CN110281370A - 一种灌浆成坯制造方法及灌浆自动化设备 - Google Patents

Abstract

一种灌浆成坯制造方法及灌浆自动化设备。本发明提供了一种自动化灌浆设备，其包括回转工作台，所述回转工作台安装在工作台机架上，主电机，所述主电机通过工作台中心轴安装在所述工作台机架上，通过控制主电机对所述工作台进行定位；棘轮棘爪机构，在所述工作台纵向外缘设置棘轮棘爪机构，当所述工作台停转时，棘轮棘爪定位在工作啮合面上，防止所述工作台反转；电磁铁锥销，当所述工作台回转时，电磁线圈带电，锥销电磁铁在所述电磁线圈吸力作用下，克服弹簧力缩入滑道内；当所述工作台进入下一工位时，电磁线圈断电，锥销电磁铁在弹簧力作用下伸出工作滑道，并进入工作台端面上的锁卯以驻步在锁卯内。本发明的自动化灌浆设备定位准确。

Description

一种灌浆成坯制造方法及灌浆自动化设备

技术领域

本发明涉及陶瓷制坯制造工艺和数控自动化生产装备技术领域，特别涉及一种灌浆成坯制造方法及应用其的灌浆自动化设备。

背景技术

目前国内外陶瓷制坯，尤其是陶瓷工艺品灌浆成坯的基本生产方法仍然停留在手工操作的状态，采用的是劳动力密集型，工人劳动强度高、生产率低下、成本高，且生产质量不稳定，主要依赖工人的经验和技能。

由于灌浆制坯传统作业涉及操作者、肉眼观察、协调动作、强健体魄和熟练程度，以机械式替代手工需要突破一系列技术瓶颈。在手工操作模式下，灌浆制坯主要在唾手可及的平面内或者空间高度很有限的范围内完成，占地面积相当大，空间利用率低；灌浆制坯质量主要取决于操作者的经验，制件稳定性差，同一性差；生产系统缺少柔性，不同制件需要不同形态的石膏模，石膏模无通用性，材料利用率低；尤其不利于信息化和现代化管理。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明变革陶瓷工艺品坯体灌浆成型劳动力密集型生产方式，运用新的灌浆制坯工艺，采用PLC技术、机器人技术和多机构融合技术等，设计多工位回转工作台，在一个生产系统内从合模、灌浆、干燥，到清桨，固化，再到脱模-合模的系统高效、紧凑，制件质量稳定，同一性好，显著降低人工及成本，为坯体灌浆成型提供创新技术和高端装备，实现陶瓷工艺品灌浆成坯主要生产环节的智能化和自动化。

本发明实施例提供一种自动化灌浆设备，其包括回转工作台，所述回转工作台安装在工作台机架上，主电机，所述主电机通过工作台中心轴安装在所述工作台机架上，通过控制主电机对工作台工位实行定位；棘轮棘爪机构，在所述工作台纵向外缘设置棘轮棘爪机构，当所述工作台停转时，棘轮棘爪定位在工作啮合面上，防止所述工作台反转；电磁铁锥销，当所述工作台回转时，电磁线圈带电，锥销电磁铁在电磁线圈吸力作用下，克服弹簧力，缩入在滑道内；当所述工作台进入下一工位时，电磁线圈断电，锥销电磁铁在弹簧力作用下伸出工作滑道，并进入工作台端面上的锁卯以驻步在锁卯内。

优选地，所述工位分别为第一工位：灌浆，第二工位:清桨，第三工位：开模取件、合模，第四工位：清理，其中，该工作台包括模具组件；电磁铁销卯；模具推移机构；清理与检测装置；固定套；地脚螺栓和气缸，所述地脚螺栓将工作台机架安装固定，所述主电机驱动模具组件在四个工位移动。

优选地，还包括陶浆输送管、陶浆分支器、灌浆管头、石膏模具组件、集件板、陶浆回收器，桨水由陶浆输送管进入陶浆分支器内，并由陶浆分支器进入灌浆管头，灌浆管头对应石膏模具组件，所述集件板位于所述工作台机架一侧，所述陶浆回收器位于所述工作台机架另一侧。

