機械制造的物料流裝置課件

30七月2023機械制造的物料流裝置30七月2023機械制造的物料流裝置1 7.1工件儲運裝置

7.1.1物料儲存裝置

物料儲備裝置系統(tǒng)主要包括供給正常生產物料的倉儲系統(tǒng)和在自動線個別環(huán)節(jié)或設備發(fā)生故障時解決燃眉之急用的線上自動儲料裝置系統(tǒng)兩個部分。對于倉儲系統(tǒng),本節(jié)只介紹倉儲系統(tǒng)中的與FMS或CIMS等機電一體化系統(tǒng)中非常重要的自動立體倉庫裝置。 7.1工件儲運裝置

7.1.1物料儲存裝置

物21.自動立體倉庫

自動立體倉庫是應現(xiàn)代化、自動化生產和管理信息化的要求應運而生的。與傳統(tǒng)倉庫相比,能更有效地利用空間,使物品堆放向空中立體發(fā)展;配備有完善的計算機管理系統(tǒng)并具自動控制物品的存取、搬運功能,能優(yōu)化物品的儲存數(shù)量,保持最佳的庫存量,既減少資金積壓又能使生產正常進行;減少搬運配料人員和倉儲管理人員。如圖7－1所示是一巷道式立體倉庫局部簡圖。

1.自動立體倉庫

自動立體倉庫是應現(xiàn)代化、自動化生產3圖7－1巷道式立體倉庫

圖7－1巷道式立體倉庫4

(1)總體布局。如圖7－2所示是常見的巷道式自動立體倉庫平面布局形式。

圖7－2巷道式自動立體倉庫平面布局形式(1)總體布局。如圖7－2所示是常見的巷道式自動立體倉庫5

(2)高層貨架。在保證貨架結構剛度、強度、穩(wěn)定性的基本要求下,有的高層貨架還要求結構單元自身可調整組合,以適應產品結構發(fā)生變換時對貨架進行優(yōu)化排布,即自動立體倉庫自身具有一定的柔性組合特點。高層貨架是自動立體倉庫的基礎結構和物品儲存支架,同時還是其他元件的支撐件或載體,如定位元件、地址編碼、通訊線纜、空中軌道等,其貨架單元常由結構鋼,如槽鋼、工字鋼、圓鋼等通過焊、鉚、螺栓連接等方式制成。

(2)高層貨架。在保證貨架結構剛度、強度、穩(wěn)定性的基本要6(3)自動立體倉庫的計算機管理系統(tǒng)。其主要職能有:入庫管理、出庫管理和庫存數(shù)據(jù)統(tǒng)計管理。

①入庫管理:記錄并刷新入庫物品的名稱、編碼、數(shù)量、來源地、日期、質量等級及重要度等信息,并進入相關數(shù)據(jù)庫。另一方面,發(fā)出指令控制倉儲機械設備將物品搬運到應到達的倉位。

②出庫管理:根據(jù)出庫提貨清單,核實出貨權限,指令自動倉儲機械設備執(zhí)行出貨指令,刷新在庫品數(shù)量等數(shù)據(jù)信息。

③庫存數(shù)據(jù)統(tǒng)計管理:結合生產狀況,反映準確的在庫物品信息(如B.O.M清單),為生產計劃、供應系統(tǒng)提供多方?jīng)Q策的數(shù)據(jù)信息,對倉庫自身的庫存結構和庫存量等進行優(yōu)化。

(3)自動立體倉庫的計算機管理系統(tǒng)。其主要職能有:入庫管7

(4)堆跺機。如圖7－3所示的雙柱式堆跺機是一種可在自動立體倉庫高層貨架巷道軌道上穿梭行走,并堆高層貨架的物料倉位存取物品的專用起重設備。為剛性起見,通常采用框架結構。堆跺機通常由行走機構、升降機構、貨臺與裝卸托盤、框架、導向機構、控制系統(tǒng)和安全保護裝置等組成。堆跺機一般由專業(yè)單位進行設計制造,鑒于其機構上“瘦高”的特點,其設計重點考慮以下幾點:(4)堆跺機。如圖7－3所示的雙柱式堆跺機是一種可在自動8圖7－3巷道堆跺機結構簡圖

(a)單立柱式；(b)雙立柱式

圖7－3巷道堆跺機結構簡圖

(a)單立柱式；(b)雙立柱式92.線上自動儲備裝置

正如農民修建蓄水池儲水以防天旱年間延誤農作生產一樣,線上自動儲備裝置是為防止自動生產線中某臺或某加工單元設備出現(xiàn)故障而影響后續(xù)工序的正常工作或全線停產。線上自動儲備裝置起到蓄水池的作用,它可緩沖生產線上個別故障造成的全局性損失,或者調節(jié)正常生產線上因節(jié)拍差異而造成的“桶板效應”(指一個桶的容量取決于最低那塊板所確定的桶的容積,生產線上指整個線上的節(jié)拍取決于最慢節(jié)拍的機床或工序)。線上自動儲備裝置在生產正?；蚬?jié)拍一致時幾乎不發(fā)揮作用,它并非是一個常規(guī)概念的倉庫,其設計原理類似于一條九經(jīng)曲折的江河,在同樣的距離上迂回曲折使路徑增長而增大水的儲備量。設計上有兩種思路:動態(tài)式和靜態(tài)式。

2.線上自動儲備裝置

正如農民修建蓄水池儲水以防天旱101)動態(tài)式線上自動儲備裝置

指上工序來的每一個零件都經(jīng)過此儲備裝置,而按順序地進入下工序,只是在此裝置上動態(tài)地積累有較多的可流入下工序的零部件數(shù)而已。通常安裝在易于發(fā)生故障的設備或工序之后端,起到緩沖調劑作用,留出設備修理時間,減少后續(xù)連鎖停機損失。如圖7－4所示。

