一種不銹鋼金屬表面拋光自動(dòng)加蠟機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制

楊陽 徐敏 趙婧 鄭偉

摘 要：針對(duì)目前不銹鋼金屬鋼管拋光質(zhì)量不穩(wěn)定、拋光效率低、加蠟不均勻等問題，提出了針對(duì)方管和圓管的噴蠟拋光及控制方案，設(shè)計(jì)了自動(dòng)加蠟機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)，并增加了對(duì)液態(tài)蠟余量的監(jiān)測(cè)裝置，同時(shí)運(yùn)用了自動(dòng)加蠟技術(shù)保證整個(gè)系統(tǒng)的流暢運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅提高了拋光質(zhì)量和生產(chǎn)效率，并且在改善了工作環(huán)境的同時(shí)還減輕了工作人員的工作強(qiáng)度，滿足了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：不銹鋼金屬管；液態(tài)噴蠟；拋光；加熱

中圖分類號(hào)：TG662 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）01-0094-03

Abstract： In order to solve the problems of unstable polishing quality， low polishing efficiency and uneven waxing of stainless steel tubes， the control scheme of wax spraying for square and round pipes was put forward， and the automatic waxing mechanism and control system were designed. At the same time， the automatic wax feeding technology is used to ensure the smooth operation of the whole system. The experimental results show that the system design not only improves the polishing quality and production efficiency， but also improves the working environment and reduces the work intensity of the staff， and meets the system design requirements.

Keywords： stainless steel metal pipe； liquid spray wax； polishing； heating

1 概述

不銹鋼金屬表面拋光處理主要涉及不銹鋼拋光技術(shù)。拋光又稱鏡面加工，是用微細(xì)磨粒與軟質(zhì)工具對(duì)零件內(nèi)、外表面表面進(jìn)行最終光飾的加工工藝[1]。拋光屬于不銹鋼管材的預(yù)處理中表面機(jī)械整平步驟，通過消除不銹鋼表面的粗糙狀態(tài)，通過拋光達(dá)到一定的表面光潔度[2-3]。不銹鋼在生產(chǎn)過程中經(jīng)過鑄造、模鍛壓、熱處理等工藝加工，表面上生成一層黑色氧化皮，或在機(jī)械加工切削過程中留下微觀不平度[4-5]。為了取得不銹鋼表面的光潔度、光亮度和使用壽命，必須對(duì)其進(jìn)行拋光。拋光的質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品的性能影響較大，選擇合適的拋光工藝和拋光方法對(duì)提高產(chǎn)品的質(zhì)量有重要意義[6-8]。目前市場(chǎng)上的不銹鋼生產(chǎn)基地分別使用方管拋光機(jī)和圓管拋光機(jī)對(duì)不銹鋼方管和圓管進(jìn)行拋光，主要采用人工操作涂抹固態(tài)蠟這種手工方式給鋼管加蠟，所以工作臺(tái)及機(jī)器均暴露在空氣中。

目前拋光加工過程的現(xiàn)狀與存在問題如下：（1）拋光過程自動(dòng)化水平低下，拋光過程中產(chǎn)生的廢料多、污染嚴(yán)重、安全性差、工作環(huán)境惡劣；（2）加蠟過程主要依賴于操作人員憑借經(jīng)驗(yàn)控制，拋光的質(zhì)量和效率完全取決于工人的技術(shù)水平，拋光質(zhì)量不穩(wěn)定、拋光效率低等。但對(duì)于液態(tài)噴蠟技術(shù)而言，拋光蠟[9]是以接近于霧狀的液態(tài)形式噴出，優(yōu)點(diǎn)為：（1）噴涂更加均勻、稀薄，不會(huì)造成涂抹不均；（2）整個(gè)系統(tǒng)均為自動(dòng)化設(shè)備，噴涂均由機(jī)器完成，節(jié)省勞動(dòng)力；（3）由于不需要人工手動(dòng)干預(yù)，整個(gè)傳輸及噴蠟系統(tǒng)均可封裝在一個(gè)密閉的箱體內(nèi)，與環(huán)境隔絕，減少了噪音污染；（4）該自動(dòng)化系統(tǒng)包括液態(tài)蠟余量監(jiān)控、噴蠟范圍自動(dòng)調(diào)整、噴蠟量自動(dòng)調(diào)整等，從而大大節(jié)省了材料，不再浪費(fèi)大量的固態(tài)蠟。

2 噴蠟系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在整個(gè)噴蠟系統(tǒng)中，分為三個(gè)模塊：（1）噴蠟?zāi)K；（2）加熱模塊；（3）拋光模塊，其中主要研究的是噴蠟?zāi)K與加熱模塊，圖1為整個(gè)噴蠟系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