优选地，棘轮棘爪机构包括回转工作台凸缘；阿基米德螺旋工作面；轮毂；轮辐；滚子；滚子轴；棘爪臂；扭簧；棘爪轴，棘轮部分的工作廓形为阿基米德螺旋面-过渡曲面-圆弧面；棘爪工作面为耐磨轴承外圆柱面，棘轮与棘爪啮合工作时，棘爪圆柱工作面在工作台外缘阿基米德螺旋面上作滚动，越过过渡曲面，进入内圆柱面。

优选地，固定套包括干热风接受柔性接头；弹簧；固定套与液压缸连接装置；固定套与底模支撑板的连接器；板簧；所述固定套上端与液压缸相连接，下端与回转工作台相连接。

优选地，工作时固定套高于模具组件，在液压缸作用下，固定套相对模具组件作线性运动并逐渐套入模具；固定套中的板簧与模具外部支架作相对滑动并使模具组件各片连接，当固定套下行至指定位置时，固定套下端的钩锁勾住工作台上的锁栓，液压缸与固定套脱钩，液压缸复位，固定套对模具组件进行固定。

优选地，工作台进入脱模工位并固定不动，上模片和侧模片分别由机械手进行定位和固联；固定套上方的液压缸接到指令下移并与固定套上部的连接元件连接，固定套下端的钩锁与工作台上的锁栓脱钩；液压缸以工作速度连同固定套上移至指定位置，停止运动，固定套与模具组件的分离。

本发明还提供一种灌浆成坯制造方法，其应用上述自动化灌浆设备，其方法包括如下主要步骤：浆水配方搅拌、模具组件合模入位、定速定量灌浆、控温控时烘干、匀角速度翻转清桨、稳定固化、脱模、自动取件、合模、清理检验、模具组件合入灌浆位，其中，模具组件合模入位与定速定量灌浆的步骤进一步包括模具组件经合模、清理和检验合格后，回转工作台转过一个工位角，进入灌浆工位，灌浆开始，根据型腔容积和制件壁厚，系统设定浆水的流速和灌浆时长，从而控制灌浆量，实现模具型腔形态、制件壁厚与灌浆量的组合，多模具同时灌浆。

优选地，控温控时烘干的步骤进一步包括根据坯件材料配方、形态、壁厚等的不同，系统智能控制并向模具循环通入热干风；保证热干风温度范围和干燥时长；

匀角速度翻转清桨的步骤进一步包括经过一定时间的水分吸收和陶桨固化，以均匀和缓慢的速度转动模具，使其从灌浆状态转过180度，在此过程中，未固化陶桨稳定地从灌浆口徐徐流出，进入陶桨回收器，陶桨倒净后模具复位。

优选地，入位脱模步骤进一步包括经过一定时长的进一步固化稳定，回转工作台转过一个工位角，进入脱模-取件-合模工位；组合机械手动作并与对应的模具组片定位固联；液压系统移离定位套；机械手及对应机构进一步动作，按球径方向将各模具组片移离，实现开模；

所述自动取件步骤进一步包括丝杠螺母推出机构将模具底板连同制件推至制件移出位；取件机构撮取坯件至集件板；推出机构与取件机构顺序复位。

所述合模步骤进一步包括组合机械手按球径方向向心动作，使与之相固联的模具各组片聚拢成腔；固定套入位固定模具；组合机械手复位；

所述清理检验步骤进一步包括回转工作台转过一个工位角，进入清理-检验工位，在此工位上，清洁的压缩空气由灌浆口一侧输入型腔，使型腔工作表面可能的细小附着颗粒由灌浆口另一侧吹出，完成清理；

