無心磨床磁材磨削自動(dòng)收料機(jī)研制

王 龍 王衛(wèi)軍 吳永明 謝占功 陳賢帥

(①廣州中國(guó)科學(xué)院先進(jìn)技術(shù)研究所，廣東廣州 511458;②廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，廣東廣州 510006)

無心外圓磨是一種適用于大批量生產(chǎn)的磨削方法，該磨削易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力、高速和寬砂輪磨削，磨削圓度可達(dá)0.005～0.001 mm，表面粗糙度可達(dá) Ra0.1～0.025 μm。要實(shí)現(xiàn)高效率磨削，在無心磨床上配置自動(dòng)上下料系統(tǒng)是非常必要的，可以更加安全、可靠地實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化操作，提高設(shè)備利用率，減少操作工人數(shù)，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度［1］。

王淑芳等人對(duì)車軸成型磨床自動(dòng)上下料流水線進(jìn)行研制，采用機(jī)械手和帶有阻尼板的下料機(jī)構(gòu)對(duì)磨削完車軸進(jìn)行下料［2］。董傳軍、楊廷水等人對(duì)摩托車曲柄銷磨削下料機(jī)構(gòu)進(jìn)行研制，采用PLC控制氣缸伸縮配合V型塊導(dǎo)向定位進(jìn)行上下料［3］。馬俊、李長(zhǎng)春等人對(duì)數(shù)控機(jī)床上、下料機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與仿真，建立了數(shù)控機(jī)床上、下料機(jī)械手的連桿坐標(biāo)系，得到機(jī)械手運(yùn)動(dòng)方程和各個(gè)關(guān)節(jié)變量［4］。上述研究往往采用機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械手和PLC電氣控制系統(tǒng)。

1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備概況

如圖1，某廠采用重慶磨床有限責(zé)任公司M1080C型無心外圓磨床磨削圓柱磁性材料，在該磁材磨削生產(chǎn)線中，上料采用振動(dòng)盤能夠高效地實(shí)現(xiàn)有序上料。但下料配置，現(xiàn)有的磨床收料設(shè)備是:采用角鐵制作成一個(gè)傾斜的滑道，焊接于機(jī)床上，工件磨削完畢順著滑道下滑。在角鐵端部用不銹鋼鈑金搭建一個(gè)傾斜的支架平臺(tái)，平臺(tái)上面放置鏤空收料盒，下滑的工件直接落入收料盒，切削液透過鏤空收料盒沿著支架平臺(tái)斜面、切削液回收管回收。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn):第一，由于磁性材料非常脆，在滑下來落入收料盒的瞬間，磨料的端部可能磕碰而崩掉產(chǎn)生缺陷，現(xiàn)有的生產(chǎn)線廢品率達(dá)10%;第二，工件下落位置固定，容易無序扎堆，需要人工去撥散，浪費(fèi)人力資源，降低生產(chǎn)效率;第三，由于滑道傾斜角度固定，不能適應(yīng)不同大小的工件，造成有些工件滑落速度過快，有些滑落過慢，甚至滑不動(dòng)。

2 技術(shù)要求

磁材尺寸規(guī)格為:直徑范圍為2～30 mm，長(zhǎng)度為30 mm。材料為脆性材質(zhì)，密度為7.9 g/mm3。根據(jù)工廠要求，主要有3點(diǎn)要求:一是防止磁材磕碰，減少磁材端面崩壞，降低廢品率;二是磁材有規(guī)律地放置于收料盒中;三是切削液的回收利用。

3 機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

3.1 機(jī)械構(gòu)造及整體外形尺寸

圖2為自動(dòng)磨削收料機(jī)的成品示意圖，該設(shè)備的機(jī)構(gòu)主要由出料滑槽、收料盒托盤、移動(dòng)平臺(tái)、機(jī)架、滑槽安裝架、風(fēng)琴罩、電控箱等主要部件組成。

3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)緩沖、排序、回收切削液3點(diǎn)要求，設(shè)計(jì)整體機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖3所示。工件運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃如圖3箭頭所示。

(1)下料滑槽裝置設(shè)計(jì)

緩沖設(shè)計(jì)主要從減小工件滑落時(shí)的速度以及吸收滑至端部的工件的沖擊力兩個(gè)角度來設(shè)計(jì)方案。通過改變引導(dǎo)槽的傾斜角度和折彎曲率來增加摩擦力，并適當(dāng)增加些輔助緩沖附件來減小沖擊。采用如圖4的裝置能夠很好地達(dá)到降低速度和吸收沖擊的效果。

