无心磨自动上下料系统在细纱机主轴加工中的应用

张振环

（经纬纺织机械股份有限公司 榆次分公司，山西 晋中 030601）

0 引言

细纱机主轴是细纱机的核心零件，其外径为40 mm，长度为1260 mm，要求跳动公差为0.02 mm。其加工工序为铣两端面、磨外圆、铣键槽、校直，磨外圆为主要加工工序，用4台无心磨依次进行粗磨、半精磨、精磨［1］。由于零件体积大、重量大，操作工人在加工过程中的劳动强度大，易产生疲劳，影响加工质量和生产安全。以磨外圆为例，1台无心磨产量为40件／h，工人平均1.5 min就要上下1次零件，1根主轴重15 kg，每人每天就要上下将近5 t零件；并且工人上料后，需要立即到下料区下料，时间短，节奏快，存在很大隐患。

在无心磨上配置自动上下料系统，可以有效地高速磨削，提高设备利用率，降低工人劳动强度，实现自动化生产。

1 自动上下料系统应用条件

无心磨是一种不需要夹持工件完全依靠中心托片支撑、导轮旋转前进、砂轮磨削的一种加工方法，生产效率高。细纱机主轴为长棒研磨物（见图1），采用通过式磨削的加工方法，要求机床的前后方有托架，以便于工件的送进和送出；因此要求自动上下料系统必须实现与无心磨前后托架的平稳对接，确保动作与磨削加工的一致性［2－3］。

图1 细纱机主轴

2 自动上下料系统的结构

自动上下料系统根据零件及加工设备的特点进行设计和制造，集机械、电器、气动、感应为一体；该系统由上料道、推料结构、拔料结构和下料道4部分组成，见图2。

图2 自动上下料系统

上料道采用斜坡形式，可储料30件；在前段进行阻挡，抬升气缸将工件分离至滚道；工件靠自重沿特制滚道滚动至V型托架，V型托架的高度和位置由磨削中心决定，随后零件进入推料机构。

推料机构中无杆气缸将工件推至接料气缸上面的V型架（这两个V型架固定在无心磨托架上），接料气缸收缩，工件平稳落在磨床托架上，缓冲气缸将工件推至磨床砂轮处，工件进入磨削区，在砂轮和导轮之间磨削。

磨削完毕，工件进入拔料机构，在导轮摩擦力的作用下，磨完的工件依靠后续工件的推力被推至机床出口处托架上。

零件从机床托架到下料存储区的部分为下料道，抬升气缸推动连杆机构将工件抬起至特制滚道，工件靠自重沿滚道滚落至滚道末端停止；收缩气缸收缩，滚道下降，工件缓慢落至下料道V型架上，进入储料区。

储料区为链条式步进形式，一步一停，每个工件放置在一个独立的V型支架上，防止零件碰伤。

3 信号传递与动作控制

信号的传递和动作的准确衔接，是依靠传感器和PLC集成电路实现的［4］。

启动“自动运行”按钮后，机构开始依次动作。

3.1 在无杆气缸无料时，上料道抬升气缸会进行伸出、退回动作，一直进行至无杆气缸处有因重力作用落下的工件为止［5］。

3.2 无杆气缸感应到有料时会自动伸出。之后的运行中无杆气缸必须在控制“工件磨完”的对射传感器感应为“有料”，且控制“进入磨削”的对射传感器感应为“无料”的状态下，才自动伸出。这样可以确保推料动作是在磨床前托架无料情况下进行，避免零件发生堆叠、碰撞。

3.3 接着依次进行接料气缸退回、缓冲气缸伸出，推动零件经过“进入磨削”对射传感器，进入磨削区，磨削完毕后通过“工件磨完”对射传感器。

3.4 “工件磨完”对射传感器感应到“有料”时，送料部分全部归位准备进行下次送料。

3.5 零件到达“工件到位”对射传感器（即感应器感应为“有料”）时，抬升气缸升起，延迟一段时间后会退回，收缩气缸收回，电机旋转1位，零件进入V型架储料区。

3.6 如此周而复始地动作，直到储料区满自动停止工作。

4 可调式设计

主轴系列产品直径为40 mm～45 mm，砂轮在使用寿命内的直径尺寸为290 mm～445 mm。为了满足不同直径的零件在不同直径砂轮情况下的自动上下料要求，将上下料装置相关部件设计为可调形式。

上料道V型托架根据砂轮磨损程度在水平方向有80 mm可调区间，竖直方向有60 mm可调区间；下料道抬升点、下料点可进行水平、竖直方向的调节；上料道、下料道滚道可进行0°～4°的调节，确保零件顺利滚落；上料道V型托架采用无杆气缸推料，气缸速度可调，能平稳将零件送入磨床砂轮。

5 结语

在大批量生产主轴过程中，运用无心磨自动上下料系统可1次存储30根零件，实现45 min内连续无人化加工，提高了设备利用率，降低了工人劳动强度，为调整设备、检测工件、质量跟踪、现场管理等工作提供了充足的时间和精力。该套自动上下料系统还可应用于双头铣、键槽铣、校直机等其它设备上，形成联网流水加工，最终实现主轴无人化全自动生产。

［1］王东升，李铭棠，崔之花.金属工艺学［M］.杭州：浙江大学出版社，1994.

［2］胡凤兰.互换性与技术测量基础［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［3］徐灏.机械设计手册［M］.北京：机械工业出版社，1992.

［4］王永华.现代电器及可编程控制技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2002.

［5］张利平.液压气动系统设计手册［M］.北京：机械工业出版社，1997.