智能套筒開(kāi)槽機(jī)技術(shù)及開(kāi)槽方法的應(yīng)用

宋俊武

（潮州三環(huán)（集團(tuán)）股份有限公司，廣東 潮州 521000）

目前，常規(guī)的套簡(jiǎn)開(kāi)槽一般采用固臘加工的方式，即先在1 塊專(zhuān)用的槽板上布好套筒，再把融化的臘澆在套簡(jiǎn)上，把套筒與槽板固定好后，將整板搬到切割機(jī)上進(jìn)行切割開(kāi)槽，開(kāi)槽后再把臘融化，取下套筒洗干凈，依次循環(huán)操作。這種方式需要人工操作，人工操作布料效率慢，勞動(dòng)強(qiáng)度大，無(wú)法滿足大規(guī)模的生產(chǎn)需求，同時(shí)使用臘固定也增加了生產(chǎn)工序及成本。因此，需要研究一種可用于套筒自動(dòng)開(kāi)槽的機(jī)械。

1 智能套筒開(kāi)槽機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)

1.1 智能套筒開(kāi)槽機(jī)整體設(shè)計(jì)

智能套筒開(kāi)槽機(jī)，如圖1 所示。該機(jī)器包括切割機(jī)床主體、切割支撐架體、送料機(jī)構(gòu)、輸送帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、輸送帶、進(jìn)料布料機(jī)構(gòu)和套筒固定機(jī)構(gòu)，切割機(jī)床主體包括床身、設(shè)置在床身Z軸方向上的砂輪支架和設(shè)置在床身X軸方向上的工作臺(tái)。砂輪支架上至少設(shè)置1 個(gè)砂輪以及驅(qū)動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)的砂輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；送料機(jī)構(gòu)與工作臺(tái)連接；輸送帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、輸送帶、進(jìn)料布料機(jī)構(gòu)、套簡(jiǎn)固定機(jī)構(gòu)均與切割支撐架體連接，切割支撐架體與工作臺(tái)連接；輸送帶與工作臺(tái)平行，輸送帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與輸送帶連接，送料機(jī)構(gòu)連接于輸送帶的起始端；送料機(jī)構(gòu)、進(jìn)料布料機(jī)構(gòu)和套筒固定機(jī)構(gòu)依次沿著輸送帶的輸送方向設(shè)置；套筒固定機(jī)構(gòu)設(shè)于所述砂輪的下方以及輸送帶的上方[1]。

圖1 套筒開(kāi)槽機(jī)設(shè)計(jì)圖

1.2 智能套筒開(kāi)槽機(jī)各部分機(jī)構(gòu)

1.2.1 套筒固定機(jī)構(gòu)

1.2.2 壓料升降機(jī)構(gòu)

壓料升降機(jī)構(gòu)包括壓料氣缸、浮動(dòng)接頭、升降支撐架以及至少2 組對(duì)稱(chēng)設(shè)置于輸送帶中心線兩側(cè)的升降導(dǎo)向組件。壓料氣缸連接在切割支撐架體上；壓料氣缸的活塞桿、浮動(dòng)接頭、升降支撐架由下而上依次連接；升降支撐架設(shè)于輸送帶的下方，并由輸送帶的外側(cè)向上延伸至壓料板處與壓料板連接；每組升降導(dǎo)向組件包括支撐組件若干個(gè)導(dǎo)柱和若干個(gè)導(dǎo)套，支撐組件連接在切割支撐架體上，且在支撐組件上設(shè)置若干個(gè)與導(dǎo)套配合的導(dǎo)孔，導(dǎo)套設(shè)于導(dǎo)孔內(nèi)；各導(dǎo)柱的上端與升降支撐架的上側(cè)端連接，各導(dǎo)柱的下端延伸至對(duì)應(yīng)的導(dǎo)套內(nèi)，并與導(dǎo)套滑動(dòng)連接。

1.2.3 升降支撐架

升降支撐架包括連接板、伸臂和過(guò)渡板，連接板設(shè)于輸送帶的下方，并與浮動(dòng)接頭連接；伸臂設(shè)于輸送帶的側(cè)邊，其下端與連接板連接，其上端與過(guò)渡板連接；過(guò)渡板設(shè)于輸送帶的上側(cè)，并與壓料板連接。每組升降導(dǎo)向組件的支撐組件包括至少2 個(gè)立柱和連接各立柱的固定板，各立柱的下端分別連接在切割支撐架體上，其上端通過(guò)所述固定板連接；所述固定板上設(shè)有導(dǎo)孔。

