經(jīng)濟(jì)型模塊化機(jī)床智能裝卸夾片機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

尹海宜

（柳州市威爾姆預(yù)應(yīng)力有限公司，柳州 545005）

目前，預(yù)應(yīng)力錨具大量應(yīng)用于路橋建設(shè)、電站建設(shè)、高層建筑、巖土錨固、深基坑支護(hù)、超大超重構(gòu)件提升、頂推、轉(zhuǎn)體等諸多領(lǐng)域的建設(shè)和施工中。預(yù)應(yīng)力錨具中的關(guān)鍵零件夾片有多個(gè)主要參數(shù)，如錐度、牙形、硬度、表面粗糙度等，其中錐度是最重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)，它表明了在允許錐度變化范圍內(nèi)的情況下，夾片所產(chǎn)生的夾緊力用以克服預(yù)應(yīng)力筋承受橋梁荷載所需要的拉力，同時(shí)又不至于產(chǎn)生過(guò)大的載荷而使夾片變形。

現(xiàn)有加工機(jī)床在加工流程中主要經(jīng)過(guò)以下9道工序：鋸→鍛造→車錐①→車端面②→沖字→磨外錐→攻螺紋→鋸彈性槽→鋸開（分為均勻兩片）。其中，標(biāo)記為①～②數(shù)字的工序?yàn)楣と巳斯A片送上數(shù)控車床高速旋轉(zhuǎn)的主軸的脹緊套上。由于車床主軸高速旋轉(zhuǎn)，手工上料的操作工人面臨極大的安全隱患。工人每天勞動(dòng)8h，不斷重復(fù)上料、下料、檢測(cè)，工作很容易造成疲勞，一旦分神將會(huì)威脅人身安全。預(yù)應(yīng)力錨具生產(chǎn)廠家決定設(shè)計(jì)夾片車外錐的自動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本的夾片生產(chǎn)。

中國(guó)的錨具生產(chǎn)基地主要有柳州、杭州、天津、成都和開封等城市，這些城市的預(yù)應(yīng)力生產(chǎn)企業(yè)支撐著我國(guó)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)工程（主要是新建高速鐵路、高速公路和城際鐵路）的緊張施工，貢獻(xiàn)重大。近幾年，我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目猛增，市場(chǎng)對(duì)預(yù)應(yīng)力錨具的需求量供不應(yīng)求，所以大幅度降低夾片的生產(chǎn)制造成本同時(shí)提高夾片的生產(chǎn)量迫在眉睫。目前對(duì)夾片自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)實(shí)物研制的工作尚未見報(bào)道，其研究主要針對(duì)車外錐這個(gè)工序，而本設(shè)計(jì)則利用夾片機(jī)加工本體設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了低成本、模塊化、柔性化的智能生產(chǎn)。

1 設(shè)計(jì)內(nèi)容

經(jīng)濟(jì)型模塊化機(jī)床智能裝卸夾片機(jī)由普通數(shù)控機(jī)床、電箱和夾片自動(dòng)上下料機(jī)三部分組成，如圖1所示。夾片自動(dòng)上下料機(jī)分別與普通數(shù)控機(jī)床和電箱連接，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。普通數(shù)控機(jī)床包括車床主軸、刀具和刀架，車床主軸、刀具和刀架均設(shè)置于普通數(shù)控機(jī)床上，車床主軸通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，刀具設(shè)置于刀架上。電控箱包括單片機(jī)、輸入顯示器和狀態(tài)燈，輸入顯示器和狀態(tài)燈與單片機(jī)連接。

