一種高精度鋼珠篩選設備及實現方法

孟素各 彭佩云

摘? 要： 現有技術上對鋼珠的分選采用重力分選等方法只是對鋼珠直徑分選，對圓度和球度還需要人工或者三坐標設備測量的方式，采用純人工測量精度低，分選效果差，效率也低，而采用三坐標設備則成本高。因此，文中提出一種使用方便，制造成本低，工作效率高的高精度鋼珠篩選設備及方法。該設備帶有斜度的分選槽道，分選槽道上具有重量分選段和球度分選段，其旁側有一排沿對射傳感器;分選槽道的出料端以及重量分選段和球度分選段之間分別設置用以擋住不合格鋼珠的控制閘門，從而完成鋼珠的篩選。結果表明，該高精度鋼珠篩選設備使用方便、操作簡單、制造成本低、分選效果好、工作效率高、實用性強。

關鍵詞： 高精度篩選設備; 鋼珠分選; 篩選方法; 傳感器感應; 閥門控制; 工作原理

中圖分類號： TN307?34; TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2020）08?0097?04

High?precision steel ball screening equipment and its implementation method

MENG Suge1， PENG Peiyun2

（1. School of Mechanical and Electrical Engineering， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350000， China;

2. Jinshan College of Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350000， China）

Abstract： In the existing technology， the gravity separation and other methods are only used for separation of steel balls according to their diameters， but the roundness and sphericity need to be measured manually or by three?dimensional equipment. It is sure that the pure manual measurement can cause low precision， poor sorting effect and low efficiency， and the three?dimensional equipment can result in high cost. Therefore， a high?precision steel ball screening equipment and its implementation method are proposed， which is easy to use， and has low manufacturing cost and high efficiency. The equipment has a tilt sorting groove.? The groove is divided into weight sorting section and sphericity sorting section， and a row of catodioptric shooting sensors is mounted along the side of the grove. Two control valves are set to block unqualified steel balls. One is at the discharge end of the groove， and another is between the weight sorting section and the sphericity sorting section， so as to complete the steel ball screening. The results show that the high?precision steel ball screening equipment has the advantages of convenient use， simple operation， low manufacturing cost， good sorting effect， high working efficiency and strong practicability.

Keywords： high?precision screening equipment; steel ball sorting; screening method; sensor induction; valve control; operating principle

0? 引? 言

隨著我國精密制造技術的不斷發展，鋼珠已廣泛地使用在滾珠軸承、滾珠絲杠等高精密的傳動部件中。尤其在一些超高精度的、需要低噪聲的傳動，例如潛艇等設備上需要鋼珠的球度及圓度有著更高的要求，現有技術上對鋼珠的分選采用空氣分選、重力分選等方法也只是對鋼珠直徑分選，對圓度和球度還需要人工或者三坐標設備測量的方式，采用純人工測量精度低，分選效果差，效率也低，而采用三坐標設備則造價昂貴，成本高。本發明的目的是提供一種使用方便，制造成本低，工作效率高的高精度鋼珠篩選設備及方法。

1? 設計內容

本高精度鋼珠篩選設備如圖1、圖2所示，包括帶有斜度的分選槽道，分選槽道的進料端上方設置有料槽，分選槽道上具有重量分選段和球度分選段，分選槽道的球度分選段呈S形，其旁側具有一排沿直線排列用以感應鋼珠跳動的對射傳感器，對射傳感器排列所在的直線與分選槽道球度分選段的底面相平行，并且對射傳感器的對射光線與分選槽道球度分選段的底面的高度差略大于鋼珠的設計直徑。分選槽道的進料端設置有控制鋼珠單個斷續通過的控制擋板，分選槽道的出料端以及重量分選段和球度分選段之間分別設置有用以擋住不合格鋼珠的控制閘門。

圖1～圖5中：100為工作臺面;200為分選槽道;210為重量分選段;211為重量傳感器;220為球度分選段;230為出料口;240為出料擋板;241為氣缸;250為氣管;300為料槽;400為對射傳感器;500為控制擋板;510為轉盤;520為扇形擋板;600為控制閘門;700為步進電機;800為出料槽道

