物料管理_焊接自动化系统的组成概述

主讲教师 陈银银chenAgAg第二章焊接自动化系统的组成 主要内容 自动化制造系统的常见类型自动化加工设备工件储运系统 物流输送系统 1 物流系统及其功能1 物流分类工件流 原材料 半成品 成品工具流 刀具 夹具配套流 托盘 辅材 备品备件2 物流系统功能存储功能 输送功能 装卸功能 管理功能 3 物流系统种类 1 单机自动供料装置 储料器 隔料器 上料器 输送槽 定位定向装置 2 自动线输送系统 连续输送机 通用悬挂小车 有轨导向小车 随行夹具返回装置 3 FMS物流系统 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 2 自动线输送系统1 带式输送机 1 输送带材料 橡胶带 塑料 树脂 带 绳芯带 钢网带用途 强力型 普通型 轻型 井巷型 耐热型接头 机械接头 冷粘接头 硫化接头 无接头 2 滚筒及驱动装置滚筒 传动滚筒 改向滚筒驱动装置 电动机 联轴器 减速机 传动滚筒 电动机宜选启动扭矩大的品种 3 托辊用于长距离输送时防止由于物料自重和带自重引起的输送带下垂 托辊距离的选择原则 上托辊距为成件物料在输送方向上尺寸的一半 下托辊距可取上托辊距的2倍 常见托辊结构 常见托辊结构型式图a 平托辊b V形托辊c 槽形托辊d 空载平托辊e 空载梳形托辊f 空载V形托辊g 挡辊式调心托辊h 挡辊式空载调心托辊i 挡辊式空载双辊调心托辊 4 张紧装置作用 避免输送带打滑 控制输送带挠度 减小输送阻力 按结构分类 螺杆式 弹簧螺杆式 重锤式 绞车式 重锤式张紧机构示意图 2 链式输送系统链式输送系统包括链条 链轮 电动机 减速器 联轴器 长距离输送要增加张紧装置和链条支撑导轨 1 链条包括套筒滚子链 弯板链 叉形链 焊接链 可拆链 履带链 齿形链 制造方法 锻造 铸造 冲压 焊接输送链条与传动链条比 节距大 输送链传动中 物料通过链条上的附件承托来传送 一级附件均为标准件 可配置二级附件扩展 二级以上附件需自行设计 原则 使物料重力传递到链条支承轨道上的路径最短 在考虑满足强度的前提下 重量尽量轻 结构工艺性好 2 链轮链轮的基本参数 齿形及公差 齿槽形状 轴向齿廓 链轮公差等看参见国家标准GB8350 1987 输送链 附件及链轮 注意链传动时链速是不均匀的 由此而产生一个附加的角加速度 带来链传动的不均匀性 链轮齿数越大 传动的不均匀性越小 但链轮外圆直径越大 设计时需要综合考虑两者的取舍 3 步伐式传送带 1 棘爪步伐式传送带无工件定位元件 只能用于低速运行场合 棘爪步伐式传送带 2 摆杆步伐式传送带工件有元件定位 速度可高达20m min 摆杆步伐式传送带 4 辊子输送系统 1 无动力辊子输送系统 又称辊道 有长 短两种 长辊道辊子形状有圆柱形 圆锥形和曲面形几种 以圆柱形长辊道应用最广 辊道曲线段采用圆锥形辊子或双排圆柱形辊子 可使物品转弯 短辊道可缩短辊子间距 自重较轻 辊道一般稍下倾 当物品较重 线路较长时 斜度可取1 1 5 如要使物品自滑 斜度可增大到2 3 当线路长度小于10米 物品轻于200千克时 可以布置成水平线路 自滑式辊道不易控制物品下滑速度 所以长度一般不大 辊道的宽度比物品宽度大100 150毫米 曲线段最小曲率半径为辊道宽度的3 4倍 辊子间距为输送物品长度的1 3 1 4 当物品输送的平稳性要求较高时 间距可取输送物品长度的1 4 1 5 辊子直径按载荷大小决定 2 动力辊子输送系统常用于水平的或向上微斜的输送线路 驱动装置将动力传给辊子 使其旋转 通过辊子表面与输送物品表面间的摩擦力输送物品 按驱动方式有单独驱动与成组驱动之分 前者的每个辊子都配有单独的驱动装置 以便于拆卸 后者是若干辊子作为一组 由一个驱动装置驱动 以降低设备造价 成组驱动的传动方式有齿轮传动 链传动和带传动 动力式辊子输送机一般用交流电动机驱动 根据需要亦可用双速电动机和液压马达驱动 动力辊子输送系统驱动方式 5 悬挂输送系统 1 分类 A 牵引式带有承载吊具的滑架1 又称行车 与牵引构件2连接在一起 沿着轨道3运行 滑架上挂有铰接吊具4用于放置被输送物件 牵引构件2由传动装置5带动 水平面内转向靠回转装置实现 垂直面内转向靠轨道中的弯轨实现 系统内设置张紧装置 B 