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1、自动化机构设计基础,李磊,自动化设备需要具备的要素,1.移载系统(移送,搬送,传动系统)2.供料系统(或称为供给系统)3.加工系统(或称为组立系统)4.检查系统5.控制系统 在自动组立作业中,称,及为自动化的三要素,几种名词解释,1.移载:将工件或治具沿生产线移动或停留某一位置的机能2.供料:从储料器中将零件整列,分离,并送入待装配或待组立位置之机能3.组立:将两个或两个以上的零件装入或结合成一体称之为组立,4.停留:治具或工件不移动而暂时停止之状态5.整列:使零件的方向或方位一致化以便后工序作业6.分离:在流动的零件群中,将其中之一,或数个隔离7.裝配,裝入:将零件置入或插入治具或其他零件所
2、定之位置中8.分割分度作业(间歇移送):在移载作业中,使部品能以一定之角度,时间或距离相间隔.,9.组立治具:为进行组立作业,用以承载并固定工件之治具10,承载治具:用来承载工件或组立治具,能够在站与站间移送之治具11.承载盘:是承载治具的一部分,用以固定组立治具之平板12.站:生产线上沿线固定的治具,或是使工件停留之场所均称为站13.工件:加工或组立作业之对象,可以将之组成组立品14.作业周期:对一组立或加工而言,所需要作业时间称为周期15.节奏时间:在一个完整的加工或组立作业中,每一单独子作业之作业时间16.子作业:从整列,供料,移载,装配或加工至移出等,都属于子作业的例子.,振动盘技术参
3、数要求,1.出料高度:就是振动盘底部至出料借口处的高度2.是否需要可调:(简略)3.出料速度(单位时间内出料的数量,基本上可按照需求的1.5倍要求)4.出料方向:根据设计者的要求物料的排列方向5.是否需要加接直线振轨:根据物料的大小和设计者的需求而订.(包括物料的体积,重量,与轨道的接触面积等)6.出料轨道之接口要求:振动盘厂商加工的出料接口与设计者设计的缺口是否可以吻合7.振动盘振动方向:振动盘出料方向分为逆向是正向8.是否需求满料检知9.是否需要横纵向可调.,振动盘使用中的重要性,1.零件供给之自动化,在自动组立中是极为关键,它的成功与否对稼动率,不良率有极大的影响,自动化碰到的问题,可以
4、说80%是零件供给方面的问题.2.我们公司使用的振动盘:我们公司使用的振动盘全部为电磁振动式,被广泛使用的原因是对散乱零件容易使用.可以利用送料盘之振动是出口部位可以设置整列选向之功能.3.为了达到对工件整列选向的目的,需要根据工件之形状上的差异做选向判别,并使出口只允许完成整列之工件通过,在驱动工件的通过出口的同时也要特别注意,不可以发生堵塞的状况,.出口处将表面摩擦系数降低,对降低堵塞发生的几率有很大助益.4.振动盘内的零件与其一次加满,不如在零件减少至1/4时才补充,此时移动效率最高,如果料盘中接近无零件时,大部分之零件均在料规上,缺乏来自料盘低部的推升力量,其移动速度会因此而下降.,机
5、械式振动盘,1.电磁式振动盘噪音较大,针对此问题,日本FIT开发出回转式振料盘,商品名称DEXTER,其送料盘内设倾斜只回转圆盘,借其回转之离心力将零件送上回转的料轨.回转圆盘与料轨使用不同之马达驱动,其马达转速依不同之零件供给速度可以分别调整之.2.与电磁振动式送料盘比较,其供给能力大,并且噪音相对也小,但是其整列推送之技术层次较高,也无法整列推送之工件.,自动送料的几种方式,1.步进马达送料 1.1棘轮式拉料 1.2步近进给式2.振动盘自动供料式3.气缸移动进给式4.机械手加持给料式,气缸马达搬送物料设计要素,1.马达棘轮与料带定位孔配合公差.2.配合马达移送之定位机构(定位与水平等)3.
