1、機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院機械制造裝備設計機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院目 錄第一章第一章 機械制造及裝備設計方法機械制造及裝備設計方法第二章第二章 金屬切削機床設計金屬切削機床設計第三章第三章 典型部件設計典型部件設計第七章第七章 機械加工生產線總體設計機械加工生產線總體設計第五章第五章 機床夾具設計機床夾具設計第四章第四章 工業機器人設計工業機器人設計第六章第六章 物流系統設計物流系統設計機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院第六章第六章 物流系統設計物流系統設計第一節第一節 概述概述第二節第二節 機床上下料裝

2、置設計機床上下料裝置設計第三節第三節 機床間工件傳送裝置的設計機床間工件傳送裝置的設計第四節第四節 自動化倉庫設計自動化倉庫設計第五節第五節 工廠物流系統的總體設計工廠物流系統的總體設計機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.1 6.1 概述概述 一、一、 物流系統設計的意義物流系統設計的意義 二、現代物流系統的特點、基本構成二、現代物流系統的特點、基本構成 及功能及功能三、物流系統設計應滿足的要求三、物流系統設計應滿足的要求機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.1.1 物流系統設計的意義物流系統設計的意義物流：物流：從原材料和毛坯進廠，經過儲

3、存、加工、裝配、檢驗、包裝，直至成品和廢料出廠，在倉庫、車間、工序之間流轉、移動和儲存的全部過程。向生產組織和管理要效益：向生產組織和管理要效益：合理進行物流系統的設計可以在不增加或少增加投資的條件下，取得明顯的技術經濟效益。 機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.1.2 現代物流系統的特點、基本構成及功能現代物流系統的特點、基本構成及功能（一）現代物流系統的主要特點（一）現代物流系統的主要特點 物流系統擔任運輸、儲存、裝卸物料等任務。 （1）采用現代化的物流裝備 （2）計算機管理 （3）系統化與集成化（二）現代物流系統的基本構成（二）現代物流系統的基本構成 （1）管

4、理層有較高的智能 （2）控制層有較好的實時性 （3）執行層有較高的可靠性機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.1.2 現代物流系統的特點、基本構成及功能現代物流系統的特點、基本構成及功能（三）現代物流系統的功能三）現代物流系統的功能 （1）原材料和毛坯、外購件、在制品、產品、工 藝裝備的儲存及搬運存放有序，存取容易， 自動化 ； （2）設備的上下料自動化； （3）工序間在制品儲存有序、合理 ； （4）工位間工件搬運及時、迅速 ； （5）物流裝置調度、控制可變化、可優化 ； （6）物流監測、判別反應敏捷。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.1

5、.3 物流系統設計應滿足的要求物流系統設計應滿足的要求（一）應可靠地、無損傷地、快速實現物料流動；（一）應可靠地、無損傷地、快速實現物料流動；（二）具有一定的柔性；（二）具有一定的柔性； （三）盡量縮短裝卸工件的輔助時間及工序間流動路線；（三）盡量縮短裝卸工件的輔助時間及工序間流動路線；（四）盡量減少在制品積壓；（四）盡量減少在制品積壓；（五）合理的物料（毛坯、在制品、產品）儲存量。（五）合理的物料（毛坯、在制品、產品）儲存量。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院6.2 6.2 機床上下料裝置設計機床上下料裝置設計 一、機床上下料裝置的設計原則一、機床上下料裝置的設計原則

6、二、料倉式上料裝置二、料倉式上料裝置三、料斗式上料裝置三、料斗式上料裝置四、上下料機械手四、上下料機械手機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.2.1 機床上下料的設計原則機床上下料的設計原則機床的上下料機床的上下料是指將毛坯送到正確的加工位置及將加工好的工件從機床上取下的過程。按自動化程度：按自動化程度：人工上下料裝置（單件小批生產或 大型的或外形復雜的工件） 自動上下料裝置（大批大量生產，如 料倉式、料斗式、上下料機械手或機 器人等）（1）上下料時間要符合生產節拍的要求；（2）上下料工作平穩，盡量減少沖擊，避免使工件產 生變形或損壞；（3）上下料裝置結構簡單，工作可

