同步移動式定長切割裝置的研制

吳小邦

（常州機電職業(yè)技術學院，常州 213164）

1 問題的提出

從玻璃板輸送線上進行定長切割玻璃，目前很多廠家仍沿用人工切割的方法，不僅勞動強度大，生產率低，且切割質量不易保證。某些廠家采用的玻璃定長切割裝置，長度控制采用方式是用一滾輪壓在運動的玻璃板上，滾輪后面的編碼器根據(jù)其每轉發(fā)出的脈沖數(shù)，轉換成玻璃板走過的距離，當達到設定的脈沖數(shù)前，即發(fā)電信號給切割裝置啟動。這種裝置的缺陷是：

1）由于是在運動中切割，切割方向和輸送方向是不垂直的，要有附加的機械結構，且輸送速度的波動直接影響到切割長度和垂直度；

2）提前設定的脈沖數(shù)難以確定。玻璃板表面的高低不平會影響到滾輪的轉數(shù)，影響了編碼器得到的脈沖數(shù)，從而直接影響到定長控制。

由于以上技術應用中存在的問題和不足之處，影響了切割裝置的推廣使用。在深入了解生產現(xiàn)場流水線布置形式及工藝流程的基礎上，本人為生產廠家研制了一種能精確定長控制輸送線上玻璃板長度的切割裝置，長度誤差可控制在1mm以內，且能達到切割自動控制，無人值守。

2 專機設計思路

1）模擬人工劃玻璃的方式，應用切割裝置和輸送線同步移動的新穎形式，在同步移動過程中切割刀和玻璃板在輸送方向無相對運動，以精確保證切割長度。

2）切割、抬刀、擋料、框架復位等全部動作均采用氣動位置控制形式，安全可靠，易于實現(xiàn)動作自動化。

3）因玻璃板較寬，切割頭的移動距離長，采用無桿氣缸代替復雜的機械傳動結構，也可使移動框架重量更輕，從而使玻璃板推動框架縱向移動時更靈活。

4）定長裝置中的擋料板可調節(jié)，可預先調整好定長尺寸，以適應不同的玻璃切割長度。

3 專機設計結構

3.1 總體設計

專機為達到上述目的采用的技術方案是：

由二立柱和一橫梁組成的龍門框架橫跨玻璃輸送線，其二立柱由滾動導軌及滾輪在固定座上導向，整個龍門框架可輕松縱向移動。

龍門框架上橫梁正面安裝一無桿氣缸，在無桿氣缸的滑塊上聯(lián)結切割頭；在橫梁中部上側面安裝玻璃板定長裝置，其上的叉形擋料座可縱向擋住前進中的玻璃板。

同步移動切割完成后，龍門框架的復位由安裝在固定座上的氣缸控制，等待下一次切割。

該裝置如圖1和圖2中A-A、B-B剖視圖所示。由二立柱3和一橫梁5組成的龍門框架橫跨玻璃板輸送線，其立柱一端底部固定在滾動導軌2的滑塊上（采用雙滑塊），導軌則安裝于輸送線側面的固定底座1上；立柱另一端底部則安裝在滾輪架10上，滾輪架上安裝有滾輪11及用于微調的偏心軸12，滾輪11沿淬硬的支承板13滾動。由于是滾動磨擦，整個龍門框架可輕松縱向移動。其中橫梁5的高度可根據(jù)輸送線的高低由調節(jié)裝置4通過絲桿螺紋調節(jié)。

圖1 定長切割裝置的結構圖

橫梁正面安裝一無桿氣缸6，在B-B剖視圖中，在無桿氣缸的滑塊上聯(lián)結玻璃切割頭7（參看圖1中件7）的基板7-1，其上安裝有回轉氣缸7-4的支架、彈簧拉栓7-2、滾動導軌7-8，回轉氣缸上聯(lián)接了偏心輪7-3，可通過軸承7-5推動安裝于直線滾動導軌上的縱滑板7-7，在縱滑板上聯(lián)接有刀體7-10（上面固連有玻璃切割刀片），切割力的調整由彈簧7-6通過彈簧拉栓7-2調節(jié)（轉動時，里面螺桿可上、下移動控制彈簧伸長），同時刀體擺角的限位由刀體限位螺母7-9調節(jié)。

