CN105856066A - 一种智能型全自动矩形管、棒料抛光机组 - Google Patents

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王洋
吴泳超
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Abstract

本发明涉及一种智能型全自动矩形管、棒料抛光机组，包括抛光机构，所述抛光机构包括若干台子抛光机构，所述若干台子抛光机构通过输送机构彼此串联，且子抛光机构两两之间设有间距；每台子抛光机构内均设有两组抛光轮机构，每组抛光轮机构设有两个抛光轮，所述两个抛光轮分别对称设置在工件的两侧，每个抛光轮均配置有Y轴导轨和Z轴导轨，所述Y轴导轨和Z轴导轨分别由一台伺服电机控制。本发明引入智能化和柔性化设计，自动化水平高，可保证抛光质量的一致性，可适应多品种生产需求，可根绝安全隐患。

Description

一种智能型全自动矩形管、棒料抛光机组
技术领域
本发明涉及数控智能技术领域，具体涉及一种智能型全自动矩形管、棒料抛光机组。
背景技术
金属材料表面抛光与磨光不同，不存在显著的金属损耗。金属表面抛光的加工方法有很多种，但在工业生产中使用较多的只有机械抛光、化学抛光和电化学抛光。而机械抛光是三者中既古老又最具有使用价值的加工方法。
机械抛光过程既具有机械的切削作用，又具有物理和化学的作用。抛光轮在做高速旋转运动，操作者对被抛光的金属制件表面施以适当的压力，将其按压在抛光轮上，此时，由于摩擦作用而产生高温，使被抛光的金属制件表面容易发生塑性变形而形成一层“加工变质层”。但在抛光轮高速旋转的摩擦力的作用下，一方面被抛光的金属制件表面的某些凸出部分被削去，同时被抛光的金属制件表面也会产生塑性变形，凸起部位被压入，或移动一段距离后填入凹陷部位。这种削凸填凹的整平过程，以高速度大规模地反复进行(即金属表面在周围大气的氧化下瞬间形成的极薄的氧化膜反复地被抛光下来)，加上抛光膏的光亮化作用，使原来较粗糙的被抛光的金属制件表面变得平滑而光亮(即最高的光亮度---镜面光亮)。
对于以上所述的“加工变质层”，Raether和Kranert早在1943年提出的“加工变质层模型图”，至今尚为人们所接受。该模型认为，制件表面受加工的影响而发生各种变形，使得表层的晶粒变细，密度变大，致密性变好，其结构与无定形状态无多大区别，因而表面变得十分平滑而光亮。加工变质层的厚度并不是恒定的，它是随着所用的材料、加工方法和加工条件而变化的。
松永正久在1972年将“加工变质层”进一步细分成三种类型：
(1)外来元素的作用而形成的变质层外来元素主要是通过：①表面污染；②表面吸附(物理吸附与化学吸附)；③表面新形成的化合物；④异物的埋入等方式进入加工表面，并使加工表面层在加工过程中发生结构上的改变而出现加工变质层。其中，由异物的埋入和氧化物层而形成的变质层会影响表面随后加工的质量。
(2)结晶组织的变化而形成的变质层
下列的结晶组织很容易形成变质层：①非晶态表面；②微细结晶层；③转位密度上升的表面；④形成双晶的表面；⑤合金的某一成分覆盖的表面；⑥纤维状组织的表面；⑦抛磨变态的表面；⑧因加工而形成的塑性变形结晶；⑨因摩擦热而引起的再结晶等。
(3)应力而形成的变质层
应力变质层主要是由于制件本身的残余应力而形成的表面变质层。
目前国内广泛使用的方管自动抛光生产线设备主要由数组抛光主机组成，适用于各种矩形截面的金属管件、棒材外表粗抛、中抛和精抛等加工处理。
下面从六个方面分析这种方管自动抛光生产线设备存在的问题：
第一，该设备采用传统的抛光轮单向垂直进给，即模仿单一运动平面抛光工艺原理，抛光产品表面全部为轴向划痕，抛光质量不高。
第二，该设备使用简单的手动轮调节装置，单独调整各抛光轮相对位置(径向进给)。
第三，抛光轮在连续不断的工作过程中会出现磨损，该设备不能准确自动补偿抛光轮磨损，须定期停机手动调整抛光轮垂直方向位置。
