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2013-11-201电器制造工艺学电器制造工艺学（十一）电器装配工艺田新疆高级工程师厦门理工电气工程与自动化学院课程讲义2013年11月一、电器装配概述学习目标二、装配结构工艺性三、装配尺寸链四、保证装配精度的方法五、装配工艺规程制定的原则和方法六、装配的机械与电气连接七、装配自动化及检测自动化八、电器自动化装配检测线举例一、电器装配概述装配是指通过搬运、联接、调节、检查等操作，将若干零件组合成为组件（组装），进一步结合成为部件（部装），以致装配成整台电器（总装）的过程。电器的装配是整个电器制造过程的最后一道程序。它包括装配、调整、检验和试验等工作。通过装配，最后保证产品质量。此外，通过电器的装配，还能发现产品设计及零件制造中的问题，从而不断改进和提高产品质量和降低成本。电器的质量是以其工作性能、使用效果、精度和（电气与机械）寿命等综合指标来评定的。一台电器质量好坏主要取决于电器设计、零件质量（包括材料、注塑、冲压、热处理、表面处理、绝缘处理）以及电器的装配精度。1、电器装配的作用要合理地保证装配精度，在制订装配工艺、确定装配工序内容时，就要采取相应的工艺措施，合理确定装配方法。特别是要合理解决影响产品性能和重要部位装配精度要求的保证问题。用装配尺寸链的分析方法，有助于解决所述装配精度的保证问题。装配工艺研究的内容：（1）装配工艺性；（2）装配尺寸链；（3）保证装配精度的工艺方法；（4）装配工艺规程的制订；（5）保证装配质量的环境条件等。2、电器装配工艺研究的内容二、装配结构工艺性装配结构工艺性和产品结构工艺性有着密切关系。在装配过程中，要求电器产品具有良好的结构工艺性，可以从几方面进行考虑：（1）选择合适的装配精度；（2）选择方便的零件连接方法；（3）在装配单元中选择合适的零件数目；（4）避免装配时的切削加工和手工装配；（5）考虑自动装配时对零件结构的要求等。1、电器装配结构工艺性概述装配时应达到电器技术条件规定的精度。装配精度的内容应包括几何尺寸精度和物理电气参数的精度，因此电器装配精度不仅取决于零件尺寸误差，还取决于零件间相对食品误差以及材料性能等因素。通常按经济加工精度来确定零件的精度要求，使之易于加工，同时在装配时可以采用相应的工艺措施（如选配、修配等）来保证装配精度，从总体来说是经济可行的。合理地保证装配精度，合理地规定零件的尺寸公差和技术条件，需要进行装配尺寸链分析计算。2、选择合适的装配精度电器装配常用的连接方式有：螺钉连接、铆接、焊接、粘接等方式。因此，电器装配和连接设计得合理和方便，可以简化装配操作，同时也要考虑装配所用工具，夹具是否方便，如：（1）零件点焊时电极能否伸进焊接处；（2）螺钉连接是否有相应的空间，便于螺丝刀或扳手的操作；或是否有利于采用先进的气动、电动工具等。3、选择方便的零件连接方法4、在装配单元中选择合适的零件数目产品的零件数目是装配结构造型中的一个重要问题，设计时考虑以下原则：（1）不必要的零件尽量减少，这样可以节约加工工时，简化装配操作，也降低了成本。（2）尽量采用在生产中已经掌握的其它类似电器的零件和结构，这样有利于零件标准化和降低成本。（3）规格和尺寸相近的零件尽量统一成同一规格尺寸的零件，这样可以增加相同尺寸的零件数，便于采用成组加工技术。（4）广泛采用标准件，可使装配结构规格化，提高产品生产的经济效益。装配时的切削加工，不但延长装配周期，还需增加切削加工设备，易引起装配工序混乱，切削处理不当，还会影响产品质量。手工修配费工费时，应尽量避免。设计时应注意。5、避免装配时的切削加工和手工装配6、考虑自动装配时对零件结构的要求应考虑电器装配自动生产线日益增多。进行自动装配的零件结构，应有助于减少装配线的设备，便于识别，储存和输送。具体要求如下：（1）易于定位，尽可能采用对称形状、孔径不同、表面光滑、便于确定正确位置和导向，避免装错。（2）避免工件互相缠结，互相卡死。