自动化生产线课件PPT 589页

'自动化生产线自动化生产线指导教师指导教师郑欣荣郑欣荣教材：教材：自动化制造系统自动化制造系统参考书：生产过程自动化参考书：生产过程自动化自动机械设计自动机械设计先进制造技术先进制造技术 教室安排教室安排•1～5周•周二教502•周五教601•6～16周•教1102 第一章第一章绪论绪论•要求：通过本章教学，使大家了解生产过程自动化所研究的对象及作为自动化方面的专家必备的条件，了解自动化制造系统和自动化生产线的定义，清楚自动化制造系统的组成，各种自动化制造系统的基本形式、特点及适用范围，自动化制造系统的评价指标。 一一生产过程自动化概述生产过程自动化概述•生产过程自动化就是对自动化加以完善的过程。自动化方面的专家，不仅应当具有丰富的、关于各种结构和工艺过程的知识，而且应当具有自动机床构成的一般规律性，以及自动机床和自动线的分析和综合方法方面的知识。这里的分析和综合方法，是以生产率、可靠性和经济效果理论的科学原理为其基础的。 11、、生产过程概述生产过程概述a.a.广义的生产过程广义的生产过程•信息流物流 b.b.狭义的生产过程狭义的生产过程外部信息反馈信息人机功能合理分配的信息流控制系统原材料成品和文档资料自动储自动搬自动自动辅助过程自自动检自动装配套件存送冷加工热处理动化验配废料资金环境污染能量流控制系统能源 22生产过程自动化的需求例生产过程自动化的需求例•a杭汽发发动机缸盖加工•b余姚长城精工卷尺切零自动线•c杭州天元药业有限公司培养瓶倒冲装置•d宁波爱文文具有限公司长尾夹自动装配线•e膜式壁焊接自动线 二自动化制造系统的定义、组成及类型二自动化制造系统的定义、组成及类型•1、定义•自动化制造系统是由一定范围的被加工对象、一定柔性和自动化水平的各种设备和高素质的人组成的一个有机整体，它接受外部信息、能源、资金、配套件和原材料等，在人和计算机控制系统的共同作用下，实现一定程度的柔性自动化制造，最后输出产品、文档资料、废料和对环境的污染。 2、自动化制造系统的组成：a、具有一定技术水平和决策能力的人；b、一定范围的被加工对象；c、信息流及其控制系统；d、能量流及其控制系统；e、物料流及物料处理系统。 33、自动化制造系统的功能组成、自动化制造系统的功能组成自动化制造系统良好的高素质的人组织管理毛机储装辅热质系坯械运配助处量统制加自过过理控控备工动程程过制制自自化自自程自自动动子动动自动动化化系化化动化化子子统子子化子子系系系系子系系统统统统系统统统 三三生产过程自动化的意义及生产过程自动化的意义及对自动化专家的要求对自动化专家的要求•1、生产过程自动化的意义•a、提高生产率；•b、缩短生产周期；•c、提高产品质量；•d、提高经济效益；•e、降低劳动强度；•f、有利于产品更新；•g、提高劳动者的素质；•h、带动相关技术的发展；•i、体现一个国家的科技水平。 2、作为一个自动化方面的专家必备的知识结构及应具备的素质A对自动化专家知识面的要求a.生产过程自动化的学科特点和体系生产过程自动化的学科特点为涉及学科范围广，呈多学科交叉状态。生产过程自动化的学科体系见下表： 生产过程自动化的学科体系生产过程自动化的学科体系生产过程自动化自动化技术系统工程技术制造科学与技术系材设质信计环人生自运电规工技先统料计量息算境机产动筹气划业术进工科与控科机保工管控学工论工经制程学制制学科护程理制程程济造学造工学学学理学理学程论论 b、密切关注国际上自动化的发展动向，及时了解自动化最新的结构和配置方案，关注新工艺、新材料、新技术（制造、控制、管理）的发展动向。2、技能方面的要求：a、能熟练拟定工艺过程，以便作为设计自动机床和自动线的基础，同时要考虑到对产品所提出的特殊要求和工艺参数的稳定性，还要考虑到工序的分散和集中程度等； b、能按照数量和质量标准来分析工艺过程方案，并最终选出最佳工艺过程方案，选择必需的设备等；c、能按照经济准则，评价所提出的工艺过程方案和设备方案；d、能选择待设计设备的最佳自动化程度（手控机床，半自动机床，自动线，综合自动化系统等）；e、会选择和计算自动机床和自动线的原理方案，并使加工流水线的数目、工位数、工段数、中间料库的型式和容量、设备组合的型式以及配置型式的组合是最佳的； f、会选择控制系统的型式（挡铁控制，靠模控制，分配轴控制，程序控制及其他控制型式），编写拟订控制系统的技术任务书，并对方案的质量作出评价；g、能拟订特殊的、用于控制和检测的机构和装置的结构；h、能拟订执行辅助操作（空程操作），即执行供料、毛坯的定向、输送、夹紧和半成品贮存及其他辅助操作的机构和装置的结构； 四自动化制造系统的特点、四自动化制造系统的特点、适用范围及实现原则适用范围及实现原则•（一）自动化制造系统的基本形式、特点及适用范围 11、、自动化制造系统的基本形式自动化制造系统的基本形式•刚性半自动化单机•刚性自动化单机刚性自动化•设备及系统刚性自动线•刚性综合自动化系统•自动化一般数控机床•制造系统加工中心•混合成组制造单元•柔性自动化分布式数控系统DNC•设备及系统柔性制造单元FMC•柔性制造系统FMS•柔性制造线FML•计算机集成制造系统CIMS （（11））刚性半自动化单机刚性半自动化单机•除上下料外，机床可以自动的完成单个工艺过程的加工循环，这样的机床称为刚性半自动化单机。•刚性半自动化单机实现的是加工自动化的最低层次，但是投资少、见效快，适用于产品品种变化范围和生产批量都较大的制造系统。•缺点：调整工作量大，加工质量较差，工人劳动强度大。 （（22）刚性自动化单机）刚性自动化单机•在刚性半自动化单机的基础上增加自动上下料装置而形成的自动化机床称刚性自动化单机。•刚性自动化单机常用于品种变化很小，但生产批量特别大的场合。•特点：投资少、见效快，但通用性差，是大量生产最常见的加工设备。 （（33））刚性自动线刚性自动线•刚性自动线（自动化生产线）：•把机床按工艺顺序依次排列，用自动输送装置和其它辅助装置将它们联系起来，使之成为一个整体，并用液压或气动系统与电气控制系统将各个部分的动作联系起来，使其按照规定的程序自动地进行工作,使原料、毛坯或半成品（在装配时是零部件）根据控制系统要求，以一定节拍，按工艺顺序自动地经过各工位，完成预定的工艺过程，最后成为合乎设计要求的制品。这种自动工作的机床系统就称为刚性自动线。 •特点：具有统一的控制系统和严格的生产节拍，与自动化单机相比，结构复杂，完成的加工工序多，生产率很高。是少品种、大量生产必不可少的加工设备。•优点：生产周期短，中间库存少，物料流程短，占地面积少，改善劳动条件，便于管理。•缺点：投资大，系统调整周期长，更换产品不方便。 （（44））刚性综合自动化系统刚性综合自动化系统•刚性综合自动化系统：•包括零件制造、热处理、锻压、焊接、装配、检验、喷漆、甚至包装在内的自动化系统。•优点：生产率极高，加工质量稳定，工人劳动强度低。•缺点：结构复杂，投资强度大，建线周期长，更换产品困难。 (5)(5)一般数控机床一般数控机床•数控机床分硬件数控与计算机数控两种。用于完成零件一个工序的自动化循环加工，常用于零件复杂程度不高，品种多变、批量中等的生产场合。 (6)(6)加工中心加工中心•加工中心：•在一般数控机床的基础上增加刀库和自动换刀装置而形成的一类更复杂、但用途更广，效率更高的数控机床。•加工中心分铣削加工中心与车削加工中心。•优点：工序集中、可以有效缩短调整时间和搬运时间，减少在制品库存，加工质量高。•适用于零件复杂、工序多、生产批量中等的场合。 （（77））混合成组制造单元混合成组制造单元•成组制造单元是采用成组技术原理布置加工设备，包括成组单机、成组单元和成组流水线。在成组制造单元中，数控设备与普通加工设备并存，各自发挥其最大的作用。 （（88））分布式数控系统分布式数控系统(DNC)(DNC)•分布式数控系统(DNC)：•采用一台计算机控制若干台CNC机床，它强调系统的计划调度和控制功能，对物流与刀具流的自动化并不要求，主要由操作人员完成。•优点：系统结构简单，灵活性大、可靠性高、投资小，以软件取胜。 （（99））柔性制造单元柔性制造单元(FMC)(FMC)•柔性制造单元：•由1～3台计算机数控机床或加工中心所组成，单元中配备有某种形式的托盘交换装置或工业机器人，由单元计算机进行程序编制和分配、负荷平衡和作业计划控制。•优点：占地面积小，系统结构不很复杂、成本较低、投资较小、可靠性较高、使用及维护均较简单。•适用于品种变化不是很大，生产批量中等的生产规模。 （（1010））柔性制造系统（柔性制造系统（FMSFMS））•柔性制造系统•由四部分组成：两台以上的数控加工设备、一个自动化的物料及刀具储运系统、若干台辅助设备（如清洗机、测量机、排屑装置、冷却润滑装置等）和一个由多级计算机组成的控制和管理系统。FMS内有两类不同性质的运动，一类是系统的信息流；一类是系统的物料流，物料流受信息流的控制。 •优点：•1、系统自动化程度高，可以减少机床操作人员。•2、由于配有质量检测和反馈控制装置，零件的加工质量很高。•3、工序集中，可以有效减少生产面积。•4、与立体仓库相配合，可以实现24小时连续工作。•5、由于集中作业，可以减少加工时间。•6、易于和计算机管理信息系统、技术信息系统和质量信息系统结合形成更高级的自动化制造系统。 •缺点：•1、系统投资大，投资回收期长。•2、系统结构复杂，对操作人员的要求很高。•3、系统结构复杂使得系统的可靠性较差。•适用于品种变化不大，批量在200～2,500件的中等批量生产。 （（1111）柔性制造线）柔性制造线(FML)(FML)•柔性制造线与柔性制造系统之间的界限也很模糊，两者的主要区别是前者象刚性自动线，具有一定的生产节拍，工件沿一定的方向顺序传送，后者则没有一定的生产节拍，工件输送方向也是随机性质。柔性制造线主要适用于品种变化不大的中批和大批量生产，线中的机床主要是多轴主轴箱的换箱式和转塔式加工中心。在工件变换以后，各机床的主轴箱可自动进行更换，同时掉入相应的数控程序，生产节拍也会作相应的调整。 •优点：•柔性制造线具有刚性自动线的绝大部分优点，当批量不很大时，生产成本比刚性自动线低得多，当品种改变时，系统所需的调整时间又比刚性自动线少得多。•缺点：•建立系统的总费用比刚性自动线高得多。 (12)(12)计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS)(CIMS)•计算机集成制造系统是目前最高级别的自动化制造系统，它强调的主要是信息集成，而不是制造过程物流的自动化。•它的主要特点是系统十分庞大，包括的内容很多，要在一个企业完全实现难度很大。 （二）自动化制造系统的实现原则（二）自动化制造系统的实现原则•1产品设计方面：•A通用化、系列化、标准化和模块化；•B采用“面向制造设计”和“面向装配设计”技术；•C尽可能采用多种先进的毛坯制备方法，如精密铸造、精密锻造、冷挤压、精密轧制等。 •2工艺技术方面：•a、采用成组技术；•b、采用柔性可重组的、高可靠性的和高质量的生产设备和工艺方法；•c、少品种、大批量时采用刚性自动化制造系统；•3制造系统方面：•a、根据加工产品的数量、品种数、结构确定制造系统的类型； •b、人机功能合理分工；•c、多采用自动检测装置，在系统中增设反馈控制功能；•d、信息流处理和物料流的自动化是自动化制造系统的两个主要内容，在系统分析和设计时应予以高度重视；•e、重视人的作用。 五自动化制造系统的评价指标五自动化制造系统的评价指标•（一）自动化制造系统评价的特点•全面性；•完整性；•真实性；•尽可能量化评价。 •（二）自动化制造系统的评价指标生产率经济性可靠性质量制造柔性可持续发展 11提高生产率途径提高生产率途径•最大限度缩短辅助时间；•采用工艺过程最佳化技术；•选用高效率加工和检测设备。 22保证高质量产品的手段保证高质量产品的手段•采用高精度机床，多工位自动加工；•自动检验，反馈补偿控制；•自适应控制，自动装配；•“零缺陷”生产。• 33提高寿命周期经济性途径提高寿命周期经济性途径•采用高效率的设备减少产品在车间的总时间；•通过系统的优化设计和运行节约能源和资源；•采用自动化制造系统减少劳动工人的数量；•通过自动检验和质量控制以减少废次品率；•提高设备利用率减少设备的摊成费； 44提高寿命周期可靠性提高寿命周期可靠性•通过可靠性分析及设计方法来提高系统的可靠性；•通过优化设计提高薄弱环节的可靠性，必要时采取冗余结构提高可靠性；•对智能化制造系统，还应具备故障自诊断和自修复功能，以实现系统的零故障运行。 六六自动化生产线概述自动化生产线概述•(一)、定义：•把机床按工艺顺序依次排列，用自动输送装置和其它辅助装置将它们联系起来，使之成为一个整体，并用液压或气动系统与电气控制系统将各个部分的动作联系起来，使其按照规定的程序自动地进行工作,使原料、毛坯或半成品（在装配时是零部件）根据控制系统要求，以一定节拍，按工艺顺序自动地经过各工位，完成预定的工艺过程，最后成为合乎设计要求的制品。这种自动工作的机床系统就称为自动化生产线。 ((二二))、自动化生产线的特点、自动化生产线的特点•1、具有较高的自动化程度；•2、具有统一的控制系统；•3、具有严格的生产节奏。 ((三三))、自动线建线的条件、自动线建线的条件•1、生产纲领要足够大，一般应在5年内收回建线成本；•2、产品定型、质量稳定，产品寿命周期长；•3、采用的工艺方案和设备应稳定可靠；•4、毛坯质量好，生产效率高；•5、企业管理正常，具有一套科学管理自动线的制度和方法。 （四）自动线的组成（四）自动线的组成 （五）、自动线控制系统的特点（五）、自动线控制系统的特点•1、控制系统的基本要求：•(1)控制系统能满足自动工作循环的要求，并尽可能简单可靠。•(2)控制系统的机构和元件(特别是电气元件)耐用可靠。•(3)安装和调整方便。•(4)便于维护和修理；在发生故障时易于寻找事故的原因和位置，以便用较短的时间排除故障。•(5)管道线路的布置和敷设安全合理，并能保持自动线总体上的整齐美观。 22、控制系统的类型、控制系统的类型•行程控制系统•集中控制系统类型•混合控制系统•计算机控制系统 33、自动线电气控制系统的特点、自动线电气控制系统的特点•(1)控制全线的自动工作循环，使自动线能连续地进行工作。•(2)能实现单循环控制。•(3)各台机床及主要辅助设备均能单独控制以便于调整。•(4)具备检查各种设备和装置工作情况的控制环节，以便及时发现故障产生的原因和位置。•(5)具备反映各种设备和装置工作情况的信号系统。 （六）、自动线的工作可靠性（六）、自动线的工作可靠性•1、影响自动线工作可靠性的因素：•A、影响加工精度的稳定性因素：a、工件自动装夹时的安装误差；b、工艺系统在切削力作用下的弹性变形；c、工艺系统的热变形；；•d、工件因加工引起内应力重新分布而产生的变形；•e、自动测量误差；•f、由于刀具磨损或变形引起的尺寸变化。•g、工艺系统的振动。•h、偶然因素，例如：定位基面上有残留切屑，工件材质、硬度不均等。 •B、影响设备和装置的工作可靠性因素：•a、必然因素：刀具磨损；•设备磨损；•b、偶然因素：液压或电气元件失灵；•执行机构的可靠性差；•由于偶然原因出现废品等。 22提高自动线的工作可靠性提高自动线的工作可靠性的措施的措施•(1)拟订工艺方案时，合理选择加工方法和确定工序数。有利于保证加工精度的稳定性。•在安排加工顺序时，注意尽可能减小工件因切削而产生的热变形的影响。• •(2)设计自动线中所用的机床和辅助设备时，特别注意结构上的可靠性。应合理地简化部件结构，尽量避免采用复杂而刚性及稳定性差的机构或装置；注意设备检修的方便性；经常需要更换或调整的部件设置在易于接近和方便于操作的地方；使运动的部件及构件具有良好的润滑条件，以免过早地磨损等等。• •(3)提高切削工具的质量，正确选择刀具的材料和几何参数；通过总结实践经验或工艺试验制订合理的切削用量；采用机械夹固不重磨式刀片；采取强制换刀和集中刃磨制度，采用快换刀夹或线外调整对刀法以减少更换和调整时间等等。 作业作业•1、试述自动化制造系统的组成。•2、试述自动化生产线的定义。•3、试述影响自动线工作可靠性的因素。•4、试述自动化制造系统的基本类型及特点。•5、试述自动线建线的条件。 第二章工序自动化2.1自动装卸工件装置2.2检验过程自动化 2.1自动装卸工件装置°自动装卸工件装置是自动机床不可缺少的辅助装置。当机床实现了加工循环自动化之后，还只是半自动机床，因为每当完成一个加工循环后必须停车，由工人进行装卸工件，经过再次启动，才能进行下一次加工循环。在半自动机床上配备自动装卸工件装置以后，由于能够自动完成装卸工作，因而自动加工循环可以连续进行，即成为全自动机床。在实现工艺过程自动化时，自动装卸工件装置也是组成自动线的不可缺少的辅助装置 2.1.1自动上料装置的类型及特点°一、类型°（1）卷料（或带料）上料装置。将线状的、细棒状的和带状的材料，预先绕成卷状，在加工时将卷料装上自动送料机构，材料从料盘中拉出来，经过自动校直后，送向加工位置。在一卷材料用完之前，送料和加工是连续进行的。°（2）棒料上料装置。当采用棒料作为毛坯时，将一定长度的棒料装在机床上，然后按每一工件所需的长度自动送料。在用完一根棒料之后，需要进行一次手工装料。°（3）单件毛坯上料装置。当采用锻件或将棒料预先切成单件坯料作为毛坯时，需要在机床上设置专门的单件毛坯上料装置。°a料仓式上料装置°b料斗式上料装置°c上料机械手°（4）粉粒料上料装置。°（5）液体料上料装置 一自动上料装置的类型自动上料装置卷料（或带料）单件毛坯粉粒料液体料棒料上料装置上料装置上料装置上料装置上料装置料仓式上料装置料斗式上料装置上料机械手 2.1.2液体料供料机构°一、液体料的特点：°液体料的流动性好，因此设计液体料供料机构时，主要考虑定量、灌装和容器上下运动等问题。 二液体料供料机构组成液体料供料机构定量机构灌装机构托盘升降机构按液位定量等压法滑道式按体积定量真空法压缩空气式定量泵法重力法综合式 例题°为了对洗衣机进行绝缘与负载测试，试为洗衣机装配自动线设计洗衣机自动定量加水系统，要求加水至洗衣机容量的70％，节拍1台/分钟。 一设计程序°1、市场调研，了解现场工艺。°2、功能原理设计°黑箱法分析外界条件控制输入输出黑箱 明确系统功能°功能原理分析分解分功能分功能求解°综合成多个原理方案方案评价°选择最佳方案°分功能求解：°寻求各种物理原理。如表的工作原理。 创新设计方法创新设计方法正向思维逆向思维侧向思维°头脑风暴法 3、实用化设计总装配草图零部件图总装配图一系列文件（明细表、说明书等）4、商品化设计适用性设计价值工程造型设计（工业设计） 洗衣机自动定量加水系统设计°1、总功能：给洗衣机自动装配线的洗衣机定量加水，要求加至70％，节拍1台/分钟。°2、分功能分解：°输入、定位、定量、升降、灌装、接漏、输出、检测与控制、供水。°3、分功能求解：a、输入链传动、辊道传动、带传动……检测光电传感器行程开关b、定位定位挡销定位销挡板 °容积定量°c、定量液位定量°重量定量°洗衣机升降直线往复运动°d、升降（丝杆螺母、气缸、齿°管子升降轮齿条、曲柄连杆等）°e、灌装°f、接漏－－－直线往复运动°g、输出－－－同输入°h、控制 阀2水箱液位开关系升降气缸阀3统泵阀1传感器3原水箱传感器5接漏气缸理传感器4链传动传感器2传感器1图洗衣机辊道电磁铁 2.1.3粉粒料供料机构°一、粉粒料的特点：°粉粒料具有一定的流动性，因此设计粉粒料供料机构时，主要考虑定量问题。 二、粉粒料供料机构类型粉粒料供料机构类型体积定量重量定量杠杆自动称式定量容杯式定量天平称式定量可调容杯定量电子皮带称式定量转鼓式定量螺杆式定量带式定量 2.1.4卷料供料机构°一、卷料的特点：°卷料是为了储存、运输方便，将线状的、细棒状的和带状的材料，预先绕成卷状，在加工时将卷料装上自动送料机构，材料从料盘中拉出来，经过自动校直后，送向加工位置。在一卷材料用完之前，送料和加工是连续进行的。°卷料供料机构主要解决送进、定量、矫直、制动四个问题。 二、卷料供料机构的组成卷料供料机构送进机构矫直机构定量机构制动机构杠杆式固定式旋转式机械制动钩式梳形板式电气制动钢球式固定销式滚轮式滚轮式 2.1.5料仓式上料装置°料仓式上料装置是一种半自动的上料装置，其特点是不能使工件自动定向，需要人工定时将一批工件按照一定的方向和位置，顺序排列在料仓中，然后由送料机构将工件逐个送到机床夹具中去。 一、料仓式上料装置组成料仓式上料装置料仓输料槽隔料器上料机构卸料机构 1、料仓°料仓的作用是贮存工件。根据被加工零件的形状特征、贮存量的大小以及与上料机构的配合方式的不同，料仓具有各种不同的结构型式。 料仓的类型料仓槽式料仓转盘式料仓圆筒形料仓斗式料仓搅动器料仓 料仓的类型°a、槽式料仓°b、Z形贮料槽°c、螺旋形料仓°d、转盘式料仓°e、圆筒形料仓°f、圆筒形料仓°g、斗式料仓 搅动器作用°工件在斗式料仓中整齐排列堆积时，常常会在内部互相挤住而形成“拱桥”，使得下面的工件逐渐送出以后，上部的工件却被卡住不能下落。为了保证上料装置能够连续地正常工作，常在这种料仓中设置搅动器，用以破坏“拱桥”。 搅动器类型a波纹或齿纹b摆动杠杆式c摆动杠杆加菱形搅动器d摆动凸块搅动器e电磁振动搅动器 2、输料槽°输料槽的作用是将工件从料仓（或料斗）输送到上料机构中，有时还兼有贮料的作用。°输料槽按其外部形状分，有直线型、曲线形和螺旋型等型式；按工件在输送时的运动状态分，有滚道式输料槽和滑道式输料槽等。 （1）输料槽的具体型式和结构输料槽的类型滚动输送输料槽滑送输料槽辊道式输料槽 滚动输送输料槽的具体型式和结构°a开式箱形截面输料槽b闭式箱形截面输料槽°c阶梯形盘类工件输料槽d长杆状阶梯工件输料槽°e阻尼料槽f隔离式料槽 滑送输料槽具体型式和结构°aV形输料槽b管形输料槽°c轨道式料槽d箱式输料槽 辊道式输料槽°在某些情况下为了减小输送时的摩擦阻力，可以采用辊道式输料槽。这种输料槽的缺点是结构较为复杂。 （2）输料槽的设计°①滚动输送的输料槽设计°设计时最主要的是确定料槽的宽度、侧壁高度和倾斜角度。°滚动输送的输料槽倾斜角：°对于表面光洁的工件，倾斜角可取为5°～7°；°对于表面较粗糙的工件，倾斜角可选取7°～10°；°若工件属于毛坯件，具有表面缺陷，料槽倾斜角则应适当取大些，可取为10°～15°。 输料槽侧壁高度序号截面形式示意图侧壁高度H序号截面形式示意图侧壁高度H速度较慢输送时D−dH=−ΔDH＝（0.5～0.6）D2aHe速度较快输送时△=0.5～1毫米H＝（0.7～0.8）DLdDHbH＝（0.8～1）DfHDH＝（0.5～0.6）DΔLH＝0.8DHcHDgdDH＝（0.5～0.6）d△=0.5～1.5毫米D−dH=+Δ2dDdhHDH＝（0.7～0.8）DH△=0.5～1毫米Δ ②滑送输料槽的设计°工件在滑送输料槽中，运动时的摩擦阻力较大，为了可靠地输送工件，这种输料槽的倾斜角一般不得小于25°，必要时应通过试验确定。°当采用V形输料槽时，料槽的边高可取为：H＝（0.7～0.8）D，D为工件的直径。输料槽的倾斜角公式推导如下： V形输料槽倾斜角的设计计算°设工件的重量为W，工件对输料槽的正压力为N，则有°2Nsinβ＝WcosαWcosαN=2sinβ°每边的摩擦阻力F1为：μWcosαF=μN=12sinβ°μ—摩擦系数 °总摩擦阻力F为：μWcosαF=2F==μ′Wcosα1sinβμμ"=sinβ°μ"为等效摩擦系数°对于较轻的工件，可以取β＝45°，即可以采用标准角铁制作，对于较重的工件，则取β=60°。 °工件在这种V形输料槽中滑行时的稳定性好，但为了保证输送可靠，其倾斜角α应为由等效摩擦系数所确定的摩擦角的1.4～1.5倍，即°α=（1.4~1.5)θ"μtgθ"=μ"=sinβ°式中α－输料槽的倾斜角；°θˊ－等效摩擦角。°当滑行输料槽需要转弯时，应注意用平滑的圆弧过渡，并根据工件的形状尺寸正确选择过渡圆弧的半径。 滑行输料槽转弯过渡圆弧半径设计L2R2=(R−S)2+4SL2R=+28S°R—输料槽转弯处的圆弧半径；°L—工件长度；°S—弧高°所选取的弧高S值，应使工件在输料槽中歪斜时不会卡住。 如果输料槽的直槽部分与圆弧部分做得一样宽的话，则B＝d＋C＋Sd——工件的直径；c——必需的最小间隙，可以用工件的直径d作为公称尺寸，取其6～7级精度的公差数值。如果根据公式所求得的圆弧半径R太大，以致结构上显得不合理，则应以结构的合理性为主要准则，按实际需要确定R，然后再按下式计算S：S=R−0.54R2−L2 如果确定的槽宽B过大，则可如图虚线所示，减小直槽部分的宽度。 3、上料机构上料机构上料普通机械手上料机构送料器上料杆 送料器类型送料器摆动往复式回转式直线往复式连续送料式送料器送料器送料器送料器 直线往复式送料器 送料器的几种传动方式 气—液压传动机构°在气压系统中添置一个阻尼筒3，借助于节流阀2调节送料器1的送料速度。 摆动往复式送料器°摆动往复运动式送料器，其速度比直线往复运动式的高，并且工作比较平稳。 回转式送料器°1工件2输料槽3推料缸4送料盘5顶尖°6顶尖气缸7下料工位8棘爪9棘轮10棘爪气缸 连续传送式送料器 4、隔料器°隔料器的作用是用来控制从输料槽（或料仓）进入送料器的工件数量。在比较简单的上料装置中，有时隔料器的作用兼由送料器来完成。但当工件较重，或垂直料槽中工件数量较多时，为了避免工件的全部重量都压在送料器上，最好设置单独的隔料器。 隔料器的原理图 2.1.62.1.6料斗装置与自动定向方法料斗装置与自动定向方法自动定向料斗装置机械传动式料斗装置振动式料斗用抓取法定向的料斗装置直槽式振动料斗用槽隙定向的料斗装置圆盘式振动料斗用型孔选取法定向的料斗装置用重心偏移法定向的料斗装置 一、机械传动式料斗装置一、机械传动式料斗装置©11、机械传动式料斗装置的定向方法、机械传动式料斗装置的定向方法机械传动式料斗装置的定向方法抓取法槽隙定向法型孔选取法重心偏移法 (1)(1)、用抓取法定向的料斗装置、用抓取法定向的料斗装置©11链带；链带；©22链带轮；链带轮；©33料斗；料斗；©44销子；销子；©55输料槽；输料槽； 工作原理工作原理©利用运动着的定向机构抓取工件的某些表利用运动着的定向机构抓取工件的某些表面，如孔、凹槽等，使之从成堆的杂乱工件中面，如孔、凹槽等，使之从成堆的杂乱工件中分离出来并定向排列。常用的定向机构有杆、分离出来并定向排列。常用的定向机构有杆、销、钩子等，适用于带孔的套状、碗状和环状销、钩子等，适用于带孔的套状、碗状和环状零件。零件。©装着销装着销44的链带的链带11在连续运动时，堆放在在连续运动时，堆放在料斗料斗33中的工件被销子中的工件被销子44挂住后被带向上，顺次挂住后被带向上，顺次进入输料槽进入输料槽55。当输料槽中料充满后，链带。当输料槽中料充满后，链带11上上的销子仍带着工件向输料槽中挤入，于是输料的销子仍带着工件向输料槽中挤入，于是输料槽弯曲部分的弹簧盖门被压开，多余的工件落槽弯曲部分的弹簧盖门被压开，多余的工件落入另外的料箱中。。入另外的料箱中。。 (2)(2)、用槽隙定向的料斗装置、用槽隙定向的料斗装置©在这种料斗中，用专门的定向机构搅在这种料斗中，用专门的定向机构搅动工件，使工件在不停的运动中落进沟槽动工件，使工件在不停的运动中落进沟槽或缝隙实现定向。定向机构可以作直线往或缝隙实现定向。定向机构可以作直线往复运动、摆动运动或回转运动。这一类料复运动、摆动运动或回转运动。这一类料斗可用于螺钉、螺帽、片状、圆环以及各斗可用于螺钉、螺帽、片状、圆环以及各种带头部的工件。种带头部的工件。 滑块式料斗实例滑块式料斗实例©1侧盖板；©2联接板；©3双轨式料槽；©4滑块；©5曲柄；©6连杆；©7摩擦离合器；©8皮带轮；©9料斗； (3)(3)、用型孔选取法定向的料斗装置、用型孔选取法定向的料斗装置©在这种料斗中，利用定向机构上一定形在这种料斗中，利用定向机构上一定形状和尺寸的孔穴对工件进行筛选，只有位置状和尺寸的孔穴对工件进行筛选，只有位置和截面相应于型孔的工件，才能落入孔中而和截面相应于型孔的工件，才能落入孔中而获得定向。这种定向机构大多都作连续的回获得定向。这种定向机构大多都作连续的回转运动。转运动。 旋转管式料斗实例旋转管式料斗实例©1料斗；©2料斗架；©3齿轮轴；©4定向管；©5搅动器；©6软管；©D1带轮；©D2带轮；©Z1圆锥齿轮；©Z2圆锥齿轮； (4)(4)、用重心偏移法定向的料斗装置、用重心偏移法定向的料斗装置对于一些在轴线方向重心偏移的工对于一些在轴线方向重心偏移的工件，可以利用这一特性，使重端倒向一件，可以利用这一特性，使重端倒向一个方向。对于某些重心偏移不太明显的个方向。对于某些重心偏移不太明显的工件，则在料斗中用一些简单的构件人工件，则在料斗中用一些简单的构件人为地造成重心偏移，借以使之定向。为地造成重心偏移，借以使之定向。 55、卸料机构、卸料机构©11弹簧夹弹簧夹头；头；©22卸料杆；卸料杆；©33弹簧；弹簧；©44螺母；螺母；©55工件；工件； 工作原理工作原理©卸料杆2装在弹簧夹头1内。当上料杆（或机械手）将工件5送入夹头时，便强行将卸料杆2向内推入并压缩弹簧3。当夹头夹紧工件后，在整个加工过程中弹簧3一直处于压缩状态。加工完毕后夹头一经松开，卸料杆便在弹簧3的作用下将工件顶出。螺帽4用以限制卸料杆伸出后的位置。©弹簧式卸料杆的结构一般比较简单，但是工件在弹簧力的冲击下推出夹头时，一方面势必撞击在其他部件或接料容器上，同时也不易保证工件在卸下后保持正确的定向。所以当工件的表面不允许碰伤时，卸料杆的弹簧力不宜过大或最好不采用这种方式卸料；如果在自动线中要求工件卸下后保持一定的方向运送到下一台机床去时，也不宜采用这种方式卸料。 22、振动式料斗装置、振动式料斗装置振动式料斗装置的类型直槽式振动料斗圆盘式振动料斗 ©振动式料斗装置的优点：振动式料斗装置的优点：©（（11）送料和定向过程中没有机械的搅拌、撞击）送料和定向过程中没有机械的搅拌、撞击和强烈的摩擦作用，因而工作平稳。对于已经精和强烈的摩擦作用，因而工作平稳。对于已经精加工的工件，以及薄壁、弹性、脆性的工件用这加工的工件，以及薄壁、弹性、脆性的工件用这种料斗是很合适的。所以在自动装配过程中，对种料斗是很合适的。所以在自动装配过程中，对一些小型零件自动送料，绝大多数都采用这种料一些小型零件自动送料，绝大多数都采用这种料斗。斗。©（（22））结构简单，易于维护，比较耐用。结构简单，易于维护，比较耐用。©（（33））通用性强。对于一般小型工件都能适用，通用性强。对于一般小型工件都能适用，对于形状特性不同的工件，只有定向元件不同，对于形状特性不同的工件，只有定向元件不同，其它结构都能通用。送料速度也可以较方便地调其它结构都能通用。送料速度也可以较方便地调节。振动送料的原理还可用于工件的输送、提升节。振动送料的原理还可用于工件的输送、提升等装置。等装置。 ©振动式料斗装置的缺点：振动式料斗装置的缺点：©（（11））工作中有噪声，特别当工件较大或结构参工作中有噪声，特别当工件较大或结构参数设计得不合理时噪声尤大，以致扰乱周围的工数设计得不合理时噪声尤大，以致扰乱周围的工作环境。因此必须合理地设计和调整，使之减小作环境。因此必须合理地设计和调整，使之减小和避免噪声，同时，这种料斗对于尺寸和重量较和避免噪声，同时，这种料斗对于尺寸和重量较大的工件不甚适合。大的工件不甚适合。©（（22））必须保持料斗中洁净的工作条件。当工件必须保持料斗中洁净的工作条件。当工件表面染有油污或料道上有灰屑油污时，将显著影表面染有油污或料道上有灰屑油污时，将显著影响送料速度和工作效果。响送料速度和工作效果。 直槽式振动料斗的结构直槽式振动料斗的结构©11工件工件©22滑道滑道©33板弹簧板弹簧©44铁芯和线圈铁芯和线圈©55衔铁衔铁©66底座底座 直槽式振动料斗的工作原理直槽式振动料斗的工作原理©以半波整流为例，整流电流与时间关系如图以半波整流为例，整流电流与时间关系如图 受力分析一受力分析一π©a当→2π，电磁力逐渐减小，当弹簧力＞电磁力时，2在弹簧力作用下滑台带着工件以加速度a1从左下方向右上方升移，受力情况如图。 N=mgcosα+masin(β−α)11摩擦力：F=μN=μ[mgcosα+masin(β−α)]111向左下方合力：macos(β−α)+mgsinα1当F1≥ma1cos(β−α)+mgsinα时，静摩擦力使 B2B1工件与滑台保持相对静止，一起向右上方工件与滑台保持相对静止，一起向右上方运动运动B→B。。12©当当F1≤ma1cos(β−α)+mgsinα时，工件相对滑时，工件相对滑台向左下方滑移。台向左下方滑移。 受力分析二受力分析二5π2π→©当电流从当电流从2，，电磁力逐渐增大，电磁力逐渐增大，当弹簧力＜电磁力当弹簧力＜电磁力时，在电磁力作用时，在电磁力作用下滑台带着工件以下滑台带着工件以加速度加速度a2a2从右上从右上方向左下方移动，方向左下方移动，受力情况如左图。受力情况如左图。 N=mgcosα−masin(β−α)22mgcosα>masin(β−α)i）当N2>0时，即2F=μN=μ[mgcosα−masin(β−α)]222向右上方的合力macos(β−α)−mgsinα： ©①①当当F2>弹簧力时，要求工件不跳起并尽弹簧力时，要求工件不跳起并尽可能前移。可能前移。©ii）工件不跳起：）工件不跳起：mgcosα≥ma2sin(β−α)gcosαa≤2sin(β−α)Fμ[mgcosα−masin(β−α)]22g(sinα+μcosα)a>2cos(β−α)+μsin(β−α) 结论结论©当滑台上移时：当滑台上移时：g(μcosα−sinα)a≤1cos(β−α)−μsin(β−α)©当滑台下移时：当滑台下移时：gcosαg(sinα+μcosα)≥a>2sin(β−α)cos(β−α)+μsin(β−α) 圆盘式电磁振动上料器的组成圆盘式电磁振动上料器的组成料斗底盘支座1.1.槽体部分槽体部分2.2.激振部分激振部分3.3.减振部分减振部分 1.41.4零件的整列零件的整列 11.3.3零件的定向零件的定向动画演示 2.1.42.1.4装卸料机械手装卸料机械手机械手类型专用机械手通用机械手架空式输送机械手专用机械手专用机械手运动自由度一般较少，结构不运动自由度一般较少，结构不复杂；复杂；通用机械手通用机械手具有较多的运动自由度，结构具有较多的运动自由度，结构复杂；复杂；架空式输送机械手架空式输送机械手不仅能自动装卸工件，不仅能自动装卸工件，而且担负着工位间的传送工作。而且担负着工位间的传送工作。 