Транспортные и загрузочные устройства автоматизированного производства

Министерство науки и высшего образования  
Российской Федерации 

Уральский федеральный университет 

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина 

А. В. Богоявленский, И. М. Храмов

ТРАНСПОРТНЫЕ 

И ЗАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА 

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО 
ПРОИЗВОДСТВА

Уч е б н о е  п о со бие 

Под общей редакцией кандидата технических наук,  

доцента А. В. Богоявленского 

Рекомендовано методическим советом 
Уральского федерального университета 
для студентов вуза, обучающихся 
по направлениям подготовки 

15.03.05, 15.04.05 — Конструкторско-технологическое обеспечение 

машиностроительных производств 

Екатеринбург 
Издательство Уральского университета 
2020 

УДК 621.865.89(0.75.8)
ББК 39.9я73
          Б74

Р е ц е н з е нт ы :
профессор А. Г. Гороховский (кафедра автоматизации и инновационных 
технологий УГЛТУ);
канд. техн. наук В. Г. Жураховский (генеральный директор ГК «PLM-
Урал») 

Б74

Богоявленский, А. В.
Транспортные и загрузочные устройства автоматизированного 
производства : учебное пособие / А. В. Богоявленский, 
И. М. Храмов ; под общ. ред. канд. техн. наук, доц. А. В. Богоявленского ; 
М-во науки и высш. образования РФ. — Екатеринбург : 
Изд-во Урал. ун-та, 2020. — 172 с.

ISBN 978-5-7996-3144-4

Учебное пособие составлено на основании опыта преподавания курсов «Металлорежущие 
станки и промышленные роботы», «Транспортно-накопительные системы 
и промышленные роботы», «Конструирование, расчет и САПР станков и станочных 
комплексов» и охватывает материал, касающийся транспортных и загрузочных 
устройств, используемых совместно со станками, автоматами и полуавтоматами в условиях 
автоматизированного производства.
Пособие предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлению 
подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных  
производств», также может быть полезно конструкторам машиностроительных предприятий, 
занимающихся автоматизацией производства.

Библиогр.: 22 назв. Табл. 6. Рис. 123. Прил. 2.

Все иллюстрации, используемые для оформления макета книги, предоставлены авторами.

УДК 621.865.89(0.75.8)
ББК 39.9я73

ISBN 978-5-7996-3144-4
© Уральский федеральный  
     университет, 2020



Оглавление

Введение ................................................................................................5

1. Загрузочно-ориентирующие устройства бункерного типа ..................6
1.1. Способы автоматической загрузки ...........................................7
1.2. Магазинные загрузочные устройства .......................................9
1.3. Бункерные загрузочные устройства .......................................10
1.4. Расчет бункеров .......................................................................11
1.5. Типы бункерных загрузочных устройств ...............................14
Контрольные вопросы к главе 1 ....................................................48

2. Транспортно-загрузочные системы .................................................49
2.1. Лотки транспортно-загрузочных систем ................................51
2.2. Устройства торможения деталей ............................................63
2.3. Накопители деталей в автоматических линиях .....................65
2.4. Системы пространственной ориентации деталей..................71
2.5. Отсекатели автоматических загрузочных устройств ..............85
2.6. Загрузочные приспособления автоматических  
устройств ........................................................................................89
2.7. Общие представления об автооператорах ..............................98
2.8. Автооператоры многошпиндельных токарных  
автоматов ...................................................................................... 103
2.9. Автооператоры с раздельными питателями  
загрузки и выгрузки ..................................................................... 115
2.10. Разгружатели для прутковых автоматов ............................. 119
2.11. Портальные автооператоры ................................................ 122
2.12. Автооператор внутришлифовального станка ..................... 124
2.13. Автооператор зубофрезерного автомата ............................. 125

