經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床自動(dòng)上下料系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2017-1-18 來源： 遼寧工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 作者：劉占娟 張艷冬
摘要:針對(duì)批量加工減震器活塞桿的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床人工上下料問題,提出了采用自動(dòng)上下料裝置進(jìn)行自動(dòng)化上下料的方案。應(yīng)用SolidWorks 軟件對(duì)自動(dòng)上下料裝置進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過對(duì)上下料裝置工作過程及數(shù)控加工程序的分析,設(shè)計(jì)了與機(jī)床運(yùn)行相匹配的自動(dòng)上下料電氣控制系統(tǒng)。自動(dòng)上下料系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的手工操作,提高了生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度。該自動(dòng)上下料系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)比常見的送料機(jī)械手簡(jiǎn)單,降低了生產(chǎn)成本。
關(guān)鍵詞:上下料系統(tǒng);數(shù)控車床;機(jī)械結(jié)構(gòu);電氣控制
0.引言
減震器活塞桿是汽車減震器中重要部件,且是汽車使用過程中的易損配件,因而市場(chǎng)需求量大,需要大批量生產(chǎn)。為滿足生產(chǎn)需求,某企業(yè)引進(jìn)了一批經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床用于減震器活塞桿的生產(chǎn)。該企業(yè)每天要求加工3000 ~4000 件活塞桿,目前采用人工方式裝卸工件,工人勞動(dòng)強(qiáng)度極大,存在較大的安全隱患,且生產(chǎn)效率低,產(chǎn)品的質(zhì)量難以保證。因此,為了提高競(jìng)爭(zhēng)力,企業(yè)迫切要求實(shí)現(xiàn)活塞桿上下料的自動(dòng)化,將勞動(dòng)者從機(jī)械重復(fù)的簡(jiǎn)單勞動(dòng)中解放出來,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn),提高生產(chǎn)效率。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床的自動(dòng)化加工也是我國(guó)現(xiàn)階發(fā)展和國(guó)情的需要[1] 。目前,國(guó)內(nèi)已有數(shù)控車床自動(dòng)送料裝置的研究,但相對(duì)較少,如文獻(xiàn)[2]設(shè)計(jì)了一種數(shù)控車床自動(dòng)送料裝置,實(shí)現(xiàn)了數(shù)控車床的自動(dòng)上料,但只能為一種直徑的棒料送料,且占地面積較大;文獻(xiàn)[3]研究了一款數(shù)控車削自動(dòng)送料裝置,實(shí)現(xiàn)了數(shù)控車床的自動(dòng)化加工,但只能輸送一種長(zhǎng)度的細(xì)長(zhǎng)軸。針對(duì)數(shù)控車床單一的自動(dòng)送料裝置研究現(xiàn)狀及其存在的問題,本文以SolidWorks 軟件[4] 為開發(fā)平臺(tái),設(shè)計(jì)了一種新型數(shù)控車床自動(dòng)上下料裝置,能夠?qū)崿F(xiàn)不同直徑和長(zhǎng)度的棒料的自動(dòng)供料,并設(shè)計(jì)了與機(jī)床運(yùn)行相匹配的自動(dòng)上下料電氣控制系統(tǒng)。
1.工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
2.上下料裝置總體結(jié)構(gòu)及工作過程
2. 1 自動(dòng)上料裝置總體結(jié)構(gòu)
自動(dòng)上料裝置總體結(jié)構(gòu)[5-7] 如圖2 所示,自動(dòng)上料裝置是利用氣壓缸活塞桿的伸縮運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)工件在整個(gè)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(dòng)上料裝置總體結(jié)構(gòu)圖
