第六章物流系统设计

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1、机械制造装备设计,目 录,第一章 机械制造及装备设计方法,第二章 金属切削机床设计,第三章 典型部件设计,第七章 机械加工生产线总体设计,第五章 机床夹具设计,第四章 工业机器人设计,第六章 物流系统设计,第六章 物流系统设计,第一节 概述,第二节 机床上下料装置设计,第三节 机床间工件传送装置的设计,第四节 自动化仓库设计,第五节 工厂物流系统的总体设计,6.1 概述,一、 物流系统设计的意义,二、现代物流系统的特点、基本构成 及功能,三、物流系统设计应满足的要求,6.1.1 物流系统设计的意义,物流：从原材料和毛坯进厂，经过储存、加工、装配、检验、包装，直至成品和废料出厂，在仓库、车间、工

2、序之间流转、移动和储存的全部过程。 向生产组织和管理要效益：合理进行物流系统的设计可以在不增加或少增加投资的条件下，取得明显的技术经济效益。,6.1.2 现代物流系统的特点、基本构成及功能,（一）现代物流系统的主要特点 物流系统担任运输、储存、装卸物料等任务。 （1）采用现代化的物流装备 （2）计算机管理 （3）系统化与集成化 （二）现代物流系统的基本构成 （1）管理层有较高的智能 （2）控制层有较好的实时性 （3）执行层有较高的可靠性,6.1.2 现代物流系统的特点、基本构成及功能,（三）现代物流系统的功能 （1）原材料和毛坯、外购件、在制品、产品、工 艺装备的储存及搬运存放有序，存取容易，

3、 自动化 ； （2）设备的上下料自动化； （3）工序间在制品储存有序、合理 ； （4）工位间工件搬运及时、迅速 ； （5）物流装置调度、控制可变化、可优化 ； （6）物流监测、判别反应敏捷。,6.1.3 物流系统设计应满足的要求,（一）应可靠地、无损伤地、快速实现物料流动； （二）具有一定的柔性； （三）尽量缩短装卸工件的辅助时间及工序间流动路线； （四）尽量减少在制品积压； （五）合理的物料（毛坯、在制品、产品）储存量。,6.2 机床上下料装置设计,一、机床上下料装置的设计原则,二、料仓式上料装置,三、料斗式上料装置,四、上下料机械手,6.2.1 机床上下料的设计原则,机床的上下料是指将毛坯

4、送到正确的加工位置及将加工好的工件从机床上取下的过程。 按自动化程度：人工上下料装置（单件小批生产或 大型的或外形复杂的工件） 自动上下料装置（大批大量生产，如 料仓式、料斗式、上下料机械手或机 器人等） （1）上下料时间要符合生产节拍的要求； （2）上下料工作平稳，尽量减少冲击，避免使工件产 生变形或损坏； （3）上下料装置结构简单，工作可靠，维护方便； （4）有一定的适用范围，尽可能满足多种需求。,6.2.2 料仓式上料装置,（一）功用和组成 功用:当单件毛坯的尺寸较大，而且形状比较复杂难于自动定向时，可采用料仓上料机构。适用于加工时间较长的零件。用在大量和批量生产中。 组成：料仓、隔料器

5、、上料器、上料杆、下料杆等部分。,6.2.2 料仓式上料装置,（二）料仓 作用是储存毛坯。 大小取决于毛坯的尺寸及工作循环的长短。 按照毛坯在料仓中的送进方法，将料仓分为 两类，即靠毛坯的自重送进和强制送进。,6.2.2 料仓式上料装置,（二）料仓 （1）靠毛坯自重送进的料仓 直线式、曲线式、螺旋式、管式、料斗式、 料斗料箱式 （2）强制送进的料仓 重锤式、弹簧式、摩擦式、链式、圆盘式 当毛坯质量太轻，不能保证靠自重可靠地 落在上料器中，或毛坯形状复杂，不便靠 自重送进，采用强制送进的料仓。,6.2.2 料仓式上料装置,（三）隔料器 作用：把待加工的毛坯从料仓中的许多毛坯 中隔离出来，使其自动

