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一种经济型数控车床自动上下料机构的控制设计

摘要：随着国内用工成本的上升，上游企业对质量的要求更严格，

同时，国内很多机械加工行业面临着用工荒、用工难。数控机床的

自动化发展就成为一种必然趋势。数控机床加装自动上下料机构实

现单机自动化是自动化加工发展的初期阶段。做好自动化单机，是

数控机床自动化的基础。

关键词：经济型数控车床自动上下料控制

随着国内用工成本的上升，上游企业对质量的要求更严格，同时，

国内很多机械加工行业面临着用工荒、用工难。由于中西部开发，

很多人已经不乐意背井离乡出外打工，而且，80后90后作为用工

主力，已经不乐意每天重复机械的劳动，这就导致了管理困难性和

复杂性。如此一来，就迫使加工企业寻求采用自动化单机、自动化

生产线等方式将劳动者从机械重复的简单劳动中解放出来，同时可

以保证产品质量的一致性。数控机床的自动化发展就成为一种必然

趋势。数控机床加装自动上下料机构实现单机自动化是自动化加工

发展的初期阶段。做好自动化单机，是数控机床自动化的基础。本

文讨论的自动上下料机构，为经济型自动上下料机构，不包含机器

人。从成本角度讲，机器人并不适合于与经济型数控机床配合工作，

也并不能被大部分的机加工企业所接受。

1目前市面常见的经济型数控车床的自动上下料机构种类

1.1振动盘选料、定方向，将工件排成特定的姿态，料槽输送工

件到机床内部，气压驱动的导轨传递工件式；

1.2振动盘选料、定方向，将工件排成特定姿态后，料槽式输送

到机床内部，利用机床拖板运送工件式；

1.3工件放置在托盘上，托盘分行运动，桁架式机械手抓取工件，

利用机械手抓取托盘上的工件，将工件送到机床主轴上，并可以利

用机械手将工件从主轴上取下。

当然还有其他种类，但基本类似，可以归入其中。其中振动盘有

专业化厂家生产，一般采用外购机械本体和控制部件的方式，比较

成熟，在此不讨论。

下面以第一种结构，即振动盘选料，定方向，料槽输送工件到机

床内，气压驱动的导轨传递工件方式为例，分析控制系统的设计。

2实例及结构构成，需要控制的运动数量和工作顺序简述

2.1典型结构图

2.2运动部件。推料气缸1，负责将料槽内的工件推入取料斗内。

推料气缸2，负责当取料斗下降到主轴中心时，将工件推入主轴上

的夹头内。升降气缸，负责拖动取料斗上下运动，将工件从料槽高

度运送到主轴中心高度。主轴尾部的回转气缸，负责弹簧夹头的夹

紧和松开动作。每个气缸的气管接头采用调速接头，便于调整运动

速度。

2.3运动部件的控制和检测。推料气缸1和2，两个气缸分别由

2个4v210单电磁铁电磁阀控制，气缸活塞带磁环，每个气缸上有

两个cs-1磁控开关检测极限位置。升降气缸为了调整方便，采用

4v230的双电磁铁电磁阀控制。

回转气缸采用4v230双电磁铁电磁阀控制，因为行程只有2～3mm，

检测开关精度有限，无法可靠检测，只利用压力开关pk-510检测

工件夹紧后的气缸压力。

料空检测开关，用于检测料槽中是否有工件，采用接近开关

pm12-04n型。

2.4工作顺序。机构初始状态：升降气缸在上位，推料气缸1和

2均为缩回状态，取料斗内无工件，主轴夹头上可以有工件，也可

以没有。拖板在安全位置，气缸动作不会与机床干涉，此处需要调

试者目测。

2.4.1取料动作：升降气缸上位检测on，料空检测开关on，推

料气缸1伸出，将工件推入取料斗内。检测到推料气缸1伸出位on

后，延时t1秒，推料气缸1退回。检测到推料气缸1回退到位信

号on，取料动作完成。如图所示的圆柱形工件，推料气缸1头部缩

回后，工件即依靠重力顺序滚下，由料槽控制位置。

2.4.2弹料动作：主轴上的回转气缸松开，将弹簧夹头松开，夹

头内的工件由夹头内的弹簧杆弹出，延时t2秒后，弹料动作完成，

工件掉落入特定的接料斗内。

2.4.3上料动作：升降气缸下行，下行到位开关on后，延时t3

秒，推料气缸2伸出，利用推料杆将工件推入主轴上的弹簧夹头内。

推料气缸2伸出到位信号on，延时t4秒后，回转气缸夹紧，使主

轴上的弹簧夹头夹紧工件，气缸压力提升后pk-510压力开关on，

表示工件已夹紧。推料气缸2