机械制造工艺学第五章.ppt

第五章 装配工艺过程设计,第一节 概述 装配：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。 是产品制造的最后一个阶段，产品质量最终通过装配来保证，装配质量直接影响产品的工作性能。 装配通常手工完成，装配时可发现零件在制造过程中所存在的问题。,机器装配基本作业,装配单元：任何机器或产品都是由零件和部件组成，为便于生产组织，将机器划分为多个可独立装配的部分。 零件是组成机器的最小单元。一般是先将零件组装成套件、组件、部件，然后再装到机器上。直接装到机器上的零件并不多。 装配的一般过程： 零件套件（合件）组件（总成）部件机器,一、装配的基本概念,套件：在基准件上，装一个或若干个零件形成永久性连接，称套装，是最小装配单元。 组件：在基准件上，装上若干个套件和零件而形成组合体，称组装。,部件：在基准件上，装上若干个组件、套件和零件而形成的组合体（具有一定的功用），称部装 机器：在一个基准件上，装上若干个部件、组件、套件和零件而形成的整台机器，把零件和部件装配成最终产品的过程称总装.,二、装配工艺系统图,在制订装配工艺规程的过程中，表明产品零部件间相互关系及装配流程的示意图称为装配工艺系统图。 每个零件用一个方框表示，包含零件名称、图号和数量等信息。 装配时从基准件开始，沿水平线自左向右进行。通常将零件画在上方，套件、组件和部件画在下方。排列次序表示装配顺序。主要用于大批大量生产。,基准零件,机器,第二节 装配工艺规程的制订,作用：装配工艺规程是指导装配生产的重要技术文件，也是生产技术准备工作的主要内容之一。 装配工艺规程对保证装配质量、提高装配效率、缩短生产周期、减轻工人劳动强度和降低生产成本有直接影响。 主要内容： 1）分析装配图、划分装配单元、确定装配方法 2）拟定装配顺序，划分装配工序 3）计算装配工时； 4）确定各工序的装配技术要求，质量检验方法和检查工具； 5）确定输送方法和所需要的设备和工具。 6）选择和设计装配中所需的工具、夹具和专用装备。,一、制订装配工艺规程的基本原则及原始资料,1、基本原则 1）保证产品装配质量，延长产品使用寿命； 2）合理安排装配顺序，减少钳工的劳动量，缩短装配周期； 3）减少占地面积，提高单位面积的生产率 4）尽量降低装配生产成本 2、原始资料 1）产品装配图和产品验收标准（及与甲方签订的技术协议） ； 包括总装图和部件装配图等 2）产品的生产纲领 生产纲领不同,生产类型不同,装配的组织形式、工艺方法不同 3）现有生产条件 包括工厂装配设备，装配技术水平、车间面积，起重能力。,二、制订装配工艺规程的步骤,1、分析产品的装配图和产品验收技术条件 审核产品图样的完整性、正确性，分析产品的结构工艺性，审核装配技术要求和验收标准。 2、确定装配方法和组织方式； 装配方法与组织形式取决于产品的结构特点和生产纲领，应考虑现有生产条件和设备； 装配组织方式分固定式和移动式 固定式装配在一个固定的工作地完成，多用于单件小批生产或重量大、体积大的批量生产中。 移动式装配是用传送带或小车按装配顺序从一个装配工作地移到下一个装配工作地完成产品的装配工作；,3、划分装配单元，确定装配顺序； 先将产品划分为套件、组件和部件等装配单元，每级装配单元都要选定装配的基准件。 装配基准件应是产品的基体或主干零部件。 安排装配顺序的一般原则是：先难后易、先内后外、先下后上、先大后小，预处理工序在前。,移动式装配分：连续移动、间歇移动和变节奏移动。多用于大批大量生产。