上下料系统（精选8篇）
上下料系统 篇1
1加工零件工艺分析
加工零件为感应电动机定子,外形是一个尺寸为Φ80 mm(内孔Φ40 mm)×100 mm的圆柱形零件,材料为40Cr。外圆车削余量为0.3 mm,日加工量为2 000件以上。感应电动机定子零件图如图1所示。
传统的车床加工由人工装夹,平均每分钟只能加工1个～2个,其中切削加工时间只有15 s,而装夹需要20 s左右。以每天工作10 h计算,一天也只能加工1 000个左右,且工人劳动强度极大,存在较大的安全隐患,生产效率低下。如果能设计一种模仿人手活动功能的机械手,按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备,将可获得良好的自动化生产效果。
自动送料装置按送材料的形式分为送料装置与卸料装置两类,但考虑到工业机械手的成本,通常只添加设计一个机械手。一个机械手要完成上料和下料两个动作明显会占用较多的辅助时间,在尽可能考虑经济成本的前提下,考虑模仿人体的两只手协调分别完成上下料的任务,即可大大缩短辅助加工时间,提高生产效率和经济效益。
2机械手上下料过程分析
感应电机的定子在生产线上的加工流程是:依靠自重从料仓中的放料装置上放下的工件从送料机械手处传送到机床完成车削加工,然后由接料机械手接回已加工工件,并由顶料气缸推动顶料杆把已加工工件推入料道。根据实际加工要求,两个机械手的主要动作顺序为:当光电开关检测到料仓中有工件、送料机械手在工件下方无料时,落料缸伸出,料仓实现放料,工件落入送料机械手→当送料机械手上有工件且机床无加工时送料缸伸出,送料手将工件送至机床加工位置→芯轴和尾座夹紧工件,送料机械手气缸缩回→机床开始车削工件,加工完毕→接料缸伸出,夹紧装置松开工件→接料机械手带已完工工件缩回→顶料缸伸出,将工件顶至料道,顶料缸缩回至初始位置,进入下一工作循环。自动上下料机械手装置如图2所示。
3PLC控制设计
气动装置具有结构紧凑、动作迅速、工作可靠等优点,特别是在改变工艺过程的顺序时非常方便,非常适用于自动化生产中轻型工件的自动上料、下料等工作。本设计采用PLC来控制气缸驱动的机械手和机床加工。根据感应电动机定子外圆车削专用机床的工作过程,该自动上下料装置控制系统选用三菱FX1N-40MT-001 ,输入点为24,输出点为16。PLC的输入、输出地址分配见表1,输入点15个, 输出点15个。
4PLC编程设计
分析机械手的工作过程,上、下料机械手装置共要完成有7个机械动作,其梯形图编制如下:
(1) 当光电开关检测到料仓有工件且送料机械手右极限位并无工件时,发出落料信号,落料缸伸出,使得料仓最下方的工件落入送料机械手中,当落料缸已伸出且送料机械手检测工件到位后落料缸缩回,以限制后面的工件落下。落料开关动作梯形图如图3所示。
1-车床;2-刀架;3-落料气缸;4-落料装置;5-料仓;6-待加工工件;7-线性导轨;8-送料气缸;9-安装机架;10-上料机械手;11-下料机械手;12-顶料气缸;13-顶料杆;14-已加工工件;15-料道
(2) 当送料机械手有工件后执行伸出动作,至左极限位把工件送到加工位置,并由车床尾座和膨胀芯轴顶紧工件延时后,送料缸收回挡料板并缩回至初始位置。送料机械手动作梯形图如图4所示。
(3) 当送料手在左极限位把工件送到加工位置,车床尾座和芯轴夹紧工件,夹紧延时后,随后给出夹紧信号机床开始车削工件。机床夹紧工件动作梯形图如图5所示。
(4) 工件被夹紧后,机床主轴转动刀架按预先设定的速度和位移进给开始加工。机床加工工件梯形图如图6所示。
(5) 加工完毕,机床给出信号,接料机械手伸出至左极限位,当接到已完工工件后接料机械手缩回至右极限位。卸料机械手接料动作梯形图如图7所示。
(6) 当接料机械手伸出至左极限位,芯轴松开并顶出工件,工件落入接料机械手中。顶料杆顶出工件动作梯形图如图8所示。
(7) 当接料手缩回至右极限位时,由一顶料杆将其顶入料道,依次进入下一道工序,至此,一个工件车削完毕,进入下一工作循环。加工过程自动循环梯形图如图9所示。
5结语
在设计数控专用车床自动送料装置时,应综合考虑设备的投资大小、生产场地、生产效率、加工工艺要求等因素。该自动上下料装置结构简单、设计制造周期短、成本低、安装及使用较容易,加工对象的送料范围可根据生产实际情况进行调整。机械手的速度、步进电机运行所需的脉冲数都可以根据具体的工况进行设置,能够满足在一定范围内数控上下料的多种作业要求,符合目前国内具体的生产加工水平,能满足一般企业的生产要求。
参考文献
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上下料系统 篇2
关键词：数控机床；上下料机械手；机械结构设计
随着科技的发展，社会对于生产活动的生产效率和生产过程的安全性都提出了更高的要求。机械手在数控机床上的有效应用，不仅大大的提高了生产效率和生产活动的安全性，同时还形成了一条完全自动化和无人化的生产线。对于机械手的结构设计的研究和应用一直以来也是人们关注的重点。
一、数控机床机械手发展现状
在我国，人们越来越重视对于新技术的研究和开发，对于数控机床机械手的机械结构设计的研究力度也在不断的加大。现阶段我国的数控机床机械手的发展现状大致可以总结为以下四点：
