滚针轴承自动装配机的设计论文.docx

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滚针轴承自动装配机的设计论文

前言…………………………………………………………………………3

第1章绪论…………………………………………………………………………4

1.1自动装配与柔性装配技术的发展概况……………………………………4

1.1.1装配自动化在现代制造业中的重要性……………………………4

1.1.2实现装配自动化的途径…………………………………………5

1.2自动装配结构工艺性的意义…………………………………………7

1.2.1便于自动装料……………………………………………………7

1.2.2利于零件自动传递………………………………………………8

1.2.3利于自动装配作业………………………………………………8

1.3自动装配工艺设计的一般要求…………………………………………9

1.3.1自动装配工艺的节拍……………………………………………9

1.3.2避免或减少装配基础件的位置变动……………………………9

1.3.3合理选择装配基面………………………………………………10

1.3.4对装配表面进行分类……………………………………………10

1.3.5装配零件的自动定向……………………………………………10

1.3.6装配自动化程度的确定…………………………………………10

1.3.7提高装配自动化水平的技术措施………………………………11

1.4选择装配对象及自动化装配过程的准备……………………………12

1.4.1确定装配自动化的必要条件……………………………………12

1.4.2装配单元作为装配对象…………………………………………13

1.4.3实现装配自动化的目的…………………………………………13

1.4.4实现自动化装配要解决的基本问题……………………………14

1.5机械制造装备的设计方法………………………………………………14

1.5.1产品的划分阶段…………………………………………………14

1.5.2方案设计阶段……………………………………………………15

1.5.3技术设计阶段……………………………………………………16

第2章设计的主要参数及基本思想………………………………………18

2.1课题要求…………………………………………………………………18

2.2基本思想………………………………………………………………18

第3章装针机的总体设计…………………………………………………19

3.1确定传动方案……………………………………………………………19

3.2选择电动机的类型与结构……………………………………………20

3.3选择电动机的功率（容量）………………………………………………20

3.4轴的设计……………………………………………………………21

第4章机构设计……………………………………………………………31

4.1轴承碗下料机构设计方案选择…………………………………………31

4.2针排序机构设计方案选择………………………………………………34

4.3装针机构设计方案选择…………………………………………………36

4.4机构分析…………………………………………………………………37

4.4.1轴承碗的排序机构……………………………………………………37

4.4.2针的排序机构………………………………………………………….38

4.4.3自动装针机构…………………………………………………………38

结论…………………………………………………………………………40

致谢…………………………………………………………………………41

参考文献…………………………………………………………………………42

前言

随着现代科技的发展，现代制造技术的不断发展，为社会生产力带来了巨大飞跃。

自80年代柔性制造系统（复名数）进入实用阶段以来，目前世界上大约有1500条CIMS，FMS及更多的FMC在运行，它使机械加工的面貌发生了质的变化。

零件制造，金属成型，切削加工等日益综合化，并随着柔性制造技术，计算机辅助技术和信息技术的发展，当今世界机械制造业将进入全面自动化时代。

早在1956年，日本在《经济白皮书》中提出的对策是“通过大规模的设备投资来提高生产率，加强国际竞争能力”，这与美国当时实行的“风险投资”政策是一致的。

实践证明，风险投资是促进高新技术和新兴产业发展的有效途径，带来的是整个产业体系，质量水平的提高和经济效益的大幅度增长。

1993年，德国FraunHofer制造工程和自动化研究所H.J.WARNECKE在“来自工业界100个FMS项目的信息”中强调指出：

“今天对人的投资决定明天的回报”。

人是决定性因素，无论是设计人员还是现场技术人员的能力和水平都是实施先进制造技术是否有效的前提。

80年代末，由美国国防工业系统提出的一种新兴的制造概念和生产哲理---并行工程，其思想就是在产品设计阶段就集中研制产品各环节的有关人员对产品的性能和进程的设计同时做出评估，即使改进设计，得到共同满意的结果，并对下游各技术环节同时做出准备和操作，达到各项技术设计和制造一次成功。