,车床床身装配简图,4、划分装配工序 主要工作如下： 1）确定工序集中和分散的程度； 2）划分装配工序，确定装配内容； 3）确定各工序所需要的设备和工具，如需专用设备(力矩扳手,预应力扳手) ，要提出设计任务书。 4）制定装配操作规范，如过盈配合的压入力，装配温度，螺钉的拧紧力矩。 5）制定各工序装配质量要求和检验方法； 6）确定工时定额，平衡工序节拍。,5、编制装配工艺文件 单件小批生产，通常只绘制装配系统图； 成批生产，还要求制定部件和总装的装配工艺卡，写明装配次序和工序内容，设备名称和工时定额等。 大批大量生产 ，不仅要制定装配工艺卡，而且要制定装配工序卡，直接指导操作人员进行装配。,第三节 装配结构的装配工艺性,产品装配工艺性直接影响产品的装配周期，所耗费的劳动量，成本的高低以及机器的使用性能。 装配工艺性好，是指在装配过程中，不用修配和机械加工、劳动量少，装配时间短。 一、产品结构应能分解成独立的装配单元 为缩短装配周期，需将产品分成若干个独立的装配单元，以便平行作业，这是评价装配结构的重要指标。 如汽车，分为发动机、变速箱、车架、驾驶室、车门等 如机床，分主轴箱、进给箱、刀架、尾座和床身等。 部件装配后，独立进行检验和试车，合格后再进入总装。,划分独立装配单元的优点如下： 1）可平行进行装配作业 2）各部件可以独立进行调整和试车 3）有利于产品升级换代 4）有利于机器的维护和检修，重型机器便于包装和运输.,二、减少装配时的修配和机加工作量,产品装配时，难免要对某些零件进行修配，这些工作多数由手工操作完成，不仅要求技术水平高，而且难以事先确定工作量，因此设计时要尽量减少修配工作量。 为减少修配工作量，尽量减少不必要的配合面，,用调整装配法代替修配法,装配时尽量减少机械加工，否则影响装配工作的连续性,三、机器的结构应便于装配和拆卸,应考虑扳手的工作空间,第四节 装配尺寸链,产品质量：由零件的设计质量、加工质量和装配质量共同保证. 正确规定机器的装配精度要求是产品设计中的重要环节。 由于部件、总成是由零件装配而成，而零件在加工中存在误差，把含误差的零件组合在一起形成累积误差，因此零件的精度是影响装配精度的最主要因素。 装配尺寸链是确定装配精度和零件制造精度关系的工具。,一、装配精度,1、装配精度的内容 1）相互位置精度 指相关零件间的距离精度和相互位置精度 如齿轮轴的中心距、平行度、垂直度及同轴度等 2）相对运动精度 零部件之间在运动方向和相对运动速度上的精度。 如溜板在导轨上的移动精度，与主轴的平行度， 齿轮加工时主轴的转速度和工作台的转速关系。 3）相互配合精度 指配合表面的配合质量和接触质量 配合质量指配合间隙或过盈量， 接触质量指接触面积的大小和接触点的分布，如齿轮,2、装配精度与零件精度的关系,装配精度直接由相关零件的制造精度来保证。 如卧式车床中，为满足尾座移动与溜板移动的平行度要求，只需保证床身上的导轨AB面平行即可。,对某些装配精度要求高的项目，或者组成部件的零件数目很多，装配精度如果完全由有关零件的加工精度来保证，则对各零件的加工精度要求很高，甚至无法加工。因此在生产中常采用一定的工艺措施来保证最终装配要求。,二、装配尺寸链的建立,一、装配尺寸链的概念 装配尺寸链：在机器的装配关系中，由有关零件的尺寸或者相互位置组成的尺寸链。 组成：组成环、封闭环 封闭环：是要保证的装配精度和技术要求.它不是一个零件或部件上的尺寸，而是不同零部件表面或轴线之间的相互位置尺寸，是装配后形成的。 组成环：对装配精度要求发生直接影响的那些零部件的尺寸和位置关系，都是组成环。 组成环也分增环和减环.,二、装配尺寸链的分类,根据各组成环的特点,装配尺寸链分为： 直线尺寸链：由长度尺寸组成,各尺寸环彼此平行。 角度尺寸链：由角度、平行度、垂直度组成。 