鄧 淵，潘 海

(中國(guó)建材國(guó)際工程集團(tuán)有限公司，上海 200063)

在玻璃加工中，由于輸送設(shè)備的加工精度、安裝精度有限，又或是因輥?zhàn)娱L(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作有所磨損，使玻璃板在輥道輸送過(guò)程中，形成不可避免的跑偏，從而導(dǎo)致玻璃板的中心線與輥道中心線不一致，以至于后續(xù)工位無(wú)法按規(guī)定生產(chǎn)，并且由于玻璃板跑偏，有可能會(huì)發(fā)生撞片等現(xiàn)象，對(duì)設(shè)備及玻璃板造成損害，發(fā)生故障，從而影響質(zhì)量與工期，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致玻璃板碎片，對(duì)工作人員造成傷害，故玻璃生產(chǎn)加工中配備一臺(tái)在線定位裝置的設(shè)備至關(guān)重要。玻璃在線定位裝置的設(shè)計(jì)是以保證玻璃板回歸到預(yù)設(shè)位置為前提，同時(shí)保證玻璃板的接觸損害最小，盡可能快速的完成整個(gè)工作流程，保證流水線的節(jié)拍，能夠更有效率的進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃。

1 在線定位裝置的設(shè)計(jì)方案

1.1 在線定位裝置的組成結(jié)構(gòu)

圖1、圖2為在線定位裝置的結(jié)構(gòu)詳圖，該機(jī)構(gòu)主要由拉梁、定位輪拉梁、氣缸拉梁、絲杠、氣缸等組成。兩根拉梁內(nèi)側(cè)各設(shè)有一根直線導(dǎo)軌，兩組定位輪拉梁與氣缸拉梁兩頭設(shè)有滑塊，使定位輪拉梁與氣缸拉梁能在直線導(dǎo)軌上移動(dòng)自如，設(shè)備選用HG系列重負(fù)荷型滾珠線性滑軌，此類型直線導(dǎo)軌優(yōu)點(diǎn)在于：滑軌在安裝時(shí)，借由鋼珠的彈性變形及接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)移，使其具備四方向等負(fù)載及自動(dòng)調(diào)心的功能，可吸收安裝面的裝配誤差，使定位輪拉梁與氣缸拉梁在直線導(dǎo)軌上運(yùn)作自由、無(wú)卡頓，并且該滑軌運(yùn)用四列式圓弧溝槽，配合四列鋼珠等45°的接觸角度，讓鋼珠達(dá)到理想的兩點(diǎn)接觸構(gòu)造，能承受來(lái)自上下和左右方向的負(fù)荷，在必要時(shí)更可施加預(yù)壓以提高剛性[1]。該設(shè)備的一根定位輪拉梁上各布置2個(gè)定位輪，總共4個(gè)定位輪對(duì)玻璃板進(jìn)行四點(diǎn)定位，更穩(wěn)定、更精確，定位輪的安裝方向也可根據(jù)定位玻璃板的寬度進(jìn)行調(diào)整。該設(shè)備選用兩組雙軸氣缸，選擇雙軸氣缸的依據(jù)來(lái)自其采用的是標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式安裝固定形式，可以節(jié)省很多的空間，更能滿足玻璃板更小規(guī)格的生產(chǎn)定位。此外，其還具有一定的抗彎強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度，能夠吸收一部分的橫向荷載，其固定板的安裝孔有三面，能夠從多個(gè)位置進(jìn)行加載。氣缸安裝位置如圖1所示，左右對(duì)稱布置，氣缸的伸出桿的安裝板與定位輪拉梁相連；氣缸拉梁的底座設(shè)置有螺母座，螺母座連接螺母，可在絲杠上的螺桿中滑動(dòng)，根據(jù)工廠玻璃板規(guī)格來(lái)手動(dòng)調(diào)節(jié)定位氣缸的初始位置，螺桿的長(zhǎng)度，也可根據(jù)玻璃板的生產(chǎn)需求定制。設(shè)備左右布置兩根絲杠，絲杠上的螺桿一個(gè)為左旋一個(gè)為右旋，每根絲杠都通過(guò)兩個(gè)軸承座固定，絲杠一端的軸承座固定在拉梁上，另一端的軸承座固定在輸送輥道的橫拉梁上。兩根絲杠可通過(guò)夾殼聯(lián)軸器連接，能實(shí)現(xiàn)左右同步調(diào)整氣缸初始位置的需求，使氣缸始終保持對(duì)中布置，若生產(chǎn)需求為靠邊定位，也可將夾殼聯(lián)軸器拆除，單側(cè)依次將定位輪手搖至初始位置。使用夾殼聯(lián)軸器的原因，在于夾殼聯(lián)軸器的裝配和拆卸時(shí)軸不需軸向移動(dòng)，裝拆很方便。

