第一章工序自动化

—1—第一章工序自动化1.1自动装卸工件装置自动装卸工件装置是自动机床不可缺少的辅助装置。当机床实现了加工循环自动化之后，还只是半自动机床，因为每当完成一个加工循环后必须停车，由工人进行装卸工件，经过再次启动，才能进行下一次加工循环。在半自动机床上配备自动装卸工件装置以后，由于能够自动完成装卸工作，因而自动加工循环可以连续进行，即成为全自动机床。在实现工艺过程自动化时，自动装卸工件装置也是组成自动线的不可缺少的辅助装置。1.1.1自动上料装置的类型及特点自动装卸工件装置通常惯称自动上下料装置或自动上料装置。它所完成的工作包括将工件自动安装到机床夹具上，和加工完成后从夹具中卸下工件。其中的重要部分在于自动上料过程所用的各种机构和装置，而卸料机构在结构上比较简单，在工作原理上与上料机构有若干共同之处，所以一般所说自动上料装置通常都包括卸料机构在内。根据原材料及毛坯形式的不同，自动上料装置有以下三大类型：⑴、卷料（或带料）上料装置。将线状的、细棒状的和带状的材料，预先绕成卷状，在加工时将卷料装上自动送料机构，材料从料盘中拉出来，经过自动校直后，送向加工位置。在一卷材料用完之前，送料和加工是连续进行的。⑵、棒料上料装置。当采用棒料作为毛坯时，将一定长度的棒料装在机床上，然后按每一工件所需的长度自动送料。在用完一根棒料之后，需要进行一次手工装料。⑶、单件毛坯上料装置。当采用锻件或将棒料预先切成单件坯料作为毛坯时，需要在机床上设置专门的单件毛坯上料装置。前两类自动上料装置多属于冲压机床和通用（单轴和多轴）自动机的专门机构（部件）。因此本章主要介绍单件毛坯的自动上料装置。单件毛坯自动上料装置根据其工作特点和自动化程度的不同，可以分为料仓式上料装置和料斗式上料装置两种型式。料仓式上料装置是一种半自动的上料装置，其特点是不能使工件自动定向，需要人工图1－1自动上料装置原理图生产过程自动化—2—定时将一批工件按照一定的方向和位置，顺序排列在料仓中，然后由送料机构将工件逐个送到机床夹具中去。料斗式上料装置是自动化的上料装置，工人将单个工件成批地任意倒进料斗后，料斗中的定向机构能将杂乱堆放的工件进行自动定向，使之按规定的方位整齐排列，并按一定的生产节拍把工件送到机床夹具中去。在图1－1中表示了这两种自动上料装置的结构特点。图1－1a和b是料仓式上料装置。它具有料仓3、输料槽2、送料器1、上料杆4、和卸料杆5。当工件的加工循环时间较长时，为了简化结构，可以适当加长输料槽使之兼有料仓的作用（图1－1a），当料仓容量较大时，为了避免工件卡住堵塞，还设有搅动器6（图1－1b）。图1－1c是料斗式上料装置。工件任意地堆放在料斗9内，通过定向机构7将工件按一定方向顺序送入输料槽2中，然后由送料器1送到机床的加工位置。在料斗上还设有剔除器8，用以防止定向不正确的工件混入输料槽。料斗式上料装置由于能够实现工件的自动定向，因而能进一步减轻工人的体力劳动，便于多机床管理。但这种自动定向的料斗多适用于工件外形比较简单、体积和重量都比较小，而且生产节拍短、要求频繁上料的场合。料仓式上料装置虽然需要工人周期性地将工件按规定的方向和顺序进行装料，但结构比较简单，工作可靠性较强，适用于工件外形较复杂、尺寸和重量较大以及加工周期比较长的情况。从图1－1中可以看出，这两种上料装置在实现送料、装料和卸料等过程时所用的机构具有共同性。所不同者仅在于料斗式上料装置具有可使工件自动定向的料斗。因此下面将首先分析组成料仓式上料装置的各种基本机构，然后再分析工件的各种自动定向方法和料斗的结构。近年来，在各种类型的自动化机床上，广泛应用了机械手来实现装卸工件自动化。这里所说的机械手，就是一种能实现较为复杂的动作循环的上下料装置，它从料仓或输料槽中抓取工件，直接送入机床夹具，当工件加工完成后，也能从夹具中把工件卸到固定的地点。它代替了图1－1中所示送料器1、上料杆4和卸料器5的作用。