自动抛光机设计及抛光结构受力分析

2018-06-08刘侃张洪马俊峰

科技视界 2018年8期

刘侃　张洪　马俊峰

【摘要】本文主要介绍一款针对放风阀阀芯头的自动抛光机设计，本设计包括机械结构设计和控制系统设计，利用有限元分析对自动抛光机的核心部位即抛光轮机构进行力学校核和机构完善，使得此自动抛光机实现了对放风阀阀芯从上料，运料，抛光，以及下料各环节全自动操控，实现真正的自动抛光。此自动抛光机设计合理，可用于工程实际。

【关键词】自动抛光机；有限元；抛光轮机构

中图分类号： TG502 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）08-0127-003

Automatic Polisher Design and Forced Analysis of Polished Structure

LIU Kan ZHANG Hong MA Jun-feng

（School of Mechanical Engineering，Jiangnan University，Wuxi2114122，China）

【Abstract】This article mainly introduces an automatic polisher design for air release valve heads. This design includes the mechanical structure design and control system design. The finite element analysis is used to improve the core of the automatic polisher， namely the polishing wheel mechanism. This makes the automatic polishing machine realize the automatic control of the air release valve spool from feeding， transporting， polishing， and blanking to achieve true automatic polishing. This automatic polishing machine is designed to be practical and practical.

【Key words】Automatic polishing machine； Finite element； Polishing wheel mechanism

0 引言

目前市场上针对放风阀阀芯头还是以手动抛光为主。手动抛光不仅速度慢，而且还会消耗大量人力，同时对于抛光人员的技术也有很大的要求，抛光后的产品质量也会参差不齐。现在市场追求自动化程度越来越高，也急需一台自动化设备来完成对放风阀阀芯头的抛光工作，本文介绍一款自动抛光机设备，解决放风阀阀芯头的抛光问题。设计这样的设备，其核心部分即抛光机构的设计极其重要，因此需要对抛光机构进行不断校核和完善机构，以达到抛光要求。

1 自动抛光机设计

本设计主要针对放风阀阀芯产品，其特点是体积小，形状特殊，所要抛光表面为圆弧形状，如图一所示。此设计包括上料，运料，抛光以及下料各环节，实现对放风阀阀芯头的全自动抛光。上料环节完成阀芯的自动上料，运料环节完成放风阀阀芯的工位转换，即从上料区到抛光区，以及到下料区，此环节采用气动手爪设计，其优点是简单，快速，稳定，抛光环节主要结构设计是针对抛光轮的安装设计，此结构是整个设备的关键部位，也决定抛光质量的好坏。下料环节主要完成对抛光后的工件的整理，使得产品便于包装。全部环节都由可编程控制器进行控制。

1.1 上料机构设计

为使产品自动上料，可采取振动盘机构，在振动盘出口处放置传感器，设置上料区，等待气动手爪進行抓取。振动盘设计稳定快速，且应用广泛，此处针对放风阀阀芯这种小型工件，此设计合理简便。

1.2 气动手爪机构设计

气动手爪机构主要完成运料工作。本机构包括手指气缸，薄型气缸，迷你气缸，滑动导轨以及各连接件。两手指气缸设计采用并联机构，其运动过程一致，在不同工位点进行相同动作，采用同一电磁阀控制。在夹取工件过程中，为防止留下刮痕，手指部分采用尼龙材料，增大接触面的摩擦力。在手指气缸夹取工件时，由于是双指机构，所以在运料过程中会出现旋转现象，为解决这一问题，本机构采用了手指气缸底部法兰固定以及螺纹过渡连接，使得运料过程中夹取更加稳定。阀芯头的抛光过程共有三个工位点，分别是上料点，抛光点，下料点。由于采用并联机构，本设计将出现两点位置完成三个工位的工作过程。导轨除了引导作用外还具有支撑功能，其优点是在进行运料过程中，整体机构平稳，不会出现偏移或者抖动现象。这样的设计便于控制，且使得运料过程更加迅速，缩短运料时间，提高抛光效率。

