一種用于數控車床的拉式自動送料技術
2021-3-3 來源：中航飛機起落架公司 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或安裝主軸卡管附件的數控車床中，可通過輔助元件拉動工件實現自動上料操作。為了實現自動送料，設計了一款通過螺紋聯接的送料器，由夾持接頭和基座兩部分組成，其中夾持接頭根據結構特點分為三點送料夾持接頭、強磁送料夾持接頭和 Ｏ 型圈管料夾持接頭。送料器配合預設的 ＮＣ程序代碼，可在數控車床完成自動進料，多件流水加工，還能對工件一次裝夾完成車、鏜、鉆、擴孔、鉸孔及攻絲等加工操作，不但能保證產品加工精度，而且可以大大減少輔助時間，降低勞動強度，提高生產效率。其結構簡單，體積小，安裝方便，不需要額外采購設備附件，特別適宜在大、中、小機械加工企業中進行推廣。
關鍵詞：數控車床；液壓卡盤；自動送料；流水加工；數控程序；自動化生產
機械行業加工中，送料方式主要為手工模式，即一人一機或一人多機單件上料加工，輔助準備時間長，生產效率低。自動送料顧名思義就是能自動按規定要求、既定程序進行運作，將物品從一個位置送到另一個位置，期間不需要人為干涉即可自動準確地完成送料環節。自動送料主要用于各類材料和工業產品、半成品的輸送，也可以配合下道工序實現自動化生產。當前國內外應用較為廣泛的是油浴送料機，可配套各類加工機床使用，實現多品種材料的自動送料功能。
１、拉式自動送料器的自動送料原理
拉式送料器通過拉取方式實現自動給料，應用的數控車床需具有液壓卡盤系統 （或主軸卡管附件），再配合預設的 ＮＣ 程序代碼即可完成自 動進料、多件流水加工［３］。拉式送料器主要應用在幾何特征規則的材料上，如棒料、管料和方料等。
１．１自動送料操作流程
首先，在數控車床工作時，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刀參數等相關信息；然后調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（根據材料選擇送料器），徑向調整 Ｘ 值至零，沿－Ｚ軸方向移動送料器，與卡盤中的棒料或管料軸向發生微小沖擊，使工件卡入送料器中，松開液壓卡盤，沿＋Ｚ軸方向移動拉式送料器一個特定長度，并隨后鎖緊液壓卡盤，再沿＋Ｚ軸方向移動拉式送料器保證棒料或管料與其完全脫離，即完成一個自動上料環節；最后執行工件的加工環節。依次循環執行上述步驟即可實現一次
人工上料多件流水加工的操作。
１．２ 自動送料 ＮＣ流程
自動送料 ＮＣ代碼包含主程序、上料程序、加工程序和返回機床原點程序４部分。主程序依次調用上料、加工程序，完成相應的自動送料和切削任務。在切削任務完成后，且上料次數等于設置值時，機床執行上料、加工操作。
式中，上料次數間接等于工件流水加工的次數；總料長是指多件下料的總長度，單位為 ｍｍ；單件料長是指工藝設計的包含工件的毛坯長度，單位為 ｍｍ；料頭長度是指切削過程中工件夾持部分的長度，一般取值為２０～４０ｍｍ。２ 自動送料器的組成
２．１ 自動送料器的送料夾持接頭
自動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接，構成送料器元件。夾持接頭根據自身結構特點分為三點送料夾持接頭、強磁送料夾持接頭和 Ｏ 型圈管料夾持接頭。
２．１．１ 三點送料夾持接頭
三點送料夾持接頭（見圖１）由滾珠、彈簧、螺帽和三點夾持頭４部分組成。三點送料器借助滾珠受擠壓在其接觸面產生摩擦力，進而抱緊工件材料實現拉料操作。
圖１ 三點送料夾持接頭
２．１．２ 強磁送料夾持接頭
強磁送料夾持接頭（見圖２）是由尼龍罩套、強力磁鐵和海綿３部分組成。強磁送料器借助磁力吸引實現自動進料。
圖２ 強磁送料夾持接頭
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）和快換接頭３部分組成。上料原理與三點送料器相似，通過 Ｏ 型圈壓縮變形產生的摩擦力來實現。
圖３ Ｏ 型圈管料夾持接頭