1.2 在線定位裝置的安裝

圖3為在線定位裝置安裝在輸送輥道中的示意圖,該在線定位裝置通過(guò)兩根橫拉梁將在線定位裝置本體固定在輸送輥道上，并保證左右2組定位輪以輥道中心線為基準(zhǔn)左右對(duì)稱。絲杠固定在輸送輥道的軸承座外側(cè)還各設(shè)有一個(gè)限位夾，如圖4所示，該限位夾上側(cè)兩個(gè)通孔將限位夾固定于輸送輥道上，下側(cè)中央通孔穿過(guò)絲杠，邊側(cè)螺紋孔中安裝螺栓，該件作用在于，旋轉(zhuǎn)手輪確定定位輪初始位置后，旋緊限位夾上的螺栓將絲杠卡死，保證定位輪的初始位置不再發(fā)生變化。

1.3 隨動(dòng)定位輪的組成結(jié)構(gòu)

圖5為隨動(dòng)定位輪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該件主要由定位輥輪、定位輥軸及滾動(dòng)軸承組成。定位輥軸下端通過(guò)螺栓與定位板相連，上端做階梯軸，放置兩個(gè)滾動(dòng)軸承，通過(guò)螺栓與端蓋將滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈與定位輥軸固定，使其無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，滾動(dòng)軸承外圈外套有隨動(dòng)輪，通過(guò)壓板將隨動(dòng)輪與之固定無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)玻璃板接觸到隨動(dòng)輪時(shí)，滾動(dòng)軸承內(nèi)圈保持不動(dòng)，隨動(dòng)輪帶動(dòng)滾動(dòng)軸承外圈隨玻璃板前進(jìn)方向做圓周運(yùn)動(dòng)。滾動(dòng)軸承的使用維護(hù)方便，工作可靠，起動(dòng)性能好，在中等速度下承載能力較高。

隨動(dòng)輪材料選用聚四氟乙烯，聚四氟乙烯俗稱“塑料王”，具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑、有機(jī)溶劑均耐蝕，只有對(duì)熔融狀態(tài)的堿金屬及高溫下的氟元素才不耐蝕；有異常好的潤(rùn)滑性，具有極低的動(dòng)、靜摩擦因數(shù)，對(duì)金屬的摩擦因數(shù)為0.07～0.14，自摩擦因數(shù)接近冰，pυ極限值為0.64×105Pa·m/s；可在260 ℃長(zhǎng)期連續(xù)使用，也可在-250 ℃的低溫下滿意地使用；優(yōu)異的電絕緣性；耐大氣老化性能好；突出的表面不粘性，幾乎所有的黏性物質(zhì)都不能附在它的表面上，常用于作耐腐蝕化工設(shè)備及其襯里與零件；作減摩自潤(rùn)滑零件，如軸承、活塞環(huán)、密封圈等；作電絕緣材料與零件[2]。隨動(dòng)輪材料選用聚四氟乙烯，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)玻璃板接觸隨動(dòng)輪時(shí)，因玻璃板不停片，繼續(xù)隨流水線前進(jìn)方向運(yùn)動(dòng)，與隨動(dòng)輪之間的摩擦越小越好，摩擦越小對(duì)玻璃板的損害越小，相對(duì)的，對(duì)隨動(dòng)輪的損害也越小，大大增加了使用壽命。

1.4 結(jié)構(gòu)件分析

1.4.1 固定橫梁應(yīng)力分析

拉梁的變位分析采用Inventor環(huán)境中的應(yīng)力分析,如圖6所示。

1)建模：截取一根拉梁，該件為矩形鋼兩端各焊有一塊鋼板，故作為整體分析，材料附為Q235-A，點(diǎn)擊Inventor應(yīng)力分析。

2)增加約束：點(diǎn)擊Inventor中“創(chuàng)建分析”，因該梁為在線定位裝置的拉梁，通過(guò)拉梁將在線定位裝置固定在輸送輥道的橫拉梁上，采用兩端固定約束形式，點(diǎn)擊“固定約束”將約束添加在兩端鋼板的兩個(gè)面上。

