第2章上料自动化2

1、2022-2-20武汉理工大学机电学院1/27三、料斗式上料装置三、料斗式上料装置1 工件的定向方法工件的定向方法2 料斗式上料装置的结构及设计料斗式上料装置的结构及设计2022-2-20武汉理工大学机电学院2/27机械传动式料斗装置机械传动式料斗装置其定向机构采用机械传动其定向机构采用机械传动或作连续回或作连续回转运动，或作直线往复运动，使料斗中的转运动，或作直线往复运动，使料斗中的工件自动定向。工件自动定向。利用电磁力使料盘产生振动，驱使工件在利用电磁力使料盘产生振动，驱使工件在滑道上运动，并在运动的过程中使工件自滑道上运动，并在运动的过程中使工件自动定向。动定向。振动式料斗装置振动式料斗

2、装置 利用料斗式上料装置，保证了上料的完全自动化，工人的职责利用料斗式上料装置，保证了上料的完全自动化，工人的职责仅仅是把毛坯成批地装入料斗中，并对上料装置以及整个机器的工仅仅是把毛坯成批地装入料斗中，并对上料装置以及整个机器的工作过程进行监控。作过程进行监控。 坯件在料斗中的定向方法取决于坯件外形、结构及其重心位置。坯件在料斗中的定向方法取决于坯件外形、结构及其重心位置。 依据定向方依据定向方式的不同，料斗式的不同，料斗分为两大类分为两大类机械传动式料斗装置机械传动式料斗装置振动式料斗装置振动式料斗装置2022-2-20武汉理工大学机电学院3/271、工件的定向方法、工件的定向方法(1)抓取

3、法定向抓取法定向：是借运动着的抓取定向机构，抓取坯件的孔、槽等特形表面而完成定向的。(2)槽隙法定向槽隙法定向：是借抓取定向机构的拉动，使坯件落进沟槽或缝隙而实现定向。(3)型孔选取法定向：型孔选取法定向：是利用抓取定向机构上一定形状和尺寸的型孔对坯件进行筛选，只有位置和截形都相应于型孔的坯件，才落入型孔中而获得定向。(4) 重心偏移法定向重心偏移法定向：重心不对称的坯件，利用其重心偏移的特性，使重端倒向指定方向来完成定向。(5)振动定向：振动定向：借助振动，使坯件在料斗中传送时矫正或剔除方位不正确的坯件而完成定向。由于其特殊的定向原理及应用最为广泛，将在第4节进行介绍。2022-2-20武汉

4、理工大学机电学院4/27工件的定向特性2022-2-20武汉理工大学机电学院5/27(1) 抓取法定向抓取法定向工作原理工作原理 利用运动着的定向机构抓取工件的某些表面，如孔、利用运动着的定向机构抓取工件的某些表面，如孔、凹槽等，使之从成堆的杂乱工件中分离出来并定向排列。凹槽等，使之从成堆的杂乱工件中分离出来并定向排列。常用的定向机构有杆、销、钩子等，适用于带孔的套状、常用的定向机构有杆、销、钩子等，适用于带孔的套状、碗状和环状零件。碗状和环状零件。2022-2-20武汉理工大学机电学院6/27抓取法定向示例抓取法定向示例2022-2-20武汉理工大学机电学院7/27(2) 槽隙法定向槽隙法定

5、向 工作原理工作原理 在这种料斗中，用专门的定向机构搅动工件，使工件在这种料斗中，用专门的定向机构搅动工件，使工件在不停的运动中落进沟槽或缝隙实现定向。定向机构可以在不停的运动中落进沟槽或缝隙实现定向。定向机构可以作直线往复运动、摆动运动或回转运动。这一类料斗可用作直线往复运动、摆动运动或回转运动。这一类料斗可用于螺钉、螺帽、片状、圆环以及各种带头部的工件。于螺钉、螺帽、片状、圆环以及各种带头部的工件。2022-2-20武汉理工大学机电学院8/27槽隙法定向示例槽隙法定向示例2022-2-20武汉理工大学机电学院9/27(3) 型孔选取法定向型孔选取法定向工作原理： 是利用抓取定向机构上一定形

