精車(chē)活塞止口專(zhuān)機(jī)自動(dòng)上下料系統(tǒng)的研制
時(shí)間:2011-06-02 08:32:57 來(lái)源:未知
1 概述
活塞是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，其加工質(zhì)量的好壞直接影響轎車(chē)的質(zhì)量。活塞的加工特點(diǎn)是批量大、生產(chǎn)節(jié)拍快、自動(dòng)化程度高。為此，活塞的加工一般都采用全自動(dòng)化流水線(xiàn)作業(yè)。本文論述了精車(chē)活塞止口專(zhuān)機(jī)自動(dòng)上下料系統(tǒng)的組成及其硬件的實(shí)現(xiàn)和軟件的設(shè)計(jì)。
2 自動(dòng)上下料系統(tǒng)的組成
1.V形塊 2.機(jī)械手 3.主軸系統(tǒng) 4.上料裝置 5.刀架 6.下料槽 7.導(dǎo)向桿 8.料斗 9.上料槽
圖1 全自動(dòng)CNC精車(chē)活塞止口專(zhuān)用機(jī)床的示意圖
圖1所示為全自動(dòng)CNC精車(chē)活塞止口專(zhuān)用機(jī)床示意圖。其自動(dòng)上下料系統(tǒng)主要由上料槽、V形塊、氣缸A、氣缸B、機(jī)械手、旋轉(zhuǎn)氣缸C、旋轉(zhuǎn)氣缸E、氣缸F、主軸系統(tǒng)、導(dǎo)向桿、料斗、氣缸H和下料槽等組成。具體工作過(guò)程如下：機(jī)床啟動(dòng)后，上料槽中的活塞自動(dòng)滾入由A氣缸所支撐的V型塊中，A氣缸上升使活塞與主軸中心線(xiàn)處于水平垂直位置；接著B(niǎo)氣缸水平推動(dòng)活塞進(jìn)入機(jī)械手中；此時(shí)旋轉(zhuǎn)氣缸C轉(zhuǎn)動(dòng)活塞，進(jìn)行定向找正；找正后，A、B、C氣缸復(fù)位；旋轉(zhuǎn)氣缸E帶動(dòng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)90°至主軸卡盤(pán)前端；F氣缸推動(dòng)活塞進(jìn)入卡盤(pán)中；液壓缸G驅(qū)動(dòng)卡盤(pán)自動(dòng)夾緊活塞；然后E、F氣缸復(fù)位，接著開(kāi)始加工。加工時(shí)，止口端面、倒角、內(nèi)圓面的粗、精加工是由安裝在一把刀桿上的兩片刀一次性加工完成。而且在加工止口的同時(shí)，由旋轉(zhuǎn)氣缸D帶動(dòng)主軸內(nèi)部的中心鉆打中心孔。這樣可以減少加工時(shí)間，提高加工效率。同時(shí)在加工過(guò)程中，A、B、C氣缸動(dòng)作，作上料準(zhǔn)備，從而減少上料輔助時(shí)間。加工完畢后，卡盤(pán)自動(dòng)放松，活塞從卡盤(pán)中彈出，通過(guò)導(dǎo)向桿下滑到料斗中。接著H氣缸帶動(dòng)料斗上升，上升時(shí)，料斗內(nèi)部的螺旋機(jī)構(gòu)因自重作用帶動(dòng)活塞旋轉(zhuǎn)90°。料斗上升到頂部時(shí)，將活塞翻入下料槽中，使活塞自動(dòng)滾入下一臺(tái)全自動(dòng)CNC鏜削活塞銷(xiāo)孔專(zhuān)用機(jī)床。
3 自動(dòng)上下料系統(tǒng)硬件的實(shí)現(xiàn)
全自動(dòng)CNC精車(chē)活塞止口專(zhuān)用機(jī)床的控制系統(tǒng)主要由810T數(shù)控系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)以及氣動(dòng)系統(tǒng)等組成。其自動(dòng)上下料系統(tǒng)各個(gè)動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)是靠氣動(dòng)和液壓控制系統(tǒng)來(lái)完成，動(dòng)作的可靠性取決于氣動(dòng)和液壓系統(tǒng)的性能。而動(dòng)作之間的協(xié)調(diào)是通過(guò)PLC(可編程邏輯控制器)控制。PLC集成在CNC控制器內(nèi)部，是CNC和機(jī)床之間的接口，擔(dān)負(fù)著它們之間的信息交換，控制機(jī)床從自動(dòng)上料到自動(dòng)下料過(guò)程中所有氣缸的動(dòng)作以及各種輔助動(dòng)作的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的順序控制。液壓控制系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)與PLC相連，由PLC控制液壓缸和各缸的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)活塞從自動(dòng)上料、加工、到自動(dòng)下料的過(guò)程控制。以下主要論述自動(dòng)上下料系統(tǒng)氣動(dòng)和液壓控制回路的設(shè)計(jì)。
