[工学]自动化机构设计基础

《[工学]自动化机构设计基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[工学]自动化机构设计基础（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、自动化机构设计基础,李磊,自动化设备需要具备的要素,1.移载系统(移送,搬送,传动系统) 2.供料系统(或称为供给系统) 3.加工系统(或称为组立系统) 4.检查系统 5.控制系统 在自动组立作业中,称,及为自动化的三要素,几种名词解释,1.移载:将工件或治具沿生产线移动或停留某一位置的机能 2.供料:从储料器中将零件整列,分离,并送入待装配或待组立位置之机能 3.组立:将两个或两个以上的零件装入或结合成一体称之为组立, 4.停留:治具或工件不移动而暂时停止之状态 5.整列:使零件的方向或方位一致化以便后工序作业 6.分离:在流动的零件群中,将其中之一,或数个隔离 7.裝配,裝入:将零件置入或

2、插入治具或其他零件所定之位置中 8.分割分度作业(间歇移送):在移载作业中,使部品能以一定之角度,时间或距离相间隔.,9.组立治具:为进行组立作业,用以承载并固定工件之治具 10,承载治具:用来承载工件或组立治具,能够在站与站间移送之治具 11.承载盘:是承载治具的一部分,用以固定组立治具之平板 12.站:生产线上沿线固定的治具,或是使工件停留之场所均称为站 13.工件:加工或组立作业之对象,可以将之组成组立品 14.作业周期:对一组立或加工而言,所需要作业时间称为周期 15.节奏时间:在一个完整的加工或组立作业中,每一单独子作业之作业时间 16.子作业:从整列,供料,移载,装配或加工至移出等

3、,都属于子作业的例子.,振动盘技术参数要求,1.出料高度:就是振动盘底部至出料借口处的高度 2.是否需要可调:(简略) 3.出料速度(单位时间内出料的数量,基本上可按照需求的1.5倍要求) 4.出料方向:根据设计者的要求物料的排列方向 5.是否需要加接直线振轨:根据物料的大小和设计者的需求而订.(包括物料的体积,重量,与轨道的接触面积等) 6.出料轨道之接口要求:振动盘厂商加工的出料接口与设计者设计的缺口是否可以吻合 7.振动盘振动方向:振动盘出料方向分为逆向是正向 8.是否需求满料检知 9.是否需要横纵向可调.,振动盘使用中的重要性,1.零件供给之自动化,在自动组立中是极为关键,它的成功与否

4、对稼动率,不良率有极大的影响,自动化碰到的问题,可以说80%是零件供给方面的问题. 2.我们公司使用的振动盘:我们公司使用的振动盘全部为电磁振动式,被广泛使用的原因是对散乱零件容易使用.可以利用送料盘之振动是出口部位可以设置整列选向之功能. 3.为了达到对工件整列选向的目的,需要根据工件之形状上的差异做选向判别,并使出口只允许完成整列之工件通过,在驱动工件的通过出口的同时也要特别注意,不可以发生堵塞的状况,.出口处将表面摩擦系数降低,对降低堵塞发生的几率有很大助益. 4.振动盘内的零件与其一次加满,不如在零件减少至1/4时才补充,此时移动效率最高,如果料盘中接近无零件时,大部分之零件均在料规上

5、,缺乏来自料盘低部的推升力量,其移动速度会因此而下降.,机械式振动盘,1.电磁式振动盘噪音较大,针对此问题,日本FIT开发出回转式振料盘,商品名称DEXTER,其送料盘内设倾斜只回转圆盘,借其回转之离心力将零件送上回转的料轨.回转圆盘与料轨使用不同之马达驱动,其马达转速依不同之零件供给速度可以分别调整之. 2.与电磁振动式送料盘比较,其供给能力大,并且噪音相对也小,但是其整列推送之技术层次较高,也无法整列推送之工件.,自动送料的几种方式,1.步进马达送料 1.1棘轮式拉料 1.2步近进给式 2.振动盘自动供料式 3.气缸移动进给式 4.机械手加持给料式,气缸马达搬送物料设计要素,1.马达棘轮与

