一種高精度鋼珠篩選設(shè)備及實(shí)現(xiàn)方法

孟素各 彭佩云

摘? 要： 現(xiàn)有技術(shù)上對(duì)鋼珠的分選采用重力分選等方法只是對(duì)鋼珠直徑分選，對(duì)圓度和球度還需要人工或者三坐標(biāo)設(shè)備測(cè)量的方式，采用純?nèi)斯y(cè)量精度低，分選效果差，效率也低，而采用三坐標(biāo)設(shè)備則成本高。因此，文中提出一種使用方便，制造成本低，工作效率高的高精度鋼珠篩選設(shè)備及方法。該設(shè)備帶有斜度的分選槽道，分選槽道上具有重量分選段和球度分選段，其旁側(cè)有一排沿對(duì)射傳感器;分選槽道的出料端以及重量分選段和球度分選段之間分別設(shè)置用以擋住不合格鋼珠的控制閘門(mén)，從而完成鋼珠的篩選。結(jié)果表明，該高精度鋼珠篩選設(shè)備使用方便、操作簡(jiǎn)單、制造成本低、分選效果好、工作效率高、實(shí)用性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞： 高精度篩選設(shè)備; 鋼珠分選; 篩選方法; 傳感器感應(yīng); 閥門(mén)控制; 工作原理

中圖分類號(hào)： TN307?34; TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)： 1004?373X（2020）08?0097?04

High?precision steel ball screening equipment and its implementation method

MENG Suge1， PENG Peiyun2

（1. School of Mechanical and Electrical Engineering， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350000， China;

2. Jinshan College of Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350000， China）

Abstract： In the existing technology， the gravity separation and other methods are only used for separation of steel balls according to their diameters， but the roundness and sphericity need to be measured manually or by three?dimensional equipment. It is sure that the pure manual measurement can cause low precision， poor sorting effect and low efficiency， and the three?dimensional equipment can result in high cost. Therefore， a high?precision steel ball screening equipment and its implementation method are proposed， which is easy to use， and has low manufacturing cost and high efficiency. The equipment has a tilt sorting groove.? The groove is divided into weight sorting section and sphericity sorting section， and a row of catodioptric shooting sensors is mounted along the side of the grove. Two control valves are set to block unqualified steel balls. One is at the discharge end of the groove， and another is between the weight sorting section and the sphericity sorting section， so as to complete the steel ball screening. The results show that the high?precision steel ball screening equipment has the advantages of convenient use， simple operation， low manufacturing cost， good sorting effect， high working efficiency and strong practicability.

Keywords： high?precision screening equipment; steel ball sorting; screening method; sensor induction; valve control; operating principle

0? 引? 言

隨著我國(guó)精密制造技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼珠已廣泛地使用在滾珠軸承、滾珠絲杠等高精密的傳動(dòng)部件中。尤其在一些超高精度的、需要低噪聲的傳動(dòng)，例如潛艇等設(shè)備上需要鋼珠的球度及圓度有著更高的要求，現(xiàn)有技術(shù)上對(duì)鋼珠的分選采用空氣分選、重力分選等方法也只是對(duì)鋼珠直徑分選，對(duì)圓度和球度還需要人工或者三坐標(biāo)設(shè)備測(cè)量的方式，采用純?nèi)斯y(cè)量精度低，分選效果差，效率也低，而采用三坐標(biāo)設(shè)備則造價(jià)昂貴，成本高。本發(fā)明的目的是提供一種使用方便，制造成本低，工作效率高的高精度鋼珠篩選設(shè)備及方法。

1? 設(shè)計(jì)內(nèi)容

本高精度鋼珠篩選設(shè)備如圖1、圖2所示，包括帶有斜度的分選槽道，分選槽道的進(jìn)料端上方設(shè)置有料槽，分選槽道上具有重量分選段和球度分選段，分選槽道的球度分選段呈S形，其旁側(cè)具有一排沿直線排列用以感應(yīng)鋼珠跳動(dòng)的對(duì)射傳感器，對(duì)射傳感器排列所在的直線與分選槽道球度分選段的底面相平行，并且對(duì)射傳感器的對(duì)射光線與分選槽道球度分選段的底面的高度差略大于鋼珠的設(shè)計(jì)直徑。分選槽道的進(jìn)料端設(shè)置有控制鋼珠單個(gè)斷續(xù)通過(guò)的控制擋板，分選槽道的出料端以及重量分選段和球度分選段之間分別設(shè)置有用以擋住不合格鋼珠的控制閘門(mén)。