Оглавление

2.14. Подъемники......................................................................... 126
2.15. Конвейеры ........................................................................... 133
2.16. Расчет производительности транспортных  
устройств ...................................................................................... 143
2.17. Транспортные устройства для удаления стружки .............. 147
2.18. Расчет производительности стружкоуборочных  
конвейеров ................................................................................... 158
Контрольные вопросы к главе 2 .................................................. 159

Список библиографических ссылок .................................................. 160

Приложение 1. Магазинные загрузочные устройства ..................... 162

Приложение 2. Основные типы лотков  .......................................... 168



Введение

В

опросы автоматизации загрузки заготовок для обработки на ме-
таллорежущих станках, а также транспортирования и ориентации 
заготовок в пространстве всегда были актуальны, т. к. 

обеспечивали повышение производительности обработки. Разнообразие 
обрабатываемых деталей, различие в серийности их изготовления 
привело к появлению большого количества устройств, обеспечивавших 
транспортировку, ориентирование, загрузку заготовок. Информация 
о транспортных и загрузочных устройствах приводится в большом 
количестве источников, как правило, в ограниченном объеме. 
Наиболее полно вопросы транспортно-загрузочных устройств применительно 
к станочному оборудованию представлены в следующих 
источниках [1–22].
Учебное пособие ставит своей задачей представить описание типовых 
конструкций устройств, которые могут быть использованы при 
автоматизации транспортно-загрузочных операций реального производства.

1. Загрузочно-ориентирующие устройства бункерного типа

1. Загрузочно-ориентирующие 

устройства бункерного типа

Т

ранспортно-загрузочные устройства занимают особое место 
в общем комплексе механизмов металлорежущих станков, 
автоматических линий и участков металлорежущих станков 

с централизованным управлением от ЭВМ. На первом этапе разви-
тия транспортно-загрузочных устройств были созданы загрузочные 
устройства магазинного типа, в которых ориентирование и загрузка 
заготовок осуществлялись человеком, на втором этапе появились за-
грузочные устройства бункерного типа, которые позволили полностью 
автоматизировать процесс питания как одного станка, так и группы 
станков.
Создание автоматических линий потребовало разработку специ-
альных загрузочных устройств, которые конструктивно были связаны 
со станками, работающими в едином цикле. Необходимость появле-
ния универсальных и мобильных транспортно-загрузочных устройств 
для условий серийного производства привела к созданию промышлен-
ных роботов, применение которых открывает широкие возможности 
для автоматической транспортировки и загрузки заготовок.

Целесообразность применения тех или иных транспортных 
устройств определяет прежде всего их экономическая эффективность, 
а также облегчение условий труда и безопасность работы. Проектиро-
вание и выбор транспортных устройств в основном зависят от заготов-
ки, типа металлорежущих станков, автоматических линий, участков 
и вида производства (массового, крупносерийного, серийного, мел-
косерийного).

1.1.Способыавтоматическойзагрузки

1.1. Способы автоматической загрузки

Для металлорежущих станков характерным является транспор-
тирование штучных заготовок, полученных путем предварительной 
механической обработки, штамповки или методом точного литья.  
Процесс транспортирования заготовок на металлорежущем станке со-
стоит из следующих операций: загрузки (перемещение в бункере, за-
хват манипулятором или роботом, ввод в рабочую зону, их ориентация, 
установка и закрепление) и разгрузки (раскрепление после обработки, 
съем, вывод из рабочей зоны, перемещение на позицию складирова-
ния). На автоматизированных линиях и участках станков с централи-
зованным управлением от ЭВМ процесс транспортирования заготовок 
дополнительно включает: установку на транспортное устройство (вруч-
ную или автоматически), межстаночные перемещения, подъемно- 
транспортные перемещения в магазинах-накопителях и поворотных 
устройствах, складирование.

Основные требования, предъявляемые к транспортным устрой-
ствам: простота конструкции, высокая надежность работы, возмож-
ность накопления требуемого количества заготовок, возможность бы-
строго обнаружения и устранения неисправностей, удобство загрузки 
и разгрузки заготовок, быстродействие, совмещение холостых ходов 
механизмов с рабочим циклом, точность позиционирования.