由CCD装置探入型腔，检查型腔表面是否有明显缺陷。如有，需换有缺陷的模具组片；如无，进入下一环节；

所述模具组件入灌浆位的步骤进一步包括回转工作台转过一个工位角，进入灌浆工位，做灌浆准备。

本发明采用多机构与多技术融合，用自动化和智能化实现人工操作的复杂过程，需用多种机构巧妙融合，多项技术有机结合并通过优化设计才能实现本发明的初衷和预期。

附图说明

图1为本发明的一种灌浆成坯制造方法的步骤图；

图2为图1的回转工作台的自动化灌浆设备在各个工位的示意图；

图3为图2的自动化灌浆设备的结构示意图；

图4为图2自动化灌浆设备的棘轮棘爪机构示意图；

图5为图2自动化灌浆设备的电磁铁锥销的结构示意图；

图6为图2的自动化灌浆设备的固定套的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

本发明公开了一种灌浆成坯制造方法应用其的自动化设备，其变革原始、落后、繁重、低效的手工操作，代之以机械的、自动的、智能的和高效的新工艺。深入、细致、考察和研究原有工艺，尤其将人工操作的“肉眼观察计量灌浆”、“凭经验感知定时清桨”、“自然干燥定型”、“人工开模”、“人工取件”和“人工合模”等主要工序环节进行分解、优化、创新和组合，加以自动化和智能化，实现高效、高质量的灌浆制坯。

请参见图1，该灌浆成坯制造方法100包括如下主要步骤：浆水配方搅拌、模具组件合模入位、定速定量灌浆、控温控时烘干、匀角速度翻转清桨、稳定固化、脱模、自动取件、合模、清理检验、模具组件合入灌浆位。

下面进一步详细说明每一灌浆成坯制造方法100的步骤：

步骤一：浆水配方搅拌；将制造陶瓷坯的原料按照一定配比制成浆水配方，可以采用真空搅拌的方法对浆水配方进行搅拌。

步骤二：模具组件合模入位与定速定量灌浆：模具组件经合模、清理和检验合格后，回转工作台转过一个工位角，进入灌浆工位。

灌浆开始，根据型腔容积和制件壁厚，系统设定浆水的流速和灌浆时长，从而控制灌浆量，实现模具型腔形态、制件壁厚与灌浆量的最佳组合。运用平行作用原理，多模具同时灌浆。

步骤三：控温控时烘干：根据坯件材料配方、形态、壁厚等的不同，系统智能控制并向模具循环通入热干风；保证热干风温度在最佳范围和合理干燥时长。

步骤四：匀角速度翻转清桨：经过一定时间的水分吸收和陶桨固化，以均匀和缓慢的速度转动模具，使其从灌浆状态转过180度。在此过程中，未固化陶桨稳定地从灌浆口徐徐流出，进入陶桨回收器。陶桨倒净后模具复位。

步骤五：稳定固化。

步骤六：入位脱模：经过一定时长的进一步固化稳定，回转工作台转过一个工位角，进入脱模-取件-合模工位；组合机械手动作并与对应的模具组片定位固联；液压系统移离定位套；机械手及对应机构进一步动作，按球径方向将各模具组片移离，实现开模。

步骤七：自动取件：丝杠螺母推出机构将模具底板连同制件推至制件移出位；取件机构撮取坯件至集件板。

推出机构与取件机构顺序复位。

步骤八：合模：组合机械手按球径方向向心动作，使与之相固联的模具各组片聚拢成腔；固定套入位固定模具；组合机械手复位。

步骤九：清理检验：回转工作台转过一个工位角，进入清理-检验工位。在此工位上，清洁的压缩空气由灌浆口一侧输入型腔，使型腔工作表面可能的细小附着颗粒由灌浆口另一侧吹出，完成清理。

