第 5 章机器装配工艺过程设计

第5章机器装配工艺过程设计 装配工艺规程制定装配尺寸链保证装配精度的装配方法自动装配本章要点

5.1 概述 Introduction to Machine Assembling 机械制造工艺学第5章机器装配 Machine Assembling

清洗连接校正、调整与配作平衡验收、试验相互位置精度相互运动精度相互配合精度套件——装配齿轮 1－基准零件 2－铆钉 3－齿轮 5.1.1 机械装配基本概念 • 机器装配机械装配是按规定的精度和技术要求，将构成机器的零件结合成套件、组件、部件和产品的过程。装配是机器制造中的后期工作，是决定产品质量的关键环节。 • 机器装配基本作业 • 机器装配精度

a）套件 b）组件套件和组件示例 5.1.1 机械装配基本概念 • 套件与组件示例

基准零件 机器机器装配系统示意图零件零件零件零件零件部件部件组件套件零件 5.1.2 装配工艺系统图 • 装配工艺系统图为了便于装配，通常将机器分成若干个独立的装配单元。图装配单元通常可划分为五个等级，即零件、套件、组件、部件和机器（见下图)

5.2 装配工艺规程制定 Process Planning for Assembling 机械制造工艺学第5章机器装配 Machine Assembling

5.2.1 装配工艺规程制定原则 • 制定装配工艺规程的原则 • 保证产品装配质量 • 选择合理的装配方法，综合考虑加工和装配的整体效益 • 合理安排装配顺序和工序，尽量减少钳工装配工作量，缩短装配周期，提高装配效率 • 尽量减少装配占地面积，提高单位面积生产率，改善劳动条件 • 注意采用和发展新工艺、新技术 • 制定装配工艺规程所需原始资料 • 产品装配图及验收标准 • 生产纲领 • 生产条件

5.2.2 制定装配工艺规程步骤 • 研究产品装配图和验收条件 • 确定装配方法和装配组织形式 • 划分装配单元将产品划分为部件、组件和套件等装配单元是制定装配工艺规程最重要的一步。装配单元的划分要便于装配，并应合理的选择装配基准件。装配基准件应是产品的基体或主干零件、部件，应有较大的体积和重量，有足够的支撑面和较多的公共结合面 • 确定装配顺序在划分装配单元并确定装配基准件以后，即可安排装配顺序。安排装配顺序的一般原则是先难后易、先内后外、先小后大、先下后上 • 划分装配工序 • 编制装配工艺文件

装配组织形式的选择与比较 生产规模装配方法与组织形式自动化程度特点生产率低，装配质量很大程度上取决于装配工人的技术水平和责任心手工（使用简单工具）装配，无专用和固定工作台位单件生产手工装配工作台位固定，备有装配夹具、模具和各种工具，可分部件装配和总装配，也可组成装配对象固定而装配工人流动的流水线有一定生产率，能满足装配质量要求，需用设备不多；工作台位之间一般不用机械化输送手工为主，部分使用工具和夹具成批生产生产率较高，对工人技术水平要求相对较低，装备费用不高；装配工艺相似的多品种流水线可采用自由节拍移动每个工人只完成一部分工作，装配对象用人工依次移动（可带随行夹具），装备按装配顺序布置成批生产轻型产品人工流水线一种或几种相似装配对象专用流水线，有周期性间歇移动和连续移动两种方式生产率高，节奏性强，待装零、部件不能脱节，装备费用较高成批或大批生产机械化传输半自动或全自动装配线，半自动装配线部分上下料和装配工作采用人工方法生产率高，质量稳定，产品变动灵活性差，装备费用昂贵大批大量生产半自动、全自动装配 5.2.2 制定装配工艺规程步骤

车床床身装配简图 8 1 1 1 1 8 4 4 4 4 右垫板左托盘右托盘前床脚后床脚螺栓垫圈螺栓垫圈螺母用水平仪检查导轨的直线度 2001 1001 1004 1002 1005 2002 2004 2003 2006 2005 垫板上涂铅油床身床身总成 1003 1 Z01 1 1 油盘总成 P01 床身部件装配系统图 5.2.2 制定装配工艺规程步骤

5.3 机器结构装配工艺性 Assembling Technological Efficiency of Machine Structure 机械制造工艺学第5章机器装配 Machine Assembling

