文 王英麗

半自動(dòng)磨邊機(jī)之所以能以自動(dòng)仿形磨削的方式完成鏡片磨邊等一系列相關(guān)工作，主要依靠其內(nèi)部的各種機(jī)械機(jī)構(gòu)以及電氣結(jié)構(gòu)。半自動(dòng)磨邊機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括模板踏板機(jī)構(gòu)、砂輪進(jìn)退機(jī)構(gòu)、砂輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、鏡片軸夾緊機(jī)構(gòu)、鏡片軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、進(jìn)出水機(jī)構(gòu)、穩(wěn)壓電源及其輔助電氣元器件以及主板。

圖1 半自動(dòng)磨邊機(jī)內(nèi)部主要部件圖

半自動(dòng)磨邊機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的具體功能如表1所示：

表1 半自動(dòng)磨邊機(jī)內(nèi)部主要機(jī)構(gòu)及功能分析表

半自動(dòng)磨邊機(jī)是根據(jù)鏡片材質(zhì)（玻璃、樹脂、PC等），尺寸大小，鏡片形態(tài)（圓形片、小寸片、直角片等）、鏡片邊形（平邊、尖邊）等，通過主板電子電路控制磨邊機(jī)進(jìn)行適當(dāng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)后磨出和模板形狀相同的眼鏡鏡片。自動(dòng)磨邊工藝采用的是成形法磨邊，金剛石砂輪的表面與鏡架框槽溝呈110°角安裝，使倒角均勻。為了提高磨邊效率，自動(dòng)磨邊機(jī)砂輪采用粗磨、精磨、倒角等組合砂輪。

本文將依次分析某司所生產(chǎn)的半自動(dòng)磨邊機(jī)工作原理。

1 模板踏板機(jī)構(gòu)

半自動(dòng)磨邊機(jī)按照實(shí)物形狀進(jìn)行自動(dòng)仿形磨削，模板踏板機(jī)構(gòu)不但提供了模板的裝夾裝置，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)模板輪廓的信號(hào)采集與處理，即根據(jù)對(duì)模板輪廓的仿形將模板輪廓的相關(guān)信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳送給中央計(jì)算機(jī)，中央計(jì)算機(jī)根據(jù)不同的電信號(hào)發(fā)出指令進(jìn)行加工。

模板踏板機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，它主要包括模板裝夾裝置、電源線、模板踏板電機(jī)、模板踏板傳感器、模板踏板、齒輪系與齒輪齒條結(jié)構(gòu)、感應(yīng)葉片與葉片測(cè)速傳感器以及信號(hào)線等。

圖2 模板踏板機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

其結(jié)構(gòu)具體作用如下：

a.模板裝夾裝置：裝夾模板；

b.電源線：電機(jī)供電線路；

c.模板踏板電機(jī)：為模板踏板的進(jìn)退提供動(dòng)力；

d.模板踏板傳感器：一種電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即金屬電阻應(yīng)變片隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象。通常情況下，是將應(yīng)變片采用特殊的粘和劑緊密粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，隨著基體受力發(fā)生應(yīng)力變化后，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。電阻應(yīng)變式傳感器的作用是將模具的輪廓信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳遞給中央計(jì)算機(jī)，使磨邊機(jī)對(duì)加工鏡片做出精準(zhǔn)加工。

e.齒輪系與齒輪齒條結(jié)構(gòu)：齒輪系是由一系列齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng)，齒輪系可將主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速變換為從動(dòng)軸的多種轉(zhuǎn)速，將主動(dòng)軸的單一轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)換成為從動(dòng)軸的不同轉(zhuǎn)向，將主動(dòng)軸的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)分配到不同的傳動(dòng)路線上去等。模板踏板機(jī)構(gòu)通過齒輪系帶動(dòng)小齒輪快速轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過齒輪齒條結(jié)構(gòu)降低速度，提高傳動(dòng)力，最終將動(dòng)力傳遞給終端機(jī)械裝置。

f.模板踏板：如上述，通過電機(jī)提供動(dòng)力和齒輪系、齒輪齒條結(jié)構(gòu)的動(dòng)力傳動(dòng)，進(jìn)而使模板踏板前后移動(dòng)。

g.霍爾葉片傳感器：霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器?；魻栃?yīng)是磁電效應(yīng)的一種，指當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過導(dǎo)體時(shí)，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生一附加電場(chǎng)，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差。當(dāng)感應(yīng)葉片由于模板踏板位置的變動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的感應(yīng)電信號(hào)，將電信號(hào)通過信號(hào)線傳送給半自動(dòng)磨邊機(jī)的中央計(jì)算機(jī)，中央計(jì)算機(jī)通過對(duì)反饋信號(hào)的分析與處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)模板踏板的前后移動(dòng)以及對(duì)模板踏板電機(jī)的控制?；魻柸~片傳感器的接線圖為圖3所示。

