中小企业低成本自动化解决方案

当下，劳动力价格急剧上涨，一线操作工人的敬业精神也无法和十年前相比，这意味着中国制造业的“人口红利”在消失。劳动力紧缺和如何把人从简单乏味的重复劳动中解脱出来，是当前制造业面临的两大难题。以现代化、自动化的装备提升传统产业，推动技术红利替代人口红利，成为中国制造产业优化升级和经济持续增长的必然之选，以“机器换人”为核心的智能自动化制造已经逐步成为企业的选择。

　　自动化虽好，但是很多自动化方案造价昂贵，维护费用同样高居不下。举个例子，某汽车厂一条车身焊接自动化生产线，6台焊接机械手，造价1400万，工程集成实施费用150万，每年的维护费用70万。

　　有没有能让中小企业也能买得起用得起的自动化解决方案呢？

　　数控车床加工是制造业工厂非常常见的加工工序。今天，我们就来探讨数控车床加工的低成本自动化。

　　虽说数控车床已是自动化程度较高的现代化装备，但操作岗位依然很难招工。究其原因，直接创造价值的工件切削运动，已完全由机床来完成，数控编程大多由工艺部门或者车间级技术部门来承担，数控车床操作工的工作只剩下简单的送料和接料工作。

低成本自动化是中小企业梦寐以求的生产模式

　　某种程度上说，这种乏味的工作，是对人聪明才智的摧残，在劳动力紧张的当下，已经很难吸引到满怀梦想的年轻人的青睐，这也是数控车床操作工奇缺的根本原因。

　　在数控车床上配装自动送料和自动接料系统，是提高机床自动化程度的一种方式，可以立竿见影解决难招操作工的问题。部分工厂没有实施自动化的理由是产品利润微薄，无法支撑实施自动化的巨大投入，或者是工厂缺乏自动化的管理实施人才。数控车床自动化一定需要巨大的投入和管理费用吗？不一定，具体情况具体分析，因地制宜、量体裁衣实施自动化，完全有可能做到低成本的自动化。

　　数控车床的自动接料比较简单，一个气缸、一个料斗、一条传输带就可以完成全部的动作，本文不做详细介绍。而数控车床的自动送料很复杂，不同的毛坯材料形状、材质、长短、重量，都会有不同的送料方式。老金针对用户量最大的圆形钢件做了可行性研究，根据毛坯材料长短的区别，把送料方法分为长料自动送料和短料自动送料两大类。

　　数控车床长料自动送料的方法可分为推料法和拉料法两种。推料指的是推料设备位于数控车床外，用推力把长棒料从主轴通孔推入机床；拉料指的拉料装置位于机床内，用拉力把长棒料从主轴通孔拉入机床。推料法有成熟的商品化设备，如可以放置多根棒料的储料式长棒料自动送料机、放置单根棒料的单管油浴式长棒料送料机和重锤式长棒料送料机，经过制造厂商的商品化推广，在工厂中的认知度比较高，应用也比较广泛。

　　拉料法投入很小，因商业化的价值不高，研究和推广的人都很少，但拉料法自动送料装置的使用效果不亚于推料法的送料机，投资少、见效快，非常值得在工厂推广。

　　提起短料自动送料，大家比较熟悉的有关节式机械手、桁架式机械手等商品化的自动送料设备。这些机械手投资较高，柔性较好，但对于大批量的单一产品，存在着运动行程过大导致效率较低、占地面积较大导致的空间浪费、安装调试复杂、后期使用费用高等现象。很多工厂希望使用一种结构简单、投资较小、针对性强、效率高的短料自动送料装置，既要马儿跑的快，还要马儿少吃草，可以做到吗？

　　回答是可以做到。老金经过大量的工厂实践、调研、试验，通过汇总、总结、研究、改进，推出了四种投资在千元级、简易可靠的自动送料方法，在部分工厂得到了应用并得到了广泛好评。其中三种为拉料法长料自动送料，一种为短料自动送料。这四种方法可适用于任何配备自动夹紧机构的数控车床，气动夹紧、液压夹紧、电动夹紧均可，而且适合在数控车床上进行改造，改造周期短，基本不影响工厂原有的生产条件。如果目标数控车床不带自动夹紧机构，需要同时改造夹紧系统，这种情况下投资就过万了。

　　假设我们现在拥有一台带液压卡盘的排刀式数控车床，液压卡盘和液压油缸为中空，可穿过主轴的最大棒料直径为45毫米。现以这台数控车床作为参照物，来描述四种自动送料方法的原理和优缺点。

