物料管理_物料供输自动化技术课件

1 物料供输自动化 2 物流系统是机械制造系统的重要组成部分之一 它的作用是将制造系统中的物料 如毛坯 半成品 成品 工夹具等 及时 准确地输送到指定位置 如有关设备或仓储设施处 物流系统功能描述 实际上 从原材料入厂 经冷热加工 装配 检验 包装直到产品出厂 机加工时间仅占总时间的5 左右 物料处于等待和运输的时间则占95 左右 物料运输与存储费用占整个产品加工费用的30 40 优化物流系统对提高生产率 降低成本的作用 3 一 物料供输自动化概述 物流系统组成实例 1 带式输送子系统 2 回转传输子系统 3 控制及调度子系统 为什么机床和装配机器人不属于物流系统 如果是上下料机器人呢 4 物流系统及其功用 什么是物流 物料的流动过程 物流的分类 工件流 工具流 配套流 物流系统 是指工件流 工具流 配套流的移动与存储 物流系统的功用 主要完成物料的存储 输送 装卸 管理等功能 5 物流系统及其功用 物料系统的功能 1 存储功能用于存储或缓存物料 如货架 刀库 此时物料处于等待状态 2 输送功能完成物料在不同工作地点之间的传输 满足制造工艺过程和处理顺序的需求 如传送带 3 装卸功能实现加工设备及辅助设备上 下料的自动化 4 管理功能物料在输送过程中是不断变化的 因此需要对物料进行有效的识别和管理 通过控制及调度子系统完成 6 物料供输系统的组成与分类 物流供输系统的组成 7 连续输送装置 运输设备固定在输送线路上 其运输距离与运输机长度相同 设备一经开动就连续运行 将物料不断从装载地点运输到卸载地点 适用于运输量大 运输线路不变或少变的场合 主要用于各种自动化生产线 8 间歇输送装置 运输设备在运行区间内 作往返式周期性 间歇式 运行 运输线路可不固定 运输作业的服务面大 工作灵活 可以从任何地点任何时间把物料从一个地点搬运到另一个地点 其类型主要是各种车辆运输设备和起重搬运设备 物流供输系统的分类 单机自动供料装置 完成单机自动上下料任务包括储料器 隔料器 上料器 输料槽 定向定位装置等自动线输送系统 完成自动线上物料输送任务包括各种连续输送机 通用悬挂小车 有轨导向小车及随行夹具返回装置等3 FMS物流系统 完成FMS物料的传输包括自动导向小车 积放式悬挂小车 积放式有轨导向小车 搬运机器人 自动化仓库等 1 应实现可靠 无损伤和快速地物料流动 2 应具有一定的柔性 即灵活性 可变性和可重组性 3 实现 零库存 生产目标 4 采用有效的计算机管理 提高物流系统的效率 减少建设投资 5 物流系统应具有可扩展性 智能化 物流系统应满足的要求 零库存的含义 以仓库储存形式的某种或某些种物品的储存数量很低的一个概念 甚至可以为 零 即不保持库存 零库存的提出 日本丰田汽车公司首先采用的准时生产 Justintime JIT 系统 它的基本思想就是通过严格管理 杜绝生产待工 多余劳动 不必要搬运 加工不合理 不良品返修等方面的浪费 达到零故障 零缺陷 零库存 JIT四个要素 目标 废品量最低 零废品 JIT要求消除各种引起不合理的原因 在加工过程中每一工序都要求达到最高水平库存量最低 零库存 JIT认为 库存是生产系统设计不合理 生产过程不协调 生产操作不良的证明准备时间最短 零准备时间 准备时间长短与批量选择相联系 如果准备时间趋于零 准备成本也趋于零 就有可能采用极小批量生产提前期最短 短的生产提前期与小批量相结合的系统 应变能力强 柔性好 零库存也就是追求一种无库存 或库存达到最小的生产系统 具体而言 在这种管理方式下 由最后一道工序开始 依次向上一道工序传递信息 