數(shù)控臥式車床自動化上下料及對刀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2023-3-28 來源：力勁精密機(jī)械（昆山）有限公司 作者： 董鳳龍
摘要：針對數(shù)控臥式車床加工小型回轉(zhuǎn)體零件這一需求，設(shè)計(jì)了自動化上下料系統(tǒng)，并增加全自動對刀儀功能。 介紹了自動化上下料及對刀系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，分析了主要配置和技術(shù)難點(diǎn)。 這一系統(tǒng)可以大大縮短小型回轉(zhuǎn)體零件的加工節(jié)拍，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，并保證產(chǎn)品的一致性。
關(guān)鍵詞：車床 自動化 上下料 對刀 設(shè)計(jì)
１、設(shè)計(jì)背景
中國制造的核心是智能制造，機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展趨勢是自動化技術(shù)，可以助推制造業(yè)效率的提升。 而數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)的工業(yè)母機(jī)，數(shù)控機(jī)床自動化是智能制造發(fā)展趨勢中必不可少的一環(huán)，許多大中小微企業(yè)也越來越重視。 為加快實(shí)現(xiàn)智能工廠與數(shù)字化車間，資金雄厚的企業(yè)每年都會引入自動化生產(chǎn)線。 小微企業(yè)由于資金相對有限，對產(chǎn)品的凈利潤要求較高，對單機(jī)自動化需求也更為迫切。 而零件的加工節(jié)拍是所有企業(yè)都要面對的問題，對于小型零部件的加工尤為重要，單品本身利潤就很低，如果沒有數(shù)量上的優(yōu)勢，企業(yè)很難獲取利潤，在同行業(yè)競爭中也很難生存，由此筆者設(shè)計(jì)了一數(shù)控臥式車床自動化上下料系統(tǒng)。
２、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
基于數(shù)控臥式車床 LＴ－６ 型號，筆者設(shè)計(jì)了一套自動化上下料及對刀系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化生產(chǎn)加工，使零件加工能夠完成上料、加工、下料的自動化生產(chǎn)過程，滿足客戶對生產(chǎn)的需求，提高加工效率。加工零件參數(shù)中，直徑為 ２５ ｍｍ，長度為 ５０ ｍｍ，材質(zhì)為４５號鋼。
零件的加工類型為外圓及鏜孔精加工。
數(shù)控臥式車床 ＬＴ － ６ 型號適合小型回轉(zhuǎn)體零件加工，配置發(fā)那科系統(tǒng)，二軸聯(lián)動，半閉環(huán)控制。 該設(shè)備基本參數(shù)見表 １。
表 １ 數(shù)控臥式車床 ＬＴ － ６ 型號基本參數(shù)
基于產(chǎn)品零件及實(shí)際生產(chǎn)需求，確認(rèn)設(shè)備結(jié)構(gòu)布局，這一數(shù)控臥式車床自動化加工系統(tǒng)由數(shù)控臥式車床、自動送料裝置、自動對刀儀裝置、自動接料裝置構(gòu)成，如圖 １ 所示，一次上料完成零件批量化生產(chǎn)。
▲圖 １ 數(shù)控臥式車床自動化上下料及對刀系統(tǒng)
３、主要配置
（１） 自動送料裝置。 布置在數(shù)控車床左側(cè)，送料口回轉(zhuǎn)中心對準(zhǔn)機(jī)床主軸通孔回轉(zhuǎn)中心，根據(jù)零件形狀，采用某廠家的一款自動送料裝置。 自動送料裝置參數(shù)中，棒材直徑為５～ ２６ｍｍ，棒材長度為３０００ ｍｍ。
