自动机与自动线 第3版

本教材出版以来，由于紧密结合工程实际，深受普通高校及高职院校学生、企业读者的喜爱，并获得高度评价，不少读者通过邮箱和编者联系，畅谈自己在学习和实践中的收获，提出很多宝贵的建议并期待第3版尽早出版。在教材出版后的十多年间，随着国内制造业的升级，国内自动化装备行业突飞猛进，大批企业迅速填补各种细分行业的空白，机器换人的时代已超出我们原有的想象提早来临。为适应自动化装备行业的发展需要，现对第2版进行了修订和增补。
在第3版修订过程中，考虑到保持原有教材的风格及作为教材应有的稳定性，对教材中的文字、插图进行了全面审查，更正了第2版中的文字错误，修改了部分图例。本次修订本着一看就懂、一看就能动手应用、还要知道为什么要这样用的原则，针对自动化设备中的部分典型、重要结构进行了内容补充，增加了部分重要的图例。考虑到不同层次读者的需求，对部分重要和有代表性的案例进行了深入分析和说明，希望给读者以的帮助。
本教材是一本自动化装备行业的入门教材，既适合本科院校、高职院校机电类专业学生学习，也适合企业读者学习使用，可以帮助他们更快、更好地从事自动化装备结构设计、装配调试、管理维护等岗位技术工作。
自动化技术发展日新月异，新的部件组件也会不断出现，给自动化装备的设计制造提供更大的简化和帮助。虽然对全书进行了全面审核和修改，但教材仍难免有疏漏之处，恳请广大读者通过邮件进一步指正。

李绍炎 2020年9月于深圳

第2版前言

《自动机与自动线》第1版于2007年2月出版，当时该课程在高职院校和本科院校中还基本属于空白。2013年12月，Google公司在美国本土和日本连续集中收购了6家机器人公司。目前，国内学术界普遍认同中国已经到了刘易斯拐点，劳动力成本中长期都将持续上升，这将促进国内以机器人为代表的自动化装备产业需求爆发性发展，中国制造业已进入了“机器换人”的时代。随着我国高等教育和高等职业教育改革的逐步深入，该教材近年来得到了很多高等职业院校和应用型本科院校师生的广泛好评和积极选用，如山东理工大学、湖南大学、杭州职业技术学院等，相继采用本教材新开设了这门专业课，部分院校将它作为学生毕业设计的指导教材，直接采用其中的案例作为学生毕业设计题目。另外，教材的出版在企业读者中也引起了很大反响，很多读者在当当网的网购评价中给予了很高的评价，有读者留言为在大学期间既没有看到这样的教材也没开设这样的课程感到非常遗憾。还有不少读者留言称该教材帮助他们步入了一个全新的行业，成为他们工作中珍贵的入门指导资料。
由于教材主要面向在校学生，当初编写时力求详细、全面，但内容篇幅难免稍多一些，部分内容对在校学生不一定马上就能用得到，例如直线导轨、直线轴承、滚珠丝杠、分度器的选型计算等，但这些内容对企业技术人员却又是非常重要的。另外，目前国内高职院校和本科院校在前期课程“液压与气动技术”中基本没有介绍气缸的选型与安装设计，但这些内容无论对从事自动化设备设计、装配调试还是从事设备管理维护的技术人员而言，都是至关重要的，因此，增加这一部分内容能帮助读者更快地进入岗位技术工作。
为了兼顾学生读者和企业读者的需要，本次再版适当简化了篇幅，删减了凸轮分度器、直线导轨、滚珠丝杠的选型计算，企业读者可以参考上述部件供应商的技术手册。同时，增加了“气缸的选型与安装”一章，希望帮助读者更快地掌握气动技术实际动手能力。
在自动化机械结构的研发方面，编者认为企业技术工作实际上并不鼓励大量的机械结构创新，因为任何机械结构创新都要经过实际案例的使用验证并不断完善，是存在技术风险的，企业的技术工作实际上更注重成熟结构的模仿、借鉴使用，因为成熟的结构都已经过长期生产使用验证和完善，可以放心大胆地使用，教材中介绍可供读者直接模仿使用的大量实际成熟案例，就是基于这种思想。
后，自动化装配涵盖的技术内容非常广泛，这本教材不是针对某一专门内容的专著，而是一本入门教材，帮助初学或初次从事这一行业的读者尽快入门，部分已经具有丰富实际工作经验的读者可以参阅更多的企业技术资料。编者学识有限，难免存在不足之处，欢迎读者通过邮件提出意见或进行交流，以便在下次修订中进一步修改完善。

