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經濟型數控車床自動上下料（liào）係統設計（jì）

2017-1-18 來源：遼寧工業大學機械（xiè）工程與（yǔ）自動化學院（yuàn）作者：劉占娟張（zhāng）豔冬

摘要:針對批量加工減震器活塞杆的經濟型（xíng）數控車床人工上（shàng）下料問題,提出了采用自動上（shàng）下料裝置進（jìn）行自動化上下料的方（fāng）案。應（yīng）用SolidWorks 軟件對自動上下料裝置進行了機械結構設計。通過對上下料裝置工作過程及數控加工（gōng）程序的分析,設計了與機床運行（háng）相（xiàng）匹配（pèi）的自動（dòng）上下料（liào）電氣（qì）控製係統。自動上下料係統取代了傳統的手工（gōng）操作,提高了生產過程的自動化程度。該自動（dòng）上下料係統的機械結構比常見的送料機（jī）械手簡單,降低了生產成本。

關鍵詞:上下料係統;數控車床;機（jī）械（xiè）結構;電氣（qì）控製

0.引言

減震器活（huó）塞（sāi）杆是汽車減（jiǎn）震器中重要部件,且是汽車使用過（guò）程中的易損配件,因而市場需求量（liàng）大,需要大批量生產。為（wéi）滿足生產需求,某企業引進了一批經濟型數控車床（chuáng）用於減震（zhèn）器活塞杆的生產。該企業每天要求加工3000 ~4000 件活塞杆,目前采用人工方式裝卸工（gōng）件,工人勞動強度極大,存在較大的安全隱患,且生（shēng）產（chǎn）效率（lǜ）低,產品的質量難以保證。因（yīn）此,為了提高競爭力,企業（yè）迫切要求實現活塞杆（gǎn）上下（xià）料的自動化,將勞動者從機械重複的簡單勞動中解放出來,實（shí）現自動化生產,提高生產效率。隨著國民經濟和科學技（jì）術的不斷發展,實現數控車床的自動化加工也是我國現階發展和國情的需要[1] 。目前,國內已有數控車床自動送料裝置的（de）研究,但（dàn）相對較少,如文獻[2]設計了一種數控車床自動送料裝置,實（shí）現了數（shù）控車床的自動（dòng）上料,但隻能為（wéi）一種直徑的棒料送料,且占地麵積較大;文獻[3]研究了一款數控車削自動送料裝置,實現了數控車床的自動化加工,但隻能（néng）輸送一種長度的細（xì）長軸（zhóu）。針對（duì）數控車床單一的自動送料裝置研究現（xiàn）狀及其存在的問題,本文以（yǐ）SolidWorks 軟件（jiàn）[4] 為開發平台,設（shè）計了一（yī）種新型數控車床自動上（shàng）下（xià）料裝置（zhì）,能夠實現不同直（zhí）徑和長度（dù）的棒（bàng）料的自動（dòng）供料,並設計（jì）了與機床（chuáng）運行相匹配的自動（dòng）上（shàng）下料電氣控製係統。

1.工件的結（jié）構特（tè）點

2.上下料裝置總（zǒng）體結構及工作過程

2. 1　自動上料裝置總（zǒng）體結構

自動上（shàng）料裝置總體結構（gòu）[5-7] 如圖2 所示,自（zì）動上（shàng）料裝（zhuāng）置是利用氣壓缸活塞杆的伸縮運動帶動工件在整個上料裝置中移動,從而把（bǎ）工（gōng）件送入車床主（zhǔ）軸內。

圖2　自動上料（liào）裝置總體結構圖（tú）

該裝置（zhì）底座（zuò）支架上安裝分（fèn）料氣缸、分料槽、料鬥支架和送料氣缸支架,料鬥支架上安裝料鬥、導料槽和輔助落料裝置,送料氣缸通過送料氣缸支架（jià）固定在底座支（zhī）架（jià）上,送料氣缸通過螺紋與上（shàng）料氣缸（gāng）支架連接,上料氣缸支架上安裝上料（liào）氣缸、料筒（tǒng）和定位螺栓。其中分料槽和導料槽槽寬設計可調（diào）,以實現不同軸徑工件（jiàn）的上料;料鬥間距可調,可實現不同長度工（gōng）件的上料;定位（wèi）螺栓伸出量可調,從而保證料筒與分料槽內工件同軸。

