摘要: 針對(duì)無心磨床的工作原理與加工特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種自動(dòng)化上下料裝置，運(yùn)用 PLC 控制技術(shù)對(duì)系統(tǒng)中供料裝置、出料裝置、傳輸機(jī)構(gòu)等各部分運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及工作程序進(jìn)行精準(zhǔn)控制來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從供料到取件的自動(dòng)化、連續(xù)性生產(chǎn)，通過驗(yàn)證，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案穩(wěn)定可靠，為此類機(jī)床加工過程的自動(dòng)化改造升級(jí)提供了一種有效的途徑與方法。

關(guān)鍵詞: 無心磨床; 上下料系統(tǒng); 自動(dòng)化

0 引言

無心外圓磨床適于磨削細(xì)長圓柱形、短軸類和套類等工件，磨削精度和生產(chǎn)效率高，應(yīng)用較為普遍。但一些老舊式磨床因未配備自動(dòng)上下料裝置，在生產(chǎn)中采取人工供料及取件，此模式在反復(fù)操作時(shí)易出現(xiàn)安全事故，存在安全隱患，基于機(jī)床結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)特點(diǎn)增設(shè)配套的自動(dòng)化上下料系統(tǒng)可有效規(guī)避此類問題，同時(shí)還可一定程度提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品的穩(wěn)定性，提升企業(yè)自動(dòng)化水平，是一種切合實(shí)際且經(jīng)濟(jì)有效的改造方案。

筆者提出如何在不改變無心磨床生產(chǎn)條件與環(huán)境的前提下增設(shè)一種自動(dòng)化上下料系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)化、連續(xù)性生產(chǎn)的加工方案，對(duì)規(guī)避人工操作的安全隱患，提升中小微企業(yè)自動(dòng)化、智能化升級(jí)具有現(xiàn)實(shí)意義與實(shí)際價(jià)值。

1、磨床工作原理與現(xiàn)存問題

無心磨床工作的核心部件由兩個(gè)砂輪和底部托板構(gòu)成，兩個(gè)砂輪中的一個(gè)為引導(dǎo)輪，另一個(gè)為磨削輪，工件置于兩輪之間，導(dǎo)輪帶動(dòng)工件單向轉(zhuǎn)動(dòng)，磨削輪實(shí)施磨削加工，底部托板對(duì)工件實(shí)現(xiàn)支撐，三者協(xié)作完成表面磨削，加工過程一般為連續(xù)進(jìn)行，加工原理如圖 1 所示。

圖 1 無心磨床工作原理簡圖

老舊磨床由于無配套自動(dòng)化供取裝置，工件更換時(shí)需由人工進(jìn)行更換操作，長此以往易出現(xiàn)安全事故，雖然目前一些磨床的設(shè)備商不斷投入研發(fā)自動(dòng)化供料裝置，并將其集成在設(shè)備中整體出售，但此類設(shè)備價(jià)格昂貴，中小企業(yè)負(fù)擔(dān)困難，加之以整體更換老舊磨床成本較高，因此考慮在現(xiàn)有基礎(chǔ)上改造并加裝自動(dòng)化上下料裝置則更為現(xiàn)實(shí)，具有較好的可行性與操作性。

2、改造思路與基本結(jié)構(gòu)

基于無心磨床的工作特點(diǎn)，擬設(shè)計(jì)一種自動(dòng)化上下料系統(tǒng)配合現(xiàn)有機(jī)床實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)供料與取件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)連續(xù)性生產(chǎn)，一定程度提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品穩(wěn)定性。基本的設(shè)計(jì)思路為: 基于機(jī)床布局增設(shè)自動(dòng)化供料與取件裝置代替人工更換工件，充分融合自動(dòng)傳輸、機(jī)械手及伺服、控制系統(tǒng)完成原料供給與產(chǎn)品傳輸，整體布局如圖 2 所示，在原有機(jī)床的基礎(chǔ)上，增設(shè)自動(dòng)化上下料系統(tǒng)，建立序列化工作程序，確保加工過程連續(xù)并一定程度提高生產(chǎn)效率，整個(gè)系統(tǒng)由供料裝置、傳輸機(jī)構(gòu)、上下料裝置、自動(dòng)出料裝置及輔助系統(tǒng)等部分組成，在各類支撐機(jī)構(gòu)及輔助裝置的配合下，各部件緊密配合、銜接有序，確保磨床連續(xù)高效工作，工作原理及工作過程簡介如下。

圖 2 系統(tǒng)布局圖

2．1 供料裝置

供料裝置由供料臺(tái)、儲(chǔ)料盤、過渡定位裝置、供料機(jī)械手及導(dǎo)軌等結(jié)構(gòu)組成，如圖 3 所示，在機(jī)床合適位置放置中空結(jié)構(gòu)的供料臺(tái)，設(shè) 2 兩個(gè)儲(chǔ)料盤分裝半成品與成品，盤內(nèi)設(shè)計(jì)定位結(jié)構(gòu)確定產(chǎn)品的排列方式與間距，儲(chǔ)料盤通過導(dǎo)滑槽連接，約束運(yùn)動(dòng)路線，底部驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，配合機(jī)械手執(zhí)行抓取動(dòng)作，機(jī)械手通過直線導(dǎo)軌在供料臺(tái)上方水平運(yùn)動(dòng)，將半成品運(yùn)送至過渡定位裝置并回收成品。

圖 3 供料裝置及抓取狀態(tài)