2.1 噴蠟?zāi)K

該模塊中包含有：壓力控制器、液態(tài)蠟噴射器、噴蠟控制開關(guān)及霧狀調(diào)節(jié)器等。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，需要有適量的霧狀液態(tài)蠟噴出到拋光盤上，使得噴到拋光盤上的液態(tài)蠟既不成股流下也不迅速的干涸，這時(shí)就需要對(duì)壓力控制器進(jìn)行控制。壓力太大，空氣壓迫液態(tài)蠟使其流速就變快，噴蠟量就增大；反之壓力太小，空氣來不及壓迫液態(tài)蠟進(jìn)入到噴射器中，噴頭很容易就只噴出空氣或噴出很少的蠟而導(dǎo)致拋光盤上附著不到蠟從而使鋼管起不到被拋光的效果。液態(tài)蠟噴射器起到噴蠟的作用，如圖2所示，該裝置由以下幾個(gè)器件組成：噴射器主體、輸入端abc、空氣閥門噴頭以及噴嘴等。三個(gè)輸入端口的功能如圖2。

a：霧狀調(diào)節(jié)器的輸出端連接到該端口，使得噴頭噴出的液態(tài)蠟呈所需的霧狀；b：空氣開關(guān)控制噴射器的開通或關(guān)閉，使得液態(tài)蠟噴射或停止（或定時(shí)噴射）；c：液態(tài)蠟由液

態(tài)蠟容器經(jīng)由加熱器加熱，通過導(dǎo)管流向液態(tài)蠟噴射器。

2.2 加熱模塊

該模塊中包含有：液態(tài)蠟容器、加熱器以及溫度控制器等。在進(jìn)行拋光之前先將液態(tài)蠟加入到液態(tài)蠟容器內(nèi)，該容器類似于醫(yī)用針筒，但又粗很多，可以根據(jù)噴蠟量選用不同規(guī)格的針筒。加熱裝置內(nèi)部插有加熱棒及熱電偶。加熱棒將整個(gè)加熱筒加熱到設(shè)定的溫度，使得液態(tài)蠟無論在何種條件下均保持液態(tài)，防止液態(tài)蠟到達(dá)噴頭時(shí)凝結(jié)為固態(tài)，而熱電偶用來測(cè)量加熱筒是否達(dá)到所設(shè)定的溫度，溫度未達(dá)到設(shè)定溫度則會(huì)持續(xù)加熱，達(dá)到設(shè)定溫度則會(huì)停止加熱。溫度控制器的作用是設(shè)定加熱的溫度，當(dāng)加熱到所設(shè)定的溫度，加熱停止，若加熱到設(shè)定溫度還未停止加熱，超溫報(bào)警燈則會(huì)閃爍同時(shí)會(huì)發(fā)出響亮的警報(bào)聲。

3 噴蠟拋光方案設(shè)計(jì)

對(duì)鋼管進(jìn)行拋光屬于不銹鋼加工改造生產(chǎn)線的重要組成部分，為了實(shí)現(xiàn)能夠在減少成本、提高效率的基礎(chǔ)上對(duì)鋼管進(jìn)行拋光，總體設(shè)計(jì)方案分以下兩種，一種是對(duì)方管進(jìn)行拋光，另一種是對(duì)圓管進(jìn)行拋光。方管、圓管兩種類型的拋光流水線在物理結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)有所不同。

3.1 方管拋光結(jié)構(gòu)

如圖3為方管拋光設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，該拋光設(shè)備從結(jié)構(gòu)上來看，一套包括一個(gè)公共底座，一組水平排列、結(jié)構(gòu)相同的拋光盤組和一組垂直排列、結(jié)構(gòu)相同的拋光盤組（兩個(gè)為一組）。每組拋光盤組中水平拋光部分包含一對(duì)左右相對(duì)的磨輪和兩個(gè)電機(jī)，垂直拋光部分包含一對(duì)上下相對(duì)的磨輪和兩個(gè)電機(jī)，磨輪旋轉(zhuǎn)分別實(shí)現(xiàn)對(duì)方管四個(gè)平面的拋光。整個(gè)拋光設(shè)備中還含有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包含傳送帶、電機(jī)和若干組傳送輪，每組傳送輪包含一對(duì)水平相對(duì)的傳送輪和一對(duì)上下相對(duì)的傳送輪。

方管由拋光機(jī)進(jìn)料口自動(dòng)送入，送入后的方管在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳送帶的帶動(dòng)下向前傳送，期間需要經(jīng)過多組拋光盤組，完成拋光流程。在經(jīng)過每個(gè)拋光盤組的時(shí)候，方管均需經(jīng)過水平、垂直兩個(gè)方向的拋光盤打磨。拋光過程中，拋光盤由自動(dòng)噴蠟設(shè)備自動(dòng)噴蠟補(bǔ)給，可設(shè)置選擇持續(xù)噴蠟或者定時(shí)噴蠟兩種模式，這樣一來就省去了操作人員定期檢查余蠟量的問題從而節(jié)省了人工。方管經(jīng)過拋光流水線后將自動(dòng)傳送至卸料口存儲(chǔ)供下一道工序包裝。

