《车床自动送料系统设计方案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《车床自动送料系统设计方案（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、车床自动送料系统设计方案摘 要：数控车床是数字程序控制车床的简称，集万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床。数控车床可分为卧式和立式两大类。卧式车床又有水平导轨和倾斜导轨两种。档次较高的数控卧车一般都采用倾斜导轨。其中以卧式数控机床应用最为普遍。数控车床本身有效的解决了对于复杂车削零件的自动加工的问题，但是现在我国除了大型企业采用机器人等自动上料系统外，大部分的中小型企业仍然依赖于作业员对产品进行上下料操作，特别在对小型零件的中大批量作业时，作业内容的单调枯燥、劳动强度高、薪资报酬低，造成行业中人员流动性大，进而影响到
2、产品的品质和交货期。关键词：数控车床；自动上料；自动送料系统；机器人上料一、 分析和研究（一） 项目分析数控车床现今发展迅速，随着中国国内数控系统的日益优化，在中低端市场已经基本取代了日德系（如：三菱、发那科、西门子等）的系统，而中国机床制造技术现今已经行成规模化、批量化生产。对于大型机床的配套自动化设备，由开始的国外引进变为消化吸收后自主研发制作，并且相关自动化技术也趋于成熟。但是在中小型机床市场，近年来虽然相关的自动化配套厂家也推出多款自动上下料系统，但是由于效率一般，价格偏高，并未得到很好的推广。针对中小型机床所加工的中小型批量产品所采用的数控车床，专门设计一款效率高、成本低，并且在近似
3、产品加工可以通用的送料取料系统，是本项目的核心原则。1 / 13 （二） 市场调研1. 使用行业市场状况 1国内机床工具市场结构也在快速升级。2014年进口机床在全部机床消费额中的占比为34.0%，较2010年提高0.9个百分点。2014年国内数控机床消费额占比为76.7%，较2010年提高6.9个百分点。未来中国机床市场结构升级将向自动化、客户化和换挡升级方向发展。 2受到结构升级和低端产品需求下降影响较大的车床分行业，其产量和销售量也逐年走低。 (2014年中国机床工具行业运行分析预报, 2015.01.05市场需求总量中的低端产品大幅下降，中高端产品“不降反升”，市场需求结构快速提升。对
4、比国内2013年和2014年同期金属加工机床的产值和数控产值情况，总产值同比下降2.9%，非数控产品产值同比下降17.8%，而数控产品产值同比增长3.4%. 综上分析，数控加工车床在现在产业升降结构调整的大环境下，虽然自2013年开始制造业市场低迷，但是销量却不降反升，证明市场现有数控车床的需求呈上升趋势。2. 同类产品比较A （图一）A1. 外观大气，结构简单；采用行架式双轴机械手+回转气缸+2个气动夹爪，来完成产品的上下料工作。A2. 上料下料周期长，效率低（约15s ）；机构的Z 轴行程过长造成取放料周期时间的浪费。A3. 价格偏高（市场价格大约12万1中国机床工具报,2014年中国机床
5、工具行业运行和市场分析报告, 2015.3.6 2 中国机床工具报,2014年中国机床工具行业运行分析预报, 2015.1.5 2 / 13 18万左右）。由于结构决定该装置要完成产品的搬送必须采用2轴机械手，并且需要辅助轴1个，成本较高。A4. 操作调整简单；采用加装PLC+触摸屏的控制方式，通过优化触摸屏的参数设定画面，可以方便学习掌握。3. 同类产品比较B （图二）B1. 高端、灵活，产品限制少；采用工业6轴机器人加上夹取装置上下料，应用广泛。B2. 上料周期长，效率较高（约10s ）；由于采用关节机器人，合理的布局可以节约移到行程范围，并且对应加工时间较长并需要多台机床联合加工的产品时
