气动、机械及电子解决了三面及四面加工问题.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 0 3 ． 2 0 1 3 气动、 机械及电子解决了三面及四面加工问题 李秀风 ， 邵 明亮 1 ． F E S T O气动有限公司 ， 山东 济南2 5 0 0 0 0 ；2 ． 山东鲁丽钢铁公司， 山东 寿光2 6 2 7 2 4 摘要 利用 自行设计 的气 动机械装置 ， 改善了零件需加工三个或者 四个 面一次装夹问题 ， 满 足加工精 度 ， 提高加工 中心利用率 ， 提高 加工效率 ， 同时把机械 、 气动 、 P L C、 加工 中心联动起来 。 关键词 三面或四面加工 ； 精度 ； 效率 中图分类 号 T H1 3 8 文献标识 码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 0 3 0 0 7 1 0 3 S o l v e Thr e e s i d e d a nd Fo u r s i d e d M a c h i n i n g wi t h Pn e u ma t i c me c ha n i c a l e l e c t r o nic De v i c e L I Xi u - f e ， ， S H A0 Mi n g - l i a n g 2 1 ． F e s t o P n e u m a t i c s P r o d u c t i o n L t d ． ，J i n a n 2 5 0 0 0 0 ， C h i n a ； 2 ． S h a n d o n g L u l i I r o n a n d S t e e l C o m p a n y ， S h o u g u a n g 2 6 2 7 2 4 ， C h i n a Ab s t r a c t B y a d e s i g n e d p n e u ma t i c ma c h i n i n g d e v i c e o p t i mi z i n g t h e c l a mp i n g p r o b l e m o f t h r e e a n d f o u r s u r f a c e s ； f u l f i l l i n g t h e ma c h i n i n g p r e c i s i o n； i n c r e a s i n g the u t i l i z a t i o n r a t e o f p r o c e s s i n g c e n t e r a n d i mp rov i n g t h e e f fi c i e n c y o f p roc e s s i n g ． Me a n wh i l e ， i t c o n n e c t s ma c h i n e ，p n e u ma t i c s ， P L C a n d p r o c e s s i n g c e n t e r t o g e t h e r ． Ke y wo r d s t h r e e a n d f o u r S u rfa c e s ma c h i n e； p r e c i s i o n； e ffi c i e n c y 1 现状及 问题 的提 出 我公司是气动外资企业生产厂家 ，气动产 品主要 分 气源处理元件 、 控制元件 、 执行元件及安装附件。气 源处理元件是过滤器 、 油雾器及调压 阀， 这些既可 以单 独使用 ， 也可 以组装使用 ， 主要加工部件是六面体 。控 制元件是阀及组装阀。阀体及阀盖是阀的关键部分 ． 那 么阀体及阀盖 的加工就是重中之重 ； 执行元件是气缸 ， 缸盖的加工也是重中之重 。