1)動態(tài)式線上自動儲備裝置

指上工序來的每一個零件都11圖7－4動態(tài)式線上自動儲料裝置

圖7－4動態(tài)式線上自動儲料裝置122)靜態(tài)式線上自動儲備裝置

此儲備裝置一直靜態(tài)地存放有一定數(shù)目的上工序而來的零部件。正常時,上工序而來的零部件不經(jīng)過此裝置而直接進入下工序,僅當上工序設備發(fā)生停機故障時本裝置才投入運行,釋放庫存應急,故障解除后,上工序設備須加班補充本庫存,如圖7－5所示。當然,這種靜態(tài)也是相對而言的,為防止庫存太久產生生銹等原因,有時須人為地或自動線設計要求定期釋放更新庫存。

2)靜態(tài)式線上自動儲備裝置

此儲備裝置一直靜態(tài)地存放13圖7－5靜態(tài)式線上自動儲料裝置

圖7－5靜態(tài)式線上自動儲料裝置147.1.2工件輸送裝置

物流系統(tǒng)中的輸送系統(tǒng)內容較豐富,輸送任務主要指工件毛坯、成品、半成品等零部件等的輸送,還包括刀、夾、量、輔具等的輸送。按不同的分類有不同的輸送類型:

按輸送行程的軌跡路徑可分為:直線輸送和環(huán)形輸送。

按工件與機床間的位置關系可分為:內通式輸送和旁通式輸送。

按輸送時間節(jié)拍可分為:同步輸送和非同步輸送。

按物料形態(tài)可分為:固體輸送、液體輸送和氣體輸送。

7.1.2工件輸送裝置

物流系統(tǒng)中的輸送系統(tǒng)內容較豐富151.隨行夾具輸送與返回裝置

托盤和隨行夾具在自動生產線和裝配線上應用較多,采用托盤或隨行夾具可減少工件的裝夾工作,并易于將工件準確輸送到預定位置或工位。由于隨行夾具和托盤都是循環(huán)使用,因而在輸送設計上需考慮其返回裝置。根據(jù)生產現(xiàn)場布局,其結構上可有三種方式供選用,見表7－1。在上方和下方返回的兩種結構中,設計有升降裝置或回轉鼓輪,使隨行夾具完成升降動作而回到初始位置以備調用。

1.隨行夾具輸送與返回裝置

托盤和隨行夾具在自動生產16表7－1隨行夾具輸送與返回裝置的布局形式

表7－1隨行夾具輸送與返回裝置的布局形式172.自動輸送小車

自動輸送小車是機電一體化生產系統(tǒng)中十分重要的輸送設備,在當前的生產實際應用中,主要有有軌自動小車(RGV)和無軌自動小車(AGV也叫自動導向小車),而自動輸送小車自身就是技術含量高的機電一體化產品,一般都需專業(yè)廠家設計制造并結合車間現(xiàn)場進行施工來完成。

2.自動輸送小車

自動輸送小車是機電一體化生產系統(tǒng)中18

(1)有軌自動小車。以直線輸送應用為主,行進中沿地面鋪設的軌道輸送物料。有軌自動小車運行系統(tǒng)通常包括:軌道、動力與控制電纜、RGV小車(車身、減速與制動裝置、識址與定位裝置、安全保護與報警裝置、控制裝置)托盤交換與定位裝置等。軌道一般為輕型導軌,可設計為水平、垂直、斜坡等布局形式。根據(jù)需要有的導軌還可懸架在空中,使小車成為吊掛車形式,減少工作噪聲、節(jié)約占地,并利于現(xiàn)場打掃工作。有軌系統(tǒng)具有控制系統(tǒng)相對簡單,造價低,但柔性差,一經(jīng)鋪就,路線不易改變,工作噪聲大,占地多,清潔困難等缺點。

(1)有軌自動小車。以直線輸送應用為主,行進中沿地面鋪設19

(2)無軌自動小車(AGV)。AGV具有較好的柔性和靈活性,運行無噪聲,占地少等優(yōu)點。如圖7－6所示,AGV系統(tǒng)由隨行夾具或托盤交換裝置、液壓升降裝置、驅動行走與變速裝置、動力及控制電源、地面軌跡制導設施等組成。AGV動力源一般采用一次充電能用8小時左右的蓄電池。與RGV相比,其行走軌跡制導系統(tǒng)比較復雜,制導方式有:電磁感應制導、光學制導、激光制導、紅外線制導、磁力制導和攝像跟蹤制導等。

(2)無軌自動小車(AGV)。AGV具有較好的柔性和靈活20圖7－6

AGV結構圖

圖7－6AGV結構圖213.帶式輸送裝置

帶式輸送裝置常用于散料或不定形小件的直線長距離輸送工作中,其系統(tǒng)構成見圖7－7,由輸送帶、托帶輥、張緊輪、驅動滾筒、驅動電機、減速機構等組成,其每個組件部分設計選擇可參考《機械零件設計手冊》、《機械設計手冊》等,此處主要介紹其托帶輥的組合結構形式及帶的調偏原理。

3.帶式輸送裝置

帶式輸送裝置常用于散料或不定形小件22圖7－7帶傳輸系統(tǒng)圖

圖7－7帶傳輸系統(tǒng)圖23設置托帶輥是為了分擔輸送帶的承載,防止輸送帶下垂干涉,以及帶被物料重力拉長而張緊不足降低傳載能力。托帶輥一般是通過軸承而空套在芯棒上,隨著輸送帶的行進而摩擦滾動回轉。根據(jù)物料種類、形態(tài)、尺寸等來設計托帶輥的結構形式和排布的疏密度。如圖7－8所示,布局結構形式主要有:平行托帶輥、V形托帶輥和槽形托帶輥三類。調心托帶輥可防止輸送帶朝一個方向跑偏,在平帶傳動中,帶跑偏方向總是朝著承受張力最大處移動,圖7－9是其調偏原理,若帶朝左立輥1上跑偏,證明此方向處的張緊力過大,而立輥1被帶的摩擦力帶動使得托架2繞軸3轉動一個角度,此處的張緊力變小,從而使帶制導返回,達到自動調偏目的。設置托帶輥是為了分擔輸送帶的承載,防止輸送帶下垂干涉,以24圖7－8托帶輥的結構形式

