高效玻璃切割裂片設(shè)備的設(shè)計(jì)

袁 飛，高天友

(常州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，常州 213164)

0 引言

隨著我國汽車工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，對汽車零部件的需求越來越多，對產(chǎn)品的品質(zhì)也提出了更高的要求[1～3]，汽車后視鏡是汽車零部件中不可或缺的一種。在汽車后視鏡的生產(chǎn)工藝制程中，傳統(tǒng)的加工方式為金剛石切割加砂輪磨削的方式[4～7]，這種加工方式的裂片難度較大，且需要預(yù)留一定的余量防止崩邊，裂片后用砂輪磨削的方式將余量全部磨削掉，生產(chǎn)時(shí)間較長，且不環(huán)保，成品率也難以控制。汽車后視鏡玻璃生產(chǎn)加工技術(shù)是亟待突破的一種技術(shù)。

從整個(gè)汽車后視鏡玻璃的制程來分析，切割和裂片制程具有很重要的地位，特別是裂片制程，因?yàn)樾枰獙⒁呀?jīng)切割的玻璃按照一定的方法進(jìn)行分離，得到成品。隨著玻璃尺寸的變化，材料的優(yōu)化，裂片的制程也發(fā)生了變化[8～12]。為了提高產(chǎn)品的品質(zhì)和生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)全自動在線生產(chǎn)[13～16]，是解決汽車后視鏡玻璃生產(chǎn)問題的最佳方案，截至目前，未見有針對玻璃切割裂片自動化設(shè)備研究的報(bào)道出現(xiàn)。

文中提出了汽車后視鏡玻璃在線自動生產(chǎn)的設(shè)備設(shè)計(jì)，為實(shí)際生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1 玻璃裂片設(shè)備設(shè)計(jì)

1.1 技術(shù)要求

加工產(chǎn)品為汽車后視鏡，如圖1所示，材質(zhì)為鈉鈣玻璃，厚度2mm，曲率為R1330mm，表面鍍鉻；產(chǎn)品尺寸為220×170～400×450之間；崩邊大小≤0.1mm、無亮點(diǎn)亮邊（或切割不透）、無劃傷；無造成清洗不掉的臟污；輪廓度≤0.1mm；軌跡起始位置和結(jié)束位置無接痕；單片成品切割時(shí)間不超過4s。

圖1 產(chǎn)品示意圖

1.2 設(shè)備總體介紹

設(shè)備主要由輔助機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)、加熱機(jī)構(gòu)和裂片機(jī)構(gòu)幾大部分組成，如圖2所示。輔助機(jī)構(gòu)包括上下料皮帶線，控制系統(tǒng)等；切割機(jī)構(gòu)主要完成對玻璃的切割；切割完成后需對其進(jìn)行加熱至150℃左右（室溫30℃時(shí)），因皮秒激光器屬于脈沖激光器，切割玻璃時(shí)對其進(jìn)行高頻打點(diǎn)，可將玻璃安全切透又不掉落，此時(shí)對其進(jìn)行加熱再驟冷，使切割軌跡部分應(yīng)力釋放，加上切割時(shí)預(yù)留輔助線，使其廢料部分完全炸裂，只留下成品。

圖2 設(shè)備總體示意圖

1.3 裂片機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

加熱后的玻璃，經(jīng)過加熱機(jī)構(gòu)（隧道爐）輸送出來之后，進(jìn)入裂片工序。文中所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)，可使裂片實(shí)現(xiàn)全自動化，速度快、可靠性高，裂片效率可達(dá)5s/片，裂片合格率99.5%以上。

裂片機(jī)構(gòu)主要由冷水機(jī)、水箱網(wǎng)帶線、轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)、接水盤以及其它相應(yīng)機(jī)加件組成，如圖3所示。采用4工位轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，裂片機(jī)構(gòu)工作時(shí)，轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)內(nèi)工位1處的抓取機(jī)構(gòu)將隧道爐輸送出來的玻璃抓取起來；此后轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)一個(gè)工位，運(yùn)動到工位2處，此時(shí)轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)內(nèi)的子系統(tǒng)會將玻璃往下移動，直至高溫玻璃浸入到水箱網(wǎng)帶組件內(nèi)；高溫玻璃接觸到水箱網(wǎng)帶組件內(nèi)的水以后，因?yàn)轶E冷，可將玻璃沿切割線裂開，成品被繼續(xù)吸附在轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)內(nèi)，廢渣掉入水箱網(wǎng)帶組件內(nèi)，然后被自動排出；此后轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，將最終成品放置在工位3處的流水線皮帶上。工位4為備用工位。

