龍門式圓鋸片打標(biāo)機(jī)的設(shè)計(jì)

潘天浩， 李仁德， 張明松， 何煌， 胡歡

（1.三峽大學(xué)，湖北 宜昌443002；2.黑旋風(fēng)鋸業(yè)股份有限公司，湖北 宜昌443003）

1 研究背景

在生產(chǎn)及售后服務(wù)過程中，為了便于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行區(qū)分和管理，需要在產(chǎn)品上或產(chǎn)品包裝上標(biāo)記產(chǎn)品的信息，如：產(chǎn)品的型號(hào)、規(guī)格、生產(chǎn)批次、材質(zhì)、等級(jí)、生產(chǎn)廠商、價(jià)格等，該標(biāo)記即產(chǎn)品的編碼。常見的編碼形式有：數(shù)字代碼、字母代碼、字母-數(shù)字代碼、條形碼、二維碼共5 種，其中，最常用的是數(shù)字代碼和條形碼。根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)，其生成編碼標(biāo)記的方式各有不同，常見的是氣動(dòng)打標(biāo)、激光打標(biāo)和電腐蝕打標(biāo)三大類。氣動(dòng)打標(biāo)是在電腦的控制下，壓縮空氣驅(qū)動(dòng)打印針做高頻沖擊運(yùn)動(dòng)，從而在工件上打印出有一定深度的標(biāo)記；激光打標(biāo)機(jī)是用激光束在各種不同的物質(zhì)表面燒蝕出永久的標(biāo)記；電腐蝕打標(biāo)是利用“低電壓在打標(biāo)液的作用下使金屬表面局部離子化”的工藝方法。

用于石材加工的圓鋸片的標(biāo)示常采用數(shù)字標(biāo)示，由于在切割石材的過程中鋸片的端面有一定的磨損和銹蝕，因此一般的激光打標(biāo)、噴墨打標(biāo)、高頻微沖打標(biāo)等標(biāo)記較小和較淺的方法都不能長(zhǎng)久保持，給售后服務(wù)工作帶來一定的影響；而電腐蝕打標(biāo)方法的效率較低。圓鋸片的數(shù)字標(biāo)示可采用“麻將孔”的標(biāo)示方法（見圖1），即采用鉆削的方法，在鋸片中心孔附近沿圓弧打孔，其數(shù)字采用麻將里“筒（或餅）”的表示方法。每個(gè)小孔的直徑3mm、深度1.5mm 左右。該標(biāo)記有一定的深度，可長(zhǎng)期保持而不湮沒。生產(chǎn)實(shí)際中，可采用專用可換數(shù)字模塊的鉆模，結(jié)合搖臂鉆床鉆削而成。但該工藝存在以下問題：由于采用人工編號(hào)和操作，在批量生產(chǎn)中容易產(chǎn)生漏號(hào)或重號(hào)現(xiàn)象；麻將孔深度不一，外形有一定缺陷；須不斷更換鉆模，加工效率較低；人工進(jìn)行鋸片的上下料，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，特別是大鋸片（或超大鋸片）打標(biāo)時(shí)，鋸片的上下料及定位較為費(fèi)勁和麻煩。

基于以上生產(chǎn)需求，需要設(shè)計(jì)一種具有較高自動(dòng)程度的數(shù)字式圓鋸片打標(biāo)機(jī)。

圖1 麻將孔標(biāo)識(shí)式樣

2 數(shù)字式圓鋸片打標(biāo)機(jī)技術(shù)指標(biāo)

生產(chǎn)模式：全自動(dòng)（自動(dòng)上、下料，加工完畢自動(dòng)停機(jī)）；

鋸片規(guī)格：φ700～φ2200mm，厚度5～10mm；

中心孔直徑：50～150mm；

生產(chǎn)節(jié)拍：≤90s/件（直徑2200mm）。

3 總體方案設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)需解決的主要內(nèi)容包括：整套裝置的布局；工位間的搬運(yùn)方式；系統(tǒng)如何識(shí)別不同規(guī)格的圓鋸片，部分工作參數(shù)應(yīng)根據(jù)不同規(guī)格的圓鋸片自動(dòng)調(diào)整；無現(xiàn)成的數(shù)控打標(biāo)裝置可以選用，需設(shè)計(jì)數(shù)控打標(biāo)裝置；具備信息查詢的管理系統(tǒng)等。