(a)平行上托帶輥；(b)平行下托帶輥;(c)V形托帶輥；

(d)上調心托帶輥;(e)下調心托帶輥;(f)V形調心托帶輥

圖7－8托帶輥的結構形式

(a)平行上托帶輥；(b)平行25圖7－9調偏原理示意圖

圖7－9調偏原理示意圖264.鏈式輸送裝置

鏈條在輸送裝置中有兩種功用:一是作為物料的承載體;二是動力牽引元件,如在懸掛鏈輸送中的功用。本小節(jié)的鏈式輸送裝置中,鏈條作為承載體用,其系統(tǒng)見圖7－10,由電動機、三角帶輪、三角帶、齒輪減速器、鏈輪和鏈條組成。根據(jù)工件形態(tài)、尺寸材料等,輸送鏈條可有多種選擇,見圖7－11。其中片式套筒鏈應用最為常見,鏈條輸送物料既可是直接帶動物料(如履帶鏈背面可直接堆放物料),也可帶動料架、料斗等附屬裝置。為防止物料、附件掉落,平行于鏈的兩側常設有導向板裝置。

4.鏈式輸送裝置

鏈條在輸送裝置中有兩種功用:一是作27圖7－10鏈條作為承載體輸送裝置

圖7－10鏈條作為承載體輸送裝置28圖7－11輸送鏈條的形式

(a)彎片鏈；(b)片式套筒鏈；(c)焊接鏈；

(d)可拆鏈;(e)履帶鏈;(f)齒形鏈

圖7－11輸送鏈條的形式

(a)彎片鏈；(b)片式套筒鏈；295.輥道輸送裝置

輥道輸送是最為簡單的物料輸送裝置,且成本低廉,它靠物料與輥子外圓面的摩擦力完成輸送工作。常見的三種方式見圖7－12,(a)為靠重力的分力使物料自動從高端流向低端。(b)為料頂料式輸送,為水平布置,機械手或機器人在擺放物料時的水平推動使物料一個接一個地順次推動到下一位置。(c)為外動力驅動輥子,使工件從初端到末端,適合于箱體件、托盤、板材等輸送。動力自動輥道輸送裝置再配合其他輔助裝置可使物料實現(xiàn)轉彎、換向、分流等輸送,見圖7－13。

5.輥道輸送裝置

輥道輸送是最為簡單的物料輸送裝置,30圖7－12輥道傳輸?shù)男问?/p>

圖7－12輥道傳輸?shù)男问?1圖7－13自動輸送輥道的輔助裝置

(a)升降機；(b)彎軌；(c)回轉裝置;(d)直角移載；(e)直角移載

圖7－13自動輸送輥道的輔助裝置

(a)升降機；(b)彎軌326.懸掛鏈輸送裝置系統(tǒng)

懸掛鏈輸送系統(tǒng)具有節(jié)約占地,布局靈活,轉向方便,傳輸可靠,易于實施等優(yōu)點而得以廣泛應用,如塑料件的涂裝作業(yè)、車架焊接作業(yè)、汽車裝配等。如圖7－14所示,是一涂裝生產的懸掛鏈系統(tǒng),懸掛鏈輸送系統(tǒng)主要由架空軌道、牽引鏈條系統(tǒng)、驅動裝置、張緊裝置、轉向裝置、滑架滾輪和各種掛具等組成。

6.懸掛鏈輸送裝置系統(tǒng)

懸掛鏈輸送系統(tǒng)具有節(jié)約占地,33圖7－14懸掛鏈輸送系統(tǒng)

圖7－14懸掛鏈輸送系統(tǒng)34

(1)滑架、滾輪結構。目前的生產應用中常用兩種滑架:提拉式滑架和推撥式滑架,分別見圖7－15和圖7－16。提拉式滑架結構簡單，投資少,是一種同步傳輸裝置,適合于無特別要求的生產作業(yè)。物料隨掛具掛在滑架上,滑架在鏈條的牽引下在架空軌道里行進,將物料送到目的地。推撥式滑架的牽引鏈與滑架體不固定連接,其傳動靠鏈上的推頭撥動滑架體而行進,由于滑架體可與牽引鏈脫扣使得物料可以傳輸?shù)讲煌膽覓戽溕喜⒔榆?實現(xiàn)復雜的輸送和非同步輸送。

(1)滑架、滾輪結構。目前的生產應用中常用兩種滑架:提拉35圖7－15提拉式滑道

圖7－15提拉式滑道36圖7－16推撥式滑道

圖7－16推撥式滑道37(2)掛具的選用。掛具的結構形式、尺寸規(guī)格取決于物料的種類、形狀、尺寸等因素,其基本要求是物料不掉落和方便裝卸,常用的掛具如圖7－17所示。也可自行設計適合現(xiàn)場生產的特殊掛具。

(2)掛具的選用。掛具的結構形式、尺寸規(guī)格取決于物料的種38 圖7－17懸掛鏈用各種掛具

圖7－17懸掛鏈用各種掛具397.1.3物料供給適配裝置

1.模塊化組合機床主軸箱調用

人們知道,加工中心刀具可換,具有靈活性大,通用性好,適應面廣,加工類型和工藝方法多,但由于其每把刀的更換需要時間,因而對某些零件(如汽車發(fā)動機箱體件加工)的綜合加工效率較低,不適應批量生產,一般用于小批量多品種的模具制造等行業(yè)。而多刀組合機床能做到多把刀具,有的達數(shù)十把刀具同時工作,具有很高的效率,并較好地保證加工的一致性。但在品種更換或產品結構更新改變時,卻有點無能為力而可能閑置。集加工中心可換刀具和多軸組合機床高效率的雙重特點的模塊組合機床應運而生,它是將多軸組合主軸箱設計成可換模塊,相當于加工中心的“一把”刀具而可以更換,而且每個模塊又相當于一臺單面組合機床。模塊與單臺的組合機床相比,成本很低,更換方便,管理調度容易。所以,模塊化組合機床具有效率高,適應性廣,占地少等優(yōu)點。7.1.3物料供給適配裝置

