一種數(shù)控車(chē)床自動(dòng)拉料裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳建幫，李大成

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，廣東佛山528137）

一種數(shù)控車(chē)床自動(dòng)拉料裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳建幫，李大成

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，廣東佛山528137）

通過(guò)設(shè)計(jì)使用數(shù)控車(chē)床自動(dòng)拉料裝置，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程中數(shù)控車(chē)床的自動(dòng)送料和自動(dòng)進(jìn)行松、夾卡盤(pán)，解決了在批量生產(chǎn)時(shí)材料長(zhǎng)度定位難及操作人員安全的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控車(chē)床自動(dòng)拉料生產(chǎn)。使用自動(dòng)拉料裝置，動(dòng)作靈活可靠，制造相對(duì)簡(jiǎn)單，比較經(jīng)濟(jì)。不僅提升了設(shè)備自動(dòng)化程度，并可在現(xiàn)有的條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到生產(chǎn)所需要求，此種拉料裝置故障率低，使用壽命長(zhǎng)，充分體現(xiàn)了數(shù)控車(chē)床自動(dòng)拉料的安全性和穩(wěn)定性，有效提高生產(chǎn)效率和材料的利用率。

數(shù)控車(chē)床；自動(dòng)拉料裝置；應(yīng)用

在中小批量軸類(lèi)零件的加工中，數(shù)控車(chē)床具有生產(chǎn)率高、加工成本低廉、操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械與柔性自動(dòng)生產(chǎn)等一系列的優(yōu)點(diǎn)[1]。但在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，數(shù)控車(chē)床卻面臨著加工周期短，裝夾各類(lèi)輔助時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題，從而嚴(yán)重影響生產(chǎn)的總體效率。若可以在數(shù)控車(chē)床上設(shè)計(jì)自動(dòng)拉料裝置，則可以在自動(dòng)加工過(guò)程的程度上進(jìn)一步提高零件的生產(chǎn)效率，同時(shí)很大程度上提高了材料的利用率。

1 問(wèn)題的提出

某企業(yè)生產(chǎn)車(chē)間需生產(chǎn)如圖1所示螺紋臺(tái)階軸零件，加工材料為不銹鋼，件數(shù)為100000件的批量生產(chǎn)零件（兩班制生產(chǎn)）。采用設(shè)備為大連機(jī)床廠的CL-20A斜床身數(shù)控車(chē)床。零件尺寸、同心度要求精度高，需一次裝夾完成車(chē)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(tái)階軸

對(duì)此類(lèi)零件，按工廠的人員配置，1人2機(jī)同時(shí)操作，按如下步驟進(jìn)行：先裝夾好棒料，保證合適的伸出長(zhǎng)度→加工→切斷→停機(jī)→松開(kāi)卡盤(pán)，拔出棒料至合適的伸出長(zhǎng)度→再次夾緊→再次車(chē)削加工，如此不斷地重復(fù)。倘若5～10臺(tái)機(jī)床同時(shí)加工，需增加操作人數(shù)和生產(chǎn)成本，同時(shí)與配備有自動(dòng)送料機(jī)機(jī)械工廠相比，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。當(dāng)零件批量越大時(shí)，大量積累的輔助時(shí)間會(huì)造成不必要的資源浪費(fèi)。如果零件能在切斷后，在不需配備自動(dòng)送料機(jī)的前提下，采用一些特殊方法自動(dòng)將棒料拉出至所需加工長(zhǎng)度的對(duì)刀零點(diǎn)，對(duì)棒料進(jìn)行自動(dòng)定位、夾緊后達(dá)到繼續(xù)自動(dòng)車(chē)削加工的目的，零件的生產(chǎn)效率將大幅度提高。

2 研究過(guò)程

2.1 國(guó)內(nèi)同類(lèi)問(wèn)題解決方案

國(guó)內(nèi)外大多數(shù)企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率及增大自動(dòng)化程度，采用數(shù)控車(chē)床自動(dòng)送料機(jī)，從而提高設(shè)備的加工效率和自動(dòng)化程度。送料類(lèi)型為圓棒料、六角料、空心料等，數(shù)控車(chē)床使用的送料機(jī)類(lèi)型有油浴送料機(jī)、儲(chǔ)料式送料機(jī)、重錘式送料機(jī)等。

以企業(yè)應(yīng)用最廣的油浴送料機(jī)為例，油浴送料機(jī)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(dòng)活塞桿（推料桿）將棒料推入主軸，所以也稱(chēng)作油壓送料機(jī)。工作時(shí)棒料處于料管的液壓油內(nèi)，當(dāng)棒料旋轉(zhuǎn)時(shí)，在油液的阻尼反作應(yīng)力下，棒料就會(huì)從料管內(nèi)浮起，當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)快時(shí)棒料就會(huì)自動(dòng)懸浮在料管中央的轉(zhuǎn)動(dòng)，但油浴送料機(jī)存在成本高，耗油量大、占地面積大等一系列問(wèn)題。圖2所示。

