第 5 章 机器装配工艺过程设计

1

第第 55 章 机器装配工艺过程设章 机器装配工艺过程设计计

本章要点

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

2

第第 55 章 章 机器装配机器装配Machine AssemblingMachine Assembling

5.5.1 1 概述概述

Introduction to Machine Introduction to Machine AssemblingAssembling

机械制造工艺学 机械制造工艺学

3

机器装配

5.5.11.1 .1 机械装配基本概念机械装配基本概念

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

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

4

套件与组件示例

套件和组件示例 a ）套件 b ）组件

5.5.11.1 .1 机械装配基本概念机械装配基本概念

5

装配工艺系统图

5.5.11.2 .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 )

基准零件 机器

零件

零件

零件

零件

零件

部件

部件

组件

套件

零件

机器装配系统示意图

6

第第 55 章 章 机器装配机器装配Machine AssemblingMachine Assembling

5.5.2 2 装配工艺规程制定装配工艺规程制定

Process PlanningProcess Planning for for AssemblingAssembling

机械制造工艺学 机械制造工艺学

7

5.2.1 5.2.1 装配工艺规程制定原则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

8

5.2.2 5.2.2 制定装配工艺规程步骤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

9

生产规模 装配方法与组织形式 自动化程度 特 点

单件生产 手工（使用简单工具）装配，无专用和固定工作台位 手工

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

成批生产

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

手工为主，部分使用工具和夹具

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

成批生产轻型产品

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

人工流水线

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

成批或大批生产

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

机械化传输生产率高，节奏性强，待装零、部件不能脱节，装备费用较高

大批大量生产

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

半自动、全自动装配

生产率高，质量稳定，产品变动灵活性差，装备费用昂贵

装配组织形式的选择与比较

5.2.2 5.2.2 制定装配工艺规程步骤制定装配工艺规程步骤

10

车床床身装配简图

油盘

总成

P01

1床 身

1003 1

垫板

上涂铅油

床身总成Z01 1

用水

平仪检查

导轨

的直

线度

右垫板

2001

8

左托盘

1001

1

右托盘

1004

1

前床脚

1002

1

后床脚

1005

1

螺栓

2002

8

垫圈

2004

4

螺栓

2003

4

垫圈

2006

4

螺母

2005

4

床身部件装配系统图

5.2.2 5.2.2 制定装配工艺规程步骤制定装配工艺规程步骤

11

第第 55 章 章 机器装配机器装配Machine AssemblingMachine Assembling

5.5.3 3 机器结构装配工艺性机器结构装配工艺性

Assembling Technological Assembling Technological Efficiency of Machine StructureEfficiency of Machine Structure

机械制造工艺学 机械制造工艺学

12

必要性

实例

5.3.1 5.3.1 机器结构能分成独立装配单元机器结构能分成独立装配单元

转塔车床快速行程轴装置

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

操纵箱

操纵箱 光轴 联轴器

阶梯轴

箱体

箱体

快速行程轴装置两种结构比较 齿轮、轴组件

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修配法结构 调整法结构

5.3.2 5.3.2 减少装配时修配与机加工减少装配时修配与机加工 车床床头箱装配

山形导轨定位 平导轨定位

配钻油孔结构 无须配钻油孔结构

调整代替修配 避免机加工

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5.3.3 5.3.3 机器结构便于装配和拆卸机器结构便于装配和拆卸 依次装配

轴依次装配结构

连接方式改进

便于装配操作

15

5.3.3 5.3.3 机器结构便于装配和拆卸机器结构便于装配和拆卸

留出装配工具位置

留出装配连接件位置

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第第 55 章 章 机器装配机器装配Machine AssemblingMachine Assembling

5.5.4 4 装配尺寸链装配尺寸链Assembling Dimensional ChainAssembling Dimensional Chain

机械制造工艺学机械制造工艺学

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机器装配精度内容

5.5.44.1 .1 机械装配精度机械装配精度

相互位置精度相互位置精度 相互运动精度相互运动精度 相互配合精度相互配合精度

装配精度与零件精度关系尾座对溜板移动精度保证尾座对溜板移动精度保证

AA －溜板导轨 －溜板导轨 BB －尾座导轨－尾座导轨

AA BB

单件自保单件自保

主轴与尾座主轴与尾座套筒中心线套筒中心线等高结构与等高结构与

尺寸链尺寸链

主轴箱主轴箱 尾座尾座

尾座底板尾座底板

床身床身

形成尺寸链形成尺寸链

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5.5.44.1 .1 机械装配精度机械装配精度 机器装配精度分析

