無(wú)心外圓磨是一種適用于大批量生產(chǎn)的磨削方法，該磨削易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力、高速和寬砂輪磨削，磨削圓度可達(dá)0.005-0.001mm，表面粗糙度可達(dá)Ra0.1-0.025um。要實(shí)現(xiàn)高效率磨削，在無(wú)心磨床上配置自動(dòng)上下料系統(tǒng)是非常必要的，可以更加安全、可靠地實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化操作，提高設(shè)備利用率，減少操作工人數(shù)，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。以往的研究往往采用機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械手和PLC電氣控制系統(tǒng)，對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定性又能滿(mǎn)足要求的研究較少。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備概況

如圖1，某廠采用重慶磨床有限責(zé)任公司M1080C型號(hào)無(wú)心外圓磨床磨削圓柱磁性材料，在該磁材磨削生產(chǎn)線中，上料采用振動(dòng)盤(pán)能夠高效的實(shí)現(xiàn)有序上料。但下料配置，現(xiàn)有的磨床收料設(shè)備采用的是：采用角鐵制作成一個(gè)傾斜的滑道，焊接于機(jī)床上，工件磨削完畢順著滑道下滑。在角鐵端部用不銹鋼鈑金搭建一個(gè)傾斜的支架平臺(tái)，平臺(tái)上面放置鏤空收料盒，下滑的工件直接落入收料盒，切削液透過(guò)鏤空收料盒沿著支架平臺(tái)斜面、切削液回收管回收。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)：第一，由于磁性材料非常脆，在滑下來(lái)落入收料盒的瞬間，磨料的端部磕碰而崩掉產(chǎn)生缺陷，現(xiàn)有的生產(chǎn)線廢品率達(dá)10%。第二，工件下落位置固定，容易無(wú)序扎堆，需要人工去撥散，浪費(fèi)人力資源，降低生產(chǎn)效率。第三，由于滑道傾斜角度固定，不能適應(yīng)不同大小的工件，造成有些工件滑落速度過(guò)快，有些滑落過(guò)慢，甚至滑不動(dòng)。

為此，該改造項(xiàng)目的系統(tǒng)技術(shù)要求如下，磁材尺寸規(guī)格為：直徑范圍為φ2mm-φ30mm，長(zhǎng)度為30mm。材料為脆性材質(zhì)，密度為7.9g/mm^3。根據(jù)工廠要求，主要有三點(diǎn)：一是防止磁材磕碰，減少磁材端面崩壞，降低廢品率；二是磁材有規(guī)律的放置于收料盒中；三是切削液的回收利用。

機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

圖2為自動(dòng)磨削收料機(jī)的成品示意圖，該設(shè)備的機(jī)構(gòu)主要分為出料滑槽、收料盒托盤(pán)、移動(dòng)平臺(tái)、機(jī)架、滑槽安裝架、風(fēng)琴罩、電控箱等主要部件組成。

機(jī)械構(gòu)造及整體外形尺寸根據(jù)緩沖、排序、回收切削液三點(diǎn)要求，設(shè)計(jì)整體機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖3所示。工件運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃如圖3箭頭所示。

緩沖設(shè)計(jì)主要從減小工件滑落時(shí)的速度以及吸收滑至端部的工件的沖擊力兩個(gè)角度來(lái)設(shè)計(jì)方案。通過(guò)改變引導(dǎo)槽的傾斜角度和折彎曲率來(lái)增加摩擦力，并適當(dāng)?shù)脑黾有┹o助緩沖附件來(lái)減小沖擊。采用如圖4所示的裝置能夠很好的達(dá)到降低速度和吸收沖擊的效果。

如圖4，磨削完成的工件從滑軌的頂部開(kāi)始下滑，順著出料滑槽3滑動(dòng)到達(dá)滑槽端部與緩沖墊7碰撞，工件的沖擊力被緩沖墊吸收。光電開(kāi)關(guān)6感應(yīng)到工件到位，發(fā)信號(hào)給控制器，控制器輸出使開(kāi)門(mén)氣缸5和阻擋氣缸4動(dòng)作，開(kāi)門(mén)氣缸5推動(dòng)開(kāi)門(mén)8打開(kāi)，工件滑落，阻擋氣缸伸長(zhǎng)阻擋后面滑落的工件，形成節(jié)拍。

