一種機械加工板材表面修整裝置

王晨 殷永杰 劉友欽

山東科技大學智能裝備學院 山東 泰安 271000

1 國內外發展現狀

1.1 國內研究發展狀況

目前與該產品類似的有校平機，我國校正裝備的研制始于70年代初經過30多年的發展，在國家大力支持下，引進了美、英、日、法、瑞典等國先進校正技術，對原有的校正裝備進行改造。從校正機設計水平到生產制造能力，現在已經達到亞洲先進水平。其中山東省博興縣隆泰鍛壓設備有限公司的不銹鋼校平機較為突出，有故障少、壽命長、較耐用等優點，但也存在不足：設備較大、在對桌板孔洞填補等小場合中操作不方便、移動過程中穩定性不夠、整機分量重、制形本錢高、價格貴等[1]。

1.2 國外研究發展狀況

國外校正機械自20世紀70年代以來發生了巨大變化，這些變化可概括為下述3個主要方面[2]：①校正機械由自動化初級階段走向高級階段。②校正機械向精密成形化發展。③校正機械注重向環保方向發展。

國外市場中英國Nu-Tech Engineering校平機有限公司的校平機較為優秀，有適用范圍較廣泛、高精度、較耐用等優點，但存在著成本較高、平整性較差、設備結構復雜、不易操作的缺點。

1.3 研究優勢

由于我國對機械加工的重視程度逐漸增大，機械加工板材表面修整裝置的設計也會日趨完善。縱觀當下板材修整裝置，都存在著不足之處：設備結構復雜、成本較高，隨著新技術在各個方面上的運用，不斷完善，加入新的元素，簡化結構的復雜度，使其功能和性能更加突出，彌補現有技術的不足，使其更能滿足機械加工的要求。該裝置具有設備輕便、結構簡單、有較高的穩定性、成本較低、價格低廉、有良好的平整性使桌面光滑平整、耐用性較強、適用于日常生活中的小場合等優點。

2 裝置整體結構

一種機械加工板材表面修整裝置，結構示意圖如圖1所示，包括第一套筒和第二套筒，第一套筒上方設置有第一電機其與第一套筒之間緊固有定位桿，第一電機下側安裝有轉軸，轉軸表面均勻焊接有攪拌塊，第一套筒表面下側套有套環，套環外表面與第一套筒之間對稱連接有第一螺旋彈簧，第一套筒左側面焊接有第一導向管，第一導向管下端連接有第二螺旋彈簧，第二螺旋彈簧下端安裝有第一螺帽，第一導向管內部套裝有第一導桿，第一導桿表面上側裝有第二螺帽，第一導桿下端焊接有第一底板，第一底板底面均勻安裝有第一萬向輪，第一套筒右側面安裝有抽風機，抽風機與第二套筒之間接通有導管，第二套筒上端緊固有端蓋，端蓋上方設置有第二電機，第二電機與第二套筒之間對稱黏合有定位架，第二電機下側安裝有絞龍，定位架右側面安裝有填料泵，填料泵與第二套筒之間接通有進料管，第二套筒右側面下端焊接有第二導向管，第二導向管下端連接有第四螺旋彈簧，第二導向管內部套有第二導桿，第二導桿表面上側套有第三螺帽，第二導桿下端焊接有第二底板，第二底板底面均勻安裝有第二萬向輪，第二導向管表面系有連接繩，連接繩另一端連接有擠壓板，擠壓板表面黏合有手柄。

圖1 一種機械加工板材表面修整裝置結構示意圖

標號說明：

1. 第一萬向輪；2. 第一底板；3. 攪拌塊；4. 套環；5. 第一螺旋彈簧；6. 第一螺帽；7. 第一導桿；8. 第二螺旋彈簧；9. 第一導向管；10. 第二螺帽；11. 第一電機；12. 定位桿；13. 轉軸；14. 第一套筒；15. 抽風機；16. 導管；17. 第二電機；18. 定位架；19. 端蓋；20. 絞龍；21. 填料泵；22. 第二套筒；23. 進料管；24. 第三螺帽；25. 第二導向管；26. 第二導桿；27. 第四螺旋彈簧；28. 第二底板；29. 第二萬向輪；30. 連接繩；31. 擠壓板；32. 手柄。

2.1 配合優選方案

①第一底板中部開設有孔，且孔的直徑大于套環的直徑，第二底板中部開設有孔，且孔的直徑大于第二套筒。②第一螺帽和第二螺帽分別與第一導桿螺紋配合，第一導桿與第一導向管滑動配合。③攪拌塊為鋼制材料制成，轉軸的下端為錐形結構。④套環與第一套筒滑動配合。⑤抽風機的進風端與第一套筒之間接通有導管。⑥第二導桿與第二導向管滑動配合，第二導桿與第三螺帽螺紋配合。

2.2 技術路線

①為解決粉碎廢棄木材所需動力過大問題，采用力矩式電機帶動攪拌塊來實現，這樣產生的瞬時力可以將壓力集中一點，更加有效地粉碎廢棄板材。②為避免產生浪費，設置了體積為100立方厘米的內置容量罐，存儲板材材料。③為解決廢料填補壓實問題和填料準確問題，采用絞龍和填料泵來實現。④設置的第一底板和第二底板，起到了導向的作用，而且會使得該裝置的移動更加穩定承受較大力量。⑤設置的抽風機結合第二電機，利用絞龍對木粉進行傳輸，方便將木粉快速傳輸到桌板的孔洞內，提高效率。⑥為實現物料的充分利用，設置套環，起到了密封作用，使打磨后的木粉進行抽取的時候更易操作。⑦利用攪拌塊，減少材料的浪費，進行廢物利用，可用于對桌板孔洞的填充。