6、状和尺寸的型孔对坯件进行筛选，只有位置和截形都相应于型孔的坯件，才落入型孔中而获得定向。2022-2-20武汉理工大学机电学院10/27型孔选取法定向型孔选取法定向2022-2-20武汉理工大学机电学院11/27(4) 重心偏移法定向重心偏移法定向 重心不对称的坯件，利用其重心偏移的特性，使重端倒重心不对称的坯件，利用其重心偏移的特性，使重端倒向指定方向来完成定向。向指定方向来完成定向。2022-2-20武汉理工大学机电学院12/27(5) 振动定向振动定向 借助振动，使坯件在料斗中传送时矫正或剔除方位不正借助振动，使坯件在料斗中传送时矫正或剔除方位不正确的坯件而完成定向。由于其特殊的定向原理

7、及应用最为广确的坯件而完成定向。由于其特殊的定向原理及应用最为广泛，将在第泛，将在第4节进行介绍。节进行介绍。2022-2-20武汉理工大学机电学院13/272、料斗式上料装置的结构及设计、料斗式上料装置的结构及设计(1) 料斗容积料斗容积(2) 定向机构定向机构(3) 坯件堵塞的消除方法坯件堵塞的消除方法(4) 供料生产率供料生产率2022-2-20武汉理工大学机电学院14/27(1) 料斗容积料斗容积V 由一次装料保证机床连续工作所需坯件数量决定。由一次装料保证机床连续工作所需坯件数量决定。式中，式中， 坯件的体积（坯件的体积（mm3)； T 一次装料保证机床连续工作时间（一次装料保证机床

8、连续工作时间（min)，对于小型坯件取，对于小型坯件取T 120min，对于中型坯件取，对于中型坯件取T 60min； 料斗平均供料生产率（件分钟）；料斗平均供料生产率（件分钟）； 容积系数。对于轴类、盘类和球形坯件，一般取容积系数。对于轴类、盘类和球形坯件，一般取0.50.65。当。当坯件长径比坯件长径比 1 时取小值，当时取小值，当 1 时取大值。时取大值。 VCPKTQVV00VCPQVK2022-2-20武汉理工大学机电学院15/27(2) 定向机构定向机构u板式定向机构板式定向机构u管式定向机构管式定向机构u钩、销式定向机构钩、销式定向机构u缺口圆盘式定向机构缺口圆盘式定向机构202

9、2-2-20武汉理工大学机电学院16/272022-2-20武汉理工大学机电学院17/272022-2-20武汉理工大学机电学院18/27管式定向机构管式定向机构2022-2-20武汉理工大学机电学院19/27作用原理作用原理利用运动着的定向机构抓起工件的某些表面利用运动着的定向机构抓起工件的某些表面孔、凹孔、凹槽等，使之从成堆的杂乱工件中分离出来并定向排列。槽等，使之从成堆的杂乱工件中分离出来并定向排列。适用零件适用零件带孔的套类、碗状、带孔的套类、碗状、环状零件环状零件钩式定向机构钩式定向机构2022-2-20武汉理工大学机电学院20/27 钩和销的运动速度V ，必须保证坯件有足够的时间从

10、钩或销上全部滑出，落入料槽。 式中，R 钩顶点的回转半径（m)； l 坯件长度（m)； g 重力加速度，m/s2； 1 坯件开始从钩上落下时与水平面的夹角。)cos1 (2cos11RlgRV2022-2-20武汉理工大学机电学院21/27 钩的圆周速度还应保证钩子来得及从料堆中钩住坯件，钩的圆周速度还应保证钩子来得及从料堆中钩住坯件，即应满足即应满足:式中，式中，t 坯件滚入钩子运动区域所需时间坯件滚入钩子运动区域所需时间。tVl2022-2-20武汉理工大学机电学院22/27缺口圆盘式定向机构缺口圆盘式定向机构2022-2-20武汉理工大学机电学院23/27(3) 坯件堵塞的消除坯件堵塞的

