劉 峙

（許昌技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)校，河南長葛 461500）

1 引言

無論是沖孔、激光切割、等離子切割還是火焰切割，這些加工工序都會(huì)在板類零件的表面形成鋒利的邊緣和毛刺（見圖1）。特別是等離子切割時(shí)，熔渣（氧化物和金屬殘留物的混合物）會(huì)頑固沉積在零件邊緣，清理起來讓操作工人傷透了腦筋。板類零件上若存在毛刺是非常危險(xiǎn)的：首先，會(huì)增加操作工人受傷的風(fēng)險(xiǎn)；其次，在下游加工過程中，會(huì)危及產(chǎn)品質(zhì)量、影響設(shè)備使用甚至縮短設(shè)備的使用壽命。在對板類零件進(jìn)行去毛刺加工時(shí)，目前很多企業(yè)仍依賴于手工操作。例如讓一些有經(jīng)驗(yàn)的工人用刷子或角磨機(jī)磨除邊緣、毛刺和飛濺物。這種方式的缺點(diǎn)主要在于：勞動(dòng)強(qiáng)度大，加工時(shí)間長。而且加工效果達(dá)不到高度一致，無法保證持續(xù)的高效加工。這種情況下，很多企業(yè)不得不面臨工時(shí)、生產(chǎn)成本不斷增加以及行業(yè)內(nèi)對板類零件表面質(zhì)量要求卻不斷提高的挑戰(zhàn)，越來越多的企業(yè)開始尋找替代手工去毛刺的方法。研發(fā)一種經(jīng)濟(jì)型自動(dòng)去毛刺設(shè)備對于降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高加工效率，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新綠色發(fā)展是非常有必要的。

圖1 等離子切割后毛刺未處理零件

2 毛刺存在的安全因素風(fēng)險(xiǎn)分析

板類零件上若存在毛刺是非常危險(xiǎn)的，目前國內(nèi)很多的中小型企業(yè)自動(dòng)化程度不高，去毛刺的手段還完全依賴手工操作，這跟綠色、高效、節(jié)能、創(chuàng)新發(fā)展的理念是相違背的。

（1）毛刺極易誘發(fā)安全事故。

板類切割件的鋒利、不規(guī)則的邊緣和毛刺是造成工傷的重大隱患。鋒利的邊角有可能會(huì)割傷從事操作、組裝或后續(xù)加工的工人。如果單個(gè)零件沒有經(jīng)過去毛刺加工，成品也會(huì)存在同樣的風(fēng)險(xiǎn)。板類零件的邊角經(jīng)過去毛刺處理后便可以避免這類損傷的出現(xiàn)。

（2）毛刺存在不利于板類零件后續(xù)的噴涂處理。

各種涂層的涂敷質(zhì)量和附著性能的高低、優(yōu)劣與否，取決于板類零件邊緣是否事先經(jīng)過內(nèi)外側(cè)的打磨處理。無論是粉末、鍍鋅、濕涂漆或KTL底漆，涂層在尖銳邊角上都無法牢固附著，特別是板類零件邊緣的涂敷涂層不能確保均勻，最終喪失防銹能力。

（3）板類零件表面氧化層不利于后續(xù)加工。

經(jīng)過由氧氣作為輔助氣體的激光切割后，板類零件邊緣的截面會(huì)出現(xiàn)氧化層，它會(huì)負(fù)面影響板類零件的后續(xù)加工。氧化層的存在不利于焊接，板類零件之間的氧化層甚至?xí)?dǎo)致無法取得均勻的焊接結(jié)果，涂敷的漆層也很容易與氧化層一起剝落，然后長出銹斑。去毛刺工藝可以去除板類零件表面氧化層，從而安全后續(xù)的加工。