1.模塊化組合機床主軸箱調40圖7－18是一臺具有8個可換主軸箱模塊的中型模塊組合機床,可同時完成工件四面的粗精鉆、鏜、鉸、攻絲、锪等工作,每個模塊的調用與分度工作臺回轉和后退配合進行。模塊的調用和工作臺的動作全由程序自動控制進行。工件品種變換時,只需裝備相應的模塊設計與制造工作。

圖7－18是一臺具有8個可換主軸箱模塊的中型模塊組合機床41圖7－18模塊組合機結構與布局圖7－18模塊組合機結構與布局42圖7－19帶翻轉裝置的臥式可換箱組合機床

圖7－19帶翻轉裝置的臥式可換箱組合機床431)主軸箱的定位

換箱機床中主軸箱的定位精度是保證加工精度的重要因素,通常定位精度應在0.01mm以內。

主軸箱的定位方式通常采用“一面兩銷”定位,其中兩銷可以是“圓柱銷-菱形銷”、“兩個圓柱銷”或“兩個圓錐銷”。從定位原則講,采用兩個圓柱銷或兩個圓錐銷定位都屬于過定位狀態(tài)。為減少過定位的干涉,要求嚴格的加工精度或者使一個銷套可以徑向浮動,浮動量為0.1mm。此外,也可用“兩面一銷”定位(見圖7－20),其中一個面用動力箱的前端面,且為主基面,第二基面用兩個定位支承塊組成,且與主基面相垂直,以伸縮定位銷的平面限制主軸箱的橫向(X向)不定度。伸縮定位銷前端制成一個斜面和一個平面。

1)主軸箱的定位

換箱機床中主軸箱的定位精度是保證加44圖7－20兩面一銷定位方法

圖7－20兩面一銷定位方法452)主軸箱的夾緊

如圖7－21所示,由夾緊液壓缸4帶動r形壓板將主軸箱與動力箱定位并壓緊。

2)主軸箱的夾緊

如圖7－21所示,由夾緊液壓缸4帶46圖7－21主軸箱的夾緊

圖7－21主軸箱的夾緊473)主軸箱的輸送

輸送裝置有液壓缸滑臺推送裝置、輸送車、機械手和鏈條等。圖7－22所示的是鏈條式傳送裝置,主軸箱支承在圓導軌6上,利用鏈條2輸送主軸箱。

3)主軸箱的輸送

輸送裝置有液壓缸滑臺推送裝置、輸送48圖7－22主軸箱的輸送

圖7－22主軸箱的輸送492.工件自動供給裝置(自動上料機構)

自動化加工或裝配生產線的自動化程度及運行的好壞很大程度上取決于工件自動上下料裝置的設計與選擇。因為加工、裝配中約三分之一的費用,三分之二的工時都集中在此裝置相關的工序上。大批量生產中,為減少重復而繁重的體力作業(yè),降低勞動強度,提高生產效率,保證產品質量及其一致性,保障生產安全,要求提高上下料的自動化程度是十分有意義的。由于自動上料和自動定位加工后的工件已有比較準確的位置和尺寸,所以,自動下料比較容易實現(xiàn),一般采用推桿、推板或機械手即可,此處不作介紹。

2.工件自動供給裝置(自動上料機構)

自動化加工或裝50機械制造的物料流裝置課件51下面介紹各設備的作用及其特點。

1)供料器

作用是一方面儲存工件毛坯,另一方面,在自動加工或裝配工序源源不斷地自動提供工件。通常分為料倉式供料器和料斗式供料器兩大類。兩類的根本區(qū)別在于工件在供料器中能否完成自動定向的功能。料倉式不能完成自動定向,工件需人工或專用定向器來實現(xiàn)定向排布,適用于難以自動定向排列的工件;料斗式自帶定向器可以工件自動定向,用于定向排列性好、質量小的工件,見表7－2,料倉式還分為自重式送進合外力強制送進兩種方式。表中提供了供料器的眾多結構形式,其詳盡的結構設計可參考《機械工程設計手冊》。

下面介紹各設備的作用及其特點。

1)供料器

作用52表7－2供料器種類和結構形式

表7－2供料器種類和結構形式53表7－2供料器種類和結構形式表7－2供料器種類和結構形式542)定向器

見圖7－23,對于形狀復雜而又不能在料斗中自動定向的工件需在輸料槽中進行再次定向,料倉中工件若非人工定向排列,也需專門的定向器對工件定向,因而定向器的設計選擇也是十分重要的環(huán)節(jié),有的定向器客觀上還具有剔除器功能。

2)定向器

見圖7－23,對于形狀復雜而又不能在料斗55圖7－23各種定向器結構形式

圖7－23各種定向器結構形式563)隔離器

定向排列好的工件送料經(jīng)常是連續(xù)送進和不等節(jié)拍的非同步送進,但往往需要逐個或成組隔離而送往加工區(qū);隔離器設計考慮兩個方面:一是根據(jù)工件形狀、材質、表面狀況等決定隔離器的選擇,二是考慮隔離器工作節(jié)拍與相關工序的節(jié)拍一致性問題,隔離器往往與送料器設計在一起,一般由往復運動、擺動、旋轉等來實現(xiàn)隔離,常見機構見圖7－24。

3)隔離器

定向排列好的工件送料經(jīng)常是連續(xù)送進和不等57圖7－24各種隔離器

圖7－24各種隔離器584)分路器

將來自一路的工件分成兩路以上行進,有的場合必須設置分路器,如供料器供給能力大,足以供給兩臺以上的設備或裝配工序;從生產能力大的工序向生產能力小的工序傳送;自動檢測工序中,將不合格件剔除等。圖7－25是分路器結構。

4)分路器

將來自一路的工件分成兩路以上行進,有的場59圖7－25分路器的結構

圖7－25分路器的結構605)合路器

自動化生產中,有時需對數(shù)臺加工設備完成的同一種工件進行統(tǒng)計、檢驗;或者由數(shù)臺供料器向同一臺加工設備供料時,都需要對工件進行集中匯集。合路后必須保持工件定向一致。見圖7－26。

