王晨 殷永杰 劉友欽

山東科技大學(xué)智能裝備學(xué)院 山東 泰安 271000

1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)研究發(fā)展?fàn)顩r

目前與該產(chǎn)品類似的有校平機(jī)，我國(guó)校正裝備的研制始于70年代初經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，在國(guó)家大力支持下，引進(jìn)了美、英、日、法、瑞典等國(guó)先進(jìn)校正技術(shù)，對(duì)原有的校正裝備進(jìn)行改造。從校正機(jī)設(shè)計(jì)水平到生產(chǎn)制造能力，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到亞洲先進(jìn)水平。其中山東省博興縣隆泰鍛壓設(shè)備有限公司的不銹鋼校平機(jī)較為突出，有故障少、壽命長(zhǎng)、較耐用等優(yōu)點(diǎn)，但也存在不足：設(shè)備較大、在對(duì)桌板孔洞填補(bǔ)等小場(chǎng)合中操作不方便、移動(dòng)過(guò)程中穩(wěn)定性不夠、整機(jī)分量重、制形本錢高、價(jià)格貴等[1]。

1.2 國(guó)外研究發(fā)展?fàn)顩r

國(guó)外校正機(jī)械自20世紀(jì)70年代以來(lái)發(fā)生了巨大變化，這些變化可概括為下述3個(gè)主要方面[2]：①校正機(jī)械由自動(dòng)化初級(jí)階段走向高級(jí)階段。②校正機(jī)械向精密成形化發(fā)展。③校正機(jī)械注重向環(huán)保方向發(fā)展。

國(guó)外市場(chǎng)中英國(guó)Nu-Tech Engineering校平機(jī)有限公司的校平機(jī)較為優(yōu)秀，有適用范圍較廣泛、高精度、較耐用等優(yōu)點(diǎn)，但存在著成本較高、平整性較差、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易操作的缺點(diǎn)。

1.3 研究?jī)?yōu)勢(shì)

由于我國(guó)對(duì)機(jī)械加工的重視程度逐漸增大，機(jī)械加工板材表面修整裝置的設(shè)計(jì)也會(huì)日趨完善?？v觀當(dāng)下板材修整裝置，都存在著不足之處：設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高，隨著新技術(shù)在各個(gè)方面上的運(yùn)用，不斷完善，加入新的元素，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，使其功能和性能更加突出，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，使其更能滿足機(jī)械加工的要求。該裝置具有設(shè)備輕便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、有較高的穩(wěn)定性、成本較低、價(jià)格低廉、有良好的平整性使桌面光滑平整、耐用性較強(qiáng)、適用于日常生活中的小場(chǎng)合等優(yōu)點(diǎn)。

2 裝置整體結(jié)構(gòu)

一種機(jī)械加工板材表面修整裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括第一套筒和第二套筒，第一套筒上方設(shè)置有第一電機(jī)其與第一套筒之間緊固有定位桿，第一電機(jī)下側(cè)安裝有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸表面均勻焊接有攪拌塊，第一套筒表面下側(cè)套有套環(huán)，套環(huán)外表面與第一套筒之間對(duì)稱連接有第一螺旋彈簧，第一套筒左側(cè)面焊接有第一導(dǎo)向管，第一導(dǎo)向管下端連接有第二螺旋彈簧，第二螺旋彈簧下端安裝有第一螺帽，第一導(dǎo)向管內(nèi)部套裝有第一導(dǎo)桿，第一導(dǎo)桿表面上側(cè)裝有第二螺帽，第一導(dǎo)桿下端焊接有第一底板，第一底板底面均勻安裝有第一萬(wàn)向輪，第一套筒右側(cè)面安裝有抽風(fēng)機(jī)，抽風(fēng)機(jī)與第二套筒之間接通有導(dǎo)管，第二套筒上端緊固有端蓋，端蓋上方設(shè)置有第二電機(jī)，第二電機(jī)與第二套筒之間對(duì)稱黏合有定位架，第二電機(jī)下側(cè)安裝有絞龍，定位架右側(cè)面安裝有填料泵，填料泵與第二套筒之間接通有進(jìn)料管，第二套筒右側(cè)面下端焊接有第二導(dǎo)向管，第二導(dǎo)向管下端連接有第四螺旋彈簧，第二導(dǎo)向管內(nèi)部套有第二導(dǎo)桿，第二導(dǎo)桿表面上側(cè)套有第三螺帽，第二導(dǎo)桿下端焊接有第二底板，第二底板底面均勻安裝有第二萬(wàn)向輪，第二導(dǎo)向管表面系有連接繩，連接繩另一端連接有擠壓板，擠壓板表面黏合有手柄。

