第2章上料自動化2

1、2022-2-20武漢理工大學機電學院1/27三、料斗式上料裝置三、料斗式上料裝置1 工件的定向方法工件的定向方法2 料斗式上料裝置的結構及設計料斗式上料裝置的結構及設計2022-2-20武漢理工大學機電學院2/27機械傳動式料斗裝置機械傳動式料斗裝置其定向機構采用機械傳動其定向機構采用機械傳動或作連續(xù)回或作連續(xù)回轉運動，或作直線往復運動，使料斗中的轉運動，或作直線往復運動，使料斗中的工件自動定向。工件自動定向。利用電磁力使料盤產生振動，驅使工件在利用電磁力使料盤產生振動，驅使工件在滑道上運動，并在運動的過程中使工件自滑道上運動，并在運動的過程中使工件自動定向。動定向。振動式料斗裝置振動式料斗

2、裝置 利用料斗式上料裝置，保證了上料的完全自動化，工人的職責利用料斗式上料裝置，保證了上料的完全自動化，工人的職責僅僅是把毛坯成批地裝入料斗中，并對上料裝置以及整個機器的工僅僅是把毛坯成批地裝入料斗中，并對上料裝置以及整個機器的工作過程進行監(jiān)控。作過程進行監(jiān)控。 坯件在料斗中的定向方法取決于坯件外形、結構及其重心位置。坯件在料斗中的定向方法取決于坯件外形、結構及其重心位置。 依據定向方依據定向方式的不同，料斗式的不同，料斗分為兩大類分為兩大類機械傳動式料斗裝置機械傳動式料斗裝置振動式料斗裝置振動式料斗裝置2022-2-20武漢理工大學機電學院3/271、工件的定向方法、工件的定向方法(1)抓取

3、法定向抓取法定向：是借運動著的抓取定向機構，抓取坯件的孔、槽等特形表面而完成定向的。(2)槽隙法定向槽隙法定向：是借抓取定向機構的拉動，使坯件落進溝槽或縫隙而實現定向。(3)型孔選取法定向：型孔選取法定向：是利用抓取定向機構上一定形狀和尺寸的型孔對坯件進行篩選，只有位置和截形都相應于型孔的坯件，才落入型孔中而獲得定向。(4) 重心偏移法定向重心偏移法定向：重心不對稱的坯件，利用其重心偏移的特性，使重端倒向指定方向來完成定向。(5)振動定向：振動定向：借助振動，使坯件在料斗中傳送時矯正或剔除方位不正確的坯件而完成定向。由于其特殊的定向原理及應用最為廣泛，將在第4節(jié)進行介紹。2022-2-20武漢

4、理工大學機電學院4/27工件的定向特性2022-2-20武漢理工大學機電學院5/27(1) 抓取法定向抓取法定向工作原理工作原理 利用運動著的定向機構抓取工件的某些表面，如孔、利用運動著的定向機構抓取工件的某些表面，如孔、凹槽等，使之從成堆的雜亂工件中分離出來并定向排列。凹槽等，使之從成堆的雜亂工件中分離出來并定向排列。常用的定向機構有桿、銷、鉤子等，適用于帶孔的套狀、常用的定向機構有桿、銷、鉤子等，適用于帶孔的套狀、碗狀和環(huán)狀零件。碗狀和環(huán)狀零件。2022-2-20武漢理工大學機電學院6/27抓取法定向示例抓取法定向示例2022-2-20武漢理工大學機電學院7/27(2) 槽隙法定向槽隙法定

5、向 工作原理工作原理 在這種料斗中，用專門的定向機構攪動工件，使工件在這種料斗中，用專門的定向機構攪動工件，使工件在不停的運動中落進溝槽或縫隙實現定向。定向機構可以在不停的運動中落進溝槽或縫隙實現定向。定向機構可以作直線往復運動、擺動運動或回轉運動。這一類料斗可用作直線往復運動、擺動運動或回轉運動。這一類料斗可用于螺釘、螺帽、片狀、圓環(huán)以及各種帶頭部的工件。于螺釘、螺帽、片狀、圓環(huán)以及各種帶頭部的工件。2022-2-20武漢理工大學機電學院8/27槽隙法定向示例槽隙法定向示例2022-2-20武漢理工大學機電學院9/27(3) 型孔選取法定向型孔選取法定向工作原理： 是利用抓取定向機構上一定形