回转台床鞍升降台

αP

α0

αT

αR

αS

卧式万能铣床工作台面对升降台垂直移动的垂直度要求

千分表

直角尺

工作台

移动方向 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

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装配尺寸链基本概念

5.4.2 5.4.2 装配尺寸链建立装配尺寸链建立

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

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

φ200

α2

α0

α1

O OⅡ

Ⅱ

ⅠⅠ

孔轴配合装配尺寸链

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5.4.2 5.4.2 装配尺寸链建立装配尺寸链建立

螺孔中心线

e

过孔中心线X1

X2

Y2

Y1

O2

O1

P1

平面装配尺寸链示例

P2

P0

21

装配尺寸链查找方法

查找装配尺寸链应注意的问题

5.4.3 5.4.3 装配尺寸链查找方装配尺寸链查找方法法

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

必要的简化

A0

A1

A2

A3

箱体孔轴线

主轴锥孔轴线

套筒锥孔轴线

套筒外圆轴线

尾座孔轴线e1

e2 e3

A2

A3

A1

A0

主轴与尾座套筒中心线等高度装配尺寸链 简化后

22

查找装配尺寸链应注意的问题

5.4.3 5.4.3 装配尺寸链查找方装配尺寸链查找方法法

“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

装配尺寸链“一件一环”原则尺寸不合理标注

23

第第 55 章 章 机器装配机器装配Machine AssemblingMachine Assembling

5.5.5 5 保证装配精度的装配方法保证装配精度的装配方法

Assembling Methods to Assure Assembling Methods to Assure Assembling AccuracyAssembling Accuracy

机械制造工艺学机械制造工艺学

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5.5.1 5.5.1 达到装配精度的装配方法达到装配精度的装配方法

装配方法 工 艺 特 点 适 用 范 围常用装配方法及其适用范围

完全互换法

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

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

大数互换法

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

分组选配法

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

修配法 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

调节法 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

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

25

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

5.5.2 5.5.2 互换装配法互换装配法

26

【解】

A2

A3

A1

A5

A4

A0

齿轮与轴部件装配

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】

04 0.053A

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

，，

5.5.2 5.5.2 互换装配法互换装配法

27

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：

04 0.053A

最后可确定： 0.15 0.125A

5.5.2 5.5.2 互换装配法互换装配法

A2

A3

A1

A5

A4

A0

齿轮与轴部件装配

计算协调环偏差：计算中间偏差

006.01

002.02

10.003 30,5,43

AAA

11.0

025.001.003.005.0225.0

5

5

542130

＝－）＋－－－（－＝

）＋＋＋－（

得到： EI5 = - 0.12 , ES5 = - 0.1

28

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

5.5.2 5.5.2 互换装配法互换装配法

1

1

2

0

n

iik

TT等公差分配组成环平均公差计算公式：

1

1

2

0

n

iik

TmT

式中 m 为相对分布系数。 P 与 m 相应数值可查下表

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：

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

29

同前例，用大数互换法计算【例】

【解】

取 k=1.4 ，将 T1 、 T2 、 T4 、 T5 及 T0 值代入，可求出： T3 =

0.135

于是有： 0.05755 0.08254.93 0.0125 5A

除协调环外各组成环公差入体标注： 0.135 0 03 0 2 0.02 1 0.143 , 5 , 30A A A

A2

A3

A1

A5

A4

A0

齿轮与轴部件装配尺寸链

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

5.5.2 5.5.2 互换装配法互换装配法

◆ ◆ 确定各组成环的公差

◆ ◆ 确定各组成环的偏差0

4 0.053A 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：由概率法平均尺寸公式，得到： A5M = 4.93

2 2 2 2 20 1 2 3 4 5T k T T T T T 由概率法公差计算公式，有：

30

选配法三种形式 直接选配法直接选配法 分组选配法分组选配法 复合选配法复合选配法

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】

5.5.3 5.5.3 选择装配法选择装配法

活塞与活塞销组件图

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。

31

【解】1 ）建立装配尺寸链 如图示

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：

001.01 28A

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

0025.0005.028

00025.028 005.0

0075.028 0075.0

01.028

005.00075.028

0075.001.028

01.00125.028

0125.0015.028

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

5.5.3 5.5.3 选择装配法选择装配法

32

5.5.3 5.5.3 选择装配法选择装配法 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。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。求，否则会造成某些尺寸零件的积压浪费现象。

销孔对应组零件数量不等销孔对应组零件数量不等

φφ2828

33

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。

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。

【例】

车床主轴中心线与尾座套筒中心线等高装配尺寸链

A1

A0

A2

A3

【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。

5.5.4 5.5.4 修配装配法修配装配法 装配尺寸链的修配法

34

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

m

j

n

mkkj AAAA

1 1maxminmin0min00

2.01.02 46

A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： 35.0

25.02 46A

此时，可能出现的最大刮研量为： Zmax = A00max - A0max = 0.39

A1

A0

A2

A3

5.5.4 5.5.4 修配装配法修配装配法

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 。

35

5.5.4 5.5.4 修配装配法修配装配法

单件修配法单件修配法————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。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。

