小型鼠籠式轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)孔自動(dòng)鉆孔專機(jī)的開發(fā)*

陸人華

（浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江杭州 310053）

0 引言

電機(jī)是動(dòng)力能源，在各類設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。電機(jī)轉(zhuǎn)子是電機(jī)中的關(guān)鍵零件，其上孔的機(jī)加工技術(shù)成為制約電機(jī)發(fā)展的瓶頸[1]。目前國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)使用普通數(shù)控鉆床和立式加工中心加工，但很多小尺寸、多工序零件的加工存在著設(shè)備購置成本高、加工效率低等問題。本文研究解決這一難題的相關(guān)技術(shù)，在保證經(jīng)濟(jì)效益和機(jī)床制造成本較低的前提下，研究設(shè)計(jì)出適用于小轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)孔自動(dòng)鉆孔專用設(shè)備，使電機(jī)轉(zhuǎn)子心軸鉆孔工序中的定位、夾緊、鉆孔、下料實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，從而提高加工質(zhì)量與效率，降低勞動(dòng)生產(chǎn)成本。

1 自動(dòng)鉆孔專機(jī)的結(jié)構(gòu)布局

自動(dòng)鉆孔專機(jī)是一臺(tái)多功能的自動(dòng)化組合機(jī)床。根據(jù)轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)孔的自動(dòng)鉆孔動(dòng)作方案設(shè)計(jì)要求，對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行細(xì)化，得到的自動(dòng)鉆孔專機(jī)功能結(jié)構(gòu)布局如圖1所示[2]。由圖可知，轉(zhuǎn)子進(jìn)入傳送裝置后，傳送帶將待加工轉(zhuǎn)子傳送到進(jìn)料氣缸推送位置，進(jìn)料氣缸從進(jìn)料等待區(qū)定量推送一個(gè)轉(zhuǎn)子到轉(zhuǎn)子夾緊工位，到位后氣缸活塞縮回；轉(zhuǎn)子到達(dá)夾緊工位后，首先夾緊氣缸活塞伸出夾緊工件；緊接著進(jìn)給氣缸活塞伸出帶動(dòng)臺(tái)鉆主軸下降進(jìn)行鉆孔加工，待轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)孔鉆穿后，進(jìn)給氣缸活塞縮回，待臺(tái)鉆主軸退到位后，夾緊氣缸活塞縮回放松轉(zhuǎn)子，同時(shí)下料氣缸活塞縮回，轉(zhuǎn)子落到下料道進(jìn)入轉(zhuǎn)子收集框中，下料氣缸活塞伸出重新堵住下料孔完成1次加工過程，后面的加工就是重復(fù)前面的操作過程。

圖1 自動(dòng)鉆孔專機(jī)設(shè)計(jì)方案

2 自動(dòng)鉆孔專機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)鉆孔專機(jī)主要由鉆孔機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)及下料機(jī)構(gòu)組成[3-4]。這些功能子部件在電氣系統(tǒng)控制下，配合氣動(dòng)系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)鉆孔的加工自動(dòng)化。其中，鉆孔機(jī)構(gòu)采用通用臺(tái)鉆的機(jī)械結(jié)構(gòu)；進(jìn)給機(jī)構(gòu)由齒輪、齒條和進(jìn)給氣缸組成；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用傳送帶進(jìn)行傳送轉(zhuǎn)子；送料機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、下料機(jī)構(gòu)均采用氣缸實(shí)現(xiàn)。其三維結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)子自動(dòng)鉆孔專機(jī)整體結(jié)構(gòu)

2.2 自動(dòng)鉆孔專機(jī)的動(dòng)作流程

具體動(dòng)作流程如圖3所示。按下啟動(dòng)按鈕，臺(tái)鉆電機(jī)及傳送帶電機(jī)啟動(dòng)，下料汽缸活塞伸出，推動(dòng)滑塊封堵住下料口，人工將轉(zhuǎn)子放入傳送帶槽中；當(dāng)進(jìn)料接近開關(guān)傳感器探測(cè)到有轉(zhuǎn)子時(shí)，延時(shí)2 s后，進(jìn)料汽缸活塞伸出，把傳送帶最前端的轉(zhuǎn)子推進(jìn)到夾緊通道上，然后進(jìn)料汽缸活塞縮回，延時(shí)0.5 s后，夾緊汽缸活塞伸出推動(dòng)轉(zhuǎn)子到加工工位并與定位V型塊（圖1）一起夾緊工件；鉆孔工位光電傳感器探測(cè)到有轉(zhuǎn)子時(shí)，安裝于臺(tái)鉆主軸箱側(cè)面的鉆孔進(jìn)給汽缸活塞伸出，通過推動(dòng)齒條帶動(dòng)齒輪使鉆頭垂直向下進(jìn)給，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行鉆削加工；當(dāng)鉆孔深度控制接近開關(guān)傳感器探測(cè)到信號(hào)時(shí)，表明孔已鉆通，鉆孔進(jìn)給汽缸活塞縮回鉆孔起始接近開關(guān)傳感器探測(cè)到信號(hào)時(shí)，下料汽缸活塞縮回，夾緊汽缸活塞縮回松開轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子落下到下料滑道中，一次循環(huán)結(jié)束，后面操作為重復(fù)前面動(dòng)作。

