經濟型自動去毛刺設備的設計與制造

劉 峙

（許昌技術經濟學校，河南長葛 461500）

1 引言

無論是沖孔、激光切割、等離子切割還是火焰切割，這些加工工序都會在板類零件的表面形成鋒利的邊緣和毛刺（見圖1）。特別是等離子切割時，熔渣（氧化物和金屬殘留物的混合物）會頑固沉積在零件邊緣，清理起來讓操作工人傷透了腦筋。板類零件上若存在毛刺是非常危險的：首先，會增加操作工人受傷的風險；其次，在下游加工過程中，會危及產品質量、影響設備使用甚至縮短設備的使用壽命。在對板類零件進行去毛刺加工時，目前很多企業仍依賴于手工操作。例如讓一些有經驗的工人用刷子或角磨機磨除邊緣、毛刺和飛濺物。這種方式的缺點主要在于：勞動強度大，加工時間長。而且加工效果達不到高度一致，無法保證持續的高效加工。這種情況下，很多企業不得不面臨工時、生產成本不斷增加以及行業內對板類零件表面質量要求卻不斷提高的挑戰，越來越多的企業開始尋找替代手工去毛刺的方法。研發一種經濟型自動去毛刺設備對于降低企業生產成本，提高加工效率，實現創新綠色發展是非常有必要的。

圖1 等離子切割后毛刺未處理零件

2 毛刺存在的安全因素風險分析

板類零件上若存在毛刺是非常危險的，目前國內很多的中小型企業自動化程度不高，去毛刺的手段還完全依賴手工操作，這跟綠色、高效、節能、創新發展的理念是相違背的。

（1）毛刺極易誘發安全事故。

板類切割件的鋒利、不規則的邊緣和毛刺是造成工傷的重大隱患。鋒利的邊角有可能會割傷從事操作、組裝或后續加工的工人。如果單個零件沒有經過去毛刺加工，成品也會存在同樣的風險。板類零件的邊角經過去毛刺處理后便可以避免這類損傷的出現。

（2）毛刺存在不利于板類零件后續的噴涂處理。

各種涂層的涂敷質量和附著性能的高低、優劣與否，取決于板類零件邊緣是否事先經過內外側的打磨處理。無論是粉末、鍍鋅、濕涂漆或KTL底漆，涂層在尖銳邊角上都無法牢固附著，特別是板類零件邊緣的涂敷涂層不能確保均勻，最終喪失防銹能力。

（3）板類零件表面氧化層不利于后續加工。

經過由氧氣作為輔助氣體的激光切割后，板類零件邊緣的截面會出現氧化層，它會負面影響板類零件的后續加工。氧化層的存在不利于焊接，板類零件之間的氧化層甚至會導致無法取得均勻的焊接結果，涂敷的漆層也很容易與氧化層一起剝落，然后長出銹斑。去毛刺工藝可以去除板類零件表面氧化層，從而安全后續的加工。

（4）毛刺會加劇板類零件磨損。

板類零件的毛刺特別容易損壞折邊模具和矯平輥或使它們很快磨損。去毛刺后的光潔零件更容易裝配，上漆或焊接，它們可以保護加工工具免受磨損。

（5）毛刺存在影響零件外觀形象，影響企業產品競爭力。

去毛刺不僅可以去掉板類零件的鋒利邊角毛刺，同時還能夠完成對板類零件的表面進行打磨，加工出光潔漂亮的精致表面，讓加工后的板類零件外觀更美觀（見圖2），從而提高企業品牌形象和企業產品競爭力。

圖2 去毛刺前后零件的對比

3 經濟型自動去毛刺設備的設計分析

（1）對板類零件去毛刺的原理設計分析。

工人手工去除板類零件毛刺，是利用角磨機或者磨光機，對板類零件有毛刺的一面進行磨削加工，憑工人肉眼和操作經驗來確定去除情況。利用機器實現自動去除毛刺過程原理，也是模擬工人手動操作的過程。首先把板類零件平放在傳送帶上，待磨削一面朝上，由調速電動機驅動傳送帶自動化慢速（速度可調）運輸板類零件，在傳送帶上方設計砂輥或者拉絲帶，由動力電機驅動砂輥轉動（方向與傳送帶轉動方向一致），砂輥快速轉動與板類零件表面“親密接觸”，依靠砂輥與待加工零件的相對運動產生磨削加工，從而達到去除板類零件毛刺，改善板類零件表面質量的功能。

