第2章 上料自動化2課件

2023/1/14武漢理工大學機電學院1/27三、料斗式上料裝置1工件的定向方法2料斗式上料裝置的結構及設計2023/1/14武漢理工大學機電學院2/27機械傳動式料斗裝置其定向機構采用機械傳動——或作連續(xù)回轉運動，或作直線往復運動，使料斗中的工件自動定向。利用電磁力使料盤產生振動，驅使工件在滑道上運動，并在運動的過程中使工件自動定向。振動式料斗裝置

利用料斗式上料裝置，保證了上料的完全自動化，工人的職責僅僅是把毛坯成批地裝入料斗中，并對上料裝置以及整個機器的工作過程進行監(jiān)控。坯件在料斗中的定向方法取決于坯件外形、結構及其重心位置。

依據定向方式的不同，料斗分為兩大類機械傳動式料斗裝置振動式料斗裝置2023/1/14武漢理工大學機電學院3/271、工件的定向方法(1)抓取法定向：是借運動著的抓取定向機構，抓取坯件的孔、槽等特形表面而完成定向的。(2)槽隙法定向：是借抓取定向機構的拉動，使坯件落進溝槽或縫隙而實現定向。(3)型孔選取法定向：是利用抓取定向機構上一定形狀和尺寸的型孔對坯件進行篩選，只有位置和截形都相應于型孔的坯件，才落入型孔中而獲得定向。(4)重心偏移法定向：重心不對稱的坯件，利用其重心偏移的特性，使重端倒向指定方向來完成定向。(5)振動定向：借助振動，使坯件在料斗中傳送時矯正或剔除方位不正確的坯件而完成定向。由于其特殊的定向原理及應用最為廣泛，將在第4節(jié)進行介紹。2023/1/14武漢理工大學機電學院4/27工件的定向特性2023/1/14武漢理工大學機電學院5/27(1)抓取法定向工作原理利用運動著的定向機構抓取工件的某些表面，如孔、凹槽等，使之從成堆的雜亂工件中分離出來并定向排列。常用的定向機構有桿、銷、鉤子等，適用于帶孔的套狀、碗狀和環(huán)狀零件。2023/1/14武漢理工大學機電學院6/27抓取法定向示例2023/1/14武漢理工大學機電學院7/27(2)槽隙法定向

工作原理

在這種料斗中，用專門的定向機構攪動工件，使工件在不停的運動中落進溝槽或縫隙實現定向。定向機構可以作直線往復運動、擺動運動或回轉運動。這一類料斗可用于螺釘、螺帽、片狀、圓環(huán)以及各種帶頭部的工件。2023/1/14武漢理工大學機電學院8/27槽隙法定向示例2023/1/14武漢理工大學機電學院9/27(3)型孔選取法定向工作原理：是利用抓取定向機構上一定形狀和尺寸的型孔對坯件進行篩選，只有位置和截形都相應于型孔的坯件，才落入型孔中而獲得定向。2023/1/14武漢理工大學機電學院10/27型孔選取法定向2023/1/14武漢理工大學機電學院11/27(4)重心偏移法定向

重心不對稱的坯件，利用其重心偏移的特性，使重端倒向指定方向來完成定向。2023/1/14武漢理工大學機電學院12/27(5)振動定向

借助振動，使坯件在料斗中傳送時矯正或剔除方位不正確的坯件而完成定向。由于其特殊的定向原理及應用最為廣泛，將在第4節(jié)進行介紹。2023/1/14武漢理工大學機電學院13/272、料斗式上料裝置的結構及設計(1)料斗容積(2)定向機構(3)坯件堵塞的消除方法(4)供料生產率2023/1/14武漢理工大學機電學院14/27(1)料斗容積V

由一次裝料保證機床連續(xù)工作所需坯件數量決定。式中，

——坯件的體積（mm3)；

T

——一次裝料保證機床連續(xù)工作時間（min)，對于小型坯件取T>120min，對于中型坯件取T>60min；

——料斗平均供料生產率（件／分鐘）；

——容積系數。對于軸類、盤類和球形坯件，一般取0.5～0.65。當坯件長徑比＞＞1時取小值，當＜1時取大值。

2023/1/14武漢理工大學機電學院15/27(2)定向機構板式定向機構管式定向機構鉤、銷式定向機構缺口圓盤式定向機構2023/1/14武漢理工大學機電學院16/272023/1/14武漢理工大學機電學院17/272023/1/14武漢理工大學機電學院18/27管式定向機構2023/1/14武漢理工大學機電學院19/27作用原理利用運動著的定向機構抓起工件的某些表面——孔、凹槽等，使之從成堆的雜亂工件中分離出來并定向排列。適用零件帶孔的套類、碗狀、環(huán)狀零件鉤式定向機構2023/1/14武漢理工大學機電學院20/27