（3）避免工件相互错位，有些零件在输送时容易互相错位，可将接触面加大，或增加接触处的角度。（4）简化装配设备，如螺钉和垫圈结为一体，可节省送料机构。三、装配尺寸链装配尺寸链是一组构成封闭尺寸的组合，尺寸链按生产过程中的应用范围可以分为工艺尺寸链和装配尺寸链。下面着重介绍装配尺寸链的基本概念。装配尺寸链是以某项装配精度或装配要求作为封闭环，查找所有与该项精度指标（或装配要求）有关零件的尺寸或位置要求，作为组成环而形成的尺寸链。1、装配尺寸链的概念尺寸链的主要特征是：（1）尺寸链的封闭性，即由一系列相关联的尺寸排列成封闭的形式。（2）尺寸链的相互制约性，即所有相互独立的尺寸的偏差都直接影响某一尺寸的精度。下图所示为装配尺寸链的例子：在装配过程中，要求保证的尺寸为N，称为封闭环；其相关尺寸有A1和A2（以及A3），它们直接影响封闭环的精度，尺寸A1和A2（以及A3）称为组成环。这组尺寸A1，A2（以及A3）和N组成装配尺寸链，其中，组成环中可分为增环和减环，A1为增环，A2（以及A3）为减环。装配尺寸链可按各环的几何特征和所处空间位置，大致分为线性尺寸链、角度尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。其特点见表。2、装配尺寸链的分类由位于三坐标空间的尺寸构成。空间尺寸链4成角度关系布置的长度尺寸构成。平面尺寸链3尺寸链由角度或平行度、垂直度等构成。角度尺寸链2由长度尺寸组成，且各环尺寸彼此平行。线性尺寸链1特点尺寸链名称序号3、装配尺寸链的建立用尺寸链分析方法来保证装配精度时，首先应建立装配尺寸链，然后进行计算。正确地查明装配尺寸链的组成，是进行尺寸链计算的根据。查找装配尺寸应首先确定封闭环。然后，根据每项装配精度（封闭环精度）要求，找出直接影响此精度要求有关的零件或部件上的尺寸或位置关系，这些关系就是装配尺寸链的组成环。建立装配尺寸链的关键是根据封闭环查明组成环，且应遵循最短路线原则。所谓最短路线即装配尺寸链中所包括的组成环数目最少。装配尺寸链若不符合该原则，将使装配精度降低或给装配和零件加工增加困难。一般情况，装配尺寸链的建立，可分两步进行：（1）查明电器或部件装配的最终精度要求，每项精度要求均为一个装配尺寸链的封闭环。（2）根据装配图查明与各项精度要求有关的零部件的尺寸及精度。这些有关的尺寸及精度即分别为各项精度要求的全部组成环。对于那些不是代表一个零件的尺寸精度的组成环，可令其为该部件的最终精度要求，以此作为封闭环，再建立一个新的尺寸链。4、装配尺寸链的计算方法装配尺寸链的计算方法有极值解法和概率解法两类：1）极值解法封闭环的最大极限尺寸：∑∑−+==−=11min1maxmaxnmjjmiiAAN封闭环的最小极限尺寸：∑∑−+==−=11max1minminnmjjmiiAAN封闭环的公差：NNNNδ=−=Δminmax式中：N、Nmax、Nmin分别为封闭环公称尺寸、最大极限尺寸、最小极限尺寸；Aimax、Aimin分别为组成环最大极限尺寸、最小极限尺寸；Ajmax、Ajmin分别为组成环最大极限尺寸、最小极限尺寸；δN为封闭环的公差。∑∑−+==+=111nmjjmiiNδδδ2）概率解法极值解法简单可靠，但当封闭环精度要求高、组成环数目多时，计算所得的组成环公差过于严格，甚至无法用机械加工来保证。这时可采用概率解法计算尺寸链。根据数理统计的观点，在大批量生产下，组成环数目又较多时，各零件的组合均趋于极值的概率极小，这是一个小概率事件。所以，用概率解法进行装配尺寸链计算，能扩大零件的制造公差，降低制造成本。各零件加工尺寸的数值是彼此独立的随机变量，因此封闭环的数值也是一个随机变量，各组成环和封闭环的偏差均为正态分布，如图所示。正态分布有两个重要参数：一个是随机变量的算术平均值，即加工尺寸（偏差）的平均值，用表示，即AnXnXXXAin∑=+++=21式中：iX—零件的实际尺寸值；n—批零件总数；—封闭环均方根偏差。nAX∑−=21)(σ一个随机变量的均方根偏差。