王 軍，于月琴，陶 偉，馬海波

(1.金輪針布(江蘇)有限公司 梳理技術(shù)研究部，江蘇 南通 226009；2.華潤建筑有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

大齒條金屬針布主要指刺輥金屬針布以及一些特殊場合使用的總高、齒距尺寸較大的金屬針布，主要應(yīng)用于清梳聯(lián)及毛、麻、非織造等領(lǐng)域。作為預(yù)分梳金屬針布，大齒條金屬針布梳理力大、作用劇烈，對材料的硬度和耐磨性要求較高，自身的質(zhì)量性能直接影響預(yù)分梳效果；其預(yù)分梳質(zhì)量會間接影響錫林金屬針布和蓋板金屬針布的分梳質(zhì)量和壽命，最終影響纖維的梳理質(zhì)量和產(chǎn)量。此外，預(yù)分梳質(zhì)量與后期纖維的握持損傷、棉結(jié)、雜質(zhì)以及條干均勻度有關(guān)[1-3]。

目前，國內(nèi)外常規(guī)錫林、道夫金屬針布齒條生產(chǎn)線均采用高速旋轉(zhuǎn)沖切方式?jīng)_齒。該類齒條具有“矮、尖、淺、薄、密”的特點[4-5]，這類沖齒方式使高速、高精密的旋沖機構(gòu)得以應(yīng)用，但對一些齒形、齒距以及基部寬較大的金屬針布齒條，因其所需的沖切力相對較大、剛性要求較高，若采用常規(guī)旋沖機構(gòu)對其進行沖切，會因旋轉(zhuǎn)主軸剛性不足，導(dǎo)致沖切時產(chǎn)生劇烈振動，影響設(shè)備的沖切精度和質(zhì)量[6-7]。

針對目前旋沖式?jīng)_淬聯(lián)合線無法生產(chǎn)大齒條產(chǎn)品的弊端，以及該產(chǎn)品為客戶定制、產(chǎn)量需求無法保證等特點，筆者利用車間生產(chǎn)其他產(chǎn)品的CP-25T型高速沖床設(shè)計改造為大齒條在線自動沖切設(shè)備。當客戶有訂單需求時，可臨時搭建大齒條高速沖切生產(chǎn)線用于生產(chǎn)；無訂單時，可拆除生產(chǎn)線用于其他產(chǎn)品。該設(shè)計從根本上解決了新產(chǎn)品的定制需求，降低了公司采購新設(shè)備費用，具有較好的產(chǎn)品效益與經(jīng)濟效益。

1 大齒條自動沖切生產(chǎn)線工藝過程與設(shè)備功能要求

1.1 工藝過程

大齒條自動沖切生產(chǎn)線的工藝包括放料設(shè)備、牽料設(shè)備(變頻電機驅(qū)動)、檢測架(含同步感應(yīng)裝置)、校直機、沖模部件、牽料機(伺服電機驅(qū)動)、收卷包裝設(shè)備(含墊防護紙機構(gòu))和電控部件等8個工步組成。其中，放料和卷繞包裝是該自動沖切線的首道和末道工序；首道工序來料為高速軋制設(shè)備的半成品坯條；末道工序后的產(chǎn)品為齒條半成品，后續(xù)需要在專門的拋光設(shè)備上對半成品進行拋光處理，以滿足針布齒條表面粗糙度的要求。

1.2 金屬針布齒條工藝參數(shù)

金屬針布齒條主要的工藝參數(shù)包括：工作角、齒距、基部寬、齒頂長、總高和齒深等[6]，筆者將以齒距為20 mm、基部寬為2.5 mm、總高為10 mm的AT10010×20025型針布齒條為目標產(chǎn)品，該產(chǎn)品的具體設(shè)計參數(shù)見圖1。

