吳小邦

（常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，常州 213164）

1 問題的提出

從玻璃板輸送線上進(jìn)行定長切割玻璃，目前很多廠家仍沿用人工切割的方法，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)率低，且切割質(zhì)量不易保證。某些廠家采用的玻璃定長切割裝置，長度控制采用方式是用一滾輪壓在運(yùn)動(dòng)的玻璃板上，滾輪后面的編碼器根據(jù)其每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)，轉(zhuǎn)換成玻璃板走過的距離，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的脈沖數(shù)前，即發(fā)電信號給切割裝置啟動(dòng)。這種裝置的缺陷是：

1）由于是在運(yùn)動(dòng)中切割，切割方向和輸送方向是不垂直的，要有附加的機(jī)械結(jié)構(gòu)，且輸送速度的波動(dòng)直接影響到切割長度和垂直度；

2）提前設(shè)定的脈沖數(shù)難以確定。玻璃板表面的高低不平會(huì)影響到滾輪的轉(zhuǎn)數(shù)，影響了編碼器得到的脈沖數(shù)，從而直接影響到定長控制。

由于以上技術(shù)應(yīng)用中存在的問題和不足之處，影響了切割裝置的推廣使用。在深入了解生產(chǎn)現(xiàn)場流水線布置形式及工藝流程的基礎(chǔ)上，本人為生產(chǎn)廠家研制了一種能精確定長控制輸送線上玻璃板長度的切割裝置，長度誤差可控制在1mm以內(nèi)，且能達(dá)到切割自動(dòng)控制，無人值守。

2 專機(jī)設(shè)計(jì)思路

1）模擬人工劃玻璃的方式，應(yīng)用切割裝置和輸送線同步移動(dòng)的新穎形式，在同步移動(dòng)過程中切割刀和玻璃板在輸送方向無相對運(yùn)動(dòng)，以精確保證切割長度。

2）切割、抬刀、擋料、框架復(fù)位等全部動(dòng)作均采用氣動(dòng)位置控制形式，安全可靠，易于實(shí)現(xiàn)動(dòng)作自動(dòng)化。

3）因玻璃板較寬，切割頭的移動(dòng)距離長，采用無桿氣缸代替復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，也可使移動(dòng)框架重量更輕，從而使玻璃板推動(dòng)框架縱向移動(dòng)時(shí)更靈活。

4）定長裝置中的擋料板可調(diào)節(jié)，可預(yù)先調(diào)整好定長尺寸，以適應(yīng)不同的玻璃切割長度。

3 專機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

3.1 總體設(shè)計(jì)

專機(jī)為達(dá)到上述目的采用的技術(shù)方案是：

由二立柱和一橫梁組成的龍門框架橫跨玻璃輸送線，其二立柱由滾動(dòng)導(dǎo)軌及滾輪在固定座上導(dǎo)向，整個(gè)龍門框架可輕松縱向移動(dòng)。

龍門框架上橫梁正面安裝一無桿氣缸，在無桿氣缸的滑塊上聯(lián)結(jié)切割頭；在橫梁中部上側(cè)面安裝玻璃板定長裝置，其上的叉形擋料座可縱向擋住前進(jìn)中的玻璃板。

同步移動(dòng)切割完成后，龍門框架的復(fù)位由安裝在固定座上的氣缸控制，等待下一次切割。

該裝置如圖1和圖2中A-A、B-B剖視圖所示。由二立柱3和一橫梁5組成的龍門框架橫跨玻璃板輸送線，其立柱一端底部固定在滾動(dòng)導(dǎo)軌2的滑塊上（采用雙滑塊），導(dǎo)軌則安裝于輸送線側(cè)面的固定底座1上；立柱另一端底部則安裝在滾輪架10上，滾輪架上安裝有滾輪11及用于微調(diào)的偏心軸12，滾輪11沿淬硬的支承板13滾動(dòng)。由于是滾動(dòng)磨擦，整個(gè)龍門框架可輕松縱向移動(dòng)。其中橫梁5的高度可根據(jù)輸送線的高低由調(diào)節(jié)裝置4通過絲桿螺紋調(diào)節(jié)。

圖1 定長切割裝置的結(jié)構(gòu)圖

橫梁正面安裝一無桿氣缸6，在B-B剖視圖中，在無桿氣缸的滑塊上聯(lián)結(jié)玻璃切割頭7（參看圖1中件7）的基板7-1，其上安裝有回轉(zhuǎn)氣缸7-4的支架、彈簧拉栓7-2、滾動(dòng)導(dǎo)軌7-8，回轉(zhuǎn)氣缸上聯(lián)接了偏心輪7-3，可通過軸承7-5推動(dòng)安裝于直線滾動(dòng)導(dǎo)軌上的縱滑板7-7，在縱滑板上聯(lián)接有刀體7-10（上面固連有玻璃切割刀片），切割力的調(diào)整由彈簧7-6通過彈簧拉栓7-2調(diào)節(jié)（轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，里面螺桿可上、下移動(dòng)控制彈簧伸長），同時(shí)刀體擺角的限位由刀體限位螺母7-9調(diào)節(jié)。

在橫梁中部上側(cè)面安裝有玻璃板定長裝置8，在A-A剖視圖中，其上的叉形擋料座8-1和箱體8-3中的擺動(dòng)軸8-2螺紋聯(lián)接，可使刀片至擋料座的定長尺寸L可調(diào)。擺動(dòng)軸由二向心軸承8-4支承，所受軸向力由推力軸承8-5承受。定長裝置旁的定位氣缸9可推動(dòng)安裝于直線滾動(dòng)導(dǎo)軌8-8上的齒條8-7，通過擺動(dòng)軸8-2上的齒輪8-6使叉形擋料座擺動(dòng)一定角度，以完成擋料和放料動(dòng)作。定長裝置8和定位氣缸9通過連接底板8-9和橫梁聯(lián)接。