在橫梁中部上側面安裝有玻璃板定長裝置8，在A-A剖視圖中，其上的叉形擋料座8-1和箱體8-3中的擺動軸8-2螺紋聯(lián)接，可使刀片至擋料座的定長尺寸L可調。擺動軸由二向心軸承8-4支承，所受軸向力由推力軸承8-5承受。定長裝置旁的定位氣缸9可推動安裝于直線滾動導軌8-8上的齒條8-7，通過擺動軸8-2上的齒輪8-6使叉形擋料座擺動一定角度，以完成擋料和放料動作。定長裝置8和定位氣缸9通過連接底板8-9和橫梁聯(lián)接。

圖2 定長切割裝置的剖視圖

整機切割運動過程如下：當玻璃板輸送至碰到叉形擋料座8-1時，龍門框架就在玻璃板推動下開始脫離限位擋鐵15，沿直線滾動導軌2，和輸送線同步向前縱向移動，這時限位擋鐵上的接近開關發(fā)出電信號，使無桿氣缸6動作，帶動切割頭7向右運動進行切割，至氣缸行程終點時停止，切割頭中的回轉氣缸7-4帶動偏心輪7-3轉90°，使切割刀架7-7在彈簧7-6的拉動下向上抬刀，此時切割頭在無桿氣缸帶動下再快速向左返回至原位停止，回轉氣缸再反轉90°使刀架向下復位待切割。在切割頭返回移動的同時，定位氣缸9推動齒條8-7通過齒輪8-6使叉形擋料座向上擺動45°，以讓開已切下的玻璃板，并由下面的雙速輥道快速帶走（由雙速電機控制）；在叉形擋料座向上擺動到位的同時，聯(lián)結在固定底座1上的二只復位氣缸14伸出，推動立柱使框架退回到限位擋鐵15位置，接著復位氣缸返回；同時叉形擋料座在定位氣缸9帶動下復位至擋料位置，等待下一次切割。

以上無桿氣缸、回轉氣缸、定位氣缸及復位氣缸均帶磁性開關，運動到位時發(fā)出信號，由PLC進行程序控制，全自動運行。

3.2 關鍵部件設計

1）該裝置設計的關鍵問題是同步移動機構，它要求在玻璃板的推動下和輸送線同步運動。裝置設計時，輸送線上玻璃板運動產生的推力可用測力儀確定，要求產生的推力能推動龍門框架，這就要求控制龍門框架的總重量。實際中立柱和橫梁采用了鋁合金框架，安裝在橫梁上的檔料座采用了鋁合金焊接結構。固定在橫梁上的鋁合金缸體的無桿氣缸，和以往采用的電機減速機傳動結構相比，重量大為降低，而且集氣缸、導軌、緩沖及發(fā)信裝置于一體，機械結構更簡潔，且在調試時可方便調整切割速度，使橫梁移動更平穩(wěn)，切割質量得到有效保證。

2）由于裝置的二端固定底座須布置在輸送線二側而不能聯(lián)成一體，為避免運動的干涉而產生大的阻滯力，立柱的一端采用二導軌塊和滾動導軌相配，另一端應采用滾輪結構（內帶滾動球軸承），且用偏心軸調節(jié)滾輪位置，或采用彈簧拉緊滾輪支架的形式，強制滾輪接觸支承板，這樣的形式運動持續(xù)性好，且可為裝配調試帶來很大方便。

3）框架移動用的滾動導軌，因一天二班運行，每分鐘往復二次，應考慮導軌壽命。根據(jù)設計手冊的計算公式，導軌采用滾珠循環(huán)形式時，應選擇較大的基本額定動載荷Ca，使設計額定壽命達到3年以上。

4 結束語

1）該裝置能在輸送線上完成精確的定長切割，完全不受輸送線的速度波動的影響，且長度精確可調；

2）采用全氣動位置順序控制形式，易于實現(xiàn)生產自動化；

3）由于切割后的板件需快速移走，所以要對原輸送線作改造，即在輸送線末端增加雙速輥道，在切割后啟動輥道快速回轉使切下的玻璃板迅速移走，以利擋料裝置的復位；

4）裝置采用了滾動導軌及無桿氣缸、回轉氣缸，使機械傳動結構簡化，位置控制更方便、精確，其設計原理對自動線上定長控制提供了新思路。

[1] 吳 筠.氣動工程手冊[K].國防工業(yè)出版社,1995.

[2] 卜炎.機械傳動裝置設計手冊[K].北京:機械工業(yè)出版社,1998.

[3] 吳宗澤.機械設計師手冊[K].北京:機械工業(yè)出版社,2002.

[4] 楊黎明.機床夾具設計手冊[K].國防工業(yè)出版社,1996.