龍門式圓鋸片打標機的設計

潘天浩， 李仁德， 張明松， 何煌， 胡歡

（1.三峽大學，湖北 宜昌443002；2.黑旋風鋸業股份有限公司，湖北 宜昌443003）

1 研究背景

在生產及售后服務過程中，為了便于對產品進行區分和管理，需要在產品上或產品包裝上標記產品的信息，如：產品的型號、規格、生產批次、材質、等級、生產廠商、價格等，該標記即產品的編碼。常見的編碼形式有：數字代碼、字母代碼、字母-數字代碼、條形碼、二維碼共5 種，其中，最常用的是數字代碼和條形碼。根據產品的特點，其生成編碼標記的方式各有不同，常見的是氣動打標、激光打標和電腐蝕打標三大類。氣動打標是在電腦的控制下，壓縮空氣驅動打印針做高頻沖擊運動，從而在工件上打印出有一定深度的標記；激光打標機是用激光束在各種不同的物質表面燒蝕出永久的標記；電腐蝕打標是利用“低電壓在打標液的作用下使金屬表面局部離子化”的工藝方法。

用于石材加工的圓鋸片的標示常采用數字標示，由于在切割石材的過程中鋸片的端面有一定的磨損和銹蝕，因此一般的激光打標、噴墨打標、高頻微沖打標等標記較小和較淺的方法都不能長久保持，給售后服務工作帶來一定的影響；而電腐蝕打標方法的效率較低。圓鋸片的數字標示可采用“麻將孔”的標示方法（見圖1），即采用鉆削的方法，在鋸片中心孔附近沿圓弧打孔，其數字采用麻將里“筒（或餅）”的表示方法。每個小孔的直徑3mm、深度1.5mm 左右。該標記有一定的深度，可長期保持而不湮沒。生產實際中，可采用專用可換數字模塊的鉆模，結合搖臂鉆床鉆削而成。但該工藝存在以下問題：由于采用人工編號和操作，在批量生產中容易產生漏號或重號現象；麻將孔深度不一，外形有一定缺陷；須不斷更換鉆模，加工效率較低；人工進行鋸片的上下料，勞動強度較大，特別是大鋸片（或超大鋸片）打標時，鋸片的上下料及定位較為費勁和麻煩。

基于以上生產需求，需要設計一種具有較高自動程度的數字式圓鋸片打標機。

圖1 麻將孔標識式樣

2 數字式圓鋸片打標機技術指標

生產模式：全自動（自動上、下料，加工完畢自動停機）；

鋸片規格：φ700～φ2200mm，厚度5～10mm；

中心孔直徑：50～150mm；

生產節拍：≤90s/件（直徑2200mm）。

3 總體方案設計

方案設計需解決的主要內容包括：整套裝置的布局；工位間的搬運方式；系統如何識別不同規格的圓鋸片，部分工作參數應根據不同規格的圓鋸片自動調整；無現成的數控打標裝置可以選用，需設計數控打標裝置；具備信息查詢的管理系統等。

為實現全自動加工模式，整套裝置須實現自動上下料、加工中誤操作的防范。打標是整個圓鋸片生產工藝流程中的一個環節（工序），由于打標是獨立的工藝環節，而非全生產線作業（流水作業），因此需將圓鋸片毛坯整摞碼放，并用芯軸定位，以保證加工的“麻將孔”分布在以圓鋸片中心孔為圓心的圓弧上。通過分析，將整套裝置設計成3 工位模式是比較合適的。在3 工位模式中，常見的是L 型排列模式和直列排列模式。L 型排列模式可設置一個往復回轉90°的回轉臂架，臂架上設置兩套呈90°分布的搬運機構，分別實現圓鋸片的上料和卸料，以提高作業效率。由于L 型排列模式的臂架采用回轉方式，在搬運直徑較大的圓鋸片時，其占地面積過大，因此L 型排列模式布局只適應于較小直徑的圓鋸片。而直列排列模式比較適合一般車間的一跨兩行工位，中間是走道的布局，因此，最終方案采用了直列排列方式，即龍門式結構。