分選槽道的重量分選段內底部設置有重量傳感器，控制閘門和控制擋板均由步進電機驅動，重量傳感器和對射傳感器與控制器電性連接，控制器與步進電機電性連接?？刂茡醢搴涂刂崎l門均包括位于中間的轉盤和間隔均布在轉盤周部的扇形擋板，分選槽道上開設有供扇形擋板橫穿過分選槽道的間隙，步進電機位于分選槽道旁側，轉盤安裝于步進電機的主軸上。

兩個控制閘門所在位置的分選槽道一側分別設置有供不合格鋼珠滾出的出料口，出料口處連接有出料槽道，出料口處設置有出料擋板，出料口下方設置有控制出料擋板升降的氣缸;分選槽道另一側正對出料口位置連接有將鋼珠吹向出料口的氣管。

鋼珠從料槽中落入分選槽道，控制擋板擋住落下的鋼珠并控制鋼珠單個斷續通過。鋼珠通過分選槽道的重量分選段時對鋼珠重量進行測定。重量合格的鋼珠則通過第一個控制閘門進入分選槽道的球度分選段，而重量不合格的鋼珠則被第一個控制閘門擋住，第一個出料擋板下降打開第一個出料口，然后通過第一個氣管吹氣使其滾入第一個出料槽道進行剔除。重量合格的鋼珠通過的球度分選段時，利用對射傳感器來感應鋼珠是否發生跳動。當超過3個對射傳感器被觸發時則認定該鋼珠球度不合格，球度合格的鋼珠則通過第二個控制閘門從分選槽道出料端進行收集，而球度不合格的鋼珠則被第二個控制閘門擋住，第二個出料擋板下降打開第二個出料口，然后通過第二個氣管吹氣使其滾入第二個出料槽道進行剔除，從而完成鋼珠的篩選。

與現有技術相比，本高精度鋼珠篩選設備使用方便，操作簡單，制造成本低，分選效果好，工作效率高，實用性強。

為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下將通過相關附圖和具體實現案例，對本發明作進一步詳細說明。

2? 具體實現方法

如圖3～圖5所示，本高精度鋼珠篩選設備包括帶有斜度的分選槽道200，分選槽道的深度小于球體的設計直徑，分選槽道200的進料端上方設置有料槽300，料槽底部開設有下料口，下料口僅允許單個鋼珠通過，鋼珠從下料口落下后落入分選槽道中，由于分選槽道200具有一定斜度，所以鋼珠會自動滾動。所述分選槽道200上具有重量分選段210和球度分選段220，分選槽道200上重量分選段210和球度分選段220斜度為2.5°～3.5°，優選3°，斜度不宜過大。鋼珠在分選槽道內先通過重量分選段210完成重量測定篩選后再通過球度分選段220進行球度檢測篩選。分選槽道200的球度分選段220呈S形，分選槽道200的球度分選段220旁側具有一排沿直線排列用以感應鋼珠跳動的對射傳感器400。分選槽道200的進料端設置有控制鋼珠單個斷續通過的控制擋板500，分選槽道的出料端以及重量分選段和球度分選段之間分別設置有用以擋住不合格鋼珠的控制閘門600。重量分選段210分選出符合重量的鋼珠，根據密度ρ=[mv]，v=（[43]）πR3可以分選出符合一定直徑范圍的鋼珠。這一步驟是為了提高對鋼珠球度篩選效率。重量合格的鋼珠進入S形的球度分選段220，鋼珠在球度分選段220中滾動。如果鋼珠的球度不合格就會發生跳動，球度誤差越大，鋼珠在滾動過程中跳動幅度就越大。當跳動幅度超過一定值時便會被對射傳感器感應到，被感應到的鋼珠便是球度不合格的鋼珠，不合格的鋼珠被剔除掉，合格鋼珠則會被收集，從行篩選出球度精度高的鋼珠。

對射傳感器400排列所在的直線與分選槽道200球度分選段220的底面相平行，并且對射傳感器400的對射光線與分選槽道球度分選段的底面的高度差略大于鋼珠的設計直徑。對射傳感器400的對射光線與分選槽道球度分選段的底面的高度差比鋼珠的設計直徑大0.1～0.3 mm，值越小，篩選出的鋼珠球度精度就越高。為了保證分選結果的準確度，可以選擇多個對射傳感器感應到鋼珠跳動時才將其認定為不合格品，例如可以選擇3個，只有超過3個對射傳感器被觸發時才認定為該鋼珠的球度不合格，以排除其中存在的偶然性。