第一，现阶段我国的机械架构正在向模块化和可重构化发展；第二，作为机械手体系发展的一个主要方向，PC机的开放型控制器的研发也在不断研究和革新中，其发展也将使数控机床的机械手得到进一步完善，不断的向网络化和标准化发展，并强化器件集成度，使架构设计更为精巧，模块化架构也得以很好的应用，这些进展也将使数控机床的机械手体系的安全性和可靠性得到大幅度的提升，也会使机械手的维修和防护变得更为的便捷易操作；第三，是对机械手的传感器进行了完善和更新，传感器对于机械手整个体系而言十分的重要，当下，除了运用传统的速度传感器、位置传感器，先进的视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器也被引进机械手整个体系当中，使机械手的智能化程度越来越高；第四，是机械手装配、焊接方面的发展，模块化、系统化和标准化是其发展和推进的方向。
二、机械手的结构设计
工业机械手的结构形式主要有4种：直角坐标结构、圆柱坐标结构、球坐标结构和关节型结构。
圆柱坐标机械手需要依靠1个回转运动及2个直线运动来实现它的空间运动，圆柱状的工作空间是其主要的特点。相对而言，这种机械手构造简单、精确度较高，经常被用来做搬运之用。图1为机械手模拟工作布局图，该机械手可以根据实际操作的需要进行3种不同的运动，其中手臂的伸缩和立柱升降为直线运动，另一个为手臂的回转运动，因此其自由度数目为3。综合考虑，为满足数控机床的设计要求，我们选择圆柱坐标式机械手，原因在于圆柱坐标机械手结构简单，精确度较高，且工作范围相对较大。
三、机械手各部件的设计
（一）机械手手爪结构设计
手爪是用来进行操作及作业的装置，其种类很多，根据操作及作业方式的不同，分为搬运用、加工用、测量用手爪等。机械手手爪是根据机械手作业要求来设计的，在满足作业要求的前提下，机械手手爪还要具有体积小、重量轻、结构紧凑、通用性强等特点，同时要便于安装和维修，易于实现计算机控制。结合具体的工作情况，本设计采用连杆杠杆式手爪。连杆杠杆式手爪在活塞的推力作用下，连杆和杠杆使手爪产生夹紧（放松）运动。由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生较大的夹紧力，其通常与弹簧联合使用。手爪的具体结构形式如图1所示。
图1 机械手末端执行手爪结构图
（二）机械手手腕结构设计
机械手手腕是机械手操作机的最末端，与手爪相连接，它与机械手手臂配合，使手爪作空间运动，完成所需要的作业动作。因此要求手腕设计应尽量小巧轻盈，结构紧凑。一根据作业需要，设计机械手手腕的自由度。一般情况下，自由度数目愈多，腕部的灵活性愈高，对作业的适应能力也愈强。但自由度的增加，必然会使腕部结构更复杂，控制更困难，成本也会相应增加。因此，手腕的自由度数应根据实际作业要求来确定。为保证工作时力的傳递和运动的连贯，腕部结构要有足够的强度和刚度。要设有可靠的传动间隙调整机构，以减小空回间隙，提高传动精度。手腕各关节轴转动要有限位开关，并设置硬限位，以防止超限造成机械损坏。通过对数控机床上下料作业的具体分析，考虑数控机床加工的具体形式及对机械手上下料作业的具体要求，在满足系统工艺要求的前提下提高安全性和可靠性，为使机械手的结构尽量简单，降低控制难度，本设计手腕不增加自由度，实践证明这是完全能满足作业要求的，3个自由度来实现机床的上下料完全足够。具体的手腕（手臂、手爪连接梁）结构如图2所示。
图2：手腕（手臂、手爪连接梁）结构
（三）机械手手臂结构设计
机械手手臂在工作时要承受一定的载荷，且其运动本身具有一定的速度，其工作空间的形状和大小与机械手手臂的长度、手臂关节的转动范围有密切的关系，因此手臂尺寸设计应满足其工作空间要求。同时，为了提高机械手的运动速度与控制精度，应在保证机械手手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量；为提高机械手手臂运动的响应速度、减小电机负载，机械手手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡；还要尽可能使机械手手臂各关节轴相互平行，相互垂直的轴则要尽可能相交于一点，这样可以使机械手运动学正逆运算简化，有利于机械手的控制。由于机械手手臂运动为直线运动，且考虑到搬运工件重量、机械手动态性能及运动的稳定性、安全性和较高的刚度要求，因此选择液压驱动方式。液压驱动方式是利用液压系统进行控制，传动刚度大！可实现连续位置控制。其通过液压缸直接驱动，液压缸既是驱动元件，又是执行运动件，因此不用再额外设计执行件。液压缸可实现直线运动，控制简单，易于实现计算机的控制。因控制和具体工作的要求，机械手手臂的结构不能太大，若仅仅通过增大液压缸的直径来提高刚度，是不能满足系统刚度要求的。所以，在设计时另外增设了导杆机构，小臂增设了2个导杆，与活塞杆一起构成等边三角形的截面形式，尽量提高其刚度；大臂增设了4个导杆，呈正四边形布置，为减小质量，各个导杆均采用空心结构。增设导杆能显著提高机械手的运动刚度和稳定性，较好地解决了结构稳定性的问题。
（四）机械手手臂的平衡机构设计
关节机械手手臂一般都需要平衡装置，以减小驱动器的负荷，缩短启动时间。弹簧平衡机构简单、造价低、工作可靠、平衡效果好、易维修，应用广泛。本机械手采用圆柱坐标式结构，而且在手臂的结构设计以及整个机械手的设计和布局中都重点考虑了机械手手臂的平衡问题，通过合理布局，优化设计结构，使得手臂本身尽可能达到平衡。若实际工作中平衡结果不满意，则设置弹簧平衡机构进行平衡。
结束语
保作为机械手的重要组成部分，机械手的机械结构的设计对于机械手的工作性能、用途和经济性都有不同程度的影响。因此必须重视机械手的机械结构的设计工作，并进行深入的研究，确保能够更为科学合理的对机械手进行结构设计。
参考文献：
[1] 吕鹏飞.浅议数控机床上下料机械手的机械结构设计[J].机电信息，2013.
