竹木勺类内弧可编程自动磨光机的研制

郑瑞钰 刘建章 吴承文 张章秀 周茂彬

(1 尤溪县竹业工作站 福建尤溪 365100；2 三明德立环保有限公司 福建尤溪 365100；3 尤溪县林业局 福建尤溪 365100)

竹木勺子在国内外已普遍应用，但竹木勺子加工机械化程度不高，其内弧磨光多以手工为主，自动化程度低，产品质量不稳定，劳动强度大，粉尘多，几何尺寸难以达到客户要求，次品率高，生产效率低，成本高[1]。因此，竹木勺子生产厂家迫切需要开发一种可以取代手工作业的自动化机器设备。

福建省尤溪县竹业工作站与三明市德立环保技术开发有限公司，依靠高校和福建省林科院技术力量，完成了竹木勺子内弧可编程自动磨光机设备的设计、加工、安装、调试，并获得一次性试验成功。本研究根据尤溪县竹木勺子生产企业生产的实际情况和迫切需要，以及竹木勺子对生产工艺的不同要求，针对现有磨光设备在实际生产应用中存在的缺陷和问题，通过优化设计、工艺改良、系统集成等技术途径进行技术创新和改造，设计制造出可编程、一次磨光成型的新型自动化竹木勺内弧磨光生产设备，可实现生产过程的自动化程序控制，达到了提高生产效率，降低竹木勺子生产成本的目标。该成果对尤溪县进一步推广应用竹木勺子内弧磨光技术，实现竹木勺子生产规模化和自动化具有重要意义。目前，竹木勺子内弧可编程自动磨光机制备的竹木勺子已售往欧美国家，得到了客户的青睐。

1 研制背景

经济的快速发展及科学技术的不断进步，为人们提供了丰富的物质消费品，而勺子就是人们生活中诸多物质消费品中的一种。随着人们环保意识的不断增强，竹木类材质的勺子开始被广泛应用和普及。但是，目前竹木勺类凹槽的打磨仍是依靠人工打磨，工作效率低，打磨不精确，边缘粗糙和凹凸不平，尺寸不统一，无法工业化生产，很难投放于市场上销售。为了达到打磨的目的，避免人工打磨出现打磨不精确、损坏勺子、降低勺子质量的问题，急需设计一种竹木勺类凹槽打磨的专用设备。

2 研究开发内容

2.1 研发目的

针对现有技术存在的不足，提供一种竹木勺类凹槽自动打磨机，以解决上述研制背景中提出的问题。

2.2 研发具体内容

研制新型竹木勺子内弧可编程自动化磨光成型机，亦即设计制造出可编程、一次磨光的自动化竹木勺子内弧磨光生产设备，实现生产过程自动化程序控制[2]。

2.3 技术方案和实施

竹木勺类凹槽自动打磨机，包括机架、纵向滑移组件、横向滑移组件、立向滑移组件和工件打磨轮。纵向滑移组件安装在机架上，横向滑移组件安装在纵向滑移组件上方，横向滑移组件上安装有立向滑移组件，立向滑移组件侧面安装有工件打磨底板，工件打磨底板上方设有工件打磨轮(图1)。结合结构示意图，对技术方案和具体实施做如下说明。

图中标记：1-机架，2-纵向导轨，3-纵向滑块，4-纵向托板，5-纵向丝杆螺母支座，6-纵向丝杆螺母，7-纵向丝杆，8-纵向丝杆支座，9-纵向连轴器，10-纵向控制电机，11-纵向控制电机座，12-横向导轨，13-横向滑块，14-横向滑块垫高块，15-立向移动底板，16-横向丝杆螺母支座，17-横向丝杆螺母，18-横向丝杆，19-横向丝杆支座，20-横向连轴器，21-横向控制电机，22-横向控制电机座，23-立向底板，24-立向导轨，25-立向滑块，26-立向滑块垫高块，27-立向移动托板，28-工件打磨底板，29-立向丝杆螺母支座，30-立向丝杆螺母，31-立向丝杆，32-立向丝杆支座，33-立向连轴器，34-立向控制电机，35-立向控制电机座，36-工件打磨轮，37-主轴电机，38-主轴电机座，39-系统控制柜。图1 竹木勺类凹槽自动打磨机结构示意图(右为自动打磨机的俯视图)

2.3.1 纵向滑移组件

纵向滑移组件包括纵向导轨2、纵向滑块3、纵向托板4、纵向丝杆螺母支座5、纵向丝杆螺母6、纵向丝杆7、纵向丝杆支座8、纵向连轴器9、纵向控制电机10和纵向控制电机座11。

纵向导轨2通过螺钉固定在机架1上，纵向滑块3通过螺钉固定在纵向托板4上，纵向滑块3可在纵向导轨2上前后滑动，纵向丝杆螺母支座5用螺钉固定在纵向托板4上，纵向丝杆螺母6用螺钉固定在纵向丝杆螺母支座5上，纵向丝杆7通过轴承安装在两端纵向丝杆支座8上，纵向丝杆支座8通过螺钉固定在机架1上，通过纵向丝杆7的旋转可带动纵向托板4前后滑动。