6、狀和尺寸的型孔對坯件進行篩選，只有位置和截形都相應于型孔的坯件，才落入型孔中而獲得定向。2022-2-20武漢理工大學機電學院10/27型孔選取法定向型孔選取法定向2022-2-20武漢理工大學機電學院11/27(4) 重心偏移法定向重心偏移法定向 重心不對稱的坯件，利用其重心偏移的特性，使重端倒重心不對稱的坯件，利用其重心偏移的特性，使重端倒向指定方向來完成定向。向指定方向來完成定向。2022-2-20武漢理工大學機電學院12/27(5) 振動定向振動定向 借助振動，使坯件在料斗中傳送時矯正或剔除方位不正借助振動，使坯件在料斗中傳送時矯正或剔除方位不正確的坯件而完成定向。由于其特殊的定向原理

7、及應用最為廣確的坯件而完成定向。由于其特殊的定向原理及應用最為廣泛，將在第泛，將在第4節(jié)進行介紹。節(jié)進行介紹。2022-2-20武漢理工大學機電學院13/272、料斗式上料裝置的結構及設計、料斗式上料裝置的結構及設計(1) 料斗容積料斗容積(2) 定向機構定向機構(3) 坯件堵塞的消除方法坯件堵塞的消除方法(4) 供料生產率供料生產率2022-2-20武漢理工大學機電學院14/27(1) 料斗容積料斗容積V 由一次裝料保證機床連續(xù)工作所需坯件數量決定。由一次裝料保證機床連續(xù)工作所需坯件數量決定。式中，式中， 坯件的體積（坯件的體積（mm3)； T 一次裝料保證機床連續(xù)工作時間（一次裝料保證機床

8、連續(xù)工作時間（min)，對于小型坯件取，對于小型坯件取T 120min，對于中型坯件取，對于中型坯件取T 60min； 料斗平均供料生產率（件分鐘）；料斗平均供料生產率（件分鐘）； 容積系數。對于軸類、盤類和球形坯件，一般取容積系數。對于軸類、盤類和球形坯件，一般取0.50.65。當。當坯件長徑比坯件長徑比 1 時取小值，當時取小值，當 1 時取大值。時取大值。 VCPKTQVV00VCPQVK2022-2-20武漢理工大學機電學院15/27(2) 定向機構定向機構u板式定向機構板式定向機構u管式定向機構管式定向機構u鉤、銷式定向機構鉤、銷式定向機構u缺口圓盤式定向機構缺口圓盤式定向機構202

9、2-2-20武漢理工大學機電學院16/272022-2-20武漢理工大學機電學院17/272022-2-20武漢理工大學機電學院18/27管式定向機構管式定向機構2022-2-20武漢理工大學機電學院19/27作用原理作用原理利用運動著的定向機構抓起工件的某些表面利用運動著的定向機構抓起工件的某些表面孔、凹孔、凹槽等，使之從成堆的雜亂工件中分離出來并定向排列。槽等，使之從成堆的雜亂工件中分離出來并定向排列。適用零件適用零件帶孔的套類、碗狀、帶孔的套類、碗狀、環(huán)狀零件環(huán)狀零件鉤式定向機構鉤式定向機構2022-2-20武漢理工大學機電學院20/27 鉤和銷的運動速度V ，必須保證坯件有足夠的時間從

10、鉤或銷上全部滑出，落入料槽。 式中，R 鉤頂點的回轉半徑（m)； l 坯件長度（m)； g 重力加速度，m/s2； 1 坯件開始從鉤上落下時與水平面的夾角。)cos1 (2cos11RlgRV2022-2-20武漢理工大學機電學院21/27 鉤的圓周速度還應保證鉤子來得及從料堆中鉤住坯件，鉤的圓周速度還應保證鉤子來得及從料堆中鉤住坯件，即應滿足即應滿足:式中，式中，t 坯件滾入鉤子運動區(qū)域所需時間坯件滾入鉤子運動區(qū)域所需時間。tVl2022-2-20武漢理工大學機電學院22/27缺口圓盤式定向機構缺口圓盤式定向機構2022-2-20武漢理工大學機電學院23/27(3) 坯件堵塞的消除坯件堵塞的

