[工學(xué)]自動化機構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)

1、自動化機構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ),李磊,自動化設(shè)備需要具備的要素,1.移載系統(tǒng)(移送,搬送,傳動系統(tǒng))2.供料系統(tǒng)(或稱為供給系統(tǒng))3.加工系統(tǒng)(或稱為組立系統(tǒng))4.檢查系統(tǒng)5.控制系統(tǒng) 在自動組立作業(yè)中,稱,及為自動化的三要素,幾種名詞解釋,1.移載:將工件或治具沿生產(chǎn)線移動或停留某一位置的機能2.供料:從儲料器中將零件整列,分離,并送入待裝配或待組立位置之機能3.組立:將兩個或兩個以上的零件裝入或結(jié)合成一體稱之為組立,4.停

2、留:治具或工件不移動而暫時停止之狀態(tài)5.整列:使零件的方向或方位一致化以便后工序作業(yè)6.分離:在流動的零件群中,將其中之一,或數(shù)個隔離7.裝配,裝入:將零件置入或插入治具或其他零件所定之位置中8.分割分度作業(yè)(間歇移送):在移載作業(yè)中,使部品能以一定之角度,時間或距離相間隔.,9.組立治具:為進(jìn)行組立作業(yè),用以承載并固定工件之治具10,承載治具:用來承載工件或組立治具,能夠在站與站間移送之治具11.承載盤:是承載治具的一部分

3、,用以固定組立治具之平板12.站:生產(chǎn)線上沿線固定的治具,或是使工件停留之場所均稱為站13.工件:加工或組立作業(yè)之對象,可以將之組成組立品14.作業(yè)周期:對一組立或加工而言,所需要作業(yè)時間稱為周期15.節(jié)奏時間:在一個完整的加工或組立作業(yè)中,每一單獨子作業(yè)之作業(yè)時間16.子作業(yè):從整列,供料,移載,裝配或加工至移出等,都屬于子作業(yè)的例子.,振動盤技術(shù)參數(shù)要求,1.出料高度:就是振動盤底部至出料借口處的高度2.是否需要可調(diào):(

4、簡略)3.出料速度(單位時間內(nèi)出料的數(shù)量,基本上可按照需求的1.5倍要求)4.出料方向:根據(jù)設(shè)計者的要求物料的排列方向5.是否需要加接直線振軌:根據(jù)物料的大小和設(shè)計者的需求而訂.(包括物料的體積,重量,與軌道的接觸面積等)6.出料軌道之接口要求:振動盤廠商加工的出料接口與設(shè)計者設(shè)計的缺口是否可以吻合7.振動盤振動方向:振動盤出料方向分為逆向是正向8.是否需求滿料檢知9.是否需要橫縱向可調(diào).,振動盤使用中的重要性,1.零件供

5、給之自動化,在自動組立中是極為關(guān)鍵,它的成功與否對稼動率,不良率有極大的影響,自動化碰到的問題,可以說80%是零件供給方面的問題.2.我們公司使用的振動盤:我們公司使用的振動盤全部為電磁振動式,被廣泛使用的原因是對散亂零件容易使用.可以利用送料盤之振動是出口部位可以設(shè)置整列選向之功能.3.為了達(dá)到對工件整列選向的目的,需要根據(jù)工件之形狀上的差異做選向判別,并使出口只允許完成整列之工件通過,在驅(qū)動工件的通過出口的同時也要特別注意,不可

6、以發(fā)生堵塞的狀況,.出口處將表面摩擦系數(shù)降低,對降低堵塞發(fā)生的幾率有很大助益.4.振動盤內(nèi)的零件與其一次加滿,不如在零件減少至1/4時才補充,此時移動效率最高,如果料盤中接近無零件時,大部分之零件均在料規(guī)上,缺乏來自料盤低部的推升力量,其移動速度會因此而下降.,機械式振動盤,1.電磁式振動盤噪音較大,針對此問題,日本FIT開發(fā)出回轉(zhuǎn)式振料盤,商品名稱DEXTER,其送料盤內(nèi)設(shè)傾斜只回轉(zhuǎn)圓盤,借其回轉(zhuǎn)之離心力將零件送上回轉(zhuǎn)的料軌.回轉(zhuǎn)圓

7、盤與料軌使用不同之馬達(dá)驅(qū)動,其馬達(dá)轉(zhuǎn)速依不同之零件供給速度可以分別調(diào)整之.2.與電磁振動式送料盤比較,其供給能力大,并且噪音相對也小,但是其整列推送之技術(shù)層次較高,也無法整列推送之工件.,自動送料的幾種方式,1.步進(jìn)馬達(dá)送料 1.1棘輪式拉料 1.2步近進(jìn)給式2.振動盤自動供料式3.氣缸移動進(jìn)給式4.機械手加持給料式,氣缸馬達(dá)搬送物料設(shè)計要素,1.馬達(dá)棘輪與料帶定位孔配合公差.2.配合馬達(dá)移送之定位機構(gòu)(定位與水平等)3

