第7章機械制造的物料流裝置

7.1工件儲運裝置

7.2刀具自動更換裝置

7.3自動排屑裝置思考與練習題

7.1工件儲運裝置

7.1.1物料儲存裝置

物料儲備裝置系統主要包括供給正常生產物料的倉儲系統和在自動線個別環節或設備發生故障時解決燃眉之急用的線上自動儲料裝置系統兩個部分。對于倉儲系統,本節只介紹倉儲系統中的與FMS或CIMS等機電一體化系統中非常重要的自動立體倉庫裝置。1.自動立體倉庫

自動立體倉庫是應現代化、自動化生產和管理信息化的要求應運而生的。與傳統倉庫相比,能更有效地利用空間,使物品堆放向空中立體發展;配備有完善的計算機管理系統并具自動控制物品的存取、搬運功能,能優化物品的儲存數量,保持最佳的庫存量,既減少資金積壓又能使生產正常進行;減少搬運配料人員和倉儲管理人員。如圖7－1所示是一巷道式立體倉庫局部簡圖。

圖7－1巷道式立體倉庫

(1)總體布局。如圖7－2所示是常見的巷道式自動立體倉庫平面布局形式。

圖7－2巷道式自動立體倉庫平面布局形式

(2)高層貨架。在保證貨架結構剛度、強度、穩定性的基本要求下,有的高層貨架還要求結構單元自身可調整組合,以適應產品結構發生變換時對貨架進行優化排布,即自動立體倉庫自身具有一定的柔性組合特點。高層貨架是自動立體倉庫的基礎結構和物品儲存支架,同時還是其他元件的支撐件或載體,如定位元件、地址編碼、通訊線纜、空中軌道等,其貨架單元常由結構鋼,如槽鋼、工字鋼、圓鋼等通過焊、鉚、螺栓連接等方式制成。

(3)自動立體倉庫的計算機管理系統。其主要職能有:入庫管理、出庫管理和庫存數據統計管理。

①入庫管理:記錄并刷新入庫物品的名稱、編碼、數量、來源地、日期、質量等級及重要度等信息,并進入相關數據庫。另一方面,發出指令控制倉儲機械設備將物品搬運到應到達的倉位。

②出庫管理:根據出庫提貨清單,核實出貨權限,指令自動倉儲機械設備執行出貨指令,刷新在庫品數量等數據信息。

③庫存數據統計管理:結合生產狀況,反映準確的在庫物品信息(如B.O.M清單),為生產計劃、供應系統提供多方決策的數據信息,對倉庫自身的庫存結構和庫存量等進行優化。

(4)堆跺機。如圖7－3所示的雙柱式堆跺機是一種可在自動立體倉庫高層貨架巷道軌道上穿梭行走,并堆高層貨架的物料倉位存取物品的專用起重設備。為剛性起見,通常采用框架結構。堆跺機通常由行走機構、升降機構、貨臺與裝卸托盤、框架、導向機構、控制系統和安全保護裝置等組成。堆跺機一般由專業單位進行設計制造,鑒于其機構上“瘦高”的特點,其設計重點考慮以下幾點:圖7－3巷道堆跺機結構簡圖

(a)單立柱式；(b)雙立柱式

2.線上自動儲備裝置

正如農民修建蓄水池儲水以防天旱年間延誤農作生產一樣,線上自動儲備裝置是為防止自動生產線中某臺或某加工單元設備出現故障而影響后續工序的正常工作或全線停產。線上自動儲備裝置起到蓄水池的作用,它可緩沖生產線上個別故障造成的全局性損失,或者調節正常生產線上因節拍差異而造成的“桶板效應”(指一個桶的容量取決于最低那塊板所確定的桶的容積,生產線上指整個線上的節拍取決于最慢節拍的機床或工序)。線上自動儲備裝置在生產正常或節拍一致時幾乎不發揮作用,它并非是一個常規概念的倉庫,其設計原理類似于一條九經曲折的江河,在同樣的距離上迂回曲折使路徑增長而增大水的儲備量。設計上有兩種思路:動態式和靜態式。

