基于機械自動化技術(shù)旋切機磨刀系統(tǒng)搭建探究

石付盛

（柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程學(xué)院，廣西 柳州 545005）

社會生產(chǎn)發(fā)展越來越高效、安全，每個企業(yè)都要從促進企業(yè)高效運轉(zhuǎn)、保證企業(yè)人員安全角度思考生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，以適應(yīng)社會快速發(fā)展。旋切機是企業(yè)重要的生產(chǎn)設(shè)備，通過創(chuàng)新發(fā)展，搭建更安全、高效的旋切機磨刀系統(tǒng)，讓企業(yè)管理更加人性化、安全化，變得越來越重要。旋切機應(yīng)用區(qū)域廣，企業(yè)技術(shù)人員能熟練操作旋切機，并且熟悉旋切機結(jié)構(gòu)及維護，因此，技術(shù)人員通過創(chuàng)新研究，搭建更便于旋切機刀具磨刀的自動化系統(tǒng)技術(shù)上是可行的。目前，國內(nèi)外旋切機磨刀仍單一采用人工拆卸及安裝、人工調(diào)校磨刀平衡方式完成。采用此方式不是一個完整系統(tǒng)，效率低、安全隱患大。本文通過對比旋切機傳統(tǒng)磨刀與機械自動化系統(tǒng)磨刀優(yōu)劣，探討搭建旋切機機械自動化磨刀系統(tǒng)的可行性。

1 機械自動化的意義

自動化是指機器或裝置在無人干預(yù)的情況下按預(yù)定的程序或指令自動進行操作或控制的過程，而機械自動化就是機器或者裝置通過機械方式來實現(xiàn)自動化控制的過程[1]。

根據(jù)2016—2021 年中國旋切機行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與投資戰(zhàn)略規(guī)劃可行性報告，機械自動化的實現(xiàn)將機械生產(chǎn)引向新的領(lǐng)域發(fā)展，通過自動控制系統(tǒng)，真正實現(xiàn)大工業(yè)生產(chǎn)及降低勞動強度，提高勞動效率，縮短企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，降低勞動成本。同時，機械自動化大大提升了企業(yè)生產(chǎn)的安全性，減少了事故發(fā)生率，使整個旋切機行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀發(fā)生了質(zhì)的改變。

2 旋切機及其傳統(tǒng)磨刀裝置概述

2.1 旋切機概述及分類

旋切機是將木材段料旋切成薄板的設(shè)備，如圖1所示，旋切機按照木材斷料是否繞自身軸線旋轉(zhuǎn)分為同心旋切和偏心旋切兩類。同心旋切機又分為卡軸旋切機和無卡軸旋切機兩種[2]。根據(jù)市場調(diào)查，隨著科技的發(fā)展，數(shù)字伺服控制技術(shù)也運用到旋切機生產(chǎn)中，近年來市場上出現(xiàn)了數(shù)控旋切機。數(shù)控旋切機的出現(xiàn)不但提高了生產(chǎn)單板的質(zhì)量和精度，而且還大大提高了生產(chǎn)效率和整機的自動化程度，使用較廣泛。

圖1 旋切機生產(chǎn)狀態(tài)及刀具安裝位置圖

2.2 傳統(tǒng)旋切機磨刀裝置介紹

旋切機磨刀裝置是保證旋切機在生產(chǎn)過程中高效旋切出符合標準單板的磨刀設(shè)備，如圖2 所示，是生產(chǎn)過程不可缺少的裝置，其主要包括刀槽、履帶、砂輪、電機等。傳統(tǒng)磨刀流程包括人工拆卸、刀具轉(zhuǎn)運、安裝及人工調(diào)校擺正刀具、磨刀等四個步驟。傳統(tǒng)旋切機的磨刀系統(tǒng)操作不便，占用時間多，安全隱患大。積極改進旋切機磨刀系統(tǒng)有助于企業(yè)提升效率，減少安全隱患。

圖2 傳統(tǒng)旋切機單一磨刀機圖

3 旋切機旋切生產(chǎn)過程問題分析

3.1 拆裝不便，安全隱患大

旋切機刀具長時間旋切木材段料后，刀刃變鈍，旋切出的板材帶有紋路，影響板材外觀和質(zhì)量，此時需要人工將刀具從機架上拆卸后放置于磨刀裝置中磨刀。由于設(shè)計位置狹窄，工人拆裝不便，整個拆裝流程占用時間多，耽誤生產(chǎn)進度。同時，因刀具體積大，質(zhì)量大，拆卸及搬運過程易導(dǎo)致安全事故發(fā)生。

3.2 缺乏自動測量工具，無法快速確定刀具縫隙

將旋切刀具安裝到機架時，因缺少統(tǒng)一、自動化、快速的測量工具，每次安裝刀具時只能靠人工肉眼觀察刀具與滾筒之間的縫隙是否一致，最后確定旋切出的材料是否合格，需要等刀具安裝好后再旋切薄板測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)才能確認刀具是否調(diào)整到位。如此反復(fù)調(diào)校刀具與滾筒之間的相對位置，降低了生產(chǎn)效率。