修配方法

合并修配法合并修配法————将两个或更多的零件合并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，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，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直接获得尾座套筒孔轴线至底板底面的距离AA2323 ，由此构成新的装配尺寸链，组成环数减，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少为两个，这是装配尺寸链最短路线原则一个应用。应用。 自身加工修配法自身加工修配法————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，自刨工作台面时，自刨工作台面

A1

A0

A2

A3

A1

A0

A23

合并修配法合并修配法

36

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。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法

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

a ） b ） c ）

可动调节法

5.5.5 5.5.5 调整装配法调整装配法

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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。

固定调节法

【例】 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。

A0

A2

A1

AK

a ）

固定调节法示例

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】

AKA0

AS

ASA2

A1

b ）

c ）

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

0.2505SA 由尺寸链 b ，可求出：

5.5.5 5.5.5 调整装配法调整装配法

38

级 号 1 2 3 4

空位尺寸

调节垫片厚度

0.250.185

0.180.125

0.120.065

0.0605

0.130.15

0.070.035

0.010.035

0.050.095

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。

6.6.22.2 .2 装配尺寸链装配尺寸链

由此可确定出分级数 n ：

0

S

K

Tn

T T

39

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。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。高装配精度。

6.6.22.2 .2 装配尺寸链装配尺寸链

e1

e2e3

eX

Y

e1e2

e3

X

Y

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

主轴装配误差补偿主轴装配误差补偿

40

第第 55 章 章 机器装配机器装配Machine AssemblingMachine Assembling

5.65.6 机器装配自动化机器装配自动化

Assembling AutomationAssembling Automation

机械制造工艺学 机械制造工艺学

41

5.6.1 5.6.1 自动装配自动装配机与装配机器人机与装配机器人

自动装配机 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

直线型混合式自动装配系统

手工工位

自动工位

42

5.6.1 5.6.1 自动装配自动装配机与装配机器人机与装配机器人

c ）基件中心运动轨迹a ）机构示意图

b ）振动原理图

轴孔配合自寻中心装入机构

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

轴孔类零件自动装配 关键如何保证轴孔配合

43

5.6.1 5.6.1 自动装配自动装配机与装配机器人机与装配机器人 螺纹联接件的自动装配机

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

44

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 5.6.1 自动装配自动装配机与装配机器人机与装配机器人

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电机端盖与轴承配合尺寸寸 φ32mmφ32mm ，配合间隙，配合间隙 0.01 0.01 mmmm ，作业时间不超过，作业时间不超过 3s3s 。。 装配动作顺序：装配动作顺序： ① ① 抓住滑槽上端盖抓住滑槽上端盖 ② ② 把端盖移到装配线上把端盖移到装配线上 ③ ③ 解除机械连锁，使顺序解除机械连锁，使顺序性机构起作用性机构起作用 ④ ④ 靠触觉动作，探索插入靠触觉动作，探索插入方向，使端盖下降方向，使端盖下降 ⑤ ⑤ 解除顺序性机构作用，解除顺序性机构作用，恢复机械连锁恢复机械连锁

45

5.6.1 5.6.1 自动装配自动装配机与装配机器人机与装配机器人

触觉精密装配机器人 “ HI-T-HAND”Expart-2

精密装配机器人工作情况

轴自动装入控制方法

46

5.6.1 5.6.1 自动装配自动装配机与装配机器人机与装配机器人

机器人装配单元

机器人装配工作单元机器人装配工作单元

检测机器人

VIM控制器

圆工作台侧视摄像机

顶视摄像机

检测工作台

被检测产品

中央控制器

PAM控制器

装配工作台

手爪

合格品中间库

不合格品中间库

零件上料台

SCARA 机器人

47

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 5.6.2 自动装配自动装配线线 气体调节阀自动装配线

