机械制造的物料流装置

第7章机械制造的物料流装置

7.1工件储运装置

7.2刀具自动更换装置

7.3自动排屑装置思考与练习题

7.1工件储运装置

7.1.1物料储存装置

物料储备装置系统主要包括供给正常生产物料的仓储系统和在自动线个别环节或设备发生故障时解决燃眉之急用的线上自动储料装置系统两个部分。对于仓储系统,本节只介绍仓储系统中的与FMS或CIMS等机电一体化系统中非常重要的自动立体仓库装置。1.自动立体仓库

自动立体仓库是应现代化、自动化生产和管理信息化的要求应运而生的。与传统仓库相比,能更有效地利用空间,使物品堆放向空中立体发展;配备有完善的计算机管理系统并具自动控制物品的存取、搬运功能,能优化物品的储存数量,保持最佳的库存量,既减少资金积压又能使生产正常进行;减少搬运配料人员和仓储管理人员。如图7－1所示是一巷道式立体仓库局部简图。

图7－1巷道式立体仓库

(1)总体布局。如图7－2所示是常见的巷道式自动立体仓库平面布局形式。

图7－2巷道式自动立体仓库平面布局形式

(2)高层货架。在保证货架结构刚度、强度、稳定性的基本要求下,有的高层货架还要求结构单元自身可调整组合,以适应产品结构发生变换时对货架进行优化排布,即自动立体仓库自身具有一定的柔性组合特点。高层货架是自动立体仓库的基础结构和物品储存支架,同时还是其他元件的支撑件或载体,如定位元件、地址编码、通讯线缆、空中轨道等,其货架单元常由结构钢,如槽钢、工字钢、圆钢等通过焊、铆、螺栓连接等方式制成。

(3)自动立体仓库的计算机管理系统。其主要职能有:入库管理、出库管理和库存数据统计管理。

①入库管理:记录并刷新入库物品的名称、编码、数量、来源地、日期、质量等级及重要度等信息,并进入相关数据库。另一方面,发出指令控制仓储机械设备将物品搬运到应到达的仓位。

②出库管理:根据出库提货清单,核实出货权限,指令自动仓储机械设备执行出货指令,刷新在库品数量等数据信息。

③库存数据统计管理:结合生产状况,反映准确的在库物品信息(如B.O.M清单),为生产计划、供应系统提供多方决策的数据信息,对仓库自身的库存结构和库存量等进行优化。

(4)堆跺机。如图7－3所示的双柱式堆跺机是一种可在自动立体仓库高层货架巷道轨道上穿梭行走,并堆高层货架的物料仓位存取物品的专用起重设备。为刚性起见,通常采用框架结构。堆跺机通常由行走机构、升降机构、货台与装卸托盘、框架、导向机构、控制系统和安全保护装置等组成。堆跺机一般由专业单位进行设计制造,鉴于其机构上“瘦高”的特点,其设计重点考虑以下几点:图7－3巷道堆跺机结构简图

(a)单立柱式；(b)双立柱式

2.线上自动储备装置

正如农民修建蓄水池储水以防天旱年间延误农作生产一样,线上自动储备装置是为防止自动生产线中某台或某加工单元设备出现故障而影响后续工序的正常工作或全线停产。线上自动储备装置起到蓄水池的作用,它可缓冲生产线上个别故障造成的全局性损失,或者调节正常生产线上因节拍差异而造成的“桶板效应”(指一个桶的容量取决于最低那块板所确定的桶的容积,生产线上指整个线上的节拍取决于最慢节拍的机床或工序)。线上自动储备装置在生产正常或节拍一致时几乎不发挥作用,它并非是一个常规概念的仓库,其设计原理类似于一条九经曲折的江河,在同样的距离上迂回曲折使路径增长而增大水的储备量。设计上有两种思路:动态式和静态式。

