莊里華 江宋坤

摘要：本文是通過對人工操作的半自動化的橡膠輥磨床進(jìn)行增設(shè)自動上下料裝置以完成全自動化的改造，使得Cycle Time 由原來的9秒降至5秒，為企業(yè)提高效率。實(shí)施改造的上下料裝置通過采用差動式管料送料機(jī)構(gòu)，結(jié)合氣動元件組成的機(jī)械手、PLC、觸摸屏和主體設(shè)備一體化聯(lián)動的工作方式。

關(guān)鍵詞：半自動橡膠輥磨床、自動上下料裝置、差齒結(jié)構(gòu)、觸摸屏

引言

隨著辦公自動化的快速發(fā)展，使得打印機(jī)、復(fù)印機(jī)的橡膠輥這一消耗件的使用量劇增，而且價格日趨低廉化發(fā)展。但目前仍有半自動化的橡膠輥磨床在企業(yè)使用廣泛，再者全自動的橡膠輥磨床企業(yè)投資較大，致使在半自動橡膠輥磨床進(jìn)行全自動化的改造，實(shí)現(xiàn)全自動工作模式，將是半自動化橡膠輥磨床得以延長使用壽命、減少人力成本、減少企業(yè)投資的首選之路。

一、半自動橡膠輥磨床設(shè)備介紹

（一）磨床的主要用途和特征

本機(jī)床適用于橡膠滾輪制造廠的車間磨削各種規(guī)格的橡膠輥。機(jī)床采用半自動循環(huán)成批加工膠輥，在半自動磨削時，能自動完成。

（二）機(jī)械傳動部件的說明

機(jī)床的主要運(yùn)動有：工件旋轉(zhuǎn)、工作臺移動、砂輪旋轉(zhuǎn)、砂輪架手動進(jìn)給、尾座套筒運(yùn)動等構(gòu)成。

（三）設(shè)備運(yùn)動過程的流程

由于是成批磨削膠輥，工作時為半自動循環(huán)（單向或雙向循環(huán)磨削），機(jī)床操作步驟為：

手動試磨達(dá)到圖紙標(biāo)準(zhǔn)尺寸后進(jìn)行基本參數(shù)的設(shè)定，在實(shí)現(xiàn)人工操作：

2、半自動運(yùn)行程序

砂輪座位于頭架側(cè)→砂輪轉(zhuǎn)動→磨頭離合→自動運(yùn)行→尾座啟動→尾座正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)（帶動工件轉(zhuǎn)動）→開始磨礪工件→工作臺向右移動→工作臺左移（按設(shè)定次數(shù)往復(fù)）→中心規(guī)手動下料（按設(shè)定停車時間卸下工件）→進(jìn)入下一循環(huán)。

正因?yàn)槿绱?，在此半自動化的橡膠輥磨床上增裝自動上下料的機(jī)械手以實(shí)現(xiàn)全自動化工作模式，成為實(shí)施這一改造課題的目的。

二、橡膠輥進(jìn)料方式的比較及優(yōu)化

管料工件進(jìn)料方式有以下兩類：料倉式和料斗式，現(xiàn)就其工作特點(diǎn)進(jìn)行說明：

根據(jù)這兩種送料方式的工作特點(diǎn)來看，管式排料易于采用定向排列的料倉式上料方式實(shí)現(xiàn)上料和收料的過程;所以結(jié)合管類零件外圓加工的特點(diǎn)和料倉式工作方式，開發(fā)出經(jīng)濟(jì)優(yōu)化型的差齒運(yùn)行的進(jìn)料方式。差齒結(jié)構(gòu)的工作模式如下圖所示：

此結(jié)構(gòu)的工作原理為：齒形的托料機(jī)構(gòu)分為固定齒和活動齒，固定齒靠兩側(cè)、固定不動;活動齒靠內(nèi)側(cè)由構(gòu)件支撐氣缸推動做上下運(yùn)動;活動齒和固定齒之間相差1/2的齒距，運(yùn)動時構(gòu)成差動工作模式;并且工件有一定的重力，會在兩個齒形的斜線部分重合時滾動到下一個齒，實(shí)現(xiàn)定向運(yùn)動、不停地向前跳齒的平移運(yùn)動;同時在收料側(cè)，由于齒形相反，工件會伴隨氣缸的上下運(yùn)動向后退的方向運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)收料的功能。

四、橡膠輥機(jī)械手的制作和工裝介紹

采用兩排跳齒結(jié)構(gòu)的裝置即可完成工件的上下料運(yùn)動;在上下料的節(jié)點(diǎn)處采用機(jī)械手上料和收料就可以完成全自動化加工的運(yùn)行模式。