1)動態態式線上上自動儲儲備裝置置指指上工工序來的的每一個個零件都都經過此此儲備裝裝置,而按順序序地進入入下工序序,只是在此此裝置上上動態地地積累有有較多的的可流入入下工序序的零部部件數而而已。通通常安裝裝在易于于發生故故障的設設備或工工序之后后端,起到緩沖沖調劑作作用,留出設備備修理時時間,減少后續續連鎖停停機損失失。如圖圖7－4所示。圖7－4動態式線線上自動動儲料裝裝置2)靜態態式線上上自動儲儲備裝置置此此儲備備裝置一一直靜態態地存放放有一定定數目的的上工序序而來的的零部件件。正常常時,上工序而而來的零零部件不不經過此此裝置而而直接進進入下工工序,僅當上工工序設備備發生停停機故障障時本裝裝置才投投入運行行,釋放庫存存應急,故障解除除后,上工序設設備須加加班補充充本庫存存,如圖7－5所示。當當然,這種靜態態也是相相對而言言的,為防止庫庫存太久久產生生生銹等原原因,有時須人人為地或或自動線線設計要要求定期期釋放更更新庫存存。圖7－5靜態式線線上自動動儲料裝裝置7.1.2工工件輸送送裝置物流系統統中的輸輸送系統統內容較較豐富,輸送任任務主要要指工件件毛坯、、成品、、半成品品等零部部件等的的輸送,還包括括刀、夾夾、量、、輔具等等的輸送送。按不不同的分分類有不不同的輸輸送類型型:按按輸輸送行程程的軌跡跡路徑可可分為:直線輸輸送和環環形輸送送。按按工工件與機機床間的的位置關關系可分分為:內內通式輸輸送和旁旁通式輸輸送。按按輸送時時間節拍拍可分為為:同步步輸送和和非同步步輸送。。按按物料料形態可可分為:固體輸送送、液體體輸送和和氣體輸輸送。1.隨行行夾具輸輸送與返返回裝置置托盤和隨隨行夾具具在自動動生產線線和裝配配線上應應用較多多,采用托盤盤或隨行行夾具可可減少工工件的裝裝夾工作作,并易于將將工件準準確輸送送到預定定位置或或工位。。由于隨隨行夾具具和托盤盤都是循循環使用用,因而在輸輸送設計計上需考考慮其返返回裝置置。根據據生產現現場布局局,其結構上上可有三三種方式式供選用用,見表7－1。在上方方和下方方返回的的兩種結結構中,設計有升升降裝置置或回轉轉鼓輪,使隨行夾夾具完成成升降動動作而回回到初始始位置以以備調用用。表7－1隨行夾具具輸送與與返回裝裝置的布布局形式式2.自動動輸送小小車自動輸送送小車是是機電一一體化生生產系統統中十分分重要的的輸送設設備,在當前的的生產實實際應用用中,主要有有有軌自動動小車(RGV)和無軌自自動小車車(AGV也叫自動動導向小小車),而自動輸輸送小車車自身就就是技術術含量高高的機電電一體化化產品,一般都需需專業廠廠家設計計制造并并結合車車間現場場進行施施工來完完成。(1)有軌自動動小車。。以直線線輸送應應用為主主,行進中沿沿地面鋪鋪設的軌軌道輸送送物料。。有軌自自動小車車運行系系統通常常包括:軌道、動動力與控控制電纜纜、RGV小車(車身、減減速與制制動裝置置、識址址與定位位裝置、、安全保保護與報報警裝置置、控制制裝置)托盤交換換與定位位裝置等等。軌道道一般為為輕型導導軌,可設計為為水平、、垂直、、斜坡等等布局形形式。根根據需要要有的導導軌還可可懸架在在空中,使小車成成為吊掛掛車形式式,減少工作作噪聲、、節約占占地,并利于現現場打掃掃工作。。有軌系系統具有有控制系系統相對對簡單,造價低,但柔性差差,一經鋪就就,路線不易易改變,工作噪聲聲大,占地多,清潔困難難等缺點點。(2)無軌自動動小車(AGV)。AGV具有較好好的柔性性和靈活活性,運行無噪噪聲,占地少等等優點。。如圖7－6所示,AGV系統由隨隨行夾具具或托盤盤交換裝裝置、液液壓升降降裝置、、驅動行行走與變變速裝置置、動力力及控制制電源、、地面軌軌跡制導導設施等等組成。。AGV動力源一一般采用用一次充充電能用用8小時左右右的蓄電電池。與與RGV相比,其行走軌軌跡制導導系統比比較復雜雜,制導方式式有:電磁感應應制導、、光學制制導、激激光制導導、紅外外線制導導、磁力力制導和和攝像跟跟蹤制導導等。圖7－6AGV結構圖3.帶式式輸送裝裝置帶式輸送送裝置常常用于散散料或不不定形小小件的直直線長距距離輸送送工作中中,其系統構構成見圖圖7－7,由輸送帶帶、托帶帶輥、張張緊輪、、驅動滾滾筒、驅驅動電機機、減速速機構等等組成,其每個組組件部分分設計選選擇可參參考《機機械零件件設計手手冊》、、《機械械設計手手冊》等等,此處主要要介紹其其托帶輥輥的組合合結構形形式及帶帶的調偏偏原理。。圖7－7帶傳輸系系統圖設置托帶帶輥是為為了分擔擔輸送帶帶的承載載,防止止輸送帶帶下垂干干涉,以以及帶被被物料重重力拉長長而張緊緊不足降降低傳載載能力。。托帶輥輥一般是是通過軸軸承而空空套在芯芯棒上,隨著輸輸送帶的的行進而而摩擦滾滾動回轉轉。根據據物料種種類、形形態、尺尺寸等來來設計托托帶輥的的結構形形式和排排布的疏疏密度。。如圖7－8所所示,布布局結構構形式主主要有:平行托托帶輥、、V形托托帶輥和和槽形托托帶輥三三類。