仓库管理-物流装备自动化仓库概论(ppt 102页)

第第 5 章章 物流装备物流装备 机械制造装备机械制造装备 第第 5章章 物流装备物流装备 5.1 物流装备的功能和应满足的要求物流装备的功能和应满足的要求 5.2 物流装备的总体设计物流装备的总体设计 5.3 机床上下料装置机床上下料装置 5.4 工件输送装置工件输送装置 5.5 自动化仓库设计自动化仓库设计 5.1 物流装备的功能和应满足的要求 第第 5章章 物流装备物流装备 5.1 物流装备的功能和应满足的要求 第第 5章章 物流装备物流装备 “物流 ”就是 物料的流动过程 。 在工厂，物流是指从原材料和毛坯 进厂 ，经过储存、加工、装配、检验、包装，直 至 成品和废料出厂 ，在仓库、车间、工序之 间流转、移动和储存的全过程。物流贯穿着 生产的全过程，是 生产的基本活动之一 。 流动过程中尽管不增加物料 的使用价值，也不改变物料的性 质，然而物流是 资金的流动 ，库 存是 资金的积压 。因此物流系统 的改进有助于减少生产成本，压 缩库存，加快资金周转，提高综 合经济效益 5.1 物流装备的功能和应满足的要求 第第 5章章 物流装备物流装备 在制造业中， 单件小批生产 的企业约占 75 。 而在众多的中小型企业的生产过程中从原 材料人厂，经过冷热加工、装配、检验、油漆 包装等各个生产环节，到成品出厂，按国内的 统计， 机床作业仅占 5 左右， 95 左右的时 间都处于 等待或搬运 状态。 德国波鸿鲁尔大学的马斯贝尔格教授在对 斯图曼和库茨的企业的生产周期进行调研分析 后得出了如下结论： “在生产周期中，工件有 85 的时间处于 等待 状态，另外 5 的时间用于 运输 和 检测 ， 只有 10 % 的时间用于 加工和调整 ；在一般情况 下， 改进加工过程最多再缩短生产周期的 3 一 5 % ”。 1、物流系统设计的意义 5.1 物流装备的功能和应满足的要求 第第 5章章 物流装备物流装备 由此可见，提高机床的自动化程度，提高机床的加工效率，对缩短生产周期是很 有限的。 而更为显著的是向非机床作业（占 95 %） 或者叫工件处于等待的时间（占 85 % ）去 要效益 ，也就是向生产组织和管理要效益。 因为它占的比例大（ 85 %一 95 % ） ，所以压缩它的 “油水 ”也应该是很大的。特 别是这项工作涉及到占总数 75 的广大单件小批生产企业。 据统计，在总经营费用中 20 %一 50 %是物料搬运费用，物流系统设计的合理化可使 这项费用至少减少 10 %一 30 % ，被认为是 企业利润 的 一大源泉 ，是这些年倍受重视的 一个方向。 1、物流系统设计的意义 5.1 物流装备的功能和应满足的要求 第第 5章章 物流装备物流装备 2、物流系统的功能 物流系统的 功能 有以下几方面： l ） 原材料 和毛坯、外购件、在制品、 产品 、工艺装备的 储存 及 搬 运 ，做到存放有序，存入、取出容易，且尽可能实现 自动化 ； 2 ） 加工设备及辅助设备 的 上下料 尽可能实现 自动化 ，以提高劳动 生产率； 3 ）工序间中间工位和缓冲工作站的 在制品储存 ； 4 ）各加工 工序间 工件的 搬运 应尽可能及时而迅速，减少工件在工 序间的无效等待时间； 5 ）各类物料流 调度及控制 ，物料的运输方式和路径的优化； 6 ）物料流的 监测 、 判别 等监控。 5.1 物流装备的功能和应满足的要求 第第 5章章 物流装备物流装备 3、物流系统应满足的要求 前面已经提及，物料流的合理化是当今向生产组织、向管理要效益的重要措施。为此， 物 流系统应满足 ： 1 ）运行中应 可靠 地、 无损伤 地、 快速地实现物料流动 ，为此应有宽敞、方便、快捷、可靠 的运输通道和运输设备，还应有良好的管理系统。 2 ）物流系统要具有一定的柔性， 即灵活性、可变性和可重组性 ，以适应多品种、小批量生 产；也不会因产品更新而报废原来的物流系统，可稍作调整或部分补充即可迅速地重组成新的物 流系统；也不会因某些设备因故停机时使生产中断，物料流动路线可灵活地进行变动，使生产继 续下去。 3 ）在每台 设备上 ，停机装卸工件的 辅助时间尽可能短 ， 工序间 的 流动路线尽可能短 ，保 证物流的高效，也节省物流系统建设的投资。 4 ）尽可能 减少在制品积压 ，为此应加快物流系统的流动速度，加强库存管理和生产计划管 理，朝 “零库存生产 ”的目标努力。 5 ） 毛坯、在制品、产品的自动储存 ，能保证三班制时无人或少人运行时的需要，或能保 证易损坏设备快速排除故障时间内生产还能继续进行。 第第 5章章 物流装备物流装备 5.1 物流装备的功能和应满足的要求物流装备的功能和应满足的要求 5.2 物流装备的总体设计物流装备的总体设计 5.3 机床上下料装置机床上下料装置 5.4 工件输送装置工件输送装置 5.5 自动化仓库设计自动化仓库设计 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 物料的分类 系统布置方案 物料流动分析 物料搬运设备选择 仓储设施的选择 计算机仿真 ， 进行方案修改评价 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 首先应 对被搬运的物料 进行 分析 和 统计 ，既要分析统计当前的产品 ，还要考虑到产品今后的发展、明确产品的品种数、批量、年产量、班制、 混合生产方式等，以及零件的形状和尺寸等，在这基础上对物料进行分类。 物料 按性质 分有 固体 、 液体 和 气体 ； 按种类 分有 散装料 、 单独料 和 包装料 ； 在 物理特征 方面有尺寸、质量或密度、形状、损伤的可能性和状态等 ； 其它特征 还有数量、时间性、特种控制、政府法规和操作规程等。 