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經濟型數控車床自動上下料係（xì）統（tǒng）設計

2017-1-18 來源：遼寧工業大學機械工程與自動化學（xué）院作者：劉占（zhàn）娟張豔冬

摘要:針對批量（liàng）加工減震器活塞杆的（de）經濟型數（shù）控車床人工上下（xià）料問題,提出了采用自動上下料裝置進行自動化上下料的方案。應用SolidWorks 軟件（jiàn）對自動上下料裝置進行了機械結構設計（jì）。通過對上（shàng）下料裝置工作過程（chéng）及數控加工程序（xù）的分析,設計了與機床運行相匹配的（de）自動上下料電氣控製係統。自動上下料係統取代了傳統的手工操作,提高了生產過程的自動化程度。該自動上下料係統的機械結構（gòu）比常見的送料機械手簡單,降低了生產成本。

關鍵詞:上下料係統;數控車床;機械結構;電氣控製

0.引言

減（jiǎn）震器活塞杆是汽車減震器中重要（yào）部（bù）件,且是汽車（chē）使用過程中（zhōng）的易損配件,因而（ér）市場需求量大（dà）,需（xū）要大批量生產。為滿（mǎn）足生產需求,某企業引進了一批經濟型數控車床用於減震器活塞杆的生產。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件,工人勞動強度（dù）極大,存在較大的安全隱患,且生產（chǎn）效率低,產品（pǐn）的質量難以保證（zhèng）。因此（cǐ）,為了提高競爭力,企業迫切要求實現活塞（sāi）杆上下料的自動化,將勞動者從機械重複（fù）的簡（jiǎn）單勞動中解放出來,實現自動化生產,提高生產效率。隨著國民經濟和科學（xué）技術（shù）的不斷發展,實（shí）現數控車床的自動（dòng）化加工也是我國（guó）現階發展和（hé）國情的需（xū）要[1] 。目前,國內已有數控車床（chuáng）自動送料裝（zhuāng）置的研（yán）究,但相對較少,如（rú）文獻[2]設計（jì）了一種數（shù）控車床自動送料裝置,實現了數控車床的自動上料,但隻能為一種直徑的棒料送（sòng）料,且占地麵積較大;文獻[3]研究了一款數（shù）控車削自動送料裝置,實（shí）現了數控車床的自動化加工,但隻能輸送一種長度的細長軸（zhóu）。針對數（shù）控車床單一（yī）的自動送料裝置研（yán）究現狀及其存在的問題,本文以SolidWorks 軟件[4] 為開發（fā）平台,設計（jì）了一種新型數控車（chē）床自動上下料裝置,能夠實現（xiàn）不同直徑和（hé）長度（dù）的棒料的自動供料,並設（shè）計了與機床運行（háng）相匹配的自動上下料電氣控（kòng）製係統。

1.工件的結構特點

2.上下料裝置總體結構（gòu）及工作過程

2. 1　自動上料裝置總體結構

自動上料（liào）裝置總體結構[5-7] 如圖2 所示（shì）,自動上料裝置（zhì）是利用氣（qì）壓缸活塞杆的伸縮（suō）運動帶動工件在整個上料裝置中移動（dòng）,從而把工件送入車床主軸內（nèi）。

圖2　自動上料裝置總體（tǐ）結構圖

該裝置底（dǐ）座（zuò）支架（jià）上安裝分料氣缸、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（liào）槽和輔助落料裝置,送料氣（qì）缸通過送料氣缸（gāng）支架固定在底（dǐ）座（zuò）支架上,送（sòng）料氣缸通過螺紋與上料氣缸（gāng）支（zhī）架連接,上料氣缸支架（jià）上安裝上料氣缸、料筒和定（dìng）位（wèi）螺栓。其中分料槽和導料槽槽寬設計可調（diào）,以實現不（bú）同軸徑工件的上料;料鬥間距可調（diào）,可實現不同長度工件的上料;定位（wèi）螺栓（shuān）伸出量可調,從而保（bǎo）證料筒與分料槽內工（gōng）件同軸。