第四，该设备在调整后，各机构相对位置刚性固定，当个别被加工件尺寸超大时，容易出现“卡死”和“过磨”现象，导致火灾频发。
第五，该设备变换生产品种规格时,须人工按序逐一调整每组水平方向和垂直方向支架上的手轮。
第六，该设备的抛光主机按整体封闭结构配置，且生产线采用单一集中的吸尘方式，能耗高，污染大，除尘效果一般，生产环境恶劣，职业病伤害严重。
由此可见，这种采用人工手动调节的方管自动抛光生产线设备，耗时费力，生产效率低，自动化水平低，难以保证抛光质量的一致性，而且未能引入智能化和柔性化设计，也难以适应多品种生产需求。
综上所述，确实有必要研发出一种智能型方管自动抛光生产线设备。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种针对不同规格、不同材料(普通碳素钢、铝合金、铜合金、不锈钢和木材等)的智能型全自动矩形管、棒料抛光机组。
为解决上述的技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种智能型全自动矩形管、棒料抛光机组，包括抛光机构，所述抛光机构包括若干台子抛光机构，所述若干台子抛光机构通过输送机构彼此串联，且子抛光机构两两之间设有间距；每台子抛光机构内均设有两组抛光轮机构，每组抛光轮机构设有两个抛光轮，所述两个抛光轮分别对称设置在工件的两侧，每个抛光轮均配置有Y轴导轨和Z轴导轨，所述Y轴导轨和Z轴导轨分别由一台伺服电机控制。
所述子抛光机构内设有两台柔性夹紧输送机构，每台柔性夹紧输送机构位于每组抛光轮机构的两个抛光轮之间。
所述柔性夹紧输送机构上设有动力轴和柔性夹块。
所述柔性夹块由弹簧机构组成。
所述子抛光机构沿X轴方向在其前侧和后侧设有导向调节轮，所述导向调节轮与输送机构相连。
所述子抛光机构的外部设有隔离罩，隔离罩内部设有吸尘风机。
所述吸尘风机设有四个吸尘口，分别设置在每个抛光轮的Y轴导轨上。
所述子抛光机构设有集尘管道，所述吸尘风机与排尘管道相连。
所述智能型全自动矩形管、棒料抛光机组还包括自动供料机构和自动下料机构；所述自动供料机构、抛光机构和自动下料机构通过输送机构相连。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：引入智能化和柔性化设计，自动化水平高，保证抛光质量的一致性，适应多品种生产需求，根绝安全隐患。
附图说明
图1是本发明一种智能型全自动矩形管、棒料抛光机组的立体结构示意图；
图2是本发明的自动上料机构的结构示意图；
图3是本发明的导向调节轮的安装位置示意图；
图4是本发明的抛光轮机构的结构示意图；
图5是本发明的一个抛光轮和其配置组件的结构示意图；
图6是本发明的抛光轮工作示意图；(其中，Y代表抛光轮以Y轴轴向进给，X代表工件以X轴轴向前进。)
图7是本发明的柔性夹紧输送机构的结构示意图；
图8是本发明的隔离罩和集尘管道的连接示意图；
图9是本发明的抛光轮与设置在Y轴导轨上的吸尘口的位置示意图；
图10是本发明的自动下料机构的结构示意图；
图11是抛光压力与抛光效率关系示意图；
图12是抛光压力与粗糙度关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，以下结合附图以及实施例，对本发明一种智能型全自动矩形管、棒料抛光机组进行详细的说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1-10所示，本发明一种智能型全自动矩形管、棒料抛光机组，包括自动供料机构1、抛光机构和自动下料机构3；所述自动供料机构1、抛光机构和自动下料机构3通过输送机构4相连；所述抛光机构包括若干台子抛光机构2，所述若干台子抛光机构通过输送机构4彼此串联，且子抛光机构2两两之间设有间距，每台子抛光机构2内均设有两组抛光轮机构21。
本发明采用联网方式将若干台子抛光机构2智能化连接，不仅方便子抛光机构2之间交换信息，而且也方便对整个生产流程进行实时控制、调整和检测。