過渡裝置主要由兩個(gè)活動(dòng)氣缸及和 V 形定位卡片組成，定位卡縱向位置可由氣缸帶動(dòng)上下調(diào)整，用于放置半成品與成品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的準(zhǔn)確供給與回收，如圖 3 所示供料機(jī)械手正在進(jìn)行抓取狀態(tài)。

2．2 傳輸機(jī)構(gòu)

傳輸機(jī)構(gòu)由固定柱、直線導(dǎo)軌、滾珠絲桿、夾取軸、上下料機(jī)械手及驅(qū)動(dòng)電機(jī)等輔助機(jī)構(gòu)組成，如圖4 所示，在供料裝置與機(jī)床間設(shè)置固定柱，在適宜高度設(shè)置導(dǎo)軌與 X 伺服軸控制夾取軸和機(jī)械手橫向運(yùn)動(dòng)，夾取機(jī)械手在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下可沿夾取軸上下升降，取件時(shí)，兩個(gè)夾取機(jī)械手下降到指定位置，機(jī)械手一將從過渡定位裝置取來的半成品件放入磨床的砂輪間執(zhí)行磨削加工，另一機(jī)械手取出自動(dòng)出料裝置中的成品件運(yùn)回至過渡定位裝置 V 形定位卡中等待回收，完成一個(gè)周期傳輸，如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。

圖 4 傳輸機(jī)構(gòu)部件圖

2．3 自動(dòng)出料裝置 

自動(dòng)出料裝置主要用于將加工好的成品取出，該裝置主要由具有定位卡槽塊結(jié)構(gòu)的夾具和氣缸組成，如圖 5 所示，出料裝置可在活動(dòng)氣缸的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)水平和上下運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)品加工完成時(shí)，出料裝置在水平氣缸的帶動(dòng)下橫向右移動(dòng)至機(jī)床砂輪位置下方并確保定位卡槽位置與成品大端面對(duì)齊，上下氣缸推動(dòng)裝置上移執(zhí)行托舉動(dòng)作并取出砂輪間的成品件后退回至原待機(jī)位置，待上下料機(jī)械手來夾取并運(yùn)回至過渡定位裝置，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)出料與傳輸。

圖 5 出料裝置工作示意圖

1．加工狀態(tài) 2．出料裝置前進(jìn)取件 3．出料裝置回退4．返回至待機(jī)位置

2．4 工作流程概述

整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的改造以原機(jī)床設(shè)備及工作場地為基礎(chǔ)，定點(diǎn)增設(shè)自動(dòng)化供料裝置與出料裝置，配備相應(yīng)動(dòng)力裝置、抓取機(jī)械手、傳輸機(jī)構(gòu)，各部分裝置在控制系統(tǒng)的操控下有序銜接并執(zhí)行工序動(dòng)作，完成從毛坯件送達(dá)到成品回收的一系列操作，工作過程基于 PLC 程序控制，工作流程如圖 6 所示。

圖 6 實(shí)施流程圖 

待加工毛坯件從供料裝置的儲(chǔ)料盤中出發(fā)，由機(jī)械手傳輸至過渡裝置的 V 形定位卡中，由下一工序機(jī)械手抓取送至磨床加工位上方進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，待出料裝置將上一周期成品件從機(jī)床取出復(fù)位后，將毛坯件放入磨削輪中實(shí)施加工，取出后的成品件再由機(jī)械手抓取經(jīng)傳輸機(jī)構(gòu)返運(yùn)至過渡裝置以及儲(chǔ)料盤進(jìn)行回收，如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)性生產(chǎn)。

3、系統(tǒng)特色與優(yōu)勢

     (1) 生產(chǎn)效率明顯提升。供料與取件均采用雙機(jī)械手，可實(shí)現(xiàn)取放料的同時(shí)進(jìn)行，縮短周期，系統(tǒng)各部分緊密配合可實(shí)現(xiàn)連續(xù)性生產(chǎn)，較大幅提高了生產(chǎn)效率。

     (2) 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全監(jiān)控。各部分機(jī)構(gòu)均安裝了檢測裝置，全程監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，便于過程控制與監(jiān)管。

     (3) 操控方便。系統(tǒng)運(yùn)行基于 PLC 控制，觸摸屏操作，方便直觀、便于操作。

     (4) 標(biāo)準(zhǔn)件占比高。系統(tǒng)機(jī)械手、傳輸裝置、監(jiān)控及控制器等均使用用標(biāo)準(zhǔn)件，標(biāo)準(zhǔn)件占比高達(dá)70%，方便系統(tǒng)安裝及后期維護(hù)。

     (5) 生產(chǎn)環(huán)境改動(dòng)小。系統(tǒng)安裝一般基于原生產(chǎn)條件，無需進(jìn)行設(shè)備移動(dòng)及場地更換，節(jié)約成本的同時(shí)，縮短改造周期。

     (6) 具有柔性化特點(diǎn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)適用于各類尺寸軸類零件外圓磨削加工，可通過變換過渡裝置定位卡和出料裝置相關(guān)尺寸即可變換產(chǎn)品。

4、結(jié)語  

智能制造的核心要素是生產(chǎn)過程自動(dòng)化。在制造過程的各個(gè)環(huán)節(jié)廣泛應(yīng)用智能控制及自動(dòng)化技術(shù)，是加快制造業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，促進(jìn)工業(yè)向中高端邁進(jìn)、建設(shè)制造強(qiáng)國的重要舉措，中小微企業(yè)占比大，進(jìn)程慢，迫切需要進(jìn)行數(shù)字化、自動(dòng)化改造升級(jí)，上述設(shè)計(jì)方案是一種投資小、見效快的解決路徑，有一定的參考與借鑒意義。