自動雙刀多功能劃線機(jī)切割機(jī)構(gòu)的設(shè)計

王春暖

（包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控技術(shù)系，內(nèi)蒙古 包頭014030）

0 概述

雙刀多功能切割機(jī)屬于LCD行業(yè)玻璃切割工序的關(guān)鍵設(shè)備，應(yīng)用于LCD行業(yè)對玻璃盒的劃線分割。也可推廣應(yīng)用于電容屏行業(yè)的玻璃劃線分割工序。傳統(tǒng)的手動雙刀多功能劃線機(jī)工作臺可實現(xiàn)縱向運動，橫向位移，刀輪間距調(diào)整在本機(jī)上通過攝像頭和玻璃上印刷標(biāo)記點確定。因為需要停機(jī)換料和人工上料，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量都難以得到保障。

而自動雙刀多功能劃線機(jī)采用工控機(jī)控制劃線刀輪的升降、工作臺縱向位移、刀輪間距自動調(diào)整及真空吸放等。刀架、刀頭及工作臺的移動均由工控機(jī)控制安川伺服電機(jī)實現(xiàn)；設(shè)備采用手工上料，定位銷粗定位，精確對位通過全自動光學(xué)對位系統(tǒng)（由刀頭X、工作臺Y、θ調(diào)整控制）實現(xiàn)，可進(jìn)行準(zhǔn)確劃線，并可完成任意間距的多刀劃線。雙刀多功能劃線機(jī)采用工控機(jī)控制劃線刀輪的升降、兩個刀頭的橫向運動、工作臺縱向運動、真空吸放等。刀頭及工作臺的移動均由工控機(jī)控制伺服電機(jī)實現(xiàn)。工作臺由旋轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動完成0度、90度旋轉(zhuǎn)。對位通過手工上料，采用CCD系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并輔以真空吸附，進(jìn)行準(zhǔn)確劃線。

1 總體結(jié)構(gòu)介紹及切割機(jī)構(gòu)設(shè)計

1.1 總體結(jié)構(gòu)介紹

雙刀多功能劃線機(jī)設(shè)備總體分機(jī)械、電器和氣路三大部分。依據(jù)設(shè)備工藝要求，由工控機(jī)控制依次完成零點檢測、玻璃吸附、玻璃自動對位、刀頭加壓、排刀、劃線、吹氣等工藝。結(jié)構(gòu)簡圖1如下：

圖1 結(jié)構(gòu)簡圖

設(shè)備機(jī)械主體主要由機(jī)架裝配、工作臺部件、刀梁組件、光學(xué)對位系統(tǒng)、后外罩組件、電控柜部件、氣路控制部件等組成；電器部分由軟、硬件組成；氣路部分由減壓閥、方向控制閥、輔助元件等組成。

1.2 切割及結(jié)構(gòu)設(shè)計

切割機(jī)構(gòu)主要包括真空吸附工作臺部件和刀架運動系統(tǒng)兩部分。

1.2.1 切割運動的工作原理

以LM導(dǎo)軌為導(dǎo)向，采用伺服電機(jī)驅(qū)動絲杠自動完成兩個刀頭的橫向位移；工作臺縱向運動采用伺服電機(jī)做動力、絲杠副與LM導(dǎo)軌組合方式；工作臺上氣路單獨控制，可實現(xiàn)自動及手動吸氣、吹氣；刀頭的升降由伺服電機(jī)作動力，通過扭矩變化自動檢測零點以控制入刀深度。對位通過手工上料，采用CCD系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并輔以真空吸附。

圖2 工作臺部件

圖3 刀架運動系統(tǒng)

1.左支座；2.橫梁；3.左刀絲桿組件；4.左刀體；5.導(dǎo)軌；6.右刀體；7.右刀絲桿組件；8.右支座

1.2.2 真空吸附工作臺部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

該部件作為設(shè)備劃線運動的執(zhí)行部件。工作臺面上開真空吸附孔，工作時，玻璃置于其上通過定位銷粗定位，啟動真空吸附開關(guān)，使玻璃牢固吸附于臺面，然后，利用光學(xué)對位系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)工作臺作X、Y、θ三向運動進(jìn)行精確對位。工作臺可按程序自動縱向運動，實現(xiàn)劃線。

