數(shù)控自動送料

數(shù)控車床自動送料設(shè)計一、 綜述一、課題來源及意義數(shù)控車床是機械加工的基本方法之一，它主要表現(xiàn)于加工軸類零件。數(shù)控車床既能夠制造尺寸很小的零件，又能夠制造諸如汽車連軸、壓力容器封頭一類的大型零件；既能夠制造一般尺寸公差等級和形狀的零件，又能夠制造精密(公差在微米級)和復(fù)雜形狀的零件。數(shù)控車床具有生產(chǎn)率高加工成本低、操作簡單、便于實現(xiàn)機械化與自動化等一系列優(yōu)點，因此在汽車、機械、電機、航天航空、兵器等生產(chǎn)和發(fā)展具有十分重要的意義。1、數(shù)控車床結(jié)構(gòu)特點及加工特點結(jié)構(gòu)特點傳動鏈短。沿縱、橫兩個坐標(biāo)軸方向的運動是通過用伺服電動機直接與滾珠絲杠聯(lián)結(jié)帶動刀架運動，伺服電動機與絲桿間也可以用同步皮帶或齒輪副聯(lián)結(jié)。剛度大、轉(zhuǎn)速較高，可實現(xiàn)無級變速。數(shù)控車床的總體結(jié)構(gòu)剛性好、抗震性好，能夠使主軸的轉(zhuǎn)速更高，實現(xiàn)高速、強力切削。它多采用直流或交流主軸控制單元來驅(qū)動主軸，按控制指令做無級變速。輕拖動、潤滑好、排屑方便，機床壽命較長。刀架移動多采用安裝在專用滾動軸承上的滾珠絲杠副；潤滑大部分采用油霧自動潤滑；一般都配有自動排屑裝置。加工冷卻充分、防護較嚴(yán)密。一般都使用安全防護門實現(xiàn)全封閉或半封閉的加工狀態(tài)，因此,可以將原來的單向沖淋冷卻方式改變成多方位強力噴淋，從而改善了刀具和工件的冷卻效果。自動換刀。數(shù)控車床都配有自動換刀刀架實現(xiàn)自動換刀，以提高生產(chǎn)效率和自動化程度。模塊化設(shè)計。數(shù)控車床的制造多采用模塊化設(shè)計。加工特點高精度。數(shù)控車床控制系統(tǒng)的性能不斷提高，機械結(jié)構(gòu)不斷完善，機床精度日益提高。高效率。隨著新刀具材料的應(yīng)用和機床結(jié)構(gòu)的完善，數(shù)控車床的加工效率、主軸轉(zhuǎn)速、傳動效率不斷提高，使得新型數(shù)控車床的空運轉(zhuǎn)時間大大縮短。其加工效率比普通車床提高2~5倍。高柔性和高可靠性。數(shù)控車床適用70%以上的多品種、小批量零件的自動加工，具有高柔性。隨著數(shù)控系統(tǒng)的性能提高，數(shù)控車床的無故障時間迅速提高，具有高可靠性。工藝能力強。數(shù)控車床既用于粗加工又能用于精加工，可以在一次裝夾中完成其全部或大部分工序。2、現(xiàn)代數(shù)控機床的發(fā)展與趨勢現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)集機械制造技術(shù)、計算機技術(shù)、成組技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、液壓氣動技術(shù)、光機電技術(shù)于一體，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它的發(fā)展和應(yīng)用，開創(chuàng)了制造業(yè)的新時代，使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。數(shù)控技術(shù)是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率必不可少的物質(zhì)手段，它的廣泛使用給機械制造業(yè)生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式帶來深刻的變化，它的關(guān)聯(lián)效益和輻射能力更是難以估計；數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，現(xiàn)代的CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是建立在數(shù)控技術(shù)之上。數(shù)控技術(shù)是國際商業(yè)貿(mào)易的重要構(gòu)成，發(fā)達國家把數(shù)控機床視為具有高技術(shù)附加值、高利潤的重要出口產(chǎn)品，世界貿(mào)易額逐年增加。