圖3 霍爾葉片傳感器接線圖

h.信號(hào)線：將代表模板輪廓的相關(guān)電信號(hào)等傳送至中央計(jì)算機(jī)。

模板踏板機(jī)構(gòu)的工作流程圖如圖4所示：

圖4 模板踏板機(jī)構(gòu)工作流程圖

2 砂輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

半自動(dòng)磨邊機(jī)依靠砂輪的高速旋轉(zhuǎn)來完成對(duì)鏡片的研磨工作，砂輪的啟動(dòng)與停止控制則是通過砂輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。砂輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)如圖5虛線框內(nèi)所示，它主要包括：捆箍、砂輪盤、電動(dòng)機(jī)、電機(jī)滑軌以及風(fēng)扇幾大構(gòu)件。從整個(gè)半自動(dòng)磨邊機(jī)的結(jié)構(gòu)來看，砂輪電機(jī)位于機(jī)器內(nèi)部的右下側(cè)，可以看出砂輪電機(jī)是通過捆箍與其下方的電機(jī)滑軌綁在一起，避免砂輪在高速旋轉(zhuǎn)的過程中出現(xiàn)電機(jī)不穩(wěn)或者脫軌的問題。

圖5 半自動(dòng)磨邊機(jī)砂輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

其結(jié)構(gòu)具體作用如下：

a.捆箍：捆箍結(jié)構(gòu)如圖6（b）所示，用一個(gè)螺絲通過旋入其表面的卡槽來調(diào)節(jié)松緊，將砂輪電機(jī)與其下方的電機(jī)滑軌綁在一起，避免砂輪在高速旋轉(zhuǎn)的過程中導(dǎo)致電機(jī)不穩(wěn)或者脫軌，并且砂輪在進(jìn)退的軌程前后有限位螺釘?shù)南拗?，如圖6（c）所示。

圖6 砂輪轉(zhuǎn)按鍵（a）、捆箍結(jié)構(gòu)圖（b）、限位螺釘結(jié)構(gòu)圖（c）

b.砂輪盤：整個(gè)砂輪盤由3個(gè)大小相同，材料不同的砂輪組成，其中砂輪1是鏡片粗磨砂輪，用于對(duì)PC、樹脂鏡片進(jìn)行粗加工；砂輪2是玻璃鏡片細(xì)磨砂輪，用于對(duì)玻璃鏡片進(jìn)行細(xì)磨以及倒角；砂輪3是樹脂、PC鏡片細(xì)磨砂輪，用于對(duì)樹脂和PC鏡片進(jìn)行細(xì)磨和倒角。砂輪盤與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，砂輪盤同速度、同方向旋轉(zhuǎn)。

c.電動(dòng)機(jī)：此電動(dòng)機(jī)為交流電動(dòng)機(jī)，三相電源供電，供電電壓為交流220V，為砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力源。交流電動(dòng)機(jī)同直流電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)也是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，定子繞組在通入三相交流電的情況下，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下受到安培力而旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子鐵心設(shè)計(jì)成斜槽式，以降低啟動(dòng)電流和保持電磁感應(yīng)的連續(xù)性。

d.風(fēng)扇：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子一方面使與其同軸的砂輪盤高速旋轉(zhuǎn)以研磨鏡片，另一方面使與其同軸的鐵心尾部的風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，以對(duì)電機(jī)散熱，保證電機(jī)工作的安全性與穩(wěn)定性。

砂輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作流程圖如圖7所示：

圖7 砂輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作流程圖

3 砂輪進(jìn)退機(jī)構(gòu)

鏡片磨邊的過程中，除了要控制砂輪的高速旋轉(zhuǎn)外，還要根據(jù)對(duì)鏡片的不同要求，如：粗磨、精磨、磨平邊、磨尖邊以及鏡片的材質(zhì)等，來選擇不同的砂輪。砂輪的選擇主要依靠砂輪進(jìn)退機(jī)構(gòu)來完成。