工作臺縱向運動由滾珠絲杠輔以直線導(dǎo)軌導(dǎo)向機(jī)構(gòu)實現(xiàn)。采用伺服電機(jī)作動力，通過聯(lián)軸器帶絲杠旋轉(zhuǎn)，使安裝于絲杠螺母上的工作臺組件沿直線導(dǎo)軌縱向運動。工作臺旋轉(zhuǎn)使用直驅(qū)電機(jī)驅(qū)動，實現(xiàn)角度的微量調(diào)整及90°旋轉(zhuǎn)。如下圖2所示，工作臺部件由基座1、旋轉(zhuǎn)電機(jī)2、工作臺下板3、工作臺上板4、直線導(dǎo)軌5、電機(jī)絲杠組件6等組成。

工作臺面板上開真空小孔，工作時，玻璃置于其上通過手動定位后，啟動真空吸附開關(guān)，使玻璃牢固的吸附于臺面上。工作臺板上真空可分區(qū)控制，依據(jù)所劃玻璃規(guī)格尺寸選擇真空區(qū)域，劃線完畢后，自動吹氣，可方便拾取基板。

1.2.3 刀架運動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖3和圖4所示，此系統(tǒng)由X向運動組件及2個刀頭組件組成。

（1）X向運動組件：由兩個刀組成，每個頭自身都是以LM導(dǎo)軌為導(dǎo)向，采用伺服電機(jī)驅(qū)動絲杠自動完成刀頭的橫向位移，兩個刀互不影響。

（2）刀頭組件：該組件由電機(jī)、凸輪、刀輪組、導(dǎo)軌、吹氣頭等組成

圖4 刀頭組件示意圖

工作時，電機(jī)通過帶動凸輪驅(qū)動刀頭組件沿凸輪曲線變化實現(xiàn)刀頭升降，通過扭矩變化自動檢測零點以及控制入刀深度；吹氣頭處接氣管，當(dāng)玻璃劃線時，可跟蹤吹氣，將玻璃屑吹至廢料盒內(nèi)。

2 經(jīng)濟(jì)性分析

在雙刀劃線機(jī)切割劃線部件的生產(chǎn)中，臺板的價格很高，而增加了自動切割功能的雙刀多功能劃線機(jī)，操作簡便，穩(wěn)定性好，不僅提高了原材料的使用率，減少了不合格產(chǎn)品的產(chǎn)出率，而且簡化了操作流程，使本工段生產(chǎn)成本至少下降60%，生產(chǎn)效率大幅提高。

3 結(jié)論

機(jī)械結(jié)構(gòu)的實用性、經(jīng)濟(jì)性決定了該設(shè)備能否被廣泛使用，而切割機(jī)構(gòu)的設(shè)計使得雙刀多功能劃線機(jī)具有如下特點：

1）可進(jìn)行直線/異形玻璃的劃線。刀深與刀壓分別控制，當(dāng)劃直線時進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，每條線的刀壓刀深可分別進(jìn)行輸入。當(dāng)劃異形圖形時，采用CAD圖紙導(dǎo)入方式，每個圖形的刀壓刀深可分別進(jìn)行輸入。

2）臺板真空區(qū)域可按生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行定制，氣孔分區(qū)可按照客戶需求定制，滿足不同規(guī)格玻璃的劃線分割要求；

3）刀深與刀壓通過伺服電機(jī)的扭矩控制實現(xiàn)，可滿足單層0.3mm-0.7mm粘合玻璃劃線分割的需求。

這種自動雙刀多功能劃線機(jī)目前已投入使用，客戶反應(yīng)良好，在LCD生產(chǎn)過程中，很多加工過程都需要價格不低的輔料、易耗品。如何通過優(yōu)化設(shè)計來提高輔料使用率，避免輔料和易耗品的浪費，是很多LCD設(shè)備生產(chǎn)商應(yīng)該積極考慮的。

［1］SMC.氣動元件樣本[M].4版.

［2］呂沫.液晶玻璃切割工藝探討[J].中國科技縱橫，2013.