調調心托帶帶輥可防防止輸送送帶朝一一個方向向跑偏,在平帶帶傳動中中,帶跑跑偏方向向總是朝朝著承受受張力最最大處移移動,圖圖7－9是其調調偏原理理,若帶帶朝左立立輥1上上跑偏,證明此此方向處處的張緊緊力過大大,而立立輥1被被帶的摩摩擦力帶帶動使得得托架2繞軸3轉動一一個角度度,此處處的張緊緊力變小小,從而而使帶制制導返回回,達到到自動調調偏目的的。圖7－8托帶帶輥的結結構形式式(a)平行上托托帶輥；；(b)平行下托托帶輥;(c)V形托帶輥輥；(d)上調心托托帶輥;(e)下調心托托帶輥;(f)V形調心托托帶輥圖7－9調偏原理理示意圖圖4.鏈式式輸送裝裝置鏈條在輸輸送裝置置中有兩兩種功用用:一是作為為物料的的承載體體;二是動力力牽引元元件,如在懸掛掛鏈輸送送中的功功用。本本小節的的鏈式輸輸送裝置置中,鏈條作為為承載體體用,其系統見見圖7－10,由電動機機、三角角帶輪、、三角帶帶、齒輪輪減速器器、鏈輪輪和鏈條條組成。。根據工工件形態態、尺寸寸材料等等,輸送鏈條條可有多多種選擇擇,見圖7－11。其中片片式套筒筒鏈應用用最為常常見,鏈條輸送送物料既既可是直直接帶動動物料(如履帶鏈鏈背面可可直接堆堆放物料料),也可帶動料料架、料斗斗等附屬裝裝置。為防防止物料、、附件掉落落,平行于鏈的的兩側常設設有導向板板裝置。圖7－10鏈條作為承承載體輸送送裝置圖7－11輸送鏈鏈條的形式式(a)彎片鏈；(b)片式套筒鏈鏈；(c)焊接鏈；(d)可拆鏈;(e)履帶鏈;(f)齒形鏈5.輥道輸輸送裝置輥道輸送是是最為簡單單的物料輸輸送裝置,且成本低廉廉,它靠物料與與輥子外圓圓面的摩擦擦力完成輸輸送工作。。常見的三三種方式見見圖7－12,(a)為靠重力的的分力使物物料自動從從高端流向向低端。(b)為料頂料式式輸送,為水平布置置,機械手或機機器人在擺擺放物料時時的水平推推動使物料料一個接一一個地順次次推動到下下一位置。。(c)為外動力驅驅動輥子,使工件從初初端到末端端,適合于箱體體件、托盤盤、板材等等輸送。動動力自動輥輥道輸送裝裝置再配合合其他輔助助裝置可使使物料實現現轉彎、換換向、分流流等輸送,見圖7－13。圖7－12輥道傳輸的的形式圖7－13自動輸輸送輥道的的輔助裝置置(a)升降機；(b)彎軌；(c)回轉裝置;(d)直角移載；；(e)直角移載6.懸掛鏈鏈輸送裝置置系統懸掛鏈輸送送系統具有有節約占地地,布局靈活,轉向方便,傳輸可靠,易于實施等等優點而得得以廣泛應應用,如塑料件的的涂裝作業業、車架焊焊接作業、、汽車裝配配等。如圖圖7－14所示,是一涂裝生生產的懸掛掛鏈系統,懸掛鏈輸送送系統主要要由架空軌軌道、牽引引鏈條系統統、驅動裝裝置、張緊緊裝置、轉轉向裝置、、滑架滾輪輪和各種掛掛具等組成成。圖7－14懸掛鏈輸送送系統(1)滑架、滾輪輪結構。目目前的生產產應用中常常用兩種滑滑架:提拉式滑架架和推撥式式滑架,分別見圖7－15和圖7－16。提拉式滑滑架結構簡簡單，投資資少,是一種同步步傳輸裝置置,適合于無特特別要求的的生產作業業。物料隨隨掛具掛在在滑架上,滑架在鏈條條的牽引下下在架空軌軌道里行進進,將物料送到到目的地。。推撥式滑滑架的牽引引鏈與滑架架體不固定定連接,其傳動靠鏈鏈上的推頭頭撥動滑架架體而行進進,由于滑架體體可與牽引引鏈脫扣使使得物料可可以傳輸到到不同的懸懸掛鏈上并并接軌,實現復雜的的輸送和非非同步輸送送。圖7－15提拉式滑道道圖7－16推撥式滑道道(2)掛具的選用用。掛具的的結構形式式、尺寸規規格取決于于物料的種種類、形狀狀、尺寸等等因素,其基本要求求是物料不不掉落和方方便裝卸,常用的掛具具如圖7－17所示。也可可自行設計計適合現場場生產的特特殊掛具。。圖7－17懸掛鏈用各各種掛具7.1.3物料供供給適配裝裝置1.模塊塊化組合機機床主軸箱箱調用人們知道,加工中心刀刀具可換,具有靈活性性大,通用性好,適應面廣,加工類型和和工藝方法法多,但由于其每每把刀的更更換需要時時間,因而對某些些零件(如汽車發動動機箱體件件加工)的綜合加工工效率較低低,不適應批量量生產,一般用于小小批量多品品種的模具具制造等行行業。而多多刀組合機機床能做到到多把刀具具,有的達數十十把刀具同同時工作,具有很高的的效率,并較好地保保證加工的的一致性。。但在品種種更換或產產品結構更更新改變時時,卻有點無能能為力而可可能閑置。。集加工中中心可換刀刀具和多軸軸組合機床床高效率的的雙重特點點的模塊組組合機床應應運而生,它是將多軸軸組合主軸軸箱設計成成可換模塊塊,相當于加工工中心的““一把”刀刀具而可以以更換,而且每個模模塊又相當當于一臺單單面組合機機床。模塊塊與單臺的的組合機床床相比,成本很低,更換方便,管理調度容容易。所以以,模塊化組合合機床具有有效率高,適應性廣,占地少等優優點。圖7－18是一臺具有有8個可換主軸軸箱模塊的的中型模塊塊組合機床床,可同時完成成工件四面面的粗精鉆鉆、鏜、鉸鉸、攻絲、、锪等工作作,每個模塊的的調用與分分度工作臺臺回轉和后后退配合進進行。