無心磨床機械加工自動化設備研究論文

　　摘要：五金細長軸類零件外圓加工設備很多，本文簡單介紹了無心磨床切入磨自動化的改進，有效解決了細長軸類零件高精度的要求，質量穩定，降低工人的勞動強度，提高了生產效率，為安全生產提供保障。

　　關鍵詞：無心磨床；機械手；皮帶輸送自動上下料；電器控制系統

　　隨著汽車行業和打印機市場的發展，五金細長軸類應用越來越廣泛，加工精度要求也越來越高，很多顧客要求零件質量“0”缺陷。而軸類零件大多都是外圓要求很高，因此都需要通過磨削加工來保證質量要求。一般軸類零件的外圓磨削加工方法分為無心磨和外圓磨。我司軸類零件主要是在JH18型無心磨床上進行加工的。工人一般操作流程為：加工工件上料、送進、定位、磨削進給及卸料等需人工操作完成，所以需要大量的人工來看管無心磨床，造成了勞動生產率低下，又因為是大批量加工生產軸類零件，勞動強度大，單調重復的操作使人容易疲勞，影響公司的安全生產，同時由于人工的定位不準確，會直接影響到產品的加工質量要求。如我司加工長軸零件，材料45鋼，規格為外徑Ф12×443，要求加工兩端小外徑Ф7.984，公差0.016，表面粗糙度值為Ra0.4。如圖1所示。由于長軸兩端無中心孔，外圓磨床無法定位加工，所以只能通過無心磨床切入磨（壓磨）加工，為了解決該問題，實現切入磨自動上下料。根據該零件圖，確定如圖1設計方案。

　　①全自動無心磨切入式送料機用于和無心磨床的無縫對接，與無心磨床配合完成進料、送料、磨削、退料的全自動過程控制；

　　②本套設計方案所提供的整套系統，可以自動實現磨削的進料、送料、取料等功能，大大提高了生產效率，主要用于各類行業的臺階軸、電機軸、內六角螺釘等零件的自動送料的首選裝備；③整個自動送料機構初步設計方案是由上料工作機構、伺服控制皮帶送料系統、卸料機構等幾部分組成；

　　④另外，人性化的設備的操控界面簡單直觀，觸摸屏的操作方式可以讓操作者很快學會使用。

　　⑤該設備的主要規格和技術參數：電源電壓：220V電壓頻率：50Hz功率：0.5kW輸送生產時間：燮5s（其中不包括磨削加工時間）可加工夾取零件尺寸范圍：（長250-500mm*直徑Ф5-16mm）無心磨自動送料機的總重量：250-320kg整機外型結構尺寸：長680mm×寬540mm×高1350mm

　　⑥其它要求設備對于電源以及氣源的要求：設備使用電源和氣源是維持系統正常工作的能源支持部分，它們的失效或故障的直接結果會造成系統的停機，如果情況嚴重，甚至造成整個系統損壞。對設備使用的電源有以下要求：波動應該控制在+10-15%之間，由于我國電源波動比較大，質量差，還隱藏有如高頻脈沖這一類的干擾，所以購置了穩壓電源，提供穩定的電源供整個系統工作。對設備使用的氣源要求：應該控制氣壓在0.5-0.7MPa之間。工作氣源由我司空壓氣泵提供。無心磨切入磨自動送料機主要由夾料機械手、皮帶輸送機構（包括上料和下料）、觸摸屏組件、進料區、卸料區、微調機構、電器控制箱及電器控制系統（PLC）、離合氣缸機構、報警燈裝置、其它件等部件組成。

　　其主要部件分別如下：

　　①夾料機械手：由導柱、壓縮彈簧、小拉簧、上底座、下底座、兩組氣缸、帶V型機械爪、螺釘等組成，通過一組氣缸2控制機械手夾取、放開工件，小彈簧起V型機械爪復位作用，另一組長氣缸1實現控制機械手抓取工件上下往復進給運動，壓縮彈簧起緩沖作用。最終實現代替人工手動操作工件。如圖3所示（簡圖）：

　　②皮帶輸送機構：由伺服電機（51K60RGU-CF）、輸送皮帶、皮帶轉輪及其焊接組件組裝而成。通過伺服電機旋轉帶動輸送皮帶做圓周運動，從而實現工件的傳送。輸送速度的快慢由伺服電機控制。該部件機構在整機中，主要分為上料皮帶輸送機構和卸料皮帶輸送機構。

　　③觸摸屏組件：由手動單次控制按鈕、自動循環控制按鈕、復位按鈕、觸摸屏等組成。主要是通過人工操作按鈕來實現調試，最終自動化程序加工。如圖5所示。

　　④進料區：由若干鋼板組焊接而成料斗箱。該料斗箱主要是用于放置待加工零件。進料區通過斜滑板，工件可順利通過滑板至皮帶輸送機構，送至夾料機械手處。料斗箱上面設置一個擋料轉軸組件，由傳感器控制氣缸帶動轉軸旋轉角度，實現單獨擋料動作，料斗箱下面安裝了一個氣缸，氣缸上連接了一個插板，該氣缸帶動插板可實現上下往復運動，從而實現有序單獨自動上料。

　　⑤卸料區：由若干鋼板組焊接而成卸料斗箱。用于壓磨后，機械手夾取裝卸壓磨完成件至皮帶輸送機構中，通過皮帶傳輸至卸料斗箱里，實現自動收料。

　　⑥微調機構：由滑動軸承、兩根光軸、支撐限位螺母、燕尾滑塊、絲杠軸等件組合而成，調試員通過手動旋轉絲杠軸來實現機械手部件的整體橫向和縱向微調（結構和原理類似于普通車床上的大拖板和中拖板）。

　　其主要的作用是根據無心磨床的國定位置來進行有效的對接和調整。⑦電器控制箱及電器控制系統（PLC）：電器控制箱由若干鋼板鉚接而成。電器控制系統由PLC、傳感器等組成，目前由專業公司負責協作，實現整個工作程序的運行。⑧離合氣缸（或液壓缸）機構（在無心磨床導輪手柄處安裝）：由安裝連接板，氣缸（或液壓缸），傳感器組成。離合氣缸組件的主要作用為：機床磨削時，是通過氣缸往復直線運動來自動控制導輪的開合，代替人工操作手柄上下進給運動。降低了工人的勞動強度，提高了生產效率。⑨報警燈裝置（圖略）。當工件在生產過程中，出現了卡頓、疊料等情況時，傳感器會直接發出信號回傳給控制系統，此時，送料機構會自動停止工作，報警燈會發出警報聲音，操作人員可以及時發現并排除故障，恢復生產。⑩其它件：送料機箱地腳（4只）。通過調整4個地腳螺絲高低，實現送料機的水平位置。通過對以上的10大部件有機結合裝配，進行了對自動送料機構的調試。經過反復試驗、改進、驗證，各部件機構在PLC的信號控制下，基本實現了機械自動化，取代了原先的人工操作，降低了勞動強度，提高了生產效率，保證了零件的質量要求，也為安全生產提供了保障能力，可以滿足生產需要。

　　參考文獻：

　　[1]姚建洪.淺談高精度細長軸類零件的加工工藝及裝備[J].現代制造技術與裝備，2017（8）：119-121.

　　[2]聞邦椿.機械設計手冊[M].機械工業出版社，2010，1.

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