李绍炎2014年5月于深圳

第1版前言

工业发达国家早在20世纪就广泛实现了制造自动化，各种自动化装备的使用不仅使他们的产品以高性能、高质量一致性等优势在市场竞争中占据领先的地位，同时也大幅提高了他们的工业技术水平和国家综合实力，自动化装备的水平和制造能力代表了一个国家工业技术能力的水平。
改革开放以来，我国先后从国外引进了大量的自动化装备，但因为种种原因多年来我国没有能够像日本、韩国那样从引进、消化吸收中逐步发展形成自动化装备的自主创新能力。目前发达国家将制造业大量转移到我国转而输出技术和品牌，我国虽然已逐步发展成为世界制造业大国，但离制造业强国还有相当大的距离，除产品的自主开发创新能力较差外，自动化装备的自主设计开发能力也较差，不仅许多行业的关键设备仍然主要依靠进口，而且自动化装备的基础行业也几乎被国外产品所垄断。 
国内在自动化装备这一先进制造技术领域的人才培养也严重滞后于制造业发展的需要，制造业急需大量熟悉先进自动化装备的设计与管理人才，但直至目前，国内高等院校及高职高专院校中只有极少数学院设置了相关的专业和课程，有关自动机械原理与设计的教材也极为匮乏，即使是企业的设计人员，要找到一本适合初学者的自学教材也非常困难。
深圳职业技术学院自2001年起即在国内率先设置了相关专业，专门从事自动化装备设计与管理人才的培养，这本教材就是作者在总结多年从事自动机械设计及工程应用经验的基础上编写而成的，其间以讲义的形式先后经过几届学生的教学使用，根据使用效果进行了多次修改完善。本教材的目的就是使从事自动机械学习和工作的初学者尽快掌握自动机械的典型结构组成、工作原理、结构设计方法、标准部件选型步骤及方法、装配调试与维护要领，同时对自动机械总体方案设计、设计制造流程及典型工程应用等有一般了解。
教材的编写按照循序渐进、模块化的思路，第2章介绍自动机械的典型结构组成与工作流程，第3章、第4章介绍自动机械的输送系统（皮带输送系统、链条输送系统、悬挂输送系统），第5章、第6章、第7章分别介绍自动上下料系统（振盘、机械手、间歇输送机构），第8章介绍自动机械中的一种特殊分度装置——凸轮分度器，第9章、第10章分别介绍自动机械中的分隔与换向、定位与夹紧等辅助机构。由于自动机械是典型的模块化结构，大量采用各种标准的基础部件，因此第11章、第12章、第13章分别介绍自动机械中的典型直线运动系统（直线导轨、直线轴承、滚珠丝杠）。由于各种自动机械中大量采用同步带传动及链传动，因此第14章介绍上述两种典型传动系统的设计与装配。在熟悉上述机械结构组成部分的基础上，第16章介绍各种典型自动化专机及自动化生产线的节拍设计原理与方法，使读者初步掌握进行自动机械总体方案设计的过程与方法。为了使读者更容易理解，在此之前在第15章对手工装配流水线的设计过程进行专门介绍。全书的编写以实际应用为原则，对有关的理论仅作简单的介绍，重点介绍实际典型结构、具体的设计计算方法、部件选型步骤及方法、装配调试要点等，每一部分都尽量结合实际工程对象（包括编者从事过的设计与研究项目）进行介绍，配以大量的工程图片、工程案例和例题，为读者提供直观的模仿素材。
全书编写过程中，深圳职业技术学院的有关领导对本书的编写给予了大力支持，中国科学院阳如坤研究员对本书的编写提出了十分宝贵的意见，对全书进行了详细的审核并作序，深圳职业技术学院机电学院朱梅教授、钟健教授提出了许多很好的建议，湖南师范大学邹竹英副教授对全书作了详细的文字校对与修改。日本THK公司北京办事处、日本NSK公司深圳办事处、日本IKO公司深圳代表处、日本三共制作所深圳代表处、天津太敬机电技术有限公司等单位对于本书的编写也给予了大力支持，在此谨向他们表示衷心的感谢！
限于编者水平，加上本课程属于新课程，书中难免存在不妥甚至错误之处，希望有关专家及读者提出宝贵意见。