6、料带定位孔配合公差. 2.配合马达移送之定位机构(定位与水平等) 3.拉料棘轮平行性 气缸搬运注意事项 1.物料的定位装置 2.气缸行程注意事项(移送物料之定位性),取放装置,所谓取放装置,就是将待机位置的工件抓起,然后将其运送至装入位置并装入对应的工件中 取放装置主要使用在自动装配机或生产线上,市场有标准件可以购买, 下面是根据取放端的运动轨迹分类举例,X-Z直线型,手夹,工件,取放端之运动方向为水平与垂直的合成运动,Z-摇动型,运动曲线,取放端在水平面上摆动,同时也在垂直方向上做升降运动,摆动的角度多为90,Z面摇动型,取放端在垂直面上摆动,从倾斜的滑规中取出零件进行装配作业,机械手特点,

7、1.人类的手实际上是机富有使用弹性及适用性的器具,拥有与手相同的适应性及弹性的机械手是永远造不出来的 但是就动作之迅速,对重物夹持的能力,长时间连续动作的能力,机械定位精度之再现性等特性而言,机械手则比人手更胜一筹. 在自动组立中,80%的动作是,及等单纯组合,所以机械手不需要像人手那样灵巧也可满足需要(如WD257/31R).,机械手设计之基本条件,1.工件之夹持与放开之机能 2.对工件之约束功能 机械手夹持工件时,机械手停留,移动及装入过程中,工件之姿势不能受外力影响而变化.机械手必须具备充分之约束力或具有拘束工件之形状. 3.工件位置精度之再现性 其机械手设计,是工件与手夹之位置关系在一

8、定精度内具有再现的机能. 进阶手夹之必要条件 1.泛用性 在一定的条件范围内,对形状与尺寸不同的工件,具有如前所述基本必要条件之夹持功能,谓之手夹之泛用性. 2.手夹内有无工件之检出性能. 3.手夹内工件之姿势之检出性能 4.具有控制手夹对工件夹持力的机能. 以上所述:进阶手夹中的必要条件之2,3项可以借助手夹以外的检出装置进行.,机械手分类,手夹根据夹持工件方法的不同,可以分为夹爪型手夹,真空吸著型手夹与特殊手夹. 夹爪型手夹根据夹爪之开合方式,手夹之运动轨迹及驱动力,驱动机构等,也可以做详细分类. 依夹爪开闭之方分类:a,单开闭式,b,双开闭式,c,混合开闭式,单开闭式手夹,固定夹,可动夹

9、,工件,气缸,销,固定基板,双开闭式夹爪,销,工件,混合开闭式手夹,止动销,一组类似开闭式卡爪,在抓取工件时,其中一支夹爪的前进的动作会被止动销挡住,另外一直持续前进,因此称混合开闭式手夹,按照其他方式对手夹做区分,1.运动轨迹 1.1.圆弧运动 1.2.圆弧平行运动 1.3.直近平行运动 2.依照其驱动机构分类 2.1凸轮式 2.2.连杆式 2.3.齿轮齿条式 3.吸著型手夹 3.1.真空吸著型 3.2.磁铁吸著型(永久磁铁或电磁铁,需要顶出机构),机械手使用的问题,1.工件在机械手前端手夹之夹持下,随着机械臂做回转运动,当工件与夹持面保持平衡时受离心力,切线分力等各种力的影响,很难保证原来

10、的形状,因此需要保证足够的夹持力,如果夹爪与工件的摩擦力不足会造成工件往其运动半径方向滑出.因此设计夹爪不仅要注意夹爪与工件的摩擦力,还要注意设计夹爪时按照三维空间设计,产品在组装治具中的定位,1.平面定位(除了球体,椭圆的特殊形状的工件之外,大部分加工件都有平面部分,此平面可以作为定位基准,本身零件的平面尺寸公差需要满足实际需要) 2.同心定位 3.分度定位,可以使工件程某一角度定位 4.混合定位,治具规划与设计时检验项目,1.治具加工时注意其功能,精度要求,材质,热处理,体积大小,重量,毛边,及余料之程度 2.根据生产量,短期或长期使用,单日生产量及工件流程等使用条件,在简易式,单动式或自