五、改造裝置的工作原理說明

現(xiàn)將其工作原理按照氣缸的動作簡述如下：

按下啟動按鈕X23（M23）--Y0分料氣缸得電動作，并且循環(huán)動作--直至X27送料檢測傳感器（電感式傳感器檢測金屬）檢測到有物料--Y1上料氣缸得電動作，將料水平推送到前限位傳感器X3--Y3尾座氣缸得電動作，將料頂至磨床的工裝上待加工--Y2托料氣缸得電向下運(yùn)動至下限位X6，Y1上料氣缸失電縮回至后限位X4--Y2托料氣缸失電后復(fù)位至頂出狀態(tài)，X27未檢測到物料則循環(huán)到“Y0分料氣缸動作，并且循環(huán)動作”的狀態(tài)。同時Y1上料氣缸到達(dá)后限位X4時，通過延時后磨床啟動Y10得電，磨床按照機(jī)器的原有動作進(jìn)行磨削，并且在磨床上增設(shè)了行程開關(guān)可以監(jiān)控磨床的運(yùn)行狀況--當(dāng)磨床運(yùn)行一個來回時，即行程開關(guān)X12（磨床砂輪右限位）閉合--Y11停止磨床的繼電器得電，使磨床停止運(yùn)行實(shí)現(xiàn)一個磨削的循環(huán);同時Y4收料伸出氣缸動作向前伸出--X13收料伸出氣缸前限位檢測到，Y5收料氣缸得電向下運(yùn)動，Y3尾座氣缸得電支撐工件--X16收料氣缸下限位檢測到，Y6取料氣缸得電動作，夾爪抓住工件并延時--X17取料氣缸夾緊傳感器檢測到工件被夾緊后，Y3失電，尾座退出--X10尾座控制氣缸的后限位感應(yīng)到，則Y7平移氣缸得電，工件脫離磨床的工裝--Y7、Y6、Y4保持得電，Y5失電--X15收料氣缸上移至上限位，Y4再失電，工件被收回至收料區(qū)域--X14收料伸出氣缸后限位檢測到，Y6取料氣缸失電，工件落到收料的斜齒裝置上--X21平移氣缸在前限位時，讓Y7平移氣缸復(fù)位--X22平移氣缸在后限位時，程序再跳轉(zhuǎn)到“Y0分料氣缸動作，并且循環(huán)動作”的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工。

如上所述，此種結(jié)構(gòu)包含三種單元的組合：

（一）送料單元（上料單元）

由分料氣缸、上料氣缸、托料氣缸和尾座氣缸組成，實(shí)現(xiàn)橡膠管料的料倉式運(yùn)輸，待尾座氣缸裝夾好工件后執(zhí)行磨削加工。

（二）機(jī)械手單元

由收料伸出氣缸、收料氣缸、取料氣缸和平移氣缸組成，加工完成后，磨床停止工作，機(jī)械手實(shí)現(xiàn)取料回收，將料回收到收料倉。

（三）收料單元（下料單元）

由于分料氣缸是與送料單元聯(lián)動的結(jié)構(gòu)，且運(yùn)輸管料的方向相反進(jìn)行，當(dāng)料置于收料倉時，分料氣缸的動作會同時實(shí)現(xiàn)送料和收料的動作，因此單元在整個結(jié)構(gòu)中是能耗最低、功能最少的，同時是實(shí)現(xiàn)全自動化不可或缺的一個環(huán)節(jié)。

六、三菱的觸摸屏的應(yīng)用

由于手動的按鈕較多，所以采用GOT1050型5.7英寸的觸摸屏較為經(jīng)濟(jì)。如下自動模式和手動模式的效果圖。

七、經(jīng)濟(jì)型分析

此自動上下料裝置在實(shí)現(xiàn)管類工件的全自動加工方面有較強(qiáng)的優(yōu)越性，比起料斗型和工業(yè)機(jī)器人型的效率更高，幾乎達(dá)到送料和收料的同步，現(xiàn)以下表對改造前后的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較。

1、改造前的月度人工成本為：3000*10=30000元/月

2、改造后的月度成本消耗為：3000*2+1417+255=7672元/月

從以上的數(shù)據(jù)可以分析得出：4個月基本上可以收回所有的投資并實(shí)現(xiàn)盈利，效益相當(dāng)可觀;并且在節(jié)省人力的同時，也降低了工人的勞動強(qiáng)度。

九、結(jié)束語

對此半自動化的橡膠輥磨床上進(jìn)行的全自動化改造，使得半自動化橡膠輥磨床得以繼續(xù)在市場競爭中發(fā)揮余熱，既減少企業(yè)人工成本同時，也提高了設(shè)備效率;同時這款差齒送料機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡潔、便于維護(hù)，非常適合中小企業(yè)實(shí)施全自動化改造上加以應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃志堅(jiān).機(jī)床電氣設(shè)備維修實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社 2018.（131～141）

[2]李響初.機(jī)床電氣控制線路[M].北京：中國電力出版社2018.（8～12）

[3]馬宏騫許連閣.PLC、變頻器與觸摸屏技術(shù)及實(shí)踐[M].北京：電子工業(yè)出版社2014.（201～204）

作者簡介：

莊里華，1983-09，男，漢，廣東珠海，本科，研究方向：電氣工程及其自動化

江宋坤，1981-10，男，漢，廣東珠海，本科，研究方向：機(jī)電一體化