圖3 自動(dòng)鉆孔專機(jī)動(dòng)作流程

3 自動(dòng)鉆孔專機(jī)的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 電氣控制原理

自動(dòng)鉆孔專機(jī)的電氣控制由主電路與控制電路組成，如圖4所示。主電路由鉆孔電機(jī)M1、傳動(dòng)電機(jī)M2、吸塵電機(jī)M3組成，合上空氣開關(guān)QS接通電源吸塵電機(jī)M3就一直工作，在電機(jī)M1、M2和M3前設(shè)置了短路保護(hù)的熔斷器FU1和FU2?？刂齐娐酚山涣骼^電器KM、開關(guān)電源TB、PLC控制器和照明電路組成；按下按鈕SB交流繼電器KM吸合，鉆孔電機(jī)、傳動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，合上空氣開關(guān)QF1開關(guān)電源TB輸出24 V電壓為PLC供電，通過PLC控制電磁閥實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的送料、夾緊、進(jìn)給、下料等工作。

圖4 自動(dòng)鉆孔專機(jī)電氣控制電路

3.2 電氣控制的線路連接與I/O口的分配

自動(dòng)鉆孔專機(jī)選用信捷XC3-32RT-E控制器，其接線如圖5所示[5-6]，I/O口分配如表1、表2所示。

圖5 自動(dòng)鉆孔專機(jī)接線圖

表1 輸入地址

表2 輸出地址

4 自動(dòng)鉆孔專機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)鉆孔專機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)如圖6所示，自動(dòng)鉆孔的送料、夾緊、下料、進(jìn)給等動(dòng)作均通過氣缸提供動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)的[7]。在工作時(shí)與各氣缸相連的電磁閥是互鎖通電的。基本循環(huán)路線：下料汽缸5推動(dòng)滑塊封住下料口—送料氣缸3控制送料—?dú)飧?推送工件運(yùn)動(dòng)至夾緊氣缸通道4正下前方—夾緊氣缸4夾緊工件—進(jìn)給氣缸6推動(dòng)齒條和齒輪運(yùn)動(dòng)進(jìn)行鉆孔加工電機(jī)開始鉆孔。自動(dòng)鉆孔專機(jī)工作時(shí)各氣缸電磁閥YV1與YV2互鎖通電，YV3與YV4互鎖通電，YV5與YV6互鎖通電，YV7與YV8互鎖通電[8]。初始狀態(tài)，電磁閥YV2、YV4、YV8得電，當(dāng)按下起動(dòng)按鈕時(shí)，電磁閥YV1、YV5得電，延時(shí)一定時(shí)間后電磁閥YV3與YV7得電，當(dāng)工件加工完畢后，電磁閥YV4、YV6、YV8得電，這樣完成1次加工操作后，循環(huán)前述過程。

圖6 自動(dòng)鉆孔專機(jī)氣動(dòng)控制原理圖

送料氣缸、下料氣缸、夾緊氣缸采用SNS SDA32×25；進(jìn)給氣缸采用SNS SDA20×15，電磁閥采用吉爾靈4V410-15。

5 結(jié)束語

自動(dòng)鉆孔專機(jī)能極大地提高小型鼠籠式轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸孔的鉆孔效率和質(zhì)量，降低勞動(dòng)力成本。使原來1人操作1臺(tái)鉆控設(shè)備造成的勞動(dòng)強(qiáng)度高、質(zhì)量不穩(wěn)定情況，轉(zhuǎn)變?yōu)?人同時(shí)可以操作3～4臺(tái)自動(dòng)鉆孔專機(jī)，每臺(tái)加工效率提高50%，并且質(zhì)量穩(wěn)定，每臺(tái)設(shè)備經(jīng)過測(cè)算每天能完成12 000個(gè)轉(zhuǎn)子的鐵芯內(nèi)孔鉆削，經(jīng)濟(jì)效益成倍增長。