一種數控車床自動拉料裝置的設計與應用

陳建幫，李大成

（佛山職業技術學院機電工程系，廣東佛山528137）

一種數控車床自動拉料裝置的設計與應用

陳建幫，李大成

（佛山職業技術學院機電工程系，廣東佛山528137）

通過設計使用數控車床自動拉料裝置，實現了生產過程中數控車床的自動送料和自動進行松、夾卡盤，解決了在批量生產時材料長度定位難及操作人員安全的問題，從而實現數控車床自動拉料生產。使用自動拉料裝置，動作靈活可靠，制造相對簡單，比較經濟。不僅提升了設備自動化程度，并可在現有的條件下和規定時間內達到生產所需要求，此種拉料裝置故障率低，使用壽命長，充分體現了數控車床自動拉料的安全性和穩定性，有效提高生產效率和材料的利用率。

數控車床；自動拉料裝置；應用

在中小批量軸類零件的加工中，數控車床具有生產率高、加工成本低廉、操作簡單、易于實現機械與柔性自動生產等一系列的優點[1]。但在實際的生產過程中，數控車床卻面臨著加工周期短，裝夾各類輔助時間過長等問題，從而嚴重影響生產的總體效率。若可以在數控車床上設計自動拉料裝置，則可以在自動加工過程的程度上進一步提高零件的生產效率，同時很大程度上提高了材料的利用率。

1 問題的提出

某企業生產車間需生產如圖1所示螺紋臺階軸零件，加工材料為不銹鋼，件數為100000件的批量生產零件（兩班制生產）。采用設備為大連機床廠的CL-20A斜床身數控車床。零件尺寸、同心度要求精度高，需一次裝夾完成車削，表面不得有明顯缺陷。零件最大直徑尺寸為Φ28，故采用Φ30×1.5 m的棒料加工。

圖1 螺紋臺階軸

對此類零件，按工廠的人員配置，1人2機同時操作，按如下步驟進行：先裝夾好棒料，保證合適的伸出長度→加工→切斷→停機→松開卡盤，拔出棒料至合適的伸出長度→再次夾緊→再次車削加工，如此不斷地重復。倘若5～10臺機床同時加工，需增加操作人數和生產成本，同時與配備有自動送料機機械工廠相比，勞動強度大，生產效率低。當零件批量越大時，大量積累的輔助時間會造成不必要的資源浪費。如果零件能在切斷后，在不需配備自動送料機的前提下，采用一些特殊方法自動將棒料拉出至所需加工長度的對刀零點，對棒料進行自動定位、夾緊后達到繼續自動車削加工的目的，零件的生產效率將大幅度提高。

2 研究過程

2.1 國內同類問題解決方案

國內外大多數企業為了提高生產效率及增大自動化程度，采用數控車床自動送料機，從而提高設備的加工效率和自動化程度。送料類型為圓棒料、六角料、空心料等，數控車床使用的送料機類型有油浴送料機、儲料式送料機、重錘式送料機等。

以企業應用最廣的油浴送料機為例，油浴送料機由液壓站、料管、推料桿、支架、控制電路五部分組成，工作原理是油泵以恒定的壓力（0.1～0.2MPa）向料管供油，推動活塞桿（推料桿）將棒料推入主軸，所以也稱作油壓送料機。工作時棒料處于料管的液壓油內，當棒料旋轉時，在油液的阻尼反作應力下，棒料就會從料管內浮起，當轉數快時棒料就會自動懸浮在料管中央的轉動，但油浴送料機存在成本高，耗油量大、占地面積大等一系列問題。圖2所示。

圖2 油浴送料機

2.2 解決方案

零件車削加工切斷后，刀具不是快速回到零點，而是繼續定位到卡盤夾持棒料的剩余伸出部分，切出一道寬度為3 mm×2 mm的工藝槽，切出此槽目的是使拉料裝置拉料爪部位卡進工藝槽內，待定好位后，通過編寫好的數控程序控制液壓卡盤自動松開，程序再次控制拉料裝置將棒料拉出至所需加工長度。動作分解如圖3拉料裝置動作分解圖所示：（a）車削工藝槽→（b）拉料裝置拉料爪定位到槽內，程序啟動液壓卡盤松開→（c）拉出所需長度L→（d）程序啟動控制液壓卡盤夾緊。