所以，从作用原理上看，仍然可以把它当作上述两类上料装置的组成部分。但由于目前生产上所采用的装卸料机械手的结构形式愈来愈多，而且累积了不少经验，为了便于归纳各种机械手的结构特点，所以在本章中将它作为自动上料装置的一种类型进行介绍和分析。1.1.2料仓式上料装置料仓式上料装置由料仓、输料槽、隔料器、上料机构和卸料机构等部分组成。1、料仓料仓的作用是贮存工件。根据被加工零件的形状特征、贮存量的大小以及与上料机构的配合方式的不同，料仓具有各种不同的结构型式。图1－2所示是一些料仓的典型型式。图1－2a为最简单的槽式料仓，根据工件的形状特征和上料装置在机床上的配置情况，可以做成直槽或弯曲形槽；可以垂直放置也可以倾斜放置。这种料仓的结构简单，但贮存量小，在某些情况下也可看作是输料槽兼作贮料之用。当要求贮存量稍大时，可将贮料槽做成Z形（图1－2b），对于圆柱或圆锥形工件也可采用螺旋形料仓（图1－2c）以增大贮存量。图1－2d为转盘式料仓，工件存放在圆盘的圆周或端面上，圆盘作周期性的间歇回转运动，与送料机构的动作相配合。将工件逐个装上圆盘料仓的工作可在机床外进行，取完工件，及时更换。这种在机床外周期性装料的原理也可应用于其它型式的料仓。图1－2e和f是圆筒形料仓。贮料圆筒1可以装在鼓轮2上作周期性间歇转动（图1－2e），也可以固定不动，用链条2带动送料器3进行连续或间歇性送料（图1－2f)。图1－2g是一种应用较广的斗式料仓，它的贮存量较大，适用于圆柱、圆盘和圆环等类工件。第一章工序自动化—3—必须注意的是，工件在斗式料仓中整齐排列堆积时，常常会在内部互相挤住而形成“拱桥”，使得下面的工件逐渐送出以后，上部的工件却被卡住不能下落。为了保证上料装置能够连续地正常工作，常在这种料仓中设置搅动器，用以破坏“拱桥”。在图1－3中表示了几种搅动器的型式。图1－3a所示的料仓中，在送料器的表面上做出一些波纹或齿纹，依靠送料器往复运动时的摩擦力使料仓中的工件产生运动，避免形成“拱桥。图1－3b为摆动杠杆式搅动器。图1－3c中除了摆动杠杆外，在料仓内还装有菱形搅动器，当料仓容量很大时用以破坏上部的“拱桥”。图1－3d为在料仓内部出口处设置的摆动凸块搅动器，上述各种机械传动的搅动器，一般从经济性出发，很少采用单独的动力源传动，大多尽量利用机床某些运动机构，或从送料机构通过某些构件的联系来进行传动，此外，也可以利用电磁、液压或气压来单独传动，图1－3e所示为利用电磁振动器作为搅动器的例子，适用于重量较轻的工件。2、输料槽输料槽的作用是将工件从料仓（或料斗）输送到上料机构中，有时还兼有贮料的作用。输料槽按其外部形状分，有直线型、曲线形和螺旋型等型式；按工件在输送时的运动状态分，有滚道式输料槽和滑道式输料槽等。输料槽的具体型式和结构，与工件的形状、尺寸以及上料装置在机床上的配置情况等因素有关。(1)、输料槽的结构型式在图1－4中表示了工件以滚动方式输送的几种典型输料槽。图1－4a和b是最常见的箱形截面输料槽，用于输送圆柱形、盘状或环状工件。在一般情况下可以采用图1－4a的开式料槽；当输料槽倾斜角较大、工件滚送速度较高时，为了防止工件因碰撞而跳出槽外，可采用图1－46所示的闭式料槽。对于阶梯形工件，则需根据工件的具体形状设计输料槽底部结构，图1－4c为输送阶梯形盘类工件的一例，图1－4d为用于长杆状阶梯工件（发动机的阀门）的输料槽截面结构，由于工件的头部直径大而杆身细长，为了防止在滚动过程中偏斜或因头部较重而使杆身翘起，所以在头部一边做成闭式料槽。在某些情况下，工件在输送到上料机构之前，需从倾斜角很大，甚至是垂直的料槽中落下，为了减缓工件下落的速度，以免产生过大的冲击，常将这一段做成蛇形料槽（图1－4e），亦称图1－2料仓的形式生产过程自动化—4—阻尼料槽。图1－4f为用于齿轮类工件的隔离式料槽。为了避免轮齿互相啮合而卡住，在料槽中安装可绕轴销2摆动的隔离块1，当前面一个齿轮压在隔离块1的小端时，扇形大端便向上翘起将后面一个齿轮挡住。