一种轴类零件的自动化加工新方法
摘要：随着市场经济环境的改变，机械加工行业的萎缩，以及人口红利的逐渐消失，用工成本的增加，都在加重企业的负担。故如何帮助中小加工企业渡过寒冬成为各级政府部门所面临的问题，而新技术、新工艺的运用正是解决当前问题的一条捷径。使用自动化加工机械后，既能满足加工的需要，又能提高加工效率，降低工人劳动强度，降低用工成本，节能减排，是加工机械发展的一个重要方向。
关键词：提高生产效率、降低劳动强度、降低用工成本、节能减排。
1、 前言
手动仪表车床主要用于小尺寸、形状简单、大批量零件的车削加工，其优点是它使用弹簧夹头和锁套锁紧装置，装夹速度快、效率高。顶针式限位装置，快速手板式操作，电机直接带动主轴运转，定位控制车削，对单一固定种类的工件与外型进行连续加工，可比普通车床提高工效10倍以上，特别适用于大批量、小尺寸零件的加工。在摩托车行业，仪表行业，标件行业大量使用，以其投资小，操作简单，加工效率高的特点，在机械加工领域占有极大比重。但仪表车床加工精度取决于操作者的技能-----除刀具、材料、机床因素外，操作者技能的稳定性对定位和进给速度的控制。都直接影响到零件的加工尺寸与表面精度。由于这些人为因素对零件质量影响较大，使加工零件精度分散性比较大，产品质量稳定性差，不能满足现代生产需要。如对仪表车床加以改造，不但可以保证加工精度，稳定加工质量，提高生产效率，而且可以降低工人的劳动强度和对工人的技能水平要求。
手动仪表车床的改造目前主要有以下三种方式：1）采用简易数控系统对车床进行改造。2）采用液压技术对车床进行改造。3）采用气动技术对车床进行改造。
简易数控系统对车床的改造：是采用经济型数控系统控制进给，在进给方向采用滚轴丝杆传动，用步进电机或伺服电机提供动力。这样的改造改动大，经济成本高。改造后可解决形状复杂、精密、小批量及多变零件的加工。但响应速度较慢，生产效率较低。对于大批量零件的加工，车床的运动可能常年都是重复该动作，这样的改造就失去了仪表车床加工的优势。
采用液压技术对车床进行改造：这种改造是将车床的进给采用液压来实现，控制系统采用PLC，它具有低成本、高效率的优点。液压车床的优点有在同等体积下液压装置能比电气产生更大的动力，液压装置工作比较平稳，易于对液体压力、流量或运动方向进行调节或控制，易于实现过载保护，液压元件实现了标准化、系列化和通用化，实现直线运动比机械传动简单。但液压元件制造精度要求高，装配比较困难，维护比较严格。实现定比传动困难，受温度影响大，由于油的粘度随温度的改变而改变，故不宜在高温或低温的环境下工作。由于采用油管传输压力油，压力损失较大，不宜于远距离输送动力。油液混入空气易影响工作性能，如果油液中混入空气后，容易引起爬行、震动和噪声。油液容易污染，污染后会影响系统工作的可靠性，发生故障不易检查和排除。
采用气动技术对车床进行改造：气动就是以压缩空气为动力源，带动机械完成伸缩或旋转动作。利用空气具有压缩性的特点，吸入空气压缩储存，空气便像弹簧一样具有了弹力，然后利用控制元件（电磁阀）控制其方向，带动执行元件的伸缩和旋转。由于气体的粘性比液体要小，所以说流动速度也快，便于实现集中供气和远距离传输。
使用气动技术有以下优点：
1） 气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低，使用安全。
2） 输出力以及工作速度的调节非常容易，气缸的动作速度一般为50-500mm/s，比液压和电气方式的动作快。
3） 可靠性高，使用寿命长。电器元件的有效动作次数约为百万次。
4） 利用空气的压缩性，可储存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速相应。可实现缓冲。对冲击负载和过负载有较强的适应能力。在一定条件下，可使气动装置有自保持能力。
