曹炳鑫 石玉寶 熊亭超

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2011-5640-7580

摘? 要：針對玻璃磨邊過程中，存在人力成本投入大、設(shè)備維護(hù)難度高、營運(yùn)成本大、整機(jī)自動(dòng)化程度低等問題，設(shè)計(jì)了一套全自動(dòng)模塊化玻璃加工流水線。該流水線主要由上片玻璃架、上片機(jī)、磨邊機(jī)、傳輸機(jī)、下片機(jī)、下片玻璃架、PLC控制終端組成，組成該款流水線的設(shè)備均采用模塊化設(shè)計(jì)，用戶可根據(jù)自身需求選取所需加工模塊，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制。該款流水線實(shí)現(xiàn)了玻璃的自動(dòng)上下料、自動(dòng)傳輸、多邊同時(shí)磨邊，磨邊速度達(dá)5～10片，磨邊厚度3～15mm，玻璃外形尺寸650×400mm～2500×2000mm，促進(jìn)玻璃深加工行業(yè)的自動(dòng)化進(jìn)程，提升玻璃加工的效率，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的個(gè)性化定制。

關(guān)鍵詞：玻璃? 全自動(dòng)化? 模塊化? 磨邊

中圖分類號：TP278? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）01（c）-0063-04

Design and Research of Automatic Modular Glass Processing Line

CAO Bingxin*? SHI Yubao? XIONG Tingchao

（Jiujiang Vocational and Technical College， Jiujiang， Jiangxi Province， 332005 China）

Abstract： Aiming at the problems of high labor cost， high difficulty in equipment maintenance， high operating cost and low degree of automation in the glass edging process， a set of fully automatic modular glass processing line was designed. The assembly line is mainly composed of the upper glass shelf， loading machine， edging machine， conveyor， unloading machine， lower glass shelf， and PLC control terminal. The equipment that composes the assembly line adopts modular design， and users can choose according to their needs The required processing modules can be customized. This assembly line realizes the automatic loading and unloading， automatic transmission， and simultaneous edging of multiple sides of the glass. The edging speed is 5-10 pieces per minute， the edging thickness is 3-15mm， and the glass size is 650×400 mm-2500×2000 mm. Promote the automation process of the glass deep processing industry， improve the efficiency of glass processing， and realize the personalized customization of equipment.

Key Words： Glass; Fully automated; Modular; Edging

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，玻璃制品憑借著其高通透、硬度高、表面光滑易清洗等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在航空、航天、船舶、民用等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[1]。從玻璃毛坯到玻璃成品的過程中，常需要將玻璃剪裁為各種尺寸形狀，隨后進(jìn)行玻璃磨邊、鍍膜等深加工[2]，其中玻璃磨邊是玻璃深加工中一個(gè)重要的工序，將裁剪尺寸好的玻璃進(jìn)行周邊倒角磨邊，防止鋒利的邊角劃傷人體及影響美觀性[2]?，F(xiàn)有的磨邊設(shè)備多采用人工將裁剪好的玻璃從玻璃架上搬運(yùn)至玻璃磨邊機(jī)，玻璃周邊磨削完成[3]，再人工搬運(yùn)至玻璃架。由于玻璃屬于硬脆性材料，搬運(yùn)過程中易破損、易劃傷，費(fèi)時(shí)費(fèi)力導(dǎo)致加工周期長，人工投入大自動(dòng)化程度低;而且現(xiàn)有的玻璃磨邊設(shè)備多采用整體設(shè)計(jì)法[4]，設(shè)備維護(hù)成本高、無法根據(jù)用戶的場地空間和需求實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制。因此，現(xiàn)有的玻璃磨削設(shè)備難從滿足各行業(yè)對玻璃日益增長的需求，極大程度上影響玻璃深加工業(yè)的智能化、信息化發(fā)展。

1? 整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 提出設(shè)計(jì)思路

針對現(xiàn)有的玻璃磨削加工設(shè)備存在人力成本投入大、設(shè)備維護(hù)難度高、營運(yùn)成本大、整機(jī)自動(dòng)化程度低等問題。設(shè)計(jì)一套全自動(dòng)模塊化玻璃加工流水線，主要由上片玻璃架、上片機(jī)、磨邊機(jī)、傳輸機(jī)、下片機(jī)、下片玻璃架、PLC控制終端[5]組成，實(shí)現(xiàn)了玻璃的自動(dòng)上下料、自動(dòng)傳輸、多邊同時(shí)磨邊，促進(jìn)玻璃深加工行業(yè)的自動(dòng)化進(jìn)程，提升玻璃加工的效率，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的個(gè)性化定制[6]。

設(shè)計(jì)了無源多規(guī)格的上下片玻璃架代替?zhèn)鹘y(tǒng)玻璃架，可放置不同大小尺寸玻璃，滿足玻璃生產(chǎn)時(shí)的需求，增加玻璃架的適用性。