（4）毛刺會(huì)加劇板類零件磨損。

板類零件的毛刺特別容易損壞折邊模具和矯平輥或使它們很快磨損。去毛刺后的光潔零件更容易裝配，上漆或焊接，它們可以保護(hù)加工工具免受磨損。

（5）毛刺存在影響零件外觀形象，影響企業(yè)產(chǎn)品競爭力。

去毛刺不僅可以去掉板類零件的鋒利邊角毛刺，同時(shí)還能夠完成對板類零件的表面進(jìn)行打磨，加工出光潔漂亮的精致表面，讓加工后的板類零件外觀更美觀（見圖2），從而提高企業(yè)品牌形象和企業(yè)產(chǎn)品競爭力。

圖2 去毛刺前后零件的對比

3 經(jīng)濟(jì)型自動(dòng)去毛刺設(shè)備的設(shè)計(jì)分析

（1）對板類零件去毛刺的原理設(shè)計(jì)分析。

工人手工去除板類零件毛刺，是利用角磨機(jī)或者磨光機(jī)，對板類零件有毛刺的一面進(jìn)行磨削加工，憑工人肉眼和操作經(jīng)驗(yàn)來確定去除情況。利用機(jī)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)去除毛刺過程原理，也是模擬工人手動(dòng)操作的過程。首先把板類零件平放在傳送帶上，待磨削一面朝上，由調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)傳送帶自動(dòng)化慢速（速度可調(diào)）運(yùn)輸板類零件，在傳送帶上方設(shè)計(jì)砂輥或者拉絲帶，由動(dòng)力電機(jī)驅(qū)動(dòng)砂輥轉(zhuǎn)動(dòng)（方向與傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致），砂輥快速轉(zhuǎn)動(dòng)與板類零件表面“親密接觸”，依靠砂輥與待加工零件的相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磨削加工，從而達(dá)到去除板類零件毛刺，改善板類零件表面質(zhì)量的功能。

（2）自動(dòng)去毛刺設(shè)備的安全保護(hù)措施。

因?yàn)樯拜佫D(zhuǎn)動(dòng)速度2,800 轉(zhuǎn)/min 左右，砂輥接觸板類零件后很容易把板類零件“帶飛”或者改變板類零件在傳送帶上的位置或者使板類零件翻面。板類零件被砂輥“帶飛”容易發(fā)生傷人事故；隨意改變板類零件放置的位置，會(huì)使砂輥磨削受力不均勻，加速砂輥老化；板類零件誤翻面會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤加工，導(dǎo)致需要加工的一面未能加工，不需要磨削加工的一面進(jìn)行了加工，容易出現(xiàn)不合格產(chǎn)品或者廢品。鑒于此，設(shè)計(jì)時(shí)可以通過以下措施進(jìn)行解決：①在傳送帶和砂輥的上方加裝全封閉安全防護(hù)罩，這樣既可以防止板類零件飛出傷人，又可以有效控制砂輥在磨削時(shí)產(chǎn)生的粉塵四散；②可以在靠近砂輥的位置平行安裝尼龍壓輪棒，板類零件在接觸砂輥前，由壓輪棒壓著板類零件平穩(wěn)傳遞給砂輥進(jìn)行磨削，待磨削完成后砂輥通過摩擦力再次把板類零件傳遞給下一個(gè)壓輪棒，由于壓輪棒上沒有安裝動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，它與板類零件一起隨傳送帶同步傳動(dòng)，這樣加工完成的板類零件就隨著傳送帶以來慢速出來落到合格零件收集區(qū)，這樣就可以有效杜絕待加工板類零件在傳送帶上“亂跑”錯(cuò)位或者“翻跟頭”。

