一種全承載客車用矩形管全自動下料機的設(shè)計改造

劉亮（安徽安凱金達機械制造有限公司，合肥 230051）

0 引言

我公司主要從事客車車身用矩形管下料、零部件加工、底架總成的焊接及車身骨架焊接生產(chǎn)工作。客車采用全承載技術(shù)，以“鳥籠式”整體框式骨架結(jié)構(gòu)代替底盤扣車身的結(jié)構(gòu)，做為構(gòu)成此“鳥籠式”結(jié)構(gòu)的主要載體，矩形管需要根據(jù)車身骨架及底架設(shè)計需求，選取不同管型、不同長度、不同切口角度相結(jié)合來完成。

1 矩形管下料流程及工藝分析

圖1是全承載客車車身底架結(jié)構(gòu)示意圖。其主要構(gòu)成部分為矩形管，料型及標注參數(shù)如圖2所示。生產(chǎn)人員根據(jù)車身生產(chǎn)矩形管明細，區(qū)分管型下料。現(xiàn)有下料工藝主要為：普通圓盤鋸床下料，下料角度通過人工旋轉(zhuǎn)圓盤至所需角度，再人為計算料長并測量后，裝夾下料。生產(chǎn)任務(wù)較為繁重，操作人員在進行下料時易測量錯誤，導致下料誤差大或錯料，質(zhì)量問題較為嚴重；且一部機床需配置2人，1人主刀切割下料，1人輔助測量檢驗與成品料碼放，勞動強度大。

2 全自動下料機床改造結(jié)構(gòu)及流程原理

2.1 全自動下料機床改造結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1 全承載客車車身底架結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 矩形管參數(shù)示意圖

在僅有下料機主體機頭的情況下，要實現(xiàn)全自動下料，整個上料系統(tǒng)、送料系統(tǒng)、定尺下料機構(gòu)、以及連接方式等均需要設(shè)計，并根據(jù)現(xiàn)場實際操作需求進行優(yōu)化。其上料傳動依靠鏈輪鏈條傳動，送料和定尺方式則是依靠伺服電動機帶動絲桿實現(xiàn)精準定位。各動作之間則是依靠多種感應(yīng)器進行信號的傳輸和銜接。

因為原有機床轉(zhuǎn)盤無動力實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，為了能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)動，我們在原有機床圓盤的外圓處加裝一個齒圈，然后通過伺服電動機、減速機帶動一個與齒圈嚙合的小齒輪，使圓盤轉(zhuǎn)動（圖8）。

2.2 全自動下料機改造流程原理

圖3 全自動下料機改造整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 上料系統(tǒng)單片結(jié)構(gòu)圖

