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滚针轴承自动装配机设计
1、研究目的和意义：
我研究的是“滚针轴承自动装配机设计”，目的是为了更快的装配滚针轴承,实现高度自动化,节省劳动力,节省劳动时间,提高工作效率。这样做的意义是促进产品制造系统的整体优化,生产率得以全面提高，用少量调整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。
2、国内外发展情况(文献综述)：
生产过程自动化是当前科学技术发展的主要趋向之一。近年来，我国机械制造业中的自动化生产技术有较快的发展，在汽车、拖拉机、轴承、电机等工厂里设计和制造了许多自动化机床和自动线，提高了劳动生产率和生产技术水平，还改善了劳动条件[1]。
轴承是一种通用性机械零部件，用来支撑轴，保持轴的准确位置，在日常生产生活中，起到了极大的作用。轴承的分类很多，滚针轴承就是其中很重要的一种。由于其结构特性，滚针轴承在以往的装配过程中，大多采用手工，既费时又费力，极大限制了劳动生产率的提高[2]。要实现滚针轴承装配自动化已经迫在眉睫。
随着现代科技的迅速发展，装配自动化正在逐步发展成为当今世界装配的发展主流，逐步取代人工的手工装配[3]。自二十世纪80年代柔性制造系统进入实用阶段以来，目前世界上大约有1500条计算机集成制造系统（CIMS）,柔性制造系统（FMS）在运行，它使机械加工的面貌发生了质的变化[4]。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[5]。装配自动化（assembly automation）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和工厂自动化(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[6]。时间表明，当达到一定批量时与手工装配保持同一水平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。所以，装配自动化是制造工业中需要解决的关键技术[7]。
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[8]。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）已经成为自动装配系统中的一个重要环节。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[9]。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，装配自动化将成为实现生产过程全盘自动化的下一个战略目标。
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[10]。
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，柔性装配系统的选用率，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[11]。当前，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。
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。我们应该根据我国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[12]。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“通关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[13]。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个柔性制造系统项目的信息”中强调指出：“今天对人的投资决定明天的回报”[14]。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。二十世纪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，即时改进设计，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[15]。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。
3、研究/设计的目标：
设计一台主运动参数符合国家标准的规定，组装的轴承碗为内径32mm，外径36mm，宽度22mm；滚针长度18mm，直径φ3mm，滚针两端为圆锥型；每分钟装成品数量不少于10件的滚针轴承自动装配机。
完成A0号图纸2张：装配机纵向剖视图一张，轴承碗排序与选料部分设计图一张；零件图一张，其中有一张图手绘，说明书一份。
4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：
本设计首先要完成装配总体方案设计，分为机械部分设计和控制电路部分设计。机械部分包括轴承碗的选择和排序机构设计，针的选择和排序机构设计。装针将采用自动上下料装置、专用夹具进行装配工件的自动运输，自动装夹。
滚针轴承自动装针机是一个自动装配系统，整个机器包含了以下三个机构部分：轴承碗的选料和排序机构、针的选料和排序机构和自动装针机构。初步设计机器的布局如图1
设计步骤：·确定传动方案；选择电动机的类型与结构；选择电动机的功率（容量）；·轴的计算；·轴承碗的排序机构设计；·针的排序机构设计；自动装针机构设计。
5、方案的可行性分析：
此次的滚针轴承自动装配机设计把整个设计分成了三部分，第一部分是轴承碗的选料与下料机构的设计方案选择，第二部分是针的选料与排序机构的设计方案选择，第三部分是装针机构的设计方案选择。
对第一部分，轴承碗的选料与下料机构设计方案，在这里，解决了让轴承碗在出料斗前，就能够使碗口朝向一个方向，也就是解决了碗的排序问题。
