則,采用適當的自動(dòng)化程度,應用現代的計劃方法和控制手段。
3 機械裝配自動(dòng)化發(fā)展之路展望
3.1 結合生產(chǎn)實(shí)際發(fā)展機械自動(dòng)化技術(shù)
先進(jìn)裝配技術(shù)的全部真諦在于應用。發(fā)展機械自動(dòng)化技術(shù),應以企業(yè)的生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的實(shí)際需要及具體條件為導向。只有對合適的產(chǎn)品采用與之相適應的自動(dòng)化方式進(jìn)行生產(chǎn),才能收到良好的技術(shù)經(jīng)濟效益和社會(huì )經(jīng)濟效益。我國發(fā)展機械自動(dòng)化技術(shù),應結合實(shí)際,注重實(shí)用,即對國民經(jīng)濟產(chǎn)生實(shí)際效益。
3.2 發(fā)展投資少、見(jiàn)效快的低成本自動(dòng)化技術(shù)
發(fā)展低成本自動(dòng)化技術(shù),潛力大,前景廣,投資省,見(jiàn)效快,提高自動(dòng)化程度,可以收到事半功倍的經(jīng)濟效果,適合我國現階段的發(fā)展需要和國情。我國機械裝配業(yè)各企業(yè)有大量的通用設備,在發(fā)展現代機械自動(dòng)化技術(shù)時(shí),若以原有的設備為主,合理調整機床布局,添加少量的數控設備,引入CAD/CAM技術(shù),就能充分發(fā)揮計算機自動(dòng)化管理的優(yōu)勢和人的創(chuàng )造性,共同構成一個(gè)以人為中心、以信息自動(dòng)化為先導、樹(shù)立自主的單元化生產(chǎn)系統,為我國機械裝配業(yè)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應用提供了一條投資少、見(jiàn)效快、效益高、符合我國國情的機械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應用新途徑。
3.3 注重配套發(fā)展機械自動(dòng)化技術(shù)
現代自動(dòng)化技術(shù)在機械裝配中的應用就是在控制理論的指導下,對生產(chǎn)的物流和人的作用進(jìn)行綜合的研究,涉及到機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制理論和計算機技術(shù)等。發(fā)展機械自動(dòng)化技術(shù),必須主要地關(guān)注電子學(xué)、電子計算機技術(shù)、零件檢測和機床裝料自動(dòng)化,廣泛采用程序數控機床,以及研制高效的和可靠的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)、計算機應用于生產(chǎn)的信息系統和自動(dòng)化控制系統等。發(fā)展應用機械自動(dòng)化技術(shù),要扎扎實(shí)實(shí)地抓好自動(dòng)化技術(shù)應用項目的基礎工作和從實(shí)際出發(fā)的推廣應用工作,既要發(fā)展主機,也要配套發(fā)展自動(dòng)化元件及控制系統�？删幊炭刂破�、微處理機、各種傳感器、新型刀具、控制系統及系統軟件、電子計算機等,這些都將是今后機械自動(dòng)化的主要技術(shù)基礎。
結束語(yǔ)
裝配是一項復雜的生產(chǎn)過(guò)程,人工操作已經(jīng)不能與當前的社會(huì )經(jīng)濟條件相適應,因為人工操作既不能保證工作的一致性和穩定性.又不具備準確判斷、靈巧操作,并賦以較大作用力的特性。
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