２．２ 自動送料操作具體實現步驟
僅以強磁送料器實現自動進料進行闡述：在首件工件加工前，松開夾持工件的液壓卡盤，調整強磁送料器與材料處于同一軸線位置，沿－Ｚ 軸緩慢移動送料器與卡盤端面貼合，稍停１ｓ后，沿＋Ｚ軸移動強磁送料器一個工件 Ｌ＋（０～５）ｍｍ 長度，工件受磁力吸引與強磁送料器同步運動，隨后鎖緊卡盤，一個自動進料動作結束。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。右側為裝在刀架中的強磁送料器，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軸緩慢移動與卡盤端面貼合（工件壓入液壓卡盤內孔中），稍停１ｓ后，沿＋Ｚ軸移動強磁送料器一個工件Ｌ＋（
０～５）ｍｍ 長度，工件受磁力吸引與強磁送料器同步運動Ｌ＋（０～５）ｍｍ 長度后，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物圖
ｃ）工件與強磁送料器同步運動示意圖
ｄ）工件與強磁送料器同步運動實物圖
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軸移動到安全距離后，第１次上料結束。
圖６ 步驟３
步驟４：調用切削刀具進行工件加工，當工件加工結束后切斷，再次調用送料器，按照步驟２和步驟３進行上料。
２．３ 送料器基座優化
在數控機床未配備液壓卡盤而采用主軸卡管方式實現自動送料時，為了避免因加持力不穩定、工件毛坯偏擺與送料器發生剛性碰撞，而引發機床操作故障，需對送料器基座結構進行結構優化。優化后的基座由５部分組成（見圖 ７），通過內置彈簧避免工件毛坯與送料器發生剛性碰撞，同時對于強磁送料器而言，還可以通過彈簧彈性恢復時的沖擊慣性，去除吸附在罩套外部的鐵屑［４］。
圖７ 優化后的基座結構
３ 、送料器應用場合及案例剖析
３．１ 應用場合
自動送料器在使用中，可根據加工材料的幾何特征，選用不同結構的夾持接頭。對于棒料而言，可根據材料直徑選用不同規格區間的三點送料器；對于管材，可根據材料孔徑值選用不同規格的 Ｏ 型圈管材夾持接頭；但對于導磁材料（如導磁的方料、棒料或管料）只需一個強磁夾持接頭（注意：采用強磁送料器進行加工過的部分液壓附件產品或用于控制方面的零部件，應在工藝過程中安排去磁工序）。自動送料器具體應用場合見表１。
表１ 自動送料器應用場合
３．２ 自動送料代碼
采用強磁送料器流水加工時，主要的送料 ＮＣ代碼如下：
上述程序中，Ｐ０００５為調用一次０００５加工工件的子程序，根據具體情況設置相關 ＮＣ 代 碼。Ｍ９８Ｐ１５００１４代碼中，Ｍ９８ 是指子程序調用，１５００是子程序代號，１４是調用次數。上述送料 ＮＣ 代碼僅針對法蘭克系統適用。當采用三點送料器、Ｏ 型圈管材送料器實現自動送料時，上料程序中需將卡盤松開 Ｍ２１、卡盤加緊 Ｍ２２ 指令對調。 同時，在使用強磁送料器時，＃５００賦值可直接設置為工件切斷長度；在使用三點送料器時，＃５００賦值需在工件切斷長度的基礎上增加滾珠中心到端面的值；在使用 Ｏ 型圈管材送料器時，＃５００賦值需在工件切斷長度的基礎上增加Ｏ 型圈中心到端面的值。
４、結語
送料器配合數控車床 （如車削 中心等）自動換刀、進給功能可實現多件流水化作業，工件在一次裝夾情況下，可完成車、鏜、鉆、擴孔、鉸孔及攻絲等相應加工［５－８］，既可以保證加工精度，又可以大大減少輔助時間，降低勞動強度，提高生產效率。送料器切換容易，送料平穩，推廣應用在具有液壓卡盤的數控車床、車削中心、銑復合中心設備中，可自動上料、多件流水加工，實現數字化制造。自動送料方法與拉式送料器特別適合在大、中、小機械加工企業進行推廣，且具有巨大的市場價值和潛在的社會、經濟效益。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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