鉤和銷的運動速度V

，必須保證坯件有足夠的時間從鉤或銷上全部滑出，落入料槽。

式中，R——鉤頂點的回轉半徑（m)；

l

——坯件長度（m)；

g——重力加速度，m/s2；

α1——坯件開始從鉤上落下時與水平面的夾角。2023/1/14武漢理工大學機電學院21/27

鉤的圓周速度還應保證鉤子來得及從料堆中鉤住坯件，即應滿足:式中，t——坯件滾入鉤子運動區(qū)域所需時間。2023/1/14武漢理工大學機電學院22/27缺口圓盤式定向機構2023/1/14武漢理工大學機電學院23/27(3)坯件堵塞的消除(l)合理設計料斗形狀。對稱料斗容易形成拱橋產生坯件堵塞。不對稱料斗由于坯件沿垂直壁運動速度較大能破壞拱橋的形成，不易產生坯件堵塞。(2)正確設計出料口尺寸。出料口尺寸大于坯件拱橋尺寸，可避免拱橋的形成。一般對于軸類坯件取出料口尺寸；盤類零件(3)加裝攪動器。在料斗中坯件可能形成拱橋的范圍內安裝攪動器可借其攬動破壞拱橋的形成，阻止產生堵塞。(4)使料斗抖動。用電磁的方法使料斗以頻率為50或100Hz抖動或用機械方法使料斗以頻率小于5Hz抖動，可破壞拱橋形成，防止產生阻塞。2023/1/14武漢理工大學機電學院24/27Q平均=Z·p·n·K式中,Z——定向機構中取料機構數

p——每一取料機構同時抓起的工件數

n——定向機構每分鐘工作循環(huán)數

K——取料構件的充實系數（件/分鐘）鉤、銷、成型孔槽實現定向的料斗Q平均=Z·n·K扇形塊、滑塊或其它槽隙實現定向的料斗Q平均=p·n·K

充實系數K表明定向概率的大小，取決于工件的形狀特性、定向機構的結構和工作條件，料斗的結構特點等，在一定程度上代表了料斗的工作性能，一般由實驗確定。(4)料斗裝置的平均生產率2023/1/14武漢理工大學機電學院25/27料斗實例料斗1、回轉圓盤2、磁鐵塊3、受料管4、刮板5、撥料器62023/1/14武漢理工大學機電學院26/54四、振動式料斗裝置1基本結構2振動上料原理3定向方法4振動料斗設計5振動料斗生產率2023/1/14武漢理工大學機電學院27/54裝料容器定向裝置驅動裝置隔振器底座1、基本結構2023/1/14武漢理工大學機電學院28/54料斗實物圖片2023/1/14武漢理工大學機電學院29/54振動式上料裝置的類型

2023/1/14武漢理工大學機電學院30/54沒有機械的攪拌、撞擊和強烈的摩擦作用，工作平穩(wěn)，適合于已經精加工的工件，以及薄壁、彈性、脆性零件。結構簡單，易于維護，比較耐用；通用性強，對于一般小型工件都能適用。對于形狀特性不同的工件，只有定位元件不同，其它結構都能通用。送料速度調節(jié)簡便，故障少。主要優(yōu)點2023/1/14武漢理工大學機電學院31/54工作中有噪聲，特別是工件較大或結構設計不合理時噪聲大。必須合理地設計和調整。須保持潔凈的工作條件。當工作表面染有油污或灰塵時，將顯著影響送料速度和工作效果。局限性2023/1/14武漢理工大學機電學院32/541工件；2滑道；3板彈簧；4電磁鐵；5銜鐵滑道與水平夾角：α彈簧與鉛垂面夾角：β2、振動上料工作原理

以圖示直槽型振動送料裝置為例進行分析。

工作時，將交流電經半波整流后，接通電磁鐵4的線圈，產生頻率50Hz的斷續(xù)電磁吸力，吸引固定在料槽上的銜鐵，使料槽向左下方運動；電磁吸力迅速減少并趨近于零時，料槽在彈簧3的作用下，向右上方作復位運動，如此周而復始便使料槽產生微小的振動。

2023/1/14武漢理工大學機電學院33/54半波整流

半波整流是利用二極管的單向導電性進行整流的最常用的電路。半波整流，就是在交流電的半個周期有電流輸出，另半個周期沒有電流。50Hz的交流電經半波整流以后，輸出的是50Hz的脈動電流。2023/1/14武漢理工大學機電學院34/54滑道上工件受力分析工件在軌道上的受力：重力軌道反力摩擦力慣性力