咬口机自动上下料控制系统设计 篇3
汽车燃油箱是汽车燃油供给系统的重要部件, 油箱的生产质量直接影响了汽车的安全。其中咬口机是加工油箱的关键设备之一, 现有的咬口机上下料基本采用人工操作, 该生产方式不能满足当前油箱的生产, 而且劳动强度比较大［１，２］。本文设计了一种基于PLC的咬口机自动上下料系统, 实现了自动从生产线上取油箱准确送到咬口机工作台上, 并可将一端咬合完成的油箱进行翻转, 最后将另一端咬合完成的油箱再送回生产线的控制要求。
1咬口机自动上下料系统工作原理
咬口机自动上下料机械系统主要由上下料升降装置、上下料横移装置、上料旋转装置和液压夹紧装置等组成, 如图1所示。其中, 上料升降装置、上料横移装置、上料旋转装置、下料横移装置均主要由伺服电机驱动, 而下料升降装置和输送线主要由普通电机驱动。
当油箱输送到取料位时, 输送电机停止, 上料液压装置运动到取料位夹紧油箱, 并提升一定的高度后将其送到咬口机工作台;待油箱的一端咬合完成后, 上料液压装置夹紧油箱并提升一定的高度, 再将油箱旋转半圈, 并放在咬口机工作台上, 完成另一端咬合工作, 下料液压装置将油箱取出并送到下料位上。
2控制系统硬件设计
控制系统硬件主要由PLC、触摸屏、伺服电机及其驱动器、传感器及按钮等组成, 如图2所示。PLC的输入点包括启动、停止、急停、复位、报警清除、液压缸夹紧和松开、液压电机启动和停止等11个开关按钮, 以及原点、正极限、负极限、取料位、下料位等14个接近开关, 共计25个输入信号。输出点主要包括4台伺服电机的动力电源、脉冲与方向、压紧电磁阀、松开电磁阀、2个输送线驱动电机接触器、下料升降电机接触器以及正常运行和报警指示灯等共24个输出信号。 从I/O点数、性能要求、可靠性和成本等角度综合考虑, 最终选用了欧姆龙的CP1H系列的PLC和一个扩展单元CPM1A-20EDT［３］。
１－上料升降装置；２－上料横移装置；３，４，５，７，１０，１３，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２２，２３－接近开关；６－上料液压装置；８，１４－输送线；９－上料旋转装置；１１－安全挡板；１２－咬口机工作台；２１－下料横移装置；２４－下料升降装置；２５－下料液压装置；２６－油箱
3控制系统软件设计
整个控制系统软件设计采用模块化结构思想, 将控制系统主要分为手动调整、手动操作、自动运行、参数设置、产品选型和故障报警6个模块, 如图3所示。 控制系统软件设计主要包括PLC程序设计和触摸屏界面设计。其中触摸屏界面包含开关按钮、界面切换按钮、状态显示灯、数据输入和显示框等［４－６］。
(1) 手动调整模块:该模式主要用于维修调试时使用, 可单独对4台伺服进行电机位置调整、液压电机操作以及压紧、松开电磁阀动作, 如可以对提升伺服电机进行点动升降、快动升降等操作。
(2) 手动操作模块:该模式主要用于手动操作时使用, 分别对4台伺服电机、液压电机以及压紧、松开电磁阀进行控制, 如可以手动实现对旋转伺服电机的转动任意角度等操作。在该模式下, 操作人员可以手动分步控制来完成对油箱的上下料操作。
(3) 自动运行模块:开机以后, 首先应复位, 系统会根据原点接近开关信号建立整个系统的坐标系, 然后操作人员只需按下“启动”操作按钮, 系统即可自动完成整个上下料流程, 如图4所示。整个上下料流程如下:当油箱在输送线上被送到取料位, 此时输送线暂停输送, 上料升降和上料横移伺服电机带动上料液压装置快速向取料位运动, 接近油箱前慢慢减速停止;接着上料液压装置夹紧油箱中心, 并将其提升一定的高度后送向咬口机工作台, 缓缓对准咬口机工作台中心之后松开油箱, 此时上料所有电机快速退回到系统设定的起点;之后, 咬口机开始加工油箱的一端直至被咬合好, 此时上料升降和上料横移伺服电机带动上料液压装置再次运动到咬口机工作台夹紧油箱后, 提升一定的高度, 再由上料旋转伺服电机将油箱旋转半圈, 并缓慢地再次放在咬口机工作台上, 松开油箱, 继续对另一端咬合;最后, 当油箱全部咬合完成后, 由下料横移伺服电机和下料升降电机带动下料液压装置将油箱取出并送到下料位上, 此时输送线继续运行, 下料全部电机快速退回。
(4) 参数设置模块:用来设定产品参数和系统数据, 为了防止数据的错误改动, 只有输入密码后才能进入。该模块可设定或更改产品的型号参数, 如油箱的长、宽、高等, 也可设定系统数据, 如横移伺服电机快进量、快进速度等。
(5) 产品选型模块:当需要更换不同规格的油箱时, 操作人员选择将要操作的油箱型号, 按下界面上的 “确认”按钮, 此时程序将调用该型号所对应的所有系统参数, 并将一些重要的参数显示在界面上, 以便操作人员核对调用的参数是否正确。这样便实现对不同规格的金属油箱进行上下料操作, 从而提高了设备的通用性。
(6) 故障报警模块:当提升机架或横移机架在移动过程中超出安全位置, 如碰到正、负极限开关时, 或者伺服电机由于过载等原因报警时, 或操作人员进入危险工作区域时, 报警器都将发出声光警报, 同时触摸屏上弹出窗口显示报警信息。
4结束语
该系统的自动化操作大大提高了生产效率, 减轻了操作人员的劳动强度, 并保证了产品质量。
摘要：设计了一种咬口机自动上下料系统。以PLC为主控制器, 以触摸屏为人机界面, 利用伺服电机、液压装置和交流电机等为执行机构, 实现了咬口机自动上下料, 从而大大提高了生产效率, 减轻了劳动强度, 并保证了产品质量。
关键词：咬口机,自动上下料,控制系统
参考文献
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上下料机械手的液压系统设计浅谈 篇4
