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一種用於數控車床的拉式自動送料技術

2021-3-3 來源：中航飛機起落架公司西安航光儀器廠作者：郭輝（huī）沈勇何多（duō）政馬程

摘要：在具有液壓卡盤係統或安裝主軸卡管附件的數控車床中，可通過輔（fǔ）助元（yuán）件（jiàn）拉動工件實現自動上（shàng）料操作。為了實現（xiàn）自動送料，設計了一款通過螺紋聯（lián）接（jiē）的送料器，由夾持接頭和基座兩部分（fèn）組成，其中夾持接（jiē）頭根據結構特點分為三點送料夾持接頭（tóu）、強磁送料夾持接頭和Ｏ型圈管料夾持接頭。送料器配合預設的ＮＣ程序代碼，可在數控車床完成自動進料，多件流水加工，還能對工件一次裝夾完成車、鏜、鑽、擴孔、鉸（jiǎo）孔及攻絲等加工操作（zuò），不（bú）但能保（bǎo）證產品加工精度，而且可以大大減少輔助時間，降低勞動強度，提高生產（chǎn）效率。其結構簡單，體積小（xiǎo），安裝方（fāng）便，不需要額外采購設備附件，特別（bié）適宜在大、中（zhōng）、小機械加（jiā）工（gōng）企業中進行推廣。

關（guān）鍵詞：數控車床；液壓卡盤（pán）；自動送料；流水加工；數（shù）控程序；自動化生產

機械行業（yè）加工中，送料（liào）方式主要為手工模式，即一人一機或一（yī）人多機單件上料加工，輔助準備時間長，生產效率低。自動送（sòng）料顧（gù）名思（sī）義就是能自動按（àn）規定要求、既定程序進（jìn）行運作，將物品從一個位置送到另一個位置，期間不需要人為（wéi）幹涉即可自動準確地完成送料環節。自動送料主要用於（yú）各類（lèi）材料和工業產品、半成品的輸送，也可以配合下道（dào）工序實現自（zì）動化（huà）生產。當前國內外應用較（jiào）為廣泛的是（shì）油浴送料機，可配套各類加工機床使用，實現多品種材料的自動送料功能。

１、拉式自動送料器的自動送料原理（lǐ）

拉式送料器通過拉取方（fāng）式實現自動給料，應用的數控車床（chuáng）需具有液壓卡盤係統（或主軸卡管附件），再配合預設的ＮＣ程序代碼即（jí）可完成自動進料、多件流水加工［３］。拉式送料器主要應用在幾何特征規則的材料上，如棒料、管料（liào）和方料等。

１．１自動送料操作流程

首先，在數控車床工（gōng）作時，將棒料或管料夾持在液壓卡盤中並夾緊，在操（cāo）作麵板上輸入對刀參數等相關信息；然後調整刀架處於安全距離，將刀座（或刀塔）刀位切換（huàn）到拉式送料器（根據材料（liào）選擇送料器（qì）），徑（jìng）向（xiàng）調整Ｘ值至零，沿－Ｚ軸方向移動送料器，與卡盤中的棒（bàng）料（liào）或管料軸向（xiàng）發生微小衝擊，使工件卡入送（sòng）料器中（zhōng），鬆開液壓（yā）卡盤，沿＋Ｚ軸方向移動（dòng）拉式送料器一個特定長度，並隨後鎖緊（jǐn）液壓（yā）卡盤，再沿＋Ｚ軸（zhóu）方向移動拉式送料器保（bǎo）證棒料或管料與其完全脫離（lí），即（jí）完成一個自動上料環節；最後執（zhí）行工件的加工環節。依次循環執行上述步驟（zhòu）即可實現一次

人工上（shàng）料多件流水加工的操作。

１．２　自動送料ＮＣ流程

自動送料ＮＣ代碼包含（hán）主程序、上料程序、加工程序和返回機（jī）床原點程序４部分。主程（chéng）序依次調用上料、加工程序，完成相應的自動送料和切削（xuē）任務。在切削任務完成後，且上料次數等於設置值（zhí）時，機床執（zhí）行（háng）上料、加工操作。