（3）自動(dòng)去毛刺設(shè)備效率和質(zhì)量保障措施。

自動(dòng)去毛刺設(shè)備工作效率的高低跟傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)的速度快慢和砂輥的長度（即工作臺的寬度）有很大的關(guān)系。傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)速度快，單位時(shí)間內(nèi)磨削的板類零件就多，反之，就少。另外，工作臺設(shè)置的寬度越大，可以同時(shí)放置的待加工板類零件就多，效率也會(huì)快很多。砂輥與板類零件結(jié)合的緊密程度、砂輥的質(zhì)量、磨削的次數(shù)等都會(huì)成為影響板類零件去毛刺的質(zhì)量，所以在設(shè)計(jì)這款機(jī)器時(shí)必須要考慮到砂輥與傳送帶之間距離的可調(diào)節(jié)性（板類零件厚，砂輥與傳送帶之間的距離稍微大一些；板類零件薄，砂輥與傳送帶之間的距離可以調(diào)整的小一點(diǎn)）。另外為確保有效磨削，在這款設(shè)備中可以設(shè)置多道砂輥平行放置，以確保對待加工板類零件的有效磨削。對于長期使用的砂輥，為了確保去毛刺的效果和效率，也要做到對砂輥上的拉絲套筒進(jìn)行定期更換。

4 經(jīng)濟(jì)型自動(dòng)去毛刺設(shè)備的制造

根據(jù)對設(shè)備工作原理的分析，可以把自動(dòng)去毛刺設(shè)備分成機(jī)架單元（含保護(hù)罩部分）、零件傳遞單元、砂輥磨削動(dòng)力單元、壓輪棒單元和電器控制等五個(gè)單元。

（1）設(shè)備機(jī)架和保護(hù)罩的制造。

設(shè)備機(jī)架是經(jīng)濟(jì)型自動(dòng)去毛刺設(shè)備機(jī)械部分的重要單元，主要用于承載傳送帶、傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)、砂輥、壓輪棒、砂輥驅(qū)動(dòng)電機(jī)、砂輥高低調(diào)節(jié)裝置、軸承、傳送帶松緊調(diào)節(jié)裝置、電氣控制單元等，企業(yè)自行購置槽鋼焊接即可（見圖3）。機(jī)架的高度根據(jù)操作工人身高和操作的方便程度來設(shè)置，一般為800～1,200mm之間，也可以設(shè)計(jì)為可調(diào)機(jī)架；機(jī)架的長度一般根據(jù)需要安裝的砂輥的數(shù)量來確定，通常安裝3個(gè)砂輥，一般確定機(jī)架長度為1,200～1,500mm；機(jī)架的寬度一般由待加工板類零件的數(shù)量來確定的，待加零件數(shù)量多可以把砂輥的長度設(shè)計(jì)的長一些，反之，就短一些，這樣機(jī)架的寬度則是根據(jù)砂輥的長度確定的（砂輥也不是越長越好，較長的話，砂輥軸直線度和強(qiáng)度不好保證，增加設(shè)備原材料成本），一般機(jī)架寬度為600mm左右。保護(hù)罩的作用：①保證加工完成的板類零件不能“飛出”工作臺；②保證磨削過程中產(chǎn)生的毛刺或者金屬氧化層的粉塵不能飛到外邊，影響生產(chǎn)環(huán)境；③保證磨削所產(chǎn)出粉塵不能飛到軸承、電氣控制單元以及一些可調(diào)裝置上。通常設(shè)計(jì)為能嚴(yán)密罩住砂輥、壓輪棒、傳送帶就可以。