模塊塊的調用和和工作臺的的動作全由由程序自動動控制進行行。工件品品種變換時時,只需裝備相相應的模塊塊設計與制制造工作。。圖7－18模塊組合機機結構與布布局圖7－19帶翻轉裝置置的臥式可可換箱組合合機床1)主軸箱箱的定位換換箱箱機床中主主軸箱的定定位精度是是保證加工工精度的重重要因素,通常定位位精度應在在0.01mm以內內。主主軸箱的的定位方式式通常采用用“一面兩兩銷”定位位,其中兩銷可可以是“圓圓柱銷-菱形銷”、、“兩個圓圓柱銷”或或“兩個圓圓錐銷”。。從定位原原則講,采用兩個圓圓柱銷或兩兩個圓錐銷銷定位都屬屬于過定位位狀態。為為減少過定定位的干涉涉,要求嚴格的的加工精度度或者使一一個銷套可可以徑向浮浮動,浮動量為0.1mm。此外,也可用“兩兩面一銷””定位(見圖7－20),其中一個面面用動力箱箱的前端面面,且為主基面面,第二基面用用兩個定位位支承塊組組成,且與主基面面相垂直,以伸縮定位位銷的平面面限制主軸軸箱的橫向向(X向)不定度。伸伸縮定位銷銷前端制成成一個斜面面和一個平平面。圖7－20兩面一銷定定位方法2)主軸箱箱的夾緊如如圖圖7－21所示,由夾緊液壓壓缸4帶動r形壓板將主主軸箱與動動力箱定位位并壓緊。。圖7－21主軸箱的夾夾緊3)主軸箱箱的輸送輸輸送送裝置有液液壓缸滑臺臺推送裝置置、輸送車車、機械手手和鏈條等等。圖7－22所示的是鏈鏈條式傳送送裝置,主軸箱支承承在圓導軌軌6上,利用鏈條2輸送主軸箱箱。圖7－22主軸箱的輸輸送2.工件自自動供給裝裝置(自動動上料機構構)自動化加工工或裝配生生產線的自自動化程度度及運行的的好壞很大大程度上取取決于工件件自動上下下料裝置的的設計與選選擇。因為為加工、裝裝配中約三三分之一的的費用,三分之二的的工時都集集中在此裝裝置相關的的工序上。。大批量生生產中,為減少重復復而繁重的的體力作業業,降低勞動強強度,提高生產效效率,保證產品質質量及其一一致性,保障生產安安全,要求提高上上下料的自自動化程度度是十分有有意義的。。由于自動動上料和自自動定位加加工后的工工件已有比比較準確的的位置和尺尺寸,所以,自動下料比比較容易實實現,一般采用推推桿、推板板或機械手手即可,此處不作介介紹。下面介紹各各設備的作作用及其特特點。1)供供料器作作用是是一方面儲儲存工件毛毛坯,另一方面,在自動加工工或裝配工工序源源不不斷地自動動提供工件件。通常分分為料倉式式供料器和和料斗式供供料器兩大大類。兩類類的根本區區別在于工工件在供料料器中能否否完成自動動定向的功功能。料倉倉式不能完完成自動定定向,工件需人工工或專用定定向器來實實現定向排排布,適用于難以以自動定向向排列的工工件;料斗式自帶帶定向器可可以工件自自動定向,用于定向排排列性好、、質量小的的工件,見表7－2,料倉式還分分為自重式式送進合外外力強制送送進兩種方方式。表中中提供了供供料器的眾眾多結構形形式,其詳盡的結結構設計可可參考《機機械工程設設計手冊》》。表7－2供料器種類類和結構形形式表7－2供料器種類類和結構形形式2)定向器器見見圖7－23,對于形狀復復雜而又不不能在料斗斗中自動定定向的工件件需在輸料料槽中進行行再次定向向,料倉中工件件若非人工工定向排列列,也需專門的的定向器對對工件定向向,因而定向器器的設計選選擇也是十十分重要的的環節,有的定向器器客觀上還還具有剔除除器功能。。圖7－23各種定向器器結構形式式3)隔離器器定定向排列好好的工件送送料經常是是連續送進進和不等節節拍的非同同步送進,但往往需要要逐個或成成組隔離而而送往加工工區;隔離器設計計考慮兩個個方面:一是根據工工件形狀、、材質、表表面狀況等等決定隔離離器的選擇擇,二是考慮隔隔離器工作作節拍與相相關工序的的節拍一致致性問題,隔離器往往往與送料器器設計在一一起,一般由往復復運動、擺擺動、旋轉轉等來實現現隔離,常見機構見見圖7－24。圖7－24各種隔離器器4)分路器器將將來自一路路的工件分分成兩路以以上行進,有的場合必必須設置分分路器,如供料器供供給能力大大,足以供給兩兩臺以上的的設備或裝裝配工序;從生產能力力大的工序序向生產能能力小的工工序傳送;自動檢測工工序中,將不合格件件剔除等。。圖7－25是分路器結結構。圖7－25分路器的結結構5)合路器器自自動化生產產中,有時需對數數臺加工設設備完成的的同一種工工件進行統統計、檢驗驗;或者由數臺臺供料器向向同一臺加加工設備供供料時,都需要對工工件進行集集中匯集。。合路后必必須保持工工件定向一一致。見圖圖7－26。圖7－26合路器器的結結構6)輸輸料槽槽結構構工工件從從供料料器到到達上上料器器或上上工序序加工工完畢畢后到到達下下工序序途中中都必必須由由輸料料槽來來支撐撐和保保持定定向。。其結結構設設計主主要取取決于于工件件形狀狀、尺尺寸、、重量量等。。工件件在槽槽中運運動一一是平平移滑滑動,要考慮慮其耐耐磨性性;二是滾滾動,要考慮慮其摩摩擦系系數足足夠大大。有有的輸輸料槽槽還帶帶有減減速裝裝置。。