一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化的改進(jìn)型自動(dòng)水磨砂帶機(jī)

黃大海 伍玩秋

（1.陽(yáng)江市廣海機(jī)械有限公司，陽(yáng)江 529500；2.陽(yáng)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陽(yáng)江 529500）

水磨和拋光是五金刀剪產(chǎn)品生產(chǎn)的重要工序[1]。目前，基于電氣自動(dòng)化控制的水磨砂帶機(jī)在一定程度上可以替代人工實(shí)現(xiàn)拋磨工序的自動(dòng)化作業(yè)[2]。傳統(tǒng)水磨砂帶機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在自動(dòng)化程度偏低、生產(chǎn)效率不高以及拋磨質(zhì)量欠佳等問(wèn)題。一方面，傳統(tǒng)水磨砂帶機(jī)在拋磨刀具時(shí)，砂帶在行程中只有升高和降低功能，導(dǎo)致拋磨出來(lái)的刀具表面往往會(huì)留下明顯的磨痕，影響刀具表面的美觀(guān)。另一方面，傳統(tǒng)水磨砂帶機(jī)只能實(shí)現(xiàn)刀具平面的粗磨、中磨、細(xì)磨和拋光中的某一部分的加工環(huán)節(jié)，自動(dòng)化程度不高，生產(chǎn)效率欠佳[3-5]。為解決傳統(tǒng)水磨砂帶機(jī)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，文章提出一種基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的四頭自動(dòng)水磨砂帶機(jī)。

1 四頭自動(dòng)水磨砂帶機(jī)的設(shè)計(jì)

1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

四頭自動(dòng)水磨砂帶機(jī)主要由結(jié)構(gòu)類(lèi)似、相對(duì)獨(dú)立、分工協(xié)調(diào)以及前后銜接的4套機(jī)電一體化單元組成。與傳統(tǒng)水磨砂帶機(jī)相比，它增加了四頭砂帶橫向擺動(dòng)裝置、調(diào)節(jié)砂帶往復(fù)移動(dòng)速度和行程大小的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及四頭無(wú)級(jí)變速控制裝置，優(yōu)化了水體與鐵粉分離的退磁裝置和砂帶氣動(dòng)張緊裝置等。四頭自動(dòng)水磨砂帶機(jī)的三維結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)

機(jī)架包括底板和立板，立板與底板固定連接。底板上有螺栓孔，便于機(jī)架安裝在工作臺(tái)。立板的板面與主動(dòng)輥的軸心線(xiàn)垂直。第一電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，其中定子殼體通過(guò)螺栓固定在立板上。第一電機(jī)與主動(dòng)輥同軸心分別位于立板的兩側(cè)，兩者固定連接，可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)輥與機(jī)架之間的傳動(dòng)連接。主動(dòng)輥與第一從動(dòng)輥之間設(shè)有下靠磨板，第一從動(dòng)輥與第二從動(dòng)輥之間設(shè)有側(cè)靠磨板。下靠磨板和側(cè)靠磨板與立板之間均通過(guò)可拆卸結(jié)構(gòu)連接。根據(jù)實(shí)際研磨工況，既可將下靠磨板或側(cè)靠磨板固定在立板上，也可將它們同時(shí)固定在立板上，也可將下靠磨板或側(cè)靠磨板卸除，也可將它們同時(shí)卸除。立板中第一從動(dòng)輥與第二從動(dòng)輥之間區(qū)域留有避讓空間，使得工件可進(jìn)入避讓空間，從而擴(kuò)大砂帶機(jī)的適用范圍。砂帶橫向往復(fù)擺動(dòng)裝置包括從動(dòng)輥支架和第二電機(jī)。從動(dòng)輥支架包括支撐軸部、擺動(dòng)軸部和基座。基座與立板之間可通過(guò)緊固螺栓固定連接。第三從動(dòng)輥套設(shè)在從動(dòng)輥支架的支撐軸部，且第三從動(dòng)輥與從動(dòng)輥支架的支撐軸部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，使得第三從動(dòng)輥能繞著擺動(dòng)軸部的軸心線(xiàn)擺動(dòng)。第二電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，定子殼體與機(jī)架固定連接，轉(zhuǎn)軸與從動(dòng)輥支架的支撐軸部之間通過(guò)凸輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)連接。當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)凸輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)傳動(dòng)，使支撐軸部繞著從動(dòng)輥支架的軸心線(xiàn)擺動(dòng)。基座與立板之間通過(guò)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)連接?；系穆菟壮蕳l狀，螺栓孔的縱向線(xiàn)與導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向方向平行，可通過(guò)松緊固螺栓移動(dòng)基座，進(jìn)而調(diào)整第三從動(dòng)輥的位置，實(shí)現(xiàn)張緊砂帶或松開(kāi)砂帶?；c立板之間還安裝有第二彈簧，能夠使第三從動(dòng)輥向張緊砂帶狀態(tài)的趨勢(shì)方向移動(dòng)。導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的替換方案包括基座的2根導(dǎo)桿和立板上的導(dǎo)向座，可將立桿穿設(shè)在導(dǎo)向座。第二彈簧套設(shè)在導(dǎo)桿上，彈簧的一端與導(dǎo)向座相抵靠，另一端與基座相抵靠。機(jī)架上安裝手動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置或驅(qū)動(dòng)源，不僅可以推動(dòng)基座移動(dòng)，還可以使第三從動(dòng)輥始終具有向松開(kāi)砂帶狀態(tài)方向移動(dòng)的趨勢(shì)。