5)合路器

自動化生產中,有時需對數(shù)臺加工設備完成的61圖7－26合路器的結構

圖7－26合路器的結構626)輸料槽結構

工件從供料器到達上料器或上工序加工完畢后到達下工序途中都必須由輸料槽來支撐和保持定向。其結構設計主要取決于工件形狀、尺寸、重量等。工件在槽中運動一是平移滑動,要考慮其耐磨性;二是滾動,要考慮其摩擦系數(shù)足夠大。有的輸料槽還帶有減速裝置。常見結構形式見圖7－27。

6)輸料槽結構

工件從供料器到達上料器或上工序加工完63圖7－27輸料槽的基本結構

圖7－27輸料槽的基本結構647)上料機構

將已定向排布好的工件裝入夾具并定位由上料機構完成,上料過程與零件的裝配在某種程度上十分相似。上料機構的設計主要根據(jù)工件形狀、尺寸、重量、材料性質等與夾具配合選擇,其中上料桿(元件)的選擇設計是最重要的,主要有:頂桿式、彈性銷、磁性元件、摩擦式、真空吸附和機械手等。

圖7－28所示的是具有指形壓板的L形搖桿式上料機構,適用于空間上不允許使用滑板頂桿式上料機構的場合。L形搖桿2的圓弧段A用于隔離工件,指形壓板3的開閉即可利用工件的重量,也可采用強制的方法,如設置開閉擋塊。

7)上料機構

將已定向排布好的工件裝入夾具并定位由上65圖7－28搖桿式上料機構

圖7－28搖桿式上料機構66圖7－29搖桿與彈性銷上料機構

圖7－29搖桿與彈性銷上料機構67圖7－30真空吸盤式薄板材上料機構

圖7－30真空吸盤式薄板材上料機構68圖7－31自動擰緊螺母機構

圖7－31自動擰緊螺母機構69圖7－32所示為機械手式上料機構。當機械手4抓取到工件后,將從圖示雙點畫線位置按(1)至(6)的順序把工件裝入分度轉臺6上的夾具7中。機械手4的上下運動與擺動可用凸輪或氣缸分別驅動。若工件有中心通孔,機械手4的夾持部分5可采用彈性銷等,否則采用真空吸頭為好。

圖7－32所示為機械手式上料機構。當機械手4抓取到工件后70圖7－32機械手式上料機構

圖7－32機械手式上料機構71圖7－33所示為連續(xù)帶材的步進上料機構。上料體1的內腔有一斜面A,并裝有滾柱2,滾柱壓塊3及彈簧4。當曲柄輪5通過連桿6、搖桿7驅動上料體1向右運動時,由于滾柱2在彈簧4的作用下由右向左運動的趨勢,于是便被楔緊在斜面A和帶材8之間,使帶材8也隨上料體1一起向右移動,完成上料動作。當上料體1向左運動時,因滾柱2與斜面A脫離了接觸不能再夾緊帶材8,故此時帶材8靜止不動,于是上料體1完成空程復位。

圖7－33所示為連續(xù)帶材的步進上料機構。上料體1的內腔有72圖7－33連續(xù)帶材步進上料機構

圖7－33連續(xù)帶材步進上料機構73圖7－34所示為棒料的上料機構。上料動作順序如圖左側圖線所示:(1)至(2)為接取棒料,(3)至(4)為向固定承料架6上料,(5)為回程。送料架2的往復運動可用氣缸驅動,其繞銷軸3的上下擺動由搖爪4及靠模5提供。在料道1的上部應設置隔離機構,以使棒料逐個地落入送料架2的槽口。送料架2的端部應具有圖示的斜面,以使其回程時能順利地從被夾緊的棒料下方退出。

圖7－34所示為棒料的上料機構。上料動作順序如圖左側圖線74圖7－34棒料的上料機構

圖7－34棒料的上料機構753.上(下)料機械手

工業(yè)機械手是一種能模擬人手功能,按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)抓取、擺放、搬運工件、更換刀具或操縱工具的機械化自動化裝置。通常由執(zhí)行機構、驅動機構和控制系統(tǒng)組成,若加上行走機構,則通常稱為機器人。執(zhí)行機構包括手部、腕部、臂部、機身或機座等。其中手部直接與工件或工具接觸,完成夾緊、吸附、托持與松開等功能,是機械手的關鍵元件,手部通常包括手指(卡爪)、傳力機構和驅動元件。有的機械手機構十分復雜,如圖7－35所示。這是一個有十多個自由度的仿人手手爪。有的機械手還帶有傳感器,檢測其工作相關信號,可實現(xiàn)反饋閉環(huán)控制。

3.上(下)料機械手

工業(yè)機械手是一種能模擬人手功能76圖7－35仿人手機械手手爪結構

圖7－35仿人手機械手手爪結構77機械手機構形式取決于工件和使用要求,按不同分類標準有如下幾種:

·按夾持動作分類:回轉型、移動型、回轉或移動多指式及其他類型;

·按驅動元件分:液壓、氣動和電動;

·按傳力機構分:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式、凸輪杠桿式;

·按夾持工件方式分:手指式(外爪、內卡)、吸盤式(電磁真空負壓吸盤、擠壓排氣吸盤)和其他形式(托持、勺式、鉤式、張緊式)。

機械手機構形式取決于工件和使用要求,按不同分類標準有如下78本節(jié)以第一種分類形式分別予以介紹。

1)回轉型機械手

圖7－36所示為兩個氣缸并聯(lián)驅動手指開閉的回轉型機械手。氣缸3、4的活塞桿均固定在支承座2上,氣缸體與U形板5相鉸接。當氣缸3、4的缸體同步向左或向右移動時,U型板5通過連桿7帶動兩手指8閉合或張開。