领取零部件 而每一道工序只生产补充下道工序所领取的相同数量的零部件 每道工序不能出现废品 零库存生产方式以准时生产为出发点 首先暴露出生产过量和其他方面的浪费 然后对设备 人员等进行淘汰 调整 达到降低成本 简化计划和提高控制的目的 自动化物料输送系统 15 二 单机自动供料装置 供料方式人工供料与自动供料 自动供料装置的组成储料器 输料槽 定向定位装置和上料器组成 料仓与料斗的区别 案例 螺栓料仓 料斗式储料器只需将工件倒入料斗 由料斗自动完成定向 料仓式储料器需人工将工件按一定方向摆放在仓内 料仓和料斗一般用于存储小型工件 较大型工件可用机械手完成供料 16 料仓式储料器 螺栓料仓 17 图4 4机床自动供料装置1 料仓2 隔料器3 弹簧4 自动停车装置5 上料器6 出料槽7 推料杆8 弹簧夹头9 上料杆 自动上料 工人将工件装入料仓1 上料器5右移 带动隔料器2逆时针旋转 工件落入上料器5的接受槽中 上料器5左移 将工件送到弹簧夹头8 上料杆9将工件推送入弹簧夹头8内 工件被夹紧 上料器5和上料杆9退回 工件开始加工 自动出料 工件加工完毕 弹簧夹头8松开 推料杆7将工件顶出 工件落入出料槽 18 特点 不能使工件自动定向 需要人工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 结构比较简单 工作可靠性较强 需要拱形消除机构 仓壁振动器或搅拌机 防止料斗中的工件形成拱形面而阻塞 料仓的结构形式 19 料仓的结构形式 由于工件的重量和形状尺寸变化较大 因此料仓结构设计没有固定模式 一般我们把料仓分成自重式和外力作用式两种结构 螺旋式 料斗式 重锤垂直压送式 重锤水平压送式 自重式 外力式 20 自重式特点 占地面积大 容量大适用 盘 环类零件 自重式特点 容量大 结构简单 易出现堵塞 需拱形消除机构 适用 中小型的轴 盘 环类零件 螺旋式 料斗式 21 外力作用式特点 重锤式推力恒定适用 易于仓壁粘附的小零件 重锤垂直压送式 重锤垂直压送式 22 外力作用式特点 弹簧式推力不稳定 容量小适用 小型环类 板状及轴类坯件 外力作用式特点 用胶带组成V型槽 利用工件与胶带见得摩擦力送料 容量大 输送平稳 适用 环 轴类坯件 扭力弹簧式 胶带式 23 外力作用式特点 链条传输 可连续或间歇传输工件 容量大适用 各种坯件 外力作用式特点 同步齿形带传输 容量小适用 小型环类 轴类坯件 链条式 同步带式 24 拱形消除机构 拱形消除机构一般采用仓壁振动器 仓壁振动器使仓壁产生局部 高频微振动 破坏工件间的摩擦力和工件与仓壁间的摩擦力 从而保证工件连续地由料仓中排出 振动器振动频率一般为1000 3000次 min 当料仓中物料搭拱处的仓壁振幅达到0 3mm时 即可达到破拱效果 在料仓中安装搅拌器也可消除拱形堵塞 拱形消除器a 摆动杠杆式b 凸轮式c 电磁振动式1 拱形消除器2 料仓3 工件 25 料斗 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 没有完成定向的工件在出口处被分离送回料斗重新定向 或由二次定向机构再次定向 那么料斗的供货率会发生变化 应使料斗的平均供货率大于机床的生产率 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 26 料斗的结构及技术特性 27 料斗的结构及技术特性 28 各种料斗装置的平均生产率可用下式表示 Q平均 ZPnK 件 分 式中Z 定向机构中取料构件数 P 每一取料机构能同时抓取的工件数 n 