圖1～圖5中：100為工作臺(tái)面;200為分選槽道;210為重量分選段;211為重量傳感器;220為球度分選段;230為出料口;240為出料擋板;241為氣缸;250為氣管;300為料槽;400為對(duì)射傳感器;500為控制擋板;510為轉(zhuǎn)盤(pán);520為扇形擋板;600為控制閘門(mén);700為步進(jìn)電機(jī);800為出料槽道

分選槽道的重量分選段內(nèi)底部設(shè)置有重量傳感器，控制閘門(mén)和控制擋板均由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，重量傳感器和對(duì)射傳感器與控制器電性連接，控制器與步進(jìn)電機(jī)電性連接?？刂茡醢搴涂刂崎l門(mén)均包括位于中間的轉(zhuǎn)盤(pán)和間隔均布在轉(zhuǎn)盤(pán)周部的扇形擋板，分選槽道上開(kāi)設(shè)有供扇形擋板橫穿過(guò)分選槽道的間隙，步進(jìn)電機(jī)位于分選槽道旁側(cè)，轉(zhuǎn)盤(pán)安裝于步進(jìn)電機(jī)的主軸上。

兩個(gè)控制閘門(mén)所在位置的分選槽道一側(cè)分別設(shè)置有供不合格鋼珠滾出的出料口，出料口處連接有出料槽道，出料口處設(shè)置有出料擋板，出料口下方設(shè)置有控制出料擋板升降的氣缸;分選槽道另一側(cè)正對(duì)出料口位置連接有將鋼珠吹向出料口的氣管。

鋼珠從料槽中落入分選槽道，控制擋板擋住落下的鋼珠并控制鋼珠單個(gè)斷續(xù)通過(guò)。鋼珠通過(guò)分選槽道的重量分選段時(shí)對(duì)鋼珠重量進(jìn)行測(cè)定。重量合格的鋼珠則通過(guò)第一個(gè)控制閘門(mén)進(jìn)入分選槽道的球度分選段，而重量不合格的鋼珠則被第一個(gè)控制閘門(mén)擋住，第一個(gè)出料擋板下降打開(kāi)第一個(gè)出料口，然后通過(guò)第一個(gè)氣管吹氣使其滾入第一個(gè)出料槽道進(jìn)行剔除。重量合格的鋼珠通過(guò)的球度分選段時(shí)，利用對(duì)射傳感器來(lái)感應(yīng)鋼珠是否發(fā)生跳動(dòng)。當(dāng)超過(guò)3個(gè)對(duì)射傳感器被觸發(fā)時(shí)則認(rèn)定該鋼珠球度不合格，球度合格的鋼珠則通過(guò)第二個(gè)控制閘門(mén)從分選槽道出料端進(jìn)行收集，而球度不合格的鋼珠則被第二個(gè)控制閘門(mén)擋住，第二個(gè)出料擋板下降打開(kāi)第二個(gè)出料口，然后通過(guò)第二個(gè)氣管吹氣使其滾入第二個(gè)出料槽道進(jìn)行剔除，從而完成鋼珠的篩選。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本高精度鋼珠篩選設(shè)備使用方便，操作簡(jiǎn)單，制造成本低，分選效果好，工作效率高，實(shí)用性強(qiáng)。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下將通過(guò)相關(guān)附圖和具體實(shí)現(xiàn)案例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

