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自動化機構作業-淺析自動上料裝置
淺析自動上料裝置
摘要：自動上料裝置通常由供料器、隔離機構、分路機構、合路機構、上料機構及機構等所組成。其中，供料器、隔離機構及上料機構是其最基本的三個組成部分。各機構之間的連接通常使用料道或其它輸送機構。在實際應用中，上述各機構往往不是彼此獨立的，有時一個機構既能將工件隔離又能將其分路，或既能將工件隔離又能上料。本文從自動化機械入手，舉例供料器、隔離機構、上料機構的一些實例和分析，以及國民生產中幾個創新性實用性極高的自動上料機械以供學習交流。
1引言
工件機械加工的自動化可分為半自動、全自動、完全自動三種形式，半自動是指工件的裝卸利用人工操作，只有加工過程自動化；全自動話是以手工將工件填裝入滑槽或料倉，裝卸、加工全部自動化的機械；完全自動化是用有工件整理能力的進料器、料斗等對滑槽或料倉供給工件，而且可一次對進料器供給大量工件。
以前設計機械，只需要滿足機能，成本低廉即可，先進為了提高生產效率，還必須考慮自動化程度，設計成可自動化供給，在設計中工序越少越好。雖然自動供給方式有眾多優勢，但并不是所有零件都適用，工件產量少、種類多、不允許外觀有劃痕破損等情況都不適合用自動供給裝置，但可考慮半自動化。 2 供料器
2.1振動式供料器
振動式進料器是漏斗式進料器中最常見的形式，其原理是給電磁鐵通脈沖電壓，電磁鐵使旋渦盤振動，振動彈簧與旋渦盤配合實現垂直軸周圍的角振動，工件借助與軌道的摩擦力和間歇性的振動過程實現工件的運送。振動式供料器在工件進料器中通用性最大；動作平穩，工件劃傷程度低且易調整工件供給速度 圖1與圖2是兩種種振動式供料器的舉例，圖3是振動供料器的一種直接應用，即電磁振動篩，常用于藥片（錠狀物）的篩分。只需要將需篩選物大量投入料斗，將會自動從料斗下端依次流出進行篩分。
圖1 旋轉式振動供料器 圖2 直進式振動供料器
圖3 振動供料器的應用
2.2旋轉式料斗供料器
旋轉式供料器，一般情況下是料斗的旋轉運動作為主運動，工件再以某種形態通過滑槽或者導軌進行運送，可供工件數量多，但工件間摩擦大，工件易產生磨痕。以下是兩種典型旋轉式供料器。
圖4 滾筒型旋轉供料器 圖5 磁鐵式旋轉供料器
2.3往復式供料器
往復式供料器是通過機構的往復運動，將工件分離出來，再通過一定形狀的滑槽，運送至加工機械，以下是兩種往復式供料器。圖6為推上式供料裝置，一帶斜槽的垂直板在料斗內升降，工件由傾斜軌道帶至最高處通過滑槽流出，適于圓筒狀、環狀、球狀工件。圖7為掏上式供給裝置，圓弧板以一點為中心上下往復運動，其他原理同推上式。往復式供料器損傷少于旋轉式，但也不能避免劃傷。
圖6 推上式供料裝置 圖7 掏上式供料裝置
以上介紹了三種常見供料器，另外還有噴氣式、升降式、柱塞式等等，不再過多贅述。
3 隔離機構
在自動上料裝置中，自動排列整齊的工件在前往加工機械或裝配機械時，需要工件的隔離過程，對各種形狀工件自由進行隔離并非易事，必須依工件的形狀、材質、重量等多方面進行設計。
3.1利用分度臺的隔離裝置
圖8 側向分度臺隔離裝置 圖9 縱向分度臺隔離裝置
上圖為利用分度臺的工件隔離裝置，圖8是從側向，圖9是從上方進行隔離供給。側向供給時，工件的移動是借助滑槽內工件重量推入分度臺，縱向供給工件也是利用工件的重力供料。
3.2錨形隔離裝置
圖10 餅狀工件隔離裝置 圖11 帶凸臺軸類工件隔離裝置
工件在滑槽中并列時，工件間若需要間隙，很適合錨形裝置，錨的前指放開工件，后指阻擋后面的工件；前指阻擋工件時，后指放開補充，周期性的逐個分離工件，還可改變錨的設計用以隔離2個或多個工件，其驅動設備可以是電磁、凸輪、氣缸等。
3.3利用往復臺的隔離裝置
圖12 拉臂型往復隔離裝置 圖13 板彈簧往復隔離裝置
拉臂型往復臺隔離裝置，拉臂上的分離槽運動至料倉下方時，工件嵌入分離槽中，往復運動，實現工件的隔離。可修改分離槽的深度以適應每次分離工件的個數。圖13所示裝置通過搬運臺的分離槽將工件拉出，板彈簧的作用是防止后續工件流出，不需再另做分離剪，簡單實用。
隔離裝置的設計也有許多種，夾指型、蝸桿型、皮帶型等等，根據不同的工件形態、要求有千千萬萬中設計，在這里著重介紹以上三種。
4 上料機構
工件的上料通常是指將定向排列好的工件裝入加工機械夾具中的作業，是自
動上料裝置中最為復雜的一環。上料機構的設計，關鍵在于根據工件的形狀、重量、特性及加工機械的夾具等選擇最適當的上料方法。下面介紹兩種種典型的上料機構。
4.1頂桿式上料機構