由于矩形管(棒)每经过一次抛光工序后表面的温度会升高，为了避免矩形管(棒)因连续抛光导致表面温度过高而损坏，本发明的子抛光机构2两两之间设有间距，使得矩形管(棒)每完成一道抛光工序需运动一段距离，直至表面冷却后才进行下一道抛光工序。
优选的，本发明通过四台子抛光机构2串联完成矩形管(棒)的粗抛、中抛、精抛和镜面抛的生产工序。但本领域技术人员可以按产品需求任意增减。
优选的，所述自动供料机构1上设有输送皮带11。
优选的，所述输送机构4由若干个滚筒组成，滚筒的动力由一台电机控制，因此可以保证每个滚筒的转动速度一致。
优选的，所述每组抛光轮机构21设有两个抛光轮22，所述两个抛光轮22分别对称设置在工件的两侧(即工件的左面和右面，或工件的顶面和底面)，每个抛光轮22均配置有Y轴导轨23和Z轴导轨24，所述Y轴导轨23和Z轴导轨24分别由一台伺服电机控制。
本发明采用伺服电机控制抛光轮22运动，抛光轮22沿Y轴运动和柔性夹紧输送机构给工件提供的X轴方向运动相结合，达到双向综合进给对矩形管(棒)料进行轴向切削或磨削的目的，即抛光轮22与管件表面具有复杂的相对运动，使矩形管(棒)抛光表面不会出现轴向划痕，使抛光效果更佳。
本发明通过在人机界面对伺服电机设置相应的数据参数(根据试验得到普通碳素钢材料、铝合金材料、铜合金材料、不锈钢材料和木材等在不同工作转速条件下，抛光轮的进给量、研磨量间数值变化规律)，可以针对不同材料和不同规格的矩形管(棒)实现不同运动轨迹的柔性控制。
优选的，所述变化规律还可以抛光压力与抛光效率关系示意图(详见图11)和抛光压力与粗糙度关系示意图(详见图12)。
优选的，本发明运用PLC和触摸屏控制技术，将多种规格材料产品的抛光技术参数存储在触摸屏控制系统内，更换产品时只需要从触摸屏中直接导出该产品的抛光技术参数即可进行生产，做到设备全自动调节，减少人工工作量，同时保证抛光效果的一致性。
现有的方管自动抛光生产线设备须通过人工定期停机手动调整抛光轮垂直方向位置，本发明通过压力控制实现抛光轮损耗自动补偿，减少人工工作量，同时保证抛光效果的一致性。
本发明在Z轴导轨的伺服电机预设一定的扭矩值，(扭矩值可以转换为抛光轮所受压力值)，在抛光过程中实时检测伺服电机扭矩值是否在设定区间内，通过保持伺服电机扭矩至恒定，实现抛光轮磨损量的自动补偿，保证抛光质量的一致性。
本发明在预设扭矩值的基础上，在抛光轮转轴上设置压力传感器直接检测抛光轮所受压力值，确保抛光轮所受压力值恒定。
以上两种取值方式使本发明的抛光轮磨损量自动补偿过程更加稳定可靠，起到双重保障作用。
优选的，所述子抛光机构2内设有两台柔性夹紧输送机构25，每台柔性夹紧输送机构25位于每组抛光轮机构21的两个抛光轮之间。
优选的，所述柔性夹紧输送机构25上设有动力轴26和柔性夹块27。
所述动力轴26与电机连接，用于为柔性夹块27提供输送动力，使柔性夹块27可以控制矩形管(棒)沿X轴方向运动。
所述柔性夹块27由弹簧机构组成，夹紧力由弹簧机构控制，用于夹紧矩形管(棒)料并配合抛光轮完成Y轴导轨方向对矩形管(棒)抛光。
本发明的柔性夹紧输送机构25设有外接控制器，通过在人机界面设置相应数据参数(可存储)，由外接控制器自动控制柔性夹块27的宽度，简便实现不同宽度尺寸规格的矩形管(棒)料的准确、快速转换以及短管自动夹紧定位，使得抛光速度可控，提高抛光效果。同时本发明的柔性夹紧机构避免了因为矩形管(棒)外形差异较大而出现“卡死”和“过磨”现象。
优选的，所述子抛光机构2沿X轴方向在其前侧和后侧设有导向调节轮5，所述导向调节轮5与输送机构4相连。
所述导向调节轮5可根据矩形管(棒)的管径大小进行调整，使输送机构4可适应不同管径大小的矩形管(棒)，同时保证矩形管(棒)运动轨迹不偏移。
优选的，每台子抛光机构2的外部均设有隔离罩28和吸尘风机。
