淺析半自動磨邊機的內部結構及原理

文 王英麗

半自動磨邊機之所以能以自動仿形磨削的方式完成鏡片磨邊等一系列相關工作，主要依靠其內部的各種機械機構以及電氣結構。半自動磨邊機的內部結構如圖1所示，主要包括模板踏板機構、砂輪進退機構、砂輪旋轉機構、鏡片軸夾緊機構、鏡片軸旋轉機構、進出水機構、穩壓電源及其輔助電氣元器件以及主板。

圖1 半自動磨邊機內部主要部件圖

半自動磨邊機內部結構的具體功能如表1所示：

表1 半自動磨邊機內部主要機構及功能分析表

半自動磨邊機是根據鏡片材質（玻璃、樹脂、PC等），尺寸大小，鏡片形態（圓形片、小寸片、直角片等）、鏡片邊形（平邊、尖邊）等，通過主板電子電路控制磨邊機進行適當機械運動后磨出和模板形狀相同的眼鏡鏡片。自動磨邊工藝采用的是成形法磨邊，金剛石砂輪的表面與鏡架框槽溝呈110°角安裝，使倒角均勻。為了提高磨邊效率，自動磨邊機砂輪采用粗磨、精磨、倒角等組合砂輪。

本文將依次分析某司所生產的半自動磨邊機工作原理。

1 模板踏板機構

半自動磨邊機按照實物形狀進行自動仿形磨削，模板踏板機構不但提供了模板的裝夾裝置，還實現了對模板輪廓的信號采集與處理，即根據對模板輪廓的仿形將模板輪廓的相關信息轉換為電信號傳送給中央計算機，中央計算機根據不同的電信號發出指令進行加工。

模板踏板機構整體結構如圖2所示，它主要包括模板裝夾裝置、電源線、模板踏板電機、模板踏板傳感器、模板踏板、齒輪系與齒輪齒條結構、感應葉片與葉片測速傳感器以及信號線等。

圖2 模板踏板機構結構圖

其結構具體作用如下：

a.模板裝夾裝置：裝夾模板；

b.電源線：電機供電線路；

c.模板踏板電機：為模板踏板的進退提供動力；

d.模板踏板傳感器：一種電阻應變式傳感器。電阻應變式傳感器的工作原理是基于電阻應變效應，即金屬電阻應變片隨機械形變而產生阻值變化的現象。通常情況下，是將應變片采用特殊的粘和劑緊密粘合在產生力學應變基體上，隨著基體受力發生應力變化后，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化。電阻應變式傳感器的作用是將模具的輪廓信息轉換為電信號傳遞給中央計算機，使磨邊機對加工鏡片做出精準加工。

e.齒輪系與齒輪齒條結構：齒輪系是由一系列齒輪組成的傳動系統，齒輪系可將主動軸的轉速變換為從動軸的多種轉速，將主動軸的單一轉向轉換成為從動軸的不同轉向，將主動軸的動力和運動分配到不同的傳動路線上去等。模板踏板機構通過齒輪系帶動小齒輪快速轉動，再通過齒輪齒條結構降低速度，提高傳動力，最終將動力傳遞給終端機械裝置。

f.模板踏板：如上述，通過電機提供動力和齒輪系、齒輪齒條結構的動力傳動，進而使模板踏板前后移動。

g.霍爾葉片傳感器：霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器。霍爾效應是磁電效應的一種，指當電流垂直于外磁場通過導體時，載流子發生偏轉，垂直于電流和磁場的方向會產生一附加電場，從而在導體的兩端產生電勢差。當感應葉片由于模板踏板位置的變動時，會產生不同的感應電信號，將電信號通過信號線傳送給半自動磨邊機的中央計算機，中央計算機通過對反饋信號的分析與處理，實現對模板踏板的前后移動以及對模板踏板電機的控制。霍爾葉片傳感器的接線圖為圖3所示。

圖3 霍爾葉片傳感器接線圖

h.信號線：將代表模板輪廓的相關電信號等傳送至中央計算機。

模板踏板機構的工作流程圖如圖4所示：

圖4 模板踏板機構工作流程圖

2 砂輪旋轉機構

半自動磨邊機依靠砂輪的高速旋轉來完成對鏡片的研磨工作，砂輪的啟動與停止控制則是通過砂輪旋轉機構實現。砂輪旋轉機構整體結構如圖5虛線框內所示，它主要包括：捆箍、砂輪盤、電動機、電機滑軌以及風扇幾大構件。從整個半自動磨邊機的結構來看，砂輪電機位于機器內部的右下側，可以看出砂輪電機是通過捆箍與其下方的電機滑軌綁在一起，避免砂輪在高速旋轉的過程中出現電機不穩或者脫軌的問題。

