數控臥式車床自動化上下料及對刀系統的設計

□ 董鳳龍

力勁精密機械(昆山)有限公司 江蘇蘇州 215000

1 設計背景

中國制造的核心是智能制造,機械制造業的發展趨勢是自動化技術,可以助推制造業效率的提升。而數控機床是制造業的工業母機,數控機床自動化是智能制造發展趨勢中必不可少的一環,許多大中小微企業也越來越重視。為加快實現智能工廠與數字化車間,資金雄厚的企業每年都會引入自動化生產線。小微企業由于資金相對有限,對產品的凈利潤要求較高,對單機自動化需求也更為迫切。而零件的加工節拍是所有企業都要面對的問題,對于小型零部件的加工尤為重要,單品本身利潤就很低,如果沒有數量上的優勢,企業很難獲取利潤,在同行業競爭中也很難生存,由此筆者設計了一數控臥式車床自動化上下料系統。

2 系統總體設計

基于數控臥式車床LT-6型號,筆者設計了一套自動化上下料及對刀系統,實現單機自動化生產加工,使零件加工能夠完成上料、加工、下料的自動化生產過程,滿足客戶對生產的需求,提高加工效率。

加工零件參數中,直徑為25 mm,長度為50 mm,材質為45號鋼。

零件的加工類型為外圓及鏜孔精加工。

數控臥式車床LT-6型號適合小型回轉體零件加工,配置發那科系統,二軸聯動,半閉環控制。該設備基本參數見表1。

表1 數控臥式車床LT-6型號基本參數

基于產品零件及實際生產需求,確認設備結構布局,這一數控臥式車床自動化加工系統由數控臥式車床、自動送料裝置、自動對刀儀裝置、自動接料裝置構成,如圖1所示,一次上料完成零件批量化生產。

3 主要配置

(1) 自動送料裝置。布置在數控車床左側,送料口回轉中心對準機床主軸通孔回轉中心,根據零件形狀,采用某廠家的一款自動送料裝置。自動送料裝置參數中,棒材直徑為5～26 mm,棒材長度為3 000 mm。

▲圖1 數控臥式車床自動化上下料及對刀系統

(2) 自動對刀儀裝置。采用馬波斯全自動對刀儀,接觸式刀具測頭,對刀臂由電機驅動,可自動擺動到測量位置,快速地確定刀具的尺寸和位置。對刀儀主要參數中,重復定位精度為0.005 mm,對刀臂轉動時間為3 s,對刀臂擺動角度為90°。裝置由數控系統控制,節省了人工對刀的耗時,適用于大批量生產和高水平自動化場合。自動對刀儀裝置布置于數控車床工作區域內,安裝在主軸箱體上,自動對刀儀裝置安裝位置如圖2所示。

▲圖2 自動對刀儀裝置安裝位置

(3) 自動接料裝置。該結構安裝在卡盤下方,由接料道、氣缸、傳送帶、電機、出料道等組成。氣缸控制接料道左右移動,不接料時在左側位置,上方配有擋屑板,接料時移動到右側,將加工好的零件導入傳送帶上,氣缸雙向位置配置有行程到位檢測裝置,傳送帶由電機控制轉動。自動接料裝置如圖3所示。

▲圖3 自動接料裝置

4 系統循環動作

將一定數量的棒料放入自動送料裝置上,啟動加工程序,自動送料裝置將棒料推入機床,通過中空油缸、中空拉桿、中空卡盤,直至刀盤上由切斷刀位完成定位,卡盤夾緊,刀塔加工,零件切斷時氣缸帶動接料道向右側移動,零件再經傳送帶至出料口,氣缸復位,完成一次循環動作,直至尾料被自動送料裝置抽回,然后進行下一根棒料的加工。

5 技術難點

技術難點主要集中在三個方面。第一,棒料在送入機床內部時如何防止下沉。第二,在棒料高轉速下如何防止顫動。第三,零件如何準確落入接料道內。

在實踐摸索過程中,只要做好三個方面的工作就可以避免這些問題的發生。第一,在油缸端及卡盤端或拉桿內安裝襯套,可以有效防止棒料下沉,能有效從卡盤內孔中伸出。第二,防止顫動需要控制好送料裝置的回轉中心與主軸回轉中心在一條直線上,盡量保證其同軸度。第三,當工件在切斷時,影響下落位置的因素主要有主軸旋轉時零件所產生的離心力,以及零件切斷時所承受的切削力,在切斷加工時可以調整適當的加工參數,如主軸轉速、進給量、吃刀量等,然后再控制好切削液流出刀盤的流量大小,這樣就可以抵消大部分的離心力和切削力,使零件能夠準確落入接料道內。

6 實物樣機

為驗證該自動化上下料及對刀系統是否滿足使用要求,最終制作實物樣機,如圖4所示。

對棒料進行循環加工,批量加工,動作順暢,穩定性良好,可以有效實現單機自動化生產。

▲圖4 自動化上下料及對刀系統實物樣機

7 結束語

所設計的自動化上下料及對刀系統原理清晰,動作合理,性能穩定,可以實現小型回轉體零件批量自動化加工。這一系統能夠使企業提高產量,提高效益,減少工人作業強度,并且可以為同類型數控臥式車床自動化設計提供借鑒。