專用車床自動上下料系統應用研究

黎宴林，陳淑玲

（廣東省技師學院，廣東 惠州 516100）

1 加工零件工藝分析

加工零件為感應電動機定子，外形是一個尺寸為Φ80mm（內孔Φ40mm）×100mm 的圓柱形零件，材料為40Cr。外圓車削余量為0.3 mm，日加工量為2 000件以上。感應電動機定子零件圖如圖1所示。

圖1 感應電動機定子零件圖

傳統的車床加工由人工裝夾，平均每分鐘只能加工1個～2個，其中切削加工時間只有15s，而裝夾需要20s左右。以每天工作10h計算，一天也只能加工1 000個左右，且工人勞動強度極大，存在較大的安全隱患，生產效率低下。如果能設計一種模仿人手活動功能的機械手，按照預定要求輸送工件或握持工具進行操作的自動化技術設備，將可獲得良好的自動化生產效果。

自動送料裝置按送材料的形式分為送料裝置與卸料裝置兩類，但考慮到工業機械手的成本，通常只添加設計一個機械手。一個機械手要完成上料和下料兩個動作明顯會占用較多的輔助時間，在盡可能考慮經濟成本的前提下，考慮模仿人體的兩只手協調分別完成上下料的任務，即可大大縮短輔助加工時間，提高生產效率和經濟效益。

2 機械手上下料過程分析

感應電機的定子在生產線上的加工流程是：依靠自重從料倉中的放料裝置上放下的工件從送料機械手處傳送到機床完成車削加工，然后由接料機械手接回已加工工件，并由頂料氣缸推動頂料桿把已加工工件推入料道。根據實際加工要求，兩個機械手的主要動作順序為：當光電開關檢測到料倉中有工件、送料機械手在工件下方無料時，落料缸伸出，料倉實現放料，工件落入送料機械手→當送料機械手上有工件且機床無加工時送料缸伸出，送料手將工件送至機床加工位置→芯軸和尾座夾緊工件，送料機械手氣缸縮回→機床開始車削工件，加工完畢→接料缸伸出，夾緊裝置松開工件→接料機械手帶已完工工件縮回→頂料缸伸出，將工件頂至料道，頂料缸縮回至初始位置，進入下一工作循環。自動上下料機械手裝置如圖2所示。

3 PLC控制設計

氣動裝置具有結構緊湊、動作迅速、工作可靠等優點，特別是在改變工藝過程的順序時非常方便，非常適用于自動化生產中輕型工件的自動上料、下料等工作。本設計采用PLC 來控制氣缸驅動的機械手和機床加工。根據感應電動機定子外圓車削專用機床的工作過程，該自動上下料裝置控制系統選用三菱FX1N－40MT－001，輸入點為24，輸出點為16。PLC的輸入、輸出地址分配見表1，輸入點15個，輸出點15個。

4 PLC編程設計

分析機械手的工作過程，上、下料機械手裝置共要完成有7個機械動作，其梯形圖編制如下：

（1）當光電開關檢測到料倉有工件且送料機械手右極限位并無工件時，發出落料信號，落料缸伸出，使得料倉最下方的工件落入送料機械手中，當落料缸已伸出且送料機械手檢測工件到位后落料缸縮回，以限制后面的工件落下。落料開關動作梯形圖如圖3所示。

圖2 自動上下料機械手裝置

表1 輸入、輸出（I／O）點數的分配

（2）當送料機械手有工件后執行伸出動作，至左極限位把工件送到加工位置，并由車床尾座和膨脹芯軸頂緊工件延時后，送料缸收回擋料板并縮回至初始位置。送料機械手動作梯形圖如圖4所示。

（3）當送料手在左極限位把工件送到加工位置，車床尾座和芯軸夾緊工件，夾緊延時后，隨后給出夾緊信號機床開始車削工件。機床夾緊工件動作梯形圖如圖5所示。

（4）工件被夾緊后，機床主軸轉動刀架按預先設定的速度和位移進給開始加工。機床加工工件梯形圖如圖6所示。

圖3 落料開關動作梯形圖

圖4 送料機械手動作梯形圖

圖5 機床夾緊工件動作梯形圖

圖6 機床加工工件梯形圖

（5）加工完畢，機床給出信號，接料機械手伸出至左極限位，當接到已完工工件后接料機械手縮回至右極限位。卸料機械手接料動作梯形圖如圖7所示。

圖7 卸料機械手接料動作梯形圖

（6）當接料機械手伸出至左極限位，芯軸松開并頂出工件，工件落入接料機械手中。頂料桿頂出工件動作梯形圖如圖8所示。

圖8 頂料桿頂出工件動作梯形圖

（7）當接料手縮回至右極限位時，由一頂料桿將其頂入料道，依次進入下一道工序，至此，一個工件車削完畢，進入下一工作循環。加工過程自動循環梯形圖如圖9所示。

圖9 加工過程自動循環梯形圖

5 結語

在設計數控專用車床自動送料裝置時，應綜合考慮設備的投資大小、生產場地、生產效率、加工工藝要求等因素。該自動上下料裝置結構簡單、設計制造周期短、成本低、安裝及使用較容易，加工對象的送料范圍可根據生產實際情況進行調整。機械手的速度、步進電機運行所需的脈沖數都可以根據具體的工況進行設置，能夠滿足在一定范圍內數控上下料的多種作業要求，符合目前國內具體的生產加工水平，能滿足一般企業的生產要求。

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