普通金切设备自动化改造技术研究与应用

王雷飞，段松松，高 博，伍卫民，刘安宁

（中国一拖集团有限公司大拖装配厂，河南洛阳 471000）

0 引言

中国一拖集团有限公司大拖装配厂是生产拖拉机和加工拖拉机核心零部件的主要企业，拥有主要生产设备1015 台，其中，金切设备528 台、数控类设备149 台。中小件两个加工车间70%设备为普通金切设备，自动化程度和生产效率低，普遍存在1 人1 机现象。生产的合理性、高效性、精确性、灵活性是目前制造业一直追求的方向。对制造业的发展具有积极推动的作用。为了优化资源和节约人工成本，对原有性能较好的机床进行自动化改造。提升这类机床的自动化程度、拓展机床的专门化应用，降低职工劳动强度，提高生产效率，实现1 人多机。通过对比普通机床和数控类设备，总结经验，针对生产零件结构，不断改进普通设备自动化性能。下面针对两类设备的自动化改造过程进行说明。

1 立式钻床的自动化改造应用

公司小件车间加工拖拉机拨叉、拨头、差速锁套等小型零部件，年产量约30 万件。有各类普通立式钻床20 多台，全手动操作，操作工劳动强度大。进给量无法精确控制，产品加工质量问题时有发生，简易自动化改造是有效的解决方案。

1.1 改造方案

采用步进电机 ZD -3HE2270M、小型涡轮蜗杆减速器RV75-050、驱动器、控制器JIAHFOAXIS -CON/TROL -0800V1.0 等相关电气元件，自行设计加工传动水平轴、连接板等机械配件。

1.2 改造步骤

（1）查阅资料，选用步进电机、减速器（图1）、控制箱（图2）。

（2）分解Z5140B 立式钻床进给机构（图3），拆除不需要的刻度盘等零件（图4）。

图1 步进电机和减速器

图2 控制箱

（3）对原水平轴进行重新设计加工（图5）。

（4）设计步进电机和加速器安装的连接板（图6）

（5）安装（图7）。

1.3 改造效果

（1）通过编程控制实现了钻孔进给机构的自动进刀。

（2）实现了钻孔进给量的自动化，提高了零件加工质量，减少人为误差。

（3）提高了生产效率，降低了劳动强度。

（4）创新了一种立式钻床简易自动化改造的解决方案。

2 立式、卧式铣床简易数控化改造应用

中件车间加工拖拉机传动箱上盖、动力输出后盖等拖拉机核心关键件。有各类立式、卧式普通铣床15 台，加工端面及平面的重要工序。全手动操作，重复性进刀，操作工劳动强度大。

2.1 改造方案

采用2016 款CM45L 系列步进式运动控制，110HCY220A L3S-TK0 步进驱动电机，设计制作了连接过渡法兰盘、控制电箱等配套零部件。在X、Y、Z向丝杠分别增加步进电机，3个方向增加极限位开关，实现双极限位保护，配合数控系统达到闭环控制要求。通过简单编程完成整个加工流程。操作简单、反应灵敏、故障率低。

图3 进给机构

图4 刻度盘、手柄

图5 原手动水平轴

图6 安装连接板

图7 改造前后

2.2 改造步骤

（1）选用步进电机、控制箱。

（2）检查旧机床丝杠，将磨损丝杠更换成滚珠丝杠。

（3）拆除原有手动控制的机械转向机构。

（4）设计各轴连接电机的连接板，便于安装联轴节。

2.3 改造效果

（1）实现了钻孔进给机构的自动进刀编程控制。设备在程序发出动作指令下驱使执行机构。

（2）通过编程精确自动进刀，减少人为误差，提高了零件加工质量。

（3）1 人操作2 台设备，提高了生产效率，降低了劳动强度。

（4）创新了一种铣床自动化的改造方案。

（5）采用国际通用的G 代码编程，方便操作，具有良好操作性。

3 设备自动化改造的意义

（1）节省资金投入。普机设备改造相对于更新数控设备投入少，能达到同样效果。

（2）提高加工零件质量。通过控制系统、步进电机、滚珠丝杠等精确进刀，代替人工手动操作，减少人为误差，加工精度更加精确。

（3）提高生产效率。控制系统能实现X、Y、Z 主轴同时进行。加工速度快，减少加工停顿时间，灵活高效。

（4）减少劳动强度。人工操作部分由系统控制。编好程序后，只需人工上下料，无需人工重复进刀。

（5）减少人工成本。改造后通过调整设备工艺布局，可1 人操作2 台或3 台设备，大大减少用工数量。

（6）批量化生产。对于加工工序比较简单，适合成批量生产的工序设备，采用简化的数控自动控制系统实施改造，既可以实现改造要求，达到数控自动化加工的基本要求，又大大降低改造成本，方便编程、操作，操作性强。