1)动态态式线上上自动储储备装置置指指上工工序来的的每一个个零件都都经过此此储备装装置,而按顺序序地进入入下工序序,只是在此此装置上上动态地地积累有有较多的的可流入入下工序序的零部部件数而而已。通通常安装装在易于于发生故故障的设设备或工工序之后后端,起到缓冲冲调剂作作用,留出设备备修理时时间,减少后续续连锁停停机损失失。如图图7－4所示。图7－4动态式线线上自动动储料装装置2)静态态式线上上自动储储备装置置此此储备备装置一一直静态态地存放放有一定定数目的的上工序序而来的的零部件件。正常常时,上工序而而来的零零部件不不经过此此装置而而直接进进入下工工序,仅当上工工序设备备发生停停机故障障时本装装置才投投入运行行,释放库存存应急,故障解除除后,上工序设设备须加加班补充充本库存存,如图7－5所示。当当然,这种静态态也是相相对而言言的,为防止库库存太久久产生生生锈等原原因,有时须人人为地或或自动线线设计要要求定期期释放更更新库存存。图7－5静态式线线上自动动储料装装置7.1.2工工件输送送装置物流系统统中的输输送系统统内容较较丰富,输送任任务主要要指工件件毛坯、、成品、、半成品品等零部部件等的的输送,还包括括刀、夹夹、量、、辅具等等的输送送。按不不同的分分类有不不同的输输送类型型:按按输输送行程程的轨迹迹路径可可分为:直线输输送和环环形输送送。按按工工件与机机床间的的位置关关系可分分为:内内通式输输送和旁旁通式输输送。按按输送时时间节拍拍可分为为:同步步输送和和非同步步输送。。按按物料料形态可可分为:固体输送送、液体体输送和和气体输输送。1.随行行夹具输输送与返返回装置置托盘和随随行夹具具在自动动生产线线和装配配线上应应用较多多,采用托盘盘或随行行夹具可可减少工工件的装装夹工作作,并易于将将工件准准确输送送到预定定位置或或工位。。由于随随行夹具具和托盘盘都是循循环使用用,因而在输输送设计计上需考考虑其返返回装置置。根据据生产现现场布局局,其结构上上可有三三种方式式供选用用,见表7－1。在上方方和下方方返回的的两种结结构中,设计有升升降装置置或回转转鼓轮,使随行夹夹具完成成升降动动作而回回到初始始位置以以备调用用。表7－1随行夹具具输送与与返回装装置的布布局形式式2.自动动输送小小车自动输送送小车是是机电一一体化生生产系统统中十分分重要的的输送设设备,在当前的的生产实实际应用用中,主要有有有轨自动动小车(RGV)和无轨自自动小车车(AGV也叫自动动导向小小车),而自动输输送小车车自身就就是技术术含量高高的机电电一体化化产品,一般都需需专业厂厂家设计计制造并并结合车车间现场场进行施施工来完完成。(1)有轨自动动小车。。以直线线输送应应用为主主,行进中沿沿地面铺铺设的轨轨道输送送物料。。有轨自自动小车车运行系系统通常常包括:轨道、动动力与控控制电缆缆、RGV小车(车身、减减速与制制动装置置、识址址与定位位装置、、安全保保护与报报警装置置、控制制装置)托盘交换换与定位位装置等等。轨道道一般为为轻型导导轨,可设计为为水平、、垂直、、斜坡等等布局形形式。根根据需要要有的导导轨还可可悬架在在空中,使小车成成为吊挂挂车形式式,减少工作作噪声、、节约占占地,并利于现现场打扫扫工作。。有轨系系统具有有控制系系统相对对简单,造价低,但柔性差差,一经铺就就,路线不易易改变,工作噪声声大,占地多,清洁困难难等缺点点。(2)无轨自动动小车(AGV)。AGV具有较好好的柔性性和灵活活性,运行无噪噪声,占地少等等优点。。如图7－6所示,AGV系统由随随行夹具具或托盘盘交换装装置、液液压升降降装置、、驱动行行走与变变速装置置、动力力及控制制电源、、地面轨轨迹制导导设施等等组成。。AGV动力源一一般采用用一次充充电能用用8小时左右右的蓄电电池。与与RGV相比,其行走轨轨迹制导导系统比比较复杂杂,制导方式式有:电磁感应应制导、、光学制制导、激激光制导导、红外外线制导导、磁力力制导和和摄像跟跟踪制导导等。图7－6AGV结构图3.带式式输送装装置带式输送送装置常常用于散散料或不不定形小小件的直直线长距距离输送送工作中中,其系统构构成见图图7－7,由输送带带、托带带辊、张张紧轮、、驱动滚滚筒、驱驱动电机机、减速速机构等等组成,其每个组组件部分分设计选选择可参参考《机机械零件件设计手手册》、、《机械械设计手手册》等等,此处主要要介绍其其托带辊辊的组合合结构形形式及带带的调偏偏原理。。图7－7带传输系系统图设置托带带辊是为为了分担担输送带带的承载载,防止止输送带带下垂干干涉,以以及带被被物料重重力拉长长而张紧紧不足降降低传载载能力。。托带辊辊一般是是通过轴轴承而空空套在芯芯棒上,随着输输送带的的行进而而摩擦滚滚动回转转。根据据物料种种类、形形态、尺尺寸等来来设计托托带辊的的结构形形式和排排布的疏疏密度。。如图7－8所所示,布布局结构构形式主主要有:平行托托带辊、、V形托托带辊和和槽形托托带辊三三类。