一種通用去毛刺設(shè)備的設(shè)計(jì)和研制

陳志雨，張 濤

（安徽大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，合肥 230601）

0 引言

毛刺是指在切削機(jī)械加工中，由于刀具的作用，引起工件材料塑性變形，延伸出工件加工表面與相鄰表面相交線(xiàn)以外的全部材料[1]。現(xiàn)階段主要的去毛刺方法有以下幾種，人工去毛刺、研磨去除毛刺、盡量采用沖壓、模鍛等加工工藝減少毛刺、化學(xué)方法去毛刺、高壓水噴射去毛刺、點(diǎn)解去毛刺和雕刻機(jī)去毛刺等[2]。其中人工去除毛刺一般是企業(yè)最常用的方法，工人一般采用銼刀、砂紙、磨頭等作為輔助工具，有事為了提高效率，會(huì)采用電動(dòng)或氣動(dòng)作為動(dòng)力。但是這種方法依然有較高的人力成本，效率不夠理想。有必要設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化設(shè)備毛刺打磨機(jī)來(lái)提高效率。

1 設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)

該設(shè)備為一種通用型去毛刺自動(dòng)打磨設(shè)備。藉由人工將需要打磨的工件放入到設(shè)備相應(yīng)的工位上，關(guān)閉防護(hù)窗，并開(kāi)啟打磨按鈕。設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)并加緊進(jìn)行自動(dòng)打磨，打磨完成后由人工取出。生產(chǎn)效率提升的同時(shí)，還可以極大的提高產(chǎn)品生產(chǎn)的成品率。設(shè)備共有8個(gè)工位，分別為檢測(cè)工位，4個(gè)打磨工位，分度盤(pán)反轉(zhuǎn)工位，吹氣吸收粉塵工位和下料工位。設(shè)備的設(shè)計(jì)圖和成品圖如圖1所示。設(shè)備擁有手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式，在觸摸屏上根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2 要打磨的零件

圖1 通用去毛刺設(shè)備

設(shè)備是一種通用型去毛刺機(jī)，轉(zhuǎn)盤(pán)上各工位可以根據(jù)不同的零件更換不同的底盤(pán)的夾具。以下主要以一種汽車(chē)零部件邊緣去毛刺為例進(jìn)行介紹。需要打磨零部件如圖2所示。每個(gè)部分有兩段需要打磨的毛刺，即1、4位置為第一段需要打磨位置，2、3位置為第二段需要打磨位置。考慮到該零件正好有3個(gè)對(duì)稱(chēng)孔，于是設(shè)計(jì)了如圖3所示的底板夾具，安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)應(yīng)的8個(gè)工位上。底板夾具上有3個(gè)定心，正好插入到零件的3個(gè)孔中。方便固定零件。當(dāng)要打磨其他零件時(shí)，底板夾具可根據(jù)零件的形狀來(lái)更換。

圖2 需要打磨的零件

圖3 底板夾具

3 打磨機(jī)構(gòu)

打磨機(jī)構(gòu)由水平方向和豎直方向兩個(gè)導(dǎo)軌組成，水平方向?qū)к壈惭b在豎直方向?qū)к壍幕瑝K上。導(dǎo)軌通過(guò)聯(lián)軸器電機(jī)安裝板和57型步進(jìn)電機(jī)相連。手持式編程器控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和方向來(lái)控制打磨機(jī)構(gòu)的水平和豎直方向運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌外安裝金屬屏蔽罩，防止打磨碎屑進(jìn)入。水平方向?qū)к壨馄帘握稚习惭b一個(gè)氣缸，氣缸連接單支柱式夾，安裝氣動(dòng)打磨頭。具體的如圖4所示。

4 反轉(zhuǎn)工位

反轉(zhuǎn)工位動(dòng)作主要由氣動(dòng)部件完成，由手指氣缸，回轉(zhuǎn)氣缸，標(biāo)準(zhǔn)氣缸來(lái)完成。當(dāng)零件轉(zhuǎn)至反轉(zhuǎn)工位時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)停下，夾緊氣缸夾住零件。標(biāo)準(zhǔn)氣缸1向上運(yùn)動(dòng)連同零件一同抬起。之后回轉(zhuǎn)氣缸運(yùn)動(dòng)連同夾緊氣缸和零件反轉(zhuǎn)，標(biāo)準(zhǔn)氣缸1再將零件放下，并放入底盤(pán)夾具上。完成零件的反轉(zhuǎn)動(dòng)作。如圖5所示。

圖4 打磨機(jī)構(gòu)

圖5 反轉(zhuǎn)工位結(jié)構(gòu)

5 毛刺打磨機(jī)控制部分結(jié)構(gòu)

毛刺打磨機(jī)控制部分主要由有PLC，觸摸屏，轉(zhuǎn)盤(pán)，氣動(dòng)毛刷，手持編程器組成。工人將要打磨的工件放入到1號(hào)工位上，設(shè)備檢測(cè)裝置檢測(cè)到有工件放入時(shí)，氣動(dòng)夾緊裝置。之后轉(zhuǎn)到各個(gè)工位開(kāi)始打磨。氣動(dòng)磨機(jī)由水平和豎直兩個(gè)導(dǎo)軌控制毛刷的運(yùn)動(dòng)方向，即X、Y軸兩個(gè)方向。連接氣動(dòng)磨機(jī)的是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣缸，氣缸的伸縮可以帶動(dòng)毛刷的運(yùn)動(dòng)。這樣就完成了毛刷在空間中3個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。