圖1 四頭自動(dòng)水磨砂帶機(jī)的三維結(jié)構(gòu)

1.1.2 機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)

第一，四頭自動(dòng)水磨砂帶機(jī)采用砂帶橫向擺動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)了砂帶機(jī)橫向往復(fù)擺動(dòng)功能，使得拋磨出來(lái)的刀具表面較平滑，避免了刀具表面出現(xiàn)磨痕，提高了砂帶機(jī)的研磨品質(zhì)。第二，四頭自動(dòng)水磨砂帶機(jī)具有分工協(xié)調(diào)且前后銜接的機(jī)電一體化單元。各單元分別有粗磨、半精磨、精磨和拋光4個(gè)加工工藝功能，使四頭自動(dòng)水磨砂帶機(jī)可以一次性完成所有的拋磨加工流程。第三，通過(guò)四頭自動(dòng)水磨砂帶機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和凸輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的偏心距，可調(diào)整砂帶往復(fù)移動(dòng)的速度和行程大小，可以提高磨砂帶機(jī)對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性。

1.2 工作原理及過(guò)程

采用變頻器控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速控制輸送帶，自動(dòng)將五金刀剪平面的產(chǎn)品輸送到第1條粗砂帶的磨頭底下，利用磨頭底下帶磁的工作臺(tái)吸住產(chǎn)品，一邊輸送一邊磨削。當(dāng)產(chǎn)品通過(guò)第1條砂帶擺幅磨頭時(shí)，第1道粗磨完成。產(chǎn)品通過(guò)過(guò)度板進(jìn)入第2個(gè)磨頭，同樣利用磨頭下帶磁的工作臺(tái)吸住產(chǎn)品，一邊輸送一邊磨削。當(dāng)產(chǎn)品通過(guò)第2條砂帶擺幅磨頭時(shí)，第2道半精磨完成。產(chǎn)品通過(guò)過(guò)度板進(jìn)入第3條砂帶擺幅磨頭，同樣利用磨頭下帶磁的工作臺(tái)吸住產(chǎn)品，一邊輸送一邊磨削。當(dāng)產(chǎn)品通過(guò)第3條砂帶時(shí)，第3道精度完成。當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)入第4個(gè)尼龍輪擺幅磨頭時(shí)，同樣利用磨頭下帶磁的工作臺(tái)吸住產(chǎn)品，一邊拋光一邊輸送。產(chǎn)品通過(guò)第4個(gè)尼龍輪時(shí)，第4道工序復(fù)光完成。產(chǎn)品繼續(xù)前移通過(guò)退磁器，將產(chǎn)品附帶磁體全部退完，自動(dòng)完成所有工序。本機(jī)的所有磨頭都接有水管，可冷卻產(chǎn)品，并沖掉磨削產(chǎn)生的粉粒。粉粒同水一起流入機(jī)體水槽。經(jīng)過(guò)磁性鐵水分離器可以將鐵粉和水分開(kāi)，鐵粉分離到水箱外，水流入水箱。

1.3 電氣結(jié)構(gòu)及控制

電氣控制電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電氣控制電路結(jié)構(gòu)