圖1 一種機(jī)械加工板材表面修整裝置結(jié)構(gòu)示意圖

標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

1. 第一萬(wàn)向輪；2. 第一底板；3. 攪拌塊；4. 套環(huán)；5. 第一螺旋彈簧；6. 第一螺帽；7. 第一導(dǎo)桿；8. 第二螺旋彈簧；9. 第一導(dǎo)向管；10. 第二螺帽；11. 第一電機(jī)；12. 定位桿；13. 轉(zhuǎn)軸；14. 第一套筒；15. 抽風(fēng)機(jī)；16. 導(dǎo)管；17. 第二電機(jī)；18. 定位架；19. 端蓋；20. 絞龍；21. 填料泵；22. 第二套筒；23. 進(jìn)料管；24. 第三螺帽；25. 第二導(dǎo)向管；26. 第二導(dǎo)桿；27. 第四螺旋彈簧；28. 第二底板；29. 第二萬(wàn)向輪；30. 連接繩；31. 擠壓板；32. 手柄。

2.1 配合優(yōu)選方案

①第一底板中部開設(shè)有孔，且孔的直徑大于套環(huán)的直徑，第二底板中部開設(shè)有孔，且孔的直徑大于第二套筒。②第一螺帽和第二螺帽分別與第一導(dǎo)桿螺紋配合，第一導(dǎo)桿與第一導(dǎo)向管滑動(dòng)配合。③攪拌塊為鋼制材料制成，轉(zhuǎn)軸的下端為錐形結(jié)構(gòu)。④套環(huán)與第一套筒滑動(dòng)配合。⑤抽風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)端與第一套筒之間接通有導(dǎo)管。⑥第二導(dǎo)桿與第二導(dǎo)向管滑動(dòng)配合，第二導(dǎo)桿與第三螺帽螺紋配合。

2.2 技術(shù)路線

①為解決粉碎廢棄木材所需動(dòng)力過(guò)大問(wèn)題，采用力矩式電機(jī)帶動(dòng)攪拌塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣產(chǎn)生的瞬時(shí)力可以將壓力集中一點(diǎn)，更加有效地粉碎廢棄板材。②為避免產(chǎn)生浪費(fèi)，設(shè)置了體積為100立方厘米的內(nèi)置容量罐，存儲(chǔ)板材材料。③為解決廢料填補(bǔ)壓實(shí)問(wèn)題和填料準(zhǔn)確問(wèn)題，采用絞龍和填料泵來(lái)實(shí)現(xiàn)。④設(shè)置的第一底板和第二底板，起到了導(dǎo)向的作用，而且會(huì)使得該裝置的移動(dòng)更加穩(wěn)定承受較大力量。⑤設(shè)置的抽風(fēng)機(jī)結(jié)合第二電機(jī)，利用絞龍對(duì)木粉進(jìn)行傳輸，方便將木粉快速傳輸?shù)阶腊宓目锥磧?nèi)，提高效率。⑥為實(shí)現(xiàn)物料的充分利用，設(shè)置套環(huán)，起到了密封作用，使打磨后的木粉進(jìn)行抽取的時(shí)候更易操作。⑦利用攪拌塊，減少材料的浪費(fèi)，進(jìn)行廢物利用，可用于對(duì)桌板孔洞的填充。

2.3 創(chuàng)新特色

2.3.1 環(huán)保性。利用攪拌塊實(shí)現(xiàn)對(duì)廢棄木板的鉆取，從而可以進(jìn)行廢物利用，減少了物料的浪費(fèi)，避免使物料向外擴(kuò)散。

2.3.2 機(jī)構(gòu)巧妙且有較高經(jīng)濟(jì)性。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)思精巧。制造工藝和對(duì)材料的要求較低。制造成本低，安全性和可操作性較高，設(shè)計(jì)合理，操作簡(jiǎn)單，提高效率。

2.3.3 智能化。使用絞龍和填料泵的配合實(shí)現(xiàn)對(duì)桌板上孔洞的填補(bǔ)，使用擠壓板進(jìn)行抹平，減少了對(duì)人和人力的依賴，實(shí)現(xiàn)智能化。

2.4 裝置優(yōu)勢(shì)

2.4.1 風(fēng)機(jī)安裝。安裝電機(jī)疏通機(jī)，將專用疏通簧穿過(guò)疏通機(jī)，在伸到抽風(fēng)機(jī)堵塞的位置后，打開電源，使疏通簧逐步向前對(duì)抽風(fēng)機(jī)風(fēng)片進(jìn)行一定幅度的甩動(dòng)，利用抽風(fēng)機(jī)，將殘留在抽風(fēng)機(jī)的木粉運(yùn)輸?shù)降诙淄ㄍ瞇3]。如果鋼簧被木粉附著，可以將其拉回，再以正常的速度進(jìn)行疏通。遇到堵塞的木粉，將鋼簧拉出一段距離，使之與抽風(fēng)機(jī)形成一段弧度，使扭力傳導(dǎo)到疏通頭，以打通堵塞。如果抽風(fēng)機(jī)被疏通，需要把鋼簧向前疏通一段距離來(lái)確認(rèn)抽風(fēng)機(jī)中的堵塞是否疏通。