大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。因此數(shù)控技術(shù)是衡量一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，實現(xiàn)加工機床及生產(chǎn)過程數(shù)控化是當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向，機械制造的競爭其實質(zhì)是數(shù)控的競爭。二、 數(shù)控車床自動送料系統(tǒng)設(shè)計方案目前，我國大多數(shù)工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機床裝卸工件仍由人工完成，其勞動強度大、生產(chǎn)效率低，而且具有一定的危險性，已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)自動化的發(fā)展趨勢。為了提高工作效率,降低成本,并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng),適應(yīng)現(xiàn)代機械行業(yè)自動化生產(chǎn)的要求,針對具體生產(chǎn)工藝,結(jié)合機床的實際結(jié)構(gòu)，利用機械手技術(shù)，設(shè)計用一臺上下料機械手代替人工工作，以提高勞動生產(chǎn)率。本機械手主要與數(shù)控機床組合最終形成生產(chǎn)線，實現(xiàn)加工過程的自動化和無人化。隨著機械制造工業(yè)的發(fā)展,我國用步進電機驅(qū)動的經(jīng)濟數(shù)控車床日益增多,為了適應(yīng)多品種小批量生產(chǎn)及提高生產(chǎn)力的要求,用戶希望提供軸類零件上下料系統(tǒng),能夠輸送15~25mm的棒料,并能卸下尺寸不等的軸類及片狀零件,價格應(yīng)低于車床價的四分之一（2萬元左右）。從用戶的要求來說,顯然上下料系統(tǒng)應(yīng)有柔性。傳統(tǒng)的凸輪連桿、開關(guān)型氣缸等難以獨立實現(xiàn),示教再現(xiàn)型機器人也難以完成將尺寸不等的軸類及片狀零件卸入零件箱的任務(wù)。另外,上下料系統(tǒng)只是車床的附件,價格高了就沒有人買。我們借助機電一體化思想,尋找機與電為一體的結(jié)合點,用電子信息使剛性的氣缸、連桿等實現(xiàn)柔性要求,發(fā)生質(zhì)的飛躍,形成具有柔性的上下料系統(tǒng),獲得很好的功能價格比。自動送料裝置按送進材料的形式分為送料裝置與上件裝置兩類。而送料裝置又分棒料送料機和半成品送料機，半成品送料機又分細長軸和盤蓋類，本設(shè)計屬于細長軸類。由于屬于細長軸類，由于零件精度要求高，加工時間短，因此在送料過程中送料要快，振動要小，過程要平穩(wěn)，從而不會影響到送料精度，所以本設(shè)計選用氣缸為做為動力，從而送料精度也較有保障，效率也提高。具體如圖（1）

1、數(shù)控車床2、液壓三爪卡盤3、工件4、推桿5、車刀6、托架7、推料桿8、送料桿9、工件托盤10、氣缸圖1三、 數(shù)控車床自動送料系統(tǒng)的設(shè)計（一） 機械控制系統(tǒng)的設(shè)計（1）控制系統(tǒng)該系統(tǒng)的全部控制功能由一臺松下電工FP3型可編程控制器實現(xiàn),用于控制步進電機的的脈沖單元8個,控制系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。圖2控制系統(tǒng)原理框圖（2）控制流程及流程圖PLC的程序運行方式是循環(huán)掃描方式,而非順序執(zhí)行方式,因此任何一個機械手在其條件滿足后即開始動作,各手之間是并行的,當(dāng)然有的手與手之間存在因果或制約關(guān)系,如A拆箱手與B拆箱手在同時工作時,必須等對方一個動作結(jié)束且手回原位后才能開始自己的動作,而自己開始動作即告對方等待。控制流程圖如圖3所示。