平面尺寸链：由成角度关系布置的长度尺寸组成，各尺寸环在同一平面内或平行平面内。 空间尺寸链：由位于三维空间的尺寸环组成的尺寸链。,三、装配尺寸链的查找方法,1、装配尺寸链建立步骤 1）确定封闭环：封闭环就是装配技术要求，装配后形成的。 2）查组成环： 方法一：以封闭环两端的零件为起点，沿装配精度要求的位置方向，以装配基准为联系线索，分别查装配关系中影响装配要求的有关零件，直至同一基准零件，甚至同一基准面。 方法二：从封闭环的一端开始依次查找直到封闭环的另一端，也可以从共同的基准零件或基准面开始分别查到封闭环的两端。 不管采用那种方法，关键是要正确分析那些零件的哪些尺寸、技术要求、对所分析的装配要求有直接影响。 3）作尺寸链图，确定增减环性质。,2、查找装配尺寸链应注意的问题,1）简化装配尺寸 机械产品结构复杂，影响装配精度的因素很多，在查找时，在保证装配精度的前提下，对影响较小的因素，可以进行适当的简化。,2）装配尺寸链最短路线原则,在装配精度要求既定的情况下，组成环数目越少，则每个组成环所分配的公差就越大，零件加工越容易，越经济，所以在产品结构设计中尽可能使影响装配精度的零件数减至最少。 尺寸链中，每一个有关零部件只有一个尺寸作为组成环列入尺寸链中，即一件一环。这就要求连接两个装配基准面间的尺寸应直接标注在零件图上。 组成环数目等于有关零件的数目，这就是装配尺寸链最短原则。,3）装配尺寸链的方向性,同一装配结构中，不同位置方向都有装配精度要求时，应按不同方向建立装配尺寸链。如蜗杆传动副结构,应在三个方向建立装配装配尺寸链 四、装配尺寸链的计算方法 正计算,反计算 正计算：已知组成环求封闭环。即已知产品装配图和全部零件图，用以验算组成环的公差和基本尺寸及偏差是否正确，是否能满足装配精度要求。 反计算：已知封闭环求组成环，用于产品设计阶段，即根据装配精度指标确定组成环公差、基本尺寸、偏差，然后标注在零件设计图纸上。 反向计算分配封闭环的公差有三条原则：等公差分配、等公差等级分配、按具体情况分配。,第五节 保证装配精度的装配工艺方法,选择装配方法，其实质就是在满足装配精度要求的前提下，选择经济合理的解尺寸链方法。 保证装配精度的工艺方法有：互换法、分组装配法、修配法与调整法。分别适用于不同的场合。 一、互换装配法 按互换程度的不同分为完全互换法与大多数互换法。 1 、完全互换法 在全部产品中，装配时各组成环零件不需任何选择、修配、调整就能保证规定装配技术要求。其实质就是控制零件加工误差保证装配精度的一种方法。,完全互换法的特点 1）零件可完全互换，装配质量稳定； 2）装配过程简单，生产率高； 3）容易实现零部件的专业化生产，便流水作业； 4）有利于产品维护和零件部件更换 5）零件加工要求较高，不一定按经济加工精度制造； 6）可用于各种生产类型。,完全互换法，是按极值法计算装配尺寸链。 为保证装配精度，各组成环的公差之和应小于等于封闭环的公差。 对于直线尺寸链组成环传递系数等于1 进行反向计算时，先按等公差原则确定各组成环的平均公差，再根据尺寸大小和加工的难易程度进行调整。平均分配封闭环的公差可能不合理，需作调整。,1）组成环公差调整原则,如果尺寸大、加工困难则给较大公差；反之给较小公差； 如果组成环为标准件上的尺寸，则按标准规定； 尺寸相近加工方法类似，可取相等的公差值； 表面粗糙度要求高的尺寸取较小的公差值； 几个尺寸链中的公共环，公差由要求最严的尺寸链确定。 尺寸相差较大取相同等级公差（即等精度法，所有组成环按同一精度制造）。 调整各组成环的公差后，应保证各组成环的公差之和小于等于封闭环的公差。,2）选择协调环 由于封闭环的公差是装配要求所确定的既定值，当大多数组成环公差取为标准公差后，可能有一个组成环的公差不能取标准公差。