常見見結構構形式式見圖圖7－27。圖7－27輸料槽槽的基基本結結構7)上上料機機構將將已已定向向排布布好的的工件件裝入入夾具具并定定位由由上料料機構構完成成,上上料過過程與與零件件的裝裝配在在某種種程度度上十十分相相似。。上料料機構構的設設計主主要根根據工工件形形狀、、尺寸寸、重重量、、材料料性質質等與與夾具具配合合選擇擇,其其中上上料桿桿(元元件)的選選擇設設計是是最重重要的的,主主要有有:頂頂桿式式、彈彈性銷銷、磁磁性元元件、、摩擦擦式、、真空空吸附附和機機械手手等。。圖圖7－28所示的的是具具有指指形壓壓板的的L形搖桿桿式上上料機機構,適用于于空間間上不不允許許使用用滑板板頂桿桿式上上料機機構的的場合合。L形搖桿桿2的圓弧弧段A用于隔隔離工工件,指形壓壓板3的開閉閉即可可利用用工件件的重重量,也可采采用強強制的的方法法,如設置置開閉閉擋塊塊。圖7－28搖桿式式上料料機構構圖7－29搖桿與與彈性性銷上上料機機構圖7－30真空吸吸盤式式薄板板材上上料機機構圖7－31自動擰擰緊螺螺母機機構圖7－32所示為為機械械手式式上料料機構構。當當機械械手4抓取到到工件件后,將從圖圖示雙雙點畫畫線位位置按按(1)至(6)的順序序把工工件裝裝入分分度轉轉臺6上的夾夾具7中。機機械手手4的上下下運動動與擺擺動可可用凸凸輪或或氣缸缸分別別驅動動。若若工件件有中中心通通孔,機械手手4的夾持持部分分5可采用用彈性性銷等等,否則采采用真真空吸吸頭為為好。。圖7－32機械手手式上上料機機構圖7－33所示為為連續續帶材材的步步進上上料機機構。。上料料體1的內腔腔有一一斜面面A,并裝有有滾柱柱2,滾柱壓壓塊3及彈簧簧4。當曲曲柄輪輪5通過連連桿6、搖桿桿7驅動上上料體體1向右運運動時時,由于滾滾柱2在彈簧簧4的作用用下由由右向向左運運動的的趨勢勢,于是便便被楔楔緊在在斜面面A和帶材材8之間,使帶材材8也隨上上料體體1一起向向右移移動,完成上上料動動作。。當上上料體體1向左運運動時時,因滾柱柱2與斜面面A脫離了了接觸觸不能能再夾夾緊帶帶材8,故此時時帶材材8靜止不不動,于是上上料體體1完成空空程復復位。。圖7－33連續帶帶材步步進上上料機機構圖7－34所示為為棒料料的上上料機機構。。上料料動作作順序序如圖圖左側側圖線線所示示:(1)至(2)為接取取棒料料,(3)至(4)為向固固定承承料架架6上料,(5)為回程程。送送料架架2的往復復運動動可用用氣缸缸驅動動,其繞銷銷軸3的上下下擺動動由搖搖爪4及靠模模5提供。。在料料道1的上部部應設設置隔隔離機機構,以使棒棒料逐逐個地地落入入送料料架2的槽口口。送送料架架2的端部部應具具有圖圖示的的斜面面,以使其其回程程時能能順利利地從從被夾夾緊的的棒料料下方方退出出。圖7－34棒料的的上料料機構構3.上上(下下)料料機械械手工業機械手手是一種能能模擬人手手功能,按給定程序序、軌跡和和要求實現現抓取、擺擺放、搬運運工件、更更換刀具或或操縱工具具的機械化化自動化裝裝置。通常常由執行機機構、驅動動機構和控控制系統組組成,若加上行走走機構,則通常稱為為機器人。。執行機構構包括手部部、腕部、、臂部、機機身或機座座等。其中中手部直接接與工件或或工具接觸觸,完成夾緊、、吸附、托托持與松開開等功能,是機械手的的關鍵元件件,手部通常包包括手指(卡爪)、傳力機構構和驅動元元件。有的的機械手機機構十分復復雜,如圖7－35所示。這是是一個有十十多個自由由度的仿人人手手爪。。有的機械械手還帶有有傳感器,檢測其工作作相關信號號,可實現反饋饋閉環控制制。圖7－35仿人手機械械手手爪結結構機械手機構構形式取決決于工件和和使用要求求,按不同同分類標準準有如下幾幾種:··按夾夾持動作分分類:回轉轉型、移動動型、回轉轉或移動多多指式及其其他類型;··按驅動元元件分:液液壓、氣動動和電動;··按傳力機機構分:滑滑槽杠桿式式、連桿杠杠桿式、斜斜楔杠桿式式、齒輪齒齒條式、彈彈簧杠桿式式、凸輪杠杠桿式;··按按夾持工件件方式分:手指式(外爪、內卡卡)、吸盤式(電磁真空負負壓吸盤、、擠壓排氣氣吸盤)和其他形式式(托持、勺式式、鉤式、、張緊式)。本節以第一一種分類形形式分別予予以介紹。。1)回轉型型機械手圖圖7－36所示為兩個個氣缸并聯聯驅動手指指開閉的回回轉型機械械手。氣缸缸3、4的活塞桿均均固定在支支承座2上,氣缸體與U形板5相鉸接。當當氣缸3、4的缸體同步步向左或向向右移動時時,U型板5通過連桿7帶動兩手指指8閉合或張開開。圖7－36回轉型機械械手2)移動型型機械手圖圖7－37所示為移動動型機械手手。連桿4的一端鉸接接在擺桿5的中點,另一端與固固定支板2相連,連接桿3、擺桿5、6及手指7組成平行四四邊形機構構。油缸1、連接塊3、連桿4、及擺桿5又構成Scott－Russel機構。當連連接塊3作直線運動動時,銷軸8、9的連線始終終平行于連連接塊3的運動方向向。從而,當油缸1的活塞桿伸伸出或縮回回時,兩手指7將平行地作作對向直線線運動,實現閉合或或張開。