机械手组成机械手组成机械手手部腕部臂部真空吸盘式机械式电磁式 ©机械式夹爪的几点基本要求：机械式夹爪的几点基本要求：©（（11）应具有足够的夹紧力；）应具有足够的夹紧力；©（（22）应具有一定的开闭角度，便于抓取和）应具有一定的开闭角度，便于抓取和退出工件；退出工件；©（（33）应保证工件能准确地定心或定位，使）应保证工件能准确地定心或定位，使之能顺利地安装到机床夹具中；之能顺利地安装到机床夹具中；©（（44）尽可能使结构紧凑，重量轻，有利于）尽可能使结构紧凑，重量轻，有利于减轻臂部的负载。减轻臂部的负载。 作业作业©11、试述机械传动式料斗装置的定向方法。、试述机械传动式料斗装置的定向方法。©22、试推导直槽式振动上料器正常工作应满、试推导直槽式振动上料器正常工作应满足的条件。足的条件。 2.22.2检验过程自动化检验过程自动化¢2.2.12.2.1概述概述¢一、实现检验过程自动化的意义：一、实现检验过程自动化的意义：¢（（11）保证和提高产品质量。）保证和提高产品质量。¢（（22）提高劳动生产率，加速生产过程，降）提高劳动生产率，加速生产过程，降低产品成本。低产品成本。¢（（33）减轻工人的劳动强度。）减轻工人的劳动强度。 11、实现检验过程自动化的途径、实现检验过程自动化的途径（（11））在机床上安装自动检测装置在机床上安装自动检测装置((在线检测）在线检测）如磨削过程中，安装在磨床上的自动检测装置。如磨削过程中，安装在磨床上的自动检测装置。（（22））在自动线中设置自动检验工位（离线检测）在自动线中设置自动检验工位（离线检测）如在自动线中设置对精镗孔测量的工位；曲轴动如在自动线中设置对精镗孔测量的工位；曲轴动平衡自动线中设置不平衡量的检测工位等。平衡自动线中设置不平衡量的检测工位等。（（33））设置专用的检验分类机及分类自动线。设置专用的检验分类机及分类自动线。如活塞环、滚针、钢球等零件的分类机，连杆称如活塞环、滚针、钢球等零件的分类机，连杆称重分类自动线等。重分类自动线等。 22、自动检验的基本过程、自动检验的基本过程工件自动测信号控制装置动作；进入量发出转换转换机床的切削用量和动作；检验测量信和放自动补偿刀具磨损；装置号大自动分类； 33、自动检验的分类、自动检验的分类自动检验的分类按转换测量按检验过程按量头与工件按被检验信号的原理的性质的接触情况的参数在加工过程中机械式接触式检验尺寸偏差的自动检验在加工完成以后电气式非接触式检验几何形状误差进行检验和分类气动式重量偏差不平衡量 2.2.22.2.2加工过程中的自动检验装置加工过程中的自动检验装置¢11、直接测量装置、直接测量装置¢（（11）外圆磨削自动测量装置）外圆磨削自动测量装置 单触点测量装置单触点测量装置¢1工件；2测量杠杆；3量头体；4喷嘴；5砂轮；¢6QFQ－2－1型浮标式气动量仪；7－光电控制器； 测量头的结构测量头的结构¢11工件；工件；22测量杠杆；测量杠杆；33量头体量头体；；44喷嘴；喷嘴；¢55锁紧螺钉；锁紧螺钉；66调节螺母；调节螺母；77底座；底座； ¢当浮标上升测量装置的电气测量装置的电气未切断光源时，光束直射在光电控制原理控制原理二极管上，使三极管BG1和BG2导通，继电器J1通电。此时J1的常闭触点断开，控制继电器J2不通电，无控制信号输出。当浮标下降切断光源后，三极管BG1和BG2截止，J1断电，J2通电，其常开触点闭合，接通电磁铁DT，控制砂轮退出。 （（22）、内圆磨削自动测量装置）、内圆磨削自动测量装置¢内圆磨削的自动测量装置也有多种，如刚性内圆磨削的自动测量装置也有多种，如刚性塞规、单触点和双触点测量装置等。刚性塞规的塞规、单触点和双触点测量装置等。刚性塞规的结构和电路简单，但易磨损，工作稳定性较差，结构和电路简单，但易磨损，工作稳定性较差，测量精度也不很高，通常只在大批和大量生产中测量精度也不很高，通常只在大批和大量生产中用于测量用于测量77级精度以下的孔。单触点测量装置存级精度以下的孔。单触点测量装置存在着与外圆磨削单触点测量装置相同的缺点，因在着与外圆磨削单触点测量装置相同的缺点，因此只应用于工艺系统刚度较好，主轴振动小的情此只应用于工艺系统刚度较好，主轴振动小的情况下。目前在自动和半自动的内圆磨床上广泛采况下。目前在自动和半自动的内圆磨床上广泛采用双触点测量装置。在这种测量装置中常应用电用双触点测量装置。在这种测量装置中常应用电感应式、差动变压器式和气动式传感器作为发信感应式、差动变压器式和气动式传感器作为发信元件。元件。 电感应式传感器的双触点测量装置原理图电感应式传感器的双触点测量装置原理图¢1、2量爪；3十字片弹簧；4支承块；5弹簧；¢6电感式传感器；7、9锥面放松螺钉；8锥塞；11量端；12轴；15定位块； 工作原理（工作原理（11））¢量爪量爪11、、22已经进入工件孔中而处于测量状已经进入工件孔中而处于测量状态。量爪态。量爪11和和22，都通过支承块，都通过支承块44，十字片弹簧，十字片弹簧33与测量装置的基架与测量装置的基架1616相连。在上支承块相连。在上支承块44的右端的右端装有电感式传感器装有电感式传感器66，在下支承块的右端则装有，在下支承块的右端则装有臂臂1010，其中装有可调节的量端，其中装有可调节的量端1111，与传感器量，与传感器量端接触。上、下量爪端接触。上、下量爪11、、22各处在弹簧各处在弹簧55的作用下的作用下而获得一定的测量力。工件孔径尺寸变大时，上而获得一定的测量力。工件孔径尺寸变大时，上量爪绕十字片弹簧顺时针转动，下量爪逆时针转量爪绕十字片弹簧顺时针转动，下量爪逆时针转动，从而使传感器测量杆（铁芯）相对于线圈移动，从而使传感器测量杆（铁芯）相对于线圈移动，发出尺寸偏差信号。如果工件振动而使量爪动，发出尺寸偏差信号。如果工件振动而使量爪摆动，则由于两量爪的转向相同，故传感器发出摆动，则由于两量爪的转向相同，故传感器发出的信号没有变化。的信号没有变化。 内内圆圆磨磨削削双双触触点点测测量量装装置置 工作原理（工作原理（22））¢整个装置通过支架整个装置通过支架1313安装在轴安装在轴1212上。在进行上。在进行测量之前，由于锥塞测量之前，由于锥塞88楔入螺钉楔入螺钉77和和99之间，因而之间，因而量爪量爪11和和22收拢。测量时，液压装置驱使锥塞收拢。测量时，液压装置驱使锥塞88后后退，并带着支架退，并带着支架1313绕轴绕轴1212顺时针转动，直至靠顺时针转动，直至靠在定位支钉在定位支钉1414上为止。此时，量爪上为止。此时，量爪11、、22进入工进入工件孔中，当锥塞件孔中，当锥塞88进一步后退，其锥面放松螺钉进一步后退，其锥面放松螺钉77和和99，于是量爪，于是量爪11、、22的量端在孔内张开，靠在的量端在孔内张开，靠在被测量的表面上。被测量的表面上。¢加工完毕后，量爪加工完毕后，量爪11和和22必须退出工件，此必须退出工件，此时，由液压驱动的锥塞时，由液压驱动的锥塞88前进，其锥面首先顶开前进，其锥面首先顶开螺钉螺钉77和和99（图（图BB——BB），使量爪），使量爪11、、22的量端合的量端合拢，传感器拢，传感器66的测量杆与量端的测量杆与量端1111离开。离开。 ¢当液动锥塞当液动锥塞88进一步前进，将使测量装置的支架进一步前进，将使测量装置的支架1313绕立柱绕立柱1212逆时针转动，从而使量爪逆时针转动，从而使量爪11、、22退出退出工件。工件。¢定位块定位块1515是在搬运测量装置时固定量爪是在搬运测量装置时固定量爪11、、22之用。工作时，应将定位销拔出，将定位块之用。工作时，应将定位销拔出，将定位块1515转动，使量爪转动，使量爪11、、22能自由摆动。能自由摆动。¢通过螺塞调节弹簧通过螺塞调节弹簧55的压力的压力，可以分别对，可以分别对上、下量爪上、下量爪11和和22的测量力进行调整。传感器的的测量力进行调整。传感器的信号调整，可借助于手柄调整量端信号调整，可借助于手柄调整量端1111的位置来的位置来实现。实现。¢量爪量爪11和和22以夹箍安装在支承块以夹箍安装在支承块44的圆柱端的圆柱端上，当用于测量不同直径的工件时，可以进行上，当用于测量不同直径的工件时，可以进行调整。调整。 22、间接测量装置、间接测量装置¢以间接测量法控制加工过程时，不是以间接测量法控制加工过程时，不是用测量装置直接检测工件尺寸的变化，而用测量装置直接检测工件尺寸的变化，而是利用预先调整好的定程装置，例如行程是利用预先调整好的定程装置，例如行程挡铁或开关，控制机床执行机构的行程；挡铁或开关，控制机床执行机构的行程；或者借助于专用的装置检测工具的尺寸来或者借助于专用的装置检测工具的尺寸来间接地控制工件的尺寸。间接地控制工件的尺寸。 珩磨孔径的间接测量珩磨孔径的间接测量¢11珩磨头；珩磨头；¢22塑料块塑料块；；¢33标准环；标准环；¢44珩磨砂条；珩磨砂条；¢55支架；支架；¢66工件；工件；¢77销销¢88信号发送装置；信号发送装置；¢99挡销；挡销；¢1010挡销；挡销； 2.2.32.2.3自动补偿装置自动补偿装置¢对于一些用调整法进行加工的机床，工件的对于一些用调整法进行加工的机床，工件的尺寸精度主要决定于机床精度和调整精度。当工尺寸精度主要决定于机床精度和调整精度。当工件的精度要求较高，而切削工具磨损较快，即刀件的精度要求较高，而切削工具磨损较快，即刀具的尺寸耐用度较低时，则机床工作时间不长，具的尺寸耐用度较低时，则机床工作时间不长，工件的尺寸精度就会显著下降。为了恢复机床的工件的尺寸精度就会显著下降。为了恢复机床的调整精度，必须经常停机进行再调整，从而使生调整精度，必须经常停机进行再调整，从而使生产率受到很大的影响。这样，在提高加工精度和产率受到很大的影响。这样，在提高加工精度和充分发挥自动化机床的生产效率之间，就产生了充分发挥自动化机床的生产效率之间，就产生了突出的矛盾。为了适应自动化生产中高精度、高突出的矛盾。为了适应自动化生产中高精度、高效率的要求，在此情况下就需要采用自动补偿装效率的要求，在此情况下就需要采用自动补偿装置。置。 11、自动补偿的工作原理、自动补偿的工作原理¢自动补偿装置多采用尺寸控制原则，即在自动补偿装置多采用尺寸控制原则，即在工件完成加工后，自动测量其实际尺寸。工件完成加工后，自动测量其实际尺寸。当工件的尺寸超出某一规定的范围时，测当工件的尺寸超出某一规定的范围时，测量装置发出信号，控制补偿装置，自动调量装置发出信号，控制补偿装置，自动调整机床的执行机构，或对刀具进行调整以整机床的执行机构，或对刀具进行调整以补偿尺寸上的偏差。补偿尺寸上的偏差。 自动补偿实例自动补偿实例¢11工件；工件；¢22镗刀；镗刀；¢33镗头；镗头；¢44补偿机构；补偿机构；¢55工件；工件；¢66测量头；测量头；¢77控制装置控制装置；； 尺寸公差带与补偿带尺寸公差带与补偿带¢ZZ一正常尺寸带一正常尺寸带BB一补偿带一补偿带AA一安全带一安全带 ¢为了避免偶然误差的影响，测量控制信号为了避免偶然误差的影响，测量控制信号在送入补偿装置之前，须经过适当处理。在送入补偿装置之前，须经过适当处理。通常，当某一个工件的尺寸进入补偿带通常，当某一个工件的尺寸进入补偿带时，并不立即进行补偿，而将此测量信号时，并不立即进行补偿，而将此测量信号储存起来。必须当连续出现几个（例如五储存起来。必须当连续出现几个（例如五件）补偿信号时，补偿装置才会得到动作件）补偿信号时，补偿装置才会得到动作信号。信号。 自动补偿装置自动补偿装置应用场合应用场合¢（（11））用调整法加工的磨床，例如无心磨床、立用调整法加工的磨床，例如无心磨床、立轴式和卧轴式的双端面磨床等，当砂轮磨损后，轴式和卧轴式的双端面磨床等，当砂轮磨损后，工件尺寸变大，到达一定限度，需进行补偿。这工件尺寸变大，到达一定限度，需进行补偿。这时的补偿运动多由补偿装置驱动砂轮座或导轮座时的补偿运动多由补偿装置驱动砂轮座或导轮座来实现。来实现。¢（（22））在用于精加工的自动化机床上，当刀具的在用于精加工的自动化机床上，当刀具的尺寸耐用度较低时，需借助于自动测量和补偿装尺寸耐用度较低时，需借助于自动测量和补偿装置以保证加工精度，并相应地保证生产率。在此置以保证加工精度，并相应地保证生产率。在此情况下，补偿运动大多由特殊结构的镗刀杆来实情况下，补偿运动大多由特殊结构的镗刀杆来实现。现。 2.2.42.2.4检验自动机检验自动机¢检验自动机用以将已经加工好的零件检验自动机用以将已经加工好的零件按检验技术要求自动地进行分类或分组。按检验技术要求自动地进行分类或分组。一般来说，检验自动机可将零件分为三大一般来说，检验自动机可将零件分为三大类：即合格品，可返修废品和不可返修废类：即合格品，可返修废品和不可返修废品。在选择装配时，合格品通常又按一定品。在选择装配时，合格品通常又按一定的尺寸偏差，再细分为若干组。所以，检的尺寸偏差，再细分为若干组。所以，检验自动机有时又称为自动分类机。验自动机有时又称为自动分类机。 （（11）、钢球自动分类机）、钢球自动分类机 （（22）、活塞环厚度自动检验分类机传动系统）、活塞环厚度自动检验分类机传动系统1上料推板；2活塞环；3圆环；4传感器；5、6上、下触头；7测量卡规；8固定板；9活门；10电磁铁；11推杆；12分配轴；13、15蜗轮副；14凸轮；16杠杆；17电动机； 工作原理工作原理¢整个系统运动的协调是由电动机整个系统运动的协调是由电动机1717通过蜗轮通过蜗轮副副1515、、1313，驱动分配轴，驱动分配轴1212而实现。而实现。¢活塞环活塞环22贮存在弹仓式上料装置的料仓中贮存在弹仓式上料装置的料仓中（图上未表示），上料推板（图上未表示），上料推板II由凸轮由凸轮1414驱动，将驱动，将料仓最下面一只活塞环料仓最下面一只活塞环22推送至半圆形固定板推送至半圆形固定板88上，板上，板11和和88的半圆拼成一个整圆，将活塞环夹的半圆拼成一个整圆，将活塞环夹住，凸轮住，凸轮1414通过杠杆通过杠杆1616，推杆，推杆1111上端的圆盘将上端的圆盘将活塞环活塞环22顶入旋转着的圆环顶入旋转着的圆环33的孔中。的孔中。¢ ¢当活塞环在圆环当活塞环在圆环33中正确地定位以后，中正确地定位以后，测量卡规测量卡规77的上、下触头的上、下触头55和和66进入被测量的进入被测量的活塞环中，其厚度的尺寸信号，由上触头活塞环中，其厚度的尺寸信号，由上触头66的移动经测量传感器的移动经测量传感器44的量杆而发出。由于的量杆而发出。由于圆环圆环33是转动着的，因而可以对活塞环是转动着的，因而可以对活塞环22整整个圆周上轴向的厚度进行测量个圆周上轴向的厚度进行测量。如果活塞。如果活塞环环22的厚度超出公差范围，就向电磁铁的厚度超出公差范围，就向电磁铁1010发发送信号，使分类机构的活门送信号，使分类机构的活门99打开，让它落打开，让它落入相应的（过大或过小）分类箱中。入相应的（过大或过小）分类箱中。 动力传递过程动力传递过程¢电机电机1717蜗杆蜗杆1515蜗轮蜗轮1313分配轴分配轴¢带轮带轮带轮带轮圆环圆环33¢分配轴分配轴曲柄曲柄上料推板上料推板¢凸轮凸轮14(14(往复运动）往复运动）¢推杆推杆杠杆杠杆1616摆轴摆轴摆杆摆杆推杆推杆1111圆盘圆盘活塞活塞环推入圆环环推入圆环33孔内孔内 检检验验分分类类自自动动机机的的电电气气原原理理图图 分类工作原理分类工作原理¢摆动杆摆动杆55用导线经开关用导线经开关K2K2与与CC点相联，点相联，触头触头33、、44分别与三极管分别与三极管BG1BG1和和BG2BG2的基极的基极联接。当工件尺寸合格时，测量杆联接。当工件尺寸合格时，测量杆66使摆杆使摆杆55处在两个触点处在两个触点33、、44之间，因而管之间，因而管BG1BG1、、BG2BG2的基极均开路，管的基极均开路，管BG1BG1和和BG2BG2均截均截止，分类活门止，分类活门11和和22均关闭，合格的工件沿均关闭，合格的工件沿料槽输出。若工件尺寸过小，则量杆的杠料槽输出。若工件尺寸过小，则量杆的杠杆杆66下移，压动杠杆下移，压动杠杆55，使之与触头，使之与触头33接触，接触， ¢管管BG2BG2因基极电位变化而导通，于是中间因基极电位变化而导通，于是中间继电器继电器P2P2吸合，其常开触点接合，电磁铁吸合，其常开触点接合，电磁铁M1M1动作，其衔铁将分类活门动作，其衔铁将分类活门11顶起，过薄顶起，过薄的工件落入的工件落入““过小过小””的废品箱中。如果工件尺的废品箱中。如果工件尺寸过大，则摆动杆寸过大，则摆动杆55与触头与触头44接触，管接触，管BG1BG1导通，中间继电器导通，中间继电器P1P1吸合，电磁铁吸合，电磁铁M2M2的衔的衔铁将分类活门铁将分类活门22顶开，过厚的工件落入顶开，过厚的工件落入““过过大大””的废品箱中。的废品箱中。 ¢工件离开测量位置前，开关工件离开测量位置前，开关K2K2先断开，先断开，以防止发出工件过小的误信号，并靠以防止发出工件过小的误信号，并靠P1P1或或P2P2的自锁触点将分类活门保持在原的自锁触点将分类活门保持在原位。在每个测量循环完毕后，靠开关位。在每个测量循环完毕后，靠开关K1K1将电路断开，电器全部复原。下一循环将电路断开，电器全部复原。下一循环开始时，开始时，K2K2先合上，待工件进入测量位先合上，待工件进入测量位置后，置后，K1K1合上，接通电路以进行测量；合上，接通电路以进行测量；开关开关K1K1和和K2K2的开合，可由分配轴上的凸的开合，可由分配轴上的凸轮控制。轮控制。 作业作业¢试述活塞环自动分类机的工作原理。要求试述活塞环自动分类机的工作原理。要求说明上料过程、检验过程、分类过程的原说明上料过程、检验过程、分类过程的原理。理。 第三章自动线的辅助设备教学目的和要求通过本章学习，熟悉工件输送装置的类型及设计方法；自动线上夹具的特点及输送线上的转位装置的结构与类型；典型贮料装置的工作原理；机床断屑的方法及结构特点；主要的排屑装置。 3.1工件输送装置∑工件输送装置是自动线中最重要和最富有代表性的辅助设备，它将被加工工件从一个工位传送到下一工位，为保证自动线按生产节拍连续地工作提供条件，并从结构上把自动线的各台自动机床联系成为一个整体。∑工件输送装置的型式与自动线工艺设备的类型和布局、被加工工件的结构和尺寸特性以及自动线工艺过程的特性等因素有关，因而其结构形式也是多样的。 3.1.1输料槽、输料道及其附属机构∑1、输料槽∑在加工某些小型旋转体零件（例如盘状、环状零件、圆柱滚子、活塞销、齿轮等等）的自动线中，常采用输料槽作为基本输送装置。∑输料槽有利用工件自重输送和强制输送两种型式。 （1）工件形状特性与槽宽的关系∑工件在滚道中以自重运送时，最重要的形状特性是长径比（L／D）。输料槽截面宽度B，主要根据工件的长径比来决定。工件在输料槽中滚动时，由于存在间隙S，可能因摩擦阻力的变化或工件存在一定锥度误差而偏转一个角度。当工件的对角线长度C接近或小于槽宽B时，就可能卡住或完全偏转失去原有定向。 当工件偏转到两对角与输料槽侧壁接触时，其对角线C与垂直于侧壁的OM线所成的夹角为γ，此γ角应比摩擦角ρ大，（由摩擦系数确定）。反之，若如图所示ρ＞γ，则O点的反作用合力R有使工件在Oˊ楔紧的趋势，则工件可能卡住。 B=L+SBLS+cosγ==CCS=Ccosγ−L22CLD=+22S=L+Dcosγ−L⎡2⎤⎛L⎞L=⎢1+⎜⎟cosγ−⎥×D⎢⎝D⎠D⎥⎣⎦ ∑在极限情况下，tgγ=tgρ=μ∑根据三角函数的基本关系有：11cosγ==221+tgγμ1+∑代入上式可得允许的最大间隙：⎡1+()/2⎤LDLS=⎢−⎥×Dk⎢12D⎥⎣+μ⎦ 结论∑为了工件不被卡住所允许的最大间隙Sk与工件的长径比和摩擦系数有关。随着L／D的增大，对角线长度C将愈加接近L，允许的Sk值亦将减小，当L／D增大到一定程度时，允许的最大间隙Sk可能为零，这就表明工件在输料槽中已不能可靠地靠自重运送。一般当L／D＞3.5～4时，工件以自重滚送的可靠性就很差了。 ∑工件偏转的程度还与其端面形状有关，如图b其L／D虽与图a一样，但由于两端倒角，所以偏转得厉害一些，因此在计算时，应以计算直径Dj代替式中的D。在图b、图c中，计算直径分别为DDaj=−2∑和DDaj=− （2）、输料槽的倾斜角∑一般说来，输料槽的倾斜角愈大，则工件滚送时克服阻力的能力愈强。但倾斜角过大时，一方面易使工件运送速度过大，产生不良后果；另一方面，有时在两台机床之间的输料槽高度差过大，会引起结构和布局上的不合理。因此，倾斜角应根据实际情况合理地确定。当工件滚送时的阻力较大（例如工件的表面粗糙或存在形状误差，输料槽的工作条件不洁净，间隙S较大等）时，倾斜角应较大。在要求具有较小的倾斜角时，为了保证工作的可靠性，必要时须经过试验确定。根据经验，倾斜角约在5°～15°之间。 强制运送的输料槽∑1减速器；2链轮；3输料槽；4链条；5推送杆；6电动机； 重力断续滚送料道（1）∑重力断续滚送料道示意图∑1－隔离块2－工件 重力断续滚送料道（2）∑1－隔离块2－工件3－重锤 强制输送的输料道∑径向传送工件时料道上轴向传送工件时料道上V形板的安装间距P应V形板的间距尽可能的小LS+t=2 3、提升机构∑在采用自重运送的输料槽或输料道时，往往不可能依靠机床的立面布局来形成输料槽（或输料道）两端必要的高度差，必须采用提升机构将上一工序送出的工件提升到一定高度，然后靠自重滚送到下一台机床。∑提升机构有连续传动和间歇传动两种类型。连续传动的提升机构大多采用链条传动。间歇传动的提升机构可以采用链条，也可以采用顶杆。对于生产节拍较短的环、盘类零件加工自动线，一般采用连续传动的方式，对于生产节拍较长的轴、套类零件加工自动线，则多采用间歇传动的方式。 (1)链条连续传动提升机构∑汽油发动机挺杆体磨削自动线中所用的链条连续传动提升机构∑1链条；∑2链轮；∑3拨料板；∑4、5槽钢；∑6隔离套；∑7螺钉；∑8、9、10钢板；∑11夹块；∑12减速器；∑13链轮；∑14电动机。 链条式间歇传动提升机构∑1链条;∑2、3链轮；∑4油缸；∑5齿条；∑6齿轮；∑7链轮轴；∑8链轮轴；∑9棘爪；∑10棘轮；∑11调节机构； 顶杆式提升机构∑1活塞杆；∑2顶料板；∑3弹性掣子；∑4工件； 4、附属机构附属机构分路机构转向机构定向机构 分路机构（一）∑1分料叉；∑2活塞；∑3油缸；∑4油缸；∑5出料口；∑6出料口；∑7进料滚道； 分路机构（二）∑1支架；∑2接料套；∑3转环；∑4分料器接头；∑5出料导管；∑6拉杆；∑7棘爪；∑8弹簧；∑9电磁铁；∑10拉杆；∑11拉杆； 转向机构（一） 转向机构（二）∑棘爪2装在滑板4上，由气缸1驱动。当气缸驱使滑板带着棘爪往左回程时，棘爪绕轴3摆动，而从十字轴（工件）5上滑过;当气缸向前行程时，双臂棘爪（即后面两个棘爪）推动工件5沿着输料槽6前进，而最前面的一个单臂棘爪则将工件拔转90°。 定向机构（一） 定向机构（二） 定向机构（三） 3.1.2架空式机械手∑1－测量动平衡机2－第一去重组合钻床∑3－第二去重组合钻床4－清洗机5．检验动平衡机6．机械手桁架7、9、11、13-架空式机械手∑8、10、12、14－液压控制板15－液压马达 机械手每一循环中需完成的动作：∑（1）机械手下降，从前一台机床上取下已加工工件；∑（2）机械手带着工件上升；∑（3）机械手纵向移动，将工件运送到后一台机床的上方；∑（4）机械手下降，将工件安放到夹具上；∑（5）机械手上升；∑（6）机械手纵向回程到原位，等候完成加工循环。 机械手需具备三个方面的传动装置∑（1）机械手的升降运动；∑（2）夹爪的张合；∑（3）机械手的纵向往复运动。∑在自动线中，机械手的升降运动大多采用液压（或气压）传动。夹爪的传动则根据具体情况而定，对于尺寸小，重量轻的工件，为了简化结构，可以采用弹簧式夹爪；但对于尺寸较大或比较重的工件，为了保证输送过程的可靠性，夹爪应采用液压（或气压）传动。 3.1.3步伐式输送装置∑步伐式输送装置是组合机床自动线上典型的工件输送装置。在加工箱体类零件的自动线以及带随行夹具的自动线中，使用非常普遍。 步伐式输送装置的类型步伐式输送装置棘爪步伐式回转步伐式抬起步伐式托盘步伐式输送装置输送装置输送装置输送装置 1、棘爪式步伐输送装置棘爪步伐式输送装置棘爪式输送带输送带的传动装置 （1）棘爪式输送带t162345∑1输送带；2挡销；3销轴；4棘爪；5弹簧；∑6工件； 输送带的支承滚子∑1棘爪式输送带∑2滚子；∑3工件；∑4限位板；∑5支承板； 棘爪式步伐输送带结构∑1中间棘爪；2首端棘爪；3末端棘爪；4侧板；∑5联接板； ∑棘爪式输送带的结构，如图所示，它由若干个中间棘爪1、一个首端棘爪2和一个末端棘爪3装在两条平行的侧板4上所组成。由于整个输送带比较长，考虑到制造及装配工艺性，一般都把它做成若干节，然后再用联接板5联成整体。输送带中间的棘爪，一般都做成等距离的，但根据实际需要，也可以将某些中间棘爪的间距设计成不等距的。自动线的首端棘爪及未端棘爪，与其相邻棘爪之间的距离，根据实际需要，可以做得比输送步距短一些，但首端棘爪的间距至少应可容纳一个工件。大连组合机床研究所设计的通用输送带，中间棘爪之间的距离采用350～1600毫米，首端棘爪的间距不小于310毫米，末端棘爪的间距不小于155毫米。 棘爪的联系尺寸H1525l52751l8112l18213l6790 设计输送带应注意之处∑①在一节输送带上，最好只安装一台机床加工工位的棘爪。为了便于调整工作，可以采用微调棘爪。∑②联接板一般固定在前一节输送带上，在制造单位安装调试后，联接板与后一节输送带在中间打一个定位销，运到使用单位时须重新调整，调好后再另打两个定位销。∑为了调整方便，在设计各节输送带的长度时，应该注意到使输送带向前到达终点的时候，联接板恰好处于机床间的空位上。∑③调整输送带时，输送带向前到达终点，工件应比规定的定位安装位置滞后0.3～0.5毫米。 ∑④由于棘爪式输送带不便于在工件的前方设置挡块，所以向前输送速度一般不宜大于16米／分，并且应在行程之末实现减速，以防止工件因惯性前冲而不能保证位置精度。一般推荐在终点前30～60毫米处开始减速。 棘爪微调机构∑1棘爪；∑2销；∑3调节螺钉； 步伐式输送带的调整位置示意图 （2）输送带的传动装置∑步伐式输送带的传动，可以采用机械驱动或者液压驱动。∑下图所示，是一种机械驱动的输送装置。它由通用的机械滑台传动装置1及输送滑台3组成。工作时，快速电动机5起动，通过丝杆、螺母驱动滑台3，带动输送带2前进，接近终点时，快速电动机5停止而慢进电动机4起动，使工件准确到位。待工件定位夹紧之后，快速电动机5起动反转，使输送带快速返回。这种传动装置，纵向长度大，占地面积多，但结构简单，通用化程度高，一般多用于输送行程较短、不采用液压传动系统的自动线上。∑采用液压驱动的输送装置，可以得到较大的驱动力和输送速度，实现缓冲比较容易，调整也方便。加以目前绝大多数的自动线中都具有液压传动系统，所以液压驱动的输送装置得到了广泛的应用。 ∑1传动装置;2输送带;3滑台;∑4慢进电动机;5快速电动机; 2、回转步伐输送装置∑棘爪步伐输送装置虽然动作简单（因而其传动机构简单），但当输送速度较高时，工件在到达终点时往往因惯性作用向前超程而不能保证位置精度。此外，由于切屑掉入，偶尔也有棘爪卡死、输送失灵的现象。为了提高输送速度及输送工作的可靠性，可以采用回转步伐输送装置。 回转步伐输送装置例1∑1输送带；2拨爪；3工件； 回转步伐输送装置例2∑1、T形导轨；2、随行夹具；3、活塞；∑4、卡板；5、输送带； 回转步伐输送装置例3∑1.圆杆；2.回转机构；3.回转接头；4.活塞杆5.油缸；6.缓冲器；7.支承滚轮； 工作原理∑整个输送带由若干节圆杆l组成，两节的接合处采用了配合，然后用两个互成90°的销子固定。圆杆直径有40、50、60、70毫米几种，其相应的端部小头直径为25、35、40、45毫米。输送带的支承滚轮7一般做成腰鼓形。输送带的往复运动大多数采用液压油缸驱动。为了让输送带回转，活塞杆4与输送带之间采用能相对转动的回转接头3联接。为使行程未端不发生冲击，油缸5两端设有缓冲器6。输送带的回转运动是由专用的回转机构2实现的。 3、抬起式步伐输送装置∑抬起式步伐输送装置输送时，先把工件抬起一个高度，向前移动一个步距，将工件放到夹具上或空工位的支承上，然后输送带再返回原位。用这种方式，可以输送缺乏良好输送基面的工件以及需要保护基面的有色金属工件和高精度工件。 气缸体精加工自动线的抬起式步伐输送器1、齿条；2、齿轮；3、轴；4、凸轮；5、顶杆；6、支承滚轮7、输送带8、滑台 曲轴自动线的抬起式步伐输送器1、曲轴；3、输送带；2、V形块；5、油缸；6、齿条；7、支承滚轮；8、V形支承块 4、托盘步伐输送装置1步伐式输送带；2步伐式输送带；3、导向滚轮；4、支承滚轮；5、托盘；6、托盘；7、半圆块；8、侧限位块；9、定位销；10、侧限位块； 5、步伐输送带—机械手输送装置∑1－导轨2－输送带3－定位油缸4－夹紧油缸5－活动夹具6－工件7－机械手 工作过程（1）输送带2向前移动一个步距，将载有工件6的活动夹具5牵引至下一工位。接着定位油缸3动作使定位销插入活动夹具的定位孔中，夹紧油缸4动作使顶料棒顶紧工件。然后进行加工。∑（2）加工完毕后，夹紧油缸4松开，机械手7下降，将工件6抓紧并提起。∑（3）定位油缸3向下拔出定位销，输送带和空着的活动夹具返回原位。∑（4）上料工位及其工位的机械手7下降，将工件放在活动夹具上，然后上升返回，并开始下一个工作循环。 3.1.4随行夹具的退回装置∑在组合机床自动线中，对于某些形状复杂、缺少可靠输送基面的工件或有色金属工件，常常采用随行夹具作为定位夹紧和自动输送的附加装置。随行夹具可以做出一个很可靠的输送基面，并采用“一面两孔”的典型定位方式在自动线的工位上安装，从而使某些原来不便于在组合机床自动线上加工的工件成为可能，扩大了自动线的应用范围。 ∑为了使随行夹具能在自动线上循环工作，当工件加工完毕从随行夹具上卸下以后，随行夹具必须重新返回原始位置。所以在使用随行夹具的自动线上，应具有随行夹具的返回装置。 1、随行夹具的返回方式随行夹具的返回方式水平返回方式上方返回方式下方返回方式 （1）、水平返回方式 框形布置的自动线 （2）、上方返回方式∑1、主输送带；2、随行夹具；3、提升装置；∑4、返回输送带；5、下降装置； 随行夹具从后上方返回1、主输送带；2、返回输送带； （3）、下方返回方式∑1、输送油缸；2、随行夹具；3、回转鼓轮；∑4、步伐式返回输送带；5、回转鼓轮； 2、升降装置∑1、油缸；∑2、升降台；∑3、杠杆；∑4、滑架；∑5、导柱；∑6、钢绳；∑7、滑轮；∑8、限位开关；∑9、挡铁；∑10、限位开关；∑11、限位开关； 3、返回输送带返回输送带与机床没有严格的互锁要求，为了减少随行夹具在返回输送带上的停留时间，加快随行夹具的周转，减少随行夹具的数量，返回输送带应该使用较高的输送速度或采用连续的运动形式。返回输送带有步伐式、滚道式和链条式等几种。当随行夹具从上方返回且自动线较短时。多采用滚追式，靠随行夹具的自重沿倾斜滚道自行滑回。滚道的倾斜度视其结构及随行夹具大小等情况而定，当滚道采用滚珠轴承滚子时，其倾斜度一般取1.5/100～3.5／100，当随行夹具从下方返回，或随行夹具从上方返回而自动线较长时，一般采用强制输送的步伐式返回输送带。此时为了减少随行夹具数量，返回输送带常常是连续动作几次，直至一个随行夹具被送至自动线始端的升降装置后，返回输送带才停止在终端；当随行夹具在水平面返回时，返回输送带多采用连续运动的链条式结构。 链条式返回输送带∑链条式返回输送带，一般由三段链条，即自动线始端的横向链、纵向链及末端横向链所组成。三段链条可以由各自的传动装置分别传动，也可以用锥齿轮将三段链条联接起来由一个传动装置集中传动。采用分散传动的方案时，各段链条运送工件的棘爪不要求有严格的相互位置，但必须控制三条链条依次动作。采用集中传动的方案时，横向棘爪与纵向棘爪的相互位置必须正确安排，保证一定的传动关系，以免链条在运转的过程中出现纵向棘爪与横向棘爪同时挂上随行夹具的干涉现象。 链条式返回输送带传动示意图 集中传动链条式返回输送带棘爪相互位置示意图 返回工作循环∑返回工作循环开始时，自动线的装卸料工位上没有随行夹具，行程开关XK1处于释放状态；自动线末端的工位上有随行夹具，行程开关XK2被压下，因而发出信号令返回输送带运行。于是随行夹具2和4放开行程开关XK3和XK2继续返回，当运行到终点状态时，随行夹具l返回到装卸料工位，压下XK1。随后，随行夹具3也运行到纵向链的中点位置，压下XK3，发出信号令返回输送带停止运行，于是，一个返回工作循环完毕。由于棘爪位置安排得合理以及锥齿轮传动保证了它们的运动关系，所以能做到：随行夹具4到达3的位置时，横向棘爪A脱开后，纵向棘爪B才挂上；随行夹具2到达1的位置时，纵向棘爪B脱开后横向棘爪C才挂上，在整个工作过程中，三段链条的棘爪始终不产生于涉现象。而且每次工作循环完了时，三段链条的棘爪仍然处于开始状态时的位置。 返回输送带的链条节数及锥齿轮传动比计算∑（1）、链条节数设同一段链条中的两个链轮大小相同，各段链条的节距相等，则横向链条的节数Wa和纵向链条的节数Wb可由下列两式分别算出：2laW=+N(节)aat2lbW=+N(节)bbt∑式中t——套筒滚子链条的节距（毫米）；∑l、l——分别为横向链链轮的中心距及纵向链链轮的中心距（毫ab米），∑N、N——分别为横向链链轮齿数和纵向链链轮齿数。ab∑链轮的齿数建议在20～40之间选取。为了通用化起见，横向链链轮和纵向链链轮最好相同。 （2）、棘爪数和锥齿轮传动比∑横向链较短，一般布置1个棘爪，纵向链根据其长短一般可以等距布置1～4个棘爪。纵向棘爪取得较多时，可以较快地给装料工位供应随行夹具，但会在纵向链上积压随行夹具。∑为了使返回输送带在任意循环的原位时，各棘爪均能保持恒定的相对位置，要求横向棘爪A，C的运行圈数为纵向棘爪B运行圈数的K倍或K的整数倍（K为纵棘爪数）。∑ ∑现设纵向棘爪B每运转1圈，横向棘爪A（或C）应运转K圈，则：znabi==zKnba∑式中i——锥齿轮传动比；∑Za——横向链锥齿轮的齿数；∑Zb——纵向链锥齿轮的齿数；∑na——横向棘爪A或C运转l圈时，横向链链轮所转过的转数；∑nb——纵向棘爪B运转1圈时，纵向链链轮所转过的转数。 ∑因为Wan=aNaWbn=bNbznWN∑所以abba==×zKnKWNbaab 2.2自动线上的夹具¢自动线上所采用的夹具，可归纳为两种类型，即固定式夹具与随行夹具。这些夹具在定位原理与主要设计原则上与一般机床夹具是类似的，但由于自动线工作要求的不同，其所用的夹具还是有些特点，下面通过典型例子加以介绍。 3.2.1固定式夹具¢所谓固定式夹具，即夹具附属于每一加工工位，不随工件的输送而移动，或安装于机床的某一部件上，或安装于专用的夹具底座上。这类夹具亦分为两种类型，一种是用于钻、镗、铣、攻丝等加工的夹具，工件安装到夹具中以后在加工过程中固定不动；另一种是工件和夹具在加工时尚须作旋转运动。