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機(jī)械裝配過程自動(dòng)化
裝配是整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的一個(gè)主要組成部分,也是機(jī)械制造過程的最后環(huán)節(jié)。裝配對(duì)產(chǎn)品的成本和生產(chǎn)效率有著重要影響,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(jī)械制造工程的一項(xiàng)重要任務(wù)。相對(duì)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(xiàn)代生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)。因此,實(shí)現(xiàn)裝配過程的自動(dòng)化越來越成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中迫切需要解決的一個(gè)重要問題。
1 裝配自動(dòng)化在現(xiàn)代制造業(yè)中的重要性
裝配過程是機(jī)械制造過程中必不可少的環(huán)節(jié)。人工操作的裝配是一個(gè)勞動(dòng)密集型的過程,生產(chǎn)率是工人執(zhí)行某一具體操作所花費(fèi)時(shí)間的函數(shù),其勞動(dòng)量在產(chǎn)品制造總勞動(dòng)量中占有相當(dāng)高的比例。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)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(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)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(fèi)最多的生產(chǎn)過程,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(dāng)前機(jī)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(duì)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)裝配過程一般在流水線上進(jìn)行,采用各種機(jī)械化裝置來完成勞動(dòng)量最大和最繁重的工作,大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)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(wěn)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,人類難以進(jìn)人或非常危險(xiǎn),只有自動(dòng)化裝配才能保障生產(chǎn)安全。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,在機(jī)械制造業(yè),CNC,FMC,FMS的出現(xiàn)逐步取代了傳統(tǒng)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(duì)加工對(duì)象的靈活性。如果只有加工技術(shù)的現(xiàn)代化,沒有裝配技術(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(yīng)用范圍
所謂裝配,就是通過搬送、聯(lián)接、調(diào)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(xiàn)代化生產(chǎn)中廣泛地使用裝配機(jī)械,因而裝配機(jī)械特別是自動(dòng)化裝配機(jī)械得到空前的發(fā)展。
裝配機(jī)械是一種特殊的機(jī)械,它區(qū)別于通常用于加工的各種機(jī)床。裝配機(jī)械是為特定的產(chǎn)品而設(shè)計(jì)制造的,具有較高的開發(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(jī)械只是為大批量生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的。自動(dòng)化的裝配系統(tǒng)用于中小批量生產(chǎn)還是近幾年的事。這種裝配系統(tǒng)一般都由可以自由編程的機(jī)器人作為裝配機(jī)械。除了機(jī)器人以外,其他部分也要能夠改裝和調(diào)整。此外,還要有具有柔性的外圍設(shè)備。例如零件倉儲(chǔ),可調(diào)的輸送設(shè)備,聯(lián)接工具庫、抓鉗及它們的更換系統(tǒng)。柔性是一種系統(tǒng)的特性,使這種系統(tǒng)能夠適應(yīng)生產(chǎn)的變化。對(duì)于裝配系統(tǒng)來說,就是要在同一套設(shè)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(tǒng)的效率不如高度專用化的裝配機(jī)械。往復(fù)式裝配機(jī)械可以達(dá)到每分鐘10~60拍(大多數(shù)的節(jié)拍時(shí)間為2.5~4s。);轉(zhuǎn)盤式裝配機(jī)械最高可以達(dá)到每分鐘 2000拍。當(dāng)然,所裝配的產(chǎn)品很簡(jiǎn)單,例如鏈條等;所執(zhí)行的裝配動(dòng)作也很簡(jiǎn)單,例如鉚接、充填等。
對(duì)于大批量生產(chǎn)(年產(chǎn)量100萬件以上)來說,專用的裝配機(jī)械是合算的。工件長(zhǎng)度可以大于100mm,質(zhì)量可以超過50g。典型的裝配對(duì)象如電器產(chǎn)品、開關(guān)、鐘表、圓珠筆、打印機(jī)墨盒、剃須刀、刷子等,它們需要各種不同的裝配過程。
從創(chuàng)造產(chǎn)品價(jià)值的角度來考慮,裝配過程可以按時(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(shè)計(jì)裝配方案必須盡可能壓縮這部分時(shí)間。