8、.拉料棘輪平行性氣缸搬運注意事項1.物料的定位裝置2.氣缸行程注意事項(移送物料之定位性),取放裝置,所謂取放裝置,就是將待機位置的工件抓起,然后將其運送至裝入位置并裝入對應(yīng)的工件中取放裝置主要使用在自動裝配機或生產(chǎn)線上,市場有標(biāo)準(zhǔn)件可以購買,下面是根據(jù)取放端的運動軌跡分類舉例,X-Z直線型,手夾,工件,取放端之運動方向為水平與垂直的合成運動,Z-θ搖動型,運動曲線,取放端在水平面上擺動,同時也在垂直方向上做升降運動,擺動的角

9、度多為90°,Z面搖動型,取放端在垂直面上擺動,從傾斜的滑規(guī)中取出零件進(jìn)行裝配作業(yè),機械手特點,1.人類的手實際上是機富有使用彈性及適用性的器具,擁有與手相同的適應(yīng)性及彈性的機械手是永遠(yuǎn)造不出來的 但是就動作之迅速,對重物夾持的能力,長時間連續(xù)動作的能力,機械定位精度之再現(xiàn)性等特性而言,機械手則比人手更勝一籌. 在自動組立中,80%的動作是,,及等單純組合,所以機械手不需要像人手那樣靈巧也可滿足需要(如WD257/

10、31R).,機械手設(shè)計之基本條件,1.工件之夾持與放開之機能2.對工件之約束功能 機械手夾持工件時,機械手停留,移動及裝入過程中,工件之姿勢不能受外力影響而變化.機械手必須具備充分之約束力或具有拘束工件之形狀.3.工件位置精度之再現(xiàn)性 其機械手設(shè)計,是工件與手夾之位置關(guān)系在一定精度內(nèi)具有再現(xiàn)的機能.進(jìn)階手夾之必要條件1.泛用性 在一定的條件范圍內(nèi),對形狀與尺寸不同的工件,具有如前所述基本必要條件之夾持功能

11、,謂之手夾之泛用性.2.手夾內(nèi)有無工件之檢出性能.3.手夾內(nèi)工件之姿勢之檢出性能4.具有控制手夾對工件夾持力的機能. 以上所述:進(jìn)階手夾中的必要條件之2,3項可以借助手夾以外的檢出裝置進(jìn)行.,機械手分類,手夾根據(jù)夾持工件方法的不同,可以分為夾爪型手夾,真空吸著型手夾與特殊手夾. 夾爪型手夾根據(jù)夾爪之開合方式,手夾之運動軌跡及驅(qū)動力,驅(qū)動機構(gòu)等,也可以做詳細(xì)分類. 依夾爪開閉之方分類:a,單開閉式,b,雙開閉式,

12、c,混合開閉式,單開閉式手夾,固定夾,可動夾,工件,氣缸,銷,固定基板,,,雙開閉式夾爪,銷,,,工件,混合開閉式手夾,止動銷,一組類似開閉式卡爪,在抓取工件時,其中一支夾爪的前進(jìn)的動作會被止動銷擋住,另外一直持續(xù)前進(jìn),因此稱混合開閉式手夾,按照其他方式對手夾做區(qū)分,1.運動軌跡1.1.圓弧運動1.2.圓弧平行運動1.3.直近平行運動2.依照其驅(qū)動機構(gòu)分類2.1凸輪式2.2.連桿式2.3.齒輪齒條式3.吸著型手夾3.1

13、.真空吸著型3.2.磁鐵吸著型(永久磁鐵或電磁鐵,需要頂出機構(gòu)),機械手使用的問題,1.工件在機械手前端手夾之夾持下,隨著機械臂做回轉(zhuǎn)運動,當(dāng)工件與夾持面保持平衡時受離心力,切線分力等各種力的影響,很難保證原來的形狀,因此需要保證足夠的夾持力,如果夾爪與工件的摩擦力不足會造成工件往其運動半徑方向滑出.因此設(shè)計夾爪不僅要注意夾爪與工件的摩擦力,還要注意設(shè)計夾爪時按照三維空間設(shè)計,產(chǎn)品在組裝治具中的定位,1.平面定位(除了球體,橢圓的特殊

14、形狀的工件之外,大部分加工件都有平面部分,此平面可以作為定位基準(zhǔn),本身零件的平面尺寸公差需要滿足實際需要)2.同心定位3.分度定位,可以使工件程某一角度定位4.混合定位,治具規(guī)劃與設(shè)計時檢驗項目,1.治具加工時注意其功能,精度要求,材質(zhì),熱處理,體積大小,重量,毛邊,及余料之程度2.根據(jù)生產(chǎn)量,短期或長期使用,單日生產(chǎn)量及工件流程等使用條件,在簡易式,單動式或自動式夾治具中做適當(dāng)選擇,以符合生產(chǎn)線之需要.3.根據(jù)治具使用時所使