11、消除lB5 . 4dB5 . 4(l) (l) 合理设计料斗形状。对称料斗容易形成拱桥产生合理设计料斗形状。对称料斗容易形成拱桥产生坯件堵塞。不对称料斗由于坯件沿垂直壁运动速度较坯件堵塞。不对称料斗由于坯件沿垂直壁运动速度较大能破坏拱桥的形成，不易产生坯件堵塞。大能破坏拱桥的形成，不易产生坯件堵塞。(2) (2) 正确设计出料口尺寸。出料口尺寸大于坯件拱桥正确设计出料口尺寸。出料口尺寸大于坯件拱桥尺寸，可避免拱桥的形成。一般对于轴类坯件取出料尺寸，可避免拱桥的形成。一般对于轴类坯件取出料口尺寸口尺寸 ；盘类零件；盘类零件(3) (3) 加装搅动器。在料斗中坯件可能形成拱桥的范围加装搅动器。在料

12、斗中坯件可能形成拱桥的范围内安装搅动器可借其揽动破坏拱桥的形成，阻止产生堵内安装搅动器可借其揽动破坏拱桥的形成，阻止产生堵塞。塞。(4) (4) 使料斗抖动。用电磁的方法使料斗以频率为使料斗抖动。用电磁的方法使料斗以频率为5050或或100Hz100Hz抖动或用机械方法使料斗以频率小于抖动或用机械方法使料斗以频率小于5Hz5Hz抖动，可抖动，可破坏拱桥形成，防止产生阻塞。破坏拱桥形成，防止产生阻塞。2022-2-20武汉理工大学机电学院24/27Q平均平均=ZpnK式中式中,Z,Z定向机构中取料机构数定向机构中取料机构数 p p每一取料机构同时抓起的工件数每一取料机构同时抓起的工件数 n n定

13、向机构每分钟工作循环数定向机构每分钟工作循环数 K K取料构件的充实系数取料构件的充实系数（件（件/ /分钟）分钟）钩、销、成型孔槽实现定向的料斗钩、销、成型孔槽实现定向的料斗Q平均平均=ZnK扇形块、滑块或其它槽隙实现定向的料斗扇形块、滑块或其它槽隙实现定向的料斗Q平均平均=pnK 充实系数充实系数K K表明定向概率的大小，取决于工件的形状特性、定向机构的表明定向概率的大小，取决于工件的形状特性、定向机构的结构和工作条件，料斗的结构特点等，在一定程度上代表了料斗的工作性能，结构和工作条件，料斗的结构特点等，在一定程度上代表了料斗的工作性能，一般由实验确定。一般由实验确定。(4) (4) 料斗

14、装置的平均生产率料斗装置的平均生产率2022-2-20武汉理工大学机电学院25/27料斗实例料斗实例料斗料斗1、回转圆盘、回转圆盘2、磁铁块、磁铁块3、受料管受料管4、刮板、刮板5、拨料器、拨料器6 2022-2-20武汉理工大学机电学院26/54四、振动式料斗装置四、振动式料斗装置1 基本结构基本结构2 振动上料原理振动上料原理3 定向方法定向方法4 振动料斗设计振动料斗设计5 振动料斗生产率振动料斗生产率2022-2-20武汉理工大学机电学院27/54u装料容器装料容器u定向装置定向装置u驱动装置驱动装置u隔振器隔振器u底座底座1、基本结构、基本结构2022-2-20武汉理工大学机电学院2