4 旋切機機械自動化磨刀系統(tǒng)搭建

要解決旋切機生產(chǎn)過程中的問題，就要實現(xiàn)旋切機磨刀系統(tǒng)的機械自動化[3]。磨刀系統(tǒng)機械自動化后，不需要大量的人工參與其中，減少了安全隱患，同時也提高了企業(yè)生產(chǎn)總體效率。因此，搭建旋切機自動化磨刀系統(tǒng)是有效的方式之一。要實現(xiàn)旋切機磨刀系統(tǒng)的自動化，就要整合各種機械裝置，將它們組合在一起形成一個統(tǒng)一協(xié)調(diào)的整體[4]。旋切機機械自動化磨刀系統(tǒng)包括點動液壓系統(tǒng)、感應(yīng)接收刀具系統(tǒng)、刀具轉(zhuǎn)運軌道系統(tǒng)、自動調(diào)校平衡磨系統(tǒng)以及自動電磁磨刀機系統(tǒng)。旋切機機械自動化磨刀系統(tǒng)工作過程如圖3 所示。本文主要從以下5 個方面闡述旋切機磨刀系統(tǒng)的搭建。

圖3 旋切機機械自動化磨刀系統(tǒng)流程

4.1 建立點動液壓系統(tǒng)，將人工安裝拆卸改為液壓卸載鎖緊

將旋切機刀具拆裝由螺絲鎖緊方式改為液壓鎖緊方式，如圖4 所示，不再需要人工進刀具安裝位置，直接點動卸載即可，有效改進工人安全防護水平。同時，采用液壓鎖緊方式，保證刀具受力均勻[5]。點動卸刀系統(tǒng)實現(xiàn)人工向自動化轉(zhuǎn)變，改變旋切機刀具拆卸的方式。中國工業(yè)的配套發(fā)展已相當成熟，要實現(xiàn)旋切機刀具鎖緊方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤烘i緊方式，只需進行刀具受力分析評估，得出合理的受力數(shù)據(jù)，再選擇合適的液壓傳動設(shè)備即可。

圖4 螺絲鎖緊改為液壓鎖緊

4.2 組建感應(yīng)接收系統(tǒng)，接收卸載后的刀具

卸載旋切機刀具時，需要有接收刀具的裝置，如圖5 所示。建立感應(yīng)接收裝置主要是判斷刀具卸載后是否完全落入刀槽，以便及時啟動下一步動作。感應(yīng)接收裝置包括刀槽、帶輪、拉壓力傳感器[6]。因刀具卸載時，需要間隔一定時間才落到接收平臺，因此將接收平臺設(shè)置在帶有感應(yīng)功能的裝置上。在旋切機刀具完全落下時，感應(yīng)裝置根據(jù)所受重力判斷，延遲2 s～3 s啟動，由同步帶輪將刀具帶出旋切機機架。

圖5 刀具從機床上脫落至感應(yīng)裝置同步帶輪上刀槽示意圖

4.3 安裝轉(zhuǎn)運軌道系統(tǒng)，將刀具轉(zhuǎn)運至磨刀機

感應(yīng)裝置接收刀具后，需要由軌道將刀具運轉(zhuǎn)至自動電磁磨刀機系統(tǒng)。因企業(yè)設(shè)置旋切機與磨刀機一般都有較長距離，為保證安全，省去人工搬運，需要設(shè)置轉(zhuǎn)運軌道——平車導(dǎo)軌，如圖6 所示，以便將從液壓鎖緊系統(tǒng)卸載下來的刀具轉(zhuǎn)運至自動電磁磨刀機系統(tǒng)。轉(zhuǎn)運軌道的設(shè)置應(yīng)考慮生產(chǎn)現(xiàn)場的便利性，否則會因設(shè)置軌道而阻礙生產(chǎn)[7]。轉(zhuǎn)運軌道占地面積比較大，但從企業(yè)長遠的角度考慮，特別是規(guī)模化生產(chǎn)的企業(yè)，建立軌道轉(zhuǎn)運刀具既減少了安全隱患，又提升了整體效率，對企業(yè)長遠發(fā)展利大于弊。因此對于有一定規(guī)模的企業(yè)建議采用建立軌道的方式完成刀具搬運工作，否則一旦出現(xiàn)安全事故，將給企業(yè)帶來巨大損失。

圖6 刀具從感應(yīng)裝置轉(zhuǎn)運至平車導(dǎo)軌示意圖

4.4 開設(shè)凹形槽，采用磁吸式鎖緊方式

原人工調(diào)校磨刀雖然采用的是電磁全自動磨刀裝置，但需要人工搬到磨刀機，再進行磨刀。將磨刀機刀槽的兩端改成凹形口，如圖7 所示，刀槽直接與平車導(dǎo)軌連接在一起，刀具從平車導(dǎo)軌處直接運送至刀槽，省去人工搬運，提升安全性能。一般磨刀機的刀槽設(shè)成傾斜面，刀具鎖緊可采用點動磁吸式鎖緊，更加便于操作。

