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中小企業(yè)低成本自動(dòng)化解決方案
當下,勞動(dòng)力價(jià)格急劇上漲,一線(xiàn)操作工人的敬業(yè)精神也無(wú)法和十年前相比,這意味著(zhù)中國制造業(yè)的“人口紅利”在消失。勞動(dòng)力緊缺和如何把人從簡(jiǎn)單乏味的重復勞動(dòng)中解脫出來(lái),是當前制造業(yè)面臨的兩大難題。以現代化、自動(dòng)化的裝備提升傳統產(chǎn)業(yè),推動(dòng)技術(shù)紅利替代人口紅利,成為中國制造產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級和經(jīng)濟持續增長(cháng)的必然之選,以“機器換人”為核心的智能自動(dòng)化制造已經(jīng)逐步成為企業(yè)的選擇。
自動(dòng)化雖好,但是很多自動(dòng)化方案造價(jià)昂貴,維護費用同樣高居不下。舉個(gè)例子,某汽車(chē)廠(chǎng)一條車(chē)身焊接自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn),6臺焊接機械手,造價(jià)1400萬(wàn),工程集成實(shí)施費用150萬(wàn),每年的維護費用70萬(wàn)。
有沒(méi)有能讓中小企業(yè)也能買(mǎi)得起用得起的自動(dòng)化解決方案呢?
數控車(chē)床加工是制造業(yè)工廠(chǎng)非常常見(jiàn)的加工工序。今天,我們就來(lái)探討數控車(chē)床加工的低成本自動(dòng)化。
雖說(shuō)數控車(chē)床已是自動(dòng)化程度較高的現代化裝備,但操作崗位依然很難招工。究其原因,直接創(chuàng )造價(jià)值的工件切削運動(dòng),已完全由機床來(lái)完成,數控編程大多由工藝部門(mén)或者車(chē)間級技術(shù)部門(mén)來(lái)承擔,數控車(chē)床操作工的工作只剩下簡(jiǎn)單的送料和接料工作。
某種程度上說(shuō),這種乏味的工作,是對人聰明才智的摧殘,在勞動(dòng)力緊張的當下,已經(jīng)很難吸引到滿(mǎn)懷夢(mèng)想的年輕人的青睞,這也是數控車(chē)床操作工奇缺的根本原因。
在數控車(chē)床上配裝自動(dòng)送料和自動(dòng)接料系統,是提高機床自動(dòng)化程度的一種方式,可以立竿見(jiàn)影解決難招操作工的問(wèn)題。部分工廠(chǎng)沒(méi)有實(shí)施自動(dòng)化的理由是產(chǎn)品利潤微薄,無(wú)法支撐實(shí)施自動(dòng)化的巨大投入,或者是工廠(chǎng)缺乏自動(dòng)化的管理實(shí)施人才。數控車(chē)床自動(dòng)化一定需要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(shí)施自動(dòng)化,完全有可能做到低成本的自動(dòng)化。
數控車(chē)床的自動(dòng)接料比較簡(jiǎn)單,一個(gè)氣缸、一個(gè)料斗、一條傳輸帶就可以完成全部的動(dòng)作,本文不做詳細介紹。而數控車(chē)床的自動(dòng)送料很復雜,不同的毛坯材料形狀、材質(zhì)、長(cháng)短、重量,都會(huì )有不同的送料方式。老金針對用戶(hù)量最大的圓形鋼件做了可行性研究,根據毛坯材料長(cháng)短的區別,把送料方法分為長(cháng)料自動(dòng)送料和短料自動(dòng)送料兩大類(lèi)。
數控車(chē)床長(cháng)料自動(dòng)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(chē)床外,用推力把長(cháng)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(cháng)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(cháng)棒料自動(dòng)送料機、放置單根棒料的單管油浴式長(cháng)棒料送料機和重錘式長(cháng)棒料送料機,經(jīng)過(guò)制造廠(chǎng)商的商品化推廣,在工廠(chǎng)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(yè)化的價(jià)值不高,研究和推廣的人都很少,但拉料法自動(dòng)送料裝置的使用效果不亞于推料法的送料機,投資少、見(jiàn)效快,非常值得在工廠(chǎng)推廣。
提起短料自動(dòng)送料,大家比較熟悉的有關(guān)節式機械手、桁架式機械手等商品化的自動(dòng)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(chǎn)品,存在著(zhù)運動(dòng)行程過(guò)大導致效率較低、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(chǎng)希望使用一種結構簡(jiǎn)單、投資較小、針對性強、效率高的短料自動(dòng)送料裝置,既要馬兒跑的快,還要馬兒少吃草,可以做到嗎?
