自动化制造的控制系统

第3章创造系统物料储运自动化

本章教学要点，导入案例（看书说明）

在自动化创造系统中，伴有着创造过程的进行，贯通着各种物料的流

动和储运，简称物流。物流系统是机械创造系统的重要组成部份，它将制

造系统中的物料（如毛坏、半成品、成品、工夹具等）及时准确地送到指

定加工位置、仓库或者装卸站。在创造系统中，物料首先输入到物流系统,

然后由物料输送系统送至指定位置。物流系统的自动化是当前创造企业追

求的目标。现代物流系统在全面信息集成和高度自动化环境下，以创造工

艺过程的知识为依据，高效、合理地利用全部储运装置将物料准时、准确

和保质地运送到位。

3.1物料储运自动化概述

3.1.1物料储运在创造系统中的地位

在创造业中，原材料从入厂，经过冷热加工、装配、检验、涂装及包

装等各个生产环节，到产品出厂，机床作业时间仅占5%,工件处于等待

和传输状态的时间占95%。而物料传输与存储费用占整个产品加工费用的

30%~40%。物流系统是生产创造各环节组成有机整体的纽带，又是生产

过程维持延续的基础。因此，对物流系统的优化有助于降诋生产成本、压

缩库存、加快资金周转、提高综合经济效益。

3.1.2物料储运的概念及其作用

美国物料储运工业协会（MHIA）将物料储运定义为：”在创造或者分

销过程（包括消耗和废弃）中对物料的挪移、储存、保护和控制”。物

料供输必须以安全、高效、低成本、及时、准确（将正确的物料以正确

的数量

1

送到正确的地点)的方式进行，同时对物料没有损伤。

物料储运，即物流是物料的流动过程。物流按其物料“生质不同，可分

为工件流、工具流和配套流。其中，工件流主要由原材料、半成品、成品

构成；工具流由刀具、夹具构成；配套流由托盘、辅助材料、备件等构成。

在创造系统中，各种物料的流动贯通于整个创造过程。

在自动化创造系统中，物流系统是指对工件、工具和配套装置及材料

进行挪移与存储的系统，主要完成物料的存储、输送、装卸、管理等功能。

(1)存储功能。在创造系统中，有许多工件处于等待状态，即不处

在加工和处理状态，这些工件需要存储或者缓存。

(2)输送功能。完成工件在各工位之间的传输，满足工件加工工艺

过程和处理顺序的要求。

(3)装卸功能。实现加工设备及辅助设备上下料的自动化，以提高

劳动生产率。

(4)管理功能。物料在输送过程中是不断变化的，因此需对物料进

行有效的识别和管理。

3.1.3自动化物料储运系统的组成及其分类

现代物流系统由管理层、控制层和执行层三大部份组成，各部份功能

如图3.1所示。

管理层是计算机物流管理软件系统，是物流系统的中枢。它主要完成

以下工作：①接收上级系统的指令(如生产计划等)，并将此计划下发；

②调度运输作业：根据运输任务的紧急程度和调度原则，决定运输任务

的优先级别。根据当前运输任务的执行情况形成运输指令和最佳运输路

2

线；③管理立体仓库库存：库存管理、入库管理、出库管理和出/入库协

调管理；④统计分析系统运行情况：统计分析物流设备利用率、物料库

存状况、设备运行状况等；⑤物流系统信息处理。

控制层是物流系统的重要组成部份。它接收来自管理层的指令，控制

物流设备完成指令所规定的任务。控制层本身数据处理能力不强，主要是

接收管理层的命令。控制层的另一任务，是实时监控物流系统的状态。例

如物流设备情况、物料运输情况、物流系统各局部协调配合情况等。将监

测的情况反馈给管理层，为管理层的调度决策提供参考。

执行层III自动化的物流设备组成。物流设备的控制器接受控制层的指

令，控制物流设备，执行各种操作。执行层普通包括：①存储设施：包

括各种仓库、缓冲站及其相关设备；②自动输送设备：包括各类输送机、

各种输送小车、随行夹具返回装置、搬运机器人及机械手；③辅助设备：

如各种托盘交换装置等。

根据管理层、控制层和执行层的不同分工，物流系统对各个层次的要

求是不同的。对管理层要求具有较高的智能，对控制层要求具有较高的实

时性，对执行层则要求较高的可靠性。物料储运系统的分类如图3.2所示。

生

物E

产Mn»

