机械制造的物料流装置

第7章机械制造的物料流装置第7章机械制造的物料流装置7.1工件储运装置7.2刀具自动更换装置7.3自动排屑装置思考与练习题第7章机械制造的物料流装置7.1工件储运装置7.1.1物料储存装置物料储备装置系统主要包括供给正常生产物料的仓储系统和在自动线个别环节或设备发生故障时解决燃眉之急用的线上自动储料装置系统两个部分。对于仓储系统,本节只介绍仓储系统中的与FMS或CIMS等机电一体化系统中非常重要的自动立体仓库装置。第7章机械制造的物料流装置1.自动立体仓库自动立体仓库是应现代化、自动化生产和管理信息化的要求应运而生的。与传统仓库相比,能更有效地利用空间,使物品堆放向空中立体发展;配备有完善的计算机管理系统并具自动控制物品的存取、搬运功能,能优化物品的储存数量,保持最佳的库存量,既减少资金积压又能使生产正常进行;减少搬运配料人员和仓储管理人员。如图7－1所示是一巷道式立体仓库局部简图。第7章机械制造的物料流装置图7－1巷道式立体仓库第7章机械制造的物料流装置(1)总体布局。如图7－2所示是常见的巷道式自动立体仓库平面布局形式。图7－2巷道式自动立体仓库平面布局形式第7章机械制造的物料流装置(2)高层货架。在保证货架结构刚度、强度、稳定性的基本要求下,有的高层货架还要求结构单元自身可调整组合,以适应产品结构发生变换时对货架进行优化排布,即自动立体仓库自身具有一定的柔性组合特点。高层货架是自动立体仓库的基础结构和物品储存支架,同时还是其他元件的支撑件或载体,如定位元件、地址编码、通讯线缆、空中轨道等,其货架单元常由结构钢,如槽钢、工字钢、圆钢等通过焊、铆、螺栓连接等方式制成。第7章机械制造的物料流装置(3)自动立体仓库的计算机管理系统。其主要职能有:入库管理、出库管理和库存数据统计管理。①入库管理:记录并刷新入库物品的名称、编码、数量、来源地、日期、质量等级及重要度等信息,并进入相关数据库。另一方面,发出指令控制仓储机械设备将物品搬运到应到达的仓位。②出库管理:根据出库提货清单,核实出货权限,指令自动仓储机械设备执行出货指令,刷新在库品数量等数据信息。③库存数据统计管理:结合生产状况,反映准确的在库物品信息(如B.O.M清单),为生产计划、供应系统提供多方决策的数据信息,对仓库自身的库存结构和库存量等进行优化。第7章机械制造的物料流装置(4)堆跺机。如图7－3所示的双柱式堆跺机是一种可在自动立体仓库高层货架巷道轨道上穿梭行走,并堆高层货架的物料仓位存取物品的专用起重设备。为刚性起见,通常采用框架结构。堆跺机通常由行走机构、升降机构、货台与装卸托盘、框架、导向机构、控制系统和安全保护装置等组成。堆跺机一般由专业单位进行设计制造,鉴于其机构上“瘦高”的特点,其设计重点考虑以下几点:第7章机械制造的物料流装置图7－3巷道堆跺机结构简图(a)单立柱式；(b)双立柱式第7章机械制造的物料流装置2.线上自动储备装置正如农民修建蓄水池储水以防天旱年间延误农作生产一样,线上自动储备装置是为防止自动生产线中某台或某加工单元设备出现故障而影响后续工序的正常工作或全线停产。线上自动储备装置起到蓄水池的作用,它可缓冲生产线上个别故障造成的全局性损失,或者调节正常生产线上因节拍差异而造成的“桶板效应”(指一个桶的容量取决于最低那块板所确定的桶的容积,生产线上指整个线上的节拍取决于最慢节拍的机床或工序)。线上自动储备装置在生产正常或节拍一致时几乎不发挥作用,它并非是一个常规概念的仓库,其设计原理类似于一条九经曲折的江河,在同样的距离上迂回曲折使路径增长而增大水的储备量。设计上有两种思路:动态式和静态式。第7章机械制造的物料流装置1)动态式线上自动储备装置指上工序来的每一个零件都经过此储备装置,而按顺序地进入下工序,只是在此装置上动态地积累有较多的可流入下工序的零部件数而已。通常安装在易于发生故障的设备或工序之后端,起到缓冲调剂作用,留出设备修理时间,减少后续连锁停机损失。如图7－4所示。