这样既保证了设计和制造质量，又大大缩短了产品研制和开发周期，成为当前国内外制造界和技术界研究和实施的热门话题。

我毕业设计的题目是“滚针轴承自动装配机”，主要是利用机器完成自动装配。

由机器自动完成装配内容，减少人工操作部分。

从而获得更稳定的产品质量。

滚针轴承的自动装配主要是轴承碗，针的选料排序。

合理的选择两者有利于装配过程的顺利进行，自动装配机通过一个电动机，利用皮带传动使得转速在各级之间递减，达到一个节拍，从而使得针和轴承碗能同时到达安装位置完成安装。

由于时间仓促和知识水平有限，论文中的错误和不足在所难免，请各位老师给予批评指正。

第1章绪论

1.1自动装配与柔性装配技术的发展概况[11]

1.1.1装配自动化在现代制造业中的重要性

现代制造技术的不断发展，为社会生产力带来了巨大飞跃。

自80年代柔性制造系统（复名数）进入实用阶段以来，目前世界上大约有1500条CIMS，FMS及更多的FMC在运行，它使机械加工的面貌发生了质的变化。

零件制造，金属成型，切削加工等日益综合化，并随着柔性制造技术，计算机辅助技术和信息技术的发展，当今世界机械制造业将进入全盘自动化时代。

然而，由于加工技术超前于装配技术许多年，两者已经形成了明显的反差，装配工艺已经成为现代化生产的薄弱环节，现代制造技术的发展使传统的手工装配工艺面临着严峻的挑战。

装配自动化（assemblyautomation）在于提高生产效率，降低成本，保证产品质量，特别是减轻或取代特殊条件下的人工装配活动。

实现装配自动化是生产过程自动化或工厂自动化（FA）的重要标志，也是系统工程学在机械制造领域里实施的重要内容。

由于装配大多数是人工操作的劳动密集型过程，生产率在很大程度上取决于装配过程对人的依赖性，它是人工执行某一具体操作所花费时间的函数，其劳动量在产品制造总劳动量中占有相当高的比例。

同时，随着献技制造技术的应用，制造零件劳动量的下降速度比装配劳动量下降速度快得多，如果没有新的举措，该比值还会提高，即使是发达国家某些部门从事装配的工人人数也要占工人总数的50%~60%。

据有关资料统计分析，一些典型产品的装配时间占总生产时间的53%左右，如果所有的装配都是人工控制的，则生产率指数可能降低到40%左右，而随着装配自动化水平的提高，生产效率可上升到85%~97%。

但目前产品装配的平均自动化水平仅占10%~15%，因而装配对产品的原始成本影响重大，已经成为昂贵的生产过程。

所以，装配自动化是制造工业中需要解决的关键技术。

装配是一项复杂的生产过程，人工操作在装配中作为一个生产元素的出现，已经不能与当前的社会经济条件相适应。

因为人为既不能保证工作的一致性和稳定性，有不具备判断准确，灵巧，并赋以较大作用力的这些特性。

另外，从市场经济的现实出发，人工操作与产品功能可靠，质量一致性好，价格合理的要求也极不相适应。

自动装配技术与柔性装配技术是研究取代依赖人工技巧和判断力进行各种复杂操作的系统工程，是应用现代科学理论实现装配过程自动化的应用科学。

特别是对于适应中小批量生产，高质量，高效率，高柔性的智能装配系统的研究与开发，对适应自动装配的新产品设计途径，对未来工业发展有着特殊的重要意义。

自动装配水平的高低，已经成为衡量一个国家科技水平的重要标志之一。

目前，一些发达国家及早地将注意力转向自动装配技术，并取得了卓越的成果，一些产品，部件的装配过程逐渐摆脱了人工操作，柔性装配系统（FAS）已经成为CIMS的一个重要环节。

我国对自动装配技术的研究起步较晚，近年来有一定的发展，陆续自行设计，建立和引进了一些半自动，自动装配线及装配工序半自动装置。

但国内设计的半自动和自动装配线的自动化精度不高，装配速度和生产效率亦较低，所以自动装配技术在我国有很大的开发和应用潜力，装配自动化将成为生产过程全盘自动化的下一个战略目标。

