木制玩具自動化沖壓設備結構設計

謝應孝　葉德敏

摘? ?要：沖壓是木制玩具加工中的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，沖壓加工方式仍處于手動落后及高危狀態(tài)，遠遠滿足不了當今高速發(fā)展的木玩產(chǎn)業(yè)的需求。本文設計了一種集拆垛送料、定位、沖壓、取料的自動化生產(chǎn)設備。減少生產(chǎn)成本，提高工作效率，減少安全隱患，促進企業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)。

關鍵詞：木質玩具? 沖壓

中圖分類號：TG305? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）03（c）-0099-02

Abstract： Stamping as an important production link in the processing of wooden toys， Stamping processing is still in manual backward and high-risk state， far from meeting the needs of today's high-speed development of the wood toys industry. In this paper， a kind of automatic production equipment is designed， which can Dismantle， transmit， locate，which reduce production costs， improve work efficiency， reduce potential safety hazards， and promote the realization of modern production.

Key Word：Wooden toys， Stamping

2017年我國木制玩具行業(yè)規(guī)模約12.61億美元，占全球木制玩具比重的21.8%。近幾年，國內木制玩具行業(yè)占比逐漸提高，從2011年的19.24%增長到2017年的21.8%，2017年我國玩具產(chǎn)量為520.35萬t，同期國內玩具產(chǎn)品出口量為205.95萬t。與木制玩具行業(yè)產(chǎn)量和銷量的快速增長形成鮮明對比，木制加工配套設備研發(fā)的滯后。沖壓工藝是木制玩具生產(chǎn)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，沖壓加工方式特別是沖壓模具大部分仍處在手工送料、手工取件的狀態(tài)，但這遠遠滿足不了當今高速發(fā)展的木玩產(chǎn)業(yè)的需求[1]。設計一套木制玩具自動化沖壓設備。采用沖壓自動化生產(chǎn)線組織生產(chǎn)，不僅能夠將企業(yè)的現(xiàn)代管理技術和先進的科學技術融入其中，而且能夠簡化生產(chǎn)布局，減少生產(chǎn)成本，提高工作效率，改善勞動條件，減少安全隱患，促進企業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)。

1? 國內外研究現(xiàn)狀

瑞典柯肯在1966年成立了由計算機進行控制的自動化制材廠。兩年以后，日本的莊田企業(yè)在木工機械設備中采用了數(shù)控技術，生產(chǎn)出首臺數(shù)控鏤銑機。此后，日本及西方發(fā)達國家的一些木工設備生產(chǎn)廠家，通過使用機電一體化技術，為廠家研發(fā)了很多的先進木工設備[2]。

隨著歐、美、日的OSACA計劃、NGC計劃、OSEC計劃以及OMAC計劃的啟動，數(shù)控技術在木材加工機械上的應用開始普及，尤其是數(shù)控鏤銑機的研發(fā)，正因為有了該機器的出現(xiàn)讓加工木材變得更加現(xiàn)代化，還帶動了其他相關領域的發(fā)展，比如室內裝飾行業(yè)、建材行業(yè)以及家具行業(yè)等等[3]?，F(xiàn)今的木材加工行業(yè)領域中，木材加工中心的研發(fā)代表了木材加工設備的最高水平，美、日、德、意大利等發(fā)達國家相繼開發(fā)出五軸聯(lián)動數(shù)控木材加工中心，并且都占有各自的主要市場[4]。

國內的沖壓自動化生產(chǎn)主要是以常規(guī)的送料機械手或機器人輸送系統(tǒng)的串聯(lián)式?jīng)_壓自動化生產(chǎn)線為主，這種生產(chǎn)線主要由送料機械手、穿梭小車和沖壓機床組成。采用送料機械手進行上下料操作的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，能夠在很大程度上提高沖壓自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)周期，極大地縮減了人工勞力，改善了工作環(huán)境[5]。交流伺服自動送料技術是近年來發(fā)展十分迅速的一種具有智能化、柔性化特點新技術。交流伺服自動送料技術的動力來源為交流伺服電機，具有很強的工藝適應性和持續(xù)工作的能力。目前國內較為先進的自動送料設備為深圳力豪公司研制的伺服系統(tǒng)送料機[6-7]。