一、机械手的结构设计
本次研究分析的机械手主要是固定式的机械手,并且自由度非常高,其动力源是液压驱动系统,机械手主要由机身、手爪和手臂构成,这类机械手的类型可以根据用户的需求不同,分成坐标型的机械手和圆柱坐标式的机械手。
借助手爪的运动和手臂的垂直运动,结合机身的水平方向的旋转,机械手可以完成物品的抓取和放置等操作,在数控车床运行的环节,可以自动完善上下料的工作。手爪设计成二指V型,并且设计了花草,在抓取物品的过程中比较稳定。手臂主要由连杆构成,连杆之间紧密的连接,主要是采用销钉连接。焊接支撑架可以将手臂和机械手的机身连接起来,可以提高手臂的支撑能力,通过机身的螺钉进行固定。机械手的动作的完成还要借助液压缸来完成。
二、机械手工作流程的设计
机械手平时抓取的物件的重量很大,所以要确保机械手握力很大,并且确保其传动的稳定性,在选用液压缸的过程中,应该结合控制系统。
1、液压系统的工作原理
液压系统在工作的过程中采用压力油液作为工作介质,在电动机的运行下,将油泵中的压力油输出,压力能通过机械能的转化得到。压力油通过管道,直接进入到油缸中,从而促进了活塞杆的运行,机械手开始运行。液压机械手的液压传动系统运行中,压力油主要起到的是装置的调节和控制作用,起到对系统的运动方向和运动速度的控制,通过回转油缸、升降油缸、伸缩油缸和手指液压缸将机械能输出,从而机械能可以促进机械手的回转,控制机械手臂的上下运动,控制手臂的伸缩半径的范围以及控制手指的开合动作。
油泵主要为机械手提供压力油,其可以将电动机中的机械能转化成压力能,使整个压力系统处于运行的状态。执行油缸主要是压力油驱动运动系统之外的运行机构,可以确保回转缸做回转运动。控制调节装置主要包括溢流阀和顺序阀等,在系统中通过对机械手的控制,可以对机械手的动作和运行速度进行控制,使机械手的手臂、手腕等完成各自的动作。辅助装置包括邮箱、滤油器等,这些装置促进了机械手的顺利运行。
2、液压传动机械手的特征
液压传动机械手的控制精度非常高,在上下料机械手运营中,确保实现工件的准确的定位,液压传动装置的占地面积比较小,而且在运行的过程中不会产生太大的惯性。而且液压传动系统在运营中的效率很高,不会出现滞后的问题,其灵敏度非常高,在液压调节的基础上,可以实现机械手无极调速的方式。液压传动系统可以产生一个比较大的输出力,而且力矩也非常大。
3、液压系统的工作原理
手臂的伸缩和手臂的升降在液压系统中同时运行,手臂回转油缸和手指加紧油缸要按照设定的程序运行,从而可以完善机械手上下料的操作。
三、机械手的动作顺序
按照机械手的动作顺序,运营PLC点控制装置对机械手的运行进行控制,从而实现各个动作步骤。
四、液压缸的保养和维修
1、液压元件的安装
在进行液压元件安装之前,应该先将煤油清洗干净,要进行压力测试,必要时要进行密封试验,确保密封性合格再进行安装。分析泵和传动要求,提高同心度。在油泵的进口和出口以及旋转的方式应该有清晰的标识。在对各类阀安装的过程中,应该确保进油口和出油口的方向正确。为了防止控制进入到阀内,在连接处应该做好密封试验。如果阀采用法兰安装,螺钉不能固定的太紧,很多时候如果拧的过紧会导致密封不良的情况产生。
2、液压系统的一般使用和维护
在油箱中的液压油应该保持在正常的油面范围,而且液压油应该确保清洁,油温应该进行合理的控制,油箱的温度应该小于60摄氏度。确保回路中的空气完全排出,如果回路中进入了空气,如果气体的体积和压力比较大,会导致负荷发生很大的变动。为了避免回油管在回油的过程中将大量的空气带入,应该确保回油管的位置在油面以下。
五、结语
在对机械手进行相关设计的过程中,应该在对结构设计的基础上,不断完善机械手的液压系统的设计,从而使机械手的动作顺序更加完善,提高机械手的控制性能,确保各个设备都可以正常发挥作用,促进机械手的运行。
摘要：本文对一种液压式的上下料机械手进行设计,着力解决数控车床的上下料问题。文章通过对机械手的动作顺序进行分析,完善机械手的液压传动系统的介绍。
关键词：工业机械,动作顺序,液压系统
参考文献
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上下料系统 篇5
目前, 随着科学技术的发展与应用, 技术工人缺乏, 于是机械自动化的生产成为必然趋势, 因此很多自动、半自动上下料系统应运而生[1]。现有市面上较为常见的上下料方式有两种:一是桁架机械手, 动作平稳性较高, 适合大批量生产, 见图1;二是机械手, 适用性较强, 可作为柔性制造, 见图2。这两种上下料方式结构都结构相对而言比较复杂, 成本较高。于是开发适合车床的经济型自动上下料的市场应运而生, 尤其是发展以大批量生产为主的电机行业的必然趋势, 同时对车床的智能化发展也有重要的意义[2]。
本文应电机制造企业要求, 针对数控车床, 设计了与其配套的上下料系统, 不仅动作可靠平稳, 而且结构简单、工艺性好, 使其既能满足功能要求又具有良好的经济性。
2. 总体设计
根据90电机转子的规格、重量和加工节拍, 可以把上下料系统分为料仓、上料机构和下料机构三部分, 如图3。
料仓是由一个倾斜的料道构成的, 料仓内可以放30个毛坯件, 毛坯依靠自重逐个下落, 料仓的宽度可以调节, 以便适应不同长度的电机转子。
上料机构是由一个气爪和一个旋转气缸构成的, 下料机构由取料机构、回转气缸和接料机构组成。
3. 配套要求
3.1 对加工对象的要求
由于本文的研究对象是电机转子轴, 不仅是成批量生产, 还涉及不同规格的, 表1给出了Y2系列两种规格转子的相关尺寸。
