一種用于數(shù)控車床的拉式自動(dòng)送料技術(shù)
2021-3-3 來(lái)源：中航飛機(jī)起落架公司 西安航光儀器廠 作者：郭輝 沈勇 何多政 馬程
摘要：在具有液壓卡盤系統(tǒng)或安裝主軸卡管附件的數(shù)控車床中，可通過(guò)輔助元件拉動(dòng)工件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料操作。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料，設(shè)計(jì)了一款通過(guò)螺紋聯(lián)接的送料器，由夾持接頭和基座兩部分組成，其中夾持接頭根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為三點(diǎn)送料夾持接頭、強(qiáng)磁送料夾持接頭和 Ｏ 型圈管料夾持接頭。送料器配合預(yù)設(shè)的 ＮＣ程序代碼，可在數(shù)控車床完成自動(dòng)進(jìn)料，多件流水加工，還能對(duì)工件一次裝夾完成車、鏜、鉆、擴(kuò)孔、鉸孔及攻絲等加工操作，不但能保證產(chǎn)品加工精度，而且可以大大減少輔助時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，安裝方便，不需要額外采購(gòu)設(shè)備附件，特別適宜在大、中、小機(jī)械加工企業(yè)中進(jìn)行推廣。
關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；液壓卡盤；自動(dòng)送料；流水加工；數(shù)控程序；自動(dòng)化生產(chǎn)
機(jī)械行業(yè)加工中，送料方式主要為手工模式，即一人一機(jī)或一人多機(jī)單件上料加工，輔助準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。自動(dòng)送料顧名思義就是能自動(dòng)按規(guī)定要求、既定程序進(jìn)行運(yùn)作，將物品從一個(gè)位置送到另一個(gè)位置，期間不需要人為干涉即可自動(dòng)準(zhǔn)確地完成送料環(huán)節(jié)。自動(dòng)送料主要用于各類材料和工業(yè)產(chǎn)品、半成品的輸送，也可以配合下道工序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的是油浴送料機(jī)，可配套各類加工機(jī)床使用，實(shí)現(xiàn)多品種材料的自動(dòng)送料功能。
１、拉式自動(dòng)送料器的自動(dòng)送料原理
拉式送料器通過(guò)拉取方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)給料，應(yīng)用的數(shù)控車床需具有液壓卡盤系統(tǒng) （或主軸卡管附件），再配合預(yù)設(shè)的 ＮＣ 程序代碼即可完成自 動(dòng)進(jìn)料、多件流水加工［３］。拉式送料器主要應(yīng)用在幾何特征規(guī)則的材料上，如棒料、管料和方料等。
１．１自動(dòng)送料操作流程
首先，在數(shù)控車床工作時(shí)，將棒料或管料夾持在液壓卡盤中并夾緊，在操作面板上輸入對(duì)刀參數(shù)等相關(guān)信息；然后調(diào)整刀架處于安全距離，將刀座（或刀塔）刀位切換到拉式送料器（根據(jù)材料選擇送料器），徑向調(diào)整 Ｘ 值至零，沿－Ｚ軸方向移動(dòng)送料器，與卡盤中的棒料或管料軸向發(fā)生微小沖擊，使工件卡入送料器中，松開液壓卡盤，沿＋Ｚ軸方向移動(dòng)拉式送料器一個(gè)特定長(zhǎng)度，并隨后鎖緊液壓卡盤，再沿＋Ｚ軸方向移動(dòng)拉式送料器保證棒料或管料與其完全脫離，即完成一個(gè)自動(dòng)上料環(huán)節(jié)；最后執(zhí)行工件的加工環(huán)節(jié)。依次循環(huán)執(zhí)行上述步驟即可實(shí)現(xiàn)一次
人工上料多件流水加工的操作。
１．２ 自動(dòng)送料 ＮＣ流程