本節(jié)以第一種分類形式分別予以介紹。

1)回轉型機械手79圖7－36回轉型機械手

圖7－36回轉型機械手802)移動型機械手

圖7－37所示為移動型機械手。連桿4的一端鉸接在擺桿5的中點,另一端與固定支板2相連,連接桿3、擺桿5、6及手指7組成平行四邊形機構。油缸1、連接塊3、連桿4、及擺桿5又構成Scott－Russel機構。當連接塊3作直線運動時,銷軸8、9的連線始終平行于連接塊3的運動方向。從而,當油缸1的活塞桿伸出或縮回時,兩手指7將平行地作對向直線運動,實現(xiàn)閉合或張開。

2)移動型機械手

圖7－37所示為移動型機械手。連桿81圖7－37移動型機械手

圖7－37移動型機械手823)多指式機械手

圖7－38所示為回轉型多指式機械手。電動機2通過鏈條或傳動帶3、蝸桿4及渦輪5、驅動螺桿6轉動,螺桿6又通過兩齒輪8把運動傳遞給螺桿9;安裝在螺桿6左、右螺旋段上的兩螺母7分別帶動杠桿12繞支點擺動,使上下兩卡爪14平行移動,閉合或張開;與此同時,螺桿9上的螺母7帶動L型擺桿10擺動,L型擺桿10又撥動中間卡爪14,使之沿導軌11左右運動,與上下兩卡爪一起夾緊或松開工件。

3)多指式機械手

圖7－38所示為回轉型多指式機械手83圖7－38回轉型多指式機械手

圖7－38回轉型多指式機械手84圖7－39移動型多指式機械手

圖7－39移動型多指式機械手854)其他類型機械手

圖7－40所示的是利用電磁吸盤吸附工件的機械手。電磁吸盤5由永久磁鐵和線圈組成,通電時為消磁,即松開工件;斷電時為勵磁,即吸附工件,可避免因故障停電而使工件脫落。當工件較大采用兩個以上的電磁吸盤時,電磁吸盤的支承部應具有上下浮動和擺動的功能,以防止工件彎曲造成吸附不良。

4)其他類型機械手

圖7－40所示的是利用電磁吸盤吸86圖7－40電磁吸盤式機械手

圖7－40電磁吸盤式機械手87圖7－41所示的是利用手臂的運動使手指閉合將工件夾緊的機械手。手指7處于常開狀態(tài),如圖中的下側手指所指的位置。當手臂1向右運動,板簧9碰到工件12后,由于工件12對手指7的反作用力,手指7將繞銷軸11轉動,同時其左端的滾子8沿著杠桿6的右端面滾動,待滾子8落入杠桿6上的圓弧槽A后,手指7便停止轉動而將工件12夾緊,如圖中的上側手指所處的位置。手指7對工件12的夾緊驅動力由壓縮彈簧5產生,板簧9起緩沖作用。松開工件時,楔桿3在氣缸或電磁鐵2的帶動下向左運動,其斜面迫使杠桿6擺動而與手指7脫鉤,手指7在扭簧10的作用下張開復位。

圖7－41所示的是利用手臂的運動使手指閉合將工件夾緊的機88圖7－41配合運動式機械手

圖7－41配合運動式機械手89在設計機械手手部機構時,必須事先確認工件環(huán)境條件、作業(yè)要求等因素和機械手綜合性能要求。

工件因素:形狀、局部形狀、尺寸、重量、材質特性、穩(wěn)定性和特殊性;

環(huán)境因素:工件分布、工件放置狀態(tài)、位置和姿勢、操作空間、高低溫、特殊介質、電/磁場;

作業(yè)要求:工件批量、工件尺寸形狀變化及通用性;抓取擺放方式;

設計中主要考慮問題有:(1)足夠的夾持或吸附力;(2)適當?shù)拈_閉空間;(3)定位準確度;(4)剛度、強度和耐磨性;(5)結構緊湊與重心分布;(6)聯(lián)結的方便性;(7)驅動與傳力機構適配選取設計;(8)通用性與專用性;(9)檢測元件與聯(lián)鎖保護等;(10)工作節(jié)拍與速度。

在設計機械手手部機構時,必須事先確認工件環(huán)境條件、作業(yè)要90 7.2刀具自動更換裝置

7.2.1刀具自動更換裝置類型

1.轉塔刀架轉位自動換刀裝置

早期的鉆削加工中心采用轉塔頭刀架回轉式的換刀方式(見圖7－42)。這種裝置通常沒有獨立專門的刀庫,多個刀具主軸均布在轉塔上,通過轉塔頭分度轉位實現(xiàn)刀具更換,一般為順序換刀。轉塔頭與主電動機和變速箱可做成一個整體部件,共同沿機床導軌運動,這種結構較緊湊,但移動部件較重;也可把主電動機和變速箱固定在機床上,只有轉塔頭沿機床導軌運動,使移動部件較輕,且振動及熱量不傳到轉塔頭中。轉塔頭式自動換刀裝置,由于轉塔頭結構受限制,剛度較低,而且每把刀具都需要一個主軸,刀具數(shù)目受限,一般不超過10把。鉆塔式既可實現(xiàn)單刀更換,還可實現(xiàn)多軸組合頭更換，如圖7－43所示。如今,轉塔回轉刀架更多的用于數(shù)控車床上,如圖7－44所示。

7.2刀具自動更換裝置

7.2.1刀具自動更換裝置類91圖7－42轉塔換刀立式加工中心

圖7－42轉塔換刀立式加工中心92圖7－43轉搭換刀多軸頭立式加工中心

圖7－43轉搭換刀多軸頭立式加工中心93圖7－44轉塔換刀臥式數(shù)控車床

圖7－44轉塔換刀臥式數(shù)控車床942.刀庫換刀

1)直接換刀

刀庫中刀具的軸線方向與主軸軸線平行,不需換刀機械手,換刀動作由刀庫與機床主軸的相對運動(回轉、移動)實現(xiàn),結構簡單,換刀可靠性較高。

2.刀庫換刀

1)直接換刀

刀庫中刀具的軸線方向95圖7－45無機械手直接換刀的臥式加工中心

圖7－45無機械手直接換刀的臥式加工中心96如圖7－45所示的臥式加工中心。刀庫作選刀回轉運動和拔刀、插入刀具的運動。換刀時,刀庫移近主軸,可實現(xiàn)主軸任意位置換刀。也有在換刀時主軸箱移向刀庫的,實現(xiàn)主軸固定位置換刀,其換刀過程如圖7－46所示。換刀中,舊刀必須先取出送回刀庫相應位置后,才能再從刀庫中取出新刀,這兩個動作不能同時進行,所以換刀時間較長。刀庫容量不大,多用于中小型加工中心。立式加工中心的換刀如圖7－47所示。

