一種經(jīng)濟型數(shù)控車床的自動上下料系統(tǒng)
1 研制目標(biāo)與技術(shù)路線
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、凸輪、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。
2 上下料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
氣缸驅(qū)動具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、使用及維護容易等優(yōu)點。但是氣體壓縮性大，普通開關(guān)控制難使活塞停在任意位置。因此，它不能按任意零件尺寸送進相應(yīng)長度的棒料，但當(dāng)活塞頂靠氣缸蓋(相當(dāng)機械檔塊)時，重復(fù)定位精度高達±0.03mm。我們利用數(shù)控車床的刀架作機械檔塊，氣動機械手在0.2～0.3MPa的氣壓推動下，使棒料穿過車床主軸孔及卡盤孔頂?shù)降都芗伴_關(guān)上，刀架位置由車床數(shù)控系統(tǒng)按需要加工零件的尺寸控制，從而實現(xiàn)送料柔性，送料精度達到±0.03mm，能節(jié)約材料及加工費用。
氣動機械手的活塞桿頂端安裝了徑向軸承及端面軸承，起支承限位作用，棒料在其中旋轉(zhuǎn)時只能帶動軸承內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，不會引起活塞桿旋轉(zhuǎn)。
為防止車削長棒料時可能產(chǎn)生大幅度振動，在車床頭部安一個氣動中心架，3個氣缸受同一個氣閥控制，進氣時3個活塞桿頂部的橡皮滾輪同時壓緊棒料，并隨棒料轉(zhuǎn)動而自轉(zhuǎn)，使棒料處于車床主軸中心位置，從而防止或減少振動。活塞桿伸入車床主軸孔送料時，橡皮滾輪可壓在活塞桿上，起支承作用。當(dāng)棒料被加工到剩下卡頭時，機床的控制系統(tǒng)使刀架后退，殘料落入廢料箱中，同時使機械手退回原位，將下一根棒料送上，連續(xù)給機床供料。每次送料長度隨需要加工零件的尺寸而變，實現(xiàn)上料柔性自動化的要求。
當(dāng)用戶在原來的數(shù)控車床生產(chǎn)場地上進行技術(shù)改造，能用于安裝上料系統(tǒng)的場地小時，可采用多級氣缸或普通氣缸組合成的廉價上料系統(tǒng)，以縮短上料系統(tǒng)的長度。
3 卸零件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
由于零件的直徑在10～25mm之間變化，長度變化范圍更大。車刀將零件從棒料上切下的瞬間，工業(yè)機器人不能抓取零件，具有手眼協(xié)調(diào)系統(tǒng)的智能機器人也難快速跟蹤抓取零件。我們首先考慮將機械手放在數(shù)控機床刀架的大拖板上，以解決跟蹤車刀切下零件的位置變化問題，再改變手指抓零件的思路，采用機械手模擬人手從下面接切斷后落下的零件，以適應(yīng)零件直徑及長度尺寸的變化。為簡化結(jié)構(gòu)，降低費用，借用車刀切斷零件時的聯(lián)動，在中拖板上安裝一個滾輪，當(dāng)加工完零件表面，在車刀切斷零件的過程中，中拖板上的滾輪前進，逐漸使大拖板上的卸件機械手旋轉(zhuǎn)到零件之下，零件切斷時剛好落入其中，車刀退回原位時機械手在彈簧作用下轉(zhuǎn)回原位，將零件卸入零件箱中，如圖1所示。
4 上下料系統(tǒng)的控制
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)。
5 結(jié)論
(1) 普通氣缸驅(qū)動的機械手借用數(shù)控車床的刀架，相輔相成，可實現(xiàn)柔性自動送料，送料精度±0.03mm，能節(jié)約材料及加工費用。
(2) 引用了經(jīng)典的凸輪連桿機構(gòu)運動原理，借刀架大拖板及中拖板的聯(lián)動研制成功卸零件機械手具有很好的柔性，能可靠地將直徑及長度不同的零件卸入零件箱中。卸零件時間與車刀切斷零件時間重疊，不但省事、減少投資、節(jié)約時間，而且可靠性很好。
(3) 上下料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡潔，造價低廉，具有很高的功能價格比及實用價值。