半自动橡胶辊磨床的全自动化改造

庄里华 江宋坤

摘要：本文是通过对人工操作的半自動化的橡胶辊磨床进行增设自动上下料装置以完成全自动化的改造，使得Cycle Time 由原来的9秒降至5秒，为企业提高效率。实施改造的上下料装置通过采用差动式管料送料机构，结合气动元件组成的机械手、PLC、触摸屏和主体设备一体化联动的工作方式。

关键词：半自动橡胶辊磨床、自动上下料装置、差齿结构、触摸屏

引言

随着办公自动化的快速发展，使得打印机、复印机的橡胶辊这一消耗件的使用量剧增，而且价格日趋低廉化发展。但目前仍有半自动化的橡胶辊磨床在企业使用广泛，再者全自动的橡胶辊磨床企业投资较大，致使在半自动橡胶辊磨床进行全自动化的改造，实现全自动工作模式，将是半自动化橡胶辊磨床得以延长使用寿命、减少人力成本、减少企业投资的首选之路。

一、半自动橡胶辊磨床设备介绍

（一）磨床的主要用途和特征

本机床适用于橡胶滚轮制造厂的车间磨削各种规格的橡胶辊。机床采用半自动循环成批加工胶辊，在半自动磨削时，能自动完成。

（二）机械传动部件的说明

机床的主要运动有：工件旋转、工作台移动、砂轮旋转、砂轮架手动进给、尾座套筒运动等构成。

（三）设备运动过程的流程

由于是成批磨削胶辊，工作时为半自动循环（单向或双向循环磨削），机床操作步骤为：

手动试磨达到图纸标准尺寸后进行基本参数的设定，在实现人工操作：

2、半自动运行程序

砂轮座位于头架侧→砂轮转动→磨头离合→自动运行→尾座启动→尾座正转/反转（带动工件转动）→开始磨砺工件→工作台向右移动→工作台左移（按设定次数往复）→中心规手动下料（按设定停车时间卸下工件）→进入下一循环。

正因为如此，在此半自动化的橡胶辊磨床上增装自动上下料的机械手以实现全自动化工作模式，成为实施这一改造课题的目的。

二、橡胶辊进料方式的比较及优化

管料工件进料方式有以下两类：料仓式和料斗式，现就其工作特点进行说明：

根据这两种送料方式的工作特点来看，管式排料易于采用定向排列的料仓式上料方式实现上料和收料的过程;所以结合管类零件外圆加工的特点和料仓式工作方式，开发出经济优化型的差齿运行的进料方式。差齿结构的工作模式如下图所示：

此结构的工作原理为：齿形的托料机构分为固定齿和活动齿，固定齿靠两侧、固定不动;活动齿靠内侧由构件支撑气缸推动做上下运动;活动齿和固定齿之间相差1/2的齿距，运动时构成差动工作模式;并且工件有一定的重力，会在两个齿形的斜线部分重合时滚动到下一个齿，实现定向运动、不停地向前跳齿的平移运动;同时在收料侧，由于齿形相反，工件会伴随气缸的上下运动向后退的方向运动，实现收料的功能。

四、橡胶辊机械手的制作和工装介绍

采用两排跳齿结构的装置即可完成工件的上下料运动;在上下料的节点处采用机械手上料和收料就可以完成全自动化加工的运行模式。

五、改造装置的工作原理说明

现将其工作原理按照气缸的动作简述如下：

按下启动按钮X23（M23）--Y0分料气缸得电动作，并且循环动作--直至X27送料检测传感器（电感式传感器检测金属）检测到有物料--Y1上料气缸得电动作，将料水平推送到前限位传感器X3--Y3尾座气缸得电动作，将料顶至磨床的工装上待加工--Y2托料气缸得电向下运动至下限位X6，Y1上料气缸失电缩回至后限位X4--Y2托料气缸失电后复位至顶出状态，X27未检测到物料则循环到“Y0分料气缸动作，并且循环动作”的状态。同时Y1上料气缸到达后限位X4时，通过延时后磨床启动Y10得电，磨床按照机器的原有动作进行磨削，并且在磨床上增设了行程开关可以监控磨床的运行状况--当磨床运行一个来回时，即行程开关X12（磨床砂轮右限位）闭合--Y11停止磨床的继电器得电，使磨床停止运行实现一个磨削的循环;同时Y4收料伸出气缸动作向前伸出--X13收料伸出气缸前限位检测到，Y5收料气缸得电向下运动，Y3尾座气缸得电支撑工件--X16收料气缸下限位检测到，Y6取料气缸得电动作，夹爪抓住工件并延时--X17取料气缸夹紧传感器检测到工件被夹紧后，Y3失电，尾座退出--X10尾座控制气缸的后限位感应到，则Y7平移气缸得电，工件脱离磨床的工装--Y7、Y6、Y4保持得电，Y5失电--X15收料气缸上移至上限位，Y4再失电，工件被收回至收料区域--X14收料伸出气缸后限位检测到，Y6取料气缸失电，工件落到收料的斜齿装置上--X21平移气缸在前限位时，让Y7平移气缸复位--X22平移气缸在后限位时，程序再跳转到“Y0分料气缸动作，并且循环动作”的状态，实现连续加工。

如上所述，此种结构包含三种单元的组合：

（一）送料单元（上料单元）

由分料气缸、上料气缸、托料气缸和尾座气缸组成，实现橡胶管料的料仓式运输，待尾座气缸装夹好工件后执行磨削加工。

（二）机械手单元

由收料伸出气缸、收料气缸、取料气缸和平移气缸组成，加工完成后，磨床停止工作，机械手实现取料回收，将料回收到收料仓。

（三）收料单元（下料单元）

由于分料气缸是与送料单元联动的结构，且运输管料的方向相反进行，当料置于收料仓时，分料气缸的动作会同时实现送料和收料的动作，因此单元在整个结构中是能耗最低、功能最少的，同时是实现全自动化不可或缺的一个环节。

六、三菱的触摸屏的应用

由于手动的按钮较多，所以采用GOT1050型5.7英寸的触摸屏较为经济。如下自动模式和手动模式的效果图。

七、经济型分析

此自动上下料装置在实现管类工件的全自动加工方面有较强的优越性，比起料斗型和工业机器人型的效率更高，几乎达到送料和收料的同步，现以下表对改造前后的经济性进行比较。

1、改造前的月度人工成本为：3000*10=30000元/月

2、改造后的月度成本消耗为：3000*2+1417+255=7672元/月

从以上的数据可以分析得出：4个月基本上可以收回所有的投资并实现盈利，效益相当可观;并且在节省人力的同时，也降低了工人的劳动强度。

九、结束语

对此半自动化的橡胶辊磨床上进行的全自动化改造，使得半自动化橡胶辊磨床得以继续在市场竞争中发挥余热，既减少企业人工成本同时，也提高了设备效率;同时这款差齿送料机械手结构简洁、便于维护，非常适合中小企业实施全自动化改造上加以应用。

参考文献：

[1]黄志坚.机床电气设备维修实用技术[M].北京：中国电力出版社 2018.（131～141）

[2]李响初.机床电气控制线路[M].北京：中国电力出版社2018.（8～12）

[3]马宏骞许连阁.PLC、变频器与触摸屏技术及实践[M].北京：电子工业出版社2014.（201～204）

作者简介：

庄里华，1983-09，男，汉，广东珠海，本科，研究方向：电气工程及其自动化

江宋坤，1981-10，男，汉，广东珠海，本科，研究方向：机电一体化