编者2006年10月于深圳

本书从实际应用的角度系统地介绍了自动机械的模块化结构及工作原理、设计选型方法、装配调试及维护要领等，主要内容为自动机械的结构组成、输送及自动上下料系统、分隔与换向机构、定位与夹紧机构、典型直线运动部件、典型传动系统、自动化专机及自动化生产线的节拍设计原理与方法。

李绍炎，深圳职业技术学院高级工程师，1989年毕业于湖南大学机械制造及其自动化专业；先后在广东科龙电器、深圳新松机器人公司从事自动化装备生产线设计研发工作；2003年进入深圳职业技术学院从事教学工作。

第1章绪论1
1.1实现制造自动化的意义1
1.2国内外制造自动化的水平与现状5
1.3本课程的主要内容7
1.4本课程的学习方法9
思考题与习题12
第2章自动机械的结构组成与工作流程13
2.1自动机械分类13
2.2自动机械的典型结构组成16
2.3自动机械的典型工作流程22
2.4自动机械的设计制造流程23
思考题与习题25
第3章皮带输送线结构原理与设计应用27
3.1皮带输送线的特点及工程应用27
3.2皮带输送线的结构原理与实例29
3.3皮带输送线设计要点33
3.4皮带输送线负载能力分析38
3.5皮带输送线电机选型计算实例41
3.6皮带输送线的调整与使用维护43
3.6.1皮带打滑与跑偏现象及其调整43
3.6.2皮带输送线的日常检查与维护46
思考题与习题46
第4章链条输送线设计原理与应用47
4.1链条输送线主要类型及工程应用47
4.2倍速链输送线48
4.2.1倍速链的结构及工作原理48
4.2.2倍速链输送线的结构及工程应用53
4.3平顶链输送线59
4.3.1平顶链的结构与工作原理59
4.3.2平顶链输送线的结构及工程应用61
4.4悬挂链输送线63
思考题与习题67
第5章振盘送料装置68
5.1振盘的功能与特点68
5.1.1振盘的功能68
5.1.2振盘的应用场合68
5.1.3振盘的特点69
5.2振盘的结构与工作原理70
5.2.1振盘的力学原理70
5.2.2振盘的结构与工作原理71
5.2.3振盘的定向原理73
5.2.4振盘的派生产品——直线送料器79
5.2.5振盘的缓冲功能80
5.3振盘的出料速度要求83
5.4振盘的故障排除方法与维护85
5.5振盘工程应用实例86
5.6适合采用振盘送料的工件实例88
5.7面向振盘送料及自动装配的零件设计90
思考题与习题92
第6章机械手结构原理与设计应用94
6.1机械手的功能与工程应用94
6.1.1机械手的定义94
6.1.2机械手的功能94
6.1.3机械手的典型应用96
6.2机械手的典型运动及结构模式97
6.2.1单自由度摆动机械手97
6.2.2二自由度平移机械手98
6.2.3二自由度摆动机械手99
6.2.4三自由度机械手100
6.3机械手典型结构组成103
6.3.1三自由度机械手的典型结构103
6.3.2机械手的结构共性107
6.4机械手主要性能要求115
6.5机械手的缓冲结构117
思考题与习题122
第7章间歇送料装置124
7.1间歇送料装置的功能与应用124
7.2槽轮机构的结构与应用127
7.3棘轮机构的结构与应用131
7.4棘爪机构的结构与应用133
7.5自动机械中的其他间歇送料机构134
思考题与习题137
第8章凸轮分度器原理与应用138
8.1凸轮分度器的功能138
8.2凸轮分度器的工作原理140
8.3凸轮分度器典型工程应用143
8.4凸轮分度器的节拍分析149
8.5凸轮分度器的配套设计及装配调试152
思考题与习题157
第9章工件的分隔与换向159
9.1工件的暂存与分隔159
9.1.1工件的暂存160
9.1.2工件的分隔163
9.1.3典型工件的分料机构164
9.2工件的定向与换向175
9.2.1工件的定向与换向的概念175
9.2.2定向与换向的方法177
思考题与习题185
第10章工件的定位与夹紧187
10.1工件的定位188
10.1.1定位的基本原理188
10.1.2定位的基本方法191
10.1.3自动机械中的定位机构设计194
10.2自动机械中的典型夹紧方法与机构197
思考题与习题206
第11章直线导轨机构原理与设计应用208
11.1直线运动系统综述208
11.1.1直线运动系统在自动机械中的作用208
