無（wú）心磨（mó）床（chuáng）自動化上下料（liào）係統設計
2022-6-14 來源： 眉山職業技術學院 作者：林建兵
摘要: 針對無心磨床的工作（zuò）原理與加工特點（diǎn），設計一種自（zì）動化上下料裝置，運用 PLC 控製技術對係統中供（gòng）料裝置（zhì）、出料裝置、傳輸機（jī）構等各部（bù）分（fèn）運動狀態及工（gōng）作（zuò）程序進行精準控製來實現產品從供料（liào）到取件的（de）自動（dòng）化（huà）、連續性生產，通過驗證，該係統設計方案穩定可靠，為此類機床加工過程的自動化改造升級提供了一種有效的途徑與方法。
關鍵詞（cí）: 無心磨床; 上下料係統; 自動化
0 引言
無心外圓（yuán）磨床（chuáng）適於磨削細長圓柱形、短軸類和套類等工件，磨削（xuē）精度和生產效率高，應用較為普遍。但一些老舊式磨床因未配備自動上下料裝（zhuāng）置，在（zài）生產中采取人工供（gòng）料及取件（jiàn），此模式在反（fǎn）複操作時易出現安全事（shì）故，存在安全隱患，基（jī）於機床結構及生產特點（diǎn）增設配套的自動化上下料係統可有（yǒu）效規避此類問題，同時還可一（yī）定程度提高生產效率與產品的穩定性，提升企業（yè）自動化水平，是一種切合實際且經濟有效的改造方案。
筆者提出如何在不改（gǎi）變（biàn）無心磨床生產條（tiáo）件與環境（jìng）的前提下增設（shè）一種自動化上下（xià）料係統（tǒng）來實現產品的自動化、連續性生產的加工方案，對規避人工操作的安全隱患（huàn），提升中小微企業自動（dòng）化、智能化（huà）升級具有（yǒu）現實意（yì）義與實際價值。
1、磨床工作原理與現（xiàn）存問題
無（wú）心磨床工作的核心部件由兩個砂輪和底部托板構成，兩個砂輪中的一個（gè）為引導輪，另一個為磨削輪，工件置（zhì）於兩輪之間，導輪（lún）帶動工（gōng）件（jiàn）單向轉動，磨削輪實施磨削加工，底部托板對工件實現支撐，三者協作完成表麵磨削（xuē），加工過程（chéng）一般為連續進行，加工原理如圖 1 所示。
圖 1 無心磨床工作原理簡（jiǎn）圖
老舊磨床由於無配（pèi）套自動化供取裝置，工件更換時需由人工進行更換操作，長（zhǎng）此以往易出現安全事故，雖然（rán）目前（qián）一（yī）些磨床的設備商不斷投入研發自（zì）動化供料裝置，並（bìng）將其集成在設備中整體出售，但此類設（shè）備（bèi）價格昂貴，中小企業（yè）負擔（dān）困難，加之以（yǐ）整體（tǐ）更（gèng）換老舊磨床成本較高，因此考慮（lǜ）在現有基礎上改造並加（jiā）裝自動化上下料裝置則更為現實，具有較好的可行（háng）性與操作性（xìng）。
2、改造思路與基本結構
基於無心磨床的工作特點，擬設計一種自動化上下料係統配合現有機床實現全自動供料與取（qǔ）件（jiàn），同（tóng）時實現連續性生產，一（yī）定程度提（tí）高生產效率與產品（pǐn）穩（wěn）定性。基本的設計思路為（wéi）: 基於機床布局增設自動（dòng）化供料與取件裝置代替人工更換工件（jiàn），充（chōng）分融合自（zì）動傳輸、機械手及伺服、控製係統完成原料供給與產品傳輸，整體布局如圖 2 所示，在原有機床的基礎上（shàng），增設自動化上下料係統，建立（lì）序列化工作程序，確保加工過程連續並一定程度提（tí）高生（shēng）產（chǎn）效率，整個係統由供料（liào）裝置、傳輸機構、上下料裝置、自（zì）動出料裝置及輔助係統等部分組成，在各類支撐機構及（jí）輔助裝（zhuāng）置（zhì）的配合下，各部件緊密配（pèi）合、銜接（jiē）有（yǒu）序，確保磨床連續高效工作，工作原理（lǐ）及工作過程簡介如下。
圖 2 係統布局（jú）圖
2．1 供料裝置
供料裝置由供料台、儲料盤、過渡定位裝（zhuāng）置（zhì）、供料機械手及導軌等結構（gòu）組成，如圖 3 所示，在機床（chuáng）合適位置放置（zhì）中空結構的供料台，設 2 兩個儲料盤（pán）分裝半成品與成品，盤內設計定位結構確定產（chǎn）品的排列方式與（yǔ）間距，儲料盤通過導滑槽連接，約束運動路線，底部驅動電（diàn）機控製運動狀態，配合機械手執行（háng）抓取動作，機械手通過直線導軌在供料台上方水平運動，將半成品運送至過渡定位裝置並回（huí）收成品。
圖 3 供料裝置及抓取狀（zhuàng）態（tài）
