基于GSK988T數(shù)控系統(tǒng)的單機(jī)自動(dòng)上下料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

侯春明 李進(jìn)冬 田 野

（沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司，遼寧沈陽(yáng)110142）

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)，生產(chǎn)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，導(dǎo)致許多企業(yè)在招聘技術(shù)工人時(shí)出現(xiàn)用工短缺現(xiàn)象，而且所招聘的員工技術(shù)水平參差不齊，極易在機(jī)械加工中出現(xiàn)各類(lèi)問(wèn)題，同時(shí)因“用工荒”的出現(xiàn)，無(wú)形中增加了企業(yè)的用人成本。在此情況下，使用機(jī)械手自動(dòng)上下料裝置代替人力無(wú)疑成為最佳應(yīng)對(duì)辦法。

筆者公司根據(jù)市場(chǎng)變化，為滿(mǎn)足客戶(hù)需求，在現(xiàn)有機(jī)床產(chǎn)品基礎(chǔ)上，增加自動(dòng)上下料裝置等輔助裝置，不僅有效地提高了工作效率，也為用戶(hù)節(jié)約了大量的用工成本。

本款機(jī)床就是筆者公司根據(jù)客戶(hù)需要量身打造的一款配有機(jī)內(nèi)上下料裝置的兩軸數(shù)控車(chē)床。其具體開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)思路如下:

1 上下料機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)

本上下料機(jī)構(gòu)由一套抓取料的機(jī)械手和一套工件輸送裝置組成。機(jī)械手將輸送裝置上的待加工工件搬運(yùn)至數(shù)控機(jī)床內(nèi)，在卡盤(pán)夾具處完成上料，待工件加工完畢后，將加工完成后的工件從機(jī)床內(nèi)取出，返回送至輸送裝置上。整個(gè)動(dòng)作過(guò)程為自動(dòng)運(yùn)行，各部分功能如圖1所示。

1.1 Y 軸

本上下料機(jī)構(gòu)的進(jìn)給軸Y軸選用齒條傳動(dòng)形式，配有直線(xiàn)導(dǎo)軌滑塊導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，精度高，傳動(dòng)準(zhǔn)確。采用伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器、齒輪與齒條結(jié)構(gòu)傳動(dòng)，布局如圖2。

1.2 水平氣缸

本上下料機(jī)構(gòu)配有帶磁環(huán)的水平氣缸，帶有直線(xiàn)導(dǎo)軌滑塊導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，行程90 mm，實(shí)現(xiàn)工件輸送過(guò)程中避開(kāi)滑板的功能，如圖3。

1.3 翻轉(zhuǎn)氣缸

本上下料機(jī)構(gòu)配有帶磁環(huán)的翻轉(zhuǎn)氣缸，實(shí)現(xiàn)氣爪由水平狀態(tài)與豎直狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。此氣缸帶有保護(hù)功能，在氣源因意外原因斷氣時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)意外動(dòng)作，如圖4所示。

1.4 氣爪

本上下料機(jī)構(gòu)配置為通用型三爪定心氣爪，帶有工件彈出模塊，保證工件可靠定位在卡盤(pán)定位面上，如圖5所示。氣源使用壓力為0.4～0.6 MPa。氣爪是借助于楔型機(jī)構(gòu)與氣缸相聯(lián)接的，氣缸中的活塞移動(dòng)時(shí)，通過(guò)楔型機(jī)構(gòu)使氣爪松開(kāi)，活塞返回時(shí)使氣爪閉合。氣爪配有一套壓力保持閥，可保證在突然斷氣的情況下，氣爪仍然可以保持足夠的夾持力，工件不會(huì)突然脫落。

1.5 輸送裝置

輸送裝置主體為由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鏈條驅(qū)動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)，并由氣缸驅(qū)動(dòng)的模塊配合上下料機(jī)構(gòu)工作。主要包括擋位模塊、提升模塊和定位模塊。所有模塊均由帶磁環(huán)的氣缸執(zhí)行動(dòng)作，配有相對(duì)應(yīng)的位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)，保證輸送裝置的動(dòng)作可靠穩(wěn)定。輸送裝置左側(cè)為上料位，中間為提升位（上料和下料均在此處），右側(cè)為下料位，如圖6所示。

1.6 氣壓系統(tǒng)

主要控制數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)門(mén)、氣爪、水平氣缸、翻轉(zhuǎn)氣缸、輸送裝置的定位阻攔氣缸、提升氣缸和定位氣缸的制定動(dòng)作。系統(tǒng)采用集中化管理，便于觀(guān)測(cè)和系統(tǒng)的調(diào)試。

1.7 潤(rùn)滑系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用獨(dú)立的潤(rùn)滑系統(tǒng)，Y軸的直線(xiàn)導(dǎo)軌、齒輪齒條、水平氣缸的直線(xiàn)導(dǎo)軌均采用集中潤(rùn)滑方式進(jìn)行潤(rùn)滑，如圖7所示。