其中物理特征往往是物料分类最重要的因素，以此确定货箱的容量、仓 库的容量以及搬运的要求。 1、物料的分类 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 机械制造业的物料基本上有如下 8 大类： 1 ） 散装 物料，如煤、型沙等； 2 ） 板料、型材 等金属材料； 3 ） 单件 物品，如大的零件及配套件； 4 ） 桶装 物料，如各种油类； 5 ） 箱装 物料，如各种小零件及配套件； 6 ） 袋装 物料，如贵重的金属材料及盐类； 7 ） 瓶装 物料，如氧气、二氧化碳等； 8 ）其它。 ? 1、物料的分类 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 物料的分类 系统布置方案 物料流动分析 物料搬运设备选择 仓储设施的选择 计算机仿真 ， 进行方案修改评价 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 2、系统布置方案 物流系统布置方案内容包括 ： 物料 流动的起点 和 终点 的具体位置，及它们之间 的 距离 、物流量、每次搬运的件数、批量大小、频繁 性、稳定性、缓急要求等； 搬运 路线 倾斜、曲折、拐弯情况，拥挤程度和路 面质量； 仓储设施 的布置等。 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 2、系统布置方案 机械制造的生产过程属于 离散型 ，从原材料 采购入库 开始，经过 备料 、 热加 工 、 冷加工 、 热处理 、 装配 、 检验 、 产品入库 等过程逐渐成产品， 生产过程中，这些物料往往是在 不同车间、工段 或 工作中心 进行，而作为过程 中的基本单元 “ 工序 ” 也不是连续或连贯进行的，上一道工序结束时工件不一定马 上能进行下一道工序的加工，或者是因为进行时效处理、或者是因为下一道工序的 设备已被占用，工件在工序间需要建立存储缓冲区，以缓解用户需求与工厂制造能 力之间（产成品、维修件和备件库）、最终装配需求与零部件配套性之间（零部件 成品库）、上下工序之间（在制品库）、工厂与供应商之间（原材料、外购外协件 库）的供需矛盾。 制订的物流系统布置方案中应合理地 配置仓储设施的位置 。 物流系统布置方案可用 立体图 或 平面图 的形式表示，在图中标明一些重要部位 的关键尺寸和技术条件，甚至画出必要的结构草图。 布置方案最好拟定 2 一 3 个，以便通过比较从中选择较好的方案。 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 物料的分类 系统布置方案 物料流动分析 物料搬运设备选择 仓储设施的选择 计算机仿真 ， 进行方案修改评价 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 物料 流动分析的步骤 如下： 1 ）按每类产品或物料，沿整个生产过程，即从 原料到成品库的全过程进行 流程分析 ， 绘制物料流程 图 。物料流程图只表示每类产品或物料流动的顺序， 不表达每个工作部门的地理位置，因此不必表达流动 的距离和搬运方法等； 2 ）将所有产品或物料按每条起迄点路线进行汇 总， 绘制工厂 物流图 。物流图是在工厂平面布置图上 绘制的，能够表明每条路线的距离和物流方向； 3、物料流动分析 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 3、物料流动分析 3 ）进行 物料流动分析并进行优化 。在物流图上， 长距离大物流 量的搬运是不合理的，应该改进平面布置或工 艺流程； 短距离大物流 量的搬运是合理的，可以单独进行，设置 “ 专 线 ” ； 长距离小物流 量的搬运会引起运输费用的增加，应将若干项 具有类似性质的物流组合起来进行搬运； 4 ） 确定仓储设施的容量 ，包括仓位大小和数量、仓 库面积和有关技术要求（如通风、采光、温度和湿度等）。 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 物料的分类 系统布置方案 物料流动分析 物料搬运设备选择 仓储设施的选择 计算机仿真，进行方案修改评价 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 4、物料搬运设备选择 正确选择搬运设备是提高搬运效率、降低搬运成本的重要措施。 搬运 距离较短 的物料，其 主要 工作量在 装卸 ，应选用装卸费用较低 ，而单位里程运输费用允许高一些的输送设备； 反之，搬运 距离较长 的物料，其 主要 工作量在 运输 ，应选用装卸费 用允许高些，但单位里程运输费用应较低的运输设备。 物 流量低 的物料应 选用简单 的搬运设备，以降低搬运的成本； 反之，物 流量高 的物料应 选用复杂 的搬运设备，以提高搬运的效率 。 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 4、物料搬运设备选择 因此搬运设备应根据物料形状、移动距离、搬运流量、 搬运方式进行选择，一般可分成如下 四类 ： 1 ）适用于 短距离和低物流量 的简单输送设备， 如叉车、电瓶车、步进式输送带、输送辊道； 2 ）适用于 短距离和高物流量 的复杂输送设备， 如带有抓取机构的在两工位间输送工件的输送机械手、 斗式提升机和气力输送机等连续输送机等； 3 ）适用于 长距离和低物流 量 的简单运输设备， 汽车 等运输车辆； 4 ) 适用于 长距离和高物流 量 的复杂运输设备，如火车、船舶等 。 