王 軍，于月琴，陶 偉，馬海波

(1.金輪針布(江蘇)有限公司 梳理技術(shù)研究部，江蘇 南通 226009；2.華潤建筑有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

大齒條金屬針布主要指刺輥金屬針布以及一些特殊場合使用的總高、齒距尺寸較大的金屬針布，主要應(yīng)用于清梳聯(lián)及毛、麻、非織造等領(lǐng)域。作為預(yù)分梳金屬針布，大齒條金屬針布梳理力大、作用劇烈，對(duì)材料的硬度和耐磨性要求較高，自身的質(zhì)量性能直接影響預(yù)分梳效果；其預(yù)分梳質(zhì)量會(huì)間接影響錫林金屬針布和蓋板金屬針布的分梳質(zhì)量和壽命，最終影響纖維的梳理質(zhì)量和產(chǎn)量。此外，預(yù)分梳質(zhì)量與后期纖維的握持損傷、棉結(jié)、雜質(zhì)以及條干均勻度有關(guān)[1-3]。

目前，國內(nèi)外常規(guī)錫林、道夫金屬針布齒條生產(chǎn)線均采用高速旋轉(zhuǎn)沖切方式?jīng)_齒。該類齒條具有“矮、尖、淺、薄、密”的特點(diǎn)[4-5]，這類沖齒方式使高速、高精密的旋沖機(jī)構(gòu)得以應(yīng)用，但對(duì)一些齒形、齒距以及基部寬較大的金屬針布齒條，因其所需的沖切力相對(duì)較大、剛性要求較高，若采用常規(guī)旋沖機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行沖切，會(huì)因旋轉(zhuǎn)主軸剛性不足，導(dǎo)致沖切時(shí)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，影響設(shè)備的沖切精度和質(zhì)量[6-7]。

針對(duì)目前旋沖式?jīng)_淬聯(lián)合線無法生產(chǎn)大齒條產(chǎn)品的弊端，以及該產(chǎn)品為客戶定制、產(chǎn)量需求無法保證等特點(diǎn)，筆者利用車間生產(chǎn)其他產(chǎn)品的CP-25T型高速?zèng)_床設(shè)計(jì)改造為大齒條在線自動(dòng)沖切設(shè)備。當(dāng)客戶有訂單需求時(shí)，可臨時(shí)搭建大齒條高速?zèng)_切生產(chǎn)線用于生產(chǎn)；無訂單時(shí)，可拆除生產(chǎn)線用于其他產(chǎn)品。該設(shè)計(jì)從根本上解決了新產(chǎn)品的定制需求，降低了公司采購新設(shè)備費(fèi)用，具有較好的產(chǎn)品效益與經(jīng)濟(jì)效益。

1 大齒條自動(dòng)沖切生產(chǎn)線工藝過程與設(shè)備功能要求

1.1 工藝過程

大齒條自動(dòng)沖切生產(chǎn)線的工藝包括放料設(shè)備、牽料設(shè)備(變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng))、檢測架(含同步感應(yīng)裝置)、校直機(jī)、沖模部件、牽料機(jī)(伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng))、收卷包裝設(shè)備(含墊防護(hù)紙機(jī)構(gòu))和電控部件等8個(gè)工步組成。其中，放料和卷繞包裝是該自動(dòng)沖切線的首道和末道工序；首道工序來料為高速軋制設(shè)備的半成品坯條；末道工序后的產(chǎn)品為齒條半成品，后續(xù)需要在專門的拋光設(shè)備上對(duì)半成品進(jìn)行拋光處理，以滿足針布齒條表面粗糙度的要求。

1.2 金屬針布齒條工藝參數(shù)

金屬針布齒條主要的工藝參數(shù)包括：工作角、齒距、基部寬、齒頂長、總高和齒深等[6]，筆者將以齒距為20 mm、基部寬為2.5 mm、總高為10 mm的AT10010×20025型針布齒條為目標(biāo)產(chǎn)品，該產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)參數(shù)見圖1。

1.3 生產(chǎn)線設(shè)備功能要求

目前，常規(guī)金屬針布齒條的生產(chǎn)工藝流程已不能滿足大齒條的生產(chǎn)，需重新制定其生產(chǎn)工藝流程，同時(shí)要求該生產(chǎn)線應(yīng)具備以下主要功能。

a) 來料坯條為軋制盤狀卷料，生產(chǎn)線應(yīng)具備放料機(jī)構(gòu)，能夠適應(yīng)盤料的安裝與拆卸，且放料機(jī)構(gòu)應(yīng)具備制動(dòng)功能。

