输料自动化学习课件

第八章输料自动化

第一节

基本概念

一、输料自动化的意义

在机械制造工业中，工件的传输时间约占整个生产过程时间的80%～90%，生产中的事故、故障，约85%是出现在工件的传输过程中。因而，工件的自动输送系统是机械制造自动化系统中最重要的组成部分，它包括工件自动上下料装置、自动输料装置、自动转位装置、自动贮料装置、随行夹具的升降及返回装置、自动排屑装置等。自动输料装置是将被加工工件从一个工位自动传送到下一个工位，从一台设备输送给下一台设备，从而为自动线按生产节拍连续地工作提供了条件；并从结构上把自动线的各台设备联结成为一个整体。因而输料装置的自动化程度直接影响着自动线的生产稳定性、生产效率、总体布局和结构型式，所以它是自动线中最重要的辅助设备。尤其对于柔性制造系统来说，传输系统和加工系统的功能是不可分开的。二、自动输料装置的类型

自动输料装置的型式与工件的结构和尺寸特性、自动线中设备的类型和布局以及自动线工艺过程的特性等因素有关。按其输送的方法和结构，可分为重力输料、强制输料和步伐式输料。重力输料装置分为滚动输料槽和滑动输料槽，适用于外形简单的中小型回转体工件。结构简单，但并不十分可靠。强制输料装置又分为链条式输送带、链板式输送带、机械手直接传送及其他动力推料装置等，它适用于大中型回转体或畸形工件等外形较复杂工件的输送。当无法利用工件重力输送或为了保证输送可靠性时，常采用强制输料装置。。

步伐式输料装置有弹簧棘爪式、摆杆式、抬起带走式和托盘式等，适用于加工箱体和杂件的组合机床自动线。三、设计输料装置的基本要求设计和选择输料装置时，除要考虑结构简单，工作可靠和便于布置外，还应注意以下几点：1.输料速度要高，以缩短自动线的附助时间，满足生产节拍的要求。2.输送的位置精度要满足固定夹具或上料装置的定位要求。

3.输送过程中要严格保持工件预定的方向。为此要设导向板、导向杆、托盘、托架和限位块等机构。4.输料装置中的工件限位和导向机构，在工件定位时，不应与固定夹具系统干涉，运动部分不应相碰。5.理想的输料装置应具有供料的“缓冲性”(兼有贮料作用)，以使输料装置动作不必与机床工作保持严紧的节奏性，可提高自动线的工作效。

第二节

重力输料装置

一、重力输料装置的结构型式及特点

重力输料装置按其输料槽的结构形式，又分为滚动式输料槽和滑动式输料槽。在大多数情况下，输料槽是靠工件的重力实现工件传送的，不需要其它动力源或特殊装置。只有在无法用重力输送或为了保证运送的可靠性时，才采用强制输送的输料槽。同时，输料槽往往兼有贮料功能，在一些加工中小型回转体工件(如：盘、环、销及短轴等)的自动线中，常常被作为基本输送装置。由于受工件形状和尺寸限制，输料槽传送的可靠性不高，容易出现工件阻塞，甚至跳出槽外等故障。

滑动式输料槽多用于传送回转体工件，也可以传送非回转体工件。但滑动式输料槽摩擦阻力比滚动式输料槽大，因此要求倾斜角较大，通常α＞25°。对于倾斜角较大的长型滑道，为了避免工件末速度过大产生冲击，可把滑道末段做得平些或采用缓冲减速器。在某些情况下，为了减少输送时的摩擦阻力，也可采用辊道式输料槽代替滑动式输料槽，但辊道式输料槽的结构较为复杂。

二、滚动式输料槽的设计

1.工件形状特性与槽宽的关系工件形状特性(长度与直径之比，简称长径比)与槽宽的关系是影响滚动式输料槽工作性能好坏的一个重要因素。设计滚动料槽时，要依据工件的长径比来确定料槽内壁宽度B；对已有料槽要依据工件长径比和宽度来进行可通过性验算。工件在料槽中滚动时，由于存在间隙S，可能因摩擦阻力的变化或工件存在一定锥度误差而滚偏一个角度。当工件对角线长度C接近或小于槽宽B时，就可能出现卡住或完全失去定向作用。