优选的，所述吸尘风机设有六个吸尘口，其中四个吸尘口分别设置在每个抛光轮的Y轴导轨23上(邻近抛光轮的工作位置)，并且随Y轴导轨23一起移动，用于直接吸走抛光时产生的灰尘；其余两个吸尘口设置在隔离罩28上，用于吸走上述四个吸尘口未吸取而存在隔离罩28内的少量灰尘。
优选的，每台子抛光机构2均设有集尘管道29，所述吸尘风机与集尘管道29相连。本发明的吸尘风机吸收的灰尘通过集尘管道29集中处理，使得生产车间环境洁净，保证工人安全健康，杜绝职业病危害，减少环境污染。
优选的，本发明设有抛光轮盘径检测机构，该抛光轮盘径检测机构可以在粉尘较大的环境下正常工作；当抛光轮遇到抛光到极限盘径的情况，该抛光轮盘径检测机构会提示更换抛光轮。
优选的，本发明设有防堵检测机构，通过检测排尘管道内流量变化来监控集尘管道内是否发生堵塞现象。当排尘管道被堵住，立即自动报警，同时安全停机，根绝安全隐患，保证生产安全。
优选的，本发明采用专用精密型传感器，对生产过程中的粉尘浓度和温度进行分布式多点自动检测和联网实时检测。当粉尘浓度或者温度超标，立即自动报警，同时安全停机，根绝安全隐患，保证生产安全。
工作时，人工将矩形管(棒)放置在自动供料机构1上，矩形管(棒)经输送皮带11进入输送机构4，矩形管(棒)沿X轴方向前进，矩形管(棒)经子抛光机构2后侧的导向调节轮到达第一组抛光轮机构的两个抛光轮的下方，此时，柔性夹块27夹紧矩形管(棒)，并配合两个抛光轮在Y轴运动分别对矩形管(棒)料的顶面和底面进行抛光，动力轴26驱动柔性夹块27控制矩形管(棒)沿X轴方向运动，到达第二组抛光轮机构的两个抛光轮的下方，同理分别对矩形管(棒)料的左面和右面进行抛光；完成粗抛后，柔性夹块27将矩形管(棒)送到子抛光机构2前侧的导向调节轮；矩形管(棒)沿X轴方向前进依次达到第二、三、四子抛光机构，第二、三、四子抛光机构的抛光轮机构、动力轴、柔性夹块以及导向调节轮重复以上操作，直至矩形管(棒)完成中抛、精抛和镜面抛的工序后，经质量检测装置自动分类排除次品，合格的矩形管(棒)最终达到自动下料机构3自动下料。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能型全自动矩形管、棒料抛光机组，包括抛光机构，所述抛光机构包括若干台子抛光机构，所述若干台子抛光机构通过输送机构彼此串联，且子抛光机构两两之间设有间距，其特征在于：每台子抛光机构内均设有两组抛光轮机构，每组抛光轮机构设有两个抛光轮，所述两个抛光轮分别对称设置在工件的两侧，每个抛光轮均配置有Y轴导轨和Z轴导轨，所述Y轴导轨和Z轴导轨分别由一台伺服电机控制。
2.根据权利要求1所述的一种智能型全自动矩形管、棒料抛光机组，其特征在于：所述子抛光机构内设有两台柔性夹紧输送机构，每台柔性夹紧输送机构位于每组抛光轮机构的两个抛光轮之间。
3.根据权利要求2所述的一种智能型全自动矩形管、棒料抛光机组，其特征在于：所述柔性夹紧输送机构上设有动力轴和柔性夹块。
4.根据权利要求3所述的一种智能型全自动矩形管、棒料抛光机组，其特征在于：所述柔性夹块由弹簧机构组成。
5.根据权利要求1所述的一种智能型全自动矩形管、棒料抛光机组，其特征在于：所述子抛光机构沿X轴方向在其前侧和后侧设有导向调节轮，所述导向调节轮与输送机构相连。
6.根据权利要求1所述的一种智能型全自动矩形管、棒料抛光机组，其特征在于：所述子抛光机构的外部设有隔离罩，隔离罩内部设有吸尘风机。
7.根据权利要求6所述的一种智能型全自动矩形管、棒料抛光机组，其特征在于：所述吸尘风机设有四个吸尘口，分别设置在每个抛光轮的Y轴导轨上。
8.根据权利要求6所述的一种智能型全自动矩形管、棒料抛光机组，其特征在于：所述子抛光机构设有集尘管道，所述吸尘风机与排尘管道相连。
9.根据权利要求1所述的一种智能型全自动矩形管、棒料抛光机组，其特征在于：所述智能型全自动矩形管、棒料抛光机组还包括自动供料机构和自动下料机构；所述自动供料机构、抛光机构和自动下料机构通过输送机构相连。
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