由CCD装置探入型腔，检查型腔表面是否有明显缺陷。如有，需换有缺陷的模具组片；如无，进入下一环节。

步骤十：模具组件入灌浆位：回转工作台转过一个工位角，进入灌浆工位，做好灌浆准备。

至此，灌浆成坯一个基本循环完成。

结合上述灌浆成坯制造方法100的步骤，本法明提供一种自动化灌浆设备，其为回转工作台200，其运用冗余技术，采用电机自定位、棘爪机构锁定与电磁铁锥销组合，实现工作台的精确定位。本实施方式中，以四工位工作台加以说明，请参见图2，该四个工位分别为第一工位：灌浆，第二工位:清桨，第三工位：开模取件、合模，第四工位：清理。其中，该工作台200包括模具组件20；电磁铁销卯21；模具推移机构22；工作台机架23；主电机24；工作台中心轴25；清理与检测装置26；固定套27；地脚螺栓28；气缸29。所述地脚螺栓28将工作台机架23安装固定，所述工作台机架23上安装工作台中心轴25，所述工作台中心轴25上安装主电机24，所述主电机24驱动模具组件20在四个工位移动。

工作台转速在1-5转/分范围之内，通过控制电机可以对工作台工位实行有效定位。

请结合参见图3，所述四工位回转工作台200还包括陶浆输送管10；陶浆分支器11；灌浆管头12；石膏模具组件13；集件板14；陶浆回收器16，桨水由陶浆输送管10进入陶浆分支器11内，并由陶浆分支器11进入灌浆管头12，灌浆管头12对应石膏模具组件13。所述集件板14位于所述工作台机架23一侧，所述陶浆回收器16位于所述工作台机架23另一侧。

请参见图4，采用棘爪机构锁定实现工作台的精确定位，为提高工作台四工位的准确性，在工作台200纵向中部外缘设有特殊的棘轮棘爪机构。其包括回转工作台凸缘40；阿基米德螺旋工作面41；轮毂42；轮辐43；滚子44；滚子轴45；棘爪臂46；扭簧47；棘爪轴48。棘轮部分的工作廓形为阿基米德螺旋面41-过渡曲面-圆弧面；棘爪工作面为特制高硬度耐磨轴承外圆柱面。棘轮与棘爪啮合工作时，棘爪圆柱工作面在工作台外缘阿基米德螺旋面41上作滚动，越过过渡曲面，进入内圆柱面。控制系统指令工作台停转，则棘轮棘爪定位在此时的工作啮合面上，并防止了工作台可能出现的反转。

棘轮工作廓形采用阿基米德螺旋面(AB段)-过渡曲面(BC段)-圆弧面(CD段)组合和棘爪工作面采用轴承外圆柱面即滚子44工作面；棘轮工作廓形各段光滑连接，与滚子44圆柱工作面之间形成滚动，不仅保证机构的功能，便于制造，而且显著提高工作平稳性、耐磨性，从而提高了机构工作的可靠性和使用寿命。

进一步地，请参见图5，采用电磁铁锥销实现工作台的精确定位，电磁铁锥销定位与锁定包括锥销电磁铁34、压缩弹簧35；电磁线圈36；端盖37；螺栓38；定位卯39组成。

当工作台回转时，电磁线圈36带电，锥销电磁铁34在电磁线圈36吸力作用下，克服弹簧力，缩入在滑道内；当工作台进入下一工位时，电磁铁34断电，锥销在弹簧力作用下伸出工作滑道并进入工作台端面上的锁卯并稳定驻步在此锁卯内。根据需要和确保定位与固定可靠，可在工位定位板和工作台端面上均匀设置2-4个电磁铁锥销34定位与固定锁卯。本实施方式中采用两个。

在此过程中控制系统指令电机停止在对应的工位上；棘爪机构以自身的反向自锁性防止工作台可能出现的微小回转。

具体地，在石膏模合模后即行灌浆，也就是在第一工位时，就需要对模具组件20进行固定，以抵消灌浆时的冲击力和灌浆过程中及灌浆后桨体对模具的张力。模具组件固定套27即起此作用。请参见图6，固定套27包括干热风接受柔性接头50；弹簧51；固定套与液压缸连接装置52；固定套与底模支撑板的连接器53；板簧54；弹簧组件55。所述固定套27上端与液压缸相连接，下端与回转工作台200相连接。工作时固定套27相对于石膏模组件在较高位置，在液压缸作用下，固定套27相对模具作线性运动并逐渐套入模具；固定套中的弹性元件即板簧54与模具外部支架作相对滑动并使模具组件各片准确而牢固地连接在一起。当固定套27下行至指定位置时，固定套27下端的钩锁勾住工作台上的锁栓，液压缸与固定套脱钩，液压缸复位。据此，固定套完成对模具组件的固定。