6、拉料棘轮平行性气缸搬运注意事项1.物料的定位装置2.气缸行程注意事项(移送物料之定位性),取放装置,所谓取放装置,就是将待机位置的工件抓起,然后将其运送至装入位置并装入对应的工件中取放装置主要使用在自动装配机或生产线上,市场有标准件可以购买,下面是根据取放端的运动轨迹分类举例,X-Z直线型,手夹,工件,取放端之运动方向为水平与垂直的合成运动,Z-摇动型,运动曲线,取放端在水平面上摆动,同时也在垂直方向上做升降运动,摆动的角度多为90,Z面摇动型,取放端在垂直面上摆动,从倾斜的滑规中取出零件进行装配作业,机械手特点,1.人类的手实际上是机富有使用弹性及适用性的器具,拥有与手相同的适应性及弹性的机
7、械手是永远造不出来的 但是就动作之迅速,对重物夹持的能力,长时间连续动作的能力,机械定位精度之再现性等特性而言,机械手则比人手更胜一筹.在自动组立中,80%的动作是,及等单纯组合,所以机械手不需要像人手那样灵巧也可满足需要(如WD257/31R).,机械手设计之基本条件,1.工件之夹持与放开之机能2.对工件之约束功能 机械手夹持工件时,机械手停留,移动及装入过程中,工件之姿势不能受外力影响而变化.机械手必须具备充分之约束力或具有拘束工件之形状.3.工件位置精度之再现性 其机械手设计,是工件与手夹之位置关系在一定精度内具有再现的机能.进阶手夹之必要条件1.泛用性 在一定的条件范围内,对形状与尺寸
8、不同的工件,具有如前所述基本必要条件之夹持功能,谓之手夹之泛用性.2.手夹内有无工件之检出性能.3.手夹内工件之姿势之检出性能4.具有控制手夹对工件夹持力的机能.以上所述:进阶手夹中的必要条件之2,3项可以借助手夹以外的检出装置进行.,机械手分类,手夹根据夹持工件方法的不同,可以分为夹爪型手夹,真空吸著型手夹与特殊手夹.夹爪型手夹根据夹爪之开合方式,手夹之运动轨迹及驱动力,驱动机构等,也可以做详细分类.依夹爪开闭之方分类:a,单开闭式,b,双开闭式,c,混合开闭式,单开闭式手夹,固定夹,可动夹,工件,气缸,销,固定基板,双开闭式夹爪,销,工件,混合开闭式手夹,止动销,一组类似开闭式卡爪,在抓取
9、工件时,其中一支夹爪的前进的动作会被止动销挡住,另外一直持续前进,因此称混合开闭式手夹,按照其他方式对手夹做区分,1.运动轨迹1.1.圆弧运动1.2.圆弧平行运动1.3.直近平行运动2.依照其驱动机构分类2.1凸轮式2.2.连杆式2.3.齿轮齿条式3.吸著型手夹3.1.真空吸著型3.2.磁铁吸著型(永久磁铁或电磁铁,需要顶出机构),机械手使用的问题,1.工件在机械手前端手夹之夹持下,随着机械臂做回转运动,当工件与夹持面保持平衡时受离心力,切线分力等各种力的影响,很难保证原来的形状,因此需要保证足够的夹持力,如果夹爪与工件的摩擦力不足会造成工件往其运动半径方向滑出.因此设计夹爪不仅要注意夹爪与工
10、件的摩擦力,还要注意设计夹爪时按照三维空间设计,产品在组装治具中的定位,1.平面定位(除了球体,椭圆的特殊形状的工件之外,大部分加工件都有平面部分,此平面可以作为定位基准,本身零件的平面尺寸公差需要满足实际需要)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,治具规划与设计时检验项目,1.治具加工时注意其功能,精度要求,材质,热处理,体积大小,重量,毛边,及余料之程度2.根据生产量,短期或长期使用,单日生产量及工件流程等使用条件,在简易式,单动式或自动式夹治具中做适当选择,以符合生产线之需要.3.根据治具使用时所使用的工作母机及组立机的种类,加工顺序,使用泛用机或专用机等条件,
