中小企業(yè)低成本自動化解決方案

當(dāng)下，勞動力價格急劇上漲，一線操作工人的敬業(yè)精神也無法和十年前相比，這意味著中國制造業(yè)的“人口紅利”在消失。勞動力緊缺和如何把人從簡單乏味的重復(fù)勞動中解脫出來，是當(dāng)前制造業(yè)面臨的兩大難題。以現(xiàn)代化、自動化的裝備提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，推動技術(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(jì)持續(xù)增長的必然之選，以“機(jī)器換人”為核心的智能自動化制造已經(jīng)逐步成為企業(yè)的選擇。

自動化雖好，但是很多自動化方案造價昂貴，維護(hù)費(fèi)用同樣高居不下。舉個例子，某汽車廠一條車身焊接自動化生產(chǎn)線，6臺焊接機(jī)械手，造價1400萬，工程集成實(shí)施費(fèi)用150萬，每年的維護(hù)費(fèi)用70萬。

有沒有能讓中小企業(yè)也能買得起用得起的自動化解決方案呢？

數(shù)控車床加工是制造業(yè)工廠非常常見的加工工序。今天，我們就來探討數(shù)控車床加工的低成本自動化。

雖說數(shù)控車床已是自動化程度較高的現(xiàn)代化裝備，但操作崗位依然很難招工。究其原因，直接創(chuàng)造價值的工件切削運(yùn)動，已完全由機(jī)床來完成，數(shù)控編程大多由工藝部門或者車間級技術(shù)部門來承擔(dān)，數(shù)控車床操作工的工作只剩下簡單的送料和接料工作。

某種程度上說，這種乏味的工作，是對人聰明才智的摧殘，在勞動力緊張的當(dāng)下，已經(jīng)很難吸引到滿懷夢想的年輕人的青睞，這也是數(shù)控車床操作工奇缺的根本原因。

在數(shù)控車床上配裝自動送料和自動接料系統(tǒng)，是提高機(jī)床自動化程度的一種方式，可以立竿見影解決難招操作工的問題。部分工廠沒有實(shí)施自動化的理由是產(chǎn)品利潤微薄，無法支撐實(shí)施自動化的巨大投入，或者是工廠缺乏自動化的管理實(shí)施人才。數(shù)控車床自動化一定需要巨大的投入和管理費(fèi)用嗎？不一定，具體情況具體分析，因地制宜、量體裁衣實(shí)施自動化，完全有可能做到低成本的自動化。

數(shù)控車床的自動接料比較簡單，一個氣缸、一個料斗、一條傳輸帶就可以完成全部的動作，本文不做詳細(xì)介紹。而數(shù)控車床的自動送料很復(fù)雜，不同的毛坯材料形狀、材質(zhì)、長短、重量，都會有不同的送料方式。老金針對用戶量最大的圓形鋼件做了可行性研究，根據(jù)毛坯材料長短的區(qū)別，把送料方法分為長料自動送料和短料自動送料兩大類。

數(shù)控車床長料自動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(shè)備位于數(shù)控車床外，用推力把長棒料從主軸通孔推入機(jī)床；拉料指的拉料裝置位于機(jī)床內(nèi)，用拉力把長棒料從主軸通孔拉入機(jī)床。推料法有成熟的商品化設(shè)備，如可以放置多根棒料的儲料式長棒料自動送料機(jī)、放置單根棒料的單管油浴式長棒料送料機(jī)和重錘式長棒料送料機(jī)，經(jīng)過制造廠商的商品化推廣，在工廠中的認(rèn)知度比較高，應(yīng)用也比較廣泛。

拉料法投入很小，因商業(yè)化的價值不高，研究和推廣的人都很少，但拉料法自動送料裝置的使用效果不亞于推料法的送料機(jī)，投資少、見效快，非常值得在工廠推廣。

提起短料自動送料，大家比較熟悉的有關(guān)節(jié)式機(jī)械手、桁架式機(jī)械手等商品化的自動送料設(shè)備。這些機(jī)械手投資較高，柔性較好，但對于大批量的單一產(chǎn)品，存在著運(yùn)動行程過大導(dǎo)致效率較低、占地面積較大導(dǎo)致的空間浪費(fèi)、安裝調(diào)試復(fù)雜、后期使用費(fèi)用高等現(xiàn)象。很多工廠希望使用一種結(jié)構(gòu)簡單、投資較小、針對性強(qiáng)、效率高的短料自動送料裝置，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)過大量的工廠實(shí)踐、調(diào)研、試驗(yàn)，通過匯總、總結(jié)、研究、改進(jìn)，推出了四種投資在千元級、簡易可靠的自動送料方法，在部分工廠得到了應(yīng)用并得到了廣泛好評。其中三種為拉料法長料自動送料，一種為短料自動送料。這四種方法可適用于任何配備自動夾緊機(jī)構(gòu)的數(shù)控車床，氣動夾緊、液壓夾緊、電動夾緊均可，而且適合在數(shù)控車床上進(jìn)行改造，改造周期短，基本不影響工廠原有的生產(chǎn)條件。如果目標(biāo)數(shù)控車床不帶自動夾緊機(jī)構(gòu)，需要同時改造夾緊系統(tǒng)，這種情況下投資就過萬了。

假設(shè)我們現(xiàn)在擁有一臺帶液壓卡盤的排刀式數(shù)控車床，液壓卡盤和液壓油缸為中空，可穿過主軸的最大棒料直徑為45毫米。現(xiàn)以這臺數(shù)控車床作為參照物，來描述四種自動送料方法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)。