圖3　輔助落料裝置（zhì）簡圖（tú）

輔助落料裝（zhuāng）置能為堆（duī）積在料鬥裏的工件順利進入導（dǎo）料槽提供輔助作用,如圖3 所示。氣缸支架通過螺栓與支撐架連接,氣缸支（zhī）架對氣缸起支撐固定（dìng）作用。T型杆安裝在氣缸支（zhī）架與支撐架構成的方孔內,小氣缸活塞杆的一端頂住（zhù）T 型杆,T 型杆隨著活塞杆的上下移動而移動。T 型杆（gǎn）與螺杆通過螺紋連接,螺杆上裝有軸（zhóu）承,軸承通過螺母固定在螺杆兩端。氣（qì）缸推動T型推杆上升,料鬥（dòu）中堆積的工（gōng）件被（bèi）抬高,軸承（chéng）轉動將工件送入導料（liào）槽。

2. 2　自動上下料裝置工作過程

如圖4 所示,自動上下料裝置安裝在數控（kòng）車床主軸箱箱體上,安裝時保證（zhèng）上料氣缸下移至車床主軸中心時料筒軸線（xiàn）與車（chē）床（chuáng）主軸軸線重合。當加工某一批次工件時,根據工件長度,調節料鬥間距和定（dìng）位棒在主（zhǔ）軸內的位置。根據工件直徑,調節導料槽（cáo）和分料槽的寬度,一般分料槽寬要比工（gōng）件直徑大0. 5mm 左（zuǒ）右,才能保（bǎo）證工件在分（fèn）料槽（cáo）內順利移動,同時調節定位螺栓的伸出量,保（bǎo）證送料（liào）氣缸活塞杆縮回後（hòu）,料筒與分料槽內工件同軸。當工件直徑發生變（biàn）化時,料筒內加入相應襯套,確保工件軸線在料筒內的位置不發生變化（huà）。

圖4　自動上下料裝置工作（zuò）過程示意圖上下料協（xié）調工作過程:上下料裝置在工作（zuò）前,工（gōng）人將料鬥內裝滿工件。工作時,工件在輔助落料裝（zhuāng）置的作用下落入分料槽。分料氣缸將工件送（sòng）入料筒後,送料氣缸動作,將工件移至車床主軸,最後上料（liào）氣缸動作,將工件送入（rù）車床主軸內,並經定位棒定位,同時將出（chū）料器中的（de）彈簧拉伸。彈簧夾頭夾緊工件,數控車床根據編好的程序對（duì）工件進行加工（gōng）。加工結束（shù）後（hòu）,彈（dàn）簧夾頭鬆開,工件被出料器彈出（chū）,一次加工結束。

3.自動上下料裝置控製係統設計

3. 1　氣動（dòng）控製回路（lù）的設（shè）計

該裝置中的氣缸全部為內置磁環氣缸,內置磁環的（de）作用是配合外麵的磁性開關工作,及時感應活塞的（de）位置。氣動設計原理[8] 如圖5 所示。其中磁感應開關安裝位置的選擇與控（kòng）製係（xì）統的設計有關。送料氣缸（gāng）推出後需要保持推出狀態不能立即複位,所以選用雙電控三位五通電磁閥控製,其他的都是由單電控二（èr）位五通電磁閥控製。

圖5　自動上料裝（zhuāng）置氣動原（yuán）理圖

3. 2　自動上下料裝置電氣控（kòng）製回路（lù）設計

自動上下料裝置電氣控製（zhì）的設計即多氣缸順序動（dòng）作電氣控製回路的設計,該（gāi）設計需要（yào）考慮（lǜ）自動上下料裝置中氣缸動作與工件加工的數控程（chéng）序（xù）相協調,因此完整的控製包含兩部分:電氣控製[9] 和數控程序輔助（zhù）M 控製[10] 。其中部分氣（qì）缸動作由外接電氣控製回路實現,該電（diàn）氣控製回路的設計需要實現兩個（gè）功能,一是（shì）上料功能,當工件加工完成後（hòu）,控製電路接收信號,自動（dòng）送料氣缸將會按照工作流程動作。二是報警功能,當（dāng）工件沒有順利（lì）進入車（chē）床主軸內或自動送料裝置內沒有工件時,該（gāi）控製回路會（huì）提（tí）示報警,如圖6 所（suǒ）示。

