回轉(zhuǎn)式砂輪成型機(jī)芯圈沖壓自動(dòng)上料裝置的研究與設(shè)計(jì)

王其林門興陳鐵孫潔

(1.山東省機(jī)器人與制造自動(dòng)化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東濟(jì)南 250014;2.山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所,山東濟(jì)南 250014)

回轉(zhuǎn)式砂輪成型機(jī)芯圈沖壓自動(dòng)上料裝置的研究與設(shè)計(jì)

王其林1門興2陳鐵1孫潔2

(1.山東省機(jī)器人與制造自動(dòng)化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東濟(jì)南 250014;2.山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所,山東濟(jì)南 250014)

纖維增強(qiáng)樹脂砂輪在現(xiàn)代工業(yè)中有著十分廣泛的應(yīng)用,目前大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)模式為不同工序工位的工人使用手動(dòng)或半自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備在環(huán)境相對(duì)惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間單一化的操作,存在著工人勞動(dòng)強(qiáng)度大, 生產(chǎn)效率低, 產(chǎn)品質(zhì)量受人為因素的影響比較大的缺點(diǎn)。因此廣大加工企業(yè)迫切希望完成對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)裝備的自動(dòng)化改造。本文針對(duì)轉(zhuǎn)盤式砂輪成型機(jī)芯圈手動(dòng)上料裝置現(xiàn)狀, 研制出一種自動(dòng)控制的芯圈上料系統(tǒng),通過步進(jìn)電機(jī)及氣缸作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌滑塊的方式實(shí)現(xiàn)芯圈的自動(dòng)上料,并對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。

纖維增強(qiáng)樹脂砂輪 成型壓機(jī) 芯圈上料系統(tǒng) 自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技水平的不斷進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)逐步向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，纖維增強(qiáng)樹脂砂輪是一種低值易耗產(chǎn)品，在樹脂砂輪中占有很大的比重[1]。沖壓上料也稱沖壓送料，它是指將待加工的板料、條料、線材、半成品等送到模具工作區(qū)域的操作[2]，目前國內(nèi)大多數(shù)砂輪成型壓機(jī)為手動(dòng)或半自動(dòng)化，對(duì)于芯圈沖壓上料工序仍然存在著人工上料的方式，這不僅影響生產(chǎn)率，也無較安全的防護(hù)裝置，極易造成工人肢體疲勞和精神疲勞，并可能引發(fā)人身傷害事故[3]。

為了提高設(shè)備的生產(chǎn)效率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高自動(dòng)化程度，保證芯圈沖壓上料的生產(chǎn)安全，就必須從根本上改善生產(chǎn)條件，使操作工人的肢體遠(yuǎn)離壓機(jī)的工作區(qū)域[4]。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，就必須采取性能可靠的自動(dòng)上料裝置。本文針對(duì)山東某砂輪生產(chǎn)廠的回轉(zhuǎn)式砂輪成型機(jī)芯圈人工上料裝置的生產(chǎn)現(xiàn)狀，通過步進(jìn)電機(jī)及氣缸作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌滑塊的方式實(shí)現(xiàn)了芯圈的自動(dòng)上料，并對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。

圖2 砂輪

1 芯圈上料工位生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

芯圈是砂輪的重要組成部件之一，如圖1所示，在磨削加工作業(yè)中提供了與角磨機(jī)等磨削工具相配合的重要的安裝孔面[5]。芯圈上料是在砂輪的生產(chǎn)過程中將其放置到模腔定位串柱中，使其能夠經(jīng)過壓力機(jī)壓制與樹脂磨砂融合到一起。如圖2所示，我們常見到的磨削用砂輪。

目前，國內(nèi)樹脂砂輪成型設(shè)備主要以人工輔助操作的回轉(zhuǎn)式和推進(jìn)式多工位旋轉(zhuǎn)刮料半自動(dòng)成型機(jī)為主[6]。該種設(shè)備芯圈上料工位的生產(chǎn)現(xiàn)狀，通常采用的是人工上料的方式來進(jìn)行的，這種生產(chǎn)模式勞動(dòng)強(qiáng)度大，人均生產(chǎn)效率不高。為了提高設(shè)備的生產(chǎn)效率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高自動(dòng)化水平，因此企業(yè)對(duì)該工位的自動(dòng)化改造具有相當(dāng)?shù)钠惹行院涂尚行浴?/p>

圖3 轉(zhuǎn)盤式芯圈棧及豎直托舉式芯圈輸送機(jī)構(gòu)

圖4 水平往復(fù)式芯圈上料機(jī)構(gòu)

2 方案設(shè)計(jì)與分析

我們?yōu)樯綎|某砂輪生產(chǎn)廠實(shí)施的芯圈自動(dòng)化改造項(xiàng)目中砂輪生產(chǎn)設(shè)備是28工位回轉(zhuǎn)式砂輪成型機(jī)，為半自動(dòng)化設(shè)備，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上芯圈功能，在對(duì)多種方案進(jìn)行反復(fù)篩選之后，確定了該機(jī)構(gòu)的最終方案，該芯圈自動(dòng)上料系統(tǒng)主要由兩部分組成:一是轉(zhuǎn)盤式芯圈棧及豎直托舉式芯圈輸送機(jī)構(gòu)，二是水平往復(fù)式芯圈上料機(jī)構(gòu)。

