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        數(shù)控彈子孔鉆孔機(jī)的設(shè)計(jì)

        2011-02-19 07:49:12紀(jì)兆毅彭長(zhǎng)震
        制造業(yè)自動(dòng)化 2011年2期
        關(guān)鍵詞:鉆孔機(jī)彈子鎖具

        紀(jì)兆毅,彭長(zhǎng)震

        JI Zhao-yi1,PENG Chang-zhen2

        (1.菏澤學(xué)院 機(jī)電工程系,菏澤 274000;2.曹縣精銳機(jī)械鎖業(yè)有限公司,曹縣 274000)

        0 引言

        中國(guó)已成為世界最大的鎖具生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)——這是個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。由于鎖具行業(yè)屬于勞動(dòng)密集型行業(yè),入行門(mén)檻低,專(zhuān)業(yè)化程度不高,高端產(chǎn)品種類(lèi)非常稀少。目前,國(guó)內(nèi)鎖具市場(chǎng)以生產(chǎn)中低檔的鎖具產(chǎn)品為主,競(jìng)爭(zhēng)早已白熱化,由于原材料價(jià)格上升,勞動(dòng)力成本增加,以及越來(lái)越多的新技術(shù)新產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng),讓鎖具行業(yè)的日子越來(lái)越難過(guò),鎖具行業(yè)新一輪的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)拉開(kāi)帷幕,技術(shù)含量高的高端產(chǎn)品未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)明顯,高端鎖具將逐漸成為鎖具市場(chǎng)的主流。

        隨著高科技的迅速發(fā)展,高端產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn),必須依賴于鎖具設(shè)備的自動(dòng)化水平,在沒(méi)有全自動(dòng)機(jī)器,以及機(jī)器人操作的不現(xiàn)實(shí)狀況下,半自動(dòng)數(shù)控設(shè)備,成了所有鎖具加工的救命稻草。

        對(duì)于彈子鎖是一個(gè)尺寸要求精度高,產(chǎn)品外觀精美,批量大,生產(chǎn)效率要求高的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)制鎖廠家多采用手工鉆床鉆孔,其精度和效率都比較低,難以滿足高精度的產(chǎn)品要求。為此我們?cè)谠惺止ゃ@孔工藝的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國(guó)實(shí)際國(guó)情,根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要研制了數(shù)控彈子孔鉆孔機(jī),使其具有數(shù)控加工的能力,為我國(guó)鎖具企業(yè)由勞動(dòng)密集型轉(zhuǎn)化為技術(shù)密集型提供了一條途徑。

        1 數(shù)控彈子孔鉆孔機(jī)方案原理實(shí)現(xiàn)和技術(shù)參數(shù)

        該彈子孔鉆孔機(jī)包括機(jī)架部分,主座,立座,工作臺(tái)和控制開(kāi)關(guān),人機(jī)界面。其特征在于:所述的工裝夾具部分安裝在工作臺(tái)上,采用氣動(dòng)夾緊方式,用高速電主軸直接夾持鉆頭實(shí)現(xiàn)鉆孔運(yùn)動(dòng)。

        該鉆孔機(jī)更優(yōu)的技術(shù)方案是:高速電機(jī)主軸直接夾持鉆頭并通過(guò)無(wú)間隙傳動(dòng)絲杠,實(shí)現(xiàn)鉆孔運(yùn)動(dòng),保證其穩(wěn)定性。

        該鉆孔機(jī)有益效果是:采用直線滑軌與直線軸承配合,有步進(jìn)電機(jī)結(jié)合無(wú)間隙傳動(dòng)滾珠絲杠,使工作臺(tái)前后,上下運(yùn)動(dòng),保證了運(yùn)動(dòng)中的進(jìn)給精度,自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率大大提高,加工精度高。

        數(shù)控彈子孔鉆孔機(jī)的技術(shù)參數(shù)如下:

