數(shù)控精密微孔電火花加工機(jī)床燃油電噴片自動(dòng)加工系統(tǒng)研究

莊昌華，葉秋琴，王文浩，陸曉華，李金林，鄭湘

（蘇州電加工機(jī)床研究所有限公司，江蘇蘇州215011）

數(shù)控精密微孔電火花加工機(jī)床燃油電噴片自動(dòng)加工系統(tǒng)研究

莊昌華，葉秋琴，王文浩，陸曉華，李金林，鄭湘

（蘇州電加工機(jī)床研究所有限公司，江蘇蘇州215011）

針對(duì)數(shù)控精密微孔電火花加工機(jī)床研發(fā)設(shè)計(jì)了一種片式工件的自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)，是構(gòu)成數(shù)控精密微孔電火花加工機(jī)床燃油電噴片自動(dòng)加工系統(tǒng)的重要部分，實(shí)現(xiàn)了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃油電噴片的高效、低成本及自動(dòng)化加工。

電火花加工；電噴片；微孔加工

隨著國(guó)內(nèi)外汽車行業(yè)的飛速發(fā)展及對(duì)汽車排放要求更高的歐Ⅴ、歐Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃油電噴片的噴孔加工要求越來(lái)越高。本公司研制生產(chǎn)的精密微孔電火花加工機(jī)床能很好地滿足燃油電噴片的加工，除需人工上、下料以外，已能實(shí)現(xiàn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃油電噴片的自動(dòng)加工，加工效率和質(zhì)量穩(wěn)定性均得到了用戶的充分認(rèn)同。但隨著汽車行業(yè)對(duì)燃油電噴片的需求量過(guò)速增加，電噴片加工過(guò)程中人工上、下料的問(wèn)題日漸突出。雖然精密微孔電火花加工機(jī)床的加工效率較高，平均每半分鐘可加工一件電噴片，班產(chǎn)可達(dá)500～600件/臺(tái)；但由于工件小，安裝的位置要求較高，操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度及勞動(dòng)力成本較大。針對(duì)該問(wèn)題，成功研制了精密微孔電火花加工機(jī)床自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了燃油電噴片加工過(guò)程的自動(dòng)化生產(chǎn)，大大減少了人工成本，總體加工效率得到了有效提高。

1 自動(dòng)上下料系統(tǒng)設(shè)計(jì)及具體實(shí)施

1.1 自動(dòng)上下料總體機(jī)械結(jié)構(gòu)

燃油電噴片自動(dòng)加工系統(tǒng)由數(shù)控精密微孔電火花加工機(jī)床主體與自動(dòng)上下料系統(tǒng)二部分組成。精密微孔電火花加工機(jī)床已能很好地實(shí)現(xiàn)燃油電噴片各種不同位置分布的微孔自動(dòng)加工，故只需增加與自動(dòng)上下料系統(tǒng)的通訊及加工節(jié)拍控制即可，而機(jī)構(gòu)工作重心在于自動(dòng)上下料系統(tǒng)的研發(fā)。

自動(dòng)上下料機(jī)械結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。由料筒、上料機(jī)構(gòu)、下料機(jī)構(gòu)、工件夾固機(jī)構(gòu)及自動(dòng)上下料專用數(shù)控系統(tǒng)組成。其中，上料機(jī)構(gòu)、下料機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)部分通過(guò)旋轉(zhuǎn)氣動(dòng)機(jī)構(gòu)和直線氣動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上料及下料懸臂的回轉(zhuǎn)與直線運(yùn)動(dòng)；采用“定位擋塊”和“定位傳感器”實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確定位；通過(guò)控制機(jī)械手（取件嘴）的“正壓”或“負(fù)壓”，實(shí)現(xiàn)微小電噴片工件的釋放及吸?。煌ㄟ^(guò)控制工件夾具彈性壓片的開合，實(shí)現(xiàn)微小電噴片工件的夾持。圖2是自動(dòng)加工系統(tǒng)實(shí)物圖。

圖1 自動(dòng)上下料機(jī)械結(jié)構(gòu)

圖2 燃油電噴片自動(dòng)加工系統(tǒng)實(shí)物圖

1.2 料筒

料筒又稱為電噴片彈夾，用于放置工件。由于工件是一個(gè)直徑為6～10 mm、厚度為0.4～0.5 mm的圓蓋型小薄片，體積、厚度均較小，易被吹動(dòng)，因此，料筒的設(shè)計(jì)利用了子彈彈夾的原理，被設(shè)計(jì)成一個(gè)中空直徑為12 mm的圓柱筒，工件一片片地疊加在筒內(nèi)，在圓柱筒底部加裝一個(gè)向上頂起的步進(jìn)電機(jī)，即可頂送工件，還能通過(guò)指令脈沖對(duì)工件進(jìn)行計(jì)數(shù)。料筒一次可裝約300個(gè)待加工電噴片。通過(guò)料筒夾緊氣缸固定料筒，只有在料筒夾緊的情況下，上料懸臂才能動(dòng)作，并在料筒下方由一個(gè)受步進(jìn)電機(jī)控制的頂桿控制料筒頂部的待加工電噴片的高度（圖3）。

圖3 上料料筒實(shí)物圖

1.3 工件夾固機(jī)構(gòu)

工件夾固機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成中空的、帶有一個(gè)與待加工電噴片工件尺寸相匹配的工件安裝腔，腔的底部通一小孔，使其與夾固機(jī)構(gòu)內(nèi)腔連通。當(dāng)機(jī)械手將待加工電噴片釋放至工件安裝腔的同時(shí)，向夾固機(jī)構(gòu)內(nèi)腔通以負(fù)壓，能使工件更好的落位；在吸取工件的同時(shí)，通過(guò)負(fù)壓檢測(cè)電路檢測(cè)是否吸取到工件，從而確保吸取工件的可靠性。通過(guò)對(duì)工件夾固氣缸的控制，使彈性壓片平移，實(shí)現(xiàn)微小電噴片工件的夾持。