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 物料的分类 系统布置方案 物料流动分析 物料搬运设备选择 仓储设施的选择 计算机仿真 ， 进行方案修改评价 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 仓储设施的型式按 其功能 分有原材料库、外购件库、在制品库 、零部件成品库、维修件和备件库、产成品库、工夹量具等工艺装备 库等； 按地理位置分布有 厂级 库、 车间 级库、 工段 级库和 工序 级库 等。 原材料、外购件、零部件成品、产成品 、 维修件 和 备件 通常储放在 厂级库 中。这类仓库储存物料的种类多，储存量大，进 出库流量大且频繁，许多现代化企业采用立体仓库，实现物流机械化 和管理自动化。 车间级 和 工段级 库属于 中间仓库 ，暂时存放维持车间和工段生产需用 的物料，包括原材料、在制品、工夹量具等。这类仓库由于储存物料的种 类相对少一些，储存量相对小一些，进出库流量相对小一些，选择仓储设 施的要求也相对低一些，不必追求高的机械化和自动化程度。 5、仓储设施的选择 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 5、仓储设施的选择 工序间的 在制品 通常堆放在机床附 近，有的配置专门的物架，以防止互相 磕碰。 在柔性制造系统中，工序间的 在制 品 存放在专门的 缓冲存储站 上，这些缓 冲存储站具有高的自动化程度，其工作 由柔性制造系统的控制系统集中管理。 仓储设施的位置是在物流系统方案 布置图中确定的，仓储设施的仓位大小 、数量、面积等参数是设计的依据，应 在物流分析中予以确定 。 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 物料的分类 系统布置方案 物料流动分析 物料搬运设备选择 仓储设施的选择 计算机仿真 ， 进行方案修改评价 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 （ 1）实施计算机仿真，进行方案修改 物流系统是整个生产过程中的一部分，是从属于加工制造过程的。 因此设计物料系统时常常受到许多因素的制约，应根据各种制约条件对 物料系统方案进行修改。 这些制约条件大致包括： 与外部衔接的 运输方法 、适应 远期发展 变化的需要、与生产流程或设备 保 持一致 、 现有 设施的 利用 、 面积空间 的限制、 建筑结构 的特征、 库存制度 及 设备等； 另外还包括投资的限制、政策规范的制约、物料对环保和安全的限制等 。根据上述限制应对物流系统的方案进行修改。 6、计算机仿真，进行方案修改评价 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 6、计算机仿真，进行方案修改评价 另一方面，物料系统规模大、投资费用高、结构型式、运输方式都很复杂，许 多实际或偶发性问题事先难以预料，难以考虑周全。 过去，只能是建造完以后，才能发现问题，只好通过局部拆除，返修、调整才 能达到预定目标。 现在可以借助计算机进行物料的调度输送动态仿真。 其内容大致为将物流系统的 作业过程 编制成许多 独立的程序 ，每个程序执行一种 功能，将这些程序编制在一起，排定顺序，构成级别，形成一个完整的调度模块。 一般拟定两种工作方式。 一种为 实时 方式，它能自动地生成和顺序调用这些软件，连续自动地进行仿真； 一种为 手动 方式，由操作者通过键盘干预，一步一步地进行仿真。 通过调度仿真可以发现物流系统阻滞的 “瓶颈 ”，经修改和调整以达到生产纲领的 要求。 5.2 物流装备的总体设计 第第 5章章 物流装备物流装备 6、计算机仿真，进行方案修改评价 (2)方案评价 方案经过计算机仿真和修改后，根据 技术和经济 两方面对提出的 物流系统方案逐个进行分析比较，从中选出最合理可行的方案。 经济方面评价的依据是 投资和经营费用 。其中投资是指 基本建设 费用 、 其它费用 及 流动资金 的增加部分。 基本建设 费用如物料搬运设备、辅助设备及改造建筑物的费用等 ； 其它费用 如运输费、生产准备费及试车费等； 流动资金 的增加部分如原料储备、产品储备、在制品储备等。 经营费用 包括 固定费用 和 可变费用 。 固定费用 包括资金费用，如 投资的利息、折旧费和其它固定费用如管理费、保险费、场地租用费 等。 可变费用 包括设备方面的可变费用和工资。设备方面的可变费用 如电力、维修、配件等。 第第 5章章 物流装备物流装备 5.1 物流装备的功能和应满足的要求物流装备的功能和应满足的要求 5.2 物流装备的总体设计物流装备的总体设计 5.3 机床上下料装置机床上下料装置 5.4 工件输送装置工件输送装置 5.5 自动化仓库设计自动化仓库设计 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 机床上料装置的类型与特点 料仓式上料装置设计 料斗式上料装置及毛坯自动定向方法 装卸料机械手 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 1、机床上料装置的类型与特点 上料（送料）是 将毛坯送到加工位置的过程 。 机床上料装置的类型可按其 自动化程度 和 毛坯的种类及结构 进行分类。按自动 化程度，机床上料装置有 人工上料 和 自动上料装置 两种： (1)人工上料装置 在普通机床上，上料过程由人工操作，往往需要较多的时间，同时也消耗体力 。 