这个组成环在尺寸链中起协调作用，称作协调环，其公差通过计算求得。 协调环选择原则如下： 选择不需用定尺寸刀具加工、用光滑极限量规检验的尺寸作协调环。 将难于加工的尺寸从宽取公差值，取一容易加工的尺寸作协调环；或将容易加工的尺寸从严取公差值，选难于加工的尺寸作协调环。 不能选择标准件或多个尺寸链中的公共环作为协调环。,3）确定组成环的偏差,标准件的公差带位置按标准规定； 配合尺寸的公差带位置按配合性质查有关标准； 一般尺寸应按入体原则确定极限偏差。即对包容面取下偏差为零；对被包容面取上偏差为零； 台阶类长度尺寸的公差位置，在无具体要求的前题下，一般按入体原则标注。 中心距类尺寸按对称公差标注； 协调环的公差带按尺寸链计算公式计算所得的上下偏差结果标注。,【解】,【例1】,，,3）确定各组成环的偏差：取A5为协调环。A4为标准尺寸，公差带位置确定：,除协调环以外各组成环公差按入体标注：,计算协调环偏差： EI5 = - 0.12 , ES5 = - 0.1 最后可确定：,2、大多数互换法（也称不完全互换法）,完全互换法虽然计算简单，但是对组成环的公差要求严格，是考虑零件在极端情况下也能装配合格。 零件按统计公差公式所规定的公差进行加工，装配时不需任何选择、修配和调整，就能保证绝大多数机器满足规定的装配技术要求，这种装配方法称大多数互换法，也称不完全互换法。其实质是尺寸链的概率解法，与完全互换法相比，零件公差放大了，因而了降低加工难度。 但这样处理会使部分产品装配后超出规定的装配精度要求。,进行反向计算时，先按等公差原则确定各组成环的平均公差，再根据尺寸大小和加工的难易程度进行调整。 对于线性尺寸链,大多数互换法的特点：,零件虽不一定按经济加工精度制造，但零件所规定的公差比完全互换法的公差大，有利于零件的加工。 装配过程简单、但装配后有少数不合格品。 适用于大批大量生产、组成环数目较多，而装配精度要求较高的场合。,【解】,取k=1.4，将T1 、T2 、T4 、 T5 及T0 值代入，可求出：T3 = 0.135,于是有：,除协调环外各组成环公差入体标注：,A4 为标准尺寸，公差确定：T4 = 0.05 A1、A2、A5 公差取经济公差：T1 = 0.1, T2 = T5 = 0.025, 确定各组成环的公差, 确定各组成环的偏差,取A5为协调环。A4为标准尺寸，公差带位置确定：,计算协调环的偏差：由公式，得到：A5M = 4.93,由：,二、选择装配法,选择装配法是将尺寸链各组成环的公差放大到经济可行的程度（即各零件按经济加工精度制造），装配时选择合适的零件进行配对，以保证装配精度要求。 选择装配法有三种：直接选配法，分组选配法和复合选配法。 1、直接选配法 工人在装配时，直接从重多待装配的零件中选择合适的零件进行组装，保证装配精度要求。 优点：可获得很高的装配精度 缺点：工人凭经验进行，装配精度取决于工人的技术水平。装配效率不高，不适合于大批大量生产和流水线装配。可能出现“剩余零件”。,活塞与活塞销在冷态装配时，要求有0.00250.0075的过盈量。若活塞销孔与活塞销直径的基本尺寸为25，加工经济公差为0.01。采用分组选配法进行装配，试确定活塞销孔与活塞销直径分组数目和分组尺寸。,2、分组选配法,将组成环公差按完全互换法求得后，放大若干倍，使之达到经济公差的数值。然后，按此数值加工零件，再将加工所得的零件按尺寸大小分成若干组（分组数与公差放大倍数相等）。最后，将对应组的零件装配起来。 零件加工要求不高，但可获得很高的装配精度。,【例3】,活塞与活塞销组件图,【解】,1）建立装配尺寸链 如图所示。