一種通用去毛刺設備的設計和研制

陳志雨，張 濤

（安徽大學 電氣工程與自動化學院，合肥 230601）

0 引言

毛刺是指在切削機械加工中，由于刀具的作用，引起工件材料塑性變形，延伸出工件加工表面與相鄰表面相交線以外的全部材料[1]。現階段主要的去毛刺方法有以下幾種，人工去毛刺、研磨去除毛刺、盡量采用沖壓、模鍛等加工工藝減少毛刺、化學方法去毛刺、高壓水噴射去毛刺、點解去毛刺和雕刻機去毛刺等[2]。其中人工去除毛刺一般是企業最常用的方法，工人一般采用銼刀、砂紙、磨頭等作為輔助工具，有事為了提高效率，會采用電動或氣動作為動力。但是這種方法依然有較高的人力成本，效率不夠理想。有必要設計一套自動化設備毛刺打磨機來提高效率。

1 設備的整體結構

該設備為一種通用型去毛刺自動打磨設備。藉由人工將需要打磨的工件放入到設備相應的工位上，關閉防護窗，并開啟打磨按鈕。設備自動檢測并加緊進行自動打磨，打磨完成后由人工取出。生產效率提升的同時，還可以極大的提高產品生產的成品率。設備共有8個工位，分別為檢測工位，4個打磨工位，分度盤反轉工位，吹氣吸收粉塵工位和下料工位。設備的設計圖和成品圖如圖1所示。設備擁有手動和自動兩種模式，在觸摸屏上根據需要進行調節。

2 要打磨的零件

圖1 通用去毛刺設備

設備是一種通用型去毛刺機，轉盤上各工位可以根據不同的零件更換不同的底盤的夾具。以下主要以一種汽車零部件邊緣去毛刺為例進行介紹。需要打磨零部件如圖2所示。每個部分有兩段需要打磨的毛刺，即1、4位置為第一段需要打磨位置，2、3位置為第二段需要打磨位置。考慮到該零件正好有3個對稱孔，于是設計了如圖3所示的底板夾具，安裝在轉盤對應的8個工位上。底板夾具上有3個定心，正好插入到零件的3個孔中。方便固定零件。當要打磨其他零件時，底板夾具可根據零件的形狀來更換。

圖2 需要打磨的零件

圖3 底板夾具

3 打磨機構

打磨機構由水平方向和豎直方向兩個導軌組成，水平方向導軌安裝在豎直方向導軌的滑塊上。導軌通過聯軸器電機安裝板和57型步進電機相連。手持式編程器控制步進電機的旋轉速度和方向來控制打磨機構的水平和豎直方向運動。導軌外安裝金屬屏蔽罩，防止打磨碎屑進入。水平方向導軌外屏蔽罩上安裝一個氣缸，氣缸連接單支柱式夾，安裝氣動打磨頭。具體的如圖4所示。

4 反轉工位

反轉工位動作主要由氣動部件完成，由手指氣缸，回轉氣缸，標準氣缸來完成。當零件轉至反轉工位時，轉盤停下，夾緊氣缸夾住零件。標準氣缸1向上運動連同零件一同抬起。之后回轉氣缸運動連同夾緊氣缸和零件反轉，標準氣缸1再將零件放下，并放入底盤夾具上。完成零件的反轉動作。如圖5所示。

圖4 打磨機構

圖5 反轉工位結構

5 毛刺打磨機控制部分結構

毛刺打磨機控制部分主要由有PLC，觸摸屏，轉盤，氣動毛刷，手持編程器組成。工人將要打磨的工件放入到1號工位上，設備檢測裝置檢測到有工件放入時，氣動夾緊裝置。之后轉到各個工位開始打磨。氣動磨機由水平和豎直兩個導軌控制毛刷的運動方向，即X、Y軸兩個方向。連接氣動磨機的是一個標準氣缸，氣缸的伸縮可以帶動毛刷的運動。這樣就完成了毛刷在空間中3個方向的運動。