在第二部分针的选料与排序机构的设计方案选择时，解决了针的选料与排序机构中针的排序问题，使针能够有顺序的进入装针机构中。
对装针机构的设计方案，解决的关键问题就是如何实现自动化，针和轴承碗都排序完成后，把针装入轴承碗中。在装针机构的设计方案上，可选择的余地很小，这个机构包含了电磁铁，凸轮机构，还有一个针的排序机构和一个套筒。
这样，滚针轴承自动装针机的三个机械部分方案选择就确定了下来，理论上能够实现自动装配滚针轴承了。
6、该设计的创新之处：
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。
7、设计产品的主要用途和应用领域：
滚针轴承自动装配机专业用于滚针轴承的自动装配，包括无内圈滚针轴承RNA49系列、带内圈滚针轴承NA49系列、冲压外圈滚针轴承HK..RS,HK..2RS,BK..RS系列等类型轴承。
8、参考文献：
1 张佩勤，王连荣. 自动装配和柔性装配技术[M]．北京：机械工业出版社，1998年
2 张宏星，许敏，蒋祖华. 面向自动装配的装配特征定义与表达方法研究. 机械科学与技术[J]， 2005，(12)：32-34
3 刘远鹏. 自动装配工作的可靠性. 组合机床与自动化加工技术[J]，1999，(6)：54-60
4 成大先．机械设计手册[M]．北京：化学工业出版社，2004年1月
5 张奋. 自动装配动力学(九)——刮板的力学. 组合机床与自动化加工技术[J]，1990，(3)：87-100
6 机床设计手册编写组．机床设计手册[M]．北京：机械工业出版社，1986年
7 汪建业，焦志刚，韩政达. 柔性制造技术. 沈阳理工大学学报[J]，2008，(3)：46-47
8 刘远鹏. 自动装配的工作可靠性. 组合机床与自动化加工技术[J]，1980，(6)：56-60
9 王镛. 自动化装配技术的研究与发展. 组合机床与自动化加工技术[J]，1990，(12)：32-34
10 朱梅. 自动化组合机床. 组合机床与自动化加工技术[J]，2005，(2)：103-120
11 王亚萍, 葛江华, 隋秀凛等. 制造技术的发展. 现代制造工程[J]，2008，(6)：24-28
12 徐秀娟, 董继先. 机床自动化发展. 机械[J]，2004，(8)：84-86
13 洪汝渝. 自动装配技术简析. 渝州大学学报[J]，1994，(1)：57-59
14 HE Yuan-Jun CAO Jin-Yong LI Qiang XIAO Li-Wen JIANG Dan-Dong YANG Dong. Automated Assembly Design Based on Parametric Parts Journal of Computer Aided Design & Computer Graphics[J]，2001，(8)：78-84
15 ZHANG Ping; LIAO Wen-he; LIU Chang-yi. Assembly-part Automatic Positioning Based on Mating Features Jiangsu Machine Building & Automation[J]，2004，(32)：14-34
1、研究目的和意义：
我研究的是“滚针轴承自动装配机设计”，目的是为了更快的装配滚针轴承,实现高度自动化,节省劳动力,节省劳动时间,提高工作效率。这样做的意义是促进产品制造系统的整体优化,生产率得以全面提高，用少量调整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。
2、国内外发展情况(文献综述)：
生产过程自动化是当前科学技术发展的主要趋向之一。近年来，我国机械制造业中的自动化生产技术有较快的发展，在汽车、拖拉机、轴承、电机等工厂里设计和制造了许多自动化机床和自动线，提高了劳动生产率和生产技术水平，还改善了劳动条件[1]。
轴承是一种通用性机械零部件，用来支撑轴，保持轴的准确位置，在日常生产生活中，起到了极大的作用。轴承的分类很多，滚针轴承就是其中很重要的一种。由于其结构特性，滚针轴承在以往的装配过程中，大多采用手工，既费时又费力，极大限制了劳动生产率的提高[2]。要实现滚针轴承装配自动化已经迫在眉睫。
随着现代科技的迅速发展，装配自动化正在逐步发展成为当今世界装配的发展主流，逐步取代人工的手工装配[3]。自二十世纪80年代柔性制造系统进入实用阶段以来，目前世界上大约有1500条计算机集成制造系统（CIMS）,柔性制造系统（FMS）在运行，它使机械加工的面貌发生了质的变化[4]。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[5]。装配自动化（assembly automation）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和工厂自动化(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[6]。时间表明，当达到一定批量时与手工装配保持同一水平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。所以，装配自动化是制造工业中需要解决的关键技术[7]。
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[8]。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）已经成为自动装配系统中的一个重要环节。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[9]。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，装配自动化将成为实现生产过程全盘自动化的下一个战略目标。
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[10]。
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，柔性装配系统的选用率，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[11]。当前，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。