11、消除lB5 . 4dB5 . 4(l) (l) 合理設計料斗形狀。對稱料斗容易形成拱橋產生合理設計料斗形狀。對稱料斗容易形成拱橋產生坯件堵塞。不對稱料斗由于坯件沿垂直壁運動速度較坯件堵塞。不對稱料斗由于坯件沿垂直壁運動速度較大能破壞拱橋的形成，不易產生坯件堵塞。大能破壞拱橋的形成，不易產生坯件堵塞。(2) (2) 正確設計出料口尺寸。出料口尺寸大于坯件拱橋正確設計出料口尺寸。出料口尺寸大于坯件拱橋尺寸，可避免拱橋的形成。一般對于軸類坯件取出料尺寸，可避免拱橋的形成。一般對于軸類坯件取出料口尺寸口尺寸 ；盤類零件；盤類零件(3) (3) 加裝攪動器。在料斗中坯件可能形成拱橋的范圍加裝攪動器。在料

12、斗中坯件可能形成拱橋的范圍內安裝攪動器可借其攬動破壞拱橋的形成，阻止產生堵內安裝攪動器可借其攬動破壞拱橋的形成，阻止產生堵塞。塞。(4) (4) 使料斗抖動。用電磁的方法使料斗以頻率為使料斗抖動。用電磁的方法使料斗以頻率為5050或或100Hz100Hz抖動或用機械方法使料斗以頻率小于抖動或用機械方法使料斗以頻率小于5Hz5Hz抖動，可抖動，可破壞拱橋形成，防止產生阻塞。破壞拱橋形成，防止產生阻塞。2022-2-20武漢理工大學機電學院24/27Q平均平均=ZpnK式中式中,Z,Z定向機構中取料機構數定向機構中取料機構數 p p每一取料機構同時抓起的工件數每一取料機構同時抓起的工件數 n n定

13、向機構每分鐘工作循環(huán)數定向機構每分鐘工作循環(huán)數 K K取料構件的充實系數取料構件的充實系數（件（件/ /分鐘）分鐘）鉤、銷、成型孔槽實現定向的料斗鉤、銷、成型孔槽實現定向的料斗Q平均平均=ZnK扇形塊、滑塊或其它槽隙實現定向的料斗扇形塊、滑塊或其它槽隙實現定向的料斗Q平均平均=pnK 充實系數充實系數K K表明定向概率的大小，取決于工件的形狀特性、定向機構的表明定向概率的大小，取決于工件的形狀特性、定向機構的結構和工作條件，料斗的結構特點等，在一定程度上代表了料斗的工作性能，結構和工作條件，料斗的結構特點等，在一定程度上代表了料斗的工作性能，一般由實驗確定。一般由實驗確定。(4) (4) 料斗

14、裝置的平均生產率料斗裝置的平均生產率2022-2-20武漢理工大學機電學院25/27料斗實例料斗實例料斗料斗1、回轉圓盤、回轉圓盤2、磁鐵塊、磁鐵塊3、受料管受料管4、刮板、刮板5、撥料器、撥料器6 2022-2-20武漢理工大學機電學院26/54四、振動式料斗裝置四、振動式料斗裝置1 基本結構基本結構2 振動上料原理振動上料原理3 定向方法定向方法4 振動料斗設計振動料斗設計5 振動料斗生產率振動料斗生產率2022-2-20武漢理工大學機電學院27/54u裝料容器裝料容器u定向裝置定向裝置u驅動裝置驅動裝置u隔振器隔振器u底座底座1、基本結構、基本結構2022-2-20武漢理工大學機電學院2