圖7－37移動型機械械手3)多指式式機械手圖圖7－38所示為回轉轉型多指式式機械手。。電動機2通過鏈條或或傳動帶3、蝸桿4及渦輪5、驅動螺桿桿6轉動,螺桿6又通過兩齒齒輪8把運動傳遞遞給螺桿9;安裝在螺桿桿6左、右螺旋旋段上的兩兩螺母7分別帶動杠杠桿12繞支點擺動動,使上下兩卡卡爪14平行移動,閉合或張開開;與此同時,螺桿9上的螺母7帶動L型擺桿10擺動,L型擺桿10又撥動中間間卡爪14,使之沿導軌軌11左右運動,與上下兩卡卡爪一起夾夾緊或松開開工件。圖7－38回轉型多指指式機械手手圖7－39移動型多指指式機械手手4)其他類類型機械手手圖圖7－40所示的是利利用電磁吸吸盤吸附工工件的機械械手。電磁磁吸盤5由永久磁鐵鐵和線圈組組成,通電時為消消磁,即松開工件件;斷電時為勵勵磁,即吸附工件件,可避免因故故障停電而而使工件脫脫落。當工工件較大采采用兩個以以上的電磁磁吸盤時,電磁吸盤的的支承部應應具有上下下浮動和擺擺動的功能能,以防止工件件彎曲造成成吸附不良良。圖7－40電磁吸盤式式機械手圖7－41所示的是利利用手臂的的運動使手手指閉合將將工件夾緊緊的機械手手。手指7處于常開狀狀態,如圖中的下下側手指所所指的位置置。當手臂臂1向右運動,板簧9碰到工件12后,由于工件12對手指7的反作用力力,手指7將繞銷軸11轉動,同時其左端端的滾子8沿著杠桿6的右端面滾滾動,待滾子8落入杠桿6上的圓弧槽槽A后,手指7便停止轉動動而將工件件12夾緊,如圖中的上上側手指所所處的位置置。手指7對工件12的夾緊驅動動力由壓縮縮彈簧5產生,板簧9起緩沖作用用。松開工工件時,楔桿3在氣缸或電電磁鐵2的帶動下向向左運動,其斜面迫使使杠桿6擺動而與手手指7脫鉤,手指7在扭簧10的作用下張張開復位。。圖7－41配合運動式式機械手在設計機械械手手部機機構時,必必須事先確確認工件環環境條件、、作業要求求等因素和和機械手綜綜合性能要要求。工工件因因素:形狀狀、局部形形狀、尺寸寸、重量、、材質特性性、穩定性性和特殊性性;環環境因素素:工件分分布、工件件放置狀態態、位置和和姿勢、操操作空間、、高低溫、、特殊介質質、電/磁磁場;作作業要要求:工件件批量、工工件尺寸形形狀變化及及通用性;抓取擺放放方式;設設計計中主要考考慮問題有有:(1)足夠的夾持持或吸附力力;(2)適當的開閉閉空間;(3)定位準確度度;(4)剛度、強度度和耐磨性性;(5)結構緊湊與與重心分布布;(6)聯結的方便便性;(7)驅動與傳力力機構適配配選取設計計;(8)通用性與專專用性;(9)檢測元件與與聯鎖保護護等;(10)工作節拍與與速度。7.2刀具自動更更換裝置7.2.1刀具自自動更換裝裝置類型1.轉塔刀架架轉位自動動換刀裝置置早期的鉆削削加工中心心采用轉塔塔頭刀架回回轉式的換換刀方式(見圖7－－42)。。這種裝置置通常沒有有獨立專門門的刀庫,多個刀具具主軸均布布在轉塔上上,通過轉轉塔頭分度度轉位實現現刀具更換換,一般為為順序換刀刀。轉塔頭頭與主電動動機和變速速箱可做成成一個整體體部件,共共同沿機床床導軌運動動,這種結結構較緊湊湊,但移動動部件較重重;也可把把主電動機機和變速箱箱固定在機機床上,只只有轉塔頭頭沿機床導導軌運動,使移動部部件較輕,且振動及及熱量不傳傳到轉塔頭頭中。轉塔塔頭式自動動換刀裝置置,由于轉轉塔頭結構構受限制,剛度較低低,而且每每把刀具都都需要一個個主軸,刀刀具數目受受限,一般般不超過10把。鉆鉆塔式既可可實現單刀刀更換,還還可實現多多軸組合頭頭更換，如如圖7－43所示。。如今,轉轉塔回轉刀刀架更多的的用于數控控車床上,如圖7－－44所示示。圖7－42轉塔換刀立立式加工中中心圖7－43轉搭換刀多多軸頭立式式加工中心心圖7－44轉塔換刀臥臥式數控車車床2.刀庫換換刀1)直接換換刀刀刀庫中刀刀具的軸線線方向與主主軸軸線平平行,不需換刀機機械手,換刀動作由由刀庫與機機床主軸的的相對運動動(回轉、移動動)實現,結構簡單,換刀可靠性性較高。圖7－45無機械手直直接換刀的的臥式加工工中心如圖7－45所示的臥式式加工中心心。刀庫作作選刀回轉轉運動和拔拔刀、插入入刀具的運運動。換刀刀時,刀庫移近主主軸,可實現主軸軸任意位置置換刀。也也有在換刀刀時主軸箱箱移向刀庫庫的,實現主軸固固定位置換換刀,其換刀過程程如圖7－46所示。換刀刀中,舊刀必須先先取出送回回刀庫相應應位置后,才能再從刀刀庫中取出出新刀,這兩個動作作不能同時時進行,所以換刀時時間較長。。刀庫容量量不大,多用于中小小型加工中中心。立式式加工中心心的換刀如如圖7－47所示。圖7－46主軸箱在固固定位置的的直接換刀刀過程圖7－47無機械手直直接換刀的的立式加工工中心2)機械手手換刀這這是加加工中心換換刀的主要要形式,刀庫的位置置要比無機機械手的自自動換刀裝裝置靈活得得多。刀庫庫中刀具的的存放方向向與主軸裝裝刀方向可可以不一致致,根據不同要要求可配置置不同形式式的機械手手。