定向机构每分钟工作循环数 转 分或双行程 分 K 取料构件的充实系数 29 对于用钩 销 成形孔槽实现定向的料斗 P 1 每一取料机构能同时抓取的工件数为1 Q平均 ZnK 件 分 对于扇形块 滑块或其它槽隙定向机构 Z 1 定向机构中取料构件数为1 Q平均 PnK 件 分 30 工件滚动 回转件 时 取料机构Z 1每次能取P L dQ平均 nLK d 件 分 工件滑动时 Z 1P L lQ平均 nLK l 件 分 往复推板式料斗1 轴2 销轮3 推板4 固定料斗5 工件6 料道 31 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 分类 按其外部形状 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 有滚道式和滑道式输料槽等 按工件的输送方式 自流式 靠工件自重输送 半自流式或强制运动式 输料槽 32 二次定向机构 将在料斗中未能完成定向的工件 例如一些外形复杂的工件 在料斗外的输料槽中实现二次定向 适用于重心偏置的工件 只有当工件较重端朝下才能落入输料槽 适用于一端开口的套类工件 只有开口向左的工件才能被钩子改变方向落入输料槽 开口向右的工件推开钩子自行落入输料槽 33 二次定向机构 将在料斗中未能完成定向的工件 例如一些外形复杂的工件 在料斗外的输料槽中实现二次定向 适用于重心偏置的盘类工件 在重心偏置的一侧开口 工件经过时将会侧翻落入输料槽或料斗 适用于带肩轴的工件 自动定向成大端向上 34 二次定向机构 35 供料与隔料机构 功能 定时地将工件逐个输送到机床加工位置分类 往复运动式 速度小于150件 min摆动往复式 速度在150 200件 min回转运动式 速度大于200件 min回转运动连续式 速度大于200件 min a往复运动式供料与隔离机构 用于轴 盘 环 球类工件 b摆动往复式供料与隔离机构 用于短轴 环 球类工件 36 供料与隔料机构 c回转运动式供料与隔离机构用于盘类 板类类工件 d回转运动连续式供料与隔离机构用于短轴 环 小球类工件 37 机床自动供料典型装置实例 案例一螺纹机床的自动供料 上料机械手顺时针摆动触发到挡块2时 机械手上的夹持器9张开 机械手继续顺时针摆动一定角度 机械手上的摆杆1压下碰杆4 隔料器5转动 工件滚入机械手夹持器中 与此同时 下料机械手转至机床加工位置 夹持已完成的工件 图4 10螺纹机床自动供料装置1 摆杆2 挡铁3 螺钉4 碰杆5 隔料器6 齿轮7 摆轴8 活塞9 夹持器10 扭簧11 料道12 液压缸13 限位销14 弹簧15 微动开关 上料机械手与下料机械手逆时针摆动 回摆 完成上料与下料 38 机床自动供料典型装置实例 案例二板材加工机床的自动供料与送料 1 供料装置 功能 贮料 顶料 吸料 提料 移料和释料等 作用 是把板料输送到送料装置上 过程 是先将板料放入贮料架内 再由顶料机构把板料提供给吸料器 机械手上的吸盘 吸料器吸料 移料 释料完成供料 39 2 送料装置送料装置的作用是将供料装置送来的板料传送到加工位置 40 机床自动供料典型装置实例 车床自动上下料 41 机床自动供料典型装置实例 各种自动上下料实例 42 机床自动供料典型装置实例 机械手冲床自动送料 43 物料供输自动化概述 单机自动供料装置 物流 物流系统的定义 物流系统的组成 料仓 自重式 外力式 拱形消除机构 料斗 自动定向 二次定向机构 平均供货率 上次课内容回顾 44 自动线物料输送系统 柔性物流系统 带式输送系统 链式输送系统 步伐式传送带 