①拉鉤式拉料器實(shí)現(xiàn)長料自動送料

首先需要自制一套毛坯長棒料支撐裝置，針對的毛坯長棒料長度不超過2.5米。方法是：測量毛坯棒料直徑和車床主軸拉管內(nèi)徑，車削5-10只尼龍?zhí)祝猃執(zhí)椎耐鈴叫∮谥鬏S拉管內(nèi)徑、內(nèi)徑略大于棒料外徑，將尼龍?zhí)追胖糜谲嚧仓鬏S拉管內(nèi)，目的是為了防止長棒料在主軸內(nèi)甩動；用角鋼焊接一個三腳架，三腳架上安裝一個軸承座，調(diào)整軸承座的中心高和車床的主軸孔中心高一致，車削一只尼龍?zhí)祝猃執(zhí)椎耐鈴降扔谳S承座的內(nèi)孔尺寸、內(nèi)徑略大約棒料尺寸，把尼龍?zhí)阻偳度胼S承座，目的是為了防止長棒料在機(jī)床主軸外的部分甩動。

然后制作一個拉料鉤，拉料鉤的寬度不大于2毫米，將拉料鉤安裝在排刀座上。

自動送料實(shí)現(xiàn)方法：先將毛坯棒料穿過軸承座，穿過主軸拉管通孔，露出待加工的部分；對刀，卡盤夾緊，車削第一個工件，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小于2.5毫米的淺槽，車床主軸停止；拉料鉤Z向進(jìn)給到淺槽處，X向進(jìn)給至槽底，卡盤松開；拉料鉤將棒料拉到待加工位置，卡盤夾緊，主軸轉(zhuǎn)動，繼續(xù)加工。周而復(fù)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)是沒有技術(shù)門檻，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，拉出棒料的長度可能不會很準(zhǔn)確。

②彈簧式兩爪拉料器實(shí)現(xiàn)長料自動送料

首先自制一套①中的毛坯長棒料支撐裝置。然后自制一只彈簧式兩爪拉料器，也可直接購買尺寸適合的商品化機(jī)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(diào)整為小于棒料直徑0.5-0.8毫米。

自動送料實(shí)現(xiàn)方法：先將毛坯棒料穿過軸承座，穿過主軸拉管通孔，露出待加工的部分；對刀，夾緊卡盤，車削第一個工件，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，卡盤松開；彈簧式兩爪拉料器將棒料拉到待加工位置，卡盤夾緊，主軸轉(zhuǎn)動，繼續(xù)加工。周而復(fù)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)是如果棒料重量過大，彈簧力的夾緊力不夠，會出現(xiàn)拉不動的現(xiàn)象。

③三爪手指氣缸實(shí)現(xiàn)長料自動送料

首先自制一套①中的毛坯長棒料支撐裝置。購買一只小直徑的三爪/兩爪手指氣缸，接上氣管，用數(shù)控系統(tǒng)的I/O輸出來控制氣缸，同時設(shè)定M代碼定義。將三爪手指氣缸安裝在排刀座上。

自動送料實(shí)現(xiàn)方法：先將毛坯棒料穿過軸承座，穿過主軸拉管通孔，露出待加工的部分；對刀，夾緊卡盤，車削工件，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，卡盤松開；彈簧式兩爪拉料器將棒料拉到待加工位置，卡盤夾緊，主軸旋轉(zhuǎn)，繼續(xù)加工。周而復(fù)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，拉出棒料的長度比較精準(zhǔn)，缺點(diǎn)是需要用戶對數(shù)控系統(tǒng)和電氣有相當(dāng)?shù)牧私猓⒕邆湟欢ǖ碾姎庹{(diào)試能力。

④普通氣缸結(jié)合三爪手指氣缸實(shí)現(xiàn)短料自動送料

首先購買一只小直徑的三爪手指氣缸，接上氣管，用數(shù)控系統(tǒng)的I/O輸出來控制氣缸，同時設(shè)定M代碼定義，將三爪手指氣缸安裝在排刀座上；然后在車床主軸一側(cè)的鈑金上開一個孔，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，滑道末端安裝一個普通小直徑氣缸，同時安裝一根斜滑道到車床外部，和一個振動盤的軌道對接，用數(shù)控系統(tǒng)的I/O輸出來控制該氣缸，同時設(shè)定M代碼定義。

自動送料實(shí)現(xiàn)方法：通過振動盤將短坯料排序到斜滑道，通過重力滑到直滑道處；三爪手指氣缸移動到直滑道的出口處，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；車床卡盤松開，三爪手指氣缸將工件遞入卡盤，卡盤夾緊，主軸旋轉(zhuǎn)，開始加工，周而復(fù)始。

這種拉料方法的優(yōu)點(diǎn)是投入不大，效率高于關(guān)節(jié)式和桁架式機(jī)械手，配上①中的毛坯長棒料支撐裝置即可兼容長料自動送料，缺點(diǎn)是需要對數(shù)控系統(tǒng)和電氣有相當(dāng)?shù)牧私猓⒕邆湓O(shè)備的調(diào)試改造能力，改造周期相對較長，有些數(shù)控車床上不一定有改造的空間，比較適合在機(jī)床廠家推廣此技術(shù)。

通過合適的方法和部分自制件來實(shí)施數(shù)控車床自動化，可以有效降低投資成本，減少維護(hù)難度和使用費(fèi)用，何樂不為？

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