2? 具體實(shí)現(xiàn)方法

如圖3～圖5所示，本高精度鋼珠篩選設(shè)備包括帶有斜度的分選槽道200，分選槽道的深度小于球體的設(shè)計(jì)直徑，分選槽道200的進(jìn)料端上方設(shè)置有料槽300，料槽底部開(kāi)設(shè)有下料口，下料口僅允許單個(gè)鋼珠通過(guò)，鋼珠從下料口落下后落入分選槽道中，由于分選槽道200具有一定斜度，所以鋼珠會(huì)自動(dòng)滾動(dòng)。所述分選槽道200上具有重量分選段210和球度分選段220，分選槽道200上重量分選段210和球度分選段220斜度為2.5°～3.5°，優(yōu)選3°，斜度不宜過(guò)大。鋼珠在分選槽道內(nèi)先通過(guò)重量分選段210完成重量測(cè)定篩選后再通過(guò)球度分選段220進(jìn)行球度檢測(cè)篩選。分選槽道200的球度分選段220呈S形，分選槽道200的球度分選段220旁側(cè)具有一排沿直線排列用以感應(yīng)鋼珠跳動(dòng)的對(duì)射傳感器400。分選槽道200的進(jìn)料端設(shè)置有控制鋼珠單個(gè)斷續(xù)通過(guò)的控制擋板500，分選槽道的出料端以及重量分選段和球度分選段之間分別設(shè)置有用以擋住不合格鋼珠的控制閘門(mén)600。重量分選段210分選出符合重量的鋼珠，根據(jù)密度ρ=[mv]，v=（[43]）πR3可以分選出符合一定直徑范圍的鋼珠。這一步驟是為了提高對(duì)鋼珠球度篩選效率。重量合格的鋼珠進(jìn)入S形的球度分選段220，鋼珠在球度分選段220中滾動(dòng)。如果鋼珠的球度不合格就會(huì)發(fā)生跳動(dòng)，球度誤差越大，鋼珠在滾動(dòng)過(guò)程中跳動(dòng)幅度就越大。當(dāng)跳動(dòng)幅度超過(guò)一定值時(shí)便會(huì)被對(duì)射傳感器感應(yīng)到，被感應(yīng)到的鋼珠便是球度不合格的鋼珠，不合格的鋼珠被剔除掉，合格鋼珠則會(huì)被收集，從行篩選出球度精度高的鋼珠。

對(duì)射傳感器400排列所在的直線與分選槽道200球度分選段220的底面相平行，并且對(duì)射傳感器400的對(duì)射光線與分選槽道球度分選段的底面的高度差略大于鋼珠的設(shè)計(jì)直徑。對(duì)射傳感器400的對(duì)射光線與分選槽道球度分選段的底面的高度差比鋼珠的設(shè)計(jì)直徑大0.1～0.3 mm，值越小，篩選出的鋼珠球度精度就越高。為了保證分選結(jié)果的準(zhǔn)確度，可以選擇多個(gè)對(duì)射傳感器感應(yīng)到鋼珠跳動(dòng)時(shí)才將其認(rèn)定為不合格品，例如可以選擇3個(gè)，只有超過(guò)3個(gè)對(duì)射傳感器被觸發(fā)時(shí)才認(rèn)定為該鋼珠的球度不合格，以排除其中存在的偶然性。

分選槽道200的重量分選段210內(nèi)底部設(shè)置有重量傳感器211、控制閘門(mén)600和控制擋板500均由步進(jìn)電機(jī)700驅(qū)動(dòng)、重量傳感器211和對(duì)射傳感器400與控制器電性連接，所述控制器與步進(jìn)電機(jī)700電性連接。

控制擋板500和控制閘門(mén)600的結(jié)構(gòu)相同，控制擋板500和控制閘門(mén)600均包括位于中間的轉(zhuǎn)盤(pán)510和間隔均布在轉(zhuǎn)盤(pán)周部的扇形擋板520，分選槽道上開(kāi)設(shè)有供扇形擋板橫穿過(guò)分選槽道的間隙，步進(jìn)電機(jī)位于分選槽道旁側(cè)，轉(zhuǎn)盤(pán)安裝于步進(jìn)電機(jī)的主軸上?？刂茡醢?00上的扇形擋板的作用是阻隔前一個(gè)鋼珠和后一個(gè)鋼珠的作用，當(dāng)需要下一個(gè)鋼珠分選時(shí)步進(jìn)電機(jī)以一定轉(zhuǎn)動(dòng)速度使控制擋板放開(kāi)一個(gè)鋼珠，隨后對(duì)后一個(gè)鋼珠進(jìn)行切斷阻隔。由此來(lái)控制鋼珠單個(gè)斷續(xù)通過(guò)，前、后兩個(gè)鋼珠間隔約10 s的時(shí)間，當(dāng)前一個(gè)鋼珠完成分選工作后，后一個(gè)鋼珠開(kāi)始分選。