图1－5所示是工件以滑动方式输送的输料槽。图1－5a为V形输料槽，适用于圆柱形工件，图1－5b为管形输料槽，常常用来输送圆柱、圆锥滚子以及圆柱销之类的工件。这种输料管易于制成弯曲状或用软管制成，适应性强。对于有台阶头部的工件如螺栓、阀门杆等则常采用图1－5c所示轨道式料槽。头部和杆身直径相差甚大的阶梯形工件，常常采用如图1－5d所示的箱式输料槽。滑动输送的输料槽为了克服较大的摩擦阻力，保证可图1－3搅动器图1－4滚动输送的输料槽图1－5滑送输料槽第一章工序自动化—5—靠地输送工件，应具有较大的倾斜角。在某些情况下为了减小输送时的摩擦阻力，可以采用如图1－6所示的辊道式输料槽。这种输料槽的缺点是结构较为复杂。(2)、输料槽的设计输料槽的结构虽然比较简单，但在实际工作中自动上料装置常常是易出故障的环节。最常见的故障就是工件在输送过程中卡住或失去定向，以致自动上料装置不能正常连续地工作。因此，设计时必须针对具体情况，分析保证其工作可靠性的条件，并正确决定其结构参数。①滚动输送的输料槽设计设计时最主要的是确定料槽的宽度、侧壁高度和倾斜角度。在表1—1中列出了一些典型的输料槽截面型式及其确定侧壁高度H的公式。表中a为一般圆柱形和圆盘形工件的输料槽。由于盘状和环状工件滚动时的稳定性较差，所以输料槽的侧壁要稍高些。表中b为一端空心的工件（如活塞），因为重心偏移在一边，为防止滚动速度较高时翻出槽外，故侧壁应比a为高。为了增加可靠性，可以采用表中c所示的料槽结构。表中f和g在决定侧壁高度方面与a没有本质区别，但须注意在这两种情况下，工件的实际长径比（L／D）较大，比较容易卡住或失去定向，在确定输料槽宽度时须加以注意。滚动输送的输料槽一般不需要倾斜很大的角度，对于表面光洁的工件，倾斜角可取为5～7；对于表面较粗糙的工件，可选取7～10；若工件属于毛坯件，具有表面缺陷，料槽倾斜角则应适当取大些，可取为10～15。②滑送输料槽的设计工件在滑送输料槽中，运动时的摩擦阻力较大，为了可靠地输送工件，这种输料槽的倾斜角一般不得小于25，必要时应通过试验确定。序号截面形式示意图侧壁高度H序号截面形式示意图侧壁高度Ha速度较慢输送时H＝（0.5～0.6）D速度较快输送时H＝（0.7～0.8）De2dDH△=0.5～1毫米bH＝（0.8～1）DfH＝（0.5～0.6）DcH＝0.8DH1=D+△△=0.5～1.5毫米gH＝（0.5～0.6）dd2dDH△=0.5～1毫米hH＝（0.7～0.8）D表2-1输料槽侧壁高度当采用图1－5a所示的V形输料槽时，工件要受到比平底输料槽更大的摩擦阻力，如图1－7所示，设工件的重量为W，工件对输料槽的正压力为N，则有2Nsinβ＝W即βsin2WN每边的摩擦阻力为：图1－6辊道式输料槽生产过程自动化—6—sin21WNF式中F1——每边的摩擦力；μ—－摩擦系数。总的摩擦阻力为：WWFFsin21（1—1）式中'—－等效摩擦系数，sin'。从公式（1—1）看出，角度β愈小，则摩擦阻力愈大。对于较轻的工件，可以取β＝45，即可以采用标准角铁制作，对于较重的工件，则取β=60。工件在这种V形输料槽中滑行时的稳定性好，但为了保证输送可靠，其倾斜角α应为由等效摩擦系数所确定的摩擦角的1.4～1.5倍，即')5.1~4.1（（1—2）式中α——输料槽的倾斜角；θˊ——等效摩擦角，sin''tg。料槽的边高可取为：H＝（0.7～0.8）D。当滑行输料槽需要转弯时，应注意用平滑的圆弧过渡，并根据工件的形状尺寸正确选择过渡圆弧的半径。如图1－8所示，4L)SR(R222由此可得：S8L2SR2（1—3）式中R——输料槽转弯处的圆弧半径；L——工件长度。式中弧高S应根据输料槽直槽部分的宽度B来考虑选取，从图1－8可见，如果输料槽的直槽部分与圆弧部分做得一样宽的话，则B＝d＋C＋S（1—4)式中d——工件的直径；C——必需的最小间隙，可以用工