∑−==112/12)(nttNσσNσ四、保证装配精度的方法选择装配方法的实质，是在满足装配精度和其它技术要求的条件下，选择相应的经济合理的装配方法，其中重要的一环就是正确选择求解尺寸链的方法。需要保证的装配精度即装配尺寸链中的封闭环。在电器制造中常用的装配方法有：①完全互换装配法（或大数互换装配法）；②选择装配法；③修配装配法；④调整装配法等。1、完全互换装配法对于加工合格的零件，装配时不需要经过选择、修配或调整，就能达到规定的电器装配精度，这种装配方法称为完全互换装配法。采用此法，按极值解法求解装配尺寸链。这种方法的优点是装配工作简单，生产率高；有利于实现装配机械化、自动化和组织流水生产、协作生产和专业化生产；同时有利于用户维修和更换零部件。其缺点是对组成零件的技术要求较高，使零件加工困难，甚至无法加工，经济上也不合算。此法适合于大批量生产、装配精度要求不高和尺寸链环数较少的情况。2、选择装配法选择装配法是将尺寸链中组成环的公差放大到经济可行的程度，然后选择合适的零件进行装配，以保证规定的装配精度要求。选择装配法有直接选配法、分组装配法（分组互换法）及复合选配法等三种不同的形式。1）直接选配法其特点由装配工人从许多待装配的零件中，凭经验挑选合适的零件装配在一起。它的优点是不需要将零件分组。但缺点是选择零件需要较多时间，而且装配质量在很大程度上取决于工人的技术水平。2）分组装配法（分组互换法）将组成环公差按完全互换极值解法所得的数值放大倍数（一般为2~4倍），使其能按经济加工精度制造，然后将零件的有关尺寸进行测量和分组，再按对应组别分别装配，以满足原定装配精度的要求。由于同组零件可以互换，故又称分组互换法。该法适合于大批量生产中对装配精度要求很高而组成环数又较少，是保证装配精度常用的方法。3）复合选配法该法是上述直接选配法和分组装配法的复合，即把零件预先测量和分组，装配再在各对应组中直接选配。3、修配装配法修配法是在装配时，根据封闭环的实际测量结果，改变尺寸链中某一预定组成环的尺寸，或者就地配制这个环，以使封闭环达规定的精度。采用修配法时，尺寸链中各个尺寸均按在该生产条件下经济可行的公差制造。装配时，封闭环可能超差。为了达到规定装配精度，必须把尺寸链中某一零件加以修配，才能予以补偿。要进行修配的组成环称作修配环，它属于补偿的一种，故又称为补偿环。通常，修配件应选择装卸方便且容易进行修配加工，并对其它装配尺寸链没有影响的零件。修配法适用于单件或批量生产中装配那些精度要求高、尺寸链环数又多的部件。常用的有单件修配法、合并加工修配法和自身加工修配法等三种修配方法。1）单件修配法该法就是选定某一固定的零件作为修配件，在装配过程中进行修配，以保证装配精度。2）合并加工修配法该法就时将两个或多个零件合并在一起进行加工修配，将所得的尺寸作为一个组成环，从而减少组成环数，并相应减少修配劳动量的一种修配方法。这种方法由于零件要对号入座，给装配生产组织工作带来麻烦，因此多作于单件、小批生产中。3）自身加工修配法该法在机床制造中常用，以达到装配精度。电器制造中不会采用。4、调整装配法调整法与修配法在原则相似，而具体方法不同。其特点也是按经济加工精度加工零件。由于各零件公差较大，就会导致使一部分装配超差。为了保证装配精度，在装配时不是在预定环上去掉一层金属，而是用一个可调整的零件，它在电器中位置（称为动调整法），或选定适当尺寸的调整件（也称为补偿件）加入尺寸链（固定调整法），以补偿装配时的积累误差，从而满足装配精度要求。采用这种装配法，在结构设计时就应加以考虑，使调整能顺利进行。常用动调整法、固定调整法、误差抵消调整法等三种调整装配方法。1）动调整法这种方法是用改变零件的位置（通过移动、旋转、或移动旋转同时进行）来达到装配精度的方法。在调整时不需拆卸零件，比较方便。如采用螺钉调整双金属片的相对位置。2）固定调整法这种方法是在尺寸链中选定一个或加入一个零件作为调整环，作为调整环的零件是按一定尺寸间隔级别制成的一组专门零件。根据装配时的需要选用其中某一零件来作补偿，从而保