控制系統采用人工輸入的方式識別圓鋸片的規格，其輸入內容包括：圓鋸片直徑，厚度和材質。為提高作業效率，裝置需采用兩套上下料機構，即在將未加工的圓鋸片搬運至加工工位的同時，另一套搬運機構將已加工完畢的圓鋸片搬離加工工位。該方案增加了整套裝置的成本，但大大提高了工作效率，從綜合效能看，其意義是非常大的。

圖2 全自動數控打標機

4 工作原理

龍門式圓鋸片打標機由待料臺、主工作臺、卸料臺、龍門、主副吊架、數控打標裝置、驅動系統等部件及電氣控制系統組成。其中，待料臺是圓鋸片預存工位，圓鋸片的碼放由待料臺上的芯軸定位。主工作臺是圓鋸片打孔的工位。卸料臺是已加工完畢的圓鋸片存放的工位（見圖2）。龍門安裝在待料臺、主工作臺和卸料臺兩側的滾動導軌上，并由左右兩組鏈條驅動實現龍門的往復移動。龍門上布置有主副兩套吊架和數控打標裝置，主副吊架上各安裝有三組電磁鐵，系統可根據被吸圓鋸片的質量和厚度，適時選擇通電電磁鐵的組數。主吊架實現將圓鋸片從待料臺搬運至主工作臺，同時，副吊架將已加工完畢的圓鋸片搬運至卸料臺。由于待加工圓鋸片在待料臺由芯軸準確定位，主吊架吸起后轉運至主工作臺后直接壓緊加工，因此可保證加工標記位置的準確性。數控打孔裝置是一套專門設計的小型三軸數控銑削裝置，摒棄了鉆孔方式，采用了更為高效更長壽命的銑削方式，有利于自動機床的高效工作。其中，銑刀采用了鍵槽銑刀，加工的孔的底部是平直的。

整套裝置的工作過程如下：龍門左移至待料臺，左行程開關控制龍門的位置。主吊架下降，當電磁鐵接觸并壓緊圓鋸片時，金屬開關發出信號，系統給電磁鐵加電并提升至最高位置。在驅動電機通過兩組鏈傳動機構的牽引下，龍門水平移動至主工作臺，觸發右行程開關，停止。主吊架下降，當圓鋸片接觸主工作臺并被壓緊后，電磁鐵斷電。數控打孔裝置開始工作。打孔完畢，主吊架提升，龍門左移，主吊架到達待料臺位置時，開始吸起并提升下一張圓鋸片，而副吊架正好處于主工作臺，吸起并提升已加工完畢的圓鋸片，在龍門的下一次左移過程中將圓鋸片搬運至卸料臺。當布置在待料臺上的光電開關未檢測到鋸片時，即圓鋸片已加工完畢，系統自動停機。

5 電氣控制及加工信息查詢功能

龍門式圓鋸片打標機的電氣控制系統由可編程序控制器PLC 以及觸摸屏主要組成。系統設定了各功能部件的手動控制和全過程自動運行功能。在生產調度中，一個工藝號的圓鋸片（一個工藝號的圓鋸片的規格是相同的）會根據其批量大小安排在一個批次或多個批次里加工，即在某一時段內，會有不同工藝號的圓鋸片同時加工。本系統設計了在制圓鋸片信息的查詢功能，在觸摸屏里，生產調度人員可通過授權，設置工藝號，查詢在制圓鋸片加工進程的信息，并下載信息。操作工人只能根據生產調度人員設置的工藝號進行加工。因此，其加工的圓鋸片的“麻將孔”編號只能由調度人員確定，避免了重號和漏號的問題。在整個圓鋸片的生產工藝流程中，完全可以根據“麻將孔”編號進行過程管理。“麻將孔”成為圓鋸片唯一專用的身份信息。

6 結 語

龍門式圓鋸片打標機采用三工位龍門式布置，結合主副吊架同步工作，實現了圓鋸片高效周轉。專門設計的三軸銑削裝置代替鉆削加工，實現了刀具長壽命高效的加工。電氣控制系統除了完成各功能部件的程序動作，還具備在制產品的信息查詢和權限管理的功能，為下一步信息聯網管理打下了基礎。經生產運行，龍門式圓鋸片打標機運行穩定，達到了最初設定的各項技術指標。

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（編輯 明 濤）