雙工位旋轉噴砂機的設計

魏高軍 王小洋 都本達 劉鑫鑫 邱茂榮

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1 設計背景

噴砂機的工作原理為,以壓縮空氣為主要動力,通過氣流的高速運動在噴砂槍內形成負壓,磨料通過輸砂管吸入噴砂槍并經噴嘴射出,對工件表面產生沖擊和切削作用,使工件表面獲得一定的清潔度和相應的粗糙度,使工件表面的機械性能得到改善,提高工件的抗疲勞性,增大工件與涂層之間的附著力,提高涂膜的耐久性,也有利于涂料的流平和裝飾,同時使介質表面粗化,消除工件殘余應力,提高基材表面硬度。筆者設計了一款雙工位旋轉噴砂機,其結構如圖1所示。這一設備已經在廣東某公司的磨刀棒生產中得到應用,并且已經在相關行業進行了推廣。這一設備進行多項技術改革和創新,填補了多項國內外技術空白。

▲圖1 雙工位旋轉噴砂機結構

2 功能

筆者設計的雙工位旋轉噴砂機用于各種形狀棒料表面噴砂處理。設備左右兩側分別有兩套獨立的噴砂工位,在設備工作過程中,一側工位門系統關閉,保持噴砂工位的密閉,以此減小噴砂過程中粉塵對外部環境的污染。伺服旋轉定位機構通過夾具開合機構夾緊棒料。伺服噴砂機構帶動噴砂槍上下勻速移動,用金剛砂對棒料進行高速噴射,沖擊棒料表面。同時抽風系統對生產中產生的粉塵進行收集,并通過粉塵處理系統進行處理。另一側工位門系統開啟,旋轉定位機構使棒料旋轉固定角度,六軸機械手按固定角度取出成品和放置待噴砂的棒料。棒料放置完成后,關閉工位門系統,開始下一輪的噴砂工作。

3 旋轉定位機構

旋轉定位機構如圖2所示。在噴砂過程中,噴砂槍噴射出的金剛砂高速沖擊棒料表面,在沖擊力的作用下,夾持機構需要具有一定的夾持力度。同時,薄壁棒料的夾持需要采用仿形夾具,這樣才能保持棒料噴砂過程中的穩定。旋轉定位機構上設置的盤形感應片和感應器用于棒料的定位,使得每次噴砂完成,棒料夾緊機構取放料都旋轉到固定角度,配合機器人進行精準上下料。旋轉定位機構采用伺服驅動,可以通過調節伺服電機速度,獲得最好的噴砂效果。

▲圖2 旋轉定位機構

4 夾具開合機構

現在市場上噴砂機的夾持機構多采用氣動三爪卡盤,其弊端是噴砂槍噴射出來的金剛砂沖擊產品表面后反射無方向性,并產生大量粉塵,致使三爪卡盤活動夾爪進入砂粒和粉塵,夾爪開合過程中會出現卡阻,造成產品夾持不牢,產生掉料現象。

筆者自主創新設計的夾具開合機構如圖3所示。氣缸驅動鍥形圓環下降,頂壓鍥形塊。兩個鍥形塊在鍥形圓環的頂壓下克服彈簧力,帶動齒條沿滑槽反向運動。中間的齒輪與齒條嚙合,固定在齒條上的兩個夾板也被帶動同時反向運動,夾板上的仿形夾具松開棒料。向仿形夾具內放入棒料,氣缸驅動鍥形圓環上升,鍥形圓環脫離鍥形塊,兩個夾板在彈簧的拉力下相向運動夾緊棒料,同樣通過齒輪齒條機構保證夾緊時兩側仿形夾具的同步性和對中性。在近3個月實際生產中得到驗證,自行設計的夾具開合機構的夾爪在取放棒料時從未出現卡阻,穩定性好,而且成本僅是氣動三爪卡盤的20%。

▲圖3 夾具開合機構

5 砂粒循環利用系統

金剛砂對棒料的高速沖擊過程中,在與棒料表面撞擊的同時,有一部分砂粒也被擊碎變小,造成再次經過噴砂槍高壓噴射時沖擊力不足,產品表面處理不能滿足要求。傳統的噴砂機在使用過程中,金剛砂循環使用4～8次后,需要對金剛砂進行整體更換。筆者設計的雙工位旋轉噴砂機具有砂粒循環利用系統,金剛砂在高速噴射后,經過坡度導料滑落到振動篩中,振動篩振動,將顆粒大的砂粒篩選到噴砂儲料倉,被重新利用。顆粒小的則被篩選出來。當噴砂儲料倉中金剛砂減少到一定數量時,只需要補充一定量新的金剛砂,就能循環使用。設計的砂粒循環利用系統實現了噴砂、砂粒回收、砂粒篩選的循環利用,減少了人工更換金剛砂的煩瑣工序,提高了金剛砂的利用率,降低了金剛砂原料使用成本。

6 結束語

雙工位旋轉噴砂機是自主研發的帶有砂粒循環利用系統的創新產品,設備采用伺服上下噴砂系統、旋轉定位機構、夾具開合機構等創新設計,實現了對多種形狀棒料表面噴砂處理。通過六軸機械手實現與自動上料機、等離子噴涂機等前后端設備連線,可以實現全自動化生產。