        鉆孔材料: 銅、鑄鐵、鋼

        最大鉆孔直徑: 4mm

        主軸電機(jī)功率: 1.5KW

        主軸轉(zhuǎn)速: 6000-24000轉(zhuǎn)/分

        工作臺(tái)最大縱向位移:100mm

        氣壓: 0.6MPA

        生產(chǎn)產(chǎn)量: 4000-6000把/8小時(shí)

        2 彈子孔數(shù)控鉆孔機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)

        數(shù)控彈子孔鉆孔機(jī)由機(jī)身架部分、高速主軸、傳動(dòng)部分及電氣控制系統(tǒng)組成。具體結(jié)構(gòu)如圖1和表1所示。

        2.1 機(jī)身架部分

        由焊接機(jī)架、機(jī)架地板和防震支撐桿組成。

        2.2 傳動(dòng)部分

        由上下步進(jìn)電機(jī)、前后步進(jìn)電機(jī)、連接裝置、高速電主軸組成。

        圖1 數(shù)控彈子孔鉆孔機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

        表1 示意圖1中各序號(hào)名稱(chēng)

        高速電機(jī)的上下運(yùn)動(dòng)是靠上下傳動(dòng)步進(jìn)電機(jī)接合傳動(dòng)絲杠實(shí)現(xiàn)的。工作臺(tái)前后運(yùn)動(dòng)是靠前后傳動(dòng)步進(jìn)電機(jī)結(jié)合傳動(dòng)絲杠實(shí)現(xiàn)的。工作臺(tái)的雙工位切換是靠工作臺(tái)內(nèi)部的交換氣缸實(shí)現(xiàn)。

        2.3 工件夾具部分

        工件夾具安裝在工作臺(tái)上,夾具可分為單工位和雙工位,氣動(dòng)夾緊。

        2.4 電氣控制部分.

        由于考慮到成本以及實(shí)際操作的需要,電氣控制系統(tǒng)主要靠變頻調(diào)速和PLC可編程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

        3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        數(shù)控彈子孔鉆孔機(jī)的工作特點(diǎn)是加工頻率和加工精度高、工作時(shí)間長(zhǎng)。因此,其電氣控制系統(tǒng)必然出現(xiàn)頻繁切換的工作狀態(tài),為了提高鉆孔機(jī)的工作效率和可靠性,采用可編程控制器(簡(jiǎn)稱(chēng)PLC)對(duì)加工過(guò)程加以控制。

        3.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

        系統(tǒng)的硬件主要由國(guó)產(chǎn)信捷XC3可編程控制器(簡(jiǎn)稱(chēng)PLC)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器)、英威騰CHF100-1R5G-2變頻器、各種主令電氣(按鈕和位置傳感器)及各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)(步進(jìn)電機(jī)或交流伺服電機(jī)和電磁閥等)構(gòu)成,控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。

        圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

        初始狀態(tài)時(shí),冷卻液處于關(guān)閉狀態(tài),上下步進(jìn)電機(jī)處于上端起始位置,夾緊氣缸處于放松狀態(tài)。操作人員通過(guò)人機(jī)交互面板設(shè)定所要鉆孔個(gè)數(shù)以及鉆孔深度、孔間距等參數(shù),PLC接收參數(shù)并保存。工作時(shí),首先按下電源開(kāi)關(guān),冷卻液開(kāi),左右移動(dòng)復(fù)位,然后啟動(dòng)高速電機(jī)主軸,放好工件,夾緊氣缸自動(dòng)夾緊鎖芯,上下步進(jìn)電機(jī)向下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)高速電機(jī)主軸向下工進(jìn)鉆孔,到達(dá)設(shè)定的孔深后,上下步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)高速電機(jī)主軸快速回退,回退到初始位置后,前后步進(jìn)電機(jī)向后運(yùn)動(dòng)一個(gè)孔距至下一個(gè)鉆孔位置,如此往復(fù),直至鉆完設(shè)定的孔數(shù),一號(hào)工位鉆孔結(jié)束,左右移動(dòng)定位開(kāi)始運(yùn)動(dòng),更換至二號(hào)工位,如前面鉆孔過(guò)程,一號(hào)工位和二號(hào)工位可以連續(xù)自動(dòng)更換,或者通過(guò)腳踏開(kāi)關(guān)更換。當(dāng)鉆孔結(jié)束后,關(guān)閉高速電機(jī),按下電源開(kāi)關(guān),整個(gè)鉆孔過(guò)程結(jié)束。