圖3 經(jīng)濟(jì)型自動(dòng)去毛刺設(shè)備機(jī)架外觀

（2）相關(guān)電器元件、運(yùn)動(dòng)部件和可調(diào)節(jié)裝置。

傳送帶可以采用300W 220V 0.8A 6IK300RGUCF6GU25K 52r/min 減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，售價(jià)約 500～700元。傳送帶為草坪紋PVC材質(zhì)輸送帶，寬窄根據(jù)所設(shè)計(jì)的機(jī)架情況確定，標(biāo)準(zhǔn)件商店可以自購。砂輥可以采用3～4個(gè)拉絲輪用一根軸串起來使用，拉絲輪采用φ90×100mm 規(guī)格。砂輥驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用0.75KW220/380V1.8A三相交流電動(dòng)機(jī)，價(jià)格約150元左右。為了防止磨削過程中板類零件飛出或者位置發(fā)生改變，在砂輥前后側(cè)均平行設(shè)置兩個(gè)壓輪棒，壓輪棒用普通尼龍棒代替就行，長度與砂輥一致。因待加工去毛刺的板類零件厚薄不一，所以為了保證砂輥與待加工板類零件表面能夠“親密接觸”，可以設(shè)置3個(gè)滑臺對砂輥軸的高度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，為了保證去毛刺的質(zhì)量，砂輥軸線必須保證與水平面平行，這就需要砂輥軸兩端的支撐均能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。壓輪棒的壓緊程度可以通過壓輪棒兩端軸承下的支撐桿的旋轉(zhuǎn)螺母和壓縮彈簧來配合調(diào)節(jié)即可。傳送帶的松緊程度可以設(shè)置滑塊與頂絲配合來調(diào)節(jié)。

（3）配電裝置。

本設(shè)計(jì)案例中，需要設(shè)計(jì)電源指示燈、砂輥電機(jī)開關(guān)、輸送帶開關(guān)、急停按鈕以及空氣開關(guān)等電器元件組成。外接電源經(jīng)急停按鈕到空氣開關(guān)，然后在分支到砂輥電機(jī)開關(guān)、輸送帶電機(jī)開關(guān)。急停按鈕確保在更換零部件或者遇到緊急情況時(shí)能夠一鍵停機(jī)。裝配完成的經(jīng)濟(jì)型去毛刺設(shè)備如圖4、圖5所示。

圖4 去掉保護(hù)罩后的自動(dòng)去毛刺設(shè)備

5 經(jīng)濟(jì)型自動(dòng)去毛刺設(shè)備的操作與維護(hù)

（1）啟動(dòng)時(shí)，先打開電源總開關(guān)，然后打開輸送帶開關(guān)，然后再啟動(dòng)砂輥電機(jī)開關(guān)，這時(shí)就可以按照傳送帶上所標(biāo)注箭頭指示的方向把板類零件待修磨面向上平均放置在傳送帶上（避免放置在一個(gè)位置上造成砂輥局部磨損嚴(yán)重）。傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)速度可以根據(jù)待加工板類零件毛刺的大小進(jìn)行調(diào)整。在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，如發(fā)現(xiàn)異響或其它不正?，F(xiàn)象時(shí)，請立即按下急停按鈕，通知維修人員和班組長及時(shí)檢修。

（2）砂輥的調(diào)整。去毛刺時(shí)需要根據(jù)待加工產(chǎn)品的厚度對砂輥離工作臺的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，首先松動(dòng)主軸支撐螺栓，搖動(dòng)滑臺絲桿對高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，注意不要將砂輥壓到傳送帶上，避免傳送帶磨損。

（3）砂輥拉絲輪的更換。在確定需要更換砂輥拉絲輪時(shí)，先按下急停按鈕（避免誤操作造成人員受傷），松下主軸支撐螺栓，向外拉出支撐，然后松下主軸螺栓即可對拉絲輪進(jìn)行更換，更換過后，鎖緊拉絲輪螺栓，安裝主軸支撐，調(diào)整好砂輥的高度鎖緊螺母即可使用。

6 結(jié)束語

本方案中制造一臺經(jīng)濟(jì)型自動(dòng)化板料零件去毛刺設(shè)備所需成本大約在3,000 元左右，這樣的去毛刺設(shè)備比手工去除毛刺的速度快約4倍，中小型機(jī)械加工企業(yè)自制一臺去毛刺機(jī)不但在短期內(nèi)即可得到回報(bào)，而且保證了零件的高質(zhì)量，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，大大降低了廢品率和生產(chǎn)成本，企業(yè)的形象在激烈的社會(huì)競爭也會(huì)得到很大的提升，這樣經(jīng)濟(jì)型的自動(dòng)化去毛刺設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造很值得推廣。