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。我们应该根据我国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[12]。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“通关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[13]。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个柔性制造系统项目的信息”中强调指出：“今天对人的投资决定明天的回报”[14]。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。二十世纪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，即时改进设计，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[15]。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。
3、研究/设计的目标：
设计一台主运动参数符合国家标准的规定，组装的轴承碗为内径32mm，外径36mm，宽度22mm；滚针长度18mm，直径φ3mm，滚针两端为圆锥型；每分钟装成品数量不少于10件的滚针轴承自动装配机。
完成A0号图纸2张：装配机纵向剖视图一张，轴承碗排序与选料部分设计图一张；零件图一张，其中有一张图手绘，说明书一份。
4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：
本设计首先要完成装配总体方案设计，分为机械部分设计和控制电路部分设计。机械部分包括轴承碗的选择和排序机构设计，针的选择和排序机构设计。装针将采用自动上下料装置、专用夹具进行装配工件的自动运输，自动装夹。
滚针轴承自动装针机是一个自动装配系统，整个机器包含了以下三个机构部分：轴承碗的选料和排序机构、针的选料和排序机构和自动装针机构。初步设计机器的布局如图1
设计步骤：·确定传动方案；选择电动机的类型与结构；选择电动机的功率（容量）；·轴的计算；·轴承碗的排序机构设计；·针的排序机构设计；自动装针机构设计。
5、方案的可行性分析：
此次的滚针轴承自动装配机设计把整个设计分成了三部分，第一部分是轴承碗的选料与下料机构的设计方案选择，第二部分是针的选料与排序机构的设计方案选择，第三部分是装针机构的设计方案选择。
对第一部分，轴承碗的选料与下料机构设计方案，在这里，解决了让轴承碗在出料斗前，就能够使碗口朝向一个方向，也就是解决了碗的排序问题。
在第二部分针的选料与排序机构的设计方案选择时，解决了针的选料与排序机构中针的排序问题，使针能够有顺序的进入装针机构中。
对装针机构的设计方案，解决的关键问题就是如何实现自动化，针和轴承碗都排序完成后，把针装入轴承碗中。在装针机构的设计方案上，可选择的余地很小，这个机构包含了电磁铁，凸轮机构，还有一个针的排序机构和一个套筒。
这样，滚针轴承自动装针机的三个机械部分方案选择就确定了下来，理论上能够实现自动装配滚针轴承了。
6、该设计的创新之处：
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。
7、设计产品的主要用途和应用领域：
滚针轴承自动装配机专业用于滚针轴承的自动装配，包括无内圈滚针轴承RNA49系列、带内圈滚针轴承NA49系列、冲压外圈滚针轴承HK..RS,HK..2RS,BK..RS系列等类型轴承。
8、参考文献：
1 张佩勤，王连荣. 自动装配和柔性装配技术[M]．北京：机械工业出版社，1998年
2 张宏星，许敏，蒋祖华. 面向自动装配的装配特征定义与表达方法研究. 机械科学与技术[J]， 2005，(12)：32-34
3 刘远鹏. 自动装配工作的可靠性. 组合机床与自动化加工技术[J]，1999，(6)：54-60
4 成大先．机械设计手册[M]．北京：化学工业出版社，2004年1月
5 张奋. 自动装配动力学(九)——刮板的力学. 组合机床与自动化加工技术[J]，1990，(3)：87-100
6 机床设计手册编写组．机床设计手册[M]．北京：机械工业出版社，1986年
7 汪建业，焦志刚，韩政达. 柔性制造技术. 沈阳理工大学学报[J]，2008，(3)：46-47
8 刘远鹏. 自动装配的工作可靠性. 组合机床与自动化加工技术[J]，1980，(6)：56-60
9 王镛. 自动化装配技术的研究与发展. 组合机床与自动化加工技术[J]，1990，(12)：32-34
10 朱梅. 自动化组合机床. 组合机床与自动化加工技术[J]，2005，(2)：103-120
11 王亚萍, 葛江华, 隋秀凛等. 制造技术的发展. 现代制造工程[J]，2008，(6)：24-28
12 徐秀娟, 董继先. 机床自动化发展. 机械[J]，2004，(8)：84-86
13 洪汝渝. 自动装配技术简析. 渝州大学学报[J]，1994，(1)：57-59
14 HE Yuan-Jun CAO Jin-Yong LI Qiang XIAO Li-Wen JIANG Dan-Dong YANG Dong. Automated Assembly Design Based on Parametric Parts Journal of Computer Aided Design & Computer Graphics[J]，2001，(8)：78-84
15 ZHANG Ping; LIAO Wen-he; LIU Chang-yi. Assembly-part Automatic Positioning Based on Mating Features Jiangsu Machine Building & Automation[J]，2004，(32)：14-34