2? 設備結構方案

本文研制的設備是板式木質玩具加工中的重要一環(huán)，主要完板式木質玩具的沖壓工藝。圖1是設備整體構造示意圖。主要包括：拆垛送料機構、定位機構、沖壓機構、取料機構。將完成貼紙或涂色工藝的待加工板式木質玩具，放入拆垛送料機構后啟動設備，最底層的原料送入定位機構，并由定位機構將原料送入沖壓機構，再由沖壓機構完成原料的沖壓，最后再將原料送入取料機構，完成整個沖壓的自動化過程。

3? 設備結構設計

3.1 拆垛送料機構

拆垛送料機構由放料裝置、送料裝置、絲桿、滑軌、伺服電機、壓緊裝置構成，結構示意圖如圖2所示。沖壓原料一般為厚度5～8mm的方形板材，放料裝置可以根據(jù)原料的大小進行調整。移動主軸包括伺服電機、螺桿、滑軌等。將一組待沖壓木板放入放料裝置，伺服電機帶動絲桿轉動帶動送料裝置沿滑軌運動，當送料裝置運動到放料裝置下端時，將最下一層木板推出，送至壓緊裝置，其余送料裝置留在放料裝置中，完成一次拆垛送料運動，電機方向運動，送料裝置收回，準備一下次的送料動作。

3.2 定位機構

定位機構主要由伺服電機、絲桿、滑塊限位器等構成，如圖3所示。待沖壓木板原料由拆垛送料機構送入定位機構平臺，受限位器作用木板橫向位置被固定，限位器橫向位置可調，伺服電機帶動絲桿轉動，滑塊延絲桿方向移動，滑塊帶動上、下連桿及推塊沿縱向移動。當木板橫向位置定好以后，推塊將木板進行縱向定位，從而完成木板的定位功能，再將木板送入液壓機進行沖壓。

3.3 沖壓取料機構

沖壓取料機構主要包括液壓機和輸送帶組成，如圖4所示。其中液壓機是對原有的手動液壓機進行改造節(jié)省了改造及研發(fā)費用，同時，為企業(yè)減少負擔。在活動橫梁的下端放置刀具，在下橫梁上端放置兩個L型壓緊裝置，兩個壓緊裝置位置可調。當主軸將木板送入壓緊裝置，到達設定位置時，伺服電機帶動連桿打開液壓閥，使活塞桿帶動活動橫梁，對木板進行沖壓，完成沖壓后活塞桿升起，木板在壓緊裝置的作用下留在原位置，這時主軸再將木板推至輸送帶送入下步加工工序，完成沖壓取料過程。

4? 結語

根據(jù)木制玩具的沖壓工藝特點，對傳統(tǒng)的手動沖壓設備進行技術升級與改造，分析討論了木制玩具自動化沖壓設備的整體布局方案，并對拆垛送料機構、定位機構、沖壓取料機構進行結構設計研制了自動化設備一套，如圖5所示。

經(jīng)生產(chǎn)測試設備實現(xiàn)沖壓板式木質玩具10張/min，產(chǎn)品沖壓成品率達到95%。整個設備結構完全實現(xiàn)自動化，提高了木制玩具沖壓工藝的加工效率及工人操作的安全性。

參考文獻

[1] 周玉明.沖壓生產(chǎn)線自動送料裝置設計與仿真分析[D].重慶大學，2016.

[2] 張偉.國內外木材加工高速電主軸技術現(xiàn)狀[J].木工機床，2012（1）：8-11.

[3] 張偉.木材加工高速電主軸技術研究進展[J].木材加工機械，2008（3）：26-8，51.

[4] 唐昌松，王南寧，楊恒，等.inventors一種圓木輸送鋸切扒皮加工生產(chǎn)線patent CN203712793U.2014-07-16.

[5] 柳南.基于沖壓設備現(xiàn)狀自動化改造的設計與研究[D].吉林大學，2017.

[6] 李虎，馬巖，楊春梅，等.木屋圓木梁加工中心夾緊系統(tǒng)結構設計[J].木材加工機械，2016，27（6）：36-9.

[7] 胡超.大型沖壓機床的自動上下料系統(tǒng)研究與設計[D].南京理工大學，2016.