调调心托带带辊可防防止输送送带朝一一个方向向跑偏,在平带带传动中中,带跑跑偏方向向总是朝朝着承受受张力最最大处移移动,图图7－9是其调调偏原理理,若带带朝左立立辊1上上跑偏,证明此此方向处处的张紧紧力过大大,而立立辊1被被带的摩摩擦力带带动使得得托架2绕轴3转动一一个角度度,此处处的张紧紧力变小小,从而而使带制制导返回回,达到到自动调调偏目的的。图7－8托带带辊的结结构形式式(a)平行上托托带辊；；(b)平行下托托带辊;(c)V形托带辊辊；(d)上调心托托带辊;(e)下调心托托带辊;(f)V形调心托托带辊图7－9调偏原理理示意图图4.链式式输送装装置链条在输输送装置置中有两两种功用用:一是作为为物料的的承载体体;二是动力力牵引元元件,如在悬挂挂链输送送中的功功用。本本小节的的链式输输送装置置中,链条作为为承载体体用,其系统见见图7－10,由电动机机、三角角带轮、、三角带带、齿轮轮减速器器、链轮轮和链条条组成。。根据工工件形态态、尺寸寸材料等等,输送链条条可有多多种选择择,见图7－11。其中片片式套筒筒链应用用最为常常见,链条输送送物料既既可是直直接带动动物料(如履带链链背面可可直接堆堆放物料料),也可带动料料架、料斗斗等附属装装置。为防防止物料、、附件掉落落,平行于链的的两侧常设设有导向板板装置。图7－10链条作为承承载体输送送装置图7－11输送链链条的形式式(a)弯片链；(b)片式套筒链链；(c)焊接链；(d)可拆链;(e)履带链;(f)齿形链5.辊道输输送装置辊道输送是是最为简单单的物料输输送装置,且成本低廉廉,它靠物料与与辊子外圆圆面的摩擦擦力完成输输送工作。。常见的三三种方式见见图7－12,(a)为靠重力的的分力使物物料自动从从高端流向向低端。(b)为料顶料式式输送,为水平布置置,机械手或机机器人在摆摆放物料时时的水平推推动使物料料一个接一一个地顺次次推动到下下一位置。。(c)为外动力驱驱动辊子,使工件从初初端到末端端,适合于箱体体件、托盘盘、板材等等输送。动动力自动辊辊道输送装装置再配合合其他辅助助装置可使使物料实现现转弯、换换向、分流流等输送,见图7－13。图7－12辊道传输的的形式图7－13自动输输送辊道的的辅助装置置(a)升降机；(b)弯轨；(c)回转装置;(d)直角移载；；(e)直角移载6.悬挂链链输送装置置系统悬挂链输送送系统具有有节约占地地,布局灵活,转向方便,传输可靠,易于实施等等优点而得得以广泛应应用,如塑料件的的涂装作业业、车架焊焊接作业、、汽车装配配等。如图图7－14所示,是一涂装生生产的悬挂挂链系统,悬挂链输送送系统主要要由架空轨轨道、牵引引链条系统统、驱动装装置、张紧紧装置、转转向装置、、滑架滚轮轮和各种挂挂具等组成成。图7－14悬挂链输送送系统(1)滑架、滚轮轮结构。目目前的生产产应用中常常用两种滑滑架:提拉式滑架架和推拨式式滑架,分别见图7－15和图7－16。提拉式滑滑架结构简简单，投资资少,是一种同步步传输装置置,适合于无特特别要求的的生产作业业。物料随随挂具挂在在滑架上,滑架在链条条的牵引下下在架空轨轨道里行进进,将物料送到到目的地。。推拨式滑滑架的牵引引链与滑架架体不固定定连接,其传动靠链链上的推头头拨动滑架架体而行进进,由于滑架体体可与牵引引链脱扣使使得物料可可以传输到到不同的悬悬挂链上并并接轨,实现复杂的的输送和非非同步输送送。图7－15提拉式滑道道图7－16推拨式滑道道(2)挂具的选用用。挂具的的结构形式式、尺寸规规格取决于于物料的种种类、形状状、尺寸等等因素,其基本要求求是物料不不掉落和方方便装卸,常用的挂具具如图7－17所示。也可可自行设计计适合现场场生产的特特殊挂具。。图7－17悬挂链用各各种挂具7.1.3物料供供给适配装装置1.模块块化组合机机床主轴箱箱调用人们知道,加工中心刀刀具可换,具有灵活性性大,通用性好,适应面广,加工类型和和工艺方法法多,但由于其每每把刀的更更换需要时时间,因而对某些些零件(如汽车发动动机箱体件件加工)的综合加工工效率较低低,不适应批量量生产,一般用于小小批量多品品种的模具具制造等行行业。而多多刀组合机机床能做到到多把刀具具,有的达数十十把刀具同同时工作,具有很高的的效率,并较好地保保证加工的的一致性。。但在品种种更换或产产品结构更更新改变时时,却有点无能能为力而可可能闲置。。集加工中中心可换刀刀具和多轴轴组合机床床高效率的的双重特点点的模块组组合机床应应运而生,它是将多轴轴组合主轴轴箱设计成成可换模块块,相当于加工工中心的““一把”刀刀具而可以以更换,而且每个模模块又相当当于一台单单面组合机机床。模块块与单台的的组合机床床相比,成本很低,更换方便,管理调度容容易。所以以,模块化组合合机床具有有效率高,适应性广,占地少等优优点。图7－18是一台具有有8个可换主轴轴箱模块的的中型模块块组合机床床,可同时完成成工件四面面的粗精钻钻、镗、铰铰、攻丝、、锪等工作作,每个模块的的调用与分分度工作台台回转和后后退配合进进行。