15、8/54料斗实物图片料斗实物图片2022-2-20武汉理工大学机电学院29/54振动式上料装置的类型振动式上料装置的类型 2022-2-20武汉理工大学机电学院30/54u没有机械的搅拌、撞击和强烈的摩擦作用，没有机械的搅拌、撞击和强烈的摩擦作用，工作平稳，适合于已经精加工的工件，以及薄壁、工作平稳，适合于已经精加工的工件，以及薄壁、弹性、脆性零件。弹性、脆性零件。u结构简单，易于维护，比较耐用；结构简单，易于维护，比较耐用；u通用性强，对于一般小型工件都能适用。对通用性强，对于一般小型工件都能适用。对于形状特性不同的工件，只有定位元件不同，其于形状特性不同的工件，只有定位元件不同，其它结构都

16、能通用。送料速度调节简便，故障少。它结构都能通用。送料速度调节简便，故障少。主要优点主要优点2022-2-20武汉理工大学机电学院31/54u工作中有噪声，特别是工件较大或结构设计工作中有噪声，特别是工件较大或结构设计不合理时噪声大。必须合理地设计和调整。不合理时噪声大。必须合理地设计和调整。u须保持洁净的工作条件。当工作表面染有油须保持洁净的工作条件。当工作表面染有油污或灰尘时，将显著影响送料速度和工作效果。污或灰尘时，将显著影响送料速度和工作效果。局限性局限性2022-2-20武汉理工大学机电学院32/541工件；工件； 2滑道；滑道； 3板弹簧；板弹簧；4电磁铁；电磁铁；5衔铁衔铁滑道与

17、水平夹角：滑道与水平夹角：弹簧与铅垂面夹角：弹簧与铅垂面夹角：2、振动上料工作原理、振动上料工作原理 以图示直槽型振动送以图示直槽型振动送料装置为例进行分析。料装置为例进行分析。 工作时，将交流电工作时，将交流电经半波整流后，接通电经半波整流后，接通电磁铁磁铁4的线圈，产生频率的线圈，产生频率50Hz的断续电磁吸力，的断续电磁吸力，吸引固定在料槽上的衔吸引固定在料槽上的衔铁，使料槽向左下方运铁，使料槽向左下方运动；电磁吸力迅速减少动；电磁吸力迅速减少并趋近于零时，料槽在并趋近于零时，料槽在弹簧弹簧3的作用下，向右上的作用下，向右上方作复位运动，如此周方作复位运动，如此周而复始便使料槽产生微而复

18、始便使料槽产生微小的振动。小的振动。 2022-2-20武汉理工大学机电学院33/54半波整流 半波整流是利用二极管的单向导电性进行整流的最常用的电路。半波整流，就是在交流电的半个周期有电流输出，另半个周期没有电流。50Hz 的交流电经半波整流以后，输出的是 50Hz 的脉动电流。 2022-2-20武汉理工大学机电学院34/54滑道上工件受力分析滑道上工件受力分析工件在轨道上的受力：工件在轨道上的受力：u重力重力u轨道反力轨道反力u摩擦力摩擦力u惯性力惯性力 摩擦力、惯性力摩擦力、惯性力与电磁铁的电流与电磁铁的电流 I 有有关。关。 重力摩擦力惯性力轨道反力2022-2-20武汉理工大学机电

19、学院35/54（1）=0 （即断电时），支承弹簧复位，滑道以加速度a1向右上方运动，工件力平衡如图。由X=0,ma1cos(-)+ mgsin=F=N1由Y=0,ma1sin(-)+ mgcos=N1 2022-2-20武汉理工大学机电学院36/54B2B1sin)cos(11mgmaF静摩擦力使工件与滑道保持相对静止，静摩擦力使工件与滑道保持相对静止，一起向右上方运动。一起向右上方运动。sin)cos(11mgmaF工件相对滑道向左下方滑移。工件相对滑道向左下方滑移。2022-2-20武汉理工大学机电学院37/54（2）0时，电磁铁吸引，滑道以加速度时，电磁铁吸引，滑道以加速度a2向左下方运

