[工學(xué)]自動(dòng)化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、自動(dòng)化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ),李磊,自動(dòng)化設(shè)備需要具備的要素,1.移載系統(tǒng)(移送,搬送,傳動(dòng)系統(tǒng))2.供料系統(tǒng)(或稱(chēng)為供給系統(tǒng))3.加工系統(tǒng)(或稱(chēng)為組立系統(tǒng))4.檢查系統(tǒng)5.控制系統(tǒng) 在自動(dòng)組立作業(yè)中,稱(chēng),及為自動(dòng)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(dòng)或停留某一位置的機(jī)能2.供料:從儲(chǔ)料器中將零件整列,分離,并送入待裝配或待組立位置之機(jī)能3.組立:將兩個(gè)或兩個(gè)以上的零件裝入或結(jié)合成一體稱(chēng)之為組立,4.停

2、留:治具或工件不移動(dòng)而暫時(shí)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(dòng)的零件群中,將其中之一,或數(shù)個(gè)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(shí)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(lái)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(pán):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(chǎng)所均稱(chēng)為站13.工件:加工或組立作業(yè)之對(duì)象,可以將之組成組立品14.作業(yè)周期:對(duì)一組立或加工而言,所需要作業(yè)時(shí)間稱(chēng)為周期15.節(jié)奏時(shí)間:在一個(gè)完整的加工或組立作業(yè)中,每一單獨(dú)子作業(yè)之作業(yè)時(shí)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(dòng)盤(pán)技術(shù)參數(shù)要求,1.出料高度:就是振動(dòng)盤(pán)底部至出料借口處的高度2.是否需要可調(diào):(

4、簡(jiǎn)略)3.出料速度(單位時(shí)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(jì)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(jì)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(dòng)盤(pán)廠商加工的出料接口與設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的缺口是否可以吻合7.振動(dòng)盤(pán)振動(dòng)方向:振動(dòng)盤(pán)出料方向分為逆向是正向8.是否需求滿(mǎn)料檢知9.是否需要橫縱向可調(diào).,振動(dòng)盤(pán)使用中的重要性,1.零件供

5、給之自動(dòng)化,在自動(dòng)組立中是極為關(guān)鍵,它的成功與否對(duì)稼動(dòng)率,不良率有極大的影響,自動(dòng)化碰到的問(wèn)題,可以說(shuō)80%是零件供給方面的問(wèn)題.2.我們公司使用的振動(dòng)盤(pán):我們公司使用的振動(dòng)盤(pán)全部為電磁振動(dòng)式,被廣泛使用的原因是對(duì)散亂零件容易使用.可以利用送料盤(pán)之振動(dòng)是出口部位可以設(shè)置整列選向之功能.3.為了達(dá)到對(duì)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(guò),在驅(qū)動(dòng)工件的通過(guò)出口的同時(shí)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(duì)降低堵塞發(fā)生的幾率有很大助益.4.振動(dòng)盤(pán)內(nèi)的零件與其一次加滿(mǎn),不如在零件減少至1/4時(shí)才補(bǔ)充,此時(shí)移動(dòng)效率最高,如果料盤(pán)中接近無(wú)零件時(shí),大部分之零件均在料規(guī)上,缺乏來(lái)自料盤(pán)低部的推升力量,其移動(dòng)速度會(huì)因此而下降.,機(jī)械式振動(dòng)盤(pán),1.電磁式振動(dòng)盤(pán)噪音較大,針對(duì)此問(wèn)題,日本FIT開(kāi)發(fā)出回轉(zhuǎn)式振料盤(pán),商品名稱(chēng)DEXTER,其送料盤(pán)內(nèi)設(shè)傾斜只回轉(zhuǎn)圓盤(pán),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(pán)與料軌使用不同之馬達(dá)驅(qū)動(dòng),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(dòng)式送料盤(pán)比較,其供給能力大,并且噪音相對(duì)也小,但是其整列推送之技術(shù)層次較高,也無(wú)法整列推送之工件.,自動(dòng)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(dòng)盤(pán)自動(dòng)供料式3.氣缸移動(dòng)進(jìn)給式4.機(jī)械手加持給料式,氣缸馬達(dá)搬送物料設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)(定位與水平等)3

8、.拉料棘輪平行性氣缸搬運(yùn)注意事項(xiàng)1.物料的定位裝置2.氣缸行程注意事項(xiàng)(移送物料之定位性),取放裝置,所謂取放裝置,就是將待機(jī)位置的工件抓起,然后將其運(yùn)送至裝入位置并裝入對(duì)應(yīng)的工件中取放裝置主要使用在自動(dòng)裝配機(jī)或生產(chǎn)線上,市場(chǎng)有標(biāo)準(zhǔn)件可以購(gòu)買(mǎi),下面是根據(jù)取放端的運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)舉例,X-Z直線型,手夾,工件,取放端之運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樗脚c垂直的合成運(yùn)動(dòng),Z-θ搖動(dòng)型,運(yùn)動(dòng)曲線,取放端在水平面上擺動(dòng),同時(shí)也在垂直方向上做升降運(yùn)動(dòng),擺動(dòng)的角

9、度多為90°,Z面搖動(dòng)型,取放端在垂直面上擺動(dòng),從傾斜的滑規(guī)中取出零件進(jìn)行裝配作業(yè),機(jī)械手特點(diǎn),1.人類(lèi)的手實(shí)際上是機(jī)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(jī)械手是永遠(yuǎn)造不出來(lái)的 但是就動(dòng)作之迅速,對(duì)重物夾持的能力,長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)動(dòng)作的能力,機(jī)械定位精度之再現(xiàn)性等特性而言,機(jī)械手則比人手更勝一籌. 在自動(dòng)組立中,80%的動(dòng)作是,,及等單純組合,所以機(jī)械手不需要像人手那樣靈巧也可滿(mǎn)足需要(如WD257/