手持微控制器由ARM和專門的運動控制芯片組成的控制板，界面為仿CNC加工數控編程界面外部和內部供電采用光耦隔離方式。支持20個程序存儲，編程簡單可靠。4.3英寸彩色液晶顯示屏，分辨率為480×272。支持開機回零和手動回零。該系統采用開機回零方式，上電完成，水平方向和豎直方向導軌帶動毛刷回到設定好的零位[3]。

PLC采用臺達DVP60ES200R繼電器輸出型PLC，主要有36個輸入點，24個輸出點。DVP08XN211R數字量擴展模塊4點輸入，4點輸出。觸摸屏采用臺達9英寸觸摸屏。PLC和觸摸屏主要控制轉盤的轉動和速度調節，工位檢測，工位夾緊，以及各個氣缸的電磁閥的開合。PLC和手持式編程器配合完成打磨。當轉盤轉到相應的打磨工位時，轉盤停止轉動，PLC發送信號給手持式編程器，手持式編程器根據編寫好的程序控制水平方向和豎直方向的電機運動到要打磨部分的起點。氣動打磨機開始轉動，打磨完成后，氣動打磨機停止轉動。手持式編程器發送信號給PLC。PLC執行下一步操作。

6 觸摸屏的設計

觸摸屏采用臺達的9英寸觸摸屏，主要用于監控、顯示當前狀態信息和手動操作。主要有參數監控、手動控制、轉盤監控、點動輸出、參數設置6個顯示界面。如圖6所示。參數監控界面，具有手動模式、自動模式、停止3種模式選擇，可以顯示各個工位工作狀態。以及吹氣時間和總產量。

手動控制設置界面為手動控制調節單個工位運轉情況，在手動模式下單獨控制某一個工位的工作。

點動輸出控制界面，這面界面的參數設置需要在停止的模式下進行。在停止模式下可以進行單個氣缸的動作。

參數設置控制界面，可以進行工位動作的屏蔽，當不需要某工位時，可以手動停止該工位，即轉盤不在該工位停止，并進行進一步地操作。吹氣時間可以根據需要來設定。

報警監控設置界面，用于監控各個工位的運行情況，當有故障發生時，在該工作欄下輸出報警信息，并有聲光報警提示。可以檢測設備異常報警。

由于不同的工件毛刺位置不同，所以選用了北京多普康公司的M2B基礎版運動控制器，一種手持式微控制器。擁有18路輸入，8路輸出。如圖7所示。既可以采用手動控制的方式，又可以采用數字編程自動模式去打磨。編輯界面如圖8所示：可以設定相對運動，絕對運動，方便打磨有棱角的零件邊緣飛邊毛刺。也可以設定圓周運動，逆圓或者順圓運動。Z軸方向的氣動毛刷，跟氣缸相連接，可以上下伸縮自如。

7 手持式微控制器編輯程序流程

手持式微控制器編程簡單，主要設定運動時間、相對運動參數點，輸入輸出信號即可，具體的編程流程如圖9所示，以下僅以第一段需要打磨程序為例。其他部位打磨程序相似，不做過多介紹。

圖6 觸摸屏界面

圖7 M2B基礎版運動控制器

圖8 手持式編程器設置界面

圖9 手持式控制器編程流程圖

8 手持式控制器程序

由于編程器為數字式編程，下面展示編程后的圖片。根據流程圖編程后的結果如圖10所示。

9 打磨后效果

經過實地打磨測試，該通用型打磨機能夠完美的清楚零件的毛刺，具體如圖11所示。已用紅色標出。

10 結語

圖10 手持式編程器編程過程

圖11 打磨后效果

該通用型去毛刺設備，采用了PLC，觸摸屏，手持式編程器結合控制的方式。不僅易于操作，編程簡單，還可以電動運行控制。通過更換工裝位底盤夾具，也適用于其他需要打磨的工件。經過實際工作測試檢驗可以達到良好的去毛刺效果。