基于現有生產條件下的數控車床自動送料機構的研究

[摘 " " " " "要] "隨著勞動力價格的急劇上漲，中國制造業的“人口紅利”不斷消失。勞動力緊缺和如何把人從簡單乏味的重復勞動中解脫出來，是當前制造業面臨的兩大難題。以現代化、自動化的裝備提升傳統產業，推動技術紅利替代人口紅利，成為中國制造產業優化升級和經濟持續增長的必然之選，以“機器換人”為核心的智能制造已經逐步進入企業的視野。通過調研，進行設計研發了幾種可行的自動送料機構，試圖解決當前中小企業資金不足的問題，希望通過數控車床自動送料以解決成本和效率的愿望。

[關 " 鍵 " "詞] "生產條件;數控車床;自動送料;研究

[中圖分類號] "G718.1 " " " "[文獻標志碼] "A [文章編號] "2096-0603（2015）20-0016-03

隨著勞動力價格的急劇上漲，中國制造業的“人口紅利”不斷消失。勞動力緊缺和如何把人從簡單乏味的重復勞動中解脫出來，是當前制造業面臨的兩大難題。以現代化、自動化的裝備提升傳統產業，推動技術紅利替代人口紅利，成為中國制造產業優化升級和經濟持續增長的必然之選，以“機器換人”為核心的智能制造已經逐步進入企業的視野。

聚焦到數控車床操作崗位，雖然數控車床已經是自動化程度較高的現代化裝備，但操作崗位依然很難招到工。究其原因，直接創造價值的工件切削運動，已經完全由機床來完成，數控編程大多由工藝部門或者車間級技術部門來承擔，數控車床操作工的工作只剩下簡單的送料和接料工作。某種程度上說，這種乏味的工作，是對人的聰明才智的摧殘和諷刺，在勞動力緊張的當下，已經很難吸引到滿懷夢想的年輕人的青睞，這是數控車床操作崗位奇缺的根本原因。

在數控車床上配裝自動送料和自動接料系統，是提高機床自動化程度的一種方式，也是解決數控操作工緊缺立竿見影的方法。部分工廠沒有實施自動化的理由是產品利潤微薄，無法支撐實施自動化的巨大投入，或者是工廠缺乏自動化的管理實施人才。數控車床自動化一定要有巨大的投入和管理費用嗎？不一定，具體情況具體分析，因地制宜、量體裁衣實施自動化，完全有可能做到低成本的自動化。

數控車床的自動接料比較簡單，一個氣缸、一個料斗、一條傳輸帶就可以完成全部的動作，本文不做詳細介紹。而數控車床的自動送料很復雜，不同的毛坯材料形狀、材質、長短、重量，都會有不同的送料方式。本文針對用戶量最大的圓形鋼件做了可行性研究，根據毛坯材料長短的區別，把送料方法分為長料自動送料和短料自動送料兩大類。

數控車床長料自動送料的方法可分為推料法和拉料法兩種。推料指的是推料設備位于數控車床外，用推力把長棒料從主軸通孔推入機床;拉料指的拉料裝置位于機床內，用拉力把長棒料從主軸通孔拉入機床。推料法有成熟的商品化設備，如可以放置多根棒料的儲料式長棒料自動送料機、放置單根棒料的單管油浴式長棒料送料機和重錘式長棒料送料機，經過制造廠商的商品化推廣，在工廠中的認知度比較高，應用也比較廣泛。拉料法投入很小，因商業化的價值不高，研究和推廣的人都很少，但拉料法自動送料裝置的使用效果不亞于推料法的送料機，投資少、見效快，非常值得在工廠推廣。

提起短料自動送料，大家比較熟悉的有關節式機械手、桁架式機械手等商品化的自動送料設備。這些機械手投資較高，柔性較好，但對于大批量的單一產品，存在運動行程過大、效率較低、占地面積較大導致的空間浪費、安裝調試復雜、后期使用費用高等現象。很多工廠希望使用一種結構簡單、投資較小、針對性強、效率高的短料自動送料裝置，既要馬兒跑得快，還要馬兒少吃草，可以做到嗎？

我們的回答是可以做到。筆者經過大量的工廠實踐、調研、試驗，通過匯總、總結、研究、改進，推出了四種投資在千元級、簡易可靠的自動送料方法，在部分工廠得到了應用并得到了廣泛好評。其中三種為拉料法長料自動送料，一種為短料自動送料。這四種方法可適用于任何配備自動夾緊機構的數控車床，氣動夾緊、液壓夾緊、電動夾緊均可，而且適合在數控車床上進行改造，改造周期短，基本不影響工廠原有的生產條件，如果目標數控車床不帶自動夾緊機構，需要同時改造夾緊系統。