1.2.4 進(jìn)料布料機(jī)構(gòu)

進(jìn)料布料機(jī)構(gòu)包括進(jìn)料壓塊、進(jìn)料氣缸、布料蓋板、進(jìn)料限位板和進(jìn)料限位氣缸。布料蓋板覆蓋連接在輸送帶的上方，且布料蓋板設(shè)置了若干個(gè)與送料機(jī)構(gòu)的出料口相接的料道；進(jìn)料壓塊設(shè)于各料道的入料口前側(cè)上方；進(jìn)料氣缸與進(jìn)料壓塊連接，并連接在切割支撐架體上；進(jìn)料限位板設(shè)于各料道的出料口上方；進(jìn)料限位氣缸與進(jìn)料限位板連接，并連接在切割支撐架體上；料道可起到限位作用，保證套筒的輸送位置精確；在套筒固定機(jī)構(gòu)的壓料板的側(cè)邊（即壓料板的出料端側(cè)邊）還設(shè)有出料限位機(jī)構(gòu)，出料限位機(jī)構(gòu)包括安裝板、擋料氣缸和出料限位棒，安裝板與套筒固定機(jī)構(gòu)的壓料板連接，擋料氣缸與安裝板連接，出料限位棒與擋料氣缸的活塞桿連接；出料限位棒沿輸送帶中心線的垂直方向設(shè)置在位于套筒固定機(jī)構(gòu)的壓料板末端處的輸送帶的上方側(cè)邊。加工時(shí)，出料限位棒伸出，可用于擋住移動(dòng)至壓料板末端的套簡(jiǎn)，起到限位作用，避免套簡(jiǎn)移動(dòng)超出壓料板的位置。

1.2.5 輸送帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

輸送帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括輸送電機(jī)、主動(dòng)輪、傳動(dòng)帶、從動(dòng)輪和傳動(dòng)軸，輸送電機(jī)固定在切割支撐架體上，輸送電機(jī)的輸出軸與主動(dòng)輪的中心孔配合連接，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪通過(guò)傳動(dòng)帶連接，從動(dòng)輪與傳動(dòng)軸的一端配合連接，傳動(dòng)軸的另一端與輸送帶配合連接。

這是依據(jù)當(dāng)前國(guó)家的人力資源資源需求所做出的轉(zhuǎn)變，由于產(chǎn)教融合最初是在職業(yè)院校實(shí)施開(kāi)展的，是以增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手操作能力，培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)性人才為目標(biāo)，這也正符合職業(yè)院校的辦學(xué)定位。而隨著新興行業(yè)的發(fā)展和科技的突飛猛進(jìn)，新的人力資源需求出現(xiàn)，需要通過(guò)產(chǎn)教融合培養(yǎng)出一大批敢想敢做的創(chuàng)業(yè)人才和科研能力強(qiáng)的創(chuàng)新人才，來(lái)激發(fā)產(chǎn)業(yè)發(fā)展活力，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

1.2.6 工作臺(tái)

工作臺(tái)為X軸滑臺(tái)，切割機(jī)床主體還包括Z軸滑臺(tái)、用于使Z軸滑臺(tái)沿床身Z軸方向（即縱向/豎直方向）上下移動(dòng)的Z軸滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及用于使工作臺(tái)沿床身X軸方向（即橫向/水平方向）左右移動(dòng)的工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述砂輪支架安裝在Z軸滑臺(tái)上。