圖2 定長切割裝置的剖視圖

整機(jī)切割運(yùn)動(dòng)過程如下：當(dāng)玻璃板輸送至碰到叉形擋料座8-1時(shí)，龍門框架就在玻璃板推動(dòng)下開始脫離限位擋鐵15，沿直線滾動(dòng)導(dǎo)軌2，和輸送線同步向前縱向移動(dòng)，這時(shí)限位擋鐵上的接近開關(guān)發(fā)出電信號，使無桿氣缸6動(dòng)作，帶動(dòng)切割頭7向右運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切割，至氣缸行程終點(diǎn)時(shí)停止，切割頭中的回轉(zhuǎn)氣缸7-4帶動(dòng)偏心輪7-3轉(zhuǎn)90°，使切割刀架7-7在彈簧7-6的拉動(dòng)下向上抬刀，此時(shí)切割頭在無桿氣缸帶動(dòng)下再快速向左返回至原位停止，回轉(zhuǎn)氣缸再反轉(zhuǎn)90°使刀架向下復(fù)位待切割。在切割頭返回移動(dòng)的同時(shí)，定位氣缸9推動(dòng)齒條8-7通過齒輪8-6使叉形擋料座向上擺動(dòng)45°，以讓開已切下的玻璃板，并由下面的雙速輥道快速帶走（由雙速電機(jī)控制）；在叉形擋料座向上擺動(dòng)到位的同時(shí)，聯(lián)結(jié)在固定底座1上的二只復(fù)位氣缸14伸出，推動(dòng)立柱使框架退回到限位擋鐵15位置，接著復(fù)位氣缸返回；同時(shí)叉形擋料座在定位氣缸9帶動(dòng)下復(fù)位至擋料位置，等待下一次切割。

以上無桿氣缸、回轉(zhuǎn)氣缸、定位氣缸及復(fù)位氣缸均帶磁性開關(guān)，運(yùn)動(dòng)到位時(shí)發(fā)出信號，由PLC進(jìn)行程序控制，全自動(dòng)運(yùn)行。

3.2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

1）該裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題是同步移動(dòng)機(jī)構(gòu)，它要求在玻璃板的推動(dòng)下和輸送線同步運(yùn)動(dòng)。裝置設(shè)計(jì)時(shí)，輸送線上玻璃板運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的推力可用測力儀確定，要求產(chǎn)生的推力能推動(dòng)龍門框架，這就要求控制龍門框架的總重量。實(shí)際中立柱和橫梁采用了鋁合金框架，安裝在橫梁上的檔料座采用了鋁合金焊接結(jié)構(gòu)。固定在橫梁上的鋁合金缸體的無桿氣缸，和以往采用的電機(jī)減速機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)相比，重量大為降低，而且集氣缸、導(dǎo)軌、緩沖及發(fā)信裝置于一體，機(jī)械結(jié)構(gòu)更簡潔，且在調(diào)試時(shí)可方便調(diào)整切割速度，使橫梁移動(dòng)更平穩(wěn)，切割質(zhì)量得到有效保證。

2）由于裝置的二端固定底座須布置在輸送線二側(cè)而不能聯(lián)成一體，為避免運(yùn)動(dòng)的干涉而產(chǎn)生大的阻滯力，立柱的一端采用二導(dǎo)軌塊和滾動(dòng)導(dǎo)軌相配，另一端應(yīng)采用滾輪結(jié)構(gòu)（內(nèi)帶滾動(dòng)球軸承），且用偏心軸調(diào)節(jié)滾輪位置，或采用彈簧拉緊滾輪支架的形式，強(qiáng)制滾輪接觸支承板，這樣的形式運(yùn)動(dòng)持續(xù)性好，且可為裝配調(diào)試帶來很大方便。

3）框架移動(dòng)用的滾動(dòng)導(dǎo)軌，因一天二班運(yùn)行，每分鐘往復(fù)二次，應(yīng)考慮導(dǎo)軌壽命。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊的計(jì)算公式，導(dǎo)軌采用滾珠循環(huán)形式時(shí)，應(yīng)選擇較大的基本額定動(dòng)載荷Ca，使設(shè)計(jì)額定壽命達(dá)到3年以上。

4 結(jié)束語

1）該裝置能在輸送線上完成精確的定長切割，完全不受輸送線的速度波動(dòng)的影響，且長度精確可調(diào)；

2）采用全氣動(dòng)位置順序控制形式，易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化；

3）由于切割后的板件需快速移走，所以要對原輸送線作改造，即在輸送線末端增加雙速輥道，在切割后啟動(dòng)輥道快速回轉(zhuǎn)使切下的玻璃板迅速移走，以利擋料裝置的復(fù)位；

4）裝置采用了滾動(dòng)導(dǎo)軌及無桿氣缸、回轉(zhuǎn)氣缸，使機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡化，位置控制更方便、精確，其設(shè)計(jì)原理對自動(dòng)線上定長控制提供了新思路。

[1] 吳 筠.氣動(dòng)工程手冊[K].國防工業(yè)出版社,1995.

[2] 卜炎.機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊[K].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

[3] 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊[K].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[4] 楊黎明.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊[K].國防工業(yè)出版社,1996.