操纵箱 箱体操纵箱光轴联轴器箱体阶梯轴快速行程轴装置两种结构比较 5.3.1 机器结构能分成独立装配单元 • 必要性 • 可以组织平行装配作业 • 部件可进行预调和试车 • 局部改进不影响整机装配 • 利于机器维护、检修、包装、运输 • 实例 • 转塔车床快速行程轴装置 • 齿轮、轴组件

山形导轨定位平导轨定位 修配法结构调整法结构配钻油孔结构无须配钻油孔结构 5.3.2 减少装配时修配与机加工 • 车床床头箱装配 • 调整代替修配 • 避免机加工

轴依次装配结构 连接方式改进 5.3.3 机器结构便于装配和拆卸 • 依次装配 • 便于装配操作

留出装配工具位置 留出装配连接件位置 5.3.3 机器结构便于装配和拆卸

机械制造工艺学 第5章机器装配 Machine Assembling 5.4 装配尺寸链 Assembling Dimensional Chain

A B 尾座对溜板移动精度保证 A－溜板导轨 B－尾座导轨尾座主轴箱尾座底板主轴与尾座套筒中心线等高结构与尺寸链床身 5.4.1 机械装配精度 • 机器装配精度内容 • 相互位置精度 • 相互运动精度 • 相互配合精度 • 装配精度与零件精度关系 • 单件自保 • 形成尺寸链

移动方向 直角尺 α0 千分表 αT αR αS αP 工作台回转台床鞍升降台卧式万能铣床工作台面对升降台垂直移动的垂直度要求 5.4.1 机械装配精度 • 机器装配精度分析影响装配精度的因素 • 零件的加工精度（装配精度常常与多个零件精度有关） • 装配方法与装配技术 • 零件间的接触质量 • 力、热、内应力引起的零件变形 • 旋转零件的不平衡

孔轴配合装配尺寸链 Ⅱ O O φ200 α0 α1 角度装配尺寸链示例 O - O — 主轴回转轴线 Ⅰ-Ⅰ — 山形导轨中线 Ⅱ-Ⅱ — 下溜板移动轨迹 0.015 α2 Ⅰ Ⅰ Ⅱ 5.4.2 装配尺寸链建立 • 装配尺寸链基本概念 • 装配尺寸链：在机器装配关系中，由相关零件尺寸或位置关系组成的尺寸链 • 封闭环：通常就是装配精度要求 • 装配尺寸链分类 • 直线尺寸链 • 角度尺寸链 • 平面尺寸链 • 空间尺寸链

过孔中心线 X1 O1 P1 P0 Y1 P2 Y2 螺孔中心线 O2 e X2 平面装配尺寸链示例 5.4.2 装配尺寸链建立

套筒锥孔轴线 套筒外圆轴线尾座孔轴线 e2 e3 箱体孔轴线主轴锥孔轴线 e1 A0 A0 A3 A3 A1 A1 A2 A2 主轴与尾座套筒中心线等高度装配尺寸链简化后 5.4.3 装配尺寸链查找方法 • 装配尺寸链查找方法取封闭环两端的零件为起点，沿装配精度要求的位置方向，以装配基准面为联系线索，分别查明装配关系中影响装配精度要求的那些有关零件，直至找到同一基准零件或同一基准表面为止。所有零件上连接两个装配基准面间的位置尺寸和位置关系，便是装配尺寸链的组成环 • 查找装配尺寸链应注意的问题 • 必要的简化

尺寸不合理标注 装配尺寸链“一件一环”原则 5.4.3 装配尺寸链查找方法 • 查找装配尺寸链应注意的问题 • “一件一环”原则（装配尺寸链路线最短原则）：组成装配尺寸链时，应使每个有关零件只有一个尺寸列人装配尺寸链。相应地将直接连接两个装配基准面间的那个位置尺寸或位置关系标注在零件图上 • 方向性：按不同方向分别建立装配尺寸链

机械制造工艺学 第5章机器装配 Machine Assembling 5.5 保证装配精度的装配方法 Assembling Methods to Assure Assembling Accuracy