模块块的调用和和工作台的的动作全由由程序自动动控制进行行。工件品品种变换时时,只需装备相相应的模块块设计与制制造工作。。图7－18模块组合机机结构与布布局图7－19带翻转装置置的卧式可可换箱组合合机床1)主轴箱箱的定位换换箱箱机床中主主轴箱的定定位精度是是保证加工工精度的重重要因素,通常定位位精度应在在0.01mm以内内。主主轴箱的的定位方式式通常采用用“一面两两销”定位位,其中两销可可以是“圆圆柱销-菱形销”、、“两个圆圆柱销”或或“两个圆圆锥销”。。从定位原原则讲,采用两个圆圆柱销或两两个圆锥销销定位都属属于过定位位状态。为为减少过定定位的干涉涉,要求严格的的加工精度度或者使一一个销套可可以径向浮浮动,浮动量为0.1mm。此外,也可用“两两面一销””定位(见图7－20),其中一个面面用动力箱箱的前端面面,且为主基面面,第二基面用用两个定位位支承块组组成,且与主基面面相垂直,以伸缩定位位销的平面面限制主轴轴箱的横向向(X向)不定度。伸伸缩定位销销前端制成成一个斜面面和一个平平面。图7－20两面一销定定位方法2)主轴箱箱的夹紧如如图图7－21所示,由夹紧液压压缸4带动r形压板将主主轴箱与动动力箱定位位并压紧。。图7－21主轴箱的夹夹紧3)主轴箱箱的输送输输送送装置有液液压缸滑台台推送装置置、输送车车、机械手手和链条等等。图7－22所示的是链链条式传送送装置,主轴箱支承承在圆导轨轨6上,利用链条2输送主轴箱箱。图7－22主轴箱的输输送2.工件自自动供给装装置(自动动上料机构构)自动化加工工或装配生生产线的自自动化程度度及运行的的好坏很大大程度上取取决于工件件自动上下下料装置的的设计与选选择。因为为加工、装装配中约三三分之一的的费用,三分之二的的工时都集集中在此装装置相关的的工序上。。大批量生生产中,为减少重复复而繁重的的体力作业业,降低劳动强强度,提高生产效效率,保证产品质质量及其一一致性,保障生产安安全,要求提高上上下料的自自动化程度度是十分有有意义的。。由于自动动上料和自自动定位加加工后的工工件已有比比较准确的的位置和尺尺寸,所以,自动下料比比较容易实实现,一般采用推推杆、推板板或机械手手即可,此处不作介介绍。下面介绍各各设备的作作用及其特特点。1)供供料器作作用是是一方面储储存工件毛毛坯,另一方面,在自动加工工或装配工工序源源不不断地自动动提供工件件。通常分分为料仓式式供料器和和料斗式供供料器两大大类。两类类的根本区区别在于工工件在供料料器中能否否完成自动动定向的功功能。料仓仓式不能完完成自动定定向,工件需人工工或专用定定向器来实实现定向排排布,适用于难以以自动定向向排列的工工件;料斗式自带带定向器可可以工件自自动定向,用于定向排排列性好、、质量小的的工件,见表7－2,料仓式还分分为自重式式送进合外外力强制送送进两种方方式。表中中提供了供供料器的众众多结构形形式,其详尽的结结构设计可可参考《机机械工程设设计手册》》。表7－2供料器种类类和结构形形式表7－2供料器种类类和结构形形式2)定向器器见见图7－23,对于形状复复杂而又不不能在料斗斗中自动定定向的工件件需在输料料槽中进行行再次定向向,料仓中工件件若非人工工定向排列列,也需专门的的定向器对对工件定向向,因而定向器器的设计选选择也是十十分重要的的环节,有的定向器器客观上还还具有剔除除器功能。。图7－23各种定向器器结构形式式3)隔离器器定定向排列好好的工件送送料经常是是连续送进进和不等节节拍的非同同步送进,但往往需要要逐个或成成组隔离而而送往加工工区;隔离器设计计考虑两个个方面:一是根据工工件形状、、材质、表表面状况等等决定隔离离器的选择择,二是考虑隔隔离器工作作节拍与相相关工序的的节拍一致致性问题,隔离器往往往与送料器器设计在一一起,一般由往复复运动、摆摆动、旋转转等来实现现隔离,常见机构见见图7－24。图7－24各种隔离器器4)分路器器将将来自一路路的工件分分成两路以以上行进,有的场合必必须设置分分路器,如供料器供供给能力大大,足以供给两两台以上的的设备或装装配工序;从生产能力力大的工序序向生产能能力小的工工序传送;自动检测工工序中,将不合格件件剔除等。。图7－25是分路器结结构。图7－25分路器的结结构5)合路器器自自动化生产产中,有时需对数数台加工设设备完成的的同一种工工件进行统统计、检验验;或者由数台台供料器向向同一台加加工设备供供料时,都需要对工工件进行集集中汇集。。合路后必必须保持工工件定向一一致。见图图7－26。图7－26合路器器的结结构6)输输料槽槽结构构工工件从从供料料器到到达上上料器器或上上工序序加工工完毕毕后到到达下下工序序途中中都必必须由由输料料槽来来支撑撑和保保持定定向。。其结结构设设计主主要取取决于于工件件形状状、尺尺寸、、重量量等。。工件件在槽槽中运运动一一是平平移滑滑动,要考虑虑其耐耐磨性性;二是滚滚动,要考虑虑其摩摩擦系系数足足够大大。