張振環(huán)
(經(jīng)緯紡織機械股份有限公司 榆次分公司,山西 晉中 030601)
細紗機主軸是細紗機的核心零件,其外徑為40 mm,長度為1260 mm,要求跳動公差為0.02 mm。其加工工序為銑兩端面、磨外圓、銑鍵槽、校直,磨外圓為主要加工工序,用4臺無心磨依次進行粗磨、半精磨、精磨[1]。由于零件體積大、重量大,操作工人在加工過程中的勞動強度大,易產(chǎn)生疲勞,影響加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。以磨外圓為例,1臺無心磨產(chǎn)量為40件/h,工人平均1.5 min就要上下1次零件,1根主軸重15 kg,每人每天就要上下將近5 t零件;并且工人上料后,需要立即到下料區(qū)下料,時間短,節(jié)奏快,存在很大隱患。
在無心磨上配置自動上下料系統(tǒng),可以有效地高速磨削,提高設(shè)備利用率,降低工人勞動強度,實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。
無心磨是一種不需要夾持工件完全依靠中心托片支撐、導輪旋轉(zhuǎn)前進、砂輪磨削的一種加工方法,生產(chǎn)效率高。細紗機主軸為長棒研磨物(見圖1),采用通過式磨削的加工方法,要求機床的前后方有托架,以便于工件的送進和送出;因此要求自動上下料系統(tǒng)必須實現(xiàn)與無心磨前后托架的平穩(wěn)對接,確保動作與磨削加工的一致性[2-3]。
圖1 細紗機主軸
自動上下料系統(tǒng)根據(jù)零件及加工設(shè)備的特點進行設(shè)計和制造,集機械、電器、氣動、感應(yīng)為一體;該系統(tǒng)由上料道、推料結(jié)構(gòu)、拔料結(jié)構(gòu)和下料道4部分組成,見圖2。
圖2 自動上下料系統(tǒng)
上料道采用斜坡形式,可儲料30件;在前段進行阻擋,抬升氣缸將工件分離至滾道;工件靠自重沿特制滾道滾動至V型托架,V型托架的高度和位置由磨削中心決定,隨后零件進入推料機構(gòu)。
推料機構(gòu)中無桿氣缸將工件推至接料氣缸上面的V型架(這兩個V型架固定在無心磨托架上),接料氣缸收縮,工件平穩(wěn)落在磨床托架上,緩沖氣缸將工件推至磨床砂輪處,工件進入磨削區(qū),在砂輪和導輪之間磨削。
磨削完畢,工件進入拔料機構(gòu),在導輪摩擦力的作用下,磨完的工件依靠后續(xù)工件的推力被推至機床出口處托架上。
零件從機床托架到下料存儲區(qū)的部分為下料道,抬升氣缸推動連桿機構(gòu)將工件抬起至特制滾道,工件靠自重沿滾道滾落至滾道末端停止;收縮氣缸收縮,滾道下降,工件緩慢落至下料道V型架上,進入儲料區(qū)。
儲料區(qū)為鏈條式步進形式,一步一停,每個工件放置在一個獨立的V型支架上,防止零件碰傷。
信號的傳遞和動作的準確銜接,是依靠傳感器和PLC集成電路實現(xiàn)的[4]。
啟動“自動運行”按鈕后,機構(gòu)開始依次動作。
3.1 在無桿氣缸無料時,上料道抬升氣缸會進行伸出、退回動作,一直進行至無桿氣缸處有因重力作用落下的工件為止[5]。
3.2 無桿氣缸感應(yīng)到有料時會自動伸出。之后的運行中無桿氣缸必須在控制“工件磨完”的對射傳感器感應(yīng)為“有料”,且控制“進入磨削”的對射傳感器感應(yīng)為“無料”的狀態(tài)下,才自動伸出。這樣可以確保推料動作是在磨床前托架無料情況下進行,避免零件發(fā)生堆疊、碰撞。
3.3 接著依次進行接料氣缸退回、緩沖氣缸伸出,推動零件經(jīng)過“進入磨削”對射傳感器,進入磨削區(qū),磨削完畢后通過“工件磨完”對射傳感器。
3.4 “工件磨完”對射傳感器感應(yīng)到“有料”時,送料部分全部歸位準備進行下次送料。
3.5 零件到達“工件到位”對射傳感器(即感應(yīng)器感應(yīng)為“有料”)時,抬升氣缸升起,延遲一段時間后會退回,收縮氣缸收回,電機旋轉(zhuǎn)1位,零件進入V型架儲料區(qū)。
3.6 如此周而復始地動作,直到儲料區(qū)滿自動停止工作。
主軸系列產(chǎn)品直徑為40 mm~45 mm,砂輪在使用壽命內(nèi)的直徑尺寸為290 mm~445 mm。為了滿足不同直徑的零件在不同直徑砂輪情況下的自動上下料要求,將上下料裝置相關(guān)部件設(shè)計為可調(diào)形式。
上料道V型托架根據(jù)砂輪磨損程度在水平方向有80 mm可調(diào)區(qū)間,豎直方向有60 mm可調(diào)區(qū)間;下料道抬升點、下料點可進行水平、豎直方向的調(diào)節(jié);上料道、下料道滾道可進行0°~4°的調(diào)節(jié),確保零件順利滾落;上料道V型托架采用無桿氣缸推料,氣缸速度可調(diào),能平穩(wěn)將零件送入磨床砂輪。
在大批量生產(chǎn)主軸過程中,運用無心磨自動上下料系統(tǒng)可1次存儲30根零件,實現(xiàn)45 min內(nèi)連續(xù)無人化加工,提高了設(shè)備利用率,降低了工人勞動強度,為調(diào)整設(shè)備、檢測工件、質(zhì)量跟蹤、現(xiàn)場管理等工作提供了充足的時間和精力。該套自動上下料系統(tǒng)還可應(yīng)用于雙頭銑、鍵槽銑、校直機等其它設(shè)備上,形成聯(lián)網(wǎng)流水加工,最終實現(xiàn)主軸無人化全自動生產(chǎn)。
[1]王東升,李銘棠,崔之花.金屬工藝學[M].杭州:浙江大學出版社,1994.
[2]胡鳳蘭.互換性與技術(shù)測量基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2008.
[3]徐灝.機械設(shè)計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1992.
[4]王永華.現(xiàn)代電器及可編程控制技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學出版社,2002.
[5]張利平.液壓氣動系統(tǒng)設(shè)計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1997.