辊子输送系统 悬挂输送系统 有轨导向小车 随行夹具返回装置 物流输送形式 布局 托盘及托盘交换器 自动导向小车 自动化仓库 本课内容 45 三 自动线物料输送系统 什么是自动线 指按加工工艺排列的若干台自动加工设备及其辅助设备 并用自动输送系统联系起来的自动生产线 自动线输送系统的特点 在自动线上 工件以一定的生产节拍 按工艺顺序自动地通过各个工作位置 完成预定的工艺过程 工件输送装置是自动线中最重要和最富有代表性的辅助设备 它将被加工工件从一个工位传送到下一工位 为保证自动线按生产节拍连续地工作提供条件 并从结构上把自动线的各台自动机床联系成为一个整体 46 带式输送系统 链式输送系统 步伐式输送系统 辊子输送系统 悬挂输送系统 有轨导向小车 随行夹具返回装置 47 带式输送系统 带式输送系统是一种利用连续运动且具有挠性的输送带来输送物料的输送系统 结构组成 有输送带 驱动装置 传动滚筒 托辊 张紧装置等结构形式 一种环形封闭形式 功能 输送和承载 应用 散状物料 单件质量小的物料主要用于远距离输送 48 带式输送系统 输送带作用 是带式输送机的牵引构件及承载构件 用于输送物料和传递动力 特点 传动带具有挠性和弹性 可吸收振动和缓和冲击 使传动平稳 噪音小 当过载时 传动带与带轮之间可发生相对滑动而不损伤其它零件 保护作用 同时也影响传动比 远距离传送物料 输送带两端的接头形式 机械接头冷粘接头硫化接头 寿命最长 强度 35 40 70 85 90 输送带的宽度比成件物料的宽度要大50 100mm输送带的输送能力Q kg h Q Gv l G 成件物料单个质量V 传送带的速度l 物料件的间距 49 带式输送系统 滚筒及驱动装置滚筒 传动滚筒及改向滚筒 传动滚筒的作用 是将驱动装置的动力 通过摩擦力传递给输送带的部件 传动滚筒分主传动和从动两种 主传动滚筒有两种形式 一种是外装式滚筒 就是电机带动减速机再带动滚筒 一种是内装式电动滚筒 顾名思义就是包括电机 减速装置等机械构件都在滚筒内部 传动滚筒必须与配套的电机 减速机使用才可驱动带式输送机 起传动作用 50 带式输送系统 滚筒及驱动装置滚筒 传动滚筒及改向滚筒 改向滚筒的作用是改变输送带的运行方向或增加输送带与传动滚筒间的围包角 改向滚筒也叫导向滚筒 他和传动滚筒在结构上是没有区别 改向滚筒一般在输送机的尾部 输送带在此处改变运动方向 增加围包角的作用是增加输送带与滚筒间的接触面 使输送带与滚筒间不打滑 驱动装置 动力部分 由电动机 联轴器 减速器 传动滚筒等组成 电动滚筒 将电动机 减速器及传动滚筒做成一体 51 带式输送系统 托辊远距离输送时为了防止物料重力和输送带自重造成带下垂 需安装托辊 分类 承载托辊 空载托辊 调心托辊承载托辊 支撑承载侧的输送带和物料空载托辊 支撑空载载侧的输送带 回程 调心托辊 调整跑偏的输送带 上托辊间距小于成件物料在运输方向上尺寸之半 下托辊间距可取上托辊间距的2倍左右 52 带式输送系统 张紧装置作用 是使输送带具有足够的张紧力 保证输送带与传动滚筒之间不打滑 并限制输送带在各托辊间的垂度 使输送带正常运行 分类 螺旋张紧装置 重锤式张紧装置 车式张紧装置 固定绞车式张紧装置等几种形式 螺旋张紧装置 车式重锤张紧装置 重锤式张紧装置 用带轮张紧 53 链式输送系统 链式输送系统 由链条 链轮 电动机 减速器 联轴器等组成 若长距离输送应增加张紧装置和链条支撑导轨 工作原理 利用链条与链轮啮合传动方式进行输送 链条由驱动链轮牵引 链条下面有导轨 支承着链节上的套筒辊子 货物直接压在链条上或放在承载托板上 