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中小企业低成本自动化解决方案

文字:[大][中][小] 2016-2-29    浏览次数:738    

当下,劳动力价格急剧上涨,一线操作工人的敬业精神也无法和十年前相比,这意味着中国制造业的“人口红利”在消失。劳动力紧缺和如何把人从简单乏味的重复劳动中解脱出来,是当前制造业面临的两大难题。以现代化、自动化的装备提升传统产业,推动技术红利替代人口红利,成为中国制造产业优化升级和经济持续增长的必然之选,以“机器换人”为核心的智能自动化制造已经逐步成为企业的选择。

自动化虽好,但是很多自动化方案造价昂贵,维护费用同样高居不下。举个例子,某汽车厂一条车身焊接自动化生产线,6台焊接机械手,造价1400万,工程集成实施费用150万,每年的维护费用70万。

有没有能让中小企业也能买得起用得起的自动化解决方案呢?

数控车床加工是制造业工厂非常常见的加工工序。今天,我们就来探讨数控车床加工的低成本自动化。

虽说数控车床已是自动化程度较高的现代化装备,但操作岗位依然很难招工。究其原因,直接创造价值的工件切削运动,已完全由机床来完成,数控编程大多由工艺部门或者车间级技术部门来承担,数控车床操作工的工作只剩下简单的送料和接料工作。

某种程度上说,这种乏味的工作,是对人聪明才智的摧残,在劳动力紧张的当下,已经很难吸引到满怀梦想的年轻人的青睐,这也是数控车床操作工奇缺的根本原因。

在数控车床上配装自动送料和自动接料系统,是提高机床自动化程度的一种方式,可以立竿见影解决难招操作工的问题。部分工厂没有实施自动化的理由是产品利润微薄,无法支撑实施自动化的巨大投入,或者是工厂缺乏自动化的管理实施人才。数控车床自动化一定需要巨大的投入和管理费用吗?不一定,具体情况具体分析,因地制宜、量体裁衣实施自动化,完全有可能做到低成本的自动化。

数控车床的自动接料比较简单,一个气缸、一个料斗、一条传输带就可以完成全部的动作,本文不做详细介绍。而数控车床的自动送料很复杂,不同的毛坯材料形状、材质、长短、重量,都会有不同的送料方式。老金针对用户量最大的圆形钢件做了可行性研究,根据毛坯材料长短的区别,把送料方法分为长料自动送料和短料自动送料两大类。

数控车床长料自动送料的方法可分为推料法和拉料法两种。推料指的是推料设备位于数控车床外,用推力把长棒料从主轴通孔推入机床;拉料指的拉料装置位于机床内,用拉力把长棒料从主轴通孔拉入机床。推料法有成熟的商品化设备,如可以放置多根棒料的储料式长棒料自动送料机、放置单根棒料的单管油浴式长棒料送料机和重锤式长棒料送料机,经过制造厂商的商品化推广,在工厂中的认知度比较高,应用也比较广泛。

拉料法投入很小,因商业化的价值不高,研究和推广的人都很少,但拉料法自动送料装置的使用效果不亚于推料法的送料机,投资少、见效快,非常值得在工厂推广。

提起短料自动送料,大家比较熟悉的有关节式机械手、桁架式机械手等商品化的自动送料设备。这些机械手投资较高,柔性较好,但对于大批量的单一产品,存在着运动行程过大导致效率较低、占地面积较大导致的空间浪费、安装调试复杂、后期使用费用高等现象。很多工厂希望使用一种结构简单、投资较小、针对性强、效率高的短料自动送料装置,既要马儿跑的快,还要马儿少吃草,可以做到吗?

回答是可以做到。老金经过大量的工厂实践、调研、试验,通过汇总、总结、研究、改进,推出了四种投资在千元级、简易可靠的自动送料方法,在部分工厂得到了应用并得到了广泛好评。其中三种为拉料法长料自动送料,一种为短料自动送料。这四种方法可适用于任何配备自动夹紧机构的数控车床,气动夹紧、液压夹紧、电动夹紧均可,而且适合在数控车床上进行改造,改造周期短,基本不影响工厂原有的生产条件。如果目标数控车床不带自动夹紧机构,需要同时改造夹紧系统,这种情况下投资就过万了。

假设我们现在拥有一台带液压卡盘的排刀式数控车床,液压卡盘和液压油缸为中空,可穿过主轴的最大棒料直径为45毫米。现以这台数控车床作为参照物,来描述四种自动送料方法的原理和优缺点。

