竹木勺類內(nèi)弧可編程自動(dòng)磨光機(jī)的研制

鄭瑞鈺 劉建章 吳承文 張章秀 周茂彬

(1 尤溪縣竹業(yè)工作站 福建尤溪 365100；2 三明德立環(huán)保有限公司 福建尤溪 365100；3 尤溪縣林業(yè)局 福建尤溪 365100)

竹木勺子在國內(nèi)外已普遍應(yīng)用，但竹木勺子加工機(jī)械化程度不高，其內(nèi)弧磨光多以手工為主，自動(dòng)化程度低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，勞動(dòng)強(qiáng)度大，粉塵多，幾何尺寸難以達(dá)到客戶要求，次品率高，生產(chǎn)效率低，成本高[1]。因此，竹木勺子生產(chǎn)廠家迫切需要開發(fā)一種可以取代手工作業(yè)的自動(dòng)化機(jī)器設(shè)備。

福建省尤溪縣竹業(yè)工作站與三明市德立環(huán)保技術(shù)開發(fā)有限公司，依靠高校和福建省林科院技術(shù)力量，完成了竹木勺子內(nèi)弧可編程自動(dòng)磨光機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)、加工、安裝、調(diào)試，并獲得一次性試驗(yàn)成功。本研究根據(jù)尤溪縣竹木勺子生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況和迫切需要，以及竹木勺子對生產(chǎn)工藝的不同要求，針對現(xiàn)有磨光設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中存在的缺陷和問題，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)、工藝改良、系統(tǒng)集成等技術(shù)途徑進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和改造，設(shè)計(jì)制造出可編程、一次磨光成型的新型自動(dòng)化竹木勺內(nèi)弧磨光生產(chǎn)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程序控制，達(dá)到了提高生產(chǎn)效率，降低竹木勺子生產(chǎn)成本的目標(biāo)。該成果對尤溪縣進(jìn)一步推廣應(yīng)用竹木勺子內(nèi)弧磨光技術(shù)，實(shí)現(xiàn)竹木勺子生產(chǎn)規(guī)?；妥詣?dòng)化具有重要意義。目前，竹木勺子內(nèi)弧可編程自動(dòng)磨光機(jī)制備的竹木勺子已售往歐美國家，得到了客戶的青睞。

1 研制背景

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，為人們提供了豐富的物質(zhì)消費(fèi)品，而勺子就是人們生活中諸多物質(zhì)消費(fèi)品中的一種。隨著人們環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，竹木類材質(zhì)的勺子開始被廣泛應(yīng)用和普及。但是，目前竹木勺類凹槽的打磨仍是依靠人工打磨，工作效率低，打磨不精確，邊緣粗糙和凹凸不平，尺寸不統(tǒng)一，無法工業(yè)化生產(chǎn)，很難投放于市場上銷售。為了達(dá)到打磨的目的，避免人工打磨出現(xiàn)打磨不精確、損壞勺子、降低勺子質(zhì)量的問題，急需設(shè)計(jì)一種竹木勺類凹槽打磨的專用設(shè)備。

2 研究開發(fā)內(nèi)容

2.1 研發(fā)目的

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種竹木勺類凹槽自動(dòng)打磨機(jī)，以解決上述研制背景中提出的問題。

2.2 研發(fā)具體內(nèi)容

研制新型竹木勺子內(nèi)弧可編程自動(dòng)化磨光成型機(jī)，亦即設(shè)計(jì)制造出可編程、一次磨光的自動(dòng)化竹木勺子內(nèi)弧磨光生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化程序控制[2]。

2.3 技術(shù)方案和實(shí)施

竹木勺類凹槽自動(dòng)打磨機(jī)，包括機(jī)架、縱向滑移組件、橫向滑移組件、立向滑移組件和工件打磨輪。縱向滑移組件安裝在機(jī)架上，橫向滑移組件安裝在縱向滑移組件上方，橫向滑移組件上安裝有立向滑移組件，立向滑移組件側(cè)面安裝有工件打磨底板，工件打磨底板上方設(shè)有工件打磨輪(圖1)。結(jié)合結(jié)構(gòu)示意圖，對技術(shù)方案和具體實(shí)施做如下說明。