3.2 圓管拋光結(jié)構(gòu)

如圖4為圓管拋光設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。圓管型拋光設(shè)備包含多組拋光盤，每組拋光盤由兩個(gè)垂直方向相對(duì)放置的圓柱形拋光盤和兩個(gè)與水平方向呈60°傾斜放置的圓柱形拋光盤所組成。兩個(gè)垂直方向放置的拋光盤起到旋轉(zhuǎn)拋光的作用，而另外兩個(gè)與水平方向呈60°傾斜放置的拋光盤則主要為圓管提供前進(jìn)的動(dòng)力，同時(shí)提供一定的拋光作用。傾斜旋轉(zhuǎn)拋光盤的厚度要比垂直旋轉(zhuǎn)拋光盤的厚度略厚一些，這樣方便傳送圓管向前。

同方管拋光工藝過程類似，圓管由拋光機(jī)進(jìn)料口送入，當(dāng)圓管進(jìn)入拋光機(jī)后，在拋光機(jī)傳送機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下以一定速度傳送，傳送過程中圓管需要經(jīng)歷多組拋光盤組，在拋光盤的打磨下實(shí)現(xiàn)拋光操作。

4 噴蠟拋光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 噴蠟供給控制技術(shù)

采用PID控制算法，結(jié)合控制策略，通過DPS控制芯片對(duì)伺服控制器進(jìn)行控制，以伺服電機(jī)作為動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，達(dá)到對(duì)液態(tài)拋光蠟的進(jìn)給量的精密控制。液態(tài)拋光蠟的余蠟量需要進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和監(jiān)控，智能加蠟控制系統(tǒng)通過引入低成本檢測(cè)裝置，可以實(shí)現(xiàn)余蠟量狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)，并通過主控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)顯示與報(bào)警。其原理是通過檢測(cè)液態(tài)蠟容器內(nèi)的氣壓壓力來判斷容器內(nèi)的余蠟量，當(dāng)壓力降低，說明容器內(nèi)氣體所占空間變大，余蠟量減少，當(dāng)達(dá)到閾值時(shí)，自動(dòng)從裝有液態(tài)蠟的容器中進(jìn)行抽取，在抽取的過程當(dāng)中實(shí)時(shí)的檢測(cè)容器內(nèi)壓力，當(dāng)達(dá)到一定值的時(shí)候，壓力滿足噴蠟條件，則停止抽取。以此往復(fù)，使得整個(gè)系統(tǒng)處于反饋狀態(tài)。

4.2 拋光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)主要采用DSP芯片控制伺服控制器，以此來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到對(duì)鋼管的拋光[10]。同時(shí)，控制電機(jī)保持對(duì)鋼管的傳送，使得整個(gè)系統(tǒng)能夠自動(dòng)的對(duì)鋼管進(jìn)行運(yùn)輸。如圖5所示為液態(tài)蠟拋光控制系統(tǒng)框圖，分為三個(gè)部分：拋光、加熱及噴蠟?zāi)K，與上文的噴蠟系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖相對(duì)應(yīng)。主控制器分別單獨(dú)控制三個(gè)模塊，三個(gè)模塊各控制著它們負(fù)責(zé)的每一個(gè)機(jī)構(gòu)，形成了整個(gè)控制系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

針對(duì)現(xiàn)有拋光流水線的現(xiàn)狀和存在的問題，利用自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)、信息與通訊技術(shù)等，對(duì)不銹鋼拋光機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化改造與設(shè)計(jì)。綜上所述，拋光過程中存在的主要問題得以改善：拋光加蠟過程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，加蠟過程穩(wěn)定性得以提高，加蠟頻率等嚴(yán)格根據(jù)檢測(cè)器所提供的反饋進(jìn)行加蠟，提高了液態(tài)蠟供給的精度同時(shí)能自動(dòng)檢測(cè)余蠟狀態(tài)；提高了對(duì)不銹鋼管拋光質(zhì)量的監(jiān)控，信息化水平提高，拋光品質(zhì)得以提升，精確性較高，節(jié)省人工評(píng)判的所需的時(shí)間精力；鋼管拋光設(shè)備不再需要人工進(jìn)管，工作條件得以改善，安全性提高，安全隱患降低；工作效率較高，在減少了人工的督促、脫離了人工的頻繁檢測(cè)的同時(shí)還降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，處理效果得以提高，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量的提供。

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