前者多用于箱体、壳体、盖、板等类型的零件加工或组合机床自动线中，后者多用于旋转体零件的车、磨、齿形加工等自动线中。 3.2.1固定式夹具固定式夹具钻、镗、铣、攻丝车、磨、齿形等加工的夹具等加工的夹具 1、钻、镗、铣和攻丝加工用夹具钻、镗、铣、攻丝等加工的夹具，工件安装到夹具中以后在加工过程中固定不动，多用于箱体、壳体、盖、板等类型的零件加工或组合机床自动线上。下面以135柴油机缸盖自动线中固定式夹具为例说明。 135柴油机缸盖自动线中固定式夹具¢1、夹具体；¢2、钻模板；¢3、输送带；¢4、定位板；¢5、盖板；¢6、定位销；¢7、油缸；¢8、压紧块；¢9、侧导向板¢10、油缸；¢11、推杆；¢12、杠杆；¢13、挡块盘；¢14、配油器；¢15、润滑泵；¢16、支承滚轮；¢17、滚轮支架；¢18、杠杆；¢19、连杆；¢20、杠杆； 柴油机缸盖自动线中固定式夹具工作原理¢该夹具用于从气缸盖两端面进行扩孔和铰孔，每个夹具内安装两个工件。气缸盖由步伐式输送带3送进夹具以后，用侧导向板9导向，支承在定位板4上。每一工件用两个定位销6定位（一个圆柱销，一个菱形销），四个定位销通过油缸10，推杆11、杠杆12、18、连杆19、杠杆20使轴I和轴II产生联动，同时拨动定位销自上而下插入工件的定位孔内。通过两个油缸7和压紧块8，将两个工件压紧在定位板4上。定位和夹紧油缸都安装在钻模板2的盖板5上。¢ ¢在定位销的控制轴II上，安装着挡块盘13，在定位销进入孔中定位和全部拔出的位置时，两个挡块分别压合行程开关，发出连锁控制信号。这一套定位销的传动和控制机构在组合机床夹具中已经典型化和标准化。为了定时润滑夹具中各运动部分，设有润滑泵15，润滑油经过配油器14通过b、c分往各处润滑。 设计注意事项¢1）当步伐式输送带需从夹具中通过时，必须在结构上留出相应的位置，并在夹具体上设置输送带的支承滚轮，如图中的17为滚轮支架，16系支承滚轮，当夹具沿自动线纵向的尺寸较长时，夹具体l的两头都安装支承滚轮以增加输送带的支承刚性。¢为了保证工件输送的可靠性，夹具上的水平定位支承板（如图中的4），通常做成连续的，侧导向板也应做成连续的，当必须间断时，其间断距离也不能大。 ¢2）定位、夹紧机构应全部自动化，并应保证工作的可靠性。例如当夹具定位机构设在工件下方时，有时由于工件输送的不准确，会造成定位销不能顺利地插入，以致将工件抬起。这时也会发出定位插销的信号，而工件实际上没有定位。因此对于这类固定式夹具，常在工件的上方设置挡铁之类的机构（约离开工件顶面2～3毫米），以防止工件抬起误发信号。定位、夹紧动作与自动线其它动作的连锁是很重要的,只有在确认定位、夹紧的情况下才能启动机床加工；只有确认松开拔销后才能输送工件等。 ¢（3）夹具的结构应保证定位元件不受残留切屑的影响，夹具体要便于排屑。对于切屑量较大的工序尤属重要。如图的夹具体1在定位板4的附近做成空的，以便切屑下落到切屑输送带上。¢（4）前已述及，步伐式输送带将工件运送到终点时，应使定位孔滞后于定位销0.3～0.5毫米，以便定位销插入孔中时将工件向前拉到准确位置。为此，在布置夹具上的两个定位销时，最好将圆柱销安排在工件前进的前方。 2、车、磨和齿形加工用夹具在旋转体零件的车、磨和齿形加工等的自动线中，常采用顶尖、弹性夹头、心轴、自动卡盘和无心式夹具等来装夹工件。如果所加工的是形状特殊、要求定向装卸的工件，则还须采用主轴定向停车机构。 （1）、梅花顶尖¢1、梅花齿爪盘2、弹簧 (2)拨爪顶尖 （3）、液压自动卡盘¢1、盘体；2、球形传动机构；3、杠杆；¢4、卡爪；5、拉杆；6、拉管； 3.2.2随行夹具¢随行夹具适用于结构形状比较复杂的工件，这类工件缺少可靠的输送基面，在组合机床自动线上较难用步伐式输送带直接输送。此外，对于有色金属工件，如果在自动线中直接输送时其基面容易磨损，因而也须采用随行夹具。 转向器壳体自动线上的随行夹具¢1、钢板；2、定位滚子；3、螺母；4、螺杆；¢5、螺母；6、螺杆齿条；7、齿轮；8、V形压板； 结构特点及工作原理¢在上料工位时，由上料机械手将工件送到随行夹具的一对定位滚子2上，机动扳手旋动螺母5，使螺杆齿条6左移，通过齿轮7，带动V形压板8下降，压在工件摇臂轴孔外圆弧面上，从而使工件实现自动对中。与此同时，机动板手将四个螺母3旋转，使螺杆4带动钩形压板9左移，由于压板的套筒开有螺旋槽，所以在压板移动过程中，能同时完成转动动作，使压板压在工件的指定部位。 ¢随行夹具的底面上，镶有淬硬的钢板1，其上开有一个纵向槽，槽的右部用作输送基面，左部为定位基面。相应地，机床上固定夹具的定位块，和机床之间的供滑移随行夹具用的支承板，也错开布置。这样将输送基面和定位基面分开的目的是为了长期保持定位精度。¢随行夹具的底面上，有两对定位销孔Φ20D，加工工件上的轴承孔时用其中一对定位销孔；转位90°后，加工摇臂轴孔时用另一对定位销孔。在底面上还有一对孔Φ18D，是供随行夹具在自动线上抬起转位时定位用的。 活塞自动线的随行夹具¢1、随行夹具板；¢2、定位销；¢3、定位套；¢4、盖子； 叉子耳自动线的随行夹具示意图 设计随行夹具的注意事项¢（1）由于采用随行夹具使工件的定位尺寸链环节增加，从而使定位误差增加，为了保证加工精度，应对随行夹具提出较高的精度要求。对于加工精度要求很高的工件，又必须采用随行夹具时，应当认真分析能否保证加工精度，必要时应提高工件定位基面和随行夹具的精度要求。¢（2）由于随行夹具常年累月在自动线中循环使用，而且在许多情况下随行夹具的输送基面就是定位基面，因此必须注意尽可能减小其磨损。一般可以采用下列一些办法：在随行夹具的底面上镶装淬硬钢或耐磨金属以作输送基面；采用滚道输送，或在随行夹具的底面上安装滚子；将随行夹具上的输送基面与定位基面分开，避免定位基面磨损。 ¢（3）工件在随行夹具上的夹压方式，目前大多采用螺纹自锁夹紧机构。因为这类夹压机构简单，在输送过程中不易松压，并可以采用机械、气动或液压扳手实行目动化操作。在少数情况下，也有采用液压夹紧的。这时，应注意密封的可靠性，以防在工作过程中因泄漏而产生松压的现象。¢（4）随行夹具在固定夹具上的夹压，多采用钩形压板的方式，在加工工位上，是由四个钩形压板将随行夹具的底板压紧在固定夹具上的。这种方式，敞开性好，便于调整及观察工作，而且钩形压板还有防止随行夹具在插销定位时可能被顶起的作用。但由于夹紧机构设在夹具的底座内，故设计时要充分注意维修的方便。 3.2.3定位夹紧装置的传动方式¢1、机械传动方式¢2、液压和气动传动方式 集中传动装置示意图¢1－主分配轴；2－摆轴；3、4、5、6－圆锥齿轮；7－楔块；8－碟形弹簧；9－挡块；10－拨叉；11－凸轮；12－拉杆；13－杠杆；14－蜗轮；15－蜗杆；16－凸轮；17－保护开关；18－摆杆；19－离合器；20－保护开关；21－挡铁盘 集中传动装置工作原理¢主分配轴1由一个具有双向超越离合器的减速器（图中未示出）通过蜗杆蜗轮15、14传动，它可以n＝0.435转／分和n=2转／分的转速作同向正转，也可以2转／分的转速反转。¢当以2转／分的转速正转时，经凸轮11、摆杆18、离合器19带动摆轴2旋转一个角度，固定在摆轴上的拨叉10就能迫使机床上的夹具定位销实现定位和拔销。通过凸轮16、杠杆13、拉杆12和固定在拉杆上的挡块9，可使套在拉杆上的楔块7移动，以实现夹具的夹紧。碟形弹簧8是用来补偿夹具误差和保持恒定夹紧力的。 定位和夹紧装置的液压原理图1 液压符号 定位夹紧装置的液压原理图2 3.3转位装置¢工件在加工过程中，有时需要翻转或转位以改换加工面。在通用机床或专用机床自动线中加工中小型工件时，其翻身或转位常常在输送过程或自动上料过程中完成。在组合机床自动线中，则需设置专用的转位装置，这种装置可用于工件的转位，也可以用于随行夹具的转位。 回转装置类型¢绕水平轴回转装置¢¢回转装置类型绕垂直轴回转装置¢¢复合回转装置 3.3.1绕垂直轴回转的转位装置¢1、油缸¢2、转台¢3、轴承¢4、齿轮轴¢5、操纵杆¢6、挡铁¢7、行程开关 绕垂直轴回转的标准转位台工作原理¢转台2与齿轮轴4固定联接，双活塞油缸1中的活塞杆齿条和齿轮轴4啮合，当活塞杆齿条移动时，就使转台2转位。更换不同长度的活塞杆可使转位台回转90°或180°。回转终点的准确位置靠油缸两端的螺钉调整。油缸活塞的运动速度推荐为1～2米／分。两端油缸盖上设有液压缓冲器，使转位台回转到终点时避免冲击。当齿轮轴4转动时，驱使操纵杆5移动。并带着挡铁6压合行程开关7，发出与输送带连锁的动作信号。 抬起式转位装置¢1、转台；¢2、定位销；¢3、支承销；¢4、转轴；¢5、齿轮套；¢6、油缸；¢7、凸块；¢8、杠杆；¢9、凸轮；¢10、滚子；¢11、齿条杆；¢13、小齿轮；¢14、单齿拨爪； 齿轮套结构图 要求¢1、随行夹具如何进入回转装置？¢2、回转盘抬起过程¢3、回转盘回转过程¢4、回转盘的定位¢5、动作协调方法 工作原理¢转台1上有四个支承销3和两个定位销2作随行夹具转位时定位之用。转台1装在转轴4上，转轴4的外面有一个齿轮套5，其中部的齿轮与油缸6所驱动的齿条11啮合，在它的下部为一单齿拨爪14，此拨爪与固接于转轴4上的凸块7相邻。¢齿条杆11在互相垂直的方向上开有两个齿条，其中一个与齿轮套5的齿啮合，另一个齿条则与小齿轮13啮合。在小齿轮13的同一轴上装着凸轮9，当小齿轮13带动凸轮9回转时，压在滚子10上使杠杆8逆时针方向摆动，杠杆8的另一臂端部的叉子便将轴4连同转台1向上抬起。¢在正对凸块7上下两个极限位置的地方，互成90°地布置着两个带斜面的弹簧销16和17（见图b中D－D）。¢ ¢转位过程如下：当随行夹具带着工件运动到转位装置上以后，随行夹具上的定位套孔正对着转台1上的销2。在油缸6的活塞处于最右边原始位置时，凸轮9与滚子10，以及齿轮套上的拨爪14与凸块7的相对位置如图c中①所示。活塞推动齿条杆11向左移动时，带动齿轮套5和凸轮9同步转动。当凸轮回转90°后，如图c位置②所示，凸轮即将开始压住滚子10使转台向上抬起，而此时拨爪14并未与凸块7的边缘相遇，因而转台不会转动。齿条11继续向左移动，使凸轮又转过90°之后，如图c中位置③所示，滚子已位于凸轮最大回转半径处，即转台1已完全抬起（如图a中点划线所示），并且两个定位销2完全插入随行夹具的定位孔中，此时拨爪14开始接触凸块7的边缘。 ¢当齿条继续左移，使凸轮再回转90°时，转台仍在抬起位置，而拨爪14带动凸块7，通过键联接使转轴4带着转台1回转90°。转台1回转到终点位置时，凸块7上的定位键15被弹簧销16锁住，使转台定位。转位完成后，油缸6的活塞反向右移，凸轮9和拨爪14顺时针方向回转，按照图c的逆过程从④～①进行。在位置②上，转轴4与转台1下降到最下位置，一方面随行夹具下降后支承在输送导轨上，定位销2从定位套孔中退出；另一方面凸块7上的定位键15也下降而脱开定位销16的限制，因此从位置②到①时转台1能够反转90°复位，同时定位键15被下面的弹簧定位销17锁住而定位。¢在小齿轮13的轴端装有挡块盘12，用以发出转位和复位终点的连锁信号。 3.3.2绕水平轴回转的转位装置¢1、鼓轮；¢2、齿圈；¢3、大齿轮；¢4、小齿轮；¢5、齿条；¢6、滚子；¢7、偏心轴；¢8、滚子； 翻转装置¢1、油缸；2、支承座；3、拉杆；4、拨块；5、拨块；6、支承座；7、棘爪； 3.3.3复合转位装置¢1、鼓轮；¢2、弧形齿圈；¢3、双活塞油缸；¢4、活塞杆齿条；¢5、小齿轮；¢6、大齿轮；¢7、回转框架；¢8、支承轴；¢9、齿轮轴；¢10、双活塞油缸；¢11、支承套；¢13、挡铁杆； 复合转位过程示意图¢1、鼓轮；¢2、弧形齿圈；¢3、双活塞油缸；¢4、活塞杆齿条；¢5、小齿轮；¢6、大齿轮；¢7、回转框架；¢8、支承轴；¢9、齿轮轴；¢10、双活塞油缸；¢11、支承套；¢13、挡铁杆； 3.4贮料装置¢为了使自动线能在各工序的节拍不平衡的情况下连续工作一段较长的时间，或者在某台机床更换、调整刀具或发生故障而停歇时，保证其他机床仍能正常工作，必须在自动线中设置必要的贮料装置，以保持工序间（或工段间）具有一定的工件贮备量。¢贮料装置通常可以布置在自动线的各个分段之间，也有布置在每台机床之间的。对于加工某些小型工件或加工周期较长的工件的自动线，工序间的贮备量也常建立在联接工序的输送设备上（例如输料槽，提升机构及输送带上） 贮料装置的要求：¢（1）、结构紧凑，在保证所要求的贮存量的条件下，使体积最小、占地面积最少。¢（2）、结构简单可靠，如果贮料装置本身易出故障，就起不了应起的作用。 1、通用和专用机床自动线的贮料装置 多行料槽式贮料器¢1、贮料柜¢2、支架；¢3、输料糟；¢4、电磁铁；¢5、杠杆；¢6、活动隔板；¢7、料槽；¢8、料槽；¢9、拨料鼓轮；¢10、减速器；¢11、电动机；¢12、弹簧；¢14、行程开关；¢15、轴； 2、组合机床自动线的贮料装置¢组合机床自动线所采用的贮料装置多数是仓贮式的。因为仓贮式贮料装置的贮存量较大而占地面积较小，同时，在自动线正常工作时它是不工作的，只有当自动线的某一段停歇时才工作。因而，其本身产生故障的可能性与通过式贮料装置相比要相对少一些。用于组合机床自动线的贮料装置有两种基本型式：¢（1）、贮料库；¢（2）、辅助输送带； （1）、贮料库¢1、工件；¢2、托架；¢3、双活塞三位油缸；¢4、5、9、油腔；¢6、浮动活塞；¢7、活塞；¢8、隔料器；¢10、油缸；¢11、立式贮料库；¢A、前一段的输送带；¢B、后一段的输送带； 要求¢1、双活塞三位油缸的三位各有什么作用？¢2、当前一段自动线出故障时，如何把工件从储料库内取出来？¢3、当后一段自动线出故障时，如何把工件往储料库内存进去？ 链式水平贮料库¢1、输送带；2、张紧机构；3、框架；4、链条；¢5、电动机；6、减速器；7、工件；8、平板； （2）、辅助输送带 3.5自动线的上下料装置¢对于节拍很短的或加工笨重零件的自动线，为了减轻工人的劳动强度，应该设置自动化的或半自动化的上下料装置。¢加工小零件的自动线，多采用料斗或料仓上料，其结构原理与第二章所介绍的类似，这里不再赘述。加工较大零件的自动线，多半采用半自动的贮料库或料仓以及送料机构上料，即定期地用人工将一批工件按特定的方向和位置排列在贮料库或料仓中，然后由送料机构自动地送到自动线的第一个工位上去。 气缸盖自动线的上料装置¢1、推料机构；¢2、信号杠杆；¢3、工件；¢4、输送带；¢5、第一工位；¢6、料仓；¢7、蜗轮蜗杆减速器；¢8、丝杠；¢9、电动机；¢10、料台； 链式上料装置 曲轴自动线的下料装置¢1一机械手2一曲轴（工件）3－贮料架¢4－隔离块5－油缸6一油缸 3.6自动线的断屑与排屑¢3.6.1断屑¢断屑是自动线生产中的关键问题之－，特别是加工钢件等塑性材料工件所产生的锋利带状切屑，如不及时折断，就会缠绕在刀具、机床部件及回转的工件上。这不但会在那里积聚大量的热量，产生热变形，影响加工质量，降低刀具耐用度，而且会严重妨碍自动线正常运转，甚至会危害操作人员与设备的安全。 断屑要求:折断成一段段的较短的螺旋状切屑，而不希望折断成碎屑，因为碎屑不便于清理，且到处飞溅，很不安全。 一常用的断屑方法常用的断屑方法采用特殊的在刀具上在刀具的切削变化切削刀具几何角度增添断屑器部分做出断屑槽截面积振动切削法间歇进给法改进毛坯形状 1、变化切削截面积的断屑方法¢（1）、振动切削法¢当用普通方法车削外圆时，刀尖相对于工件的运动轨迹为一条螺旋线。若在切削过程中，给刀具附加一个低频率的振动,振幅为2A，使实际工作的进给量产生周期性变化，则刀尖相对于工件的运动轨迹就变为一条波纹状的螺旋线了。将工件圆周πD展开时，此曲线如振动切削示意图所示。¢ 振动切削展开图 ¢当振动频率等于工件每秒钟转数n或n的整数倍K时，振动频率f与工件每秒钟转数n关系：¢V≈nπDf＝Knvλ=f故得πD＝Kλ（毫米）¢式中¢λ—波长（毫米）；¢f—振动频率（赫）；¢v—切削速度（米／秒）；¢n—工件转速（转／秒）；¢D—工件直径（毫米）;¢K—正整数。 振动频率等于工件每秒钟转数n或n的整倍数时两圈切屑同相位，如下图： 上图表示f=Kn时的同步振动情况。当取振动频率等于工件每秒钟转数或它的整倍数时，则工件的圆周长πD恰为波长λ的整倍数。以这种频率进行振动切削时，任意相邻两转的刀尖运动轨迹，其波形相位都是同步的。也就是说，代表相邻两转刀尖轨迹的两条曲线波纹完全平行切削厚度毫无变化。这样就是同步振动，这种情况切屑不会折断。 振动切削原理¢如果在切削过程中，使相邻两转的刀尖运动轨迹错开一个相位，则其切削厚度及切削截面积将产生周期性的腰形变化，窄的地方应力较集中，切屑就会折断。振动切削就是根据这个原理，在机床中增添一个振动装置，而实现断屑的。¢采用不同频率振动时相邻两转的刀尖运动轨迹如图所示： 采用不同频率振动时的刀尖运动轨迹 ¢图a表示f=Kn时的同步振动情况。图b、c、d表示f≠Kn时的异步振动情况。异步振动时，此时πD不等于波长λ的整倍数，故相邻两转刀尖轨迹的波纹相位错开。图b、c、d分别标出了相位错开的情况。由图可知，这几种情况都会使切削厚度按正弦曲线的规律变化，因此切屑可以折断。试验也证明了这一点，当频率与工件转速相差10％或更大时，可以得到可靠的断屑，但切屑的形状及尺寸则与振动频率有很大关系，高频率时为碎屑，频率较低时则为单个的螺旋状或环状切屑。 液压振动断屑原理¢下图为叉子耳自动线振动断屑方法的液压原理图。系统采用微型电动机，通过小型减速箱（图中未示出），带动断屑凸轮1，使二位二通行程阀2时通时闭，来控制动力滑台的进给速度及切削截面积的变化，从而实现断屑。 液压振动断屑原理图¢油缸¢液控单向阀¢两位四通电磁阀¢电液阀¢油泵¢油池¢调速阀¢行程阀 液压振动断屑简化原理图¢1凸轮¢2行程阀¢3调速阀¢4三位四通电磁阀¢5、6液控单向阀¢7调速阀¢8油缸¢9两位四通电磁阀¢10变量油泵 液压差动回路 液压系统的工作过程¢动力滑台快退时，电磁铁2DT通电，从油泵排出的压力油，经电液动滑阀4的液动滑阀A（左位）、液控单向阀5而进入油缸的左腔，油缸右腔的油，经液动滑阀A而流回油箱。¢动力滑台快进时，电磁铁1DT及3DT通电，压力油经电液动滑阀4的液动滑阀A（右位）进入油缸的右腔；从油缸左腔排出的油，经液控单向阀5及液动滑阀A（右位），也进入油缸的右腔。这是差动联接的快速进给。 ¢工作进给时，1DT仍通电，而3DT断电。这时，油泵排出的压力油，经过液动滑阀A（右位）以后，分为二路，一路通调速阀3及行程阀2回油箱；另一路进入油缸的右腔，而油缸左腔的油则经液控单向阀6及调速阀7流回油箱。当行程阀2处于原位（即关闭）时，动力滑台的进给速度全由调速阀7控制。此时的滑台进给速度较快。当断屑凸轮1打开行程阀2时，则压力油，将有一部分经调速阀3及行程阀2流回油箱，而只有一部分压力油进入油缸。这时动力滑台将以较慢的进给速度前进，其进给速度由调速阀3及7共同控制。 ¢由此可知，动力滑台的进给速度及切削截面积，将随着凸轮1的转动而产生周期性的变化，因此可以断屑。¢采用这种方法时，凸轮曲线的设计很重要。上图中之凸轮由三段圆弧ab、bc、cd及一段快退曲线所组成（图b）。凸轮da段曲线工作时，行程阀2正逐渐关闭；ab段工作时，阀2处于关闭状态；bc段工作时，阀2逐渐打开；cd段工作时，阀2处于打开状态。由于cd很长，几乎占圆周的四分之三，所以凸轮每转过一周，（即每振动一次），滑台都有一段相当长的稳定而慢的进给时间，约占整个振动周期的四分之三。而凸轮的其余三段曲线da、ab和bc共约占圆周的四分之一，说明行程阀2从开始关闭一直到重新打开，所用去的时间很短，也就是说，滑台变化进给的时间 ¢很短，约占振动周期的四分之一左右。由此可知，如果令滑台的正常进给量、即行程阀2处于打开状态时的较慢进给量为s毫米／转，而较快的进给量、即行程阀2处于关闭状态时的进给量为s＋Δs，即可画出刀尖相对于工件的运动轨迹，为一条近似于锯齿波的曲线。 ¢因此，在决定凸轮的转速时，注意使其不等于主轴的转速或主轴转速的整倍数，令相邻两转的刀尖运动轨迹错开一个相位，如图2－67所示，就可使切削厚度发生周期性的变化而断屑。这种锯齿波曲线的刀尖运动轨迹，比起正弦波曲线，更有利于保证加工粗糙度。 ¢实践证明：振动切削的断屑方法是可靠的。它的适应范围很广。可以采用不同的切削用量；可以用于车、镗、钻、扩、仿形车削等加工方法；也不受工件材料的限制。它对加工精度及粗糙度影响不大，可以满足半精加工的要求。¢振动切削断屑法的主要缺点是：需要增添一套振动装置。 要求：¢1、工进、快进、快退实现方法。¢2、液压振动产生原理。¢3、振动断屑的原理及要求。 （2）、间歇进给法¢在切削过程中，利用进给一停顿一进给的方法，使切屑断开。¢a在进给系统的适当环节上添设电磁离合器，间歇地接通或中断进给运动。¢b当机床采用液压传动时，可在液压系统的进给油缸与调速阀之间串接一个专用的转阀（液压开关），以便间歇地接通或断开油路。为了保证工作的可靠性，转阀应尽可能离油缸近一些。转阀的开与关，可以利用低速电动机直接驱动或通过减速机构带动。 （3）、改进毛坯形状¢改进毛坯形状，使切屑自然断开，也是解决断屑问题的途径之一。¢例：在某厂的连杆大小头孔加工自动线中，先在孔中拉出一条直槽，来保证螺孔工序的断屑。这样，镗刀每旋转一周到达直槽时，切削截面积突然减至零，因而断屑绝对可靠，加工质量也好。缺点是使自动线增加了一个工位。 2、使用带断屑槽的刀具断屑具有一级断屑槽具有二级断屑槽的三边形刀片的三边形刀片 具有三级断屑槽具有凹弧形断屑槽的三边形刀片的四边形刀片 ¢凹弧形刃刀片偏心式夹紧机构 3.6.2排屑¢一排屑的意义¢在切削加工自动线中，切屑源源不断地从工件上流出，如不及时排除，就会堵塞工作空间，使工作条件恶化，影响加工质量，甚至使自动线不能连续地工作。因此将切屑从加工地点排除，并将它收集起来运离线外，是一个不容忽视的问题。¢排屑装置虽然在结构上比较简单，却是自动线不可缺少的辅助装置，在某些情况下要满意地解决排屑问题，并不是一件容易的事，应当给予足够的重视。 二工作地点的排屑方法工作地点的排屑方法利用切屑用冷却用压缩采用真空用刷子或安排清屑的自重排屑润滑液排屑空气喷吹吸尘装置刮板清理清洗工位 翻转倒屑装置¢1－原位开关及振荡控制开关2－轴3－随行夹具4一振臂5－叶片6一挡块7－柱塞8－辅助滚动支承9－支臂 翻转倒屑液压传动原理图 翻转倒屑液压传动原理当电磁铁1DT通电后，从油泵排出的油，经三位五通电磁滑阀及行程节流阀，流入回转油缸的左腔（相当于a孔），带动工件回转。回转至一定角度时，挡铁压下行程节流阀，实现节流缓冲。当振臂接触液压振荡器后，行程开关使电磁铁1DT断电和3DT通电，于是二位三通电磁滑阀接通了压力油到振荡器之油路，振荡器开始振 当振荡结束后，延时继电器发出信号使电磁铁3DT断电和2DT通电。于是从油泵排出的油，经三位五通电磁滑阀流入回转油缸的右腔，带动工件返回。当返回接近原位时，回转油缸上的挡铁压下行程节流阀，实现缓冲以消除工件与输送带导轨的撞击。 液压振荡器结构原理 液压振荡器结构原理¢当通入压力油时，压力油流入h腔和d腔。流入h腔的油经k腔流入e腔，将滑阀3推向左边，结果使流入d腔的油经c腔流向柱塞1的左腔，推动柱塞1右移，顶开振臂。而柱塞右腔的油则经l腔流回油箱。¢柱塞1在移动过程中又带动滑阀2移动。当滑阀2将h腔与k腔的通路堵死，并将h腔与g腔的通路打开时（如图所示），油路就发生了变化。此时压力油经g腔流入a腔，推动滑阀3右移，使b腔 ¢与c腔接通。而c腔是与柱塞1的左腔相通的，b腔是经f腔与油箱相通的。所以柱塞1的左腔通油箱，柱塞1在工件等的重力作用下，便向左移动。¢柱塞1左移时，又带动滑阀2移动。当滑阀2又封闭了h腔与g腔的通路，而打开h腔与k腔的通路时，就完成了一个振荡循环。 2、将切屑运出线外的装置将切屑运出线外的装置皮带输屑装置刮板式输屑装置 皮带输屑装置¢1－皮带2－主动轮3－容屑地坑4－上支承滚子¢5－下支承滚子6－电动机7－减速器 刮板式输屑装置¢1、刮板2、链条3、支承4、上支承5、链轮6、链轮7、排屑坑 第五章制造系统5.1成组技术(GT) 5.1.1概述•一定义：•成组技术是研究如何识别和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它，即把相似的事物归类成组，寻找解决这一组事物相对统一的最优方案，以取得所期望的经济效益的一门工程技术科学。•二应用•1在产品设计方面：•A大大减少了设计人员的重复劳动；•通过对企业中已有的零件编码和分组，可以建立起设计图纸的检索系统。当设计一个新零件时，设计人员将设计零件的构思转化成相应的分类代码，然后按此代码对其所属零件组的零件设 •计图纸和资料进行检索，从中选择可直接采用或稍加修改便可采用的原有零件图。只有当原有零件图不能利用时，才重新设计新的零件。这就大大减少了设计人员的重复劳动。•B大幅度降低系统中的信息源•新产品设计中大量利用原有产品的零件图，使企业生产的零件品种大为减少，大幅度降低了系统中的信息源。一些零件的批量将得到扩大，因而节省了工艺过程设计、工装设计和制造的时间和费用。 •2在制造工艺方面•A按零件组进行工艺准备和加工，选择机床设备和组织制造单元（制造岛）；•B采用成组工艺装备以取代通用或专用工艺装备；•C实现工艺过程的柔性自动化；•D是CAPP、CAM、FMS、CIMS的重要基础。 •3在生产管理方面•A将实行按零件组织生产，加工零件固定在一定的制造单元（制造岛）内，计划部门就有可能打破产品界限，改变传统的按产品组织生产的方式，以零件的管理代替原来的工序管理。•B质量管理由检验人员控制为主，改变为制造岛内自控为主。•C工人由专业工种固定分工劳动向一专多能转变，从一人一机向多机床管理发展。•这一切不仅有利于编制生产计划、生产指令和调度计划工作的简化，而且能促使整个生产管理工作向着科学化和现代化的方向发展。 •三成组技术的核心•成组技术的核心问题就是充分揭示和利用生产系统中出现的各种相似性信息，使工厂企业以最有效的工作方式得到统一的数据和信息，从而为企业建成集成信息系统打下基础，以获得最大的经济效益。•四零件的相似特征：•结构形状及其要素•尺寸•精度•相似特征材料•毛坯形式•加工工艺 •目前，成组技术中的许多工作都可以借助计算机来完成。例如计算机辅助零件编码和分类、计算机辅助工艺过程设计，以及在成组技术准则下开发的计算机辅助设计等。本章就着重介绍在零件的编码和分类等方面的计算机辅助工作。 5.1.2零件的分类和编码系统•一概述成组技术的基本思想•根据机械制造中的各种需要将零件按有关的相似性准则分成各种零件族，以求用同一的方法解决，达到提高效率的目的。•目前，各国都是采用分类编码的方法来描述零件的相似特征，它就是将零件特征数字化，用数字来描述零件的几何形状、尺寸、材料、精度和工艺特征。这样，就有可能采用计算机处理信息，也能较客观地反映零件的固有特性，而不受企业经验的约束。•至今各国采用的系统约有70多种。现仅介绍德国的奥匹兹系统和我国的JLBM-1系统。 二奥匹兹系统•奥匹兹系统是在德国阿亨工业大学奥匹兹教授领导下在德国机床协会（VDW）的资助下制定的一种通用的零件分类和编码系统。这套系统不但在德国得到广泛的应用，而且对世界各国的分类系统也有极大的影响，如我国机床行业原采用的JCBM-1系统，就是在奥匹兹系统的基础上略加修改后建成的。 1奥匹兹分类系统 2奥匹兹分类系统概况零件类别•前5位（形状代码）总体形状•主码局部形状•OPITZ系统•9位尺寸•后4位（辅助代码）材料•精度•毛坯 3OPITZ零件编码举例•013124279精度，内外圆与平面毛坯，锻件材料，钢σb<420MPa最大直径：160mm50~120mmD>160~400mm轮盘类 5.1.3计算机辅助零件编组和分类•从设计工作出发，往往将零件按它们的形状、材料、功能和尺寸等特征的相似性划分零件集合。其目的是为了减少零件种类，促进零件设计的合理化和标准化，减少设计工作量，缩短设计周期和提高设计效率。其中，又可按零件的标准化程度（或相似性级别）划分成标准件、相似件和通用件（或称借用件）。为了便于管理和简化检索工作，还可以将它们按零件的功能名称划分成各种零件组（如轴套组、轮盘组、杠杆组等），并按组将零件图纸装订成册和作成文件存入计算机。 •从制造的角度来着，则常根据零件间的加工过程相似性级别来划分，其目的是减少工艺设计的多样性，促进工艺设计的典型化和标准化。•对于生产计划人员来说，由于市场需求的变化，在计划期内的投产零件的品种是多变的。因此，经常考虑到计划期内采用合并投料加工的零件集合。这样，既可以充分利用成组技术的相似性，又能使生产中在制品的数量和库存量减少至最低限度。由于并组工作较复杂，这就更有必要用计算机辅助进行。 •GT的关键工作就是将零件分类归并成上述各种零件族和零件组，并具有统一的数据结构和接口。由于各企业的产品特点和生产条件是不同的，因此，在对产品零件进行分类时，可能有多种方法，通常归纳为视检法、编码分类法和生产流程分析法三种。• 零件分类方法•视检法••零件分类方法编码分类法••生产流程分析法•视检法：•直接依靠人工目测零件的相似性，进行零件分组。一般只适用于零件品种较少、生产批量较大的企业。 一编码分类法1步骤a制定或选择一个适用的零件分类和编码系统；b对需使用GT生产的零件编码；c确定分类标准；d分类；目前开发了各种计算机辅助编码系统的软件对零件进行自动编码，出错率一般为2%，最高不超过5%。 2计算机辅助编码方式•①问答式：计算机根据预先提供的程序软件，在显示屏幕上提出问题，编码人员通过键盘回答“是”或“否”，直至计算机认为回答满意为止。•②选择式：计算机在屏幕上用菜单方式显示出一组提示，要求操作人员从中挑选一顶，并将选定的项号输入计算机。因此，只要顺次逐个码位提问，即能编出零件代码。•③组合式：这是一种将上述两种方式结合的人机对话方式。 •④光电图象识别式：•它是利用摄像机和计算机相结合的光电识别法对零件图进行扫描，摄像机将摄得的几何图形信号送入计算机进行处理和编码。目前，系统还只能用于比较简单的二维图形。 3确定分类标准•（1）确定分类标准注意事项：•a相似性标准不能太高，要求过严，零件不易汇集成组；•b相似性标准不能太低，要求过松，组内零件差异太大，妨碍零件相似性的利用。 (2)制订标准的方法•在确定了分类分组的相似性准则和特征信息范围后，就可以根据所选用的零件分类编码系统，设计出各类零件的相似特征矩阵表，并把这些特征矩阵表作为数据文件存入数据库中，以供零件分类分组时作为标准查用。•特征码位法•制订相似性标准的方法码域法•特征位码域法 A特征码位法•从加工要求的相似性出发，往往把影响最大的零件类别、外形、尺寸和材料等码位作为特征码位。如果采用奥匹兹系统，即将一、二、六、七码位作为特征码位，零件只要在这些码位上的特征项相同，不论其他码位上的特征项怎样，都认为属于同一零件组。 特征码位矩阵例•零件编码最大总数：1X1X10X10X10X1X1X10X10=105•编码例：013562088 B码域法•将每个码位上的若干个特征项确定下来作为每一码位上特征项的允许变动范围，凡零件的代码在这个允许范围内的，就属于这个零件组。•这个码域也必须根据零件的分类目的和具体环境条件来确定。 码域法矩阵例•零件编码最大总数：2X4X3X3X1X5X3X2X1=2160•编码例：012203200 C特征位码域法•将上述两种方法结合，即采用特征位码域矩阵，既按要求确定相应的特征码位，又确定这些码位上特征项允许变动的范围。 特征位码域矩阵例•零件码最大总数：2X5X10X10X10X5X3X10X10=15X105 4利用计算机进行自动分组步骤（1）确定特征矩阵表；（2)将特征矩阵的每一列作为－个字符串来处理；（3）将这些字符串作为“文件”存入磁盘，每一组字符串表示一组零件的相似要求；（4）将确定的全部特征矩阵表都形成这样的文件存入磁盘供使用；（5）零件分组：a先调用一个矩阵依次与所需分组的零件代码进行比较，若零件的有关码位都符合该特征矩阵，就说明该零件属于这个零件组；b待全部零件与该矩阵比较后，就能将属于这个零件组的全部零件打印输出；c比较全部零件和所有矩阵。 作业•1试述成组技术定义。•2简述OPITZ系统和JLBM-1系统。•3试述零件分类基本方法。•4试述零件编码分类时制订零件分类标准的方法。 二生产流程分析法•（一）生产流程分析法•以生产过程或工艺过程为主要依据的分类方法，通过相似的物料流找出相似的零件集合与生产设施或加工设备集合间的对应关系，既能确定零件族，也同时得到加工该族零件的生产流程和设备组。•（二）生产流程分析共包含四个方面：•1、工厂流程分析（建立车间与零件的对应关系）；•2、车间流程分析（建立制造单元与零件的对应关系）；•3、单元流程分析（建立加工设备与零件的对应关系）；•4、单台设备流程分析（建立工艺装备与零件的对应关系）。下面主要讨论车间流程分析，找出制造单元（机床组）与对应的零件组。 （1）、聚类分析法•在聚类分析法中，常用作分类依据的数学统计量是相似性系数。它是用来判别车间流程分析中一对机床I和J的相似程度，由此确定这时机床可否聚为一类。这里相似性系数Sij可用下式表示：MIJS=IJM+M+MIjiJIJ•MIJ——表示同时通过机床I和机床J的零件种数；•MIj——表示只通过机床I的零件种数；•MiJ——表示只通过机床J的零件种数； 例题•今以三台机床MA、MB和MC与五种零件P1、P2、P3、P4、P5为例进行说明。左图表示机床与零件间关系的原始矩阵表，机床与零件的交汇方格中如为“1”，表示该零件需通过这台机床加工，空格则表示零件与机床间无关系。 M3ABS===075.ABMMM++103++AbaBABM1BCS===02.BCMMM++221++BcbCBCM2ACS===040.ACMMM++212++AcaCAC •因为SAB>SAC>SBC，所以MA和MB间加工零件的相似程度最高，而MB和MC之间加工零件的相似程度最低。•上面只是一个较简单的示例，尚可以由人工计算。在实际生产中，由于需要进行聚类分析的设备和零件很多，采用人工计算无法胜任，因此，必须开发相应的计算机软件。 聚类分析法步骤•①计算出机床之间的各相似系数；•②将那些相互间在加工零件方面相似性最高的机床组合在一起，聚合成新类；•③计算出新类与其余机床类之间的相似系数；•④再次将相似系数最高的聚合成新类，•⑤根据分类目的和车间环境条件，规定相似程度的界限值（阈值），划分机床组。 新类与旧类间类相似系数计算公式•设类Xp与Xq聚合成新类Xr，它们分别具有np、nq个样本，则任意类Xk与新类Xr之间的类相似系数Skr：nnpqSkr=S+SKPkqn+nn+npqpq•Skp、Skq－分别为任意类Xk与旧类Xp与Xq之间的类相似系数。 •例题如将MA、MBS阈值•合并成新类后，求•MC与新类的类相•似系数：•nA＝1nB＝1•SAC＝0.4SBC=0.2•单链聚类二叉树11Scr=×0.4+×0.2=0.31+11+1 •当阈值取得高于75%时，MA、MB和MC机床之间所加工的零件的相似性达不到合并成组的要求。当相似阈值取为0.6时，则可将在MA机床和MB机床上加工的零件合并成[MA，MB]组，在MC机床上加工的零件只能单独成[MC]组。在阈值取为0.3时，则可合并成[MA，MB，MC]一组。按理，此时阈值仍大于0.2，达不到合并成一个零件组的相似程度，这就是单链聚类分析的缺点。 （2）、排序聚类法•定义：•排序聚类法是一种直接交换零件－机床矩阵中的数据，使其成对角线块分布，每一块的数据对应着一个零件族及其相应的机床组，从而实现零件分类的分析方法。 排序聚类法分类步骤•1、将原始机床——零件矩阵表中的每一行都看成为一个二进制数，并将矩阵中的行序按二进制的大小依递减顺序重新排列得新机床——零件矩阵表。•2、将新机床——零件矩阵表每一列的顺序按照大小重排得更新矩阵表。•3、重复上述步骤，直至行与列均符合降序排列为止。•4、机床——零件的原始矩阵经重新排序后，将会在矩阵中形成界线明确的方块图形显示出相应的机床——零件组。 排序聚类法例 •结论：•零件2、5、1与机床B、E为一组；•零件3、4、6与机床A、C、D为一组； 瓶颈机床与瓶颈零件问题•如排序结果发现有个别机床上加工的零件特别多，而影响划分机床——零件组的清晰程度，该机床称瓶颈机床；在分组中发现个别特殊零件在加工时涉及到很多机床，该零件称瓶颈零件。 瓶颈机床与瓶颈零件例零件机床ABCDE1111112111311411511 •解决方法：•对瓶颈机床可将该机床暂时排除在外，待排序后，再根据各组使用该机床的情况和机床负荷，决定是否采用多台机床来满足分组要求。•对瓶颈零件则采用修改工艺或将该零件从零件组中剔除。•上例中，剔除A零件，增加机床1即可解决。 零件机床BCDE1（1）11211311（2）114151 5.1.4成组技术的技术经济效果•国内外的多年实践证明，成组技术是改变多品种、中小批量生产企业落后面貌的一项卓有成效的技术组织措施，并且收到了显著的技术经济效果。从整体经济性分析来看，它包括直接效果和间接效果两部分。下图表明了采用成组技术对改造传统的多品种、中小批量生产企业的示意图。它形象地说明了成组技术在产品设计、生产准备、制造工艺和生产管理领域内的应用效果。 应1新设计的零件数量－52%用2图纸总数量－10%成3新绘制的工作图数量－30%4生产准备时间－69%组5生产准备费用－40%技6工装制造工作量减少为原来的1/8~1/107原材料库存量－40%术8在制品存放量－62%的9废品率－40～50%10劳动生产率（每个工人〕提高+32%技11生产周期－70%术12延期交货－80%经13企业管理时间－60%14零件加工总成本－43%济15运行费用－47%效16生产面积－20%17固定资产费用－40% 5.2计算机辅助工艺过程设计(CAPP)ComputerAidedProcessPlanning•5.2.1CAPP的功能和基本工作原理•工艺过程设计是产品设计和制造之间的桥梁，它把产品的设计信息转化为制造信息。•计算机辅助工艺过程设计CAPP是计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）之间的桥梁，是开发柔性制造系统（FMS）的工艺基础。 •工艺规程定义：•根据一个产品的设计信息和企业生产能力，确定产品生产加工的具体过程和加工指令以便于制造的工艺文件。•工艺过程设计需要的设计信息：•零件的几何形状、尺寸、公差、表面粗糙度、毛坯形式、热处理状态、硬度、以及有关的技术条件等。 •工艺过程设计需给出的制造信息：•（1）工艺路线•（2）工艺装备选择（机床、刀具、量具、夹具等）•（3）工艺参数确定（切削用量、加工公差）•（4）其他数据如材料定额、工时定额、工序费用等。有时还包括数控编程等内容。 一CAPP的功能•1、CAPP能迅速编制出完整而详尽的工艺文件。使工艺人员无需重复查阅各种手册和规范，省掉手工计算数据和编抄各种表格的工作，极大地提高了工艺人员的工作效率。由于工艺准备时间缩短，加快了新产品的投产速度。•2、CAPP可以获得符合企业实际条件的接近最佳的工艺方案，给出合理的工时定额和材料消耗。它所产生的各项数据将是企业生产管理的基本依据。 二CAPP效益•①减少工艺文件的抄写和描校工作；•②避免人工计算和抄写的错误；•②从中央数据库获得最新信息；•④信息的一致性，包括工艺规程一致性；•⑤迅速编制工艺以快速响应产品的更新；•⑥编制的工艺规程详细完整，小批量生产时也能给出完善的工艺规程；•⑦更有效地利用刀夹量具，并可减少种类和促进标准化。 三CAPP的基本工作原理•零件描述••工艺路线生成•CAPP系统组成•（四个模块）工序设计•输出零件工艺 1CAPP系统的基本工作过程 2CAPP系统的类型•检索式CAPP系统•CAPP系统类型派生式CAPP系统•创成式CAPP系统 （1）、检索式CAPP系统•检索式CAPP系统实际上是工艺规程的技术档案管理系统。它事先把现行的零件工艺规程存贮在计算机中，使用时按图号或成组编码检索。•在编制新零件的工艺规程时，先按成组编码检索出存有的零件工艺规程，如不需变动就可直接使用，也可稍加修改后使用。当检索不到该成组编码的零件工艺规程时，必须以手工编制工艺，并通过键盘把所编工艺输入到计算机内存贮。 （2）、派生式CAPP系统•派生式CAPP系统是在成组技术的基础上，按零件结构工艺的相似性和分类编码系统，把零件划分为若干个零件加工族，并把每一族中各零件的所有形面特征合成为复合零件（也叫主样件），根据复合零件制订出反映本厂最优加工方案的典型工艺过程，以文件的形式存贮在计算机中。• 编制新零件的工艺规程：•1从输入的零件信息分析出成组编码；•2识别它所属的零件加工族；•3调出该族的典型工艺；•4自动搜索零件的形面和尺寸数据，确定需要的工序和工步；•5计算各种加工参数。•6对典型工艺的最后一个工步搜索和计算完成后，一份完整的工艺规程就产生了。 （3）、创成式CAPP系统•根据输入的零件信息、通过逻辑推理、公式和算法等，作出工艺决策以自动地“创成”一个新的优化的工艺过程。•1对每种几何要素按派生式方法将确定的优化工艺过程基本准则存入计算机。•2系统根据输入的零件信息，采用创成式的逻辑判断方法，组合各几何要素的工艺过程基本准则生成零件的工艺过程。 三类CAPP系统的工作原理框图•a）检索式b）派生式c）创成式 5.2.2CAPP的零件信息输入•人机交互输入•输入方式•CAD数据库输入 一人机交互输入零件信息•成组编码描述•人机交互输入法•形面特征描述•1成组编码描述•零件的成组编码可以综合描述零件的主要信息，为计算机提供工艺过程设计的信息基础。由于零件成组编码输入方便，也易于编程和移植，许多派生式CAPP系统采用这种输入方式，检索式CAPP系统也把成组编码作为输入内容。 用JLBM－1编码系统描述齿轮例 •成组编码描述的缺点是零件的信息描述太粗糙，特别是零件的几何参数及其定量描述不够，因而不可能得 2形面特征描述•这种描述方法可以详细地描述零件信息，使CAPP系统取得零件全部和精确定量的输入数据。国内外许多CAPP系统都使用这种描述方法。•形面特征描述方法的基本思路：•（1）任一机械零件都是由若干形面单元组成。如圆柱面、圆锥面、螺纹、导轨等。•（2）各形面的组合有一定的规律可循。如回转体零件可以用按形面在零件图上的位置顺序描述，计算机根据输入的数据构成完整的零件模型。 •（3）每个形面可以用一组相应的特征参数作详细描述。•a各项几何参数（如圆柱面的直径和长度）b工艺参数（如精度、表面粗糙度等）•c形面长度及位置特征参数（如非回转体零件中形面的方位和坐标）。•（4）每种形面及其特征参数给定后，其加工工艺方法也相应确定（一种或几种可能的加工方案），CAPP系统能方便地生成整个零件的工艺规程。 3回转体零件的形面特征描述步骤•(1)输入零件的整体信息；•(2)依次描述外部基本的形面单元，再描述附在基本形面上的辅助的形面单元，采用逐段输入的方法；•(3)依次描述内部基本的形面单元，再描述附在基本形面上的辅助的形面单元，采用逐段输入的方法；•(4)描述各形面之间的位置关系；•(5)所输入的零件信息存放到CAPP系统的零件信息库中。 回转体零件的形面特征描述例•(1)输入零件的整体信息：•A工艺规程表头（零件整体信息）输入“菜单”•产品型号：零件图号：零件名称：齿轮零件材料：Cr40•毛坯类型：零件重量：•淬火要求：调质要求：工艺员名： B外部基本形面“菜单”•1圆柱面2圆锥面3圆柱齿形•4圆锥齿形5蜗轮齿形6花键•7螺纹8滚花9退出•当采用从右向左逐段描述齿轮零件的基本形面时，第一个遇到的是Φ110外圆柱面。选择“菜单”中的1以给出选择外圆柱面信息。 C外圆柱面的特征参数表•外圆柱面特征参数•直径尺寸：110•直径上偏差：•直径下偏差：•形位公差要求•代号：公差：基准：•代号：公差：基准：•表面粗糙度：12．5•是否基准面： D外部辅助形面“菜单”•1径向孔2端面孔•3径向螺孔4端面螺孔•5圆弧槽6矩形槽•7端面槽8斜孔•9退出•继续从外部基本形面“菜单”中选出圆柱齿形进行第二段的描述。这样一直到全部外部形面依次描述完毕。•E接着按内部形面的有关“菜单”和特征参数表，把全部内部形面顺序输入。 F长度尺寸及其偏差的标注•分段描述方法不能表达长度尺寸及其偏差的标注。根据已输入的内外基本形面尺寸，可产生长度尺寸描述的轮廓图，图上给出端面号。长度尺寸的输入次序是任意的，长度尺寸输入后，随即输入它的上下偏差值。这样就把齿轮零件的全部信息都描述好并存入CAPP系统的零件信息库中。 长度尺寸输入用轮廓图 回转体零件形面特征输入•整体信息外部形面菜单外部形面特征参数确定外部辅助形面该形面特征参数外部形面结束？否，返回•是•内部形面菜单内部形面特征参数确定内部辅助形面该形面特征参数内部形面结束？否，返回•是•确定长度尺寸及相互位置确定偏差储存 非回转体零件的尺寸标注•在三维空间内，一般采用坐标法指明形面单元的所在位置。为此增加一项方位特征参数。非回转体零件可用立方体来描述方位。它分前后左右上下六个方位。对不同的方位，坐标轴的相对布置一样，便于输入，图上给出前面描述方位的坐标布置，通过系统内部的坐标转换程序把各方位的所有形面组织到统一的坐标系XYZ中。•非回转体零件的每一个形面单元位置用方位特征参数和基点（如圆孔中心线的外端点）坐标值表达。每个形面单元赋予顺序识别号，供描述各形面相互位置精度关系等时使用。图例是输入前面上方直孔的基点坐标及形面描述参数的例子。 方位图 非回转体零件形面描述举例 •应用形面特征描述法时应注意的问题：•①形面单元的划分要考虑结构和工艺特征。它可以是单一的几何表面，如圆柱面；也可以由若干几何表面组成，如阶梯孔和导轨面。不同的CAPP系统针对不同的零件谱和加工条件，形面单元的划分会有许多差别。使用组合的形面单元可大大加快非回转体零件的形面描述过程，还可缩短生成工艺规程的运行时间。•②形面单元描述系统的完整性。形面单元应包容加工零件谱中的所有形面，各形面单元的内部编码应有明确的层次结构。 TOJICAP-2系统孔类形面单元 形面特征描述法缺点•①输入效率低。它需把零件图上所有信息依次手工按键盘输入，零件信息输入时间往往占CAPP系统运行的主要部分，严重影响了CAPP系统的总效率。•②缺少对非加工面的描述。这对有较多非加工面的铸件和锻件将难于确定装夹部位和绘制工序图。 2、从CAD图形数据库提取零件信息•TIPPS系统是美国普度大学和宾州大学研制的可与任何一个CAD系统的零件模型相连的创成式CAPP系统，经过TIPPS预处理器使之变成和TIPPS系统兼容的格式。TIPPS系统还可人机交互处理二维和三维显示，或从CAD数据库直接检索尺寸和工艺信息。• 5.2.3派生式CAPP系统•派生式CAPP系统是建立在成组技术的基础上，因此，首先应划分零件族，制订各零件族的典型工艺过程，才能使归属于某个零件族的新零件按该族的典型工艺过程生成零件的工艺规程。 •一零件族划分•（1）、视检法•（2）、分类编码法•（3）、工艺流程分析法•以上三个方法有时需反复进行才能规划出合理的零件加工族。•二复合零件和典型工艺过程•1、复合零件定义•复合零件（主样件）：一个零件族包含有许多种零件，把这些零件的所有形面特征复合在一起的假想零件。 2复合零件的设计步骤•a、分析零件族中的全部零件图，取出其中形面种类最多和加工最复杂的一张零件图作为基础件。•b、分析其余图纸，找出不同于基础件的形面特征加入到基础件中。•c、去除机械重复的表面，即得到该零件族的复合零件。•d、对于零件种数较多的零件族，按形状相似直观地分成几组，每个组合成一个子样件，然后把这些子样件合成为零件族的复合零件。 套类零件族的复合零件合成例 3典型工艺过程设计•典型工艺过程设计要求：•①能满足零件族内所有零件的加工。•零件族内任一零件加工工艺过程的工序和工步都包容在典型工艺过程中。今后在CAPP系统运行中只需对典型工艺过程的工序或工步作删减，不能作增添。按照复合零件制订典型工艺过程一般可以达到这个要求。②应是符合本厂具体生产条件的最佳方案，即保证优质、高效和低成本的优化方案。 4工艺数据库•工艺数据库是用来存放生成工艺规程所需的各种工艺数据文件。•机床文件•刀具文件•夹具文件•量具文件•工艺数据库加工余量文件•标准公差文件•加工关系矩阵文件•切削参数文件•工时定额参数文件•成本计算参数文件。 5TOJICAP派生式CAPP系统•该系统用于生成回转体零件的工艺规程，工艺规程内容详细完整，有棒料规格或锻坯尺寸，机械加工的工序及其设备，各工序中的工步、刀具、切削参数、加工尺寸、工资时间（机动时间加辅助时间），以及工序时间、定额和工序加工费用等。并可绘制出锻件图和车削工序图，是一个功能较完整的实用系统。 TOJICAP系统的流程框图 TOJICAP系统的运行流程•1、该系统可以即时输入零件图信息以生成工艺规程，也可事先输入一批零件图的信息，存入零件信息库中供随时调用。•2、按“菜单”提示输入图号及批量，系统依据图号自动从零件信息库调出该零件的各参数数据。•3、自动生成该零件的成组编码，再检索零件族特征矩阵文件。•4、调出该零件族的典型工艺过程，按派生式方法去生成零件的工艺规程。 •5、根据典型工艺过程，先生成毛坯尺寸。典型工艺过程的毛坯为棒料时，生成棒料直径及下料长度尺寸；毛坯为锻件时，生成锻坯尺寸，为绘制锻坯图作准备。•6、按典型工艺过程规定的工序工步逐个进行搜索零件信息。•7、调用对应的切削参数计算模块，代入该形面的特征参数值，计算出切削参数和工时定额；从各种文件中选择刀夹量具。•8、一直进行到典型工艺过程最后一个工序的最后一个工步，于是一份完整的工艺规程就生成了。•9、程序进入人机交互修改工艺模块。工艺人员可对尚不满意的工序或工步作变动，这时也可调用计算模块重新计算变动后的情况。•10、打印机把零件工艺规程打印输出。 5.2.4创成式CAPP系统•创成式CAPP系统的零件信息输入方法和派生法相同，它与派生式CAPP系统的最根本差别在于事先没有存入零件或零件族的典型工艺过程。零件的工艺过程是通过各种工艺决策方式“创成”，出来的。•从下表中可看出，工艺过程设计中的工艺路线设计和设备选择采用创成法中的逻辑决策或创造性决策较为合适。 1工艺过程设计的决策方式 2、决策树和决策表•（1）决策树•决策树由树根、结点和树枝组成。每一个分枝有一个决策语句，给出逻辑值“真”或“假”。结点有“或”和“与”两种。“或”结点只能通向下面几个树枝之一，而“与”结点允许通过所有下面的树枝。•根据各种确定性的条件可建立决策树，下图是选择加工方法的决策树举例。图中E表示决策语句，即决策条件，可以是一个或一组表达式，A表示得出的决策行动。 加工方法选择决策树举例•决策树很容易改写为程序流程框图，下图是该决策树对应的流程框图。工艺人员利用决策树可以有效地写入工艺设计规则，再改写为流程框图后就能直接编写计算机程序。 决策树对应的流程框图 （2）决策表•决策表是描述事件之间逻辑依存关系的一种表格，决策树可以用决策表来表达。表中用双线划分为四个区域。用Y表示满足所在行的条件。用X表示将来取所在行的决策行动。因而决策表右部每列都可•决策表可通过分解（分成视为一条决策规则。决策若干子表）、合并（几个表的条件之间是“与”的关表合为一个表）、连接等系，决策行动之间也是方法，描述有多层次联系“与”的关系。的复杂决策逻辑。 •决策表的设计主要有罗列法和递进法两种方法。•罗列法的设计步骤是：•①列出所有可能的条件，写入左上区；•②按数学中的排列法，在右上区写出全部可能的条件组合；•③研究每一条简单规则，确定需要的决策行动，写在左下区决策说明栏（决策行动名称）和右下区决策行动栏（用X表明）中，并注意安排好各个行动的先后次序；•④把具有同样决策行动的规则合并到一个复合规则里，把不可能的条件组合的列去掉。 加工方法选择决策表举例 3、TOJICAP-2创成式CAPP系统 •该系统用于非回转体箱体零件的计算机辅助工艺过程设计。•1、零件描述：形面特征描述法。•2、工艺路线生成：•前提：•A系统存贮了各种形面单元的工艺过程；•B系统存贮了箱体类零件粗的工艺流程；•（1）工序组合：把单元形面工艺中的工步进行分类，将它们归入相应的工序之中；•（2）工步排序：把一个工序中的工步排序以确定加工次序；•（3）根据存贮的箱体类零件粗的工艺流程，经过逻辑推理和判断，把组合后的工序合成为一个针对整个零件的加工工艺过程。 •工序组合方法：根据单元形面工艺中工步的性质来确定。根据优先顺序决策表，把每个工步按加工效率纳入某个工序内。•粗镗孔的优先决策表 •逻辑推理：•IF工艺流程中存在镗铣工序且粗镗孔工步可以在粗镗铣机床上加工•THEN将粗镗孔工步归入粗镗铣工序•ELSLIF工艺流程中存在镗铣工序且粗镗孔工步可以在镗铣机床上加工•THEN将粗镗孔工步归入镗铣工序•ELSEIF工艺流程中存在精镗铣工序且粗镗孔工步可以在精镗铣机床上加工•THEN将粗镗孔归入精镗铣工序 •ELSEIF工艺流程中存在粗镗工序•THEN将粗镗孔归入粗镗工序•ELSEIF工艺流程中存在镗工序•THEN将粗镗孔归入镗工序•ELSEIF工艺流程中存在精镗工序•THEN将粗镗孔归入精镗工序•ELSE•人工干预•END •工步的排序原则：（数控机床）•①先粗加工后精加工；•②先平面加工后孔槽类形面的加工；•③先有精度孔加工，后无精度孔的加工；•④对于粗加工和半精加工来讲，孔的加工顺序按精度从高到低的顺序进行，而精加工则按精度从低到高的顺序进行；•⑤在精度相同的情况下，用一把镗刀加工完所有孔径相同孔以减少换刀次数；•⑥槽以及无精度要求的螺栓孔等总是安排在半精加工和精加工之间进行；•⑦孔精加工时端面和孔总是一起加工，以保证孔端面与孔的垂直度要求。 •孔的一头加工问题：•（1）通过坐标来判断两个孔是否位于同一轴线上。•（2）如果在同一轴线上，则判断刀具系统的长径比是否满足要求，满足要求则一头加工，否则要调头镗削•当整个零件的加工工艺过程生成后，每个工序中各工步的工具选择、切削用量计算、工时定额确定等与派生式CAPP系统相同。•。• 5.2.5CAPP专家系统•1、概述•CAPP专家系统是人工智能在机械制造工程中的应用。所谓专家系统是在特定领域里具有与该领域的人类专家相当的智能水平的计算机知识处理程序系统。 工艺过程设计的特点•①信息的不确定性。•零件批量影响工艺路线，但零件数究竟多少算小批量或中批量，并没有确定的界限。•不同的工艺人员（即工艺专家）由于经验不同，即使其他情况相同，也会给出不同的工艺过程设计。•②工艺知识的经验性和不完全性。•工艺过程设计的主要工作是拟定加工方法，即加工顺序、设备、工序内容等，以保证零件加工的精度和生产率，以及使加工费用较低。工艺人员一般凭经验制定工艺规程，但经验的积累需要较长的时期，并且对个人来说，往往是不完整、不精确，有时甚至是非逻辑的。 CAPP专家系统的优点•①柔性。•当生产环境改变时（如更新设备、采用新技术，或要移植到其它工厂），专家系统只要输入新的知识就能适应，不需要改写程序。•②透明性。•系统与用户间有友好的交互界面。系统能随时向用户提供运行的过程和理由，并向用户作出各种解释，所以系统的工作是“透明”的。这就便于工艺人员作出干预和选择，以制订出优化的工艺过程。•③可扩展性。•专家系统可以不断补充和更新知识，从而能随着科技的发展和生产条件的改进而自我提高工艺过程设计的水平。 CAPP专家系统基本构成CAD接口综合数据库知识推理机库用获取知识模块户人机交互界面工艺专家知识 CAPP专家系统的基本构成•①综合数据库。•存放事实，包括由用户（或CAD接口）输入的零件信息和由推理得到的事实。•②知识库。•a与工厂条件无关的知识（如必须先装夹才能加工）；•b与工厂条件有关的知识（如工厂中的机床型号与性能，工艺习惯等），即移植到其它工厂需修改的知识。•③推理机。•根据知识推导出结论。它包含了推理方式和控制 专家系统与常规程序区别 2、知识库的基本要求①可扩充性•因为知识库主要存放从专家经验归纳出的启发性知识，它需针对新情况不断更新和扩充知识。•②简明性•数据结构应简单明了，易于理解和修改。并且使知识的获取只通过存取程序而不直接涉及数据结构。 •③精确性•尽可能精确地表达出专家的思维。即各项知识用确切的术语表达，从而提高问题求解的水平。•④一致性•因为从专家处获取的知识大多有不确定性，在补充新知识时要作语法检查，看是否与已有知识冲突，并给出产生冲突时的处理方法。 •专家系统中常用的知识表达方法有：逻辑模式、产生式规则、语义网络、框架、决策树、决策表、多层次模块等。•①逻辑模式•逻辑模式用动词逻辑把知识表达为基本逻辑式。•例如，工件A装卡在夹具B上可表达为：•ON（A，B）；•机器人M转移工件给机床N可表达为：GIVE（M，N）。 •②产生式规则的表达形式：•IF<条件1>•AND<条件2>•OR<条件3>•…•THEN<结论1>可信度90%•<结论2>可信度60%•… •产生式规则的优点：•形式符合人的思维方式，直观、简单、便于理解和使用，也易于修改和扩充。使用产生式规则时，可附上结论的可信度，未附可信度则为100%，使专家系统能进行非确定性推理。•产生式规则的缺点：•格式古板，在有些情况下需重复搜索而影响效率。 •③语义网络用语义网络描述轴•适用于表达描述性知识，如零件信息、设备和工人情况等，这些信息大多是确定性的，语义网络由节点和弧线组成，节点表示实体，弧线表示节点间关系。 •④框架•框架的基本成分是槽，每个槽表示所表达实体的某个方面。可以用框架表达描述性知识，也可用它来表达工艺过程性知识。每个槽要输入一个特定值，如不输入则自动采用缺省值。它还可以扩展为分级式框架结构，以使描述层次更清楚。 描述孔的框架例•框架类型：孔•槽名——长度•长度上偏差•长度下偏差•直径•直径上偏差•直径下偏差 •⑤多层次模块•多层次模块的实质是各种知识表达方法的合成。一个问题领域的知识，可根据内部各知识模块的关系划分为几个层次，各层次有一个或几个知识块。每层次中的知识表达可采用语义网络、产生式规则或框架等，以表达较复杂的知识。同一层中的知识块有同等的概念，各层之间的连接可以是因果或从属关系。•在建立工艺过程设计知识库时，用语义网络或框架来表示描述性知识较方便，而对工艺过程性知识则用产生式规则较多。 3、推理机的推理机制•推理是指依据一定的原则，从已知的事实和知识推出结论的过程。•CAPP专家系统的推理机制是基于知识的推理。它包括推理方式和控制策略等问题。•（1）、推理方式•推理方式有确定性推理和非确定性推理两种。专家系统要处理工艺过程的非确定知识，所以采用非确定推理方式。•非确定性推理的方法主要有：可信度方法、概率论方法、模糊子集法和证据论方法等。 •（2）、控制策略•正向推理•控制策略反向推理•正反向混合推理•（a）正向推理•正向推理也称数据驱动或前向链控制。它的基本思想是从己知数据信息出发，正向使用规则求解。其逻辑传递形式是：“如果A成立则结果为B”及“如果B成立则结果为C”，那么推理出的结论为“如果A成立则结果为C”。•这种控制策略适用于用户能先提供初始信息的情况，如设计、规划、预测等工作。但不适合于工艺设计，因为工艺设计时一般只知道工件的最终状态，即零件图信息，并不知道毛坯状态。 •（b）反向推理•反向推理也称目标驱动或反向链控制。它的基本思想是先定一个目标，然后在知识库中找出能导出该目标的规则集，若某条规则的前提条件与数据库事实相匹配，则执行该规则。该规则的前提条件成为新的子目标，再寻找导出子目标的规则。依此继续搜索，直到初始状态（例如毛坯状态）为止。如果搜索中有不止一条规则可匹配，一般执行第一个遇到的规则。只在导出的子目标无法达到初始状态时，才返回执行第二个遇到的规则，依此类推。另一种是采用规则优先级的方法。• •反向推理的优点:•不必使用与总目标无关的规则，同时也有利于向用户提供明确的解释，告诉用户要达到的子目标及所用的规则.•缺点:•寻找初始状态时有盲目性，往往需多次返回搜索。•工艺设计时的总目标明确，因此一般都采用反向推理方法。 •（c）正反向混合推理•正反向混合推理也称混合式控制或混合链控制。其基本思想是交替使用正向推理和反向推理这两个过程。•正反向混合推理使用由用户提供的初始信息，由正向推理取得部分结论，提供给反向推理作为目标。因此它能结合正向和反向推理的优点，缩短推理过程。但需用户提供更多的信息。•反向推理的优点是不必使用与总目标无关的规则，同时也有利于向用户提供明确的解释，告诉用户要达到的子目标及所用的规则，缺点是寻找初始状态时有盲目性，往往需多次返回搜索。•工艺设计时的总目标明确，因此一般都采用反向推理方法。 反向推理求解例•规则一：•IF零件形状为圆柱齿轮AND•齿部精度等级6级AND•齿部高频淬火AND•与相邻直径>4.5m（m为模数）AND•设备允许THEN加工工序为磨齿工序•规则二：•IF磨齿•THEN先进行磨孔工序•规则三：•IF端面粗糙度<1.6AND•有磨孔工序•THEN先进行平磨工序 •事实一：齿轮需要齿部高频淬火•事实二：齿部精度6级的端面粗糙度≤1.6•按反向推理，已知单联圆柱齿轮，且齿部精度为6级。由事实一知道需高频淬火，再由规则一求得最后一道工序为磨齿工序；由规则二求得倒数第二道工序为磨孔工序；由事实二和规则三求得倒数第三道工序为平磨工序。•只要知识库中有足够的知识，可以一直反向推理到毛坯为止。这样就创成出该齿轮零件的整个工艺路线。然后再进行各工序的设计与计算，生成完整的工艺规程。 4、TOJICAP-E工艺设计专家系统•TOJICAP-E工艺设计专家系统采用Prolog语言编制，该系统系与TOJICAP系统相连。•⑴TOJICAP系统的零件描述和机床等工艺数据文件供TOJICAP-E专家系统使用；•⑵由专家系统确定工艺过程设计方案；•⑶由TOJICAP系统完成细节设计，即工序中各工步的参数细节设计；•⑷输出工艺规程。 TOJICAP-E与TOJICAP的关系零件数据知识库机床等数据确定方案细节设计 TOJICAP-E流程图 第一章工序自动化1.1自动装卸工件装置自动装卸工件装置是自动机床不可缺少的辅助装置。当机床实现了加工循环自动化之后，还只是半自动机床，因为每当完成一个加工循环后必须停车，由工人进行装卸工件，经过再次启动，才能进行下一次加工循环。在半自动机床上配备自动装卸工件装置以后，由于能够自动完成装卸工作，因而自动加工循环可以连续进行，即成为全自动机床。在实现工艺过程自动化时，自动装卸工件装置也是组成自动线的不可缺少的辅助装置。1.1.1自动上料装置的类型及特点自动装卸工件装置通常惯称自动上下料装置或自动上料装置。它所完成的工作包括将工件自动安装到机床夹具上，和加工完成后从夹具中卸下工件。其中的重要部分在于自动上料过程所用的各种机构和装置，而卸料机构在结构上比较简单，在工作原理上与上料机构有若干共同之处，所以一般所说自动上料装置通常都包括卸料机构在内。根据原材料及毛坯形式的不同，自动上料装置有以下三大类型：⑴、卷料（或带料）上料装置。将线状的、细棒状的和带状的材料，预先绕成卷状，在加工时将卷料装上自动送料机构，材料从料盘中拉出来，经过自动校直后，送向加工位置。在一卷材料用完之前，送料和加工是连续进行的。⑵、棒料上料装置。当采用棒料作为毛坯时，将一定长度的棒料装在机床上，然后按每一工件所需的长度自动送料。在用完一根棒料之后，需要进行一次手工装料。⑶、单件毛坯上料装置。当采用锻件或将棒料预先切成单件坯料作为毛坯时，需要在机床上设置专门的单件毛坯上料装置。前两类自动上料装置多属于冲压机床和通用（单轴和多轴）自动机的专门机构（部件）。因此本章主要介绍单件毛坯的自动上料装置。单件毛坯自动上料装置根据其工作特点和自动化程度的不同，可以分为料仓式上料装置和料斗式上料装置两种型式。料仓式上料装置是一种半自动的上料装图1－1自动上料装置原理图置，其特点是不能使工件自动定向，需要人工—1— 生产过程自动化定时将一批工件按照一定的方向和位置，顺序排列在料仓中，然后由送料机构将工件逐个送到机床夹具中去。料斗式上料装置是自动化的上料装置，工人将单个工件成批地任意倒进料斗后，料斗中的定向机构能将杂乱堆放的工件进行自动定向，使之按规定的方位整齐排列，并按一定的生产节拍把工件送到机床夹具中去。在图1－1中表示了这两种自动上料装置的结构特点。图1－1a和b是料仓式上料装置。它具有料仓3、输料槽2、送料器1、上料杆4、和卸料杆5。当工件的加工循环时间较长时，为了简化结构，可以适当加长输料槽使之兼有料仓的作用（图1－1a），当料仓容量较大时，为了避免工件卡住堵塞，还设有搅动器6（图1－1b）。图1－1c是料斗式上料装置。工件任意地堆放在料斗9内，通过定向机构7将工件按一定方向顺序送入输料槽2中，然后由送料器1送到机床的加工位置。在料斗上还设有剔除器8，用以防止定向不正确的工件混入输料槽。料斗式上料装置由于能够实现工件的自动定向，因而能进一步减轻工人的体力劳动，便于多机床管理。但这种自动定向的料斗多适用于工件外形比较简单、体积和重量都比较小，而且生产节拍短、要求频繁上料的场合。料仓式上料装置虽然需要工人周期性地将工件按规定的方向和顺序进行装料，但结构比较简单，工作可靠性较强，适用于工件外形较复杂、尺寸和重量较大以及加工周期比较长的情况。从图1－1中可以看出，这两种上料装置在实现送料、装料和卸料等过程时所用的机构具有共同性。所不同者仅在于料斗式上料装置具有可使工件自动定向的料斗。因此下面将首先分析组成料仓式上料装置的各种基本机构，然后再分析工件的各种自动定向方法和料斗的结构。近年来，在各种类型的自动化机床上，广泛应用了机械手来实现装卸工件自动化。这里所说的机械手，就是一种能实现较为复杂的动作循环的上下料装置，它从料仓或输料槽中抓取工件，直接送入机床夹具，当工件加工完成后，也能从夹具中把工件卸到固定的地点。它代替了图1－1中所示送料器1、上料杆4和卸料器5的作用。所以，从作用原理上看，仍然可以把它当作上述两类上料装置的组成部分。但由于目前生产上所采用的装卸料机械手的结构形式愈来愈多，而且累积了不少经验，为了便于归纳各种机械手的结构特点，所以在本章中将它作为自动上料装置的一种类型进行介绍和分析。1.1.2料仓式上料装置料仓式上料装置由料仓、输料槽、隔料器、上料机构和卸料机构等部分组成。1、料仓料仓的作用是贮存工件。根据被加工零件的形状特征、贮存量的大小以及与上料机构的配合方式的不同，料仓具有各种不同的结构型式。图1－2所示是一些料仓的典型型式。图1－2a为最简单的槽式料仓，根据工件的形状特征和上料装置在机床上的配置情况，可以做成直槽或弯曲形槽；可以垂直放置也可以倾斜放置。这种料仓的结构简单，但贮存量小，在某些情况下也可看作是输料槽兼作贮料之用。当要求贮存量稍大时，可将贮料槽做成Z形（图1－2b），对于圆柱或圆锥形工件也可采用螺旋形料仓（图1－2c）以增大贮存量。图1－2d为转盘式料仓，工件存放在圆盘的圆周或端面上，圆盘作周期性的间歇回转运动，与送料机构的动作相配合。将工件逐个装上圆盘料仓的工作可在机床外进行，取完工件，及时更换。这种在机床外周期性装料的原理也可应用于其它型式的料仓。图1－2e和f是圆筒形料仓。贮料圆筒1可以装在鼓轮2上作周期性间歇转动（图1－2e），也可以固定不动，用链条2带动送料器3进行连续或间歇性送料（图1－2f)。图1－2g是一种应用较广的斗式料仓，它的贮存量较大，适用于圆柱、圆盘和圆环等类工件。—2— 第一章工序自动化必须注意的是，工件在斗式料仓中整齐排列堆积时，常常会在内部互相挤住而形成“拱桥”，使得下面的工件逐渐送出以后，上部的工件却被卡住不能下落。为了保证上料装置能够连续地正常工作，常在这种料仓中设置搅动器，用以破坏“拱桥”。在图1－3中表示了几种搅动器的图1－2料仓的形式型式。图1－3a所示的料仓中，在送料器的表面上做出一些波纹或齿纹，依靠送料器往复运动时的摩擦力使料仓中的工件产生运动，避免形成“拱桥"。图1－3b为摆动杠杆式搅动器。图1－3c中除了摆动杠杆外，在料仓内还装有菱形搅动器，当料仓容量很大时用以破坏上部的“拱桥”。图1－3d为在料仓内部出口处设置的摆动凸块搅动器，上述各种机械传动的搅动器，一般从经济性出发，很少采用单独的动力源传动，大多尽量利用机床某些运动机构，或从送料机构通过某些构件的联系来进行传动，此外，也可以利用电磁、液压或气压来单独传动，图1－3e所示为利用电磁振动器作为搅动器的例子，适用于重量较轻的工件。2、输料槽输料槽的作用是将工件从料仓（或料斗）输送到上料机构中，有时还兼有贮料的作用。输料槽按其外部形状分，有直线型、曲线形和螺旋型等型式；按工件在输送时的运动状态分，有滚道式输料槽和滑道式输料槽等。输料槽的具体型式和结构，与工件的形状、尺寸以及上料装置在机床上的配置情况等因素有关。(1)、输料槽的结构型式在图1－4中表示了工件以滚动方式输送的几种典型输料槽。图1－4a和b是最常见的箱形截面输料槽，用于输送圆柱形、盘状或环状工件。在一般情况下可以采用图1－4a的开式料槽；当输料槽倾斜角较大、工件滚送速度较高时，为了防止工件因碰撞而跳出槽外，可采用图1－46所示的闭式料槽。对于阶梯形工件，则需根据工件的具体形状设计输料槽底部结构，图1－4c为输送阶梯形盘类工件的一例，图1－4d为用于长杆状阶梯工件（发动机的阀门）的输料槽截面结构，由于工件的头部直径大而杆身细长，为了防止在滚动过程中偏斜或因头部较重而使杆身翘起，所以在头部一边做成闭式料槽。在某些情况下，工件在输送到上料机构之前，需从倾斜角很大，甚至是垂直的料槽中落下，为了减缓工件下落的速度，以免产生过大的冲击，常将这一段做成蛇形料槽（图1－4e），亦称—3— 生产过程自动化阻尼料槽。