有有的输输料槽槽还带带有减减速装装置。。常见见结构构形式式见图图7－27。图7－27输料槽槽的基基本结结构7)上上料机机构将将已已定向向排布布好的的工件件装入入夹具具并定定位由由上料料机构构完成成,上上料过过程与与零件件的装装配在在某种种程度度上十十分相相似。。上料料机构构的设设计主主要根根据工工件形形状、、尺寸寸、重重量、、材料料性质质等与与夹具具配合合选择择,其其中上上料杆杆(元元件)的选选择设设计是是最重重要的的,主主要有有:顶顶杆式式、弹弹性销销、磁磁性元元件、、摩擦擦式、、真空空吸附附和机机械手手等。。图图7－28所示的的是具具有指指形压压板的的L形摇杆杆式上上料机机构,适用于于空间间上不不允许许使用用滑板板顶杆杆式上上料机机构的的场合合。L形摇杆杆2的圆弧弧段A用于隔隔离工工件,指形压压板3的开闭闭即可可利用用工件件的重重量,也可采采用强强制的的方法法,如设置置开闭闭挡块块。图7－28摇杆式式上料料机构构图7－29摇杆与与弹性性销上上料机机构图7－30真空吸吸盘式式薄板板材上上料机机构图7－31自动拧拧紧螺螺母机机构图7－32所示为为机械械手式式上料料机构构。当当机械械手4抓取到到工件件后,将从图图示双双点画画线位位置按按(1)至(6)的顺序序把工工件装装入分分度转转台6上的夹夹具7中。机机械手手4的上下下运动动与摆摆动可可用凸凸轮或或气缸缸分别别驱动动。若若工件件有中中心通通孔,机械手手4的夹持持部分分5可采用用弹性性销等等,否则采采用真真空吸吸头为为好。。图7－32机械手手式上上料机机构图7－33所示为为连续续带材材的步步进上上料机机构。。上料料体1的内腔腔有一一斜面面A,并装有有滚柱柱2,滚柱压压块3及弹簧簧4。当曲曲柄轮轮5通过连连杆6、摇杆杆7驱动上上料体体1向右运运动时时,由于滚滚柱2在弹簧簧4的作用用下由由右向向左运运动的的趋势势,于是便便被楔楔紧在在斜面面A和带材材8之间,使带材材8也随上上料体体1一起向向右移移动,完成上上料动动作。。当上上料体体1向左运运动时时,因滚柱柱2与斜面面A脱离了了接触触不能能再夹夹紧带带材8,故此时时带材材8静止不不动,于是上上料体体1完成空空程复复位。。图7－33连续带带材步步进上上料机机构图7－34所示为为棒料料的上上料机机构。。上料料动作作顺序序如图图左侧侧图线线所示示:(1)至(2)为接取取棒料料,(3)至(4)为向固固定承承料架架6上料,(5)为回程程。送送料架架2的往复复运动动可用用气缸缸驱动动,其绕销销轴3的上下下摆动动由摇摇爪4及靠模模5提供。。在料料道1的上部部应设设置隔隔离机机构,以使棒棒料逐逐个地地落入入送料料架2的槽口口。送送料架架2的端部部应具具有图图示的的斜面面,以使其其回程程时能能顺利利地从从被夹夹紧的的棒料料下方方退出出。图7－34棒料的的上料料机构构3.上上(下下)料料机械械手工业机械手手是一种能能模拟人手手功能,按给定程序序、轨迹和和要求实现现抓取、摆摆放、搬运运工件、更更换刀具或或操纵工具具的机械化化自动化装装置。通常常由执行机机构、驱动动机构和控控制系统组组成,若加上行走走机构,则通常称为为机器人。。执行机构构包括手部部、腕部、、臂部、机机身或机座座等。其中中手部直接接与工件或或工具接触触,完成夹紧、、吸附、托托持与松开开等功能,是机械手的的关键元件件,手部通常包包括手指(卡爪)、传力机构构和驱动元元件。有的的机械手机机构十分复复杂,如图7－35所示。这是是一个有十十多个自由由度的仿人人手手爪。。有的机械械手还带有有传感器,检测其工作作相关信号号,可实现反馈馈闭环控制制。图7－35仿人手机械械手手爪结结构机械手机构构形式取决决于工件和和使用要求求,按不同同分类标准准有如下几几种:··按夹夹持动作分分类:回转转型、移动动型、回转转或移动多多指式及其其他类型;··按驱动元元件分:液液压、气动动和电动;··按传力机机构分:滑滑槽杠杆式式、连杆杠杠杆式、斜斜楔杠杆式式、齿轮齿齿条式、弹弹簧杠杆式式、凸轮杠杠杆式;··按按夹持工件件方式分:手指式(外爪、内卡卡)、吸盘式(电磁真空负负压吸盘、、挤压排气气吸盘)和其他形式式(托持、勺式式、钩式、、张紧式)。本节以第一一种分类形形式分别予予以介绍。。1)回转型型机械手图图7－36所示为两个个气缸并联联驱动手指指开闭的回回转型机械械手。气缸缸3、4的活塞杆均均固定在支支承座2上,气缸体与U形板5相铰接。当当气缸3、4的缸体同步步向左或向向右移动时时,U型板5通过连杆7带动两手指指8闭合或张开开。图7－36回转型机械械手2)移动型型机械手图图7－37所示为移动动型机械手手。连杆4的一端铰接接在摆杆5的中点,另一端与固固定支板2相连,连接杆3、摆杆5、6及手指7组成平行四四边形机构构。油缸1、连接块3、连杆4、及摆杆5又构成Scott－Russel机构。当连连接块3作直线运动动时,销轴8、9的连线始终终平行于连连接块3的运动方向向。