本文只说阀体的加工 ， 大部 分阀体是规则 的六面体 长方体或 正方体 ， 而且 六个 面全部要加工 ， 这样一来 ， 工序 比较多 ， 工艺方式也 多， 必须多次装夹 ， 那么装夹 的定位基准就很难保证一致 。 更别说保证加工基准跟设计基准一致 ，这样精度无法 保证。而且有些面的加工精度要求 比较高， 那么多次装 夹必然对精度要求高的部位很难保证 ， 这样 ， 既耗时 ． 又费力 ， 而且废品率高 ； 还有很重要的一点 ， 由于轮换 装夹零件时 ， 加工 中心的停机时间长 ， 所 以要想提高加 工 中心的利用率 ，那么缩短加工中心停机时间是最最 重要的， 而且定位重复的一致性也要求非常高。基于这 个要求 ，工艺部就提 出是否能依靠我公司现有的气动 及电器元件 ， 解决一次装夹 ， 加工三到 四个平面这个 问 收稿 日期 2 0 l 2 一 O 7 2 4 作 者简 介 李 秀风 1 9 7 4 一 ， 女 ， 内蒙古凉城人 ， 工程师 ， 学 士 ， 主要从事气 动产 品设计和工 艺的相关工作 。 题 ， 经过多次开会及讨论 ， 方案确定可行。 2 方 案的确定 1 确定 方案 首先 ，我们知道四轴或多轴联动可以解决这个问 题 ， 但是成本太高。通过多次讨论 ， 运用我们生产 的气 动元器件 ， 再配合一些机械部件及 电子元件 。 普通的加 工 中心就可以完成 ， 经过工艺部 门、 设计部 门及生产部 门多次会议及沟通， 认为是可行的。这就是旋转工装最 初设计理念的形成 。主要面一般是四个或者三个 ． 其余 的二个或者三个面加工 比较简单 ， 主要是钻 、 攻丝 ， 这 个要求不太严格 ， 和普通 的钻床 、 攻丝机配一些简单的 小工装就可以满足要求 。所 以重点就放在 了另外相邻 的三个或者四个面加工上 ， 而且一次最好能多件加工 ， 定位基准一致 ， 这样就可以大大提高生产效率。传统的 车或者铣一次只能加工一件 ， 加工一个面。那么我们旋 转工装一次装夹 8件或者更多 ，下面 以 8个零件为例 来说 ，每个零件一次加工三到四个面 ，效率提高大于 1 0 0 ％。 同时精度可 以保证一致性 。 人为的装夹误差因素 也消除了很多。 其次 ， 我们一定要提高加工 中心的利用率 ， 停机换 件的时间尽量缩短 ，那么我们考虑多件加工换件在加 工中心外进行 ，同时还要保证这 8个零件的装夹一致 性 ， 这个也是通过工装来保证 ， 这个工装在这里不作介 71 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 3年 第 0 3期 绍 。加工中心停下 。把整个装有 8 个件工装板装上即 可， 那么说 ， 将把 8个零件装到加工中心上和以前装一 个零件用的时间是基本相 同的。加工中心加工 8个工 件的时间相同 ，操作人员可以再换可换工装 的 8个零 件 ， 除 了换件 ， 还可 以将加工好 的这 8个零件 的毛刺去 掉。而且一个操作人员完全可以同时操作 2台以上的 加工中心。 最后 ， 夹具具体方案确定 ， 这个要考虑相当多 ， 首 先工装的精度要求很 高，这样才可以保证被加工件的 精度 ； 设计方案 出来 ， 同时也得考虑加工方案 ， 装配方 案 ， 维修方案 ， 一环紧扣一环 ； 出图是个简单的过程 ； 审 议图纸的可行性 ． 图纸审议通过。工装零件的加工 。 这 是一定要注意的， 必须把设计思想跟加工者沟通好 ， 否 则光靠 图纸标 注 ， 重要尺寸太 多 ， 加工者会无 所适从 。 工装装配 、 调整 、 试 运行是一个重要过程 ， 所有 问题在 这个过程基本都会显示出来 ， 而后调整 ， 修改 。整个工 装释放 ， 投产 。 整个三维造型如图 l 所示。 图 1 三 维 造 型 图 2 实施办 法 1 三个或者 四个方 向加工 ， 首先需要旋转 ， 选择 F E S T O生产的摆动气缸 。可 以选择 D R Q D系列摆动气 缸 ， 是 0 ～ 2 7 0 。 旋转 ， 带有可调液压或者气动缓冲 ， 可以 平稳旋转 ，定位 ；那么这三个或者四个面全部可以加 工 。 气缸的旋转可调精度是一 2 O 。 ～ 6 。 。 气缸精度不能保 证公差只有 0 ． 0 5尺寸要求 ，所 以通过机械部分来保 证 ， 这些机械配套的设计 和加工有一定难度 ， 但是最后 全部克服 了。 当然 中间会有一些微调 ， 从方案 、 图纸 、 加 工到装配都一样。见图 1 所示。 2 其次需要定位 ， 而且位置要准确 ， 这个我们用 了传统的锥销 ， 锥销套与锥销配做 ， 三个或者四个位置 的套必须在理论上保持一致 ， 后来我们做到了 0 ． 0 0 2的 公差。以套为基准加工的锥销 ， 保证了三个或者四个位 置的定位问题 。这个定位其实也是最最重要的， 这个一 旦保证 了， 那么其他的就不是大问题。到此 ， 所有的零 部件都陆续地完成 。基本没有太大的改动， 即使稍有微 小的改动， 也属正常。 7 2 3 D R Q D气缸作为执行器， 需要有控制器来控制 ， 因为是三个或者四个方向，那么最少要三个或者四个 二位三通阀来控制 ， 为了与加工 中心联动 ． 所以选择电 控 阀， 电控 阀的电控部分与 P L C连接 ， 信号才会 传递 。 所 以控制器选择了 F E S T O生产的集装 阀，选用 1 O型 C P V紧凑型阀岛总线控制 ， 阀岛总线与 P L C连接 ， 信号 得 以传递。见图 1 所示 。 4 D R Q D气缸到位后 ， 需要机械部件锁紧定位 ， 即 为了定位准确， 又可以抵消加工 中心的切削力。这个选 择 了圆锥形锁紧定位。如图 2 所示 ， 锥销的动作是通过 双作用气缸来完成 ， 如上所说的锥销和锥销套。 锥销 锥销套 图 2锥销动作示意图 5 辅助圆锥锁紧定位力的辅助夹紧 ， 用锥形锁紧 套与气缸共同作用来夹紧。 如图 3所示。 双作用气缸的 往复运动带动气缸连接杆的运动 ，气缸连接杆的运动 带动锁紧套连接杆摆动 ，锁 紧套连接杆的摆动将锁 紧 套锁紧或者松开 ，这个锁紧套 的松开和夹紧结构 和车 床的夹紧套是一个原理， 在这里不再赘述。 连接气缸与气缸连接件 锥套夹紧 连接杆 图 3辅 助 夹 紧 动 作 图 6 每个定位 系统都需要执行及控制元件 ， 控 制元 件都集中在 1 0型 C P V紧凑型阀岛上 。执行元件选用 F E S T O生产 的气缸 ，包括 D R Q D摆动气缸 ，双作用气 缸 。这些执行元件需要定位准确 、 灵敏 ， 全部用带有磁 性开关 传感器 的气缸。磁性开关也与 P L C联接 ， 这 样 ， 电信号全部采集到 P L C上 ， 用程序去控制 P L C上采 集到的信号 ， P L C把命令发送给机床 ， 机床再激活 自己 的 G或 M加工程序 ， 加工完成 ， 机床再把信号传递给 P L C， 整个循环即简单 ， 又明了 ， 可操作性强。 7 为了使工装运行稳定 ， 我们配了压力传感器 ， 进气压力在 2 4 b a r 之 间才可以正常工作 ， 否则就停机。 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 3 ． 2 0 1 3 8 机床 只要启 动程 序就可 以 ， 加工 完成 自动停 机 ， 更换加工零件。工装 只负责三个或者 四个方向的旋 转 ， 定位 ， 夹紧 ； 这一系列的动作完成后 ， P L C把这个信 号传递给加工 中心 ， 加工 中心开始加工 ， 这是个循环的 过程 。这里加工中心还增加 了一个急停装置 ， 只要是操 作 者或者相关负责人发现加工中心有 不正常情况 ， 或 者误操作 ， 可 以按下这个 按钮 ， 机床无 条件停 下 ， 当然 了， 这个也是有程序控制的。这样， 提高了安全性。 9 加工 中心有切削液 ， 而我们这个 C P V集装 阀 ， 传感器都是需要严格防水 的， 我们用有机玻璃作为保护 罩 ， 用乐泰硅胶作为密封剂。有机玻璃既能防止削液进 入工装 ， 又能清楚地看到里面元件的工作情况 ． 便于维 修和保养。硅胶作为密封剂 ， 密封效果好 ， 可填充性强。 1 0 工装成本低 ， 易于操作 ， 可换性强 ， 维修方便 ， 大大提高了生产率等优点。 