常用装配方法及其适用范围 装配方法工艺特点适用范围大批量生产中零件数较少、零件可用加工经济精度制造者，或零件数较多但装配精度要求不高者 ①配合件公差之和小于/等于装配公差；②装配操作简单；便于组织流水作业和维修工作完全互换法大批量生产中零件数略多、装配精度有一定要求，零件加工公差较完全互换法可适当放宽；完全互换法适用产品的其它一些部件装配 ①配合件公差平方和的平方根小于/等于规定的装配公差；②装配操作简单，便于流水作业；③会出现极少数超差件大数互换法 ①零件按尺寸分组，将对应尺寸组零件装配在一起；②零件误差较完全互换法可以大数倍适用于大批量生产中零件数少、装配精度要求较高又不便采用其它调整装置的场合分组选配法预留修配量的零件，在装配过程中通过手工修配或机械加工，达到装配精度用于单件小批生产中装配精度要求高的场合修配法动调整法多用于对装配间隙要求较高并可以设置调整机构的场合；静调整法多用于大批量生产中零件数较多、装配精度要求较高的场合装配过程中调整零件之间的相互位置，或选用尺寸分级的调整件，以保证装配精度调节法 5.5.1 达到装配精度的装配方法

5.5.2 互换装配法 • 装配尺寸链的完全互换法 • 采用极值算法计算装配尺寸链 • 封闭环公差的分配 1）当组成环是标准尺寸时（如轴承宽度，挡圈的厚度等），其公差大小和分布位置为确定值 2）某一组成环是不同装配尺寸链公共环时，其公差大小和位置根据对其精度要求最严的那个尺寸链确定 3）在确定各待定组成环公差大小时，可根据具体情况选用不同的公差分配方法，如等公差法、等精度法或按实际加工可能性分配法（难加工、难测量尺寸公差取大值）等 4）各组成环公差带位置按入体原则标注，但要保留一环作“协调环”，协调环公差带的位置由装配尺寸链确定。协调环通常选易于制造并可用通用量具测量的尺寸

图示齿轮部件，齿轮空套在轴上，要求齿轮与挡圈的轴向间隙为0.1～0.35。已知各零件有关的基本尺寸为：A1 = 30 , A2 = 5 , A3 = 43, （标准件），A5 = 5 。用完全互换法装配，试确定各组成环的偏差。【例】 A5 A0 A2 A1 A4 A3 齿轮与轴部件装配 5.5.2 互换装配法，，【解】 1）建立装配尺寸链（图示） 2）确定各组成环的公差：按等公差法计算，各组成环公差为： T1 = T2 = T3 = T4 = T5 = （0.35-0.1）/ 5 = 0.05 考虑加工难易程度，进行适当调整（A4公差不变），得到： T4 = 0.05, T1 = 0.06 , T3 = 0.1 , T2 = T5 = 0.02

A5 A0 A2 A1 A4 A3 齿轮与轴部件装配 5.5.2 互换装配法 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：计算中间偏差得到：EI5 = - 0.12 , ES5 = - 0.1 最后可确定：

置信水平p与相对分布系数m p％ 99.73 99.5 99 98 95 90 m 1 1.06 1.16 1.29 1.52 1.82 5.5.2 互换装配法 • 装配尺寸链的大数互换法 • 采用概率算法计算装配尺寸链 • 封闭环公差分配原则同完全互换法等公差分配组成环平均公差计算公式：大数互换法以一定置信水平为依据。通常封闭环趋近正态分布，取置信水平p＝99.73％，装配不合格品率为0.27%。在某些生产条件下，要求适当放大组成环公差时，可取较低的p值，此时有：式中m为相对分布系数。P与m相应数值可查下表

A5 A0 A2 A1 A4 A3 齿轮与轴部件装配尺寸链同前例，用大数互换法计算【例】由概率法公差计算公式，有：取A5为协调环。A4为标准尺寸，公差带位置确定：除协调环外各组成环公差入体标注：于是有： 5.5.2 互换装配法 ◆ 确定各组成环的公差【解】 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 取k=1.4，将T1、T2、T4、 T5及T0值代入，可求出：T3 = 0.135 ◆ 确定各组成环的偏差计算协调环的偏差：由概率法平均尺寸公式，得到：A5M = 4.93

活塞与活塞销在冷态装配时，要求有0.0025～0.0075的过盈量。若活塞销孔与活塞销直径的基本尺寸为28，加工经济公差为0.01。现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。活塞与活塞销在冷态装配时，要求有0.0025～0.0075的过盈量。若活塞销孔与活塞销直径的基本尺寸为28，加工经济公差为0.01。现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。【例】活塞与活塞销组件图 5.5.3 选择装配法 • 选配法三种形式 • 直接选配法 • 分组选配法 • 复合选配法 • 装配尺寸链的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。