圖（tú）3　輔助落料（liào）裝置簡（jiǎn）圖

輔助落（luò）料（liào）裝置能為堆積在料鬥裏的工件順利進入導料槽提供輔助（zhù）作用,如（rú）圖3 所示（shì）。氣缸支架通過螺栓與支撐架連接,氣缸（gāng）支架對氣缸起支撐固定作用。T型杆安裝在（zài）氣缸支（zhī）架與支撐架構成的（de）方孔內,小氣缸活塞（sāi）杆的一端頂（dǐng）住T 型杆,T 型杆隨著活塞杆的（de）上下移動而移動。T 型杆與螺杆通過（guò）螺紋連接,螺杆上（shàng）裝有軸承,軸承通（tōng）過螺母固定在螺杆兩端。氣缸推動T型推杆上升,料鬥中堆積的工件被抬高,軸（zhóu）承轉動將工（gōng）件送入導料槽（cáo）。

2. 2　自動上下料裝置工作過程

如圖4 所（suǒ）示,自動上下料裝置安裝在數控車床（chuáng）主軸（zhóu）箱箱體上,安裝時保證（zhèng）上料氣缸（gāng）下移至車床主軸中心時料筒軸線與車床主軸（zhóu）軸線重合。當加工某一批次工件時,根據工件長（zhǎng）度,調節料鬥間距和（hé）定位棒在主軸內的位置。根據工件直徑,調節導料槽和分料槽的寬度,一（yī）般分料槽（cáo）寬（kuān）要比工件直徑大（dà）0. 5mm 左右,才能保證工件在分料槽內順利移動,同時調節定位螺（luó）栓的伸出量,保證送料氣缸活塞杆縮回後,料筒與分料槽內工件同軸。當工件（jiàn）直徑發生變化時,料筒內加入相應襯套,確保工（gōng）件軸（zhóu）線在（zài）料筒內的位置（zhì）不發生變化。

圖4　自動上（shàng）下料裝置工作過程示意圖上下料協調工作過程:上下料裝置（zhì）在工作前,工人將料鬥內裝滿工件（jiàn）。工作（zuò）時,工件在輔助（zhù）落（luò）料裝（zhuāng）置的（de）作用下落入分料槽。分料氣缸將工件送入料筒後,送料氣缸動作,將工件移至車床主軸,最（zuì）後上料氣缸動作,將工件送入車床主軸內,並經定位棒（bàng）定位,同時將出料器（qì）中的彈簧拉伸。彈簧夾頭夾緊工件,數控車（chē）床根據編好的程序對工（gōng）件進行加工。加（jiā）工結束後（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（kòng）製係統設計

3. 1　氣動控製回路（lù）的設計

該（gāi）裝置中的氣（qì）缸全（quán）部為（wéi）內置磁環氣缸,內置磁環的作用是配合外麵（miàn）的磁性開關工作,及時感應活塞的位置。氣動設計原（yuán）理[8] 如圖5 所示。其中磁感應開關安裝位置的選擇與控製係統的設計（jì）有關。送料氣缸推出後需（xū）要保持推出狀態不能立即（jí）複位,所以選用雙電控三位五通電磁閥控製（zhì）,其他的都是由單（dān）電控二位五通（tōng）電磁閥控製。

圖（tú）5　自動上料（liào）裝置氣動原理圖

3. 2　自動上下（xià）料裝置電氣控製回路設計

自動上下料裝置電氣控製的設計即多氣缸順序動作電（diàn）氣控製回路的設計,該設計需要考慮自動上下料（liào）裝置中氣缸（gāng）動作與工件加（jiā）工的數控程序相協調,因此完整的控製包含兩部分:電氣控製[9] 和數控程序輔助M 控（kòng）製[10] 。其中部分氣缸動作由外接電氣控製回路實現,該電氣控（kòng）製回路的設計（jì）需要（yào）實現兩個功能,一（yī）是上料功（gōng）能,當工件加工完成後,控製電路接收信（xìn）號,自動送料氣（qì）缸將會按照工作流程動作。二是報警功能（néng）,當（dāng）工件沒（méi）有順利進入車床（chuáng）主軸內或自動送料（liào）裝置內（nèi）沒有工件時,該控製回路會提示報警,如圖6 所示（shì）。