11.1.2直线运动系统的结构组成209
11.2直线导轨机构结构与工作原理212
11.2.1直线导轨机构的用途212
11.2.2直线导轨机构的结构与工作原理213
11.2.3直线导轨机构的特点214
11.3直线导轨机构的使用方式216
11.4直线导轨机构的装配调整与维护231
思考题与习题238
第12章直线轴承原理与设计应用240
12.1直线轴承结构与工作原理240
12.1.1直线轴承的用途240
12.1.2直线轴承的结构与工作原理241
12.1.3直线轴承的特点242
12.2直线轴承的使用方式243
12.2.1直线轴承的典型安装方式243
12.2.2直线轴与直线轴承的相对运动方式246
12.2.3同时使用的直线轴与直线轴承数量247
12.2.4直线轴承的承载能力与载荷方向250
12.3直线轴承的选型251
12.3.1直线轴承的选型步骤251
12.3.2直线轴承选型实例255
12.4直线轴承配套件的设计256
12.5直线轴承的装配调整与维护259
思考题与习题260
第13章滚珠丝杠机构原理与设计应用262
13.1滚珠丝杠机构结构与工作原理262
13.1.1滚珠丝杠机构的用途262
13.1.2滚珠丝杠机构的结构与工作原理263
13.2滚珠丝杠机构的端部支承设计275
13.2.1滚珠丝杠机构的端部支承方式275
13.2.2滚珠丝杠机构的装配附件及其选型281
13.3滚珠丝杠机构的装配调整与维护284
13.3.1滚珠丝杠机构的装配调整284
13.3.2滚珠丝杠机构的使用维护287
思考题与习题290
第14章自动机械传动系统设计292
14.1同步带传动原理与设计应用293
14.1.1同步带传动在自动机械中的应用293
14.1.2同步带传动结构原理294
14.1.3同步带传动选型设计步骤与选型实例297
14.1.4同步带传动机构的安装调整与使用维护303
14.2链传动原理与设计应用306
14.2.1链传动在自动机械中的应用306
14.2.2链传动结构原理307
14.2.3链传动设计选型步骤与选型实例310
14.2.4链传动系统的安装调整与使用维护315
思考题与习题317
第15章手工装配流水线节拍分析与工序设计319
15.1手工装配流水线的基本结构319
15.2手工装配流水线节拍分析324
15.3手工装配流水线工序设计与工人数量计算325
思考题与习题332
第16章自动机械节拍分析与工序设计333
16.1由单个装配工作站组成的自动化专机节拍分析333
16.2间歇回转分度式自动化专机节拍分析与设计341
16.2.1间歇回转分度式自动化专机的节拍时间与生产效率342
16.2.2提高间歇回转分度式自动化专机生产效率的途径346
16.2.3电机的配套设计346
16.2.4节拍时间的变化与调整347
16.3连续回转式自动化专机节拍分析348
16.4自动化机械加工生产线结构组成及节拍分析351
16.4.1自动化机械加工生产线结构组成351
16.4.2自动化机械加工生产线节拍分析354
16.5自动化装配生产线结构组成及节拍分析357
16.5.1自动化装配生产线结构组成及形式357
16.5.2自动化装配生产线节拍分析359
16.6自动化生产线工序设计362
16.7自动机械优化设计368
思考题与习题369
第17章气缸的选型与安装371
17.1气缸的选型及安装371
17.1.1气缸系列的选定方法371
17.1.2气缸缸径和行程的选定方法376
17.1.3气缸安装形式及安装附件的选定方法380
17.1.4气缸缓冲形式的选定方法384
17.2气动手指的选型设计386
17.2.1气动手指的选型386
17.2.2夹板的设计方法389
思考题与习题392
参考文献393

本书从实际应用的角度系统地介绍了自动机械的模块化结构及工作原理、设计选型方法、装配调试及维护要领等，主要内容为自动机械的结构组成、输送及自动上下料系统、分隔与换向机构、定位与夹紧机构、典型直线运动部件、典型传动系统、自动化专机及自动化生产线的节拍设计原理与方法。

李绍炎，深圳职业技术学院高级工程师，1989年毕业于湖南大学机械制造及其自动化专业；先后在广东科龙电器、深圳新松机器人公司从事自动化装备生产线设计研发工作；2003年进入深圳职业技术学院从事教学工作。