為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)加工模式，整套裝置須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料、加工中誤操作的防范。打標(biāo)是整個(gè)圓鋸片生產(chǎn)工藝流程中的一個(gè)環(huán)節(jié)（工序），由于打標(biāo)是獨(dú)立的工藝環(huán)節(jié)，而非全生產(chǎn)線作業(yè)（流水作業(yè)），因此需將圓鋸片毛坯整摞碼放，并用芯軸定位，以保證加工的“麻將孔”分布在以圓鋸片中心孔為圓心的圓弧上。通過分析，將整套裝置設(shè)計(jì)成3 工位模式是比較合適的。在3 工位模式中，常見的是L 型排列模式和直列排列模式。L 型排列模式可設(shè)置一個(gè)往復(fù)回轉(zhuǎn)90°的回轉(zhuǎn)臂架，臂架上設(shè)置兩套呈90°分布的搬運(yùn)機(jī)構(gòu)，分別實(shí)現(xiàn)圓鋸片的上料和卸料，以提高作業(yè)效率。由于L 型排列模式的臂架采用回轉(zhuǎn)方式，在搬運(yùn)直徑較大的圓鋸片時(shí)，其占地面積過大，因此L 型排列模式布局只適應(yīng)于較小直徑的圓鋸片。而直列排列模式比較適合一般車間的一跨兩行工位，中間是走道的布局，因此，最終方案采用了直列排列方式，即龍門式結(jié)構(gòu)。

控制系統(tǒng)采用人工輸入的方式識(shí)別圓鋸片的規(guī)格，其輸入內(nèi)容包括：圓鋸片直徑，厚度和材質(zhì)。為提高作業(yè)效率，裝置需采用兩套上下料機(jī)構(gòu)，即在將未加工的圓鋸片搬運(yùn)至加工工位的同時(shí)，另一套搬運(yùn)機(jī)構(gòu)將已加工完畢的圓鋸片搬離加工工位。該方案增加了整套裝置的成本，但大大提高了工作效率，從綜合效能看，其意義是非常大的。

圖2 全自動(dòng)數(shù)控打標(biāo)機(jī)

4 工作原理

龍門式圓鋸片打標(biāo)機(jī)由待料臺(tái)、主工作臺(tái)、卸料臺(tái)、龍門、主副吊架、數(shù)控打標(biāo)裝置、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等部件及電氣控制系統(tǒng)組成。其中，待料臺(tái)是圓鋸片預(yù)存工位，圓鋸片的碼放由待料臺(tái)上的芯軸定位。主工作臺(tái)是圓鋸片打孔的工位。卸料臺(tái)是已加工完畢的圓鋸片存放的工位（見圖2）。龍門安裝在待料臺(tái)、主工作臺(tái)和卸料臺(tái)兩側(cè)的滾動(dòng)導(dǎo)軌上，并由左右兩組鏈條驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)龍門的往復(fù)移動(dòng)。龍門上布置有主副兩套吊架和數(shù)控打標(biāo)裝置，主副吊架上各安裝有三組電磁鐵，系統(tǒng)可根據(jù)被吸圓鋸片的質(zhì)量和厚度，適時(shí)選擇通電電磁鐵的組數(shù)。主吊架實(shí)現(xiàn)將圓鋸片從待料臺(tái)搬運(yùn)至主工作臺(tái)，同時(shí)，副吊架將已加工完畢的圓鋸片搬運(yùn)至卸料臺(tái)。由于待加工圓鋸片在待料臺(tái)由芯軸準(zhǔn)確定位，主吊架吸起后轉(zhuǎn)運(yùn)至主工作臺(tái)后直接壓緊加工，因此可保證加工標(biāo)記位置的準(zhǔn)確性。數(shù)控打孔裝置是一套專門設(shè)計(jì)的小型三軸數(shù)控銑削裝置，摒棄了鉆孔方式，采用了更為高效更長(zhǎng)壽命的銑削方式，有利于自動(dòng)機(jī)床的高效工作。其中，銑刀采用了鍵槽銑刀，加工的孔的底部是平直的。