切割支撐架體還包括底板和側(cè)板，側(cè)板設(shè)于沿切割機(jī)床主體X軸向中心線的底板兩側(cè)，所述底板固定在工作臺(tái)上。切割機(jī)床主體首先選擇為磨床主體，進(jìn)一步縮小范圍選擇數(shù)控磨床主體，數(shù)控磨床主體內(nèi)設(shè)有控制器，Z軸滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、砂輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、輸送帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)、進(jìn)料布料機(jī)構(gòu)、套簡(jiǎn)固定機(jī)構(gòu)和出料限位機(jī)構(gòu)均與控制器連接，通過(guò)控制器控制Z軸滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、砂輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、輸送帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸送電機(jī)、送料機(jī)構(gòu)的震斗、進(jìn)料布料機(jī)構(gòu)的進(jìn)料氣缸和進(jìn)料限位氣缸、套簡(jiǎn)固定機(jī)構(gòu)的壓料氣缸、出料限位機(jī)構(gòu)的擋料氣缸，進(jìn)而控制Z軸滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、砂輪輸送帶、送料機(jī)構(gòu)、進(jìn)料布料機(jī)構(gòu)和套簡(jiǎn)固定機(jī)構(gòu)的自動(dòng)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工[2]。

Z軸滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括沿床身Z軸方向（豎直設(shè)置）的Z軸絲桿以及驅(qū)動(dòng)Z軸絲桿旋轉(zhuǎn)的Z軸電機(jī)，所述Z軸絲桿與Z軸滑臺(tái)連接，Z軸滑臺(tái)可由Z軸絲桿控制沿床身Z軸方向上下移動(dòng)；所述工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括沿床身X軸方向（水平設(shè)置）的X軸絲桿以及驅(qū)動(dòng)X軸絲桿旋轉(zhuǎn)的X軸電機(jī)，所述X軸絲桿與工作臺(tái)連接，工作臺(tái)可由X軸絲桿控制，沿床身X軸方向左右水平移動(dòng)。

2 套簡(jiǎn)開(kāi)槽機(jī)實(shí)現(xiàn)的套簡(jiǎn)開(kāi)槽方法

2.1 送料作業(yè)

啟動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，送料機(jī)構(gòu)將各待加工的套筒送至輸送帶的起始端處。

具體步驟為啟動(dòng)送料機(jī)構(gòu)的震斗，震斗內(nèi)的套簡(jiǎn)經(jīng)由送料管送入，設(shè)于輸送帶起始端上的各進(jìn)料嘴處。開(kāi)槽機(jī)理如下。

此時(shí)物料與套筒之間的等效摩擦因數(shù)計(jì)算公式如式（1）所示[3]。

式中：N為溝槽數(shù)；B為溝槽寬度；H為溝槽深度；D為螺桿公稱(chēng)直徑；μi為物料內(nèi)摩擦因素；μO(píng)為物料外摩擦因素。

由于物料的μi大約是μO(píng)的3～5 倍，增大了等效摩擦因數(shù)，從而提高輸送效率。

2.2 進(jìn)料及布料作業(yè)

啟動(dòng)進(jìn)料布料機(jī)構(gòu)的進(jìn)料氣缸及進(jìn)料限位氣缸，進(jìn)料氣缸驅(qū)動(dòng)進(jìn)料壓塊上升，打開(kāi)布料蓋板料道的入料口，進(jìn)而與送料機(jī)構(gòu)的出料口（即進(jìn)料嘴）連通。同時(shí)，進(jìn)料限位氣缸驅(qū)動(dòng)進(jìn)料限位板下降，進(jìn)而擋住布料蓋板的各料道的出料口。關(guān)閉進(jìn)料氣缸及進(jìn)料限位氣缸，并啟動(dòng)輸送帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)輸送帶移動(dòng)。輸送帶將各待加工的套簡(jiǎn)輸送入各料道內(nèi)，使各套簡(jiǎn)分別分布在料道中。

2.3 輸料作業(yè)

當(dāng)料道內(nèi)的套筒數(shù)量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉輸送帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，輸送帶停止移動(dòng)。同時(shí)，啟動(dòng)進(jìn)料布料機(jī)構(gòu)的進(jìn)料氣缸及進(jìn)料限位氣缸，進(jìn)料氣缸驅(qū)動(dòng)進(jìn)料壓塊下降，使進(jìn)料壓塊擋住送料機(jī)構(gòu)的出料口，進(jìn)而阻擋送料機(jī)構(gòu)后續(xù)送來(lái)的套簡(jiǎn)前進(jìn)；同時(shí)，進(jìn)料限位氣缸驅(qū)動(dòng)進(jìn)料限位板上升，打開(kāi)各料道的出料口，啟動(dòng)出料限位機(jī)構(gòu)的擋料氣缸，擋料氣缸將出料限位棒伸出，放至輸送帶上，出料限位棒可用于擋住移動(dòng)至套筒固定機(jī)構(gòu)壓料板末端的套簡(jiǎn)，起到限位作用，避免套簡(jiǎn)移動(dòng)超出壓料板的位置；關(guān)閉進(jìn)料氣缸及進(jìn)料限位氣缸，并啟動(dòng)輸送帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)輸送帶移動(dòng)；輸送帶將套簡(jiǎn)由料道的出料口輸送至套簡(jiǎn)固定機(jī)構(gòu)的壓料板處。輸送帶先將套簡(jiǎn)由布料蓋板的各料道的出料口輸送至輸料蓋板的各料道內(nèi)，再由輸料蓋板的各料道移動(dòng)至套簡(jiǎn)固定機(jī)構(gòu)的壓料板處。