这种上料方式只适用于 单件小批生产 或者加工 大型 的或 外形复杂的工件 。 对于质量较大的毛坯，送料过程虽然人工操作，但通常采用输送辊道或起重吊 等设施； 毛坯的夹紧则采用气动、液压或机械方式，以减少工人的体力劳动，缩短辅助 时间。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 1、机床上料装置的类型与特点 (2)自动上料装置 在大批、大量生产中，为了缩短上料时间、减轻体力消耗，通常采 用各种自动上料装置，使上料过程机械化，辅助时间进一步缩短，并且 免除了繁重的体力劳动。 自动上料装置接到上料指令后，上料机构自动松开已加工的工件， 将其推走，然后将待加工的工件带到加工位置，进行定位和夹紧。 采用机器人或自动运输小车对数控机床进行上下料，构成 柔性制造单 元 ，已是当今 自动化发展的趋势 之一。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 1、机床上料装置的类型与特点 上料装置的 特点 有以下几方面： 1 ）上料所消耗的 时间 应尽可能 少 ，以缩短辅助时间和提高生产率； 2 ）上料 平稳 ，尽量减少冲击，避免送料挡块等送料机件过早地损坏； 3 ）上料装置的构造应尽可能 简单 ，工作可靠，以免因夹紧位置不正确或 送料长度不足等原因产生废品或发生事故； 4 ）上料装置应有 一定 的适用 范围 。对于棒料，上料机构应能根据加工工 件的直径和长度进行调整；杆件料，上料机构应能适应一定尺寸范围内结 构相似的工件。 5 ） 满足 工件的一些 特殊要求 ，例如用机器人搬运一些轻薄零件或易碎 的零件时，机器人手爪部分应采用较软的材料和自行调整握紧力的大小， 以免被夹持工件变形和破碎。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 机床上料装置的类型与特点 料仓式上料装置设计 料斗式上料装置及毛坯自动定向方法 装卸料机械手 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、料仓式上料装置设计 (1)料仓 图 6-1 所示为 料仓上料机构 的简图 。 毛坯由人工装入 料仓 1 。机床进行加工时，上料器 3 退 到如图所示的最右位置，隔料器 2 被上料器 3 上的销钉带动逆时针 方向旋转，其上部的毛坯便落在 上料器 3 的接收槽中。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、料仓式上料装置设计 料仓的 作用 是 储存毛坯 。料仓的大小决定于毛坯 的尺寸及工作循环的长短 。为了使工人能同时看管 多台机床，毛坯的储存量 应能保证机床连续工作 10 _ 30min 。 按照毛坯在料仓中的 送 进方法 可将料仓 分为 两类 ，即靠毛坯的 自重送进 和 强制送进 。 直线形料仓 的结构最简单 曲线式料仓 曲线的形状和倾斜角度的选择要考虑到装料的方 便、最大的容量以及保证毛坯在料仓的槽中可靠而平稳地运 动 自 重 送 进 料 仓 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、料仓式上料装置设计 螺旋式的料仓 多半用来送进圆锥体和具有轴肩的圆柱体 管式料仓 用来送进平的圆盘 料斗式料仓 的特点是能容纳大量的毛坯 料斗料箱式料仓 的特点是采用料箱进行装料，以加快装料的速度 自 重 送 进 料 仓 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、料仓式上料装置设计 强 制 送 进 料 仓 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、料仓式上料装置设计 当毛坯的质量较轻不能保证靠自重可靠地落到上料器中，或毛坯的形状较 复杂不便靠自重送进时，采用 强制送进 的料仓 1)用 重锤 的力量推送毛坯 2)用 弹簧 力量推送毛坯 3)带 摩擦力 进行推送。这类机构中具有驱动机构，机构较为复杂，常用于轴承 加工机床上用来送进座圈、圆柱滚子和圆锥滚子等 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、料仓式上料装置设计 强 制 送 进 料 仓 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、料仓式上料装置设计 4)毛坯放在链条的凹槽上或钩子上，靠 链条 的传动把毛坯送到规定的位置。这 类链式料仓常用在多轴自动机床和单轴转塔自动车床上，送进长的轴和套筒等 。 5)圆盘式 料仓送料机构。其料仓是一个转盘，毛坯装在转盘周边的料槽中，圆 盘间歇地旋转将毛坯对准接收槽，并沿接收槽滑到上料器中。这类送料机构常 用以送圆盘、套筒、光轴和阶梯轴等零件。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、料仓式上料装置设计 (2)隔料器 的作用是把待加工的毛坯（通常是一个）从料仓中的许多毛 坯中隔离出来，使其自动地进入上料器，或由隔料器直接将其送到加工位置。 在后一种情况下，隔料器兼有上料器的作用。最常用的隔料器有下列几种型式 ， 上料器兼作隔料器 这类隔料器的构造最简单，如 图 a、 b 所示。当上料器送毛 坯到加工位置的过程中，上料 器的上表面将料仓的通道隔断 ，完成隔料功能。这类隔料方 法的缺点是隔料时料槽内所有 毛坯的质量都作用在上料器的 上表面，使上料器运动阻力大 ，且易于磨损。