夾片自動(dòng)上下料機(jī)包括支撐板、下料管、給料器、推料氣缸、運(yùn)料氣缸、給料板、給料氣缸、下料拔叉、下料氣缸和下料滑道，下料管為兩端開口中空的管道結(jié)構(gòu)，推料氣缸設(shè)置于支撐板上，下料管固定設(shè)置于支撐板的上方，并且該下料管的下端口與支撐板之間的間距形成出料口，推料氣缸設(shè)置于支撐板上并位于該出料口一側(cè)，給料板位于該出料口另一側(cè)，給料器為兩端開口中空結(jié)構(gòu)，該給料器頂部開設(shè)有進(jìn)料口，下料管固定設(shè)置于給料器頂部并通過(guò)進(jìn)料口與給料器相貫通，該給料器靠近給料板的一端口即為出料口。

圖1 經(jīng)濟(jì)型模塊化機(jī)床智能裝卸夾片機(jī)的結(jié)構(gòu)

運(yùn)料氣缸設(shè)置于支撐板上，給料板與運(yùn)料氣缸連接，給料氣缸設(shè)置于給料板上，給料板上設(shè)有運(yùn)料槽，運(yùn)料槽包括槽板Ⅰ和槽板Ⅱ，槽板Ⅰ和槽板Ⅱ相對(duì)固定設(shè)置于給料板上，該槽板Ⅰ和槽板Ⅱ之間的間距形成運(yùn)料槽，該運(yùn)料槽一端口與出料口相對(duì)，運(yùn)料槽中設(shè)有推板，該推板可沿著運(yùn)料槽中移動(dòng)，并且該推板與給料氣缸連接。給料板通過(guò)導(dǎo)向限位桿設(shè)置于支架的支撐板上，支撐板上開設(shè)有與給料板大小相等的給料板通孔。下料氣缸設(shè)置于支撐板上，下料拔叉與下料氣缸連接，下料拔叉一端設(shè)有U形槽，支撐板通過(guò)安裝板固定設(shè)置于普通數(shù)控機(jī)床上，支撐板位于車床主軸上方，下料拔叉的U形槽位于車床主軸處，下料滑道設(shè)置于機(jī)床上，下料滑道為有滑板、擋板Ⅰ和擋板Ⅱ構(gòu)成的半開放式滑槽，該下料滑道的入口靠近車床主軸并位于車床主軸的下方處。通過(guò)下料滑道可將機(jī)床加工好的夾片運(yùn)輸?shù)狡渌ば蛑?，使得加工機(jī)床與其他工序連成整條的夾片自動(dòng)生產(chǎn)線。

圖2 夾片自動(dòng)上下料機(jī)的結(jié)構(gòu)

夾片自動(dòng)上下料機(jī)上的各個(gè)氣缸分別與電箱的單片機(jī)連接。使用時(shí)，夾片放置于下料管中，可將多個(gè)夾片依次排列放置，夾片較大一端朝下，通過(guò)推料氣缸將夾片推送至給料板上（此時(shí)夾片翻轉(zhuǎn)90°），通過(guò)運(yùn)料氣缸將給料板推至與車床主軸水平對(duì)齊處，再通過(guò)給料氣缸將給料板的夾片推送至車床主軸上，車床主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)，車床上的刀具對(duì)夾片進(jìn)行加工，夾片完成機(jī)加工后由下料氣缸帶動(dòng)撥叉運(yùn)動(dòng)，將夾片從車床主軸上推落下來(lái)，再進(jìn)行下一個(gè)夾片加工。

裝配過(guò)程：用螺栓將夾片自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)固定在普通數(shù)控車床上。將電箱放置在普通數(shù)控車床上容易操作的地方即可。

工作過(guò)程：夾片加工結(jié)構(gòu)均為錐形，將夾片小端面朝上依次進(jìn)入下料管中，可通過(guò)振動(dòng)盤保障夾片正確有序地進(jìn)入下料管中，通過(guò)夾片自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)中不同的氣缸進(jìn)行正確定向，保證夾片內(nèi)孔（夾片大端面內(nèi)孔）對(duì)準(zhǔn)車床內(nèi)漲式心軸且大端面為定位面時(shí)進(jìn)行自動(dòng)上料；當(dāng)夾片加工完畢后通過(guò)夾片自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)自動(dòng)卸料（即將加工好的夾片通過(guò)下料拔叉從內(nèi)漲式心軸中拔下），同時(shí)自動(dòng)卸料的夾片具有一定的彈射距離和高度，使夾片實(shí)現(xiàn)大端面作為定位面墜落到下料滑道上，保證夾片墜落到自動(dòng)輸送線從而正確有序地輸送到下個(gè)工序。