①拉钩式拉料器实现长料自动送料

首先需要自制一套毛坯长棒料支撑装置,针对的毛坯长棒料长度不超过2.5米。方法是:测量毛坯棒料直径和车床主轴拉管内径,车削5-10只尼龙套,尼龙套的外径小于主轴拉管内径、内径略大于棒料外径,将尼龙套放置于车床主轴拉管内,目的是为了防止长棒料在主轴内甩动;用角钢焊接一个三脚架,三脚架上安装一个轴承座,调整轴承座的中心高和车床的主轴孔中心高一致,车削一只尼龙套,尼龙套的外径等于轴承座的内孔尺寸、内径略大约棒料尺寸,把尼龙套镶嵌入轴承座,目的是为了防止长棒料在机床主轴外的部分甩动。

然后制作一个拉料钩,拉料钩的宽度不大于2毫米,将拉料钩安装在排刀座上。

自动送料实现方法:先将毛坯棒料穿过轴承座,穿过主轴拉管通孔,露出待加工的部分;对刀,卡盘夹紧,车削第一个工件,切断已经完成加工的工件,然后用切槽刀在毛坯待加工表面割一个小于2.5毫米的浅槽,车床主轴停止;拉料钩Z向进给到浅槽处,X向进给至槽底,卡盘松开;拉料钩将棒料拉到待加工位置,卡盘夹紧,主轴转动,继续加工。周而复始,直至棒料用完,重新换棒料加工。

这种拉料方法的优点是没有技术门槛,投资非常的少,改造周期非常短,对棒料的重量不敏感,缺点是如果切削屑卡入浅槽,拉出棒料的长度可能不会很准确。

②弹簧式两爪拉料器实现长料自动送料

首先自制一套①中的毛坯长棒料支撑装置。然后自制一只弹簧式两爪拉料器,也可直接购买尺寸适合的商品化机械两爪,安装在排刀座上,测量棒料直径,把拉料器两爪的间距调整为小于棒料直径0.5-0.8毫米。

自动送料实现方法:先将毛坯棒料穿过轴承座,穿过主轴拉管通孔,露出待加工的部分;对刀,夹紧卡盘,车削第一个工件,切断已经完成加工的工件,主轴停止;然后将弹簧式两爪拉料器Z向进给推到棒料上,利用弹簧压力夹住棒料,卡盘松开;弹簧式两爪拉料器将棒料拉到待加工位置,卡盘夹紧,主轴转动,继续加工。周而复始,直至棒料用完,重新换棒料加工。

这种拉料方法的优点是没有技术要求,投资较少,改造周期非常短,缺点是如果棒料重量过大,弹簧力的夹紧力不够,会出现拉不动的现象。

③三爪手指气缸实现长料自动送料

首先自制一套①中的毛坯长棒料支撑装置。购买一只小直径的三爪/两爪手指气缸,接上气管,用数控系统的I/O输出来控制气缸,同时设定M代码定义。将三爪手指气缸安装在排刀座上。

自动送料实现方法:先将毛坯棒料穿过轴承座,穿过主轴拉管通孔,露出待加工的部分;对刀,夹紧卡盘,车削工件,切断已经完成加工的工件,主轴停止;三爪手指气缸夹住棒料,卡盘松开;弹簧式两爪拉料器将棒料拉到待加工位置,卡盘夹紧,主轴旋转,继续加工。周而复始,直至棒料用完,重新换棒料加工。

这种拉料方法的优点是投入少,改造周期短,夹紧力较大,拉出棒料的长度比较精准,缺点是需要用户对数控系统和电气有相当的了解,并具备一定的电气调试能力。

④普通气缸结合三爪手指气缸实现短料自动送料

首先购买一只小直径的三爪手指气缸,接上气管,用数控系统的I/O输出来控制气缸,同时设定M代码定义,将三爪手指气缸安装在排刀座上;然后在车床主轴一侧的钣金上开一个孔,孔的高度和三爪手指气缸的中心高一致,孔上安装一根直滑道,滑道末端安装一个普通小直径气缸,同时安装一根斜滑道到车床外部,和一个振动盘的轨道对接,用数控系统的I/O输出来控制该气缸,同时设定M代码定义。

自动送料实现方法:通过振动盘将短坯料排序到斜滑道,通过重力滑到直滑道处;三爪手指气缸移动到直滑道的出口处,普通气缸将工件推入三爪手指气缸,三爪手指气缸夹紧工件;车床卡盘松开,三爪手指气缸将工件递入卡盘,卡盘夹紧,主轴旋转,开始加工,周而复始。

这种拉料方法的优点是投入不大,效率高于关节式和桁架式机械手,配上①中的毛坯长棒料支撑装置即可兼容长料自动送料,缺点是需要对数控系统和电气有相当的了解,并具备设备的调试改造能力,改造周期相对较长,有些数控车床上不一定有改造的空间,比较适合在机床厂家推广此技术。

通过合适的方法和部分自制件来实施数控车床自动化,可以有效降低投资成本,减少维护难度和使用费用,何乐不为?

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