自动装配技术的重要性还在于促进产品制造系统的整体优化，生产率得以全面提高，用少量工人服务于一定数量的自动装配设备，在一定程度上提高均衡生产水平。

自动装配不会因为工人疲劳，疏忽，情绪，技术不熟练等因素影响而造成产品质量缺陷或不稳定。

实践表明，当达到一定批量的自动化装配将会使成本下降。

同时，在许多情况下，装配自动化所占用的生产面积比手工装配完成同样生产任务的工作面积要小的多。

装配工艺自动化可改善装配环境，保障生产安全。

在电子工业，宇航工业，化学工业，兵器工业，核工业，海洋开发等行业中，有些装配操作需要洁净空气，惰性气体，真空等等特殊环境；有些作业人类难以接近，有些作业有易燃，易爆的危险。

因此，从工人劳动保护方面考虑，发展自动化装配尤为重要，也是满足社会，市场及技术发展过程中产品不断更新的需要。

1.1.2实现装配自动化的途径

（1）借鉴先进技术加大开发力度

研究和开发自动装配技术与柔性装配技术，大幅度提高装配质量和装配效率，是制造业的一项重要任务。

首先，在产品设计阶段充分考虑装配自动化问题是非常重要的，因为自动装配系统的最大柔性主要来自被制造零件族的合理设计。

工业发达国家已经广泛推行便于装配的设计准则（designforassembly）,其主要包含两个方面重要内容：

一是尽量减少产品中的单个零件的数量；二是改善产品零件的结构工艺性。

基于该准则的计算机辅助产品设计软件也已开发成功。

目前，这些国家便于装配的产品结构在设计人员头脑中所占的地位已不亚于便于数控加工的产品结构。

实践证明，提高装配效率，降低装配成本，实现装配自动化方面所做的最大工作量首先应是改进产品设计，所需要解决的基本理论分析和实验研究的问题有：

1）研究自动装配产品结构的工艺性；

2）研究并设计自动装配的工艺过程；

3）设计制造自动装配设备或装配机器人；

此外，还应对合理配合间隙或过盈量的确定及控制方法，装配生产的组织与管理等进行研究，开发新的装配工艺和技术。

从国外自动装配技术的发展过程来看，首先是在大批量生产的企业里，从小型简单的装配机械化开始，逐渐发展到能实现自动装配的装配机和连续自动装配的装配线，后来发展到对大型产品的自动装配，最早阶段研制的装配系统都具有一定的专用性。

柔性装配是自动装配技术发展方向，采用柔性装配不仅可以提高生产率，降低成本，保证产品质量一致性，更重要的是能提高适应多品种小批量的产品应变能力。

FAS的选用率，复杂程度和它的发展是随时间而变化的，在一定历史阶段的发展水平受财力和技术水平的限制。

当前，对我们较突出的问题是该技术的设备投资比较高，并缺乏这方面的技术人才。

（2）尽快实现自动装配设备与FAS的国产化

我国已经建立了装配机器人研究中心，并取得了很大的进展。

我们应该根据我过国情加大开发自动装配技术的力度，在引进外来技术的基础上实现自动装配设备的国产化，逐步形成系列型谱并使其模块化，通用化。

同时，要组成一只专业科技队伍，专门从事自动装配技术的开发研制，用高技术起点的自动化设备来装备企业，以改变装配技术落后的局面。

早在1956年，日本在《经济白皮书》中提出的对策是“通过大规模的设备投资来提高生产率，加强国际竞争能力”，这与美国当时实行的“风险投资”政策是一致的。

实践证明，风险投资是促进高新技术和新兴产业发展的有效途径，带来的是整个产业体系，质量水平的提高和经济效益的大幅度增长。

1993年，德国FraunHofer制造工程和自动化研究所H。

J。

WARNECKE在“来自工业界100个FMS项目的信息”中强调指出：

“今天对人的投资决定明天的回报”。

人是决定性因素，无论是设计人员还是现场技术人员的能力和水平都是实施先进制造技术是否有效的前提。

80年代末，由美国国防工业系统提出的一种新兴的制造概念和生产哲理---并行工程，其思想就是在产品设计阶段就集中研制产品各环节的有关人员对产品的性能和进程的设计同时做出评估，即使改进设计，得到共同满意的结果，并对下游各技术环节同时做出准备和操作，达到各项技术设计和制造一次成功。