从而,当油缸1的活塞杆伸伸出或缩回回时,两手指7将平行地作作对向直线线运动,实现闭合或或张开。图7－37移动型机械械手3)多指式式机械手图图7－38所示为回转转型多指式式机械手。。电动机2通过链条或或传动带3、蜗杆4及涡轮5、驱动螺杆杆6转动,螺杆6又通过两齿齿轮8把运动传递递给螺杆9;安装在螺杆杆6左、右螺旋旋段上的两两螺母7分别带动杠杠杆12绕支点摆动动,使上下两卡卡爪14平行移动,闭合或张开开;与此同时,螺杆9上的螺母7带动L型摆杆10摆动,L型摆杆10又拨动中间间卡爪14,使之沿导轨轨11左右运动,与上下两卡卡爪一起夹夹紧或松开开工件。图7－38回转型多指指式机械手手图7－39移动型多指指式机械手手4)其他类类型机械手手图图7－40所示的是利利用电磁吸吸盘吸附工工件的机械械手。电磁磁吸盘5由永久磁铁铁和线圈组组成,通电时为消消磁,即松开工件件;断电时为励励磁,即吸附工件件,可避免因故故障停电而而使工件脱脱落。当工工件较大采采用两个以以上的电磁磁吸盘时,电磁吸盘的的支承部应应具有上下下浮动和摆摆动的功能能,以防止工件件弯曲造成成吸附不良良。图7－40电磁吸盘式式机械手图7－41所示的是利利用手臂的的运动使手手指闭合将将工件夹紧紧的机械手手。手指7处于常开状状态,如图中的下下侧手指所所指的位置置。当手臂臂1向右运动,板簧9碰到工件12后,由于工件12对手指7的反作用力力,手指7将绕销轴11转动,同时其左端端的滚子8沿着杠杆6的右端面滚滚动,待滚子8落入杠杆6上的圆弧槽槽A后,手指7便停止转动动而将工件件12夹紧,如图中的上上侧手指所所处的位置置。手指7对工件12的夹紧驱动动力由压缩缩弹簧5产生,板簧9起缓冲作用用。松开工工件时,楔杆3在气缸或电电磁铁2的带动下向向左运动,其斜面迫使使杠杆6摆动而与手手指7脱钩,手指7在扭簧10的作用下张张开复位。。图7－41配合运动式式机械手在设计机械械手手部机机构时,必必须事先确确认工件环环境条件、、作业要求求等因素和和机械手综综合性能要要求。工工件因因素:形状状、局部形形状、尺寸寸、重量、、材质特性性、稳定性性和特殊性性;环环境因素素:工件分分布、工件件放置状态态、位置和和姿势、操操作空间、、高低温、、特殊介质质、电/磁磁场;作作业要要求:工件件批量、工工件尺寸形形状变化及及通用性;抓取摆放放方式;设设计计中主要考考虑问题有有:(1)足够的夹持持或吸附力力;(2)适当的开闭闭空间;(3)定位准确度度;(4)刚度、强度度和耐磨性性;(5)结构紧凑与与重心分布布;(6)联结的方便便性;(7)驱动与传力力机构适配配选取设计计;(8)通用性与专专用性;(9)检测元件与与联锁保护护等;(10)工作节拍与与速度。7.2刀具自动更更换装置7.2.1刀具自自动更换装装置类型1.转塔刀架架转位自动动换刀装置置早期的钻削削加工中心心采用转塔塔头刀架回回转式的换换刀方式(见图7－－42)。。这种装置置通常没有有独立专门门的刀库,多个刀具具主轴均布布在转塔上上,通过转转塔头分度度转位实现现刀具更换换,一般为为顺序换刀刀。转塔头头与主电动动机和变速速箱可做成成一个整体体部件,共共同沿机床床导轨运动动,这种结结构较紧凑凑,但移动动部件较重重;也可把把主电动机机和变速箱箱固定在机机床上,只只有转塔头头沿机床导导轨运动,使移动部部件较轻,且振动及及热量不传传到转塔头头中。转塔塔头式自动动换刀装置置,由于转转塔头结构构受限制,刚度较低低,而且每每把刀具都都需要一个个主轴,刀刀具数目受受限,一般般不超过10把。钻钻塔式既可可实现单刀刀更换,还还可实现多多轴组合头头更换，如如图7－43所示。。如今,转转塔回转刀刀架更多的的用于数控控车床上,如图7－－44所示示。图7－42转塔换刀立立式加工中中心图7－43转搭换刀多多轴头立式式加工中心心图7－44转塔换刀卧卧式数控车车床2.刀库换换刀1)直接换换刀刀刀库中刀刀具的轴线线方向与主主轴轴线平平行,不需换刀机机械手,换刀动作由由刀库与机机床主轴的的相对运动动(回转、移动动)实现,结构简单,换刀可靠性性较高。图7－45无机械手直直接换刀的的卧式加工工中心如图7－45所示的卧式式加工中心心。刀库作作选刀回转转运动和拔拔刀、插入入刀具的运运动。换刀刀时,刀库移近主主轴,可实现主轴轴任意位置置换刀。也也有在换刀刀时主轴箱箱移向刀库库的,实现主轴固固定位置换换刀,其换刀过程程如图7－46所示。换刀刀中,旧刀必须先先取出送回回刀库相应应位置后,才能再从刀刀库中取出出新刀,这两个动作作不能同时时进行,所以换刀时时间较长。。刀库容量量不大,多用于中小小型加工中中心。立式式加工中心心的换刀如如图7－47所示。图7－46主轴箱在固固定位置的的直接换刀刀过程图7－47无机械手直直接换刀的的立式加工工中心2)机械手手换刀这这是加加工中心换换刀的主要要形式,刀库的位置置要比无机机械手的自自动换刀装装置灵活得得多。