第五章自动化生产线

第五章自动化生产线在大批量生产条件下，由于产品结构稳定，而且产量大，一般都具有工步、工序自动化和流水作业的基础，这为采用高生产率的自动化生产线提供了有利的条件。因此，在机械制造、电子、轻工等行业使用了大量的类型各异的自动化生产线。第一节自动化生产线概述一、自动化生产线的概念把加工设备按工艺规程顺次排列，用相应的输送装置和辅助装置将它们连成一体并通过控制系统将各个部分动作联系起来，使其按照规定的程序自动地进行工作,这种自动工作的机械装置系统称为自动化生产线。自动化生产线的特点（与流水线相比）（1）产品或零件在各工位的工艺操作和辅助工作以及工位间的输送等均能自动进行，具有较高的自动化程度；（2）具有固定节拍的自动线，生产节奏性更为严格，产品或零件在各加工位置的停留时间相等或成倍数,而且产品对象通常是固定不变的，或在较小范围内变化，改变品种时要花费许多时间进行设备的人工调整;（3）随着控制技术的不断发展,自动化生产线的柔性越来越大,可适应多品种、中大批量生产的需求;（4）全线具有统一的控制系统，普遍采用机电一体化技术;（5）自动化生产线初始投资较多。二、自动化生产线的基本组成自动化生产线通常由基本工艺设备、工件的传输系统、控制和监视系统、检测系统及各种辅助装置等组成如图5-1所示图5-2组合机床自动线1－操纵台2、7、8－组合机床3－转位鼓轮4－夹具5－切屑输送装置6－液压装置9－转位台10－输送带11－输送带传动装置三、自动化生产线的类型(一)按所用加工装备类型分类1．通用机床自动线2．专用机床自动线3．组合机床自动线4．柔性制造自动线（FlexibleManufacturingLine---FML）（二）按自动线生产节拍特性分类自动线完成一个工作循环所需要的时间称为自动线的生产节拍。1．固定节拍自动线2．非固定节拍自动线四、自动生产线总体体布局形式1．直接输送工件的自动线（1）直线通过式（2）折线通过式（3）非通过式2.带随行夹具的自动线3.悬挂输送式自动线适用于外形复杂及没有合适输送基面的工件及轴类零件。下图是输送装置设在机床上方的喷油器体生产线布局图第二节自动生产线的输送系统自动生产线的输送系统用于连接各工艺设备及辅助装置。包括上下料、各工位间的物料输送、转位和储料等装置。自动上、下料装置包括自动上料装置和自动下料装置两部分。主要完成的任务，按照自动线加工要求将毛坯或零件定向排列、自动送到指定位置上（上料），再利用料道将已完成工序加工的工件自动放在输送装置上（下料）。按照毛坯形状、大小及其工作特点不同，又可分为料仓式、料斗式和工业机械手（机器人）等上料装置。一、自动上下料装置图5-13自动上料装置工作原理（a）料仓式上料装置（b）料斗式上料装置（c）工业机器人上料装置1-输料槽2-送料器3-送料杆兼隔料器4、9-驱动机构5-搅动器6-剔除器7-定向机构8-料斗或料仓（1）料仓式上料装置（图a），它是一种半自动上料装置，需要人工定期地将一批工件按规定方向和位置依次排列在料仓8中，由送料器自动地将工件送至自动线预定位置。（2）料斗式上料装置（图b），是一种全自动上料装置，工人将一批工件倒入料斗8中，料斗8中的定向机构7能将杂乱无章的工件自动定向，按规定方位送入输料槽1中，以一定的生产节拍由送料器自动输送至自动线上料处。（3）工业机械手（机器人）上料装置（图c）。适应于体积大、结构复杂的单件毛坯或劳动条件较恶劣的场合，比料斗或料仓式上料装置灵活，广泛应用于柔性制造系统。二、物料输送装置在自动化生产线中，将物料从一个工位自动地输送到下一个工位（或从一台设备传送到下一台设备）、保证自动线按生产节拍连续工作的装置，称为物料输送装置。自动生产线中常用的物料输送装置有滚动式输送装置、链式输送装置、步伐式输送装置和自动运输小车等。（一）滚动式输送装置（二）链式输送装置（三）步伐式输送装置（四）自动运输小车自动运输小车是现代生产系统中机床间传送物料的重要设备，它分为有轨小车和无轨小车两类。（1）有轨小车（RGV-RailGuidedVehicle）有轨小车一种无人驾驶的自动化搬运设备。