随着链条的运动而向前移动 特点 传递功率大 效率高 适合远距离输送物料 但有一定的动载荷与冲击 54 链式输送系统 链条结构形式 有套筒滚柱链 弯片链 叉形链 焊接链 可拆链 履带链 齿形链等 运动原理 链条上的附件带动物料运动 输送链 传动链 弯片链 套筒滚柱链 焊接链 可拆链 齿形链 履带链 55 步伐式传送带 步伐式输送装置是组合机床自动线上典型的工件输送装置 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 功用 它能完成向前输送和向后退回的往复动作 实现工件单向输送 结构形式 棘爪式 摆杆式 抬起式 托盘式等等 棘爪式传送1 输送带 2 挡销 3 销轴 4 棘爪 5 弹簧 6 工件 7 支承滚子 向前运动时 棘爪就推动工件移动一个步距 回程时 棘爪被工件压下 于是绕销轴回转而将弹簧拉伸 并从工件下面滑过 待退出工件之后 棘爪又复抬起 注意 防止杂物卡住弹簧 56 步伐式传送带 57 辊子输送系统 原理 利用辊子的转动来输送工件的输送系统无动力辊子输送系统 依靠工件的自重或人的推力使工件向前输送 要求工件底面平整坚实 动力辊子输送系统 由驱动装置通过齿轮 链轮或带传动使辊子转动 依靠辊子与工件之间的摩擦力实现工件的输送 无动力辊道式输送机 动力辊道式输送机 58 悬挂输送系统 特点 适用于车间内成件物料的空中运输分类 通用悬挂和积放式悬挂结构组成 牵引件 滑架小车 吊具 轨道 张紧装置 驱动装置 转向装置 一般为链轮 和安全装置等积放式悬挂与通用悬挂相比的区别牵引件与滑架小车无固定联接 两者有各自的运行轨道 牵引轨道和承重轨道 有岔道装置 滑架小车可以在有分支的输送线路上运行 可设置停止器 滑架小车可以在输送线路上的任意位置停车 59 牵引件 牵引链 功能 牵引滑架小车沿轨道运行 如何选择 根据单点承载能力选择 单点承载能力在100kg以上可以采用可拆链单点承载能力在100kg以下采用双铰接链 悬挂输送系统 60 滑架小车功能 吊具挂在滑架小车上 悬挂输送系统 积放式悬挂输送系统的滑架小车1 滑架小车2 推头3 框板4 牵引轨道5 牵引链6 挡块7 承载轨道8 滚轮9 导向滚轮 双滑架小车 当物料重量超过滑架小车的许用承载重量时 可设置多个滑架小车来悬挂物料 61 转向装置功能 改变物料的运输方向 转向装置的结构 通常在转弯处设置链轮 悬挂输送系统 当输送张力小于链条许用张力的60 时 可用光轮代替链轮 当转弯半径超过1m时 用滚子排做转向装置 62 有轨导向小车 有轨导向小车 RailGuidedVehicle 简称RGV 是依靠铺设在地面上的轨道进行导向并运送工件的输送系统 所谓有轨 是指有地面或空间的机械式导向轨道 地面有轨小车结构牢固 承载力大 造价低廉 技术成熟 可靠性好 定位精度高 优点 RGV移动速度快 加速性能好 承载能力大缺点 RGV铺设轨道不宜改动 柔性差 车间空间利用率低 噪声高 63 随行夹具返回装置 应用 对于某些形状复杂 缺少可靠输送基面的工件或有色金属工件 常常采用随行夹具作为定位夹紧和自动输送的附加装置 为了使随行夹具能在自动线上循环工作 当工件加工完毕从随行夹具上卸下以后 随行夹具必须重新返回原始位置 所以在使用随行夹具的自动线上 应具有随行夹具的返回装置 随行返回装置分为上方返回 水平返回 下方返回三种 64 带式输送系统 链式输送系统 步伐式输送系统 辊子输送系统 悬挂输送系统 有轨导向小车 随行夹具返回装置 自动线物料输送系统 65 四 柔性物料系统 柔性制造系统 FMS 一般由三部分组成 1 