图1－4f为用于齿轮类工件的隔离式料槽。为了避免轮齿互相啮合而卡住，在料槽中安装可绕轴销2摆动的隔离块1，当前面一个齿轮压在隔离块1的小端时，扇形大端便向上翘起将后面一个齿轮挡住。图1－5所示是工件以滑动方式输送的输料槽。图1－5a为V形输料槽，适用于圆柱形工件，图1－5b为管形输料槽，常常用来输送圆柱、圆锥滚子以及圆柱销之类的工件。这种输料管易于制成弯曲状或用软管制成，适应性强。对于有台阶头部的工件如螺栓、阀门杆等则常采用图1－5c所示轨道式料槽。头部和杆身直径相差甚大的阶梯形工件，常常采用如图1－5d所示的箱式输料槽。滑动输送的输料槽为了图1－3搅动器克服较大的摩擦阻力，保证可图1－4滚动输送的输料槽图1－5滑送输料槽—4— 第一章工序自动化靠地输送工件，应具有较大的倾斜角。在某些情况下为了减小输送时的摩擦阻力，可以采用如图1－6所示的辊道式输料槽。这种输料槽的缺点是结构较为复杂。(2)、输料槽的设计图1－6辊道式输料槽输料槽的结构虽然比较简单，但在实际工作中自动上料装置常常是易出故障的环节。最常见的故障就是工件在输送过程中卡住或失去定向，以致自动上料装置不能正常连续地工作。因此，设计时必须针对具体情况，分析保证其工作可靠性的条件，并正确决定其结构参数。①滚动输送的输料槽设计设计时最主要的是确定料槽的宽度、侧壁高度和倾斜角度。在表1—1中列出了一些典型的输料槽截面型式及其确定侧壁高度H的公式。表中a为一般圆柱形和圆盘形工件的输料槽。由于盘状和环状工件滚动时的稳定性较差，所以输料槽的侧壁要稍高些。表中b为一端空心的工件（如活塞），因为重心偏移在一边，为防止滚动速度较高时翻出槽外，故侧壁应比a为高。为了增加可靠性，可以采用表中c所示的料槽结构。表中f和g在决定侧壁高度方面与a没有本质区别，但须注意在这两种情况下，工件的实际长径比（L／D）较大，比较容易卡住或失去定向，在确定输料槽宽度时须加以注意。滚动输送的输料槽一般不需要倾斜很大的角度，对于表面光洁的工件，倾斜角可取为5°～7°；对于表面较粗糙的工件，可选取7°～10°；若工件属于毛坯件，具有表面缺陷，料槽倾斜角则应适当取大些，可取为10°～15°。②滑送输料槽的设计工件在滑送输料槽中，运动时的摩擦阻力较大，为了可靠地输送工件，这种输料槽的倾斜角一般不得小于25°，必要时应通过试验确定。序号截面形式示意图侧壁高度H序号截面形式示意图侧壁高度H速度较慢输送时D−dH＝（0.5～0.6）DH=−Δae2速度较快输送时H＝（0.7～0.8）D△=0.5～1毫米bH＝（0.8～1）DfH＝（0.5～0.6）DH＝0.8DH1=D+△cgH＝（0.5～0.6）d△=0.5～1.5毫米D−dH=+Δd2hH＝（0.7～0.8）D△=0.5～1毫米表2-1输料槽侧壁高度当采用图1－5a所示的V形输料槽时，工件要受到比平底输料槽更大的摩擦阻力，如图1－7所示，设工件的重量为W，工件对输料槽的正压力为N，则有2Nsinβ＝WW即N=2sinβ每边的摩擦阻力为：—5— 生产过程自动化μWF=μN=12sinβ式中F1——每边的摩擦力；μ—－摩擦系数。总的摩擦阻力为：μWF=2F==μ′W（1—1）1sinβμ式中μ"—－等效摩擦系数，μ"=。sinβ从公式（1—1）看出，角度β愈小，则摩擦阻力愈大。对于较轻的工件，可以取β＝45°，即可以采用标准角铁制作，对于较重的工件，则取β=60°。工件在这种V形输料槽中滑行时的稳定性好，但为了保证输送可靠，其倾斜角α应为由等效摩擦系数所确定的摩擦角的1.4～1.5倍，即α=（1.4~1.5)θ"（1—2）式中α——输料槽的倾斜角；μθˊ——等效摩擦角，tgθ"=μ"=。sinβ料槽的边高可取为：H＝（0.7～0.8）D。当滑行输料槽需要转弯时，应注意用平滑的圆弧过渡，并根据工件的形状尺寸正确选择过渡圆弧的半径。如图1－8所示，L22=−2+R(RS)4由此可得：SL2R=+（1—3）28S式中R——输料槽转弯处的圆弧半径；L——工件长度。式中弧高S应根据输料槽直槽部分的宽度B来考虑选取，从图1－8可见，如果输料槽的直槽部分与圆弧部分做得一样宽的话，则B＝d＋C＋S（1—4)图1－8输料槽转弯处圆弧式中d——工件的直径；半径的确定C——必需的最小间隙，可以用工件的直径d作为公称尺寸，取其6～7级精度的公差数值。所选取的弧高S值，应使工件在输料槽中歪斜时不会卡住。按这样的原则所确定的S一般较小，如果根据公式（1—3）所求得的圆弧半径R太大，以致结构上显得不合理，则应以结构的合理性为主要准则，按实际需要确定R，然后再按下式计算S：S=R−0.54R2−L2（1—5）这时，如果按公式（1—4）确定的槽宽B过大，则可如图1－8中虚线所示，减小直槽部分的宽度。当图1－5b所示的管形输料槽需要弯曲时，料管的直径也应类如公式（1—4）用计算法求—6— 第一章工序自动化出：=++=++−2−2ddCSdC(R0.54RL)（1—6）0式中d0——料管内径；R——料管内壁弯曲圆弧半径。图1－5c所示的轨道式输料槽，工件滑行时，实际上总以其头部的下端面与两边轨道接触于a-a两点（图1－9），而杆身与垂直面呈γ角。为了使工件在滑行过程中不致互相挤压而卡住（图1－9b），应如图1－9a所示，使K≥1.lh（工件头部的高度）。要达到这一点，必须尽量减小γ角，从图中可以看出：为了减小γ角，应尽可能增大S，即工件头部与轨道两接触点a-a之间的距离。根据结构上的要求，如图1－9c所示，S＝d＋2△＋b（1—7）式中d——工件杆部直径，△——工件杆部与轨道内壁间隙；b——轨道厚度。为了增大S，可如图1－9d所示，适当加大厚度b，并倒斜角，使工件头部端面与轨道接触在最外边两点上。图1－9轨道式输料槽3、上料机构上料机构的作用是将从料仓或料斗经输料槽送来的工件送到机床上预定的位置。一般上料机构有两种类型：由送料器和上料杆组成的上料机构和能完成复杂运动的上料机械手。关于机械手将在本书后面章节作专门介绍，这里主要介绍由送料器和上料杆组成的上料机构。这类上料机构在工作时首先由送料器将工件从输料槽的出口送到上料位置，然后上料杆再将工件推入机床主轴夹头或其它类型的夹具中。根据其运动特性，可将送料器分为直线往复式、摆动往复式、回转式和连续送料式四种类型。(1)、直线往复式送料器最常见的形式如图1－10所示。其特点是结构简单，工作可靠，不占据工作空间，是应用很广泛的一种送料器。但由于受往复速度的限制，不适用于加工周期很短的情况。实现直线往复运动可以利用机械传动，如凸轮杠杆机构、齿轮齿条机构等，也可以采用液压或气压传动，在某些情况下图1－10直线往复式送料器还可以利用机床上的某些工作机构来带动。图1－11中表示了送料器的几种传动方式。图1－12为气—液压传动原理。在气压系统中添置一个阻尼筒3，借助于节流阀2调节送料器1的送料速度。—7— 生产过程自动化图1－11送料器的几种传动方式设计这种送料器时应注意以下几点：①工件的支承面应做在送料器体上（图1－13a）而不要做在活动夹块上（图1－13b）。因为在后一种情况下，为了保证工件在送料终点具有准确的位置，必须采用较强的弹簧，这样，当送料器退回时，活动夹块在工件表面上滑过时磨损较大。②活动夹块的支点铰链1应布置在工件中心的右边，如图1－13a所示，这样可以使活动夹块从工件上滑过时张开的角度较小。图1－12送料器的气—液压传动图1－13送料器的设计③为了使工件易于从输料槽落入送料器的夹持部分，送料器的后边最好做成倾斜面，与输料槽垂直壁间的夹角约为10°～15°（图1－13a）。同时应注意使输料槽中的最下一个工件不致落在凹档里（图1－13c），否则当送料器向前运动时便会增加阻力甚至卡住。(2)、摆动往复式送料器摆动往复运动式送料器，其速度比直线往复运动式的高，并且工作比较平稳。图1－14是这种送料器常见的一种形式。它的摆动运动也可以采用机械、气动或液压传动。(3)、回转式送料器这种送料器作单方向的间歇回转运动，它与作往复运动的送料器相比，具有工作平稳、允许有较高的送料速度等优点。但是由于送料器绕固定的中心回转，不能全部退出机床的工作空间，因此其应用要受到一定的限制。图1－14摆动往复式送料器—8— 第一章工序自动化(4)、连续传送式送料器在无心磨床、双端面磨床上加工圆柱体、环形、盘形和套类零件时，由于生产率很高，常常采用连续传送的送料器。图1－16是双端面磨床上采用连续回转的送料圆盘进行送料的原理图。工件是活塞销、圆柱滚子、挺杆体一类的零件。工件2从输料管1中依靠重力作用或用上料杆推入送料圆盘的接料孔中，被带着通过砂轮的磨削区域后，加工即告完成。图1－17是无心磨床上所用的摩擦式连续送料器。圆柱形辊子1和圆锥形辊子2的一边母线平行排列，由电动机3通过减速器和皮带传动作同方向回转。工件在两个辊子上由于圆周方向的摩擦力的带动而不停地回转，以保持向前运送时的稳定性，同时借助于圆锥辊子上产生的轴向分力将工件推向前进。图1－15回转式送料器图1－16连续传送式送料器图1－17摩擦式连续送料器4、隔料器隔料器的作用是用来控制从输料槽（或料仓）进入送料器的工件数量。在比较简单的上料装置中，有时隔料器的作用兼由送料器来完成。但当工件较重，或垂直料槽中工件数量较多时，为了避免工件的全部重量都压在送料器上，最好设置单独的隔料器。图1－18是几种隔料器的原理图。图1－18a为利用直线往复式送料器的表面进行隔料。图1－18b是利用气缸和弹簧传动的隔料器，图中为倾斜料槽的俯视图。隔料销2由气缸1驱动；隔料销3在片弹簧4的作用下插入料槽将工件挡住。当气缸1驱动销2插入料槽将第二个工件隔住时，其前端顶在方块5上，使销3退出料槽，将第一个工件放行。图1－18c为两种机械传—9— 生产过程自动化动的销式隔料器。图1－18d为旋转运动的隔料器。图1－18隔料器5、卸料机构通常采用的自动卸料机构有两种基本型式：弹簧式卸料杆和卸料机械手。这里对弹簧式卸料杆作一介绍。如图1－19所示的弹簧式卸料杆是一种典型的结构：卸料杆2装在弹簧夹头1内。当上料杆（或机械手）将工件5送入夹头时，便强行将卸料杆2向内推入并压缩弹簧3。当夹头夹紧工件后，在整个加工过程中弹簧3一直处于压缩状态。加工完毕后夹头一经松开，卸料杆便在弹簧3的作用下将工件顶出。螺帽4用以限制卸料杆伸出后的位置。弹簧式卸料杆的结构一般比较简单，但是工件在弹簧力的冲击下推出夹头时，一方面势必撞击在其他部件或接料容器上，同时也不易保证工件在卸下后保持正图1－19弹簧式卸料杆确的定向。所以当工件的表面不允许碰伤时，卸料杆的弹簧力不宜过大或最好不采用这种方式卸料；如果在自动线中要求工件卸下后保持一定的方向运送到下一台机床去时，也不宜采用这种方式卸料。这种型式的卸料杆比较适用于卧轴式的车、磨类机床，以及形状简单、尺寸较小和较轻的工件。1.1.3料斗装置与自动定向方法生产中应用的自动定向料斗装置有两大类型：（1）机械传动式料斗装置，其定向机构采用机械传动，或作连续回转运动，或作直线往复运动，使堆放在料斗中的工件自动定向。（2）振动式料斗，利用电磁力使料盘产生振动，驱使工件在料道上运动的过程中进行自动定向。此外，对于一些微型工件和特殊工件，也有以喷油或压缩空气作为动力源使工件自动定向—10— 第一章工序自动化的料斗，但相对于上述两类料斗装置来说为数较少。1、机械传动式料斗装置这类料斗装置有各种不同的结构型式，也有不同的分类方法。例如，根据定向机构的结构形式，可分为钩式、销式、圆盘式、管式、链带式等；根据定向机构的运动特征，可分为回转式、摆动式、直线往复式等等。但是最能表征料斗装置特点的是工件的自动定向方法，即定向机构的工作原理。归纳机械传动式料斗装置的定向方法有以下几种：抓取法，槽隙定向法，型孔选取法和重心偏移法。(1)、用抓取法定向的料斗装置在这种料斗中，利用运动着的定向机构抓取工件的某些表面，如孔、凹槽等，使之从成堆的杂乱工件中分离出来并定向排列。常用的定向机构有杆、销、钩子等，适用于带孔的套状、碗状和环状零件。图1－20为链带式料斗装置，适用于碗状、盖状和环状零件的自动定向。装着销4的链带1在连续运动时，堆放在料斗3中的工件被销子4挂住后被带向上，顺次进入输料槽5。当输料槽中料充满后，链带1上的销子仍带着工件向输料槽中挤入，于是输料槽弯曲部分的弹簧盖门被压开，多余的工件落入另外的料箱中。(2)、用槽隙定向的料斗装置在这种料斗中，用专门的定向机构搅动工件，使工件在不停的运动中落进沟槽或缝隙实现定向。定向机构可以作直线往复运动、摆动运动或回转运动。这一类料斗可用于螺钉、螺帽、片状、圆环以及各图1－20带式料斗种带头部的工件。图1－21所示为滑块式料斗的结构示意图。图中9为料斗，1是料斗侧盖板。双轨式料槽3的右半部通过联接板2固定在侧盖板1上。定向机构是作直线往复运动的滑块4，它由皮带轮8、摩擦离合器7、曲柄机构5、6传动。滑块4可以如同扇形块一样在上面做出定向槽隙，使已定向的工件直接运向输料槽，也可以如图1－21所示，滑块4的上面做成斜面，将工件送进旁边的双轨槽3中定向，然后再进入输料槽。图中件10是作旋转运动的剔除器。(3)、用型孔选取法定向的料斗装置在这种料斗中，利用定向机构上一定形状和尺寸的孔穴对工件进行筛选，只有位置和截面相应于型孔的工件，才能落入孔中而获得定向。这种定向机构大多都作连续的回转运动。图1－21滑块式料斗—11— 生产过程自动化图1－22所示是旋转管式料斗的结构原理图。常用于圆柱滚子的自动上料装置中。料斗1固定在料斗架2上。定向管4通过带轮D1、D2，圆锥齿轮Z1、Z2传动作连续回转运动。在管4的上端固定着销形搅动器5，当管4回转时销5不停地搅动料斗中的工件，使之沿管口斜面逐个落进管4中，然后通过软管6送到上料机构。为了使工件易于落入管内而不会卡在管口，料斗内壁的倾斜角α1一般取为45°～60°。管口的倾斜角α2随工件的长径比L／d不同而取不同的数值，当工件的L／d＞4时，α2应取较小值约30°左右;当2＜L／d＜4时，一般取为45°左右。(4)、用重心偏移法定向的料斗装置对于一些在轴线方向重心偏移的工件，可以利用这一特性，使重端倒向一个方向。对于某些重心偏移不太明显的工件，则在料斗中用一些简单的构件人为地造成重心偏移，借以使之定向。(5)、料斗装置的生产率一般采用料斗式上料装置的机床大多生产节拍短，装料频率较高。因此在选择定向方法和料斗的结构时，必须分析料斗的供料生产率是否能满足机床生产率的要求。在上面所述的几种料斗装置中，堆积在料斗中的工件能否被定向机构所抓取，是有一定的偶然性的，即具有一定的概率。所以料斗的供料生产率不是恒定的，有时可能高于机床的加工生产率，有时可能低于机床的加工生产率，但应使料斗的平均供料生产率比图1－22旋转管式料斗机床的加工生产率略高，这样便不会出现输料槽无料可供的情况。考虑到输料槽充满工件使料斗不能出料的情况可能经常出现，所以各种料斗装置在结构上都采取了相应的措施，例如，采用安全离合器、定向机构上具有相应的弹性环节、以及当输料槽充满时使多余的工件重返料斗等。各种料斗装置的平均生产率可用下式表示：Q平均＝ZPnK（件／分）（1—8）式中Z—－定向机构中取料构件数；Ｐ――每一取料机构能同时抓取的工件数；n—－定向机构每分钟工作循环数（转／分或双行程／分）；K——取料构件的充实系数。对于用钩、销、成形孔槽实现定向的料斗，P＝1，所以Q平均＝ZnK（件／分）对于扇形块、滑块或其它槽隙定向机构，Z＝1，所以Q平均＝ＰnK（件／分）充实系数K表明定向概率的大小，它取决于一系列因素：工件的形状特性，定向机构的结构和工作条件，料斗的结构特点等。充实系数的大小在一定程度上说明料斗的工作性能，一般需由实验确定。2、振动式料斗装置振动式料斗的工作原理不同于机械传动的料斗，它借助于电磁力产生微小的振动，依靠惯性力和摩擦力的综合作用驱使工件向前运动，并在运动过程中依靠定向元件自动定向。这种料斗装置的主要优点是：（1）、送料和定向过程中没有机械的搅拌、撞击和强烈的摩擦作用，因而工作平稳。对于已经精加工的工件，以及薄壁、弹性、脆性的工件用这种料斗是很合适的。所以在自动装配过程中，对一些小型零件自动送料，绝大多数都采用这种料斗。—12— 第一章工序自动化（2）、结构简单，易于维护，比较耐用。（3）、通用性强。对于一般小型工件都能适用，对于形状特性不同的工件，只有定向元件不同，其它结构都能通用。送料速度也可以较方便地调节。振动送料的原理还可用于工件的输送、提升等装置。但也须注意到这种料斗在使用中的缺点和局限性：（1）、工作中有噪声，特别当工件较大或结构参数设计得不合理时噪声尤大，以致扰乱周围的工作环境。因此必须合理地设计和调整，使之减小和避免噪声，同时，这种料斗对于尺寸和重量较大的工件不甚适合。（2）、必须保持料斗中洁净的工作条件。当工件表面染有油污或料道上有灰屑油污时，将显著影响送料速度和工作效果。这种料斗的适用范围很广，目前在机械制造和仪表制造行业的机械加工、装配、检验等过程中，以及电子元件制造、医药、食品等其它行业中都已广泛应用。图1－23是振动送料的工作原理示意图。滑道2用板弹簧3支承在底座6上。电磁振动器的铁芯和线圈4固定在底座6上，衔铁5固定在滑道2的底部。滑道2与水平面呈一很小的角度α，弹簧3与铅垂面呈β角。当工频交流电或经半波整流通入线圈后，在电流从0到最大的1/4周期内吸力逐渐增大，滑道被吸引向左下方运动，而当电流从最大逐渐到零时，滑道在板弹簧的作用下向右上方回复。由此不断产生往复振动，处于滑道上的工件1便产生自左向右，由低到高的移动。只要振动料斗的结构设计合理，工作参数调整适当，工件就能连续地向上滑移。振动料斗在实际工作过程中，由于常受多种因素的影响，工件的移动过程可能是很复杂的过程，而且移动速度也不可能是恒定的，因此一般均以其平均速度表示。图1－23振动送料的工作原理1.1.4装卸料机械手机械手有三大类型（详细内容见第七章）：（1）、专用机械手这种机械手与一般自动上料装置一样，是附属于机床的辅助装置。它须与机床的工作循环相配合，其动作由机床的控制系统进行控制。这类机械手的运动自由度一般较少，因而结构不太复杂。（2）、通用机械手它是一种独立的自动化装置，可以应用于各种工种，例如锻压、热处理、焊接、机械加工等，用以代替工人的辅助操作。由于要适应不同的工作条件，所以它具有较多的运动自由度，并且具有独立的程序控制系统，如同程序控制机床一样，可以根据预定的动作顺序要求，预先编制程序，然后进行自动控制。这类机械手的结构和控制系统都比专用机械手复杂。（3）、架空式输送机械手。这类机械手是自动线输送装置的一种型式。它不仅能自动装卸工件，而且担负着工位间的传送工作。其结构原理和装卸料专用机械手并无原则区别，只是在传动和控制上与自动线的传动系统和控制系统有着整体联系。机械手为了完成装卸工件的各个动作，必须具有一定的自由度，机械手在工作空间中，所具有的沿三个座标轴移动或绕三个座标轴转动的独立运动数，称为机械手的自由度。为了便于分析机械手所需的自由度，以及便于设计机械手的结构方案，一般将机械手分为三个组成部分：（1）、手部，又称夹爪，用来抓取和夹持工件，其结构形状取决于工件的形状和大小。夹—13— 生产过程自动化爪只具有张开和收拢动作，一般不计在机械手运动自由度之内。（2）、腕部，是联接手部和臂部的部分，大多用来改变工件的方向，例如使工件回转180°、掉头等。对于要求运动自由度较少和结构较简单的机械手，常常没有腕部结构。（3）、臂部，是支承手部和腕部的部分，一般也是机械手在空间运动自由度最多的部分，从取料位置到机床的上料位置之间的动作，大部是由臂部来完成的。机械手的传动方式有机械的、气动的和液压的三种。机械传动的机械手主要应用凸轮、杠杆、齿轮齿条等机构来实现预定的动作。其优点是动作顺序可靠，但是调整不够灵活。在实际中这种方式应用并不很多，只有在机械传动的专用自动化机床上才适宜采用这种机械手。因为这时可由机床的分配轴统一传动，便于与其它执行机构的动作相配合。在具备压缩空气系统的工厂里，机械手可以用气压传动，但是气动的机械手动作速度高，惯性较大，容易引起冲击和送料定位不准。因此在气路系统中必须设置缓冲装置。由于空气节流的阻尼效果差，所以通常都采用液压缓冲装置。液压传动是目前机械手中应用最多的传动方式。机械手臂部和腕部的直线往复运动，采用活塞式油缸来驱动，而臂部的摆动和腕部的回转则有两种传动方案：采用活塞式油缸和齿条—齿轮机构以及采用叶片摆动油缸。前一种方案的优点是油缸制造调整比较容易，但是结构体积较大，所以臂部的传动常有采用，而腕部传动则应用较少；叶片摆动油缸制造起来一般比活塞式油缸难一些，且密封要求较高，但是其优点是结构紧凑，体积小，所以腕部传动大多采用这种结构。机械手的手部是结构型式最多的部分，因为它既决定于被抓取的工件结构形状、尺寸和重量，同时夹爪的传动方式又要与臂部和腕部的传动相适应。手部的结构就其抓取工件的作用原理的不同，可分为机械式、真空吸盘式和电磁式三类，但真空式仅适用于板材、片状以及表面平整光滑的工件。电磁式虽然适应性稍强一些，但也有易于使工件磁化、抓取时工件不易定心等缺点，所以在机械加工和装配中应用最广泛的是机械式夹爪。对于机械式夹爪有以下几点基本要求：（1）应具有足够的夹紧力；（2）应具有一定的开闭角度，便于抓取和退出工件；（3）应保证工件能准确地定心或定位，使之能顺利地安装到机床夹具中；（4）尽可能使结构紧凑，重量轻，有利于减轻臂部的负载。—14— 第一章工序自动化1.2检验过程自动化1.2.1概述随着机械加工及装配工序的自动化水平提高，检验过程自动化成为不可缺少的环节。实现检验过程自动化有如下几方面的意义：（1）保证和提高产品质量。手工测量完全靠操作者的技术熟练程度和视觉判断的正确性，因此，测量结果往往带有主观因素。自动检验能消除人为的观测误差，因而能保证产品的质量。而且在自动化生产过程中，要求同时测量多种多样的项目，如加工精度、粗糙度、切削负荷、刀具磨损和切削温度等等，并根据测量结果调整机床的工艺参数，控制机床的动作循环，以保证和提高产品质量，这是人工所不能胜任的，而自动测量却能够做到这一点。（2）提高劳动生产率，加速生产过程，降低产品成本。检验大批零件，常需花费很多时间。例如，根据实际统计，一个熟练的检验员用内径千分尺测量一个孔的内径，需40秒左右，测量精度只有0.01～0.02毫米；而一个普通的操作者用气动量仪测量同样的孔径，仅需4秒，测量精度可达0.001毫米。有时，在一个零件上测量的项目很多，如曲轴测量的项目达50多项，如果用人工逐项测量，将需要很多时间，这样就可能使测量工序成为影响整个生产过程的薄弱环节。采用自动检验装置，特别是采用加工过程中的自动检验装置，不仅能防止废品的产生，而且由于检验过程与加工过程在时间上重合，故能显著地提高生产率，并且保证了产品质量，减少和防止废品的产生，从而能同时收到降低产品成本的效果。（3）减轻工人的劳动强度。在连续地检验大量的零件的时候，工人由于经常重复某一动作，以及要仔细地观察检验结果，眼睛很易疲劳，不仅引起观测误差，长期工作之后常常会造成视力衰退，影响工人健康。此外，在大量生产中检验一些重量较大的工件时，工人的劳动强度也是很大的。采用自动测量装置或在自动线上检验工件，可以显著减轻体力劳动，改善劳动条件。实践证明，实现检验过程自动化能保证产品质量，提高检验速度，而且还能自动监视工艺过程的进行情况，保证设备正常工作。在自动化生产中，若采用电子计算机对整个生产过程进行控制时，自动检验的内容就变得更加丰富了。如在自适应控制系统中，自动检验装置对指定的参数进行测量，并根据测量结果，自动控制工艺设备，以完成预定的生产过程。1、实现检验过程自动化的途径（1）在机床上安装自动检测装置。如磨削过程中，安装在磨床上的自动检测装置。（2）在自动线中设置自动检验工位。如在自动线中设置对精镗孔测量的工位；曲轴动平衡自动线中设置不平衡量的检测工位等。（3）设置专用的检验分类机及分类自动线。如活塞环、滚针、钢球等零件的分类机，连杆称重分类自动线等。2、自动检验的基本过程（l）零件加工过程中的自动检验零件在机床上进行加工的同时，测量装置对其进行测量，将所测得的零件尺寸变化量转换成相应的电量或气压信号，送至信号转换及放大装置，信号在装置内转换、放大后，再送至机床的控制系统，通过机床的执行机构，对加工过程直接进行控制。例如，将机床的进给运动由粗进给变换为精进给，当零件到达规定的尺寸时停止进给，自动退刀以及停车等。（2）具有自动补偿作用的检验过程零件在机床上加工之后，送到检验装置中进行测量。如果由于刀具磨损使被加工工件的尺寸达到或超出某一范围时，检验装置发出信号，通过放大装置，由控制系统控制机床的执行机—15— 生产过程自动化构作相应的补偿运动，或在连续出现废品的数量超过规定值时，通过控制系统来停止机床工作。在某些情况下，也可以同时应用分类机构，让合格品通过，而剔除废品。（3）检验自动机的检验过程零件在加工完毕后，经测量装置检验，检验结果的信号，一方面送向信号灯装置显示出来，另一方面送到信号转换放大装置，经过放大装置控制分类机构将零件分为三类，即合格品、可返修的废品及不可返修的废品。检验自动线的工作过程与检验自动机基本相似，只是在自动线上可以检验更多的参数，而且可以在检验工位之间安排一些补充加工、校正和清洗等其它工位。工件进入自动测量信号转换控制装置动作：检验装置发出测量和放大转换机床的切削用量和动作；信号自动补偿刀具磨损；自动分类；图1－24自动检验过程方框图综上所述，可以将自动检验过程归纳为图1－24所示的方框图。由方框图可以看出，上述三种检验方式由于控制过程不同，以及在接受测量信号之后，执行机构实现的作用不同，所以检验执行机构具有不同的结构和特点。但是它们也有共性的部分，即不论哪一种检验方式，其测量装置和信号的传输放大装置是相同的。3、自动检验的分类自动检验可以按下列几种不同的特征进行分类：（1）按转换测量信号的原理可以分为：机械式、电气式（包括电接触式、电感式、差动变压器式、电容式和光电式等）、气动式。（2）按检验过程的性质可以分为：①在加工过程中的自动检验。加工过程中同时对零件进行检验，并根据检验的结果，主动地控制机床的工作过程，例如改变进给量，自动补偿工具的磨损和自动停车等。这种检验方式，由于能预先防止废品的产生，故又称为主动检验。主动检验装置一般附在机床上作为辅助装置。②在加工完成以后进行检验和分类。零件是在工艺过程完成之后，或在某一工序完成之后，才进行检验，从而剔除废品，或将零件按一定的尺寸偏差进行分组。这种检验方法，不能预防废品的产生，只能发现和剔除废品，故又称为消极检验。消极检验装置一般以检验自动机的形式出现。（3）按量头与工件的接触情况可以分为：①接触式检验。量头直接与工件被检验的表面接触，工件被测参数的变化，直接反映在量杆的移动量上，然后通过某种传感器转换为电量，例如电接触式、电感式传感器都属于这一种。②非接触式检验。量头不与工件被测表面接触，而是借助气压，光束或放射性同位素的射线等的作用，以反映被测参数的变化。这种测量方式，没有因为测头与工件接触发生磨损而产生的误差。（4）按被检验的参数可以分为：零件的尺寸偏差，几何形状误差，重量偏差，高速转动零件的不平衡量等参数的检验。1.2.2加工过程中的自动检验装置加工过程中的自动检验装置，一般作为辅助装置安装在机床上。在工作过程中，工人不需—16— 第一章工序自动化停机测量工件的尺寸，依靠自动检验装置，在加工的同时自动测量工件尺寸的变化，并根据测量结果发出相应的信号，控制机床的加工过程，例如：变换切削用量、停止进给、退刀和停车等。这种检验方法，能主动控制加工过程，防止产生废品，故又称为主动检验法。主动检验装置就其测量方式的不同，可分为直接测量和间接测量两类。直接测量装置在加工过程中用量头直接测量工件的尺寸变化，主动监视和控制机床的工作；间接测量装置则依靠预先调整好的定程装置，控制机床的执行部件或刀具行程的终点位置来间接控制工件的尺寸。1、直接测量装置根据被测表面的不同，又可分检验外圆、检验孔、检验平面和检验断续表面等类装置。测量平面的装置多用于控制工件的厚度或高度尺寸，大多系单触头测量，其结构比较简单。其余几类装置，由于工件被测表面的形状特性及机床工作特点不同，因而各具有一定的特殊性。（1）、外圆磨削自动测量装置在磨削中测量外径尺寸多采用点接触测量装置，触点的数目可以是一点、两点或三点。图1－25单触点测量的布置方式单触点的测量装置结构最简单。但是在布置测量触点时，必须注意到磨削时径向切削力较大这一特点。为了避免工艺系统的弹性变形直接影响测量精度，测量触点不宜布置在砂轮的对面（如图1－25a所示），而应如图1－25b所示，布置在与砂轮横进给相垂直的方向，即将触点接触在工件的上或下母线上。图1－26单触点测量装置图1－27测量头的结构1一工件2－测量杠杆3－量头体4－喷嘴5－锁紧螺钉6－调节螺母7－底座—17— 生产过程自动化图1－26所示为单触点测量装置的实例。此装置由测量头3、QFQ－2－1型浮标式气动量仪6和GK-4型晶体管光电控制器7、9所组成。量头3装在磨床工作台上，测量杠杆2的硬质合金端与工件1的下母线相接触，另一端面B与气动喷嘴4之间具有一定的间隙Δ。杠杆2的A部具有一定的弹性变形，以保持触头对工件的测量力。在加工过程中，工件直径逐渐减小，间隙Δ也随着减小，因而浮标逐渐下降。当工件到达规定的尺寸时，浮标正好切断光源控制器7从灯泡8发出的光束，于是光电传感器9输出一个信号，控制砂轮5退出工件。图1－27是测量头的结构。量头体3装在底座7的垂直槽中，用螺钉5锁紧。底座7固定在机床的工作台上，其底面结构根据工作台面的型式确定。松开螺钉5，可以借助于螺母6调节量头的高低位置。测量装置的电气控制原理如图1－28所示。当浮标上升未切断光源时，光束直射在光电二极管上，使三极管BG1和BG2导通，继电器J1通电。此时J1的常闭触点断开，控制继电器J2不通电，无控制信号输出。当浮标下降切断光源后，三极管BG1和BG2截止，J1断电，J2通电，其常开触点闭合，接通电磁铁DT，控制砂轮退出。单触点测量装置的触点与工件的上母线或下母线相接触，虽然能消除工艺系统在径向磨削力作用下变形的影响，但是工件相对于测量装置的安装误差，以及加工中的振动等因素仍然影响测量精度和稳定性。双触点测量装置可以消除或减小上述不利因素的影响，能保证较高的稳定性。图1－28测量装置的电气控制原理（2）、内圆磨削自动测量装置内圆磨削的自动测量装置也有多种，如刚性塞规、单触点和双触点测量装置等。刚性塞规的结构和电路简单，但易磨损，工作稳定性较差，测量精度也不很高，通常只在大批和大量生产中用于测量2级精度以下的孔。单触点测量装置存在着与外圆磨削单触点测量装置相同的缺点，因此只应用于工艺系统刚度较好，主轴振动小的情况下。目前在自动和半自动的内圆磨床上广泛采用双触点测量装置。在这种测量装置中常应用电感应式、差动变压器式和气动式传感器作为发信元件。图1－29是采用电感应式传感器的双触点测量装置原理图，图1－30是具体结构图，两图中的件号是一致的。图示量爪1、2已经进入工件孔中而处于测量状态。量爪1和2，都通过支承块4，十字片弹簧3与测量装置的基架16相连。在上支承块4的右端装有电感式传感器6，在下支承块的右端则装有臂10，其中装有可调节的量端11，与传感器量端接触。上、下量爪1、图1－29双触点测量装置原理图2各处在弹簧5的作用下而获得一定的测量力。工件孔径尺寸变大时，上量爪绕十字片弹簧顺时针转动，下量爪逆时针转动，从而使传感器测量杆（铁芯）相对于线圈移动，发出尺寸偏差信号。如果工件振动而使量爪摆动，则由于两量爪的转向相同，故传感器发出的信号没有变化。—18— 第一章工序自动化图1－30内圆磨削双触点测量装置整个装置通过支架13安装在轴12上。在进行测量之前，由于锥塞8楔入螺钉7和9之间，因而量爪1和2收拢。测量时，液压装置驱使锥塞8后退，并带着支架13绕轴12顺时针转动，直至靠在定位支钉14上为止。此时，量爪1、2进入工件孔中，当锥塞8进一步后退，其锥面放松螺钉7和9，于是量爪1、2的量端在孔内张开，靠在被测量的表面上。加工完毕后，量爪1和2必须退出工件，此时，由液压驱动的锥塞8前进，其锥面首先顶开螺钉7和9（图B—B），使量爪1、2的量端合拢，传感器6的测量杆与量端11离开。当液动锥塞8进一步前进，将使测量装置的支架13绕立柱12逆时针转动，从而使量爪1、2退出工件。定位块15是在搬运测量装置时固定量爪1、2之用。工作时，应将定位销拔出，将定位块15转动，使量爪1、2能自由摆动。通过螺塞调节弹簧5的压力，可以分别对上、下量爪1和2的测量力进行调整。传感器的信号调整，可借助于手柄调整量端11的位置来实现。量爪1和2以夹箍安装在支承块4的圆柱端上，当用于测量不同直径的工件时，可以进行—19— 生产过程自动化调整。2、间接测量装置以间接测量法控制加工过程时，不是用测量装置直接检测工件尺寸的变化，而是利用预先调整好的定程装置，例如行程挡铁或开关，控制机床执行机构的行程；或者借助于专用的装置检测工具的尺寸来间接地控制工件的尺寸。从广义上讲，所有采用调整法加工的机床，都是以间接测量法为基础的。例如：在车床上用停挡装置控制工件的轴向尺寸；组合机床用挡铁和行程开关控制加工循环；自动和半自动磨床用定程法磨削工件等等。这种方法的特点是：刀具的磨损对工件尺寸有直接的影响。当加工精度要求低、刀具耐用度较高时，这一问题可能并不突出，但对于磨削加工采用定程控制法时，就必须考虑这一点。一般须定时进行手动补偿，或设置自动补偿装置。在应用间接测量法的自动测量装置中，通常都具有某种测量发信元件，借检测刀具的行程或尺寸来间接控制被加工零件的尺寸。图1－31所示是珩磨过程中采用的间接测量装置的工作原理图。在工件6上方的支架5中，装有可转动的标准环3，此标准环的孔径与被加工孔在珩磨后的尺寸相对应。在每一珩磨砂条4的末端，带有塑料（或电木）块2。每当珩磨头1向上到最高位置时，塑料块2进入标准环3的孔中，当工件的余量未被切除时，珩磨头的外径小于环3的孔径。在珩磨过程中砂条逐渐向外胀开，亦即珩磨头连同塑料块2的外径不断增大，等到工件孔径达到要求的尺寸时，塑料块2进入环3的孔中后，便以摩擦力带动标准环3转动。环3上的销子压在信号发送装置8上，发出停车信号。挡销9和10用以限制环3的转动角度。采用这种装置时，必须注意到塑料块2与砂条4在珩磨图1－31珩磨孔径的间接测过程中虽然一同被磨损，但它们的磨损不会是一致的。因此量必须根据塑料块2的磨损规律来预先决定标准环孔径相应的尺寸，以减小测量误差。1.2.3自动补偿装置对于一些用调整法进行加工的机床，工件的尺寸精度主要决定于机床精度和调整精度。当工件的精度要求较高，而切削工具磨损较快，即刀具的尺寸耐用度较低时，则机床工作时间不长，工件的尺寸精度就会显著下降。为了恢复机床的调整精度，必须经常停机进行再调整，从而使生产率受到很大的影响。这样，在提高加工精度和充分发挥自动化机床的生产效率之间，就产生了突出的矛盾。