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、料仓式上料装置设计 杆式隔料器 杆式隔料器如图，隔料器作往复直线运动或往复摆动运动。隔 料器每作一次往复运动，从料槽中分离出一个毛坯，由上料器 将其送走。采用杆式隔料器，毛坯的质量不再压在上料器上。 这类隔料器大多应用在中等生产率的情况下，即 50 -70 件 min 。当生产率更高时，隔料器每次往复的时间很短，工件因 其惯性有可能进不了隔料位置，工作就不可靠了。 鼓轮式隔料器 由带有成形槽的圆盘或鼓轮做成 ，如图 所示。毛坯从送料槽落 人圆盘的成形槽内，靠圆盘的转 动将其送至上料器。圆盘或鼓轮 的外圆面用来隔离送料槽中的毛 坯。圆盘上的成形槽可很多，圆 盘每转一周能送出相当多的毛坯 。因此这种隔料器能在低速下保 证平稳地工作，并能保证高的生 产率和避免毛坯因受冲击而损坏 。图 6-4f 所示的隔料器，可使 装在两个送料槽中的毛坯，按一 定的次序交替地送到下面的送料 槽中，使两种毛坯在送料槽中按 一定次序排列。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、料仓式上料装置设计 (3)上料器 是把毛坯从料仓送到机床加工位置的装置 料仓兼作上料器 料仓本身就起了上料器 的作用。 当料仓自水平位置摆动 到倾斜位置时，其外弧面起 隔料的作用，挡住料槽中的 毛坯， 而料仓中最下部的毛坯 的轴线正好和主轴中心线重 合，由顶料杆将其顶出料仓 ，放到机床主轴的夹具中。 待顶料杆退还后，料仓即摆 回原来的水平位置，料槽中 的毛坯即往料仓补充。这类 料仓上料器作往复运动，因 惯性较大，生产率受到限制 ，且易于磨损。 槽式上料器 上料器有容纳毛坯的槽，接受从料仓落下的毛坯。当上料器往左运 动时，该毛坯即被送到机床加工位置。此时料仓中其它毛坯被上料 器的上表面隔住。由于槽式上料器作往复运动，生产率也受到一定 限制 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、料仓式上料装置设计 (3)上料器 是把毛坯从料仓送到机床加工位置的装置 上料器中的圆盘朝一个方向连续旋转，毛坯从料仓送人圆盘的孔中，由圆盘带到加工位置，加工完毕后工件 又被推出。圆盘式上料器的生产率较前两种高，广泛地应用于磨床上料，例如磨滚子或轴承环的端面。 有时上料操作也可由机床的部件（例如刀架或转塔刀架）和专门的接收器来完成。如图转塔自动车床，料仓 固定在转塔刀架右方。转塔刀架的一个刀具孔中装有接收器。顶杆将料仓最下方的毛坯送给接受器，转塔刀架转 位 180度，便将毛坯对准主轴轴线，转塔刀架再向左移动即将毛坯送入主轴的夹紧筒夹孔内。 圆盘式上料器 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、料仓式上料装置设计 (4)上料杆和卸料杆 在应用料仓送料时，夹 紧毛坯采用弹簧筒夹。为控 制毛坯送进位置的精度，有 两种方式： 1 ）采用挡块来限制毛 坯送进的位置，挡块可利用 筒夹上的台肩 （图 6-6a ) ，或装在 主轴的内部 （图 6 -6b ）。这时采用的上料杆 应带有缓冲弹簧，如图 6 6d 和 6-6e 所示， 上料杆 行 程略大于毛坯实际的送进长 度，以便将具有较大长度误 差的毛坯可靠地顶在挡块上 。 2 ）靠 上料杆 的行程使毛坯顶到所要求的位置 ，图 6-6f 所示的上料杆装在转塔刀架的工具孔中 ，转塔刀架带动上料杆将毛坯准确地顶入图 6-6c 所示的主轴筒夹孔内。上料杆行程的准确度决定了 毛坯送进的准确度。这里采用的上料杆是固定长度 的，以保证送料的精度。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、料仓式上料装置设计 卸料杆 也有两种类型： 带弹簧 的和 固定长 度的。带弹簧的卸料杆装在筒夹内部（图 6 6a 、 c ） ，当上料杆将毛坯顶入筒夹孔中时，毛坯靠在卸料杆上并将卸料杆往里推， 压缩弹簧。加工完毕后，筒夹松开，在弹簧复位力作用下卸料杆将毛坯推出。固定长度式 卸料杆（图 6 6b ）是一根装在主轴内部的杆子，可作往复直线运动。当毛坯被送人时 ，杆子后退；毛坯加工完毕后，筒夹松开，杆子把工件推出，然后再回到原位。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、料仓式上料装置设计 (5)典型实例 图 6 7 为 曲线式料仓 式的上 料装置，应用在某自动机床上， 毛 坯 是一短 套筒 。上料装置的动作由 柱形凸轮 12 控制。凸轮带动从动滚 子 13 ，使滑块 8 沿着轴 11及导轨 10 往复滑动 。滑块上的方头销 9 拨动 摇臂 7 绕滚动轴承 摆动 ，通过拉杆 6 、杠杆 14 和传动轴 5 使机械手 2 上 下运动 。隔料器 3 由机械手上的挡 块通过杠杆 4 操纵。在机械手的弹 簧抓手上方左面侧壁上有进料口 15 ， 当机械手向上移动到极限位置时 ，隔料器 3 抬起，曲线形料仓 1 中 的毛坯自进料口落入机械手的弹簧 抓手内 。机械手向下移动则将抓住 的毛坯送到主轴位置。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 机床上料装置的类型与特点 料仓式上料装置设计 料斗式上料装置及毛坯自动定向方法 装卸料机械手 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 3、料斗式上料装置及毛坯自动定向方法 (1)装置的组成 料斗式上料装置包括 装料 和 储料 两部分机构。 