自動雙刀多功能劃線機切割機構的設計

王春暖

（包頭職業技術學院數控技術系，內蒙古 包頭014030）

0 概述

雙刀多功能切割機屬于LCD行業玻璃切割工序的關鍵設備，應用于LCD行業對玻璃盒的劃線分割。也可推廣應用于電容屏行業的玻璃劃線分割工序。傳統的手動雙刀多功能劃線機工作臺可實現縱向運動，橫向位移，刀輪間距調整在本機上通過攝像頭和玻璃上印刷標記點確定。因為需要停機換料和人工上料，生產效率和產品質量都難以得到保障。

而自動雙刀多功能劃線機采用工控機控制劃線刀輪的升降、工作臺縱向位移、刀輪間距自動調整及真空吸放等。刀架、刀頭及工作臺的移動均由工控機控制安川伺服電機實現；設備采用手工上料，定位銷粗定位，精確對位通過全自動光學對位系統（由刀頭X、工作臺Y、θ調整控制）實現，可進行準確劃線，并可完成任意間距的多刀劃線。雙刀多功能劃線機采用工控機控制劃線刀輪的升降、兩個刀頭的橫向運動、工作臺縱向運動、真空吸放等。刀頭及工作臺的移動均由工控機控制伺服電機實現。工作臺由旋轉氣缸驅動完成0度、90度旋轉。對位通過手工上料，采用CCD系統進行準確定位，并輔以真空吸附，進行準確劃線。

1 總體結構介紹及切割機構設計

1.1 總體結構介紹

雙刀多功能劃線機設備總體分機械、電器和氣路三大部分。依據設備工藝要求，由工控機控制依次完成零點檢測、玻璃吸附、玻璃自動對位、刀頭加壓、排刀、劃線、吹氣等工藝。結構簡圖1如下：

圖1 結構簡圖

設備機械主體主要由機架裝配、工作臺部件、刀梁組件、光學對位系統、后外罩組件、電控柜部件、氣路控制部件等組成；電器部分由軟、硬件組成；氣路部分由減壓閥、方向控制閥、輔助元件等組成。

1.2 切割及結構設計

切割機構主要包括真空吸附工作臺部件和刀架運動系統兩部分。

1.2.1 切割運動的工作原理

以LM導軌為導向，采用伺服電機驅動絲杠自動完成兩個刀頭的橫向位移；工作臺縱向運動采用伺服電機做動力、絲杠副與LM導軌組合方式；工作臺上氣路單獨控制，可實現自動及手動吸氣、吹氣；刀頭的升降由伺服電機作動力，通過扭矩變化自動檢測零點以控制入刀深度。對位通過手工上料，采用CCD系統進行準確定位，并輔以真空吸附。

圖2 工作臺部件

圖3 刀架運動系統

1.左支座；2.橫梁；3.左刀絲桿組件；4.左刀體；5.導軌；6.右刀體；7.右刀絲桿組件；8.右支座

1.2.2 真空吸附工作臺部件的結構設計

該部件作為設備劃線運動的執行部件。工作臺面上開真空吸附孔，工作時，玻璃置于其上通過定位銷粗定位，啟動真空吸附開關，使玻璃牢固吸附于臺面，然后，利用光學對位系統自動調節工作臺作X、Y、θ三向運動進行精確對位。工作臺可按程序自動縱向運動，實現劃線。

工作臺縱向運動由滾珠絲杠輔以直線導軌導向機構實現。采用伺服電機作動力，通過聯軸器帶絲杠旋轉，使安裝于絲杠螺母上的工作臺組件沿直線導軌縱向運動。工作臺旋轉使用直驅電機驅動，實現角度的微量調整及90°旋轉。如下圖2所示，工作臺部件由基座1、旋轉電機2、工作臺下板3、工作臺上板4、直線導軌5、電機絲杠組件6等組成。

工作臺面板上開真空小孔，工作時，玻璃置于其上通過手動定位后，啟動真空吸附開關，使玻璃牢固的吸附于臺面上。工作臺板上真空可分區控制，依據所劃玻璃規格尺寸選擇真空區域，劃線完畢后，自動吹氣，可方便拾取基板。

1.2.3 刀架運動系統的結構設計

如圖3和圖4所示，此系統由X向運動組件及2個刀頭組件組成。

（1）X向運動組件：由兩個刀組成，每個頭自身都是以LM導軌為導向，采用伺服電機驅動絲杠自動完成刀頭的橫向位移，兩個刀互不影響。

（2）刀頭組件：該組件由電機、凸輪、刀輪組、導軌、吹氣頭等組成

圖4 刀頭組件示意圖

工作時，電機通過帶動凸輪驅動刀頭組件沿凸輪曲線變化實現刀頭升降，通過扭矩變化自動檢測零點以及控制入刀深度；吹氣頭處接氣管，當玻璃劃線時，可跟蹤吹氣，將玻璃屑吹至廢料盒內。

2 經濟性分析

在雙刀劃線機切割劃線部件的生產中，臺板的價格很高，而增加了自動切割功能的雙刀多功能劃線機，操作簡便，穩定性好，不僅提高了原材料的使用率，減少了不合格產品的產出率，而且簡化了操作流程，使本工段生產成本至少下降60%，生產效率大幅提高。

3 結論

機械結構的實用性、經濟性決定了該設備能否被廣泛使用，而切割機構的設計使得雙刀多功能劃線機具有如下特點：

1）可進行直線/異形玻璃的劃線。刀深與刀壓分別控制，當劃直線時進行數據輸入，每條線的刀壓刀深可分別進行輸入。當劃異形圖形時，采用CAD圖紙導入方式，每個圖形的刀壓刀深可分別進行輸入。

2）臺板真空區域可按生產工藝要求進行定制，氣孔分區可按照客戶需求定制，滿足不同規格玻璃的劃線分割要求；

3）刀深與刀壓通過伺服電機的扭矩控制實現，可滿足單層0.3mm-0.7mm粘合玻璃劃線分割的需求。

這種自動雙刀多功能劃線機目前已投入使用，客戶反應良好，在LCD生產過程中，很多加工過程都需要價格不低的輔料、易耗品。如何通過優化設計來提高輔料使用率，避免輔料和易耗品的浪費，是很多LCD設備生產商應該積極考慮的。

［1］SMC.氣動元件樣本[M].4版.

［2］呂沫.液晶玻璃切割工藝探討[J].中國科技縱橫，2013.