6、，更为有利。B3. 价格很高（市场价格大约18万25万左右）。主要成本是工业机器人的价格，即使采用国产机器人本体的价格也在12万左右(代表机型广州数控 ，再加上其它辅助装置，价格没有下降空间。B4. 操作调整简单，但对于调试员工技能要求高；必须专门做培训机器人操作的培训才能掌握使用技巧，当公司台数不多时，成本太高。4. 实地考察通过公司业务网络，选取国内数控车床生产及使用的集中区域实地调研，通过与当地政府及机床行业协会交流，并从代表性企业了解到：该地区机床行业协会会员企业共有72家，其中直接机床制造企业有69家，主要以生产数控机床为主，普通车床的产量也如调查结果所示数量呈下降趋势。其中选取的代
7、表企业制造销售数控车床年产量在1200台以上，现在数控车床以斜轨式床身为主，其主要客户以汽车行业、电机行业为主。现有客户已经不仅仅满足于数控机床的便利性，更希望达到省人化的要求，对于形状特征简单、加工时间短（约10S ）的小型零件，需要频繁 3 / 13 上下料，自动化要求尤为迫切，而数控机床厂商现有技术实力大部分只局限于机床本体的设计制作，对于自动化装置的设计无法独立完成，迫切需要自动化装备的合作厂商一起研发，推进机器换人工作的节奏与步伐。现在面临主要问题为：为降低成本及满足批量化生产要求，加工产品的原材料以冷锻热锻件为主，产品规格主要集中在直径1545mm，长度这样的零散材料造成不能采用主
8、轴后端连续送料方式解决，现在的主要方式为关节机械人和行架方式机械手两种方式，送料时间远大于实际的车削时间，效率过低，并受其结构限制成本压缩空间小。（三） 调研总结从实地考察的结果更能反应市场对于自动化送料装置的迫切需求，机床制造厂商明确表明了合作的意图。但是要突破现有送料方式（行架式送料、关节机器人送料），设计出一款效率更高、成本更低的自动送料装置，也实际反应了本课题的难点。1. 同类产品功能、价格分析完成圆柱形零散类车床加工零件的自动送料，对应范围广；效率较低，现有效率需要循环时间在10S 以上；价格高，在12万25万的区间。2. 方案设计的目的、要求完成圆柱形零散类车床加工零件的自动送料，
9、对应范围：直径1545mm，长度40mm 以内；突破现有自动化装置的效率，控制成本提升产品性价比。二、 方案设计（一） 功能定位1. 加工产品范围直径1545mm，长度40mm 以内的圆柱型原材料。2. 使用机床规格（图三、图四）根据产品尺寸，选取代表机型CK6132数控车床（排刀式）作为本项目的代表机型。图三：无外罩3D 模型图四：有外罩数控车床外4 / 133. 功能及价格要求完成圆柱形零散类车床加工零件的自动送料。送料循环时间控制在8S 以内（提高现有方式效率20%以上）。结构简单，调整维护方便。控制成本，制造成本控制在7.38万以内（12x0.8/1.3；0.8现有价格降低20%；1.
10、3公司基本利润指标）。（二） 设计思路市场上现有送料方式无论技术还是成本控制已经趋于成熟，所以只有从设计上寻找突破口，找出更直接简单的方法，才能在满足使用性能的前提下降低成本。行架式搬送机构和关节机器人虽然对应范围广泛，但是经过市场调查与客户沟通，本项目已经明确了要对应的产品尺寸范围（2.1.1所述），备料的方式是否可以优化？方案的最终目的是将待加工的原材料，送入车床的主轴卡盘，卡盘夹紧后自动加工。能否缩短产品的搬送来节省搬送时间？搬送方式是点（取料位置）对点（主轴卡盘）搬送，是否必须使用2轴机械手才能完成？有没有更简单的方式？（三） 设计优化1. 备料方式的优化由于要加工的产品为圆柱型，可以