为了适应自动化生产中高精度、高效率的要求，在此情况下就需要采用自动补偿装置。1、自动补偿的工作原理目前，在金属切削加工中，自动补偿装置多采用尺寸－－控制原则，即在工件完成加工后，自动测量其实际尺寸。当工件的尺寸超出某一规定的范围时，测量装置发出信号，控制补偿装置，自动调整机床的执行机构，或对刀具进行调整以补偿尺寸上的偏差。图1－32所示一例，为精镗孔的自动补偿系统原理图。已加工好的工件5用测量头6进行测量，其测量结果可在控制装置7上用仪表显示出来。当由于镗刀磨损使工件尺寸到达某一极限值时，控制装置7发出补偿信号，补偿机构4通过镗头3对镗刀2进行调整以补偿磨损，使其后加工的工件1的尺寸回到规定的范围以内。—20— 第一章工序自动化由此可见，自动补偿系统一般由测量装置、信号转换或控制装置以及补偿装置三部分组成。控制装置由电控系统构成。补偿装置机构的类型和结构有多种，后面将具体介绍。自动补偿系统的测量和补偿过程是滞后于加工过程的。为了保证在对前一个工件进行测量和发出补偿信号时，后一个工件不会成为废品，就不能在工件已到达极限尺寸时才发出补偿信号，一般应使发出补偿信号的界限尺寸，在工件的极限尺寸以内，并留有一定的安全带。如图1－33所示，通常图1－32自动补偿系统原理图将工件的尺寸公差带分为若干区域。图1－33a为孔的补偿带分布图。加工孔时，由于刀具磨损，工件尺寸不断变小，当进入补偿带B时，控制装置就发出补偿信号，补偿装置按预先确定的补偿量补偿，使工件尺寸回到正常尺寸带Z中。在靠近上、下极限偏差处，还可根据具体要求划出安全带A，当工件尺寸出于某些偶然原因进入安全带时，控制装置发出换刀或停机信号。图1－33b是轴的补偿带分布图。在某些情况下，考虑到可能由于其它原因，例如机床或刀具的热变形，会使工件尺寸朝相反的方向变化，也有如图1－33c所示，将正常尺寸带2放在公差带的中部，两端均划出补偿带B。此时，补偿装置应能实现正、负两个方向的补偿。为了避免偶然误差的影响，测量控制信号在图1－33尺寸公差带与补偿带送入补偿装置之前，须经Z一正常尺寸带B一补偿带A一安全带过适当处理。通常，当某一个工件的尺寸进入补偿带时，并不立即进行补偿，而将此测量信号储存起来。必须当连续出现几个（例如五件）补偿信号时，补偿装置才会得到动作信号。测量控制装置大多向补偿装置发出脉冲补偿信号，或者补偿装置在接受信号以后进行脉动补偿。每一次补偿量的大小，决定于工件的精度要求，即尺寸公差带的大小，以及刀具的磨损情况。每次的补偿量愈小，获得的补偿精度愈高，工件的尺寸分散度也愈小，但此时对补偿执行机构的灵敏度要求也愈高。采用尺寸控制原则的自动补偿装置，多应用于下述两种情况：（1）用调整法加工的磨床，例如无心磨床、立轴式和卧轴式的双端面磨床等，当砂轮磨损后，工件尺寸变大，到达一定限度，需进行补偿。这时的补偿运动多由补偿装置驱动砂轮座或导轮座来实现。（2）在用于精加工的自动化机床上，当刀具的尺寸耐用度较低时，需借助于自动测量和补偿装置以保证加工精度，并相应地保证生产率。在此情况下，补偿运动大多由特殊结构的镗刀杆来实现。—21— 生产过程自动化1.2.4检验自动机1、概述检验自动机用以将已经加工好的零件按检验技术要求自动地进行分类或分组。一般来说，检验自动机可将零件分为三大类：即合格品，可返修废品和不可返修废品。在选择装配时，合格品通常又按一定的尺寸偏差，再细分为若干组。所以，检验自动机有时又称为自动分类机。检验自动机虽然不可能防止废品的产生，被称为消极检验，但在自动化生产中仍然得到广泛的应用，其主要的原因有以下几点：（1）某些精度要求很高的零件，或自动线中某些重要工序，即使其中只有少量的废品，也是不允许的，因此必须通过检验自动机去剔除。（2）应用选择装配法，需要事先将零件按一定的尺寸偏差分组，从而为使用检验自动机开辟途径。（8）在某些由于受条件限制，还没有普遍采用主动测量的工厂，捡验自动机可以作为－个补充手段。2、检验自动机的实例下面介绍检验自动机的几个实例，从中归纳一下它的结构特点及组成构件。（1）、钢球自动分类机轴承厂大量的钢球需要按一定尺寸分组，以便用选择装配法装配轴承。图1－34所示，是一种钢球自动分类机。料斗1中储存着按产品制造公差制造的钢球。通过转动着的圆盘2将钢球送入输料管3中。楔形量规4是由两块倾斜布置的刃片组成，两刃口组成一狭缝，按钢球的尺寸公差调整得开始窄些，逐渐变宽。钢球沿刃边滚动时，尺寸由小到大依次落入相应的分组格子中。这种钢球自动分类机结构较简单，但因钢球滚动时有惯性，故分类精度不很高（约≥2μ），用于一般精度的钢球分类。图1－34钢球自动分类机图1－35钢球自动分类机较精确的可用图1－35所示的钢球自动分类机。钢球9从料斗1输出后，沿输料槽进入精密测量板4上，位于量板4上方的梳形板2沿封闭的矩形曲线作循环运动。并将钢球依次放到量头3下面进行测量。量头3的数量决定于要求分组的数目，它与量板4之间的距离用块规预先调整好（沿钢球传送方向依次增大）。梳形板2由凸轮5、8，杠杆6和7传动。当钢球被送到第一量头下面时，如果直径大于量头3与量板4之间的距离，就会被阻留在这个位置上，再由梳形板2移至下一个量头下面，如果此时钢球的直径小于该量头3与量板4之间的距离，则钢球便在自重的作用下滚入相应的分类箱中。这种分类机可以按2μ的分组精度将钢球进行分组，生产率为180～250个／分。采用差动变压器式传感器时（如DFJ-10G型滚柱直径自动分类机），可以按lμ的分组精度对滚针或滚柱进行分类。—22— 第一章工序自动化（2）、活塞环厚度自动检验一分类机检验分类自动机的传动系统如图1－36所示。它可以用电接触式测量头对活塞环整个圆周轴向的厚度进行测量，并将测量结果分成合格品、过大（厚）和过小（薄）三类。整个系统运动的协调是由电动机17通过蜗轮副15、13，驱动分配轴12而实现。活塞环2贮存在弹仓式上料装置的料仓中（图上未表示），上料推板I由凸轮14驱动，将料仓最下面一只活塞环2推送至半圆形固定板8上，板1和8的半圆拼成一个整圆，将活塞环夹住，凸轮14通过杠杆16，推杆11上端的圆盘将活塞环2顶入旋转着的图1－36活塞环厚度检验－分类自动机传动系统圆盘3的孔中。当活塞环在圆盘3中正确地定位以后，测量卡规7的上、下触头5和6进入被测量的活塞环中，其厚度的尺寸信号，由上触头6的移动经测量传感器4的量杆而发出。由于圆盘3是转动着的，因而可以对活塞环2整个圆周上轴向的厚度进行测量。如果活塞环2的厚度超出公差范围，就向电磁铁10发送信号，使分类机构的活门9打开，让它落入相应的（过大或过小）分类箱中。操纵活门9的电气原理如图1－37所示。摆动杆5用导线经开关K2与C点相联，触头3、4分别与三极管BG1和BG2的基极联接。当工件尺寸合格时，测量杆6使摆杆5处在两个触点3、4之间，因而管BG1、BG2的基极均开路，管BG1和BG2均截止，分类活门1和2均关闭，合格的工件沿料槽输出。若工件尺寸过小，则量杆的杠杆6下移，压动杠杆5，使之与触头3接触，管BG2因基极电位变化而导通，于是中间继电器P2吸合，图1－37检验分类自动机的电气原理图其常开触点接合，电磁铁M1动作，其衔铁将分类活门1顶起，过薄的工件落入“过小”的废品箱中。如果工件尺寸过大，则摆动杆5与触头4接触，管BG1导通，中间继电器P1吸合，电磁铁M2的衔铁将分类活门2顶开，过厚的工件落入“过大”的废品箱中。工件离开测量位置前，开关K2先断开，以防止发出工件过小的误信号，并靠P1或P2的自锁触点将分类活门保持在原位。在每个测量循环完毕后，靠开关K1将电路断开，电器全部复原。下一循环开始时，K2先合上，待工件进入测量位置后，K1合上，接通电路以进行测量；开关K1和K2的开合，可由分配轴上的凸轮控制。—23— 第二章自动线的辅助设备2.1工件输送装置工件输送装置是自动线中最重要和最富有代表性的辅助设备，它将被加工工件从一个工位传送到下一工位，为保证自动线按生产节拍连续地工作提供条件，并从结构上把自动线的各台自动机床联系成为一个整体。工件输送装置的型式与自动线工艺设备的类型和布局、被加工工件的结构和尺寸特性以及自动线工艺过程的特性等因素有关，因而其结构形式也是多样的。根据现有自动线在工序间传送工件所采用的方法和机构，现将工件输送装置分类介绍。2.1.1输料槽、输料道及其附属机构1、输料槽在加工某些小型旋转体零件（例如盘状、环状零件、圆柱滚子、活塞销、齿轮等等）的自动线中，常采用输料槽作为基本输送装置。输料槽有利用工件自重输送和强制输送两种型式。由于自重输送的输料槽（简称滚道）不需要其它动力源和特殊装置，因而结构简单，因此，对于小型旋转体工件，大多采用以自重滚送的办法实现自动输送。只有在无法用自重输送或为了保证运送的可靠性时，才采用强制输送的输料槽。输料槽的截面形状与自动装卸工件装置中的输料槽是相同的，在前面章节中已经介绍。作为自动线输送装置的输料槽，为了将相邻的两台机床联接起来，自然要比自动装卸工件装置中的输料槽长得多，而且根据机床和提升机构的具体布局情况，常常还需在某一段做成弯曲滚道。实践经验证明，输料槽的结构虽然简单，但若不予足够的重视，则工件在较长的滚道里靠自重输送的过程中，常常因阻塞或失去定向，甚至跳出槽外等故障而不能正常工作。因此，分析影响工件在滚道中正常运送的因素，研究保证工作稳定性的条件，具有重要意义。（1）、工件形状特性与槽宽的关系工件在滚道中以自重运送时，最重要的形状特性是长径比（L／D）。输料槽截面宽度B，主要根据工件的长径比来决定。如图2－1所示，工件在输料槽中滚动时，由于存在间隙S，可能因摩擦阻力的变化或工件存在一定锥度误差而偏转一个角度（图2－1a）。当工件的对角线长度C接近或小于槽宽B时，就可能卡住或完全偏转失去原有定向。当工件偏转到两对角与输料槽侧壁接触时，其对角线C与垂直于侧壁的OM线所成的夹角为γ，此γ角应比摩擦角ρ大，即tgγ>tgρ=μ（摩擦系数）。反之，若如图所示ρ＞γ，则O点的反作用合力R有使工件在Oˊ楔紧的趋势，则工件可能卡住。—24— 第二章自动线的辅助设备从图2－1可如：B=+LSBLS+cosγ==CC即S=Ccosγ−L22因为CLD=+，所以22S=L+Dcosγ−L⎡2⎤⎛L⎞L=⎢1+⎜⎟cosγ−⎥×D⎢⎝D⎠D⎥⎣⎦在极限情况下，tgγ==tgρμ，根据三角函数的基本关系有：11cosγ==221+tgγμ1+代入上式可得允许的最大间隙：⎡()2⎤1+L/DLSk=⎢−⎥×D（2－1）图2—1工件在输料槽中输送的条件⎢1+μ2D⎥⎣⎦从式（2－1）可知，为了工件不被卡住所允许的最大间隙Sk与工件的长径比和摩擦系数有关。随着L／D的增大，对角线长度C将愈加接近L，允许的Sk值亦将减小，当L／D增大到一定程度时，允许的最大间隙Sk可能为零，这就表明工件在输料槽中已不能可靠地靠自重运送。一般当L／D＞3.5～4时，工件以自重滚送的可靠性就很差了。工件偏转的程度还与其端面形状有关，如图2－1b其L／D虽与图a一样，但由于两端倒角，所以偏转得厉害一些，因此在应用式（2－1）时，应以计算直径Dj代替式中的D。在图b、图c中，计算直径分别为DDa=−2和DDa=−。jj用式（2－1）计算出来的Sk是在一定的摩擦系数下允许的最大间隙，一般都用于校核计算。在实际决定槽宽B时，应考虑槽宽的制造公差δ和工件的长度公差δ，实际最大间隙为：BLSS=++δδ（2－2）max0LB式中S0——为了保证工件在槽中滚送所必需的最小间隙（可以L为公称尺寸，按h8～h13选取）；δ——工件长度公差；Lδ——输料槽宽度B的制造公差。B用式（2－1）校核时，应使SS<（2－3）maxk—25— 生产过程自动化当不能满足式（2－3）的条件，或用式（2－1）计算出S=0甚至为负值时，则表明该工k件不宜用自重输送，须采用其它方式（如强制）输送。（2）、输料槽的结构和制造精度输料槽的结构不良或制造精度不高，会增加工件在运送过程中的摩擦阻力，直接影响输送装置的可靠性。对于圆柱体、盘状及环状工件，输料槽通常按图1－4a所示，用钢板弯成U形；在倾斜角较大、滚送速度高时则做成封闭式。一般如用手工制作，则输料槽底部转角处呈现圆角，甚至侧壁也存在较大的弯曲误差。在自动线中采用这种结构形式或制作粗糙的输料槽，大多数情况下不能满意地工作。有些自动线，如图2－2a所示，输料槽的底部用两个长板条1或两根圆棒2代替整个滚动平面，这样就比较容易达到较高的制造精度和大大地减小摩擦阻力。滚道侧壁所产生的阻力也是不可忽视的。侧壁愈高则阻力愈大，但也不能做得过低，否则，如果工件在较长的输料槽中以较大的加速度运送到终点时，碰撞的工件就可能跳起来，产生歪斜，卡住后面的工件，甚至跳出槽外。所以根据工件的形状应使侧壁有一定的高度，一般推荐，对于圆柱工件，侧壁高度H=（0.6～0.8）D；对于盘状和环状工件H≥D，当用整条长板做侧壁时，应如图2－2a所图2－2输料槽的结构图2－3强制运送的输料槽—26— 第二章自动线的辅助设备示，开以长窗口3，一方面减小摩擦阻力，同时便于观察工件的运送情况。此外，侧壁应具有足够的刚性和制造精度，避免产生波浪式的弯曲和在工件经常摩擦及碰撞下形成局部凸起或凹陷的情况。在某些轴承自动线中，用圆棒代替长板形侧壁（图2－2b)得到了较为满意的工作效果。（3）、输料槽的倾斜角一般说来，输料槽的倾斜角愈大，则工件滚送时克服阻力的能力愈强。但倾斜角过大时，一方面易使工件运送速度过大，产生不良后果；另一方面，有时在两台机床之间的输料槽高度差过大，会引起结构和布局上的不合理。因此，倾斜角应根据实际情况合理地确定。当工件滚送时的阻力较大（例如工件的表面粗糙或存在形状误差，输料槽的工作条件不洁净，间隙S较大等）时，倾斜角应较大。在要求具有较小的倾斜角时，为了保证工作的可靠性，必要时须经过试验确定。根据经验，倾斜角约在5°～15°之间。与自重运送的输料槽相比，因为强制运送的输料槽由外力推动工件，所以无需倾斜放置。图2－3为某轴承自动线所用强制运送的输料槽。在输料槽3的两边设有封闭式链条4，通过电动机6、减速器1带动链轮2转动。在两列链条4上按一定距离连接着推送杆5，链条移动时，杆5便将工件推送向前。强制运送的输料槽需要附加传动装置，结构比较复杂，但工作可靠性比靠自重运送的为好。2、输料道加工外形较复杂、尺寸较长的轴类工件的自动线，常采用输料道输送工件。输料道输送也分为自重滚送与强制运送两种形式。较重的工件或精加工后的工件，采用自重滚送的型式输送时，为了减缓工件的下落速度及避免工件相互碰撞，可采用缓冲断续滚送的方式，即在料道中安装可以摆动的隔离块（参看图2－4a），当前面一个工件压在隔离块的小端时，扇形大端便向图2－4重力断续滚送料道示意图1－工件2－隔离块3－重锤图2－5径向传送工件时料道上V形板的间距图2－6轴向传送工件时料道上V形板的间距上翘起，将后面一个工件挡住。隔离块还可以安装摆锤或弹簧，调整摆锤高度或弹簧力，能改变滚动阻力，使工件平稳地逐个滚送（图2－4b）。—27— 生产过程自动化与自重运送的输料槽一样，自重运送的输料道也必须倾斜一个角度。对于径向传送工件的料道，其V形板的安装间距P（图2－5）应尽可能的小，以便能贮存较多的工件，但必须保证机械手或提升机构有足够的抓放工件的位置。对于轴向传送工件的料道，其V形板的间距t（图2－6），可由下式计算：LS+t=（mm）2式中L——工件的长度（mm）；S——工件之间的间隙（mm）。图2－7链式连续传动的提升机构—28— 第二章自动线的辅助设备3、提升机构在采用自重运送的输料槽或输料道时，往往不可能依靠机床的立面布局来形成输料槽（或输料道）两端必要的高度差，必须采用提升机构将上一工序送出的工件提升到一定高度，然后靠自重滚送到下一台机床。提升机构有连续传动和间歇传动两种类型。连续传动的提升机构大多采用链条传动。间歇传动的提升机构可以采用链条，也可以采用顶杆。对于生产节拍较短的环、盘类零件加工自动线，一般采用连续传动的方式，对于生产节拍较长的轴、套类零件加工自动线，则多采用间歇传动的方式。图2－7为某汽油发动机挺杆体磨削自动线中所用的链条连续传动提升机构。提升机构的主体用两条槽钢4和5组成，用若干个隔离套6和螺钉7联接，两边用钢板8，9和10封住。两根链条1用夹块11和销子连在一起，装在上、下两个链轮2和13上。在链条1上每隔一定节距装有拨料板3，工件（挺杆体）从提升机的进口I进入，落在拨料板3上以后被带着向上运动，从出口II送出，链轮13通过电动机14和减速器12连续传动。这种提升机构可以根据工件的具体形状和尺寸，采用单列链条或双列链条；在链条上可以安装不同的提升构件（如平板、销子、钩钉等）。其连续传动的动力源除了用电动机以外，也可采用液压马达。图2－8为某油泵齿轮自动线中所用的链条式间歇传动提升机构。两条平行的链条1安装在链轮2和3上。链条之间按一定的节距用小轴相连，两个小轴之间的距离正好容纳一个工件（齿轮）。链轮轴7上装有齿轮6，与油缸4所驱动的齿条5相啮合。活塞每往复一次，链条移动一个步距。为了避免活塞回程时带动链轮倒转，轴7和轴8都以棘轮机构9、10（借用自行车的“飞”）与链轮相联，轴8是固定不转的，并可借调节机构11调整两链轮的中心距。这种提升机构同时还能起到一定的贮料作用。图2－8链式间歇传动的提升机构图2－9顶杆式提升机构—29— 生产过程自动化图2－9是顶杆式间歇提升机构的结构原理。顶料板2由活塞杆1驱动作上下往复运动，每向上一次，就把一个工件4沿提升机主体的内腔向上推移一个距离。此时工件从弹性掣子3上滑过。活塞向下回程时，工件被弹性掣子3阻住不能落下，因此，当顶料板不断往复推料时，就能将工件一个顶着另一个地不断向上提升。这种提升机构的结构简单而紧凑，但须在主体内充满工件后才能将最上一个工件送出；同时工件不宜过重，否则顶抬力要求很大，且易压伤工件表面。在顶料板行程终点的附近应开活门以便在调整或修理时从提升机主体内取出积存的工件。4、附属机构（1）、分路机构在应用输料槽的自动线中，若某些工序的生产率较低，为了平衡前后工序的生产节拍，常常把相同的机床并联起来。这时，从上一台机床运来的工件，需用分路机构分配到并联的各台机床上去。图2－10是油泵齿轮自动线中根据“按需分配”原则工作的分路机构，它供两台并联的滚齿机作分配工件之用。在上一台机床加工完成的齿坯从进料滚道7送到分路器的位置Ⅰ的分料叉1中；分料叉与活塞杆2相联。活塞杆的两端是油缸3和4，分别与两台滚齿机的油路相联。当某一台滚齿机加工完毕时，其相应的油缸通油一次，将齿坯拉到相应的分路位置II或III处，再从出料口5或6经输料槽送到该机床上去。图2－11为顺序分配的分路机构，用以分送小型轴类工件（如丝锥、钻头）。分料器接头4固定在支架1上，其上有若干个分料孔，用导管5分别与各台机床相通。接头4的上部装有可转动的接料套2和转环3。转环3上装有棘爪7，与接料套2外圆周上的棘齿相啮合。当工件进入接料套2之前，先在输料槽内碰撞微动开关，使电磁铁9通电，于是通过拉杆10、11、6、转环3带动接料套2逆时针方向回转一个角度，与另一出料导管5相通，工件便送到相应的机床上去。电磁铁9断电后，弹簧8使转环3复位。在某些加工环状工件的自动线中，常常在输料槽中开以若干活门，利用电磁铁的通断启闭图2－10分路机构（一）图2－11分路机构（二）—30— 第二章自动线的辅助设备活门使工件分路。这种分路机构的结构轻简单，但要使用较多的电磁铁和行程开关，因而电控线路相应要复杂一些。（2）、转向和定向机构当按工艺要求把工件送到下一台机床需改变其方向时，要采用转向机构。当工件在输送过程中出现位置或方向不符合要求时，需利用定向机构予以校正。通常，这类机构都是根据工件的外形或结构特点和定向要求来设计的。图2－12中表示了几种转向机构的例子。图2－12转向机构—31— 生产过程自动化图2－12a的转向器2可绕轴心5摆动，在重块4的作用下，处于K向所示位置。当工件从滑道1送到转向器2上后，由于左边的重量大于重块4，于是转向器2逆时针方向摆动，工件便沿斜面进入滚道3内。如果不设此转向器，则工件从滑道1滑至转角处时，可能偏斜而不能顺利滚动。图b为圆锥形转向器，将工件从滚动状态变为滑送。图c为圆盘式转向器，回转180°后将工件调头。图d为利用输料槽的弯曲部分使工件在运送过程中调头。图e和图f是利用输料槽的特殊组合结构，使环状（或盘状）工件由滚动变为滑送和使之调头。图g是一种使十字轴转向的机构，棘爪2装在滑板4上，由气缸1驱动。当气缸驱使滑板带着棘爪往左回程时，棘爪绕轴3摆动，而从十字轴（工件）5上滑过;当气缸向前行程时，双臂棘爪（即后面两个棘爪）推动工件5沿着输料槽6前进，而最前面的一个单臂棘爪则将工件拔转90°。图2－13至图2－15为几种定向机构的例子。当工件为小型台阶轴，其重心又位于小直径一端时（图2－13a左上角），可以利用工件的重心来定向。如图2－13a所示，工件5从输料管1滑到倾斜板2以后，由于其重心在小直径一端，故作弧形滚动，落入倾斜板两侧的料糟3中，因而可以保证工件以大端朝前定向从输料槽4送出。对于重心位于大直径一端的台阶轴，可以采用图2－13b所示的机构定向。图中1为料仓，堆满了工件。定向板3上开有两头窄中间宽的图2－13定向机构之一落料口。推料板2与驱动机构（图中未示出）相连。当推料板作往复运动，将工件逐个向左推送时，工件便经由落料口定向，以小头朝前，从出料道4输出。对于较长而两端直径不同的工件，可以用限位销子来定向。如图2－14a所示，料斗1的一侧装有两个限位销子2，工件被送入料斗时，小直径一端可以从销子与箱壁之间的空间通过，而大端则被另一销子挡住，因而可保证小头先落下。对于一端具有闭孔的圆柱体，则可以用定向叉定向。图2－14b中定向叉1在重块2的作用下顺时针方向回转到一定位置。当工件以闭—32— 第二章自动线的辅助设备端向前送来时，将碰撞定向叉1仍然以闭端向前落下。如果是开端在前，则如图所示套在定向叉1上，与定向叉1一同逆时针方向回转，然后以闭端向前落下。图2－14定向机构之二图2－15为浮力定向机构。油箱5中充满了油液6，并安放有喇叭形料道2、挡板3和链式输送带4。工件为一个带扁尾的圆柱体（见图2－15中上部）。由于扁尾一端较轻，圆柱体一端较重，两端浮力不同，故工件从料道1掉入油箱5中时，工件便以较重的圆柱部分先行，经由料道2到达链式输送带4上。因此可以保证，输送出去的工件，其圆柱部分均排列在右边。图2－15利用液体浮力的定向机构—33— 生产过程自动化2.1.2架空式机械手在自动线中用作输送设备的机械手，如图2－16所示，机械手用桁架架设在自动线的上方，故称为架空式机械手。如图所示，机械手在机床间同时进行输送和装卸工作，每一循环中需完成下列动作：（1）机械手下降，从前一台机床上取下已加工工件；（2）机械手带着工件上升；（3）机械手纵向移动，将工件运送到后一台机床的上方；（4）机械手下降，将工件安放到夹具上；（5）机械手上升；（6）机械手纵向回程到原位，等候完成加工循环。图2－16QDX-1曲轴动平衡自动线立面布置示意图1－测量动平衡机2－第一去重组合钻床3－第二去重组合钻床4－清洗机5．检验动平衡机6．机械手桁架7、9、11、13-架空式机械手8、10、12、14－液压控制板15－液压马达分析以上过程可知，机械手需具备三个方面的传动装置：（1）机械手的升降运动；（2）夹爪的张合；（3）机械手的纵向往复运动。有关（1）、（2）的传动原理与第一章所述装卸工件的机械手是类似的。在自动线中，机械手的升降运动大多采用液压（或气压）传动。夹爪的传动则根据具体情况而定，对于尺寸小，重量轻的工件，为了简化结构，可以采用弹簧式夹爪；但对于尺寸较大或比较重的工件，为了保证输送过程的可靠性，夹爪应采用液压（或气压）传动。2.1.3步伐式输送装置步伐式输送装置是组合机床自动线上典型的工件输送装置。在加工箱体类零件的自动线以及带随行夹具的自动线中，使用非常普遍。常见的步伐式输送装置有棘爪步伐式、回转步伐式以及抬起步伐式等几种，下面分别于以介绍。—34— 第二章自动线的辅助设备1、棘爪式步伐输送装置（1）、棘爪式输送带图2－17是组合机床自动线中最常用的棘爪式输送带，在输送带1上装有若干个棘爪2，每一棘爪都可绕销轴3转动，棘爪的前端顶在工件6的后端，下端被挡销4挡住。当输送带向前运动时，棘爪2就推动工件移动一个步距；当输送带回程时，棘爪被工件压下，于是绕销轴3回转而将弹簧5拉伸，并从工件下面滑过，待退出工件之后，棘爪又复抬起。棘爪式输送带1是支承在滚子2上作往复运动的（图2－18）。支承滚子通常安装在机床夹具上，支承滚子的数量应视机床间距的大小而定，一般可每隔一米左右安装一个。输图2－17棘爪式输送带动作原理图送时，工件3在两条支承板5上滑动，两侧限位板4是用来导向的。当工件较宽时，用一条输送带运送工件容易歪斜，这时可用同步动作的两条输送带来推动工件。棘爪式输送带的结构，如图2－19所示，它由若干个中间棘爪1、一个首端棘爪2和一个末端棘爪3装在两条平行的侧板4上所组成。由于整个输送带比较长，考虑到制造及装配工艺性，一般都把它做成若干节，然后再用联接板5联成整体。输送带中间的棘爪，一般都做成等距离的，但根据实际需要，也可以将某些中间棘爪的间距设计成不等距的。自动线的首端棘爪及未端棘爪，与其相邻棘爪之间的图2－18输送带的支承滚子图2－19棘爪式步伐输送带结构距离，根据实际需要，可以做得比输送步距短一些，但首端棘爪的间距至少应可容纳一个工件。大连组合机床研究所设计的通用输送带，中间棘爪之间的距离采用350～1600毫米，首端棘爪的间距不小于310毫米，末端棘爪的间距不小于155毫米。大连组合机床研究所设计的通用输送带，其棘爪与工件之间的联系尺寸如图2－20所示。—35— 生产过程自动化图2－20棘爪与工件间的联系尺寸这种输送带的棘爪高度H有15毫米和25毫米两种规格，可以根据工件具体结构选用。因为步伐式输送装置是一种刚性联接的装置，因此输送带的结构尺寸不仅与输送步距有关，而且与机床在安装调整时的实际距离有关，所以设计输送带时还应注意以下几点：①在一节输送带上，最好只安装一台机床加工工位的棘爪。如果在一节输送带上装有两台机床的棘爪，则不但要求棘爪间具有精确的距离，而且机床安装时的中心距离要求也很严，这是不合理的。为了便于调整工作，可以采用如图2－21的微调棘爪。在全线安装调试时装好棘爪，当再一次重新安装自动线时，可以根据机床的实际距离，通过螺钉3对相邻两棘爪端面间的距离A进行微调，只有当两台机床间的安装误差过大，超出螺钉3的调整范围以外时，才修磨某一棘爪的前端a部。②联接板一般固定在前一节输送带上，在制造单位安装调试后，联接板与后一图2－21棘爪微调机构节输送带在中间打一个定位销（见图2－19中K处），运到使用单位时须重新调整，调好后再另打两个定位销。为了调整方便，在设计各节输送带的长度时，应该注意到使输送带向前到达终点的时候，联接板恰好处于机床间的空位上。③调整输送带时，输送带向前到达终点，工件应比规定的定位安装位置滞后0.3～0.5毫米（图2－22）。在定位时，定位销以顶端锥度引进工件的定位孔，把工件向前拉到准确的安装位置。如果不留这一滞后量，万一工件在到达终点因惯性而超程时，可能会引起工件定位的困难。因为在这种情况下，插销定位时需把工件引向后退，而工件后端因被棘爪阻挡，往往没有足够的退路，以致定位销不能插进孔中。—36— 第二章自动线的辅助设备图2－22步伐式输送带的调整位置示意图图2－23机械驱动的输送装置④由于棘爪式输送带不便于在工件的前方设置挡块，所以向前输送速度一般不宜大于16米／分，并且应在行程之末装设行程节流阀减速，以防止工件因惯性前冲而不能保证位置精度。一般推荐在终点前30～60毫米处开始节流。（2）、输送带的传动装置步伐式输送带的传动，可以采用机械驱动或者液压驱动。图2－23所示，是一种机械驱动的输送装置。它由通用的机械滑台传动装置1及输送滑台3组成。工作时，快速电动机5起动，通过丝杆、螺母驱动滑台3，带动输送带2前进，接近终点时，快速电动机5停止而慢进电动机4起动，使工件准确到位。待工件定位夹紧之后，快速电动机5起动反转，使输送带快速返回。这种传动装置，纵向长度大，占地面积多，但结构简单，通用化程度高，一般多用于输送行程较短、不采用液压传动系统的自动线上。采用液压驱动的输送装置，可以得到较大的驱动力和输送速度，实现缓冲比较容易，调整也方便。加以目前绝大多数的自动线中都具有液压传动系统，所以液压驱动的输送装置得到了广泛的应用。图2－24回转步伐输送装置动作示意图2、回转步伐输送装置棘爪步伐输送装置虽然动作简单（因而其传动机构简单），但当输送速度较高时，工件在到达终点时往往因惯性作用向前超程而不能保证位置精度。此外，由于切屑掉入，偶尔也有棘爪卡死、输送失灵的现象。为了提高输送速度及输送工作的可靠性，可以采用回转步伐输送装置。图2－24a所示为这种输送装置的动作示意图。输送带1上的拨爪2是刚性的，工作时输送带先回转一个角度，让拨爪卡住工件（或随行夹具）3的两端，再向前输送一个步距。待输送带到达终点，将工件定位夹紧后，输送带1反转使拨爪2脱开工件（或随行夹具），然后退回原—37— 生产过程自动化位。图2－24b为回转步伐输送装置输送的一个实例。在输送带5的带动下，装有活塞（工件）3的随行夹具2，可在T形导轨1上移动。处于原位时，固装在输送带5上的成形卡板4竖起在虚线位置。输送时，卡板4与输送带5一起回转45°，使卡板的每一个凹槽卡着一个随行夹具2，同时把四个活塞向前移动一个步距。输送到位后，卡板反转45°而离开工件，输送带5接着退回原位。由于卡板的凹槽，具有限位的作用，可以保证工件输送到终点时具有比较准确的位置，因而这种输送装置，允许采用较高的输送速度（可达20米／分以上）。但回转步伐输送装置的运动较为复杂，除了前进、退回的往复运动外，还有回转运动，所以，它比一般棘爪式输送装置，要多一个回转机构。典型的回转步伐输送装置的结构简图，如图2－25所示，整个输送带由若干节圆杆l组成，两节的接合处采用了配合，然后用两个互成90°的销子固定。圆杆直径有40、50、60、70毫米几种，其相应的端部小头直径为25、35、40、45毫米。输送带的支承滚轮7一般做成腰鼓形。输送带的往复运动大多数采用液压油缸驱动。为了让输送带回转，活塞杆4与输送带之间采用能相对转动的回转接头3联接。为使行程未端不发生冲击，油缸5两端设有缓冲器6。输送带的回转运动是由专用的回转机构2实现的。图2－25回转步伐输送装置1.圆杆2.回转机构,3.回转接头4.活塞杆5.油缸,6.缓冲器,7.支承滚轮3、抬起式步伐输送装置图2－26和图2－27为抬起式步伐输送装置。输送时，先把工件抬起一个高度，向前移动一个步距，将工件放到夹具上或空工位的支承上，然后输送带再返回原位。用这种方式，可以输送缺乏良好输送基面的工件以及需要保护基面的有色金属工件和高精度工件。在图2－26中，输送带7的往复运动由输送传动装置8驱动，其升降运动则由齿条、齿轮和凸轮机构实现。工作时，油缸（图中末示出）驱动齿条1，带动齿轮2、轴3和凸轮4，迫使顶杆5及支承滚轮6上下移动，因而可使输送带升降。这种装置因受凸轮升高量的限制，升降行程一般比较小，故较适用于输送需要保护基面的高精度工件及有色金属工件（这类工件只需—38— 第二章自动线的辅助设备抬高几毫米即可）。对于外形不规则、缺乏良好输送基面的壳体、大箱体和细长轴类工件，要采用抬起步伐输送装置输送，往往需要有较大的升降行程。此时可以采用如图2－27所示的齿条齿轮机构。图示为输送曲轴的情况。上料时，曲轴1以中间轴颈放在输送带3的V形块2上。输送时，先由图2－26气缸体精加工自动线的抬起式步伐输送器图2－27曲轴自动线的抬起式步伐输送器—39— 生产过程自动化油缸5驱动齿条6，经过齿轮齿条使支承滚轮7上升，将输送带3抬起一定高度，然后再由传动装置4将其向前移动一个步距。在夹具及空工位上设有V形支承块8，以便在输送带3升降时托住曲轴。当输送带下降并将工件放到支承V形块8上以后，输送带再迅速退回原位。当采用升降行程较大的抬起式步伐输送装置时，要注意两个问题：第一，为了保证输送工作的可靠性，往往在输送带上设有保持工件位置稳定的定位元件；第二，为了让输送带及工件通过，夹具的上、下方向需有足够的敞开空间。4、托盘步伐输送装置。托盘步伐输送装置也是一种步伐输送装置，但和一般步伐输送装置不同，工件不是在支承板上滑移，而是放在托盘中由步伐输送带运走。托盘是固定在输送带上的。简单的托盘只是一个支承工件的平板。为了在输送过程中保持工件位置正确，托盘中设有工件定位元件，但没有夹紧机构。图2－28所示为连杆螺栓孔加工自动线上的一组托盘输送带。二条错开布置但同步动作的步伐式输送带1和2，分别装有若干个卧式的托盘5和6，输送带可以在支承滚轮4上往复运动，并有侧导向滚轮3导向。其传动装置与一般步伐输送带的传动装置是一样的。为了满足自动线图2－28托盘输送带—40— 第二章自动线的辅助设备同时加工四副连杆的要求，每输送一次，托盘5可运载四个连杆体，托盘6可运载四个连杆盖。托盘5上的定位销9和侧限位块10，以及托盘6上的半圆块7和侧限位块8，是输送连杆体和连杆盖时定位用的。5、步伐输送带—机械手输送装置图2－29为曲轴油孔加工自动线的输送示意图。工件6的输送是由步伐输送带2的往复运动与机械手7的升降运动互相配合而实现的，活动夹具5与步伐输送带2之间采用插销联接。由于输送带上的销孔（图中未示出）在输送方向上略成椭圆形，活动夹具上的插销为圆柱形，配合有一些间隙，故活动夹具在输送方向上具有一定的浮动余地，当活动夹具被输送到位进行定位夹紧时，定位销便可以顺利地插入定位孔中。这种输送方法的工作过程如下：（1）输送带2向前移动一个步距，将载有工件6的活动夹具5牵引至下一工位。接着定位油缸3动作使定位销插入活动夹具的定位孔中，夹紧油缸4动作使顶料棒顶紧工件。然后进行加工。图2－29曲轴油孔加工自动线输送示意图1－导轨2－输送带3－定位油缸4－夹紧油缸5－活动夹具6－工件7－机械手（2）加工完毕后，夹紧油缸4松开，机械手7下降，将工件6抓紧并提起。（3）定位油缸3向下拔出定位销，输送带和空着的活动夹具返回原位。（4）上料工位及其工位的机械手7下降，将工件放在活动夹具上，然后上升返回，并开始下一个工作循环。这种输送方法的特点是：以活动夹具代替随行夹具，活动夹具既参与加工工作，也参与输送工作。由于活动夹具固定在输送带上，机械手抓起工件后，活动夹具可与输送带一起返回，故自动线不需另设返回系统。但与一般步伐输送的自动线相比，因其输送带返回时间及机械手抓起工件或放下工件的时间，均不可能与加工时间相重合，工作循环时间可能长一些。这种输送方式，工件不必在支承板上滑移，比较适于运送外形复杂缺乏理想输送基面的零件。—41— 生产过程自动化2.1.4随行夹具的退回装置在组合机床自动线中，对于某些形状复杂、缺少可靠输送基面的工件或有色金属工件，常常采用随行夹具作为定位夹紧和自动输送的附加装置。