装配机器人

回转试验机

48

5.6.2 5.6.2 自动装配自动装配线线 汽车发 动 机装配和试验计算机控制系统

49

5.6.2 5.6.2 自动装配自动装配线线 模块式装配系统

以装配中心为基础的模块式 FAS

5＇

5＇

5＇

555

DDC

AAA B

E

FF

3

1

2

8

6

4

7

9

4＇

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

50

第第 55 章 章 机器装配机器装配Machine AssemblingMachine Assembling

5.75.7 机器虚拟装配机器虚拟装配

Machine Virtual AssembleMachine Virtual Assemble

机械制造工艺学 机械制造工艺学

51

5.7.1 5.7.1 虚拟现实与虚拟装配虚拟现实与虚拟装配 虚拟现实（ Virtual Reality-VR ）

采用计算机、多媒体、网络技术等多种手段构造虚拟境界，使参与者获得与现实世界相类似的感觉

虚拟制造（ Virtual Manufacturing-VM ） 以虚拟现实、计算机仿真技术等为基础，利用制造系统模型，以虚拟现实、计算机仿真技术等为基础，利用制造系统模型，完成制造系统各环节计算与仿真完成制造系统各环节计算与仿真 虚拟制造实现了制造的本质过程，可以模拟和预估机器功能、虚拟制造实现了制造的本质过程，可以模拟和预估机器功能、性能、可加工性等，提高预测与决策水平性能、可加工性等，提高预测与决策水平

虚拟装配（ Virtual Assembly-VA ） 无需产品或支撑的装配过程的物理实现无需产品或支撑的装配过程的物理实现 主要研究内容：主要研究内容：虚拟环境下装配顺序和路径、虚拟装配建模、装配中人机因素分虚拟环境下装配顺序和路径、虚拟装配建模、装配中人机因素分析、装配任务培训等析、装配任务培训等

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5.7.1 5.7.1 虚拟现实与虚拟装配虚拟现实与虚拟装配 虚拟装配关键技术

虚拟装配环境构建 包括：虚拟环境描述与管理，装配动作与感觉信息相互关系处理，包括：虚拟环境描述与管理，装配动作与感觉信息相互关系处理， 感觉信息综合方法，输入、输出驱动规则等感觉信息综合方法，输入、输出驱动规则等 装配过程中作用力分析 把零件微观接触状态拓展为宏观世界，瞬时接触延续为虚拟空间把零件微观接触状态拓展为宏观世界，瞬时接触延续为虚拟空间 ““ 慢动作慢动作””，分析数据可视化处理，分析数据可视化处理 自动生成装配规划 寻找最优装配顺序序列寻找最优装配顺序序列 虚拟环境中人的知识和技巧的映射 研究人手模型虚拟环境中的映射，检测和处理人的装配动作信号，研究人手模型虚拟环境中的映射，检测和处理人的装配动作信号， 装配过程实时交互装配过程实时交互 零件物理学属性的虚拟 包括零件物理属性（材质、密度、色彩、韧性等）和运动属性包括零件物理属性（材质、密度、色彩、韧性等）和运动属性（速（速 度、加速度、作用力等）度、加速度、作用力等）

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5.7.2 5.7.2 虚拟装配环境建立虚拟装配环境建立 虚拟装配环境结构

应用层

虚拟装配支持工具层

虚拟现实管理层数据库 规则库

虚拟现实硬件驱动层

虚拟现实硬件

虚拟装配环境结构

虚拟装配环境硬件：视景头盔、立体眼镜、数据手套、三维鼠标等

硬件驱动：获取数据手套信息，计算位姿参数，设定视觉参数等子程序

管理层：管理虚拟装配活动的事件，描述虚拟装配活动物体形状和特征

工具层： CAD/CAE/CAM 接口、后置处理程序、网络通信等

应用层：人机交互、输出设定界面

54

5.7.3 5.7.3 虚拟装配系统组成及应用虚拟装配系统组成及应用 虚拟装配系统结构

虚拟装配系统结构框图

感觉信息合成输出系统

输出接口

动作检测输出系统

输入接口

力分析 装配规划

位姿检测

装配过程

因果关系 功能检测

数据库

规则库

模拟系统

虚拟装配环境

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5.7.3 5.7.3 虚拟装配系统组成及应用虚拟装配系统组成及应用 IVAE 系统（ Integrated Virtual Assembly Environment ）

IVAEIVAE 系统为用户建立一个基层集成化虚拟装配环境，系统为用户建立一个基层集成化虚拟装配环境，用户可以利用虚拟现实设备交互进行装配建模、装配操用户可以利用虚拟现实设备交互进行装配建模、装配操作、装配序列和装配路径规划等装配工艺设计工作。作、装配序列和装配路径规划等装配工艺设计工作。 约束处理：约束处理： 捕捉捕捉————根据零件间位姿约束及给定捕捉误差，检验某个捕捉根据零件间位姿约束及给定捕捉误差，检验某个捕捉是否符合捕捉条件，若符合，显示捕捉元素是否符合捕捉条件，若符合，显示捕捉元素 确认确认————系统根据操作者确认信号移动被抓取的零部件，使约系统根据操作者确认信号移动被抓取的零部件，使约束精度得到满足束精度得到满足 导航导航————被确认的零部件，根据数据手套运动，完成装配工作被确认的零部件，根据数据手套运动，完成装配工作

压缩机部件装配过程压缩机部件装配过程