3）确定各尺寸：若活塞销直径尺寸定为： ，将其分为 4 组，解图示尺寸链，可求得活塞销孔与之对应的分组尺寸如下： A1（活塞销直径） A2（销孔直径） A0 活塞销与活塞销孔装配尺寸链组号 1 2 3 4 活塞销直径活塞销孔直径 5.5.3 选择装配法【解】 1）建立装配尺寸链如图示 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

φ28 销孔对应组零件数量不等 5.5.3 选择装配法 • 分组装配法注意问题 • 配合件的公差相等，公差增大方向相同，增大倍数等于分组数 • 配合件的形状精度和相互位置精度及表面粗糙度，不能随尺寸公差放大而放大，应与分组公差相适应 • 分组数不宜过多，否则就会因零件测量、分类、保管工作量的增加造成生产组织工作复杂化。 • 制造零件时，应尽可能使各对应组零件的数量相等，满足配套要求，否则会造成某些尺寸零件的积压浪费现象。

A0 A3 A1 A2 车床主轴中心线与尾座套筒中心线等高装配尺寸链 5.5.4 修配装配法 • 装配尺寸链的修配法采用修配法时，装配尺寸链中各尺寸均按经济公差制造，但留出一个尺寸做修配环。通常选容易修配加工，且对其它尺寸链没有影响的尺寸作修配环。车床主轴孔轴线与尾座套筒锥孔轴线等高误差要求为0～0.06，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】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。【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。

A0 A3 A1 A2 将已知数值代入，可求出：A2min = 46.1, 于是可得到：若要求尾座底板装配时必须刮研，且最小刮研量为0.15。则可最后确定底板厚度为： 5.5.4 修配装配法 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 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 = 202±0.05 , A3 = 156±0.05 A2采用精刨加工，经济公差也为0.1。 3）确定修配环公差带的位置用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：此时，可能出现的最大刮研量为：Zmax = A00max - A0max = 0.39

A0 A3 A1 A0 A2 A1 A23 合并修配法 5.5.4 修配装配法 • 修配方法 • 单件修配法——选择某一固定的零件作为修配件（即补偿环），装配时对该零件进行补充加工来改变其尺寸，以保证装配精度的要求。 • 合并修配法——将两个或更多的零件合并在一起后再进行加工修配，合并后的尺寸可以视为一个组成环，这就减少了装配尺寸链环数，并减少了修配量。上例中，将尾座和底板配合面配刮后装配成一体，再精镗套筒孔。此时，直接获得尾座套筒孔轴线至底板底面的距离A23，由此构成新的装配尺寸链，组成环数减少为两个，这是装配尺寸链最短路线原则一个应用。 • 自身加工修配法——在机床制造中，有一些装配要求，总装时用自身加工自己的方法，来满足装配精度比较方便。例如，牛头刨床总装时，自刨工作台面

a） b） c）可动调节法示例 1 — 调节套筒 2 — 调节螺钉 3 — 楔条 4 — 调节螺钉 5 — 丝杠螺母 6 —丝杠 5.5.5 调整装配法 • 调节法与修配法相似，尺寸链各组成环按经济精度加工，由此引起的封闭环超差，通过调节某一零件的位置或对某一组成环（调节环）的更换来补偿。 • 常用的调节法有三种：可动调节法，固定调节法和误差抵消调节法 • 可动调节法

图示部件中，齿轮轴向间隙要求0.05～0.15。若A1和A2基本尺寸分别为50和45，按加工经济精度确定A1和A2的公差分别为0.15和0.1。试确定调节垫片AK的厚度。 将“空位”尺寸AS视为中间变量，可将此尺寸链分解为两个尺寸链，如图b、c所示。【解】 A2 AS A1 由尺寸链b，可求出： b） A0 AK AS A0 A2 AK c） A1 a）固定调节法示例 5.5.5 调整装配法 • 固定调节法通过更换不同尺寸的调节件来达到装配精度。采用固定调节法的关键是确定调节件的分级和各级调节件的尺寸大小。【例】尺寸链c中，A0是封闭环。为使A0获得规定公差，将空位尺寸分成若干级，每一级空位尺寸的公差小于或等于轴向间隙（封闭环）公差与调节垫片厚度（组成环）公差之差