如圖7－45所示的臥式加工中心。刀庫作選刀回轉運動和拔刀97圖7－46主軸箱在固定位置的直接換刀過程

圖7－46主軸箱在固定位置的直接換刀過程98圖7－47無機械手直接換刀的立式加工中心

圖7－47無機械手直接換刀的立式加工中心992)機械手換刀

這是加工中心換刀的主要形式,刀庫的位置要比無機械手的自動換刀裝置靈活得多。刀庫中刀具的存放方向與主軸裝刀方向可以不一致,根據(jù)不同要求可配置不同形式的機械手。在刀庫距主軸位置較遠的情況下,還可設置刀具傳送機構,在刀庫與機械手之間傳送刀具。用機械手換刀的自動換刀裝置,刀庫容量可以很大,而換刀時間可縮短到幾秒。由于刀庫位置和機械手換刀動作的不同,因此換刀過程不盡相同,見圖7－48。刀庫中處于換刀位置的刀具軸線與主軸軸線平行，換刀時,主軸箱上移至固定的換刀位置,由機械手完成抓刀、拔刀、回轉180°、插入刀具等動作(見圖7－49)。立式加工中心機械手換刀實例如圖7－50所示。

2)機械手換刀

這是加工中心換刀的主要形式,刀庫的位100圖7－48刀庫安裝在立柱頂部的臥式加工中心

圖7－48刀庫安裝在立柱頂部的臥式加工中心101圖7－49頂置刀庫的機械手換刀動作

(a)抓刀;(b)拔刀;(c)回轉180°;(d)插刀;(e)還原

圖7－49頂置刀庫的機械手換刀動作

(a)抓刀;(b)拔刀102圖7－50立式加工中心機械手換刀實例

圖7－50立式加工中心機械手換刀實例103圖7－51換刀機械手的結構形式

(a)單臂單爪回轉式;(b)單臂雙爪回轉式;(c)雙臂回轉式;

(d)雙機械式;(e)雙臂往復交叉式;(f)雙臂端面夾緊式

圖7－51換刀機械手的結構形式

(a)單臂單爪回轉式;(b1047.2.2刀庫

1.刀庫類型

1)鼓(盤)式刀庫

(1)刀具軸線與鼓盤軸線平行的鼓式刀庫(見圖7－52)。刀具環(huán)形排列,分徑向、軸向兩種取刀形式,其刀座(刀套)結構不同。這種鼓式刀庫結構簡單,應用較多,適用于刀具容量較少的情況。為增加刀庫空間利用率,可采用雙環(huán)或多環(huán)排列刀具的形式。但鼓盤直徑增大,轉動慣量就增加,選刀時間也較長。

7.2.2刀庫

1.刀庫類型

1)鼓(盤)式刀庫

105圖7－52鼓式刀庫

(a)徑向取刀形式；(b)軸向取刀形式

圖7－52鼓式刀庫

(a)徑向取刀形式；(b)軸向取刀形式106

(2)刀具軸線與鼓盤軸線不平行的鼓式刀庫刀具軸線與鼓盤軸線夾角為銳角(見圖7－48)。這種鼓式刀庫占用面積較大,刀庫安裝位置及刀庫容量受限制,應用較少。但應用這種鼓式刀庫可減少機械手換刀動作,簡化機械手結構。

(2)刀具軸線與鼓盤軸線不平行的鼓式刀庫刀具軸線與鼓盤軸1072)鏈式刀庫

鏈式刀庫(見圖7－53)結構較緊湊,通常為軸向取刀。刀庫容量可較大,鏈環(huán)可根據(jù)機床的布局配置成各種形狀,也可將換刀位置的刀座突出以利換刀。一般刀具數(shù)量在30～120把時,多采用鏈式刀庫。

2)鏈式刀庫

鏈式刀庫(見圖7－53)結構較緊湊,通108圖7－53鏈式刀庫

(a)單環(huán)鏈式刀庫；(b)多環(huán)鏈式刀庫

圖7－53鏈式刀庫

(a)單環(huán)鏈式刀庫；(b)多環(huán)鏈式刀庫1093)矩陣格子式刀庫

矩陣格子盒式刀庫(見圖7－54)。刀具分幾排直線排列,由縱、橫向移動的取刀機械手完成選刀運動,將選取的刀具送到固定的換刀位置刀座上,由換刀機械手交換刀具。特點是刀具排列結構緊湊,空間利用率高,刀庫容量大,但是布局靈活性差,刀庫常常安裝在工作臺上,應用較少。

3)矩陣格子式刀庫

矩陣格子盒式刀庫(見圖7－54)110圖7－54固定型格子盒式刀庫

圖7－54固定型格子盒式刀庫1112.選刀方式

1)順序選刀方式

按照工序、工步要求,人工依次將所用刀具插入刀庫刀座中,每次換刀刀庫按順序轉動一個刀座位置,獲取新刀,使用過的刀具可以放回原來的刀座位置,也可以順序放入下一個刀座內。更換不同的工件時必須重新排列刀庫中的刀具順序,因而操作繁瑣。由于在加工同一工件中各工序的刀具不能重復使用,這不僅使刀具數(shù)量增多,而且在使用同種刀具時,因刀具的尺寸誤差也容易造成加工精度不穩(wěn)定。順序選刀方式的優(yōu)點是刀庫的運動及其控制簡單。順序選刀方式適用于工件品種數(shù)較少、加工批量較大、刀具數(shù)量較少的加工中心;刀庫與主軸之間直接換刀的加工中心和有成套刀庫可自動更換刀庫的加工中心。

