仓库管理_物流装备自动化仓库概论

第5章物流装备 机械制造装备 第5章物流装备 5 1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5 3机床上下料装置5 4工件输送装置5 5自动化仓库设计 5 1物流装备的功能和应满足的要求 第5章物流装备 5 1物流装备的功能和应满足的要求 第5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 5 1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5 3机床上下料装置5 4工件输送装置5 5自动化仓库设计 5 2物流装备的总体设计 第5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 5 1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5 3机床上下料装置5 4工件输送装置5 5自动化仓库设计 5 3机床上下料装置 第5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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 zPnK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5章物流装备 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rm 5 3机床上下料装置 第5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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 MechanicalHand 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5章物流装备 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 IndustrialRobot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5章物流装备 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CincinnatiMilacron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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 5 1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5 3机床上下料装置5 4工件输送装置5 5自动化仓库设计 5 4工件输送装置 第5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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5章物流装备 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的槽内敷设一条专用的制导电缆 通上低周波交变电流励磁 在其四周产生交变磁场 在小车前方装有两个感应接受天线 在行走过程中类似动物触角一样 接受制导电缆产生的交变磁场 当小车行走方位与制导电缆一致时 两个接受天线分别处于制导电缆的左右对称位置 感应得到的电势相等 制导电动机不动 当小车行走方位与制导电缆不一致时 两个接受天线处的位置与制导电缆不对称 感应出的电势便不相等 由控制系统产生误差信号 经放大后 控制制导电动机按要求的方向和速度驱动方向轮使小车转弯 直到误差消除为止 从而保持AGV始终沿制导电缆敷设的方向行驶 5 4工件输送装置 第5章物流装备 2 自动输送小车 在小车可能停下进行装卸物料电流的一系列站点的地面下 埋设如图6 35a所示的地址码 每一个站点有一个专用地址 由小车上的传感器在行走过程中读得地址码 由车载计算机判断在该站点是否停下 如小车具有后退功能 在小车的前方和后方均应装设感应接收天线 小车后退时由后面的感应天线跟踪制导电缆 感应制导的AGV 工作可靠 制导电缆埋在地下不怕尘土污染 不易遭到破坏 适用于一般工业环境 AGV可采用光学制导 在地面上用有色油漆或色带绘成路线图 装在AGV上的光源发出的光束照射地面 自地面反射回的光线作为路线识别信号由AGV上的光敏器件接受 控制AGV沿绘制的路线行驶 这种制导方式改变路线非常容易 但只适用于非常洁净的场合 如实验室内等 5 4工件输送装置 第5章物流装备 2 自动输送小车 由上可见 AGV应具备如下功能 1 行走功能包括启动 停止 前进 后退 转弯 定速 变速 多叉路口选道等 2 控制功能包括由上一级计算机 车载计算机控制面板和地面监控器等 对小车位置和装载情况进行识别和控制 多车同时进行控制等 3 安全功能包括检测到障碍物时自动减速 碰到障碍物时立即停车 防止两车相碰的措施 各种紧急停车措施 蓄电池放电过量报警 警示回转灯等 4 随行工作台的自动装卸 5 4工件输送装置 第5章物流装备 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5章物流装备 3 随行工作台存放站 1 存放从自动运输小车送来的随行工作台 如图中L位置 2 随行工作台在存放站上有自动转移功能 根据系统的指令 可将随行工作台移至缓冲的位置U 3 当随行工作台移至工作位置时 图中A位置 工业机器人可对随行工作台上夹持的工件进行装卸 图6 36所示的随行工作台存放站是介于制造单元与自动运输小车之间的装置 在制造系统中起过渡作用 也是 物流 中的一个环节 它的功能是 第5章物流装备 5 1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5 3机床上下料装置5 4工件输送装置5 5自动化仓库设计 5 5自动化仓库设计 第5章物流装备 自动化仓库的构成自动化仓库的工作过程自动化仓库的计算机管理 5 5自动化仓库设计 第5章物流装备 1 自动化仓库的构成 随着自动化生产技术的发展 人们逐渐认识到物流技术的重要 将传统的仅起存放物品作用的仓库转化为物资调节和流通中心 出现了具有高层货架的自动化仓库以及各种先进的存货 取货 快速分拣装置等新设施 自动化仓库采用计算机管理 配置了自动化物流系统 不用书面文档 仓库空间利用率最大化 增加货存量 加快进货和发货的速度 减少库存货物数据的差错率 货物非生产性损坏以及生锈 变质 自然老化等损失 减少仓库的工作人员 最常见的是巷道式立体仓库 如图6 37所示 它适用于存放多品种少批量货物 巷道两边是多层货架 在巷道间有堆装机 沿巷道轨道移动 堆装机上的装卸托盘可到多层货架的每一个仓位存取货物 送至巷道一端的出入库装卸站 5 5自动化仓库设计 第5章物流装备 1 自动化仓库的构成 1 仓库多层货架根据存放物品的多少 可以设置若干个多层货架 每两个货架之间留有巷道 巷道内安装轨道 供堆装机行走 如图6 38所示 货架按列和层划分成许多仓位 每个仓位内可放一个货箱或上下垒起来放多个货箱 每个仓位赋予一个 地址 对应于库存数据库中该仓位货物数据词条的关键词 当仓位中物品发生变化时 按该地址可修改相应的数据词条 5 5自动化仓库设计 第5章物流装备 1 自动化仓库的构成 2 堆装机双立柱型堆装机的结构如图6 39所示 是一个框架结构 可在巷道轨道上行走 堆装机上的装卸托盘可沿框架导轨上下升降 以便对准每一个仓位 取走或送入货箱 堆装机采用相对寻址的工作方式寻找仓位 当堆装机沿巷道轨道或装卸托盘沿框架导轨行走时 每经过仓库的一列或一层 将仓位地址的当前值加1或减1 当前值与设定值快接近时 控制堆装机或装卸托盘自动减速 当前值与设定值完全相符时 发出停车指令 装卸托盘便准确地停在设定的仓位前 目前的堆装机的最大水平行走速度可达60m min 装卸托盘的升降速度较低 约为行走速度的1 4 最大负重量为1000kg 5 5自动化仓库设计 第5章物流装备 1 自动化仓库的构成 2 堆装机图6 40是单立柱型堆装机 最大负重量为l000kg 行走速度为40m min 升降速度5m min 5 5自动化仓库设计 第5章物流装备 1 自动化仓库的构成 2 堆装机图6 41是堆装机上装卸托盘的