刀库库中刀具的的存放方向向与主轴装装刀方向可可以不一致致,根据不同要要求可配置置不同形式式的机械手手。在刀库库距主轴位位置较远的的情况下,还可设置刀刀具传送机机构,在刀库与机机械手之间间传送刀具具。用机械械手换刀的的自动换刀刀装置,刀库容量可可以很大,而换刀时间间可缩短到到几秒。由由于刀库位位置和机械械手换刀动动作的不同同,因此换刀过过程不尽相相同,见图7－48。刀库中处处于换刀位位置的刀具具轴线与主主轴轴线平平行，换刀刀时,主轴箱上移移至固定的的换刀位置置,由机械手完完成抓刀、、拔刀、回回转180°、插入刀刀具等动作作(见图7－49)。立式加工工中心机械械手换刀实实例如图7－50所示。图7－48刀库安装在在立柱顶部部的卧式加加工中心图7－49顶置刀刀库的机械械手换刀动动作(a)抓刀;(b)拔刀;(c)回转180°;(d)插刀;(e)还原图7－50立式加工中中心机械手手换刀实例例图7－51换刀机机械手的结结构形式(a)单单臂单爪回回转式;(b)单臂臂双爪回转转式;(c)双臂回回转式;(d)双机械式;(e)双臂往复交交叉式;(f)双臂端面夹夹紧式7.2.2刀库1.刀库类型型1)鼓(盘)式式刀库(1)刀具轴线线与鼓盘盘轴线平平行的鼓鼓式刀库库(见图7－52)。刀具环环形排列列,分径向、、轴向两两种取刀刀形式,其刀座(刀套)结构不同同。这种种鼓式刀刀库结构构简单,应用较多多,适用于刀刀具容量量较少的的情况。。为增加加刀库空空间利用用率,可采用双双环或多多环排列列刀具的的形式。。但鼓盘盘直径增增大,转动惯量量就增加加,选刀时间间也较长长。图7－52鼓鼓式刀库库(a)径向取刀刀形式；；(b)轴向取刀刀形式(2)刀具轴线线与鼓盘盘轴线不不平行的的鼓式刀刀库刀具具轴线与与鼓盘轴轴线夹角角为锐角角(见图7－48)。这种鼓鼓式刀库库占用面面积较大大,刀库安装装位置及及刀库容容量受限限制,应用较少少。但应应用这种种鼓式刀刀库可减减少机械械手换刀刀动作,简化机械械手结构构。2)链式式刀库链链式刀库库(见图7－53)结构较紧紧凑,通常为轴轴向取刀刀。刀库库容量可可较大,链环可根根据机床床的布局局配置成成各种形形状,也可将换换刀位置置的刀座座突出以以利换刀刀。一般般刀具数数量在30～120把时,多采用链链式刀库库。图7－53链链式刀库库(a)单环链式式刀库；；(b)多环链式式刀库3)矩阵阵格子式式刀库矩矩阵格子子盒式刀刀库(见图7－54)。刀具分分几排直直线排列列,由纵、横横向移动动的取刀刀机械手手完成选选刀运动动,将选取的的刀具送送到固定定的换刀刀位置刀刀座上,由换刀机机械手交交换刀具具。特点点是刀具具排列结结构紧凑凑,空间利用用率高,刀库容量量大,但是布局局灵活性性差,刀库常常常安装在在工作台台上,应用较少少。图7－54固定型格格子盒式式刀库2.选刀刀方式1)顺序序选刀方方式按按照照工序、、工步要要求,人工依次次将所用用刀具插插入刀库库刀座中中,每次换刀刀刀库按按顺序转转动一个个刀座位位置,获取新刀刀,使用过的的刀具可可以放回回原来的的刀座位位置,也可以顺顺序放入入下一个个刀座内内。更换换不同的的工件时时必须重重新排列列刀库中中的刀具具顺序,因而操作作繁琐。。由于在在加工同同一工件件中各工工序的刀刀具不能能重复使使用,这不仅使使刀具数数量增多多,而且在使使用同种种刀具时时,因刀具的的尺寸误误差也容容易造成成加工精精度不稳稳定。顺顺序选刀刀方式的的优点是是刀库的的运动及及其控制制简单。。顺序选选刀方式式适用于于工件品品种数较较少、加加工批量量较大、、刀具数数量较少少的加工工中心;刀库与主主轴之间间直接换换刀的加加工中心心和有成成套刀库库可自动动更换刀刀库的加加工中心心。2)任意意选刀方方式由由于于加工中中心采用用的数控控系统绝绝大多数数都具有有刀具任任选功能能,因此此,多数数加工中中心都采采用任意意选刀方方式。它它可分为为刀座编编码、刀刀具编码码和跟踪踪记忆等等方式。。(1)刀座编码码任选刀刀具。刀刀座设有有编码,而当刀具具装入刀刀座后就就具有该该刀座的的编码。。在编程程时要规规定每一一工序所所需刀具具要装入入的刀座座编码,加工时靠靠刀座编编码识别别装置选选取所需需刀具。。刀具还还回刀库库时也必必须还入入其原来来所占用用的刀座座。因此此,与顺序选选刀方式式相比,选刀、还还刀时间间较长,刀库运动动及其控控制也较较复杂。。刀座编编码任选选刀具适适用于选选刀、还还刀运动动与机床床加工时时间可重重合的场场合,可存放大大直径刀刀具。(2)刀刀具编码码任选刀刀具。编编程时只只规定每每一工序序所需刀刀具的编编码,而而与刀具具装入哪哪个刀座座无关。。用过的的刀具可可还入刀刀库的任任意空刀刀座。每每把刀具具都必须须带有编编码,并并且有完完善的刀刀具编码码管理系系统。(3)跟踪记忆忆任选刀刀具。刀刀具号及及其所在在刀座号号(存刀位置置,即刀具地地址)一一对应应地记忆忆在数控控系统的的PC中。不论论刀具存存放在哪哪个刀座座,都始终记记忆着它它的踪迹迹。