（2）自動去毛刺設備的安全保護措施。

因為砂輥轉動速度2,800 轉/min 左右，砂輥接觸板類零件后很容易把板類零件“帶飛”或者改變板類零件在傳送帶上的位置或者使板類零件翻面。板類零件被砂輥“帶飛”容易發生傷人事故；隨意改變板類零件放置的位置，會使砂輥磨削受力不均勻，加速砂輥老化；板類零件誤翻面會出現錯誤加工，導致需要加工的一面未能加工，不需要磨削加工的一面進行了加工，容易出現不合格產品或者廢品。鑒于此，設計時可以通過以下措施進行解決：①在傳送帶和砂輥的上方加裝全封閉安全防護罩，這樣既可以防止板類零件飛出傷人，又可以有效控制砂輥在磨削時產生的粉塵四散；②可以在靠近砂輥的位置平行安裝尼龍壓輪棒，板類零件在接觸砂輥前，由壓輪棒壓著板類零件平穩傳遞給砂輥進行磨削，待磨削完成后砂輥通過摩擦力再次把板類零件傳遞給下一個壓輪棒，由于壓輪棒上沒有安裝動力驅動裝置，它與板類零件一起隨傳送帶同步傳動，這樣加工完成的板類零件就隨著傳送帶以來慢速出來落到合格零件收集區，這樣就可以有效杜絕待加工板類零件在傳送帶上“亂跑”錯位或者“翻跟頭”。

（3）自動去毛刺設備效率和質量保障措施。

自動去毛刺設備工作效率的高低跟傳送帶轉動的速度快慢和砂輥的長度（即工作臺的寬度）有很大的關系。傳送帶轉動速度快，單位時間內磨削的板類零件就多，反之，就少。另外，工作臺設置的寬度越大，可以同時放置的待加工板類零件就多，效率也會快很多。砂輥與板類零件結合的緊密程度、砂輥的質量、磨削的次數等都會成為影響板類零件去毛刺的質量，所以在設計這款機器時必須要考慮到砂輥與傳送帶之間距離的可調節性（板類零件厚，砂輥與傳送帶之間的距離稍微大一些；板類零件薄，砂輥與傳送帶之間的距離可以調整的小一點）。另外為確保有效磨削，在這款設備中可以設置多道砂輥平行放置，以確保對待加工板類零件的有效磨削。對于長期使用的砂輥，為了確保去毛刺的效果和效率，也要做到對砂輥上的拉絲套筒進行定期更換。

4 經濟型自動去毛刺設備的制造

根據對設備工作原理的分析，可以把自動去毛刺設備分成機架單元（含保護罩部分）、零件傳遞單元、砂輥磨削動力單元、壓輪棒單元和電器控制等五個單元。

（1）設備機架和保護罩的制造。

設備機架是經濟型自動去毛刺設備機械部分的重要單元，主要用于承載傳送帶、傳送帶驅動電機、砂輥、壓輪棒、砂輥驅動電機、砂輥高低調節裝置、軸承、傳送帶松緊調節裝置、電氣控制單元等，企業自行購置槽鋼焊接即可（見圖3）。機架的高度根據操作工人身高和操作的方便程度來設置，一般為800～1,200mm之間，也可以設計為可調機架；機架的長度一般根據需要安裝的砂輥的數量來確定，通常安裝3個砂輥，一般確定機架長度為1,200～1,500mm；機架的寬度一般由待加工板類零件的數量來確定的，待加零件數量多可以把砂輥的長度設計的長一些，反之，就短一些，這樣機架的寬度則是根據砂輥的長度確定的（砂輥也不是越長越好，較長的話，砂輥軸直線度和強度不好保證，增加設備原材料成本），一般機架寬度為600mm左右。保護罩的作用：①保證加工完成的板類零件不能“飛出”工作臺；②保證磨削過程中產生的毛刺或者金屬氧化層的粉塵不能飛到外邊，影響生產環境；③保證磨削所產出粉塵不能飛到軸承、電氣控制單元以及一些可調裝置上。通常設計為能嚴密罩住砂輥、壓輪棒、傳送帶就可以。

