回轉式砂輪成型機芯圈沖壓自動上料裝置的研究與設計

王其林門興陳鐵孫潔

(1.山東省機器人與制造自動化技術重點實驗室,山東濟南 250014;2.山東省科學院自動化研究所,山東濟南 250014)

回轉式砂輪成型機芯圈沖壓自動上料裝置的研究與設計

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(1.山東省機器人與制造自動化技術重點實驗室,山東濟南 250014;2.山東省科學院自動化研究所,山東濟南 250014)

纖維增強樹脂砂輪在現代工業中有著十分廣泛的應用,目前大多數生產企業的生產模式為不同工序工位的工人使用手動或半自動化的生產設備在環境相對惡劣的環境下長時間單一化的操作,存在著工人勞動強度大, 生產效率低, 產品質量受人為因素的影響比較大的缺點。因此廣大加工企業迫切希望完成對現有的生產裝備的自動化改造。本文針對轉盤式砂輪成型機芯圈手動上料裝置現狀, 研制出一種自動控制的芯圈上料系統,通過步進電機及氣缸作為動力源驅動導軌滑塊的方式實現芯圈的自動上料,并對整個機構進行了分析與設計。

纖維增強樹脂砂輪 成型壓機 芯圈上料系統 自動化實現

隨著經濟的快速發展和科技水平的不斷進步，工業生產逐步向自動化、智能化方向發展，纖維增強樹脂砂輪是一種低值易耗產品，在樹脂砂輪中占有很大的比重[1]。沖壓上料也稱沖壓送料，它是指將待加工的板料、條料、線材、半成品等送到模具工作區域的操作[2]，目前國內大多數砂輪成型壓機為手動或半自動化，對于芯圈沖壓上料工序仍然存在著人工上料的方式，這不僅影響生產率，也無較安全的防護裝置，極易造成工人肢體疲勞和精神疲勞，并可能引發人身傷害事故[3]。

為了提高設備的生產效率，減輕工人的勞動強度，提高自動化程度，保證芯圈沖壓上料的生產安全，就必須從根本上改善生產條件，使操作工人的肢體遠離壓機的工作區域[4]。要實現這個目標，就必須采取性能可靠的自動上料裝置。本文針對山東某砂輪生產廠的回轉式砂輪成型機芯圈人工上料裝置的生產現狀，通過步進電機及氣缸作為動力源驅動導軌滑塊的方式實現了芯圈的自動上料，并對整個機構進行了分析與設計。

圖2 砂輪

1 芯圈上料工位生產現狀分析

芯圈是砂輪的重要組成部件之一，如圖1所示，在磨削加工作業中提供了與角磨機等磨削工具相配合的重要的安裝孔面[5]。芯圈上料是在砂輪的生產過程中將其放置到模腔定位串柱中，使其能夠經過壓力機壓制與樹脂磨砂融合到一起。如圖2所示，我們常見到的磨削用砂輪。

目前，國內樹脂砂輪成型設備主要以人工輔助操作的回轉式和推進式多工位旋轉刮料半自動成型機為主[6]。該種設備芯圈上料工位的生產現狀，通常采用的是人工上料的方式來進行的，這種生產模式勞動強度大，人均生產效率不高。為了提高設備的生產效率，減輕工人的勞動強度，提高自動化水平，因此企業對該工位的自動化改造具有相當的迫切性和可行性。

圖3 轉盤式芯圈棧及豎直托舉式芯圈輸送機構

圖4 水平往復式芯圈上料機構

2 方案設計與分析

我們為山東某砂輪生產廠實施的芯圈自動化改造項目中砂輪生產設備是28工位回轉式砂輪成型機，為半自動化設備，為了實現自動上芯圈功能，在對多種方案進行反復篩選之后，確定了該機構的最終方案，該芯圈自動上料系統主要由兩部分組成:一是轉盤式芯圈棧及豎直托舉式芯圈輸送機構，二是水平往復式芯圈上料機構。