Загрузочные устройства, в зависимости от способа сосредоточе-

ния в них запаса штучных заготовок, делят на магазинные, штабель-
ные и бункерные (рис. 1.1, а–в [1, с. 70]).

В магазинных устройствах (рис. 1.1, а) заготовки располагаются 

в ориентированном положении в один ряд и подаются в зону обра-
ботки самотеком или принудительно. В зависимости от потребного 
запаса применяют магазины различных форм: прямолинейные (на-
клонные), зигзагообразные, змееобразные (для увеличения емкости 
магазина) и др. Загрузка и ориентирование заготовки производится  
человеком.

Штабельные устройства (рис. 1.1, б), представляющие собой со-

четания магазина и бункера, обеспечивают большой запас изде-
лий, располагающихся в ориентированном положении в несколь-
ко рядов штабелем. Применяются в основном для заготовок типа  
валов и осей.

1. Загрузочно-ориентирующие устройства бункерного типа

В бункерных загрузочных устройствах (БЗУ) (рис. 1.1, в) детали за-

гружаются в неориентированном положении — навалом. Засыпан-
ные в бункер заготовки захватываются и подаются в зону обработки 
поштучно в ориентированном положении (ориентация может быть 
окончательной либо первичной; окончательную ориентацию заготов-
ки получают в процессе дальнейшего транспортирования).

 

Рис. 1.1. Основные типы загрузочных устройств 

Несмотря на то что бункерные устройства наиболее совершен-

ные, с высокой степенью автоматизации, их не всегда можно при-
менять из-за громоздкости, хрупкости подаваемых заготовок или 
склонности их к сцеплению и др. По этой причине обычно применя-
ют все три типа загрузочных устройств как в отдельности, так и в виде  
их комбинаций.

1.2.Магазинныезагрузочныеустройства

1.2. Магазинные загрузочные устройства

При работе автоматических линий с небольшими межоперацион-

ными заделами в качестве накопителей заготовок в ориентированном 
положении служат магазинные устройства. Последние предназна-
чены для укладки и накопления заготовок в количестве, достаточ-
ном для бесперебойной работы станка и транспортировки в питатель.  
Обычно магазины устанавливаются на станке спереди или сзади шпин-
деля или справа от револьверной головки. Расположение магазина 
зависит от типа станка, его формы и выбранного маршрута движе-
ния заготовки. Кроме того, учитывается удобство загрузки заготовок. 
Применение магазинных загрузочных устройств выгодно для деталей 
с достаточно длительным циклом обработки, что позволяет человеку 
обслуживать несколько станков. Кроме того, следует учитывать слож-
ность ориентации заготовки в пространстве.

Габаритные размеры магазина зависят от размеров заготовок и про-

должительности рабочих операций. Поверхности магазина, по кото-
рым происходит скольжение заготовок, в целях уменьшения трения 
подвергаются тщательной механической обработке, а для придания 
им соответствующей твердости и, следовательно, повышения сопро-
тивления износу термически обрабатываются. Обычно одна или две 
стенки магазина выполняются открытыми для удобства наблюдения 
за движением заготовок и возможности их проталкивания вручную 
в случае заклинивания.

Часто магазины изготавливают регулируемыми: боковые стенки 

раздвигаются и сдвигаются. Форма поперечного сечения магазина 
выбирается в соответствии с профилем подаваемых заготовок с уче-
том зазора для их свободного перемещения. Магазины располагают-
ся горизонтально, вертикально или наклонно под углом от 30° до 60°. 
Встречаются также магазины, совершающие колебательное движе-
ние в момент загрузки. Выбор типа и положения магазина зависит 
от его габаритов, удобства загрузки и конфигурации загружаемых  
заготовок.

Перемещение заготовок в магазине осуществляется под действи-
ем их собственного веса или принудительно (грузом, пружиной, си-
лами трения и т. д.).