这样既保证了设计和制造质量，又大大缩短了产品研制和开发周期，成为当前国内外制造界和技术界研究和实施的热门话题。

有些产品不适应自动装配的原因，并不在于自动装配技术本身，而是由于产品结构设计的不合理。

对于自动装配，产品结构工艺性具有特殊意义。

因为在许多情况下，产品结构工艺性不仅决定了自动装配的有效程度，而且也决定了自动装配的可行性和经济上的合理性。

在不影响使用性能和制造成本的前提下，产品结构的合理改进，往往可以极大地降低自动装配的难度和成本。

今后，我们在新产品的研制开发中，也必须贯彻执行装配自动化的设计准则。

不断提高便于自动装配的产品结构在设计人员头脑中的地位，把产品设计和自动装配的理论与实践协调一致作为新产品的设计方法。

否则，在不同的范围和时间内很容易导致失败。

即使采用各种装配机器人和先进的控制设备，也不能补偿装配过程的低效率。

自动装配过程必须保证系统的可靠性，导致不成功的另一个原因往往取决于组成FAS的各种元件和子系统的有限寿命，因而，研制阶段必须进行充分的工艺试验，对易停工的部位设置多余度系统，使装配过程自动化形式和范围更趋合理。

在当前生产技术水平下，还应根据我国国情注意研究和开发自动化程度不一的各种装配方法，如对某些产品，研究利用机器人，刚性的自动化装配设备与人工结合等装配方法，而不能盲目追求全盘自动化，这样有利于提供最佳经济效果。

装配机器人是未来柔性自动化装配的重要工具，将成为世界上继汽车，计算机之后的第三大产业，因此，集中优势跟踪这方面高技术的发展非常必要。

大力发展廉价的装配机器人，是今后相当长的一个时期内发展我国机器人的基本国策。

1.2自动装配结构工艺性的意义[1]