级号 1 2 3 4 空位尺寸调节垫片厚度 6.2.2 装配尺寸链由此可确定出分级数n：式中 TS、T0、TK分别为空位尺寸、封闭环尺寸、调节垫片厚度公差本例中：T0 = 0.1, TS = 0.25, 并假定 TK = 0.03，代入上式得到：n≥3.6 取 n = 4，将空位尺寸适当分级后解尺寸链，可确定调节件各级尺寸 • 在批量大、精度高的装配中，调节件的分级级数可能很多，不便于管理。此时，可采用一定厚度的垫片与不同厚度的薄金属片组合的方法，构成不同尺寸，使调节工作更加方便。

e3 X X e e1 e1 e2 e2 e3 Y Y 主轴装配误差补偿 e1 ——锥孔偏移量引起测量点偏移 e2 ——前轴承偏移量引起测量点偏移 e3 ——后轴承偏移量引起测量点偏移 6.2.2 装配尺寸链 • 误差补偿调节法 • 在装配时，根据尺寸链中某些组成环误差的方向作定向装配，使各组成环的误差方向合理配置，以达到互相抵消的目的。 • 这种方法在机床装配中应用较多，如装配机床主轴时，通过调整前后轴承的径向圆跳动方向来控制主轴锥孔的径向跳动；在滚齿机工作台分度蜗轮的装配中，采用调整两者偏心方向来抵消误差，提高装配精度。

5.6 机器装配自动化 Assembling Automation 机械制造工艺学第5章机器装配 Machine Assembling

自动工位 手工工位直线型混合式自动装配系统 5.6.1 自动装配机与装配机器人自动装配机 • 输送方式：回转型、直线型 • 工序繁简：单工位、多工位

1—电磁铁 2—支架 3—压杆 4—弹簧 5—推杆 6—套 7—装配零件(轴) 8—料道 9—擒纵器 10—装配基件 11—夹紧机构 12—挡铁 13—夹具 14、15—X、Y坐标滑板 16——衔铁 b）振动原理图 a）机构示意图 c）基件中心运动轨迹轴孔配合自寻中心装入机构 5.6.1 自动装配机与装配机器人 • 轴孔类零件自动装配 • 关键如何保证轴孔配合

a） b） c） 螺钉拧入的过程自动拧紧螺钉装置 1—料管口 2—隔料器 3—导管 4—直导管 5.6.1 自动装配机与装配机器人 • 螺纹联接件的自动装配机

装配机器人 1－定子 2－滚珠轴承 3－端盖 4－定位油缸 5－滑槽 5.6.1 自动装配机与装配机器人装配机器人 • 电机轴承端盖装配机器人 • 电机端盖与轴承配合尺寸φ32mm，配合间隙0.01 mm，作业时间不超过3s。 • 装配动作顺序： • ①抓住滑槽上端盖 • ②把端盖移到装配线上 • ③解除机械连锁，使顺序性机构起作用 • ④靠触觉动作，探索插入方向，使端盖下降 • ⑤解除顺序性机构作用，恢复机械连锁

轴自动装入控制方法 精密装配机器人工作情况 5.6.1 自动装配机与装配机器人 • 触觉精密装配机器人 “HI-T-HAND”Expart-2

侧视摄像机 圆工作台合格品中间库顶视摄像机装配工作台零件上料台检测机器人手爪检测工作台不合格品中间库被检测产品 SCARA机器人 VIM 控制器中央控制器 PAM 控制器机器人装配工作单元 5.6.1 自动装配机与装配机器人 • 机器人装配单元

回转试验机 装配机器人 1—料仓 2—夹具提升装置 3、4、5、6—装配机器人 7—回转试验机 8—贴标签机 9—不合格品斗 10—包装机 11—夹具下降装置 12—气动机械手 13—振动料斗 14—随行夹具 15—传送装置 5.6.2 自动装配线 • 气体调节阀自动装配线

5.6.2 自动装配线 • 汽车发动机装配和试验计算机控制系统

A－工件配套位 B－输入位 C－检验位 D－返修位 E－输出位 1－存储传送装置 2－通用装配装置 3、4、4‘、6－工件传送装置 5、5＇－装配中心 7 －工件托盘 8－工件收集站 9－传送装置控制器 4＇以装配中心为基础的模块式FAS C E 2 D D 3 4 5＇ 5＇ 5＇ 9 F 1 F 5 5 5 6 B 7 A A A 8 5.6.2 自动装配线 • 模块式装配系统

机械制造工艺学 第5章机器装配 Machine Assembling 5.7 机器虚拟装配 Machine Virtual Assemble

第 5 章机器装配工艺过程设计