自動(dòng)上下料系統(tǒng)動(dòng)作順序如下：
啟動(dòng)→放料→推入機(jī)械手→轉(zhuǎn)動(dòng)活塞找正→推料和找正氣缸回位→機(jī)械手旋轉(zhuǎn)送料→推入卡盤(pán)→夾緊工作→推料氣缸退回→機(jī)械手退回→刀具快進(jìn)→主軸旋轉(zhuǎn)→工進(jìn)→刀具快退→卡盤(pán)松開(kāi)放料。
為了節(jié)約時(shí)間，又要保證工件上下料過(guò)程自動(dòng)循環(huán)順利完成，可安排一些動(dòng)作重疊進(jìn)行。經(jīng)仔細(xì)研究得出：放料→推入機(jī)械手→轉(zhuǎn)動(dòng)活塞找正→推料和找正氣缸回位和刀具快進(jìn)→主軸旋轉(zhuǎn)→工進(jìn)→刀具快退→卡盤(pán)松開(kāi)放料這兩組動(dòng)作是可以重疊的，而機(jī)械手旋轉(zhuǎn)送料→推入卡盤(pán)→夾緊工件→推料氣缸退回這組動(dòng)作與上兩組動(dòng)作是串聯(lián)關(guān)系。根據(jù)動(dòng)作要求和工作進(jìn)程，可畫(huà)出如圖2所示的自動(dòng)上下料系統(tǒng)工作順序及信號(hào)邏輯關(guān)系圖。
圖2 系統(tǒng)工作順序及信號(hào)邏輯關(guān)系圖
根據(jù)圖2所示的信號(hào)邏輯關(guān)系圖可設(shè)計(jì)出如圖3所示的氣動(dòng)、液壓系統(tǒng)原理圖。由該圖分析可知，氣壓加上后，按下啟動(dòng)閥Q，主控閥E將處于E1位置，致使E缸活塞桿伸出，到達(dá)行程末端時(shí)發(fā)出信號(hào)e1。e#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#1、g0兩信號(hào)使主控閥F處于F1位置，致使F缸活塞桿伸出，到達(dá)行程末端時(shí)發(fā)出信號(hào)f1。f1控制液壓缸動(dòng)作，當(dāng)其到達(dá)行程末端時(shí)發(fā)出信號(hào)g1。g1使主控控閥F處于F0位置，使F缸活塞桿收回，到達(dá)行程末端時(shí)發(fā)出信號(hào)f0。f0g1兩信號(hào)又使主控閥E處于E0位置，使E缸活塞桿收回，到達(dá)行程末端時(shí)發(fā)出信號(hào)e0。e0使主控閥A處于A0位置，同時(shí)給數(shù)控進(jìn)給機(jī)構(gòu)發(fā)信號(hào)，使A缸活塞桿收回，到達(dá)行程末端時(shí)發(fā)出信號(hào)a0。a0使主控閥A處于A1位置，使A缸活塞桿伸出，到達(dá)行程末端發(fā)出信號(hào)a1。a1使主控閥D處于D0位置，使D缸活塞桿收回，到達(dá)行程末端時(shí)發(fā)出信號(hào)d0，d0使主控閥D處于D1位置，使D缸活塞桿伸出；同時(shí)a1使主控閥B處于B1位置，使B缸活塞桿伸出，到達(dá)行程末端時(shí)發(fā)出信號(hào)b1。b1使主控閥C處于C1位置，致使C缸活塞桿伸出，到達(dá)行程末端時(shí)發(fā)出信號(hào)c1。c1又使主控閥B處于B0位置，致使B缸活塞桿收回，到達(dá)行程末端時(shí)發(fā)出信號(hào)b0。b0使主控閥C處于C0位置，致使C缸活塞桿收回，到達(dá)行程末端時(shí)發(fā)出信號(hào)c0。活塞加工完后，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)使液壓缸退回，到達(dá)行程末端時(shí)發(fā)出信號(hào)g0。g0c0q1使主控閥E處于E1位置，E缸活塞桿伸出，達(dá)到行程末端發(fā)出信號(hào)e1。如此不斷循環(huán)進(jìn)行。
圖3 氣動(dòng)、液壓控制系統(tǒng)原理圖
圖4 自動(dòng)上下料系統(tǒng)軟件流程圖