6、进入上料器；或由隔 料器直接将其送到加工位置。 由上料器兼作隔料器、杆式隔料器、鼓轮式 隔料器,6.2.2 料仓式上料装置,（四）上料器 作用：把毛坯从料仓送到机床加工位置 料仓兼作上料器、槽式上料器、圆盘式上料 器、由机床的部件和专门的接收器来充当上料器,6.2.2 料仓式上料装置,（五）上料杆和卸料杆 上料杆作用：将毛坯件推入加工位置。 两种方式：采用挡块来限制毛坯送进的位置； 依靠上料杆的行程使毛坯顶到所要求的位置。 卸料杆作用：将加工好的工件推出加工位置。 两种类型：带弹簧的和固定长度的卸料杆。,6.2.3 料斗式上料装置,（一）功用和组成 料斗式与料仓式的不同：后者只是将已定向好的工

7、件 由储料器向机床供料，而前者则可对储料器中杂乱的 工件进行自动定向整理再送给机床。 组成：装料机构、储料机构组成。 装料机构由料斗、搅动器、定向器、剔除器、分路器 、送料槽、减速器等组成。 储料机构由隔料器、上料器等组成。,6.2.3 料斗式上料装置,（二）料斗 料斗：工件在料斗中完成定向，并依次送到出口处，有时需加搅动器或剔除器。 搅动器：防止工件进入送料器时产生阻塞。 定向器：矫正工件位置，剔除位置不正确工件。 剔除器：剔除从料斗到送料槽中一些位置不正确的工件。,6.2.3 料斗式上料装置,（三）送料槽 送料槽要求工件能顺利流畅稳速移动，不能发生阻塞或滞留现象，因此要认真考虑其倾斜角度和

8、弯曲的大小。 基本形式：矩形、槽形、V形、圆形、双轨式、单轨式、直立的笼形、滚到式,6.2.3 料斗式上料装置,（四）减速器 作用：防止工件移动速度过大造成机件或工件因碰撞而损坏。 （五）分路器 作用：把运动的工件分为两路或多路，分别送到各机床一料斗多机床,6.2.4 上下料机械手,机械手是按照程序要求实现抓取和搬运工作，或完成某些劳动作业的机械自动化装置。 按其安放位置分为：内装式、附装式和单置万能式。 按其是否移动分为：固定式和行走式。 工业机器人在这里仅用于上下料，它当然比焊接、喷漆机器人的功能要求要简单一些。,6.3 机床间工件传送装置的设计,一、托盘及托盘交换器,二、随行夹具,三、传

9、送装置,6.3 机床间工件传送装置的设计,四、有轨运行小车,五、无轨运行小车,六、随行工作台站,6.3.1 托盘及托盘交换器,机床间的工件传递和运送装置主要有：托盘、随行夹具、各种传送装置、有轨小车和无轨小车等。 托盘交换器是机床和传送装备之间的桥梁和接口。不仅起到连接作用，还可以暂时存储工件，起到防止物流系统阻塞的缓冲作用。 回转式托盘交换器有两位、四位和多位。,6.3.2 随行夹具,随行夹具：用于结构复杂或较软的有色金属工件。 返回方式：上方返回、下方返回、水平返回三种。,6.3.3 传送装备,传送装备不仅起到将各物流站、加工单元、装配单元衔接起来的作用，而且具有物料的暂存和缓冲功能。 常

10、见的传送装备有滚到式、链式、悬挂式等。 （一）滚道式传送机 结构简单，使用广泛。滚道可以是无动 力的，货物由人力推动。,6.3.3 传送装备,（一）滚道式传送机 机动滚道多种实施方案： （1）每个滚子都配备一个电动机和一个减速机，单独驱动。 （2）每个滚子轴上装两个链轮。 （3）用一根链条通过张紧轮驱动所有滚子。 （4）在滚子底下布置一条胶带，依靠摩擦力作用驱动。 （5）用一根纵向的通轴，通过扭成8字形的传送带驱动所有滚子。,6.3.3 传送装备,（二）链式传送机 最简单的链式传送机由两根套筒滚子链条组成。 用链条和托板组成的链板传送机上一种广泛使用的连续传送机械。 （三）悬挂式传送机 主要用

11、于在制品的暂存。 另外尤其适合于批量产品的喷漆。,6.3.4 有轨运输小车,自动运输小车：用于机床间传送物料。采用有轨运输小车的是生产系统（RGV）。 RGV沿直线导轨运动：由直流或交流司服电动机驱动；由中央计算机、光电装置、接近开关等控制。 RGV优点：可传送大（重）件，速度快，控制系统简单，成本低。 缺点：改变路线比较困难，适于运输路线固定不变的生产系统 。,6.3.5 无轨运输小车,无轨运输小车（AGV）是指装备有电磁或光 学自动引导装置，能够沿既定的引导路径行 使，具有小车编成与停车选择装置、安全保 护以及各种运载功能的运输小车。,6.3.5 无轨运输小车,（一）AGV的构成 （1）车