推动式带有承载吊具的载货小车1与牵引构件不连接在一起 而是由连在牵引构件上并沿轨道3运行的推进滑架2推动沿轨道4运行 其特点是 可藉助道岔装置使载货小车由一条轨道 主线 进入支线 辅线 或另一条承载轨道 实现被输送物品的分类 储存及运输的自动化 C 拖动式行车1通过特殊吊钩4连接在牵引构件3上 吊钩钩住装有物品的地面行车2的拖杆5而拖动地面行车 这种输送机在国内应用很少见 6 有轨导向小车有轨小车 RailGuideVehicle 是一种沿着铁轨行走的运输工具 有自驱和它驱两种驱动方式 自驱动有轨小车通过车上的小齿轮和安装在铁轨一侧的齿条啮合 利用交 直流伺服电动机驱动 它驱式有轨小车由外部链索牵引 在小车底盘的前 后各装一导向销 地面上修有一组固定路线的沟槽 导向销嵌入沟槽内 保证小车行进时沿着沟槽移动 前面的销杆除作定向用外 还作为链索牵动小车的推杆 推杆是活动的 可在套筒中上下滑动 链索每隔一定距离有一个推头 小车前面的推杆可灵活地插入或脱开链索的推头 由埋设在沟槽内适当地点的接近开关和限位开关控制 推杆脱开链索的推头 小车就停止 采用空架导轨和悬挂式机械手或机器人作为运输工具也是一种发展趋势 其主要优点是充分利用空间 适合于运送中 大型工件 如汽车车架 车身等 有轨小车的特点是 加速和移动速度都比较快 适合运送重型工件 导轨固定 行走平稳 停车位置比较准确 控制系统简单 可靠性好 制造成本低 便于推广应用 行走路线不便改变 转弯角度不能太小 噪声较大 影响操作工监听加工状况及保护自身安全 3 柔性物料系统 FMS系统要求有一套柔性物料系统与之配合共同完成生产加工任务 1 物流输送基本形式从运输系统布局来看 可分为串行工作方式和随机工作方式两大类 串行工作方式又可分为直线移动 往复式 和封闭循环式 随机工作方式又可分为直线往复式 封闭循环式和网络式 采用直线往复和封闭循环运输时 多用传输带实现 网络式则利用自动导向小车 AGV 或搬运机器人实现 典型运输方式示意图 1 直线形输送方式FMS发展的早期 可能是受机械式自动线的影响多采用直线往复式封闭循环的运输方式 下面所附两个图就是两个直线移动方式的例子 例一图的特点是机床排列在运输线的一边 直线往复式运输方式之一 例二所举的例子也是一种直线往复式的运输方式 两台水平式加工中心 位于AGV的导向导轨的一端 彼此面对面地排列 导轨的另一端是装卸站 中间部分 导轨的两边并列排放着19个托盘站 包括小车上的托盘共有20个 该系统用来加工50种不同的铝铸件 批量大约为每月50件 种 有齿轮箱 法兰盘等 工件的基面加工由车间另外配置的一台加工中心和两台钻床来完成 以便保证工件在托盘上定位的精度 工人在装卸站将工件安装在相应的托盘中的同时 将托盘号和零件号输入给计算机 计算机根据调度计划 可以命令AGV在哪里装卸工件 并指令加工中心 调用加工程序控制加工 2 环形输送方式 简单的环形运输系统 环式布置的搬运工具可以用导轨也可以是各种形式的无轨小车 左图是一个简单的循环系统 用了两台运输小车 AGV1和AGV2 AGV1是刀具运输小车 它的任务是将中央工具库的刀具分别运到四台加工中心处 与加工中心的刀库交换刀具 AGV2是零件运输小车 任务是从自动从仓库中取出毛坯和原材料 运送至各加工中心 再把加工中心加工好的半成品或成品搬运到其他加工中心或中央仓库 3 网络形输送方式 下图是一个网络式运输系统的例子 运输路线可以有几条封闭环路 网络式运输系统便于小车寻找最优的运输路径 该系统是休斯飞机公司为了加工种类不多的铝合金壳体零件而设计的FMS生产线 加工种类为5 6种 批量为4500 7000件 年 属中批量生产 系统由9台加工中心 1台坐标测量机组成 每台加工中心和测量机都配备有一个专门的托盘短程传送装置 它把600mm 600mm的工件托盘连同工件 从物料传送线上取下 送至机床 或将工件托盘从机床上取下 送至物料运输线 运输系统采用的运输工具为一种用牵引索牵引的小车 它可以自动地把工件输送到各台加工中心或坐标测量机 图中的箭头标出了运输小车行走的方向 只要控制小车在分叉处的走向 小车就会沿着不同的路线行走 4 机器人为中心的输送方式 2 FMS的物流输送设备 1 托盘及托盘交换器装置托盘是工件和夹具与输送设备和加工设备之间的硬件接口 有箱式 板式等结构 