液壓系統(tǒng)回路也在圖3中表示，其作用是驅(qū)動(dòng)卡盤(pán)夾緊工件，液壓缸G行程為20mm，圖示的系統(tǒng)由變量泵供油，根據(jù)該泵的流量—壓力特性曲線(xiàn)圖，當(dāng)工件夾緊后，壓力達(dá)到預(yù)先調(diào)定的壓力時(shí)，泵的輸出流量將減少到補(bǔ)償夾緊機(jī)構(gòu)的泄漏量，這樣在工件加工時(shí)，將不會(huì)有大量的油從溢流閥排出，從而減少發(fā)熱。調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的流量，使活塞獲得需要的夾緊速度。在泵的出口處接一單向閥，主要是在電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)防止油倒流和避免空氣侵入系統(tǒng)。
4 自動(dòng)上下料系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
全自動(dòng)CNC精車(chē)活塞止口專(zhuān)用機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)軟件由CNC生產(chǎn)廠家提供。自動(dòng)上下料系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要針對(duì)PLC進(jìn)行。圖4所示為其軟件流程圖。機(jī)床上電后，PLC程序一直循環(huán)掃描執(zhí)行，主要功能是獲取外界輸入信號(hào)，根據(jù)機(jī)床數(shù)據(jù)字和各種標(biāo)志位的判別來(lái)實(shí)現(xiàn)M、S等輔助功能，決定軌跡運(yùn)動(dòng)或循序動(dòng)作的條件是否滿(mǎn)足，完成單步或連續(xù)動(dòng)作的控制，另外還用來(lái)增加對(duì)機(jī)床工作過(guò)程中出錯(cuò)的報(bào)警和處理信息的屏幕提示。
PLC是NC(數(shù)控系統(tǒng))與機(jī)床液壓、氣動(dòng)及輔助裝置之間聯(lián)系的橋梁。圖中所有上下料動(dòng)作、卡盤(pán)的夾緊和松開(kāi)、打中心孔、主軸的準(zhǔn)停以及是否開(kāi)始切削加工等都是由PLC控制完成的。而具體切削加工的過(guò)程則由NC控制完成。初始化過(guò)程由PLC和NC共同完成，包括旋轉(zhuǎn)主軸、打開(kāi)冷卻泵、使刀架走至換刀位置、讓主軸準(zhǔn)停、卡盤(pán)松開(kāi)、準(zhǔn)備接受工件等。必須注意每次啟動(dòng)機(jī)床時(shí)，在加工程序執(zhí)行前應(yīng)使進(jìn)給軸回參考點(diǎn)，使控制器與機(jī)床同步(因?yàn)闄C(jī)床采用相對(duì)測(cè)量方式)。
由流程圖可知，當(dāng)卡盤(pán)夾緊后，切削加工與上料準(zhǔn)備動(dòng)作是并行執(zhí)行的，其目的是減少輔助加工時(shí)間，這主要利用了NC程序和PLC程序可并行執(zhí)行的特點(diǎn)。由于810T數(shù)控制系統(tǒng)NC和PLC共用一個(gè)CPU，因而動(dòng)作的并行執(zhí)行是采用分時(shí)復(fù)用方式實(shí)現(xiàn)的。加工是否結(jié)束是由PLC判斷操作面板上所定義的按鈕是否被按下來(lái)確定，若被按下，PLC就通過(guò)系統(tǒng)特定的輸出功能使NC程序中的M01有效，從而停止執(zhí)行NC程序。
#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#5 結(jié)論
筆者所研制的自動(dòng)上下料系統(tǒng)是全自動(dòng)CNC精車(chē)活塞止口專(zhuān)機(jī)的關(guān)鍵組成部分，具有自動(dòng)檢測(cè)、故障診斷和報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)了活塞止口加工工序的全自動(dòng)化。在一次安裝、不停機(jī)、不換工位的情況下，從上料、加工到下料一氣呵成。該系統(tǒng)在上海活塞廠已投入生產(chǎn)一年有余，而且已和下一臺(tái)全自動(dòng)CNC鏜削活塞銷(xiāo)孔專(zhuān)機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)加工。使用結(jié)果表明其動(dòng)作可靠、性能穩(wěn)定。其工作節(jié)拍為：每只活塞所用時(shí)間小于20秒。