該裝置底座支架上安裝分料氣缸、分料槽、料斗支架和送料氣缸支架,料斗支架上安裝料斗、導(dǎo)料槽和輔助落料裝置,送料氣缸通過送料氣缸支架固定在底座支架上,送料氣缸通過螺紋與上料氣缸支架連接,上料氣缸支架上安裝上料氣缸、料筒和定位螺栓。其中分料槽和導(dǎo)料槽槽寬設(shè)計(jì)可調(diào),以實(shí)現(xiàn)不同軸徑工件的上料;料斗間距可調(diào),可實(shí)現(xiàn)不同長(zhǎng)度工件的上料;定位螺栓伸出量可調(diào),從而保證料筒與分料槽內(nèi)工件同軸。
圖3 輔助落料裝置簡(jiǎn)圖
輔助落料裝置能為堆積在料斗里的工件順利進(jìn)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,氣缸支架對(duì)氣缸起支撐固定作用。T型桿安裝在氣缸支架與支撐架構(gòu)成的方孔內(nèi),小氣缸活塞桿的一端頂住T 型桿,T 型桿隨著活塞桿的上下移動(dòng)而移動(dòng)。T 型桿與螺桿通過螺紋連接,螺桿上裝有軸承,軸承通過螺母固定在螺桿兩端。氣缸推動(dòng)T型推桿上升,料斗中堆積的工件被抬高,軸承轉(zhuǎn)動(dòng)將工件送入導(dǎo)料槽。
2. 2 自動(dòng)上下料裝置工作過程
如圖4 所示,自動(dòng)上下料裝置安裝在數(shù)控車床主軸箱箱體上,安裝時(shí)保證上料氣缸下移至車床主軸中心時(shí)料筒軸線與車床主軸軸線重合。當(dāng)加工某一批次工件時(shí),根據(jù)工件長(zhǎng)度,調(diào)節(jié)料斗間距和定位棒在主軸內(nèi)的位置。根據(jù)工件直徑,調(diào)節(jié)導(dǎo)料槽和分料槽的寬度,一般分料槽寬要比工件直徑大0. 5mm 左右,才能保證工件在分料槽內(nèi)順利移動(dòng),同時(shí)調(diào)節(jié)定位螺栓的伸出量,保證送料氣缸活塞桿縮回后,料筒與分料槽內(nèi)工件同軸。當(dāng)工件直徑發(fā)生變化時(shí),料筒內(nèi)加入相應(yīng)襯套,確保工件軸線在料筒內(nèi)的位置不發(fā)生變化。
圖4 自動(dòng)上下料裝置工作過程示意圖上下料協(xié)調(diào)工作過程:上下料裝置在工作前,工人將料斗內(nèi)裝滿工件。工作時(shí),工件在輔助落料裝置的作用下落入分料槽。分料氣缸將工件送入料筒后,送料氣缸動(dòng)作,將工件移至車床主軸,最后上料氣缸動(dòng)作,將工件送入車床主軸內(nèi),并經(jīng)定位棒定位,同時(shí)將出料器中的彈簧拉伸。彈簧夾頭夾緊工件,數(shù)控車床根據(jù)編好的程序?qū)ぜM(jìn)行加工。加工結(jié)束后,彈簧夾頭松開,工件被出料器彈出,一次加工結(jié)束。
3.自動(dòng)上下料裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3. 1 氣動(dòng)控制回路的設(shè)計(jì)
該裝置中的氣缸全部為內(nèi)置磁環(huán)氣缸,內(nèi)置磁環(huán)的作用是配合外面的磁性開關(guān)工作,及時(shí)感應(yīng)活塞的位置。氣動(dòng)設(shè)計(jì)原理[8] 如圖5 所示。其中磁感應(yīng)開關(guān)安裝位置的選擇與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有關(guān)。送料氣缸推出后需要保持推出狀態(tài)不能立即復(fù)位,所以選用雙電控三位五通電磁閥控制,其他的都是由單電控二位五通電磁閥控制。
圖5 自動(dòng)上料裝置氣動(dòng)原理圖
3. 2 自動(dòng)上下料裝置電氣控制回路設(shè)計(jì)
自動(dòng)上下料裝置電氣控制的設(shè)計(jì)即多氣缸順序動(dòng)作電氣控制回路的設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)需要考慮自動(dòng)上下料裝置中氣缸動(dòng)作與工件加工的數(shù)控程序相協(xié)調(diào),因此完整的控制包含兩部分:電氣控制[9] 和數(shù)控程序輔助M 控制[10] 。其中部分氣缸動(dòng)作由外接電氣控制回路實(shí)現(xiàn),該電氣控制回路的設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能,一是上料功能,當(dāng)工件加工完成后,控制電路接收信號(hào),自動(dòng)送料氣缸將會(huì)按照工作流程動(dòng)作。二是報(bào)警功能,當(dāng)工件沒有順利進(jìn)入車床主軸內(nèi)或自動(dòng)送料裝置內(nèi)沒有工件時(shí),該控制回路會(huì)提示報(bào)警,如圖6 所示。
