機(jī)械制造的物料流裝置課件

30七月2023機(jī)械制造的物料流裝置30七月2023機(jī)械制造的物料流裝置1 7.1工件儲(chǔ)運(yùn)裝置

7.1.1物料儲(chǔ)存裝置

物料儲(chǔ)備裝置系統(tǒng)主要包括供給正常生產(chǎn)物料的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)和在自動(dòng)線個(gè)別環(huán)節(jié)或設(shè)備發(fā)生故障時(shí)解決燃眉之急用的線上自動(dòng)儲(chǔ)料裝置系統(tǒng)兩個(gè)部分。對(duì)于倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng),本節(jié)只介紹倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中的與FMS或CIMS等機(jī)電一體化系統(tǒng)中非常重要的自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)裝置。 7.1工件儲(chǔ)運(yùn)裝置

7.1.1物料儲(chǔ)存裝置

物21.自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)

自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)是應(yīng)現(xiàn)代化、自動(dòng)化生產(chǎn)和管理信息化的要求應(yīng)運(yùn)而生的。與傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)相比,能更有效地利用空間,使物品堆放向空中立體發(fā)展;配備有完善的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)并具自動(dòng)控制物品的存取、搬運(yùn)功能,能優(yōu)化物品的儲(chǔ)存數(shù)量,保持最佳的庫(kù)存量,既減少資金積壓又能使生產(chǎn)正常進(jìn)行;減少搬運(yùn)配料人員和倉(cāng)儲(chǔ)管理人員。如圖7－1所示是一巷道式立體倉(cāng)庫(kù)局部簡(jiǎn)圖。

1.自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)

自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)是應(yīng)現(xiàn)代化、自動(dòng)化生產(chǎn)3圖7－1巷道式立體倉(cāng)庫(kù)

圖7－1巷道式立體倉(cāng)庫(kù)4

(1)總體布局。如圖7－2所示是常見(jiàn)的巷道式自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)平面布局形式。

圖7－2巷道式自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)平面布局形式(1)總體布局。如圖7－2所示是常見(jiàn)的巷道式自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)5

(2)高層貨架。在保證貨架結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性的基本要求下,有的高層貨架還要求結(jié)構(gòu)單元自身可調(diào)整組合,以適應(yīng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生變換時(shí)對(duì)貨架進(jìn)行優(yōu)化排布,即自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)自身具有一定的柔性組合特點(diǎn)。高層貨架是自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和物品儲(chǔ)存支架,同時(shí)還是其他元件的支撐件或載體,如定位元件、地址編碼、通訊線纜、空中軌道等,其貨架單元常由結(jié)構(gòu)鋼,如槽鋼、工字鋼、圓鋼等通過(guò)焊、鉚、螺栓連接等方式制成。

(2)高層貨架。在保證貨架結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性的基本要6(3)自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。其主要職能有:入庫(kù)管理、出庫(kù)管理和庫(kù)存數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)管理。

①入庫(kù)管理:記錄并刷新入庫(kù)物品的名稱(chēng)、編碼、數(shù)量、來(lái)源地、日期、質(zhì)量等級(jí)及重要度等信息,并進(jìn)入相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)。另一方面,發(fā)出指令控制倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備將物品搬運(yùn)到應(yīng)到達(dá)的倉(cāng)位。

②出庫(kù)管理:根據(jù)出庫(kù)提貨清單,核實(shí)出貨權(quán)限,指令自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備執(zhí)行出貨指令,刷新在庫(kù)品數(shù)量等數(shù)據(jù)信息。

③庫(kù)存數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)管理:結(jié)合生產(chǎn)狀況,反映準(zhǔn)確的在庫(kù)物品信息(如B.O.M清單),為生產(chǎn)計(jì)劃、供應(yīng)系統(tǒng)提供多方?jīng)Q策的數(shù)據(jù)信息,對(duì)倉(cāng)庫(kù)自身的庫(kù)存結(jié)構(gòu)和庫(kù)存量等進(jìn)行優(yōu)化。

(3)自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。其主要職能有:入庫(kù)管7

(4)堆跺機(jī)。如圖7－3所示的雙柱式堆跺機(jī)是一種可在自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)高層貨架巷道軌道上穿梭行走,并堆高層貨架的物料倉(cāng)位存取物品的專(zhuān)用起重設(shè)備。為剛性起見(jiàn),通常采用框架結(jié)構(gòu)。堆跺機(jī)通常由行走機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、貨臺(tái)與裝卸托盤(pán)、框架、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)和安全保護(hù)裝置等組成。堆跺機(jī)一般由專(zhuān)業(yè)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)制造,鑒于其機(jī)構(gòu)上“瘦高”的特點(diǎn),其設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn):(4)堆跺機(jī)。如圖7－3所示的雙柱式堆跺機(jī)是一種可在自動(dòng)8圖7－3巷道堆跺機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

(a)單立柱式；(b)雙立柱式

圖7－3巷道堆跺機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

(a)單立柱式；(b)雙立柱式92.線上自動(dòng)儲(chǔ)備裝置

正如農(nóng)民修建蓄水池儲(chǔ)水以防天旱年間延誤農(nóng)作生產(chǎn)一樣,線上自動(dòng)儲(chǔ)備裝置是為防止自動(dòng)生產(chǎn)線中某臺(tái)或某加工單元設(shè)備出現(xiàn)故障而影響后續(xù)工序的正常工作或全線停產(chǎn)。線上自動(dòng)儲(chǔ)備裝置起到蓄水池的作用,它可緩沖生產(chǎn)線上個(gè)別故障造成的全局性損失,或者調(diào)節(jié)正常生產(chǎn)線上因節(jié)拍差異而造成的“桶板效應(yīng)”(指一個(gè)桶的容量取決于最低那塊板所確定的桶的容積,生產(chǎn)線上指整個(gè)線上的節(jié)拍取決于最慢節(jié)拍的機(jī)床或工序)。線上自動(dòng)儲(chǔ)備裝置在生產(chǎn)正?；蚬?jié)拍一致時(shí)幾乎不發(fā)揮作用,它并非是一個(gè)常規(guī)概念的倉(cāng)庫(kù),其設(shè)計(jì)原理類(lèi)似于一條九經(jīng)曲折的江河,在同樣的距離上迂回曲折使路徑增長(zhǎng)而增大水的儲(chǔ)備量。設(shè)計(jì)上有兩種思路:動(dòng)態(tài)式和靜態(tài)式。

2.線上自動(dòng)儲(chǔ)備裝置

正如農(nóng)民修建蓄水池儲(chǔ)水以防天旱101)動(dòng)態(tài)式線上自動(dòng)儲(chǔ)備裝置

指上工序來(lái)的每一個(gè)零件都經(jīng)過(guò)此儲(chǔ)備裝置,而按順序地進(jìn)入下工序,只是在此裝置上動(dòng)態(tài)地積累有較多的可流入下工序的零部件數(shù)而已。通常安裝在易于發(fā)生故障的設(shè)備或工序之后端,起到緩沖調(diào)劑作用,留出設(shè)備修理時(shí)間,減少后續(xù)連鎖停機(jī)損失。如圖7－4所示。

1)動(dòng)態(tài)式線上自動(dòng)儲(chǔ)備裝置

指上工序來(lái)的每一個(gè)零件都11圖7－4動(dòng)態(tài)式線上自動(dòng)儲(chǔ)料裝置

圖7－4動(dòng)態(tài)式線上自動(dòng)儲(chǔ)料裝置122)靜態(tài)式線上自動(dòng)儲(chǔ)備裝置

此儲(chǔ)備裝置一直靜態(tài)地存放有一定數(shù)目的上工序而來(lái)的零部件。正常時(shí),上工序而來(lái)的零部件不經(jīng)過(guò)此裝置而直接進(jìn)入下工序,僅當(dāng)上工序設(shè)備發(fā)生停機(jī)故障時(shí)本裝置才投入運(yùn)行,釋放庫(kù)存應(yīng)急,故障解除后,上工序設(shè)備須加班補(bǔ)充本庫(kù)存,如圖7－5所示。當(dāng)然,這種靜態(tài)也是相對(duì)而言的,為防止庫(kù)存太久產(chǎn)生生銹等原因,有時(shí)須人為地或自動(dòng)線設(shè)計(jì)要求定期釋放更新庫(kù)存。