3)添加作用力：因該在線定位裝置中設(shè)有兩根拉梁，故該設(shè)備的重量平分在兩根拉梁上，此應(yīng)力分析按該件重量的一半進(jìn)行分析，點(diǎn)擊“添加力載荷”即添加平均載荷，該文提及的在線定位裝置的平均載荷約為450 N。

4)結(jié)論：點(diǎn)擊“分析”，得出如圖6結(jié)果，該位移結(jié)果可以更直觀的看到模型的實(shí)際變形量。

1.4.2 絲杠應(yīng)力分析

絲杠的變位分析采用Inventor的設(shè)計(jì)加速器進(jìn)行分析，如圖7、圖8所示。

1)建模：點(diǎn)擊軸生成器，按設(shè)備建模型，根據(jù)該文模型特性，兩端軸直徑為25，中間段軸直徑定為36，材料附為45號(hào)鋼。

2)添加支撐：在軸生成器的計(jì)算頁(yè)面，給模型添加2個(gè)支撐，一端為固定支撐類型，一端為自由支撐類型。

3)添加載荷：根據(jù)設(shè)備特性與已知負(fù)載，添加載荷。論文提及在線定位裝置的負(fù)載經(jīng)計(jì)算為1.58 N/mm的均布載荷，長(zhǎng)度為126 mm。

4)結(jié)論：點(diǎn)擊“計(jì)算”，在軸生成器的圖形頁(yè)面，可以直觀的看到模型的實(shí)際變形量。點(diǎn)擊“偏差”項(xiàng)，如圖8所示，該絲杠的實(shí)際偏差量約為927 μm，故該絲杠設(shè)計(jì)，符合設(shè)計(jì)規(guī)范。

2 在線定位裝置的工作原理及操作流程

2.1 在線定位裝置的工作原理

通過(guò)兩側(cè)氣缸帶動(dòng)定位輪的夾緊，同時(shí)定位輪隨動(dòng)滾動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)玻璃板的不停片在線定位功能。兩側(cè)氣缸各伸出100 mm行程，實(shí)際意義在于，允許玻璃板在前段輥道輸送期間有±100 mm的跑偏量，玻璃板在進(jìn)入定位裝置時(shí)不會(huì)撞到定位輪，從而導(dǎo)致定位輪及玻璃板的損壞。定位輪為隨動(dòng)輪，可以實(shí)現(xiàn)在線定位而不需停片，當(dāng)定位輪夾緊對(duì)玻璃板進(jìn)行定位的同時(shí)，玻璃板繼續(xù)前進(jìn)，隨動(dòng)輪緊貼玻璃板進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)。

2.2 在線定位裝置的操作流程

前期準(zhǔn)備：?jiǎn)?dòng)氣源，將氣缸伸出至行程最大處，接著轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，通過(guò)旋轉(zhuǎn)絲杠帶動(dòng)螺母、螺母座及上方氣缸、定位輪，使得兩側(cè)定位輪中心距為需定位玻璃板寬度+2×氣缸行程+2×定位輪半徑，擰緊限位夾上的螺栓，將絲杠固定無(wú)法繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。

工作流程：流水線啟動(dòng)，運(yùn)送玻璃板至該段在線定位裝置的第一根輸送輥道時(shí)，信號(hào)輸送給電機(jī)，輸送輥道減速，玻璃板以減速度運(yùn)行，當(dāng)4個(gè)定位輪完全覆蓋到玻璃板時(shí)，氣缸工作，將推桿回縮行程歸零，定位輪隨氣缸推桿往玻璃板靠近，直至緊貼玻璃板進(jìn)行定位。在定位的同時(shí)，玻璃板仍在低速前進(jìn)，定位輪夾緊玻璃板隨玻璃板做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)玻璃板離開(kāi)最后兩個(gè)定位輪時(shí)，氣缸工作，將推桿伸出至行程最大處，信號(hào)輸送給電機(jī)，輥道提速用于接取下一片玻璃板，此為一個(gè)工作流程。

3 結(jié) 論

隨著生產(chǎn)自動(dòng)化的飛速進(jìn)步，工廠生產(chǎn)不單單是拋棄人工這么簡(jiǎn)單，在自動(dòng)化的同時(shí)，更希望可以高效、高質(zhì)量的生產(chǎn)，該文所提及的在線定位裝置，已在多個(gè)生產(chǎn)線上投入使用，該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能夠滿足工廠生產(chǎn)規(guī)格的各種需求，并且可以有效的節(jié)約定位時(shí)間，提高生產(chǎn)玻璃板的工作節(jié)拍，為工廠節(jié)約成本，創(chuàng)造最大的收益。