当工件偏转到两个对角与料槽侧壁相接触时，其对角线C与垂直于侧壁的OM线之间夹角为

。工件能在料槽内运动的条件是：

＞

即tg

＞tg

＝

式中：

—工件与侧壁的摩擦角；

—工件于侧壁的滑动摩擦系数。

料槽宽度：B＝L＋S式中：S—间隙，mm；

L—工作长度，mm。

且（8-1）根据三角函数的基本关系可知：

将不自锁条件tg

≥

代入，得出不自锁的允许间隙：（8-2）

上式表明：允许的间隙SK与工件的长径比(L/D)和摩擦系数

有关。要求实际的最大间隙Smax≤SK，工件才能在料槽中可靠地通过。否则，不能采用自重滚动式输送，而应改用其他方式输送。

工件偏转的程度还与其导向端面的形状有关，当工件的导向端面有倒角时，会偏转得厉害些。所以在应用上式时，应以计算直径Dj代替式中D。ａ)两端有倒角时，其计算直径Dj＝D－2a；

b)两端为不同直径的阶梯轴时，其计算直径Dj＝D－a。

2.输料槽内壁宽度Ｂ

根据工件的形状特性与宽度关系的分析可知，料槽宽度Ｂ不应太大。否则，当实际间隙超过允许间隙SK时会卡料(自锁)或完全失去定向。但也不能太小，否则，由于料槽结构不良和制造误差会使局部尺寸小于工件长度，也会产生卡料现象。在实际确定料槽宽度B时，应考虑料槽及工件的制造误差，其计算公式如下：L＋Smax

B

L＋Smin＋

B＋

L(mm)（8-3）式中：Smax—料槽与工件间的最大间隙；

Smin—为保证工件在料槽中滚送所必需的最小间隙，可以L为公称尺寸，按H8/h8～H11/h11级配合间隙选取；

B—料槽宽度Ｂ的制造公差，mm；

L—工件长度公差，mm。宽度B确定后，还应该用下式进行可通过性验算。即应满足：Smax≤SK（8-4）3.侧板高度Ｈ

输料槽侧板的高度与产生的阻力有关，侧板愈高，在一定范围内则阻力愈大。但也不能做得过低，否则，如果工件在较长的输料槽中，以较大的加速度滚到终点碰撞前面的工件时，可能跳出槽外或产生歪斜而卡住后面的工件。一般推荐：Ｈ＝(0.5～1)D。

2

4.输料槽的倾斜角

输料槽的倾斜角愈是影响输料的稳定性和可靠性的主要因素之一。倾斜角过大时，工件滚动的速度愈大，易产生冲击、歪斜及跳出槽外等不良后果。同时也会引起机床间输料高度差增大，浪费能源，布局不合理。而倾斜角过小时，易出现停滞现象。特别是在料槽中贮满工件的情况下，工件互相挤压在一起，接触点处运动方向相反，产生较大的滑动摩擦阻力，因而易停滞不向下滚动。倾斜角度的大小取决于料槽支承板和工件表面的质量。若支承板精度较高，工件经过精加工，一般

＝5°～7°；若支承板精度一般，工件经过粗加工，取

＝7°～10°；若支承板精度很低，工件为毛坯或表面有缺陷，则取

＝10°～15°。三、滑动式输料槽的设计

滑动式输料槽的截面形状有各式各样，其滑动摩擦阻力各不相同。为了能应用与平面摩擦力相似的计算公式F＝

等·W来计算滑动摩擦阻力，这里引入了“等效摩擦系数”的概念。

1.V型滑动输料槽工件在V型滑槽中滑动，要比平底滑槽受到更大的摩擦阻力。设工件的重量为W，工件对V型槽边的正压力分别为N1和N2。

工件与料槽之间的滑动摩擦系数为

，则每边的摩擦阻力为：总的摩擦阻力为：(8–5)为写成与平面摩擦力相似的公式，则有：F＝

等·W(8–6)

