一種結構優化的改進型自動水磨砂帶機

黃大海 伍玩秋

（1.陽江市廣海機械有限公司，陽江 529500；2.陽江職業技術學院，陽江 529500）

水磨和拋光是五金刀剪產品生產的重要工序[1]。目前，基于電氣自動化控制的水磨砂帶機在一定程度上可以替代人工實現拋磨工序的自動化作業[2]。傳統水磨砂帶機系統結構存在自動化程度偏低、生產效率不高以及拋磨質量欠佳等問題。一方面，傳統水磨砂帶機在拋磨刀具時，砂帶在行程中只有升高和降低功能，導致拋磨出來的刀具表面往往會留下明顯的磨痕，影響刀具表面的美觀。另一方面，傳統水磨砂帶機只能實現刀具平面的粗磨、中磨、細磨和拋光中的某一部分的加工環節，自動化程度不高，生產效率欠佳[3-5]。為解決傳統水磨砂帶機系統存在的問題，文章提出一種基于結構優化的四頭自動水磨砂帶機。

1 四頭自動水磨砂帶機的設計

1.1 機械結構

四頭自動水磨砂帶機主要由結構類似、相對獨立、分工協調以及前后銜接的4套機電一體化單元組成。與傳統水磨砂帶機相比，它增加了四頭砂帶橫向擺動裝置、調節砂帶往復移動速度和行程大小的調節機構以及四頭無級變速控制裝置，優化了水體與鐵粉分離的退磁裝置和砂帶氣動張緊裝置等。四頭自動水磨砂帶機的三維結構如圖1所示。

1.1.1 機械結構組成及特點

機架包括底板和立板，立板與底板固定連接。底板上有螺栓孔，便于機架安裝在工作臺。立板的板面與主動輥的軸心線垂直。第一電機包括定子和轉子，其中定子殼體通過螺栓固定在立板上。第一電機與主動輥同軸心分別位于立板的兩側，兩者固定連接，可以實現主動輥與機架之間的傳動連接。主動輥與第一從動輥之間設有下靠磨板，第一從動輥與第二從動輥之間設有側靠磨板。下靠磨板和側靠磨板與立板之間均通過可拆卸結構連接。根據實際研磨工況，既可將下靠磨板或側靠磨板固定在立板上，也可將它們同時固定在立板上，也可將下靠磨板或側靠磨板卸除，也可將它們同時卸除。立板中第一從動輥與第二從動輥之間區域留有避讓空間，使得工件可進入避讓空間，從而擴大砂帶機的適用范圍。砂帶橫向往復擺動裝置包括從動輥支架和第二電機。從動輥支架包括支撐軸部、擺動軸部和基座?；c立板之間可通過緊固螺栓固定連接。第三從動輥套設在從動輥支架的支撐軸部，且第三從動輥與從動輥支架的支撐軸部轉動連接，使得第三從動輥能繞著擺動軸部的軸心線擺動。第二電機包括定子和轉子，定子殼體與機架固定連接，轉軸與從動輥支架的支撐軸部之間通過凸輪傳動結構連接。當電機的轉軸轉動時，通過凸輪傳動結構傳動，使支撐軸部繞著從動輥支架的軸心線擺動?；c立板之間通過導向結構連接?；系穆菟壮蕳l狀，螺栓孔的縱向線與導向結構的導向方向平行，可通過松緊固螺栓移動基座，進而調整第三從動輥的位置，實現張緊砂帶或松開砂帶?；c立板之間還安裝有第二彈簧，能夠使第三從動輥向張緊砂帶狀態的趨勢方向移動。導向結構的替換方案包括基座的2根導桿和立板上的導向座，可將立桿穿設在導向座。第二彈簧套設在導桿上，彈簧的一端與導向座相抵靠，另一端與基座相抵靠。機架上安裝手動驅動裝置或驅動源，不僅可以推動基座移動，還可以使第三從動輥始終具有向松開砂帶狀態方向移動的趨勢。

圖1 四頭自動水磨砂帶機的三維結構

1.1.2 機械設計的創新點

第一，四頭自動水磨砂帶機采用砂帶橫向擺動裝置，實現了砂帶機橫向往復擺動功能，使得拋磨出來的刀具表面較平滑，避免了刀具表面出現磨痕，提高了砂帶機的研磨品質。第二，四頭自動水磨砂帶機具有分工協調且前后銜接的機電一體化單元。各單元分別有粗磨、半精磨、精磨和拋光4個加工工藝功能，使四頭自動水磨砂帶機可以一次性完成所有的拋磨加工流程。第三，通過四頭自動水磨砂帶機電機的轉速和凸輪傳動結構的偏心距，可調整砂帶往復移動的速度和行程大小，可以提高磨砂帶機對加工對象的適應性。