纵向控制电机10固定在纵向控制电机座11上，纵向控制电机座11固定在机架1上，纵向连轴器9两端把纵向控制电机10和纵向丝杆7连接起来。

2.3.2 横向滑移组件

横向滑移组件包括横向导轨12、横向滑块13、横向滑块垫高块14、横向丝杆螺母支座16、横向丝杆螺母17、横向丝杆18、横向丝杆支座19、横向连轴器20、横向控制电机21和横向控制电机座22。

横向导轨12通过螺钉固定在纵向托板4上，横向滑块13固定在横向滑块垫高块14上，横向滑块垫高块14固定在立向移动底板15上，横向滑块13可在横向导轨12上左右滑动，横向丝杆螺母支座16用螺钉固定在立向移动底板15上，横向丝杆螺母17用螺钉固定在横向丝杆螺母支座16上，横向丝杆18通过轴承安装在横向丝杆支座19上，横向丝杆支座19通过螺钉固定在立向移动底板15上，通过横向丝杆18的旋转可带动立向移动底板15左右滑动。横向控制电机21固定在横向控制电机座22上，横向控制电机座22固定在纵向托板4上，横向连轴器20两端把横向控制电机21和横向丝杆18连接起来。

2.3.3 立向滑移组件

立向滑移组件包括立向移动底板15、立向底板23、立向导轨24、立向滑块25、立向滑块垫高块26、立向移动托板27、立向丝杆螺母支座29、立向丝杆螺母30、立向丝杆31、立向丝杆支座32、立向连轴器33、立向控制电机34和立向控制电机座35。

立向导轨24通过螺钉固定在立向底板23上，立向滑块25固定在立向滑块垫高块26上，立向滑块垫高块26固定在立向移动托板27上，立向滑块25可在立向导轨24上下滑动，工件打磨底板28通过螺钉固定在立向移动托板27上，立向丝杆螺母支座29用螺钉固定在立向底板23上，立向丝杆螺母30用螺钉固定在立向丝杆螺母支座29上，立向丝杆31通过轴承安装在立向丝杆支座32上，立向丝杆支座32通过螺钉固定在立向底板23上，通过立向丝杆31的旋转可带动立向移动托板27上下滑动，立向控制电机34固定在立向控制电机座35上，立向控制电机座35固定在立向底板23上，立向连轴器33两端把立向控制电机34和立向丝杆31连接起来。

2.3.4 工件打磨轮

工件打磨轮36固定在主轴电机37上，主轴电机37固定在主轴电机座38上，主轴电机座38固定在机架1上，系统控制柜39固定在机架1上。

3 工作原理

通过系统控制柜39数控编程控制主轴电机37的旋转方向和快慢，以及纵向、横向和立向3个方向的移动轨迹达到精准打磨的效果；工件打磨轮36可根据不同形状的产品更换不同的成型轮。

自动打磨机的优势在于：系统控制柜39的数控编程采用现有技术，通过纵向滑移组件、横向滑移组件和立向滑移组件的移动使得工件打磨轮36达到精准打磨，从而有效解决了目前竹木勺类凹槽打磨依靠人工打磨、工作效率低、打磨不精确尺寸不统一和不能工业化生产的问题。

4 与现有设备的对比

自动打磨机与现有技术相比具有以下有益效果：竹木勺类凹槽自动打磨机结构稳固，操作方便，通过纵向滑移组件、横向滑移组件和立向滑移组件的移动使得工件打磨轮到达精准打磨位置，在主轴电机的旋转方向和快慢的调节下以及纵向、横向和立向3个方向的移动轨迹达到精准打磨的效果，打磨精确度高，工作效率高，省时省力，能够实现工业化批量生产。

5 主要创新点与技术指标

1) 采用新型进料方式，实现可编程磨光自动化一次性完成。

2) 采用新型模具进料自动一次性磨光方式，解决了手工进料半机械化多次磨光方式的产品质量不稳定、劳动强度大、粉尘多、几何尺寸未能达到客户要求、次品率高、生产效率低、成本高的弊端。

3) 设备适用性广，能够实现多种竹木勺子类型磨光的生产，适合在规模化和工厂化竹木勺子生产中推广应用。

4) 竹木勺子生产效率≥550个/h。

6 产业化前景及经济社会效益

本研究根据福建省竹木勺子生产的实际情况和迫切需要，以及竹木勺子内弧磨光对生产工艺的不同要求，针对现有竹木勺子磨光设备存在的不足之处，通过优化设计、工艺改良、系统集成等技术途径进行创新和改进，以达到提高生产效率、降低竹木勺子磨光生产成本的目标，将产生良好的经济效益[3]；同时可以大大提高竹木勺子生产能力和竹木勺子质量，对推动竹木勺子的工厂化、标准化生产具有重要意义。竹木勺子可编程自动化内弧磨光方式改变传统手工半机械化的磨光方式，可以大大提高竹木勺子内弧磨光数量与质量，节约劳动成本，降底磨光成本，对推动使用生态环保的竹木勺子具有积极的意义，产品具有良好的产业化前景与社会经济效益。