由于电机转子种类较多, 气爪和振动盘所能适用的范围有限, 序号因此在加工M尺代寸码差异太大M的代码工功件能时需更换采气取方爪式和振动盘。
3.2 对机床的要求
本2文实际研究的M0对2象是数控车程床序结上束的上下料系替统, 换而且要以最3经济的方式实M0现4这一功能。主这轴反就转要求我们尽替量换使用机床本身的数控系统。
3.2.1 电器方面
一般来说数控系统内会有空余的M代码, 我们可以利用这些M代码控制上下料的气缸动作。这样不仅节省了PLC的费用, 而且把上下料动作直接编写在加工程序里面, 不仅使得上下料动作直观, 而且可以对上下料动作编写十分方便。
还有些数控系统本身不带空的M代码, 我们可以合并使用一些M代码, 也可以把一些在我们加工这类零件中不用的M代码改成控制气爪的指令。Y以2发-6那3科车床数控系Y统2-为71例 (可能有很毛多坯经直济径 (型mm车) 床都使用的是14广州数控的系统, 1但7广数的M代码和发那科的基本类似) , 以下是发那科系统可以替换或合并的毛M坯代长码度, (如mm表) 2。211235
当然也不排除空余的M代码和替换的M代码不能满足原有改造后上下料的动作需求, 也就是说, 系统的原有多余的点位不够。需要外接一个plc控制机床上下料的各个动作, 而PLC与系统的切入点可以取某个不用的M代码作为启动PLC程序的开关。
3.2.2 机械方面
卡爪必须为液压或气压卡盘, 因为整个过程, 除了往料仓里上料是由人工上料的外, 其余都是无人化操作。主轴上方必须带吹气装置, 在无人运转的状态下, 为维持加工的安全性与精度, 必须在每加工一个零件之后打开, 把加工产生的铁屑吹掉, 确保工件在夹持时不受残留铁屑干扰。
在刀具方面, 要求机床刀具带有断屑功能, 防止铁屑过大影响整机运行的可靠性[3]。
4. 结语
随着经济和社会的飞速发展, 电机行业面临加工设备的更新换代和人工成本的大幅度升高, 越来越迫切的需求数控车床的自动化功能, 因此, 本文所提出的在数控车床上安装经济型的自动上下料系统的总体方案, 不但在电机行业, 而且在短轴类加工行业得到广泛的关注, 使其既能满足功能要求, 又具有良好的经济性, 已经在众多大批量加工的企业内得到了推广。
该改造方式有很大的局限性, 由于过于强调其经济性, 使得其上下料机构过于简单, 使其适应性较弱, 而且改造期间对原数控系统中部分M代码重新定义, 使得车床本身的柔性较差, 因此该经济型上下料系统只能在短轴类的零件加工中使用。
摘要：面对加工设备自动化程度的落后和技术工人缺乏的现状, 当前的批量型机加工行业迫切需求加工设备智能化、无人化, 作者应某电机企业要求, 针对数控车床设计与之配套的上下料机构, 实现电机转子的自动上下料。作者从设计方案的总体入手, 深入阐述了在数控机床上配套经济型上下料系统, 其对于加工对象、机床、料仓和机械手本身的结构与功能要求, 从生产实际出发, 提出自己的设计观点。此种上下料系统, 动作灵活可靠, 结构相对简单, 产品比较经济, 不仅提升了设备自动化程度, 而且降低了人力成本。
关键词：上下料系统,数控车床,自动化
参考文献
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[2]李伦兴, 辛丽.机械手在数控车床上的应用[A].第八届沈阳科学学术年会论文集[C], 2011.
上下料系统 篇6
齿轮加工是以大批量为特征的,因此加工设备不仅要保证齿轮所要求的各项精度,而且效率也是考核机床性能的一个重要指标[1],但是效率的提高往往受到机床的结构、刚度及功率等方面的限制,因此在机床整体结构已定型的情况下,生产效率的提高主要靠缩短辅助时间来实现[2],将加工设备的准备工时和辅助时间缩短到最小,即便是一个齿轮加工节省1s,其意义也是很大的。盘齿热处理前齿形加工的辅助时间主要取决于工件在各个机床的上下料时间以及工件在不同机床间的转运时间,因此,对盘齿热处理前加工机床配备自动化上下料系统,可以大幅缩短辅助时间,使辅助时间与加工时间相同步,从而使生产效率得到显著提高。
1 盘齿热处理前加工上下料现状
目前,盘齿热处理前的齿形加工工艺,一般采用从精车齿坯→滚齿→倒棱倒角→剃齿→热处理的工艺流程[3]。通常齿形加工的三道工序分别由滚齿机、倒棱倒角机和剃齿机这三种机床完成,其中盘齿上下料工作以及对这三种机床的操作普遍采用人工来完成。人工操作时,一般每个工人需要同时管理操作三台机床(滚齿机、倒棱倒角机和剃齿机),机床的加工时间较短,工人跟不上机器的生产效率,且劳动强度较大;加工过程中操作者的手不可避免地需要和产品及切削油接触,工作环境比较恶劣。此外,倒棱倒角机和剃齿机上下料的对齿工作也是由人工来完成的,这对操作人员的操作水平有较高要求,并且对齿时还需要安装辅助工装,辅助时间较长,与加工时间不同步,工作效率较低。
2 自动上下料系统方案的提出
由于现在盘齿热处理前生产所用的机床大部分已经数控化[4],在生产过程中机床操作人员仅需完成简单的机床操作和机床上下料即可。为了进一步提高生产效率和加工精度,需要对机床配备自动上下料和自动夹紧装置。随着机器人技术的发展,上述盘齿热处理前加工的人工上下料操作完全可由一台机器人替代完成。于是,本方案提出一台机器人为三台机床进行上下料服务的自动上下料系统。
2.1 机器人的分时复用技术
分时复用就是把多个工作的每个工作都分成多个时间段,然后各个工作的各个时间段交叉使用,这样就好像多个工作同时运行。在盘齿热处理前的加工中,三台机床需要按照一定的节拍动作,各台机床的加工时间不同,这时采用一台关节机器人按照机床的节拍在不同的时间段给不同的机床上下料,即所谓的机器人分时复用技术,可以大大提高工作效率和减少工作人员。