回答是可以做到。老金經(jīng)過(guò)大量的工廠(chǎng)實(shí)踐、調研、試驗,通過(guò)匯總、總結、研究、改進(jìn),推出了四種投資在千元級、簡(jiǎn)易可靠的自動(dòng)送料方法,在部分工廠(chǎng)得到了應用并得到了廣泛好評。其中三種為拉料法長(cháng)料自動(dòng)送料,一種為短料自動(dòng)送料。這四種方法可適用于任何配備自動(dòng)夾緊機構的數控車(chē)床,氣動(dòng)夾緊、液壓夾緊、電動(dòng)夾緊均可,而且適合在數控車(chē)床上進(jìn)行改造,改造周期短,基本不影響工廠(chǎng)原有的生產(chǎn)條件。如果目標數控車(chē)床不帶自動(dòng)夾緊機構,需要同時(shí)改造夾緊系統,這種情況下投資就過(guò)萬(wàn)了。
假設我們現在擁有一臺帶液壓卡盤(pán)的排刀式數控車(chē)床,液壓卡盤(pán)和液壓油缸為中空,可穿過(guò)主軸的最大棒料直徑為45毫米?,F以這臺數控車(chē)床作為參照物,來(lái)描述四種自動(dòng)送料方法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)。
①拉鉤式拉料器實(shí)現長(cháng)料自動(dòng)送料
首先需要自制一套毛坯長(cháng)棒料支撐裝置,針對的毛坯長(cháng)棒料長(cháng)度不超過(guò)2.5米。方法是:測量毛坯棒料直徑和車(chē)床主軸拉管內徑,車(chē)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(chē)床主軸拉管內,目的是為了防止長(cháng)棒料在主軸內甩動(dòng);用角鋼焊接一個(gè)三腳架,三腳架上安裝一個(gè)軸承座,調整軸承座的中心高和車(chē)床的主軸孔中心高一致,車(chē)削一只尼龍套,尼龍套的外徑等于軸承座的內孔尺寸、內徑略大約棒料尺寸,把尼龍套鑲嵌入軸承座,目的是為了防止長(cháng)棒料在機床主軸外的部分甩動(dòng)。
然后制作一個(gè)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。
自動(dòng)送料實(shí)現方法:先將毛坯棒料穿過(guò)軸承座,穿過(guò)主軸拉管通孔,露出待加工的部分;對刀,卡盤(pán)夾緊,車(chē)削第一個(gè)工件,切斷已經(jīng)完成加工的工件,然后用切槽刀在毛坯待加工表面割一個(gè)小于2.5毫米的淺槽,車(chē)床主軸停止;拉料鉤Z向進(jìn)給到淺槽處,X向進(jìn)給至槽底,卡盤(pán)松開(kāi);拉料鉤將棒料拉到待加工位置,卡盤(pán)夾緊,主軸轉動(dòng),繼續加工。周而復始,直至棒料用完,重新?lián)Q棒料加工。
這種拉料方法的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有技術(shù)門(mén)檻,投資非常的少,改造周期非常短,對棒料的重量不敏感,缺點(diǎn)是如果切削屑卡入淺槽,拉出棒料的長(cháng)度可能不會(huì )很準確。
②彈簧式兩爪拉料器實(shí)現長(cháng)料自動(dòng)送料
首先自制一套①中的毛坯長(cháng)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(mǎi)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。
自動(dòng)送料實(shí)現方法:先將毛坯棒料穿過(guò)軸承座,穿過(guò)主軸拉管通孔,露出待加工的部分;對刀,夾緊卡盤(pán),車(chē)削第一個(gè)工件,切斷已經(jīng)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(jìn)給推到棒料上,利用彈簧壓力夾住棒料,卡盤(pán)松開(kāi);彈簧式兩爪拉料器將棒料拉到待加工位置,卡盤(pán)夾緊,主軸轉動(dòng),繼續加工。周而復始,直至棒料用完,重新?lián)Q棒料加工。
這種拉料方法的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有技術(shù)要求,投資較少,改造周期非常短,缺點(diǎn)是如果棒料重量過(guò)大,彈簧力的夾緊力不夠,會(huì )出現拉不動(dòng)的現象。
③三爪手指氣缸實(shí)現長(cháng)料自動(dòng)送料
首先自制一套①中的毛坯長(cháng)棒料支撐裝置。購買(mǎi)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(lái)控制氣缸,同時(shí)設定M代碼定義。將三爪手指氣缸安裝在排刀座上。
自動(dòng)送料實(shí)現方法:先將毛坯棒料穿過(guò)軸承座,穿過(guò)主軸拉管通孔,露出待加工的部分;對刀,夾緊卡盤(pán),車(chē)削工件,切斷已經(jīng)完成加工的工件,主軸停止;三爪手指氣缸夾住棒料,卡盤(pán)松開(kāi);彈簧式兩爪拉料器將棒料拉到待加工位置,卡盤(pán)夾緊,主軸旋轉,繼續加工。周而復始,直至棒料用完,重新?lián)Q棒料加工。
這種拉料方法的優(yōu)點(diǎn)是投入少,改造周期短,夾緊力較大,拉出棒料的長(cháng)度比較精準,缺點(diǎn)是需要用戶(hù)對數控系統和電氣有相當的了解,并具備一定的電氣調試能力。
④普通氣缸結合三爪手指氣缸實(shí)現短料自動(dòng)送料
首先購買(mǎi)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(lái)控制氣缸,同時(shí)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(chē)床主軸一側的鈑金上開(kāi)一個(gè)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(gè)普通小直徑氣缸,同時(shí)安裝一根斜滑道到車(chē)床外部,和一個(gè)振動(dòng)盤(pán)的軌道對接,用數控系統的I/O輸出來(lái)控制該氣缸,同時(shí)設定M代碼定義。
自動(dòng)送料實(shí)現方法:通過(guò)振動(dòng)盤(pán)將短坯料排序到斜滑道,通過(guò)重力滑到直滑道處;三爪手指氣缸移動(dòng)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(chē)床卡盤(pán)松開(kāi),三爪手指氣缸將工件遞入卡盤(pán),卡盤(pán)夾緊,主軸旋轉,開(kāi)始加工,周而復始。
這種拉料方法的優(yōu)點(diǎn)是投入不大,效率高于關(guān)節式和桁架式機械手,配上①中的毛坯長(cháng)棒料支撐裝置即可兼容長(cháng)料自動(dòng)送料,缺點(diǎn)是需要對數控系統和電氣有相當的了解,并具備設備的調試改造能力,改造周期相對較長(cháng),有些數控車(chē)床上不一定有改造的空間,比較適合在機床廠(chǎng)家推廣此技術(shù)。
通過(guò)合適的方法和部分自制件來(lái)實(shí)施數控車(chē)床自動(dòng)化,可以有效降低投資成本,減少維護難度和使用費用,何樂(lè )不為?
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