1 1 工件装夹一致性这个工装以后也会分享给大 家 ， 还有就是 P L C电子连接这部分在这里也不作详述 。 一 一 一 一 一 上接 第 7 0页 - 一 一 - 一 一 一 - - 一 - -卜 以后会逐步分享给大家。 3 结束语 首先 ， 通过试运行一年后 ， 基本没有 出现过故障 ， 运行平稳 ， 加工一致性相 当好。现在已大量投入使用 。 投入大量使用 已经三年有余 ， 很少出现故障， 每套工装 使用寿命不低于 l 0万次。而且最初的那几套早已经超 出 1 O万次 ， 还在正常无故障地使用着。 其次 ， 通过一年 的试运 行 ， 提高 了加工效率 ， 降低 了工人的劳动强度。 加工相 同工件从 以前的每件 8 mi n ， 降低到 3 ． 6 mi n 。 再次 ， 安全系数提高 ， 基本不会误操作 。 参 考 文 献 [ 1 ]1 张魁林． 数控机床故障诊断【 M 】 ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 2 ． [ 2 1 刘文信， 孙学礼． 机床数控技术【 ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 9 5 [ 3 ] 李诚人． 机床计算机数控[ M】 ． 西安 西北工业大学出版社 ， 1 9 8 8 [ 4 】 成大先． 机械设计手册[ M] ． 北京 化学工业出版社 ， 1 9 9 8 ． 手的传动。如 图 1所示是装有单独的阻尼油缸 的原理 图。阻尼油缸 8安装在机械手传动气缸 1的支架上 ， 油 缸 8的活塞杆 6上装 有两个可调挡铁 4， 当气缸 1的 活塞杆 2向左伸出时 ，导 向杆 3上的固定挡铁 5在快 速行程终点碰上挡铁 4 ，当气缸 1的活塞一起移动。 因 为油缸左腔 的油要经节流阀挤 出。所 以使机械手变 为 慢速运动。7为封闭的油箱 ， 用 以补充泄漏的油液 。 1 一 气 缸2 一 活 基 杆3 一 导 向杆4 一 挡铁5 一 固 定 挡 铁 6 一 活塞杆7 一 油箱8 一 油缸 图 1 气 动机械手缓冲装置 图 2所示是将阻尼油缸与气缸做成一体的结构 。 气缸 1的活塞 2推动活塞杆 3的同时。通过套 4推动 阀套 6也一起移动。当快速移动到阀套 6开始进入油 缸端盖 9的凹孔中时 ，油液必须经过节流针阀 5回到 油缸 8的大腔中 ， 从而机械手慢速移动。图中封闭的油 室 7用以补充泄漏 的油液。 1 一 气 缸2 一 活 暴3 一 活塞 杆4 一 套5 一 节 流 阀 6 一 阀 套 7 一 油室8 一 油缸9 一 油缸端盖 图 2 气一 液缓冲装置结构 图 2 结束语 在气压传动 中采用液压缓冲装置 ，利用液体的不 可压缩性能和液体流量易控制的优点获得活塞杆的稳 速运动。缓冲柱塞为圆柱型 ， 当进入节流区时 ， 封闭在 缓 冲区内的油液被活塞挤压而通过缓 冲节流阀流 出， 使活塞因制动而减速。在使用中为了使结构简单 ， 便于 设计 ， 降低制造成本 ， 在运动惯性不大 、 运动速度不高 的气一 液压传动中， 可以采用此种缓冲方式。 参 考 文 献 【 1 】 路甬祥． 液压气动技术手册[ M】 ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 2 ． [ 2 ]2 周骥平， 林 岗． 机 械制造 自动 化技术【 M 】 ． 北京 机械工业 出版 社． 2 0 0 3 ． 【 3 】 李 向明， 谈宇 ． 机床 自动 化与 自动线[ M】 ． 北 京 机械工业 出版 社 ． 1 9 81 ． [ 4 】 俞启容． 机床液压传动[ M】 ． 北京 机械工业 出版社， 1 9 8 3 ． [ 5 ] 马福昌． 金属切削原理及应用【 M 】 ． 济南 山东科技出版社， 1 9 8 3 ． [ 6 】 戴忠达． 自动控制理论基础[ M 】 ． 北京 清华大学出版社， 1 9 9 1 ． 7 3