固定套与模具组件的分离。在脱模取件之前，要卸去固定套，具体实现方案如下。工作台进入脱模工位并固定不动，机械手系统投入工作，上模片和四个侧模片分别由对应的五个机械手进行定位和固联；接着定位套上方的液压缸接到指令下移并与定位套上部的连接元件连接，固定套下端的钩锁与工作台上的锁栓脱钩；液压缸以稳定的工作速度连同固定套一起上移至指定位置，停止运动，完成固定套与模具组件的分离。

本发明基于系统工程原理，采用可靠性原和优化设计方法，在整机设计和子系统设计时，运用系统工程原理进行功能设计和优化设计，其中，整机设计的评价函数是轻量化，约束条件是功能、可靠性和占用空间；子系统设计的评价函数是成本，约束条件是功能和占用空间。如此，实现整机设计和子系统设计的双优化。

本发明采用多机构与多技术融合，用自动化和智能化实现人工操作的复杂过程，需用多种机构巧妙融合，多项技术有机结合并通过优化设计才能实现本发明的初衷和预期。

本发明设计多种机构融合主要包括：工作台回转机构、制件底板推移摇杆-滑块组合机构、取件用丝杠螺母机构、棘轮棘爪机构等。

本发明采用多项技术有机结合主要包括：灌浆速度与灌浆量智能控制方法与技术，最优化设计、工程热物理技术、液压技术、冗余技术等。其中，冗余技术中的回转式工作台，其上安装有百个模具，工作时约有3吨重量随之转动；同时灌浆、清桨和开模-合模工艺均要求机械或操纵装置与石膏模的对应位置准确而稳定，故采用电机自定位、单向转动爪和电磁铁锥销定位与固定的组合方法，保证工作台工作与工位定位的准确和可靠。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动化灌浆设备，其特征在于：包括回转工作台，所述回转工作台安装在工作台机架上，主电机，所述主电机通过工作台中心轴安装在所述工作台机架上，通过控制主电机对工作台进行定位；棘轮棘爪机构，在所述工作台纵向外缘设置棘轮棘爪机构，当所述工作台停转时，棘轮棘爪定位在工作啮合面上，防止所述工作台反转；电磁铁锥销，当所述工作台回转时，电磁线圈带电，电磁铁锥销在电磁线圈吸力作用下，克服弹簧力缩入在滑道内；当所述工作台进入下一工位时，电磁线圈断电，电磁铁锥销在弹簧力作用下伸出工作滑道，并进入工作台端面上的锁卯以驻步在锁卯内。

2.根据权利要求1的所述自动化灌浆设备，其特征在于：所述工位分别为第一工位：灌浆，第二工位:清桨，第三工位：开模取件、合模，第四工位：清理，其中，该工作台包括模具组件；电磁铁销卯；模具推移机构；清理与检测装置；固定套；地脚螺栓和气缸，所述地脚螺栓将工作台机架安装固定，所述主电机驱动模具组件在四个工位移动。

3.根据权利要求1所述的自动化灌浆设备，其特征在于：还包括陶浆输送管、陶浆分支器、灌浆管头、石膏模具组件、集件板、陶浆回收器，桨水由陶浆输送管进入陶浆分支器内，并由陶浆分支器进入灌浆管头，灌浆管头对应石膏模具组件，所述集件板位于所述工作台机架一侧，所述陶浆回收器位于所述工作台机架另一侧。

4.根据权利要求1所述的自动化灌浆设备，其特征在于：棘轮棘爪机构包括回转工作台凸缘；阿基米德螺旋工作面；轮毂；轮辐；滚子；滚子轴；棘爪臂；扭簧；棘爪轴，棘轮部分的工作廓形为阿基米德螺旋面-过渡曲面-圆弧面；棘爪工作面为耐磨轴承外圆柱面，棘轮与棘爪啮合工作时，棘爪圆柱工作面在工作台外缘阿基米德螺旋面上作滚动，越过过渡曲面，进入内圆柱面。