圖2 油浴送料機(jī)

2.2 解決方案

零件車(chē)削加工切斷后，刀具不是快速回到零點(diǎn)，而是繼續(xù)定位到卡盤(pán)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(jìn)工藝槽內(nèi)，待定好位后，通過(guò)編寫(xiě)好的數(shù)控程序控制液壓卡盤(pán)自動(dòng)松開(kāi)，程序再次控制拉料裝置將棒料拉出至所需加工長(zhǎng)度。動(dòng)作分解如圖3拉料裝置動(dòng)作分解圖所示：（a）車(chē)削工藝槽→（b）拉料裝置拉料爪定位到槽內(nèi)，程序啟動(dòng)液壓卡盤(pán)松開(kāi)→（c）拉出所需長(zhǎng)度L→（d）程序啟動(dòng)控制液壓卡盤(pán)夾緊。

圖3 拉料裝置動(dòng)作分解圖

2.3 拉料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)上述情況，設(shè)計(jì)并投入使用一種數(shù)控車(chē)床專(zhuān)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(diào)節(jié)鎖緊螺釘，拉料裝置的具體結(jié)構(gòu)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(shí)，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)睦o力，以保證拉料時(shí)穩(wěn)定可靠，變形小，定位準(zhǔn)確[2]。對(duì)于較重的棒料可考慮采用硬度高、抗拉強(qiáng)度好的材料制作，設(shè)計(jì)時(shí)臺(tái)階處應(yīng)有過(guò)渡圓角，減少應(yīng)力集中，以防斷裂，并加以熱處理提高使用壽命。

拉料爪處應(yīng)具有一定的強(qiáng)度和剛度，足以拉出棒料[3]。工作時(shí)拉料爪是主要拉料工作部分，其整體結(jié)構(gòu)、重量和體積直接影響整個(gè)拉料裝置的結(jié)構(gòu)、抓重、定位精度、運(yùn)動(dòng)速度等性能。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，體積小。

3 應(yīng)用效果

設(shè)計(jì)人員抽取了1臺(tái)未安裝自動(dòng)拉料裝置的車(chē)床與1臺(tái)安裝了自動(dòng)拉料裝置的車(chē)床進(jìn)行1 h的加工生產(chǎn)對(duì)比測(cè)試。對(duì)兩臺(tái)車(chē)床所需操作人數(shù)、裝夾輔助時(shí)間、單位時(shí)間內(nèi)完成工件件數(shù)等情況進(jìn)行跟蹤，跟蹤結(jié)果如表1所示。

表1 生產(chǎn)情況跟蹤表

通過(guò)跟蹤表可以看出，安裝有自動(dòng)拉料裝置的車(chē)床操作起來(lái)更加節(jié)省人力物力，自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，可大幅度降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約生產(chǎn)成本、縮短裝夾輔助時(shí)間，1人可操作多臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率大幅度提升。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)與試用得知，此種車(chē)床自動(dòng)拉料裝置有一定的局限性，只適合小型階梯軸類(lèi)零件的批量生產(chǎn)[4]。但在軸類(lèi)零件中，階梯類(lèi)零件已占軸類(lèi)零件的的70%，覆蓋面比較廣，能夠解決大部分軸類(lèi)零件的自動(dòng)拉料生產(chǎn)，可大幅度降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約生產(chǎn)成本、輔助時(shí)間和材料利用率，1人可多臺(tái)數(shù)控機(jī)床同時(shí)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率大幅度提升。拉料裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，相比萬(wàn)元以上的自動(dòng)送料機(jī)，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，更有實(shí)用價(jià)值，不須另外設(shè)立液壓油站，花費(fèi)電費(fèi)和其他的維修費(fèi)用。

[1]黃信兵，劉小娟.一種數(shù)控車(chē)床自動(dòng)送料裝置的設(shè)計(jì)研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2013，（5）:111-113.

[2]黃慶專(zhuān)，程志杰.數(shù)控車(chē)削自動(dòng)送料裝置設(shè)計(jì)與控制[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2014，（7）:147-149.

[3]高永偉，韓瑞生，黃翔強(qiáng).基于現(xiàn)有生產(chǎn)條件下的數(shù)控車(chē)床自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的研究[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2015，（20）:16-18.

[4]陳賢照，吳宗.一種專(zhuān)用送料器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].設(shè)計(jì)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，F(xiàn)oshan Polytechnic，F(xiàn)oshan 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(yè)產(chǎn)品精密檢測(cè)科研基礎(chǔ)平臺(tái)（2013AG10010）

陳建幫（1991-），男，廣東河源人，本科，實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師，主要研究方向?yàn)閿?shù)控編程與加工方向。