圖8 砂輪結(jié)構(gòu)圖

砂輪進(jìn)退機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)圖如圖9所示：它主要包括兩個(gè)電機(jī)：砂輪進(jìn)退電機(jī)和砂輪定位電機(jī)，砂輪進(jìn)退電機(jī)為砂輪進(jìn)退提供動(dòng)力，其輔助結(jié)構(gòu)又包括電源線、齒輪系和摩擦帶輪；砂輪定位電機(jī)通過其與葉片測(cè)速傳感器和感應(yīng)葉片的配合，準(zhǔn)確定位砂輪進(jìn)退的軌程，其輔助結(jié)構(gòu)又包括電源線、信號(hào)線和齒輪系。

圖9 砂輪進(jìn)退機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

其結(jié)構(gòu)具體作用如下：

a.電源線：電機(jī)供電線路。

b.砂輪進(jìn)退電機(jī)：砂輪進(jìn)退電機(jī)的作用是為砂輪的進(jìn)退提供動(dòng)力，其型號(hào)及原理同模板踏板電機(jī)。

c.砂輪定位電機(jī)：砂輪定位電機(jī)的作用是準(zhǔn)確定位砂輪進(jìn)退的軌程，同樣為直流電機(jī)，其工作原理同砂輪進(jìn)退電機(jī)。

d.齒輪系：齒輪系的作用如上述模板踏板機(jī)構(gòu)齒輪系的作用，而砂輪進(jìn)退機(jī)構(gòu)就是砂輪進(jìn)退電機(jī)與砂輪定位電機(jī)通過齒輪系帶動(dòng)小齒輪快速轉(zhuǎn)動(dòng)，并將動(dòng)力傳遞給終端機(jī)械裝置，這里是將運(yùn)動(dòng)傳遞給摩擦帶輪和感應(yīng)葉片，如圖9所示構(gòu)件9和5，通過摩擦帶輪與砂輪進(jìn)退導(dǎo)軌的摩擦作用使砂輪前后移動(dòng)；通過感應(yīng)葉片與葉片測(cè)速傳感器的配合，使砂輪能夠停止在所需求的位置上，即對(duì)砂輪定位。

e.摩擦帶輪：如上述，通過電機(jī)提供動(dòng)力和齒輪系的動(dòng)力傳動(dòng)，摩擦帶輪與砂輪進(jìn)退導(dǎo)軌發(fā)生摩擦，進(jìn)而使砂輪移動(dòng)。

f.霍爾葉片傳感器：如上述模板踏板機(jī)構(gòu)所述霍爾葉片傳感器的相關(guān)內(nèi)容，在砂輪進(jìn)退機(jī)構(gòu)中，當(dāng)感應(yīng)葉片由于砂輪位置的變動(dòng)，在砂輪定位電機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)到傳感器的空隙位置時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的感應(yīng)電信號(hào)，將電信號(hào)通過信號(hào)線傳送給半自動(dòng)磨邊機(jī)的中央計(jì)算機(jī)，中央計(jì)算機(jī)通過對(duì)反饋信號(hào)的分析與處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)砂輪的準(zhǔn)確定位以及對(duì)電機(jī)的控制。

砂輪進(jìn)退機(jī)構(gòu)的工作流程圖如圖10所示：

圖10 砂輪進(jìn)退機(jī)構(gòu)工作流程圖

4 鏡片軸夾緊機(jī)構(gòu)

半自動(dòng)磨邊機(jī)對(duì)鏡片進(jìn)行磨邊，首先需要固定待加工鏡片，這一需求通過鏡片軸夾緊機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。鏡片軸夾緊機(jī)構(gòu)的位置如圖11所示：主要包括電動(dòng)機(jī)、齒輪系、齒輪齒條結(jié)構(gòu)以及鏡片軸。

圖11 鏡片軸夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

其結(jié)構(gòu)具體作用如下：

a.電源線：電機(jī)供電線路。

b.電動(dòng)機(jī)：直流電動(dòng)機(jī)，外形引腳及型號(hào)如圖12所示。

圖12 鏡片軸夾緊機(jī)構(gòu)直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

c.齒輪系/齒輪齒條結(jié)構(gòu)：鏡片軸夾緊機(jī)構(gòu)齒輪系結(jié)構(gòu)如圖13（a）（b）所示。

圖13 鏡片軸夾緊機(jī)構(gòu)齒輪系結(jié)構(gòu)及其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

