专用车床自动上下料系统应用研究

黎宴林，陈淑玲

（广东省技师学院，广东 惠州 516100）

1 加工零件工艺分析

加工零件为感应电动机定子，外形是一个尺寸为Φ80mm（内孔Φ40mm）×100mm 的圆柱形零件，材料为40Cr。外圆车削余量为0.3 mm，日加工量为2 000件以上。感应电动机定子零件图如图1所示。

图1 感应电动机定子零件图

传统的车床加工由人工装夹，平均每分钟只能加工1个～2个，其中切削加工时间只有15s，而装夹需要20s左右。以每天工作10h计算，一天也只能加工1 000个左右，且工人劳动强度极大，存在较大的安全隐患，生产效率低下。如果能设计一种模仿人手活动功能的机械手，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，将可获得良好的自动化生产效果。

自动送料装置按送材料的形式分为送料装置与卸料装置两类，但考虑到工业机械手的成本，通常只添加设计一个机械手。一个机械手要完成上料和下料两个动作明显会占用较多的辅助时间，在尽可能考虑经济成本的前提下，考虑模仿人体的两只手协调分别完成上下料的任务，即可大大缩短辅助加工时间，提高生产效率和经济效益。

2 机械手上下料过程分析

感应电机的定子在生产线上的加工流程是：依靠自重从料仓中的放料装置上放下的工件从送料机械手处传送到机床完成车削加工，然后由接料机械手接回已加工工件，并由顶料气缸推动顶料杆把已加工工件推入料道。根据实际加工要求，两个机械手的主要动作顺序为：当光电开关检测到料仓中有工件、送料机械手在工件下方无料时，落料缸伸出，料仓实现放料，工件落入送料机械手→当送料机械手上有工件且机床无加工时送料缸伸出，送料手将工件送至机床加工位置→芯轴和尾座夹紧工件，送料机械手气缸缩回→机床开始车削工件，加工完毕→接料缸伸出，夹紧装置松开工件→接料机械手带已完工工件缩回→顶料缸伸出，将工件顶至料道，顶料缸缩回至初始位置，进入下一工作循环。自动上下料机械手装置如图2所示。

3 PLC控制设计

气动装置具有结构紧凑、动作迅速、工作可靠等优点，特别是在改变工艺过程的顺序时非常方便，非常适用于自动化生产中轻型工件的自动上料、下料等工作。本设计采用PLC 来控制气缸驱动的机械手和机床加工。根据感应电动机定子外圆车削专用机床的工作过程，该自动上下料装置控制系统选用三菱FX1N－40MT－001，输入点为24，输出点为16。PLC的输入、输出地址分配见表1，输入点15个，输出点15个。

4 PLC编程设计

分析机械手的工作过程，上、下料机械手装置共要完成有7个机械动作，其梯形图编制如下：

（1）当光电开关检测到料仓有工件且送料机械手右极限位并无工件时，发出落料信号，落料缸伸出，使得料仓最下方的工件落入送料机械手中，当落料缸已伸出且送料机械手检测工件到位后落料缸缩回，以限制后面的工件落下。落料开关动作梯形图如图3所示。

图2 自动上下料机械手装置

表1 输入、输出（I／O）点数的分配

（2）当送料机械手有工件后执行伸出动作，至左极限位把工件送到加工位置，并由车床尾座和膨胀芯轴顶紧工件延时后，送料缸收回挡料板并缩回至初始位置。送料机械手动作梯形图如图4所示。

（3）当送料手在左极限位把工件送到加工位置，车床尾座和芯轴夹紧工件，夹紧延时后，随后给出夹紧信号机床开始车削工件。机床夹紧工件动作梯形图如图5所示。

（4）工件被夹紧后，机床主轴转动刀架按预先设定的速度和位移进给开始加工。机床加工工件梯形图如图6所示。

图3 落料开关动作梯形图

图4 送料机械手动作梯形图

图5 机床夹紧工件动作梯形图

图6 机床加工工件梯形图

（5）加工完毕，机床给出信号，接料机械手伸出至左极限位，当接到已完工工件后接料机械手缩回至右极限位。卸料机械手接料动作梯形图如图7所示。

图7 卸料机械手接料动作梯形图

（6）当接料机械手伸出至左极限位，芯轴松开并顶出工件，工件落入接料机械手中。顶料杆顶出工件动作梯形图如图8所示。

图8 顶料杆顶出工件动作梯形图

（7）当接料手缩回至右极限位时，由一顶料杆将其顶入料道，依次进入下一道工序，至此，一个工件车削完毕，进入下一工作循环。加工过程自动循环梯形图如图9所示。

图9 加工过程自动循环梯形图

5 结语

在设计数控专用车床自动送料装置时，应综合考虑设备的投资大小、生产场地、生产效率、加工工艺要求等因素。该自动上下料装置结构简单、设计制造周期短、成本低、安装及使用较容易，加工对象的送料范围可根据生产实际情况进行调整。机械手的速度、步进电机运行所需的脉冲数都可以根据具体的工况进行设置，能够满足在一定范围内数控上下料的多种作业要求，符合目前国内具体的生产加工水平，能满足一般企业的生产要求。

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