2)靜態(tài)式線上自動(dòng)儲(chǔ)備裝置

此儲(chǔ)備裝置一直靜態(tài)地存放13圖7－5靜態(tài)式線上自動(dòng)儲(chǔ)料裝置

圖7－5靜態(tài)式線上自動(dòng)儲(chǔ)料裝置147.1.2工件輸送裝置

物流系統(tǒng)中的輸送系統(tǒng)內(nèi)容較豐富,輸送任務(wù)主要指工件毛坯、成品、半成品等零部件等的輸送,還包括刀、夾、量、輔具等的輸送。按不同的分類(lèi)有不同的輸送類(lèi)型:

按輸送行程的軌跡路徑可分為:直線輸送和環(huán)形輸送。

按工件與機(jī)床間的位置關(guān)系可分為:內(nèi)通式輸送和旁通式輸送。

按輸送時(shí)間節(jié)拍可分為:同步輸送和非同步輸送。

按物料形態(tài)可分為:固體輸送、液體輸送和氣體輸送。

7.1.2工件輸送裝置

物流系統(tǒng)中的輸送系統(tǒng)內(nèi)容較豐富151.隨行夾具輸送與返回裝置

托盤(pán)和隨行夾具在自動(dòng)生產(chǎn)線和裝配線上應(yīng)用較多,采用托盤(pán)或隨行夾具可減少工件的裝夾工作,并易于將工件準(zhǔn)確輸送到預(yù)定位置或工位。由于隨行夾具和托盤(pán)都是循環(huán)使用,因而在輸送設(shè)計(jì)上需考慮其返回裝置。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)布局,其結(jié)構(gòu)上可有三種方式供選用,見(jiàn)表7－1。在上方和下方返回的兩種結(jié)構(gòu)中,設(shè)計(jì)有升降裝置或回轉(zhuǎn)鼓輪,使隨行夾具完成升降動(dòng)作而回到初始位置以備調(diào)用。

1.隨行夾具輸送與返回裝置

托盤(pán)和隨行夾具在自動(dòng)生產(chǎn)16表7－1隨行夾具輸送與返回裝置的布局形式

表7－1隨行夾具輸送與返回裝置的布局形式172.自動(dòng)輸送小車(chē)

自動(dòng)輸送小車(chē)是機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中十分重要的輸送設(shè)備,在當(dāng)前的生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中,主要有有軌自動(dòng)小車(chē)(RGV)和無(wú)軌自動(dòng)小車(chē)(AGV也叫自動(dòng)導(dǎo)向小車(chē)),而自動(dòng)輸送小車(chē)自身就是技術(shù)含量高的機(jī)電一體化產(chǎn)品,一般都需專(zhuān)業(yè)廠家設(shè)計(jì)制造并結(jié)合車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工來(lái)完成。

2.自動(dòng)輸送小車(chē)

自動(dòng)輸送小車(chē)是機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中18

(1)有軌自動(dòng)小車(chē)。以直線輸送應(yīng)用為主,行進(jìn)中沿地面鋪設(shè)的軌道輸送物料。有軌自動(dòng)小車(chē)運(yùn)行系統(tǒng)通常包括:軌道、動(dòng)力與控制電纜、RGV小車(chē)(車(chē)身、減速與制動(dòng)裝置、識(shí)址與定位裝置、安全保護(hù)與報(bào)警裝置、控制裝置)托盤(pán)交換與定位裝置等。軌道一般為輕型導(dǎo)軌,可設(shè)計(jì)為水平、垂直、斜坡等布局形式。根據(jù)需要有的導(dǎo)軌還可懸架在空中,使小車(chē)成為吊掛車(chē)形式,減少工作噪聲、節(jié)約占地,并利于現(xiàn)場(chǎng)打掃工作。有軌系統(tǒng)具有控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單,造價(jià)低,但柔性差,一經(jīng)鋪就,路線不易改變,工作噪聲大,占地多,清潔困難等缺點(diǎn)。

(1)有軌自動(dòng)小車(chē)。以直線輸送應(yīng)用為主,行進(jìn)中沿地面鋪設(shè)19

(2)無(wú)軌自動(dòng)小車(chē)(AGV)。AGV具有較好的柔性和靈活性,運(yùn)行無(wú)噪聲,占地少等優(yōu)點(diǎn)。如圖7－6所示,AGV系統(tǒng)由隨行夾具或托盤(pán)交換裝置、液壓升降裝置、驅(qū)動(dòng)行走與變速裝置、動(dòng)力及控制電源、地面軌跡制導(dǎo)設(shè)施等組成。AGV動(dòng)力源一般采用一次充電能用8小時(shí)左右的蓄電池。與RGV相比,其行走軌跡制導(dǎo)系統(tǒng)比較復(fù)雜,制導(dǎo)方式有:電磁感應(yīng)制導(dǎo)、光學(xué)制導(dǎo)、激光制導(dǎo)、紅外線制導(dǎo)、磁力制導(dǎo)和攝像跟蹤制導(dǎo)等。

(2)無(wú)軌自動(dòng)小車(chē)(AGV)。AGV具有較好的柔性和靈活20圖7－6

AGV結(jié)構(gòu)圖

圖7－6AGV結(jié)構(gòu)圖213.帶式輸送裝置

帶式輸送裝置常用于散料或不定形小件的直線長(zhǎng)距離輸送工作中,其系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖7－7,由輸送帶、托帶輥、張緊輪、驅(qū)動(dòng)滾筒、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)等組成,其每個(gè)組件部分設(shè)計(jì)選擇可參考《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》等,此處主要介紹其托帶輥的組合結(jié)構(gòu)形式及帶的調(diào)偏原理。

3.帶式輸送裝置

帶式輸送裝置常用于散料或不定形小件22圖7－7帶傳輸系統(tǒng)圖

圖7－7帶傳輸系統(tǒng)圖23設(shè)置托帶輥是為了分擔(dān)輸送帶的承載,防止輸送帶下垂干涉,以及帶被物料重力拉長(zhǎng)而張緊不足降低傳載能力。托帶輥一般是通過(guò)軸承而空套在芯棒上,隨著輸送帶的行進(jìn)而摩擦滾動(dòng)回轉(zhuǎn)。根據(jù)物料種類(lèi)、形態(tài)、尺寸等來(lái)設(shè)計(jì)托帶輥的結(jié)構(gòu)形式和排布的疏密度。如圖7－8所示,布局結(jié)構(gòu)形式主要有:平行托帶輥、V形托帶輥和槽形托帶輥三類(lèi)。調(diào)心托帶輥可防止輸送帶朝一個(gè)方向跑偏,在平帶傳動(dòng)中,帶跑偏方向總是朝著承受張力最大處移動(dòng),圖7－9是其調(diào)偏原理,若帶朝左立輥1上跑偏,證明此方向處的張緊力過(guò)大,而立輥1被帶的摩擦力帶動(dòng)使得托架2繞軸3轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,此處的張緊力變小,從而使帶制導(dǎo)返回,達(dá)到自動(dòng)調(diào)偏目的。設(shè)置托帶輥是為了分擔(dān)輸送帶的承載,防止輸送帶下垂干涉,以24圖7－8托帶輥的結(jié)構(gòu)形式