20、动，向左下方运动，工件受力平衡如图。工件受力平衡如图。 由由X=0,ma2cos( ) mg sin=F=N2 由由Y=0,mg cos ma2sin( ) = N2 2022-2-20武汉理工大学机电学院38/54B2B1B31sin)cos(22mgmaFsin)cos(22mgmaF工件相对于滑道向右上方滑移。工件相对于滑道向右上方滑移。工件相对于滑道静止，一起与滑台向工件相对于滑道静止，一起与滑台向左下方移动，仍在左下方移动，仍在B1位置。位置。当当 N2 0时时2022-2-20武汉理工大学机电学院39/54当当 N2 0、电磁铁吸合，由于惯性、工件由B点跳跃起来（腾空时间料斗运 行

21、至最下方的时间）I=0、工件再落至轨道上时已到达C点后又随轨道上行到D点。 如此往复，工件随轨道上行跳跃再随轨道上行工件跳跃式前进，跳跃间距为AC段。特点：工件具有较大的供料速度，供料生产率高；工件运动平稳性差，对定向不利；适用于形状简单、定向要求不高的件料及供料速度较大的场合。运行条件：电磁铁吸力、料槽振幅及抛射角较大。 但工件腾空时间过大料斗复位时工件再落至轨道过晚A点与C点的间距缩小，甚至落回原处而没有前移。 2022-2-20武汉理工大学机电学院42/54断续跳跃断续跳跃 运动过程：I=0、弹簧使料斗复位，工件依靠摩擦、空间位置从A点上行到B点；I0、电磁铁吸合，由于惯性、工件由B点跳

22、跃起来（腾空时间0、电磁铁吸合，由于惯性、工件沿轨道由B点滑移（滑移时间料斗运行至最下方的时间）I=0、工件停下时已滑移至C点后又随轨道上行。 如此往复，工件随轨道上行滑移再随轨道上行工件滑移 式前进，滑移间距为AC段。特点：工件具有较大的供料速度和供料率；工件运动平稳，利于定向；适用于形状较规则、有定向要求的件料及供料速度较大的场合。运行条件：电磁铁吸力、料槽振幅及抛射角均较跳跃时的小。 2022-2-20武汉理工大学机电学院44/54断续滑移断续滑移 运动过程：I=0、弹簧使料斗复位，工件依靠摩擦、空间位置从A点上行到B点；I0、电磁铁吸合，由于惯性、工件沿轨道由B点滑移（滑移时间料斗运行

23、至最下方的时间）工件很快停在轨道上的B点、并随轨道下行到C点；I=0、工件再随轨道从空间位置C点上行。如此往复，工件随轨道上行滑移后随轨道下行再随轨道上行工件断续滑移式前进，滑移间距为AC段。特点：工件供料速度和供料率较小； 工件运动平稳，亦利于定向；用于有定向要求但供料速度要求不高的场合。运行条件：电磁铁吸力、料槽振幅及抛射角均小。 2022-2-20武汉理工大学机电学院45/54振动料斗平稳工作的条件振动料斗平稳工作的条件u平稳前移，尽可能快，不要跳起，影响定向。平稳前移，尽可能快，不要跳起，影响定向。u当电磁力当电磁力 弹簧力时，要求工件不跳起并尽可能前移。弹簧力时，要求工件不跳起并尽可

24、能前移。工件不跳起：工件不跳起：工件前移：工件前移： )sin(cos2 mamg)sin(cos2gasin)cos(22mgmaF)sin(cossin)cos(22mamgmgma)sin()cos()cos(sin2ga2022-2-20武汉理工大学机电学院47/54结论 u当滑道道上移时：u当滑道道下移时：)sin()cos()sincos(1ga)sin()cos()cos(sin)sin(cos2gag2022-2-20武汉理工大学机电学院48/54 根据工件的形状特征和定向要求，在螺旋槽根据工件的形状特征和定向要求，在螺旋槽的最上一圈处安装一些剔除构件，或将某一段料的最上一圈处