設(shè)計(jì)了氣動(dòng)式上下片機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)手動(dòng)吸盤，采用兩組氣動(dòng)吸盤，外吸盤組通過氣壓判別玻璃的大小，控制內(nèi)吸盤組的工作，從而實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格尺寸玻璃的抓取，同時(shí)設(shè)置了雙向傳送裝置，實(shí)現(xiàn)玻璃上下片的智能化控制，提高設(shè)備的自動(dòng)化程度。

采用模塊化設(shè)計(jì)方法，將各加工設(shè)備設(shè)計(jì)成模塊化單元，用戶根據(jù)廠房加工場地大小，自由布置各個(gè)模塊的加工設(shè)備，節(jié)約磨削場地，實(shí)現(xiàn)模塊化放置。采用PLC控制終端實(shí)現(xiàn)整條流水線的運(yùn)動(dòng)控制，提高了整機(jī)的電氣化、自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)。

1.2 整機(jī)方案設(shè)計(jì)

基于傳統(tǒng)玻璃磨削加工設(shè)備存在的問題，依據(jù)本機(jī)的設(shè)計(jì)思路，研制一款如圖1所示的全自動(dòng)模塊化玻璃加工流水線，其主要由上片玻璃架、上片機(jī)、磨邊機(jī)、傳輸機(jī)、下片機(jī)、下片玻璃架、PLC控制終端構(gòu)成。

本流水線主要實(shí)現(xiàn)玻璃磨削過程中的自動(dòng)上下片，自動(dòng)傳輸、自動(dòng)磨邊功能。上片玻璃架布置在流水線的上片區(qū)域和下片區(qū)域，用于玻璃的疊放，采用自鎖機(jī)構(gòu)有效地解決了玻璃間的負(fù)壓力造成的單次抓取多塊玻璃的問題，保證了玻璃抓取的成品率。在上片玻璃架處設(shè)置有上片機(jī)，用于玻璃的抓取上片，上片機(jī)設(shè)有多方向調(diào)整機(jī)構(gòu)，可根據(jù)玻璃架上玻璃的位置自我調(diào)整姿態(tài)，同時(shí)，設(shè)有內(nèi)外兩組氣動(dòng)吸盤，可實(shí)現(xiàn)不同尺寸玻璃的抓取。磨邊機(jī)布置于上片機(jī)的出片口，磨邊機(jī)可采用單片磨邊機(jī)、雙邊磨邊機(jī)、四邊磨邊，可根據(jù)用戶需求定制，完成玻璃的多邊磨削。磨邊機(jī)出料口設(shè)有結(jié)構(gòu)和上片機(jī)相同的下片機(jī)，用于將磨削完成的玻璃抓取下料放置于下片玻璃架。

1.2.1 上片玻璃架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

玻璃架主要用于玻璃的疊放和存放，為后續(xù)的加工提供玻璃毛坯，現(xiàn)有的玻璃架僅用于玻璃的疊放，在氣動(dòng)吸盤抓取過程中容易發(fā)生玻璃間的負(fù)壓造成單次抓取多塊玻璃的現(xiàn)象，致使玻璃在抓取過程中跌落破損。為此，研制了一款如圖2所示的上片玻璃架，主要由基座、L型架、鉸鏈、L型架、自鎖機(jī)構(gòu)、緩沖墊構(gòu)成?；芍_和平臺構(gòu)成，平臺上裝有兩個(gè)L型架，L型架上段部位通過鉸鏈連接，下角安裝在基座平臺面上，L型架底面處安裝有多個(gè)自鎖機(jī)構(gòu)，自鎖機(jī)構(gòu)由柔性壓盤、壓縮彈簧、手柄、固定桿構(gòu)成，柔性壓盤與壓縮彈簧相配合給玻璃底部施加一壓緊力，當(dāng)玻璃被抓取時(shí)，壓緊后面一塊玻璃，克服了玻璃間的負(fù)壓力，保證了玻璃抓取過程中的成品率。

1.2.2 上片機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)有的玻璃深加工設(shè)備，采用玻璃氣動(dòng)吸盤抓取玻璃再人工搬運(yùn)至玻璃磨削設(shè)備，加工周期長、人工成本高，嚴(yán)重影響玻璃的加工效率。對此，研制了一款如圖3所示的可同時(shí)實(shí)現(xiàn)玻璃抓取和傳輸?shù)纳掀瑱C(jī)，該款玻璃上片機(jī)主要由氣動(dòng)抓取臂、機(jī)架、玻璃中轉(zhuǎn)帶、控制柜組成[7]。其中，機(jī)架采用多根Q235方鋼拼焊，用于其他部件的支撐作用，氣動(dòng)抓取臂采用內(nèi)外兩組氣動(dòng)吸盤[8]，外吸盤進(jìn)氣口處安裝有氣壓傳感器，氣壓傳感器通過判別氣壓值，從而識別玻璃的尺寸，進(jìn)而控制內(nèi)外氣動(dòng)吸盤的通斷，實(shí)現(xiàn)不同尺寸玻璃的抓取;玻璃中轉(zhuǎn)帶由XY雙向傳動(dòng)帶或單向傳動(dòng)帶組成，傳動(dòng)帶通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)玻璃任一位置的傳輸，用戶可根據(jù)加工場地，個(gè)性化地選擇傳動(dòng)帶的數(shù)量，減少設(shè)備的成本投入。