        3.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

        可編程控制器的軟件設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的梯形圖。根據(jù)加工工藝要求,梯形圖程序主要包括:

        1)高速電機(jī)的啟動(dòng)、停止、及其變頻調(diào)速控制;

        2)通過(guò)鉆頭扭力的設(shè)定實(shí)現(xiàn)更換鉆頭提示,保護(hù)鉆頭;

        3)工作循環(huán)及整個(gè)加工過(guò)程控制;

        4)發(fā)生誤操作時(shí)系統(tǒng)自鎖控制;

        5)步進(jìn)電機(jī)速度、鉆孔深度、孔距控制;

        6)故障報(bào)警控制和急??刂啤?/p>

        4 彈子孔數(shù)控鉆孔機(jī)的性能特點(diǎn)

        與以前的手工鉆床鉆孔相比,該鉆孔機(jī)的精度和效率都得到了大幅的提高,具體表現(xiàn)如下:

        1)本機(jī)床采用直線滑軌和無(wú)間隙傳動(dòng)絲杠帶動(dòng)夾具和鉆頭做上下前后左右運(yùn)動(dòng),保證了的工件夾具的進(jìn)給精度,由高速電主軸直接夾持鉆頭,保證了其鉆頭的穩(wěn)定性;

        2)實(shí)現(xiàn)了鉆孔過(guò)程的自動(dòng)化,加工效率高。控制系統(tǒng)采用可編程控制器控制,由面板可以自由調(diào)節(jié)鉆孔的中心距、加工速度、孔深、延時(shí)時(shí)間和初始定位距離等工藝參數(shù),大大提高了加工效率,減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度;

        3)鉆孔精度高,手工鉆孔時(shí)鉆孔的深度全憑操作人員用目測(cè)判斷,難以滿足高精度的產(chǎn)品要求。本機(jī)器鉆孔的深度和孔間距可以自由設(shè)定,由可編程控制器自動(dòng)準(zhǔn)確控制,完全滿足產(chǎn)品的高精度要求;

        4)安全可靠,操作方便??刂葡到y(tǒng)采用可編程控制器和操作面板控制,中文菜單,方便易懂,顯示設(shè)置信息和加工信息等,且有管理員密碼保護(hù),方便生產(chǎn)管理。同時(shí),系統(tǒng)的自鎖功能和故障報(bào)警功能從根本上保證了操作者和設(shè)備的安全;

        5 結(jié)束語(yǔ)

        生產(chǎn)實(shí)踐證明,該數(shù)控彈子孔鉆孔機(jī)完全滿足目前我國(guó)制鎖企業(yè)使用的要求,整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊,控制、傳動(dòng)合理,自動(dòng)化程度較高,性能可靠,維護(hù)維修方便。在使用過(guò)程中機(jī)床運(yùn)行狀況良好,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。

        參考資料:

        [1]劉寶廷,程樹(shù)康.步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2003.

        [2]XC系列可編程控制器用戶手冊(cè).無(wú)錫信捷電子有限公司,2010.

        [3]林風(fēng).變頻器的技術(shù)與應(yīng)用[J].電器工業(yè),2009(9).

        [4]王玉林.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的軟件脈沖分配[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2006(7).

        [5]曹春宜.雙面鉆孔組合機(jī)床的改造[J].大眾科技,2010(1).

        [6]許為民.基于PLC的全自動(dòng)氣動(dòng)鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng),2009(12).

        [7]李莉婭.PLC對(duì)箱體鉆孔攻絲加工組合機(jī)床控制系統(tǒng)的改造[J].現(xiàn)代機(jī)械,2007(3).

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