25、安装一些剔除构件，或将某一段料槽开出缺口、槽子和斜面等，将不符合定向要求槽开出缺口、槽子和斜面等，将不符合定向要求的工件剔除，使之重新落入料斗底部，而定向正的工件剔除，使之重新落入料斗底部，而定向正确的工件通过出料口进行供料。确的工件通过出料口进行供料。3、定向方法、定向方法2022-2-20武汉理工大学机电学院49/54Parts Selection and Orientation2022-2-20武汉理工大学机电学院50/542022-2-20武汉理工大学机电学院51/54LD1：挡料板2：挡料块2022-2-20武汉理工大学机电学院52/54LD1：挡料板2：挡料块3：料管4：挡料块20

26、22-2-20武汉理工大学机电学院53/54罩形工件定位罩形工件定位2022-2-20武汉理工大学机电学院54/54具有头部工件的定向（长径比较大）具有头部工件的定向（长径比较大）2022-2-20武汉理工大学机电学院55/542022-2-20武汉理工大学机电学院56/54具有头部工件的定向具有头部工件的定向2022-2-20武汉理工大学机电学院57/541：齿形板齿形板碗形工件定向碗形工件定向2022-2-20武汉理工大学机电学院58/542022-2-20武汉理工大学机电学院59/544、圆筒型电磁振动料斗的设计、圆筒型电磁振动料斗的设计n 料斗基本尺寸料斗基本尺寸 n 支撑弹簧安装角支

27、撑弹簧安装角n 振动器的型式振动器的型式2022-2-20武汉理工大学机电学院60/54料斗的结构设计 主要结构参数：u振动频率振动频率u振幅振幅u螺旋升角；螺旋升角；u弹簧安装角弹簧安装角u直径；直径；u螺距；螺距；u高度。高度。2022-2-20武汉理工大学机电学院61/54振动频率振动频率 料槽振动频率 f 亦是系统受到的激振频率。 电磁激振系统中，常用的激振频率 fj =50Hz或 fj =100Hz2022-2-20武汉理工大学机电学院62/54螺旋升角螺旋升角越小工件平均速度就高，但升程减小料道螺旋圈数增加料斗尺寸增大。太大工件上料速度降低，甚至无法向上滑移。 2022-2-20武

28、汉理工大学机电学院63/54支承弹簧的安装角 式中，惯性力作用方向角（抛射角）； 螺旋槽的螺旋升角； R固 主弹簧在料斗底板上的固定圆半径； D件料在螺旋槽中，其重心所在圆的直径，可视为料斗中径。 )(2/tgRDtg固 当支承弹簧固定圆半径与料斗中径重合时， 2022-2-20武汉理工大学机电学院64/54料斗的直径 料斗内径DH：常取DH(810)L工 (mm) L工 工件最大外形尺寸。2022-2-20武汉理工大学机电学院65/54料斗的螺距 t =Dptg (mm) 又根据结构要求， t1.5h+ (mm)（h-工件直径或高度，-料道厚度：48mm） 2022-2-20武汉理工大学机电

29、学院66/54料斗的高度HH=nt (mm)n-螺旋料道的圈数：1.53.5考虑到料斗外观匀称，应使 H=(1/41/2)D 。 2022-2-20武汉理工大学机电学院67/54支承弹簧 支承弹簧的作用：电磁振动供料器的料斗通过其安装在基座上。 圆筒形料斗一般采用三根弹簧支承。 支承弹簧的截面有矩形和圆形：u板弹簧u圆柱弹簧2022-2-20武汉理工大学机电学院68/54电磁铁的选择 电磁铁由铁芯、线圈、衔铁等组成。电磁铁的频率和电压：n 小而轻的工件、小型料斗（D100mm），f=100Hz或50Hz、U=220v，也有用36v的；n 中等尺寸工件、中型料斗（D300mm），f=50Hz、U=220v，也有用36v的；n 大型料斗，f=50Hz、U=220v 。2022-2-20武汉理工大学机电学院69/54电磁铁安装形式电磁铁安装形式垂直于料斗底部安装垂直于料斗底部安装垂直于支