15、用的工作母機及組立機的種類,加工順序,使用泛用機或?qū)Ｓ脵C等條件,來決定治具之安裝,治具生產(chǎn)前之準(zhǔn)備,以及治具之管理方式4.治具設(shè)計是否使作業(yè)線作業(yè)容易,以提高工作效率. 4.1.將零件裝入或者取出治具時,是否容易作業(yè)?(這是自動化的第一步) 4.2.能否做單動式之治具設(shè)計,以單一動作完成定位,定心與夾緊之技能.4.3.治具加工時是否可以清楚的看到加工之狀態(tài)(防止不良品之發(fā)生),治具規(guī)劃與設(shè)計時檢驗項目,5.加工之工件是否容易變

16、形或受傷6.治具的功能是否防止逆向零件裝入?(防止不良發(fā)生,也就是我們所說的防呆作用)7.能否使治具使用標(biāo)準(zhǔn)零件,例如導(dǎo)柱導(dǎo)套,定位銷等(就是我們所謂的標(biāo)準(zhǔn)化)8.治具材料是否容易取得,能否使用庫存品?可否在手工或修改作業(yè)?9.將治具裝置于工作站之作業(yè)臺上的定位與鎖緊,是否可以短時間內(nèi)達(dá)成?(標(biāo)準(zhǔn)化)10.治具相關(guān)之工件與工程名稱(或代號,編號),是否刻寫在治具上(治具管理)11.治具不使用時是否方便保管及搬運(機治具管理)

17、,治具精度控制,確保產(chǎn)品精度的先決條件,是要求治具本身的精度,通常治具的精度一定要高于產(chǎn)品精度的10倍以上(理想值,即是治具制作的容許公差是產(chǎn)品公差的十分之一,)除了治具的精度以外,還需要注意以下幾點.1.組成治具的零件,材料及加工方式2.在工件定位為加緊作業(yè)中,與加工零件所接觸的材料及表面處理應(yīng)適當(dāng)?shù)目紤],(比如與零件直接接觸的部分是否可以使用較軟的材料,或加緩沖等)3.治具的構(gòu)成與裝配方式,必須要有適當(dāng)?shù)亩ㄎ?使分解后再裝配,

18、其精度不會改變.4.如果有數(shù)臺相同的治具,確保其精度相同(均在治具之設(shè)計容許的公差范圍內(nèi)),不允許工件精度出現(xiàn)偏差是零件之互換性不良另外 治具設(shè)計必須使工件裝入與拆卸均容易完成治具裝卸與機械或作業(yè)臺是能在短時間內(nèi)完成,且精度再現(xiàn)性極高,標(biāo)準(zhǔn)件在自動化設(shè)備中的作用,1.容易使工件精度提高到一個檔次2.節(jié)省設(shè)計及加工時間,同時也可以降低治具成本3.易于設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化4.減少超出 產(chǎn)品精度之公差的不良品,彈簧在設(shè)備中的作用,1.緩和

19、沖擊與吸收振動2.控制運動:利用彈簧的彈力保持零件之間的接觸,以控制機構(gòu)運動,如離合器,凸輪機構(gòu)等3.儲存能量:利用彈簧的變形儲存能量,如公司運用最多的脫料功能4.測量力和力矩,如推力計和張力計,彈簧在使用中需要注意事項,在彈簧壓縮圈數(shù)較多(彈簧自由高太大)中徑較小,即彈簧高度比=彈簧自由高度/彈簧中徑較大時,外載荷達(dá)到一定數(shù)值,會使彈簧發(fā)生側(cè)向彎曲而喪失穩(wěn)定性,如果彈簧的使用超出其高徑比時,可以采用導(dǎo)套導(dǎo)柱限位的方式(如下例)

20、 a,注意彈簧使用位移量. b,彈簧負(fù)載 彈簧負(fù)載=彈簧常數(shù)×位移量 C.無彈簧導(dǎo)承時,彈簧會發(fā)生縱橫彎曲等,彎曲內(nèi)側(cè)會產(chǎn)生應(yīng)力,導(dǎo)致彈簧損壞 d,彈簧內(nèi)徑與導(dǎo)向軸間隙較小會產(chǎn)生磨損,較大會產(chǎn)生縱彎曲,建議軸比內(nèi)徑小1mm. e,彈簧外徑與沉孔,建議沉孔并外徑大1.5mm,并且孔口倒角 f.如果導(dǎo)承長度較小,彈簧的縱彎曲會接觸的導(dǎo)承的前端,產(chǎn)生摩擦,建議將導(dǎo)承長度大于彈簧始高度的1/2