上料自动化

第七章上料自动化第一节基本概念一、自动上料的意义自动上料：就是把工件或毛坯定向排列，并按照机床工作循环的一定时间间隔，自动地送到机床的一定工作位置上。实现上料自动化的设备称自动上料装置，它是自动化生产不可缺少的辅助装置。在机械制造领域里，材料的搬运、机床上下料和整机的装配等是较薄弱的环节。中小型零件，上下料时间约占辅助时间的20～70%，大型零件的上下料时间约占辅助时间的50～70%。而且多数事故发生在这些操作中。如果能成功地解决上下料自动化问题，就可使工人从繁重而重复性的上下料工作中解放出来，设备的利用率也可大大提高。自动上料装置种类很多，按被加工原材料及毛坯形状和尺寸，可分为板料上料装置、卷料上料装置、条料上料装置和件料上料装置四类。此外，随着工业机器人技术的迅速发展，在一些复杂的毛坯，劳动条件比较恶劣的场合，特别是柔性制造系统中，机器人(机械手)上料装置也得到了越来越广泛地应用。件料自动上料装置按其结构特点和自动化程度又可分为料斗式和料仓式两种型式。料仓式上料装置：它是一种半自动上料装置。需要工人定期地将一批工件按着规定方向和位置依次排列在料仓中，然后由送料器自动地将工件送到机床夹具中去。料斗式上料装置：它是全自动化上料装置。工人将工件成批地倒入料斗中，料斗的定向机构能将杂乱无章的工件自动定向，使之按规定方位整齐排列起来，并按一定的节拍自动送到加工部位。二、自动上料装置的种类1—料道2—送料器3—送料杆兼隔料器4和9—驱动机构6—剔除器7—定向机构8—料斗或料仓自动上料装置原理图三、自动上料装置的基本组成各种上料装置，虽然在结构上千差万别，但它们都是由一些基本职能机构所组成。包括：(1)料斗：用来接受、贮存成堆散乱的工件(料仓式无料斗)；(2)定向机构：用来使散乱的工件按一定方位定向排列起来(料仓式不需要此机构)；(3)料仓：储存已定向的工件，调剂供求平衡；(4)料道：靠自重将工件自定向机构运送到贮料仓或工序间运送工件；(5)隔料器：把待上料的工件与其余工件分离开，使之单个工件给料(有些上料器兼有隔料作用)；(6)上料器：把已定向的工件，按一定的生产节拍和方位送到机床上；(7)卸料器：从工作地点取走工件；(8)搅拌器：搅动工件，增加定向率或防止工件架空堵塞；(9)剔除器：剔除定向位置不对的或多余的工件，使之返回料斗中；(10)安全保险机构：当发生卡料等事故时，能使上料装置自动停车或保险机构打滑(常用安全离合器或摩擦传动机构等)，防止损坏机构。第二节料斗式上料装置一般对于批量大、生产率高、工序时间短、要求上料频繁的及工件形状简单、重量不大的毛坯，往往采用料斗式上料装置。料斗式上料装置由装料机构和储料机构两部分组成。装料机构包括料斗、搅动器、定向机构、剔除器、料道等。储料机构包括隔料器、上料器等。此外，在机床上还有工件的定位夹紧机构、推出器和卸料器等。一、定向机构的工作原理根据工件的定位要求，使散乱的工件，在运输和装料过程中，自动地按一定方位整齐排列起来称为自动定向。在自动定向过程中，应限制住工件的五个自由度(保留一个装料或输料自由度)，但根据零件的形状特征和复杂程度，有时也可以少于五个。按着工件结构的基本特点，可将工件要求定向的复杂程度分为三级：一次定向：适用于具有三个对称面(或对称线)的工件，如球形、正方体或长方体形工件；两次定向：适用于具有两个对称面(或对称线)的工件，如圆柱表面的轴套类工件、呈中心横截面对称的阶梯轴等；三次定向：适用于具有一个对称面(或对称线)的工件，如圆锥表面的轴套类工件、螺栓及非中心横截面对称的阶梯轴等。工件自动定向的基本方法有四种：1.抓取法利用运动着的定向机构来抓取工件的特殊表面(如：凸肩、凹槽、内孔等)，使之分离出来，并定向排列。2.槽隙法根据工件的形状做成一定的槽隙，使运动的工件进入槽隙而定位。3.