鏡片軸夾緊機(jī)構(gòu)的工作流程圖如圖14所示：

圖14 鏡片軸夾緊機(jī)構(gòu)工作流程圖

5 鏡片軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

在半自動(dòng)磨邊機(jī)磨邊的過程中，不但需要鏡片軸夾緊待加工鏡片，還需要鏡片軸帶動(dòng)待加工鏡片做整周的回轉(zhuǎn)，本文所舉例的半自動(dòng)磨邊機(jī)通過鏡片軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力使鏡片軸持續(xù)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而完成鏡片的整周回轉(zhuǎn)動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)鏡片完整均勻的研磨。

鏡片軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)其的體結(jié)構(gòu)如圖15（a）和（b）所示：它主要包括電源線、直流電動(dòng)機(jī)、齒輪系、齒輪桿、齒輪帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、霍爾葉片傳感器以及感應(yīng)葉片。

圖15 鏡片軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

其結(jié)構(gòu)具體作用如下：

a.電源線：電機(jī)供電線路。

b.電動(dòng)機(jī)：直流電動(dòng)機(jī)。

c.齒輪系：與模板踏板機(jī)構(gòu)齒輪系結(jié)構(gòu)作用相似。

d.齒輪帶傳動(dòng)裝置：齒輪帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用在于將運(yùn)動(dòng)與速度傳遞給鏡片軸，并且兩個(gè)帶傳動(dòng)裝置通過一個(gè)桿件連接在一起，目的是為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)鏡片軸的同步旋轉(zhuǎn)。

e.霍爾葉片傳感器：參照模板踏板機(jī)構(gòu)。

鏡片軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作流程圖如圖16所示：

圖16 鏡片軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作流程圖

6 進(jìn)出水機(jī)構(gòu)

a.整體結(jié)構(gòu)：進(jìn)出水機(jī)構(gòu)主要控制半自動(dòng)磨邊機(jī)的水源供給以降低磨鏡片的砂輪溫度，沖洗砂輪表面的雜質(zhì)。進(jìn)出水機(jī)構(gòu)從整體上大致可分為進(jìn)水口、水泵、控制開關(guān)、電磁閥、出水口五大部分，其中進(jìn)水口、出水口均在同一水箱中，水箱內(nèi)的水經(jīng)濾網(wǎng)過濾進(jìn)入機(jī)器，排出的水將雜質(zhì)等帶入水箱，如此循環(huán)，使水箱里的水得到了充分的利用。水泵是抽水的機(jī)器，因?yàn)榘胱詣?dòng)磨邊機(jī)機(jī)身在工作臺(tái)臺(tái)面上，水泵主要將水運(yùn)送到需要的高度。圖17所示為半自動(dòng)磨邊機(jī)進(jìn)出水結(jié)構(gòu)中的水路循環(huán)系統(tǒng)。

圖17 半自動(dòng)磨邊機(jī)進(jìn)出水結(jié)構(gòu)中的水路循環(huán)系統(tǒng)

當(dāng)然，在半自動(dòng)磨邊機(jī)的進(jìn)出水結(jié)構(gòu)中對(duì)水流的控制起決定性作用的器件便是電磁閥，電磁閥到目前為止，從動(dòng)作方式上可分為三大類：直動(dòng)式、反沖式、先導(dǎo)式。盡管它們的工作原理有所不同，但是所起作用大致相同，下面以半自動(dòng)磨邊機(jī)進(jìn)出水結(jié)構(gòu)中的直動(dòng)式電磁閥為例，介紹電磁閥。

b.直動(dòng)式電磁閥機(jī)構(gòu)的組成：直動(dòng)式電磁閥基本結(jié)構(gòu)如圖18所示，其主要由閥體、電容、閥體控制開關(guān)三大部件組成，另外除了主要部件，還包括一些輔助部件，如閥體控制開關(guān)保護(hù)套殼、鑄鐵支架、手動(dòng)水流控制開關(guān)等幾個(gè)部分。

圖18 電磁閥基本組成

表2列出了電磁閥基本組成的部件，并對(duì)其作用做出了簡(jiǎn)單的介紹。

表2 電磁閥基本組成部件作用表

c.直動(dòng)式電磁閥機(jī)構(gòu)的工作原理：常閉型通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把敞開件從閥座上提起，閥門被打開；斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧把敞開件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。直動(dòng)式電磁閥的結(jié)構(gòu)圖如圖19所示。

圖19 電磁閥結(jié)構(gòu)圖

圖20表示了電磁閥在斷電時(shí)和通電時(shí)的兩種動(dòng)作方式。

圖20 電磁閥在斷電時(shí)和通電時(shí)的兩種動(dòng)作方式