此外，為了保證加工區(qū)域少受沖液的影響，對(duì)加工區(qū)域進(jìn)行了吹氣處理設(shè)計(jì)，片狀工件表面吸附的工作液被吹離，使每次下料時(shí)更可靠。由于工件體積小、厚度薄，在用氣缸吸取工件的過(guò)程中易出現(xiàn)粘片的現(xiàn)象，即多個(gè)工件一起被吸出，造成實(shí)際加工出現(xiàn)異常。因此，結(jié)合后續(xù)工序的需要，將電噴片改成帶棚狀的薄片，這樣疊加起來(lái)就存在空隙，從而盡可能地避免吸取工件時(shí)的粘片現(xiàn)象。

1.4 上料機(jī)構(gòu)

上料機(jī)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖4。抓取待加工電噴片的機(jī)械手為一中空吸盤（取件嘴），通過(guò)向其通以負(fù)氣壓，可吸取微小電噴片工件；而通以正氣壓，則可釋放電噴片工件。

圖4 上料機(jī)構(gòu)示意圖

上料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)包含上料旋轉(zhuǎn)氣缸、上料升降氣缸、上料平移氣缸等3個(gè)運(yùn)動(dòng)部件。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行有序控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)安裝于上料懸臂端部的機(jī)械手（取件嘴）的空間位置控制。自動(dòng)上料控制流程見(jiàn)圖5。

1.5 下料機(jī)構(gòu)

下料機(jī)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖6。與上料機(jī)構(gòu)原理類似，設(shè)計(jì)下料機(jī)構(gòu)時(shí)，使其下料懸臂帶動(dòng)機(jī)械手的取料位置正好位于工件夾具上方，去掉下料平移氣缸，簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)。自動(dòng)下料控制流程見(jiàn)圖7。

1.6 自動(dòng)上下料控制系統(tǒng)

數(shù)控精密微孔電火花加工機(jī)床主體通過(guò)專用數(shù)控系統(tǒng)控制燃油電噴片多分布微孔的自動(dòng)加工；而自動(dòng)上下料系統(tǒng)采用單片機(jī)構(gòu)成的自動(dòng)上下料專用數(shù)控系統(tǒng)，控制燃油電噴片的自動(dòng)上料及下料。二者通過(guò)通訊接口相互握手通訊，簡(jiǎn)單可靠，且相互自鎖，保證整個(gè)加工過(guò)程不干涉，從而實(shí)現(xiàn)燃油電噴片的全自動(dòng)加工。系統(tǒng)聯(lián)系框圖見(jiàn)圖8。

圖6下料機(jī)構(gòu)示意圖

圖7自動(dòng)下料控制流程圖

圖8自動(dòng)上下料控制系統(tǒng)聯(lián)系框圖

對(duì)于上下料的整個(gè)控制流程，采用C語(yǔ)言編寫完成整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)專用核心控制軟件的開發(fā)。根據(jù)燃油電噴片電火花微孔加工對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的特殊要求和自動(dòng)上下料控制的整體要求，按模塊化開發(fā)設(shè)計(jì)，具有條理性強(qiáng)、可方便地進(jìn)行逐塊開發(fā)調(diào)試和擴(kuò)展功能的優(yōu)點(diǎn)。

2 實(shí)際加工效果

經(jīng)過(guò)對(duì)燃油電噴片電火花微孔自動(dòng)加工系統(tǒng)的實(shí)際使用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。與之前未采用自動(dòng)上料系統(tǒng)相比，每個(gè)燃油電噴片的加工周期大致相當(dāng)；但以往人工操作機(jī)床必需每臺(tái)機(jī)床、每班都配備一名操作工，勞動(dòng)強(qiáng)度大，失誤率高，單片燃油電噴片微孔加工的成本高；配置自動(dòng)上下料系統(tǒng)后，除每隔1.5 h人工更換一次電噴片彈夾及定時(shí)更換電極以外，加工過(guò)程不需另外人工干預(yù)，每班只需一名操作工就可管理10多臺(tái)機(jī)床，大大降低了勞動(dòng)成本，且提高了成品率。

3 結(jié)語(yǔ)

在數(shù)控精密微孔電火花加工機(jī)床上研發(fā)自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)，開發(fā)燃油電噴片自動(dòng)加工系統(tǒng)數(shù)控軟件，形成數(shù)控精密微孔電火花加工機(jī)床燃油電噴片自動(dòng)加工系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃油電噴片精密微孔的高效、低成本、自動(dòng)化電火花加工，大大降低了操作人員人工失誤的影響和燃油電噴片的加工成本，提高了成品率。

Study on the Automatic Processing System for Fuel Efi Tablets of CNC Precision Micro-hole Drilling EDM Machine Tool

Zhuang Changhua，Ye Qiuqin，Wang Wenhao，Lu Xiaohua，Li Jinlin，Zheng Xiang

（Suzhou Electromachining Machine Tool Research Institute Co.,Ltd，Suzhou 215011，China）

A kind of automatic hole plate up-down workpiece mechanism is designed for the CNC precision micro-hole drilling EDM machine tool.It is a important composition of fuel efi tablets automatic processing system on CNC precision micro-hole EDM machine tool.It is realized that the fuel efi tablets on engine of car is high efficiency，low-cost，automatically processed.

EDM；efi tablets；micro hole machining

TG661

A

1009－279X（2014）06－0056-03

2014-09-23

莊昌華，男，1982年生，工程師。