分選槽道200的重量分選段210內底部設置有重量傳感器211、控制閘門600和控制擋板500均由步進電機700驅動、重量傳感器211和對射傳感器400與控制器電性連接，所述控制器與步進電機700電性連接。

控制擋板500和控制閘門600的結構相同，控制擋板500和控制閘門600均包括位于中間的轉盤510和間隔均布在轉盤周部的扇形擋板520，分選槽道上開設有供扇形擋板橫穿過分選槽道的間隙，步進電機位于分選槽道旁側，轉盤安裝于步進電機的主軸上?？刂茡醢?00上的扇形擋板的作用是阻隔前一個鋼珠和后一個鋼珠的作用，當需要下一個鋼珠分選時步進電機以一定轉動速度使控制擋板放開一個鋼珠，隨后對后一個鋼珠進行切斷阻隔。由此來控制鋼珠單個斷續通過，前、后兩個鋼珠間隔約10 s的時間，當前一個鋼珠完成分選工作后，后一個鋼珠開始分選。

兩個控制閘門600所在位置的分選槽道200一側分別設置有供不合格鋼珠滾出的出料口230。出料口230位于控制閘門600朝向分選槽道進料端一側，出料口230處連接有出料槽道800。出料口230處設置有出料擋板240，出料口230下方設置有控制出料擋板240升降的氣缸241，氣缸的供氣管路上連接有第一電磁閥。分選槽道另一側正對出料口位置連接有將鋼珠吹向出料口的氣管250，氣管250上連接有第二電磁閥，第一電磁閥和第二電磁閥均與控制器電性連接，不合格的鋼珠被控制閘門擋住，氣缸驅動出料擋板240下降，然后氣管吹氣使不合格的鋼珠經出料口滾入出料槽道中進行剔除。還包括工作臺面100，分選槽道、出料槽道、步進電機、氣缸、料槽等部件都是安裝在工作臺面上，料槽通過支架（圖中未示出）固定在工作臺面上。工作臺面100上具有用以安裝對射傳感器的槽形板，分選槽道的球度分選段從槽形板中穿過，對射傳感器安裝在槽形板的兩側側板上。對射傳感器的數量為20～35個，對射傳感器為對射型光電傳感器，其型號為E3Z?R61。控制器的型號為FX1N?40MR?001，第一電磁閥和第二電磁閥的型號為2V025?08。重量傳感器的型號為FH02，步進電機型號為110H2P1255A4。

采用如上所述的高精度鋼珠篩選設備，鋼珠從料槽中落入分選槽道，控制擋板擋住落下的鋼珠并控制鋼珠單個斷續通過，鋼珠通過分選槽道的重量分選段時，通過重量傳感器對鋼珠重量進行測定，重量合格的鋼珠則通過第一個控制閘門進入分選槽道的球度分選段，而重量不合格的鋼珠則被第一個控制閘門擋住，第一個出料擋板下降打開第一個出料口，然后通過第一個氣管吹氣使其滾入第一個出料槽道進行剔除;重量合格的鋼珠通過的球度分選段時，如果鋼珠球度不合格，會出現不規則的滾動，利用對射傳感器400來感應鋼珠是否發生跳動，當超過3個對射傳感器被觸發時（即鋼珠出現超過3次跳動）則認定該鋼珠球度不合格，球度合格的鋼珠則通過第二個控制閘門從分選槽道出料端進行收集，而球度不合格的鋼珠則被第二個控制閘門擋住，第二個出料擋板下降打開第二個出料口，然后通過第二個氣管吹氣使其滾入第二個出料槽道進行剔除，從而完成鋼珠的篩選。圖6為本發明的工作流程圖，圖7為本發明實現案例工作原理框圖。

3? 結? 語

本文提出一種使用方便，制造成本低，工作效率高的高精度鋼珠篩選設備及方法。該設備帶有斜度的分選槽道，分選槽道上具有重量分選段和球度分選段，其旁側有一排對射傳感器;分選槽道的出料端以及重量分選段和球度分選段之間分別設置用以擋住不合格鋼珠的控制閘門，從而完成鋼珠的篩選。實驗結果表明，本高精度鋼珠篩選設備使用方便，操作簡單，制造成本低，分選效果好，工作效率高，實用性強。

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