(a)平行上托帶輥；(b)平行下托帶輥;(c)V形托帶輥；

(d)上調(diào)心托帶輥;(e)下調(diào)心托帶輥;(f)V形調(diào)心托帶輥

圖7－8托帶輥的結(jié)構(gòu)形式

(a)平行上托帶輥；(b)平行25圖7－9調(diào)偏原理示意圖

圖7－9調(diào)偏原理示意圖264.鏈?zhǔn)捷斔脱b置

鏈條在輸送裝置中有兩種功用:一是作為物料的承載體;二是動(dòng)力牽引元件,如在懸掛鏈輸送中的功用。本小節(jié)的鏈?zhǔn)捷斔脱b置中,鏈條作為承載體用,其系統(tǒng)見(jiàn)圖7－10,由電動(dòng)機(jī)、三角帶輪、三角帶、齒輪減速器、鏈輪和鏈條組成。根據(jù)工件形態(tài)、尺寸材料等,輸送鏈條可有多種選擇,見(jiàn)圖7－11。其中片式套筒鏈應(yīng)用最為常見(jiàn),鏈條輸送物料既可是直接帶動(dòng)物料(如履帶鏈背面可直接堆放物料),也可帶動(dòng)料架、料斗等附屬裝置。為防止物料、附件掉落,平行于鏈的兩側(cè)常設(shè)有導(dǎo)向板裝置。

4.鏈?zhǔn)捷斔脱b置

鏈條在輸送裝置中有兩種功用:一是作27圖7－10鏈條作為承載體輸送裝置

圖7－10鏈條作為承載體輸送裝置28圖7－11輸送鏈條的形式

(a)彎片鏈；(b)片式套筒鏈；(c)焊接鏈；

(d)可拆鏈;(e)履帶鏈;(f)齒形鏈

圖7－11輸送鏈條的形式

(a)彎片鏈；(b)片式套筒鏈；295.輥道輸送裝置

輥道輸送是最為簡(jiǎn)單的物料輸送裝置,且成本低廉,它靠物料與輥?zhàn)油鈭A面的摩擦力完成輸送工作。常見(jiàn)的三種方式見(jiàn)圖7－12,(a)為靠重力的分力使物料自動(dòng)從高端流向低端。(b)為料頂料式輸送,為水平布置,機(jī)械手或機(jī)器人在擺放物料時(shí)的水平推動(dòng)使物料一個(gè)接一個(gè)地順次推動(dòng)到下一位置。(c)為外動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輥?zhàn)?使工件從初端到末端,適合于箱體件、托盤(pán)、板材等輸送。動(dòng)力自動(dòng)輥道輸送裝置再配合其他輔助裝置可使物料實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎、換向、分流等輸送,見(jiàn)圖7－13。

5.輥道輸送裝置

輥道輸送是最為簡(jiǎn)單的物料輸送裝置,30圖7－12輥道傳輸?shù)男问?/p>

圖7－12輥道傳輸?shù)男问?1圖7－13自動(dòng)輸送輥道的輔助裝置

(a)升降機(jī)；(b)彎軌；(c)回轉(zhuǎn)裝置;(d)直角移載；(e)直角移載

圖7－13自動(dòng)輸送輥道的輔助裝置

(a)升降機(jī)；(b)彎軌326.懸掛鏈輸送裝置系統(tǒng)

懸掛鏈輸送系統(tǒng)具有節(jié)約占地,布局靈活,轉(zhuǎn)向方便,傳輸可靠,易于實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)而得以廣泛應(yīng)用,如塑料件的涂裝作業(yè)、車(chē)架焊接作業(yè)、汽車(chē)裝配等。如圖7－14所示,是一涂裝生產(chǎn)的懸掛鏈系統(tǒng),懸掛鏈輸送系統(tǒng)主要由架空軌道、牽引鏈條系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置、轉(zhuǎn)向裝置、滑架滾輪和各種掛具等組成。

6.懸掛鏈輸送裝置系統(tǒng)

懸掛鏈輸送系統(tǒng)具有節(jié)約占地,33圖7－14懸掛鏈輸送系統(tǒng)

圖7－14懸掛鏈輸送系統(tǒng)34

(1)滑架、滾輪結(jié)構(gòu)。目前的生產(chǎn)應(yīng)用中常用兩種滑架:提拉式滑架和推撥式滑架,分別見(jiàn)圖7－15和圖7－16。提拉式滑架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少,是一種同步傳輸裝置,適合于無(wú)特別要求的生產(chǎn)作業(yè)。物料隨掛具掛在滑架上,滑架在鏈條的牽引下在架空軌道里行進(jìn),將物料送到目的地。推撥式滑架的牽引鏈與滑架體不固定連接,其傳動(dòng)靠鏈上的推頭撥動(dòng)滑架體而行進(jìn),由于滑架體可與牽引鏈脫扣使得物料可以傳輸?shù)讲煌膽覓戽溕喜⒔榆?實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的輸送和非同步輸送。

(1)滑架、滾輪結(jié)構(gòu)。目前的生產(chǎn)應(yīng)用中常用兩種滑架:提拉35圖7－15提拉式滑道

圖7－15提拉式滑道36圖7－16推撥式滑道

圖7－16推撥式滑道37(2)掛具的選用。掛具的結(jié)構(gòu)形式、尺寸規(guī)格取決于物料的種類(lèi)、形狀、尺寸等因素,其基本要求是物料不掉落和方便裝卸,常用的掛具如圖7－17所示。也可自行設(shè)計(jì)適合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的特殊掛具。

(2)掛具的選用。掛具的結(jié)構(gòu)形式、尺寸規(guī)格取決于物料的種38 圖7－17懸掛鏈用各種掛具

圖7－17懸掛鏈用各種掛具397.1.3物料供給適配裝置

1.模塊化組合機(jī)床主軸箱調(diào)用

人們知道,加工中心刀具可換,具有靈活性大,通用性好,適應(yīng)面廣,加工類(lèi)型和工藝方法多,但由于其每把刀的更換需要時(shí)間,因而對(duì)某些零件(如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)箱體件加工)的綜合加工效率較低,不適應(yīng)批量生產(chǎn),一般用于小批量多品種的模具制造等行業(yè)。而多刀組合機(jī)床能做到多把刀具,有的達(dá)數(shù)十把刀具同時(shí)工作,具有很高的效率,并較好地保證加工的一致性。但在品種更換或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更新改變時(shí),卻有點(diǎn)無(wú)能為力而可能閑置。集加工中心可換刀具和多軸組合機(jī)床高效率的雙重特點(diǎn)的模塊組合機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生,它是將多軸組合主軸箱設(shè)計(jì)成可換模塊,相當(dāng)于加工中心的“一把”刀具而可以更換,而且每個(gè)模塊又相當(dāng)于一臺(tái)單面組合機(jī)床。模塊與單臺(tái)的組合機(jī)床相比,成本很低,更換方便,管理調(diào)度容易。所以,模塊化組合機(jī)床具有效率高,適應(yīng)性廣,占地少等優(yōu)點(diǎn)。7.1.3物料供給適配裝置

1.模塊化組合機(jī)床主軸箱調(diào)40圖7－18是一臺(tái)具有8個(gè)可換主軸箱模塊的中型模塊組合機(jī)床,可同時(shí)完成工件四面的粗精鉆、鏜、鉸、攻絲、锪等工作,每個(gè)模塊的調(diào)用與分度工作臺(tái)回轉(zhuǎn)和后退配合進(jìn)行。模塊的調(diào)用和工作臺(tái)的動(dòng)作全由程序自動(dòng)控制進(jìn)行。工件品種變換時(shí),只需裝備相應(yīng)的模塊設(shè)計(jì)與制造工作。

圖7－18是一臺(tái)具有8個(gè)可換主軸箱模塊的中型模塊組合機(jī)床41圖7－18模塊組合機(jī)結(jié)構(gòu)與布局圖7－18模塊組合機(jī)結(jié)構(gòu)與布局42圖7－19帶翻轉(zhuǎn)裝置的臥式可換箱組合機(jī)床