1. Загрузочно-ориентирующие устройства бункерного типа

Магазины бывают трубчатые, лотковые, фрикционные, дисковые 

и цепные. Типы магазинов в зависимости от конфигурации и разме-
ров подаваемых заготовок, применяемых в автоматических линиях, 
приведены в прил. 1 [12, с. 8–12].

1.3. Бункерные загрузочные устройства

Бункерные загрузочные устройства (БЗУ) применяют для загруз-
ки станков различными деталями: поршневыми пальцами, шквор-
нями, втулками, кольцами, клапанами, болтами, винтами, гайками, 
колпачками и т. д.

БЗУ предназначены для захвата заготовок из общей массы, насы-

панной навалом, и выдачи их по одной или несколько штук в ориен-
тированном положении синхронно с работой станка.

Вид привода, конструктивные элементы механизма захвата и си-

стемы ориентации определяются размерами и конфигурацией заго-
товок, а также требуемой производительностью.

В зависимости от способа подачи заготовок из навала бункера бы-

вают: с поштучной выдачей заготовок, с выдачей заготовок порция-
ми, с непрерывной выдачей заготовок.

Бункерное загрузочно-ориентирующее устройство состоит из груп-

пы механизмов. Состав устройств конкретного БЗУ зависит от детали, 
способа ориентирования и др. В ряде случаев одно устройство может 
совмещать в себе функции нескольких.

В общем случае бункерное загрузочно-ориентирующее устройство 
состоит из: предбункера, бункера, устройства автоматического ориен-
тирования, магазина, отсекателя, питателя, а также устройств, встра-
иваемых в станок: заталкивателя, зажима, выталкивателя и др.

Предбункер предназначен для создания необходимого запаса заготовок, 
обеспечивающих требуемое время непрерывной работы станка, 
и создания благоприятных условий для работы бункера.

Бункер принимает заготовки навалом и выдает их ориентированными 
в пространстве (первичная ориентация).

Лоток служит для транспортирования заготовок между функциональными 
механизмами бункерного загрузочно-ориентирующего 
устройства. Лоток может выполнять функции магазина и устройства 
вторичной ориентации.

1.4.Расчетбункеров

Устройство автоматического ориентирования осуществляет вторичное 
ориентирование заготовок сложной формы.

Магазин принимает, накапливает и сохраняет окончательно ориентированные 
заготовки. Он компенсирует неравномерную производительность 
бункера.

Отсекатель и питатель работают синхронно с рабочими органами 

станка, подавая заготовку в рабочую зону в определенные периоды рабочего 
цикла. Они ориентируют заготовки во времени.

1.4. Расчет бункеров

В бункерных загрузочных устройствах запас деталей размещается 
в бункерах, чаще всего коробчатой формы. Бункера изготавливают 
литыми из чугуна и алюминия или сварными из листовой стали.  
Литыми производятся бункера сложной формы, в которых форма дна 
бункера используется для ориентирования деталей.

Обычно емкость бункерного загрузочного устройства во время работы 
неподвижна, но встречаются БЗУ с вращающимися и качающимися 
бункерами.

Объем бункера зависит от количества деталей, требуемых для бесперебойной 
работы загрузочного устройства в течение заданного промежутка 
времени:

 
V
V
T

t
K
V
V
T Q

K
v
v

Б
Д

шт
Б
Д
или
=
Ч

Ч
=
Ч
Ч
, 

где Vд  — объем одной детали, м 3; Т — промежуток времени непрерывной 
работы бункерного загрузочного устройства между двумя очередными 
загрузками, мин; tшт  — штучное время обработки одной детали 
на станке, мин; K v  — коэффициент объемного заполнения емкости 
бункера в зависимости от формы загружаемых деталей; Q — средняя 
производительность, шт./мин.
Среднюю производительность бункерного загрузочного устройства 

можно подсчитать по следующей формуле:

 
Q
V
K

V
T

v
=
Ч
Ч

Б

Д
.