　　①拉钩式拉料器实现长料自动送料

　　首先需要自制一套毛坯长棒料支撑装置，针对的毛坯长棒料长度不超过2.5米。方法是：测量毛坯棒料直径和车床主轴拉管内径，车削5-10只尼龙套，尼龙套的外径小于主轴拉管内径、内径略大于棒料外径，将尼龙套放置于车床主轴拉管内，目的是为了防止长棒料在主轴内甩动；用角钢焊接一个三脚架，三脚架上安装一个轴承座，调整轴承座的中心高和车床的主轴孔中心高一致，车削一只尼龙套，尼龙套的外径等于轴承座的内孔尺寸、内径略大约棒料尺寸，把尼龙套镶嵌入轴承座，目的是为了防止长棒料在机床主轴外的部分甩动。

　　然后制作一个拉料钩，拉料钩的宽度不大于2毫米，将拉料钩安装在排刀座上。

　　自动送料实现方法：先将毛坯棒料穿过轴承座，穿过主轴拉管通孔，露出待加工的部分；对刀，卡盘夹紧，车削第一个工件，切断已经完成加工的工件，然后用切槽刀在毛坯待加工表面割一个小于2.5毫米的浅槽，车床主轴停止；拉料钩Z向进给到浅槽处，X向进给至槽底，卡盘松开；拉料钩将棒料拉到待加工位置，卡盘夹紧，主轴转动，继续加工。周而复始，直至棒料用完，重新换棒料加工。

　　这种拉料方法的优点是没有技术门槛，投资非常的少，改造周期非常短，对棒料的重量不敏感，缺点是如果切削屑卡入浅槽，拉出棒料的长度可能不会很准确。

　　②弹簧式两爪拉料器实现长料自动送料

　　首先自制一套①中的毛坯长棒料支撑装置。然后自制一只弹簧式两爪拉料器，也可直接购买尺寸适合的商品化机械两爪，安装在排刀座上，测量棒料直径，把拉料器两爪的间距调整为小于棒料直径0.5-0.8毫米。

　　自动送料实现方法：先将毛坯棒料穿过轴承座，穿过主轴拉管通孔，露出待加工的部分；对刀，夹紧卡盘，车削第一个工件，切断已经完成加工的工件，主轴停止；然后将弹簧式两爪拉料器Z向进给推到棒料上，利用弹簧压力夹住棒料，卡盘松开；弹簧式两爪拉料器将棒料拉到待加工位置，卡盘夹紧，主轴转动，继续加工。周而复始，直至棒料用完，重新换棒料加工。

　　这种拉料方法的优点是没有技术要求，投资较少，改造周期非常短，缺点是如果棒料重量过大，弹簧力的夹紧力不够，会出现拉不动的现象。

　　③三爪手指气缸实现长料自动送料

　　首先自制一套①中的毛坯长棒料支撑装置。购买一只小直径的三爪/两爪手指气缸，接上气管，用数控系统的I/O输出来控制气缸，同时设定M代码定义。将三爪手指气缸安装在排刀座上。

　　自动送料实现方法：先将毛坯棒料穿过轴承座，穿过主轴拉管通孔，露出待加工的部分；对刀，夹紧卡盘，车削工件，切断已经完成加工的工件，主轴停止；三爪手指气缸夹住棒料，卡盘松开；弹簧式两爪拉料器将棒料拉到待加工位置，卡盘夹紧，主轴旋转，继续加工。周而复始，直至棒料用完，重新换棒料加工。

　　这种拉料方法的优点是投入少，改造周期短，夹紧力较大，拉出棒料的长度比较精准，缺点是需要用户对数控系统和电气有相当的了解，并具备一定的电气调试能力。

　　④普通气缸结合三爪手指气缸实现短料自动送料

　　首先购买一只小直径的三爪手指气缸，接上气管，用数控系统的I/O输出来控制气缸，同时设定M代码定义，将三爪手指气缸安装在排刀座上；然后在车床主轴一侧的钣金上开一个孔，孔的高度和三爪手指气缸的中心高一致，孔上安装一根直滑道，滑道末端安装一个普通小直径气缸，同时安装一根斜滑道到车床外部，和一个振动盘的轨道对接，用数控系统的I/O输出来控制该气缸，同时设定M代码定义。

　　自动送料实现方法：通过振动盘将短坯料排序到斜滑道，通过重力滑到直滑道处；三爪手指气缸移动到直滑道的出口处，普通气缸将工件推入三爪手指气缸，三爪手指气缸夹紧工件；车床卡盘松开，三爪手指气缸将工件递入卡盘，卡盘夹紧，主轴旋转，开始加工，周而复始。

　　这种拉料方法的优点是投入不大，效率高于关节式和桁架式机械手，配上①中的毛坯长棒料支撑装置即可兼容长料自动送料，缺点是需要对数控系统和电气有相当的了解，并具备设备的调试改造能力，改造周期相对较长，有些数控车床上不一定有改造的空间，比较适合在机床厂家推广此技术。

　　通过合适的方法和部分自制件来实施数控车床自动化，可以有效降低投资成本，减少维护难度和使用费用，何乐不为？