式中（zhōng），上料次數間（jiān）接等於工件流水加工的次數；總料長是指多件下料的總長度，單位為ｍｍ；單件料長是指工藝設計的包含工件的毛（máo）坯長（zhǎng）度，單位為ｍｍ；料頭長度是指切削過程中工件夾（jiá）持部分的長度，一般取值為２０～４０ｍｍ。２　自動送（sòng）料（liào）器的組成

２．１　自動送料（liào）器的送料夾持接頭

自動送（sòng）料器由夾持接頭和基座兩部分（fèn）組成，其中基（jī）座采用非鐵磁不鏽鋼材料。基座（zuò）與夾持接頭采用螺紋聯接，構成送料器元件。夾持接頭根據（jù）自身結構特點分為三點送料夾持接頭、強磁送料（liào）夾持接頭和Ｏ型圈管料夾持（chí）接頭。

２．１．１　三點送料夾持接頭

三點送（sòng）料夾持接頭（見圖１）由滾珠、彈簧、螺帽（mào）和三點夾持頭４部分組成。三點送料器借助滾珠受擠壓在其接觸麵產生摩擦力（lì），進而抱緊工件材料實現拉料操作。

圖（tú）１　三點送料夾持接頭

２．１．２　強磁送（sòng）料夾持接頭

強（qiáng）磁送料夾持接頭（見圖２）是由尼龍罩套（tào）、強力磁鐵和海綿３部分組成。強磁（cí）送料器借助磁力（lì）吸引實現（xiàn）自動進料。

圖２　強磁送料夾（jiá）持接頭

２．１．３　Ｏ型圈管料夾持接頭

Ｏ型圈管料夾持接頭（見圖３）是由端蓋、Ｏ型圈（２個）和快換接頭３部分組成。上料原理（lǐ）與三點送料器相似，通過Ｏ型圈壓（yā）縮（suō）變形產生的摩擦力來實現。

圖３　Ｏ型圈管料夾持接頭

２．２　自動送料操作具體實現步驟

僅（jǐn）以強磁送料器實現自（zì）動進料進行闡述：在首（shǒu）件工件加工前，鬆開夾持工（gōng）件的液壓卡盤，調整強磁送料器與材料處於同一軸線位置，沿－Ｚ軸緩（huǎn）慢移動（dòng）送料器與卡盤端（duān）麵貼合，稍停１ｓ後，沿＋Ｚ軸移動強磁送料器一個工件Ｌ＋（０～５）ｍｍ長度，工件（jiàn）受磁力吸引與強磁送（sòng）料器同步運動，隨後鎖緊卡盤，一個自動進料動作結束。具（jù）體步驟如下。

步驟１（見圖４）：左端（duān）為液壓卡盤，棒料或管料材料夾（jiá）持在液壓卡盤中。右側為裝在刀架中的強磁送料器（qì），基座固定在刀座中。

圖４　步驟

圖４步（bù）驟１步驟２（見圖５）：鬆開夾持工件的（de）液壓卡盤，送料器沿（yán）－Ｚ軸緩慢移動與卡盤端麵貼合（工件壓入液壓卡盤（pán）內孔中），稍停１ｓ後，沿＋Ｚ軸移（yí）動強磁送料器一個工件（jiàn）Ｌ＋（