2.選刀方式

1)順序選刀方式

按照工序、工步要1122)任意選刀方式

由于加工中心采用的數(shù)控系統(tǒng)絕大多數(shù)都具有刀具任選功能,因此,多數(shù)加工中心都采用任意選刀方式。它可分為刀座編碼、刀具編碼和跟蹤記憶等方式。

(1)刀座編碼任選刀具。刀座設有編碼,而當?shù)毒哐b入刀座后就具有該刀座的編碼。在編程時要規(guī)定每一工序所需刀具要裝入的刀座編碼,加工時靠刀座編碼識別裝置選取所需刀具。刀具還回刀庫時也必須還入其原來所占用的刀座。因此,與順序選刀方式相比,選刀、還刀時間較長,刀庫運動及其控制也較復雜。刀座編碼任選刀具適用于選刀、還刀運動與機床加工時間可重合的場合,可存放大直徑刀具。

2)任意選刀方式

由于加工中心采用的數(shù)控系統(tǒng)絕大多數(shù)113(2)刀具編碼任選刀具。編程時只規(guī)定每一工序所需刀具的編碼,而與刀具裝入哪個刀座無關。用過的刀具可還入刀庫的任意空刀座。每把刀具都必須帶有編碼,并且有完善的刀具編碼管理系統(tǒng)。

(3)跟蹤記憶任選刀具。刀具號及其所在刀座號(存刀位置,即刀具地址)一一對應地記憶在數(shù)控系統(tǒng)的PC中。不論刀具存放在哪個刀座,都始終記憶著它的蹤跡。因此,刀具可任意取出、任意送回,不僅刀具、刀座都不必設編碼條,省去編碼識別裝置,而且可減少換刀過程時間。但刀庫上必須設有刀座位置檢測裝置(一般與電動機裝在一起),以便檢測出每個刀座位置。為此,刀庫設有一個機械原點。對于圓周運動選刀的刀庫,每次選刀運動刀庫正轉或反轉都不超過180°。目前多數(shù)加工中心采用跟蹤記憶任選刀具方式。

(2)刀具編碼任選刀具。編程時只規(guī)定每一工序所需刀具的編114 7.3自動排屑裝置

7.3.1排屑機的分類

安裝排屑動力源的不同可分為以下幾類:

1.磁力吸屑式

用于能產生磁力吸附金屬材料排屑工作,有時還用于使不同材料切屑的分離工作,其分類見圖7－55。

7.3自動排屑裝置

7.3.1排屑機的分類

安115圖7－55磁力吸屑裝置的分類

(a)磁板(帶)式；(b)磁環(huán)式；(c)磁滾互連式

圖7－55磁力吸屑裝置的分類

(a)磁板(帶)式；(b)磁116(1)磁板帶式(圖a)。用于鐵質、鋼質材料的斷屑或長度小于100mm的鋼鐵工件輸送,結構簡單、變型容易。該排屑方式其鐵屑與傳動部分隔離封閉,外形美觀,故障率低。但是,由于鐵屑受磁力作用而易在板帶上滑動,因此,僅適合碎屑干式或油冷加工狀態(tài)下使用。且排屑量受到限制。

(2)磁環(huán)式(圖b)。用于冷卻液中顆粒狀、粉末狀鋼鐵材料,浮油的分離。一般不單獨使用,通常與渦旋分離器、流體磁化器組成排屑凈化防腐裝置,用于精加工(如磨削、珩磨等)中冷卻液的凈化處理。應用較廣。

(3)磁滾互連式(圖c)。冷卻液中斷屑鐵質材料分離,結構較復雜,排屑量較小,應用不多。

(1)磁板帶式(圖a)。用于鐵質、鋼質材料的斷屑或長度小1172.機械式排屑裝置

利用摩擦力、擠壓、推拉等機械方式排除切屑,見圖7－56。

2.機械式排屑裝置

利用摩擦力、擠壓、推拉等機械方式118圖7－56機械式排屑裝置

(a)平板鏈式；(b)刮板式；(c)螺旋式

圖7－56機械式排屑裝置

(a)平板鏈式；(b)刮板式；(119(1)平板鏈式(圖a)。用于各類材質各種狀態(tài)的切屑。尤其適于團狀、卷狀的細長屑,排屑量較大,應用廣泛。但該裝置的傳動部分與鐵屑不分離,易發(fā)生故障。

(2)刮板式(圖b)。適合于各種材質的斷屑或長度小于100mm的切屑。

(3)螺旋式(圖c)。適合于各種材質的碎屑。一般不單獨使用,多用于偏離排屑中心線短距離輸送。此方式結構簡單,應用較少,排屑量較大,可根據(jù)螺旋軸的結構不同區(qū)分為有芯螺旋和無芯螺旋兩種。

(1)平板鏈式(圖a)。用于各類材質各種狀態(tài)的切屑。尤其120如圖7－57所示是一有芯螺旋排屑裝置,排屑槽成U形,由鋼板焊成,數(shù)段相接,也可用鑄鐵制成,鑄鐵耐磨性好。排屑槽可以設在機床中間底座內,也可設在地溝內。螺旋器1由電動機經(jīng)減速器2、聯(lián)軸節(jié)5帶動旋轉,轉速為10～20r／min。螺旋器的一端裝在自位軸承上,另一端裝在滑動軸承上,也可以使另一端自由地貼合在排屑槽底面上旋轉,隨磨損而下降,從而,保證螺旋器緊密貼合槽的底部,且使螺旋器徑向有一定浮動量,避免切屑卡死現(xiàn)象。螺旋器直徑為150mm時,最長可達30m,直徑為200mm時,最長可達40m。當螺旋器較長時,應在每3～4m間用一個浮動接頭相接,以改善工作狀況。

如圖7－57所示是一有芯螺旋排屑裝置,排屑槽成U形,由鋼121圖7－57螺旋排屑裝置

圖7－57螺旋排屑裝置1223.大流量液力沖涮式

使用大流量排屑是集冷卻、潤滑、排屑、凈化防腐等于一體。用大流量切削液冷卻加工切削區(qū)的機床,可在夾具及工作臺和相應部位設置噴嘴,利