15、8/54料斗實物圖片料斗實物圖片2022-2-20武漢理工大學機電學院29/54振動式上料裝置的類型振動式上料裝置的類型 2022-2-20武漢理工大學機電學院30/54u沒有機械的攪拌、撞擊和強烈的摩擦作用，沒有機械的攪拌、撞擊和強烈的摩擦作用，工作平穩(wěn)，適合于已經精加工的工件，以及薄壁、工作平穩(wěn)，適合于已經精加工的工件，以及薄壁、彈性、脆性零件。彈性、脆性零件。u結構簡單，易于維護，比較耐用；結構簡單，易于維護，比較耐用；u通用性強，對于一般小型工件都能適用。對通用性強，對于一般小型工件都能適用。對于形狀特性不同的工件，只有定位元件不同，其于形狀特性不同的工件，只有定位元件不同，其它結構都

16、能通用。送料速度調節(jié)簡便，故障少。它結構都能通用。送料速度調節(jié)簡便，故障少。主要優(yōu)點主要優(yōu)點2022-2-20武漢理工大學機電學院31/54u工作中有噪聲，特別是工件較大或結構設計工作中有噪聲，特別是工件較大或結構設計不合理時噪聲大。必須合理地設計和調整。不合理時噪聲大。必須合理地設計和調整。u須保持潔凈的工作條件。當工作表面染有油須保持潔凈的工作條件。當工作表面染有油污或灰塵時，將顯著影響送料速度和工作效果。污或灰塵時，將顯著影響送料速度和工作效果。局限性局限性2022-2-20武漢理工大學機電學院32/541工件；工件； 2滑道；滑道； 3板彈簧；板彈簧；4電磁鐵；電磁鐵；5銜鐵銜鐵滑道與

17、水平夾角：滑道與水平夾角：彈簧與鉛垂面夾角：彈簧與鉛垂面夾角：2、振動上料工作原理、振動上料工作原理 以圖示直槽型振動送以圖示直槽型振動送料裝置為例進行分析。料裝置為例進行分析。 工作時，將交流電工作時，將交流電經半波整流后，接通電經半波整流后，接通電磁鐵磁鐵4的線圈，產生頻率的線圈，產生頻率50Hz的斷續(xù)電磁吸力，的斷續(xù)電磁吸力，吸引固定在料槽上的銜吸引固定在料槽上的銜鐵，使料槽向左下方運鐵，使料槽向左下方運動；電磁吸力迅速減少動；電磁吸力迅速減少并趨近于零時，料槽在并趨近于零時，料槽在彈簧彈簧3的作用下，向右上的作用下，向右上方作復位運動，如此周方作復位運動，如此周而復始便使料槽產生微而復

18、始便使料槽產生微小的振動。小的振動。 2022-2-20武漢理工大學機電學院33/54半波整流 半波整流是利用二極管的單向導電性進行整流的最常用的電路。半波整流，就是在交流電的半個周期有電流輸出，另半個周期沒有電流。50Hz 的交流電經半波整流以后，輸出的是 50Hz 的脈動電流。 2022-2-20武漢理工大學機電學院34/54滑道上工件受力分析滑道上工件受力分析工件在軌道上的受力：工件在軌道上的受力：u重力重力u軌道反力軌道反力u摩擦力摩擦力u慣性力慣性力 摩擦力、慣性力摩擦力、慣性力與電磁鐵的電流與電磁鐵的電流 I 有有關。關。 重力摩擦力慣性力軌道反力2022-2-20武漢理工大學機電

19、學院35/54（1）=0 （即斷電時），支承彈簧復位，滑道以加速度a1向右上方運動，工件力平衡如圖。由X=0,ma1cos(-)+ mgsin=F=N1由Y=0,ma1sin(-)+ mgcos=N1 2022-2-20武漢理工大學機電學院36/54B2B1sin)cos(11mgmaF靜摩擦力使工件與滑道保持相對靜止，靜摩擦力使工件與滑道保持相對靜止，一起向右上方運動。一起向右上方運動。sin)cos(11mgmaF工件相對滑道向左下方滑移。工件相對滑道向左下方滑移。2022-2-20武漢理工大學機電學院37/54（2）0時，電磁鐵吸引，滑道以加速度時，電磁鐵吸引，滑道以加速度a2向左下方運