2.4.2 分類傳送裝置的設(shè)置。設(shè)置分類傳送裝置，采用機(jī)械傳動(dòng)方式，傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠、制造簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)工藝較成熟、受負(fù)荷及溫度變化的影響較小。但是傳送帶在運(yùn)行時(shí)輸送帶容易跑偏，因此在分類傳送裝置安裝時(shí)，盡量使頭尾滾筒和中間托輥之間在同一中心線上，相互平行，以確保輸送帶不偏或少偏。

2.4.3 解決電機(jī)發(fā)熱問(wèn)題。通過(guò)設(shè)計(jì)、加裝鼓風(fēng)機(jī)，選擇機(jī)械軸承式鼓風(fēng)機(jī)，采用聯(lián)軸器直聯(lián)傳動(dòng)方式，改善裝置的運(yùn)行狀況，提高電機(jī)的工作效率，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。

2.4.4 解決抽風(fēng)機(jī)與導(dǎo)管銜接問(wèn)題。對(duì)修整裝置的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行微調(diào)，修改抽風(fēng)機(jī)和導(dǎo)管之間的縫隙銜接，并加裝橡膠條以更好地進(jìn)行密封。一方面增大了抽風(fēng)機(jī)對(duì)木粉的傳輸，加快了傳輸速率，另一方面使得裝置中各個(gè)結(jié)構(gòu)達(dá)到完美的契合，避免了物料的浪費(fèi)。

2.4.5 解決轉(zhuǎn)軸磨損問(wèn)題。采用行星齒輪減速器，結(jié)合潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑軸承，結(jié)構(gòu)較緊湊、回程間隙小、精度高、使用壽命較長(zhǎng)。整個(gè)減速器裝置可使用灰鑄鐵，制成沿軸心線水平剖分式，具有很好的鑄造性能和減振性能，避免轉(zhuǎn)軸和軸承的磨損問(wèn)題，以及電機(jī)在工作過(guò)程中內(nèi)部溫度較高的缺點(diǎn)。

2.5 光纖傳感器的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及新材料的廣泛應(yīng)用，板材加工工藝得到了快速發(fā)展，板材加工機(jī)械在數(shù)量、精度、結(jié)構(gòu)、可靠性等方面都有了較大的進(jìn)步，越來(lái)越多檢測(cè)控制技術(shù)被應(yīng)用到板材加工機(jī)械上，進(jìn)一步提高板材加工的精度。光纖傳感器具有靈敏度高、絕緣性好、安全可靠、耐高溫、抗電磁和原子輻射干擾能力強(qiáng)、可構(gòu)成光纖傳感網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

光纖傳感器由光源、光導(dǎo)纖維、光傳感器元件、光調(diào)制機(jī)構(gòu)和信號(hào)處理器等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 光纖傳感器結(jié)構(gòu)

利用反射式光纖傳感器、PLC控制器及其他器件,組成板材寬度和厚度檢測(cè)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有閉環(huán)檢測(cè)板材寬度和厚度加工精度的功能，其分辨率為 0.05～0.03mm，檢測(cè)精度可控制在0.1mm，具有較高的加工精度[4]。對(duì)于檢測(cè)超差的板材，通過(guò)控制執(zhí)行裝置提高板材的加工精度，使加工誤差滿足加工精度要求；對(duì)已加工超差板材，進(jìn)行打標(biāo)分選處理。

光纖傳感器的使用不僅提高了板材的加工精度，同時(shí)也減少了木材的浪費(fèi)，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、降噪。

2.6 板材紋路加工

在板材加工過(guò)程中，需要對(duì)加工后的桌面進(jìn)行紋路和圖案的加工，可以采用跟蹤開關(guān)電容帶通濾波器對(duì)紋路深度進(jìn)行檢測(cè)，是雙二次二階帶通濾波器，可以檢測(cè)出紋路深度信號(hào)，采用單片機(jī)可編程計(jì)數(shù)器，可得到所需頻率的時(shí)鐘信號(hào)，解決了板材紋路加工深度檢測(cè)問(wèn)題，能夠廣泛的應(yīng)用。

該裝置的工作原理為：測(cè)頭檢測(cè)的信號(hào)通過(guò)變換器變?yōu)殡妷盒盘?hào)送入跟蹤濾波器，與軋輥同軸安裝的光電編碼器將其轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)槊}沖信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行頻率測(cè)量，并按一定關(guān)系進(jìn)行變頻，為控制時(shí)鐘送入跟蹤濾波器，使其帶寬中心頻率與紋路深度信號(hào)頻率相同，并從測(cè)頭信號(hào)中選出深度信號(hào)，由檢波器變?yōu)橹绷餍盘?hào)，送入A/D進(jìn)行采樣，經(jīng)單片機(jī)處理后顯示紋路深度值。

3 結(jié)束語(yǔ)

利用光纖傳感器的功能和優(yōu)勢(shì)，從而提高板材加工的精度。結(jié)合分類傳送裝置、減速器和跟蹤開關(guān)電容帶通濾波器等裝置的設(shè)置，提高裝置的工作效率，避免了物料的浪費(fèi)，值得推廣。