装料 机构：由 料斗 、 搅动器、定向器、剔除器、分路器、送料槽、减速器 等组成； 储料 机构：由 隔离器 、 上料器 等组成。 此外，在机床上还有工件的 定位夹紧 机构、 推出器 和 排料机构 等 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 3、料斗式上料装置及毛坯自动定向方法 1)料斗 料斗是 盛装 工件的 容器 ， 工件在料斗中应完成 定向 过程 ，并按次序送到料斗的出口处 ，即 送料槽 ，故在料斗中装有 定向器 。 为了 防 止工件在进人送料 槽时产生 阻塞 ，在料斗中常装 有 搅动器 。 剔除器 的用途是剔除那些 未按要求定向的工件，防止它 们进人送料槽。 料斗的型式很多，根据在 料斗中获取工件，使工件进入 送料槽的方式可以分为以下几 种典型结构：（ 右图） 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 3、料斗式上料装置及毛坯自动定向方法 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 3、料斗式上料装置及毛坯自动定向方法 2）搅动器 工件在料斗中由于互相挤住容易形成拱形而堵 塞出口，如图 6 一 9a 所示，使料斗中的工件 不能到达落料孔处，在落料孔处形成空穴。 在落料孔附近形成的拱形称之为小拱形，在落 料孔上部形成的拱形称之为大拱形。 搅动器的结构型式很多，如图 6 9 所示。 摇摆的杠杆（图 6 一 9b ）和转动的缺口盘（ 图 6 一 9c 。）主要用来破坏小拱形； 摇摆的隔板（图 6 一 9d ）主要是破坏大拱形 。 此外还可以利用上料器来进行搅动（图 6 一 9e ）以及和其它构件结合的办法来搅动工件，如 上述扇块式的料斗中，扇形块既是定向器，也 是搅动器。 ： 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 3、料斗式上料装置及毛坯自动定向方法 3）定向器 工件在料斗内或料斗外的送料槽中要进行定向，使工件按一定的位置顺序排列。定向器 的作用 主要是矫正工件的位置 ，并剔除位置不正确的工件。 定向器的结构型式很多，如图 6 10 所示，定向方法有： 1 ）抓取法定向。利用钩、销来抓取工件并定向（图 6 一 10a ） ; 2 ）槽隙法定向。利用一定形状的槽隙进行定向（图 6 一 10b ） ; 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 3、料斗式上料装置及毛坯自动定向方法 3）定向器 3 ）型孔选择法定向（图 6 一 10c ） ; 4 ）重心偏移法定向（图 6 一 I0d ）。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 3、料斗式上料装置及毛坯自动定向方法 (2)料斗式上料装置的生产率计算 料斗获取工件的生产率可由下式计算 Q 平均 = z PnK 式中 Q 平均 料斗获取工件的平均生产率（件 min ) ; z 定向器中取工件的构件数，如扇形块、滑块或其它槽隙定 向， z =1 ; n 定向器每分钟的工作循环数，单位为 r / min 或双行程次 数 min ; K 定向器取工件构件的成功系数，它表示定向概率的大小， 与工件的形状、料斗的结构、定向器的型式等有关； P 定向器中每个取工件的构件数或每次抓取的工件数，对于 钩、销、成形孔槽的定向方式， P =1 。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 3、料斗式上料装置及毛坯自动定向方法 (3)振动式料斗装置 振动式料斗是一种 典型的自动上料装置 ， 其料斗为圆筒形，内壁有 螺旋形送料槽 ，当整个圆筒作 扭转振动 时，工件将沿着螺 旋形的送料槽 逐渐上升 ，并在上升过程中进 行定向，剔除位置不正确的工件。上升的工 件最后从 料斗上部的出口进人送料槽 。 图 6 17 所示是一种典型的振动式 料斗自动上料装置，圆筒形料斗由内壁带螺 旋送料槽的圆筒 1 和底部呈锥形的筒底 2 组 成。筒底呈锥形是为了使工件向四周移动， 便于进入筒壁上的螺旋送料槽。料斗底部用 三个联接块 3 分别与三个板弹簧 4 相联接， 板弹簧 4 的下部再通过三个联接块 5 固定在 底盘 6 上。板弹簧是倾斜安装的，其沿长度 方向的中线在水平面上的投影与半径为 r 的 圆相切， r 小于料斗的平均半径 r m 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 3、料斗式上料装置及毛坯自动定向方法 (3)振动式料斗装置 在筒底 2 的中央，固定着衔铁 15 ，电磁振动器的铁心和线 圈 14 固定在支承盘 12 上，通过三个调节螺钉 13 可调整衔铁 15 与铁心线圈 14 之间的间隙，支承盘 12 又固定在底盘 6 上。当线 圈通人交流电时，衔铁受轴向推拉交替力，由于板弹簧 4 的两端 是固定的，因而产生弯曲变形； 由于板弹簧 4 是沿圆周切向布置 的，因此产生扭转。 当 电磁振动器 通电时，使料斗作上下和扭转振动。 板弹簧 4 的倾斜方向应与筒壁螺旋槽的螺旋升角 a 方向相反 ，其倾角一般为 20 。 30 。 几片板弹簧的尺寸，安装倾角必须 相同 。 为了防止振动式料斗对机床的影响，底盘 6 和支座 9 之间有 三个弹簧 8 进行隔振，并用导向轴 7 使料斗装置位置稳定。 振动式料斗装置应用很广， 多用于钟表、仪器仪表等小零件 加工中的自动上料 ，用于中等尺寸零件时所耗能量较大。