7、靠，維護方便；（4）有一定的適用范圍，盡可能滿足多種需求。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.2.2 料倉式上料裝置料倉式上料裝置 （一）功用和組成（一）功用和組成 功用功用: :當單件毛坯的尺寸較大，而且形狀比較復雜難于自動定向時，可采用料倉上料機構。適用于加工時間較長的零件。用在大量和批量生產中。組成組成：料倉、隔料器、上料器、上料桿、下料桿等部分。 機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.2.2 料倉式上料裝置料倉式上料裝置 （二）料倉（二）料倉 作用作用是儲存毛坯。 大小大小取決于毛坯的尺寸及工作循環的長短。 按照毛坯在料倉中的送進方

8、法，按照毛坯在料倉中的送進方法，將料倉分為 兩類，即靠毛坯的自重送進和強制送進。 機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.2.2 料倉式上料裝置料倉式上料裝置 （二）料倉（二）料倉 （1）靠毛坯自重送進的料倉）靠毛坯自重送進的料倉 直線式、曲線式、螺旋式、管式、料斗式、 料斗料箱式 （2）強制送進的料倉）強制送進的料倉 重錘式、彈簧式、摩擦式、鏈式、圓盤式 當毛坯質量太輕，不能保證靠自重可靠地 落在上料器中，或毛坯形狀復雜，不便靠 自重送進，采用強制送進的料倉。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.2.2 料倉式上料裝置料倉式上料裝置 把待加工

9、的毛坯從料倉中的許多毛坯 中隔離出來，使其自動進入上料器；或由隔 料器直接將其送到加工位置。 由上料器兼作隔料器、桿式隔料器、鼓輪式 隔料器 機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.2.2 料倉式上料裝置料倉式上料裝置 （四）上料器（四）上料器 作用：作用：把毛坯從料倉送到機床加工位置 料倉兼作上料器、槽式上料器、圓盤式上料 器、由機床的部件和專門的接收器來充當上料器機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.2.2 料倉式上料裝置料倉式上料裝置 （五）上料桿和卸料桿（五）上料桿和卸料桿 上料桿作用：上料桿作用：將毛坯件推入加工位置。 兩種方式：兩種

10、方式：采用擋塊來限制毛坯送進的位置； 依靠上料桿的行程使毛坯頂到所要求的位置。 卸料桿作用：卸料桿作用：將加工好的工件推出加工位置。 兩種類型：兩種類型：帶彈簧的和固定長度的卸料桿。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.2.3 料斗式上料裝置料斗式上料裝置（一）功用和組成（一）功用和組成 料斗式與料倉式的不同：料斗式與料倉式的不同：后者只是將已定向好的工件 由儲料器向機床供料，而前者則可對儲料器中雜亂的 工件進行自動定向整理再送給機床。 組成：組成：裝料機構、儲料機構組成。 裝料機構由裝料機構由料斗、攪動器、定向器、剔除器、分路器 、送料槽、減速器等組成。 儲料機構儲

11、料機構由隔料器、上料器等組成。 機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.2.3 料斗式上料裝置料斗式上料裝置（二）料斗（二）料斗料斗：料斗：工件在料斗中完成定向，并依次送到出口處，有時需加攪動器或剔除器。 攪動器：攪動器：防止工件進入送料器時產生阻塞。 定向器：定向器：矯正工件位置，剔除位置不正確工件。剔除器：剔除器：剔除從料斗到送料槽中一些位置不正確的工件。 機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.2.3 料斗式上料裝置料斗式上料裝置（三）送料槽（三）送料槽送料槽要求送料槽要求工件能順利流暢穩速移動，不能發生阻塞或滯留現象，因此要認真考慮其傾斜

12、角度和彎曲的大小。基本形式基本形式：矩形、槽形、V形、圓形、雙軌式、單軌式、直立的籠形、滾到式 機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.2.3 料斗式上料裝置料斗式上料裝置（四）減速器（四）減速器 作用：作用：防止工件移動速度過大造成機件或工件因碰撞而損壞。（五）分路器（五）分路器作用：作用：把運動的工件分為兩路或多路，分別送到各機床一料斗多機床機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.2.4 上下料機械手上下料機械手機械手機械手是按照程序要求實現抓取和搬運工作，或完成某些勞動作業的機械自動化裝置。按其安放位置分為按其安放位置分為：內裝式、附裝式和