1.3.1 磨頭電動(dòng)機(jī)的起、停控制

磨頭電動(dòng)機(jī)起、?？刂齐娐酚山佑|器（KM1、KM2、KM3、KM4）、按鈕（K2、K3、K5、K6、K8、K9、K11、K12）以及熱繼電器（KH1、KH2、KH3、KH4）組成。以磨頭1電動(dòng)機(jī)起、?？刂茷槔饎?dòng)時(shí)按下K3（磨頭起動(dòng)按鈕），接觸器線(xiàn)圈KM1因K3的常開(kāi)觸片的接通而得電吸合，使接觸器KM1常開(kāi)觸點(diǎn)接通，磨頭1電動(dòng)機(jī)得電起動(dòng)，同時(shí)圖2（b）中接通后的KM1觸點(diǎn)、處于接通狀態(tài)的熱繼電器KH1、常閉按鈕開(kāi)關(guān)K2及接觸器KM1的線(xiàn)圈，串聯(lián)接入24 V的控制電源形成閉合回路，使接觸器KM1進(jìn)入自鎖狀態(tài)。磨頭1電動(dòng)機(jī)進(jìn)入持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，完成磨頭1電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。停止時(shí)按下K2，維持接觸器保持自鎖狀態(tài)的電流閉合回路被斷開(kāi)。接觸器KM1的線(xiàn)圈失電，使所有之前閉合的KM1觸點(diǎn)恢復(fù)到原來(lái)的常開(kāi)狀態(tài)，控制磨頭1電動(dòng)機(jī)失電而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成磨頭1電動(dòng)機(jī)的關(guān)停。其他3個(gè)磨頭電動(dòng)機(jī)和磨頭1電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和關(guān)?？刂七^(guò)程類(lèi)似。

1.3.2 擺幅電動(dòng)機(jī)的起、?？刂?/p>

擺幅電動(dòng)機(jī)起、?？刂齐娐酚山佑|器（KM5、KM6、KM7、KM8）和 按 鈕（K2、K4、K5、K7、K8、K10、K11、K13）組成。以擺幅1電動(dòng)機(jī)起、?？刂茷槔瑔?dòng)時(shí)按下K4（擺幅起動(dòng)按鈕），接觸器線(xiàn)圈KM5因K4的常開(kāi)觸片的接通而得電吸合，使接觸器KM5的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，使幅1電動(dòng)機(jī)得電而起動(dòng)，同時(shí)圖2（b）中接通后的KM5觸點(diǎn)、常閉按鈕開(kāi)關(guān)K2及接觸器KM5的線(xiàn)圈串聯(lián)接入24 V的控制電源形成閉合回路，使接觸器KM5進(jìn)入自鎖狀態(tài)，擺幅1電動(dòng)機(jī)進(jìn)入持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而完成擺幅1電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。停止時(shí)按下K2，維持接觸器KM5保持自鎖狀態(tài)的電流閉合回路被斷開(kāi)，接觸器KM5的線(xiàn)圈失電，使得之前閉合的KM5觸點(diǎn)又恢復(fù)到原來(lái)的常開(kāi)狀態(tài)，控制擺幅1電動(dòng)機(jī)失電而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成擺幅1電動(dòng)機(jī)的關(guān)停。其他3個(gè)擺幅電動(dòng)機(jī)和擺幅1電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和關(guān)?？刂七^(guò)程類(lèi)似。

1.3.3 輸送帶電動(dòng)機(jī)的起、停控制

輸送帶電動(dòng)機(jī)的起、?？刂齐娐酚山佑|器KM9、按鈕K14和K15、熱繼電器FV以及調(diào)速器組成。起動(dòng)時(shí)，按下起動(dòng)輸送帶電機(jī)按鈕K15，接觸器KM9的線(xiàn)圈因K15的常開(kāi)觸片的接通而得電吸合，接通接觸器KM9所有的常開(kāi)觸點(diǎn)。這時(shí)接觸器KM9的線(xiàn)圈因自身常開(kāi)觸點(diǎn)的閉合和輸送帶關(guān)閉按鈕K14的常閉觸片得電進(jìn)入自鎖狀態(tài)，輸送帶電動(dòng)機(jī)得電轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)速器得電接通，完成輸送帶電機(jī)的起動(dòng)。停止時(shí)，按下關(guān)閉輸送帶按鈕K14，使其常閉觸片斷開(kāi)，接觸器KM9的線(xiàn)圈失電。接觸器KM9已經(jīng)接通的常開(kāi)觸點(diǎn)又?jǐn)嚅_(kāi)，因而輸送帶電動(dòng)機(jī)失電而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)速器失電，完成輸送帶電動(dòng)機(jī)的關(guān)閉。