摩擦力、慣性力與電磁鐵的電流I有關。

重力摩擦力慣性力軌道反力2023/1/14武漢理工大學機電學院35/54（1）Ｉ=0（即斷電時），支承彈簧復位，滑道以加速度a1向右上方運動，工件力平衡如圖。由ΣX=0,ma1cos(β-α)+mgsinα=F=μN1由ΣY=0,ma1sin(β-α)+mgcosα=N1

2023/1/14武漢理工大學機電學院36/54靜摩擦力使工件與滑道保持相對靜止，一起向右上方運動。工件相對滑道向左下方滑移。2023/1/14武漢理工大學機電學院37/54（2）Ｉ>0時，電磁鐵吸引，滑道以加速度a2向左下方運動，工件受力平衡如圖。

由ΣX=0,ma2cos(β–α)–mgsinα=F=μN2

由ΣY=0,mgcosα–ma2sin(β–α)=N2

2023/1/14武漢理工大學機電學院38/54工件相對于滑道向右上方滑移。工件相對于滑道靜止，一起與滑臺向左下方移動，仍在B1位置。當N2>0時2023/1/14武漢理工大學機電學院39/54當N2<0時

工件跳離滑道，根據跳起的高度，落下時相對滑臺位置有三種情況：工件騰空時間等于滑臺下降時間，則工件再次與滑臺接觸時，向前移一大步，B2B32；工件騰空時間小于或大于滑臺下降時間，則工件再次與滑臺接觸時，向前移一小步，B2B33；工件騰空時間等于滑臺往復時間，則工件再次與滑臺接觸時，落在原位。2023/1/14武漢理工大學機電學院40/54振動料斗的四種工作狀態(tài)

連續(xù)跳躍斷續(xù)跳躍連續(xù)滑移斷續(xù)滑移2023/1/14武漢理工大學機電學院41/54連續(xù)跳躍運動過程：I=0、彈簧使料斗復位，工件依靠摩擦、空間位置從A點上行到B點；I>0、電磁鐵吸合，由于慣性、工件由B點跳躍起來（騰空時間≥料斗運行至最下方的時間）I=0、工件再落至軌道上時已到達C點→后又隨軌道上行到D點。如此往復，工件隨軌道上行——跳躍——再隨軌道上行→工件跳躍式前進，跳躍間距為AC段。特點：工件具有較大的供料速度，供料生產率高；工件運動平穩(wěn)性差，對定向不利；適用于形狀簡單、定向要求不高的件料及供料速度較大的場合。運行條件：電磁鐵吸力、料槽振幅及拋射角較大。但工件騰空時間過大→料斗復位時工件再落至軌道過晚→A點與C點的間距縮小，甚至落回原處而沒有前移。2023/1/14武漢理工大學機電學院42/54斷續(xù)跳躍

運動過程：I=0、彈簧使料斗復位，工件依靠摩擦、空間位置從A點上行到B點；I>0、電磁鐵吸合，由于慣性、工件由B點跳躍起來（騰空時間<料斗運行至最下方的時間）→工件很快落至軌道上的C點、并隨軌道下行到D點；I=0、工件再隨軌道從空間位置D點上行到E點。如此往復，工件隨軌道上行——跳躍后隨軌道下行——再隨軌道上行→工件斷續(xù)跳躍式前進，跳躍間距為AD段。特點：工件具有較大的供料速度，供料率較高； 工件運動平穩(wěn)性一般。運行條件：電磁鐵吸力、料槽振幅及拋射角中等2023/1/14武漢理工大學機電學院43/54連續(xù)滑移

運動過程：I=0、彈簧使料斗復位，工件依靠摩擦、空間位置從A點上行到B點；I>0、電磁鐵吸合，由于慣性、工件沿軌道由B點滑移（滑移時間≥料斗運行至最下方的時間）I=0、工件停下時已滑移至C點→后又隨軌道上行。如此往復，工件隨軌道上行——滑移——再隨軌道上行→工件滑移式前進，滑移間距為AC段。特點：工件具有較大的供料速度和供料率； 工件運動平穩(wěn)，利于定向；適用于形狀較規(guī)則、有定向要求的件料及供料速度較大的場合。運行條件：電磁鐵吸力、料槽振幅及拋射角均較跳躍時的小。2023/1/14武漢理工大學機電學院44/54斷續(xù)滑移