5.根据权利要求2所述的自动化灌浆设备，其特征在于：固定套包括干热风接受柔性接头；弹簧；固定套与液压缸连接装置；固定套与底模支撑板的连接器；板簧；所述固定套上端与液压缸相连接，下端与回转工作台相连接。

6.根据权利要求5所述的自动化灌浆设备，其特征在于：工作时固定套高于模具组件，在液压缸作用下，固定套相对模具组件作线性运动并逐渐套入模具；固定套中的板簧与模具外部支架作相对滑动并使模具组件各片连接，当固定套下行至指定位置时，固定套下端的钩锁勾住工作台上的锁栓，液压缸与固定套脱钩，液压缸复位，固定套对模具组件进行固定。

7.根据权利要求6所述的自动化灌浆设备，其特征在于：工作台进入脱模工位并固定不动，上模片和侧模片分别由机械手进行定位和固联；固定套上方的液压缸接到指令下移并与固定套上部的连接元件连接，固定套下端的钩锁与工作台上的锁栓脱钩；液压缸以工作速度连同固定套上移至指定位置，停止运动，固定套与模具组件的分离。

8.一种灌浆成坯制造方法，其应用上述权利要求1-8任意一项所述自动化灌浆设备，其特征在于：该灌浆成坯制造方法包括如下主要步骤：浆水配方搅拌、模具组件合模入位、定速定量灌浆、控温控时烘干、匀角速度翻转清桨、稳定固化、脱模、自动取件、合模、清理检验、模具组件合入灌浆位，其中，模具组件合模入位与定速定量灌浆的步骤进一步包括模具组件经合模、清理和检验合格后，回转工作台转过一个工位角，进入灌浆工位，灌浆开始，根据型腔容积和制件壁厚，系统设定浆水的流速和灌浆时长，从而控制灌浆量，实现模具型腔形态、制件壁厚与灌浆量的组合，多模具同时灌浆。

9.根据权利要求8所述的灌浆成坯制造方法，其特征在于：控温控时烘干的步骤进一步包括根据坯件材料配方、形态、壁厚等的不同，系统智能控制并向模具循环通入热干风；保证热干风温度范围和干燥时长；

匀角速度翻转清桨的步骤进一步包括经过一定时间的水分吸收和陶桨固化，以均匀和缓慢的速度转动模具，使其从灌浆状态转过180度，在此过程中，未固化陶桨稳定地从灌浆口徐徐流出，进入陶桨回收器，陶桨倒净后模具复位。

10.根据权利要求8所述的灌浆成坯制造方法，其特征在于：入位脱模步骤进一步包括经过一定时长的进一步固化稳定，回转工作台转过一个工位角，进入脱模-取件-合模工位；组合机械手动作并与对应的模具组片定位固联；液压系统移离定位套；机械手及对应机构进一步动作，按球径方向将各模具组片移离，实现开模；

所述自动取件步骤进一步包括丝杠螺母推出机构将模具底板连同制件推至制件移出位；取件机构撮取坯件至集件板；推出机构与取件机构顺序复位。

所述合模步骤进一步包括组合机械手按球径方向向心动作，使与之相固联的模具各组片聚拢成腔；固定套入位固定模具；组合机械手复位；

所述清理检验步骤进一步包括回转工作台转过一个工位角，进入清理-检验工位，在此工位上，清洁的压缩空气由灌浆口一侧输入型腔，使型腔工作表面可能的细小附着颗粒由灌浆口另一侧吹出，完成清理；

由CCD装置探入型腔，检查型腔表面是否有明显缺陷。如有，需换有缺陷的模具组片；如无，进入下一环节；

所述模具组件入灌浆位的步骤进一步包括回转工作台转过一个工位角，进入灌浆工位，做灌浆准备。