1.3.4 水泵、退磁器的起、?？刂?/p>

水泵、退磁器的起、停控制電路由接觸器KM10、按鈕K16、K17和退磁器組成。起動(dòng)時(shí)，按下水泵啟動(dòng)按鈕K17，接觸器KM10的線(xiàn)圈經(jīng)過(guò)啟動(dòng)按鈕K17接通常開(kāi)觸片而得電吸合，接通所有的常開(kāi)觸點(diǎn)，同時(shí)接觸器KM10的線(xiàn)圈通過(guò)本身的常開(kāi)觸點(diǎn)經(jīng)關(guān)閉水泵按鈕K16的常閉觸片而得電進(jìn)入自鎖狀態(tài)，水泵電動(dòng)機(jī)得電轉(zhuǎn)動(dòng)，退磁器得電工作，完成水泵電動(dòng)機(jī)、退磁器、分離器的起動(dòng)。停止時(shí)，按下關(guān)閉水泵按鈕K16，使其常閉觸片斷開(kāi)，同時(shí)接觸器KM10的線(xiàn)圈失電，接觸器KM10已經(jīng)接通的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，水泵電動(dòng)機(jī)失電而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，退磁器失電而停止工作，完成水泵電動(dòng)機(jī)和退磁器的關(guān)閉。

1.3.5 汽缸的打開(kāi)與關(guān)閉

汽缸的打開(kāi)與關(guān)閉電路由電氣閥和按鈕開(kāi)關(guān)K20組成。汽缸的打開(kāi)與關(guān)閉都可以通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)K20完成。

2 四頭自動(dòng)水磨砂帶機(jī)的裝調(diào)

第一，平穩(wěn)安裝機(jī)械，依次連接冷卻水泵電機(jī)電源、磁鐵分離器電源（注意轉(zhuǎn)向，如轉(zhuǎn)向不對(duì)時(shí)調(diào)換三相電線(xiàn)的其中2條）、冷卻水管以及輸氣管，然后添加潤(rùn)滑油（手搖泵），連接機(jī)械電源。第二，啟動(dòng)氣動(dòng)按鈕，氣缸收回，安裝輸送帶和砂帶，檢查輸送帶和砂帶的安裝是否和機(jī)械所標(biāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，是否和主動(dòng)輪與從動(dòng)輪對(duì)直。關(guān)閉啟動(dòng)按鈕，氣缸伸出，頂緊輸送帶和砂帶。第三，按輸送帶啟動(dòng)按鈕，打開(kāi)輸送帶調(diào)節(jié)器開(kāi)關(guān)并慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)，檢查輸送帶轉(zhuǎn)向是否正確。如果不正確，把總電源切斷，調(diào)換機(jī)械電源3條380 V電源線(xiàn)中的任意2條。檢查輸送帶運(yùn)走是否穩(wěn)定，如不穩(wěn)定，調(diào)整調(diào)節(jié)絲桿達(dá)到穩(wěn)定。如果輸送帶向里，調(diào)節(jié)絲桿向下調(diào)；如果輸送帶向外，調(diào)節(jié)絲桿向上調(diào)。停止輸送帶時(shí)應(yīng)注意先停止速度調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)，再停止輸送帶馬達(dá)，以避免下次啟動(dòng)時(shí)馬達(dá)負(fù)荷太大。第四，依次點(diǎn)動(dòng)磨頭開(kāi)關(guān)，檢查磨頭砂帶是否穩(wěn)定。如果不穩(wěn)定，調(diào)整調(diào)節(jié)絲桿達(dá)到穩(wěn)定。如果砂帶向里，調(diào)節(jié)絲桿向下調(diào)；如果砂帶向外，調(diào)節(jié)絲桿向上調(diào)。第五，調(diào)整磨頭高度，以磨頭砂帶輕碰加工工件為準(zhǔn)，把手輪向上轉(zhuǎn)一圈，按下水泵啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)輸送帶和磨頭砂帶，根據(jù)實(shí)際工件加工量慢慢進(jìn)刀，以達(dá)到最佳的加工效果。第六，工作結(jié)束后先停止輸送帶，再按總停開(kāi)關(guān)，完成工作。

3 結(jié)語(yǔ)

四頭自動(dòng)水磨砂帶機(jī)綜合了自動(dòng)變頻控制技術(shù)、四頭擺幅磨削技術(shù)以及循環(huán)利用技術(shù)等精密機(jī)械制造技術(shù)，采用四頭擺幅磨削和變頻系統(tǒng)控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速控制輸送帶、砂帶與輸送帶的設(shè)計(jì)。采用氣動(dòng)張緊系統(tǒng)，借鑒大型自動(dòng)化設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，四頭自動(dòng)水磨砂帶機(jī)可以一次完成從毛坯到半加工乃至精加工的全部工藝過(guò)程。與現(xiàn)有的自動(dòng)拋磨機(jī)相比，四頭自動(dòng)水磨砂帶機(jī)磨削的產(chǎn)品均勻且細(xì)膩，磨料利用率提高了20%，能耗降低了35%以上，生產(chǎn)效率提高了200%以上。四頭自動(dòng)水磨砂帶機(jī)不僅操作簡(jiǎn)便，性能穩(wěn)定，而且應(yīng)用前景廣闊。