如圖4，磨削完成的工件從滑軌的頂部開始下滑，順著出料滑槽3滑動(dòng)到達(dá)滑槽端部與緩沖墊7碰撞，工件的沖擊力被緩沖墊吸收。光電開關(guān)6感應(yīng)到工件到位，發(fā)信號(hào)給控制器，控制器輸出使開門氣缸5和阻擋氣缸4動(dòng)作，開門氣缸5推動(dòng)門8打開，工件滑落，阻擋氣缸伸長(zhǎng)阻擋后面滑落的工件，形成節(jié)拍。

前調(diào)節(jié)桿1和后調(diào)節(jié)桿2伸縮調(diào)節(jié)改變出料槽3的傾斜角度，使工件能夠順利滑下，但下滑速度處于一個(gè)合適的大小。

(2)收料組件裝置設(shè)計(jì)

排序廠家要求，工件應(yīng)單層規(guī)則地平放于收料盒中，根據(jù)工件的規(guī)格特征，采用斜坡滾動(dòng)排序法實(shí)現(xiàn)排序。具體，從出料滑槽經(jīng)開門滾落的工件，落入放置于斜坡托盤上的收料盒中，并沿著收料盒底面滾動(dòng)排成一排，排完一排后，平臺(tái)移動(dòng)一個(gè)位置接著排第二排、第三排…直到排滿整個(gè)收料盒為止。由于工件大小不一，滾動(dòng)的速度存在差異，所以斜坡應(yīng)設(shè)置成可調(diào)，具體如圖5所示。

如圖5，收集工件的收料盒9放置于斜坡托盤8上，斜坡托盤8可以繞合頁鉸鏈旋轉(zhuǎn)，傾斜角度設(shè)計(jì)為可調(diào)，經(jīng)計(jì)算摩擦角θ=tan－1μ驗(yàn)測(cè)定，可調(diào)角度設(shè)計(jì)為5～10°能夠滿足現(xiàn)有生產(chǎn)各種規(guī)格的工件要求。帶有滑槽的豎直支架1，滑塊2、3，斜坡托盤8構(gòu)成雙移動(dòng)副四桿機(jī)構(gòu)，帶有滑槽的豎直支架1通過螺釘固定于移動(dòng)平臺(tái)7上，滑塊2可以移動(dòng)副的形式在豎直滑槽上下自由滑動(dòng)，滑塊2與滑塊3鉸接，滑塊3可以在斜坡托盤8的端部滑槽4中自由伸縮移動(dòng)，斜坡托盤8與移動(dòng)平臺(tái)7通過合頁6鉸接在一起。以強(qiáng)度、穩(wěn)定性為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)各個(gè)構(gòu)件的尺寸，再加以校核直至滿足設(shè)計(jì)要求。

如圖6所示，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、導(dǎo)軌、絲杠、移動(dòng)平臺(tái)、螺母等構(gòu)成單軸移動(dòng)模組，實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)。

(3)切削液回收及收料盒更換連續(xù)性

如圖7所示收料盒滑桿圍住3條邊，第四條邊開有缺口，收料籃子底部鏤空，切削液往下漏，斜坡如圖所示箭頭流向排液口1，再經(jīng)排液軟管回收。如圖8所示更換收料盒示意圖，當(dāng)滑臺(tái)走完一個(gè)行程，收料盒收集滿工件后，從左邊抽離裝滿工件的收料盒，同時(shí)右邊送入空的收料盒完成更換。

4 電力控制部分

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用57步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，112 mm/3 A，2.8 N·m+配套驅(qū)動(dòng)器DM542。驅(qū)動(dòng)器采用交流伺服驅(qū)動(dòng)器的電流環(huán)進(jìn)行細(xì)分控制，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)很小，低速運(yùn)行很平穩(wěn)，幾乎沒有振動(dòng)和噪聲。高速時(shí)力矩也大大高于其它二相驅(qū)動(dòng)器?？刂破鞑捎螟欉_(dá)智控智能可編程單軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器HD1008。

5 結(jié)語

本設(shè)備已投入使用，磁材的廢品率從10%降為5%以內(nèi)。磁材有序置于收料盒中，為后續(xù)檢測(cè)帶來便利，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)通過自動(dòng)化，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，從原來每臺(tái)磨床配置3個(gè)工人到現(xiàn)在每臺(tái)磨床只需配置1個(gè)工人，節(jié)約了人力成本，為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］蔡向東，楊文虎，勵(lì)鋒.自動(dòng)上下料系統(tǒng)在無心磨床中的應(yīng)用［J］.機(jī)械工程師，2004(3):72－74.

［2］黃淑芳.車軸成型磨床自動(dòng)上下料流水線研制［J］.機(jī)車車輛工藝，2010(3):32－33.

［3］董傳軍，楊廷水.基于PLC的外圓磨床自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2006(4):86－87.

［4］馬俊，李長(zhǎng)春.數(shù)控機(jī)床上、下料機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與仿真［J］.煤礦機(jī)械，2012(11):76－77.