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 3、料斗式上料装置及毛坯自动定向方法 (3)振动式料斗装置 工件自振动式送料装置送人机床以前必须把位置和方向不正 确的零件去掉，保证严格的定向。所采用的定向方法及定向机构，通常随零件的形状而异 。图 6 18 所示为毛坯的各种定向方法。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 机床上料装置的类型与特点 料仓式上料装置设计 料斗式上料装置及毛坯自动定向方法 装卸料机械手 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 4、 装卸料机械手 机械手 是一种能模仿人手的某些工作 机能，按要求的程序、轨迹和要求、 实现抓取和搬运工件，或完成某些劳 动作业的机械化、自动化装置。国外 称之为操作机（ Manipulator ）、机 械手（ Mechanical Hand ）。机械手 只能完成比较简单的抓取、搬运及上 、下料工作，常常作为机械设备上的 附属装置。因此具有一定的专用性， 所以又称为专用机械手。如图 6 19 所示，在加工前机械手将待加工工 件从料架搬运到加工位置，当加工完 毕后，机械手将工件从加工位置搬运 到卸料位置，再从料架上将下一个待 加工工件送到加工位置。如此反复循 环进行搬运装卸工作。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 4、 装卸料机械手 由于微电子技术和计算机技术的发展，诞生了功能更完善的机器人。机器人能 模仿人的某些工作机能和控制机能，按可变的程序、轨迹和要求，实现多种工件的抓 取、定向和搬运工作，并且能使用工具完成多种劳动作业的自动化机械系统。当机器 人用于工业生产中时，常称之为 工业机器人 （ I ndustrial Robot 或 Robot ）。我 国过去称它为 “工业机械手 ”或 “通用机械手 ”图 6 20 为采用一台工业机器人给三台机 床装卸料的情况。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 4、 装卸料机械手 图 6 21 所示由工业机器人和加工中 心组成的柔性制造单元 （ FMC ）。 工业机器人从工件台架上将待加工零 件搬运到加工中心上去，并将已加工 完的工件运离加工中心。采用工业机 器人的 FMC ，适用于装卸质量和尺寸 都比较小的零件。 以这种型式出现的装卸料机械手还有许多 。如 Cincinnati Milacron 公司生产的由 车削中心、立式加工中心、卧式加工中心 和一台工业机器人组成的 FMC （图 6 22 ) ，工业机器人安装在自动有轨运输小车（ RGV ） 上，按固定轨道运行实现机床间工 件的传送。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 4、 装卸料机械手 图 6 23 所示为两台磨床、一台工业机器 人和一个工件传输系统组成的 （ FMC ）。 安放于中央位置，完成两台磨床与工件传 输系统之间的工件传输。 在车削中心上，常采用龙门式机器人 装卸料，组成 FMC ，如图 6 24 所示。 5.3 机床上下料装置 第第 5章章 物流装备物流装备 4、 装卸料机械手 随着柔性制造技术的发展，工业机器人在物流系统中的应用越来越广泛，如图 6 25 所示。 工业机器人可以在数控机床与工件台架之间完成工件传送任务；也可以在 2 一 3 台数控机床之间， 以及与工件台架之间完成复杂的工件传送任务；还可以完成刀具交换、夹具交换甚至装配等任务。 它将加工与装配、成品与毛坯、工件、刀具和夹具等有机地联系起来，构成一个 完整的系统 。 应该指出的是，工业机器人在这里仅用于装卸料，它当然比焊接、喷漆机器人的功能要求要简 单一些。 第第 5章章 物流装备物流装备 5.1 物流装备的功能和应满足的要求物流装备的功能和应满足的要求 5.2 物流装备的总体设计物流装备的总体设计 5.3 机床上下料装置机床上下料装置 5.4 工件输送装置工件输送装置 5.5 自动化仓库设计自动化仓库设计 5.4 工件输送装置 第第 5章章 物流装备物流装备 机床间的工件传递和运送装置目前包括有： 托盘和随行夹具 自动输送小车 随行工作台存放站 5.4 工件输送装置 第第 5章章 物流装备物流装备 1、托盘和随行夹具 工件在机床间传送时，除了工件本身 外，还有 随行夹具和托盘 等。 如图 6 26 所示，在装卸工位， 工人 从托盘上卸去已加工的工件，装上待加工 的工件 ，由液压或电动推拉机构将托盘推 到回转工作台上。 回转工作台由单独电动机拖动按顺时 针方向作间歇回转运动，不断地将装有待 加工工件的托盘送到加工中心工作台左端 ，由液压或电动推拉机构将其与加工中心 工作台上托盘进行交换。 装有已加工工件的托盘由回转工作台 带回装卸工位，如此 反复不断 地进行工件 的传送。 5.4 工件输送装置 第第 5章章 物流装备物流装备 如果在加工中心工作台的两端各设置一个托盘 系统，则一端的托盘系统用于接受前一台机床 已加工工件的托盘，为本台机床上料，另一端 的托盘系统用于为本台机床下料，并传送到下 一台机床去。 由多台如此的机床可形成用托盘系统组 成的较 大生产系 统。？ 对于结构形状比较复杂而缺少可靠运输基 面的工件或质地较软的 有色金属 工件，常将工 件先定位夹紧在随行夹具上，和随行夹具一起 传送、定位和夹紧在机床上进行加工。 