（２）自動對刀儀裝置。采用馬波斯全自動對刀儀，接觸式刀具測頭，對刀臂由電機(jī)驅(qū)動，可自動擺動到測量位置，快速地確定刀具的尺寸和位置。 對刀儀主要參數(shù)中，重復(fù)定位精度為 ０． ００５ ｍｍ，對刀臂轉(zhuǎn)動時間為 ３ ｓ，對刀臂擺動角度為 ９０°。 裝置由數(shù)控系統(tǒng)控制，節(jié)省了人工對刀的耗時，適用于大批量生產(chǎn)和高水平自動化場合。 自動對刀儀裝置布置于數(shù)控車床工作區(qū)域內(nèi)，安裝在主軸箱體上，自動對刀儀裝置安裝位置如圖 ２所示。
▲圖 ２ 自動對刀儀裝置安裝位置
（３） 自動接料裝置。 該結(jié)構(gòu)安裝在卡盤下方，由接料道、氣缸、傳送帶、電機(jī)、出料道等組成。 氣缸控制接料道左右移動，不接料時在左側(cè)位置，上方配有擋屑板，接料時移動到右側(cè)，將加工好的零件導(dǎo)入傳送帶上，氣缸雙向位置配置有行程到位檢測裝置，傳送帶由電機(jī)控制轉(zhuǎn)動。 自動接料裝置如圖 ３ 所示。
▲圖 ３ 自動接料裝置
４、系統(tǒng)循環(huán)動作
將一定數(shù)量的棒料放入自動送料裝置上，啟動加工程序，自動送料裝置將棒料推入機(jī)床，通過中空油缸、中空拉桿、中空卡盤，直至刀盤上由切斷刀位完成定位，卡盤夾緊，刀塔加工，零件切斷時氣缸帶動接料道向右側(cè)移動，零件再經(jīng)傳送帶至出料口，氣缸復(fù)位，完成一次循環(huán)動作，直至尾料被自動送料裝置抽回，然后進(jìn)行下一根棒料的加工。
５、技術(shù)難點(diǎn)
技術(shù)難點(diǎn)主要集中在三個方面。 第一，棒料在送入機(jī)床內(nèi)部時如何防止下沉。 第二，在棒料高轉(zhuǎn)速下如何防止顫動。 第三，零件如何準(zhǔn)確落入接料道內(nèi)。在實(shí)踐摸索過程中，只要做好三個方面的工作就可以避免這些問題的發(fā)生。 第一，在油缸端及卡盤端或拉桿內(nèi)安裝襯套，可以有效防止棒料下沉，能有效從卡盤內(nèi)孔中伸出。 第二，防止顫動需要控制好送料裝置的回轉(zhuǎn)中心與主軸回轉(zhuǎn)中心在一條直線上，盡量保證其同軸度。 第三，當(dāng)工件在切斷時，影響下落位置的因素主要有主軸旋轉(zhuǎn)時零件所產(chǎn)生的離心力，以及零件切斷時所承受的切削力，在切斷加工時可以調(diào)整適當(dāng)?shù)募庸?shù)，如主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、吃刀量等，然后再控制好切削液流出刀盤的流量大小，這樣就可以抵消大部分的離心力和切削力，使零件能夠準(zhǔn)確落入接料道內(nèi)。
６、實(shí)物樣機(jī)
為驗(yàn)證該自動化上下料及對刀系統(tǒng)是否滿足使用要求，最終制作實(shí)物樣機(jī)，如圖 ４ 所示
▲圖 ４ 自動化上下料及對刀系統(tǒng)實(shí)物樣機(jī)
對棒料進(jìn)行循環(huán)加工，批量加工，動作順暢，穩(wěn)定性良好，可以有效實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化生產(chǎn)。
７、結(jié)束語
所設(shè)計(jì)的自動化上下料及對刀系統(tǒng)原理清晰，動作合理，性能穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)小型回轉(zhuǎn)體零件批量自動化加工。 這一系統(tǒng)能夠使企業(yè)提高產(chǎn)量，提高效益，減少工人作業(yè)強(qiáng)度，并且可以為同類型數(shù)控臥式車床自動化設(shè)計(jì)提供借鑒。
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