11、动式夹治具中做适当选择,以符合生产线之需要. 3.根据治具使用时所使用的工作母机及组立机的种类,加工顺序,使用泛用机或专用机等条件,来决定治具之安装,治具生产前之准备,以及治具之管理方式 4.治具设计是否使作业线作业容易,以提高工作效率. 4.1.将零件装入或者取出治具时,是否容易作业?(这是自动化的第一步) 4.2.能否做单动式之治具设计,以单一动作完成定位,定心与夹紧之技能. 4.3.治具加工时是否可以清楚的看到加工之状态(防止不良品之发生),治具规划与设计时检验项目,5.加工之工件是否容易变形或受伤 6.治具的功能是否防止逆向零件装入?(防止不良发生,也就是我们所说的防呆作用) 7.能否

12、使治具使用标准零件,例如导柱导套,定位销等(就是我们所谓的标准化) 8.治具材料是否容易取得,能否使用库存品?可否在手工或修改作业? 9.将治具装置于工作站之作业台上的定位与锁紧,是否可以短时间内达成?(标准化) 10.治具相关之工件与工程名称(或代号,编号),是否刻写在治具上(治具管理) 11.治具不使用时是否方便保管及搬运(机治具管理),治具精度控制,确保产品精度的先决条件,是要求治具本身的精度,通常治具的精度一定要高于产品精度的10倍以上(理想值,即是治具制作的容许公差是产品公差的十分之一,)除了治具的精度以外,还需要注意以下几点. 1.组成治具的零件,材料及加工方式 2.在工件定位为加

13、紧作业中,与加工零件所接触的材料及表面处理应适当的考虑,(比如与零件直接接触的部分是否可以使用较软的材料,或加缓冲等) 3.治具的构成与装配方式,必须要有适当的定位,使分解后再装配,其精度不会改变. 4.如果有数台相同的治具,确保其精度相同(均在治具之设计容许的公差范围内),不允许工件精度出现偏差是零件之互换性不良 另外 治具设计必须使工件装入与拆卸均容易完成 治具装卸与机械或作业台是能在短时间内完成,且精度再现性极高,标准件在自动化设备中的作用,1.容易使工件精度提高到一个档次 2.节省设计及加工时间,同时也可以降低治具成本 3.易于设备标准化 4.减少超出 产品精度之公差的不良品,弹簧在设

14、备中的作用,1.缓和冲击与吸收振动 2.控制运动:利用弹簧的弹力保持零件之间的接触,以控制机构运动,如离合器,凸轮机构等 3.储存能量:利用弹簧的变形储存能量,如公司运用最多的脱料功能 4.测量力和力矩,如推力计和张力计,弹簧在使用中需要注意事项,在弹簧压缩圈数较多(弹簧自由高太大)中径较小,即弹簧高度比=弹簧自由高度/弹簧中径较大时,外载荷达到一定数值,会使弹簧发生侧向弯曲而丧失稳定性,如果弹簧的使用超出其高径比时,可以采用导套导柱限位的方式(如下例) a,注意弹簧使用位移量. b,弹簧负载 弹簧负载=弹簧常数位移量 C.无弹簧导承时,弹簧会发生纵横弯曲等,弯曲内侧会产生应力,导致弹簧损坏 d,弹簧内径与导向轴间隙较小会产生磨损,较大会产生纵弯曲,建议轴比内径小1mm. e,弹簧外径与沉孔,建议沉孔并外径大1.5mm,并且孔口倒角 f.如果导承长度较小,弹簧的纵弯曲会接触的导承的前端,产生摩擦,建议将导承长度大于弹簧始高度的1/2,并且孔口导角约C3处理.,弹簧使用注意事项,同步带与同步带轮的选择,幾種刀具材料特性,组立系统设计与装配事例,