無心磨床磁材磨削自動收料機(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)，降低工人勞動強(qiáng)度［1］。

王淑芳等人對車軸成型磨床自動上下料流水線進(jìn)行研制，采用機(jī)械手和帶有阻尼板的下料機(jī)構(gòu)對磨削完車軸進(jìn)行下料［2］。董傳軍、楊廷水等人對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、李長春等人對數(shù)控機(jī)床上、下料機(jī)械手的運(yùn)動學(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)動方程和各個關(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傾斜的支架平臺，平臺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斜面、切削液回收管回收。經(jīng)現(xiàn)場調(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。

2 技術(shù)要求

磁材尺寸規(guī)格為:直徑范圍為2～30 mm，長度為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、移動平臺、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

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

(1)下料滑槽裝置設(shè)計

緩沖設(shè)計主要從減小工件滑落時的速度以及吸收滑至端部的工件的沖擊力兩個角度來設(shè)計方案。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)信號給控制器，控制器輸出使開門氣缸5和阻擋氣缸4動作，開門氣缸5推動門8打開，工件滑落，阻擋氣缸伸長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合適的大小。

(2)收料組件裝置設(shè)計

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排成一排，排完一排后，平臺移動一個位置接著排第二排、第三排…直到排滿整個收料盒為止。由于工件大小不一，滾動的速度存在差異，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)計為可調(diào)，經(jīng)計算摩擦角θ=tan－1μ驗測定，可調(diào)角度設(shè)計為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平臺7上，滑塊2可以移動副的形式在豎直滑槽上下自由滑動，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，斜坡托盤8與移動平臺7通過合頁6鉸接在一起。以強(qiáng)度、穩(wěn)定性為設(shè)計準(zhǔn)則，設(shè)計各個構(gòu)件的尺寸，再加以校核直至滿足設(shè)計要求。

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

(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)滑臺走完一個行程，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)電動機(jī)采用57步進(jìn)電動機(jī)，112 mm/3 A，2.8 N·m+配套驅(qū)動器DM542。驅(qū)動器采用交流伺服驅(qū)動器的電流環(huán)進(jìn)行細(xì)分控制，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動很小，低速運(yùn)行很平穩(wěn)，幾乎沒有振動和噪聲。高速時力矩也大大高于其它二相驅(qū)動器。控制器采用鴻達(dá)智控智能可編程單軸步進(jìn)電動機(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)檢測帶來便利，提高了生產(chǎn)效率。同時通過自動化，降低了工人勞動強(qiáng)度，從原來每臺磨床配置3個工人到現(xiàn)在每臺磨床只需配置1個工人，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，勵鋒.自動上下料系統(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，李長春.數(shù)控機(jī)床上、下料機(jī)械手的運(yùn)動學(xué)分析與仿真［J］.煤礦機(jī)械，2012(11):76－77.