一种数控车床自动拉料装置的设计与应用

陈建帮，李大成

（佛山职业技术学院机电工程系，广东佛山528137）

一种数控车床自动拉料装置的设计与应用

陈建帮，李大成

（佛山职业技术学院机电工程系，广东佛山528137）

通过设计使用数控车床自动拉料装置，实现了生产过程中数控车床的自动送料和自动进行松、夹卡盘，解决了在批量生产时材料长度定位难及操作人员安全的问题，从而实现数控车床自动拉料生产。使用自动拉料装置，动作灵活可靠，制造相对简单，比较经济。不仅提升了设备自动化程度，并可在现有的条件下和规定时间内达到生产所需要求，此种拉料装置故障率低，使用寿命长，充分体现了数控车床自动拉料的安全性和稳定性，有效提高生产效率和材料的利用率。

数控车床；自动拉料装置；应用

在中小批量轴类零件的加工中，数控车床具有生产率高、加工成本低廉、操作简单、易于实现机械与柔性自动生产等一系列的优点[1]。但在实际的生产过程中，数控车床却面临着加工周期短，装夹各类辅助时间过长等问题，从而严重影响生产的总体效率。若可以在数控车床上设计自动拉料装置，则可以在自动加工过程的程度上进一步提高零件的生产效率，同时很大程度上提高了材料的利用率。

1 问题的提出

某企业生产车间需生产如图1所示螺纹台阶轴零件，加工材料为不锈钢，件数为100000件的批量生产零件（两班制生产）。采用设备为大连机床厂的CL-20A斜床身数控车床。零件尺寸、同心度要求精度高，需一次装夹完成车削，表面不得有明显缺陷。零件最大直径尺寸为Φ28，故采用Φ30×1.5 m的棒料加工。

图1 螺纹台阶轴

对此类零件，按工厂的人员配置，1人2机同时操作，按如下步骤进行：先装夹好棒料，保证合适的伸出长度→加工→切断→停机→松开卡盘，拔出棒料至合适的伸出长度→再次夹紧→再次车削加工，如此不断地重复。倘若5～10台机床同时加工，需增加操作人数和生产成本，同时与配备有自动送料机机械工厂相比，劳动强度大，生产效率低。当零件批量越大时，大量积累的辅助时间会造成不必要的资源浪费。如果零件能在切断后，在不需配备自动送料机的前提下，采用一些特殊方法自动将棒料拉出至所需加工长度的对刀零点，对棒料进行自动定位、夹紧后达到继续自动车削加工的目的，零件的生产效率将大幅度提高。

2 研究过程

2.1 国内同类问题解决方案

国内外大多数企业为了提高生产效率及增大自动化程度，采用数控车床自动送料机，从而提高设备的加工效率和自动化程度。送料类型为圆棒料、六角料、空心料等，数控车床使用的送料机类型有油浴送料机、储料式送料机、重锤式送料机等。

以企业应用最广的油浴送料机为例，油浴送料机由液压站、料管、推料杆、支架、控制电路五部分组成，工作原理是油泵以恒定的压力（0.1～0.2MPa）向料管供油，推动活塞杆（推料杆）将棒料推入主轴，所以也称作油压送料机。工作时棒料处于料管的液压油内，当棒料旋转时，在油液的阻尼反作应力下，棒料就会从料管内浮起，当转数快时棒料就会自动悬浮在料管中央的转动，但油浴送料机存在成本高，耗油量大、占地面积大等一系列问题。图2所示。

图2 油浴送料机

2.2 解决方案

零件车削加工切断后，刀具不是快速回到零点，而是继续定位到卡盘夹持棒料的剩余伸出部分，切出一道宽度为3 mm×2 mm的工艺槽，切出此槽目的是使拉料装置拉料爪部位卡进工艺槽内，待定好位后，通过编写好的数控程序控制液压卡盘自动松开，程序再次控制拉料装置将棒料拉出至所需加工长度。动作分解如图3拉料装置动作分解图所示：（a）车削工艺槽→（b）拉料装置拉料爪定位到槽内，程序启动液压卡盘松开→（c）拉出所需长度L→（d）程序启动控制液压卡盘夹紧。

图3 拉料装置动作分解图

2.3 拉料装置结构设计

针对上述情况，设计并投入使用一种数控车床专用的拉料装置，拉料装置如图4所示。主要由3部分组成：连接杆、拉料爪、调节锁紧螺钉，拉料装置的具体结构如图3所示；拉料爪夹范围为10～30 mm；连接杆的一端用于连接拉料爪，另一端用于安装在刀架上。

图4 拉料装置

连接杆柄部在工作时，应具有适当的拉紧力，以保证拉料时稳定可靠，变形小，定位准确[2]。对于较重的棒料可考虑采用硬度高、抗拉强度好的材料制作，设计时台阶处应有过渡圆角，减少应力集中，以防断裂，并加以热处理提高使用寿命。

拉料爪处应具有一定的强度和刚度，足以拉出棒料[3]。工作时拉料爪是主要拉料工作部分，其整体结构、重量和体积直接影响整个拉料装置的结构、抓重、定位精度、运动速度等性能。因此，在设计时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。

3 应用效果

设计人员抽取了1台未安装自动拉料装置的车床与1台安装了自动拉料装置的车床进行1 h的加工生产对比测试。对两台车床所需操作人数、装夹辅助时间、单位时间内完成工件件数等情况进行跟踪，跟踪结果如表1所示。

表1 生产情况跟踪表

通过跟踪表可以看出，安装有自动拉料装置的车床操作起来更加节省人力物力，自动化程度进一步提高，可大幅度降低工人劳动强度，节约生产成本、缩短装夹辅助时间，1人可操作多台数控机床进行批量生产，生产效率大幅度提升。

4 结束语

通过实验与试用得知，此种车床自动拉料装置有一定的局限性，只适合小型阶梯轴类零件的批量生产[4]。但在轴类零件中，阶梯类零件已占轴类零件的的70%，覆盖面比较广，能够解决大部分轴类零件的自动拉料生产，可大幅度降低工人劳动强度，节约生产成本、辅助时间和材料利用率，1人可多台数控机床同时生产，生产效率大幅度提升。拉料装置结构简单，易于制造，相比万元以上的自动送料机，经济实惠，更有实用价值，不须另外设立液压油站，花费电费和其他的维修费用。

[1]黄信兵，刘小娟.一种数控车床自动送料装置的设计研究[J].组合机床与自动化加工技术，2013，（5）:111-113.

[2]黄庆专，程志杰.数控车削自动送料装置设计与控制[J].制造技术与机床，2014，（7）:147-149.

[3]高永伟，韩瑞生，黄翔强.基于现有生产条件下的数控车床自动送料机构的研究[J].现代职业教育，2015，（20）:16-18.

[4]陈贤照，吴宗.一种专用送料器的创新设计[J].设计与研究，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，Foshan Polytechnic，Foshan 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

佛山市工业产品精密检测科研基础平台（2013AG10010）

陈建帮（1991-），男，广东河源人，本科，实训指导教师，主要研究方向为数控编程与加工方向。