手控瓷磚切割機自動化技術(shù)改造

胡興偉，張志剛，戰(zhàn)仕發(fā)

（山東博選礦物資源技術(shù)開發(fā)有限公司，山東 濟寧 272173）

1 引言

在現(xiàn)有的瓷磚切割過程中，首先將瓷磚切割成長方體，然后再對長方體瓷磚進行畫線，最后根據(jù)畫線對瓷磚進行切割。切割過程中操作人員一手持瓷磚，一手操控切割機，切線找正、工件夾持、切削進給等工作都需要人工控制。使得現(xiàn)有加工要求操作人員具備一定的加工經(jīng)驗。 但現(xiàn)有的加工過程存在一定的安全隱患，并且加工效率較低，依靠人員手法控制質(zhì)量難度較大[1]，因此需要設(shè)計一種自動控制的瓷磚切割機，進而優(yōu)化現(xiàn)有工作的不足。

2 改進優(yōu)化方案及實施計劃

優(yōu)化方案見表1。為了優(yōu)質(zhì)高效的完成技術(shù)改造，特制訂方案實施計劃路線如下：

表1 優(yōu)化方案

1）現(xiàn)場調(diào)研，對現(xiàn)有瓷磚加工情況、加工設(shè)備和主要方式進行現(xiàn)場確認。

2）方案規(guī)劃，以滿足功能、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉為原則在網(wǎng)上檢索改造資源，最終鎖定改造方案。

3）方案設(shè)計，使用Soliworks、UG軟件對自動切割機進行三維建模和模擬裝配，使用CAD繪制整體方案圖，最后借助Keyshot軟件對數(shù)模進行整體渲染，以直觀表達改造方案。

4）方案匯總，系統(tǒng)性的整理設(shè)計方案和優(yōu)選資源，并擬定升級和優(yōu)化方案。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計改造

通過多渠道調(diào)研及資源整合，并結(jié)合實際情況，通過Soliworks軟件繪制出技術(shù)改造整體方案[3]。

本方案選用自動走刀器配合滾珠絲杠總成實現(xiàn)切割機的進給工作，并配合限位開關(guān)實現(xiàn)對進給運動范圍進行控制。同時選用切割機夾持工裝配合仿形夾持塊的方案，通過更換仿形夾持塊實現(xiàn)對工件的快速找正和裝夾。自動進給及工件夾持如圖1所示。

圖1 自動進給及工件夾持

1）考慮本切割機的實際工作需求和改造成本，本走刀機構(gòu)選用銑床自動走刀機構(gòu)，具體型號為lidi-1000DX，其參數(shù)選型見表2。

本走刀機構(gòu)配合滾珠絲杠可實現(xiàn)控制切割機橫向進給的作用。走刀器包括限位開關(guān)和限位塊，通過簡單改造即可實現(xiàn)自動限位功能。

2）配套進給機構(gòu)本方案選用市場上常用的兩端16mm，主體32×4（絲杠直徑32mm，導程4mm）的絲桿。滾珠絲杠螺悍、螺母根據(jù)絲桿型號，選用SFU03204-4。滾珠絲杠一端與進給機構(gòu)配合連接，實現(xiàn)進給傳動。螺悍、螺母將通過角鐵借助現(xiàn)有手拉桿固定螺紋孔實現(xiàn)固定，進而實現(xiàn)拖動機構(gòu)往復運動。

3）進給機構(gòu)及軸承座借用切割機滑軌座固定螺紋孔固定。滾珠絲杠非進給端需要通過軸承座進行支撐，結(jié)合現(xiàn)有需求和結(jié)構(gòu)設(shè)計，絲杠軸承端預留直徑為20mm的光軸，選用軸承型號為FK20，具體參數(shù)詳如圖2所示。

圖2 滾珠絲杠軸承座選型

4）適合本產(chǎn)品加工的切割機夾持工裝機構(gòu)主要分為兩類。一類為可旋轉(zhuǎn)萬向虎鉗工裝。另一類為普通絲桿夾持工裝。考慮到可旋轉(zhuǎn)虎鉗成本較高，本方案暫定選用普通絲桿夾持工裝。該產(chǎn)品通過旋動絲桿夾緊，夾緊塊工裝可根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計仿形工裝，以便實現(xiàn)快速裝夾。

5）非標件設(shè)計。除了以上配件的選型外，還需要設(shè)計制作部分非標件，如進給機構(gòu)固定支架、絲杠軸承固定支架、限位塊固定支架（左/右）、機構(gòu)滾珠絲杠支架、滾珠絲杠總體結(jié)構(gòu)。