第7章机械制造的物料流装置图7－4动态式线上自动储料装置第7章机械制造的物料流装置2)静态式线上自动储备装置此储备装置一直静态地存放有一定数目的上工序而来的零部件。正常时,上工序而来的零部件不经过此装置而直接进入下工序,仅当上工序设备发生停机故障时本装置才投入运行,释放库存应急,故障解除后,上工序设备须加班补充本库存,如图7－5所示。当然,这种静态也是相对而言的,为防止库存太久产生生锈等原因,有时须人为地或自动线设计要求定期释放更新库存。第7章机械制造的物料流装置图7－5静态式线上自动储料装置第7章机械制造的物料流装置7.1.2工件输送装置物流系统中的输送系统内容较丰富,输送任务主要指工件毛坯、成品、半成品等零部件等的输送,还包括刀、夹、量、辅具等的输送。按不同的分类有不同的输送类型:按输送行程的轨迹路径可分为:直线输送和环形输送。按工件与机床间的位置关系可分为:内通式输送和旁通式输送。按输送时间节拍可分为:同步输送和非同步输送。按物料形态可分为:固体输送、液体输送和气体输送。第7章机械制造的物料流装置1.随行夹具输送与返回装置托盘和随行夹具在自动生产线和装配线上应用较多,采用托盘或随行夹具可减少工件的装夹工作,并易于将工件准确输送到预定位置或工位。由于随行夹具和托盘都是循环使用,因而在输送设计上需考虑其返回装置。根据生产现场布局,其结构上可有三种方式供选用,见表7－1。在上方和下方返回的两种结构中,设计有升降装置或回转鼓轮,使随行夹具完成升降动作而回到初始位置以备调用。第7章机械制造的物料流装置表7－1随行夹具输送与返回装置的布局形式方式图列特点a.上方返回立体布局，结构紧凑，占地少，清洗、维修不方便，不易观察夹具b.下方返回立体布局，结构紧凑，占地少，排屑布局困难c.水平返回占地面积多，结构简单，清理和观察夹具方便1-输送带2-下降装置3-辊道4-提升装置5-随行夹具1-上升液压缸2-前升降台3-主输送带4-后升降台5-后上升液压缸6-返回输送带7-传动装置8-机床底座1、6-横向返回带2-清洗机3、5、7-传动装置4-纵返装置8-主输送带第7章机械制造的物料流装置2.自动输送小车自动输送小车是机电一体化生产系统中十分重要的输送设备,在当前的生产实际应用中,主要有有轨自动小车(RGV)和无轨自动小车(AGV也叫自动导向小车),而自动输送小车自身就是技术含量高的机电一体化产品,一般都需专业厂家设计制造并结合车间现场进行施工来完成。第7章机械制造的物料流装置(1)有轨自动小车。以直线输送应用为主,行进中沿地面铺设的轨道输送物料。有轨自动小车运行系统通常包括:轨道、动力与控制电缆、RGV小车(车身、减速与制动装置、识址与定位装置、安全保护与报警装置、控制装置)托盘交换与定位装置等。轨道一般为轻型导轨,可设计为水平、垂直、斜坡等布局形式。根据需要有的导轨还可悬架在空中,使小车成为吊挂车形式,减少工作噪声、节约占地,并利于现场打扫工作。有轨系统具有控制系统相对简单,造价低,但柔性差,一经铺就,路线不易改变,工作噪声大,占地多,清洁困难等缺点。第7章机械制造的物料流装置(2)无轨自动小车(AGV)。AGV具有较好的柔性和灵活性,运行无噪声,占地少等优点。如图7－6所示,AGV系统由随行夹具或托盘交换装置、液压升降装置、驱动行走与变速装置、动力及控制电源、地面轨迹制导设施等组成。AGV动力源一般采用一次充电能用8小时左右的蓄电池。与RGV相比,其行走轨迹制导系统比较复杂,制导方式有:电磁感应制导、光学制导、激光制导、红外线制导、磁力制导和摄像跟踪制导等。第7章机械制造的物料流装置图7－6AGV结构图第7章机械制造的物料流装置3.带式输送装置带式输送装置常用于散料或不定形小件的直线长距离输送工作中,其系统构成见图7－7,由输送带、托带辊、张紧轮、驱动滚筒、驱动电机、减速机构等组成,其每个组件部分设计选择可参考《机械零件设计手册》、《机械设计手册》等,此处主要介绍其托带辊的组合结构形式及带的调偏原理。