數(shù)控車削自動送料裝置設(shè)計與控制*

黃慶專 程志杰

(福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 泉州362000)

數(shù)控車削加工，正常情況下，采用人工操作機床、裝夾軸類工件。操作裝在機床主軸法蘭上的三爪卡盤夾緊工件，裝夾與對刀耗費時間較長，工人的勞動強度大，降低了數(shù)控車床的有效利用率。對批量加工產(chǎn)品的數(shù)控車床有必要開發(fā)自動送料裝置［1］，使機床可連續(xù)循環(huán)加工，從而提高設(shè)備的自動化程度與加工效率。

1 車削工件特征及研發(fā)自動送料裝置的分析

如圖1 所示，導(dǎo)磁軸零件尺寸為φ6 mm×60.5 mm，最小達(dá)M3，屬于細(xì)長軸工件。根據(jù)需要，計劃加工20萬件左右，屬于大批量生產(chǎn)。

加工效率分析:正常情況下，采用人工裝夾加工，一天工作12 h 僅能完成約400 根。面對20 萬件產(chǎn)品，生產(chǎn)周期將太長，于是計劃研制自動送料器，并實現(xiàn)自動對刀加工。通過研究分析，使用自動送料裝置，通過計算發(fā)現(xiàn)在相同時間內(nèi)能實現(xiàn)近2.3 倍加工效率(約920 根)，加工過程穩(wěn)定，可實現(xiàn)無人值守。

人工成本分析:0.45 元/根，20 萬根計算，需要人工成本9 萬元，而采用自行設(shè)計的自動送料裝置所花的設(shè)備成本不到3 千元，考慮設(shè)備維護等其他成本，也多不了多少。因此，人工成本方面為企業(yè)節(jié)省很大支出。

2 自動送料裝置機械部分設(shè)計

自動送料裝置機械設(shè)計包括兩部分:一是落料箱體，二是送料機構(gòu)，其中送料機構(gòu)動作與箱體落料二者的工作協(xié)調(diào)一致是核心。

圖2 為自動送料裝置工作原理圖，其中上半部分為落料箱，下部為氣動送料機構(gòu)。落料箱是用鍍鋅板材料折彎成，設(shè)計尺寸為300 mm×150 mm×150 mm，每次可裝容量為1000 根(大于920 根)導(dǎo)磁軸，能保證一天12 h 的加工需要。再焊接一個架子(圖中沒有畫出)與箱體聯(lián)接再固定到機床上，固定過程中，調(diào)試保證聯(lián)接軸2 與機床主軸軸線同軸。

送料協(xié)調(diào)工作過程:落料箱內(nèi)裝滿導(dǎo)磁軸，導(dǎo)磁軸在重力作用下匯集于落料口5 處，落料口開度不足以使導(dǎo)磁軸掉下去，氣缸3 控制落料口開度;氣缸1 控制送料，通過落料槽與聯(lián)接軸把落料導(dǎo)磁軸送到機床氣動夾頭(由原來的卡盤改造);氣缸1 和氣缸3 的協(xié)調(diào)控制通過調(diào)試與電氣控制實現(xiàn)，先落料后送料。其中，聯(lián)接軸2 是與車床鋼管同軸間隙連接，軸向上有2 mm左右的間隙，以免在機床主軸鋼管帶動下回轉(zhuǎn);磁感應(yīng)開關(guān)作用是在氣缸3 動作后，檢測不到導(dǎo)磁軸落下時會自動報警提示。

3 自動送料裝置的電氣控制設(shè)計

3.1 自動送料與工件定位關(guān)系分析

電氣控制設(shè)計是保證自動送料裝置與機床協(xié)調(diào)工作的關(guān)鍵，因此送料過程必須結(jié)合數(shù)控車床加工與控制技術(shù)，特別是機床加工工件定位問題(對刀)、程序執(zhí)行過程［2］。

周密考慮每一次加工的工件坐標(biāo)系(坐標(biāo)偏置)一致性，確保工件正確定位，因為加工程序一經(jīng)確定便不會自動改變。從工作過程圖(圖3 所示)可以清楚地看到，利用機床刀架從右向左運動的控制特點，巧妙地實現(xiàn)把工件右端面定位到Z 軸的Z0點。而X 軸的X0點默認(rèn)為氣動夾頭的軸線，因為聯(lián)接軸、不銹鋼管、氣動夾頭都是同軸。因此，在機床加工前設(shè)好Z 軸Z0位置與X 軸X0位置的坐標(biāo)偏置，即對刀。加工送料時，將導(dǎo)磁軸推出超過Z0點一定位置，依靠刀具側(cè)面定位將推回Z0點，然后氣動夾頭夾緊［3］，并驅(qū)動數(shù)控機床開始自動加工運行。