,3）确定各尺寸：若活塞销直径尺寸定为： ，将其分为 4组，解如图所示尺寸链，可求得活塞销孔与之对应的分组尺寸如下：,组 号 1 2 3 4 活塞销直径 活塞销孔直径,2）确定分组数：平均公差为0.0025， 经济公差为0.01，可确定分组数为4。,分组装配法满足以下条件： 1、配合零件的公差应相等，公差增大的方向要同向，增大的倍数为分组数。 2、最好使相配件的的尺寸分布具有完全相同的对称分布曲线。 3、相配件的表面粗糙度和形位公差必须保持为原设计要求，不能随尺寸公差放大而放大。 4、分组数不宜太多，尺寸公差放大到经济加工精度就可以了，否则会增大测量、分组和保管的工作量。,分组装配法的特点： 1）零件按经济加工精度制造，加工要求不高，但可获得很高的装配精度； 2）同组零件可以互换； 3）增加了零件测量、分组和保管的工作量； 4）一般应用于大批大量生产组成环数目少（2-3）而装配精度要求高的场合。,3、复合选配法 复合选配法是分组选配法和直接选配法的复合。零件加工后先测量分组，然后在各对应组内进行选配。 特点：相配件的公差可以不相等。装配速度快、质量高、能满足一定的生产节拍要求。如：气缸与活塞的装配。 上述完全互换法、大多数互换法和分组法装配，零件都能互换，适用于大批大量生产。,三、修配装配法,在单件小批生产中，如果组成环数目多而装配精度要求又很高时，应采用修配法。 修配法是指各零件按经济加工精度制造，并指定一零件作修配件，在其上预留加工余量，装配时用手工括、研等方法修去多余的加工余量，使之保证装配技术要求。在装配尺寸链中，修配件对应的尺寸环为修配环，又称补偿环 修配法不能互换。,选择的补偿环应满足以下要求：,1、选择装拆方便、结构简单、容易修配的零件作补偿环，如果用括研修配，括研面积应小。 2、不能选择公共环作补偿环，即选择只与本项装配精度有关而与其它装配精度无关的零件作修配件。 3、合理确定修配件的尺寸和公差，既要保证足够的修配量，又要不使修配的工作量太大 修配法的特点 1、零件的加工精度不高，但可获得很高的装配精度； 2、增加了修配工作量，生产效率低； 3、对工人的技术水平要求较高； 4、一般用于单件小批生产、组成环数目多而装配精度要求又很高的场合。,车床主轴孔轴线与尾座套筒锥孔轴线等高误差要求为00.06，且只允许尾座套筒锥孔轴线高。为简化计算，略去各相关零件轴线同轴度误差，得到一个只有A1、A2、A3三个组成环的简化尺寸链，如图所示。,【例4】,【解】,1）选择修配环 本例中修刮尾座底板最为方便，故选A2作修配环。,若已知A1、A2、A3的基本尺寸分别为202、46和156。用修配法装配，试确定A1、A2、A3的偏差。,用A00表示修配前封闭环实际尺寸。本例中，修配环修配后封闭环变小，故A00的最小值应与A0的最小值相等。按直线尺寸链极值算法公式，可导出：,2）确定各组成环公差及除修配环外的各组成环公差带位置,3）确定修配环公差带的位置,将已知数值代入，可求出：A2min = 46.1, 得到：,如果要求尾座底板装配时最小刮研量为0.15。则可最后确定底板厚度为： 此时，最大刮研量为：Zmax = A00max - A0max = 0.39,A1和A3两尺寸均采用镗模加工，经济公差为0.1，按对称原则标注，有： A1 = 2020.05 , A3 = 1560.05 A2采用精刨加工，经济公差也为0.1。,3、修配方法 1）单件修配法 选定某一零件作修配件，装配时用去除金属的方法改变其尺寸，满足装配精度要求； 2）合并加工法 将两个或更多个零件合并在一起进行加工，合并加工的零件可看作是一个组成环。多用于单件小批生产。 