箱式用于小型工件及回转体工件 板式用于较大型非回转体工件 托盘的基本形状图 托盘交换装置是连接FMS加工设备与物料运输系统之间的桥梁和接口 常见有回转式和往复式两种 托盘交换系统 2 自动导向小车 AGV A 概述组成 车架 蓄电池 充电装置 电气系统 驱动装置 转向装置 自动寻址及精确定位系统 移载机构 安全系统 通讯单元和自动导向系统 特点 较高的柔性 实时监控 安全可靠 维护方便 B AGV的分类按导向方式的不同分类 有 线导小车 利用电磁感应原理导向 通过测量两个感应头在预埋感应电缆电磁场中的感应电动势 形成距离差 控制小车移动 转向等 光导小车 利用光电感应原理制导 其原理是直接在地面上涂上一层荧光材料 或敷设一层涂有荧光材料的带子 光线照射后 利用荧光材料的反光 激发光敏传感器辨认出小车应走的路线 引导小车移动 这种小车用于办公室和装配车间更为方便 它的最大优点是成本低且便于更改行走路线 遥控小车 这种小车没有传送信息的电缆 而是以无线电形式发送给接收设备 传送命令和信息 车辆的控制 如起停 转弯 都是以无线电信号形式传递 小车活动范围和路线基本上不受限 故柔性最大 当然 其控制器和操纵机构也就相对复杂 目前还不十分成熟 只是处在实验研究阶段 C AGV的电磁式导向原理 磁感应AGV自动导向原理图 上页图为磁感应AGV自动导向原理图 小车底部装有弓形天线3 跨设于以感应线4为中心且与感应线垂直的平面内 感应线通以交变电流 产生交变磁场 当天线3偏离感应线任何一侧时 天线的两对称线圈中感应电压有差值 误差信号经过放大 驱动左 右电动机2 左 右电动机有转速差 经驱动轮1使小车转向 使感应线重新位于天线中心 直至误差信号为零 注意 感应交流电流频率为小于15kHz 电压小于40V 电流一般在200 400mA D AGV的自动寻址及定位系统利用电磁感应原理 在预先需要定位处埋设若干电磁感应线圈 控制线圈通以不同方向的电流 产生不同方向的磁通 形成 0 1 编码 AGV上的接受线圈感知地址码 经译码后确定是否需要停靠 卸货或装货 并根据与线圈的位置 控制小车减速 停车或前后微量调整 达到精确定位 E AGV的路径寻找路径寻找就是自动选取岔道 AGV在车间的行走路线比较复杂 有很多分岔点和交汇点 地面上有中央控制计算机负责车辆调度控制 AGV小车上带有微处理器控制板 AGV的行走路线以图表的格式存储在计算机内存中 F AGV的管理a 交通管制 区间控制法 同一时刻只允许一个小车位于给定的预先划分好的区间内 b 车辆调度 分类 车内调度系统 车外招呼系统 遥控终端 中央计算机控制和组合控制 组合控制最常用 调度法则 顺序调度法则 最少行驶时间法则 最短距离法则 先来先服务法则 最近车辆法则 最快车辆法则等等 具体哪种最优往往需计算机仿真来确定 c 系统监控定位器面板 摄像机与显示器 中央记录与报告自动化物料运输系统视频 3 自动化仓库 双排巷道式小型立体库单排货架式小型立体库 自动化立体仓库的主要特点有 利用计算机管理 物资库存账目清楚 物料存放位置准确 对自动化制造系统物料需求响应速度快 与搬运设备 如AGV 有轨小车 传送带 衔接 能可靠 及时地供给物料 减少库存量 加速资金周转 充分利用空间 减少厂房面积 减少工件损伤和物料丢失 可存放的物料范围宽 减少管理人员 降低管理费用 耗资较大 适用于一定规模的生产 A 自动化立体仓库的形式和组成自动化仓库常见的有平面仓库和立体仓库两种 下页图所示为自动化立体仓库 高层货架成对布置 货架之间有巷道 随仓库规模大小可以有一到若干条巷道 自动化立体仓库主要由库房 高层货架 堆垛起重机 外围输送设备 自动控制装置等组成 如有必要 还可能配置一些信息输入设备 如条码扫描器等 物料一般不散放 而是放在标准料箱内或托盘上 自动化立体仓库 B 自动化立体仓库的布局贯通式 物料从巷道一端进 从另一端出库同端出入式 物料出库和入库在巷道的同一端C 储料单元和货位尺寸的确定储料单元一般就是一个货箱或托盘 对于高层货架 重量一般不超过1000kg 尺寸不超过1m3 货位尺寸取决于两个尺寸 储料单元尺寸 储料单元进出货位所需的净空尺寸 净空尺寸由货架制造精度 堆垛机轨道安装精度和定位精度共同决定 D 高层货架首先要保证货架的强度 刚度和整体稳定性