13、單置萬能式。按其是否移動分為按其是否移動分為：固定式和行走式。工業機器人在這里僅用于上下料，它當然比焊接、噴漆機器人的功能要求要簡單一些。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.3 6.3 機床間工件傳送裝置的設計機床間工件傳送裝置的設計 一、托盤及托盤交換器一、托盤及托盤交換器 二、隨行夾具二、隨行夾具三、傳送裝置三、傳送裝置機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.3 6.3 機床間工件傳送裝置的設計機床間工件傳送裝置的設計 四、有軌運行小車四、有軌運行小車 五、無軌運行小車五、無軌運行小車六、隨行工作臺站六、隨行工作臺站機械制造裝備設計湘潭大

14、學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.3.1 托盤及托盤交換器托盤及托盤交換器機床間的工件傳遞和機床間的工件傳遞和運送裝置主要有：運送裝置主要有：托盤、隨行夾具、各種傳送裝置、有軌小車和無軌小車等。托盤交換器托盤交換器是機床和傳送裝備之間的橋梁和接口。不僅起到連接作用，還可以暫時存儲工件，起到防止物流系統阻塞的緩沖作用。回轉式托盤交換器回轉式托盤交換器有兩位、四位和多位。 機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.3.2 隨行夾具隨行夾具隨行夾具：隨行夾具：用于結構復雜或較軟的有色金屬工件。返回方式：返回方式：上方返回、下方返回、水平返回三種。機械制造裝備設計湘潭大學

15、湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.3.3 傳送裝備傳送裝備傳送裝備傳送裝備不僅起到將各物流站、加工單元、裝配單元銜接起來的作用，而且具有物料的暫存和緩沖功能。常見的傳送裝備有常見的傳送裝備有滾到式、鏈式、懸掛式等。（一）滾道式傳送機（一）滾道式傳送機 結構簡單，使用廣泛。滾道可以是無動 力的，貨物由人力推動。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.3.3 傳送裝備傳送裝備（一）滾道式傳送機（一）滾道式傳送機 機動滾道多種實施方案機動滾道多種實施方案： （1）每個滾子都配備一個電動機和一個減速機，單獨驅動。 （2）每個滾子軸上裝兩個鏈輪。 （3）用一根鏈條通過張緊輪

16、驅動所有滾子。 （4）在滾子底下布置一條膠帶，依靠摩擦力作用驅動。 （5）用一根縱向的通軸，通過扭成8字形的傳送帶驅動所有滾子。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.3.3 傳送裝備傳送裝備（二）鏈式傳送機（二）鏈式傳送機最簡單的鏈式傳送機由兩根套筒滾子鏈條組成。用鏈條和托板組成的鏈板傳送機上一種廣泛使用的連續傳送機械。 （三）懸掛式傳送機（三）懸掛式傳送機主要用于在制品的暫存。另外尤其適合于批量產品的噴漆。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.3.4 有軌運輸小車有軌運輸小車自動運輸小車：自動運輸小車：用于機床間傳送物料。采用有軌運輸小車的

17、是生產系統（RGV）。RGVRGV沿直線導軌運動：由直流或交流司服電動機驅動；由中央計沿直線導軌運動：由直流或交流司服電動機驅動；由中央計算機、光電裝置、接近開關等控制。算機、光電裝置、接近開關等控制。RGVRGV優點：優點：可傳送大（重）件，速度快，控制系統簡單，成本低。 缺點缺點：改變路線比較困難，適于運輸路線固定不變的生產系統 。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.3.5 無軌運輸小車無軌運輸小車無軌運輸小車（無軌運輸小車（AGVAGV）是指裝備有電磁或光學自動引導裝置，能夠沿既定的引導路徑行使，具有小車編成與停車選擇裝置、安全保護以及各種運載功能的運輸小車。

18、 機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.3.5 無軌運輸小車無軌運輸小車（一）（一）AGVAGV的構成的構成 （1 1）車體：）車體：車架、減速器、車輪等組成。 （2 2）電源和充電裝置：）電源和充電裝置：24V或48V的蓄電池配有充電 裝置。 （3 3）驅動裝置：）驅動裝置：電動機、減速器、制動器、車輪、 速度控制器等部分組成。 （4 4）轉向裝置：）轉向裝置：鉸軸轉向式、差動轉向式。 （5 5）車上控制裝置：）車上控制裝置：通過通信系統實現小車的監控。 （6 6）通信裝置：）通信裝置：連續方式和分散方式。 （7 7）安全裝置：）安全裝置：接觸式和非接觸式兩類保護裝