由(8–5)式和(8–6)式求得：(8–7)由力平衡关系式，可得：求解出N1和N2代入(8–7)式，得V型滑槽的等效摩擦系数为：(8–8)

若

＝90°(即V型槽对称线与地面垂直)，则：

(8–9)

由(8–8)式及(8–9)式可知，其半角β愈小，

等愈大，即滑动摩擦阻力愈大，工件输送稳定性愈好，定向精度愈高。通常取β＝45°～60°，重而大的工件取β＝60°；对轻小件可取β＝45°，即采用标准角铁制作。V型输料槽的倾斜角

料槽，一般应为等效摩擦系数所确定的摩擦角

等的1.4～1.5倍，即：

料槽＝(1.4～1.5)

等(8–10)式中：

等—等效摩擦角，。2.双轨滑动式输料槽

双轨滑动式输料槽可以看成是Ｖ形输料槽的一种特殊形式，如图所示。只要通过几何关系找出sin

和sin

，代入(8–8)式，即可求出

等。

由几何关系得：

则得：(8–11)式中：B—两导轨间距离，mm；

h—两导轨的高度差，mm；

D—工件直径，mm；

d—导轨的直径，mm。若两导轨在同一水平面内，h＝0，则：（8-12）

用双轨滑道输送带肩部的工件时，为使工件在输料过程中，肩部不致互相叠压而卡住，应使：K≥1.1

(8–13)式中：

—工件肩部的高度。

若使(8–13)式成立，必须尽量减小杆部倾斜角

。为减小

角，应尽可能增大S。由图b可知，两支承点间距离S为：S＝B＋h(mm)式中：B—两导轨内壁之间距离，mm；h—导轨板厚度(或圆导轨直径)，mm。设d为杆部直径，一般取B＝1.1d，则：S＝1.1d＋h(mm)

要减小L应增大S，所采取的方法不应该是增大B，因增大B易使工件失去导向而挤在内壁上，使滑动发生困难。而应使导轨板加厚，并使导轨板削成斜面，如图c所示。此外在料槽出口处还应设置剔除器(图中d)。

当工件肩部较厚时，不应采用肩部重叠法传送，而应按并列法传送，此时不存在肩部叠压问题。为使柄部下滑中不发生较大的摇摆，可在肩部上方设置可调压板。第三节

强制输料装置

当无法采用自重滚动输送或为了提高输料的可靠性时，往往采用具有动力驱动装置的强制输料装置。链条式输送带就是其中一种典型的强制输料装置。本节以链条式输送带和链板履带式输送带为例，介绍强制输料装置的工作原理及结构特点。

一、链条式输送带

1.链条式输送带的结构及工作原理

输送中小工件时，V形块应做成整块的，装在同一链节上；输送粗大工件时，将V型块分成两个半块，分装在跨链节上。也可采用一条长板开有等距的V型槽口，它固定不动，而链条及拨爪运动，靠拨爪推动工件沿V型槽口逐步前进。对于沿工件径向传送工件的链带，其V型块间距离应尽量小，以便能贮存较多的工件。但必须考虑上下料机械手抓放的张开位置。

对于沿工件轴向传送的链带，其V型块的间距t可由下式计算：t=(L+S)/2(mm)式中：L—工件的长度，mm；

S—工件之间的间隙，mm。2.链条式传送带的运动型式

1)往复运动型

兼有输料和贮料功能。它由电动机或液压马达驱动，链条可做往复运动。料道上设有料空、料满、前进、后退等多个行程开关，实现“步进贮料”、“快进贮料”、“快退接料”和“步进供料”等多种运动。这种类型输送带，控制系统较复杂，但输料效率高。

