精車活塞止口專機自動上下料系統的研制
時間:2011-06-02 08:32:57 來源:未知
1 概述
活塞是汽車發動機的關鍵部件，其加工質量的好壞直接影響轎車的質量。活塞的加工特點是批量大、生產節拍快、自動化程度高。為此，活塞的加工一般都采用全自動化流水線作業。本文論述了精車活塞止口專機自動上下料系統的組成及其硬件的實現和軟件的設計。
2 自動上下料系統的組成
1.V形塊 2.機械手 3.主軸系統 4.上料裝置 5.刀架 6.下料槽 7.導向桿 8.料斗 9.上料槽
圖1 全自動CNC精車活塞止口專用機床的示意圖
圖1所示為全自動CNC精車活塞止口專用機床示意圖。其自動上下料系統主要由上料槽、V形塊、氣缸A、氣缸B、機械手、旋轉氣缸C、旋轉氣缸E、氣缸F、主軸系統、導向桿、料斗、氣缸H和下料槽等組成。具體工作過程如下：機床啟動后，上料槽中的活塞自動滾入由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處于水平垂直位置；接著B氣缸水平推動活塞進入機械手中；此時旋轉氣缸C轉動活塞，進行定向找正；找正后，A、B、C氣缸復位；旋轉氣缸E帶動機械手旋轉90°至主軸卡盤前端；F氣缸推動活塞進入卡盤中；液壓缸G驅動卡盤自動夾緊活塞；然后E、F氣缸復位，接著開始加工。加工時，止口端面、倒角、內圓面的粗、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，由旋轉氣缸D帶動主軸內部的中心鉆打中心孔。這樣可以減少加工時間，提高加工效率。同時在加工過程中，A、B、C氣缸動作，作上料準備，從而減少上料輔助時間。加工完畢后，卡盤自動放松，活塞從卡盤中彈出，通過導向桿下滑到料斗中。接著H氣缸帶動料斗上升，上升時，料斗內部的螺旋機構因自重作用帶動活塞旋轉90°。料斗上升到頂部時，將活塞翻入下料槽中，使活塞自動滾入下一臺全自動CNC鏜削活塞銷孔專用機床。
3 自動上下料系統硬件的實現
全自動CNC精車活塞止口專用機床的控制系統主要由810T數控系統、液壓控制系統以及氣動系統等組成。其自動上下料系統各個動作的實現是靠氣動和液壓控制系統來完成，動作的可靠性取決于氣動和液壓系統的性能。而動作之間的協調是通過PLC(可編程邏輯控制器)控制。PLC集成在CNC控制器內部，是CNC和機床之間的接口，擔負著它們之間的信息交換，控制機床從自動上料到自動下料過程中所有氣缸的動作以及各種輔助動作的執行，實現機床的順序控制。液壓控制系統和氣動系統與PLC相連，由PLC控制液壓缸和各缸的動作，實現活塞從自動上料、加工、到自動下料的過程控制。以下主要論述自動上下料系統氣動和液壓控制回路的設計。
自動上下料系統動作順序如下：
啟動→放料→推入機械手→轉動活塞找正→推料和找正氣缸回位→機械手旋轉送料→推入卡盤→夾緊工作→推料氣缸退回→機械手退回→刀具快進→主軸旋轉→工進→刀具快退→卡盤松開放料。
為了節約時間，又要保證工件上下料過程自動循環順利完成，可安排一些動作重疊進行。經仔細研究得出：放料→推入機械手→轉動活塞找正→推料和找正氣缸回位和刀具快進→主軸旋轉→工進→刀具快退→卡盤松開放料這兩組動作是可以重疊的，而機械手旋轉送料→推入卡盤→夾緊工件→推料氣缸退回這組動作與上兩組動作是串聯關系。根據動作要求和工作進程，可畫出如圖2所示的自動上下料系統工作順序及信號邏輯關系圖。
