小型鼠笼式转子铁芯内孔自动钻孔专机的开发*

2020-02-25陆人华

机电工程技术 2020年1期

陆人华

（浙江机电职业技术学院，浙江杭州 310053）

0 引言

电机是动力能源，在各类设备中得到广泛应用。电机转子是电机中的关键零件，其上孔的机加工技术成为制约电机发展的瓶颈[1]。目前国内生产企业使用普通数控钻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着设备购置成本高、加工效率低等问题。本文研究解决这一难题的相关技术，在保证经济效益和机床制造成本较低的前提下，研究设计出适用于小转子铁芯内孔自动钻孔专用设备，使电机转子心轴钻孔工序中的定位、夹紧、钻孔、下料实现自动化，从而提高加工质量与效率，降低劳动生产成本。

1 自动钻孔专机的结构布局

自动钻孔专机是一台多功能的自动化组合机床。根据转子铁芯内孔的自动钻孔动作方案设计要求，对设计过程进行细化，得到的自动钻孔专机功能结构布局如图1所示[2]。由图可知，转子进入传送装置后，传送带将待加工转子传送到进料气缸推送位置，进料气缸从进料等待区定量推送一个转子到转子夹紧工位，到位后气缸活塞缩回；转子到达夹紧工位后，首先夹紧气缸活塞伸出夹紧工件；紧接着进给气缸活塞伸出带动台钻主轴下降进行钻孔加工，待转子铁芯内孔钻穿后，进给气缸活塞缩回，待台钻主轴退到位后，夹紧气缸活塞缩回放松转子，同时下料气缸活塞缩回，转子落到下料道进入转子收集框中，下料气缸活塞伸出重新堵住下料孔完成1次加工过程，后面的加工就是重复前面的操作过程。

图1 自动钻孔专机设计方案

2 自动钻孔专机的机械系统设计

2.1 机械系统的结构设计

自动钻孔专机主要由钻孔机构、进给机构、传动机构、送料机构、夹紧机构及下料机构组成[3-4]。这些功能子部件在电气系统控制下，配合气动系统等，实现钻孔的加工自动化。其中，钻孔机构采用通用台钻的机械结构；进给机构由齿轮、齿条和进给气缸组成；传动机构采用传送带进行传送转子；送料机构、夹紧机构、下料机构均采用气缸实现。其三维结构如图2所示。

图2 转子自动钻孔专机整体结构

2.2 自动钻孔专机的动作流程

具体动作流程如图3所示。按下启动按钮，台钻电机及传送带电机启动，下料汽缸活塞伸出，推动滑块封堵住下料口，人工将转子放入传送带槽中；当进料接近开关传感器探测到有转子时，延时2 s后，进料汽缸活塞伸出，把传送带最前端的转子推进到夹紧通道上，然后进料汽缸活塞缩回，延时0.5 s后，夹紧汽缸活塞伸出推动转子到加工工位并与定位V型块（图1）一起夹紧工件；钻孔工位光电传感器探测到有转子时，安装于台钻主轴箱侧面的钻孔进给汽缸活塞伸出，通过推动齿条带动齿轮使钻头垂直向下进给，对转子进行钻削加工；当钻孔深度控制接近开关传感器探测到信号时，表明孔已钻通，钻孔进给汽缸活塞缩回钻孔起始接近开关传感器探测到信号时，下料汽缸活塞缩回，夹紧汽缸活塞缩回松开转子，转子落下到下料滑道中，一次循环结束，后面操作为重复前面动作。

图3 自动钻孔专机动作流程

3 自动钻孔专机的电气控制系统设计

3.1 电气控制原理

自动钻孔专机的电气控制由主电路与控制电路组成，如图4所示。主电路由钻孔电机M1、传动电机M2、吸尘电机M3组成，合上空气开关QS接通电源吸尘电机M3就一直工作，在电机M1、M2和M3前设置了短路保护的熔断器FU1和FU2。控制电路由交流继电器KM、开关电源TB、PLC控制器和照明电路组成；按下按钮SB交流继电器KM吸合，钻孔电机、传动电机启动，合上空气开关QF1开关电源TB输出24 V电压为PLC供电，通过PLC控制电磁阀实现转子的送料、夹紧、进给、下料等工作。

图4 自动钻孔专机电气控制电路

3.2 电气控制的线路连接与I/O口的分配

自动钻孔专机选用信捷XC3-32RT-E控制器，其接线如图5所示[5-6]，I/O口分配如表1、表2所示。

图5 自动钻孔专机接线图

表1 输入地址

表2 输出地址

4 自动钻孔专机的气动系统设计

自动钻孔专机的气动系统如图6所示，自动钻孔的送料、夹紧、下料、进给等动作均通过气缸提供动力来实现的[7]。在工作时与各气缸相连的电磁阀是互锁通电的。基本循环路线：下料汽缸5推动滑块封住下料口—送料气缸3控制送料—气缸3推送工件运动至夹紧气缸通道4正下前方—夹紧气缸4夹紧工件—进给气缸6推动齿条和齿轮运动进行钻孔加工电机开始钻孔。自动钻孔专机工作时各气缸电磁阀YV1与YV2互锁通电，YV3与YV4互锁通电，YV5与YV6互锁通电，YV7与YV8互锁通电[8]。初始状态，电磁阀YV2、YV4、YV8得电，当按下起动按钮时，电磁阀YV1、YV5得电，延时一定时间后电磁阀YV3与YV7得电，当工件加工完毕后，电磁阀YV4、YV6、YV8得电，这样完成1次加工操作后，循环前述过程。