1.2 工作原理及過程

采用變頻器控制電機實現無級變速控制輸送帶，自動將五金刀剪平面的產品輸送到第1條粗砂帶的磨頭底下，利用磨頭底下帶磁的工作臺吸住產品，一邊輸送一邊磨削。當產品通過第1條砂帶擺幅磨頭時，第1道粗磨完成。產品通過過度板進入第2個磨頭，同樣利用磨頭下帶磁的工作臺吸住產品，一邊輸送一邊磨削。當產品通過第2條砂帶擺幅磨頭時，第2道半精磨完成。產品通過過度板進入第3條砂帶擺幅磨頭，同樣利用磨頭下帶磁的工作臺吸住產品，一邊輸送一邊磨削。當產品通過第3條砂帶時，第3道精度完成。當產品進入第4個尼龍輪擺幅磨頭時，同樣利用磨頭下帶磁的工作臺吸住產品，一邊拋光一邊輸送。產品通過第4個尼龍輪時，第4道工序復光完成。產品繼續前移通過退磁器，將產品附帶磁體全部退完，自動完成所有工序。本機的所有磨頭都接有水管，可冷卻產品，并沖掉磨削產生的粉粒。粉粒同水一起流入機體水槽。經過磁性鐵水分離器可以將鐵粉和水分開，鐵粉分離到水箱外，水流入水箱。

1.3 電氣結構及控制

電氣控制電路結構如圖2所示。

圖2 電氣控制電路結構

1.3.1 磨頭電動機的起、?？刂?/p>

磨頭電動機起、?？刂齐娐酚山佑|器（KM1、KM2、KM3、KM4）、按鈕（K2、K3、K5、K6、K8、K9、K11、K12）以及熱繼電器（KH1、KH2、KH3、KH4）組成。以磨頭1電動機起、?？刂茷槔?，起動時按下K3（磨頭起動按鈕），接觸器線圈KM1因K3的常開觸片的接通而得電吸合，使接觸器KM1常開觸點接通，磨頭1電動機得電起動，同時圖2（b）中接通后的KM1觸點、處于接通狀態的熱繼電器KH1、常閉按鈕開關K2及接觸器KM1的線圈，串聯接入24 V的控制電源形成閉合回路，使接觸器KM1進入自鎖狀態。磨頭1電動機進入持續運轉狀態，完成磨頭1電動機的起動。停止時按下K2，維持接觸器保持自鎖狀態的電流閉合回路被斷開。接觸器KM1的線圈失電，使所有之前閉合的KM1觸點恢復到原來的常開狀態，控制磨頭1電動機失電而停止轉動，從而完成磨頭1電動機的關停。其他3個磨頭電動機和磨頭1電動機的起動和關?？刂七^程類似。

1.3.2 擺幅電動機的起、?？刂?/p>

擺幅電動機起、?？刂齐娐酚山佑|器（KM5、KM6、KM7、KM8）和 按 鈕（K2、K4、K5、K7、K8、K10、K11、K13）組成。以擺幅1電動機起、?？刂茷槔?，啟動時按下K4（擺幅起動按鈕），接觸器線圈KM5因K4的常開觸片的接通而得電吸合，使接觸器KM5的常開觸點接通，使幅1電動機得電而起動，同時圖2（b）中接通后的KM5觸點、常閉按鈕開關K2及接觸器KM5的線圈串聯接入24 V的控制電源形成閉合回路，使接觸器KM5進入自鎖狀態，擺幅1電動機進入持續運轉狀態，從而完成擺幅1電動機的起動。停止時按下K2，維持接觸器KM5保持自鎖狀態的電流閉合回路被斷開，接觸器KM5的線圈失電，使得之前閉合的KM5觸點又恢復到原來的常開狀態，控制擺幅1電動機失電而停止轉動，從而完成擺幅1電動機的關停。其他3個擺幅電動機和擺幅1電動機的起動和關?？刂七^程類似。