圖7－19帶翻轉(zhuǎn)裝置的臥式可換箱組合機(jī)床431)主軸箱的定位

換箱機(jī)床中主軸箱的定位精度是保證加工精度的重要因素,通常定位精度應(yīng)在0.01mm以?xún)?nèi)。

主軸箱的定位方式通常采用“一面兩銷(xiāo)”定位,其中兩銷(xiāo)可以是“圓柱銷(xiāo)-菱形銷(xiāo)”、“兩個(gè)圓柱銷(xiāo)”或“兩個(gè)圓錐銷(xiāo)”。從定位原則講,采用兩個(gè)圓柱銷(xiāo)或兩個(gè)圓錐銷(xiāo)定位都屬于過(guò)定位狀態(tài)。為減少過(guò)定位的干涉,要求嚴(yán)格的加工精度或者使一個(gè)銷(xiāo)套可以徑向浮動(dòng),浮動(dòng)量為0.1mm。此外,也可用“兩面一銷(xiāo)”定位(見(jiàn)圖7－20),其中一個(gè)面用動(dòng)力箱的前端面,且為主基面,第二基面用兩個(gè)定位支承塊組成,且與主基面相垂直,以伸縮定位銷(xiāo)的平面限制主軸箱的橫向(X向)不定度。伸縮定位銷(xiāo)前端制成一個(gè)斜面和一個(gè)平面。

1)主軸箱的定位

換箱機(jī)床中主軸箱的定位精度是保證加44圖7－20兩面一銷(xiāo)定位方法

圖7－20兩面一銷(xiāo)定位方法452)主軸箱的夾緊

如圖7－21所示,由夾緊液壓缸4帶動(dòng)r形壓板將主軸箱與動(dòng)力箱定位并壓緊。

2)主軸箱的夾緊

如圖7－21所示,由夾緊液壓缸4帶46圖7－21主軸箱的夾緊

圖7－21主軸箱的夾緊473)主軸箱的輸送

輸送裝置有液壓缸滑臺(tái)推送裝置、輸送車(chē)、機(jī)械手和鏈條等。圖7－22所示的是鏈條式傳送裝置,主軸箱支承在圓導(dǎo)軌6上,利用鏈條2輸送主軸箱。

3)主軸箱的輸送

輸送裝置有液壓缸滑臺(tái)推送裝置、輸送48圖7－22主軸箱的輸送

圖7－22主軸箱的輸送492.工件自動(dòng)供給裝置(自動(dòng)上料機(jī)構(gòu))

自動(dòng)化加工或裝配生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度及運(yùn)行的好壞很大程度上取決于工件自動(dòng)上下料裝置的設(shè)計(jì)與選擇。因?yàn)榧庸?、裝配中約三分之一的費(fèi)用,三分之二的工時(shí)都集中在此裝置相關(guān)的工序上。大批量生產(chǎn)中,為減少重復(fù)而繁重的體力作業(yè),降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提高生產(chǎn)效率,保證產(chǎn)品質(zhì)量及其一致性,保障生產(chǎn)安全,要求提高上下料的自動(dòng)化程度是十分有意義的。由于自動(dòng)上料和自動(dòng)定位加工后的工件已有比較準(zhǔn)確的位置和尺寸,所以,自動(dòng)下料比較容易實(shí)現(xiàn),一般采用推桿、推板或機(jī)械手即可,此處不作介紹。

2.工件自動(dòng)供給裝置(自動(dòng)上料機(jī)構(gòu))

自動(dòng)化加工或裝50機(jī)械制造的物料流裝置課件51下面介紹各設(shè)備的作用及其特點(diǎn)。

1)供料器

作用是一方面儲(chǔ)存工件毛坯,另一方面,在自動(dòng)加工或裝配工序源源不斷地自動(dòng)提供工件。通常分為料倉(cāng)式供料器和料斗式供料器兩大類(lèi)。兩類(lèi)的根本區(qū)別在于工件在供料器中能否完成自動(dòng)定向的功能。料倉(cāng)式不能完成自動(dòng)定向,工件需人工或?qū)Ｓ枚ㄏ蚱鱽?lái)實(shí)現(xiàn)定向排布,適用于難以自動(dòng)定向排列的工件;料斗式自帶定向器可以工件自動(dòng)定向,用于定向排列性好、質(zhì)量小的工件,見(jiàn)表7－2,料倉(cāng)式還分為自重式送進(jìn)合外力強(qiáng)制送進(jìn)兩種方式。表中提供了供料器的眾多結(jié)構(gòu)形式,其詳盡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可參考《機(jī)械工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》。

下面介紹各設(shè)備的作用及其特點(diǎn)。

1)供料器

作用52表7－2供料器種類(lèi)和結(jié)構(gòu)形式

表7－2供料器種類(lèi)和結(jié)構(gòu)形式53表7－2供料器種類(lèi)和結(jié)構(gòu)形式表7－2供料器種類(lèi)和結(jié)構(gòu)形式542)定向器

見(jiàn)圖7－23,對(duì)于形狀復(fù)雜而又不能在料斗中自動(dòng)定向的工件需在輸料槽中進(jìn)行再次定向,料倉(cāng)中工件若非人工定向排列,也需專(zhuān)門(mén)的定向器對(duì)工件定向,因而定向器的設(shè)計(jì)選擇也是十分重要的環(huán)節(jié),有的定向器客觀上還具有剔除器功能。

2)定向器

見(jiàn)圖7－23,對(duì)于形狀復(fù)雜而又不能在料斗55圖7－23各種定向器結(jié)構(gòu)形式

圖7－23各種定向器結(jié)構(gòu)形式563)隔離器

定向排列好的工件送料經(jīng)常是連續(xù)送進(jìn)和不等節(jié)拍的非同步送進(jìn),但往往需要逐個(gè)或成組隔離而送往加工區(qū);隔離器設(shè)計(jì)考慮兩個(gè)方面:一是根據(jù)工件形狀、材質(zhì)、表面狀況等決定隔離器的選擇,二是考慮隔離器工作節(jié)拍與相關(guān)工序的節(jié)拍一致性問(wèn)題,隔離器往往與送料器設(shè)計(jì)在一起,一般由往復(fù)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離,常見(jiàn)機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖7－24。

3)隔離器

定向排列好的工件送料經(jīng)常是連續(xù)送進(jìn)和不等57圖7－24各種隔離器

圖7－24各種隔離器584)分路器

將來(lái)自一路的工件分成兩路以上行進(jìn),有的場(chǎng)合必須設(shè)置分路器,如供料器供給能力大,足以供給兩臺(tái)以上的設(shè)備或裝配工序;從生產(chǎn)能力大的工序向生產(chǎn)能力小的工序傳送;自動(dòng)檢測(cè)工序中,將不合格件剔除等。圖7－25是分路器結(jié)構(gòu)。

4)分路器

將來(lái)自一路的工件分成兩路以上行進(jìn),有的場(chǎng)59圖7－25分路器的結(jié)構(gòu)

圖7－25分路器的結(jié)構(gòu)605)合路器

自動(dòng)化生產(chǎn)中,有時(shí)需對(duì)數(shù)臺(tái)加工設(shè)備完成的同一種工件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、檢驗(yàn);或者由數(shù)臺(tái)供料器向同一臺(tái)加工設(shè)備供料時(shí),都需要對(duì)工件進(jìn)行集中匯集。合路后必須保持工件定向一致。見(jiàn)圖7－26。

5)合路器

自動(dòng)化生產(chǎn)中,有時(shí)需對(duì)數(shù)臺(tái)加工設(shè)備完成的61圖7－26合路器的結(jié)構(gòu)

圖7－26合路器的結(jié)構(gòu)626)輸料槽結(jié)構(gòu)

工件從供料器到達(dá)上料器或上工序加工完畢后到達(dá)下工序途中都必須由輸料槽來(lái)支撐和保持定向。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要取決于工件形狀、尺寸、重量等。工件在槽中運(yùn)動(dòng)一是平移滑動(dòng),要考慮其耐磨性;二是滾動(dòng),要考慮其摩擦系數(shù)足夠大。有的輸料槽還帶有減速裝置。常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖7－27。

6)輸料槽結(jié)構(gòu)

工件從供料器到達(dá)上料器或上工序加工完63圖7－27輸料槽的基本結(jié)構(gòu)