圖14為滑板頂桿式上料機構，滑板的端部鉸接有帶承料槽的托板，當料倉中的工件落入承料槽時，托板可沿逆時針轉動微小角度，故沖擊力不直接作用在滑板上。隨著滑板向前運動，承料槽中的工件與料倉中的其他工件分離，同時托板在彈簧片的作用下復位；當工件被送至上料位置后，頂桿將其推入彈簧夾頭中。
圖14 滑板頂桿式上料機構
圖15為搖塊頂桿式上料機構，當搖塊順時針擺動使其上的槽口對準料道出口時蓋板將壓板頂開，一個工件落入槽內。當搖塊逆時針擺動時，隔料圓弧將后續工件擋住，同時壓板在彈簧的作用下將槽中工件夾緊；搖塊擺至上料位置，頂桿由氣缸驅動將工件推入彈簧夾頭中。
由于工件在槽內被夾緊，故搖塊能以較高速度擺動。
圖15 搖塊頂桿式上料機構
4.2機械手式上料機構
下圖為一種機械手式上料機構示意圖，目的為向分度轉臺上料，機械手逆時針、向下運動，抓取工件，談后上提，順時針轉動，到限位點向下，將工件安裝在分度盤上。這種上料方式機構穩定，定位十分準確。
圖16 機械手式上料機構
每一種不同的工件都可以為其設計對應的上料機構，以上兩類極為常用。除了這兩類，還有推桿式、滑塊式、真空吸盤式、凸輪驅動式等等，在這里不再一一概述。
5生產中自動上料裝置設計
前面介紹了自動上料裝置的三個重要組成部分，下面介紹幾種在實際生產中創新性和實用性很強的幾例上料裝置。
5.1椰子剝衣機自動上料機構 手工剝除椰衣效率低，危險性大，椰子剝衣機自動上料的實現提高了生產效率，降低了生產成本。該椰子剝衣上料機構由傳送機構、機械手、掃板機構組成。機械手的作用是夾持拖動椰子，掃板機構用來清除剝下來的椰皮。其結構簡圖如下所示：
9 8 7 4 1 2 3
1.椰子 2.傳送機構側擋板 3.傳送帶 4.信號發射器 5.傳送機構后擋板 6.電動機
7.傳送機構前擋板 8.椰子剝衣機 9.掃板機構 10.機械手 11.氣動控制側擋板
圖17 上料機構正視簡圖
椰子經過人工初選，大小一致的運送到傳送帶，由傳送帶帶動椰子前進。在遇到傳送機構后擋板５時被擋住，等待擋板打開。在傳送機構后擋板５和前擋板７之間（稱為待剝區）有一個待剝的椰子，將由一對機械手10抓取并運送至傳送帶正前方的椰子剝衣機８的托盤上。當該椰子被放置于托盤上時由壓力傳感器產生信號使傳送機構后擋板５快速開啟閉合，允許下一個椰子通過并進入待剝區。在剝衣機托盤上被剝完的椰子由掃板機構９的掃板掃入置于剝衣機左右兩側的收集箱中。
876
1 2
5 3 4
1.機械手運動縱導軌 2.機械手 3.氣動控制側擋板 4.信號接收器
5.信號發射器 6.機械手運動橫導軌 7椰子剝衣機 8.掃板機構
圖18 上料機構俯視簡圖
該設計解決了某種椰子剝衣機的椰子上料環節因人工送料而帶來的效率不高，自動化程度低等問題，帶來了很高的經濟效益，值得推廣。
5.2禽蛋自動上料裝置
為了打開國際市場，我們應該對禽蛋進行包括清洗、品質檢測、分級、包裝等工序在內的商品化處理。現有一由彎道料斗、滑道和落蛋隔離機構組成的禽蛋自動上料裝置。結構簡圖如圖19所示：
1.可調雙頭螺柱 2.料斗支架 3.料斗 4.料斗門 5.滑道 6.落蛋平臺
7.禽蛋 8.落蛋隔離機構 9.落蛋口 10.分級機輸送帶
圖19 禽蛋自動上料裝置簡圖
先在滑道中依次放置、布滿禽蛋 ,啟動主分級機,當蛋托上的禽蛋隨輸送帶
通過接近開關時,接近開關產生感應電信號,經集成定時器組成的單穩態觸發器進行脈沖整形和定時控制,再輸出信號啟動推拉電磁鐵動作,將落料口打開, 滑道最右端落料口上的禽蛋便準確地落到輸送帶的蛋托上,進行下一步的分級操作;電磁鐵失電,落料口迅速關閉。落下一個蛋后,滑道上的禽蛋在自重和后續推力作用下,沿水平方向依次向右滾動一個蛋的短軸距離料斗底部最下端的禽蛋在壓力作用下從出蛋口滾到滑道上,以等待下一步運作,完成一個上蛋循環。
其中應注意幾點：上料前應在滑道內布滿禽蛋，防止禽蛋因碰撞碎裂；一個料斗沒有禽蛋了后應立即更換裝滿禽蛋的料斗。 另外，為了避免堵蛋、碰撞、滯蛋情況的產生，將料斗及溜道、滑道做了以下設計：
（a） （b） （c）
圖20 （a）料斗及溜道 （b）溜道上截面 （c）滑道設計
該設計利用禽蛋本身的物理特性、運動學特性設計的自動上料裝置，實現了上料自動化，值得推廣。
6結論
當今工業發達國家，自動上料裝置在各類制造業中比比皆是，生產過程的自動化不僅大大提高了生產率，把人們從繁重的勞動中解脫出來；而且對提高產品質量，降低成本、促進產業結構的合理化起到了積極的作用。在學習了機械制造自動化機構及其應用這門課程后，更是對自動化機構的設計產生了濃烈的興趣，在生活中也有許多實用、巧妙的自動化裝置值得去發現，去學習，也有很多問題等待我們去解決。總之，在這門課程中，興趣多多，收獲多多。希望自己將來能夠在這個方面為社會創造價值。
參考文獻
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