加工系统三台以上的数控机床 加工中心或FMC以及若干台辅助设备 如清洗机 测量机 排屑装置 冷却润滑装置等 2 储运系统完成工件原材料运储 刀具运储 如悬挂输送机 有轨导向小车 自动导向小车 搬运机器人 托盘交换器 自动化立体仓库等 3 控制和管理系统实现对FMS的运动控制 刀具管理 质量控制及FMS的数据管理和网络通讯 66 物流输送形式 为什么要考虑FMS的物流输送形式 一般FMS站点较多 输送线路长 物流输送系统的整体布局较复杂 物流输送形式决定着FMS的布局和运行方式 几种典型输送形式1 直线型输送形式2 环型输送形式3 网络型输送形式4 机器人为中心的输送形式 67 直线型输送形式特点 输送设备作直线运动 输送线两侧布置加工设备和装卸站 用途 适用于按照规定顺序从一个工作站到下一个工作站的工件输送 其线内储存量较小 需配合中央仓库及缓冲站 物流输送形式 68 环型输送形式特点 加工设备和辅助设备布置在封闭的环型输送线的内外侧 可增加支线作为储存或改变输送线路之用 故其线内存储量较大 可不设置中央仓库 便于实现随机存取 灵活性好 输送设备 连续输送机 输送小车 悬挂输送机等等 物流输送形式 69 网络型输送形式特点 输送设备通常采用自动导向小车 输送线路柔性好 物料输送灵活 线内储存量较小 需配合中央仓库及托盘自动交换器 物流输送形式 70 以机器人为中心的输送形式特点 以搬运机器人为中心 加工设备布置在机器人搬运范围内的圆周上 用途 适用于加工各类回转体零件的FMS中 物流输送形式 71 托盘交换器作用 连接作用 加工设备与物流传输系统间的连接 暂时存储工件的作用 FMS中最常见的自动上 下料装置是托盘交换器 有回转式和往复式两种托盘交换器 托盘在FMS中 工件一般安装在组合夹具上 而组合夹具又被安装在托盘上 因而托盘是工件和夹具的承载体 托盘的结构形状类似于加工中心的工作台 托盘及托盘交换器 72 托盘及托盘交换器 73 自动导向小车 AutomatedGuidedVehicle 简称AGV 是一种由计算机控制的 按照一定程序自动完成运输任务的运输工具 是柔性物流系统中运输工具的发展趋势 自动导向小车 AGV AGV的特点 较高的柔性 通过改变导向程序即可完成AGV的路线改变 实时监视和控制 由计算机完成与AGV的双向通讯 安全可靠 低速运行 10 70m min 有微处理器控制系统 与其它AGV小车通信 以防止碰撞 有定位精度传感器或定位中心装置 保证定位精度 维护方便 能自动充电 74 自动导向小车 AGV AGV的分类 根据导向方式不同 线导小车 利用电磁感应制导原理进行导向 需要在行车路线的地面上埋设环行感应电缆来制导小车运动光导小车 利用光电制导原理来进行导向 需要在行车路线上涂上能反光的荧光线条 小车上的光敏传感器接受反射光来制导小车运动遥控小车 以无线电发送接收设备传送控制命令和信号 其控制系统和操纵系统较为复杂 目前还处于实验研究阶段 75 自动导向小车 AGV AGV的车轮布置 三车轮 前轮既是转向轮又是驱动轮 一般只能向前运动 四车轮 差速转向式 中间两轮为驱动轮 利用两驱动轮的速度之差实现转向 可以实现前后驱动 独立多轮转向式 四个车轮都兼有转向和驱动 转向最为灵活 可沿任意方向运动 76 自动导向小车 AGV AGV的自动导向系统 以线导小车为例 小车导向轮两侧装有导向感应线圈 当导向轮偏离预期路线 跑偏 磁感应线与车轮两侧的距离不相等 车轮上的导向感应线圈中的感应电动势也不相等 导向电动机工作调整旋转方向 AGV自动认址与精确停位系统 什么时候停车 此系统的任务是使AGV小