5） 由于空气流动损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送，增加储存压缩空气容积可稳定气源压力。
综合以上各种改造技术的优缺点，我们决定采用气动技术加简易逻辑控制器对手动仪表车床进行改造，用气动技术对机床进给进行控制，采用简易逻辑控制器进行逻辑控制。
2、 机械进给部分改造
一般手动仪表车床靠人工快速手板操作进刀，这样操作起来较方便，但工人操作的熟练程度，工作时间长短等人为因素都将影响工件的加工质量和表面精度。如果加工余量较大时，将相应增加工人的劳动强度。所以我们在X、Z两个进给的方向上面安装了气缸，用气缸来推动托板。使其具有的高速高效、清洁安全、低成本、易维护的优点。（机床示意图如图一所示）。
图一、机床示意图
由于无论是在X、Z轴方向的气缸，还是用于推进挡块的气缸都要求能够伸缩并保持，所以我们选用的电磁阀为单电控二位五通阀，该电磁阀采用弹簧复位，即得电使缸杆伸出，失电使缸杆缩回。在X、Z轴方向气缸的进气和排气我们都增加了手动调节阀，方便调节X、Z方向的伸出和缩回速度。由于气缸的动作速度易受负载的变化而变化，在低速运动时由于摩擦力占推力的比例较大，气缸的低速稳定性较差。故我们采用气油结合的方式，增加了可调油压阻尼器来改善进给速度。这样既保证了气动传动的快速性，又改善了气动传动的低速性能，满足了切削要求。(气动原理如图二所示)
图二、气动原理图
3、 程序控制系统改造
为增加机床的通用性和可靠性，我们采用了信捷XP2-18RT一体机，它集PLC和HMI（文本显示器）功能于一体，含10点光耦隔离开关量输入，8点晶体管继电器混合输出，LCD192×64像素显示屏，功能键多达26个。PLC图如下：
由于控制回路采用了PLC，故外围部件数量减少，便于维护。控制电路图如下：
在车床使用时，为了方便操作者快速直观的操作机床，我们设置了如下画面：
1）原始画面（如下图）：简化操作，控制过程流程与功能实现）
原始画面是在一开机时出现的画面，它让你选择你要操作的方式。无论在其他任何画面位置，想要回到原始画面都可以按面板右侧的红色【ESC】键。
2）手动画面（如下图）：
手动画面是为机床提供每个汽缸或主轴电机的单独操作，PLC的每一个输出口都对应一个按键，在屏幕下方的面板上，当点击任何按钮，该输出口对应的电机或气缸就动作，且画面上有监控。比如你点击F１键，那么主轴电机旋转，如果再次点击F１按键则主轴电机停止转动；再如你点击F2，那么该气缸就会前进，一直到挡块为止，并不会中间停顿，或到挡块后回来， 再次点击F2键那么该气缸就会退回到原始位置。此画面是为了方便操作者安装和调整刀具。
3）自动画面（如下图）
自动画面是一个监视画面，在加工可以直接按开关板上面的启动按钮进行产品自动加工，在加工完成一个工件后，再换上下一个工件，再次按启动按钮再次加工。在画面中，屏幕上方有产量计算器方便操作者计件。
4）编程画面
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编程画面是为操作者提供一个直观的编辑画面，我们在此设定了20步编程画面，基本能够满足一个工件2-3道工序的加工，点击即可进入并编写每一个汽缸和电机的动作。
4、 结束语
此种加工自动化方式的实现，投入不大，但改造的效果明显。经过改造后，机床的自动化程度得到大幅提高，工人只需要将刀具调好，机床就可以整天自动完成对工件的加工，在振动盘的工件即将加工完成时加工工件即可，比手板操作大大降低了工人的劳动强度。该机床改造后，约4秒即可完成工件的加工，效率是传统产业工人的3倍以上。振动盘的使用，以及自动夹具的配合使工件的加工精度能够完全达到生产要求。