圖5 半自動磨邊機砂輪旋轉機構結構圖

其結構具體作用如下：

a.捆箍：捆箍結構如圖6（b）所示，用一個螺絲通過旋入其表面的卡槽來調節松緊，將砂輪電機與其下方的電機滑軌綁在一起，避免砂輪在高速旋轉的過程中導致電機不穩或者脫軌，并且砂輪在進退的軌程前后有限位螺釘的限制，如圖6（c）所示。

圖6 砂輪轉按鍵（a）、捆箍結構圖（b）、限位螺釘結構圖（c）

b.砂輪盤：整個砂輪盤由3個大小相同，材料不同的砂輪組成，其中砂輪1是鏡片粗磨砂輪，用于對PC、樹脂鏡片進行粗加工；砂輪2是玻璃鏡片細磨砂輪，用于對玻璃鏡片進行細磨以及倒角；砂輪3是樹脂、PC鏡片細磨砂輪，用于對樹脂和PC鏡片進行細磨和倒角。砂輪盤與電動機的轉子同軸，在轉子轉動的情況下，砂輪盤同速度、同方向旋轉。

c.電動機：此電動機為交流電動機，三相電源供電，供電電壓為交流220V，為砂輪轉動的動力源。交流電動機同直流電動機，其結構也是由定子和轉子兩部分組成，定子繞組在通入三相交流電的情況下，產生旋轉磁場，轉子在旋轉磁場的作用下受到安培力而旋轉。轉子鐵心設計成斜槽式，以降低啟動電流和保持電磁感應的連續性。

d.風扇：電動機的轉子一方面使與其同軸的砂輪盤高速旋轉以研磨鏡片，另一方面使與其同軸的鐵心尾部的風扇轉動，以對電機散熱，保證電機工作的安全性與穩定性。

砂輪旋轉機構的工作流程圖如圖7所示：

圖7 砂輪旋轉機構工作流程圖

3 砂輪進退機構

鏡片磨邊的過程中，除了要控制砂輪的高速旋轉外，還要根據對鏡片的不同要求，如：粗磨、精磨、磨平邊、磨尖邊以及鏡片的材質等，來選擇不同的砂輪。砂輪的選擇主要依靠砂輪進退機構來完成。

圖8 砂輪結構圖

砂輪進退機構整體結構圖如圖9所示：它主要包括兩個電機：砂輪進退電機和砂輪定位電機，砂輪進退電機為砂輪進退提供動力，其輔助結構又包括電源線、齒輪系和摩擦帶輪；砂輪定位電機通過其與葉片測速傳感器和感應葉片的配合，準確定位砂輪進退的軌程，其輔助結構又包括電源線、信號線和齒輪系。

圖9 砂輪進退機構結構

其結構具體作用如下：

a.電源線：電機供電線路。

b.砂輪進退電機：砂輪進退電機的作用是為砂輪的進退提供動力，其型號及原理同模板踏板電機。

c.砂輪定位電機：砂輪定位電機的作用是準確定位砂輪進退的軌程，同樣為直流電機，其工作原理同砂輪進退電機。

d.齒輪系：齒輪系的作用如上述模板踏板機構齒輪系的作用，而砂輪進退機構就是砂輪進退電機與砂輪定位電機通過齒輪系帶動小齒輪快速轉動，并將動力傳遞給終端機械裝置，這里是將運動傳遞給摩擦帶輪和感應葉片，如圖9所示構件9和5，通過摩擦帶輪與砂輪進退導軌的摩擦作用使砂輪前后移動；通過感應葉片與葉片測速傳感器的配合，使砂輪能夠停止在所需求的位置上，即對砂輪定位。

e.摩擦帶輪：如上述，通過電機提供動力和齒輪系的動力傳動，摩擦帶輪與砂輪進退導軌發生摩擦，進而使砂輪移動。

f.霍爾葉片傳感器：如上述模板踏板機構所述霍爾葉片傳感器的相關內容，在砂輪進退機構中，當感應葉片由于砂輪位置的變動，在砂輪定位電機的帶動下旋轉到傳感器的空隙位置時，會產生不同的感應電信號，將電信號通過信號線傳送給半自動磨邊機的中央計算機，中央計算機通過對反饋信號的分析與處理，實現對砂輪的準確定位以及對電機的控制。