型孔选择法利用定向机构上一定形状和尺寸的孔穴，对工件进行筛选分离。只有截面形状和位置相应于型孔的工件，才能通过而获得定向排列。4.重心偏离法在工件连续运行过程中利用工件尺寸、外形差别或材质差别形成的重心位置不同，来纠正或剔除定向不正确的工件。链带式料斗装置，适用于碗状、盖状和环状零件的自动定向。装着销4的链带1在连续运动时，堆放在料斗3中的工件被销子4挂住后被带向上，顺次进入输料槽5。当输料槽中料充满后，链带1上的销子仍带着工件向输料槽中挤入，于是输料槽弯曲部分的弹簧盖门被压开，多余的工件落入另外的料箱中。扇型板式定向机构径向槽转盘式定向机构管式定向机构摩擦盘式定向机构二、料斗式上料装置的分类料斗式上料装置若按定向机构的传动方式可分为：机械传动、电磁传动、气压传动和液压传动等。若按毛坯定向方法可将料斗式上料装置分为抓取法定向、槽隙法定向、型孔选择法定向和重心偏离法定向四类，其具体分类情况和技术特性见下表所列。三、料斗及料仓容积计算为使毛坯均匀地从料斗进入机床工作机构，应该使料斗的生产率与工作工序的生产率相一致。用Qn表示工作工序所需的生产率，而Qav表示料斗平均生产率。料斗式上料装置的工作情况可能有两种：(1)料斗的平均生产率等于所需的生产率：Qav=Qn；(2)料斗的平均生产率大于所需的生产率：QavQn。料斗的容积，可按下面公式确定：(m3)式中：Qav—料斗的平均生产率(件/min)；T0—两次装料之间的工作时间(min)；v—工件的体积(m3/件)；ε—容料系数(通常ε1)。01TQvVav系数ε是考虑到工件被杂乱地放置在料斗中，其实际占有的空间容积Ｖ要大于所有工件体积之和，所以其值总是小于1。一般由实验得出，设在已知容积Ｖ的容器中，任意放满某种零件，可得装入的零件数Ａ，则有：ε=vA/V。工件的长径比愈大、形状愈复杂，则ε愈小，ε的试验结果数值见下表。容料系数ε数据表工件的长径比（L/D）容料系数ε1.01.41.63.00.730.650.600.57四、料斗装置的平均供料生产率计算采用料斗式上料装置的机床，大多数要求供料频率较高，节拍较短。因此在选择定向方法和料斗结构时，必须分析料斗的供料生产率能否满足机床的要求。其平均供料生产率Qav可用下式确定：（件/min）式中：Qav—料斗获取工件的平均生产率；z—定向器中取工件的构件数；n—定位器每分钟的工作循环数，单位为r/min或双行程次数/min；K—取工件构件的充实系数，它表示定向概率的大小，与工件的形状、料斗的结构、定向器的形式等有关；P—每一取工件构件同时抓取的工件数，对于钩、销、成型孔槽的定想方式，P=1。zPnkQav第三节振动式料斗振动式料斗装置：它是利用电磁力产生微小振动，依靠惯性力和摩擦力的综合作用使工件向前运动，并在运动过程中自动定向。其主要特点是上料平稳，通用性广，简单耐用，但有噪声。在钟表、仪器仪表等小型零件加工的自动上料中得到广泛的应用。一、振动式料斗装置的工作原理在生产中使用的振动式料斗，多数是圆筒式的，其内壁有螺旋形送料槽。当整个圆筒作扭转振动时，堆放在圆筒底部的工件将沿圆筒内部的螺旋形料道向上运动。料道上设有定向机构，定向正确的工件可通过出口，进入输料槽中。方位不正确的工件被剔除，落入料斗低部再重新上升。工件放在与水平面稍有升角(α＝1°～6°)的斜槽上，料槽支承在两片斜放着(β＝10°～25°)的弹簧片上。当电磁铁通以半波整流后的脉动电流时，吸引料槽振动。随β角、吸引力和振幅增大，供料速度愈高。反之，β角、吸引力和振幅较小时，送料速度低，但平稳性好。料槽往复振动，工件自左向右由低到高的沿着料槽单向输送。振动式料斗的定向方法：一般是根据工件的形状特性和定向要求，在螺旋料槽的最上一圈处，安装一些剔除构件或将某一段料槽开出缺口、槽形及斜面等。