'■1A玄機刮苗'■1A玄機刮苗T卜」r粗呼議比坤圖3控制流程（二） 自動送料的作業(yè)流程上下料系統(tǒng)包含隔料器放出一根棒料、氣動機械手向前送進棒料及退回原位時,都用電磁鐵實現(xiàn)簡單的開關(guān)控制。機械手送料與車床卡盤張開、卡緊及車刀運動有聯(lián)鎖關(guān)系,其程序如下:車床啟動卡盤張開刀架按輸入數(shù)控系統(tǒng)的加工零件尺寸運動到初始位置隔料器放出一根棒料機械手向前送進棒料開關(guān)發(fā)出棒料到位信號車床卡盤夾緊棒料加工零件車刀切下零件刀架按輸入數(shù)控系統(tǒng)的加工零件尺寸運動到初始位置卡盤張開機械手向前送進棒料開關(guān)發(fā)出棒料到位信號車床卡盤夾緊棒料按上述程序循環(huán)加工,一根棒料被加工完畢后控制系統(tǒng)發(fā)出信號機械手退回原來位置隔料器放出下一根棒料機械手再向前送棒料循環(huán)。卸零件機械手由大拖板及中拖板帶動,不需將工作單獨編入控制系統(tǒng)從原點開始，按下啟動鍵，且有上下料命令，則水平液壓缸開始前伸并進行伺服定位，前伸到位后，停止前伸；f下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機械手下降，同時張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關(guān)下降電磁閥斷電，下降停止，同時手爪夾緊，抓住工件；一上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；fPLC開始輸出高速脈沖，驅(qū)動機械手逆時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉(zhuǎn)動；f接著下降電磁閥通電，機械手下降，下降到位后，碰到下限行程開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止，機械手到達卡盤中心高度；f機械手開始水平定位后縮，將工件裝入機床卡盤；f當(dāng)工件裝入到位后，卡盤收緊；f機械手松開手爪，準(zhǔn)備離開；f接著上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；fPLC啟動高速脈沖驅(qū)動機械手作順時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉(zhuǎn)動，機械手回到原點待命；f機床進行加工。當(dāng)數(shù)控機床加工完一個工件時，發(fā)送下料命令給機械手，機械手接到命令后,PLC馬上輸出脈沖驅(qū)動機械手逆時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉(zhuǎn)動；f下降電磁閥通電，同時手爪柱塞缸電磁閥也通電，機械手下降且張開手爪，下降到位后碰到下限行程開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止且手爪夾緊，夾緊已加工好的工件；f機床卡盤松開；f機械手開始前伸，將工件從機床上取出，準(zhǔn)備運走；f上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；fPLC輸出高速脈沖，驅(qū)動機械手順時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)過90度到位后，PLC停止輸出脈沖，機械手停止轉(zhuǎn)動；f下降電磁閥通電，機械手下降，下降到位后碰到下限行程開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；f接著手爪柱塞缸電磁閥通電，手爪張開，放下工件準(zhǔn)備離開；f接著上升電磁閥通電，機械手開始上升，上升到位后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止同時手爪也閉合復(fù)原；f接著機械手水平手臂開始后縮，準(zhǔn)備回原點，當(dāng)后縮到位時，后縮停止，機械手回到原點，一個上下料過程結(jié)束；f機械手在原點等待命令，準(zhǔn)備下一個工作循環(huán)。機械手的每次循環(huán)都從原點位置開始動作。PLC控制機械手自動上下料由PLC可編程邏輯控制器協(xié)調(diào)控制,經(jīng)各氣缸配合進行動作處理。整個自動上下料過程包括五大部分:(1)工件輸送；(2)機械手送料；(3)卡盤上下料；(4)機械手推送料；(5)零件送到下一工序。其中,(1)、(5)部分與其他部分、數(shù)控加工并行執(zhí)行；(2)、(3)、(4)部分與數(shù)控加工同時進行。下面詳細介紹卡盤上下料的工作原理和PLC設(shè)計框圖，其余部分進行簡單介紹。(1)工件輸送采用水平輸送、傾斜輸送、提升輸送等方式。