有轨小车沿着预先铺设的导轨，在牵引装置的推动下，按照控制需求行走，实现物料的自动传送。有轨小车一种无人驾驶的自动化搬运设备。有轨小车沿着预先铺设的导轨，在牵引装置的推动下，按照控制需求行走，实现物料。的自动传送。•导轨系统•小车控制器•车架•警告和安全装置有轨小车的组成..地轨系统安全装置小车控制器托盘交换装置有轨小车的特点•移动速度快，行走平稳，定位精确；•承载能力大，适合搬运笨重零件；•控制系统相对简便，可靠性高，成本低，易维护；•传输路径柔性不高，一般适宜在直线布局的系统中采用。（2）无轨小车（AGVAutomatedGuidedVehicle）AGV无轨道，可以外部控制的自由运行的电动小车，以蓄电池作为电源，用某种制导方法（电磁制导及光学制导）控制其运行路线，不需设置导轨，柔性大。AGV的基本组成安全挡板导向装置电池车载控制器急停按键状态显示灯车架AGV在50年代首先在美国出现，由美国Barrett电子公司开发，当时AGV应用主要替代人工铲车，实现物料的搬运，所以它的功能类似于一台铲车，但它在车载控制器的控制下沿着人们预先设计好的传输路径行进，而不是靠人工驾驶。AGV的发展过程AGV随着电子技术，特别是计算机技术的发展，有了新的更大的发展，在50-70年代在欧洲、日本等国家和地区也得到了迅速的发展。到了80年代美国面对激烈的市场竞争，AGV技术又得到了新的发展。目前除了先前的应用领域外，起应用场合得到了很大的扩展。如办公室公文资料、信件的传送；医院里病人及医疗器材的传送等。中国第一台AGV于1978年研制成功，并在胶片厂和肿瘤医院获得应用，因为在搬运感光胶片时无人能在黑暗中看青周围的环境，而在肿瘤医院中病人接受放射治疗时护士不能护送。AGV的基本原理AGV有别于有轨自动运输小车是AGV的运行不依靠于固定的运行轨道，而是通过采用不同的引导方式来控制运行路线。AGV的导引方式分为有线导引和无线导引。如激光导引就是无线导引中的一种。有线导引又有电磁感应式和光发射导引式。随着科学技术的发展，新的导引方式层出不穷，如模式识别导引、陀螺导引等。（1）导引方式•电磁感应式感应线圈（左）感应线圈（右）导向线导引电流一般频率较低（小于15kHz），低压（小于40V），消耗电流的强度小于600mA。电磁感应引导方式可靠性高，维护工作轻，深受大家欢迎。•光发射引导式照射灯过滤镜导向反光带光检测器将具有光发射功能的金属带（如铝带）沿AGV预定的运行路线粘贴在地面上，或在地面上喷涂荧光漆带等。AGV上设置发射光源，发出的光照射到金属带上；AGV上的光检测器接收从金属带反射的光被，再经过光电转换装置，将两边的电信号放大、比较，再经偏差值反馈给导向伺服驱动控制系统单元驱动导向伺服电机，使导向轮偏转，使AGV可以继续沿导引线方向运动。AGV的基本组成•车架•电池：通常为24V或48V工业电池。•导向单元(a)单向(c)多向(b)双向导向天线导向轮导向电机VLVR放大器速度控制器导向控制单元组成•AGV的安全装置AGV安全装置是确保AGV安全运行的保证系统。它主要要避免AGV之间、AGV与周边物体、AGV与人的碰撞。AGV上的安全装置通常有两类。一类为用于防止前后左右侧底层障碍物的碰撞，它通常在AGV的前后左右安装安全挡圈（Bumper），因为在安全挡圈上安装有各种碰撞检测传感器，一旦传感器触发，AGV就急停下来。第二类为红外线障碍物检测装置，它安装在AGV四周的中部。检测距离通常为0.3~1m内可调，红外线检测装置可以通过检测到的信号作出相应的反应。一种为将AGV减慢速度到0.6m/min左右，并发出警告信号；另一种反应为立即使AGV停止。l具有良好的柔性；l减少劳动力需求；l不同的AGV能够在同一个系统中运行；l在系统中即使有个别AGV不能正常工作，系统不会瘫痪；l系统容易扩展；l提高了产品设备运输的安全性；l高的可靠性；l减少占用空间；l需要少的能源，并且运行低噪音；l容易安装，维护方便；l易于与其它自动化系统集成。AGV的特点缺点主要表现为一次性投入成本较高，因而投资回收期变长；第二它主要适用于室内，在环境恶劣的露天环境不宜采用，对由磁导向装置的AGV，不能在金属地位上运行。