2.2 方案的优势
盘齿热处理前加工中采用关节机器人进行自动上下料方案的优势在于:
1)劳动力成本降低:随着国家经济结构调整和产业转移进程的加快,沿海发达地区的制造业面临着极为严峻的劳动力成本上升和技术工人短缺的问题。机床加工上下料自动化后,可以将“用工荒”的问题得到有效解决,降低生产成本。
2)保证了产品质量:人工操作机床并完成齿轮工件的上下料时,由于劳动强度较高、生产环境较恶劣和人工工作的随意性,容易导致产品产量和质量的不确定性和不稳定性。采用本方案后,生产任务安排时不需再考虑这些不确定因素的影响,减轻了生产管理的复杂性。工件转运过程中避免人工上下料时的磕碰,保证了产品质量的稳定性,减少了产品废品率。
3)生产效率得到了提高:机器人与机床相结合,解决了工件自动上下料问题,既显著地缩短了机床的辅助时间,还可以使机床无人化24小时运转(只要保证料仓有足够料即可)。在对齿过程中也克服了以往对操作人员操作水平的依赖,也不再需要安装对齿辅助工装,工作效率大大得到提升。
4)提高了机床柔性:更换不同规格的盘齿时,系统仅需更换机器人手爪、对料仓做出调整、更换机床工装及刀具,节约了机床辅助时间,机床柔性得到提高。
5)性价比高:本方案对设备要求低,适合于常规生产加工设备的自动化改造。
3 系统概述
本系统应用关节机器人在不同加工设备间的分时复用技术,以PLC为控制核心,通过PLC连接、通讯并集中管理,实现机器人在滚齿机、倒棱倒角机、剃齿机三台加工设备间的上下料、对齿和转运。
3.1 系统组成
系统主要由滚齿机、倒倒棱倒角机、剃齿机、关节机器人、料仓及防护栏等组成。滚齿机、倒棱倒角机和剃齿机呈品字形布置,将关节机器人置于三台设备中间的位置。关节机器人上设有可抓取加工工件的可拆卸式气动手爪。机器人、三台机床、齿坯料和成品件的空间布局如图1所示。
整个系统输入为精车齿坯,输出为剃齿完工产品,系统正常工作过程中完全自动化,根据料仓容量的大小实现整个系统的长时间无人化操作,系统仅在工作结束料仓上下料时需要短时间人工干预。
3.2 电气控制系统
关节机器人结合滚齿机、倒棱倒角机、剃齿机和料仓,通过PLC连接、通讯并集中管理,整个系统输入输出由料仓控制。机床、料仓与机器人通过线缆与PLC相连,PLC控制稳定可靠,维护方便,能适应现场各种恶劣环境,更主要是可以根据不同的工艺要求快速更改动作流程[5]。电气控制系统如图2所示。
3.3 气压系统
本系统中手爪和料仓都采用气动方式,如图3所示。气压系统为气缸提供驱动力,使各运动部分按照要求进行动作。主要包含气缸、气泵、电磁换向阀、溢流阀、单向阀、压力表及各种压力调节阀。该气压系统中设计了气压单向阀,其目的是当遇到气管破裂、气压系统失压等意外情况时,使气缸处于保压状态以保证气压系统的安全[6]。
3.4 系统动作描述
工作时,机器人将滚齿机上已加工完毕工件取出,从上料机上取工件毛坯放到滚齿机上加工,然后将倒棱机上已加工完毕工件取出,转而将滚齿完的工件放置到倒棱机上,再将剃齿机上已加工完毕工件取出,接着将倒棱完的工件放置到剃齿机上,最后将剃齿完的工件放置到下料机上。具体动作过程如图4所示。
整个系统自动工作时,必须保证安全,机器人工作范围内不得有人员,系统外围设有防护装置,防护装置在打开时,机器人不得启动。外围控制柜上的急停与机床设备上的急停相联。设备报警信号需要传送到控制系统内,控制系统做出相应处理。如此,本系统可为三台齿轮加工设备实现上下料,并实现加工工件在不同设备间的转移。
4 关键技术
在确定系统总体方案的基础上还需通过对齿技术以及各组成部分间的通讯、中央控制系统的研究和开发,才能最终实现盘齿热前加工自动上下料系统。
4.1 自动上下料对齿技术
盘齿工件在滚齿后,齿形已经加工出来,在后续工序如倒棱倒角和剃齿上料时,工件的齿形需要与加工刀具的齿形相啮合,即齿顶对齿槽[7]。只有这样,刀具才能切入到工件齿形上,对工件进行正确加工。目前,制约齿轮加工自动化的瓶颈很大原因就是自动上料对齿技术的不完善。
因此,倒棱倒角机和剃齿机的自动上料对齿问题是本方案实施的前提。在倒棱倒角机和剃齿机上料时,通过上料手爪相对加工刀具折线型来回摆动接近,使待加工齿轮在触碰中获得法向分力产生自转,从而将待加工件和刀具逐步调整为可啮合状态。在具体实现过程中,按照工件参数的不同,系统根据产品参数自动生成合适的动作路径,可满足对齿要求。
4.2 系统协调控制技术
系统中有三台机床、一台机器人及一台料仓,共五台执行设备,各台设备的循环动作及监控需要控制系统来完成,控制系统需要根据执行设备的状态来安排协调系统下一步的动作,控制这个系统的启动停止,系统非正常停机后的复位,系统更换产品规格的内部调整等等。
本系统中采取PLC作为中央控制系统,接收处理机床、料仓及机器人发送来的讯息,控制机床启停及告知机器人执行相应的子程序,控制整个系统的工作及循环。PLC接有人机交互面板触摸屏,工人可以通过触摸屏观察系统工作状态,控制这个系统的启停等。PLC通过I/O与机床进行通讯,通过Mod BUS TCP与机器人通讯。
5 结束语
本系统已经正式应用于盘齿热前的生产中,采用该系统以后设备生产效率提高20%以上,设备利用率相对提高13%,人工消耗从原先的单班一个人工消减到单班一个人工负责六套系统。完全避免了工件转运的磕碰,产品质量及稳定性大幅提高。今后,还准备将该技术推广到齿轮齿形加工的多个方面:轴齿热前加工,轴齿热后加工,盘齿的热后加工等。
参考文献
[1]马云.齿轮加工机床的发展趋势[J].精密制造与自动化,2007,(3):4-8.
[2]王奋.轴承磨床自动上下料结构改造[J].轴承,2004,(5):21-22.