運動過程：I=0、彈簧使料斗復位，工件依靠摩擦、空間位置從A點上行到B點；I>0、電磁鐵吸合，由于慣性、工件沿軌道由B點滑移（滑移時間<料斗運行至最下方的時間）→工件很快停在軌道上的B′點、并隨軌道下行到C點；I=0、工件再隨軌道從空間位置C點上行。如此往復，工件隨軌道上行——滑移后隨軌道下行——再隨軌道上行→工件斷續(xù)滑移式前進，滑移間距為AC段。特點： 工件供料速度和供料率較??；工件運動平穩(wěn)，亦利于定向； 用于有定向要求但供料速度要求不高的場合。運行條件：電磁鐵吸力、料槽振幅及拋射角均小。2023/1/14武漢理工大學機電學院45/54振動料斗平穩(wěn)工作的條件平穩(wěn)前移，盡可能快，不要跳起，影響定向。當電磁力<彈簧力時，要求工件隨滑臺移動，即2023/1/14武漢理工大學機電學院46/54電磁力>彈簧力時，要求工件不跳起并盡可能前移。工件不跳起：工件前移：

2023/1/14武漢理工大學機電學院47/54結論當滑道上移時：當滑道下移時：2023/1/14武漢理工大學機電學院48/54

根據工件的形狀特征和定向要求，在螺旋槽的最上一圈處安裝一些剔除構件，或將某一段料槽開出缺口、槽子和斜面等，將不符合定向要求的工件剔除，使之重新落入料斗底部，而定向正確的工件通過出料口進行供料。3、定向方法2023/1/14武漢理工大學機電學院49/54PartsSelectionandOrientation2023/1/14武漢理工大學機電學院50/542023/1/14武漢理工大學機電學院51/54L>D1：擋料板

2：擋料塊

2023/1/14武漢理工大學機電學院52/54L<D1：擋料板

2：擋料塊

3：料管

4：擋料塊

2023/1/14武漢理工大學機電學院53/54罩形工件定位2023/1/14武漢理工大學機電學院54/54具有頭部工件的定向（長徑比較大）2023/1/14武漢理工大學機電學院55/542023/1/14武漢理工大學機電學院56/54具有頭部工件的定向2023/1/14武漢理工大學機電學院57/541：齒形板碗形工件定向2023/1/14武漢理工大學機電學院58/542023/1/14武漢理工大學機電學院59/544、圓筒型電磁振動料斗的設計

料斗基本尺寸

支撐彈簧安裝角振動器的型式2023/1/14武漢理工大學機電學院60/54料斗的結構設計主要結構參數：振動頻率振幅螺旋升角；彈簧安裝角直徑；螺距；高度。2023/1/14武漢理工大學機電學院61/54振動頻率

料槽振動頻率f亦是系統(tǒng)受到的激振頻率。

電磁激振系統(tǒng)中，常用的激振頻率fj=50Hz或fj=100Hz2023/1/14武漢理工大學機電學院62/54螺旋升角αα越小→工件平均速度就高，但升程減小→料道螺旋圈數增加→料斗尺寸增大。

α太大→工件上料速度降低，甚至無法向上滑移。

2023/1/14武漢理工大學機電學院63/54支承彈簧的安裝角ψ

式中，β——慣性力作用方向角（拋射角）；

α——螺旋槽的螺旋升角；

R固

——主彈簧在料斗底板上的固定圓半徑；

D——件料在螺旋槽中，其重心所在圓的直徑，可視為料斗中徑。

當支承彈簧固定圓半徑與料斗中徑重合時， 2023/1/14武漢理工大學機電學院64/54料斗的直徑料斗內徑DH：常取DH≥(8~10)L工

(mm)L工

——工件最大外形尺寸。2023/1/14武漢理工大學機電學院65/54料斗的螺距t=πDp·tgα(mm)

又根據結構要求，t≥1.5h+δ(mm)

（h-工件直徑或高度，δ-料道厚度：4~8mm）2023/1/14武漢理工大學機電學院66/54料斗的高度H

H=nt(mm)

n-螺旋料道的圈數：1.5~3.5

考慮到料斗外觀勻稱，應使H=(1/4~1/2)D

。2023/1/14武漢理工大學機電學院67/54支承彈簧

支承彈簧的作用：電磁振動供料器的料斗通過其安裝在基座上。

圓筒形料斗一般采用三根彈簧支承。

支承彈簧的截面有矩形和圓形：

板彈簧圓柱彈簧2023/1/14武漢理工大學機電學院68/54電磁鐵的選擇電磁鐵由鐵芯、線圈、銜鐵等組成。電磁鐵的頻率和電壓：小而輕的工