自動(dòng)化裝配機(jī)械,尤其是經(jīng)濟(jì)的和具有一定柔性的自動(dòng)化裝配機(jī)械,被稱為高技術(shù)產(chǎn)品。按其不同的結(jié)構(gòu)方式常被稱為“柔性特種機(jī)械”或“柔性節(jié)拍通道”。圓形回轉(zhuǎn)臺(tái)式自動(dòng)化裝配機(jī)由于其較高的運(yùn)轉(zhuǎn)速度和可控的加速度而備受青睞。環(huán)臺(tái)式裝配機(jī)械,無論是環(huán)內(nèi)操作還是環(huán)外操作或二者兼?zhèn)涞慕Y(jié)構(gòu),都是很實(shí)用的結(jié)構(gòu)方式。
現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展使得人們能夠?yàn)閺?fù)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(xiàn)實(shí)的和經(jīng)濟(jì)的。由于裝配機(jī)械比零件制造機(jī)械具有更強(qiáng)的針對(duì)性,因而裝配機(jī)械的采用更需要深思熟慮,需要做大量的準(zhǔn)備工作,不能簡(jiǎn)單片面地追求自動(dòng)化,而應(yīng)本著實(shí)用可靠而又能適應(yīng)產(chǎn)品的發(fā)展的原則,采用適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)化程度,應(yīng)用現(xiàn)代的計(jì)劃方法和控制手段。
3 機(jī)械裝配自動(dòng)化發(fā)展之路展望
3.1 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際發(fā)展機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)
先進(jìn)裝配技術(shù)的全部真諦在于應(yīng)用。發(fā)展機(jī)械自動(dòng)化技術(shù),應(yīng)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(dǎo)向。只有對(duì)合適的產(chǎn)品采用與之相適應(yīng)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(jì)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。我國發(fā)展機(jī)械自動(dòng)化技術(shù),應(yīng)結(jié)合實(shí)際,注重實(shí)用,即對(duì)國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生實(shí)際效益。
3.2 發(fā)展投資少、見效快的低成本自動(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,見效快,提高自動(dòng)化程度,可以收到事半功倍的經(jīng)濟(jì)效果,適合我國現(xiàn)階段的發(fā)展需要和國情。我國機(jī)械裝配業(yè)各企業(yè)有大量的通用設(shè)備,在發(fā)展現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)時(shí),若以原有的設(shè)備為主,合理調(diào)整機(jī)床布局,添加少量的數(shù)控設(shè)備,引入CAD/CAM技術(shù),就能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)自動(dòng)化管理的優(yōu)勢(shì)和人的創(chuàng)造性,共同構(gòu)成一個(gè)以人為中心、以信息自動(dòng)化為先導(dǎo)、樹立自主的單元化生產(chǎn)系統(tǒng),為我國機(jī)械裝配業(yè)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用提供了一條投資少、見效快、效益高、符合我國國情的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用新途徑。
3.3 注重配套發(fā)展機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)
現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械裝配中的應(yīng)用就是在控制理論的指導(dǎo)下,對(duì)生產(chǎn)的物流和人的作用進(jìn)行綜合的研究,涉及到機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)等。發(fā)展機(jī)械自動(dòng)化技術(shù),必須主要地關(guān)注電子學(xué)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、零件檢測(cè)和機(jī)床裝料自動(dòng)化,廣泛采用程序數(shù)控機(jī)床,以及研制高效的和可靠的自動(dòng)化生產(chǎn)線、計(jì)算機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)的信息系統(tǒng)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)等。發(fā)展應(yīng)用機(jī)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(yīng)用項(xiàng)目的基礎(chǔ)工作和從實(shí)際出發(fā)的推廣應(yīng)用工作,既要發(fā)展主機(jī),也要配套發(fā)展自動(dòng)化元件及控制系統(tǒng)�？删幊炭刂破�、微處理機(jī)、各種傳感器、新型刀具、控制系統(tǒng)及系統(tǒng)軟件、電子計(jì)算機(jī)等,這些都將是今后機(jī)械自動(dòng)化的主要技術(shù)基礎(chǔ)。
結(jié)束語
裝配是一項(xiàng)復(fù)雜的生產(chǎn)過程,人工操作已經(jīng)不能與當(dāng)前的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件相適應(yīng),因?yàn)槿斯げ僮骷炔荒鼙ＷC工作的一致性和穩(wěn)定性.又不具備準(zhǔn)確判斷、靈巧操作,并賦以較大作用力的特性。
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