因此此,刀具可任任意取出出、任意意送回,不仅刀具具、刀座座都不必必设编码码条,省去编码码识别装装置,而且可减减少换刀刀过程时时间。但但刀库上上必须设设有刀座座位置检检测装置置(一般与电电动机装装在一起起),以便检测测出每个个刀座位位置。为为此,刀库设有有一个机机械原点点。对于于圆周运运动选刀刀的刀库库,每次选刀刀运动刀刀库正转转或反转转都不超超过180°。目前前多数加加工中心心采用跟跟踪记忆忆任选刀刀具方式式。7.3自动排屑屑装置7.3.1排排屑机的的分类安装排屑屑动力源源的不同同可分为为以下几几类:1.磁力力吸屑式式用于能产产生磁力力吸附金金属材料料排屑工工作,有有时还用用于使不不同材料料切屑的的分离工工作,其其分类见见图7－－55。。图7－55磁磁力吸屑屑装置的的分类(a)磁板(带)式；(b)磁环式；；(c)磁滚互连连式(1)磁磁板带式式(图a)。用用于铁质质、钢质质材料的的断屑或或长度小小于100mm的钢铁铁工件输输送,结结构简单单、变型型容易。。该排屑屑方式其其铁屑与与传动部部分隔离离封闭,外形美美观,故故障率低低。但是是,由于于铁屑受受磁力作作用而易易在板带带上滑动动,因此此,仅适适合碎屑屑干式或或油冷加加工状态态下使用用。且排排屑量受受到限制制。(2)磁环环式(图图b)。。用于冷冷却液中中颗粒状状、粉末末状钢铁铁材料,浮油的的分离。。一般不不单独使使用,通通常与涡涡旋分离离器、流流体磁化化器组成成排屑净净化防腐腐装置,用于精精加工(如磨削削、珩磨磨等)中中冷却液液的净化化处理。。应用较较广。(3)磁滚互连连式(图c)。冷却液液中断屑屑铁质材材料分离离,结构较复复杂,排屑量较较小,应用不多多。2.机械械式排屑屑装置利用摩擦擦力、挤挤压、推推拉等机机械方式式排除切切屑,见图7－56。图7－－56机机械式式排屑屑装置置(a)平板链链式；；(b)刮板式式；(c)螺旋式式(1)平板板链式式(图图a)。用用于各各类材材质各各种状状态的的切屑屑。尤尤其适适于团团状、、卷状状的细细长屑屑,排排屑量量较大大,应应用广广泛。。但该该装置置的传传动部部分与与铁屑屑不分分离,易发发生故故障。。(2)刮板板式(图b)。。适合合于各各种材材质的的断屑屑或长长度小小于100mm的切切屑。。(3)螺旋式式(图c)。适合合于各各种材材质的的碎屑屑。一一般不不单独独使用用,多用于于偏离离排屑屑中心心线短短距离离输送送。此此方式式结构构简单单,应用较较少,排屑量量较大大,可根据据螺旋旋轴的的结构构不同同区分分为有有芯螺螺旋和和无芯芯螺旋旋两种种。如图7－57所示是是一有有芯螺螺旋排排屑装装置,排屑槽槽成U形,由钢板板焊成成,数段相相接,也可用用铸铁铁制成成,铸铁耐耐磨性性好。。排屑屑槽可可以设设在机机床中中间底底座内内,也可设设在地地沟内内。螺螺旋器器1由电动动机经经减速速器2、联轴轴节5带动旋旋转,转速为为10～20r／min。螺旋旋器的的一端端装在在自位位轴承承上,另一端端装在在滑动动轴承承上,也可以以使另另一端端自由由地贴贴合在在排屑屑槽底底面上上旋转转,随磨损损而下下降,从而,保证螺螺旋器器紧密密贴合合槽的的底部部,且使螺螺旋器器径向向有一一定浮浮动量量,避免切切屑卡卡死现现象。。螺旋旋器直直径为为150mm时,最长可可达30m,直径为为200mm时,最长可可达40m。当螺螺旋器器较长长时,应在每每3～4m间用一一个浮浮动接接头相相接,以改善善工作作状况况。图7－57螺旋排排屑装装置3.大大流量量液力力冲涮涮式使用大大流量量排屑屑是集集冷却却、润润滑、、排屑屑、净净化防防腐等等于一一体。。用大大流量量切削削液冷冷却加加工切切削区区的机机床,可在夹夹具及及工作作台和和相应应部位位设置置喷嘴嘴,利用切切削液液的冲冲刷作作用,将切屑屑冲带带到排排屑装装置上上或地地沟中中,然后经经过滤滤使切切屑与与切削削液分分离,切削液液可继继续由由切削削液泵泵送至至切割割区。。通常常,机床在在全封封闭状状态下下工作作,以免切切削液液飞溅溅。适适合于于各种种材质质的断断屑,是一种种新兴兴的排排屑方方式,造价较较高,排屑量量较大大,维修方方便,故障率率低,使用寿寿命长长。但但是,其占地地面积积大,使用费费用较较高,目前应应用不不多。。见图图7－58。图7－58液力冲冲刷式式排屑屑装置置4.振振动式式适合于于各种种材质质、各各种状状态的的切屑屑。噪噪声较较大,目前前很少少使用用。5.气气力输输送排排屑装装置排屑方方法有有两种种类型型:一种是是用压压缩空空气喷喷嘴将将切屑屑吹走走,另一种种是利利用吸吸尘器器产生生真空空用管管道将将切屑屑吸走走。尽尽管吹吹排的的能力力远大大于抽抽吸排排屑,但是由由于压压缩空空气从从喷嘴嘴中喷喷出的的噪声声大,且有切切屑乱乱飞,不易控控制,故使用用不多多;抽吸排排屑方方式常常用于于粉尘尘状细细小微微粒磨磨屑的的排除除,如干式式的砂砂带磨磨削,或用于于加工工中产产生