2? 整機(jī)工作流程

用戶根據(jù)加工條件選擇需要的模塊，整機(jī)裝配完成，根據(jù)玻璃架的位置設(shè)定相關(guān)參數(shù)，上片機(jī)調(diào)整姿態(tài)，氣動(dòng)抓取臂翻轉(zhuǎn)一定角度，靠近上片玻璃架，外吸盤組進(jìn)氣口設(shè)有壓力傳感器用于檢測出氣口處的壓力，判斷出氣口有沒有被玻璃阻擋，進(jìn)而識別玻璃大小，調(diào)整內(nèi)外吸盤的通斷，實(shí)現(xiàn)不同尺寸玻璃的抓取，代替人工抓取，隨后通過上片機(jī)送至磨邊機(jī)，磨邊機(jī)對玻璃進(jìn)行倒角磨邊，磨削完成通過下片機(jī)傳送至下片玻璃架。具體的工程流程如圖4所示。

3? 優(yōu)勢及創(chuàng)新點(diǎn)

與傳統(tǒng)的玻璃磨削加工設(shè)備相比，本全自動(dòng)模塊化玻璃加工流水線具有以下優(yōu)勢和創(chuàng)新點(diǎn)。

成品率高：采用無源式多規(guī)格上下片玻璃架，解決了現(xiàn)有玻璃架只能用于幾種規(guī)格的玻璃和抓取過程中發(fā)生單次抓取多片玻璃的問題，解決玻璃破損和保證后續(xù)玻璃的磨削加工，提高了玻璃架的適用性。

一機(jī)多用：通過翻轉(zhuǎn)臂上安裝內(nèi)外兩組氣動(dòng)吸盤，外吸盤組上布置氣壓傳感器，用于檢測氣壓的變化，識別玻璃大小，控制內(nèi)外吸盤的運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)不同大小玻璃的自動(dòng)送料，提升了設(shè)備的利用率。

智能化程度高：整條流水線采用PLC控制終端控制設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)上片、磨削、下片的全自動(dòng)化操作，無需人工上下片，極大程度上降低了人工成本及設(shè)備的自動(dòng)化。

模塊化、個(gè)性化：采用模塊化設(shè)計(jì)各個(gè)部件，功能獨(dú)立，用戶可根據(jù)自己的加工需求個(gè)性化的選擇所需模塊，降低維護(hù)成本及提升設(shè)備的利用率。

4? 結(jié)語

本文針對現(xiàn)有的玻璃磨削設(shè)備存在人力成本投入大、設(shè)備維護(hù)難度高、營運(yùn)成本大、整機(jī)自動(dòng)化程度低等問題，研制了一套全自動(dòng)模塊化玻璃加工流水線， 實(shí)現(xiàn)了玻璃的自動(dòng)上下料、自動(dòng)傳輸、多邊同時(shí)磨邊，磨邊速度達(dá)5～10片/min，磨邊厚度3～15mm，玻璃外形尺寸650×400mm～2500×2000mm，促進(jìn)玻璃深加工行業(yè)的自動(dòng)化進(jìn)程，提升玻璃加工的效率，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的個(gè)性化定制。

參考文獻(xiàn)

[1] 盧子飛.基于PLC的玻璃磨邊自動(dòng)化上料系統(tǒng)[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2017（6）：67-68.

[2] 樂建波.數(shù)控玻璃磨邊機(jī)動(dòng)力學(xué)分析[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2015（2）：27-29.

[3] 耿宗超.石英玻璃超精密磨削加工表面完整性研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2018.

[4] 黃迎輝.基于PLC的玻璃直線四邊磨邊機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題分析[J].蚌埠學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（4）：1-5.

[5] 崔瀟彬. PLC技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化控制中的應(yīng)用探究[J].科技資訊，2020（24）：81-83.

[6] 蔡廣飛.基于PLC的全數(shù)字交流伺服位置控制[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2019（12）：11-12.

[7] Kun Ren.Sharp corner transitional trajectory planning based on arc splines in glass edge grinding[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2017，93：4089-4098.

[8] 樂建波.數(shù)控玻璃磨邊機(jī)動(dòng)力學(xué)分析[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2015（2）：27-29.