小型鼠笼式转子铁芯内孔自动钻孔专机的开发*

陆人华

（浙江机电职业技术学院，浙江杭州 310053）

0 引言

电机是动力能源，在各类设备中得到广泛应用。电机转子是电机中的关键零件，其上孔的机加工技术成为制约电机发展的瓶颈[1]。目前国内生产企业使用普通数控钻床和立式加工中心加工，但很多小尺寸、多工序零件的加工存在着设备购置成本高、加工效率低等问题。本文研究解决这一难题的相关技术，在保证经济效益和机床制造成本较低的前提下，研究设计出适用于小转子铁芯内孔自动钻孔专用设备，使电机转子心轴钻孔工序中的定位、夹紧、钻孔、下料实现自动化，从而提高加工质量与效率，降低劳动生产成本。

1 自动钻孔专机的结构布局

自动钻孔专机是一台多功能的自动化组合机床。根据转子铁芯内孔的自动钻孔动作方案设计要求，对设计过程进行细化，得到的自动钻孔专机功能结构布局如图1所示[2]。由图可知，转子进入传送装置后，传送带将待加工转子传送到进料气缸推送位置，进料气缸从进料等待区定量推送一个转子到转子夹紧工位，到位后气缸活塞缩回；转子到达夹紧工位后，首先夹紧气缸活塞伸出夹紧工件；紧接着进给气缸活塞伸出带动台钻主轴下降进行钻孔加工，待转子铁芯内孔钻穿后，进给气缸活塞缩回，待台钻主轴退到位后，夹紧气缸活塞缩回放松转子，同时下料气缸活塞缩回，转子落到下料道进入转子收集框中，下料气缸活塞伸出重新堵住下料孔完成1次加工过程，后面的加工就是重复前面的操作过程。

图1 自动钻孔专机设计方案

2 自动钻孔专机的机械系统设计

2.1 机械系统的结构设计

自动钻孔专机主要由钻孔机构、进给机构、传动机构、送料机构、夹紧机构及下料机构组成[3-4]。这些功能子部件在电气系统控制下，配合气动系统等，实现钻孔的加工自动化。其中，钻孔机构采用通用台钻的机械结构；进给机构由齿轮、齿条和进给气缸组成；传动机构采用传送带进行传送转子；送料机构、夹紧机构、下料机构均采用气缸实现。其三维结构如图2所示。

图2 转子自动钻孔专机整体结构

2.2 自动钻孔专机的动作流程

具体动作流程如图3所示。按下启动按钮，台钻电机及传送带电机启动，下料汽缸活塞伸出，推动滑块封堵住下料口，人工将转子放入传送带槽中；当进料接近开关传感器探测到有转子时，延时2 s后，进料汽缸活塞伸出，把传送带最前端的转子推进到夹紧通道上，然后进料汽缸活塞缩回，延时0.5 s后，夹紧汽缸活塞伸出推动转子到加工工位并与定位V型块（图1）一起夹紧工件；钻孔工位光电传感器探测到有转子时，安装于台钻主轴箱侧面的钻孔进给汽缸活塞伸出，通过推动齿条带动齿轮使钻头垂直向下进给，对转子进行钻削加工；当钻孔深度控制接近开关传感器探测到信号时，表明孔已钻通，钻孔进给汽缸活塞缩回钻孔起始接近开关传感器探测到信号时，下料汽缸活塞缩回，夹紧汽缸活塞缩回松开转子，转子落下到下料滑道中，一次循环结束，后面操作为重复前面动作。

图3 自动钻孔专机动作流程

3 自动钻孔专机的电气控制系统设计

3.1 电气控制原理

自动钻孔专机的电气控制由主电路与控制电路组成，如图4所示。主电路由钻孔电机M1、传动电机M2、吸尘电机M3组成，合上空气开关QS接通电源吸尘电机M3就一直工作，在电机M1、M2和M3前设置了短路保护的熔断器FU1和FU2。控制电路由交流继电器KM、开关电源TB、PLC控制器和照明电路组成；按下按钮SB交流继电器KM吸合，钻孔电机、传动电机启动，合上空气开关QF1开关电源TB输出24 V电压为PLC供电，通过PLC控制电磁阀实现转子的送料、夹紧、进给、下料等工作。

图4 自动钻孔专机电气控制电路

3.2 电气控制的线路连接与I/O口的分配

自动钻孔专机选用信捷XC3-32RT-E控制器，其接线如图5所示[5-6]，I/O口分配如表1、表2所示。

图5 自动钻孔专机接线图

表1 输入地址

表2 输出地址

4 自动钻孔专机的气动系统设计

自动钻孔专机的气动系统如图6所示，自动钻孔的送料、夹紧、下料、进给等动作均通过气缸提供动力来实现的[7]。在工作时与各气缸相连的电磁阀是互锁通电的。基本循环路线：下料汽缸5推动滑块封住下料口—送料气缸3控制送料—气缸3推送工件运动至夹紧气缸通道4正下前方—夹紧气缸4夹紧工件—进给气缸6推动齿条和齿轮运动进行钻孔加工电机开始钻孔。自动钻孔专机工作时各气缸电磁阀YV1与YV2互锁通电，YV3与YV4互锁通电，YV5与YV6互锁通电，YV7与YV8互锁通电[8]。初始状态，电磁阀YV2、YV4、YV8得电，当按下起动按钮时，电磁阀YV1、YV5得电，延时一定时间后电磁阀YV3与YV7得电，当工件加工完毕后，电磁阀YV4、YV6、YV8得电，这样完成1次加工操作后，循环前述过程。

图6 自动钻孔专机气动控制原理图

送料气缸、下料气缸、夹紧气缸采用SNS SDA32×25；进给气缸采用SNS SDA20×15，电磁阀采用吉尔灵4V410-15。

5 结束语

自动钻孔专机能极大地提高小型鼠笼式转子转轴孔的钻孔效率和质量，降低劳动力成本。使原来1人操作1台钻控设备造成的劳动强度高、质量不稳定情况，转变为1人同时可以操作3～4台自动钻孔专机，每台加工效率提高50%，并且质量稳定，每台设备经过测算每天能完成12 000个转子的铁芯内孔钻削，经济效益成倍增长。