3）自身加工修配法 用机床本身加工零件表面，可达到很高的装配精度。 如在车床上对卡盘进行加工、在刨床上对工作台进行加工，在平面磨床上对工作台面进行磨削加工等。 为避免手工修配的特点，应尽可能采用机械加工的方法代替手工修配，如用精磨代刮、精刨代刮等。,四、调整装配法,各零件按经济加工精度制造，装配时调整其中一个零件的位置或更换一个不同尺寸的零件（垫片或套简等），补偿装配时的累积误差，达到装配要求，前者称为可动调整法；后者称为固定调整法。 调整法与修配法的实质是相同的。各零件均按经济加工精度制造，并选择一个组成环作调整环；都是补偿因组成环公差扩大而产生的累积误差，以满足装配精度要求。 方法不同：修配法是去除补偿环的金属层，调整法是改变零件的位置或更换不同的零件。,1、固定调整法,根据累积误差的大小更换不同尺寸的调整件。常用的调整件有：轴套，垫片和垫圈。 需要解决三个问题； 1）确定调整范围 2）确定调整件的分组数 3）确定每组调整件的尺寸。 例；5-6,2、可动调整法,该装配方法是调整其中一个零件的位置来保证装配精度。,调整法的特点： 1）零件加工精度不高，但可以获得很高的装配精度，用可动调整法时，可随时调整因磨损、热变形引起的装配误差。 2）因需要增加调整件或调整机构而增加了零件数目，增加了制造费用。 3）装配精度在一定程度上依赖于工人的技术水平。 4）可动调整法可用于各种类型的生产，而固定调整法主要用于大批大量生产。,第六节 机器装配的自动化,生产中，装配工作量占产品生产的工作量20%左右，有些产品高达70%，由于装配过程的复杂性和多样性，装配大多数是用手工完成的。 对于大量生产，手工装配的劳动量很大、生产效率不高，因此迫切要求装配自动化。,机器装配自动化的基本内容,装配过程的储运系统自动化 包括零、部件及产品出入库、运输和储存 ； 设备：立体仓库、堆垛机、自动导航车、搬运机器人等 。 装配作业自动化 包括：装配过程中零件定向和定位自动化；零件装配动作的自动化；检验及选配自动化；产品的清洗、油漆、涂油和包装自动化等 。 装配过程信息流自动化 指装配过程中的各种信息数据的收集、处理和传送自动化包括：市场预测和订货要求与生产计划间信息数据的汇集、处理和传送自动化；管理信息流自动化；自动装配系统信息流自动化。,自动装配系统形式,同步传送与非同步传送,柔性装配系统（FAS）,模块积木式 FAS,以装配机器人为主体的可编程序FAS,零件送进系统组成,零件自动送进系统,擒纵机构与分配装置示例,零件自动送进系统,自动装配作业的基本形式,关键如何保证轴孔配合,轴孔类零件自动装配,螺纹联接件的自动装配,自动拧紧螺钉装置 1料管口 2隔料器 3导管 4直导管,a） b） c） 螺钉拧入的过程,连杆螺母自动拧紧工作原理 1推料杆；2输料槽；3卡簧；4钢球；5主轴； 6连杆盖；7连杆体；8连杆螺栓；9、10螺母,当连杆盖6合装在连杆体上，并从上面装入螺栓8后，从输料槽2送来的螺母，由推料杆1送入主轴5的内六角孔中，并用卡簧3及钢球4档住螺母。然后主轴5边旋转边上升，将螺母逐个拧在螺栓8上。,第七节 机器的虚拟装配,一、虚拟现实与虚拟装配 1、虚拟现实（VR） 是用计算机、多媒体和网络技术等高科技手段来构建虚拟环境，使参与者获得与现实世界相同的感觉。 2、虚拟制造（VM） 是以虚拟现实技术、计算机仿真技术、分布式计算理论、制造系统、加工过程建模、产品数据库管理技术等理论基础，研究如何在计算机网络环境与虚拟现实环境下，利用制造系统各层次及各环节的数学模型，完成制造系统各环节的计算与仿真的科学。 3、虚拟装配（VA） 在虚拟现实的环境下，对计算机数学模型进行装配关系分析。 虚拟装配技术现已在生产中应用。,