自動(dòng)送料 ＮＣ代碼包含主程序、上料程序、加工程序和返回機(jī)床原點(diǎn)程序４部分。主程序依次調(diào)用上料、加工程序，完成相應(yīng)的自動(dòng)送料和切削任務(wù)。在切削任務(wù)完成后，且上料次數(shù)等于設(shè)置值時(shí)，機(jī)床執(zhí)行上料、加工操作。
式中，上料次數(shù)間接等于工件流水加工的次數(shù)；總料長(zhǎng)是指多件下料的總長(zhǎng)度，單位為 ｍｍ；單件料長(zhǎng)是指工藝設(shè)計(jì)的包含工件的毛坯長(zhǎng)度，單位為 ｍｍ；料頭長(zhǎng)度是指切削過(guò)程中工件夾持部分的長(zhǎng)度，一般取值為２０～４０ｍｍ。２ 自動(dòng)送料器的組成
２．１ 自動(dòng)送料器的送料夾持接頭
自動(dòng)送料器由夾持接頭和基座兩部分組成，其中基座采用非鐵磁不銹鋼材料。基座與夾持接頭采用螺紋聯(lián)接，構(gòu)成送料器元件。夾持接頭根據(jù)自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為三點(diǎn)送料夾持接頭、強(qiáng)磁送料夾持接頭和 Ｏ 型圈管料夾持接頭。
２．１．１ 三點(diǎn)送料夾持接頭
三點(diǎn)送料夾持接頭（見圖１）由滾珠、彈簧、螺帽和三點(diǎn)夾持頭４部分組成。三點(diǎn)送料器借助滾珠受擠壓在其接觸面產(chǎn)生摩擦力，進(jìn)而抱緊工件材料實(shí)現(xiàn)拉料操作。
圖１ 三點(diǎn)送料夾持接頭
２．１．２ 強(qiáng)磁送料夾持接頭
強(qiáng)磁送料夾持接頭（見圖２）是由尼龍罩套、強(qiáng)力磁鐵和海綿３部分組成。強(qiáng)磁送料器借助磁力吸引實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)料。
圖２ 強(qiáng)磁送料夾持接頭
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(gè)）和快換接頭３部分組成。上料原理與三點(diǎn)送料器相似，通過(guò) Ｏ 型圈壓縮變形產(chǎn)生的摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖３ Ｏ 型圈管料夾持接頭
２．２ 自動(dòng)送料操作具體實(shí)現(xiàn)步驟
僅以強(qiáng)磁送料器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)料進(jìn)行闡述：在首件工件加工前，松開夾持工件的液壓卡盤，調(diào)整強(qiáng)磁送料器與材料處于同一軸線位置，沿－Ｚ 軸緩慢移動(dòng)送料器與卡盤端面貼合，稍停１ｓ后，沿＋Ｚ軸移動(dòng)強(qiáng)磁送料器一個(gè)工件 Ｌ＋（０～５）ｍｍ 長(zhǎng)度，工件受磁力吸引與強(qiáng)磁送料器同步運(yùn)動(dòng)，隨后鎖緊卡盤，一個(gè)自動(dòng)進(jìn)料動(dòng)作結(jié)束。具體步驟如下。
步驟１（見圖４）：左端為液壓卡盤，棒料或管料材料夾持在液壓卡盤中。右側(cè)為裝在刀架中的強(qiáng)磁送料器，基座固定在刀座中。
圖４ 步驟
圖４步驟１步驟２（見圖５）：松開夾持工件的液壓卡盤，送料器沿－Ｚ軸緩慢移動(dòng)與卡盤端面貼合（工件壓入液壓卡盤內(nèi)孔中），稍停１ｓ后，沿＋Ｚ軸移動(dòng)強(qiáng)磁送料器一個(gè)工件Ｌ＋（
０～５）ｍｍ 長(zhǎng)度，工件受磁力吸引與強(qiáng)磁送料器同步運(yùn)動(dòng)Ｌ＋（０～５）ｍｍ 長(zhǎng)度后，停１ｓ。
ａ）送料器與卡盤端面貼合示意圖
ｂ）送料器與卡盤端面貼合實(shí)物圖
ｃ）工件與強(qiáng)磁送料器同步運(yùn)動(dòng)示意圖
ｄ）工件與強(qiáng)磁送料器同步運(yùn)動(dòng)實(shí)物圖
圖５ 步驟２
步驟３（見圖６）：鎖緊夾持工件的液壓卡盤，送料器沿＋Ｚ軸移動(dòng)到安全距離后，第１次上料結(jié)束。
圖６ 步驟３
步驟４：調(diào)用切削刀具進(jìn)行工件加工，當(dāng)工件加工結(jié)束后切斷，再次調(diào)用送料器，按照步驟２和步驟３進(jìn)行上料。
２．３ 送料器基座優(yōu)化