1.3.3 輸送帶電動機的起、?？刂?/p>

輸送帶電動機的起、?？刂齐娐酚山佑|器KM9、按鈕K14和K15、熱繼電器FV以及調速器組成。起動時，按下起動輸送帶電機按鈕K15，接觸器KM9的線圈因K15的常開觸片的接通而得電吸合，接通接觸器KM9所有的常開觸點。這時接觸器KM9的線圈因自身常開觸點的閉合和輸送帶關閉按鈕K14的常閉觸片得電進入自鎖狀態，輸送帶電動機得電轉動，調速器得電接通，完成輸送帶電機的起動。停止時，按下關閉輸送帶按鈕K14，使其常閉觸片斷開，接觸器KM9的線圈失電。接觸器KM9已經接通的常開觸點又斷開，因而輸送帶電動機失電而停止轉動，調速器失電，完成輸送帶電動機的關閉。

1.3.4 水泵、退磁器的起、?？刂?/p>

水泵、退磁器的起、?？刂齐娐酚山佑|器KM10、按鈕K16、K17和退磁器組成。起動時，按下水泵啟動按鈕K17，接觸器KM10的線圈經過啟動按鈕K17接通常開觸片而得電吸合，接通所有的常開觸點，同時接觸器KM10的線圈通過本身的常開觸點經關閉水泵按鈕K16的常閉觸片而得電進入自鎖狀態，水泵電動機得電轉動，退磁器得電工作，完成水泵電動機、退磁器、分離器的起動。停止時，按下關閉水泵按鈕K16，使其常閉觸片斷開，同時接觸器KM10的線圈失電，接觸器KM10已經接通的常開觸點斷開，水泵電動機失電而停止轉動，退磁器失電而停止工作，完成水泵電動機和退磁器的關閉。

1.3.5 汽缸的打開與關閉

汽缸的打開與關閉電路由電氣閥和按鈕開關K20組成。汽缸的打開與關閉都可以通過按鈕開關K20完成。

2 四頭自動水磨砂帶機的裝調

第一，平穩安裝機械，依次連接冷卻水泵電機電源、磁鐵分離器電源（注意轉向，如轉向不對時調換三相電線的其中2條）、冷卻水管以及輸氣管，然后添加潤滑油（手搖泵），連接機械電源。第二，啟動氣動按鈕，氣缸收回，安裝輸送帶和砂帶，檢查輸送帶和砂帶的安裝是否和機械所標的轉動方向一致，是否和主動輪與從動輪對直。關閉啟動按鈕，氣缸伸出，頂緊輸送帶和砂帶。第三，按輸送帶啟動按鈕，打開輸送帶調節器開關并慢慢轉動，檢查輸送帶轉向是否正確。如果不正確，把總電源切斷，調換機械電源3條380 V電源線中的任意2條。檢查輸送帶運走是否穩定，如不穩定，調整調節絲桿達到穩定。如果輸送帶向里，調節絲桿向下調；如果輸送帶向外，調節絲桿向上調。停止輸送帶時應注意先停止速度調節開關，再停止輸送帶馬達，以避免下次啟動時馬達負荷太大。第四，依次點動磨頭開關，檢查磨頭砂帶是否穩定。如果不穩定，調整調節絲桿達到穩定。如果砂帶向里，調節絲桿向下調；如果砂帶向外，調節絲桿向上調。第五，調整磨頭高度，以磨頭砂帶輕碰加工工件為準，把手輪向上轉一圈，按下水泵啟動按鈕，啟動輸送帶和磨頭砂帶，根據實際工件加工量慢慢進刀，以達到最佳的加工效果。第六，工作結束后先停止輸送帶，再按總停開關，完成工作。

3 結語

四頭自動水磨砂帶機綜合了自動變頻控制技術、四頭擺幅磨削技術以及循環利用技術等精密機械制造技術，采用四頭擺幅磨削和變頻系統控制電機，實現了無級變速控制輸送帶、砂帶與輸送帶的設計。采用氣動張緊系統，借鑒大型自動化設備的優點，四頭自動水磨砂帶機可以一次完成從毛坯到半加工乃至精加工的全部工藝過程。與現有的自動拋磨機相比，四頭自動水磨砂帶機磨削的產品均勻且細膩，磨料利用率提高了20%，能耗降低了35%以上，生產效率提高了200%以上。四頭自動水磨砂帶機不僅操作簡便，性能穩定，而且應用前景廣闊。