長軸類數(shù)控車加工自動(dòng)上下料系統(tǒng)開發(fā)

□袁 平 陳 潔 杜勇奕 袁 鋼

本文應(yīng)常州某一知名機(jī)床生產(chǎn)商要求，針對(duì)現(xiàn)有的數(shù)控車上下料系統(tǒng)數(shù)控車床，設(shè)計(jì)了與其配套的上下料機(jī)械和電器系統(tǒng)，不光動(dòng)作可靠平穩(wěn)，而且結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，使其既能滿足功能要求又具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

一、工件描述與加工要求

工件毛坯幾何形狀描述:如圖1 所示，工件為一根長172.5mm，直徑8mm 的軸形件;工件左端有一臺(tái)階，長49mm，直徑7.2mm。

工件加工要求:工件在平床身數(shù)控車床彈簧夾頭上夾緊后，在右端車削加工出直徑為5mm，長度為9mm 的臺(tái)階(切削后的輪廓如圖1 中虛線部分所示)。

圖1 工件幾何形狀示意圖

二、自動(dòng)上料技術(shù)方案

上料機(jī)構(gòu)整體布置于數(shù)控車床主軸后方，簡稱后進(jìn)料式。這種結(jié)構(gòu)布局對(duì)于數(shù)控車床的改動(dòng)小，也不會(huì)占用車床加工區(qū)域，可以保持車床的結(jié)構(gòu)完整性及性能、精度;上料機(jī)構(gòu)置于主軸后方，還便于往供料裝置中加料，以及對(duì)上料機(jī)構(gòu)的安裝、調(diào)試及檢修［1］。上料機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)部分:供料裝置以及推料裝置。

圖2 供料裝置示意圖

(一)供料裝置。如圖2 所示，工件沿與主軸平行方向?qū)盈B擺放，最下方的工件所處位置為準(zhǔn)備上料位，工件在此位置時(shí)與主軸同心。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出上料信號(hào)時(shí)，由液壓缸推動(dòng)工件進(jìn)入主軸;推料桿完成上料并退回原位后，供料裝置中的工件在重力作用下自動(dòng)下移，另一工件進(jìn)入準(zhǔn)備上料位。

(二)推料裝置。推料裝置主要由一只液壓缸構(gòu)成，置于供料裝置后方。液壓缸帶動(dòng)推料桿(推料桿中心線與主軸同心)，將工件推入主軸。推料桿動(dòng)力裝置優(yōu)先選用液壓缸，因其動(dòng)力均勻，可控性高。

三、下料機(jī)構(gòu)

下料機(jī)構(gòu)安裝在數(shù)控車床加工區(qū)，主軸夾頭側(cè)方。下料機(jī)構(gòu)由取料盤及料盤收縮裝置組成，當(dāng)工件加工完畢且刀架退出時(shí)，料盤收縮裝置帶動(dòng)料盤到達(dá)主軸下方。工件落入料盤后，再由料盤收縮裝置將料盤收回至輸送帶上方，同時(shí)料盤傾斜，工件落到輸送帶上，由輸送帶將工件輸送至車床外部。

四、上、下料過程中的工件表面防護(hù)

為避免在上、下料過程中，因碰撞等因素?fù)p傷工件表面，上、下料機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)料裝置均以聚四氟乙烯軟帶貼住表面。

五、上、下料機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)

表1

上、下料機(jī)構(gòu)的控制，主要包括推料液壓缸及料盤收縮裝置的動(dòng)作控制，以及相關(guān)的工件位置檢測(cè)?？刂乒δ芸捎蓹C(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中的PMC 功能模塊實(shí)現(xiàn)，相關(guān)的動(dòng)作控制和檢測(cè)功能均以M 代碼形式出現(xiàn)在車床的程序中。

但有些系統(tǒng)本身不具有空的M 代碼，在此合并使用一些M代碼，或更替一些代碼。以發(fā)那科車床數(shù)控系統(tǒng)為例，發(fā)那科系統(tǒng)可以替換或合并的M 代碼如表1 所示。

當(dāng)然也不排除空余的M 代碼和替換的M 代碼加起來的數(shù)量還不能滿足上下料的動(dòng)作需求。出現(xiàn)此情況就需要接入一臺(tái)PLC 來控制上下料的各個(gè)動(dòng)作，而PLC 與數(shù)控系統(tǒng)的交互可以利用不用的M 代碼作為啟動(dòng)PLC 程序的開關(guān)［2］。

六、結(jié)語

以上改造方式有很大的局限性，僅僅針對(duì)于長軸類零件，使其適應(yīng)性較弱，而且改造時(shí)對(duì)原數(shù)控系統(tǒng)中部分M 代碼重新定義，使得車床本身的適應(yīng)性較差。因此該類型的上下料系統(tǒng)只能在長軸類的零件加工中使用。

［1］施燕.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床機(jī)械手建模與仿真研究［D］.江蘇大學(xué)，2009

［2］張慶峰.新型數(shù)控機(jī)床裝夾機(jī)械手設(shè)計(jì)與分析［D］.江蘇大學(xué)，2010