圖3 經濟型自動去毛刺設備機架外觀

（2）相關電器元件、運動部件和可調節裝置。

傳送帶可以采用300W 220V 0.8A 6IK300RGUCF6GU25K 52r/min 減速電機驅動，售價約 500～700元。傳送帶為草坪紋PVC材質輸送帶，寬窄根據所設計的機架情況確定，標準件商店可以自購。砂輥可以采用3～4個拉絲輪用一根軸串起來使用，拉絲輪采用φ90×100mm 規格。砂輥驅動電機采用0.75KW220/380V1.8A三相交流電動機，價格約150元左右。為了防止磨削過程中板類零件飛出或者位置發生改變，在砂輥前后側均平行設置兩個壓輪棒，壓輪棒用普通尼龍棒代替就行，長度與砂輥一致。因待加工去毛刺的板類零件厚薄不一，所以為了保證砂輥與待加工板類零件表面能夠“親密接觸”，可以設置3個滑臺對砂輥軸的高度進行實時調節，為了保證去毛刺的質量，砂輥軸線必須保證與水平面平行，這就需要砂輥軸兩端的支撐均能夠進行實時調節。壓輪棒的壓緊程度可以通過壓輪棒兩端軸承下的支撐桿的旋轉螺母和壓縮彈簧來配合調節即可。傳送帶的松緊程度可以設置滑塊與頂絲配合來調節。

（3）配電裝置。

本設計案例中，需要設計電源指示燈、砂輥電機開關、輸送帶開關、急停按鈕以及空氣開關等電器元件組成。外接電源經急停按鈕到空氣開關，然后在分支到砂輥電機開關、輸送帶電機開關。急停按鈕確保在更換零部件或者遇到緊急情況時能夠一鍵停機。裝配完成的經濟型去毛刺設備如圖4、圖5所示。

圖4 去掉保護罩后的自動去毛刺設備

5 經濟型自動去毛刺設備的操作與維護

（1）啟動時，先打開電源總開關，然后打開輸送帶開關，然后再啟動砂輥電機開關，這時就可以按照傳送帶上所標注箭頭指示的方向把板類零件待修磨面向上平均放置在傳送帶上（避免放置在一個位置上造成砂輥局部磨損嚴重）。傳送帶運轉速度可以根據待加工板類零件毛刺的大小進行調整。在運轉過程中，如發現異響或其它不正常現象時，請立即按下急停按鈕，通知維修人員和班組長及時檢修。

（2）砂輥的調整。去毛刺時需要根據待加工產品的厚度對砂輥離工作臺的高度進行調節，首先松動主軸支撐螺栓，搖動滑臺絲桿對高度進行調節，注意不要將砂輥壓到傳送帶上，避免傳送帶磨損。

（3）砂輥拉絲輪的更換。在確定需要更換砂輥拉絲輪時，先按下急停按鈕（避免誤操作造成人員受傷），松下主軸支撐螺栓，向外拉出支撐，然后松下主軸螺栓即可對拉絲輪進行更換，更換過后，鎖緊拉絲輪螺栓，安裝主軸支撐，調整好砂輥的高度鎖緊螺母即可使用。

6 結束語

本方案中制造一臺經濟型自動化板料零件去毛刺設備所需成本大約在3,000 元左右，這樣的去毛刺設備比手工去除毛刺的速度快約4倍，中小型機械加工企業自制一臺去毛刺機不但在短期內即可得到回報，而且保證了零件的高質量，提高了企業生產效率，大大降低了廢品率和生產成本，企業的形象在激烈的社會競爭也會得到很大的提升，這樣經濟型的自動化去毛刺設備的設計與制造很值得推廣。