1.3 生產(chǎn)線設(shè)備功能要求

目前，常規(guī)金屬針布齒條的生產(chǎn)工藝流程已不能滿足大齒條的生產(chǎn)，需重新制定其生產(chǎn)工藝流程，同時要求該生產(chǎn)線應(yīng)具備以下主要功能。

a) 來料坯條為軋制盤狀卷料，生產(chǎn)線應(yīng)具備放料機構(gòu)，能夠適應(yīng)盤料的安裝與拆卸，且放料機構(gòu)應(yīng)具備制動功能。

b) 放料機構(gòu)前需設(shè)有牽料校直機構(gòu)，作為牽引放料機的動力源，同時對盤料中的坯條進行第一道校直，保證進入沖床沖切時坯條的直線度，以及沖切的精度和質(zhì)量。

c) 沖床設(shè)備上需設(shè)置相應(yīng)產(chǎn)品的校直機、沖模部件以及伺服牽料機，校直機為沖切前對坯條進行的第二道校直，沖模部件可實現(xiàn)相應(yīng)產(chǎn)品的沖切成型，伺服牽料機作為沖切的動力源，是通過伺服電機與沖床上的高精度旋轉(zhuǎn)編碼器形成閉環(huán)控制以完成連續(xù)高精度沖切[7]。

d) 經(jīng)過沖切成型的大齒條需要通過設(shè)備進行收卷包裝，該設(shè)備要能夠滿足針布寬度方向均布、徑向疊層排布的功能，且層與層之間需要墊防護紙，即具備自動墊紙功能。

e) 具備成品的稱量功能，并能夠進行達重報警，提示操作人員卸料。

f) 生產(chǎn)線具備電氣控制系統(tǒng)，控制生產(chǎn)線的啟停。

2 生產(chǎn)線方案設(shè)計

根據(jù)上述大齒條自動生產(chǎn)線的工藝步驟、生產(chǎn)要求以及應(yīng)具備的主要功能特征等，該生產(chǎn)線應(yīng)包含放料機(含阻尼機構(gòu))、校直牽料機、沖模設(shè)備(含沖床、沖模部件以及校直)、伺服牽料機和卷繞包裝機(含收卷、包裝及墊紙)等。此外，還需要有電氣控制系統(tǒng)(含與原高速沖床兼容的沖切控制系統(tǒng))和氣動系統(tǒng)。圖2為大齒條高速沖切生產(chǎn)線的整體布局示意。

2.1 放料機

放料機主要用于來料的被動放卷，須具有結(jié)構(gòu)簡單、方便上下料以及放料穩(wěn)定等特點。由固定底座、料架、調(diào)節(jié)阻尼、定徑螺栓、料盤軸以及料盤等組成，見圖3。

其中，固定底座采用可翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，方便料盤的裝卸料；料架和定徑螺栓用于確定收卷時的起始直徑以及卸料時的預(yù)松；調(diào)節(jié)阻尼用于在前端牽引時保證針布保持一定的張緊力以及剎車停止功能，其阻尼大小可以根據(jù)實際情況進行人工調(diào)節(jié)；料盤尺寸規(guī)格為φ600 mm×φ350 mm×130 mm，用于坯條的放卷料。

2.2 校直牽料機

校直牽料機作為放料機構(gòu)的動力源，具備主動牽引與校直的功能，由支架、牽料機、校直機、牽引輥輪、導(dǎo)向輪以及氣缸等組成，結(jié)構(gòu)如圖4。

其中，支架是整個機構(gòu)的支撐；牽料機上帶有主、被動輥輪，依靠氣缸帶動其中1個輥輪壓緊，利用2個輥輪之間的摩擦力帶動坯條向前進給；此處校直機作為第一道校直工序，由交叉布置的2組帶軸承滾輪從水平方向和豎直方向分別對坯條進行直線度校準，以保證坯條的直線度；導(dǎo)向輪由3個長軸輪組成，限制坯條的左右和上下竄動；牽料機構(gòu)采用變頻電機驅(qū)動，前端的檢測架設(shè)置液位繼電器或接近傳感器，以確保坯條在送料過程中能保持一定的余量。

2.3 沖模部分

大齒條的基部寬和總高決定了沖切坯條需要較大的沖裁力，將沖模部分安裝于現(xiàn)有的CP-25T型高速沖床上，可實現(xiàn)大坯條的沖切成型。沖模部件為生產(chǎn)線的核心部分，最終決定齒形沖切的精度和質(zhì)量，由上模座、下模座、限位套、彈簧、調(diào)節(jié)座、凸模、凹模以及凸模固定座等組成，具體結(jié)構(gòu)見圖5。