2)单向循环运动型链条输送带作连续循环运动，不论输送带上有无工件，始终运动。仅用于传送工件，效率不高。

3)步进运动型通过油缸、齿轮齿条及棘轮棘爪机构，驱动输送带作步进运动。这种类型输送带，多设在自动线的线首及线尾，或设在非通过式的中间料仓处，用于步进供料，或步进贮料。

二、链板履带式输送带

链板履带式输送带是由一节节带齿的链板组成。链板上表面磨光，靠其摩擦力传送工件。链板下面有齿，与驱动链轮相啮合，带动封闭式链板作单向循环运动。为防止链带下垂，用两条光滑托板支承起来。在链板带上面设置分路挡板机构，实现分料、合料、拨料、限位等运动。链板履带式输送带结构简单，动作可靠，贮料较多，容易实现“分料”及“合料”。其缺点是磨损较快，需定期调整或更换。这种输送带属于自动流动式传送装置，通用性好。国外已把它定为标准传送装置之一。

第四节

步伐式输料装置

步伐式输料装置是组合机床自动线的典型工件输送装置。在加工箱体类零件的自动线以及带随行夹具的自动线中，使用非常普遍。

一、步伐式输料装置类型及特点

常用的步伐式输送装置有弹簧棘爪式、摆杆式、抬起带走式及托盘式等四种。1.弹簧棘爪式输送带

2.摆杆式输送带

3.抬起带走式输送装置

4.托盘式输送装置

1.弹簧棘爪式输送带弹簧棘爪式输送带设计时应注意以下几点：(1)在一节输送带上，最好只安装一台机床加工工位的棘爪。如果在一节输送带上装有两台机床的棘爪，则不但要求棘爪间具有精确的距离，而且机床安装时的中心距离要求也很严，这是不合理的。(2)由于整个输送带比较长，考虑到制造及安装工艺性，一般都把它做成若干节，用联结板联成整体。联结板一般固定在前一节输送带上，安装调好后打销固定。输送带中间的棘爪，一般都做成等距的，爪间距为350～1600mm。自动线的首端及末端棘爪，与其相邻棘爪之间的距离，根据要求可做得比输送步距短一些，但至少可容纳一个工件，一般首端棘爪间距不小于310mm；末端棘爪间距不小于155mm。(3)调整输送带时，输送带向前到达终点，工件应比规定的定位安装位置滞后0.3～0.5mm。定位时以定位销锥端引进锥孔，把工件拉到准确位置，以防惯性超距而影响精度。(4)由于棘爪式输送带不便于在工件的前方设置挡快，所以向前输送速度一般不宜大于16m/min，并应在终点前30～60mm处设行程节流阀减速，以防惯性前冲影响精度。2.摆杆式输送带3.抬起带走式输送装置

此种输送装置，动作与结构较复杂，驱动装置一般为两套，分别实现“抬起”和“带走”两种动作。多用于不便采用直接输送的畸形件或软质材料工件，适合狭长型工件的横置输送，可节省随行夹具。要求固定夹具上下方向敞开，以便输送带及工件通过。

4.托盘式输送装置托盘输送也是一种步伐输送，但和一般步伐输送不同，工件不是在支承板上滑动，而是放在托盘中由步伐输送带运走。托盘中设有工件定位元件，但没有夹紧机构。托盘只起输送工件的作用，不影响工件加工精度，托盘精度要求不高；在结构上，托盘是固定在输送带上的。它可与输送带一起返回，不需另设返回装置，使自动线总体布局紧凑。托盘输送适用于输送畸形工件、需要保护基面的软质工件与精加工工件。也可在托盘上放多个或多种工件进行成组输送、配偶件成套输送。但是采用托盘输送时，不但在机床夹具上，而且在空工位上也需要增设装卸工件的机构，这就增加了夹具的复杂程度；此外，各工序增添了从托盘到夹具之间的装卸料时间，使工作循环时间加长，对生产率产生影响。