整套裝置的工作過程如下：龍門左移至待料臺(tái)，左行程開關(guān)控制龍門的位置。主吊架下降，當(dāng)電磁鐵接觸并壓緊圓鋸片時(shí)，金屬開關(guān)發(fā)出信號(hào)，系統(tǒng)給電磁鐵加電并提升至最高位置。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過兩組鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的牽引下，龍門水平移動(dòng)至主工作臺(tái)，觸發(fā)右行程開關(guān)，停止。主吊架下降，當(dāng)圓鋸片接觸主工作臺(tái)并被壓緊后，電磁鐵斷電。數(shù)控打孔裝置開始工作。打孔完畢，主吊架提升，龍門左移，主吊架到達(dá)待料臺(tái)位置時(shí)，開始吸起并提升下一張圓鋸片，而副吊架正好處于主工作臺(tái)，吸起并提升已加工完畢的圓鋸片，在龍門的下一次左移過程中將圓鋸片搬運(yùn)至卸料臺(tái)。當(dāng)布置在待料臺(tái)上的光電開關(guān)未檢測(cè)到鋸片時(shí)，即圓鋸片已加工完畢，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)。

5 電氣控制及加工信息查詢功能

龍門式圓鋸片打標(biāo)機(jī)的電氣控制系統(tǒng)由可編程序控制器PLC 以及觸摸屏主要組成。系統(tǒng)設(shè)定了各功能部件的手動(dòng)控制和全過程自動(dòng)運(yùn)行功能。在生產(chǎn)調(diào)度中，一個(gè)工藝號(hào)的圓鋸片（一個(gè)工藝號(hào)的圓鋸片的規(guī)格是相同的）會(huì)根據(jù)其批量大小安排在一個(gè)批次或多個(gè)批次里加工，即在某一時(shí)段內(nèi)，會(huì)有不同工藝號(hào)的圓鋸片同時(shí)加工。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了在制圓鋸片信息的查詢功能，在觸摸屏里，生產(chǎn)調(diào)度人員可通過授權(quán)，設(shè)置工藝號(hào)，查詢?cè)谥茍A鋸片加工進(jìn)程的信息，并下載信息。操作工人只能根據(jù)生產(chǎn)調(diào)度人員設(shè)置的工藝號(hào)進(jìn)行加工。因此，其加工的圓鋸片的“麻將孔”編號(hào)只能由調(diào)度人員確定，避免了重號(hào)和漏號(hào)的問題。在整個(gè)圓鋸片的生產(chǎn)工藝流程中，完全可以根據(jù)“麻將孔”編號(hào)進(jìn)行過程管理。“麻將孔”成為圓鋸片唯一專用的身份信息。

6 結(jié) 語

龍門式圓鋸片打標(biāo)機(jī)采用三工位龍門式布置，結(jié)合主副吊架同步工作，實(shí)現(xiàn)了圓鋸片高效周轉(zhuǎn)。專門設(shè)計(jì)的三軸銑削裝置代替鉆削加工，實(shí)現(xiàn)了刀具長(zhǎng)壽命高效的加工。電氣控制系統(tǒng)除了完成各功能部件的程序動(dòng)作，還具備在制產(chǎn)品的信息查詢和權(quán)限管理的功能，為下一步信息聯(lián)網(wǎng)管理打下了基礎(chǔ)。經(jīng)生產(chǎn)運(yùn)行，龍門式圓鋸片打標(biāo)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了最初設(shè)定的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

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（編輯 明 濤）