20、動，向左下方運動，工件受力平衡如圖。工件受力平衡如圖。 由由X=0,ma2cos( ) mg sin=F=N2 由由Y=0,mg cos ma2sin( ) = N2 2022-2-20武漢理工大學機電學院38/54B2B1B31sin)cos(22mgmaFsin)cos(22mgmaF工件相對于滑道向右上方滑移。工件相對于滑道向右上方滑移。工件相對于滑道靜止，一起與滑臺向工件相對于滑道靜止，一起與滑臺向左下方移動，仍在左下方移動，仍在B1位置。位置。當當 N2 0時時2022-2-20武漢理工大學機電學院39/54當當 N2 0、電磁鐵吸合，由于慣性、工件由B點跳躍起來（騰空時間料斗運 行

21、至最下方的時間）I=0、工件再落至軌道上時已到達C點后又隨軌道上行到D點。 如此往復，工件隨軌道上行跳躍再隨軌道上行工件跳躍式前進，跳躍間距為AC段。特點：工件具有較大的供料速度，供料生產率高；工件運動平穩(wěn)性差，對定向不利；適用于形狀簡單、定向要求不高的件料及供料速度較大的場合。運行條件：電磁鐵吸力、料槽振幅及拋射角較大。 但工件騰空時間過大料斗復位時工件再落至軌道過晚A點與C點的間距縮小，甚至落回原處而沒有前移。 2022-2-20武漢理工大學機電學院42/54斷續(xù)跳躍斷續(xù)跳躍 運動過程：I=0、彈簧使料斗復位，工件依靠摩擦、空間位置從A點上行到B點；I0、電磁鐵吸合，由于慣性、工件由B點跳

22、躍起來（騰空時間0、電磁鐵吸合，由于慣性、工件沿軌道由B點滑移（滑移時間料斗運行至最下方的時間）I=0、工件停下時已滑移至C點后又隨軌道上行。 如此往復，工件隨軌道上行滑移再隨軌道上行工件滑移 式前進，滑移間距為AC段。特點：工件具有較大的供料速度和供料率；工件運動平穩(wěn)，利于定向；適用于形狀較規(guī)則、有定向要求的件料及供料速度較大的場合。運行條件：電磁鐵吸力、料槽振幅及拋射角均較跳躍時的小。 2022-2-20武漢理工大學機電學院44/54斷續(xù)滑移斷續(xù)滑移 運動過程：I=0、彈簧使料斗復位，工件依靠摩擦、空間位置從A點上行到B點；I0、電磁鐵吸合，由于慣性、工件沿軌道由B點滑移（滑移時間料斗運行

23、至最下方的時間）工件很快停在軌道上的B點、并隨軌道下行到C點；I=0、工件再隨軌道從空間位置C點上行。如此往復，工件隨軌道上行滑移后隨軌道下行再隨軌道上行工件斷續(xù)滑移式前進，滑移間距為AC段。特點：工件供料速度和供料率較小； 工件運動平穩(wěn)，亦利于定向；用于有定向要求但供料速度要求不高的場合。運行條件：電磁鐵吸力、料槽振幅及拋射角均小。 2022-2-20武漢理工大學機電學院45/54振動料斗平穩(wěn)工作的條件振動料斗平穩(wěn)工作的條件u平穩(wěn)前移，盡可能快，不要跳起，影響定向。平穩(wěn)前移，盡可能快，不要跳起，影響定向。u當電磁力當電磁力 彈簧力時，要求工件不跳起并盡可能前移。彈簧力時，要求工件不跳起并盡可

24、能前移。工件不跳起：工件不跳起：工件前移：工件前移： )sin(cos2 mamg)sin(cos2gasin)cos(22mgmaF)sin(cossin)cos(22mamgmgma)sin()cos()cos(sin2ga2022-2-20武漢理工大學機電學院47/54結論 u當滑道道上移時：u當滑道道下移時：)sin()cos()sincos(1ga)sin()cos()cos(sin)sin(cos2gag2022-2-20武漢理工大學機電學院48/54 根據工件的形狀特征和定向要求，在螺旋槽根據工件的形狀特征和定向要求，在螺旋槽的最上一圈處安裝一些剔除構件，或將某一段料的最上一圈處