在數(shù)控機(jī)床未配備液壓卡盤而采用主軸卡管方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料時(shí)，為了避免因加持力不穩(wěn)定、工件毛坯偏擺與送料器發(fā)生剛性碰撞，而引發(fā)機(jī)床操作故障，需對(duì)送料器基座結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。優(yōu)化后的基座由５部分組成（見圖 ７），通過(guò)內(nèi)置彈簧避免工件毛坯與送料器發(fā)生剛性碰撞，同時(shí)對(duì)于強(qiáng)磁送料器而言，還可以通過(guò)彈簧彈性恢復(fù)時(shí)的沖擊慣性，去除吸附在罩套外部的鐵屑［４］。
圖７ 優(yōu)化后的基座結(jié)構(gòu)
３ 、送料器應(yīng)用場(chǎng)合及案例剖析
３．１ 應(yīng)用場(chǎng)合
自動(dòng)送料器在使用中，可根據(jù)加工材料的幾何特征，選用不同結(jié)構(gòu)的夾持接頭。對(duì)于棒料而言，可根據(jù)材料直徑選用不同規(guī)格區(qū)間的三點(diǎn)送料器；對(duì)于管材，可根據(jù)材料孔徑值選用不同規(guī)格的 Ｏ 型圈管材夾持接頭；但對(duì)于導(dǎo)磁材料（如導(dǎo)磁的方料、棒料或管料）只需一個(gè)強(qiáng)磁夾持接頭（注意：采用強(qiáng)磁送料器進(jìn)行加工過(guò)的部分液壓附件產(chǎn)品或用于控制方面的零部件，應(yīng)在工藝過(guò)程中安排去磁工序）。自動(dòng)送料器具體應(yīng)用場(chǎng)合見表１。
表１ 自動(dòng)送料器應(yīng)用場(chǎng)合
３．２ 自動(dòng)送料代碼
采用強(qiáng)磁送料器流水加工時(shí)，主要的送料 ＮＣ代碼如下：
上述程序中，Ｐ０００５為調(diào)用一次０００５加工工件的子程序，根據(jù)具體情況設(shè)置相關(guān) ＮＣ 代 碼。Ｍ９８Ｐ１５００１４代碼中，Ｍ９８ 是指子程序調(diào)用，１５００是子程序代號(hào)，１４是調(diào)用次數(shù)。上述送料 ＮＣ 代碼僅針對(duì)法蘭克系統(tǒng)適用。當(dāng)采用三點(diǎn)送料器、Ｏ 型圈管材送料器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料時(shí)，上料程序中需將卡盤松開 Ｍ２１、卡盤加緊 Ｍ２２ 指令對(duì)調(diào)。 同時(shí)，在使用強(qiáng)磁送料器時(shí)，＃５００賦值可直接設(shè)置為工件切斷長(zhǎng)度；在使用三點(diǎn)送料器時(shí)，＃５００賦值需在工件切斷長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上增加滾珠中心到端面的值；在使用 Ｏ 型圈管材送料器時(shí)，＃５００賦值需在工件切斷長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上增加Ｏ 型圈中心到端面的值。
４、結(jié)語(yǔ)
送料器配合數(shù)控車床 （如車削 中心等）自動(dòng)換刀、進(jìn)給功能可實(shí)現(xiàn)多件流水化作業(yè)，工件在一次裝夾情況下，可完成車、鏜、鉆、擴(kuò)孔、鉸孔及攻絲等相應(yīng)加工［５－８］，既可以保證加工精度，又可以大大減少輔助時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。送料器切換容易，送料平穩(wěn)，推廣應(yīng)用在具有液壓卡盤的數(shù)控車床、車削中心、銑復(fù)合中心設(shè)備中，可自動(dòng)上料、多件流水加工，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造。自動(dòng)送料方法與拉式送料器特別適合在大、中、小機(jī)械加工企業(yè)進(jìn)行推廣，且具有巨大的市場(chǎng)價(jià)值和潛在的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。
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