圖7－27輸料槽的基本結(jié)構(gòu)647)上料機(jī)構(gòu)

將已定向排布好的工件裝入夾具并定位由上料機(jī)構(gòu)完成,上料過(guò)程與零件的裝配在某種程度上十分相似。上料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要根據(jù)工件形狀、尺寸、重量、材料性質(zhì)等與夾具配合選擇,其中上料桿(元件)的選擇設(shè)計(jì)是最重要的,主要有:頂桿式、彈性銷(xiāo)、磁性元件、摩擦式、真空吸附和機(jī)械手等。

圖7－28所示的是具有指形壓板的L形搖桿式上料機(jī)構(gòu),適用于空間上不允許使用滑板頂桿式上料機(jī)構(gòu)的場(chǎng)合。L形搖桿2的圓弧段A用于隔離工件,指形壓板3的開(kāi)閉即可利用工件的重量,也可采用強(qiáng)制的方法,如設(shè)置開(kāi)閉擋塊。

7)上料機(jī)構(gòu)

將已定向排布好的工件裝入夾具并定位由上65圖7－28搖桿式上料機(jī)構(gòu)

圖7－28搖桿式上料機(jī)構(gòu)66圖7－29搖桿與彈性銷(xiāo)上料機(jī)構(gòu)

圖7－29搖桿與彈性銷(xiāo)上料機(jī)構(gòu)67圖7－30真空吸盤(pán)式薄板材上料機(jī)構(gòu)

圖7－30真空吸盤(pán)式薄板材上料機(jī)構(gòu)68圖7－31自動(dòng)擰緊螺母機(jī)構(gòu)

圖7－31自動(dòng)擰緊螺母機(jī)構(gòu)69圖7－32所示為機(jī)械手式上料機(jī)構(gòu)。當(dāng)機(jī)械手4抓取到工件后,將從圖示雙點(diǎn)畫(huà)線位置按(1)至(6)的順序把工件裝入分度轉(zhuǎn)臺(tái)6上的夾具7中。機(jī)械手4的上下運(yùn)動(dòng)與擺動(dòng)可用凸輪或氣缸分別驅(qū)動(dòng)。若工件有中心通孔,機(jī)械手4的夾持部分5可采用彈性銷(xiāo)等,否則采用真空吸頭為好。

圖7－32所示為機(jī)械手式上料機(jī)構(gòu)。當(dāng)機(jī)械手4抓取到工件后70圖7－32機(jī)械手式上料機(jī)構(gòu)

圖7－32機(jī)械手式上料機(jī)構(gòu)71圖7－33所示為連續(xù)帶材的步進(jìn)上料機(jī)構(gòu)。上料體1的內(nèi)腔有一斜面A,并裝有滾柱2,滾柱壓塊3及彈簧4。當(dāng)曲柄輪5通過(guò)連桿6、搖桿7驅(qū)動(dòng)上料體1向右運(yùn)動(dòng)時(shí),由于滾柱2在彈簧4的作用下由右向左運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),于是便被楔緊在斜面A和帶材8之間,使帶材8也隨上料體1一起向右移動(dòng),完成上料動(dòng)作。當(dāng)上料體1向左運(yùn)動(dòng)時(shí),因滾柱2與斜面A脫離了接觸不能再夾緊帶材8,故此時(shí)帶材8靜止不動(dòng),于是上料體1完成空程復(fù)位。

圖7－33所示為連續(xù)帶材的步進(jìn)上料機(jī)構(gòu)。上料體1的內(nèi)腔有72圖7－33連續(xù)帶材步進(jìn)上料機(jī)構(gòu)

圖7－33連續(xù)帶材步進(jìn)上料機(jī)構(gòu)73圖7－34所示為棒料的上料機(jī)構(gòu)。上料動(dòng)作順序如圖左側(cè)圖線所示:(1)至(2)為接取棒料,(3)至(4)為向固定承料架6上料,(5)為回程。送料架2的往復(fù)運(yùn)動(dòng)可用氣缸驅(qū)動(dòng),其繞銷(xiāo)軸3的上下擺動(dòng)由搖爪4及靠模5提供。在料道1的上部應(yīng)設(shè)置隔離機(jī)構(gòu),以使棒料逐個(gè)地落入送料架2的槽口。送料架2的端部應(yīng)具有圖示的斜面,以使其回程時(shí)能順利地從被夾緊的棒料下方退出。

圖7－34所示為棒料的上料機(jī)構(gòu)。上料動(dòng)作順序如圖左側(cè)圖線74圖7－34棒料的上料機(jī)構(gòu)

圖7－34棒料的上料機(jī)構(gòu)753.上(下)料機(jī)械手

工業(yè)機(jī)械手是一種能模擬人手功能,按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)抓取、擺放、搬運(yùn)工件、更換刀具或操縱工具的機(jī)械化自動(dòng)化裝置。通常由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成,若加上行走機(jī)構(gòu),則通常稱(chēng)為機(jī)器人。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、腕部、臂部、機(jī)身或機(jī)座等。其中手部直接與工件或工具接觸,完成夾緊、吸附、托持與松開(kāi)等功能,是機(jī)械手的關(guān)鍵元件,手部通常包括手指(卡爪)、傳力機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)元件。有的機(jī)械手機(jī)構(gòu)十分復(fù)雜,如圖7－35所示。這是一個(gè)有十多個(gè)自由度的仿人手手爪。有的機(jī)械手還帶有傳感器,檢測(cè)其工作相關(guān)信號(hào),可實(shí)現(xiàn)反饋閉環(huán)控制。

3.上(下)料機(jī)械手

工業(yè)機(jī)械手是一種能模擬人手功能76圖7－35仿人手機(jī)械手手爪結(jié)構(gòu)

圖7－35仿人手機(jī)械手手爪結(jié)構(gòu)77機(jī)械手機(jī)構(gòu)形式取決于工件和使用要求,按不同分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)有如下幾種:

·按夾持動(dòng)作分類(lèi):回轉(zhuǎn)型、移動(dòng)型、回轉(zhuǎn)或移動(dòng)多指式及其他類(lèi)型;

·按驅(qū)動(dòng)元件分:液壓、氣動(dòng)和電動(dòng);

·按傳力機(jī)構(gòu)分:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式、凸輪杠桿式;

·按夾持工件方式分:手指式(外爪、內(nèi)卡)、吸盤(pán)式(電磁真空負(fù)壓吸盤(pán)、擠壓排氣吸盤(pán))和其他形式(托持、勺式、鉤式、張緊式)。

機(jī)械手機(jī)構(gòu)形式取決于工件和使用要求,按不同分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)有如下78本節(jié)以第一種分類(lèi)形式分別予以介紹。

1)回轉(zhuǎn)型機(jī)械手

圖7－36所示為兩個(gè)氣缸并聯(lián)驅(qū)動(dòng)手指開(kāi)閉的回轉(zhuǎn)型機(jī)械手。氣缸3、4的活塞桿均固定在支承座2上,氣缸體與U形板5相鉸接。當(dāng)氣缸3、4的缸體同步向左或向右移動(dòng)時(shí),U型板5通過(guò)連桿7帶動(dòng)兩手指8閉合或張開(kāi)。

本節(jié)以第一種分類(lèi)形式分別予以介紹。

1)回轉(zhuǎn)型機(jī)械手79圖7－36回轉(zhuǎn)型機(jī)械手

圖7－36回轉(zhuǎn)型機(jī)械手802)移動(dòng)型機(jī)械手

圖7－37所示為移動(dòng)型機(jī)械手。連桿4的一端鉸接在擺桿5的中點(diǎn),另一端與固定支板2相連,連接桿3、擺桿5、6及手指7組成平行四邊形機(jī)構(gòu)。油缸1、連接塊3、連桿4、及擺桿5又構(gòu)成Scott－Russel機(jī)構(gòu)。當(dāng)連接塊3作直線運(yùn)動(dòng)時(shí),銷(xiāo)軸8、9的連線始終平行于連接塊3的運(yùn)動(dòng)方向。從而,當(dāng)油缸1的活塞桿伸出或縮回時(shí),兩手指7將平行地作對(duì)向直線運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)閉合或張開(kāi)。