2.1 轉(zhuǎn)盤式芯圈棧及豎直托舉式芯圈輸送機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)，如圖3所示，主要有轉(zhuǎn)盤式芯圈棧和豎直托舉式芯圈輸送機(jī)構(gòu)組成，轉(zhuǎn)盤式芯圈棧是六工位的放置芯圈傳柱的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，由帶有減速裝置的直流電機(jī)通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)盤軸相連，安裝于旋轉(zhuǎn)盤支座上的傳感器能準(zhǔn)確控制直流電機(jī)的啟停，以控制不同芯圈串柱的切換，實(shí)現(xiàn)了換料過程不間斷作業(yè)。

豎直托舉式芯圈輸送機(jī)構(gòu)主要有步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠相連，位于其上的絲杠螺母通過轉(zhuǎn)接塊與托舉氣缸座相連，使托舉氣缸能夠在導(dǎo)軌上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，托舉氣缸的末端安有芯圈托環(huán)，這樣在直線軸承的推動(dòng)下完成芯圈串沿串軸運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了芯圈的輸送功能。

2.2 水平往復(fù)式芯圈上料機(jī)構(gòu)

水平往復(fù)式芯圈上料機(jī)構(gòu)，如圖4所示，在該機(jī)構(gòu)上，首先載有真空吸盤的端拾氣缸下降，等待芯圈的到來，吸盤支座上安裝有芯圈到位檢測(cè)傳感器，通過調(diào)節(jié)傳感器及真空吸盤吸附面之間的距離使真空吸盤能更好的吸取芯圈?？梢允褂谜婵諜z測(cè)開關(guān)來判斷芯圈是否吸牢，當(dāng)吸牢后端拾氣缸上升，同時(shí)在由導(dǎo)軌、滑塊及氣缸組成的水平往復(fù)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下到達(dá)芯圈放置工位，等待放料，隨后氣缸伸出，將芯圈放進(jìn)該工位的模具串軸中，端拾氣缸帶動(dòng)吸盤上移，完成芯圈放置任務(wù)。

3 芯圈一次自動(dòng)上料過程簡(jiǎn)介

芯圈自動(dòng)上料過程，首先系統(tǒng)檢測(cè)一下芯圈串柱上是否有芯圈，可以通過上圖3中所示的上限位傳感器來進(jìn)行判斷，如果觸發(fā)該傳感器，被定義為芯圈缺料，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)通過導(dǎo)軌絲桿帶動(dòng)托舉機(jī)構(gòu)下降，觸發(fā)下限位傳感器，電機(jī)停止，之后六工位旋轉(zhuǎn)盤在直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)60度，使裝滿芯圈的串柱到達(dá)托舉工位，接著托舉氣缸伸出與芯圈托環(huán)接觸，至此托舉氣缸就緒完畢。

另一方面，位于芯圈串軸正上的吸盤就緒完畢，等待芯圈的到來，吸盤支座上安裝有芯圈到位檢測(cè)傳感器，到位后真空吸盤吸取芯圈，可以通過真空檢測(cè)開關(guān)來判斷芯圈是否吸牢，當(dāng)吸牢后端拾氣缸上升，水平往復(fù)機(jī)構(gòu)在氣缸的驅(qū)動(dòng)下到達(dá)芯圈放置工位上方停止，等待放料，隨后氣缸伸出，將芯圈放進(jìn)該工位的模具串軸中，端拾氣缸帶動(dòng)吸盤上移，完成芯圈放置任務(wù)，隨后水平往復(fù)氣缸復(fù)位，等待下一個(gè)芯圈的到來，一個(gè)自動(dòng)上料過程完成。

4 結(jié)語

芯圈沖壓上料的自動(dòng)化上料改造，不僅提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度度，提高企業(yè)的自動(dòng)化水平，同時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)可保證上料的準(zhǔn)確性和可靠性，并能顯著改善生產(chǎn)條件，減輕工人肢體疲勞和精神疲勞，有效保障了生產(chǎn)的安全進(jìn)行，緩解了不斷增長(zhǎng)的用工成本，提高了企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

[1]孫延,陳開發(fā),曲茂章.六工位回轉(zhuǎn)式砂輪成型壓機(jī)的研制[J]．金剛石與磨料磨具工程2003(6).

[2]李彥蓉,孫曉朋.沖壓自動(dòng)上料及自動(dòng)出件裝置的研究與設(shè)計(jì)[J].鍛壓技術(shù),2010(10).

[3]李佳友,侯永興.沖壓傷害事故的分析與對(duì)策[J].機(jī)電安全,2009 (10):22-23.

[4]李汾娟.基于單片機(jī)的數(shù)控沖壓進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2009(4):13-15.

[5]賈耀平.光固化樹脂砂輪制造技術(shù)研究[D]浙江工業(yè)大學(xué),2008.

[6]駱健,姚建華.PC控制技術(shù)在八工位樹脂砂輪成型機(jī)組的應(yīng)用[J]金剛石與磨料磨具工程,1998(12).

王其林(1982—),男,工程師,研究方向?yàn)闄C(jī)器人技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)、裝備自動(dòng)化。