前調(diào)節(jié)桿1和后調(diào)節(jié)桿2伸縮調(diào)節(jié)改變出料槽3的傾斜角度，使工件能夠順利滑下，但下滑速度處于一個(gè)合適的大小。

排序廠家要求，工件應(yīng)單層規(guī)則的平放于收料盒中，根據(jù)工件的規(guī)格特征，采用斜坡滾動(dòng)排序法實(shí)現(xiàn)排序。具體，從出料滑槽經(jīng)開(kāi)門(mén)滾落的工件，落入放置于斜坡上的收料盒，沿著收料盒地面滾動(dòng)排成一排，排完一排后，平臺(tái)移動(dòng)一個(gè)位置接著排第二排、第三排...直到排滿(mǎn)整個(gè)收料盒為止。由于工件大小不一，滾動(dòng)的速度存在差異，所以斜坡應(yīng)設(shè)置成可調(diào)，具體如圖5所示。

如圖5，收集工件的收料盒放置于斜坡盒上，斜坡盒可以繞合頁(yè)鉸鏈旋轉(zhuǎn)，傾斜角度設(shè)計(jì)為可調(diào)，經(jīng)計(jì)算摩擦角，以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，可調(diào)角度設(shè)計(jì)為5-10度能夠滿(mǎn)足現(xiàn)有生產(chǎn)各種規(guī)格的工件要求。帶有滑槽的豎直支架1，滑塊a2，滑塊b3，斜坡托盤(pán)8構(gòu)成雙移動(dòng)副四桿機(jī)構(gòu)，帶有滑槽的豎直支架1通過(guò)螺釘固定于移動(dòng)平臺(tái)7上，滑塊a1可以移動(dòng)副的形式在豎直滑槽上下自由滑動(dòng)，滑塊a2與滑塊b3鉸接，滑塊b3可以在斜坡盒8的端部滑槽4自由伸縮移動(dòng)，斜坡托盤(pán)8與移動(dòng)平臺(tái)7通過(guò)合頁(yè)5鉸接在一起。以強(qiáng)度、穩(wěn)定性為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)各個(gè)構(gòu)件的尺寸，再加以校核直至滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

如圖6所示，步進(jìn)電機(jī)、導(dǎo)軌、絲杠、移動(dòng)平臺(tái)、螺母等構(gòu)成單軸移動(dòng)模組，實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)。

如圖7左所示收料盒滑桿圍住三條邊，第四條邊開(kāi)有缺口，收料籃子底部鏤空，切削液往下漏，斜坡如圖所示箭頭流向排液口1，再經(jīng)排液軟管回收。如右所示更換收料盒示意圖，當(dāng)滑臺(tái)走完一個(gè)行程，收料盒收集滿(mǎn)棒料后，從左邊抽離裝滿(mǎn)棒料的收料盒，同時(shí)右邊送入新的的收料盒完成更換。

電力控制部分

步進(jìn)電機(jī)采用57步進(jìn)電機(jī)112mm/3A2.8n.m+配套驅(qū)動(dòng)器DM542。驅(qū)動(dòng)器采用交流伺服驅(qū)動(dòng)器的電流環(huán)進(jìn)行細(xì)分控制，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)很小，低速運(yùn)行很平穩(wěn)，幾乎沒(méi)有振動(dòng)和噪音。高速時(shí)力矩也大大高于其它二相驅(qū)動(dòng)器。控制器采用鴻達(dá)智控智能可編程單軸步進(jìn)電機(jī)控制器HD1008。電氣原理機(jī)接線圖如8所示。

結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)備已投入使用，磁材的廢品率從10%降為5%以?xún)?nèi)。磁材有序置于收料盒中，為后續(xù)檢測(cè)帶來(lái)便利，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)通過(guò)自動(dòng)化，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，從原來(lái)每臺(tái)磨床配置3個(gè)工人到現(xiàn)在每臺(tái)磨床只需配置1個(gè)功能，節(jié)約了人力成本，為企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。