2)移動(dòng)型機(jī)械手

圖7－37所示為移動(dòng)型機(jī)械手。連桿81圖7－37移動(dòng)型機(jī)械手

圖7－37移動(dòng)型機(jī)械手823)多指式機(jī)械手

圖7－38所示為回轉(zhuǎn)型多指式機(jī)械手。電動(dòng)機(jī)2通過(guò)鏈條或傳動(dòng)帶3、蝸桿4及渦輪5、驅(qū)動(dòng)螺桿6轉(zhuǎn)動(dòng),螺桿6又通過(guò)兩齒輪8把運(yùn)動(dòng)傳遞給螺桿9;安裝在螺桿6左、右螺旋段上的兩螺母7分別帶動(dòng)杠桿12繞支點(diǎn)擺動(dòng),使上下兩卡爪14平行移動(dòng),閉合或張開(kāi);與此同時(shí),螺桿9上的螺母7帶動(dòng)L型擺桿10擺動(dòng),L型擺桿10又撥動(dòng)中間卡爪14,使之沿導(dǎo)軌11左右運(yùn)動(dòng),與上下兩卡爪一起夾緊或松開(kāi)工件。

3)多指式機(jī)械手

圖7－38所示為回轉(zhuǎn)型多指式機(jī)械手83圖7－38回轉(zhuǎn)型多指式機(jī)械手

圖7－38回轉(zhuǎn)型多指式機(jī)械手84圖7－39移動(dòng)型多指式機(jī)械手

圖7－39移動(dòng)型多指式機(jī)械手854)其他類(lèi)型機(jī)械手

圖7－40所示的是利用電磁吸盤(pán)吸附工件的機(jī)械手。電磁吸盤(pán)5由永久磁鐵和線圈組成,通電時(shí)為消磁,即松開(kāi)工件;斷電時(shí)為勵(lì)磁,即吸附工件,可避免因故障停電而使工件脫落。當(dāng)工件較大采用兩個(gè)以上的電磁吸盤(pán)時(shí),電磁吸盤(pán)的支承部應(yīng)具有上下浮動(dòng)和擺動(dòng)的功能,以防止工件彎曲造成吸附不良。

4)其他類(lèi)型機(jī)械手

圖7－40所示的是利用電磁吸盤(pán)吸86圖7－40電磁吸盤(pán)式機(jī)械手

圖7－40電磁吸盤(pán)式機(jī)械手87圖7－41所示的是利用手臂的運(yùn)動(dòng)使手指閉合將工件夾緊的機(jī)械手。手指7處于常開(kāi)狀態(tài),如圖中的下側(cè)手指所指的位置。當(dāng)手臂1向右運(yùn)動(dòng),板簧9碰到工件12后,由于工件12對(duì)手指7的反作用力,手指7將繞銷(xiāo)軸11轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)其左端的滾子8沿著杠桿6的右端面滾動(dòng),待滾子8落入杠桿6上的圓弧槽A后,手指7便停止轉(zhuǎn)動(dòng)而將工件12夾緊,如圖中的上側(cè)手指所處的位置。手指7對(duì)工件12的夾緊驅(qū)動(dòng)力由壓縮彈簧5產(chǎn)生,板簧9起緩沖作用。松開(kāi)工件時(shí),楔桿3在氣缸或電磁鐵2的帶動(dòng)下向左運(yùn)動(dòng),其斜面迫使杠桿6擺動(dòng)而與手指7脫鉤,手指7在扭簧10的作用下張開(kāi)復(fù)位。

圖7－41所示的是利用手臂的運(yùn)動(dòng)使手指閉合將工件夾緊的機(jī)88圖7－41配合運(yùn)動(dòng)式機(jī)械手

圖7－41配合運(yùn)動(dòng)式機(jī)械手89在設(shè)計(jì)機(jī)械手手部機(jī)構(gòu)時(shí),必須事先確認(rèn)工件環(huán)境條件、作業(yè)要求等因素和機(jī)械手綜合性能要求。

工件因素:形狀、局部形狀、尺寸、重量、材質(zhì)特性、穩(wěn)定性和特殊性;

環(huán)境因素:工件分布、工件放置狀態(tài)、位置和姿勢(shì)、操作空間、高低溫、特殊介質(zhì)、電/磁場(chǎng);

作業(yè)要求:工件批量、工件尺寸形狀變化及通用性;抓取擺放方式;

設(shè)計(jì)中主要考慮問(wèn)題有:(1)足夠的夾持或吸附力;(2)適當(dāng)?shù)拈_(kāi)閉空間;(3)定位準(zhǔn)確度;(4)剛度、強(qiáng)度和耐磨性;(5)結(jié)構(gòu)緊湊與重心分布;(6)聯(lián)結(jié)的方便性;(7)驅(qū)動(dòng)與傳力機(jī)構(gòu)適配選取設(shè)計(jì);(8)通用性與專(zhuān)用性;(9)檢測(cè)元件與聯(lián)鎖保護(hù)等;(10)工作節(jié)拍與速度。

在設(shè)計(jì)機(jī)械手手部機(jī)構(gòu)時(shí),必須事先確認(rèn)工件環(huán)境條件、作業(yè)要90 7.2刀具自動(dòng)更換裝置

7.2.1刀具自動(dòng)更換裝置類(lèi)型

1.轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位自動(dòng)換刀裝置

早期的鉆削加工中心采用轉(zhuǎn)塔頭刀架回轉(zhuǎn)式的換刀方式(見(jiàn)圖7－42)。這種裝置通常沒(méi)有獨(dú)立專(zhuān)門(mén)的刀庫(kù),多個(gè)刀具主軸均布在轉(zhuǎn)塔上,通過(guò)轉(zhuǎn)塔頭分度轉(zhuǎn)位實(shí)現(xiàn)刀具更換,一般為順序換刀。轉(zhuǎn)塔頭與主電動(dòng)機(jī)和變速箱可做成一個(gè)整體部件,共同沿機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng),這種結(jié)構(gòu)較緊湊,但移動(dòng)部件較重;也可把主電動(dòng)機(jī)和變速箱固定在機(jī)床上,只有轉(zhuǎn)塔頭沿機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng),使移動(dòng)部件較輕,且振動(dòng)及熱量不傳到轉(zhuǎn)塔頭中。轉(zhuǎn)塔頭式自動(dòng)換刀裝置,由于轉(zhuǎn)塔頭結(jié)構(gòu)受限制,剛度較低,而且每把刀具都需要一個(gè)主軸,刀具數(shù)目受限,一般不超過(guò)10把。鉆塔式既可實(shí)現(xiàn)單刀更換,還可實(shí)現(xiàn)多軸組合頭更換，如圖7－43所示。如今,轉(zhuǎn)塔回轉(zhuǎn)刀架更多的用于數(shù)控車(chē)床上,如圖7－44所示。

7.2刀具自動(dòng)更換裝置

7.2.1刀具自動(dòng)更換裝置類(lèi)91圖7－42轉(zhuǎn)塔換刀立式加工中心

圖7－42轉(zhuǎn)塔換刀立式加工中心92圖7－43轉(zhuǎn)搭換刀多軸頭立式加工中心

圖7－43轉(zhuǎn)搭換刀多軸頭立式加工中心93圖7－44轉(zhuǎn)塔換刀臥式數(shù)控車(chē)床

圖7－44轉(zhuǎn)塔換刀臥式數(shù)控車(chē)床942.刀庫(kù)換刀

1)直接換刀

刀庫(kù)中刀具的軸線方向與主軸軸線平行,不需換刀機(jī)械手,換刀動(dòng)作由刀庫(kù)與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(回轉(zhuǎn)、移動(dòng))實(shí)現(xiàn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,換刀可靠性較高。