手持微控制器由ARM和專(zhuān)門(mén)的運(yùn)動(dòng)控制芯片組成的控制板，界面為仿CNC加工數(shù)控編程界面外部和內(nèi)部供電采用光耦隔離方式。支持20個(gè)程序存儲(chǔ)，編程簡(jiǎn)單可靠。4.3英寸彩色液晶顯示屏，分辨率為480×272。支持開(kāi)機(jī)回零和手動(dòng)回零。該系統(tǒng)采用開(kāi)機(jī)回零方式，上電完成，水平方向和豎直方向?qū)к墡?dòng)毛刷回到設(shè)定好的零位[3]。

PLC采用臺(tái)達(dá)DVP60ES200R繼電器輸出型PLC，主要有36個(gè)輸入點(diǎn)，24個(gè)輸出點(diǎn)。DVP08XN211R數(shù)字量擴(kuò)展模塊4點(diǎn)輸入，4點(diǎn)輸出。觸摸屏采用臺(tái)達(dá)9英寸觸摸屏。PLC和觸摸屏主要控制轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)和速度調(diào)節(jié)，工位檢測(cè)，工位夾緊，以及各個(gè)氣缸的電磁閥的開(kāi)合。PLC和手持式編程器配合完成打磨。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)到相應(yīng)的打磨工位時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，PLC發(fā)送信號(hào)給手持式編程器，手持式編程器根據(jù)編寫(xiě)好的程序控制水平方向和豎直方向的電機(jī)運(yùn)動(dòng)到要打磨部分的起點(diǎn)。氣動(dòng)打磨機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，打磨完成后，氣動(dòng)打磨機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。手持式編程器發(fā)送信號(hào)給PLC。PLC執(zhí)行下一步操作。

6 觸摸屏的設(shè)計(jì)

觸摸屏采用臺(tái)達(dá)的9英寸觸摸屏，主要用于監(jiān)控、顯示當(dāng)前狀態(tài)信息和手動(dòng)操作。主要有參數(shù)監(jiān)控、手動(dòng)控制、轉(zhuǎn)盤(pán)監(jiān)控、點(diǎn)動(dòng)輸出、參數(shù)設(shè)置6個(gè)顯示界面。如圖6所示。參數(shù)監(jiān)控界面，具有手動(dòng)模式、自動(dòng)模式、停止3種模式選擇，可以顯示各個(gè)工位工作狀態(tài)。以及吹氣時(shí)間和總產(chǎn)量。

手動(dòng)控制設(shè)置界面為手動(dòng)控制調(diào)節(jié)單個(gè)工位運(yùn)轉(zhuǎn)情況，在手動(dòng)模式下單獨(dú)控制某一個(gè)工位的工作。

點(diǎn)動(dòng)輸出控制界面，這面界面的參數(shù)設(shè)置需要在停止的模式下進(jìn)行。在停止模式下可以進(jìn)行單個(gè)氣缸的動(dòng)作。

參數(shù)設(shè)置控制界面，可以進(jìn)行工位動(dòng)作的屏蔽，當(dāng)不需要某工位時(shí)，可以手動(dòng)停止該工位，即轉(zhuǎn)盤(pán)不在該工位停止，并進(jìn)行進(jìn)一步地操作。吹氣時(shí)間可以根據(jù)需要來(lái)設(shè)定。

報(bào)警監(jiān)控設(shè)置界面，用于監(jiān)控各個(gè)工位的運(yùn)行情況，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，在該工作欄下輸出報(bào)警信息，并有聲光報(bào)警提示。可以檢測(cè)設(shè)備異常報(bào)警。

由于不同的工件毛刺位置不同，所以選用了北京多普康公司的M2B基礎(chǔ)版運(yùn)動(dòng)控制器，一種手持式微控制器。擁有18路輸入，8路輸出。如圖7所示。既可以采用手動(dòng)控制的方式，又可以采用數(shù)字編程自動(dòng)模式去打磨。編輯界面如圖8所示：可以設(shè)定相對(duì)運(yùn)動(dòng)，絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，方便打磨有棱角的零件邊緣飛邊毛刺。也可以設(shè)定圓周運(yùn)動(dòng)，逆圓或者順圓運(yùn)動(dòng)。Z軸方向的氣動(dòng)毛刷，跟氣缸相連接，可以上下伸縮自如。

7 手持式微控制器編輯程序流程

手持式微控制器編程簡(jiǎn)單，主要設(shè)定運(yùn)動(dòng)時(shí)間、相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)點(diǎn)，輸入輸出信號(hào)即可，具體的編程流程如圖9所示，以下僅以第一段需要打磨程序?yàn)槔Ｆ渌课淮蚰コ绦蛳嗨疲蛔鲞^(guò)多介紹。

圖6 觸摸屏界面

圖7 M2B基礎(chǔ)版運(yùn)動(dòng)控制器

圖8 手持式編程器設(shè)置界面

圖9 手持式控制器編程流程圖

8 手持式控制器程序

由于編程器為數(shù)字式編程，下面展示編程后的圖片。根據(jù)流程圖編程后的結(jié)果如圖10所示。

9 打磨后效果

經(jīng)過(guò)實(shí)地打磨測(cè)試，該通用型打磨機(jī)能夠完美的清楚零件的毛刺，具體如圖11所示。已用紅色標(biāo)出。

10 結(jié)語(yǔ)

圖10 手持式編程器編程過(guò)程

圖11 打磨后效果

該通用型去毛刺設(shè)備，采用了PLC，觸摸屏，手持式編程器結(jié)合控制的方式。不僅易于操作，編程簡(jiǎn)單，還可以電動(dòng)運(yùn)行控制。通過(guò)更換工裝位底盤(pán)夾具，也適用于其他需要打磨的工件。經(jīng)過(guò)實(shí)際工作測(cè)試檢驗(yàn)可以達(dá)到良好的去毛刺效果。