随行夹具可以做出一个很可靠的输送基面，并采用“一面两孔”的典型定位方式在自动线的工位上安装，从而使某些原来不便于在组合机床自动线上加工的工件成为可能，扩大了自动线的应用范围。为了使随行夹具能在自动线上循环工作，当工件加工完毕从随行夹具上卸下以后，随行夹具必须重新返回原始位置。所以在使用随行夹具的自动线上，应具有随行夹具的返回装置。随行夹具的返回装置，包括返回输送带及与主输送带的联接机构。1、随行夹具的返回方式（1）、水平返回方式图2－30所示，为随行夹具在水平面内作框形运动返回的示意图。图2－30a中的返回输送装置由三条步伐式输送带1、2、3所组成，三条输送带按一定的先后顺序步伐移动。在卸料图2－30随行夹具水平返回方式工位卸下工件后，随行夹具在加工时间内一步一步地经过П形路线回到上料工位。图2－30b是采用三段链条传动以代替步伐式输送带。图2－30c为半圆形链条返回输送带。这种方案比图2－30b占地面积较小，但须注意随行夹具在返回过程中已回转了180°，必要时须在自动线中添设转位装置。为了有效地利用生产面积，有时把自动线布置成封闭框形。如图2－31所示，把工件两侧面和顶面的加工工位布置在两条纵向输送带上，两端面的加工工位安排在横向输送带上，这样便无须设置专门的返回输送带。但须注意这种方案具有占地面积较短而阔的特点。水平返回随行夹具使自动线形成封闭框形，为了进入框内必须架桥梯从输送带上跨过。这种方式敞开性好，但占地面积较大，最适用于随行夹具比较重或尺寸较大的情况。（2）、上方返回方式—42— 第二章自动线的辅助设备随行夹具从上方返回，使自动线的结构比较紧凑，占地面积小，但不宜于布置立式机床。图2－32所示为从机床上面返回随行夹具的示意图。随行夹具2在自动线的末端用提升装置3升到机床上方后，经返回输送带4送回自动线的始端，然后用下降装置5降到主输送带1上。有的返回输送带是一条倾斜（1:50）滚道，随行夹具被提升后，在自重的作用下返回。这种方案结构简单，但对于工位多而布局很长的自动线不甚适宜。图2－33所示为随行夹具从机床的后图2－31框形布置的自动线上方返回的示意图。这种自动线可以布置图2－32随行夹具从上方返回的自动线立式机床，但由于返回输送带2设在机床的后上方，故主输送带1与返回输送带2之间的联接机构较为复杂。图2－33随行夹具从后上方返回的方式图2－34随行夹具下方返回方式示意图（3）、下方返回方式图2－34为小型自动线随行夹具从下方返回的输送示意图。装着工件的随行夹具2，由输送油缸1直接驱动，一个顶着一个地沿着输送导轨移动到加工工位。全部工序完毕后，工件连同随行夹具一起被送入自动线末端的回转鼓轮5，然后翻转至下面，经机床底座内的步伐式返回输送带4送回自动线的始端，再由回转鼓轮3从下面翻转至上面的装卸工位。两个回转鼓轮是同时动作的。当鼓轮回转时，返回输送带处于中间位置。当鼓轮不动时，返回输送带从鼓轮5中拉出随行夹具和工件并向鼓轮3送入随行夹具和工件。—43— 生产过程自动化所谓下方返回，是从底座内返回，这种方式结构紧凑，占地面积小，但维修调整不便，也影响底座的刚性和排屑装置的布置。这种方式多用于工位不多、加工精度不高的小型组合机床自动线上。图2－35随行夹具的升降装置—44— 第二章自动线的辅助设备2、升降装置随行夹具从下方返回的小型自动线，其主输送带与返回输送带的高度距离较小，利用回转鼓轮来升降随行夹具是很方便的。但对于随行夹具从上方返回的自动线就不合适了，此时在自动线的始端和末端需要设置升降装置来实现随行夹具的升降。常用的升降装置结构原理如图2－35所示。这是一种利用钢绳增倍的机构。由于钢绳6的一端固定，另一端悬挂着升降台2，故当油缸1中的活塞杆推动装有滑轮7的滑架4沿着导柱5移动时，升降台2便以双倍的速度与行程跟着移动。升降台2升到顶端时，在杠杆3的作用下，使其倾斜一个角度，将随行夹具送到倾斜滚道上，以便自由返回。（如果返回输送带为步伐式输送带时，可由输送带直接伸入升降台拉走工件，无须杠杆机构）。升降台的定程借助挡铁9和限位开关8、10来实现，升降台上是否有随行夹具则由限位开关11检查。3、返回输送带返回输送带与机床没有严格的互锁要求，为了减少随行夹具在返回输送带上的停留时间，加快随行夹具的周转，减少随行夹具的数量，返回输送带应该使用较高的输送速度或采用连续的运动形式。返回输送带有步伐式、滚道式和链条式等几种。当随行夹具从上方返回且自动线较短时。多采用滚追式，靠随行夹具的自重沿倾斜滚道自行滑回。滚道的倾斜度视其结构及随行夹具大小等情况而定，当滚道采用滚珠轴承滚子时，其倾斜度一般取1.5/100～3.5／100，当随行夹具从下方返回，或随行夹具从上方返回而自动线较长时，一般采用强制输送的步伐式返回输送带。此时为了减少随行夹具数量，返回输送带常常是连续动作几次，直至一个随行夹具被送至自动线始端的升降装置后，返回输送带才停止在终端；当随行夹具在水平面返回时，返回输送带多采用连续运动的链条式结构。图2－36链条式返回输送带传动示意图链条式返回输送带，一般由三段链条，即自动线始端的横向链、纵向链及末端横向链所组成。三段链条可以由各自的传动装置分别传动，也可以用锥齿轮将三段链条联接起来由一个传动装置集中传动（图2－36）。采用分散传动的方案时，各段链条运送工件的棘爪不要求有严格—45— 生产过程自动化的相互位置，但必须控制三条链条依次动作。采用集中传动的方案时，横向棘爪与纵向棘爪的相互位置必须正确安排，保证一定的传动关系，以免链条在运转的过程中出现纵向棘爪与横向棘爪同时挂上随行夹具的干涉现象。图2－37所示为链式返回输送带棘爪位置安排的一个例子。返回工作循环开始时，自动线的装卸料工位上没有随行夹具，行程开关XK1处于释放状态；自动线末端的工位上有随行夹具，行程开关XK2被压下，因而发出信号令返回输送带运行。于是随行夹具2和4放开，行程开关XK3和XK2继续返回，当运行到终点状态时，随行夹具l返回到装卸料工位，压下XK1。随后，随行夹具3也运行到纵向链的中点位置，压下XK3，发出信号令返回输送带停止运行，于是，图2－37链条式返回输送带棘爪相互位置示意图一个返回工作循环完毕。由于棘爪位置安排得合理以及锥齿轮传动保证了它们的运动关系，所以能做到：随行夹具4到达3的位置时，横向棘爪A脱开后，纵向棘爪B才挂上；随行夹具2到达1的位置时，纵向棘爪B脱开后横向棘爪C才挂上，在整个工作过程中，三段链条的棘爪始终不产生于涉现象。而且每次工作循环完了时，三段链条的棘爪仍然处于开始状态时的位置。这种返回输送带的链条节数及锥齿轮传动比，可以按下述方法进行计算：（1）、链条节数设同一段链条中的两个链轮大小相同，各段链条的节距相等，则横向链条的节数Wa和纵向链条的节数Wb可由下列两式分别算出：2laW=+N(节)aat2lbW=+N(节)bbt式中t——套筒滚子链条的节距（毫米）；la、lb——分别为横向链链轮的中心距及纵向链链轮的中心距（毫米），Na、Nb——分别为横向链链轮齿数和纵向链链轮齿数。链轮的齿数建议在20～40之间选取。为了通用化起见，横向链链轮和纵向链链轮最好相同。链条的链轮中心距，则根据自动线布局的需要而定。（2）、棘爪数和锥齿轮传动比横向链较短，一般布置1个棘爪，纵向链根据其长短一般可以等距布置1～4个棘爪。纵向棘爪取得较多时，可以较快地给装料工位供应随行夹具，但会—46— 第二章自动线的辅助设备在纵向链上积压随行夹具。为了使返回输送带在任意循环的原位时，各棘爪均能保持恒定的相对位置，要求横向棘爪A，C的运行圈数为纵向棘爪B运行圈数的K倍或K的整数倍（K为纵棘爪数）。例如，横向棘爪A，C均为1个，纵向棘爪B也只有1个时，则B爪每在纵向链上运行1圈，A，C爪应在自己的横向链上运行l圈，2圈，3圈或4圈等。又如，横向棘爪A，C均为1个，而纵向棘爪B为2个时，则B爪每运行1圈，A，C爪应运行2圈或4圈等。但是应当注意，横向棘爪与纵向棘爪的运行圈数比值，不要取得太大了，以免出现锥齿轮副的传动比不合理，齿数太悬殊，以及棘爪位置不易调整等问题。横向棘爪与纵向棘爪运转圈数之比值确定后，就可以计算锥齿轮的传动比或齿数。现设纵向棘爪B每运转1圈，横向棘爪A（或C）应运转Q圈，则（参考图2－36）：znabi==zQnba式中I——锥齿轮传动比；Za——横向链锥齿轮的齿数；Zb——纵向链锥齿轮的齿数；Na——横向棘爪A或C运转l圈时，横向链链轮所转过的转数；Nb——纵向棘爪B运转1圈时，纵向链链轮所转过的转数。WWb因n=an=abNaNbznWNabba所以==×zQnQWNbaab为了便于调整各链棘爪的相对位置，可以在锥齿轮的联接环节处设置弹性销。这样，进行调整时，可以较方便地脱开锥齿轮。—47— 生产过程自动化2.2自动线上的夹具自动线上所采用的夹具，可归纳为两种类型，即固定式夹具与随行夹具。这些夹具在定位原理与主要设计原则上与一般机床夹具是类似的，但由于自动线工作要求的不同，其所用的夹具还是有些特点，下面通过典型例子加以介绍。2.2.1固定式夹具所谓固定式夹具，即夹具附属于每一加工工位，不随工件的输送而移动，或安装于机床的某一部件上，或安装于专用的夹具底座上。这类夹具亦分为两种类型，一种是用于钻、镗、铣、攻丝等加工的夹具，工件安装到夹具中以后在加工过程中固定不动；另一种是工件和夹具在加工时尚须作旋转运动。前者多用于箱体、壳体、盖、板等类型的零件加工或组合机床自动线中，后者多用于旋转体零件的车、磨、齿形加工等自动线中。1、钻、镗、铣和攻丝加工用夹具图2－38是135柴油机缸盖自动线中固定式夹具的例子。该夹具用于从气缸盖两端面进行扩孔和铰孔，每个夹具内安装两个工件。气缸盖由步伐式输送带3送进夹具以后，用侧导向板9导向，支承在定位板4上。每一工件用两个定位销6定位（一个圆柱销，一个菱形销），四个定位销通过油缸10，推杆11、杠杆12、18、连杆19、杠杆20使轴I和轴II产生联动，同时拨动定位销自上而下插入工件的定位孔内。通过两个油缸7和压紧块8，将两个工件压紧在定位板4上。定位和夹紧油缸都安装在钻模板2的盖板5上。在定位销的控制轴II上，安装着挡块盘13，在定位销进入孔中定位和全部拔出的位置时，两个挡块分别压合行程开关，发出连锁控制信号。这一套定位销的传动和控制机构在组合机床夹具中已经典型化和标准化。为了定时润滑夹具中各运动部分，设有润滑泵15，润滑油经过配油器14通过b、c分往各处润滑。有些自动线中每台机床具有自动润滑系统，则夹具上可以不设单独的润滑泵。这一类夹具在结构上与一般组合机床夹具大部分是共同的，其定位、夹紧、导向等元件可按标准结构选用，但应注意下列特点：（1）当步伐式输送带需从夹具中通过时，必须在结构上留出相应的位置，并在夹具体上设置输送带的支承滚轮，如图2－38中的17为滚轮支架，16系支承滚轮，当夹具沿自动线纵向的尺寸较长时，夹具体l的两头都安装支承滚轮以增加输送带的支承刚性。为了保证工件输送的可靠性，夹具上的水平定位支承板（如图2－38中的4），通常做成连续的，侧导向板也应做成连续的，当必须间断时，其间断距离也不能大。（2）定位、夹紧机构应全部自动化，并应保证工作的可靠性。例如当夹具定位机构设在工件下方时，有时由于工件输送的不准确，会造成定位销不能顺利地插入，以致将工件抬起。这时也会发出定位插销的信号，而工件实际上没有定位。因此对于这类固定式夹具，常在工件的上方设置挡铁之类的机构（约离开工件顶面2～3毫米），以防止工件抬起误发信号。定位、夹紧动作与自动线其它动作的连锁是很重要的，只有在确认定位、夹紧的情况下才能启动机床加工；只有确认松开拔销后才能输送工件等。—48— 第二章自动线的辅助设备图2－38固定式夹具—49— 生产过程自动化（3）夹具的结构应保证定位元件不受残留切屑的影响，夹具体要便于排屑。对于切屑量较大的工序尤属重要。如图2－38的夹具体1在定位板4的附近做成空的，以便切屑下落到切屑输送带上。图2－39梅花顶尖（4）前已述及，步伐式输送带将工件运送到终点时，应使定位孔滞后于定位销0.3～0.5毫米，以便定位销插入孔中时将工件向前拉到准确位置。为此，在布置夹具上的两个定位销时，最好将圆柱销安排在工件前进的前方。2、车、磨和齿形加工用夹具在旋转体零件的车、磨和齿形加工等的自动线中，常采用顶尖、弹性夹头、心轴、自动卡盘和无心式夹具等来装夹工件。如果所加工的是形状特殊、要求定向装卸的工件，则还须采用主轴定向停车机构。（1）、顶尖图2－39为梅花顶尖结构图。顶尖前端装有梅花齿爪盘1，后端配置有弹簧2，使顶尖能轴向退让。装夹轴类工件时，利用尾座活顶尖通过液压（或气动）传动产生轴向力，使梅花齿爪压紧工件，以传递扭矩。因为梅花齿爪是刚性的，不能调节，故适用于顶紧支撑端面较为平整的工件。当工件的支撑端面不够平整时，可以采用图2－40所示的拨爪顶尖。它的拨爪是浮动的，因为拨爪顶尖内腔填满了细钢球（或黄油之类），利用细钢球（或黄油等）传动，可以自动调节拨爪的伸出量。图2－40拨爪顶尖（2）、液压自动卡盘图2－41为某花键轴车削自动线上采用的液压自动卡盘。它由盘体1、球形传动机构2、杠杆3、卡爪4（图a）及主轴顶尖（图b）等所组成。卡盘的驱动油缸（图中未示出），固定在主轴的尾端，是组合式的，其中包括有两个不同直径和行程的油缸。小油缸的活塞杆通过拉杆5与主轴顶尖相连（见图b）。利用拉杆5带动主轴顶尖作伸缩运动，与尾座动力顶尖的进退动作相互配合，将工件顶出或引入卡盘里进行定位。工件的定位以顶尖及顶尖座端面为基准。为了保证工件端面靠着顶尖座端面，并缓冲轴向顶压时的冲击，故在主轴顶尖后端配置有弹簧。大油缸的活塞杆通过拉管6（图b）及球形传动机构和杠杆将动力传给卡爪，以夹紧或松开工件。球形传动机构是浮动的，卡爪的移动位置可以根据工件夹压表面的不圆度自动调节，所以这种自动卡盘可以用于装夹锻件毛坯。—50— 第二章自动线的辅助设备图2－41液压式自动卡盘2.2.2随行夹具随行夹具适用于结构形状比较复杂的工件，这类工件缺少可靠的输送基面，在组合机床自动线上较难用步伐式输送带直接输送。此外，对于有色金属工件，如果在自动线中直接输送时其基面容易磨损，因而也须采用随行夹具。图2－42所示为加工转向器壳体自动线上的随行夹具。其结构特点及工作原理如下：在上料工位时，由上料机械手将工件送到随行夹具的一对定位滚子2上，机动扳手旋动螺母5，使螺杆齿条6左移，通过齿轮7，带动V形压板8下降，压在工件摇臂轴孔外圆弧面上，从而使工件实现自动对中。与此同时，机动板手将四个螺母3旋转，使螺杆4带动钩形压板9左移，由于压板的套筒开有螺旋槽，所以在压板移动过程中，能同时完成转动动作，使压板压在工件的指定部位。随行夹具的底面上，镶有淬硬的钢板1，其上开有一个纵向槽，槽的右部用作输送基面，左部为定位基面。相应地，机床上固定夹具的定位块，和机床之间的供滑移随行夹具用的支承板，也错开布置。这样将输送基面和定位基面分开的目的是为了长期保持定位精度。随行夹具的底面上，有两对定位销孔Φ20D，加工工件上的轴承孔时用其中一对定位销孔；转位90°后，加工摇臂轴孔时用另一对定位销孔。在底面上还有一对孔Φ18D，是供随行夹具在自动线上抬起转位时定位用的。图2－42为随行夹具用于缺乏可靠输送基面的工件之实例。有些工件虽有基面，但平面较小，作为输送基面不够稳定，对于这种情况，有时可用“一面两孔”在随行夹具上定位，但不夹紧，待到达加工工位后，工件连同随行夹具一齐压紧。图2－43所示为某活塞加工自动线中的随行夹具，在随行夹具板1上有两个定位销2，活塞（工件）以其裙部端面和内壁上两个半圆孔安装在随行夹具板1上。随行夹具由输送带驱动，可在T形输送道轨上滑移。在加工工位上，由定位销插入定位套3使随行夹具定心，然后机床上的固定夹具从活塞顶部将工件和随行夹具一并压紧。盖子4用以保护定位套3，以免切屑落于其中。采用随行夹具还有利于对自动线组织成组加工，以提高自动线的负荷率。—51— 生产过程自动化图2－43活塞自动线的随行夹具将工艺过程相同或相似而结构和尺寸上类似但有所差异的工件作为一组，在同一条自动线上加工，利用随行夹具可以使夹具和输送设备统一化，使自动线的调整工作大为简化，甚至不需要作任何特殊的调整。国内外在组合机床自动线上加工汽车万向节叉子耳就是一个突出的例子。如图2－44所示，图a中为两种叉子耳零件，图b为在随行夹具上安装的示意图，为了能在自动线上加工这两种叉子耳的端面A和孔B，短叉子耳用外圆在随行夹具中定位，长叉子耳倒过来安装，用孔在随行夹具中定位，保证两个随行夹具的定位底面到叉子耳孔B中心的距离H一致。用同样原理可图2－42转向器壳体自动线上的随行夹具以使更多种类的叉子耳，组织在同一自动线上自动进行加工。—52— 第二章自动线的辅助设备以上通过三个实例介绍了随行夹具的应用及一般结构特点，下面提出设计随行夹具时应注意的一些问题。（1）、由于采用随行夹具使工件的定位尺寸链环节增加，从而使定位误差增加，为了保证加工精度，应对随行夹具提出较高的精度要求。对于加工精度要求很高的工件，又必须采用随行夹具时，应当认真分析能否保图2－44叉子耳自动线的随行夹具示意图证加工精度，必要时应提高工件定位基面和随行夹具的精度要求。（2）、由于随行夹具常年累月在自动线中循环使用，而且在许多情况下随行夹具的输送基面就是定位基面，因此必须注意尽可能减小其磨损。一般可以采用下列一些办法：在随行夹具的底面上镶装淬硬钢或耐磨金属以作输送基面；采用滚道输送，或在随行夹具的底面上安装滚子；将随行夹具上的输送基面与定位基面分开，避免定位基面磨损。（3）、工件在随行夹具上的夹压方式，目前大多采用螺纹自锁夹紧机构。因为这类夹压机构简单，在输送过程中不易松压，并可以采用机械、气动或液压扳手实行目动化操作。在少数情况下，也有采用液压夹紧的。这时，应注意密封的可靠性，以防在工作过程中因泄漏而产生松压的现象。当工件的尺寸小，重量轻时，在随行夹具上有时也可以只定位不夹紧，待到加工工位后工件连同随行夹具－起夹紧在机床的固定夹具上。（4）、随行夹具在固定夹具上的夹压，多采用钩形压板的方式，在加工工位上，是由四个钩形压板将随行夹具的底板压紧在固定夹具上的。这种方式，敞开性好，便于调整及观察工作，而且钩形压板还有防止随行夹具在插销定位时可能被顶起的作用。但由于夹紧机构设在夹具的底座内，故设计时要充分注意维修的方便。当工件和随行夹具窄而高时，为了保证夹压系统的刚度，一般采用从上方将随行夹具压紧的方式。2.2.3定位夹紧装置的传动方式定位夹紧装置的传动方式有机械、液压和气动三种类型。1、机械传动方式机械传动的定位夹紧装置，多半利用自动机床上的分配轴通过凸轮、杠杆或齿轮、齿条等—53— 生产过程自动化机构进行传动。这类传动方式，多应用于通用机床和专用（非组合）机床组成的自动线上，或机械集中传动的小型组合机床自动线上。图2－45为某小型自动线用于实现定位、夹紧、拔销、松开和动力滑台工作循环的集中传动装置示意图。主分配轴1由一个具有双向超越离合器的减速器（图中未示出）通过蜗杆蜗轮15、14传动，它可以n＝0.435转／分和n=2转／分的转速作同向正转，也可以2转／分的转速反转。图2－45集中传动装置示意图1－主分配轴2－摆轴3、4、5、6－圆锥齿轮7－楔块8－碟形弹簧9－挡块10－拨叉11－凸轮12－拉杆13－杠杆14－蜗轮15－蜗杆16－凸轮17－保护开关18－摆杆19－离合器20－保护开关21－挡铁盘当以2转／分的转速正转时，经凸轮11、摆杆18、离合器19带动摆轴2旋转一个角度，固定在摆轴上的拨叉10就能迫使机床上的夹具定位销实现定位和拔销。通过凸轮16、杠杆13、拉杆12和固定在拉杆上的挡块9，可使套在拉杆上的楔块7移动，以实现夹具的夹紧。碟形弹簧8是用来补偿夹具误差和保持恒定夹紧力的。自动线上各个动力滑台的前进和后退，是通过主分配轴1上的锥齿轮实现的。当主分配轴转过105°以后，就以0.435转／分的转速慢转，动力滑台就实现工进。定位和夹紧状态可以由凸轮的曲线槽保持到工进完毕。当主分配轴转过250°以后，再以2转／分的转速快转，以实现动力滑台的快退，和夹具的拔销、松开等动作。主分配轴旋转一周，自动线就完成了一个工作循环。挡铁盘21用来控制集中传动装置减速器的快速和慢速电动机。这样主分配轴就可以按需要的不同转速旋转。2、液压和气动传动方式液压和气动传动方式便于全线或分段集中控制。而液压传动方式比气压传动方式又具有一系列优点，因此，在自动线机床上具有液压系统的情况下，定位夹紧机构一般都采用液压传动方式。目前，绝大多数的组合机床自动线的定位夹紧装置，都是液压传动的。图2－46表示了一种定位夹紧装置的双泵液压系统。当定位夹紧开始时，高压油泵A和低—54— 第二章自动线的辅助设备图2－46定位和夹紧装置的液压原理图压油泵B打出的油同时进入系统。等到工件被夹紧后，系统内油压升高，高压泵A的油压控制溢流阀3，使低压泵B卸荷；由高压泵A保持系统内较高的压力（由溢流阀4调定）。定位和夹紧的顺序连锁控制是通过程序阀2来实现的。当定位销插入定位孔，油缸内压力升高到一定程度后，打开程序阀2的通路，使压力油进入夹紧油缸。这种系统中要求程序阀性能良好。其优点是电气控制线路简单。当所控制的定位夹紧油缸多而直径较大时，为了保证工作的可靠性，可以采用二位二通电图2－47定位夹紧装置的液压原理图—55— 生产过程自动化磁滑阀来代替图2－46中的顺序阀2，或者采用如图2－47所示的液压系统，以两个三位四通电磁滑阀分别控制定位油缸及夹紧油缸。图2－47中用变量叶片油泵供油，比之双泵系统更有利于减少功率损失和降低油温。因为在定位夹紧过程中，要求流量大、压力较低，在定位夹紧以后，要求流量小、压力高，而排油量随压力变化的限压式变量泵，正好可以满足这种要求。图中压力继电器1YJ和2YJ是用来发出连锁信号的。当定位销完全引进定位孔后，与定位销传动轴同步回转的挡块便压合行程开关，此时1YJ也动作，从而发出两个信号接通3DT进行夹紧1当工件被夹紧后，2YJ发出启动动力滑台的信号。气动夹具在一般大批大量生产中已经得到广泛应用。因此，在合适的情况下可以应用于自动线中。为保证自动线工作的稳定性，应对气压系统提出较高的要求，例如应保持系统恒定的气压；应使系统中所含水份尽可能少，以免元件锈蚀失灵；设有必要的装置以防气源突然中断而引起事故等。—56— 第二章自动线的辅助设备2.3转位装置工件在加工过程中，有时需要翻转或转位以改换加工面。在通用机床或专用机床自动线中加工中小型工件时，其翻身或转位常常在输送过程或自动上料过程中完成。在组合机床自动线中，则需设置专用的转位装置，这种装置可用于工件的转位，也可以用于随行夹具的转位。当工件需从一种位置状态改变为另一种位置状态时，有时绕水平轴回转，有时绕垂直轴回转，有时则须作复合回转运动。2.3.1绕垂直轴回转的转位装置图2－48所示为一种绕垂直轴回转的标准转位台。转台2与齿轮轴4固定联接，双活塞油缸1中的活塞杆齿条和齿轮轴4啮合，当活塞杆齿条移动时，就使转台2转位。更换不同长度的活塞杆可使转位台回转90°或180°。回转终点的准确位置靠油缸两端的螺钉调整。油缸图2－48绕垂直轴回转的转位台1．油缸2．转台3－轴承4一齿轮轴5一操纵杆6一挡铁7一行程开关—57— 生产过程自动化活塞的运动速度推荐为1～2米／分。两端油缸盖上设有液压缓冲器，使转位台回转到终点时避免冲击。当齿轮轴4转动时，驱使操纵杆5移动。并带着挡铁6压合行程开关7，发出与输送带连锁的动作信号。转位台也可采用叶片式摆动油缸来传动，这种方案在机械结构上要简单一些。整个转位装置，除上述机构以外，还必须根据工件的形状、输送步距大小、转台中心与前后工件的相对位置，设置一个支承工件的座盘，把它固定在转台2上。当转位台的回转中心设在输送带的中心线上时，工件的转位，只能在输送带退回原位让棘爪脱开工件以后，才能进行。如果要求在输送带不退回的情况下进行转位，则必须如图2－49所示，将转位台的回转中心偏移，并令a＝b，以便保证转位台前后的输送带中心线重合。此时须将转台上的座盘设计成平台并增设环形支承。采用了上述转位装置后，步伐式输送带必须断开，自动线也被分成两段。这两段自动线各有自己的控制系统，但彼此又相互连锁，以保证工件连续运行。在UX131转向器壳自动线中采用了另一种型式的转位装置（图2－50）。转位前，转台带着随行夹具和工件向上抬起，离开输送带后再行转位，转位完成后回转台重又下降。采用这种转位装置，输送带可以贯穿全线而不需分段，因而减少了输送带的传动装置，使液压、电气控制都得以简化。图2－50a是这种装置的外形图，表示了转台，随行夹具、输送导轨和输送带图2－49回转台回转中心的布置的相对位置。如图2－50b所示，转台1上有四个支承销3和两个定位销2作随行夹具转位时定位之用。转台1装在转轴4上，转轴4的外面有一个齿轮套5，其中部的齿轮与油缸6所驱动的齿条11啮合，在它的下部为一单齿拨爪14，此拨爪与固接于转轴4上的凸块7相邻。齿条杆11在互相垂直的方向上开有两个齿条，其中一个与齿轮套5的齿啮合，另一个齿条则与小齿轮13啮合。在小齿轮13的同一轴上装着凸轮9，当小齿轮13带动凸轮9回转时，压在滚子10上使杠杆8逆时针方向摆动，杠杆8的另一臂端部的叉子便将轴4连同转台1向上抬起。在正对凸块7上下两个极限位置的地方，互成90°地布置着两个带斜面的弹簧销16和17（见图2－50b中D－D）。转位过程如下：当随行夹具带着工件运动到转位装置上以后，随行夹具上的定位套孔正对着转台1上的销2。在油缸6的活塞处于最右边原始位置时，凸轮9与滚子10，以及齿轮套上的拨爪14与凸块7的相对位置如图2－50c）中①所示。活塞推动齿条杆11向左移动时，带动齿轮套5和凸轮9同步转动。当凸轮回转90°后，如图2－50c位置②所示，凸轮即将开始压住滚子10使转台向上抬起，而此时拨爪14并未与凸块7的边缘相遇，因而转台不会转动。齿条11继续向左移动，使凸轮又转过90°之后，如图2－50c中位置③所示，滚子已位于凸轮最大回转半径处，即转台1已完全抬起（如图2－50a中点划线所示），并且两个定位销2完全插入随行夹具的定位孔中，此时拨爪14开始接触凸块7的边缘。当齿条继续左移，使凸轮再回转90°时，转台仍在抬起位置，而拨爪14带动凸块7，通过键联接使转轴4带着转台1回转90°。—58— 第二章自动线的辅助设备转台1回转到终点位置时，凸块7上的定位键15被弹簧销16锁住，使转台定位。转位完成后，油缸6的活塞反向右移，凸轮9和拨爪14顺时针方向回转，按照图2－50c的逆过程从④～①进行。在位置②上，转轴4与转台1下降到最下位置，一方面随行夹具下降后支承在输图2－50转位装置—59— 生产过程自动化送导轨上，定位销2从定位套孔中退出；另一方面凸块7上的定位键15也下降而脱开定位销16的限制，因此从位置②到①时转台1能够反转90°复位，同时定位键15被下面的弹簧定位销17锁住而定位。在小齿轮13的轴端装有挡块盘12，用以发出转位和复位终点的连锁信号。2.3.2绕水平轴回转的转位装置图2－51是绕水平轴回转的转位鼓轮。鼓轮1由双活塞油缸的活塞杆齿条5，通过小齿轮4，大齿轮3与固定在鼓轮上的齿圈2传动。更换不同的活塞杆可以使鼓轮回转90°成180°。鼓轮1的下方用两个滚子6和两个滚子8支承。这四个滚子分别安装在两根偏心轴7上。图2－51转位鼓轮1.鼓轮，2.齿圈,3.大齿轮,4.小齿轮,5.活塞杆齿条,6.滚子,7.偏心轴,8.滚子装配时旋转偏心轴可以调整齿圈2与大齿轮3的啮合间隙。调好后，轴7用销固定在支架上。滚子6上有凸缘，嵌在鼓轮前端的环槽里限制其轴向移动。根据工件的形状和工件在鼓轮中预定的位置，在鼓轮两端设置支承架，在支承架上装设工件的支承板和限位板，用以限制工件在回转时的自由度。确定支承架在鼓轮上的位置时，应注意使工件在转位前后的装料高度不变。—60— 第二章自动线的辅助设备采用这种转位鼓轮来翻转工件时，输送带必需断开。为了使输送带贯穿全线而不必断开，可以采用如图2－52所示的翻转机构。在翻转机构的底座上，固定着两个支承座2和6。支座2上有油缸1，它的活塞杆与拉杆3相连，拉杆3的另一头支承在支座6的导套中。拉杆3上装着两个拨块4和5，其形状和相对位置根据工件的形状而定。当气缸盖（工件）用步伐输送带送到翻转机构上时，正处于两个拨块4和5的中间。工件翻转时，油缸1的活塞推动拉杆3向左移动，拨块4接触工件上端，并把它向左推动，但此时，工件的左下方被棘爪7所阻，因而工件将绕K点向左倾倒。此时拨块5从左边扶住工件，使之不至于立即倒下，以免产生过大的冲击。等到拉杆3继续左移，使工件倾斜到一定程度，即其重心位于K点左边，且工件左上端0点处于拨块5的N点以下时方才卧倒。此后活塞带动拉杆3反向右移，拨块5将横卧的工件拖回原位，此时工件将棘爪7压下，从它上面滑过。这种机构的结构比较简单，但只适用于工件绕水平轴翻转90°的情况，此外，工件在倾倒时会产生一定的冲击。图2－52翻转装置2.3.3复合转位装置图2－53是135柴油机缸盖自动线中的复合转位装置。工件的转位要求如图a，在自动线的第一段中，加工缸盖的顶面、底面A和定位销孔，工件在输送和加工时的位置状态如Ⅰ。自动线第二段须从工件的两端面B进行加工，输送和加工时要求处于III的状态，因此要求两段之间的转位鼓轮能同时实现绕水平轴和绕垂直轴的回转运动。如图2－53b所示，转位鼓轮的基本结构形式和图2－51是相同的。双活塞油缸3通过活塞杆齿条4、小齿轮5、大齿轮6和弧形齿圈2使鼓轮1绕水平轴回转90°。回转框架7用滚珠轴承安装在鼓轮1的内圈里，框架7下部的支承轴8具有扁尾，能与齿轮轴9上端的扁槽相嵌—61— 生产过程自动化合，轴9的支承套11的左边开有缺口槽，其宽度比轴8扁尾的厚度稍大。轴9上的齿轮一面与图2－53复合转位装置图2－54复合转位过程示意图双活塞油缸10的齿条啮合，另一面与挡铁杆13上的齿条相啮合。转位过程如图2－54所示，当鼓轮1和框架7都处于原始位置时（图2－54a），工件由自动线第一段的输送带送入框架中。此时，支承轴8处于水平位置，轴9上端的扁槽与套11左边的缺口槽正好对准。当大齿轮6带动鼓轮1逆时针方向回转90°后（图2－54b），工件转为图2－53a所示位置Ⅱ的状态，这时轴8的扁尾正好从套11的缺口槽通过而嵌入轴9的槽中。然后油缸10再驱动齿轮轴9绕垂直轴回转，轴9通过扁槽带动轴8的扁尾，使框架7回转90°，工件便处于图2－53a所示位置III的状态（图2－54c）。反向复位时首先油缸10使轴8与框架7回转，然后油缸3使鼓轮1回转。—62— 第二章自动线的辅助设备2.4贮料装置为了使自动线能在各工序的节拍不平衡的情况下连续工作一段较长的时间，或者在某台机床更换、调整刀具或发生故障而停歇时，保证其他机床仍能正常工作，必须在自动线中设置必要的贮料装置，以保持工序间（或工段间）具有一定的工件贮备量。贮料装置通常可以布置在自动线的各个分段之间，也有布置在每台机床之间的。对于加工某些小型工件或加工周期较长的工件的自动线，工序间的贮备量也常建立在联接工序的输送设备上（例如输料槽，提升机构及输送带上）。根据被加工工件的形状大小．输送方式及要求的贮备量的大小不同，贮料装置的结构形式是多种多样的。但不论何种型式的贮料装置，都有下列共同要求：（1）、结构紧凑，在保证所要求的贮存量的条件下，使体积最小、占地面积最少。（2）、结构简单可靠，如果贮料装置本身易出故障，就起不了应起的作用。1、通用和专用机床自动线的贮料装置由通用机床和专用机床组成的自动线中，贮料装置常用于贮存圆柱形、环形、盘形和轴类等旋转体工件。图2－55a是一种最简单的Z形贮料器，它的进口和出口与输料槽相联接。贮存量要求较大时，可以做成图b形式，它可以按两种不同的方式工作。一种是“通过式”的，即从一台机床送来的每一个工件都要从贮料器中通过，再输送到下一台机床。另一种是“仓贮式”的，即在贮料器的进出口都有活门控制，输料槽分两条通路，一条通向贮料器进口，一条图2－55Z形贮料器图2－56圆盘式贮料器直接通向下一台机床，在正常情况下，工件从上一台机床直接送向下一台机床。当某一台机床发生故障停歇时，贮料器的进口或出口活门打开以接受或送出工件。—63— 生产过程自动化图2－56系圆盘式贮料器，广泛应用于加工滚动轴承环的自动线中。贮料器具有多层圆盘1，圆盘上具有平面螺旋滚道，工件可在其中滚动。垂直轴2上装有十字形支架4，在支架上装有毛刷或橡皮，当轴2被电动机3（通过减速器5以及联轴节6）带着转动时，毛刷或橡皮借摩擦力驱动工件沿螺旋滚道从圆盘外周滚到内周，然后从缺口落下，经料槽8进入下一层圆盘的外周滚道内。经过最下一层圆盘从出口流出的工件从输料槽7送到下一工序。这种贮料器的优点是贮存量较大，工件属强迫运送，但在发生堵塞现象时又不会损伤任何机构。在某轴承自动化车间中，采用了另一种多行料槽式贮料器，在相同的贮存量下其体积更小。如图2－57所示；在贮料柜里有十二行平行的料槽8，顶部用支架2支承着输料糟3。输料槽3的底部开有十二个可容工件落下的口，每一开口用料槽7与柜中相应的料槽8相联接。在开口的上部有活动隔板6，此隔板在弹簧12的作用下将十二个开口遮住，隔板中部与电磁铁4控制的杠杆5相连。当工件（轴承环）逐个从输料糟进入料槽3后，在隔板6的上面顺次累积起来，一直等到第十二个工件送图2－57多行料槽式贮料器到，使行程开关14动作，接通电磁铁4，拉动杠杆5时隔板6向外抽出，十二个工件便分别同时落人相应的料槽8中，为了减小工件下落时的冲击，将料槽8做成折线形。在贮料柜的下部有十二个拨料鼓轮9，它们装在同一根轴15上。各鼓轮的拨料口彼此错开，按十二等分均布在轴15的圆周上。当电动机11通过减速器10和皮带传动使拨料鼓轮旋转一周时，就顺序将十二个工件送出贮料柜外。2、组合机床自动线的贮料装置对于一般用步伐式输送带联接起来的组合机床自动线，由于它是刚性联接的，因而一般不设贮料装置。只有在必要时，为了减少停歇时间对生产率的影响，提高自动线的利用率，才考虑设置贮料装置。由于步伐式输送带的结构所决定，贮料装置设在两个分段之间，而不设在每台机床之间。组合机床自动线所采用的贮料装置多数是仓贮式的。因为仓贮式贮料装置的贮存量较大而—64— 第二章自动线的辅助设备占地面积较小，同时，在自动线正常工作时它是不工作的，只有当自动线的某一段停歇时才工作。因而，其本身产生故障的可能性与通过式贮料装置相比要相对少一些。用于组合机床自动线的贮料装置有两种基本型式：（1）、贮料库当自动线直线排列时安排在两段的中间，当自动线折线排列时可以安排在两段的转角处。图2－58立式贮料库图2－59链式水平贮料库图2－58是一种立式贮料库的工作原理图。在自动线的两段之间有一个立式贮料库11，下面有一个由双活塞三位油缸3所驱动的托架2。在自动线正常工作时，托架2处于图示位置。工件1由前一段的输送带A送到托架2，由后一段的输送带B运走。当后一段自动线出现故障停歇时，工件1送到托架2上以后，压力油同时通入油腔4和5，而油腔9与油箱相通。因而浮动活塞6下降，而活塞7上升，直到顶在活塞6的端面为止。