一種四工位砂帶機打磨拋光工作站的方案設計

趙宏武 辛濤 董紅波

摘 要：本文介紹了一種可替換手工打磨拋光的四工位砂帶機打磨拋光工作站的方案設計過程。根據用戶需求，分析打磨拋光加工流程，將各部件進行合理布局，快速高效完成方案設計。

關鍵詞：打磨拋光;砂帶機;旋轉料臺

1 前言

對于衛浴殼體、把手、銅件等五金件的表面在電鍍之前都需要進行打磨拋光處理，傳統的打磨拋光工藝都為手工操作，不僅加工效率低，而且勞動強度大，工作粉塵對操作人員身體健康危害極大。隨著我國國民經濟不斷提高，越來越多的人不愿從事這個行業，而打磨拋光的需求越來越大。面對用工成本提高，從業人員急劇減少，需求增多，實現打磨拋光自動化成為當下急需解決的課題。為此我司根據市場需求設計出一款自動化程度高，可替換手工打磨拋光的四工位砂帶機打磨拋光工作站。

2 設計過程

2.1用戶需求

傳統打磨拋光產品工藝采用操作人員手工拿著零件去壓蹭固定式砂帶機的砂輪實現零件表面的打磨拋光，為了將改善操作人員的工作環境，提高工作效率，用戶要求設計一款打磨工作站，操作人員只需完成勞動強度小、無粉塵危害的工件裝卸作業，其余打磨拋光工序通過程序操控機器人與四工位砂帶機完成。

2.2工作站方案布局

根據用戶打磨拋光工藝節拍需求及廠房空間將機器人、四工位砂帶機、工作站底座、鈑金外罩、送料臺各部件按尺寸及空間要求進行合理布局，提升打磨拋光效率、降低粉塵危害。工作站方案布局如圖1，在方案布局中需保證機器人底座中心與料臺的距離 B 及機器人底座中心與四工位砂帶機接觸輪的直徑邊緣距離A，否則會有拋光打磨距離不足影響加工行程或抓取、放回加工件時行程空間干涉的情況發生。

2.3工件的打磨拋光加工流程

操作工人首先將工件毛坯放在鈑金外罩外側料臺料盤上，當外側料臺料盤工件毛坯按設定好的位置放好后按下轉動按鈕，旋轉料臺料盤開始沿水平旋轉 180 度至鈑金外罩內側，料臺分割器檢測開關檢測到旋轉到位后，機器人開始按已經編號的程序抓取工件毛坯、啟動打磨拋光程序，第一件毛坯打磨拋光完成后機器人將成品零件放置已經設置好的工位，機器人按程序開始抓取第二個工件毛坯料，并重復加工動作，完成第二個工件的加工，在此過程中操作人員將第二批毛坯放置在鈑金外罩外側料臺料盤上，當所有毛坯完成加工后，操作人員按下旋轉按鈕，旋轉料臺料盤再次旋轉 180°至鈑金外罩外側，這樣將已加工完成的工件運轉至鈑金外罩外側，操作人員將工件成品從料盤上卸下，同時將第二批毛坯已完成放置，按下轉動按鈕，開始第二次加工循環，打磨拋光加工流程如圖 2。

2.4 多軸機器人選型

目前市場已有很多成熟標準的產品可供選擇，如國外品牌可選發那科（FANUC）、庫卡（KUKA）、那智（NACHI）等，國內可選沈陽新松、深圳匯川、廣州數控等，首先根據工件與夾具重量、工作負荷和安全系數的計算出機器人有效載荷，確定機器人規格，然后在此規格上考核：動作范圍，重復、定位精度，速度，本體重量，剎車和轉動慣量，防護等級及價格等因素，通過比對篩選出性價比合適的品牌及規格的機器人。

2.5 四工位砂帶機的設計

根據用戶需求確定技術參數，采用模塊設計將公司成熟的技術工藝及結構應用在四工位砂上，保證結構的可靠性，提升設計進度，四工位砂帶機結構如圖3

工作過程：電機與驅動輪直連，帶動驅動輪旋轉，砂帶安裝在驅動輪、小接觸輪、大接觸輪及張緊輪外側，通過驅動輪將電機的功率傳遞給小接觸輪及大接觸輪，通過張緊輪調整砂帶的松緊，大接觸輪與小接觸輪通過調節板固定在大支撐板上，氣動張緊機構固定在小支撐板上，大支撐與小支撐板通過連接桿剛性連接，當打磨拋光工件時，大接觸輪或小接觸輪受到壓力時連同大小支撐板整理在后移，此時砂帶在后移時有微小松動，與此同時在前后浮動氣缸的作用下砂帶再次張緊，起到了緩沖工件沖擊力的作用，對機械手起到了保護。

2.6 旋轉料臺的結構設計

旋轉料臺的結構方案可以采用三種方式實現：1）氣缸推動齒條，齒條帶動齒輪、齒輪旋轉帶動轉臺旋轉，轉臺的定位依靠氣缸行程限位實現。2）通過伺服電機與減速機直連，減速機帶動轉臺，轉臺的定位依靠伺服電機的分度定位實現。3）通過減速電機帶動二工位分割器，分割器輸出軸帶動轉臺旋轉，轉臺的定位依靠分割器凸輪鎖緊分割定位，也可增加氣缸通過氣缸活塞桿帶動銷軸定位。方式3結構簡單，運動可靠，定位精度高，易裝配，本案例選用該結構方案進行設計。

2.7 防護與外圍附件的設計

機器人、四工位砂帶機、工作站底座、送料臺等部件設計及選型完成后按各部件尺寸位置及空間運動范圍，確定鈑金護罩的外形尺寸，開始設計鈑金的外觀與顏色搭配及氣動、潤滑、除塵等附件，至此工作站的整體方案設計完成。

3 結語

四工位砂帶打磨拋光工作站是非標設備，不同于傳統通用設備的設計規范，所以一定要深入與用戶溝通，確定用戶需求、加工流程，同時充分整合市場上已有的功能部件這樣既可提高設計可靠性又可減少工作量，提高工作效率，通過模塊化，多人協同設計，快速高質量的完成設計任務。