按下啟動按鈕SB1, 輔助繼電器KA0 得電,並自鎖,電路（lù）接通, 中間繼電器KA1 得電,KA1 常開閉合（hé）, 電磁閥YA 得電,分料氣（qì）缸前進分離工件,當分料氣缸運動到磁感應開關SQ1 時,SQ1 常閉斷開,KA1 失（shī）電,分料氣缸退回,同（tóng）時SQ1常開（kāi）閉合, KA2 得電, 自鎖（suǒ）, 電磁閥（fá）YB0 得電, 送料氣缸（gāng）下移送料, 當送料氣缸運動到磁感應開關SQ4 時,SQ4常閉斷開, KA2、YB0 失電,SQ4 常開閉合,KA3 得電,KA3 常開閉合,電（diàn）磁閥YC 得電,上料氣缸動作,將工件送入車床主軸內,並（bìng）通過定位棒定位,同時出料器被工件頂（dǐng）出（chū）,彈簧被拉伸。安裝在出料器前方的光電開關SQ6 感應,SQ6 常開閉合,KA6 得電,該（gāi）信號（hào）通過導線傳遞（dì）給數控車（chē）床的控製係統,彈（dàn）簧夾頭在該信號的作用下夾緊,將控製彈簧夾頭的繼電器KA9 的一個常閉觸點延出,當程序運行到（dào）M10 指令時,KA9 常閉斷開,KA3 失電,電磁（cí）閥YC 斷電,上（shàng）料氣缸退（tuì）回。當氣缸運動到磁（cí）感應開關SQ5 時（shí）,KA4 得電,電磁閥YB1 得電,送（sòng）料氣缸上移,當送料氣缸運（yùn）動到磁感應開關SQ3 時,SQ3 常閉斷開,KA4 失電,電磁閥YB1 斷電。數控車床開始對工件加工,加工完畢後,彈（dàn）簧夾頭鬆開,工件在出料器的作用下彈出,出（chū）料器在（zài）彈簧（huáng）的作用下恢複原位,光電開（kāi）關SQ6 失去感應,斷（duàn）開的SQ6 再（zài）次閉合,由於各氣缸（gāng）均處在初始狀態,所以常閉SQ1 閉合,常開SQ3 和SQ5 閉（bì）合,KA1 再次得電,自動上下料裝置開始進行下一輪的送料工作。

輔助落料氣缸的（de）動作是通過中間繼電器KA5 和時間繼電器KT0 實現。當（dāng）KA1 得電後,中間繼電器KA5 得電（diàn）並自鎖,KA5 常開閉合,電磁（cí）閥YD 得電（diàn）,輔助（zhù）落料氣缸上移,當氣缸（gāng）運動（dòng）到磁感應開關SQ2,時間繼電器KT0 得電,開（kāi）始計時,計時時間要大於分料氣缸的循（xún）環時間,以保（bǎo）證落（luò）料的順利（lì）進行。當（dāng）KT0 時間到,KT0 常閉延時斷開,KA5 線圈失電,電磁閥YD 失電,氣缸退回。

送料氣缸動作後（hòu）,報警係統也開始（shǐ）工作。KA1 得電（diàn）後（hòu）,中間繼電器KA7 得電並自鎖,同時時間繼（jì）電器KT1 得（dé）電,開（kāi）始計時,計時時間為完（wán）成一次送料的時間。當（dāng）KT1 時間到,KT1 常開延時斷（duàn）合,車床主軸內若（ruò）無工（gōng）件送入,SQ6 常閉保持閉合,KA8 線圈失電並自鎖,KA8 常開閉合,報警器開始報警。

與自動送料電氣控製相適（shì）應的數控加工程序如表1 所示

表1　數控加工程（chéng）序

數控程序輔助M 控製是實現機床運行與自（zì）動上下料電氣控製協調工作的關鍵。通過增加數控程序中的M10 指令,實現繼電器KA9 對自動送料電氣回路的控製。彈（dàn）簧夾（jiá）頭夾緊工件後,數控加工並沒有立刻（kè）進行,而是延時,待送料（liào）氣缸退回後才開始加工工件。加工完畢,程序運行到M11 指令,常（cháng）閉（bì）SQ6 失電閉合,中（zhōng）間繼電器KA1 重新（xīn）得電,送（sòng）料工作（zuò）再次（cì）開始,由此將自動上下料驅動指令（lìng）與數控車床整體（tǐ）運（yùn）行加工相融合。

4.結束語

為大批量生（shēng）產（chǎn）減震器活塞杆的經濟型數控車床設（shè）計了一個氣動自動上下料裝置（zhì）,並通過對數（shù）控（kòng）加工過程進行分析研究,設計（jì）了與機床加工程序相適應的電氣控製回路和數控輔助控製。該裝置（zhì）提高（gāo）了生產過程中（zhōng）的自（zì）動化程度,提高了產品（pǐn）的（de）一致（zhì）性,且一人可同時照看2 台車床,大幅度提（tí）高了生產效率,降低了工人勞動強度,減少企業人工（gōng）成本支出。而且由於上（shàng）下料裝置的動力源為（wéi）壓縮空氣,因（yīn）此維護保養（yǎng）容易,無汙染。通過對自動上下料裝置調節,可以實現不同規格工件的加工,使用範圍廣泛。本設計已在某汽車零部件有限公（gōng）司投入使用

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