全自動水鉆加工設(shè)備的研究與開發(fā)

李文迪 寧獻剛 張應(yīng)午 周耀衛(wèi)

(一拖(洛陽)開創(chuàng)裝備科技有限公司，河南 洛陽 471004)

水鉆(又名水晶鉆石)主要成分是水晶玻璃(化學(xué)成分為SiO2)，是將人造水晶玻璃經(jīng)打磨成型并拋光而成，質(zhì)細透明，外狀仿天然鉆石，光照之下會反射出各色光芒璀璨奪目。這種材質(zhì)因為較經(jīng)濟，同時視覺效果上又有鉆石般的奪目感覺，因此很受人們的歡迎，一般用于中檔的飾品設(shè)計中，是服飾、首飾、工藝品鑲嵌點綴的經(jīng)典之選。

1 水鉆加工工藝

一般的水鉆有8 個切面，水鉆背面是鍍上的一層水銀皮。通過切面的聚光，使它有很好的亮度，切面越多亮度就越好。施華洛世奇是第一個發(fā)現(xiàn)水晶玻璃切面的人。目前奧地利施華洛世奇水鉆其切割面可多達三十多面，捷克水鉆切割面一般十幾面，中東水鉆及國產(chǎn)水鉆為迎合市場制造低成本的普通水鉆。目前國內(nèi)生產(chǎn)的一般水鉆形狀(如圖1 所示)是加工設(shè)備對圓形球經(jīng)過分別進行上下半球的加工而成，上下半球各有8 個切面，再把其中一個加工好的半球加工切去頂部。具體的加工(磨鉆過程)工藝流程為:夾具預(yù)熱→上坯料→斜面磨削(8 個面)→斜面拋光(8 個面)→對接上料→斜面磨削(另8個面)→斜面拋光(另8 個面)→下料→排鉆→吸塑上料→頂面磨削→頂面拋光→吸塑下料。

2 水鉆加工設(shè)備狀況

2.1 國外設(shè)備狀況

歐洲國家目前已經(jīng)升級到自動化設(shè)備，這些設(shè)備基本無需人工參與，實現(xiàn)自動加工，節(jié)能環(huán)保。主要分布在奧地利(也就是施華洛世奇)、捷克、德國，韓國的自動化設(shè)備程度也很高。但此類設(shè)備對我國采取封鎖政策，限制進口。

2.2 早期國內(nèi)水鉆設(shè)備狀況

早期水鉆生產(chǎn)廠家完成這些工藝流程相配套的設(shè)備(如圖2 所示)分別是:上料機、兩臺斜面磨削機、兩臺斜面拋光機、對接機、下料機、排鉆機、吸塑機、頂面磨削機、頂面拋光機。要完成這樣一組設(shè)備的運轉(zhuǎn)，至少需要7 個工人操作。具體的操作過程:上下料操作工負責(zé)空夾具在上料機上料，并把帶有坯料的夾具從上料機上拆下，轉(zhuǎn)到斜面磨削工序;第一位磨拋操作工負責(zé)把帶坯料的夾具裝到斜面磨削機上磨削，再把完成坯料磨削的夾具拆下轉(zhuǎn)到斜面拋光機上，并把完成坯料拋光的夾具拆下轉(zhuǎn)到對接工序;對接操作工負責(zé)把夾具上半球已加工后(成為單尖，即一頭尖)的半成品在對接位上對接到空夾具上，再把帶單尖的新夾具轉(zhuǎn)到第二道斜面磨削工序，且把新的空夾具轉(zhuǎn)到對接位置;第二位磨拋操作工負責(zé)完成單尖另半球的磨削和拋光，并把完成拋光的夾具拆下轉(zhuǎn)到下料工序;上下料操作工負責(zé)把兩半球都加工成形的坯料(此時稱為雙尖，即兩頭尖)在下料機進行下料，并把空夾具轉(zhuǎn)到上料工位;再進行坯料的上料，繼續(xù)斜面磨削和拋光;排鉆工把雙尖坯料在排鉆機排好，鉆到吸塑機上完成吸塑，然后把吸塑轉(zhuǎn)到頂面磨削工位，第三位磨拋操作工負責(zé)完成頂面的磨削和拋光。這種流水線生產(chǎn)設(shè)備需要大量的手工輔助操作，手工操作的時間占整個生產(chǎn)循環(huán)時間的1/2，工人勞動強度大，自動化程度低，效率低，生產(chǎn)環(huán)境較惡劣但投入成本少，適合小規(guī)模生產(chǎn)。

2.3 目前國內(nèi)的水鉆設(shè)備狀況

目前國內(nèi)大部分生產(chǎn)廠家完成這些工藝流程相配套的設(shè)備如圖3 所示。該生產(chǎn)流程比早期的水鉆生產(chǎn)操作工人數(shù)上少減少3 人，只需4 人就能完成水鉆的生產(chǎn)。生產(chǎn)效率得到了很大提高，人工成本大大下降。該流水生產(chǎn)線在一定程度上提高了生產(chǎn)效率，降低了人工成本，但工人的勞動強度扔未得到減輕，投入成本相對較高。