将不符合定向要求的工件剔除，使之重新落入料斗中，而让方位正确的工件通过出料口，进行供料。二、振动料斗的设计振动式料斗的供料生产和工作可靠性在很大程度上决定于主要参数的选择。1.振动器：振动器可以利用机械传动的曲柄连杆机构，也可用偏心凸轮作为激振源。但由于其结构复杂、体积大、频率低，所以在振动料斗中很少应用，最常用的是电磁式振动器。2.支承弹簧：一般用三个弹簧片支承料斗。其主要参数是弹簧倾斜角ψ、刚度及其一致性。3.圆筒式料斗的结构设计圆筒式料斗应尽量做得轻巧些，一般都用铸铝制成整体式结构，再车出螺旋料道。对于大、中型料斗也可用薄钢板拼焊而成。其主要结构参数是：螺旋料道的升角α、升距ｔ和中径Dm。第四节料仓式上料装置料仓式上料装置是先靠人工将工件定向排列在料仓中，然后由上料机构自动送装到机床工作位置前，再由推料杆推至夹具中进行定位夹紧。因而，料仓式上料装置确切地说是半自动化的上料装置。它多用于大批大量生产中，尤其适用于因重量、尺寸或几何形状的特点而难于自动定向排列的工件，如曲轴、连杆、凸轮轴等工件。或者单件工序时间较长，人工定向排列一批工件后可以工作很长时间，采用更高自动化程度的料斗式上料装置没有必要，而采用料仓式上料装置，它能简化机构，增加工作的可靠性。一、料仓式上料装置的分类料仓式上料装置由料仓、料道、上料器、推料杆、卸料器和隔料器等机构组成。根据毛坯从料仓到上料器的传送方法，料仓式上料装置可分为靠工件本身的自重送料、载重送料、弹簧送料、摩擦送料、链条送料和转盘轮鼓送料等六类，其中后五类属于强迫送进方式。在料仓式上料装置中，料仓的作用是贮存已定向好的工件，按着料仓的结构形式，可分为槽式料仓(包括直线形、曲线形、螺旋式、之字形等)、管式料仓、料斗式料仓、料斗—料箱式料仓、链式料仓、转盘式料仓和轮鼓式料仓等。料道的作用是将工件从料仓（或料斗）输送到上料器中，有时还兼有贮料的作用。二、送料器送料器的作用是将料道送来的工件转送到机床的预定位置上，再通过推料杆将工件送入夹具中。根据送料器的运动特性，可分为：1.直线往复式2.摆动式3.回转式4.连续式1.直线往复式设计时应注意的问题：(1)工件支承面应做在送料器体上，而不要做在活动夹板上，否则定位不准确。(2)活动夹板的转轴应布置在工件中心右侧，以使夹板从工件上滑过时，张开角度较小。(3)为使工件易从料槽中落入夹持部位，送料器后边应做成斜面(约10°～15°)，V形口的交角处应做成圆角(R≥0.15D)，以防被工件卡住。直线送料器结构简单、工作可靠，占据工作空间较小，但送料速度不能太快，否则可能出现上料跟不上，或使机构很快磨损，因而不适合节拍太短的场合。气动直线往复式送料器2.摆动式送料器摆动式送料器的送料速度较快，工作可靠，由于不需要较长的滑动导轨，其结构比直线式简单，广泛应用于单工位机床上。3.回转盘式送料器此种送料器结构较复杂，占据工作空间较大，但上料平稳，生产效率高，适用于磨床、铣床及多工位机床或要求高效连续供料加工的场合。4.连续式送料器在无心磨床和双端面磨床上，加工圆柱体、环形、盘形和套类工件时，由于生产率很高，常常采用连续式送料器。三、隔料器隔料器又称单件控制器，是用来调节从输料槽(或料仓)进入送料器的工件数量。在自动上料中，当工件较重或垂直输料槽中工件数量较多时，由于隔料器将一个工件从许多工件中分离出来，可避免工件的全部质量都压在送料器上。一些隔料器还可具有改变工件的位置或运动方向的作用。四、卸料器通常卸料器有两种型式：弹簧卸料推杆式和卸料手式。卸料推杆式装置是用一根弹簧、推杆或顶板将工件推离主轴等工作地点，使之落入料箱或下料道中，然后转入下道工序。有时送料器和卸料器是结合在一起的，用卸料手完成卸料工作。思考题：1.自动上料装置的基本组成？2.料斗式上料装置和料仓式上料装置的主要区别？3.料斗式上料装置中工件的定位与其结构（形状）特征的关系？