圖中標(biāo)記：1-機(jī)架，2-縱向?qū)к墸?-縱向滑塊，4-縱向托板，5-縱向絲桿螺母支座，6-縱向絲桿螺母，7-縱向絲桿，8-縱向絲桿支座，9-縱向連軸器，10-縱向控制電機(jī)，11-縱向控制電機(jī)座，12-橫向?qū)к墸?3-橫向滑塊，14-橫向滑塊墊高塊，15-立向移動(dòng)底板，16-橫向絲桿螺母支座，17-橫向絲桿螺母，18-橫向絲桿，19-橫向絲桿支座，20-橫向連軸器，21-橫向控制電機(jī)，22-橫向控制電機(jī)座，23-立向底板，24-立向?qū)к墸?5-立向滑塊，26-立向滑塊墊高塊，27-立向移動(dòng)托板，28-工件打磨底板，29-立向絲桿螺母支座，30-立向絲桿螺母，31-立向絲桿，32-立向絲桿支座，33-立向連軸器，34-立向控制電機(jī)，35-立向控制電機(jī)座，36-工件打磨輪，37-主軸電機(jī)，38-主軸電機(jī)座，39-系統(tǒng)控制柜。圖1 竹木勺類凹槽自動(dòng)打磨機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖(右為自動(dòng)打磨機(jī)的俯視圖)

2.3.1 縱向滑移組件

縱向滑移組件包括縱向?qū)к?、縱向滑塊3、縱向托板4、縱向絲桿螺母支座5、縱向絲桿螺母6、縱向絲桿7、縱向絲桿支座8、縱向連軸器9、縱向控制電機(jī)10和縱向控制電機(jī)座11。

縱向?qū)к?通過螺釘固定在機(jī)架1上，縱向滑塊3通過螺釘固定在縱向托板4上，縱向滑塊3可在縱向?qū)к?上前后滑動(dòng)，縱向絲桿螺母支座5用螺釘固定在縱向托板4上，縱向絲桿螺母6用螺釘固定在縱向絲桿螺母支座5上，縱向絲桿7通過軸承安裝在兩端縱向絲桿支座8上，縱向絲桿支座8通過螺釘固定在機(jī)架1上，通過縱向絲桿7的旋轉(zhuǎn)可帶動(dòng)縱向托板4前后滑動(dòng)。

縱向控制電機(jī)10固定在縱向控制電機(jī)座11上，縱向控制電機(jī)座11固定在機(jī)架1上，縱向連軸器9兩端把縱向控制電機(jī)10和縱向絲桿7連接起來。

2.3.2 橫向滑移組件

橫向滑移組件包括橫向?qū)к?2、橫向滑塊13、橫向滑塊墊高塊14、橫向絲桿螺母支座16、橫向絲桿螺母17、橫向絲桿18、橫向絲桿支座19、橫向連軸器20、橫向控制電機(jī)21和橫向控制電機(jī)座22。

橫向?qū)к?2通過螺釘固定在縱向托板4上，橫向滑塊13固定在橫向滑塊墊高塊14上，橫向滑塊墊高塊14固定在立向移動(dòng)底板15上，橫向滑塊13可在橫向?qū)к?2上左右滑動(dòng)，橫向絲桿螺母支座16用螺釘固定在立向移動(dòng)底板15上，橫向絲桿螺母17用螺釘固定在橫向絲桿螺母支座16上，橫向絲桿18通過軸承安裝在橫向絲桿支座19上，橫向絲桿支座19通過螺釘固定在立向移動(dòng)底板15上，通過橫向絲桿18的旋轉(zhuǎn)可帶動(dòng)立向移動(dòng)底板15左右滑動(dòng)。橫向控制電機(jī)21固定在橫向控制電機(jī)座22上，橫向控制電機(jī)座22固定在縱向托板4上，橫向連軸器20兩端把橫向控制電機(jī)21和橫向絲桿18連接起來。

2.3.3 立向滑移組件

立向滑移組件包括立向移動(dòng)底板15、立向底板23、立向?qū)к?4、立向滑塊25、立向滑塊墊高塊26、立向移動(dòng)托板27、立向絲桿螺母支座29、立向絲桿螺母30、立向絲桿31、立向絲桿支座32、立向連軸器33、立向控制電機(jī)34和立向控制電機(jī)座35。