2.刀庫(kù)換刀

1)直接換刀

刀庫(kù)中刀具的軸線方向95圖7－45無(wú)機(jī)械手直接換刀的臥式加工中心

圖7－45無(wú)機(jī)械手直接換刀的臥式加工中心96如圖7－45所示的臥式加工中心。刀庫(kù)作選刀回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和拔刀、插入刀具的運(yùn)動(dòng)。換刀時(shí),刀庫(kù)移近主軸,可實(shí)現(xiàn)主軸任意位置換刀。也有在換刀時(shí)主軸箱移向刀庫(kù)的,實(shí)現(xiàn)主軸固定位置換刀,其換刀過(guò)程如圖7－46所示。換刀中,舊刀必須先取出送回刀庫(kù)相應(yīng)位置后,才能再?gòu)牡稁?kù)中取出新刀,這兩個(gè)動(dòng)作不能同時(shí)進(jìn)行,所以換刀時(shí)間較長(zhǎng)。刀庫(kù)容量不大,多用于中小型加工中心。立式加工中心的換刀如圖7－47所示。

如圖7－45所示的臥式加工中心。刀庫(kù)作選刀回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和拔刀97圖7－46主軸箱在固定位置的直接換刀過(guò)程

圖7－46主軸箱在固定位置的直接換刀過(guò)程98圖7－47無(wú)機(jī)械手直接換刀的立式加工中心

圖7－47無(wú)機(jī)械手直接換刀的立式加工中心992)機(jī)械手換刀

這是加工中心換刀的主要形式,刀庫(kù)的位置要比無(wú)機(jī)械手的自動(dòng)換刀裝置靈活得多。刀庫(kù)中刀具的存放方向與主軸裝刀方向可以不一致,根據(jù)不同要求可配置不同形式的機(jī)械手。在刀庫(kù)距主軸位置較遠(yuǎn)的情況下,還可設(shè)置刀具傳送機(jī)構(gòu),在刀庫(kù)與機(jī)械手之間傳送刀具。用機(jī)械手換刀的自動(dòng)換刀裝置,刀庫(kù)容量可以很大,而換刀時(shí)間可縮短到幾秒。由于刀庫(kù)位置和機(jī)械手換刀動(dòng)作的不同,因此換刀過(guò)程不盡相同,見(jiàn)圖7－48。刀庫(kù)中處于換刀位置的刀具軸線與主軸軸線平行，換刀時(shí),主軸箱上移至固定的換刀位置,由機(jī)械手完成抓刀、拔刀、回轉(zhuǎn)180°、插入刀具等動(dòng)作(見(jiàn)圖7－49)。立式加工中心機(jī)械手換刀實(shí)例如圖7－50所示。

2)機(jī)械手換刀

這是加工中心換刀的主要形式,刀庫(kù)的位100圖7－48刀庫(kù)安裝在立柱頂部的臥式加工中心

圖7－48刀庫(kù)安裝在立柱頂部的臥式加工中心101圖7－49頂置刀庫(kù)的機(jī)械手換刀動(dòng)作

(a)抓刀;(b)拔刀;(c)回轉(zhuǎn)180°;(d)插刀;(e)還原

圖7－49頂置刀庫(kù)的機(jī)械手換刀動(dòng)作

(a)抓刀;(b)拔刀102圖7－50立式加工中心機(jī)械手換刀實(shí)例

圖7－50立式加工中心機(jī)械手換刀實(shí)例103圖7－51換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式

(a)單臂單爪回轉(zhuǎn)式;(b)單臂雙爪回轉(zhuǎn)式;(c)雙臂回轉(zhuǎn)式;

(d)雙機(jī)械式;(e)雙臂往復(fù)交叉式;(f)雙臂端面夾緊式

圖7－51換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式

(a)單臂單爪回轉(zhuǎn)式;(b1047.2.2刀庫(kù)

1.刀庫(kù)類(lèi)型

1)鼓(盤(pán))式刀庫(kù)

(1)刀具軸線與鼓盤(pán)軸線平行的鼓式刀庫(kù)(見(jiàn)圖7－52)。刀具環(huán)形排列,分徑向、軸向兩種取刀形式,其刀座(刀套)結(jié)構(gòu)不同。這種鼓式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,應(yīng)用較多,適用于刀具容量較少的情況。為增加刀庫(kù)空間利用率,可采用雙環(huán)或多環(huán)排列刀具的形式。但鼓盤(pán)直徑增大,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就增加,選刀時(shí)間也較長(zhǎng)。

7.2.2刀庫(kù)

1.刀庫(kù)類(lèi)型

1)鼓(盤(pán))式刀庫(kù)

105圖7－52鼓式刀庫(kù)

(a)徑向取刀形式；(b)軸向取刀形式

圖7－52鼓式刀庫(kù)

(a)徑向取刀形式；(b)軸向取刀形式106

(2)刀具軸線與鼓盤(pán)軸線不平行的鼓式刀庫(kù)刀具軸線與鼓盤(pán)軸線夾角為銳角(見(jiàn)圖7－48)。這種鼓式刀庫(kù)占用面積較大,刀庫(kù)安裝位置及刀庫(kù)容量受限制,應(yīng)用較少。但應(yīng)用這種鼓式刀庫(kù)可減少機(jī)械手換刀動(dòng)作,簡(jiǎn)化機(jī)械手結(jié)構(gòu)。

(2)刀具軸線與鼓盤(pán)軸線不平行的鼓式刀庫(kù)刀具軸線與鼓盤(pán)軸1072)鏈?zhǔn)降稁?kù)

鏈?zhǔn)降稁?kù)(見(jiàn)圖7－53)結(jié)構(gòu)較緊湊,通常為軸向取刀。刀庫(kù)容量可較大,鏈環(huán)可根據(jù)機(jī)床的布局配置成各種形狀,也可將換刀位置的刀座突出以利換刀。一般刀具數(shù)量在30～120把時(shí),多采用鏈?zhǔn)降稁?kù)。

2)鏈?zhǔn)降稁?kù)

鏈?zhǔn)降稁?kù)(見(jiàn)圖7－53)結(jié)構(gòu)較緊湊,通108圖7－53鏈?zhǔn)降稁?kù)

(a)單環(huán)鏈?zhǔn)降稁?kù)；(b)多環(huán)鏈?zhǔn)降稁?kù)

圖7－53鏈?zhǔn)降稁?kù)

(a)單環(huán)鏈?zhǔn)降稁?kù)；(b)多環(huán)鏈?zhǔn)降稁?kù)1093)矩陣格子式刀庫(kù)

矩陣格子盒式刀庫(kù)(見(jiàn)圖7－54)。刀具分幾排直線排列,由縱、橫向移動(dòng)的取刀機(jī)械手完成選刀運(yùn)動(dòng),將選取的刀具送到固定的換刀位置刀座上,由換刀機(jī)械手交換刀具。特點(diǎn)是刀具排列結(jié)構(gòu)緊湊,空間利用率高,刀庫(kù)容量大,但是布局靈活性差,刀庫(kù)常常安裝在工作臺(tái)上,應(yīng)用較少。

3)矩陣格子式刀庫(kù)

矩陣格子盒式刀庫(kù)(見(jiàn)圖7－54)110圖7－54固定型格子盒式刀庫(kù)

圖7－54固定型格子盒式刀庫(kù)1112.選刀方式

1)順序選刀方式

按照工序、工步要求,人工依次將所用刀具插入刀庫(kù)刀座中,每次換刀刀庫(kù)按順序轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)刀座位置,獲取新刀,使用過(guò)的刀具可以放回原來(lái)的刀座位置,也可以順序放入下一個(gè)刀座內(nèi)。更換不同的工件時(shí)必須重新排列刀庫(kù)中的刀具順序,因而操作繁瑣。由于在加工同一工件中各工序的刀具不能重復(fù)使用,這不僅使刀具數(shù)量增多,而且在使用同種刀具時(shí),因刀具的尺寸誤差也容易造成加工精度不穩(wěn)定。順序選刀方式的優(yōu)點(diǎn)是刀庫(kù)的運(yùn)動(dòng)及其控制簡(jiǎn)單。順序選刀方式適用于工件品種數(shù)較少、加工批量較大、刀具數(shù)量較少的加工中心;刀庫(kù)與主軸之間直接換刀的加工中心和有成套刀庫(kù)可自動(dòng)更換刀庫(kù)的加工中心。