此时，托架2将工件1上抬一定高度，使贮料库11中的工件略略抬起以便拔出隔料器8。隔料器8在油缸10的作用下从工件中拔出后，．油腔4与油箱相通，于是活塞7驱使托架2一直向上，把工件1送入贮料库中，并插入隔料器8，然后油腔9通入压力油，使托架2下降到原位。当前一段自动线停歇时，托架2从贮料库11中取出工件，按上述的逆过程进行。图2－59为链式水平贮料库，它放置在与两段自动线相垂直的方向上。链条4由电动机5通过减速器6作间歇传动。从动链轮具有张紧机构2。链条用平板8支承以免下垂。在链条4上装有容纳工件的框架3。在后一段自动线发生故障时，链条依次向左移动一个步距，使右边一个空框架3对着工位7，以便容纳由上一段自动线的输送带1送来的工件。当前一段自动线发生故障时，链条向右逐步移动一个步距，把带有工件的框架3送到工位，以便运向后一段自动图2－60贮料辅助输送带线中。当要求较大的贮存量时，贮料库可以做成多层的，以节省生产面积。—65— 生产过程自动化（2）、辅助输送带这种贮料库常常以步伐式输送带的形式安排在工件主输送带的旁边或垂直方向。如图2－60a所示，在第一段到第二段的主输送带旁边设置辅助输送带。在正常工作时，辅助输送带不工作。当某一段停歇时，就按虚线箭头方向将工件贮入辅助输送带，或从中取出工件。这种辅助输送带要求能在两个方向输送工件，所以按图2－60b所示做成圆杆形，其拨爪可以两面工作，当向左输送工件时拨爪的a端朝上，如果要反向向右输送工件时，用油缸齿条机构使之回转180°，拔爪改为b端向上。3、贮存量的确定在设计贮料器时，如何确定贮存量是一个重要问题。贮料器的贮存量如果太小，当自动线的某一段因故停歇时，另一段连续工作的时间短，收不到应有的效果；但若贮存量过大，将使贮料器的结构庞大，增加建线投资和占地面积，同时也会使贮料器的工作可靠性变差。所以贮存量应根据具体情况恰当地确定。贮料器的贮存量，可参考下式确定：C＝KQts式中C——贮料器的贮存量；Q——贮料器前一工序或前一段的生产率；ts——前后工序（段）一次停歇的最长时间，或要求贮料器能够连续供料的时间。K——系数。决定贮存量的大小与一系列因素有关，如：被加工工件的结构形状和尺寸大小，自动线生产节拍的长短，自动线（或工段）中机床数量及其复杂程度等等。当工件的形状简单，尺寸较小而且生产节拍较短时，式中的ts可取为要求贮料器连续供料的时间。例如，设计时要求在自动线某一段停歇时，贮料器能保证供料2小时或半个工作班（即ts＝120分钟或240分钟）。这样虽然贮存件数较多，但由于工件小，节拍短，只要贮料器的结构选择得合理，既能发挥较好的补偿作用，又可使结构比较紧凑。当工件的尺寸较大，生产节拍较长时，式中的ts最好由自动线一次停歇最长的时间来决定，使贮料器既有足够的贮存量来补偿自动线因故停歇的时间损失，又不致因贮存量过多而使结构庞大。确定自动线一次停歇的最长时间是比较复杂的问题，因为它与许多因素（包括偶然因素）有关。须从自动线的实际运转过程中积累资料。例如某油泵齿轮自动线曾在多次连续工作中测定出发生故障的平均时间间隔约为1～2小时，每次排除故障所需要的平均时间不超过10分钟，因而该自动线中采用了简单的Z形贮料器和具备一定贮存量的输料槽，以满足要求。一般在设计时可以参照同类型自动线的经验数据确定，并适当考虑系数K，K约取为1.2～2。—66— 第二章自动线的辅助设备2.5自动线的上下料装置对于节拍很短的或加工笨重零件的自动线，为了减轻工人的劳动强度，应该设置自动化的或半自动化的上下料装置。加工小零件的自动线，多采用料斗或料仓上料，其结构原理与第二章所介绍的类似，这里不再赘述。加工较大零件的自动线，多半采用半自动的贮料库或料仓以及送料机构上料，即定期地用人工将一批工件按特定的方向和位置排列在贮料库或料仓中，然后由送料机构自动地送到自动线的第一个工位上去。图2－61所示为加工柴油机气缸盖自动线的上料装置的结构原理图。它由推料机构1、料仓6及提升机构等所组成。电动机9经蜗轮蜗杆减速器7，带动螺母，驱动丝杠8及固装在其上的料台10升降。每次上料时，将七个气缸盖（工件）用专用的小车装入料仓6中。当最上方的工件3顶着信号杠杆2时，上料装置停止工作。输送带4将自动线第一工位5的工件拉走后，发出信号，使推料油缸1动作，将工件3推到第一工位5上。推料油缸1的活塞杆退回后，发出信号，使电动机9起动，带动料台10及工件上升，但当下一个工件上升顶住信号杠杆2而压合限位开关时，电动机9及料台10便又停止图2－61气缸盖自动线的上料装置图2－62链式上料装置—67— 生产过程自动化工作。这样，自动线每循环一次，料台就上升一次，直至料完后，料台触及限位开关，电动机反转，料台才下降。料台降至终点后，发出料仓需要重新上料的铃声信号。加工轴类零件的自动线，如果采用架空式机械手的输送方法，可以利用机械手及链式上料装置进行上料。图2－62为一种步进式的链式上料装置。利用人工将一批工件安放在上料装置上。自动线每工作循环一次，上料机械手从上料装置位置1处抓取一个工件送到自动线的第一工位II上。当位置I没有工件时，上料装置中的送料油缸动作，通过活塞杆齿条带动齿轮，经棘爪棘轮机构，传动链轮轴，进行送料。当活塞杆齿条退回时，齿轮空转，而链轮轴不动。如果上料装置位置I之前几个位置都没有工件时，油缸可以连续动作，使链条连续步进，直至将工件送到位置I触及限位开关，发出信号，说明位置I有工件了，才停止送料。有些工件在自动线上加工完毕后，不便于自行滑离自动线，而需要用人工从自动线上卸下。在这种情况下，为了减轻工人的劳动强度，往往需要设置下料装置。图2－63为曲轴自动线的下料装置。它由卸料机械手1及贮料架3等所组成。机械手按照自动线的节拍，定时地从自动线最后一个工位抓起工件2，送到图2－63曲轴自动线的下料装置自动线旁边的贮料1一机械手2一曲轴（工件）3－贮料架4－隔离块5－油缸6一油缸架3上，工件松脱后，即利用自重沿着贮料架的斜度自行滚下，并利用可以摆动的隔离块4，排列在贮料架上。这样，工人就可以不受自动线节拍的限制，而较为从容地把工件吊搬下来。在自动线首端和末端用机械手进行上下料。—68— 第二章自动线的辅助设备2.6自动线的断屑与排屑2.6.1断屑断屑与排屑是自动线生产中的关键问题之－，特别是加工钢件等塑性材料工件所产生的锋利带状切屑，如不及时折断，就会缠绕在刀具、机床部件及回转的工件上。这不但会在那里积聚大量的热量，产生热变形，影响加工质量，降低刀具耐用度，而且会严重妨碍自动线正常运转，甚至会危害操作人员与设备的安全。断屑一般要求折断成一段段的较短的螺旋状切屑，而不希望折断成碎屑。因为碎屑不便于清理，且到处飞溅，很不安全。目前较常用的断屑方法有：采用特殊的刀具几何角度；在刀具上增添断屑器；在刀具的切削部分做出断屑槽；变化切削截面积，使切屑折断等。但从发展的趋势来看，其中以最后两项最有发展前途，下面着重介绍这两种断屑方法。1、变化切削截面积的断屑方法使切削截面积发生周期性变化的办法，有振动切削法、间歇进给法以及采用特殊的毛坯形状等几种。（1）、振动切削法当用普通方法车削外圆时，刀尖相对于工件的运动轨迹为一条螺旋线。若在切削过程中，给刀具附加一个低频率的振动（振幅为2A，如图2－64a），使实际工作的进给量产生周期性变化，则刀尖相对于工件的运动轨迹就变为一条波纹状的螺旋线了。将工件圆周πD展开时，此曲线如图2－64b所示。如果在切削过程中，进一步想办法，使相邻两转的刀尖运动轨迹错开一个相位，如图2－65c所示，则其切削厚度及切削截面积将产生周期性的腰形变化，窄的地方应力较集中，切屑就会折断。振动切削就是根据这个原理，在机床中增添一个振动装置，而实现断屑的。振动切削的断屑效果，与振动方向、振动频率、振幅及振动力等有密切的关系。试验表明，刀具的振动方向取与进给方向平行最为合理，这样既可保证断屑，又能满足加工精度和粗糙度的要求。当刀具的振动方向与进给方向相垂直时，加工粗糙度很差，而且刀刃很快就会崩坏。振幅2A的大小取决于每转进给量s，与工件的转速无关。一般取2A=（0．7～1．2）s较为合适。频率f的大小主要由工件的转速决定，与进给量s无关。一般可取f=3～40赫，当切削速度v较大时，f取大值，v较小时，f取小值。但必须注意，f不可等于工件每秒钟转数n或n的整倍数。此外，振动力还必须足够大，以保证刀具能产生振动切削的作用。这样才能得到稳定的断屑效果。为了说明振动频率f为什么不能等于工件每秒钟转数n或n的整倍数，在图2－65中作出了采用不同频率f振动时，相邻两转的刀尖运动轨迹。因为每转进给量；与工件圆周长πD相比，s很小，螺旋升角θ也很小（参考图2－64b），为了分析方便起见，图2－65忽略了θ的影响，把每一转的螺旋线长度看成与πD大致相等。—69— 生产过程自动化在图2－65中，图a表示当频率等于工件每秒钟转数n或n的整倍数时，即当f＝Kn时的振动情况。因波长、频率与切削速度之间的关系为：vλ=f而v＝nπDf＝Kn故得πD＝Kλ（毫米）式中λ——波长（毫米）；f——频率（赫）；v——切削速度（9米／秒）；n——工件转速（转／秒）；图2－64振动切削示意图D－—工件直径（毫米）;K——正整数。上式说明：当取振动频率等于工件每秒钟转数或它的整倍数时，则工件的圆周长πD恰为波长λ的整倍数。以这种频率进行振动切削时，任意相邻两转的刀尖运动轨迹，其波形相位都是同步的。也就是说，代表相邻两转刀尖轨迹的两条曲线波纹完全平行切削厚度毫无变化。这样就是同步振动，这种情况切屑不会折断。图b、c、d表示f≠Kn时的异步振动情况。此时πD不等于波长λ的整倍数，故相邻两转刀尖轨迹的波纹相位错开。图b、c、a分别标出了相位错开λλ3λ、、的情况。由424图可知，这几种情况都会使切削厚度按正弦曲线的规律变化，因此切屑可以折断，试验也证明了这一图2－65采用不同频率振动时相邻两转的刀尖运动轨迹点，当频率与工件转速相差10％或更大时，可以得到可靠的断屑，但切屑的形状及尺寸则与振动频率有很大关系，高频率时为碎屑，频率较低时则为单个的螺旋状或环状切屑。以上介绍的，是振动切削断屑的基本原理。—70— 第二章自动线的辅助设备切削厚度按正弦曲线的规律变化，其变化范围是很宽的。其实，从断屑及加工粗糙度的观点来看，并不要求切削厚度具有这样大的变化范围。下面介绍某叉子耳自动线上所用的液压振动断屑的具体方法。图2－66a所示为这种断屑方法的液压原理图。它是采用微型电动机，通过小型减速箱（图中未示出），带动断屑凸轮1，使二位二通行程阀2时通时闭，来控制动力滑台的进给速度及切削截面积的变化，而实现断屑的。液压系统的工作过程如下：动力滑台快退时，电磁铁2DT通电，从油泵排出的压力油，经电液动滑阀4的液动滑阀A（左位）、液控单向阀5而进入油缸的左腔，油缸右腔的油，经液动滑阀A而流回油箱。动力滑台快进时，电磁铁1DT及3DT通电，压力油经电液动滑阀4的液动滑阀A（右位）进入油缸的右腔；从油缸左腔排出的油，经液控单向阀5及液动滑阀A（右位），也进入油缸的右腔。这是差动联接的快速进给。工作进给时，1DT仍通电，而3DT断电。这时，油泵排出的压力油，经过液动滑阀A（右位）以后，分为二路，一路通调速阀3及行程阀2回油箱；另一路进入油缸的右腔，而油缸左腔的油则经液控单向阀6及调速阀7流回油箱。当行程阀2处于原位（即关闭）时，动力滑台的进给速度全由调速阀7控制。此时的滑台进给速度较快。当断屑凸轮1打开行程阀2时，则压力油，将有一部分经调速阀3及行程阀2流回油箱，而只有一部分压力油进入油缸。这时动力滑台将以较慢的进给速度前进，其进给速度由调速阀3及7共同控制。由此可知，动力滑台的进给速度及切削截面积，将随着凸轮1的转动而产生周期性的变化，因此可以断屑。采用这种方法时，凸轮曲线的设计很重要。图2－66中之凸轮由三段圆弧ab、bc、cd及一段快退曲线所组成（图2－66b）。凸轮da段曲线工作时，行程阀2正逐渐关闭；ab段工作时，阀2处于关闭图2－66液压振动断屑原理图—71— 生产过程自动化状态；bc段工作时，阀2逐渐打开；cd段工作时，阀2处于打开状态。由于cd很长，几乎占圆周的四分之三，所以凸轮每转过一周，（即每振动一次），滑台都有一段相当长的稳定而慢的进给时间，约占整个振动周期的四分之三。而凸轮的其余三段曲线da、ab和bc共约占圆周的四分之一，说明行程阀2从开始关闭一直到重新打开，所用去的时间很短，也就是说，滑台变化进给的时间很短，约占振动周期的四分之一左右。由此可知，如果令滑台的正常进给量、即行程阀2处于打开状态时的较慢进给量为s毫米／转，而较快的进给量、即行程阀2处于关闭状态时的进给量为s＋Δs，即可画出刀尖相对于工件的运动轨迹，为一条近似于锯齿波的曲线。因此，在决定凸轮的转速时，注意使其不等于主轴的转速或主轴转速的整倍数，令相邻两转的刀尖运动轨迹错开一个相位，如图2－67所示，就可使切削厚度发生周期性的变化而断屑。这种锯齿波曲线的刀尖运动轨迹，比起正弦波曲线，更有利于保证加工粗糙度。实践证明：振动切削的断屑方法是可靠的。它的适应范围很广。可以采用不同的切削用量；可以用于车、镗、钻、扩、仿形车削等加工方法；也不受工件材料的限制。它对加工精度及粗糙度影响不大，可以满足半精加工的要求。它对刀具耐用度的影响，反应不一，有的认为影响不大，有的认为振动切削使刀具耐用度降低20％左右。振动切削断屑法的主要缺点是：需要增添一套振动装置。（2）、间歇进给法即在切削过程中，利用进给一停顿一进给的方法，使切屑断开。当机床采用机械传动时，可在进给系统的适当环节上添设电磁离合器，间歇地接通或中断进给运动。当机床采用液压传动时，可在液压系统的进给油缸与调速阀之间串接一个专用的转阀（液压开关），以便间歇地接通或断开油路。为了保证工作的可靠性，转阀应尽可能离油缸近一些。转阀的开与关，可以利用低速电动机直接驱动或通过减速机构带动。图2－67液压振动切削断为了减少停顿的时间损失，设计时只要让停止进给的时间，屑时相邻两转刀尖轨迹能保证断屑就可以了。一般应把每次停顿时间控制在相当图2－67液压振动断屑时工件转过一周的时间以内。此外，在满足断屑要求的前提下，相邻两转的刀尖运动轨迹停顿的次数应尽量的少，也就是说，相邻两次停顿之间的间隔应尽可能的大。这种断屑方法，也适用于不同的切削用量及车、镗、钻、扩等不同的加工方法。但由于间歇进给，不可避免的会在已加工表面上留下刀痕，加工粗糙度等级可能降低一些，生产率也会降低一些。（3）、改进毛坯形状改进毛坯形状，使切屑自然断开，也是解决断屑问题的途径之一。例如在某厂的连杆大小头孔加工自动线中，先在孔中拉出一条直槽，来保证螺孔工序的断屑。这样，镗刀每旋转一周到达直槽时，切削截面积突然减至零，因而断屑绝对可靠，加工质量也好。缺点是使自动线增加了一个工位。这种方法适用于各种不同的切削用量，但受工件结构形状及技术要求的限制，使用范围有一定的局限性。—72— 第二章自动线的辅助设备2、使用带断屑槽的刀具断屑在刀具的切削部分上做出断屑槽，以及在刀具上装设断屑器，这两种断屑方法，很早以前就出现了。由于在焊接的硬质合金车刀上磨出断屑槽，质量不易掌握，往往因有焊接裂纹或刃磨裂纹而崩刃；而在刀具上装设断屑器，则使用上不够方便，所以在很长一段时间里，这两种方法都未得到广泛的应用。近年来，由于国内外在机械夹固不重磨式硬质合金刀片方面的飞速发展，才给断屑槽这种断屑方法增添了新的生命力。目前我国生产的带断屑槽的不重磨式硬质合金刀片，其几何形状和断屑槽都是直接模压成型，然后烧结而成。刀片成品已经过精加工及刃磨，再经研磨便可装夹在刀杆上使用。只要切削用量选择适当，就能得到满意的断屑效果。在使用过程中，刀片不需进行重磨，当一边刀刃用钝以后，调换另一边刀刃，就可以继续工作。调刀换刀十分方便。使用不重磨式硬质合金刀片时，正确地选择切削用量很重要。因为当断屑槽一定时，影响断屑效果的因素，主要是进给量s、切削深度t和工件材料，切削速度v也有一定的影响。图2－68所示为具有一级断屑槽的凸三边形刀片。此例仅主刀刃有一段断屑槽；有的则在平行于刀刃的方向上做出一条互相连通的断屑槽；有的仅在刀尖附近做出一个凹坑。使用这类断屑槽时，通过选择一定的断屑槽的形状和尺寸，对于切削用量一定的工序，可以获得稳定的断屑效果。例如，根据一些使用厂的试验结果，用T3K1605A3型或Φ3K1305C型刀片切削45号钢，当切削速度v＝70～110米／分，切削深度t=1～3毫米，进给量s=0.16～0.5毫米／转时，断屑效果好，适用于半精车。又如，利用4K1915A4型刀片，以v=70米／分，t=4～6毫米，s=0.4～0．96毫米／转的切削用量加工45号钢件时，可以得到稳定的断屑，粗加工较适合。图2－69所示，为具有二级断屑槽的三边形刀片。它在刀尖上具有一窄而浅的槽，以适应图2－68具有一级断屑槽的三边形刀片图2－69具有二级断屑槽的三边形刀片较小的进给量；沿主刀刃上还有一条较宽的第二级断屑槽，用来保证进给量较大时的断屑。所以，一般地说，二级断屑槽的断屑范围比一级断屑槽要广一些。就上海硬质合金厂目前的产品来看，这类断屑槽用于粗加工及半精加工较好。例如，T3K1910E4型刀片，以v＝70～110米／分加工45号钢，当t＞2毫米，s＞0.38毫米／转时，断屑效果较好；但当t＜2，s＜0.38时，就不易断屑了。图2－70所示为具有三级断屑槽的三边形刀片。它除了在刀尖上具有一个凹坑作为次断屑—73— 生产过程自动化槽之外，沿主刀刃还有两条主断屑槽，二者之间，由一条凸脊分开。靠近刀刃的第一条主断屑槽，其外斜面与水平面之间的角度为12°，第二条主断屑槽为5°，前者槽较浅，后者槽较深。脊则宜低于顶平面。次断屑槽的倾角，沿刀尖角的平分线测量时，其前斜面的倾角为17°，最好取17°；后斜面为25°，最好是25°。这类断屑槽，适用于不同切削用量的粗、精加工，精车时，刀尖处的次断屑槽，把切屑断成螺旋状；半精车时，因进给量较大，这时靠近主刀刃的第一条主断屑槽，起断屑作用；粗车时，进给量更大，切屑由第二条主断屑槽来断屑。但根据一些使用厂的初步试验结果来看，其适用的切削用量范围，不是所想像的那样宽广。例如，T3K1305W型刀片，起始断屑的切削用量数值小，断屑效果好，以v＝60～100米／分的切削速度加工45号钢料时，在t=1～3毫米、s＝0.1～0.6毫米／转，及t＝0.5～1毫米、s=0.15～0.2毫米／转的范围内，都可以稳定地断屑。即精车及半精车时可以得到满意的断屑效果。但粗车时，则不甚理想，切削深度t增大时，容易产生飞屑，且容易崩刃。这方面还有待改进。近年来出现了具有凹弧形断屑槽的不重磨硬质合金刀片，图2－71所示为其四边形的一种。图2－70具有三级断屑槽的三边形刀片图2－71具有凹弧形断屑槽的四边形刀片这类刀片的断屑槽形状和尺寸，在刀刃各处是变化的。刀刃上有个平的刃带，刃带在靠近刀尖处最窄，离刀尖愈远愈宽，到刀刃中部最宽。从刃带平面向内就是断屑槽，断屑槽各个截面的深度和宽度都不相同，即靠近刀尖处最窄最浅，到刀刃中部最宽最深。因而可以在各种不同切削用量的轻、重切削下顺利断屑。为了制造上的方便和经济性，这类断屑槽沿刀刃各处的断面都是同一半径的圆弧。为使刀刃在切削时得到更好的支承，减少刀刃崩裂的现象，刃带和刀片中间的支承面做在同一平面上。近年来还出现了一种具有凹弧形刀刃的不重磨硬质合金刀片，图2－72所示为其四边形的一种。断屑台的底面做成圆柱面的一部分或球面的一部分，其球面中心就在垂直于刀片底平面的中心垂直线上，因此刀刃呈圆弧形。断屑台的内侧，是从台底面陡立的曲面，在纵向方向上为弧形，在垂直方向上有一定的斜度。因而刀刃上各点的台宽也是变化的，刀尖处断屑台最窄，刀刃中部最宽。根据资料介绍，这种刀片的优点是：断屑性能良好，可以用于重切削和轻切削；刀片装在负前角刀杆上，不仅可以获得正前角，而且可以获得负的或接近于零度的刃倾角，因而可以减少切削力，特别是可以减小径向切削分力，故可以在刚性较差、动力较小的条件下进行加工；此外，这种刀片的压模容易在铣床上加工准确，因而刀片毛坯的精度较好。—74— 第二章自动线的辅助设备从结构上来看，上述两类刀片的工艺性，比具有二级或三级断屑糟的刀片为好。但断屑效果时好时坏，还要经过试验比较才能判别。至于采用带断屑器（或压板）的机械夹固不重磨式硬质合金刀具来断屑，也是可行的。但这类刀具的刀头上面突出一块，不如断屑槽使用方便。不重磨硬质合金刀片的夹固方法，按其结构形式分，常见的有压板式、杠杆式、偏心式、L杠杆式等几种。图2－73所示为一种杠杆式夹紧机构。拧动螺钉2，通过销子3使杠杆6摆动，即可使刀片4压向刀槽的两侧而夹紧。图2－74所示，为一种偏心式夹紧机构。旋图2－72凹弧形刃刀片转偏心销2，利用一定的偏心量；使刀片压向刀槽的两侧，即可夹紧。偏心销上做有螺纹，是图2－73杠杆式夹紧机构图2－74偏心式夹紧机构1－刀杆2－螺钉3－销于4－刀片5－刀垫6一杠杆1－刀杆2－偏心销3－刀垫4－刀片为了加强偏心夹紧的自锁性。使用这种方法进行夹紧时，必须注意，只能使螺纹向下旋，而不能向上旋，否则会使刀片脱离刀槽支承面，影响正常的切削工作及刀具寿命。2.6.2排屑在切削加工自动线中，切屑源源不断地从工件上流出，如不及时排除，就会堵塞工作空间，使工作条件恶化，影响加工质量，甚至使自动线不能连续地工作。因此将切屑从加工地点排除，并将它收集起来运离线外，是一个不容忽视的问题。排屑装置虽然在结构上比较简单，却是自动线不可缺少的辅助装置，在某些情况下要满意地解决排屑问题，并不是一件容易的事，应当给予足够的重视。1、工作地点的排屑方法在加工地点清除切屑的方法决定于切屑的形状，工件的安装方式，机床的类型及其附属装置的布局等因素。一般有下列一些方法：（1）、在夹具或底座上做出斜面或空口，利用切屑的自重落到机床下部的切屑输送带上，或直接排出床身外。—75— 生产过程自动化（2）、在加工时需用冷却润滑液的情况下，可利用冷却润滑液喷洗加工区域，将切屑冲走，然后应用滤清器把切屑沉积下来，定期排除。此法广泛用于磨削加工、深孔钻等工序中，有时也用于整条自动线上。图2－75为某自动线所用的以大流量冷却润滑液冲洗加工区以便排屑的供油系统示意图。用图2－75冷却润滑液供油系统示意图过了的冷却润滑液流回副油箱1，经过过滤以后，用离心泵2不定期地向主油箱3供油。在副油箱1上装有三个“浮子”开关。其一是在副油箱的油位超过一定限度时，发出信号使离心泵2起动吸油。当副油箱内的油位下降到一定限度时，另一个“浮子”开关断开，离心泵电动机停止。第三个“浮子”开关起保险作用，当第一个开关失灵时，可防止冷却润滑液外溢。冷却润滑液在流入主油箱3前，先经过滤网4过滤。主油箱中的冷却润滑液，由离心泵5输出，经分配器6送入自动线上方的冷却润滑液管道，对每一个加工工位的刀具进行冷却和冲屑。自动线冷却润滑液油箱的容量：V＝KQ式中K——系数，一般取2～3；Q——泵的流量（升／分）。而Q＝K1Sq式中K1——系数，取1～1.2；S——自动线的加工工位数；q——每一个加工工位所需的流量（升／分）。故冷却润滑液油箱容量可由下式算出：V＝KK1Sq（3）、用压缩空气喷吹。对于钻削不通孔或其他难于排出切屑容易影响工件定位精度的地方，常常采用这种方法。但须注意防止切屑四处飞扬，以免对机床和其他设备产生不良影响和影响环境卫生。（4）采用真空吸尘装置。对于加工铸铁所形成的粉末状切屑用此法最好。在每一工位的夹具上装着分支真空吸管，与主干吸管相通。如果与喷吹装置联用效果更好，但这种装置的成本较高。（5）在适当的运动部件上，附设刷子或刮板，周期性地将工作地点的切屑耙出去。（6）在自动线中安排清屑或清洗工位。在某些特殊情况，为了防止因切屑的影响导致故障，需在自动线的某些工序间设置清屑工位和专用机构。例如在立式机床上钻孔后攻丝，为了将钻孔后的碎屑清除干净，以免攻丝时折断丝锥，可在两个工位之间设置翻转倒屑装置，将工件（或随行夹具连同工件）翻转180°，倒出切屑。图2－76是一种液压翻转倒屑装置。叶片5、振臂4、支臂9与油缸体是固装在一起的。当随行夹具被送到支臂9上后，压力油从轴2的a孔进入回转油缸，推动叶片5带着支臂9及随行夹具绕轴2回转180°。当转到终点时，振臂4—76— 第二章自动线的辅助设备碰到液压振荡器的柱塞7。此时，液压振荡器通过压力油使柱塞7产生往复振荡。柱塞在振荡过程中向右移动时，将振臂4反时针方向顶开一个角度，向左复位时，振臂4由于机构的自重而撞在固定挡块6上。如此往复振动，将切屑倒尽。振荡器用时间继电器控制，经过一定时间后，压力油从b孔进入油缸，将支臂连同工件、随行夹具转回原位。图2－77为这种翻转倒屑装置的液压原理图。当电磁铁1DT通电后，从油泵排出的油，经三位五通电磁滑阀及行程节流阀，流入回转油缸的左腔（相当于图2－76的a孔），带动工件回转。回转至一定角度时，挡铁压下行程节流阀，实现节流缓冲。当振臂接触液压振荡器后，图2－76翻转倒屑装置1－原位开关及振荡控制开关2－轴3－随行夹具4一振臂5－叶片6一挡炔7－柱塞8－辅助滚动支承9－支臂图2－77翻转倒屑液压传动原理图图2－78液压振荡器结构原理图行程开关使电磁铁1DT断电和3DT通电，于是二位三通电磁滑阀接通了压力油到振荡器之油路，振荡器开始振荡。振荡时间可用延时继电器控制。当振荡结束后，延时继电器发出信号使—77— 生产过程自动化电磁铁3DT断电和2DT通电。于是从油泵排出的油，经三位五通电磁滑阀流人回转油缸的右腔，带动工件返回。当返回接近原位时，回转油缸上的挡铁压下行程节流阀，实现缓冲以消除工件与输送带导轨的撞击。图2－78为液压振荡器的结构原理图。当通入压力油时，压力油流入h腔和d腔。流入h腔的油经k腔流入e腔，将滑阀3推向左边，结果使流入d腔的油经c腔流向柱塞1的左腔，推动柱塞1右移，顶开振臂。而柱塞右腔的油则经l腔流回油箱。柱塞1在移动过程中又带动滑阀2移动。当滑阀2将h腔与k腔的通路堵死，并将h腔与g腔的通路打开时（如图所示），油路就发生了变化。此时压力油经g腔流入a腔，推动滑阀3右移，使b腔与c腔接通。而c腔是与柱塞1的左腔相通的，b腔是经f腔与油箱相通的。所以柱塞1的左腔通油箱，柱塞1在工件等的重力作用下，便向左移动。柱塞1左移时，又带动滑阀2移动。当滑阀2又封闭了h腔与g腔的通路，而打开h腔与k腔的通路时，就完成了一个振荡循环。采用这种翻转振荡倒屑方法时，要注意振荡时将回转油缸的进油口和出油口连通。因为在振荡过程中，回转油缸的叶片在不断地摆动，回转油缸的两个腔，时而吸油，时而排油，若无法吸油或无法排油，就振荡不起来。在图2－77所示的液压系统图中，是采用一个Y型三位五通电磁滑阀来实现这个要求的。此外，为了保证振荡性能，应使回转油缸的压油腔排出的油，全部地流入吸油腔。因为压油腔排出的油，如有一部分流回油箱，就势必会使吸油腔形成一定程度的真空，对振荡会有不利的影响。所以本系统在调速阀之后串联了一个背压阀。2、将切屑运出线外的装置图2－79皮带输屑装置1－皮带2－主动轮3－容屑地坑4－上支承滚子5－下支承滚子6－电动机7－减速器—78— 第二章自动线的辅助设备将自动线中的切屑运出线外，常用的装置有三种类型：皮带输屑装置，刮板式输屑装置和螺旋输屑装置。（1）、皮带输屑装置在自动线的纵向，用宽型皮带1贯穿机床的下方（图2－79）。切屑落在皮带上后，被带到容屑坑3中定期排除。这种装置只适用于铸铁工件进行孔加工的情况。当加工钢件或铣削铸铁工件时，切屑会无规律地飞溅，常常落到两层皮带之间被带到滚轮处而引起故障。同时不宜在采用冷却润滑液的条件下使用。皮带应采用耐油性好不易产生永久变形的材料。（2）、刮板式输屑装置这种装置也是纵向贯穿自动线而敷设的，它可以用封闭式链条做成连续移动式的，也可以做成往复运动式的，整个装置可以敷设在地沟里，也可以设置在贯通机床床身或底座的铁皮槽内。图2－80是敷设在地沟里的链条板式输屑装置。封闭式链条2装在两个链轮5和6上。焊在链条两侧的刮板1将地沟中的切屑刮到深坑7中，再用提升器将切屑升起倒入小车运走。下边的链条用纵贯全线的支承3托着，使刮板1不与槽底接触。为了避免上边的链条下垂，用上支承4托着。主动链轮要根据刮屑方向确定，保证链条下边是紧边。图2－80刮板式输屑装置—79— 生产过程自动化2.7刀具的快换及调整装置在切削加工自动线中，刀具在达到磨损极限时，加工质量就不能保证，刀具也易于崩坏，因此必须进行更换和调整。对于加工精度要求较高的工序，即使刀具还未达到磨损极限，但工件的尺寸精度快要超出公差范围，刀具的尺寸耐用度已达到了允许的限度时，也必须进行微量调整（补偿磨损）。如果刀具的切削性能不够稳定可靠，经常要换刀调刀，或夹持调整机构不够完善，每次换刀调刀要花费很长时间，自动线就得不到应有的经济效果。所以正确地选择刀具的结构及其夹持与调整机构，具有很重要的实际意义。为了提高自动线工作的稳定可靠性，及节省换刀调刀时间，自动线应尽可能采用机械夹固不重磨式硬质合金刀具、快换刀夹及线外对刀装置。在图2－81中列举了几个快换刀夹的例子。图a是轴承自动线中加工轴承内环的倒角刀夹。它利用切削力进行夹紧。整个刀夹以支座5装在机床刀架上。通过螺钉6可以调整刀夹相对于工件径向的位置。倒角刀头7安装在刀夹座1中，其尾端用螺钉9支承在刀夹座的小平面上，两边用强力弹簧片8和10预夹持，切削时依靠切削力压紧在刀夹座的两个垂直面和底面上。刀图2－81车刀的夹持机构图2－82不重磨硬质合金车刀头7的长度，可以在线外用辅具预先通过螺钉9调好。装上刀夹后，刀头的高低不需要再调整。图b、c为环形硬质合金刀片用切削力夹固的刀夹。图b中刀片1装在套筒3上，用拉杆2和弹簧4把2预压紧，套筒3装在刀杆（图中未示出）上，刀片由切削力夹固。图c则用刀体S下面的片弹簧4及拉杆2将刀片1进行预压紧。环形刀片的优点是当刀刃磨损后只须将刀片转一个角度，即可恢复切削能力，因而不需要经常刃磨。但由于加工时产生的径向切削分力较大，故不宜用于加工刚性较差的工件。为了节省换刀调刀时间，除了快速更换以外，还要快速调整。最有效的快速调整办法之一，是预先将刀具的尺寸在机床外调整好，然后将刀具安装在专用的刀夹上使用。为此，一些车刀刀体1的尾部，往往设置有调节螺钉3和锁紧螺母2，如图2－82所示。—80— 第二章自动线的辅助设备图2－83为一种线外对刀机构。被调刀具2以其刀体的一侧及刀具头部贴靠在调刀座1的两个垂直平面上。刀体尾部的销钉3与百分表5的量杆接触，根据百分表的读数调节销钉3的伸出长度，再用螺钉4锁紧，即可达到刀具所要求的长度。图2－84所示，为线外对刀用的捧类刀具轴向尺寸对刀仪。它由对刀架及标准的高度千分尺组成，结构简单，使用方便。当由于某种原因不允许在线外对刀时，可以采用图2－85所示机构进行对刀。图中4为测量挡块，3为带刻度的测量杆，利用V形定位块1及2跨在主轴及接杆的外圆上，即可迅速进行调整。在镗削工序中调整镗刀头的径向尺寸时，生产中广泛应用了带千分表的V形调整装置。图2－86所示为调整精镗刀头用的调整装置。V形定位块1安装在镗刀杆5上，并用螺钉2夹紧。刀头4预先装在镗刀杆内，用微调螺钉3调整。刀头4所需的径向尺寸，根据千分表6的读数来确定。图2－83线外对刀机构图2－84轴向尺寸对刀仪对于精加工工序，由于工件的尺寸公差较严，刀具的尺寸耐用度较低，在必要时应考虑设置自动补偿装置。图2－85机床上对刀图2－86镗刀头调整装置—81— 第第八八八章孔及孔系的加章章孔及孔系的加孔及孔系的加工工 第一节第一节第一节孔的常规加工方法孔的常规加工方法孔的常规加工方法 一、钻孔钻头钻套钻模板工件 特点）钻孔是孔的粗加工方法；）可加工直径0.05～125mm的孔；）孔的尺寸精度在IT10以下；）孔的表面粗糙度一般只能控制在Ra12.5μm。钻孔主要用来加工外形复杂、没有对称回转轴线的孔，一般直径不大，精度不太高的孔，如连杆、盖板、箱体、机架等零件上的单孔和孔系。也可以通过钻孔-扩孔-铰孔的工艺手段加工精度要求较高的孔，利用夹具还可加工有一定相互位置关系的孔系。对于精度要求不高的孔，如螺栓的贯穿孔、油孔以及螺纹底孔，可直接采用钻孔。 高速钢麻花钻的结构 两条主切削刃5个刀刃两条副切削刃钻头一条横刃切削部分两个螺旋形前刀面6个刀面两个经刃磨获得的后刀面两个圆弧段的副后刀面 3.钻削用量1）背吃刀量asp单位：mm∑a=dosp 2）钻削速度vc单位：m/minπdonvc=1000 ）钻削进给量与进给速度：f单位：mm/rfz单位：mm/zV单位：mm/minf 二、扩孔1.工艺特点1）扩孔是孔的半精加工方法；2）一般加工精度为IT10～IT9；3）孔的表面粗糙度可控制在Ra6.3～3.2μm。当钻削d＞30mm直径的孔时，为了减小钻削力及w扭矩，提高孔的质量，一般先用（0.5～0.7）dw大小的钻头钻出底孔，再用扩孔钻进行扩孔，则可较好地保证孔的精度和控制表面粗糙度，且生产率比直接用大钻头一次钻出时还要高。 扩孔钻1)齿数多（3、4齿）；2）不存在横刃； 三、铰孔1.铰刀的类型直柄机用铰刀套式机用铰刀锥柄机用铰刀硬质合金锥柄机用铰刀直柄莫氏圆锥铰刀手用铰刀 2.铰削过程的实质铰削过程不完全是一个切削过程，而是包括切削、刮削、挤压、熨平和摩擦等效应的一个综合作用过程。 铰削用量1）铰削余量粗铰余量为0.10mm～0.35mm；精铰余量为0.04mm～0.06mm。2）切削速度和进给量铰削速度为1.5m/min～5m/min；铰削钢件时，进给量为0.3mm/r～2mm/r；铰削铸铁件时，进给量为 4.工艺特点1）铰孔是孔的精加工方法；2）可加工精度为IT7、IT8、IT9的孔；3）孔的表面粗糙度可控制在Ra3.2～0.2μm；4）铰刀是定尺寸刀具；5）切削液在铰削过程中起着重要的作用。 铰刀的结构手铰刀结构 四、镗孔1.工艺特点1）镗孔可不同孔径的孔进行粗、半精和精加工；2）加工精度可达为IT7～IT6；3）孔的表面粗糙度可控制在Ra6.3～0.8μm。4）能修正前工序造成的孔轴线的弯曲、偏斜等形状位置误差； 五、拉孔1.拉削过程 拉削过程 齿升量 特点拉削生产率高。拉削精度高，质量稳定。拉削精度一般可达IT9-IT7级，表面粗糙度一般可控制到Ra1.6mm～Ra0.8mm，拉削表面的形状、尺寸精度和表面质量主要依靠拉刀设计、制造及正确使用保证。拉削成本低，经济效益高。拉刀是定尺寸、高精度、高生产率专用刀具，制造成本很高，所以，拉削加工只适用于批量生产，最好是大批大量生产，一般不宜用于单件、小批生产。 六、内圆磨削 六、内圆磨削1.工艺特点1）磨削是零件精加工的主要方法之一；2）对长径比小的，内孔磨削的经济精度可达IT5～IT6，表面粗糙度可控制到Ra0.8mm～Ra0.2mm；3）可加工较硬的金属材料和非金属材料，如淬火钢、硬质合金和陶瓷等。 要问题：内圆磨削的表面较外圆磨削的粗糙。生产率较低。磨削接触区面积较大，砂轮易堵塞，散热和切削液冲刷困难。因此内孔磨削一般仅适用于淬硬工件的精加工，在单件、小批生产中和在大批大量生产中都有应用。 七、高精度孔的珩磨珩磨头及珩磨原理'