砂輪進退機構的工作流程圖如圖10所示：

圖10 砂輪進退機構工作流程圖

4 鏡片軸夾緊機構

半自動磨邊機對鏡片進行磨邊，首先需要固定待加工鏡片，這一需求通過鏡片軸夾緊機構來實現。鏡片軸夾緊機構的位置如圖11所示：主要包括電動機、齒輪系、齒輪齒條結構以及鏡片軸。

圖11 鏡片軸夾緊機構結構圖

其結構具體作用如下：

a.電源線：電機供電線路。

b.電動機：直流電動機，外形引腳及型號如圖12所示。

圖12 鏡片軸夾緊機構直流電動機結構圖

c.齒輪系/齒輪齒條結構：鏡片軸夾緊機構齒輪系結構如圖13（a）（b）所示。

圖13 鏡片軸夾緊機構齒輪系結構及其機構運動簡圖

鏡片軸夾緊機構的工作流程圖如圖14所示：

圖14 鏡片軸夾緊機構工作流程圖

5 鏡片軸旋轉機構

在半自動磨邊機磨邊的過程中，不但需要鏡片軸夾緊待加工鏡片，還需要鏡片軸帶動待加工鏡片做整周的回轉，本文所舉例的半自動磨邊機通過鏡片軸旋轉機構提供動力使鏡片軸持續旋轉，進而完成鏡片的整周回轉動作，以實現對鏡片完整均勻的研磨。

鏡片軸旋轉機構其的體結構如圖15（a）和（b）所示：它主要包括電源線、直流電動機、齒輪系、齒輪桿、齒輪帶傳動機構、霍爾葉片傳感器以及感應葉片。

圖15 鏡片軸旋轉機構結構圖

其結構具體作用如下：

a.電源線：電機供電線路。

b.電動機：直流電動機。

c.齒輪系：與模板踏板機構齒輪系結構作用相似。

d.齒輪帶傳動裝置：齒輪帶傳動機構的作用在于將運動與速度傳遞給鏡片軸，并且兩個帶傳動裝置通過一個桿件連接在一起，目的是為了實現兩個鏡片軸的同步旋轉。

e.霍爾葉片傳感器：參照模板踏板機構。

鏡片軸旋轉機構的工作流程圖如圖16所示：

圖16 鏡片軸旋轉機構工作流程圖

6 進出水機構

a.整體結構：進出水機構主要控制半自動磨邊機的水源供給以降低磨鏡片的砂輪溫度，沖洗砂輪表面的雜質。進出水機構從整體上大致可分為進水口、水泵、控制開關、電磁閥、出水口五大部分，其中進水口、出水口均在同一水箱中，水箱內的水經濾網過濾進入機器，排出的水將雜質等帶入水箱，如此循環，使水箱里的水得到了充分的利用。水泵是抽水的機器，因為半自動磨邊機機身在工作臺臺面上，水泵主要將水運送到需要的高度。圖17所示為半自動磨邊機進出水結構中的水路循環系統。

圖17 半自動磨邊機進出水結構中的水路循環系統

當然，在半自動磨邊機的進出水結構中對水流的控制起決定性作用的器件便是電磁閥，電磁閥到目前為止，從動作方式上可分為三大類：直動式、反沖式、先導式。盡管它們的工作原理有所不同，但是所起作用大致相同，下面以半自動磨邊機進出水結構中的直動式電磁閥為例，介紹電磁閥。

b.直動式電磁閥機構的組成：直動式電磁閥基本結構如圖18所示，其主要由閥體、電容、閥體控制開關三大部件組成，另外除了主要部件，還包括一些輔助部件，如閥體控制開關保護套殼、鑄鐵支架、手動水流控制開關等幾個部分。

圖18 電磁閥基本組成

表2列出了電磁閥基本組成的部件，并對其作用做出了簡單的介紹。

表2 電磁閥基本組成部件作用表

c.直動式電磁閥機構的工作原理：常閉型通電時，電磁線圈產生電磁力把敞開件從閥座上提起，閥門被打開；斷電時，電磁力消失，彈簧把敞開件壓在閥座上，閥門關閉。直動式電磁閥的結構圖如圖19所示。

圖19 電磁閥結構圖

圖20表示了電磁閥在斷電時和通電時的兩種動作方式。

圖20 電磁閥在斷電時和通電時的兩種動作方式