兩個(gè)控制閘門(mén)600所在位置的分選槽道200一側(cè)分別設(shè)置有供不合格鋼珠滾出的出料口230。出料口230位于控制閘門(mén)600朝向分選槽道進(jìn)料端一側(cè)，出料口230處連接有出料槽道800。出料口230處設(shè)置有出料擋板240，出料口230下方設(shè)置有控制出料擋板240升降的氣缸241，氣缸的供氣管路上連接有第一電磁閥。分選槽道另一側(cè)正對(duì)出料口位置連接有將鋼珠吹向出料口的氣管250，氣管250上連接有第二電磁閥，第一電磁閥和第二電磁閥均與控制器電性連接，不合格的鋼珠被控制閘門(mén)擋住，氣缸驅(qū)動(dòng)出料擋板240下降，然后氣管吹氣使不合格的鋼珠經(jīng)出料口滾入出料槽道中進(jìn)行剔除。還包括工作臺(tái)面100，分選槽道、出料槽道、步進(jìn)電機(jī)、氣缸、料槽等部件都是安裝在工作臺(tái)面上，料槽通過(guò)支架（圖中未示出）固定在工作臺(tái)面上。工作臺(tái)面100上具有用以安裝對(duì)射傳感器的槽形板，分選槽道的球度分選段從槽形板中穿過(guò)，對(duì)射傳感器安裝在槽形板的兩側(cè)側(cè)板上。對(duì)射傳感器的數(shù)量為20～35個(gè)，對(duì)射傳感器為對(duì)射型光電傳感器，其型號(hào)為E3Z?R61。控制器的型號(hào)為FX1N?40MR?001，第一電磁閥和第二電磁閥的型號(hào)為2V025?08。重量傳感器的型號(hào)為FH02，步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為110H2P1255A4。

采用如上所述的高精度鋼珠篩選設(shè)備，鋼珠從料槽中落入分選槽道，控制擋板擋住落下的鋼珠并控制鋼珠單個(gè)斷續(xù)通過(guò)，鋼珠通過(guò)分選槽道的重量分選段時(shí)，通過(guò)重量傳感器對(duì)鋼珠重量進(jìn)行測(cè)定，重量合格的鋼珠則通過(guò)第一個(gè)控制閘門(mén)進(jìn)入分選槽道的球度分選段，而重量不合格的鋼珠則被第一個(gè)控制閘門(mén)擋住，第一個(gè)出料擋板下降打開(kāi)第一個(gè)出料口，然后通過(guò)第一個(gè)氣管吹氣使其滾入第一個(gè)出料槽道進(jìn)行剔除;重量合格的鋼珠通過(guò)的球度分選段時(shí)，如果鋼珠球度不合格，會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則的滾動(dòng)，利用對(duì)射傳感器400來(lái)感應(yīng)鋼珠是否發(fā)生跳動(dòng)，當(dāng)超過(guò)3個(gè)對(duì)射傳感器被觸發(fā)時(shí)（即鋼珠出現(xiàn)超過(guò)3次跳動(dòng)）則認(rèn)定該鋼珠球度不合格，球度合格的鋼珠則通過(guò)第二個(gè)控制閘門(mén)從分選槽道出料端進(jìn)行收集，而球度不合格的鋼珠則被第二個(gè)控制閘門(mén)擋住，第二個(gè)出料擋板下降打開(kāi)第二個(gè)出料口，然后通過(guò)第二個(gè)氣管吹氣使其滾入第二個(gè)出料槽道進(jìn)行剔除，從而完成鋼珠的篩選。圖6為本發(fā)明的工作流程圖，圖7為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)案例工作原理框圖。

3? 結(jié)? 語(yǔ)

本文提出一種使用方便，制造成本低，工作效率高的高精度鋼珠篩選設(shè)備及方法。該設(shè)備帶有斜度的分選槽道，分選槽道上具有重量分選段和球度分選段，其旁側(cè)有一排對(duì)射傳感器;分選槽道的出料端以及重量分選段和球度分選段之間分別設(shè)置用以擋住不合格鋼珠的控制閘門(mén)，從而完成鋼珠的篩選。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本高精度鋼珠篩選設(shè)備使用方便，操作簡(jiǎn)單，制造成本低，分選效果好，工作效率高，實(shí)用性強(qiáng)。

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