19、置。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.3.5 無軌運輸小車無軌運輸小車（二）（二）AGVAGV的導航方式的導航方式（1 1）車外固定路徑引）車外固定路徑引導方式導方式：電磁引導、光學引導、磁帶引導。（2 2）自主引導方式）自主引導方式：行使路徑軌跡推算導向法、慣性導航、環境映射法導航、激光導航、其它導航方式。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.3.5 無軌運輸小車無軌運輸小車（三）（三）AGVAGV設計時應滿足的功能設計時應滿足的功能 （1 1）行走功能）行走功能 （2 2）控制功能）控制功能 （3 3）安全功能）安全功能 （4 4）隨

20、行工作臺的自動裝卸）隨行工作臺的自動裝卸機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.3.6 隨行工作臺站隨行工作臺站隨行工作臺站隨行工作臺站是介于制造單元與自動運輸小車之間的裝置，在制造系統中起過渡作用，也是物流中的一個環節。功能：功能： （1）存放從自動運輸小車送來的隨行工作臺，圖中L。（2）隨行工作臺在存放站上有自動轉移功能，根據系統 的指令，可將隨行工作臺移至緩沖的位置U。（3）當隨行工作臺移至工作位置時（圖中A），工業機器 人可對隨行工作臺上夾持的工件進行裝卸。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院6.4 6.4 自動化倉庫設計自動化倉庫設計 一

21、、自動化倉庫的類型一、自動化倉庫的類型二、自動化倉庫的構成二、自動化倉庫的構成三、自動化倉庫的運行原理三、自動化倉庫的運行原理四、自動化倉庫的規劃與設計四、自動化倉庫的規劃與設計機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.4.1 自動化倉庫的類型自動化倉庫的類型自動化倉庫自動化倉庫是指采用多層貨架，在不直接進行人工處理的情況下能夠自動地存儲和取出物料的系統。又稱立體倉庫又稱立體倉庫，使物流系統的物資調節和物流中心。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.4.1 自動化倉庫的類型自動化倉庫的類型（一）按建筑形式（一）按建筑形式分為整體式和分離式 （二）

22、按貨架構造形式（二）按貨架構造形式分為單元貨格式、貫通式、水平循環式和垂直循環式。 ( (三）按自動化倉庫與生產聯系的緊密程度三）按自動化倉庫與生產聯系的緊密程度分為獨立型、半緊密型和緊密型倉庫（四）按所起作用（四）按所起作用分為生產型倉庫和流通型倉庫機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.4.2 自動化倉庫的構成自動化倉庫的構成（一）土建設施：（一）土建設施：廠方和配套設施。（二）機械裝備：（二）機械裝備：多層貨架、托盤和貨箱、搬運裝 備、存取貨裝備、安全保護裝置、出入庫裝 卸站等。（三）電氣設備：（三）電氣設備：檢測、信息識別、控制、通信、 監控調度、計算機管理、圖

23、像顯示等裝置。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.4.3 自動化倉庫的運行管理自動化倉庫的運行管理現介紹其工作過程工作過程：（一）（一）堆垛機停在巷道起始位置，待入庫的貨物已放置在出入庫裝卸站上，由堆垛機的貨叉將其取到裝卸托盤上。（二）（二）計算機控制堆垛機在巷道行走，裝卸托盤沿堆垛機鉛直導軌升降，自動尋址向存入倉位進行。（三）（三）裝卸托盤到達存入倉庫前，即圖中第四列第四層，裝卸托盤上的貨叉將托盤上的貨物送進存入倉位。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.4.3 自動化倉庫的運行管理自動化倉庫的運行管理現介紹其工作過程工作過程：（四（四)