二、步伐式输送带的传动装置

传动装置是输送装置的重要组成部分之一，其驱动方式有液压和机械的两种；结构型式有滑台式和滑架式等。设计输送带的传动装置时，除了要考虑结构简单、工作可靠、体积小便于布置外，还应注意以下几点：(1)要有足够大的驱动力。尤其是对滑动摩擦的传送带，计算驱动力时，要考虑到工件歪斜时与侧导板间的摩擦，以及定位支承面与运输面不等高引起工件爬坡等因素。因而滑动摩擦系数取0.3。(2)传动精度。指工件(或随行夹具)移到中点的准确度。一般插销定位的夹具对传动精度要求较高。

(3)应具有较高的送料速度，以满足自动线生产节拍的要求。

在核算待扩大行程机构的输送装置的牵引力时，应该注意由于有扩大行程机构，故输送滑台上的力只有油缸拉力的一半。在自动线上传动装置的驱动力P可按下式计算：P＝Q·

（N）式中：Q—输送带的总负载，N；

—摩擦系数。一般取

＝0.3～0.5，加工钢件有冷却液时取大值。加工灰铸铁件无冷却液时取小值。思考题：1.输料自动化装置的类型?2.设计输料装置的基本要求?3.滚动式输料槽槽宽设计的基本理论和方法?4.滑动式输料槽槽宽设计的基本理论和方法?1、Geniusonlymeanshard-workingallone'slife.(Mendeleyer,RussianChemist)

天才只意味着终身不懈的努力。20.8.58.5.202011:0311:03:10Aug-2011:032、Ourdestinyoffersnotonlythecupofdespair,butthechaliceofopportunity.(RichardNixon,AmericanPresident)命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二〇二〇年八月五日2020年8月5日星期三3、Patienceisbitter,butitsfruitissweet.(JeanJacquesRousseau,Frenchthinker)忍耐是痛苦的，但它的果实是甜蜜的。11:038.5.202011:038.5.202011:0311:03:108.5.202011:038.5.20204、Allthatyoudo,dowithyourmight;thingsdonebyhalvesareneverdoneright.----R.H.Stoddard,Americanpoet做一切事都应尽力而为，半途而废永远不行8.5.20208.5.202011:0311:0311:03:1011:03:105、Youhavetobelieveinyourself.That'sthesecretofsuccess.----CharlesChaplin人必须相信自己，这是成功的秘诀。-Wednesday,August5,2020August20Wednesday,August5,20208/5/20206、Almostanysituation---goodorbad---isaffectedbytheattitudewebringto.----LuciusAnnausSeneca差不多任何一种处境---无论是好是坏---都受到我们对待处境态度的影响。11时3分11时3分5-Aug-208.5.20207、Althoughtheworldisfullofsuffering,itisfullalsooftheovercomingofit.----HellenKeller,Americanwriter虽然世界多苦难，但是苦难总是能战胜的。20.8.520.8.520.8.5。2020年8月5日星期三二〇二〇年八月五日8、Formanismanandmasterofhisfate.----Tennyson人就是人，是自己命运的主人11:0311:03:108.5.2020Wednesday,August5,20209、Whensuccesscomesinthedoor,itseems,loveoftengoesoutthewindow.-----JoyceBrothers成功来到门前时，爱情往往就走出了窗外。11:038.5.202011:038.5.202011:0311:03:108.5.202011:038.5.202010、Lifeismeasuredbythoughtandaction,notbytime.——Lubbock衡量生命的尺度是思想和行为，而不是时间。8.5.20208.5.202011:0311:0311:03:1011:03:1011、Tomakealastingmarriagewehavetoovercomeself-centeredness.要使婚姻长久，就需克服自我中心意识。Wednesday,August5,2020August20Wednesday,August5,20208/5/202012、Treatotherpeopleasyouhopetheywilltreatyou.你希望别人如何对待你，你就如何对待别人。11时3分11时3分5-Aug-208.5.202013、Todowhateverneedstobedoneto

preservethislastandgreatestbastionof

freedom.(RonaldReagan,AmericanPresident)为了保住这最后的、最伟大的自由堡垒，我们必须尽我们所能。20.8.520.8.5Wednesday,August5,202014、Wherethereis