1.3 抛光轮机构设计

抛光轮机构是整个设备的关键部位，其包括砂轮，气动马达，同步带，迷你气缸，薄型气缸，导轨以及各连接件。本机构采用气动马达为动力源，同步带进行传动，以此带动砂轮进行高速旋转抛光工件。放风阀阀芯头是一个圆弧形状，在进行抛光过程中，需根据圆弧面进行不断的调节进给量以此来进行抛光曲面。所以抛光过程需要两个自由度，迷你气缸负责前后方向自由度，薄型气缸负责上下方向自由度。在抛光时，两个方向同时运动，使得抛光轮走出圆弧路线。整个抛光轮机构在导轨上运行，提高了稳定性和抛光精度。

1.4 阀芯头夹持机构设计

放风阀阀芯头底部为圆柱形，所以在进行抛光过程中需要夹紧阀芯头底部。本设计采用弹簧夹头作为夹具，弹簧夹头安装在仪表车头上，通过气缸动作控制弹簧夹头的夹紧与松开。基于放风阀这个特定的工件，使它在抛光过程中工件不会出现倾斜现象，需要在弹簧夹头大径处做一平台为支撑面。弹簧夹头夹紧工件的同时还要由三相异步电机带动其旋转，这样可以使整个阀芯头抛光更加完整。

1.5 下料机构设计

在完成抛光环节后，气动手爪机构会将工件送至下料区，为使得排料整齐，将由旋转气缸带动刮条将工件进行整料。

1.6 控制系统设计

控制系统全程采用可编程控制器，各传感器连接到控制器的输入端，输出端连接电磁阀，以及继电器。接触器控制三相异步电机的正反转。可编程控制器系统稳定，抗干扰能力强，操作更加方便。

2 抛光结构受力分析

抛光结构是整个自动抛光机的关键部位，抛光质量的好坏直接决定了整个设备是否可以投入实际生产，而本设计将采用有限元分析，对此部分结构进行校核以及改进。抛光机构包括抛光轮，转动轴，同步带，气动马达，支撑板以及各连接件。抛光时，气动马达作为动力元件提供动力，经同步带传动，带动转动轴旋转，与转动轴同步的砂轮高速磨削工件。砂轮上单个磨粒的切削厚度固然很小，但是大量的磨粒同时对被磨金属层进行挤压、刻划和滑擦，加之磨粒的工作角度又很不合理，因此总的磨削力很大。为便于测量和计算，将总磨削力分解为三个相互垂直的分力Fx（轴向磨削力）、Fy（径向磨削力）、Fz（切向磨削力）。

所受磨削力有以下特点：

（1）径向磨削力Fy最大。这是因为磨粒的刃棱大都以负前角工作，而且刃棱钝化后，形成小的棱面增大了与工件的实际接触面积，从而使Fy增大。通常Fy=（1.6～3.2）Fz。

（2）轴向磨削力Fx很小，一般可以不必考虑。

（3）磨削力随不同的磨削阶段而变化。在初磨阶段，磨削力由小至大变化较大；进入稳定阶段，工艺系统的弹性变形达到一定程度，此时磨削力较为稳定；光磨阶段实际磨削深度近趋于零，此时磨削力渐小。

磨削过程很复杂，影响磨削力的因素也很多，上述理论公式的精确度不高。目前一般采用实验方法来测定磨削力的大小。

此抛光机构由支撑板作为主要支撑元件，承受来自各元件的重力以及磨削时的磨削力，因此相对来说，支撑板结构需要很高的强度和抗弯矩能力。此支撑板设计采用工字型模型，受力如图4所示。

图中FZ，Fy——分别为支撑板所受切向和径向磨削力（N）；F1，F2——分别为气动马达重力和下方薄型气缸的支撑力（N）；F2，Mg——分别为砂轮部分重力和支撐板重力（N）。

从图中可以看出支撑板所受最大位移量为0.01534mm，而在核心部位的位移量为0.00767mm到0.00921mm之间，此变形量不会对实际抛光产生影响。

3 结语

本自动抛光机实现了对放风阀阀芯头的自动抛光工作，从上料，运料，抛光以及下料，各个环节都是自动完成。全程由可编程控制器进行控制，方便快捷。整体机构设计合理完善，使得抛光质量较高，利于放风阀阀芯的批量生产，也使得此设计机构可用于生产实际。

【参考文献】

[1]吉卫喜.机械制造技术基础[M].7版.北京：高等教育出版社，2008.