在刀庫庫距主軸位位置較遠的的情況下,還可設置刀刀具傳送機機構,在刀庫與機機械手之間間傳送刀具具。用機械械手換刀的的自動換刀刀裝置,刀庫容量可可以很大,而換刀時間間可縮短到到幾秒。由由于刀庫位位置和機械械手換刀動動作的不同同,因此換刀過過程不盡相相同,見圖7－48。刀庫中處處于換刀位位置的刀具具軸線與主主軸軸線平平行，換刀刀時,主軸箱上移移至固定的的換刀位置置,由機械手完完成抓刀、、拔刀、回回轉180°、插入刀刀具等動作作(見圖7－49)。立式加工工中心機械械手換刀實實例如圖7－50所示。圖7－48刀庫安裝在在立柱頂部部的臥式加加工中心圖7－49頂置刀刀庫的機械械手換刀動動作(a)抓刀;(b)拔刀;(c)回轉180°;(d)插刀;(e)還原圖7－50立式加工中中心機械手手換刀實例例圖7－51換刀機機械手的結結構形式(a)單單臂單爪回回轉式;(b)單臂臂雙爪回轉轉式;(c)雙臂回回轉式;(d)雙機械式;(e)雙臂往復交交叉式;(f)雙臂端面夾夾緊式7.2.2刀庫1.刀庫類型型1)鼓(盤)式式刀庫(1)刀具軸線線與鼓盤盤軸線平平行的鼓鼓式刀庫庫(見圖7－52)。刀具環環形排列列,分徑向、、軸向兩兩種取刀刀形式,其刀座(刀套)結構不同同。這種種鼓式刀刀庫結構構簡單,應用較多多,適用于刀刀具容量量較少的的情況。。為增加加刀庫空空間利用用率,可采用雙雙環或多多環排列列刀具的的形式。。但鼓盤盤直徑增增大,轉動慣量量就增加加,選刀時間間也較長長。圖7－52鼓鼓式刀庫庫(a)徑向取刀刀形式；；(b)軸向取刀刀形式(2)刀具軸線線與鼓盤盤軸線不不平行的的鼓式刀刀庫刀具具軸線與與鼓盤軸軸線夾角角為銳角角(見圖7－48)。這種鼓鼓式刀庫庫占用面面積較大大,刀庫安裝裝位置及及刀庫容容量受限限制,應用較少少。但應應用這種種鼓式刀刀庫可減減少機械械手換刀刀動作,簡化機械械手結構構。2)鏈式式刀庫鏈鏈式刀庫庫(見圖7－53)結構較緊緊湊,通常為軸軸向取刀刀。刀庫庫容量可可較大,鏈環可根根據機床床的布局局配置成成各種形形狀,也可將換換刀位置置的刀座座突出以以利換刀刀。一般般刀具數數量在30～120把時,多采用鏈鏈式刀庫庫。圖7－53鏈鏈式刀庫庫(a)單環鏈式式刀庫；；(b)多環鏈式式刀庫3)矩陣陣格子式式刀庫矩矩陣格子子盒式刀刀庫(見圖7－54)。刀具分分幾排直直線排列列,由縱、橫橫向移動動的取刀刀機械手手完成選選刀運動動,將選取的的刀具送送到固定定的換刀刀位置刀刀座上,由換刀機機械手交交換刀具具。特點點是刀具具排列結結構緊湊湊,空間利用用率高,刀庫容量量大,但是布局局靈活性性差,刀庫常常常安裝在在工作臺臺上,應用較少少。圖7－54固定型格格子盒式式刀庫2.選刀刀方式1)順序序選刀方方式按按照照工序、、工步要要求,人工依次次將所用用刀具插插入刀庫庫刀座中中,每次換刀刀刀庫按按順序轉轉動一個個刀座位位置,獲取新刀刀,使用過的的刀具可可以放回回原來的的刀座位位置,也可以順順序放入入下一個個刀座內內。更換換不同的的工件時時必須重重新排列列刀庫中中的刀具具順序,因而操作作繁瑣。。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復使使用,這不僅使使刀具數數量增多多,而且在使使用同種種刀具時時,因刀具的的尺寸誤誤差也容容易造成成加工精精度不穩穩定。順順序選刀刀方式的的優點是是刀庫的的運動及及其控制制簡單。。順序選選刀方式式適用于于工件品品種數較較少、加加工批量量較大、、刀具數數量較少少的加工工中心;刀庫與主主軸之間間直接換換刀的加加工中心心和有成成套刀庫庫可自動動更換刀刀庫的加加工中心心。2)任意意選刀方方式由由于于加工中中心采用用的數控控系統絕絕大多數數都具有有刀具任任選功能能,因此此,多數數加工中中心都采采用任意意選刀方方式。它它可分為為刀座編編碼、刀刀具編碼碼和跟蹤蹤記憶等等方式。。(1)刀座編碼碼任選刀刀具。刀刀座設有有編碼,而當刀具具裝入刀刀座后就就具有該該刀座的的編碼。。在編程程時要規規定每一一工序所所需刀具具要裝入入的刀座座編碼,加工時靠靠刀座編編碼識別別裝置選選取所需需刀具。。刀具還還回刀庫庫時也必必須還入入其原來來所占用用的刀座座。因此此,與順序選選刀方式式相比,選刀、還還刀時間間較長,刀庫運動動及其控控制也較較復雜。。刀座編編碼任選選刀具適適用于選選刀、還還刀運動動與機床床加工時時間可重重合的場場合,可存放大大直徑刀刀具。(2)刀刀具編碼碼任選刀刀具。編編程時只只規定每每一工序序所需刀刀具的編編碼,而而與刀具具裝入哪哪個刀座座無關。。用過的的刀具可可還入刀刀庫的任任意空刀刀座。每每把刀具具都必須須帶有編編碼,并并且有完完善的刀刀具編碼碼管理系系統。(3)跟蹤記憶憶任選刀刀具。刀刀具號及及其所在在刀座號號(存刀位置置,即刀具地地址)一一對應應地記憶憶在數控控系統的的PC中。不論論刀具存存放在哪哪個刀座座,都始終記記憶著它它的蹤跡跡。