圖5 撥料器局部結(jié)構(gòu)圖

圖6 矩形管進給滾軸結(jié)構(gòu)圖

圖7 圓盤鋸主體上增設(shè)裝置圖

圖8 增加齒圈與傳動齒輪示意圖

1）原材料的上料。如圖3、圖4所示，上料架單片梁3通過4根連接梁12連接成一個上料架，原材料14放置于上料架上，每個單片上均包含一個鋼絲繩13，上料架底部安裝電動機6與減速機8，電動機6輸出端與減速機8輸入端通過皮帶輪系統(tǒng)7連接，減速機輸出端安裝一小鏈輪16。上料架底部安裝一傳動桿10，傳動桿10分為2節(jié)（部件原材料長度有限），通過連接塊9與軸承座22連接貫穿整個上料架，并且對應(yīng)在上料架單片3的部位安裝一個滾輪20，滾輪20固定鋼絲繩13一端，另一端一上料架頂部連接。另外也安裝了一個大鏈輪18，大鏈輪18與小鏈輪16通過鏈條17連接。當電動機啟動時，電動機6輸出會通過皮帶輪系統(tǒng)7帶動減速機8輸入端旋轉(zhuǎn)，從而使減速機8輸出端小3）定尺鋸切下料。當原材料14處于感應(yīng)器27位置時，定尺送料系統(tǒng)2準備就位于原點位置，此時伺服控制系統(tǒng)控制壓料系統(tǒng)5重新夾緊原材料14，并讓定位送料系統(tǒng)4將原材料14再次輸送一固定長度（根據(jù)定尺送料系統(tǒng)2原點位置確定），當輸送到位后，定尺送料系統(tǒng)2將原材料14夾緊，壓緊系統(tǒng)5松開并回到定位送料系統(tǒng)4原點。定尺送料系統(tǒng)2將原材料14送料至機床1鋸切位置的過程中，伺服控制系統(tǒng)根據(jù)需求的數(shù)據(jù)要求，啟動伺服電動機28，通過減速機29帶動小齒輪30轉(zhuǎn)動，從而使齒圈31與圓盤32轉(zhuǎn)動至對應(yīng)角度，當送料到達時，機床1自帶夾緊系統(tǒng)將原材料14夾緊，此時機床1開始鋸切，同時定尺送料系統(tǒng)2松開夾緊，返回至整個系統(tǒng)設(shè)定的下次需鋸切尺寸處進行夾緊待送料；當前一次鋸切完成后，機床1夾緊系統(tǒng)松開，定尺送料系統(tǒng)2再次送料，至此循環(huán)機床1自帶夾緊系統(tǒng)夾緊，定尺送料系統(tǒng)2返回至下次下料需求尺寸待下次加工程序。4）感應(yīng)循環(huán)程序。當原材料14被定尺送料系統(tǒng)2取料出至感應(yīng)器27之外時，感應(yīng)器27反饋信號，整個系統(tǒng)會開始第一步驟與第二步驟，也就是原材料上料與待輸送。由于原材料長度為固定值，所以整個系統(tǒng)可根據(jù)每次整體不同品種下料的尺寸計算最為節(jié)省原材料的方式進行下料，當單根原材料長度不能滿足任何品種下料時，定尺送料系統(tǒng)2會將剩余的原材料料頭取出并丟棄至廢料箱內(nèi)。同時，定位送料系統(tǒng)4開始送料至固定位置，定尺送料系統(tǒng)2返回原點并夾緊原材料。鏈輪16旋轉(zhuǎn)，通過鏈條17帶動大鏈輪18與傳動桿10旋轉(zhuǎn)，進一步帶動滾輪20旋轉(zhuǎn)；滾輪20旋轉(zhuǎn)會使鋼絲繩13纏繞其上，從而使鋼絲繩13縮短，將原材料14上抬。當原材料14到達高于上料架小滾輪23時，原材料14會按根滑入并被擋塊21擋住。卡料總成15高度可調(diào)，確保原材料14可按根依次滑入。此時上料架上料完成，原材料14待進一步步驟（擋塊21下部部位安裝的感應(yīng)器（未標注）信號反饋感應(yīng)存在原材料狀態(tài)）。

2）原材料輸送。擋塊21下部感應(yīng)器信號反饋存在原材料時，撥料系統(tǒng)11（包含一撥料桿24與氣缸25，圖5）中撥料桿24大端固定于架上（可旋轉(zhuǎn)），氣缸25伸出，上翹將原材料挑起一根，該原材料14下料落入滾軸26位置（圖6），此時壓料系統(tǒng)5將原材料14壓住。壓住約2 s后，定位送料系統(tǒng)4（伺服控制）開始送料至上料架端部原點位置，此位置安裝感應(yīng)器27，當感應(yīng)到存在料時，定位送料停止，壓料系統(tǒng)5松開并退回定位送料系統(tǒng)的原點，等待下一步驟。

3 全自動下料機床改造后的優(yōu)點

1）本系統(tǒng)使用數(shù)控系統(tǒng)取代原人為操作的上料與測量，節(jié)約大量動作浪費，縮短有效的工作時間，生產(chǎn)效率提升30；同時操作人員僅進行成品的取料碼放即可，減少操作人員一名，降低用工成本。

2）自行改造的數(shù)控系統(tǒng)，節(jié)約采購成本；且適應(yīng)公司內(nèi)部需求，精準下料，產(chǎn)品合格率達99.6。

3）全系統(tǒng)的設(shè)計制作各部件使用螺栓連接緊固，易損、故障部位能夠及時進行更換，降低了系統(tǒng)后續(xù)維護的成本。并且采用集中潤滑，對各部件定期潤滑，延長部件的使用壽命。

4）自動計算產(chǎn)品的角度，自動進給和補償角度誤差，套裁功能使原材料利用率提升7。

4 結(jié)論

本自動化改造私服精準控制原理，實現(xiàn)了截面寬度20~80 mm范圍內(nèi)矩形管的全自動下料，取代了人工操作和測量，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了員工的勞動強度。該全自動下料機床自投入使用以來，取得了很好的效果，矩形管下料質(zhì)量得到了客戶的認可。