2 應(yīng)用與效果

本設(shè)計(jì)就是在普通數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上增加電控箱和夾片自動(dòng)上下料機(jī)，使用時(shí)，夾片放置于下料管中，夾片較大一端朝下，通過(guò)推料氣缸將夾片推送至給料板上，通過(guò)運(yùn)料氣缸將給料板推至與車床主軸水平對(duì)齊處，再通過(guò)給料氣缸將給料板的夾片推送至車床主軸上。通過(guò)夾片自動(dòng)上下料機(jī)，人們可以實(shí)現(xiàn)夾片加工過(guò)程中的機(jī)械自動(dòng)上下料，解決現(xiàn)有手工上下料的問(wèn)題。本設(shè)計(jì)使用安裝簡(jiǎn)單，提高了生產(chǎn)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，減輕了勞動(dòng)工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工人工作環(huán)境，可直接用在生產(chǎn)線上。因其成本低，回報(bào)高，市場(chǎng)前景廣闊。

本設(shè)計(jì)通過(guò)電箱對(duì)夾片自動(dòng)上下料機(jī)進(jìn)行控制，減少電氣元件的裝配工作量。電氣連接和線束組裝采用觸摸屏PLC繼電器集成的一體機(jī)，只需配電源和按鈕即可。此應(yīng)用主要是減少電箱總的組裝時(shí)間，目的是為了指導(dǎo)設(shè)計(jì)者減少成本和更容易地制造產(chǎn)品。利用夾片機(jī)加工本體設(shè)備不專門針對(duì)某種型號(hào)機(jī)床設(shè)備，滿足了低成本、模塊化、柔性化智能生產(chǎn)的需要。

降低生產(chǎn)制造成本：夾片車錐這道工序，如果采用專門定制的專用數(shù)控精密車床來(lái)生產(chǎn)，按照月產(chǎn)100萬(wàn)孔計(jì)算，專機(jī)需要12臺(tái)，每臺(tái)成本13萬(wàn)，大概需要投資170萬(wàn)元。如果采用本套模塊裝置在普通數(shù)控機(jī)床上改造，本設(shè)計(jì)每臺(tái)成本低于6000元，同樣按月產(chǎn)100萬(wàn)孔夾片計(jì)算，投資這道工序只需70萬(wàn)元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于市場(chǎng)上同類產(chǎn)品，性價(jià)比非常高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。和原來(lái)老式工藝相比，工人由原來(lái)的16人減少至4人，每年至少減少人工成本60萬(wàn)元。同時(shí)，這有助于推進(jìn)企業(yè)技術(shù)的更新?lián)Q代，加快企業(yè)的發(fā)展步伐，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)濟(jì)型模塊化機(jī)床智能裝卸夾片機(jī)構(gòu)造復(fù)雜，包括普通數(shù)控機(jī)床、電箱和夾片自動(dòng)上下料機(jī)，自動(dòng)上下料機(jī)分別與夾片機(jī)床、電箱連接。其中，夾片自動(dòng)上下料機(jī)包括支撐板、下料管、推料氣缸、運(yùn)料氣缸、給料板、給料氣缸、下料拔叉和下料氣缸。本設(shè)計(jì)利用夾片機(jī)加工本體設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了夾片加工過(guò)程中的機(jī)械自動(dòng)上下料，達(dá)到了低成本、模塊化、柔性化智能生產(chǎn)的目的。