10、31R).,機(jī)械手設(shè)計(jì)之基本條件,1.工件之夾持與放開(kāi)之機(jī)能2.對(duì)工件之約束功能 機(jī)械手夾持工件時(shí),機(jī)械手停留,移動(dòng)及裝入過(guò)程中,工件之姿勢(shì)不能受外力影響而變化.機(jī)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(jī)械手設(shè)計(jì),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(jī)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(duì)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(wú)工件之檢出性能.3.手夾內(nèi)工件之姿勢(shì)之檢出性能4.具有控制手夾對(duì)工件夾持力的機(jī)能. 以上所述:進(jìn)階手夾中的必要條件之2,3項(xiàng)可以借助手夾以外的檢出裝置進(jìn)行.,機(jī)械手分類(lèi),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(kāi)合方式,手夾之運(yùn)動(dòng)軌跡及驅(qū)動(dòng)力,驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等,也可以做詳細(xì)分類(lèi). 依夾爪開(kāi)閉之方分類(lèi):a,單開(kāi)閉式,b,雙開(kāi)閉式,

12、c,混合開(kāi)閉式,單開(kāi)閉式手夾,固定夾,可動(dòng)夾,工件,氣缸,銷(xiāo),固定基板,,,雙開(kāi)閉式夾爪,銷(xiāo),,,工件,混合開(kāi)閉式手夾,止動(dòng)銷(xiāo),一組類(lèi)似開(kāi)閉式卡爪,在抓取工件時(shí),其中一支夾爪的前進(jìn)的動(dòng)作會(huì)被止動(dòng)銷(xiāo)擋住,另外一直持續(xù)前進(jìn),因此稱(chēng)混合開(kāi)閉式手夾,按照其他方式對(duì)手夾做區(qū)分,1.運(yùn)動(dòng)軌跡1.1.圓弧運(yùn)動(dòng)1.2.圓弧平行運(yùn)動(dòng)1.3.直近平行運(yùn)動(dòng)2.依照其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分類(lèi)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(jī)構(gòu)),機(jī)械手使用的問(wèn)題,1.工件在機(jī)械手前端手夾之夾持下,隨著機(jī)械臂做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),當(dāng)工件與夾持面保持平衡時(shí)受離心力,切線分力等各種力的影響,很難保證原來(lái)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(huì)造成工件往其運(yùn)動(dòng)半徑方向滑出.因此設(shè)計(jì)夾爪不僅要注意夾爪與工件的摩擦力,還要注意設(shè)計(jì)夾爪時(shí)按照三維空間設(shè)計(jì),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(mǎn)足實(shí)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(jì)時(shí)檢驗(yàn)項(xiàng)目,1.治具加工時(shí)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(zhǎng)期使用,單日生產(chǎn)量及工件流程等使用條件,在簡(jiǎn)易式,單動(dòng)式或自動(dòng)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(shí)所使

15、用的工作母機(jī)及組立機(jī)的種類(lèi),加工順序,使用泛用機(jī)或?qū)Ｓ脵C(jī)等條件,來(lái)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(jì)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(shí),是否容易作業(yè)?(這是自動(dòng)化的第一步) 4.2.能否做單動(dòng)式之治具設(shè)計(jì),以單一動(dòng)作完成定位,定心與夾緊之技能.4.3.治具加工時(shí)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(jì)時(shí)檢驗(yàn)項(xiàng)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(shuō)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(xiāo)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(kù)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(tái)上的定位與鎖緊,是否可以短時(shí)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(chēng)(或代號(hào),編號(hào)),是否刻寫(xiě)在治具上(治具管理)11.治具不使用時(shí)是否方便保管及搬運(yùn)(機(jī)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(diǎn).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(huì)改變.4.如果有數(shù)臺(tái)相同的治具,確保其精度相同(均在治具之設(shè)計(jì)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(jì)必須使工件裝入與拆卸均容易完成治具裝卸與機(jī)械或作業(yè)臺(tái)是能在短時(shí)間內(nèi)完成,且精度再現(xiàn)性極高,標(biāo)準(zhǔn)件在自動(dòng)化設(shè)備中的作用,1.容易使工件精度提高到一個(gè)檔次2.節(jié)省設(shè)計(jì)及加工時(shí)間,同時(shí)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(dòng)2.控制運(yùn)動(dòng):利用彈簧的彈力保持零件之間的接觸,以控制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng),如離合器,凸輪機(jī)構(gòu)等3.儲(chǔ)存能量:利用彈簧的變形儲(chǔ)存能量,如公司運(yùn)用最多的脫料功能4.測(cè)量力和力矩,如推力計(jì)和張力計(jì),彈簧在使用中需要注意事項(xiàng),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(shí),外載荷達(dá)到一定數(shù)值,會(huì)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(shí),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(wú)彈簧導(dǎo)承時(shí),彈簧會(huì)發(fā)生縱橫彎曲等,彎曲內(nèi)側(cè)會(huì)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(huì)產(chǎn)生磨損,較大會(huì)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(zhǎng)度較小,彈簧的縱彎曲會(huì)接觸的導(dǎo)承的前端,產(chǎn)生摩擦,建議將導(dǎo)承長(zhǎng)度大于彈簧始高度的1/2