圖3 裂片機(jī)構(gòu)總體示意圖

1.4 轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)概述

轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)為4工位形式，設(shè)備運(yùn)行時(shí)，可實(shí)現(xiàn)多工位并聯(lián)工作：取料、裂片、下料三個(gè)工序同步進(jìn)行，大大增加了生產(chǎn)效率。

如下圖所示，機(jī)構(gòu)主要由分割器（含減速電機(jī)）、轉(zhuǎn)盤、電氣一體滑環(huán)、抓取機(jī)構(gòu)以及相應(yīng)的機(jī)加件組成。轉(zhuǎn)盤直徑?700mm，固定在凸輪分割器上，凸輪分割器配備750W減速電機(jī)。4套抓取機(jī)構(gòu)均布再轉(zhuǎn)盤上，機(jī)構(gòu)最大外徑1400mm左右。

分割器型號為140DF中空型，電氣一體滑環(huán)固定在中間區(qū)域，中間區(qū)域?yàn)殪o止部分，分割器旋轉(zhuǎn)時(shí)，中間區(qū)域不動。抓取機(jī)構(gòu)含有氣缸、吸盤以及磁性開關(guān)，故本機(jī)構(gòu)采用電氣一體滑環(huán)，可同時(shí)通電和通氣?？蓪?shí)現(xiàn)不同工位，不同電氣信號通斷和傳輸。

圖4 轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)示意圖

1.5 抓取機(jī)構(gòu)概述

抓取機(jī)構(gòu)主要由帶導(dǎo)桿氣缸、真空吸盤和相應(yīng)機(jī)加件組成，如圖5所示。氣缸缸徑?32mm，行程80mm。每次抓取2片玻璃（若抓取大玻璃，則每次抓取一片，大玻璃切割后可出2片成品），采用雙工位形式，提高效率。

圖5 抓取機(jī)構(gòu)示意圖

1.6 水箱網(wǎng)帶機(jī)構(gòu)概述

裂片需要恒溫水，且裂片過程中會產(chǎn)生大量的廢渣，廢渣如何排出是個(gè)非常重要的問題，因?yàn)檫@個(gè)會嚴(yán)重影響到生產(chǎn)效率。文中設(shè)計(jì)了一種很巧妙的機(jī)構(gòu)，可以很好的解決這兩個(gè)問題。

如圖6(a)所示，水箱網(wǎng)帶機(jī)構(gòu)主要由水箱、網(wǎng)帶線（一種流水線）、冷水機(jī)以及相應(yīng)機(jī)加件組成。冷水機(jī)為定制型，可實(shí)現(xiàn)對外循環(huán)水的冷卻，和水箱通過水管連接在一起。水箱尺寸為1200mm×700mm×500mm。其中，水箱外部安裝有電容式接近傳感器，用于檢測液位，若水箱內(nèi)液位過低則設(shè)備聲光報(bào)警，提醒相關(guān)人員對水箱進(jìn)行補(bǔ)水操作。

圖6 水箱網(wǎng)帶機(jī)構(gòu)總體示意圖

網(wǎng)帶線為一流水線，因需要將其泡在水里使用，故線體全部采用不銹鋼SUS304制作。網(wǎng)帶線和皮帶線結(jié)構(gòu)類似，為了方便排水，將皮帶換成了不銹鋼網(wǎng)帶，將裂片產(chǎn)生的大量的廢渣從水箱中傳送出去，保持水箱中水位及溫度穩(wěn)定。

液位檢測開關(guān)安裝形式和位置如圖6(b)所示，電容式接近開關(guān)埋在固定夾里，固定夾將尼龍管夾持住，松開固定夾內(nèi)的螺絲，選擇適當(dāng)?shù)奈恢脤⑵涔潭ā?/p>

3 結(jié)語

1）采用四工位轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)，設(shè)備運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)取料、裂片、下料三個(gè)工序同步進(jìn)行，設(shè)備整體自動運(yùn)行，節(jié)約人力成本，同時(shí)大大增加了生產(chǎn)效率。

2）水箱網(wǎng)帶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)解決裂片過程中產(chǎn)生大量的廢渣問題。通過不銹鋼網(wǎng)帶線將裂片產(chǎn)生的大量的廢渣從水箱中持續(xù)的傳送出去，保持水箱中水位及溫度穩(wěn)定。

3）采用該設(shè)計(jì)的設(shè)備已經(jīng)在某汽車后視鏡工廠實(shí)際使用，完全滿足技術(shù)要求。