24、 )堆垛機進行到第五列第二層，到達調出倉位，貨叉將該倉位中的貨物取出，放在裝卸托盤上。（五）（五）堆垛機帶著取出的貨物返回起始位置，貨叉將貨物從裝卸托盤送到出入庫裝卸站。 重復上述動作，直至暫無貨物調入調出的指令，堆垛機就近停在某一位置待命。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.4.4 自動化倉庫的規劃與設計自動化倉庫的規劃與設計規劃與設計步驟：規劃與設計步驟：（一）分析和準備階段（一）分析和準備階段（二）確定貨物單元形式及規格（二）確定貨物單元形式及規格（三）確定自動化倉庫的形式、作業方式和機械裝（三）確定自動化倉庫的形式、作業方式和機械裝 備參數備參數（四）立體倉

25、庫的結構尺寸（四）立體倉庫的結構尺寸 根據單元貨物規格確定貨架整體尺寸和倉庫根據單元貨物規格確定貨架整體尺寸和倉庫 內部布置。內部布置。 （1）確定貨位尺寸和倉庫總體尺寸 （2）確定倉庫的整體布置機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.4.4 自動化倉庫的規劃與設計自動化倉庫的規劃與設計規劃與設計步驟：規劃與設計步驟：（五）確定工藝流程，核算倉庫工作能力（五）確定工藝流程，核算倉庫工作能力 （1）立體倉庫的存取模式：單作業模式和復 合作業模式 （2）出、入庫作業周期的核算（六）提出對土建及公用工程的設計要求（六）提出對土建及公用工程的設計要求（七）選定控制方式（七）選定

26、控制方式（八）選擇倉庫管理方式（八）選擇倉庫管理方式（九）提出自動化裝備的技術參數和配置（九）提出自動化裝備的技術參數和配置（十）方案評價及仿真（十）方案評價及仿真機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院6.5 6.5 工廠物流系統的總體設計工廠物流系統的總體設計 一、資料的收集和分析階段一、資料的收集和分析階段二、工廠總體布局設計二、工廠總體布局設計三、車間布局設計三、車間布局設計四、物流搬運裝備的選擇四、物流搬運裝備的選擇機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.5.1 資料的收集和分析階段資料的收集和分析階段總體規劃與設計一般要解決的四個問題：總體

27、規劃與設計一般要解決的四個問題：廠區規劃；車間工位的合理布局；合理確定庫存量；選擇合理的搬運裝備。資料的收集和分析階段主要包括：資料的收集和分析階段主要包括：（一）工廠的產品分析（二）了解工廠所在地的自然條件（三）確定工廠未來的發展趨勢 機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.5.2 工廠總體布局設計工廠總體布局設計（一）工廠總體布局應滿足的要求（一）工廠總體布局應滿足的要求 （1 1）符合工藝規程）符合工藝規程 基本模式基本模式：按功能規劃廠區、采用系統布 局設計模式 （2 2）適應工廠內外運輸要求）適應工廠內外運輸要求 （3 3）合理用地）合理用地 合理確定道路寬度

28、和建筑物的間距，力求 總體布局疏密得當；組成聯合廠房或多層 ；適當預留發展用地。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.5.2 工廠總體布局設計工廠總體布局設計（一）工廠總體布局應滿足的要求（一）工廠總體布局應滿足的要求 （4 4）善于利用自然條件）善于利用自然條件 良好的自然通風和采光條件；避開隱患，規劃 好廠區設施位置。 （5 5）安全和環境保護）安全和環境保護 安全衛生規范；車間布局在下風側；廠區綠化 及美化環境配置，精密車間遠離振源和污染源。機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.5.2 工廠總體布局設計工廠總體布局設計（二）工廠總體布局

29、設計的基本步驟（二）工廠總體布局設計的基本步驟（1）產品工藝過程分析（2）作業單位之間的物流關系分析 （3）作業單位之間的非物流關系分析（4）作業單位之間的綜合相互關系分析（5）繪制各單位的位置相關圖（6）建立各作業單位的面積相關圖（7）工廠總體平面圖的形成（8）方案評價（加權因素法和費用對比法）機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.5.3 車間布局設計車間布局設計車間設計包括：車間設計包括：工藝設計工藝設計確定加工零件所需的機床、 工夾量具、刀具等物流系統的設計物流系統的設計工位的配置機械制造裝備設計湘潭大學湘潭大學 機械工程學院機械工程學院 6.5.3 車間布局設計車間布局設計（一）車間布局設計的一般原則（一）車間布局設計的一般原則 （1）有車