b) 放料機(jī)構(gòu)前需設(shè)有牽料校直機(jī)構(gòu)，作為牽引放料機(jī)的動(dòng)力源，同時(shí)對(duì)盤料中的坯條進(jìn)行第一道校直，保證進(jìn)入沖床沖切時(shí)坯條的直線度，以及沖切的精度和質(zhì)量。

c) 沖床設(shè)備上需設(shè)置相應(yīng)產(chǎn)品的校直機(jī)、沖模部件以及伺服牽料機(jī)，校直機(jī)為沖切前對(duì)坯條進(jìn)行的第二道校直，沖模部件可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)產(chǎn)品的沖切成型，伺服牽料機(jī)作為沖切的動(dòng)力源，是通過伺服電機(jī)與沖床上的高精度旋轉(zhuǎn)編碼器形成閉環(huán)控制以完成連續(xù)高精度沖切[7]。

d) 經(jīng)過沖切成型的大齒條需要通過設(shè)備進(jìn)行收卷包裝，該設(shè)備要能夠滿足針布寬度方向均布、徑向疊層排布的功能，且層與層之間需要墊防護(hù)紙，即具備自動(dòng)墊紙功能。

e) 具備成品的稱量功能，并能夠進(jìn)行達(dá)重報(bào)警，提示操作人員卸料。

f) 生產(chǎn)線具備電氣控制系統(tǒng)，控制生產(chǎn)線的啟停。

2 生產(chǎn)線方案設(shè)計(jì)

根據(jù)上述大齒條自動(dòng)生產(chǎn)線的工藝步驟、生產(chǎn)要求以及應(yīng)具備的主要功能特征等，該生產(chǎn)線應(yīng)包含放料機(jī)(含阻尼機(jī)構(gòu))、校直牽料機(jī)、沖模設(shè)備(含沖床、沖模部件以及校直)、伺服牽料機(jī)和卷繞包裝機(jī)(含收卷、包裝及墊紙)等。此外，還需要有電氣控制系統(tǒng)(含與原高速?zèng)_床兼容的沖切控制系統(tǒng))和氣動(dòng)系統(tǒng)。圖2為大齒條高速?zèng)_切生產(chǎn)線的整體布局示意。

2.1 放料機(jī)

放料機(jī)主要用于來料的被動(dòng)放卷，須具有結(jié)構(gòu)簡單、方便上下料以及放料穩(wěn)定等特點(diǎn)。由固定底座、料架、調(diào)節(jié)阻尼、定徑螺栓、料盤軸以及料盤等組成，見圖3。

其中，固定底座采用可翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，方便料盤的裝卸料；料架和定徑螺栓用于確定收卷時(shí)的起始直徑以及卸料時(shí)的預(yù)松；調(diào)節(jié)阻尼用于在前端牽引時(shí)保證針布保持一定的張緊力以及剎車停止功能，其阻尼大小可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行人工調(diào)節(jié)；料盤尺寸規(guī)格為φ600 mm×φ350 mm×130 mm，用于坯條的放卷料。

2.2 校直牽料機(jī)

校直牽料機(jī)作為放料機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，具備主動(dòng)牽引與校直的功能，由支架、牽料機(jī)、校直機(jī)、牽引輥輪、導(dǎo)向輪以及氣缸等組成，結(jié)構(gòu)如圖4。

其中，支架是整個(gè)機(jī)構(gòu)的支撐；牽料機(jī)上帶有主、被動(dòng)輥輪，依靠氣缸帶動(dòng)其中1個(gè)輥輪壓緊，利用2個(gè)輥輪之間的摩擦力帶動(dòng)坯條向前進(jìn)給；此處校直機(jī)作為第一道校直工序，由交叉布置的2組帶軸承滾輪從水平方向和豎直方向分別對(duì)坯條進(jìn)行直線度校準(zhǔn)，以保證坯條的直線度；導(dǎo)向輪由3個(gè)長軸輪組成，限制坯條的左右和上下竄動(dòng)；牽料機(jī)構(gòu)采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，前端的檢測架設(shè)置液位繼電器或接近傳感器，以確保坯條在送料過程中能保持一定的余量。

2.3 沖模部分

大齒條的基部寬和總高決定了沖切坯條需要較大的沖裁力，將沖模部分安裝于現(xiàn)有的CP-25T型高速?zèng)_床上，可實(shí)現(xiàn)大坯條的沖切成型。沖模部件為生產(chǎn)線的核心部分，最終決定齒形沖切的精度和質(zhì)量，由上模座、下模座、限位套、彈簧、調(diào)節(jié)座、凸模、凹模以及凸模固定座等組成，具體結(jié)構(gòu)見圖5。