立向?qū)к?4通過螺釘固定在立向底板23上，立向滑塊25固定在立向滑塊墊高塊26上，立向滑塊墊高塊26固定在立向移動(dòng)托板27上，立向滑塊25可在立向?qū)к?4上下滑動(dòng)，工件打磨底板28通過螺釘固定在立向移動(dòng)托板27上，立向絲桿螺母支座29用螺釘固定在立向底板23上，立向絲桿螺母30用螺釘固定在立向絲桿螺母支座29上，立向絲桿31通過軸承安裝在立向絲桿支座32上，立向絲桿支座32通過螺釘固定在立向底板23上，通過立向絲桿31的旋轉(zhuǎn)可帶動(dòng)立向移動(dòng)托板27上下滑動(dòng)，立向控制電機(jī)34固定在立向控制電機(jī)座35上，立向控制電機(jī)座35固定在立向底板23上，立向連軸器33兩端把立向控制電機(jī)34和立向絲桿31連接起來。

2.3.4 工件打磨輪

工件打磨輪36固定在主軸電機(jī)37上，主軸電機(jī)37固定在主軸電機(jī)座38上，主軸電機(jī)座38固定在機(jī)架1上，系統(tǒng)控制柜39固定在機(jī)架1上。

3 工作原理

通過系統(tǒng)控制柜39數(shù)控編程控制主軸電機(jī)37的旋轉(zhuǎn)方向和快慢，以及縱向、橫向和立向3個(gè)方向的移動(dòng)軌跡達(dá)到精準(zhǔn)打磨的效果；工件打磨輪36可根據(jù)不同形狀的產(chǎn)品更換不同的成型輪。

自動(dòng)打磨機(jī)的優(yōu)勢在于：系統(tǒng)控制柜39的數(shù)控編程采用現(xiàn)有技術(shù)，通過縱向滑移組件、橫向滑移組件和立向滑移組件的移動(dòng)使得工件打磨輪36達(dá)到精準(zhǔn)打磨，從而有效解決了目前竹木勺類凹槽打磨依靠人工打磨、工作效率低、打磨不精確尺寸不統(tǒng)一和不能工業(yè)化生產(chǎn)的問題。

4 與現(xiàn)有設(shè)備的對比

自動(dòng)打磨機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：竹木勺類凹槽自動(dòng)打磨機(jī)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，操作方便，通過縱向滑移組件、橫向滑移組件和立向滑移組件的移動(dòng)使得工件打磨輪到達(dá)精準(zhǔn)打磨位置，在主軸電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和快慢的調(diào)節(jié)下以及縱向、橫向和立向3個(gè)方向的移動(dòng)軌跡達(dá)到精準(zhǔn)打磨的效果，打磨精確度高，工作效率高，省時(shí)省力，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。

5 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)與技術(shù)指標(biāo)

1) 采用新型進(jìn)料方式，實(shí)現(xiàn)可編程磨光自動(dòng)化一次性完成。

2) 采用新型模具進(jìn)料自動(dòng)一次性磨光方式，解決了手工進(jìn)料半機(jī)械化多次磨光方式的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、勞動(dòng)強(qiáng)度大、粉塵多、幾何尺寸未能達(dá)到客戶要求、次品率高、生產(chǎn)效率低、成本高的弊端。

3) 設(shè)備適用性廣，能夠?qū)崿F(xiàn)多種竹木勺子類型磨光的生產(chǎn)，適合在規(guī)模化和工廠化竹木勺子生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

4) 竹木勺子生產(chǎn)效率≥550個(gè)/h。

6 產(chǎn)業(yè)化前景及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

本研究根據(jù)福建省竹木勺子生產(chǎn)的實(shí)際情況和迫切需要，以及竹木勺子內(nèi)弧磨光對生產(chǎn)工藝的不同要求，針對現(xiàn)有竹木勺子磨光設(shè)備存在的不足之處，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)、工藝改良、系統(tǒng)集成等技術(shù)途徑進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，以達(dá)到提高生產(chǎn)效率、降低竹木勺子磨光生產(chǎn)成本的目標(biāo)，將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益[3]；同時(shí)可以大大提高竹木勺子生產(chǎn)能力和竹木勺子質(zhì)量，對推動(dòng)竹木勺子的工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)具有重要意義。竹木勺子可編程自動(dòng)化內(nèi)弧磨光方式改變傳統(tǒng)手工半機(jī)械化的磨光方式，可以大大提高竹木勺子內(nèi)弧磨光數(shù)量與質(zhì)量，節(jié)約勞動(dòng)成本，降底磨光成本，對推動(dòng)使用生態(tài)環(huán)保的竹木勺子具有積極的意義，產(chǎn)品具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。