這些需要手工輔助的普通設(shè)備雖然能夠完成飾品的加工，但有以下不足:設(shè)備柔性功能欠缺，加工飾品種類比較單一;自動化程度低，人工成本高，工人勞動強度大，效率低;手工操作無法保證生產(chǎn)飾品的一致性，影響飾品品質(zhì);夾具不停地拆卸，設(shè)備精度、運行穩(wěn)定性和使用壽命都會受到影響;設(shè)備都是開放式，產(chǎn)生的粉塵不易處理，易引起塵肺病等職業(yè)病;無法對設(shè)備產(chǎn)生的廢水進行處理，直接造成水污染。

2.4 國內(nèi)水鉆加工設(shè)備的發(fā)展趨勢

隨著人們生活水平的日益提高，國內(nèi)及世界各地的飾品消費量在與日俱增，我國這種低效率的生產(chǎn)設(shè)備，已經(jīng)很難滿足消費需求;且國外自動化設(shè)備對我國采取封鎖政策。在國家“十二五”提倡高效節(jié)能的大背景下，飾品的磨拋加工在逐步向自動化柔性加工的方向發(fā)展。由于受國外技術(shù)封鎖的原因，國產(chǎn)飾品加工自動化機尚處于摸索研制階段，自動化加工方式已經(jīng)作為行業(yè)發(fā)展的方向。

一些設(shè)備廠家對多功能磨拋機進行了改進，上料機和下料機分別優(yōu)化到設(shè)備上，雖然使工人的勞動強度得到一定的減輕，但依然擺脫不了對手工操作的依賴。

筆者公司通過對目前國內(nèi)水鉆加工設(shè)備的現(xiàn)狀分析，提出一種柔性加工工藝路線，并設(shè)計一種全自動柔性加工設(shè)備，該設(shè)備集上料、磨削、拋切、對接、下料等多功能自動加工線功能于一體，實現(xiàn)水鉆加工的自動化，徹底擺脫水鉆生產(chǎn)對人的依賴。

3 設(shè)計中采取的方案及柔性加工工藝流程

全自動水鉆加工設(shè)備(如圖4 所示)，包括底座、下進給系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)、磨拋滾輪系統(tǒng)、給水防護系統(tǒng)、支撐框架、自動下料對接裝置、上進給系統(tǒng)、頂板、自動上料裝置;設(shè)備采用西門子數(shù)控系統(tǒng)進行控制。

柔性加工工藝流程是:自動上坯料→自動斜面磨拋(8 個面)→自動對接→另半球的斜面磨拋(8 個面)→自動頂面磨拋→自動下料。

工作時，上進給系統(tǒng)帶動夾具運動到系統(tǒng)自動上料裝置處上料，完成上料后，上進給系統(tǒng)帶動夾具系統(tǒng)在磨拋滾輪系統(tǒng)完成單尖的磨拋，單尖完成后，上進給系統(tǒng)和下進給系統(tǒng)各自帶動夾具系統(tǒng)在自動下料對接裝置處進行對接，對接完成后，下進給系統(tǒng)帶動夾具系統(tǒng)運動到磨拋滾輪系統(tǒng)對另一半球進行磨拋，雙尖完成后，下進給系統(tǒng)繼續(xù)帶動夾具系統(tǒng)在磨拋滾輪系統(tǒng)處完成頂面的磨拋加工，加工完成后，下進給系統(tǒng)運動到下料對接裝置處進行下料，整個加工過程自動完成。

4 本機床的使用情況總結(jié)與創(chuàng)新點

該設(shè)備使用情況良好，不但高質(zhì)量完成普通水鉆的加工，還可以分多層多面加工出其他品種的鉆型。與目前飾品加工行業(yè)上的設(shè)備相比，有以下創(chuàng)新點:(1)具備膠粉自動補償功能，保持膠粉的一致性;(2)具備自動上料功能;(3)具備自動喂膠粉功能;(4)具備自動識別功能，防止下料和對接未完全時對夾具造成損壞;(5)具備自動對接感應(yīng)功能，保證對接時的穩(wěn)定性;(6)涵蓋多種類飾品的加工:可對平面和球面加工，能完成多品種產(chǎn)品的加工，而市場上的設(shè)備只能完成單一產(chǎn)品的加工;(7)滾輪式加工代替圓盤式加工，提高了飾品的品質(zhì);(8)提高了產(chǎn)品的一致性(普通飾品設(shè)備的上下料需要人工不停地拆卸夾具，進行上料、對接和下料);(9)環(huán)保節(jié)能，消除職業(yè)塵肺病的發(fā)生。

5 結(jié)語

該設(shè)備完全具備了上料、磨削、拋切、對接、下料自動加工線功能，工作穩(wěn)定性好，自動化程度高，有效消除人工輔助，降低工人勞動強度，提高工作效率，節(jié)省空間，且能保證飾品一致性與美觀性，并能涵蓋多產(chǎn)品，包括各種異形鉆的加工。該設(shè)備符合國家行業(yè)發(fā)展需求，引領(lǐng)飾品機械行業(yè)潮流，高效節(jié)能低碳環(huán)保，對于解放飾品加工行業(yè)工人具有重要意義。目前該項目已獲得國家發(fā)明專利3 項和實用新型專利2 項，具有廣泛的推廣價值。

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