无心磨床磁材磨削自动收料机研制

2013-09-27王卫军吴永明谢占功陈贤帅

制造技术与机床 2013年12期

王龙王卫军吴永明谢占功陈贤帅

(①广州中国科学院先进技术研究所，广东广州 511458;②广东工业大学机电学院，广东广州 510006)

无心外圆磨是一种适用于大批量生产的磨削方法，该磨削易实现强力、高速和宽砂轮磨削，磨削圆度可达0.005～0.001 mm，表面粗糙度可达 Ra0.1～0.025 μm。要实现高效率磨削，在无心磨床上配置自动上下料系统是非常必要的，可以更加安全、可靠地实现设备自动化操作，提高设备利用率，减少操作工人数，降低工人劳动强度［1］。

王淑芳等人对车轴成型磨床自动上下料流水线进行研制，采用机械手和带有阻尼板的下料机构对磨削完车轴进行下料［2］。董传军、杨廷水等人对摩托车曲柄销磨削下料机构进行研制，采用PLC控制气缸伸缩配合V型块导向定位进行上下料［3］。马俊、李长春等人对数控机床上、下料机械手的运动学分析与仿真，建立了数控机床上、下料机械手的连杆坐标系，得到机械手运动方程和各个关节变量［4］。上述研究往往采用机械结构复杂的机械手和PLC电气控制系统。

1 现场设备概况

如图1，某厂采用重庆磨床有限责任公司M1080C型无心外圆磨床磨削圆柱磁性材料，在该磁材磨削生产线中，上料采用振动盘能够高效地实现有序上料。但下料配置，现有的磨床收料设备是:采用角铁制作成一个倾斜的滑道，焊接于机床上，工件磨削完毕顺着滑道下滑。在角铁端部用不锈钢钣金搭建一个倾斜的支架平台，平台上面放置镂空收料盒，下滑的工件直接落入收料盒，切削液透过镂空收料盒沿着支架平台斜面、切削液回收管回收。经现场调研发现:第一，由于磁性材料非常脆，在滑下来落入收料盒的瞬间，磨料的端部可能磕碰而崩掉产生缺陷，现有的生产线废品率达10%;第二，工件下落位置固定，容易无序扎堆，需要人工去拨散，浪费人力资源，降低生产效率;第三，由于滑道倾斜角度固定，不能适应不同大小的工件，造成有些工件滑落速度过快，有些滑落过慢，甚至滑不动。

2 技术要求

磁材尺寸规格为:直径范围为2～30 mm，长度为30 mm。材料为脆性材质，密度为7.9 g/mm3。根据工厂要求，主要有3点要求:一是防止磁材磕碰，减少磁材端面崩坏，降低废品率;二是磁材有规律地放置于收料盒中;三是切削液的回收利用。

3 机械机构设计及工作原理

3.1 机械构造及整体外形尺寸

图2为自动磨削收料机的成品示意图，该设备的机构主要由出料滑槽、收料盒托盘、移动平台、机架、滑槽安装架、风琴罩、电控箱等主要部件组成。

3.2 机械结构设计

根据缓冲、排序、回收切削液3点要求，设计整体机械结构如图3所示。工件运动轨迹规划如图3箭头所示。

(1)下料滑槽装置设计

缓冲设计主要从减小工件滑落时的速度以及吸收滑至端部的工件的冲击力两个角度来设计方案。通过改变引导槽的倾斜角度和折弯曲率来增加摩擦力，并适当增加些辅助缓冲附件来减小冲击。采用如图4的装置能够很好地达到降低速度和吸收冲击的效果。

如图4，磨削完成的工件从滑轨的顶部开始下滑，顺着出料滑槽3滑动到达滑槽端部与缓冲垫7碰撞，工件的冲击力被缓冲垫吸收。光电开关6感应到工件到位，发信号给控制器，控制器输出使开门气缸5和阻挡气缸4动作，开门气缸5推动门8打开，工件滑落，阻挡气缸伸长阻挡后面滑落的工件，形成节拍。

前调节杆1和后调节杆2伸缩调节改变出料槽3的倾斜角度，使工件能够顺利滑下，但下滑速度处于一个合适的大小。

(2)收料组件装置设计

排序厂家要求，工件应单层规则地平放于收料盒中，根据工件的规格特征，采用斜坡滚动排序法实现排序。具体，从出料滑槽经开门滚落的工件，落入放置于斜坡托盘上的收料盒中，并沿着收料盒底面滚动排成一排，排完一排后，平台移动一个位置接着排第二排、第三排…直到排满整个收料盒为止。由于工件大小不一，滚动的速度存在差异，所以斜坡应设置成可调，具体如图5所示。

如图5，收集工件的收料盒9放置于斜坡托盘8上，斜坡托盘8可以绕合页铰链旋转，倾斜角度设计为可调，经计算摩擦角θ=tan－1μ验测定，可调角度设计为5～10°能够满足现有生产各种规格的工件要求。带有滑槽的竖直支架1，滑块2、3，斜坡托盘8构成双移动副四杆机构，带有滑槽的竖直支架1通过螺钉固定于移动平台7上，滑块2可以移动副的形式在竖直滑槽上下自由滑动，滑块2与滑块3铰接，滑块3可以在斜坡托盘8的端部滑槽4中自由伸缩移动，斜坡托盘8与移动平台7通过合页6铰接在一起。以强度、稳定性为设计准则，设计各个构件的尺寸，再加以校核直至满足设计要求。

如图6所示，步进电动机、导轨、丝杠、移动平台、螺母等构成单轴移动模组，实现间歇运动。