12、体：车架、减速器、车轮等组成。 （2）电源和充电装置：24V或48V的蓄电池配有充电 装置。 （3）驱动装置：电动机、减速器、制动器、车轮、 速度控制器等部分组成。 （4）转向装置：铰轴转向式、差动转向式。 （5）车上控制装置：通过通信系统实现小车的监控。 （6）通信装置：连续方式和分散方式。 （7）安全装置：接触式和非接触式两类保护装置。,6.3.5 无轨运输小车,（二）AGV的导航方式 （1）车外固定路径引导方式：电磁引导、光学引导、磁带引导。 （2）自主引导方式：行使路径轨迹推算导向法、惯性 导航、环境映射法导航、激光导航、其它导航方式。,6.3.5 无轨运输小车,（三）AGV设计时应满

13、足的功能 （1）行走功能 （2）控制功能 （3）安全功能 （4）随行工作台的自动装卸,6.3.6 随行工作台站,随行工作台站是介于制造单元与自动运输小车之间的装置，在制造系统中起过渡作用，也是物流中的一个环节。 功能： （1）存放从自动运输小车送来的随行工作台，图中L。 （2）随行工作台在存放站上有自动转移功能，根据系统 的指令，可将随行工作台移至缓冲的位置U。 （3）当随行工作台移至工作位置时（图中A），工业机器 人可对随行工作台上夹持的工件进行装卸。,6.4 自动化仓库设计,一、自动化仓库的类型,二、自动化仓库的构成,三、自动化仓库的运行原理,四、自动化仓库的规划与设计,6.4.1 自动化

14、仓库的类型,自动化仓库是指采用多层货架，在不直接进行人工处理的情况下能够自动地存储和取出物料的系统。 又称立体仓库，使物流系统的物资调节和物流中心。,6.4.1 自动化仓库的类型,（一）按建筑形式分为整体式和分离式 （二）按货架构造形式分为单元货格式、贯通式、水平循环式和垂直循环式。 (三）按自动化仓库与生产联系的紧密程度分为独立型、半紧密型和紧密型仓库 （四）按所起作用分为生产型仓库和流通型仓库,6.4.2 自动化仓库的构成,（一）土建设施：厂方和配套设施。 （二）机械装备：多层货架、托盘和货箱、搬运装 备、存取货装备、安全保护装置、出入库装 卸站等。 （三）电气设备：检测、信息识别、控制、

15、通信、 监控调度、计算机管理、图像显示等装置。,6.4.3 自动化仓库的运行管理,现介绍其工作过程： （一）堆垛机停在巷道起始位置，待入库的货物已放置在出入库装卸站上，由堆垛机的货叉将其取到装卸托盘上。 （二）计算机控制堆垛机在巷道行走，装卸托盘沿堆垛机铅直导轨升降，自动寻址向存入仓位进行。 （三）装卸托盘到达存入仓库前，即图中第四列第四层，装卸托盘上的货叉将托盘上的货物送进存入仓位。,6.4.3 自动化仓库的运行管理,现介绍其工作过程： （四)堆垛机进行到第五列第二层，到达调出仓位， 货叉将该仓位中的货物取出，放在装卸托盘上。 （五）堆垛机带着取出的货物返回起始位置，货叉将货物从装卸托盘送到

16、出入库装卸站。 重复上述动作，直至暂无货物调入调出的指令，堆垛机就近停在某一位置待命。,6.4.4 自动化仓库的规划与设计,规划与设计步骤： （一）分析和准备阶段 （二）确定货物单元形式及规格 （三）确定自动化仓库的形式、作业方式和机械装 备参数 （四）立体仓库的结构尺寸 根据单元货物规格确定货架整体尺寸和仓库 内部布置。 （1）确定货位尺寸和仓库总体尺寸 （2）确定仓库的整体布置,6.4.4 自动化仓库的规划与设计,规划与设计步骤： （五）确定工艺流程，核算仓库工作能力 （1）立体仓库的存取模式：单作业模式和复 合作业模式 （2）出、入库作业周期的核算 （六）提出对土建及公用工程的设计要求 （七）选定控制方式 （八）选择仓库管理方式 （九）提出自动化装备的技术参数和配置 （