2.4 壓料作業(yè)

當(dāng)套簡(jiǎn)到達(dá)砂輪的下方時(shí)，關(guān)閉輸送帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，輸送帶停止移動(dòng)。啟動(dòng)壓料升降機(jī)構(gòu)，壓料升降機(jī)構(gòu)帶動(dòng)壓料板下降（即啟動(dòng)壓料氣缸，壓料氣缸的活塞桿向下移動(dòng)，使浮動(dòng)接頭、升降支撐架向下移動(dòng)。同時(shí)，升降導(dǎo)向組件的導(dǎo)柱沿著導(dǎo)套向下滑動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)壓料板下降），使壓料板可以接觸到各套簡(jiǎn)外壁，進(jìn)而由壓料板及托板壓緊并定位套簡(jiǎn)，壓料板壓緊到位后，關(guān)閉壓料升降機(jī)構(gòu)，壓料升降機(jī)構(gòu)停止下降。啟動(dòng)切割機(jī)床主體上的Z軸滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)Z軸滑臺(tái)向下移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)砂輪向下移動(dòng)，使砂輪移動(dòng)至壓料板的切割槽位內(nèi)，并向下接觸各套筒；關(guān)閉Z軸滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，Z軸滑臺(tái)停止移動(dòng)。

2.5 切割開(kāi)槽作業(yè)

啟動(dòng)切割機(jī)床主體上的砂輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使砂輪旋轉(zhuǎn)；啟動(dòng)切割機(jī)床主體上的工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使工作臺(tái)沿著床身X軸方向左右移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)套筒左右移動(dòng)，作用于砂輪切割各套簡(jiǎn)，對(duì)套簡(jiǎn)進(jìn)行開(kāi)槽作業(yè)。

2.6 完成作業(yè)

當(dāng)套簡(jiǎn)開(kāi)槽完成后，關(guān)閉工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，工作臺(tái)停止移動(dòng)；啟動(dòng)切割機(jī)床主體上的Z軸滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)Z軸滑臺(tái)向上移動(dòng)，使砂輪脫離各套筒；Z軸滑臺(tái)上升到位后，關(guān)閉Z軸滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，Z軸滑臺(tái)停止上升；啟動(dòng)壓料升降機(jī)構(gòu)，壓料升降機(jī)構(gòu)帶動(dòng)壓料板上升（即啟動(dòng)壓料氣缸，壓料氣缸的活塞桿向上移動(dòng)，使浮動(dòng)接頭升降支撐架向上移動(dòng)。同時(shí)，升降導(dǎo)向組件的導(dǎo)柱沿著導(dǎo)套向上滑動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)壓料板上升），使壓料板的各壓料槽脫離各套筒，壓料板上升到位后，關(guān)閉壓料升降機(jī)構(gòu)，壓料升降機(jī)構(gòu)停止上升。啟動(dòng)輸送帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，輸送帶移動(dòng)，進(jìn)而將切割開(kāi)槽后的套簡(jiǎn)輸送到盛料盒內(nèi)，完成作業(yè)。