工件加工完毕后与随行夹具一起被卸下机 床，带到卸料工位，将加工完的工件从随行夹 具上卸下，随行夹具返回到原始位置，以供循 环使用。 1、托盘和随行夹具 5.4 工件输送装置 第第 5章章 物流装备物流装备 1、托盘和随行夹具 上方返回 随行夹具 2 在自动线的末端用提升装置 3 升到机床上方后，经一条倾斜（ l ： 50 ）滚道 4 靠自重返回自 动线的始端，然后用下降装置 5 降至主输送带 1 上。？ 这种方式结构简单紧凑、占地面积小，但 不宜布置立式机床 、调整维修机床不便。 较长 的自动线 不宜采用 这种型式。 5.4 工件输送装置 第第 5章章 物流装备物流装备 1、托盘和随行夹具 下方返回 装有工件的随行夹具 2 ，由 往复液压缸 1 驱动，一个接一个 地沿着输送导轨移动到加工工位 。 加工完毕后随行夹具被送到 末端的回转鼓轮 5 上，翻转到下 面，经机床底座内部或底座下地 道内的 步伐式输 送带 4 送回自动 线的始端，再由回 转鼓 轮 3 从下 面翻转至上面的装卸料工位。 下方返回方式结构紧凑，占引地面积小， 但 维修调整不 便，同时会影响机床底座的刚性和排屑装置的布置， 多用于工位数少 ， 精度不高 的小型组合机床的自动线上。 5.4 工件输送装置 第第 5章章 物流装备物流装备 水平返回 随行夹具在水平面内作框形运动返回，图 a 的返回装置是由三条步伐式输送 带 1 、 2 、 3 所组成。图 b 采用三条链条代替步伐式输送带。 水平返回方式占地面积大， 但结构简单，敞开性好， 适用于工件及随行 夹具比较重、比较大的情况 。 1、托盘和随行夹具 5.4 工件输送装置 第第 5章章 物流装备物流装备 托盘和随行夹具 自动输送小车 随行工作台存放站 5.4 工件输送装置 第第 5章章 物流装备物流装备 自动运输小车是现代生产系统中机床间传送物料很重要的设备，它分 有轨小车 （ RGV ）和 无轨小车 （ AGV ）两大类。 (1)有轨自动运输 （ RGV ） 图 6 30 是采用有轨自动运输小车的生产系统， RGV 沿直线导轨运动， 机床 和辅助设备在导轨一侧，安放托盘或随行夹具的台架在导轨的另一侧。 RGV 采用直流或交流伺服电动机驱动， 由生产系统的中央计算机控制。 2、自动输送小车 5.4 工件输送装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、自动输送小车 当 RGV 接近指定位置时， 由光电装置、接近开关或限位开关等传感器识别出减速点和准停点 ， 向控制系统发出减速和停车信号，使小车准确地停靠在指定位置上。 小车上的 传动装置 将托盘台架或机床上的托盘或随行夹具拉上小车，或将小车上 的托盘或随行夹具送给托盘台架或机床。 RGV 适用于运送尺寸和质量均较大的托盘或随行夹具，而且传送速度快，控制 系统简单，成本低廉。 缺点是它的铁轨一旦铺成后，改变路线比较困难，适用于运输路线固定不变的生 产系统 5.4 工件输送装置 第第 5章章 物流装备物流装备 (2)无轨自动运输小车（ AGV ） 常见的无轨自动运输小车 ( AGV )的 运行 轨迹是通过电磁感应制导的 。 由 AGV 、小车控制装置和电池充电 站组成 AGV 物料输送系统，如图 6 31 所示。 图中有两台无轨自动运输小车，由埋 在地面下的电缆传来的 感应信号 对小车 的运行轨迹进行制导，功率电源和控制 信号则通过有线电缆传到小车。 由 计算机控制 ，小车可以准确停在 任一个装载台或卸载台，进行物料的装 卸。 电池充电站是用来为小车上的蓄电 池 充电 用的。 小车控制装置通过电缆与上一级计 算机联网，它们之间传递的信息有以下 几类： 行走指令；装载和卸载指令；联锁信 息；动作完毕回答信号；报警信息等。 2、自动输送小车 5.4 工件输送装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、自动输送小车 (2)无轨自动运输小车（ AGV ） 系统信息的传递框图如图 6 32 所示。 5.4 工件输送装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、自动输送小车 无轨自动运输小车一般由随行工作台交换、升降、行走、控制、电源和轨迹制导等六部分组成（图 6 33 ） 5.4 工件输送装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、自动输送小车 ( 1 )随行工作台交换部分 小车的上 部有回转工作台 7 ，工作台的上面为滑台叉 架 5 , 由计算机控制的进给电动机 8 驱动， 将夹持工件的随行工作台 4 从小车送到机床 上随行工作台交换器 3 ，或从机床随行工作 台交换器拉回小车滑台叉架，实现随行工作 台的交换。 ( 2 )升降部分 通过升降液压缸 10 和齿 轮齿条 1 式水平保持机构实现滑台叉架 5 的 升降，对准机床上随行工作台交换器导轨。 ( 3 )行走部分 由计算机控制的直流调速 电动机和传动齿轮箱 9 驱动车轮，实现小车 的行走。 ( 4 )控制部分 包括控制柜 2 、操作面板 、信息接收发送等部分组成，通过电缆与无 轨自动运输小车的控制装置进行联系，控制 小车的起停、输送或接收随行工作台的操作 。 ( 5 )电源部分采用 蓄电池 作为电源，一次 充电后，可用 8 小时。 5.4 工件输送装置 第第 5章章 物流装备物流装备 2、自动输送小车 ( 6 )轨迹制导部分 轨迹制导通常采用 电磁感应制导 ，其 工作原理如图 6 一 34 所示。 在小车行走路线的地面下深 10 2Omm , 宽 3 10mm 的槽内敷设一