货车轮轴轴颈磨床自动上料系统设计研究

摘要： 某铁路货车车辆厂已建成铁路货车轮轴加工线，加工线上的最重要设备之一是由西班牙进口的货车轮轴轴颈成型磨床。该设备是数控设备，全部加工过程均由计算机控制。轮轴的加工过程已经实现了自动化，一根车轴的实际加工时间不足5分钟。但轮轴的上料和卸料的过程需要人工操作，由于货车轮轴体积大、重量重，而磨床设备又要求上料时位置准确，操作空间很小，加工过程主要的时间用于车轴的上下料。为进一步提高生产线的自动化程度，降低工人劳动强度，提高生产效率，决定研发与该轴颈成型磨床配套的自动上下料系统。

关键词：货车轴颈磨床；可编程控制器；自动上下料；电气控制

中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：

1.绪论

1.1当前形势：

我国铁路车辆的车轴轴颈加工使用的是大型数控外圆磨床（业内简称为成型磨），这种机床大多由国外制造，分水平和垂直进料两种结构形式。国内的铁路车辆生产和修理企业的车轴轴颈加工均采用这种机床，机床由西班牙DANOBA生产（型号为HGg1-2300-AZR）。机床价格昂贵（约100万美元），配件的供货周期很长而且价格很高。

机床的使用效率低、机床附件经常损坏是目前普遍存在的问题，使用效率低不是机床本身的原因而是辅助作业时间过长，机床附件损坏也多是由被加工的工件吊运过程碰坏的。

1.2设计需求：

由于机床价格而昂而且要求上料时要求位置准确，但操作空间又很小，如

用天车上、下料则要求操作人员相当认真的操作，稍有不慎就会碰坏设备，人为因素较多（南车公司眉山工厂就出现过上料时不慎将在线测量装置碰坏的情况）。采用自动化上料就可完全避免此类问题发生。

目前国内已有多台这种机床，但都没有自动上料装置，所以加工效率较低，以北车公司太原工厂为例，单班日产能力不足20根车轴，完全不能满足生产任务的要求，只有安排三班加工或增加机床数量。工作中的大部分时间耽误在上、下料（一根车轴的实际加工时间不足5分钟）。采用自动化上料就可保证单班日产60根/天的加工能力。

1.3可达到的效果效果：

1.较大幅度的提高生产效率，生产效率可提高三倍。

2.可较大幅度的降低加工成本，主要是操作人员的工资成本和使用的设备成本，可少使用两个吊装人员和一台天车及天车司机，三个吊装人员的工资成本每年至少十几万元。

3.可最大限度的降低吊运过程、上、下过程料误操作引起的机床附件损坏。

4.进一步保证了生产的安全性（一根车轴数百公斤重，人工作业本身就存在很大的安全隐患。南车集团石家庄车辆厂就出现过吊运过程碰断操作人员手指的事故）

2. 轮轴轴颈磨床自动上料系统设计的主要结构及参数

2.1整体设计要求:

1.上、下料的整个过程可实现程序控制、自动化完成。

2.控制程序可根据操作人员的熟练程度，机床的状态随时调整。

3.装置有足够的强度和刚度以保证装置使用的可靠性和安全性。

4.有故障报警装置和各部的过载保护装置。

5.装着需保证加工的部件（铁路货车车轴）加工前、后的运输方便。

6.装置的最大体积不得超过：长×宽×高≤17×5×4（m）。

7.装置所有动作的位置误差：≤1.5（mm）。

8.每根车轴的加工时间（包括辅助时间）：≤7min/根

2.2机械设计简述

自动上料流水线由以下部分组成： 1.上料架；2.上料支架；3.主框架；4.移动小车及机械手；5.下料架；6.下料支架；7.液压系统

整条流水线为全自动程序控制，并设置编程及操作用触摸屏（同时在操作人员配置手动控制操作盘）除小车移动为控制变频电机驱外，其余动作大部分由液压执行部件驱动，动作均由PLC自动控制，大部分采.用接近开关和光电开关作为位置传感器（开关的位置精度小于1mm）。车轴放置在上料架上，由天车吊至上料支架处开始实现自动上料，一次可放置八根车轴，加工完成后的车轴放置在下料架上，当放满八根车轴后由天车吊走。所有接触车轴的金属表面均敷设尼龙板用于防止划伤车轴。

2.3控制系统设计

控制动作及顺序如下：

上工序将车轴逐根放置在周转上料架上放满为止 —— 天车将放满八根车轴的上料架吊至上料架支柱上 —— 操作人员启动自动程序 ——水平移动油缸推动移动轴支架移动到第一根轴下停止 —— 升降油缸将第一根轴顶起 —— 水平移动油缸拉动移动轴支架移动到原位停止 —— 升降油缸将第一根轴落在上料支架上面 —— 车轴靠重力滚动到预定位置 —— 对中油缸动作车轴对中 —— 机械手1下移到位后抓起车轴—— 机械手1上移到原位后停止（上料支架水平移动油缸、升降油缸的同时重复上述动作，第二车轴到达预定位置）——移动小车1移动到放轴位置后停止 —— 机械手1下移到位后将车轴放置在磨床的轴支架上——机械手1上移到原位（磨床开始进行磨削工）——移动小车1移动初始位置后停止——移动小车2移动到放轴位置后停止——磨床加工完轴的一端后罩壳打开机械手2下移到位后将车轴抓起后——上移到原位后——旋转180度——下移到位后将车轴放置在磨床的轴支架——上移到原位后停止（磨床开始进行磨削工轴的另一端）——磨床加工完轴的一端后罩壳打开机械手2下移到位将轴支架上的车轴抓起上移（机械手1同时重复原动作）——移动小车2开始移动到下料架位置后停止（移动小车1同时移动到放轴位置后停止）——机械手2下移到位后将车轴放在下料架上（机械手1同时下移到位后将车轴放置在磨床的轴支架）——轴靠自重在下料架上滚动到位——移动小车1、2都回到初始位置，一根车轴完成整个上下料循环 。

2.4系统设计的主要技术参数：

1） 设备的总重量：（不包括水泥基础）

主框架4980+上料架620+上料支架总成840+上料架支柱（160*4）+移动小车总成780+下料架660+下料架320+下料架支柱（160*4）+整条液压系统（包括托链）650+电控系统240=9750（kg）

2）设备的外形尺寸： 长*宽*高=16830*4607*5925

3）机械手的升降速度; 15m/min

4）移动小车的移动速度：15m/min

5）液压系统功率：7.5（kw）

6）液压系统工作压力：＜16Mpa

7）移动小车电机功率：2*1.1 （kw）

3.结束语

本文通过查阅相关文献，构建该磨床自动上下料系统的整体设计思路，接下来将选用性价比高的电气控制设备完成各动作的实现。

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