车活塞销双端面自动机床
图1 工序图
图2 加工方案
车活塞销两端面自动机床专门用于车削活塞销两端面及倒内外角。可加工的活塞销直径为25～35，长度为65～95mm(图1)。机床为全自动，操作者只需将毛坯送入料槽，按动循环按钮，则毛坯的送进、夹紧、动力头前进、车端面、倒内外角、动力头后退、松开夹具、落料等动作完全按所编程序完成。当料槽中的毛坯加工完后，如不再加料，则机床将自动停止循环，并在一分钟内将油泵关闭。节拍时间随活塞销直径大小及粗糙度要求不同而有所不同，一般在7秒左右。
本机床由我校机械系设计室设计，昆明机床厂制造。已于1992年6月在用户厂调试验收完毕，投入生产，工作情况完全符合设计要求。
1 总体布置
为了便于工件的装夹、定位以及保证两端加工面的表面粗糙度、形位及尺寸精度，我们采用了两个微型车端面动力头，对两端面同时进行车削的加工方案(图2)。两动力头相对地分别安装在两个微型液压滑台上，液压滑台又安装在钢板焊接床身上。工件由夹紧机构夹紧在V形块中并径向定位。在夹紧过程中，夹紧机构同时又对工件作轴向定位。
整机中，除动力头主轴的旋转运动是由电动机通过三角皮带直接驱动外，其他动作都由液压传动完成。液压站设计成一个独立的装置，与床身分开配置。电控部分采用一个微型可编程序控制器(PLC)，工作可靠，寿命长。
按钮板置于机床前右方，高度适宜。操作者从机床前上方斜料槽口放入毛坯，加工后的工件由前下方出件口滚出。加工区视线良好，操纵舒适，观察调整方便。电线、油管大部分隐置于床身内，整机形体方直明快、简洁平整(图3)。
图3 机床外观
2 微型车端面动力头
动力头主轴支承在两个锥形滚子轴承中。前端有接盘与刀盘相连接，后端装有皮带轮，由电动机传动。主轴为中空结构，内部穿有拉杆。拉杆前端有齿条，该齿条与刀盘中的齿轮啮合。拉杆后端通过双向推力轴承与油缸的活塞杆相连。该推力轴承用于将主轴的旋转运动与活塞杆隔开(图4)。
刀盘通过主轴前端接盘上的止口与主轴相连接。刀盘的结构如图5，刀盘体4上设有径向的燕尾槽，镶配有拖板2，拖板上装有刀夹1，拖板的背面装有齿条3，齿条与刀盘中的齿轮5相啮合，当刀盘与主轴相连时，此齿轮又同时与主轴中拉杆前端的齿条6相啮合。当PLC发出指令使主轴背后的活塞杆后移时，其前端的齿条驱动刀盘齿轮逆时针转动，齿轮又驱动刀盘拖板向中心移动。刀夹上装有三把车刀，中间一把用于车削端面，上面一把车刀用于车削外角，下面一把车刀反装，用于车削内角，因而刀夹在向中心移动的过程中，即可完成切内角、切端面及切外角的运动。走刀结束时，刚好碰到行程开关，使油缸反向，刀夹退回原位。三把车刀伸出刀夹的长度分别决定了所倒出内、外角的大小以及所车出活塞销的长度。刀杆上铣有很小的斜面，以免切削力将车刀推入刀夹
图4 动力头结构
图5 刀盘结构
3 微型液压滑台
动力头安装在该滑台的台面上，台面则由滑台中的油缸推动。滑台油缸与刀盘走刀油缸之间有顺序阀相连接。在工作循环中，滑台油缸首先被驱动，当动力头被推到位时，台面碰到死挡铁，液压系统中的压力升高，将顺序阀打开，刀盘走刀油缸开始动作，刀夹即向中心进给。
图6 送料及夹紧装置
图7 轴向定位装置
图8 焊接床身结构
4 送料装置及夹紧机构
本机床的送料装置(图6)较为简单，为一倾斜放置的双折式料槽，靠重力自动下料。当夹紧油缸向前推进时，即将一只活塞销推向V形块作径向定位并夹紧。在推向V形块的过程中，活塞销两端面与两个轴向定位爪的斜面相接触(图7)，同时压缩弹簧，迫使活塞销作轴向定位，直至将活塞销压紧到V形块上为止，轴向定位过程结束。此时轴向定位油缸动作，将轴向定位爪拉向左方，退出刀盘切削区。
为了防止切削时切屑落在L形托板上，影响后续工件的定位精度，本装置在推料出口处装有橡胶挡帘，推料时将其顶起，盖在工件上面，挡住加工时溅落的切屑。当L形托板向右退回时，挡帘下垂，切屑自然抖落，保证定位区无切屑，提高了定位的可靠性。
5 床身
床身(图8)由钢板焊接后内部浇灌混凝土而成。混凝土钢板焊接床身具有较好的技术经济效果，比较已生产的三台机床，造价低于铸造床身40%左右，制造周期缩短了近一个月，抗振性能也极为良好，加工表面平整无振纹。我们认为在专用机床设计中有一定的推广价值。
6 液压系统
液压系统原理图见图9。液压系统未采用集成块而采用板式安装。经核算，在单件生产时，板式的成本比集成块的要低30%左右。
本机采用双联泵YB12/12，其目的是使左右两个动力头各有一个独立的动力源，可分别调整各自的溢流阀，使两个动力头的动作协调一致。
图9 液压系统原理图
电磁阀YV2控制夹紧油缸断电夹紧，图9所示YV2为通电松夹状态。
7电气系统
电控部分(图10)采用了日本IDEC公司的MICRO-1型PLC控制，故电控部分故障少、寿命长。为了节省PLC的输入、输出点，该机的手动控制部分都没有通过PLC。另外，油泵的接触器KM1也采用了常规的电路。
图10 电控原理图
本机的自动动作过程如下：将SA1扭向“自动”，“1”置位。按下SB1启动油泵，KM1通电自保，“0”复位。此时PLC中的TIM0开始计时，如果在一分钟内不按自动循环按钮SB5(输入点“7”)则TIM0将切断油泵(输出点“200”)。相反，如在TIM0计时的一分钟内按下上述按钮SB5，则201置位且自保，并将TIM0切断。与此同时，“203”复位，使YV2断电夹紧。夹紧到位后，SQ2通，使“4”置位而使YV3、YV1通，二动力头前进，同时动力头原位的SQ5断开，即“6”复位，从而使TIM1计时一秒后置位。动力头到位后，SQ3、SQ4通，使“5”置位，延时一秒后，二动力头退至原位，并压下原位开关SQ5，使“6”置位。因PLC对梯形图是从上而下扫描的，当扫描到梯形图倒数第三行时，TIM1还未被切断，所以辅助继电器403能置位，当扫到下一行时，即将TIM1切断(以备下次循环时使用)，从而使循环又重新开始。如果在循环中，工件已加工完，夹紧油缸将多前进一段距离，碰行程开关SQ6，使“2”断开，自动循环随即停止。如果未能在一分钟内重新加料，则油泵电机也将自动停止，避免了油泵过长时间的空运转。
8 结束语
从用户使用的情况来看，设计总的是成功的，工作也是可靠的。存在不足之处是：在更换工件品种时，调整下料槽宽和对刀稍微费时。其次，床身采用14mm厚的钢板焊成，从最后测试的情况来看，偏于保守，估计采用12mm的就已足够。
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