０～５）ｍｍ長度，工件受磁力吸引與強磁送料器同步（bù）運動Ｌ＋（０～５）ｍｍ長度後，停１ｓ。

ａ）送料器與卡盤端麵貼合示意圖

ｂ）送料器與卡（kǎ）盤端麵貼合實（shí）物圖

ｃ）工件與強磁送料器同（tóng）步運動示意圖

ｄ）工件與強磁送料器同步（bù）運動實物圖

圖５　步驟２

步驟３（見圖６）：鎖緊夾持（chí）工件的液壓（yā）卡盤，送料器沿＋Ｚ軸移動到安全距離後，第１次上料結束。

圖６　步驟３

步驟４：調用切削刀具進行工件加工，當工件加工結束後切斷，再次調用（yòng）送料器，按照步驟２和步驟３進行上料。

２．３　送料器基座優（yōu）化

在數控機床（chuáng）未配備液壓卡盤而采用主（zhǔ）軸卡管方（fāng）式實現自動送料時（shí），為了避免（miǎn）因加持力不穩定、工件毛坯偏擺與送料（liào）器發生（shēng）剛性碰（pèng）撞，而（ér）引發機床操作故障，需對送料器（qì）基座結構（gòu）進行結構優（yōu）化。優化後的基座由５部（bù）分組成（見圖７），通過內置彈簧避免工件毛坯與送料器發生剛（gāng）性碰撞，同時對（duì）於強磁送料器而言，還可（kě）以（yǐ）通過彈簧彈性恢複時（shí）的（de）衝擊慣性，去（qù）除吸附在罩套外部的鐵屑［４］。

圖７　優化後的基座結構

３　、送料器應用場合及案（àn）例剖析

３．１　應用場合

自動送料器在使用中，可根據加工材料的幾何特征，選用不同結構的夾持接頭。對於（yú）棒料而（ér）言，可根據材料直徑選用（yòng）不同規格區間的（de）三點送料器（qì）；對於管材（cái），可根（gēn）據材（cái）料孔徑值（zhí）選用不同規格的（de）Ｏ型圈管材夾持接頭；但對（duì）於導磁材料（如導磁的方料、棒料或管料）隻需（xū）一個強磁夾持接頭（注意：采用強磁送料器進行加（jiā）工（gōng）過的部（bù）分液（yè）壓附件產品或用於控製方麵的零部件（jiàn），應在工藝過（guò）程中安排去磁工序）。自動送料器具體應用場合見表１。

表１　自動送料器應用場合

３．２　自動送料代碼

采用強（qiáng）磁（cí）送料器流水加工時，主（zhǔ）要（yào）的送料ＮＣ代碼如下：

上述（shù）程序中，Ｐ０００５為調用一次０００５加（jiā）工工件的子程序，根（gēn）據具體情況設置相關ＮＣ代（dài）碼。Ｍ９８Ｐ１５００１４代碼中，Ｍ９８是指子程序調用（yòng），１５００是子程（chéng）序代號，１４是調（diào）用次數。上述送料ＮＣ代碼僅針對（duì）法蘭克係統適用。當采用三點送料器（qì）、Ｏ型圈管（guǎn）材送料器實現自動送（sòng）料時，上料程序中需將卡盤鬆開Ｍ２１、卡盤加緊Ｍ２２指令對（duì）調。同時，在使用強磁送料器時，＃５００賦值（zhí）可（kě）直接（jiē）設（shè）置為工（gōng）件切斷長度；在使用三點送料（liào）器時，＃５００賦值需在工件切斷長度的基礎上增加滾珠中心到端麵的值；在使用Ｏ型圈管材送料器時，＃５００賦值需（xū）在工件切斷長度（dù）的基礎上增加Ｏ型圈中心到端麵的值。

４、結語

送料器配合（hé）數控車床（如車削中心等）自動（dòng）換刀、進給功能可實現（xiàn）多件流水化作業，工件在一次裝夾情況下，可完成車（chē）、鏜、鑽、擴孔、鉸孔及攻絲等相應加工［５－８］，既可以保證加工精度，又可以（yǐ）大大減少（shǎo）輔助時間，降低勞動強度，提高生產效（xiào）率。送（sòng）料器切換容易，送料平穩，推廣應用在具（jù）有液壓卡盤的數控車床、車削中心、銑複合中心設備中，可自動上料、多（duō）件流水加工，實（shí）現數字（zì）化製造。自（zì）動送料方法與拉式送料器（qì）特別適合在大、中、小機械加工企業（yè）進行推廣，且具有巨大的市場價值和（hé）潛在（zài）的社會、經濟效益。

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