第２期（总第１７７期） ２０１３年４月 机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴ（）ＭＡＴＩ（）Ｎ ＮＯ．２ Ａｐｒ． 文章编号：１６７２—６４１３（２０１３）０２—０１５０—０３ 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） 摘要：对大批量生产感应电动机定子外圆车削的专用车床自动上下料问题进行了分析，提出了采用气动送料 机械手把定子送入车床主轴的中心位置，再由芯轴和尾座夹紧工件进行加工，加工完毕后用另一接料机械手 卸下零件的自动上下料系统。此自动上下料加工系统应用机械手取代了传统的人工操作，比常见的夹持式机 械手具有更高的生产效率，实现了车削过程自动化的批量生产，提高了生产过程的自动化程度。 关键词：车削加工；自动上下料；机械手；ＰＬＣ控制；专用车床 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 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 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 ￣８０ ｒａｍ（内孔￣４０ ｒａｍ）×１００ ｍｍ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ｌ所示。 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 件落入送料机械手一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 图１感应电动机定子零件图 置一芯轴和尾座夹紧工件，送料机械手气缸缩回一机 床开始车削工件，加工完毕一接料缸伸出，夹紧装置松 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１５ Ｓ，而装夹需 要２０ Ｓ左右。以每天工作１０ ｈ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 开工件一接料机械手带已完工工件缩回一顶料缸伸 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。 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 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一 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。 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 收稿日期：２０１２—１０—２２；修回日期：２０１２—１１—１１ 作者简介：黎宴林（１９８２一），男，江西寻乌人，讲师，本科，主要从事模具设计与数控加工的教学工作。 ２０１３年第２期 黎宴林，等：专用车床自动上下料系统应用研究 ・ １５１ ・ ４ ＰＬＣ编程设计 如图６所示。 烂 Ｌ ｝！＿ 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 循环启动半自动执行 ＹＯ１４ ＸＯ０３ ｘＱ９７ ．．．糍 气压自动 开关执行 ｉｉｊ 出吴ｌ机料事光检 ３３ ７ 图３落料开关动作梯形图 ＸＯ￣７ Ｘ０２１ Ｘ０ｏ２ １８ 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，以后 面的工件落下。落料开关动作梯形图如图３所示。 手葫执行 劫放料 ＸＯ１４ ＸＯ２２ Ｍ２５ ＸＯ０７ Ｘ０２１ ＸＯ１４ ＹＯ１６ Ｔ３ Ｉ ｌ锚Ｉ簇 循环启动半自动执行Ｉ Ｊ ｆ （Ｙ０１６ 送料缸 伸出 料手光检送料右限接料右限位ｌ 出夹紧后延时 动执行手动送料 图４送料机械手动作梯形图 Ｙ０ｌ６ ｘ（）１５ －－Ｉ －——－— Ｉ．－ ———————————————— ＹＯ０４． 送料送料缸自动 伸出左限位执行 — 芯轴夹 紧工件 自动执行 Ｔ３ Ｋ１０： 夹紧后延时 １一车床；２一刀架；３一落料气缸；４一落料装置；５一料仓； 动执行手动心轴夹紧 ６一待加工工件；７一线性导轨；８一送料气缸；９一安装机架； １Ｏ一上料机械手；１１一下料机械手；１２一顶料气缸｝ １３一顶料杆；１４一已加工工件；１５一料道 ！ 芯 下程Ｅ Ｊ 紧 自动执行关机 图５ 机床夹紧工件动作梯形图 ６１ 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 输入点 名称 输出点 名称 Ｘ０ Ｘ１ Ｘ２ 手动 自动 启动 Ｙ０ Ｙ１ Ｙ２ Ｘ轴脉冲 ｙ轴脉冲 Ｘ轴方向 Ｘ３ Ｘ４ Ｘ６ Ｘ７ Ｘ１０ Ｘ１ｌ Ｘ１２ Ｘ１４ 停机 料仓有工件光检 Ｘ轴机械原点 送料手有工件光检 Ｘ轴超程限位 接料缸左限位 ｙ轴超程限位 接料缸右限位 Ｙ３ Ｙ４ Ｙ５ Ｙ６ Ｙ７ Ｙ１０ Ｙ１１ Ｙ１２ ｙ轴方向 芯轴夹紧工件 手动主轴反转 主轴转，刀架进 接料缸伸出 运滑油泵 排料 顶料缸伸出 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。 ！ 回到送料接料右自动 位延时右限限位执行 Ｘ５ Ｘ１５ Ｘ２１ Ｘ２２ ｙ轴原点 送料缸左限位 送料缸右限位 气压开关 Ｙ１３ Ｙ１４ Ｙ１５ Ｙ１６ 车床照明 落料缸伸出 冷却水泵 送料缸伸出 接料缸伸出 、ｉｗｌ， 孵３Ｙｏｏ７ ——＾ Ｔ４ Ｍ２５ Ｘｏ０３ 卜—————・ Ｆ—一 手动执行 卜—————・ Ｆ——— （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。 仙 番 蠹 关机 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 （３）当送料手在左极限位把工件送到加工位置， 动作梯形图如图８所示。 揍抖缸排料伸出 执行 自动 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。 Ｍ２３ Ｍ互７ ５ ， ． （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 手劫执行 自 执行 碰 图８】页料杆顶出工件动作梯形图 机械工程与自动化 ２０１３年第２期 （７）当接料手缩回至右极限位时，由一顶料杆将 其顶人料道，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。 ３７５ 接料右限送料自动ｆ ３‘Ｍ２Ｍ２６右限执行Ｉ ５ ， 手动执行手动排料 ｌ自动执行 １排料ｊ ，。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。 参考文献： １１ 料 ．’。 。’ ｌ 。’ 、 ［１］ 陈婵娟．数控车床设计［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００６． ［２］ 罗永顺．机床数控化改造实例［Ｍ］．北京：机械工业出版 社，２０１０． ＹＯ１１ Ｔ５ — Ｍ２５ ＸＯ０３ Ｉ 卜—————＿｜— ———— 卜————— 叶 排料排料延时自动执行关机 图９加工过程自动循环梯形图 ［３］郭琼．ＰＬＣ应用技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００９． ［４］ 田效伍．电气控制与ＰＬＣ应用技术［Ｍ］．北京：机械工业 出版社，２０１１． 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 ［５］范超毅。赵天蝉，吴斌方．数控技术课程设计［Ｍ］．武汉： 华中科技大学出版社，２００７． ［６］徐文灿．气动元件及系统设计［Ｍ］．北京：机械工业出版 社，１９９７． Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｆｅｅｄｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｌａｔｈｅ ＬＩ Ｙａｎ－ｌｉｎ，ＣＨＥＮ Ｓｈｕ－ｌｉｎｇ （Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｕｉｚｈｏｕ ５１６１００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔａｔｏｒ ｏｕｔｅｒ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｔｏｒ ｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｂｙ ａ ｓｐｅｃｉａｌ ｌａｔｈｅ．ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｆｅｅｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌａｔｈｅ．Ａｔ ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｓｔａｔｏｒ ｉｓ ｐｕｔ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｂｙ ａ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｆｅｅｄｉｎｇ ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ ａｎｄ ｃｌａｍｐｅｄ ｂｙ ａ ｃｏｒｅ ｓｈａｆｔ ａｎｄ ａ ｔａｉｌｓｔｏｃｋ．Ａｆｔｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｔｈｅ ｓｔａｔｏｒ ｉｓ ｒｏｍｏｖｅｄ ｂｙ ａｎｏｔｈｅｒ ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｉｓ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｆｅｅｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ ｔｏ ｒｅｐｌａｃｅ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍａｎｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｒｅａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｔｕｒｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｍａｓｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｏｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｒｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｌｏａｄｉｎｇ ａｎｄ ｕｎｌｏａｄｉｎｇ；ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ＰＬＣ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｐｅｃｉａｌ ｌａｔｈｅ （上接第１４９页） 参考文献： ［３］ 谭听，岳岗，李传坤，等．一种新型防泄漏煤气排水器的设 计与应用［Ｊ］．世界钢铁。２００９．９（３）：６０—６１． ［４］ 王志峰，张志忠，李卫东，等．转炉煤气排水器运行分析及 ［１］余宏彦。曾宪民，周良墉，等．煤气管道排水安全技术的研 究［Ｊ］．工业安全与环保，２００９，３５（９）：４４—４７． ［２］徐荣波．煤气管道堵漏型排水技术及安全型排水技术对 比分析［Ｊ］．科技与生活，２０１２（５）：１７６。１７５． 改进［Ｊ］．河南冶金。２０１０，１８（４）：３３—３４。５３． ［５］ 翟俊娥，程秀梅．煤气排水器状态监测系统改造［Ｊ］．河北 冶金，２００５（４）：４８—４９． Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｇａｓ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ｗｏｒｋ Ｔｕｂｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｌｏｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｅｌ ＷＡＮＧ Ｙｕ－ｈａｉ ．ＬＩ Ｊｉｎｇ－ｃｈａｏｚ。ＢＡＩ Ｋｕｎ－ｙａｎｔ。ＬＩ Ｓｈｕａｎｇ－ｑｕａｎ３．ＣＨＥＮ Ｈｕａ４，ＺＨＯＵ ＬＩｌ，ＭＡ Ｄｅ－ｍｉｎｇＩ，ＭＡ ｇａｎ￣ （１．Ｓｈｏｕｇａｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈｏｕｇａｎｇ Ｑｉａｎｇａｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｔａｎｇｓｈａｎ ０６４４０４，Ｃｈｉｎａ；３． Ｓｈｏｕｇａｎｇ Ｑｉａｎｇａｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｔａｎｇｓｈａｎ ０６４４０４，Ｃｈｉｎａ；４．Ｓｈｏｕｇａｎｇ Ｑｉａｎｇａｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｔａｎｇｓｈａｎ ０６４４０４，Ｃｈｉｎａ，５． Ｓｈｏｕｇａｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅ ｉｓ ｐｒｏｎｅ ｔｏ ｇａｓ—ｌｅａｋ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｆｉｅｌｄ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅ’ｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ・ｗｅ ｓｅｔ ｕｐ ａｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｌｏｓｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅｌ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅ ｗｏｒｋ ｔｕｂｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｐｉｐｅ ｌｅｖｅｌ ｃｈａｎｇｅ ｒａｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｖｅｌ ｈｅｉｇｈｔ。ａｌｌ ａｄｖａｎｃｅｄ ｓｅａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｔａｋｅｎ ａｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｒａｔｅ ｏｆ ｃｈａｎｇｅ，ｔｏ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｇａｓ ｌｅａｋａｇｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ；Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｃｈａｎｇｅ ｉｓ ｌｏｗｅｒ，ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｌｅｖｅｌ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ａｐｐｒｏ— ｐｒｉａｔｅｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｏ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｔ ａｃｔｉｏｎ．ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ｍａｋｅ ｉｔ ａｄａｐｔ ｔｏ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｅｒｔａｉｎ ｗｏｒｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ． Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｕｓｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅ；ｌｅａｋ；ｓｅｌｆ－ｃｌｏｓｉｎｇ；ｍｏｄｅｌ