2.選刀方式

1)順序選刀方式

按照工序、工步要1122)任意選刀方式

由于加工中心采用的數(shù)控系統(tǒng)絕大多數(shù)都具有刀具任選功能,因此,多數(shù)加工中心都采用任意選刀方式。它可分為刀座編碼、刀具編碼和跟蹤記憶等方式。

(1)刀座編碼任選刀具。刀座設(shè)有編碼,而當(dāng)?shù)毒哐b入刀座后就具有該刀座的編碼。在編程時(shí)要規(guī)定每一工序所需刀具要裝入的刀座編碼,加工時(shí)靠刀座編碼識(shí)別裝置選取所需刀具。刀具還回刀庫(kù)時(shí)也必須還入其原來(lái)所占用的刀座。因此,與順序選刀方式相比,選刀、還刀時(shí)間較長(zhǎng),刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)及其控制也較復(fù)雜。刀座編碼任選刀具適用于選刀、還刀運(yùn)動(dòng)與機(jī)床加工時(shí)間可重合的場(chǎng)合,可存放大直徑刀具。

2)任意選刀方式

由于加工中心采用的數(shù)控系統(tǒng)絕大多數(shù)113(2)刀具編碼任選刀具。編程時(shí)只規(guī)定每一工序所需刀具的編碼,而與刀具裝入哪個(gè)刀座無(wú)關(guān)。用過(guò)的刀具可還入刀庫(kù)的任意空刀座。每把刀具都必須帶有編碼,并且有完善的刀具編碼管理系統(tǒng)。

(3)跟蹤記憶任選刀具。刀具號(hào)及其所在刀座號(hào)(存刀位置,即刀具地址)一一對(duì)應(yīng)地記憶在數(shù)控系統(tǒng)的PC中。不論刀具存放在哪個(gè)刀座,都始終記憶著它的蹤跡。因此,刀具可任意取出、任意送回,不僅刀具、刀座都不必設(shè)編碼條,省去編碼識(shí)別裝置,而且可減少換刀過(guò)程時(shí)間。但刀庫(kù)上必須設(shè)有刀座位置檢測(cè)裝置(一般與電動(dòng)機(jī)裝在一起),以便檢測(cè)出每個(gè)刀座位置。為此,刀庫(kù)設(shè)有一個(gè)機(jī)械原點(diǎn)。對(duì)于圓周運(yùn)動(dòng)選刀的刀庫(kù),每次選刀運(yùn)動(dòng)刀庫(kù)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)都不超過(guò)180°。目前多數(shù)加工中心采用跟蹤記憶任選刀具方式。

(2)刀具編碼任選刀具。編程時(shí)只規(guī)定每一工序所需刀具的編114 7.3自動(dòng)排屑裝置

7.3.1排屑機(jī)的分類(lèi)

安裝排屑動(dòng)力源的不同可分為以下幾類(lèi):

1.磁力吸屑式

用于能產(chǎn)生磁力吸附金屬材料排屑工作,有時(shí)還用于使不同材料切屑的分離工作,其分類(lèi)見(jiàn)圖7－55。

7.3自動(dòng)排屑裝置

7.3.1排屑機(jī)的分類(lèi)

安115圖7－55磁力吸屑裝置的分類(lèi)

(a)磁板(帶)式；(b)磁環(huán)式；(c)磁滾互連式

圖7－55磁力吸屑裝置的分類(lèi)

(a)磁板(帶)式；(b)磁116(1)磁板帶式(圖a)。用于鐵質(zhì)、鋼質(zhì)材料的斷屑或長(zhǎng)度小于100mm的鋼鐵工件輸送,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、變型容易。該排屑方式其鐵屑與傳動(dòng)部分隔離封閉,外形美觀,故障率低。但是,由于鐵屑受磁力作用而易在板帶上滑動(dòng),因此,僅適合碎屑干式或油冷加工狀態(tài)下使用。且排屑量受到限制。

(2)磁環(huán)式(圖b)。用于冷卻液中顆粒狀、粉末狀鋼鐵材料,浮油的分離。一般不單獨(dú)使用,通常與渦旋分離器、流體磁化器組成排屑凈化防腐裝置,用于精加工(如磨削、珩磨等)中冷卻液的凈化處理。應(yīng)用較廣。

(3)磁滾互連式(圖c)。冷卻液中斷屑鐵質(zhì)材料分離,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,排屑量較小,應(yīng)用不多。

(1)磁板帶式(圖a)。用于鐵質(zhì)、鋼質(zhì)材料的斷屑或長(zhǎng)度小1172.機(jī)械式排屑裝置

利用摩擦力、擠壓、推拉等機(jī)械方式排除切屑,見(jiàn)圖7－56。

2.機(jī)械式排屑裝置

利用摩擦力、擠壓、推拉等機(jī)械方式118圖7－56機(jī)械式排屑裝置

(a)平板鏈?zhǔn)剑?b)刮板式；(c)螺旋式

圖7－56機(jī)械式排屑裝置

(a)平板鏈?zhǔn)剑?b)刮板式；(119(1)平板鏈?zhǔn)?圖a)。用于各類(lèi)材質(zhì)各種狀態(tài)的切屑。尤其適于團(tuán)狀、卷狀的細(xì)長(zhǎng)屑,排屑量較大,應(yīng)用廣泛。但該裝置的傳動(dòng)部分與鐵屑不分離,易發(fā)生故障。

(2)刮板式(圖b)。適合于各種材質(zhì)的斷屑或長(zhǎng)度小于100mm的切屑。

(3)螺旋式(圖c)。適合于各種材質(zhì)的碎屑。一般不單獨(dú)使用,多用于偏離排屑中心線短距離輸送。此方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,應(yīng)用較少,排屑量較大,可根據(jù)螺旋軸的結(jié)構(gòu)不同區(qū)分為有芯螺旋和無(wú)芯螺旋兩種。

(1)平板鏈?zhǔn)?圖a)。用于各類(lèi)材質(zhì)各種狀態(tài)的切屑。尤其120如圖7－57所示是一有芯螺旋排屑裝置,排屑槽成U形,由鋼板焊成,數(shù)段相接,也可用鑄鐵制成,鑄鐵耐磨性好。排屑槽可以設(shè)在機(jī)床中間底座內(nèi),也可設(shè)在地溝內(nèi)。螺旋器1由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器2、聯(lián)軸節(jié)5帶動(dòng)旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速為10～20r／min。螺旋器的一端裝在自位軸承上,另一端裝在滑動(dòng)軸承上,也可以使另一端自由地貼合在排屑槽底面上旋轉(zhuǎn),隨磨損而下降,從而,保證螺旋器緊密貼合槽的底部,且使螺旋器徑向有一定浮動(dòng)量,避免切屑卡死現(xiàn)象。螺旋器直徑為150mm時(shí),最長(zhǎng)可達(dá)30m,直徑為200mm時(shí),最長(zhǎng)可達(dá)40m。當(dāng)螺旋器較長(zhǎng)時(shí),應(yīng)在每3～4m間用一個(gè)浮動(dòng)接頭相接,以改善工作狀況。

如圖7－57所示是一有芯螺旋排屑裝置,排屑槽成U形,由鋼121圖7－57螺旋排屑裝置

圖7－57螺旋排屑裝置1223.大流量液力沖涮式

使用大流量排屑是集冷卻、潤(rùn)滑、排屑、凈化防腐等于一體。用大流量切削液冷卻加工切削區(qū)的機(jī)床,可在夾具及工作臺(tái)和相應(yīng)部位設(shè)置噴嘴,利