3.2 自動送料氣缸動作控制設(shè)計

結(jié)合以上分析，綜合考慮送料裝置動作、工件裝夾、坐標(biāo)系定位與數(shù)控程序運行等設(shè)計相匹配的電氣控制回路。

分析循環(huán)控制過程:循環(huán)起點，氣動夾頭松開→氣缸1 動作推出工件(打出已加工工件，如圖3a)→氣缸1 停止推出(配合加工程序運行)→氣缸1 繼續(xù)動作推出工件(工件到位)→刀架動作定位工件Z0點(如圖3b)→氣動夾頭夾緊→氣缸1 退回原位→加工程序運行(加工工件)→氣缸3 推出落料(準(zhǔn)備下一次加工)→氣缸3 退回→氣動夾頭松開，在沒有報警情況下，數(shù)控車床與送料裝置按此循環(huán)周而復(fù)始地運行加工。

完整控制包含兩部分:電氣控制［4］和數(shù)控程序輔助M 控制［5］。

其中部分氣缸動作由新增電氣控制實現(xiàn)，如圖4所示。當(dāng)車床主軸夾頭松開時，中間繼電器KA6 閉合，時間繼電器KT1、中間繼電器KA1 得電，KT1 開始計時(氣缸1 的循環(huán)時間)，KA1 常開閉合，氣缸開始前進送料，當(dāng)氣缸運動到磁感應(yīng)開關(guān)QS1 時，QS1 閉合時間繼電器KT2、KA2 得電，開始計時，同時中間繼電器KA2 常閉觸點斷開，電磁閥1YA 失電，氣缸停止前進。當(dāng)KT2 時間到時，KT2 常閉就延時斷開，KA2線圈失電，KA2 常閉重新閉合，氣缸繼續(xù)送料直至工件定位刀位及主軸夾緊。當(dāng)KT1 時間到時，KT1 常閉延時斷開，KA1 線圈失電，KA1 常閉重新閉合，KA3 線圈就得電，KA3 常開就閉合，電磁閥2YA 得電，氣缸開始后退。當(dāng)氣缸后退碰到磁感應(yīng)開關(guān)SQ2 時，SQ2 閉合，中間繼電器KA4 得電，KA4 常閉斷開，中間繼電器KA3 失電，氣缸就停止后退。電氣控制部分注意:KT1的時間要大于KT2 的時間，同時KT1 的時間要與車床配合，其時間要大于主軸松開到夾緊所用的時間，以保證工件有時間準(zhǔn)確定位及夾緊。

數(shù)控程序加工與M 控制部分［5］:自動送料的驅(qū)動控制指令型號，必須融合到數(shù)控機床整體運行加工中，即通過增加機床輔助M 功能，在數(shù)控加工程序編制中體現(xiàn)，如程序表1 中的M12 、M13 等。確保自動送料電氣控制與機床運行協(xié)調(diào)工作。

氣缸的進退、延時的時間、氣缸的氣壓的大小調(diào)節(jié)，是用來配合程序運行的，這里將控制氣動夾頭的繼電器KA6 的一個常開觸點延出，當(dāng)程序中運行到M13指令時KA6 常開閉合，開始控制電磁閥的動作，這時第一次快速打出加工完的工件，延時到后第二次再將工件從夾頭里送出一部分長度，刀具靠進去定位。當(dāng)運行到M12 指令時，繼電器KA6 失電，這時氣缸開始退出，退出后主軸才可開始轉(zhuǎn)動，工件切削開始。這樣就可實現(xiàn)自動循環(huán)送料和自動循環(huán)加工的功能。

表1 符合自動送料的數(shù)控加工程序格式［6］

4 結(jié)語

大批量車削加工細(xì)長軸工件時，設(shè)計一個自動送料裝置使其與數(shù)控車床協(xié)調(diào)工作，能夠降低工人勞動強度，減少企業(yè)人工成本支出。設(shè)計時周密考慮機械控制部分、電氣控制部分、機床輔助控制部分，以及數(shù)控加工程序之間的關(guān)系。介紹了加工細(xì)長導(dǎo)磁軸使用的自動送料裝置的設(shè)計，裝置簡單、方便、實用、制造成本低，可實現(xiàn)自動循環(huán)送料和數(shù)控機床自動循環(huán)加工的控制功能。本設(shè)計已經(jīng)在某電氣設(shè)備制造公司投入使用。

［1］馮培鋒，李穎新，富國華. 數(shù)控車床棒料送料裝置的類型及其選擇［J］，集美大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2000，5(3):46 -49.

［2］岳錫芬. 數(shù)控車床單機自動化的途徑及若干技術(shù)問題［J］. 中國制造業(yè)信息化. 2005(10):129 -132.

［3］趙玉峰，孔博. 一種簡易實用的夾具在數(shù)控車床上的應(yīng)用［J］. 機械工程師. 2009(04):139.

［4］袁忠，申愛民. 機床電氣控制系統(tǒng)運行與維護［M］，北京:電子工業(yè)出版社，2010.

［5］羅志增，張衛(wèi)，顧培民. 一種實用的車床自動供料裝置及其控制系統(tǒng)［J］，機電工程，1998(3):13 -14.

［6］申曉龍，數(shù)控加工技術(shù)［M］，北京:冶金工業(yè)出版社，2008.