11、来决定治具之安装,治具生产前之准备,以及治具之管理方式4.治具设计是否使作业线作业容易,以提高工作效率.4.1.将零件装入或者取出治具时,是否容易作业?(这是自动化的第一步)4.2.能否做单动式之治具设计,以单一动作完成定位,定心与夹紧之技能.4.3.治具加工时是否可以清楚的看到加工之状态(防止不良品之发生),治具规划与设计时检验项目,5.加工之工件是否容易变形或受伤6.治具的功能是否防止逆向零件装入?(防止不良发生,也就是我们所说的防呆作用)7.能否使治具使用标准零件,例如导柱导套,定位销等(就是我们所谓的标准化)8.治具材料是否容易取得,能否使用库存品?可否在手工或修改作业?9.将治具装置
12、于工作站之作业台上的定位与锁紧,是否可以短时间内达成?(标准化)10.治具相关之工件与工程名称(或代号,编号),是否刻写在治具上(治具管理)11.治具不使用时是否方便保管及搬运(机治具管理),治具精度控制,确保产品精度的先决条件,是要求治具本身的精度,通常治具的精度一定要高于产品精度的10倍以上(理想值,即是治具制作的容许公差是产品公差的十分之一,)除了治具的精度以外,还需要注意以下几点.1.组成治具的零件,材料及加工方式2.在工件定位为加紧作业中,与加工零件所接触的材料及表面处理应适当的考虑,(比如与零件直接接触的部分是否可以使用较软的材料,或加缓冲等)3.治具的构成与装配方式,必须要有适当
13、的定位,使分解后再装配,其精度不会改变.4.如果有数台相同的治具,确保其精度相同(均在治具之设计容许的公差范围内),不允许工件精度出现偏差是零件之互换性不良另外 治具设计必须使工件装入与拆卸均容易完成治具装卸与机械或作业台是能在短时间内完成,且精度再现性极高,标准件在自动化设备中的作用,1.容易使工件精度提高到一个档次2.节省设计及加工时间,同时也可以降低治具成本3.易于设备标准化4.减少超出 产品精度之公差的不良品,弹簧在设备中的作用,1.缓和冲击与吸收振动2.控制运动:利用弹簧的弹力保持零件之间的接触,以控制机构运动,如离合器,凸轮机构等3.储存能量:利用弹簧的变形储存能量,如公司运用最多
14、的脱料功能4.测量力和力矩,如推力计和张力计,弹簧在使用中需要注意事项,在弹簧压缩圈数较多(弹簧自由高太大)中径较小,即弹簧高度比=弹簧自由高度/弹簧中径较大时,外载荷达到一定数值,会使弹簧发生侧向弯曲而丧失稳定性,如果弹簧的使用超出其高径比时,可以采用导套导柱限位的方式(如下例)a,注意弹簧使用位移量.b,弹簧负载 弹簧负载=弹簧常数位移量 C.无弹簧导承时,弹簧会发生纵横弯曲等,弯曲内侧会产生应力,导致弹簧损坏 d,弹簧内径与导向轴间隙较小会产生磨损,较大会产生纵弯曲,建议轴比内径小1mm.e,弹簧外径与沉孔,建议沉孔并外径大1.5mm,并且孔口倒角 f.如果导承长度较小,弹簧的纵弯曲会接触的导承的前端,产生摩擦,建议将导承长度大于弹簧始高度的1/2,并且孔口导角约C3处理.,弹簧使用注意事项,同步带与同步带轮的选择,幾種刀具材料特性,组立系统设计与装配事例,