11、采用振动盘送料或者回转圆盘送料机3（图六）作为备料机构。相对于现有的矩阵孔板（图五）的方式，上料3 自动回转圆盘送料机，公司已有专利，专利号：ZL2013 2 0709607.8 图五：矩阵孔板方式 图六：自动回转圆盘送料机 更为简单。通过上图 可以看出，矩阵孔板方式要求把原材料一个一个的放入相应孔位，以方便机械手定位取料；而回转圆盘送料机（公司既有成熟案例）则只是需要将原材料按方向摆入圆盘内即可。2. 搬送位置的优化（图七） 如上图所示，要想节省移送距离，只有选择尽量靠近主轴的卡盘位置作为待料位，才能减少搬送距离和搬送时间；利用倾斜的轨道使产品滑动到主轴卡盘上端的待料位置，这样在执行送料时，
12、免去了到备料位置取料的步骤，机构简单节省搬送时间及成本。3. 搬送方式的优化将原材料通过轨道直接输送到主轴上方，然后由上料装置切出后送入主轴卡盘内。如果这样就可以简化送料步骤：现有方式（不含完成品取出）：Y 向下降取料（矩阵孔板位置）将待料位置的原材料通过气动三爪夹紧Y 向上升（上升过程回转气缸回转，将材料垂直方向变更为水平方向）X+Z向平移至主轴上端Y 向下降至卡盘位置Z 向前进，材料送入卡盘，卡盘夹紧、气爪松开Z 向后退，送料退出Y 向上升至待料位置X+Z向平移至取料位置返回循环优化后动作流程（不含完成品取出）：将原材料从轨道切出（切出的同时，弹簧拨杆位置变化，带动弹簧压板压紧产品）下降到
13、主轴中心位置Z 向前进，材料送入卡盘并夹紧Z 向后退，送料退出送料机构上升至待料位置返回循环如上所述，优化后的流程更加简单，效率更高，预计整个送料时间约5S ，完全满足项目要求时间（10s 以内）（四） 结构布局要完成整套车床自动送料系统应该包含：备料装置、搬送或传送机构（将原材料送至待料位置）、材料送入卡盘装置（上料装置）、完成品的取出装置。产品加工完成后的取出装置，经研究决定采用卡盘内增加弹簧弹出机构，将完成品直接弹出卡盘，由取料装置取走。（由于结构简单，故不在本方案书中详细说明）1. 备料装置及传送机构轨道位置备料装置（自动回转圆盘送料机）最好能够与机床连接在一起，并且在出厂搬运时不需要
14、拆分，依据现有机床结构图的分析，数控车床的本体实际上体积还是比较小的，为对其整体防护，在考虑机床移动行程的基础上，造成机床外罩的钣金实际外形尺寸都比较大，与机床本体间有足够空间来安装备料装置。经过现场确认实际的机床尺寸及相关位置，选取机床的左后方作为备料装置的安装位置（与机床厂家沟通，此处的钣金结构可以根据要求修改）。相关布局图纸如下图所示（图八、九、十）： 修改后的钣金部分图片，和安装备料机构后的图片。 2. 上料装置安装位置的确定 确定了待料位置在主轴卡盘的正上方，那么上料装置以主轴卡盘位置作为设计的基准参考位置，恰好主轴箱的上方拥有安装平面，确定以此位置作为上料装置的安装位置，并展开本项
15、目的核心上料装置的相关设计工作。经确认主轴箱上方平面有做 过机械加工，可以作为安装基准面（见附图十一：红色示意位置）。（五） 上料装置的动作分析上料装置要完成的动作：夹持产品、垂直下降至卡盘中心位置、Z 向推入材料至卡盘、Z 向退出、上升回到原点位置待料。本次设计采用从后到前的顺序，先确定将材料推入卡盘的动作结构，然后再分析如何完成相应的动作。 （六） 夹持与推入结构设计 由于原材料是圆柱体，夹持的结构抛弃原来价格高昂的气动三爪的方式，采用弹簧压板+V型块定位的方式，这样可以简化机构而不需要专门的驱动元器件驱动（如图所示）。原材料从导轨直接滑落到V 型块中定位，机构向下移动时弹簧拨杆脱图九：左后方的钣金部分备料机构安装位置图十：备料机构安装好后的 开，弹簧压板在弹簧力的作用下就可夹紧材料。 由于采用上述方法夹持，原材料的推入就变得简单，只需要1个顶销就可以将之从V 型块中推入卡盘（图十三）。 需要考虑的问题：为节省循环时间，最好可以在主轴不停止回转的状态下将产品推入，弹簧压板+V型块可以允许产