第7章机械制造的物料流装置图7－7带传输系统图第7章机械制造的物料流装置设置托带辊是为了分担输送带的承载,防止输送带下垂干涉,以及带被物料重力拉长而张紧不足降低传载能力。托带辊一般是通过轴承而空套在芯棒上,随着输送带的行进而摩擦滚动回转。根据物料种类、形态、尺寸等来设计托带辊的结构形式和排布的疏密度。如图7－8所示,布局结构形式主要有:平行托带辊、V形托带辊和槽形托带辊三类。调心托带辊可防止输送带朝一个方向跑偏,在平带传动中,带跑偏方向总是朝着承受张力最大处移动,图7－9是其调偏原理,若带朝左立辊1上跑偏,证明此方向处的张紧力过大,而立辊1被带的摩擦力带动使得托架2绕轴3转动一个角度,此处的张紧力变小,从而使带制导返回,达到自动调偏目的。第7章机械制造的物料流装置图7－8托带辊的结构形式(a)平行上托带辊；(b)平行下托带辊;(c)V形托带辊；(d)上调心托带辊;(e)下调心托带辊;(f)V形调心托带辊第7章机械制造的物料流装置图7－9调偏原理示意图第7章机械制造的物料流装置4.链式输送装置链条在输送装置中有两种功用:一是作为物料的承载体;二是动力牵引元件,如在悬挂链输送中的功用。本小节的链式输送装置中,链条作为承载体用,其系统见图7－10,由电动机、三角带轮、三角带、齿轮减速器、链轮和链条组成。根据工件形态、尺寸材料等,输送链条可有多种选择,见图7－11。其中片式套筒链应用最为常见,链条输送物料既可是直接带动物料(如履带链背面可直接堆放物料),也可带动料架、料斗等附属装置。为防止物料、附件掉落,平行于链的两侧常设有导向板装置。第7章机械制造的物料流装置图7－10链条作为承载体输送装置第7章机械制造的物料流装置图7－11输送链条的形式(a)弯片链；(b)片式套筒链；(c)焊接链；(d)可拆链;(e)履带链;(f)齿形链第7章机械制造的物料流装置5.辊道输送装置辊道输送是最为简单的物料输送装置,且成本低廉,它靠物料与辊子外圆面的摩擦力完成输送工作。常见的三种方式见图7－12,(a)为靠重力的分力使物料自动从高端流向低端。(b)为料顶料式输送,为水平布置,机械手或机器人在摆放物料时的水平推动使物料一个接一个地顺次推动到下一位置。(c)为外动力驱动辊子,使工件从初端到末端,适合于箱体件、托盘、板材等输送。动力自动辊道输送装置再配合其他辅助装置可使物料实现转弯、换向、分流等输送,见图7－13。第7章机械制造的物料流装置图7－12辊道传输的形式第7章机械制造的物料流装置图7－13自动输送辊道的辅助装置(a)升降机；(b)弯轨；(c)回转装置;(d)直角移载；(e)直角移载第7章机械制造的物料流装置6.悬挂链输送装置系统悬挂链输送系统具有节约占地,布局灵活,转向方便,传输可靠,易于实施等优点而得以广泛应用,如塑料件的涂装作业、车架焊接作业、汽车装配等。如图7－14所示,是一涂装生产的悬挂链系统,悬挂链输送系统主要由架空轨道、牵引链条系统、驱动装置、张紧装置、转向装置、滑架滚轮和各种挂具等组成。第7章机械制造的物料流装置图7－14悬挂链输送系统第7章机械制造的物料流装置(1)滑架、滚轮结构。目前的生产应用中常用两种滑架:提拉式滑架和推拨式滑架,分别见图7－15和图7－16。提拉式滑架结构简单，投资少,是一种同步传输装置,适合于无特别要求的生产作业。物料随挂具挂在滑架上,滑架在链条的牵引下在架空轨道里行进,将物料送到目的地。推拨式滑架的牵引链与滑架体不固定连接,其传动靠链上的推头拨动滑架体而行进,由于滑架体可与牵引链脱扣使得物料可以传输到不同的悬挂链上并接轨,实现复杂的输送和非同步输送。第7章机械制造的物料流装置图7－15提拉式滑道第7章机械制造的物料流装置图7－16推拨式滑道第7章机械制造的物料流装置(2)挂具的选用。挂具的结构形式、尺寸规格取决于物料的种类、形状、尺寸等因素,其基本要求是物料不掉落和方便装卸,常用的挂具如图7－17所示。也可自行设计适合现场生产的特殊挂具。第7章机械制造的物