過渡裝置主要由兩個活動氣缸及和 V 形定位卡片組成，定位卡（kǎ）縱向位（wèi）置可由（yóu）氣缸帶（dài）動（dòng）上下調整（zhěng），用於放置半成品與成品，實現產品的準確供給與回收，如圖 3 所示供料機械手正（zhèng）在進行抓取狀（zhuàng）態。
2．2 傳（chuán）輸機構
傳（chuán）輸機構由固定柱、直線導軌、滾珠絲杆、夾取軸、上下料機械手及驅動電機等輔助（zhù）機構組成，如圖4 所（suǒ）示，在供料裝置與（yǔ）機床間（jiān）設置固定柱，在適宜高（gāo）度設置導軌與 X 伺服軸控製夾取軸和機（jī）械（xiè）手橫向運動，夾取機械手在（zài）伺服電機驅動（dòng）下可沿夾取（qǔ）軸上下升降（jiàng），取件（jiàn）時，兩個夾取機械（xiè）手下降到指定位置，機械手一將（jiāng）從過渡定位裝置取來的半成品件放入磨床的砂（shā）輪間執行磨削加工（gōng），另（lìng）一機（jī）械手取出自（zì）動出料裝置中的成品件運回至過渡定位裝置 V 形定（dìng）位卡中等待回收，完成一（yī）個周期傳輸，如此反複，實現連續工作。
圖 4 傳輸機構部件（jiàn）圖
2．3 自動（dòng）出料裝置
自（zì）動出料裝置主要（yào）用於將加工好的成（chéng）品取出，該裝置主要由具有定位卡槽塊結構的夾具和氣缸組成，如圖 5 所示，出料裝置可在活動氣缸（gāng）的帶動下實（shí）現水（shuǐ）平和（hé）上下運動，產品加工完成時，出料裝置在水（shuǐ）平氣缸的帶動下橫向右移動至機床砂輪位置下方並確保定（dìng）位卡槽位置與成品（pǐn）大端麵對齊，上下氣缸推動裝置上（shàng）移執行托舉動作並取出砂輪間的成品件（jiàn）後退（tuì）回至原待機位置，待（dài）上（shàng）下料機械手來夾取並運回至過渡定位裝置，實現產品（pǐn）的（de）自動（dòng）出料與傳輸。
圖 5 出料裝置工作示（shì）意（yì）圖
1．加工狀態 2．出料裝置前（qián）進（jìn）取件 3．出料裝（zhuāng）置回退4．返回至待機位置（zhì）
2．4 工作流程概述
整個自動化係統的改造以原機床設備及工作場地為基礎，定點增設自動化供料裝置（zhì）與出料裝置，配備相應動力裝置、抓取（qǔ）機（jī）械手、傳輸機構，各部分裝置在控製係統的操控下（xià）有序銜接並執行（háng）工序（xù）動（dòng）作，完成從（cóng）毛坯（pī）件送達到成品（pǐn）回收的一係列操作（zuò），工作過程（chéng）基於 PLC 程序控製，工（gōng）作流程如圖 6 所示。
圖 6 實施流程圖
待加工毛坯件從供料裝置的儲料盤中出發，由機械手傳輸至過渡裝置的 V 形定位卡中，由下一工序機械手抓取送至磨床加（jiā）工位上方進入待機狀態，待出料裝置將上一周期成品件從機床取出複位後，將毛坯件放入磨削輪中實施加工，取出後的成品件再由機械手抓取經傳輸機構返運至過渡裝（zhuāng）置以（yǐ）及儲料盤進行回收，如此反複，實現連續性（xìng）生產。
3、係統特色與優勢
(1) 生產（chǎn）效率明顯提升。供料與取件均采用（yòng）雙機械手，可實現取放料的同時進行，縮短周期，係統各部分緊密配合可實現連（lián）續（xù）性生產，較大幅提高了生（shēng）產效（xiào）率（lǜ）。
(2) 係統（tǒng）實現全監控。各部分（fèn）機構均（jun1）安裝了檢（jiǎn）測裝置，全程監控係（xì）統的運行狀態，便於過程控製與監管。
(3) 操（cāo）控方便。係統運行基於 PLC 控製（zhì），觸摸（mō）屏操作，方便直觀、便（biàn）於（yú）操作。
(4) 標（biāo）準件占比高。係統機械手、傳輸裝置（zhì）、監控及控製器等均使用用標準件（jiàn），標準（zhǔn）件占比高達70%，方便係統安裝及後期維護。
(5) 生產環境改動小。係統安裝一般基於（yú）原生（shēng）產條件，無（wú）需進行設備移動（dòng）及場地更換，節約成本的同時，縮短改造周期。
(6) 具有柔性化特點。係統（tǒng）設（shè）計適用於各類尺寸軸類零件外圓磨削加工，可通過變換過渡裝置定位卡和出料裝置（zhì）相關（guān）尺寸即可變換產品（pǐn）。
4、結（jié）語
智能製造的核心要素是生產過程自動化。在（zài）製造過程的各個環節廣泛應用智能控製及自動化技術，是（shì）加（jiā）快製造業發展方式轉變（biàn），促進工業向中高端（duān）邁進、建設製造強國的重要舉措，中小微企業占比大，進程慢，迫切需要進（jìn）行數字化、自動化改造升級，上述設計方案是一（yī）種投資小、見效快的解決路徑，有一定的參考與借鑒意義（yì）。
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