[3]《齿轮制造工艺手册:滚、插、磨、剃、刨》编委会.齿轮制造工艺手册:滚、插、磨、剃、刨[M].北京:机械工业出版社,2010.
[4]李先广.当代先进制齿及制齿机床技术的发展趋势[J].制造技术与机床,2003,(02):10-12.
[5]曲尔光.机床电气控制与PLC[M].北京:电子工业出版社,2010.
[6]许为民.基于PLC的全自动气动钻床控制系统设计[J].液压与气动,2009,(12):7-9.
修磨机台车上下料免对中机构 篇7
修磨机是对连铸坯表面进行修磨的设备, 主要由主机、台车、上下料区、翻钢机等组成, 为了物流顺畅、提高生产率, 炼钢二厂的修磨机成对布置, 组成修磨机组。在两台修磨机中间安装翻钢机, 用于翻转连铸坯, 该区域的移送车带着介质拖链一起运行, 两台修磨机各修磨一个表面。连铸坯的流转情况如下:移送车在上料区载着连铸坯进入台车, 空移送车退出台车, 台车载着连铸坯沿台车导轨往复运行, 磨头对连铸坯表面进行修磨, 修磨完成后台车开至翻钢区, 该区的移送车将连铸坯从台车上移到翻钢机的入口臂, 经翻钢机翻转后, 移送车再将连铸坯从翻钢机出口臂送到另一个台车上, 对另一个面进行修磨, 修磨完成后由下料区的移送车下料, 连铸坯的修磨程序结束。
在这一系列过程中, 台车上下料是由移送车完成的, 为了确保移送车能够进出台车, 在台车内部也设有移送车导轨, 当两处移送车导轨对齐时台车停下, 即可实现移送车进出台车, 进行上下料操作。台车的停车位置是由光电检测、电气控制的, 由于台车车轮的不均匀磨损, 会使台车的停车位置产生一定的溜车量, 实际停车位置往往是随机的, 给移送车进出台车造成一定的困难。
2 原来的操作方法及存在的问题
2.1 台车对中装置
移送车在台车内外的行走导轨均为凸形, 其上表面的标高一致, 台车实际停车位置与正确位置的偏差量是决定能否顺利上下料的关键。由于台车车轮的不均匀磨损, 会造成台车溜车, 随着磨损量的加剧, 溜车量也逐渐加大。在台车车轮寿命周期内, 最大溜车量可达60mm。
针对台车溜车, 增设了用于控制实际停车位置的专用对中装置:装有定位油缸的支架安装在移送车固定框架上, 在台车的对应位置焊接一个V型定位块, 油缸缸杆作为定位杆, 其头部形状也呈V型, 与定位块相匹配, 在一定范围内有自动复位功能。定位块外口部宽度值即为可控制的台车溜车量, 随着定位块宽度尺寸加大, 其厚度值也相应加大, 受台车与移送车固定框架之间的空间所限, 定位块外口宽度设计为90mm, 即:可控制的台车溜车范围为45mm。
2.2 上下料操作步骤
上料过程为:台车开至上料位置→操作对中装置进行对中→载着连铸坯的移送车进入台车→移送车顶部下降, 将连铸坯落放在台车上→空载移送车开出台车。
下料过程为:台车开至下料位置→操作对中装置进行对中→空载移送车进入台车→移送车顶部上升, 顶起台车上的连铸坯→载着连铸坯的移送车开出台车。
图1显示了原来台车上下料的情况。
2.3 存在的问题
(1) 上下料所需时间长。台车上下料均需对中步骤, 每块连铸坯的每一次上料或下料平均需要时间112s。
(2) 对中装置复杂。该装置包括机械、液压、电气部分, 由设定的程序进行控制, 联锁很多, 该系统中的任何异常都能导致故障发生, 常出现对中缸不动作或动作不到位而引起缸杆头部位置异常现象, 影响台车上下料。
(3) 电信号易受磨屑的影响。
修磨现场的磨屑非常多, 受其影响, 会出现错误的电信号, 如:对中缸的杠杆还处在伸出状态时, 台车就开动, 造成别弯杠杆、损坏对中缸及安装支架等设备故障, 需要进行停产检修。
(4) 台车不能正确对中时, 上下料将发生事故。
当台车溜车距离超过45mm时, 对中装置的定位杆会顶住定位块的边缘, 使台车在不正确的位置定位, 如图2所示。对于这种状况, 系统不会报警, 操作人员又看不到, 这种情况下移送车进出台车极易发生掉道事故, 若掉道发生在翻钢区, 往往还会砸坏移送车拖链, 造成更大的损失。
3 改进后的上下料情况
3.1 移送车车轮工作面的改变
在上下料过程中, 原来移送车车轮的工作面始终是踏面, 这就必须确保台车停车位置准确, 以保证凸导轨对齐, 而轮缘只起导向作用;将台车内部的导轨高度降低, 设计成平面型, 使其与移送车车轮轮缘最低位处于同一标高, 见图3中所示标高“h”。移送车进入台车后, 车轮轮缘直接与平面导轨上表面接触, 使轮缘作为工作面。由于轮缘直径大于踏面直径, 只要车轮轮缘能处于平面导轨的宽度范围内, 就能确保移送车平稳地进出台车, 这样就允许台车有一定的溜车量。
1.台车2.凸导轨3.移送车车轮4.移送车5.平面导轨
改进前后的对比如图3所示: (1) 显示了原来台车内凸导轨的情形。台车内外的移送车导轨对中后允许偏差范围是±X1, 该值是由移送车导轨端面的倒角值决定的, X1最大取10mm; (2) 显示了改进后台车内平面导轨的情形。A与B、C与D分别是移送车两个位置的车轮轮缘外侧, A与B是移送车相对台车允许的左极限位置, C与D是右极限位置, 图中显示的允许偏差范围是±X2, 该值是由平面导轨的宽度决定的, X2最大值取80mm, 即只要移送车车轮轮缘能够位于该范围内, 移送车就能顺利地进行上下料。
3.2 设备改造内容