假設這些裝置安裝在一臺帶液壓卡盤的排刀式數控車床上，液壓卡盤和液壓油缸為中空。以這臺數控車床作為參照物來描述四種自動送料方法的原理和優缺點。

一、拉鉤式拉料器實現長料自動送料

首先需要自制一套毛坯長棒料支撐裝置，針對的毛坯長棒料長度不超過2.5米。方法是：測量毛坯棒料直徑和車床主軸拉管內徑，車削5～10只尼龍套，尼龍套的外徑小于主軸拉管內徑，內徑略大于棒料外徑，將尼龍套放置于車床主軸拉管內，目的是為了防止長棒料在主軸內甩動;用角鋼焊接一個三腳架，三腳架上安裝一個軸承座，調整軸承座的中心高和車床的主軸孔中心高一致，車削一只尼龍套，尼龍套的外徑等于軸承座的內孔尺寸，內徑略大于棒料尺寸，把尼龍套鑲嵌入軸承座，目的是為了防止長棒料在機床主軸外的部分甩動。如圖1：

然后制作一個拉料鉤，拉料鉤的寬度不大于2毫米，將拉料鉤安裝在排刀座上。如圖2：

自動送料實現方法：先將毛坯棒料穿過軸承座，穿過主軸拉管通孔，露出待加工的部分;對刀，卡盤夾緊，車削第一個工件，切斷已經完成加工的工件，然后用切槽刀在毛坯待加工表面割一個小于2.5毫米的淺槽，車床主軸停止;拉料鉤Z向進給到淺槽處，X向進給至槽底，卡盤松開;拉料鉤將棒料拉到待加工位置，卡盤夾緊，主軸轉動，繼續加工。周而復始，直至棒料用完，重新換棒料加工。

這種拉料方法的優點是沒有技術門檻，投資非常少，改造周期非常短，對棒料的重量不敏感，缺點是如果切削屑卡入淺槽，拉出棒料的長度可能不會很準確。

二、彈簧式兩爪拉料器實現長料自動送料

首先自制一套圖1中的毛坯長棒料支撐裝置。然后自制一只彈簧式兩爪拉料器，也可直接購買尺寸適合的商品化機械兩爪，安裝在排刀座上，測量棒料直徑，把拉料器兩爪的間距調整為小于棒料直徑0.5～0.8毫米。如圖3：

自動送料實現方法：先將毛坯棒料穿過軸承座，穿過主軸拉管通孔，露出待加工的部分;對刀，夾緊卡盤，車削第一個工件，切斷已經完成加工的工件，主軸停止;然后將彈簧式兩爪拉料器Z向進給推到棒料上，利用彈簧壓力夾住棒料，卡盤松開;彈簧式兩爪拉料器將棒料拉到待加工位置，卡盤夾緊，主軸轉動，繼續加工。周而復始，直至棒料用完，重新換棒料加工。

這種拉料方法的優點是沒有技術要求，投資較少，改造周期非常短，缺點是如果棒料重量過大，彈簧力的夾緊力不夠，會出現拉不動的現象。

三、三爪手指氣缸實現長料自動送料

首先自制一套圖1中的毛坯長棒料支撐裝置。購買一只小直徑的三爪/兩爪手指氣缸，接上氣管，用數控系統的I/O輸出來控制氣缸，同時設定M代碼定義。將三爪手指氣缸安裝在排刀座上。如圖4：

自動送料實現方法：先將毛坯棒料穿過軸承座，穿過主軸拉管通孔，露出待加工的部分;對刀，夾緊卡盤，車削工件，切斷已經完成加工的工件，主軸停止;三爪手指氣缸夾住棒料，卡盤松開;彈簧式兩爪拉料器將棒料拉到待加工位置，卡盤夾緊，主軸旋轉，繼續加工。周而復始，直至棒料用完，重新換棒料加工。

這種拉料方法的優點是投入少，改造周期短，夾緊力較大，拉出棒料的長度比較精準，缺點是需要對數控系統和電氣有一定的了解。

四、普通氣缸結合三爪手指氣缸實現短料自動送料

首先購買一只小直徑的三爪手指氣缸，接上氣管，用數控系統的I/O輸出來控制氣缸，同時設定M代碼定義，將三爪手指氣缸安裝在排刀座上;然后在車床主軸一側的鈑金上開一個孔，孔的高度和三爪手指氣缸的中心高一致，孔上安裝一根直滑道，滑道末端安裝一個普通小直徑氣缸，同時安裝一根斜滑道到車床外部，和一個振動盤的軌道對接，用數控系統的I/O輸出來控制該氣缸，同時設定M代碼定義。

自動送料實現方法：通過振動盤將短坯料排序到斜滑道，通過重力滑到直滑道處;三爪手指氣缸移動到直滑道的出口處，普通氣缸將工件推入三爪手指氣缸，三爪手指氣缸夾緊工件;車床卡盤松開，三爪手指氣缸將工件遞入卡盤，卡盤夾緊，主軸旋轉，開始加工，周而復始。

這種拉料方法的優點是投入不大，效率高于關節式和桁架式機械手，配上圖1中的毛坯長棒料支撐裝置即可兼容長料自動送料，缺點是需要對數控系統和電氣有一定的了解，改造周期相對較長，有些數控車床不一定有改造的空間，比較適合在機床廠家推廣。如圖5：

通過合適的方法和部分自制件來實施數控車床自動化，可以有效降低投資成本，減少維護難度和使用費用，何樂而不為？

參考文獻：

馮培鋒，李穎新，富國華.數控車床棒送料袋裝置的類型及其選擇[J].集美大學學報（自然科學版），2000（3）.