2.1 轉盤式芯圈棧及豎直托舉式芯圈輸送機構

該機構，如圖3所示，主要有轉盤式芯圈棧和豎直托舉式芯圈輸送機構組成，轉盤式芯圈棧是六工位的放置芯圈傳柱的回轉機構，由帶有減速裝置的直流電機通過聯軸器與轉盤軸相連，安裝于旋轉盤支座上的傳感器能準確控制直流電機的啟停，以控制不同芯圈串柱的切換，實現了換料過程不間斷作業。

豎直托舉式芯圈輸送機構主要有步進電機通過聯軸器與滾珠絲杠相連，位于其上的絲杠螺母通過轉接塊與托舉氣缸座相連，使托舉氣缸能夠在導軌上往復運動，托舉氣缸的末端安有芯圈托環，這樣在直線軸承的推動下完成芯圈串沿串軸運動實現了芯圈的輸送功能。

2.2 水平往復式芯圈上料機構

水平往復式芯圈上料機構，如圖4所示，在該機構上，首先載有真空吸盤的端拾氣缸下降，等待芯圈的到來，吸盤支座上安裝有芯圈到位檢測傳感器，通過調節傳感器及真空吸盤吸附面之間的距離使真空吸盤能更好的吸取芯圈?？梢允褂谜婵諜z測開關來判斷芯圈是否吸牢，當吸牢后端拾氣缸上升，同時在由導軌、滑塊及氣缸組成的水平往復機構的驅動下到達芯圈放置工位，等待放料，隨后氣缸伸出，將芯圈放進該工位的模具串軸中，端拾氣缸帶動吸盤上移，完成芯圈放置任務。

3 芯圈一次自動上料過程簡介

芯圈自動上料過程，首先系統檢測一下芯圈串柱上是否有芯圈，可以通過上圖3中所示的上限位傳感器來進行判斷，如果觸發該傳感器，被定義為芯圈缺料，步進電機反轉通過導軌絲桿帶動托舉機構下降，觸發下限位傳感器，電機停止，之后六工位旋轉盤在直流電機的驅動下轉盤旋轉60度，使裝滿芯圈的串柱到達托舉工位，接著托舉氣缸伸出與芯圈托環接觸，至此托舉氣缸就緒完畢。

另一方面，位于芯圈串軸正上的吸盤就緒完畢，等待芯圈的到來，吸盤支座上安裝有芯圈到位檢測傳感器，到位后真空吸盤吸取芯圈，可以通過真空檢測開關來判斷芯圈是否吸牢，當吸牢后端拾氣缸上升，水平往復機構在氣缸的驅動下到達芯圈放置工位上方停止，等待放料，隨后氣缸伸出，將芯圈放進該工位的模具串軸中，端拾氣缸帶動吸盤上移，完成芯圈放置任務，隨后水平往復氣缸復位，等待下一個芯圈的到來，一個自動上料過程完成。

4 結語

芯圈沖壓上料的自動化上料改造，不僅提高了設備的生產效率，減輕了工人的勞動強度度，提高企業的自動化水平，同時自動控制系統可保證上料的準確性和可靠性，并能顯著改善生產條件，減輕工人肢體疲勞和精神疲勞，有效保障了生產的安全進行，緩解了不斷增長的用工成本，提高了企業的綜合競爭力。

[1]孫延,陳開發,曲茂章.六工位回轉式砂輪成型壓機的研制[J]．金剛石與磨料磨具工程2003(6).

[2]李彥蓉,孫曉朋.沖壓自動上料及自動出件裝置的研究與設計[J].鍛壓技術,2010(10).

[3]李佳友,侯永興.沖壓傷害事故的分析與對策[J].機電安全,2009 (10):22-23.

[4]李汾娟.基于單片機的數控沖壓進給系統的設計[J].現代制造技術與裝備,2009(4):13-15.

[5]賈耀平.光固化樹脂砂輪制造技術研究[D]浙江工業大學,2008.

[6]駱健,姚建華.PC控制技術在八工位樹脂砂輪成型機組的應用[J]金剛石與磨料磨具工程,1998(12).

王其林(1982—),男,工程師,研究方向為機器人技術、機械設計、裝備自動化。