(1) 台车内部的移送车导轨。将原来的凸导轨改为平面导轨, 通过设计厚度尺寸, 保证上表面的标高为“h”;为了不影响车轮轮缘在导轨上运行, 平面导轨的安装螺栓只使用靠近内侧的一组;为了耐用, 选用45钢进行整体调质处理, 达到180~220HB。
(2) 移送车车轮。为了避免车轮运行中不同工作面转换时产生跳动, 要求车轮轮缘与踏面同心度为0.05mm;整体调质以保证轮缘与踏面这两个工作面的耐磨性, 达到240~280HB, 该硬度值高于导轨的原因是车轮成本高、更换难度大, 确保车轮比导轨更耐磨。
3.3 改进后的操作方法
台车在电气控制下停稳后, 直接操作移送车进行上下料, 步骤如下。
(1) 上料过程:台车开至上料位置→载着连铸坯的移送车进入台车→移送车顶部下降, 使连铸坯落在台车上→空载移送车开出台车。
(2) 下料过程:台车开至下料位置→空载移送车进入台车→移送车顶部上升, 顶起台车上的连铸坯→载着连铸坯的移送车开出台车。
图4显示了移送车在不同运行区域的不同工作面。
4 改进前后的情况对比
见表1。
5 改进后的效果
共改造了4台修磨机, 每年有效工作天数按330天计算。
(1) 增加了有效生产时间
减少了辅助时间:平均每次上料、下料所需时间均减少11s, 每修磨1块连铸坯需要上料、下料各2次, 平均每台修磨机每班修磨21块连铸坯, 实行两班工作制, 每年减少辅助时间=11× (2+2) ×21×2×4×330/60/60=677.6h;
减少了设备检修时间:原来平均每5天发生一次较严重的移送车掉道事故, 平均每次处理事故需要2h, 改进后1年内发生过2次操作失误引发的掉道事故, 检修时间累计8.5h, 每年减少的设备检修时间=2×330/5-8.5=123.5h;
以上2项合计:每年可以增加有效生产时间=677.6+123.5=801.1h。
(2) 减少了备件消耗:原来平均每月由于移送车掉道而损坏一条拖链, 需要进行更换, 改进后没有再损坏过拖链, 每年可以节约12条拖链。
6 结论
设备改进后减少了操作步骤, 但是操作工必须严格执行操作规程, 避免误操作损坏设备;设备维护人员要每周实测台车溜车量, 当接近60mm时要更换磨损严重的台车车轮;点检员要加强对移送车车轮、台车内部的移送车平面导轨等关键部位的点检, 详细记录检修、更换情况, 确定合理的备件库存量;技术员要根据实际使用效果, 调整改进移送车车轮和平面导轨的材质、热处理工艺等, 进一步改善综合性能, 延长相关备件的使用寿命。
参考文献
上下料系统 篇8
为适应社会高速发展,工业机器人代替人力劳动是必然的发展趋势,和计算机技术一样,工业机器人的广泛应用,正在日益的改变人类的生产方式和生活方式[1]。在工业机器人配合数控机床进行搬运、焊接、上下料的同时,工装必不可少。工装在设计时要考虑工件定位稳定性和可靠性,有足够的承载和夹持力。本文以加工盘类零件为例,零件重量约2kg,传统的办法是由人工上下料,采用2台车床完成两道加工工序,两车床之间的间距为1.5m。要求第一道工序加工零件内圆和端面,耗时40s,第二道工序加工零件外圆、端面,耗时48s。
1 针对零件加工条件进行剖析
根据实际情况分析结果如下。
(1)第一道工序加工完成之后需要调头才能进行第二道工序。
(2)被加工件重量为2kg,同一台机器人需要负荷2件被加工件,且需要配备相应的上下料工装约3kg,所选机器人至少负荷8kg以上。
(3)两机床之间间距为1.5m,空间狭小只能供一台机器人运转。
2 方案设计及工作原理
根据以上的分析,可选用广州数控RB08的工业机器人。
实现加工,需要夹料机构、回转上料机构、翻转机构三部分来配合RB08机器人。
两车床面对面放置间距1.5m,中间放置RB08机器人,机器人回转半径1.3m,机器人一侧放置回转上料机构,一侧放置翻转转机构和零件箱。
本方案具体工作原理如下。
(1)回转上料机构由变位机和纵置的导轨组成,变位机上有一个大转盘和30根长度为300的定位杆,用于放置未加工的零件,定位杆起定位作用,防止零件歪斜倾倒。在变位机转盘上放入待加工件之后,变位机带动转盘转动,传感器感应到工件时,纵置导轨上端的导轨夹爪向下抓取工件,上升到顶端待命,等待机器人夹爪1夹走工件。机器人夹料机构的气缸推动夹爪1抓取回转上料机构的导轨夹爪中未加工的零件(如图1所示),放入机床1的卡盘上。
(2)夹料机构直接安装在机器人6轴上,夹料机构共有两个夹爪,图2所示,夹爪1为上料夹爪,带有一个推板,机器人配套一个液压缓冲器推动导向杆顶起推板,将工件推平预紧,使工件很好的贴合卡盘端面,保证了高的加工精度。夹爪2为下料夹爪,在放置过程中要求不高,可随意摆放,因此不需要推板进行预紧。
(3)翻转机构由一个大的V形块、一个气缸以及压板组成,气缸上端安装一个压板,气缸安装在V形块的侧板上,夹爪2将零件放入翻转机构中将零件夹紧后,机器人夹爪2松开,卡爪1从反面夹起零件,实现调头功能。
3 应用效果及优点
本设计把工人从繁重的、重复的劳动中解放出来,提高生产效率,改善工人劳动条件,提高了产品质量。该零件以前需要2～3个机床操作工加工,采用RB08机器人自动上下料工装后仅需一个操作工辅助。随着数控机床的普及,巧妙设计机器人末端执行器(手抓)结构,很好的实现数控机床与机器人的通讯功能有效的组合工业机器人上下料技术及数控车床加工技术于一体,最终实现快速的高精度上下料功能等有着广泛的实用意义。[2]
参考文献
[1]杜志俊.工业机器人的应用及发展趋势[J].机械工程师,2002,(5):8-10.