圖3 拉料裝置動作分解圖

2.3 拉料裝置結構設計

針對上述情況，設計并投入使用一種數控車床專用的拉料裝置，拉料裝置如圖4所示。主要由3部分組成：連接桿、拉料爪、調節鎖緊螺釘，拉料裝置的具體結構如圖3所示；拉料爪夾范圍為10～30 mm；連接桿的一端用于連接拉料爪，另一端用于安裝在刀架上。

圖4 拉料裝置

連接桿柄部在工作時，應具有適當的拉緊力，以保證拉料時穩定可靠，變形小，定位準確[2]。對于較重的棒料可考慮采用硬度高、抗拉強度好的材料制作，設計時臺階處應有過渡圓角，減少應力集中，以防斷裂，并加以熱處理提高使用壽命。

拉料爪處應具有一定的強度和剛度，足以拉出棒料[3]。工作時拉料爪是主要拉料工作部分，其整體結構、重量和體積直接影響整個拉料裝置的結構、抓重、定位精度、運動速度等性能。因此，在設計時，必須力求結構簡單，重量輕，體積小。

3 應用效果

設計人員抽取了1臺未安裝自動拉料裝置的車床與1臺安裝了自動拉料裝置的車床進行1 h的加工生產對比測試。對兩臺車床所需操作人數、裝夾輔助時間、單位時間內完成工件件數等情況進行跟蹤，跟蹤結果如表1所示。

表1 生產情況跟蹤表

通過跟蹤表可以看出，安裝有自動拉料裝置的車床操作起來更加節省人力物力，自動化程度進一步提高，可大幅度降低工人勞動強度，節約生產成本、縮短裝夾輔助時間，1人可操作多臺數控機床進行批量生產，生產效率大幅度提升。

4 結束語

通過實驗與試用得知，此種車床自動拉料裝置有一定的局限性，只適合小型階梯軸類零件的批量生產[4]。但在軸類零件中，階梯類零件已占軸類零件的的70%，覆蓋面比較廣，能夠解決大部分軸類零件的自動拉料生產，可大幅度降低工人勞動強度，節約生產成本、輔助時間和材料利用率，1人可多臺數控機床同時生產，生產效率大幅度提升。拉料裝置結構簡單，易于制造，相比萬元以上的自動送料機，經濟實惠，更有實用價值，不須另外設立液壓油站，花費電費和其他的維修費用。

[1]黃信兵，劉小娟.一種數控車床自動送料裝置的設計研究[J].組合機床與自動化加工技術，2013，（5）:111-113.

[2]黃慶專，程志杰.數控車削自動送料裝置設計與控制[J].制造技術與機床，2014，（7）:147-149.

[3]高永偉，韓瑞生，黃翔強.基于現有生產條件下的數控車床自動送料機構的研究[J].現代職業教育，2015，（20）:16-18.

[4]陳賢照，吳宗.一種專用送料器的創新設計[J].設計與研究，2011，（12）:131-132.

Design and Application of Automatic Pull Feeding Device for Numerical Control Lathe

CHEN Jian-bang，LI Da-cheng
（Department of Mechanical and Electrical Engineering，Foshan Polytechnic，Foshan Guangdong 528137，China）

Through the design and use of the economic type of automatic pull feeding device of the CNC lathe，so as to realize the automatic feeding and clamping chuck loose of CNC lathe.Solve the problem of material length location and the safety of operator in mass production.And so as to realize the automatic drawing production of CNC lathe.The automatic pull feeding device has the advantages of flexible and reliable action，simple structure and economy，which not only improves the degree of automation of the equipment，but also can reach the requirement of production in the existing condition and the required time.This kind of pulling device has low failure rate and long service life，which fully reflects the reliability and stability of the automatic pulling of CNC lathe. Effectively improve the efficiency of production and the utilization of materials.

CNC lathe；automatic pull feeding device；application

T G659

A

1672-545X（2016）09-0087-02

2016-06-13

佛山市工業產品精密檢測科研基礎平臺（2013AG10010）

陳建幫（1991-），男，廣東河源人，本科，實訓指導教師，主要研究方向為數控編程與加工方向。