按下啟動(dòng)按鈕SB1, 輔助繼電器KA0 得電,并自鎖,電路接通, 中間繼電器KA1 得電,KA1 常開閉合, 電磁閥YA 得電,分料氣缸前進(jìn)分離工件,當(dāng)分料氣缸運(yùn)動(dòng)到磁感應(yīng)開關(guān)SQ1 時(shí),SQ1 常閉斷開,KA1 失電,分料氣缸退回,同時(shí)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(dāng)送料氣缸運(yùn)動(dòng)到磁感應(yīng)開關(guān)SQ4 時(shí),SQ4常閉斷開, KA2、YB0 失電,SQ4 常開閉合,KA3 得電,KA3 常開閉合,電磁閥YC 得電,上料氣缸動(dòng)作,將工件送入車床主軸內(nèi),并通過定位棒定位,同時(shí)出料器被工件頂出,彈簧被拉伸。安裝在出料器前方的光電開關(guān)SQ6 感應(yīng),SQ6 常開閉合,KA6 得電,該信號(hào)通過導(dǎo)線傳遞給數(shù)控車床的控制系統(tǒng),彈簧夾頭在該信號(hào)的作用下夾緊,將控制彈簧夾頭的繼電器KA9 的一個(gè)常閉觸點(diǎn)延出,當(dāng)程序運(yùn)行到M10 指令時(shí),KA9 常閉斷開,KA3 失電,電磁閥YC 斷電,上料氣缸退回。當(dāng)氣缸運(yùn)動(dòng)到磁感應(yīng)開關(guān)SQ5 時(shí),KA4 得電,電磁閥YB1 得電,送料氣缸上移,當(dāng)送料氣缸運(yùn)動(dòng)到磁感應(yīng)開關(guān)SQ3 時(shí),SQ3 常閉斷開,KA4 失電,電磁閥YB1 斷電。數(shù)控車床開始對(duì)工件加工,加工完畢后,彈簧夾頭松開,工件在出料器的作用下彈出,出料器在彈簧的作用下恢復(fù)原位,光電開關(guān)SQ6 失去感應(yīng),斷開的SQ6 再次閉合,由于各氣缸均處在初始狀態(tài),所以常閉SQ1 閉合,常開SQ3 和SQ5 閉合,KA1 再次得電,自動(dòng)上下料裝置開始進(jìn)行下一輪的送料工作。
輔助落料氣缸的動(dòng)作是通過中間繼電器KA5 和時(shí)間繼電器KT0 實(shí)現(xiàn)。當(dāng)KA1 得電后,中間繼電器KA5 得電并自鎖,KA5 常開閉合,電磁閥YD 得電,輔助落料氣缸上移,當(dāng)氣缸運(yùn)動(dòng)到磁感應(yīng)開關(guān)SQ2,時(shí)間繼電器KT0 得電,開始計(jì)時(shí),計(jì)時(shí)時(shí)間要大于分料氣缸的循環(huán)時(shí)間,以保證落料的順利進(jìn)行。當(dāng)KT0 時(shí)間到,KT0 常閉延時(shí)斷開,KA5 線圈失電,電磁閥YD 失電,氣缸退回。
送料氣缸動(dòng)作后,報(bào)警系統(tǒng)也開始工作。KA1 得電后,中間繼電器KA7 得電并自鎖,同時(shí)時(shí)間繼電器KT1 得電,開始計(jì)時(shí),計(jì)時(shí)時(shí)間為完成一次送料的時(shí)間。當(dāng)KT1 時(shí)間到,KT1 常開延時(shí)斷合,車床主軸內(nèi)若無工件送入,SQ6 常閉保持閉合,KA8 線圈失電并自鎖,KA8 常開閉合,報(bào)警器開始報(bào)警。
與自動(dòng)送料電氣控制相適應(yīng)的數(shù)控加工程序如表1 所示
表1 數(shù)控加工程序
數(shù)控程序輔助M 控制是實(shí)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)行與自動(dòng)上下料電氣控制協(xié)調(diào)工作的關(guān)鍵。通過增加數(shù)控程序中的M10 指令,實(shí)現(xiàn)繼電器KA9 對(duì)自動(dòng)送料電氣回路的控制。彈簧夾頭夾緊工件后,數(shù)控加工并沒有立刻進(jìn)行,而是延時(shí),待送料氣缸退回后才開始加工工件。加工完畢,程序運(yùn)行到M11 指令,常閉SQ6 失電閉合,中間繼電器KA1 重新得電,送料工作再次開始,由此將自動(dòng)上下料驅(qū)動(dòng)指令與數(shù)控車床整體運(yùn)行加工相融合。
4.結(jié)束語
為大批量生產(chǎn)減震器活塞桿的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床設(shè)計(jì)了一個(gè)氣動(dòng)自動(dòng)上下料裝置,并通過對(duì)數(shù)控加工過程進(jìn)行分析研究,設(shè)計(jì)了與機(jī)床加工程序相適應(yīng)的電氣控制回路和數(shù)控輔助控制。該裝置提高了生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度,提高了產(chǎn)品的一致性,且一人可同時(shí)照看2 臺(tái)車床,大幅度提高了生產(chǎn)效率,降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度,減少企業(yè)人工成本支出。而且由于上下料裝置的動(dòng)力源為壓縮空氣,因此維護(hù)保養(yǎng)容易,無污染。通過對(duì)自動(dòng)上下料裝置調(diào)節(jié),可以實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格工件的加工,使用范圍廣泛。本設(shè)計(jì)已在某汽車零部件有限公司投入使用
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