按下啟動按鈕SB1, 輔助繼電器KA0 得電（diàn）,並自鎖,電路接（jiē）通, 中間（jiān）繼（jì）電（diàn）器（qì）KA1 得電,KA1 常開閉合, 電磁閥YA 得電,分料氣缸前進分離工件,當分料（liào）氣缸運（yùn）動到磁感應開關SQ1 時,SQ1 常閉斷開,KA1 失電,分料氣缸退回,同時SQ1常開閉合, KA2 得電, 自鎖, 電磁閥YB0 得電, 送料氣缸下移送料, 當送（sòng）料氣缸運動到磁（cí）感應開關SQ4 時,SQ4常閉斷開, KA2、YB0 失電,SQ4 常開閉合（hé）,KA3 得電,KA3 常開閉合,電磁閥YC 得（dé）電,上料（liào）氣（qì）缸動（dòng）作,將工件送入車床主軸（zhóu）內,並通過定位棒定位,同時出料器被工件頂出,彈簧被拉伸。安裝在出料器前（qián）方的光電開關SQ6 感應（yīng）,SQ6 常開閉合,KA6 得電,該信號通過導線傳遞給數控車床的控製係統,彈簧夾頭在（zài）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（diǎn）延出,當程序運行到M10 指令時,KA9 常閉斷開,KA3 失電,電（diàn）磁閥YC 斷電,上料氣缸退回。當氣缸運動到（dào）磁感應開關SQ5 時,KA4 得電,電（diàn）磁閥YB1 得電（diàn）,送料氣缸上移,當（dāng）送料氣缸運（yùn）動到磁感應開關SQ3 時,SQ3 常閉斷開,KA4 失（shī）電,電磁閥（fá）YB1 斷電。數控（kòng）車床開始對工件加工,加工完畢後,彈簧夾（jiá）頭鬆開,工件在出料器的作用下彈出,出料器在（zài）彈簧（huáng）的作（zuò）用下恢複原位,光電開關SQ6 失去感應,斷開的SQ6 再次閉合,由於各氣缸均處在初始狀（zhuàng）態,所以常（cháng）閉SQ1 閉（bì）合,常開SQ3 和SQ5 閉合,KA1 再次得電,自（zì）動上下料裝置開始進行下一輪的送（sòng）料工作（zuò）。

輔助落料氣缸的動（dòng）作（zuò）是通過（guò）中間繼（jì）電器KA5 和時（shí）間繼電器KT0 實現。當KA1 得電後,中間繼電器KA5 得（dé）電並自鎖,KA5 常開閉（bì）合,電磁閥YD 得電,輔助落料氣缸上移,當（dāng）氣缸運（yùn）動到磁（cí）感應開關SQ2,時間繼電器KT0 得電,開始計時,計時（shí）時間要大於分料氣缸的循環時間,以保證落料的順利進（jìn）行。當KT0 時（shí）間（jiān）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（gāng）動作後,報（bào）警係統也開（kāi）始工作。KA1 得電後,中間繼電器KA7 得電並（bìng）自鎖,同時時間（jiān）繼電（diàn）器KT1 得（dé）電,開（kāi）始計時,計時時間為完成一次送料的時（shí）間。當KT1 時間到,KT1 常（cháng）開延時斷合,車床主軸內若無（wú）工件送入,SQ6 常閉保持閉（bì）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應的數控加（jiā）工程序如表1 所示

表1　數控加工程序

數控程序輔助M 控製是實現機床（chuáng）運行與自動上（shàng）下料電氣（qì）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（qì）KA9 對自動送料電氣回路的控製。彈簧夾頭夾緊工件後,數控加工並沒有立（lì）刻進行,而是延時,待送料氣缸退回後才開始加工工件。加（jiā）工（gōng）完畢,程序運行到M11 指令（lìng）,常閉SQ6 失電（diàn）閉合,中間（jiān）繼電器KA1 重新得電,送料工作再（zài）次開（kāi）始,由此將（jiāng）自動上（shàng）下料驅動指令與數控車床（chuáng）整體運行加工相融合。

4.結束（shù）語

為大批量生產減震器活塞杆（gǎn）的經濟型（xíng）數控車床設計了一個氣動自動上下料（liào）裝置,並（bìng）通過對數控加（jiā）工過程（chéng）進行分析研究,設計了（le）與機床加工程序相適應的電氣控製回路和數控輔助控製（zhì）。該裝置（zhì）提高了生產過程中的自動化程（chéng）度,提高了產品的一致性,且一人可同時照（zhào）看2 台車床,大幅度提高了生產效率,降低了工（gōng）人勞動強（qiáng）度,減少企（qǐ）業人工成本支出。而且由於上下料裝置的動力（lì）源為壓縮空氣,因此維護保養容易,無汙染。通過對自（zì）動上下料裝置調節（jiē）,可以實現不同規格工件的加工,使用範圍廣泛。本設計已在（zài）某汽車零部件有限公司投入使用

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