任何产品的研制都是从该产品的功能为特点入手的，而每种产品的设计与装配工艺都有特殊的内在联系。

所以必须把自动装配工艺要求作为产品设计的重要指标，从装配工艺反向要求设计产品，这是产品获得成功的诀窍。

在自动装配条件下，零件的结构工艺性应从以下三个方面考虑。

1.2.1便于自动装料

自动装料包括零件的上料，定向，输送，分离等过程的自动化。

为使零件有利于自动供料，产品的零件结构应符合以下各项要求：

（1）零件的几何形状力求对称，便于定向处理；

（2）如果零件由于产品本身结构要求不能对称，则应使其不对称程度按其物理和几何特征合理扩大，以便于自动定向。

如重量，外形，尺寸等的不对称性；

（3）使零件的一端做成圆弧面，易于导向；

（4）某些零件自动供料时，必须防止镶嵌在一起。

如有通槽的零件，宜将槽的位置错开；具有相同内外锥度表面时，应使内外锥度不等，防止套入卡住；

（5）装配零件的结构形式应便于在输料槽中输送。

1.2.2利于零件自动传递

装配基础件和辅助装配基础件的自动传送，是指装配工位之间的传送。

其具体要求如下：

（1）为使易于实现自动传送，零件除具有装配基准面以外，还需要考虑装夹基准面，供传送装置的装夹或支承；

（2）零部件的结构应带有加工的面和孔，加工传送中定位；

（3）零件外形应简单，规则，尺寸小，重量轻。

1.2.3利于自动装配作业

（1）零件的尺寸公差及表面及格特征应保证按完全互换的方法进行装配；

（2）零件数量尽可能少，用现代制造技术，可加工更复杂的零件，从而可减少装配件数量。

同时应减少紧固件的数量。

（3）尽量采用适应自动装配条件的联接方式，如减少螺纹联接用粘接，过盈联接，焊接等联接方式代替；

（4）零件上尽可能采用定位凸缘，以减少自动装配中的测量工作，如将过盈配合的光轴用阶梯轴代替等；

（5）基础件设计应留有适应自动装配的操作位置，必须留有足够的自由空间；

（6）零件的材料若为易碎材料，宜用塑料代替；

（7）零件装配表面增加辅助面，使其容易定位；

（8）最大限度地采用标准件不仅可以减少机械加工，而且可以加大装配工艺的重复性；

（9）避免使用易缠住或易套在一起的零件结构，不得已时，应设计可靠的定向隔离装置；

（10）产品的结构应能以最简单的运动把零件安装到基准零件上去，最合理的结构是能使零件按同一个方向安装到基础件上去，因而在装配时没有必要改变基础件的方向，装配方向宜采用垂线方向，尽量减少横向装配；

（11）如果装配时配合的表面不能成功地用作基准，则在这些表面的相对位置必须给出公差，且在此公差条件下基准误差对配合表面的位置影响最小。

综上所述，装配自动化包括零件自动供料，自动传送和自动装配三个方面内容，三者是紧密联系的。

为获得较好的技术经济效果，首先要确定合理的目标，经济上可行，技术上先进。

在此基础上，根据零件的结构工艺性，合理地确定供料，传递和装配作业的自动化程度。

1.3自动装配工艺设计的一般要求[3]

自动装配工艺要比人工装配工艺设计复杂得多，例如，几何形状复杂的装配件的定向问题，凭借人工操作很容易解决，可是在自动装配中可能成为难以解决的问题。

又如，按照已装入件的配合间隙，通过手工测量，修配或选择响应厚度的垫片装入，即能符合装配要求，这是传统的人工装配工艺的方法。

在自动装配中，就需要配备自动检测装置和储料器，根据自动检测结果，驱动执行机构，从储存不同厚度的各种垫片中取出厚度合适的垫片再进行自动装入。

由以上列举的情况可知，自动装配的工艺设计要比人工装配的工艺设计复杂得多。

为使自动装配工艺设计先进可靠，经济合理，在设计中应注意如下几个问题。

1.3.1自动装配工艺的节拍

自动装配设备中，多公位刚性传动系统多采用同步方式，故有多个装配工位同时进行装配作业。

为使各工位工作协调，并提高装配工位和生产场地的效率，必然要求各工位同时开始和同时结束。

因此，要求装配工作节拍同步。

对装配工作周期较长的工序，可分散几个装配工位，这样可以平衡各个装配工位上的工作时间，使各个装配工位的工作节拍相等，而对非同步装配系统则无严格要求。

1.3.2避免或减少装配基础件的位置变动

自动装配过程是将装配件按规定顺序和方向装到装配基础件上。

通常，装配基础件需要在传送装置上自动传送，并要求在每个装配工位上准确定位。

因此，应尽量减少装配基础件在自动装配过程中的位置变动，如翻身，转位，升降等动作尽量最少，以避免重新定位。

由此要求合理设计自动装配工艺，减少装配基础件的位置变动。

1.3.3合理选择装配基准面

合理选择装配基准面，才能保证装配定位精度，装配基准面通常是精加工面或者是面积大的配合面，同时应考虑装配夹具所必需的装夹面和导向面。

1.3.4对装配表面进行分类

为提高装配自动化程度，就必须对装配件进行分类。

多数装配件是一些形状比较规则，容易分类分组的零件，按几何特性零件可分为轴类，套类，平板类和小杂件四类，每类根据尺寸比例又分为长件，短件，匀称件三组，每组零件又分为四类稳定状态。