上、下模座分別用于固定凸、凹模，凹模通過調(diào)節(jié)座調(diào)節(jié)相應(yīng)的齒形精度；限位套與彈簧用于限制上模座的下壓極限位置以及復(fù)位；凸、凹模的形狀尺寸由針布齒條的尺寸和精度確定，見圖6。沖切前第二道校直主要包括水平輪、豎直輪、滑塊、手柄、凸輪和導(dǎo)向輪等，其原理與作用與第一道校直機(jī)構(gòu)相同，見圖7。

整條生產(chǎn)線的速度取決于高速?zèng)_床的速度，假設(shè)沖床速度為m(次/min)，大齒條齒距為p(mm)，則設(shè)備整體線速度為：v=mp×10-3m/min。

由于大齒條齒距為20 mm，CP25-T型高速?zèng)_床的沖切速度不小于180次/min，則整條線速度不小于3.6 m/min。

2.4 伺服牽料機(jī)

伺服牽料機(jī)是保證金屬針布齒條整體質(zhì)量的又一關(guān)鍵設(shè)備，主要由伺服電機(jī)、上下輥輪、氣缸、定位機(jī)構(gòu)及磁粉制動(dòng)器組成，結(jié)構(gòu)示意見圖8。選用倫茨MCS06C41型伺服電機(jī)，該電機(jī)需要與沖床主機(jī)間保持聯(lián)動(dòng)，將原沖床上的A-ZKT-D100B型編碼器所給出的信號(hào)反饋給PLC，對(duì)反饋的脈沖信號(hào)和齒距等進(jìn)行比例換算，控制伺服電機(jī)的牽料速度，完成伺服牽料；磁粉制動(dòng)器用于生產(chǎn)線停止后的快速降速，可使?fàn)苛蠙C(jī)構(gòu)不再進(jìn)行送料進(jìn)給；牽料機(jī)、定位機(jī)構(gòu)與前道工序中的作用原理相同。

2.5 卷繞包裝機(jī)

卷繞包裝機(jī)主要完成產(chǎn)品的排料、收料及墊紙功能，主要由送紙機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、切紙機(jī)構(gòu)、張力機(jī)構(gòu)、機(jī)座、電子秤和導(dǎo)紙機(jī)構(gòu)組成，具體結(jié)構(gòu)見圖9。

卷繞包裝機(jī)的送紙機(jī)構(gòu)采用氣缸下壓，使機(jī)構(gòu)上的橡膠滾輪與料盤接觸并帶動(dòng)墊紙的卷入；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由變頻電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，按照一定的速度進(jìn)行卷料動(dòng)作；導(dǎo)紙機(jī)構(gòu)用于對(duì)金屬針布齒條的排料，且隨料盤的卷繞直徑增大而自動(dòng)抬高；切紙機(jī)構(gòu)提供喂紙功能，通過2個(gè)輥輪之間壓緊時(shí)的摩擦力傳輸，具備定長切斷功能；電子秤可實(shí)現(xiàn)在線稱量和達(dá)重提醒等功能。

2.6 其他部件

其他部件包括電控支架、高低壓氣路及控制線路等，其中電控支架設(shè)置于收卷包裝工序之前，方便操作人員在達(dá)重后進(jìn)行停機(jī)操作。氣路所涉及到的電磁閥、調(diào)壓閥以及控制盒均可安裝在支架上，具體結(jié)構(gòu)見圖10。

3 結(jié)語

3.1筆者設(shè)計(jì)的大齒條高速?zèng)_切生產(chǎn)線利用了現(xiàn)有的CP-25T型高速?zèng)_床，提高設(shè)備利用率，針對(duì)客戶臨時(shí)訂單，可隨時(shí)組裝成線進(jìn)行生產(chǎn)；臨時(shí)訂單完成后，可將生產(chǎn)線拆除，生產(chǎn)其他產(chǎn)品，不影響設(shè)備的使用，具有很好的機(jī)動(dòng)性。

3.2該高速?zèng)_切生產(chǎn)線應(yīng)用了高精度伺服牽料機(jī)構(gòu)，與CP-25T型高速?zèng)_床上的編碼器形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，充分保證了產(chǎn)品的尺寸精度和質(zhì)量。

3.3該高速?zèng)_切生產(chǎn)線具備制動(dòng)型被動(dòng)放料、牽料校直、高速?zèng)_床沖齒成型、收繞包裝以及在線稱量等功能，基本實(shí)現(xiàn)了大齒條自動(dòng)化生產(chǎn)。

3.4相比于常規(guī)金屬針布齒條生產(chǎn)時(shí)所使用的旋沖機(jī)構(gòu)，高速?zèng)_床整體沖切線速度相對(duì)較慢，僅為3.6 m/min，但因其沖切力大，設(shè)備整體剛性好，特別適合沖切尺寸較大、基部較寬的大齒條，具有針對(duì)客戶進(jìn)行專業(yè)性定制上的應(yīng)用優(yōu)勢。