數(shù)控臥式車床自動化上下料及對刀系統(tǒng)的設(shè)計

□ 董鳳龍

力勁精密機(jī)械(昆山)有限公司 江蘇蘇州 215000

1 設(shè)計背景

中國制造的核心是智能制造,機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展趨勢是自動化技術(shù),可以助推制造業(yè)效率的提升。而數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)的工業(yè)母機(jī),數(shù)控機(jī)床自動化是智能制造發(fā)展趨勢中必不可少的一環(huán),許多大中小微企業(yè)也越來越重視。為加快實現(xiàn)智能工廠與數(shù)字化車間,資金雄厚的企業(yè)每年都會引入自動化生產(chǎn)線。小微企業(yè)由于資金相對有限,對產(chǎn)品的凈利潤要求較高,對單機(jī)自動化需求也更為迫切。而零件的加工節(jié)拍是所有企業(yè)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(shù)量上的優(yōu)勢,企業(yè)很難獲取利潤,在同行業(yè)競爭中也很難生存,由此筆者設(shè)計了一數(shù)控臥式車床自動化上下料系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

基于數(shù)控臥式車床LT-6型號,筆者設(shè)計了一套自動化上下料及對刀系統(tǒng),實現(xiàn)單機(jī)自動化生產(chǎn)加工,使零件加工能夠完成上料、加工、下料的自動化生產(chǎn)過程,滿足客戶對生產(chǎn)的需求,提高加工效率。

加工零件參數(shù)中,直徑為25 mm,長度為50 mm,材質(zhì)為45號鋼。

零件的加工類型為外圓及鏜孔精加工。

數(shù)控臥式車床LT-6型號適合小型回轉(zhuǎn)體零件加工,配置發(fā)那科系統(tǒng),二軸聯(lián)動,半閉環(huán)控制。該設(shè)備基本參數(shù)見表1。

表1 數(shù)控臥式車床LT-6型號基本參數(shù)

基于產(chǎn)品零件及實際生產(chǎn)需求,確認(rèn)設(shè)備結(jié)構(gòu)布局,這一數(shù)控臥式車床自動化加工系統(tǒng)由數(shù)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(gòu)成,如圖1所示,一次上料完成零件批量化生產(chǎn)。

3 主要配置

(1) 自動送料裝置。布置在數(shù)控車床左側(cè),送料口回轉(zhuǎn)中心對準(zhǔn)機(jī)床主軸通孔回轉(zhuǎn)中心,根據(jù)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(shù)中,棒材直徑為5～26 mm,棒材長度為3 000 mm。

▲圖1 數(shù)控臥式車床自動化上下料及對刀系統(tǒng)

(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(jī)驅(qū)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(shù)中,重復(fù)定位精度為0.005 mm,對刀臂轉(zhuǎn)動時間為3 s,對刀臂擺動角度為90°。裝置由數(shù)控系統(tǒng)控制,節(jié)省了人工對刀的耗時,適用于大批量生產(chǎn)和高水平自動化場合。自動對刀儀裝置布置于數(shù)控車床工作區(qū)域內(nèi),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(jié)構(gòu)安裝在卡盤下方,由接料道、氣缸、傳送帶、電機(jī)、出料道等組成。氣缸控制接料道左右移動,不接料時在左側(cè)位置,上方配有擋屑板,接料時移動到右側(cè),將加工好的零件導(dǎo)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(jī)控制轉(zhuǎn)動。自動接料裝置如圖3所示。

▲圖3 自動接料裝置

4 系統(tǒng)循環(huán)動作

將一定數(shù)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(jī)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(cè)移動,零件再經(jīng)傳送帶至出料口,氣缸復(fù)位,完成一次循環(huán)動作,直至尾料被自動送料裝置抽回,然后進(jìn)行下一根棒料的加工。

5 技術(shù)難點

技術(shù)難點主要集中在三個方面。第一,棒料在送入機(jī)床內(nèi)部時如何防止下沉。第二,在棒料高轉(zhuǎn)速下如何防止顫動。第三,零件如何準(zhǔn)確落入接料道內(nèi)。

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(fā)生。第一,在油缸端及卡盤端或拉桿內(nèi)安裝襯套,可以有效防止棒料下沉,能有效從卡盤內(nèi)孔中伸出。第二,防止顫動需要控制好送料裝置的回轉(zhuǎn)中心與主軸回轉(zhuǎn)中心在一條直線上,盡量保證其同軸度。第三,當(dāng)工件在切斷時,影響下落位置的因素主要有主軸旋轉(zhuǎn)時零件所產(chǎn)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(diào)整適當(dāng)?shù)募庸?shù),如主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)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(zhǔn)確落入接料道內(nèi)。

6 實物樣機(jī)

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

對棒料進(jìn)行循環(huán)加工,批量加工,動作順暢,穩(wěn)定性良好,可以有效實現(xiàn)單機(jī)自動化生產(chǎn)。

▲圖4 自動化上下料及對刀系統(tǒng)實物樣機(jī)

7 結(jié)束語

所設(shè)計的自動化上下料及對刀系統(tǒng)原理清晰,動作合理,性能穩(wěn)定,可以實現(xiàn)小型回轉(zhuǎn)體零件批量自動化加工。這一系統(tǒng)能夠使企業(yè)提高產(chǎn)量,提高效益,減少工人作業(yè)強(qiáng)度,并且可以為同類型數(shù)控臥式車床自動化設(shè)計提供借鑒。