圖7 電磁自動磨刀裝置刀槽兩端改進圖

4.5 加裝傾角傳感器，自動檢測刀具安裝平衡性

傾角傳感器又被稱作傾斜儀、測斜儀、水平儀、傾角計，經(jīng)常被用于系統(tǒng)的水平角度變化測量，水平儀從過去簡單的水泡水平儀到現(xiàn)在的電子水平儀是自動化和電子測量技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。在磨刀機里面，刀具鎖緊在具有一定傾斜角度的刀槽，將傾角傳感器與刀槽連接在一起可快速確保刀具安置在規(guī)定精度范圍內(nèi)，保證磨刀精確性。

自動調(diào)校裝置的組建在整個磨刀系統(tǒng)流程里是比較復(fù)雜的一環(huán)，既要保證自動調(diào)校平衡，使得刀具的刀口切屑面與砂輪平行，又要設(shè)置好砂輪的進給量。保證這兩個功能的正確運行是實現(xiàn)旋切機磨刀系統(tǒng)自動化的關(guān)鍵一步。

旋切機磨刀系統(tǒng)自動化采用把刀具從機架轉(zhuǎn)運至磨刀機全程自動運行的閉環(huán)系統(tǒng)。其完全通過整合社會現(xiàn)有不同功能的單元器件得以實現(xiàn)，不需要研發(fā)新設(shè)備，對于企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展具有促進作用。

5 旋切機機械自動化系統(tǒng)搭建優(yōu)勢

5.1 磨刀系統(tǒng)自動化

通過搭建旋切機自動化磨刀系統(tǒng)，使磨刀由單一磨刀裝置轉(zhuǎn)變?yōu)槟サ断到y(tǒng)，系統(tǒng)自動化運轉(zhuǎn)，達到了轉(zhuǎn)變企業(yè)生產(chǎn)方式的目的，解放了生產(chǎn)力，促進了企業(yè)自動化運行。同時，提升了企業(yè)生產(chǎn)競爭力，讓機械自動化技術(shù)得以深入運用于旋切機行業(yè)[8]。

5.2 降低企業(yè)生產(chǎn)成本

對于旋切機企業(yè)，尤其是規(guī)?；髽I(yè)，采用自動化磨刀系統(tǒng)后，企業(yè)可以大幅度減少人工成本。同時，減少生產(chǎn)安全隱患，使企業(yè)有更多的精力應(yīng)用于提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)競爭力。

5.3 推動行業(yè)及人才發(fā)展

中國是發(fā)展中國家，工業(yè)發(fā)展水平與歐美等發(fā)達國家相比還有很大距離。要實現(xiàn)彎道超車，需要國家在各行各業(yè)大力培育行業(yè)優(yōu)秀人才，提升企業(yè)發(fā)展整體實力。旋切機行業(yè)發(fā)展在一定程度上實現(xiàn)自動化，可以有效推動旋切機行業(yè)人才技術(shù)的提升，通過對行業(yè)人才進行技術(shù)培訓(xùn)，人才反哺行業(yè)發(fā)展，形成良性循環(huán)，促進整個行業(yè)的發(fā)展。

5.4 保障企業(yè)人才穩(wěn)定

企業(yè)要長期發(fā)展，人才流動性小是關(guān)鍵。在旋切機行業(yè)存在人工搬運設(shè)備、材料，工作量大，安全隱患大等問題，實現(xiàn)自動化可有效解決這些問題。通過自動化提高企業(yè)的吸引力，使經(jīng)驗豐富、優(yōu)秀的工人安心在企業(yè)工作，保障企業(yè)生產(chǎn)的長期穩(wěn)定[9]。

6 結(jié)語

綜上所述，與傳統(tǒng)的旋切機磨刀方式相比，機械自動化磨刀系統(tǒng)省去了人工拆卸、安裝以及搬運步驟，在直接點動卸刀后自動完成整個過程。整個自動化過程不需要研發(fā)新技術(shù)和新設(shè)備，僅通過整合各種設(shè)備的功能、形成有機的統(tǒng)一體即可。因此，實現(xiàn)旋切機磨刀系統(tǒng)自動化是可行的，也易于操作。木材板料生產(chǎn)企業(yè)通過搭建旋切機機械自動化磨刀系統(tǒng)，既能提升企業(yè)的競爭力，又能提升企業(yè)的形象，保證企業(yè)更好更快地發(fā)展[10]。大力推動機械自動化磨刀系統(tǒng)在旋切機生產(chǎn)企業(yè)的搭建，可提高整個旋切機行業(yè)的機械自動化發(fā)展水平。