根據圖2所示的信號邏輯關系圖可設計出如圖3所示的氣動、液壓系統原理圖。由該圖分析可知，氣壓加上后，按下啟動閥Q，主控閥E將處于E1位置，致使E缸活塞桿伸出，到達行程末端時發出信號e1。e#p#分頁標題#e#1、g0兩信號使主控閥F處于F1位置，致使F缸活塞桿伸出，到達行程末端時發出信號f1。f1控制液壓缸動作，當其到達行程末端時發出信號g1。g1使主控控閥F處于F0位置，使F缸活塞桿收回，到達行程末端時發出信號f0。f0g1兩信號又使主控閥E處于E0位置，使E缸活塞桿收回，到達行程末端時發出信號e0。e0使主控閥A處于A0位置，同時給數控進給機構發信號，使A缸活塞桿收回，到達行程末端時發出信號a0。a0使主控閥A處于A1位置，使A缸活塞桿伸出，到達行程末端發出信號a1。a1使主控閥D處于D0位置，使D缸活塞桿收回，到達行程末端時發出信號d0，d0使主控閥D處于D1位置，使D缸活塞桿伸出；同時a1使主控閥B處于B1位置，使B缸活塞桿伸出，到達行程末端時發出信號b1。b1使主控閥C處于C1位置，致使C缸活塞桿伸出，到達行程末端時發出信號c1。c1又使主控閥B處于B0位置，致使B缸活塞桿收回，到達行程末端時發出信號b0。b0使主控閥C處于C0位置，致使C缸活塞桿收回，到達行程末端時發出信號c0。活塞加工完后，數控系統發出信號使液壓缸退回，到達行程末端時發出信號g0。g0c0q1使主控閥E處于E1位置，E缸活塞桿伸出，達到行程末端發出信號e1。如此不斷循環進行。
圖3 氣動、液壓控制系統原理圖
圖4 自動上下料系統軟件流程圖
液壓系統回路也在圖3中表示，其作用是驅動卡盤夾緊工件，液壓缸G行程為20mm，圖示的系統由變量泵供油，根據該泵的流量—壓力特性曲線圖，當工件夾緊后，壓力達到預先調定的壓力時，泵的輸出流量將減少到補償夾緊機構的泄漏量，這樣在工件加工時，將不會有大量的油從溢流閥排出，從而減少發熱。調節進入液壓缸的流量，使活塞獲得需要的夾緊速度。在泵的出口處接一單向閥，主要是在電機停轉時防止油倒流和避免空氣侵入系統。
4 自動上下料系統軟件的設計
全自動CNC精車活塞止口專用機床的數控系統軟件由CNC生產廠家提供。自動上下料系統的軟件設計主要針對PLC進行。圖4所示為其軟件流程圖。機床上電后，PLC程序一直循環掃描執行，主要功能是獲取外界輸入信號，根據機床數據字和各種標志位的判別來實現M、S等輔助功能，決定軌跡運動或循序動作的條件是否滿足，完成單步或連續動作的控制，另外還用來增加對機床工作過程中出錯的報警和處理信息的屏幕提示。
PLC是NC(數控系統)與機床液壓、氣動及輔助裝置之間聯系的橋梁。圖中所有上下料動作、卡盤的夾緊和松開、打中心孔、主軸的準停以及是否開始切削加工等都是由PLC控制完成的。而具體切削加工的過程則由NC控制完成。初始化過程由PLC和NC共同完成，包括旋轉主軸、打開冷卻泵、使刀架走至換刀位置、讓主軸準停、卡盤松開、準備接受工件等。必須注意每次啟動機床時，在加工程序執行前應使進給軸回參考點，使控制器與機床同步(因為機床采用相對測量方式)。
由流程圖可知，當卡盤夾緊后，切削加工與上料準備動作是并行執行的，其目的是減少輔助加工時間，這主要利用了NC程序和PLC程序可并行執行的特點。由于810T數控制系統NC和PLC共用一個CPU，因而動作的并行執行是采用分時復用方式實現的。加工是否結束是由PLC判斷操作面板上所定義的按鈕是否被按下來確定，若被按下，PLC就通過系統特定的輸出功能使NC程序中的M01有效，從而停止執行NC程序。
#p#分頁標題#e#5 結論
筆者所研制的自動上下料系統是全自動CNC精車活塞止口專機的關鍵組成部分，具有自動檢測、故障診斷和報警功能，實現了活塞止口加工工序的全自動化。在一次安裝、不停機、不換工位的情況下，從上料、加工到下料一氣呵成。該系統在上海活塞廠已投入生產一年有余，而且已和下一臺全自動CNC鏜削活塞銷孔專機連接，實現了全自動化生產線加工。使用結果表明其動作可靠、性能穩定。其工作節拍為：每只活塞所用時間小于20秒。