因此此,刀具可任任意取出出、任意意送回,不僅刀具具、刀座座都不必必設編碼碼條,省去編碼碼識別裝裝置,而且可減減少換刀刀過程時時間。但但刀庫上上必須設設有刀座座位置檢檢測裝置置(一般與電電動機裝裝在一起起),以便檢測測出每個個刀座位位置。為為此,刀庫設有有一個機機械原點點。對于于圓周運運動選刀刀的刀庫庫,每次選刀刀運動刀刀庫正轉轉或反轉轉都不超超過180°。目前前多數加加工中心心采用跟跟蹤記憶憶任選刀刀具方式式。7.3自動排屑屑裝置7.3.1排排屑機的的分類安裝排屑屑動力源源的不同同可分為為以下幾幾類:1.磁力力吸屑式式用于能產產生磁力力吸附金金屬材料料排屑工工作,有有時還用用于使不不同材料料切屑的的分離工工作,其其分類見見圖7－－55。。圖7－55磁磁力吸屑屑裝置的的分類(a)磁板(帶)式；(b)磁環式；；(c)磁滾互連連式(1)磁磁板帶式式(圖a)。用用于鐵質質、鋼質質材料的的斷屑或或長度小小于100mm的鋼鐵鐵工件輸輸送,結結構簡單單、變型型容易。。該排屑屑方式其其鐵屑與與傳動部部分隔離離封閉,外形美美觀,故故障率低低。但是是,由于于鐵屑受受磁力作作用而易易在板帶帶上滑動動,因此此,僅適適合碎屑屑干式或或油冷加加工狀態態下使用用。且排排屑量受受到限制制。(2)磁環環式(圖圖b)。。用于冷冷卻液中中顆粒狀狀、粉末末狀鋼鐵鐵材料,浮油的的分離。。一般不不單獨使使用,通通常與渦渦旋分離離器、流流體磁化化器組成成排屑凈凈化防腐腐裝置,用于精精加工(如磨削削、珩磨磨等)中中冷卻液液的凈化化處理。。應用較較廣。(3)磁滾互連連式(圖c)。冷卻液液中斷屑屑鐵質材材料分離離,結構較復復雜,排屑量較較小,應用不多多。2.機械械式排屑屑裝置利用摩擦擦力、擠擠壓、推推拉等機機械方式式排除切切屑,見圖7－56。圖7－－56機機械式式排屑屑裝置置(a)平板鏈鏈式；；(b)刮板式式；(c)螺旋式式(1)平板板鏈式式(圖圖a)。用用于各各類材材質各各種狀狀態的的切屑屑。尤尤其適適于團團狀、、卷狀狀的細細長屑屑,排排屑量量較大大,應應用廣廣泛。。但該該裝置置的傳傳動部部分與與鐵屑屑不分分離,易發發生故故障。。(2)刮板板式(圖b)。。適合合于各各種材材質的的斷屑屑或長長度小小于100mm的切切屑。。(3)螺旋式式(圖c)。適合合于各各種材材質的的碎屑屑。一一般不不單獨獨使用用,多用于于偏離離排屑屑中心心線短短距離離輸送送。此此方式式結構構簡單單,應用較較少,排屑量量較大大,可根據據螺旋旋軸的的結構構不同同區分分為有有芯螺螺旋和和無芯芯螺旋旋兩種種。如圖7－57所示是是一有有芯螺螺旋排排屑裝裝置,排屑槽槽成U形,由鋼板板焊成成,數段相相接,也可用用鑄鐵鐵制成成,鑄鐵耐耐磨性性好。。排屑屑槽可可以設設在機機床中中間底底座內內,也可設設在地地溝內內。螺螺旋器器1由電動動機經經減速速器2、聯軸軸節5帶動旋旋轉,轉速為為10～20r／min。螺旋旋器的的一端端裝在在自位位軸承承上,另一端端裝在在滑動動軸承承上,也可以以使另另一端端自由由地貼貼合在在排屑屑槽底底面上上旋轉轉,隨磨損損而下下降,從而,保證螺螺旋器器緊密密貼合合槽的的底部部,且使螺螺旋器器徑向向有一一定浮浮動量量,避免切切屑卡卡死現現象。。螺旋旋器直直徑為為150mm時,最長可可達30m,直徑為為200mm時,最長可可達40m。當螺螺旋器器較長長時,應在每每3～4m間用一一個浮浮動接接頭相相接,以改善善工作作狀況況。圖7－57螺旋排排屑裝裝置3.大大流量量液力力沖涮涮式使用大大流量量排屑屑是集集冷卻卻、潤潤滑、、排屑屑、凈凈化防防腐等等于一一體。。用大大流量量切削削液冷冷卻加加工切切削區區的機機床,可在夾夾具及及工作作臺和和相應應部位位設置置噴嘴嘴,利用切切削液液的沖沖刷作作用,將切屑屑沖帶帶到排排屑裝裝置上上或地地溝中中,然后經經過濾濾使切切屑與與切削削液分分離,切削液液可繼繼續由由切削削液泵泵送至至切割割區。。通常常,機床在在全封封閉狀狀態下下工作作,以免切切削液液飛濺濺。適適合于于各種種材質質的斷斷屑,是一種種新興興的排排屑方方式,造價較較高,排屑量量較大大,維修方方便,故障率率低,使用壽壽命長長。但但是,其占地地面積積大,使用費費用較較高,目前應應用不不多。。見圖圖7－58。圖7－58液力沖沖刷式式排屑屑裝置置4.振振動式式適合于于各種種材質質、各各種狀狀態的的切屑屑。噪噪聲較較大,目前前很少少使用用。5.氣氣力輸輸送排排屑裝裝置排屑方方法有有兩種種類型型:一種是是用壓壓縮空空氣噴噴嘴將將切屑屑吹走走,另一種種是利利用吸吸塵器器產生生真空空用管管道將將切屑屑吸走走。盡盡管吹吹排的的能力力遠大大于抽抽吸排排屑,但是由由于壓壓縮空空氣從從噴嘴嘴中噴噴出的的噪聲聲大,且有切切屑亂亂飛,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塵塵狀細細小微微粒磨磨屑的的排除除,如干式式的砂砂帶磨磨削,或用于于加工工中產產生