&圾南件自动化

hMS

计

指

状物废储运系统

MHW

令

况IM定位装置

管

理带式■送，M

物

作业H-b抬式“送系烧

流

计时方代式传送带

涧谑

物网供峨累惊门动化*8正系统|—

状

完成I■子■送密统

作他

改

情也Hi行大具返网装置

L检M构海状态行轨9向小牛

隹打送小车

控制以♦

—1

故

作-牛皮粉海作业拒令

作

坦臼动导向小车

折ft

令ft

指

信门动化化军

执

H今FMW削&词—

息T中央刀除

自动导向小年

—执行物0作业指令爆冷［作站

图3.1现代生产物流的基本组成图3.2物料储运系统的分类

3

同工位与装卸站之间工件的传输与交换功能，其基本形式有链式输送系

统、程式输送系统、带式输送系统，详见本章3.3节。机床工件交换装置

主要指各种上下料机械手及机床自动供料装置，其作用是将输料道来的工

件通过上料机械手安装于加工设备上，加工完毕后，通过下料机械手取下，

放置在输料槽上输送到下一个工位。

3.2.2自动供料装置

自动供料装置普通由储料器、输料槽、定向定位装置和上料器组成。

储料器储存一定数量的工件，根据加工设备的需求自动输出工件，经输料

槽和定向定位装置传送到指定位置，再由上料储将工件送入机床加工位

置。储料器普通设计成料仓式或者料斗式。料仓式储料器需人工将工件按

一定方向摆放在仓内；料斗式储料器只需将工件倒入料斗，由料斗自动

完成定向。料仓或者料斗普通储存小型工件，较大的工件可采用机械手

或者机器人来完成供料过程。

1.料仓

料仓的作用是储存工件。根据工件的形状特征、储存量的大小以及与

上料机构的配合方式的不同，料仓具有不同的结构形式。由于工件的分量

和形状尺寸变化较大，料仓结构设计没有固定模式，普通人们把料仓分成

自重式和外力作用式两种结构，如图3.3所示。图3.3(a)、(b)是工件自

重式料仓，它结构简单，应用广泛。图3.3(a)将料仓设计成螺旋式，可

在不加大外形尺寸的条件下多容纳工件，同时增大工件下滑的磨擦力，减

小冲击；图3.3(b)将料仓设计成料斗式，它设计简单，但料仓中的工件

容易形成拱形面而阻塞出料口，普通应设计拱形消除机构，拱形消除机构

5

普通采用仓壁振动潜。仓壁振动器使仓壁产生局部、高频微振动，破坏工

件间的磨擦力和工件与仓壁间的磨擦力，从而保证工件连续地由料仓中排

出。图3.3(c)、(d)、(e)、⑴、(g)和(h)为外力作用式料仓。图3.3

(c)为重锤垂直压送式料仓，它适合易与仓壁黏附的小零件；图3.3(d)

为重钵水平压送式料仓；图3.3(e)为扭力弹簧压送工件的料仓；图3.3

⑴为利用工件与平带间的磨擦力供料的料仓；图3.3(g)为链条传送工

件的料仓，链条可连续或者间歇传动；图3.3(h)为利月同步齿形带传

送

2.料斗装置和自动定向方法

料斗上料装置带有定向机构，工件在料斗中自动完成定向，但并非

所有工件在送出料斗之前都能完成定向。没有定向的工件在料斗出口处被

分离，返回料斗重新定向，或者由二次定向机构再次定向。因此料斗的供

料率会发生变化，为了保证正常生产，应使料斗的平均供料率大于机床

6

的生产率。料斗机构结构设计主要依据工件特征（如几何形状、尺寸、

重心位

6

置等)选择合适的定向方式，然后确定料斗的形式。常用的工件自动定向

方法分为机械式定向方法和振动式定向方法，相应的料斗装置为机械传动

式料斗装置和振动式料斗装置。

机械传动式料斗装置具有自动定向机构，能实现装料过程彻底自动

化。振动式料斗装置的工作原理是借助于电磁力一弹簧系统产生的弱小振

动依靠惯性力和磨擦力的综合作用驱使工件向前运动，并在运动中自动定

向。

3.输料槽

根据工件的输送方式(靠自重或者强制输送)和工件的形状来确定输

料槽的结构形式。普通靠工件自重输送的自流式输料槽结构简单，但可

靠性较差；半自流式或者强制运动式输料槽可靠性高。

4.工件的二次定向机构

有些外形复杂的工件，不可能在料斗内一次定向完成，因此需在料斗

外的输料槽中进行