上、下模座分別用于固定凸、凹模，凹模通過調(diào)節(jié)座調(diào)節(jié)相應(yīng)的齒形精度；限位套與彈簧用于限制上模座的下壓極限位置以及復(fù)位；凸、凹模的形狀尺寸由針布齒條的尺寸和精度確定，見圖6。沖切前第二道校直主要包括水平輪、豎直輪、滑塊、手柄、凸輪和導(dǎo)向輪等，其原理與作用與第一道校直機構(gòu)相同，見圖7。

整條生產(chǎn)線的速度取決于高速沖床的速度，假設(shè)沖床速度為m(次/min)，大齒條齒距為p(mm)，則設(shè)備整體線速度為：v=mp×10-3m/min。

由于大齒條齒距為20 mm，CP25-T型高速沖床的沖切速度不小于180次/min，則整條線速度不小于3.6 m/min。

2.4 伺服牽料機

伺服牽料機是保證金屬針布齒條整體質(zhì)量的又一關(guān)鍵設(shè)備，主要由伺服電機、上下輥輪、氣缸、定位機構(gòu)及磁粉制動器組成，結(jié)構(gòu)示意見圖8。選用倫茨MCS06C41型伺服電機，該電機需要與沖床主機間保持聯(lián)動，將原沖床上的A-ZKT-D100B型編碼器所給出的信號反饋給PLC，對反饋的脈沖信號和齒距等進行比例換算，控制伺服電機的牽料速度，完成伺服牽料；磁粉制動器用于生產(chǎn)線停止后的快速降速，可使牽料機構(gòu)不再進行送料進給；牽料機、定位機構(gòu)與前道工序中的作用原理相同。

2.5 卷繞包裝機

卷繞包裝機主要完成產(chǎn)品的排料、收料及墊紙功能，主要由送紙機構(gòu)、導(dǎo)向機構(gòu)、傳動機構(gòu)、切紙機構(gòu)、張力機構(gòu)、機座、電子秤和導(dǎo)紙機構(gòu)組成，具體結(jié)構(gòu)見圖9。

卷繞包裝機的送紙機構(gòu)采用氣缸下壓，使機構(gòu)上的橡膠滾輪與料盤接觸并帶動墊紙的卷入；傳動機構(gòu)由變頻電機帶動傳動軸旋轉(zhuǎn)，按照一定的速度進行卷料動作；導(dǎo)紙機構(gòu)用于對金屬針布齒條的排料，且隨料盤的卷繞直徑增大而自動抬高；切紙機構(gòu)提供喂紙功能，通過2個輥輪之間壓緊時的摩擦力傳輸，具備定長切斷功能；電子秤可實現(xiàn)在線稱量和達重提醒等功能。

2.6 其他部件

其他部件包括電控支架、高低壓氣路及控制線路等，其中電控支架設(shè)置于收卷包裝工序之前，方便操作人員在達重后進行停機操作。氣路所涉及到的電磁閥、調(diào)壓閥以及控制盒均可安裝在支架上，具體結(jié)構(gòu)見圖10。

3 結(jié)語

3.1筆者設(shè)計的大齒條高速沖切生產(chǎn)線利用了現(xiàn)有的CP-25T型高速沖床，提高設(shè)備利用率，針對客戶臨時訂單，可隨時組裝成線進行生產(chǎn)；臨時訂單完成后，可將生產(chǎn)線拆除，生產(chǎn)其他產(chǎn)品，不影響設(shè)備的使用，具有很好的機動性。

3.2該高速沖切生產(chǎn)線應(yīng)用了高精度伺服牽料機構(gòu)，與CP-25T型高速沖床上的編碼器形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，充分保證了產(chǎn)品的尺寸精度和質(zhì)量。

3.3該高速沖切生產(chǎn)線具備制動型被動放料、牽料校直、高速沖床沖齒成型、收繞包裝以及在線稱量等功能，基本實現(xiàn)了大齒條自動化生產(chǎn)。

3.4相比于常規(guī)金屬針布齒條生產(chǎn)時所使用的旋沖機構(gòu)，高速沖床整體沖切線速度相對較慢，僅為3.6 m/min，但因其沖切力大，設(shè)備整體剛性好，特別適合沖切尺寸較大、基部較寬的大齒條，具有針對客戶進行專業(yè)性定制上的應(yīng)用優(yōu)勢。