3 套筒開(kāi)槽具體實(shí)施方式

該套筒開(kāi)槽機(jī)工作時(shí)，先啟動(dòng)震斗和輸送電機(jī)，此時(shí)輸送電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪通過(guò)傳動(dòng)帶帶動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再由傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)輸送帶傳送，進(jìn)料壓塊處于上限，進(jìn)料限位板處于下限，壓料氣缸處于上限。被加工的套筒由震斗經(jīng)送料管送入進(jìn)料嘴（送料管的數(shù)量根據(jù)實(shí)際情況決定），由輸送帶傳送到進(jìn)料限位板，布料蓋板設(shè)置對(duì)應(yīng)溝槽狀的料道，用于限位被加工的套簡(jiǎn)。機(jī)器預(yù)先設(shè)定當(dāng)每次切割套筒數(shù)量，當(dāng)檢測(cè)到進(jìn)入料道內(nèi)的套簡(jiǎn)達(dá)到設(shè)定后，輸送電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)料限位氣缸驅(qū)動(dòng)進(jìn)料限位板上升，進(jìn)料壓塊由進(jìn)料氣缸驅(qū)動(dòng)下壓，迫使后面的套筒無(wú)法前進(jìn)，同時(shí)擋料氣缸驅(qū)動(dòng)出料限位棒伸出，輸送電機(jī)再次啟動(dòng)，輸送帶把套筒輸送到出料限位棒處（由輸料蓋板和切割壓板導(dǎo)向輸送），當(dāng)套筒檢測(cè)到位后，輸送電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，壓料板由壓料氣缸驅(qū)動(dòng)下壓，輸送帶內(nèi)側(cè)的托板托住，壓緊套筒。切割機(jī)床主體啟動(dòng)，按原先設(shè)定的程序，砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)，打開(kāi)冷卻水，切割機(jī)床主體的Z軸滑臺(tái)下降到位，工作臺(tái)帶動(dòng)由切割支撐架體、送料機(jī)構(gòu)、輸送帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、輸送帶、進(jìn)料布料機(jī)構(gòu)和套筒固定機(jī)構(gòu)構(gòu)成的整體切割機(jī)構(gòu)移動(dòng)，進(jìn)行切割。切割到位后，工作臺(tái)停止移動(dòng)，軸滑臺(tái)上升，直到砂輪與套簡(jiǎn)脫離一定距離后，壓料板上升，出料限位棒回縮，輸送電機(jī)啟動(dòng)，切割機(jī)床主體的工作臺(tái)帶動(dòng)整體復(fù)位，同時(shí)進(jìn)料限位板下降，進(jìn)料壓塊上升，輸送帶把切割好的套筒輸送到盛料盒內(nèi)，同時(shí)布料蓋板也把套筒布好料。依次循環(huán)自動(dòng)工作。吹氣頭可以將輸送帶上的水分及碎屑清除干凈。

4 智能套筒開(kāi)槽機(jī)有益效果

原有技術(shù)方式需要人工操作，布料效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，無(wú)法滿足大規(guī)模生產(chǎn)需求，現(xiàn)有智能套筒開(kāi)槽機(jī)克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高了效率，其優(yōu)點(diǎn)有以下3 點(diǎn)：1）該技術(shù)與現(xiàn)有套簡(jiǎn)固臘開(kāi)槽方式相比，壓料及布料均可采用機(jī)械控制作業(yè)，無(wú)須人工操作，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，批量生產(chǎn)時(shí)可減少操作人數(shù)：而且，切割機(jī)床主體可采用數(shù)控磨床主體，全程實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)減少環(huán)境污染。2）該技術(shù)的套筒開(kāi)槽機(jī)可直接與標(biāo)準(zhǔn)磨床結(jié)合使用，降低了設(shè)備的改造成本，并且通用性好。3）該技術(shù)采用倒“V”形的壓料槽，倒“V”形壓料槽的兩側(cè)內(nèi)壁緊貼套簡(jiǎn)外璧，更有可以更好地壓緊并定位套筒，保證切割精度。

5 結(jié)語(yǔ)

智能套筒開(kāi)槽機(jī)通過(guò)智能送料、進(jìn)料及布料、輸料和壓料作業(yè)，最后完成切割開(kāi)槽作業(yè)，切割機(jī)床主體可采用作為數(shù)控磨床主體，該過(guò)程全部由機(jī)械控件作業(yè)自動(dòng)完成，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，適應(yīng)于大規(guī)模生產(chǎn)需求，減少了生產(chǎn)工序及成本，提高了工作效率，減少了環(huán)境污染，達(dá)到經(jīng)濟(jì)與環(huán)境雙贏的目標(biāo)。