因此，共有48中状态。

经过分类分组后，采用相应的料斗装置即可实现多数装配件的自动供料。

1.3.5装配零件的自动定向

对于形状比较规则的多数装配件可以实现自动供料和自动定向，还有少数关键件和复杂件往往不能实现自动供料和自动定向，并且往往成为自动装配失败的一个原因。

这类少数形状复杂的装配件为实现自动定向，一般可参照以下方法：

（1）概率法零件自由落下时呈各种位置，将其送到分类口，分类口按零件的几何形状设计，凡能通过分类口的零件即能定向排列。

（2）极化法利用零件的形状和重量明显的差异性，达到定向排列。

（3）测定法根据零件的形状，装化为电气的，气动的或者机械的量，由此确定排列位置。

对于自动定向十分困难的关键件和复杂件，为不使自动定向机构过分复杂，及防止动作失误，则宜采用手工定向或逐个装入，这样，在技术经济上可能更合理。

1.3.6装配自动化程度的确定

装配自动化程度的确定是一项十分重要的设计原则，需要根据工艺的成熟程度和实际经济效益确定，具体如下：

（1）在螺纹联接工序中，由于多轴工作头对螺纹孔位置偏差的限制较严，又往往要求检测和控制拧紧力矩，至使自动装配机构十分复杂，因此，用单轴工作头较多，而且检测拧紧力矩多用手工操作。

（2）形状规则，对称而数量多的装配件易于实现自动装料，故其供料自动化程度较高，复杂件和关键件往往不易实现自动定向，所以自动化程度较低。

（3）装配零件送入储料器的动作以及装配完成后卸下产品或部件的动作，常按较低的自动化程度考虑。

（4）装配质量检测和不合格件的调整，剔除等项工作的自动化程度宜较低，或可用手工操作，一面自动检测工作头的机构过分复杂。

（5）品种单一的装配线，起自动化程度常较高，多品种则较低，但在装配工作头的标准化，通用化程度日益提高的基础上，多品种装配的自动化程度可以提高。

（6）对于不甚成熟的工艺，除采用半自动化外，需要考虑手动的可能性；对于采用自动或半自动装配而实际经济效益不显著的工艺宜同时采用人工监视或手工操作。

（7）在自动装配线上对下列各项装配工作一般应优先达到较高的自动化程度：

a.装配基础件的工序间传送，包括升降，摆转，翻身等改变位置的传送在内；

b.装配夹具的传送，定位和返回；

c.形状规则，而又数量多的装配件的供料和传送；

d.清洗作业，平衡作业，过盈联接作业，密封检测等工序。

1.3.7提高装配自动化水平的技术措施

为使所设计的自动化装配线不断提高水平，在重要的装配工艺及其装置和供料，传送，检测等方面都要予以考虑，提高水平措施主要有以下几个方面：

（1）自动装配线日益趋向机构典型化，型式统一，部件通用，仅需要更换湖调整少量装配工作头和装配夹具，即可适应系列产品或多品种产品组织轮番装配，扩大和提高装配线的通用化程度。

（2）由小型产品面向大中型产品发展，由单一的装配工序自动化向综合自动化发展，形成由装配件上线到成品下线的综合制造系统，即将加工，检测等工序与装配工序结合起来，采用通用性强而又易于调整的程序控制装置进行全线控制，实现更大规模的自动化生产。

（3）向自动化程度较高的数控装配机或装配中心发展，通过装配工位实现数控化和具有自动更换工具的机能，能同时适应自动装入，压合，拧螺纹等，如此即可使多品种的自动装配线适应系列产品装配的需要，或为多品种成批生产产品实现装配自动化提供条件，

（4）扩大和推广应用非同步式自动装配线，充分利用其可调整性，使得复杂的装配工序在应用了自动装配的同时，可少量采用手工装配，两者实现“柔性”联接，扩大装配线的通用程度。

（5）采用电子计算机控制装配线，带有存储系统和可调性，促使两者实现“柔性”联接，扩大装配线的通用程度。

例如，自动装配车轮螺柱在轮壳上的位置与车轮上螺纹孔位置的自动对准，都是电子计算机控制的电视摄像机加以识别和确定的。

（6）应用具有触觉和视觉的智能装配机器人。

这种装配机器人上的配置传感器，能适应装配件传