第2章　自动化装配技术基础

2.1　自动化装配的工作流程

（1）机器自动化装配与人工装配对比

机器自动化装配在很大程度上模仿了人工装配的方式。下面以一个最简单的装配工序——螺钉连接装配为例，说明人工操作及机器自动化操作的过程。

①人工装配操作过程

a.取料过程。操作者将需要连接的两个或多个零件、螺钉由人工方式分别从周围放置零件的容器中取出。

b.装配过程。将需要连接的零件及螺钉放入待装配的位置（通常都设计有供零件定位的定位夹具），左手将工件按紧，然后右手用工具（如手动螺丝刀）转动螺钉将螺钉拧紧。在手工装配流水线上，工人通常用右手握紧电动螺丝刀或气动螺丝刀，在批头压紧螺钉的同时按下开关，由工具自动拧紧螺钉。

c.卸料过程。将连接好的零件从定位夹具中取下，放入周围专门的容器或位置，完成一个操作循环。

在上述操作过程中，操作者靠的是双手、眼睛及辅助装配工具（定位夹具、手动螺丝刀、电动或气动螺丝刀）。当螺钉尺寸很小时，人工从螺钉盒的大堆螺钉中拿取一个螺钉是非常费力的。为了提高人工装配的效率，可以采用一种微型螺钉自动送料器，它能够将微小的螺钉自动排列后通过一个输料槽送出，装配时工人用气动螺丝刀的批头在输料槽的末端自动吸取一个螺钉后再装配，这样就使装配更快捷、更省力，这其中就已经包含了部分自动化的功能。

②机器自动化装配过程

a.送料过程。在螺钉自动化装配连接工序中，需要连接的工件及螺钉通常都采用自动送料装置。由于螺钉的质量较小，能够方便地采用一种称为振盘的自动送料装置进行自动输送，只要在振盘输料槽出口用一根透明塑料连接到气动螺丝刀的批头部位即可，同时在振盘的出口设置一次只放行一只螺钉的分料机构。每次只放行一个螺钉，这样螺钉就会在重力作用下通过透明塑料管自动滑落到批头部位。其他需要连接的工件如果尺寸及质量较小，例如冲压件、五金件，通常也可以采用振盘将工件分别自动输送到装配定位夹具中。如果零件的质量较大难以采用振盘送料时，可以考虑采用其他送料方式（例如机械手）将工件送入装配位置或定位夹具中。

图2-1　螺钉自动装配过程

1—透明塑料管；2—螺钉；3—气动螺丝刀刀头；4—螺钉供料器

b.装配过程。采用振盘或机械手将待连接的工件移送到定位夹具上后，定位夹具具有对工件进行准确定位的功能，必要时还设置夹紧机构对工件自动进行夹紧。螺钉自动送料及气动螺丝刀旋入螺钉的过程如图2-1所示。螺钉的自动装配过程完全模仿人工操作的方法，螺钉的旋入方法也是采用自上而下的装配方向，装配的工具通常也是采用气动螺丝刀。螺钉2通过透明塑料管1自动滑下，滑落到螺钉供料器4的末端后被阻挡机构挡住，然后气缸驱动气动螺丝刀向下运动，气动螺丝刀的刀头3将螺钉从螺钉供料器4中推出并压紧到工件的螺纹孔口，然后批头自动旋转，将螺钉旋入到工件的螺纹孔中，最后气缸驱动气动螺丝刀向上运动，返回到初始位置，准备下一个循环。与人工装配一样，气动螺丝刀的旋紧力矩是可以调节控制的。

c.卸料过程。完成螺钉连接的工件需要从定位夹具中卸下，以便进行下一个工作循环，在人工装配操作中通过人工直接将完成装配的工件取出放入附件的中转箱中。在自动化装配中则采用专门的卸料机构，对于质量较轻的零件一般采用简单的气动机构，直接将工件从装配位置推出，工件通过倾斜的料道滑落到中转箱中，质量较大的工件则可以通过机械手将其从定位夹具中取下，放入中转箱中或输送线上。

③人工操作与机器自动化操作的共同特征　机器自动化装配过程与人工装配过程有许多相似之处，它们都包括以下几个基本步骤：上料、定位、装配、卸料。与人工装配过程相比，在机器自动化装配过程中，工件的上料、定位、夹紧、装配、卸料都尽可能采用自动机构来完成，而且更多地考虑了以下几个环节：如何快速及自动地上料、卸料；如何对工件快速定位与夹紧；如何快速、精确地装配；通过传感器与控制系统使上述各个动作按固定的程序进行循环运行。

（2）自动化装配的典型工作流程

①输送与自动上料　输送与自动上料操作就是在具体的工艺操作之前，将需要被工序操作的对象（零件、部件、半成品）从其他地方移送到进行工序操作的位置。上述被工序操作的对象通常统称为工件，进行工序操作的位置通常都有相应的定位夹具对工件进行准确的定位。输送通常用于自动化生产线，组成自动化生产线的各种专机按一定的工艺流程各自完成特定的工序操作，工件必须在各台专机之间顺序流动，一台专机完成工序操作后要将半成品自动传送到下一台相邻的专机进行新的工序操作。

②分隔与换向　分隔与换向属于一种辅助操作。通常一个工作循环只装配一套工件，而在工件各自的输送装置中工件经常是连续排列的，为了实现每次只放行一个工件到装配位置，需要将连续排列的工件进行分隔，因此经常需要分料机构，例如采用振盘自动送料的螺钉就需要这样处理。换向也是在某些情况下需要的辅助操作，某些换向动作是在工序操作之前进行，某些则在工序操作之后进行，而某些情况下则与工序操作同时进行。例如：当在同一台专机上需要对工件的多个方向重复进行工序操作时，就需要每完成一处操作后通过定位夹具对工件进行一次换向。当需要在工件圆周方向进行连续工序操作时，就需要边进行工序操作边通过定位夹具对工件进行连续回转，例如回转类工件沿圆周方向的环缝焊接就需要这样处理。

③定位与夹紧　为了使工件在每一次工序操作过程中都具有确定的、准确的位置，保证操作的精度，实际上通常都是将工件最后移送到定位夹具内实现对工件的定位，定位夹具可以保证每次操作时工件位置的一致性。在某些工序操作过程中可能产生一定的附加力作用在工件上，这种附加力有可能改变工件的位置和状态，所以在工序操作之前必须对工件进行自动夹紧，保证工件在固定状态下进行操作。因此在很多情况下都需要在定位夹具附近设计专门的自动夹紧机构，在工序操作之前先对工件进行可靠的夹紧。

④工序操作　工序操作是完成自动化专机的核心功能，前面提到的所有辅助环节都是为工序操作进行的准备工作，都是为具体的工序操作服务而设计的。工序操作的内容非常广泛，仅装配的工艺方法就有许多，例如螺钉螺母连接、焊接、铆接、粘接、弹性连接等。这些工序操作都是采用特定的工艺方法、工具、材料，每一种类型的工艺操作也对应着一种特定的结构模块。

⑤卸料　完成工序操作后，必须将完成工序操作后的工件移出定位夹具，以便进行下一个工作循环。卸料的方法多种多样，例如在一些小型工件的装配中，经常采用气缸将完成工序操作后的工件推入一个倾斜的滑槽，让工件在重力的作用下滑落。对于一些不允许相互碰撞的工件经常采用机械手将工件取下。还有一些工序操作直接在输送线上进行，通过输送线直接将工件往前输送。