2.3 創新特色

2.3.1 環保性。利用攪拌塊實現對廢棄木板的鉆取，從而可以進行廢物利用，減少了物料的浪費，避免使物料向外擴散。

2.3.2 機構巧妙且有較高經濟性。結構簡單，構思精巧。制造工藝和對材料的要求較低。制造成本低，安全性和可操作性較高，設計合理，操作簡單，提高效率。

2.3.3 智能化。使用絞龍和填料泵的配合實現對桌板上孔洞的填補，使用擠壓板進行抹平，減少了對人和人力的依賴，實現智能化。

2.4 裝置優勢

2.4.1 風機安裝。安裝電機疏通機，將專用疏通簧穿過疏通機，在伸到抽風機堵塞的位置后，打開電源，使疏通簧逐步向前對抽風機風片進行一定幅度的甩動，利用抽風機，將殘留在抽風機的木粉運輸到第二套通筒[3]。如果鋼簧被木粉附著，可以將其拉回，再以正常的速度進行疏通。遇到堵塞的木粉，將鋼簧拉出一段距離，使之與抽風機形成一段弧度，使扭力傳導到疏通頭，以打通堵塞。如果抽風機被疏通，需要把鋼簧向前疏通一段距離來確認抽風機中的堵塞是否疏通。

2.4.2 分類傳送裝置的設置。設置分類傳送裝置，采用機械傳動方式，傳動準確可靠、制造簡單、設計工藝較成熟、受負荷及溫度變化的影響較小。但是傳送帶在運行時輸送帶容易跑偏，因此在分類傳送裝置安裝時，盡量使頭尾滾筒和中間托輥之間在同一中心線上，相互平行，以確保輸送帶不偏或少偏。

2.4.3 解決電機發熱問題。通過設計、加裝鼓風機，選擇機械軸承式鼓風機，采用聯軸器直聯傳動方式，改善裝置的運行狀況，提高電機的工作效率，延長設備壽命。

2.4.4 解決抽風機與導管銜接問題。對修整裝置的基本結構進行微調，修改抽風機和導管之間的縫隙銜接，并加裝橡膠條以更好地進行密封。一方面增大了抽風機對木粉的傳輸，加快了傳輸速率，另一方面使得裝置中各個結構達到完美的契合，避免了物料的浪費。

2.4.5 解決轉軸磨損問題。采用行星齒輪減速器，結合潤滑脂潤滑軸承，結構較緊湊、回程間隙小、精度高、使用壽命較長。整個減速器裝置可使用灰鑄鐵，制成沿軸心線水平剖分式，具有很好的鑄造性能和減振性能，避免轉軸和軸承的磨損問題，以及電機在工作過程中內部溫度較高的缺點。

2.5 光纖傳感器的應用

隨著現代科學技術的進步及新材料的廣泛應用，板材加工工藝得到了快速發展，板材加工機械在數量、精度、結構、可靠性等方面都有了較大的進步，越來越多檢測控制技術被應用到板材加工機械上，進一步提高板材加工的精度。光纖傳感器具有靈敏度高、絕緣性好、安全可靠、耐高溫、抗電磁和原子輻射干擾能力強、可構成光纖傳感網等優點，具有廣闊的市場前景。

光纖傳感器由光源、光導纖維、光傳感器元件、光調制機構和信號處理器等部分組成，其結構如圖2所示。

圖2 光纖傳感器結構

利用反射式光纖傳感器、PLC控制器及其他器件,組成板材寬度和厚度檢測控制系統。該系統具有閉環檢測板材寬度和厚度加工精度的功能，其分辨率為 0.05～0.03mm，檢測精度可控制在0.1mm，具有較高的加工精度[4]。對于檢測超差的板材，通過控制執行裝置提高板材的加工精度，使加工誤差滿足加工精度要求；對已加工超差板材，進行打標分選處理。

光纖傳感器的使用不僅提高了板材的加工精度，同時也減少了木材的浪費，可實現節能、環保、降噪。

2.6 板材紋路加工

在板材加工過程中，需要對加工后的桌面進行紋路和圖案的加工，可以采用跟蹤開關電容帶通濾波器對紋路深度進行檢測，是雙二次二階帶通濾波器，可以檢測出紋路深度信號，采用單片機可編程計數器，可得到所需頻率的時鐘信號，解決了板材紋路加工深度檢測問題，能夠廣泛的應用。

該裝置的工作原理為：測頭檢測的信號通過變換器變為電壓信號送入跟蹤濾波器，與軋輥同軸安裝的光電編碼器將其轉動變為脈沖信號送入單片機進行頻率測量，并按一定關系進行變頻，為控制時鐘送入跟蹤濾波器，使其帶寬中心頻率與紋路深度信號頻率相同，并從測頭信號中選出深度信號，由檢波器變為直流信號，送入A/D進行采樣，經單片機處理后顯示紋路深度值。

3 結束語

利用光纖傳感器的功能和優勢，從而提高板材加工的精度。結合分類傳送裝置、減速器和跟蹤開關電容帶通濾波器等裝置的設置，提高裝置的工作效率，避免了物料的浪費，值得推廣。