水平輸送可輸送不同物品，并且可以采用不同輸送速度、不同輸送傾斜角度，通過使用帶有花紋的傳輸帶或水平擋板，提高傳輸帶對工件的抓著穩(wěn)定性，防止工件滑散、甩脫，保證準(zhǔn)確的運行軌跡；提升輸送占據(jù)空間小，對小型圓柱類零件有較好效果。在PLC程序設(shè)計時,如所需加工的工件有方向性，編輯的PLC程序除控制工件的轉(zhuǎn)向定位，還應(yīng)考慮到定位的可靠性。在一次定位不準(zhǔn)時，可以重新轉(zhuǎn)向定位一到兩次，以保證循環(huán)中不會因工件輸送定位偶然出錯而停止，如圖4所示il科機鹹?于匸尖粘退料機皓手坪忻同據(jù)T曲動劃I；砥丄卞轉(zhuǎn)扯上廠il科機鹹?于匸尖粘退料機皓手坪忻同據(jù)T曲動劃I；砥丄卞轉(zhuǎn)扯上廠■聃庭殍r戲宙卄MteiQI'il岸冗好.「件卡爪處掛圧軸恤ill上?莓禪1U工琳廉F3TLFHScfflIF陽収料也L菲平浪松圖4(2)編程機械手控制程序的編寫方式很多,各人有各人的習(xí)慣,這里采用的是用移位寄存器指令編寫控(2)編程機械手控制程序的編寫方式很多,各人有各人的習(xí)慣,這里采用的是用移位寄存器指令編寫控制程序,如圖5所示.■k'r片：it_■HI RV0I3-■I—.■k'r片：it_■HI RV0I3-■I—RliRl-lR?t1-卜H?lIY1■"■H='id*—!i 31四、 調(diào)試及試運行氣缸推動送料桿到主軸中心，推料桿推動工件到液壓三爪卡盤由三爪卡盤夾緊工件，推料桿及送料桿退回，由車刀加工工件，加工完三爪卡盤松開工件由4號推桿推出工件。機械手的操作方式分為手動操作和自動操作兩種。1.手動操作：就是用按鈕作機械手的每一步運動進行單獨的控制。當(dāng)選擇升／降按鈕時，按下啟動按鈕，機械手上升；按下停止按鈕時，機械手上升。當(dāng)選擇正轉(zhuǎn)/逆轉(zhuǎn)按鈕時，按下啟動按鈕，機械手順時針轉(zhuǎn)動，而按下停止按鈕時，機械手逆時針轉(zhuǎn)動。同理，當(dāng)選擇夾緊/放松按鈕時，按下啟動按鈕，機械手爪夾緊，而按下停止按鈕時，手爪松開。2.自動操作：機械手從原點開始，按下啟動按鈕，機械手的動作將自動的、連續(xù)的周期性循環(huán)在工作中若按下停止按鈕，機械手將繼續(xù)完成一個周期動作后，回到原點位置。如圖6-10所示送料至卡盤中心如圖6工件送入卡盤并夾緊如圖7各部位退回如圖8開始加工零件如圖9自動換零件循環(huán)加工如圖10四、結(jié)論本設(shè)計通過對機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)大學(xué)本科三年所學(xué)知識進行整合，完成一個特定功能、滿足特殊要求的數(shù)控機床上下料機械手的設(shè)計，比較好地體現(xiàn)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平、實踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強的針對性和明確的實施目標(biāo)，實現(xiàn)了理論和實踐的有機結(jié)合。機械手采用可編程序控制器控制,可以實行手動調(diào)整、手動及自動控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠，設(shè)計周期短且造價較低。PLC有較高的靈活性，當(dāng)機械手工藝流程改變時，只要對I/O點的接線稍作修改，或?qū)/O重新分配，在控制程序中作簡單修改，補充擴展即可。經(jīng)過重新編制相應(yīng)的控制程序，就能夠比較容易的推廣到其他類似的加工情況參考文獻：吳振順主編氣壓傳動與控制哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社PROGRAMMABLECONTROLLERFP3/FP5MatsushitaElectricWorks,Ltd汪曉光等編著可編程控制器原理及應(yīng)用機械工業(yè)出版社致謝感謝指導(dǎo)老師蘇桂英。沒有蘇老師在關(guān)鍵時刻的指導(dǎo)和激勵，從課題的選擇到項目的最終完成，蘇老師都始終給予我細心的指導(dǎo)和不懈的支持。蘇老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想上也給我以無微不至的關(guān)懷，在