半自動橡膠輥磨床的全自動化改造

莊里華 江宋坤

摘要：本文是通過對人工操作的半自動化的橡膠輥磨床進行增設自動上下料裝置以完成全自動化的改造，使得Cycle Time 由原來的9秒降至5秒，為企業提高效率。實施改造的上下料裝置通過采用差動式管料送料機構，結合氣動元件組成的機械手、PLC、觸摸屏和主體設備一體化聯動的工作方式。

關鍵詞：半自動橡膠輥磨床、自動上下料裝置、差齒結構、觸摸屏

引言

隨著辦公自動化的快速發展，使得打印機、復印機的橡膠輥這一消耗件的使用量劇增，而且價格日趨低廉化發展。但目前仍有半自動化的橡膠輥磨床在企業使用廣泛，再者全自動的橡膠輥磨床企業投資較大，致使在半自動橡膠輥磨床進行全自動化的改造，實現全自動工作模式，將是半自動化橡膠輥磨床得以延長使用壽命、減少人力成本、減少企業投資的首選之路。

一、半自動橡膠輥磨床設備介紹

（一）磨床的主要用途和特征

本機床適用于橡膠滾輪制造廠的車間磨削各種規格的橡膠輥。機床采用半自動循環成批加工膠輥，在半自動磨削時，能自動完成。

（二）機械傳動部件的說明

機床的主要運動有：工件旋轉、工作臺移動、砂輪旋轉、砂輪架手動進給、尾座套筒運動等構成。

（三）設備運動過程的流程

由于是成批磨削膠輥，工作時為半自動循環（單向或雙向循環磨削），機床操作步驟為：

手動試磨達到圖紙標準尺寸后進行基本參數的設定，在實現人工操作：

2、半自動運行程序

砂輪座位于頭架側→砂輪轉動→磨頭離合→自動運行→尾座啟動→尾座正轉/反轉（帶動工件轉動）→開始磨礪工件→工作臺向右移動→工作臺左移（按設定次數往復）→中心規手動下料（按設定停車時間卸下工件）→進入下一循環。

正因為如此，在此半自動化的橡膠輥磨床上增裝自動上下料的機械手以實現全自動化工作模式，成為實施這一改造課題的目的。

二、橡膠輥進料方式的比較及優化

管料工件進料方式有以下兩類：料倉式和料斗式，現就其工作特點進行說明：

根據這兩種送料方式的工作特點來看，管式排料易于采用定向排列的料倉式上料方式實現上料和收料的過程;所以結合管類零件外圓加工的特點和料倉式工作方式，開發出經濟優化型的差齒運行的進料方式。差齒結構的工作模式如下圖所示：

此結構的工作原理為：齒形的托料機構分為固定齒和活動齒，固定齒靠兩側、固定不動;活動齒靠內側由構件支撐氣缸推動做上下運動;活動齒和固定齒之間相差1/2的齒距，運動時構成差動工作模式;并且工件有一定的重力，會在兩個齒形的斜線部分重合時滾動到下一個齒，實現定向運動、不停地向前跳齒的平移運動;同時在收料側，由于齒形相反，工件會伴隨氣缸的上下運動向后退的方向運動，實現收料的功能。

四、橡膠輥機械手的制作和工裝介紹

采用兩排跳齒結構的裝置即可完成工件的上下料運動;在上下料的節點處采用機械手上料和收料就可以完成全自動化加工的運行模式。

五、改造裝置的工作原理說明

現將其工作原理按照氣缸的動作簡述如下：

按下啟動按鈕X23（M23）--Y0分料氣缸得電動作，并且循環動作--直至X27送料檢測傳感器（電感式傳感器檢測金屬）檢測到有物料--Y1上料氣缸得電動作，將料水平推送到前限位傳感器X3--Y3尾座氣缸得電動作，將料頂至磨床的工裝上待加工--Y2托料氣缸得電向下運動至下限位X6，Y1上料氣缸失電縮回至后限位X4--Y2托料氣缸失電后復位至頂出狀態，X27未檢測到物料則循環到“Y0分料氣缸動作，并且循環動作”的狀態。同時Y1上料氣缸到達后限位X4時，通過延時后磨床啟動Y10得電，磨床按照機器的原有動作進行磨削，并且在磨床上增設了行程開關可以監控磨床的運行狀況--當磨床運行一個來回時，即行程開關X12（磨床砂輪右限位）閉合--Y11停止磨床的繼電器得電，使磨床停止運行實現一個磨削的循環;同時Y4收料伸出氣缸動作向前伸出--X13收料伸出氣缸前限位檢測到，Y5收料氣缸得電向下運動，Y3尾座氣缸得電支撐工件--X16收料氣缸下限位檢測到，Y6取料氣缸得電動作，夾爪抓住工件并延時--X17取料氣缸夾緊傳感器檢測到工件被夾緊后，Y3失電，尾座退出--X10尾座控制氣缸的后限位感應到，則Y7平移氣缸得電，工件脫離磨床的工裝--Y7、Y6、Y4保持得電，Y5失電--X15收料氣缸上移至上限位，Y4再失電，工件被收回至收料區域--X14收料伸出氣缸后限位檢測到，Y6取料氣缸失電，工件落到收料的斜齒裝置上--X21平移氣缸在前限位時，讓Y7平移氣缸復位--X22平移氣缸在后限位時，程序再跳轉到“Y0分料氣缸動作，并且循環動作”的狀態，實現連續加工。

如上所述，此種結構包含三種單元的組合：

（一）送料單元（上料單元）

由分料氣缸、上料氣缸、托料氣缸和尾座氣缸組成，實現橡膠管料的料倉式運輸，待尾座氣缸裝夾好工件后執行磨削加工。

（二）機械手單元

由收料伸出氣缸、收料氣缸、取料氣缸和平移氣缸組成，加工完成后，磨床停止工作，機械手實現取料回收，將料回收到收料倉。

（三）收料單元（下料單元）

由于分料氣缸是與送料單元聯動的結構，且運輸管料的方向相反進行，當料置于收料倉時，分料氣缸的動作會同時實現送料和收料的動作，因此單元在整個結構中是能耗最低、功能最少的，同時是實現全自動化不可或缺的一個環節。

六、三菱的觸摸屏的應用

由于手動的按鈕較多，所以采用GOT1050型5.7英寸的觸摸屏較為經濟。如下自動模式和手動模式的效果圖。

七、經濟型分析

此自動上下料裝置在實現管類工件的全自動加工方面有較強的優越性，比起料斗型和工業機器人型的效率更高，幾乎達到送料和收料的同步，現以下表對改造前后的經濟性進行比較。

1、改造前的月度人工成本為：3000*10=30000元/月

2、改造后的月度成本消耗為：3000*2+1417+255=7672元/月

從以上的數據可以分析得出：4個月基本上可以收回所有的投資并實現盈利，效益相當可觀;并且在節省人力的同時，也降低了工人的勞動強度。

九、結束語

對此半自動化的橡膠輥磨床上進行的全自動化改造，使得半自動化橡膠輥磨床得以繼續在市場競爭中發揮余熱，既減少企業人工成本同時，也提高了設備效率;同時這款差齒送料機械手結構簡潔、便于維護，非常適合中小企業實施全自動化改造上加以應用。

參考文獻：

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作者簡介：

莊里華，1983-09，男，漢，廣東珠海，本科，研究方向：電氣工程及其自動化

江宋坤，1981-10，男，漢，廣東珠海，本科，研究方向：機電一體化