4 項目實施及試驗驗證

4.1 項目具體實施

夾持機構(gòu)及限位機構(gòu)如圖3所示，自動進給機構(gòu)如圖4所示。

圖3 夾持機構(gòu)及限位機構(gòu)

圖4 自動進給機構(gòu)圖

4.2 自動控制裝置的優(yōu)點

活動軸可以沿著夾持機構(gòu)支持座控制夾持塊A移動；夾持塊A可以繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；夾持機構(gòu)支持座可以支撐和固定活動軸；夾持塊A和夾持塊B為鍛打45#；夾持塊B含有夾塊活動長孔可以使夾持塊B自由活動；傳感器支撐座可以支撐傳感器；傳感器定位孔可以用于安裝和定位傳感器；限位螺栓可以限制傳感器活動范圍；限位長孔可以控制限位螺栓的移動距離；手動進給飛輪可以手動控制切割電機的移動；前進控制桿，速度控制桿，急停按鈕，后退控制桿，可以分別控制切割電機的前進、速度、停止、后退；進給絲杠可以帶動切割電機切割電機移動；切割支持裝置可以支撐切割電機；切割支持裝置含有升降飛輪可以控制切割電機的上升和下降；升降柱可以使切割電機在豎直方向上滑動；進給機構(gòu)支撐座可以用于支撐自動進給機構(gòu)。滾珠絲杠一端與進給機構(gòu)配合連接，實現(xiàn)進給傳動。螺悍、螺母將通過角鐵借助現(xiàn)有手拉桿固定螺紋孔實現(xiàn)固定，進而實現(xiàn)拖動機構(gòu)往復運動。進給機構(gòu)及軸承座借用切割機滑軌座固定螺紋孔固定。滾珠絲杠非進給端需要通過軸承座進行支撐，絲杠軸承端預留直徑為20mm的光軸，選用軸承型號為FK20。本設(shè)計方案成本低、效果顯著，可實現(xiàn)批量化安全高效的切割生產(chǎn)。

4.3 試驗驗證

1）試驗條件：A2檔位，切割16mm瓷磚試機。

2）實現(xiàn)功能：首先實現(xiàn)了安全操作；切割進給速度均勻可調(diào)；有接觸式限位塊，切割過程實現(xiàn)全程無人化，大大提高了生產(chǎn)效率。

3）制作專門仿形工裝，實現(xiàn)一機多用途切割。

4）重新布線保證行走安全，實現(xiàn)安全操作。

4.4 項目實施前后對比

項目實施前：切割過程采取人工手控切割的方式，存在效率低下、操作危險、產(chǎn)品質(zhì)量控制難度高等缺點。

項目實施后：①通過增加自動進給機構(gòu)，實現(xiàn)切割機的自動切割工作，使得切割過程不依賴人員手工控制，進而提升切割效率；②選配與改造瓷磚夾持機構(gòu)，借助夾持機構(gòu)擺脫現(xiàn)有手持切割的安全風險；③配合自動走刀機構(gòu)增加限位開關(guān)。避免在無人員控制的情況下自動進給失控和過限位，實現(xiàn)規(guī)避危險的目的；④針對瓷磚結(jié)構(gòu)自制仿形夾持工裝，配合夾持機構(gòu)實現(xiàn)對瓷磚的夾持和固定，通過工裝以保證瓷磚切割的尺寸的一致性。

4.5 自動控制裝置的不足與改進方向

不足之處：①無法加工異形切口；②無法滿足大批量加工。改進方向：①瓷磚加工過程中存在眾多的異形切口，針對不同的異形切割還需要根據(jù)具體的形狀和要求制定專用的加工方案。②為了滿足批量工件的加工，后續(xù)可開發(fā)組合型多工位虎鉗工裝，實現(xiàn)多個瓷磚工件的批量加工。

5 結(jié)束語

項目實施技術(shù)改造后，操作工僅需在切瓷機開始和結(jié)束后進行裝夾和拆卸即可，可實現(xiàn)全程切割過程中無人化作業(yè)，大大降低了安全事故的發(fā)生率，安全效益不可估量。切割進給速度均勻可調(diào)，有接觸式限位塊，切割過程實現(xiàn)全程無人化，不僅大大提高了生產(chǎn)效率，而且實現(xiàn)一機多用途切割。自動化瓷磚切割機已在車間正常投入使用，效果良好，具有在同行業(yè)廣泛推廣的價值[4]。