25、安裝一些剔除構件，或將某一段料槽開出缺口、槽子和斜面等，將不符合定向要求槽開出缺口、槽子和斜面等，將不符合定向要求的工件剔除，使之重新落入料斗底部，而定向正的工件剔除，使之重新落入料斗底部，而定向正確的工件通過出料口進行供料。確的工件通過出料口進行供料。3、定向方法、定向方法2022-2-20武漢理工大學機電學院49/54Parts Selection and Orientation2022-2-20武漢理工大學機電學院50/542022-2-20武漢理工大學機電學院51/54LD1：擋料板2：擋料塊2022-2-20武漢理工大學機電學院52/54LD1：擋料板2：擋料塊3：料管4：擋料塊20

26、22-2-20武漢理工大學機電學院53/54罩形工件定位罩形工件定位2022-2-20武漢理工大學機電學院54/54具有頭部工件的定向（長徑比較大）具有頭部工件的定向（長徑比較大）2022-2-20武漢理工大學機電學院55/542022-2-20武漢理工大學機電學院56/54具有頭部工件的定向具有頭部工件的定向2022-2-20武漢理工大學機電學院57/541：齒形板齒形板碗形工件定向碗形工件定向2022-2-20武漢理工大學機電學院58/542022-2-20武漢理工大學機電學院59/544、圓筒型電磁振動料斗的設計、圓筒型電磁振動料斗的設計n 料斗基本尺寸料斗基本尺寸 n 支撐彈簧安裝角支

27、撐彈簧安裝角n 振動器的型式振動器的型式2022-2-20武漢理工大學機電學院60/54料斗的結構設計 主要結構參數：u振動頻率振動頻率u振幅振幅u螺旋升角；螺旋升角；u彈簧安裝角彈簧安裝角u直徑；直徑；u螺距；螺距；u高度。高度。2022-2-20武漢理工大學機電學院61/54振動頻率振動頻率 料槽振動頻率 f 亦是系統(tǒng)受到的激振頻率。 電磁激振系統(tǒng)中，常用的激振頻率 fj =50Hz或 fj =100Hz2022-2-20武漢理工大學機電學院62/54螺旋升角螺旋升角越小工件平均速度就高，但升程減小料道螺旋圈數增加料斗尺寸增大。太大工件上料速度降低，甚至無法向上滑移。 2022-2-20武

28、漢理工大學機電學院63/54支承彈簧的安裝角 式中，慣性力作用方向角（拋射角）； 螺旋槽的螺旋升角； R固 主彈簧在料斗底板上的固定圓半徑； D件料在螺旋槽中，其重心所在圓的直徑，可視為料斗中徑。 )(2/tgRDtg固 當支承彈簧固定圓半徑與料斗中徑重合時， 2022-2-20武漢理工大學機電學院64/54料斗的直徑 料斗內徑DH：常取DH(810)L工 (mm) L工 工件最大外形尺寸。2022-2-20武漢理工大學機電學院65/54料斗的螺距 t =Dptg (mm) 又根據結構要求， t1.5h+ (mm)（h-工件直徑或高度，-料道厚度：48mm） 2022-2-20武漢理工大學機電

29、學院66/54料斗的高度HH=nt (mm)n-螺旋料道的圈數：1.53.5考慮到料斗外觀勻稱，應使 H=(1/41/2)D 。 2022-2-20武漢理工大學機電學院67/54支承彈簧 支承彈簧的作用：電磁振動供料器的料斗通過其安裝在基座上。 圓筒形料斗一般采用三根彈簧支承。 支承彈簧的截面有矩形和圓形：u板彈簧u圓柱彈簧2022-2-20武漢理工大學機電學院68/54電磁鐵的選擇 電磁鐵由鐵芯、線圈、銜鐵等組成。電磁鐵的頻率和電壓：n 小而輕的工件、小型料斗（D100mm），f=100Hz或50Hz、U=220v，也有用36v的；n 中等尺寸工件、中型料斗（D300mm），f=50Hz、U=220v，也有用36v的；n 大型料斗，f=50Hz、U=220v 。2022-2-20武漢理工大學機電學院69/54電磁鐵安裝形式電磁鐵安裝形式垂直于料斗底部安裝垂直于料斗底部安裝垂直于支