1.8 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)由獨(dú)立的冷卻控制閥控制，可以由數(shù)控系統(tǒng)本身進(jìn)行操作。數(shù)控車(chē)床主機(jī)部分帶有卡盤(pán)夾具冷卻噴嘴，可以吹掉卡盤(pán)夾具上的殘余切屑，保證上下料時(shí)的定位和夾持準(zhǔn)確。上下料機(jī)構(gòu)的氣爪處配有一套冷卻噴嘴，吹掉環(huán)狀工件內(nèi)徑處的殘余切屑。

2 上下料機(jī)構(gòu)控制流程

2.1 上下料機(jī)構(gòu)的特殊位置定義

（1）Y軸的零點(diǎn)位置 上下料機(jī)構(gòu)的氣爪處于豎直狀態(tài)，且氣爪中心與輸送裝置滾筒線(xiàn)的中心線(xiàn)對(duì)齊的位置。

（2）機(jī)械手翻轉(zhuǎn)位置 在Y軸550 mm行程處。

（3）水平氣缸動(dòng)作位置 在Y軸1 750 mm行程處。

（4）主軸上下料位置 在Y軸1 870 mm（假設(shè)工件厚度為250 mm）行程處。當(dāng)工件厚度為H（50＜H＜250）mm時(shí)，主軸上下料位置應(yīng)為（2 120－H）mm。

（5）刀架的上下料位置 刀架處于最后端最右端，8 號(hào)刀處于工作位置，即Z=Zmax，X=Xmax，T=T8。

2.2 上料控制過(guò)程

上料動(dòng)作的程序名稱(chēng)為O1234，存儲(chǔ)在系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)目錄下，當(dāng)執(zhí)行上料操作時(shí)，在確認(rèn)機(jī)床滿(mǎn)足上料條件情況下，直接調(diào)用并執(zhí)行此程序即可。

上料前要求主軸處于停止?fàn)顟B(tài)，卡盤(pán)夾爪處于停止且為松開(kāi)狀態(tài)，刀塔處于上下料位置，氣動(dòng)門(mén)為打開(kāi)狀態(tài)。上料結(jié)束后，氣動(dòng)門(mén)關(guān)閉。以下內(nèi)容為上料程序?qū)嵗?

2.3 下料控制過(guò)程

下料動(dòng)作的程序名稱(chēng)為O5678，要求加工程序完成后，主軸上方的噴水口噴水持續(xù)一段時(shí)間以沖掉卡爪上的切屑，而后主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，刀塔處于上下料位置，氣動(dòng)門(mén)為打開(kāi)狀態(tài)。以下內(nèi)容為下料程序?qū)嵗?

2.4 相關(guān)參數(shù)說(shuō)明

#700:水平氣缸動(dòng)作位置（Y軸坐標(biāo)），默認(rèn)值為1 750，一般不需要修改此值。

#701:上料過(guò)程中卡盤(pán)卡料位置，一般出廠(chǎng)時(shí)已設(shè)置好，用戶(hù)可以根據(jù)加工工件的大小修改此值。

#702:機(jī)械手瀝水位置坐標(biāo)（Y軸坐標(biāo)）。

#703:機(jī)械手在瀝水位置的停留時(shí)間，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際情況自行修改。

#705:下料過(guò)程中卡盤(pán)卡料位置，一般出廠(chǎng)時(shí)已設(shè)置好，用戶(hù)可以根據(jù)加工工件的大小修改此值。

#706:上下料過(guò)程中主軸定位位置（0≤#706≤360）。

#707:下料過(guò)程中卡盤(pán)位置冷卻水噴水時(shí)間。

#708:下料過(guò)程中氣爪位置噴水時(shí)間。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，本款帶自動(dòng)上下料裝置的機(jī)床已經(jīng)為用戶(hù)服務(wù)，并且得到了客戶(hù)的肯定。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，相信配有自動(dòng)化裝置的自動(dòng)化生產(chǎn)單元必將成為解決國(guó)內(nèi)用工荒及降低人力成本的簡(jiǎn)單有效方式之一。另外，數(shù)控機(jī)床作為工業(yè)的母機(jī)其在我國(guó)工業(yè)發(fā)展中的地位已毋庸置疑，而數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化裝置設(shè)計(jì)直接影響其工作效率和人力成本。因此我們有理由相信作為提高數(shù)控機(jī)床工作效率的重要一環(huán)，自動(dòng)化加工單元的開(kāi)發(fā)同樣有著廣闊的市場(chǎng)前景。

［1］GSK988T車(chē)床CNC使用手冊(cè)［Z］.

［2］GSK988T標(biāo)準(zhǔn)梯形圖功能配置［Z］.

［3］GSK988T系統(tǒng)PLC使用手冊(cè)［Z］.