大齿条自动冲切生产线的设计与研发

王 军，于月琴，陶 伟，马海波

(1.金轮针布(江苏)有限公司 梳理技术研究部，江苏 南通 226009；2.华润建筑有限公司，广东 深圳 518000)

0 引言

大齿条金属针布主要指刺辊金属针布以及一些特殊场合使用的总高、齿距尺寸较大的金属针布，主要应用于清梳联及毛、麻、非织造等领域。作为预分梳金属针布，大齿条金属针布梳理力大、作用剧烈，对材料的硬度和耐磨性要求较高，自身的质量性能直接影响预分梳效果；其预分梳质量会间接影响锡林金属针布和盖板金属针布的分梳质量和寿命，最终影响纤维的梳理质量和产量。此外，预分梳质量与后期纤维的握持损伤、棉结、杂质以及条干均匀度有关[1-3]。

目前，国内外常规锡林、道夫金属针布齿条生产线均采用高速旋转冲切方式冲齿。该类齿条具有“矮、尖、浅、薄、密”的特点[4-5]，这类冲齿方式使高速、高精密的旋冲机构得以应用，但对一些齿形、齿距以及基部宽较大的金属针布齿条，因其所需的冲切力相对较大、刚性要求较高，若采用常规旋冲机构对其进行冲切，会因旋转主轴刚性不足，导致冲切时产生剧烈振动，影响设备的冲切精度和质量[6-7]。

针对目前旋冲式冲淬联合线无法生产大齿条产品的弊端，以及该产品为客户定制、产量需求无法保证等特点，笔者利用车间生产其他产品的CP-25T型高速冲床设计改造为大齿条在线自动冲切设备。当客户有订单需求时，可临时搭建大齿条高速冲切生产线用于生产；无订单时，可拆除生产线用于其他产品。该设计从根本上解决了新产品的定制需求，降低了公司采购新设备费用，具有较好的产品效益与经济效益。

1 大齿条自动冲切生产线工艺过程与设备功能要求

1.1 工艺过程

大齿条自动冲切生产线的工艺包括放料设备、牵料设备(变频电机驱动)、检测架(含同步感应装置)、校直机、冲模部件、牵料机(伺服电机驱动)、收卷包装设备(含垫防护纸机构)和电控部件等8个工步组成。其中，放料和卷绕包装是该自动冲切线的首道和末道工序；首道工序来料为高速轧制设备的半成品坯条；末道工序后的产品为齿条半成品，后续需要在专门的抛光设备上对半成品进行抛光处理，以满足针布齿条表面粗糙度的要求。

1.2 金属针布齿条工艺参数

金属针布齿条主要的工艺参数包括：工作角、齿距、基部宽、齿顶长、总高和齿深等[6]，笔者将以齿距为20 mm、基部宽为2.5 mm、总高为10 mm的AT10010×20025型针布齿条为目标产品，该产品的具体设计参数见图1。

1.3 生产线设备功能要求

目前，常规金属针布齿条的生产工艺流程已不能满足大齿条的生产，需重新制定其生产工艺流程，同时要求该生产线应具备以下主要功能。

a) 来料坯条为轧制盘状卷料，生产线应具备放料机构，能够适应盘料的安装与拆卸，且放料机构应具备制动功能。

b) 放料机构前需设有牵料校直机构，作为牵引放料机的动力源，同时对盘料中的坯条进行第一道校直，保证进入冲床冲切时坯条的直线度，以及冲切的精度和质量。

c) 冲床设备上需设置相应产品的校直机、冲模部件以及伺服牵料机，校直机为冲切前对坯条进行的第二道校直，冲模部件可实现相应产品的冲切成型，伺服牵料机作为冲切的动力源，是通过伺服电机与冲床上的高精度旋转编码器形成闭环控制以完成连续高精度冲切[7]。

d) 经过冲切成型的大齿条需要通过设备进行收卷包装，该设备要能够满足针布宽度方向均布、径向叠层排布的功能，且层与层之间需要垫防护纸，即具备自动垫纸功能。

e) 具备成品的称量功能，并能够进行达重报警，提示操作人员卸料。

f) 生产线具备电气控制系统，控制生产线的启停。

2 生产线方案设计

根据上述大齿条自动生产线的工艺步骤、生产要求以及应具备的主要功能特征等，该生产线应包含放料机(含阻尼机构)、校直牵料机、冲模设备(含冲床、冲模部件以及校直)、伺服牵料机和卷绕包装机(含收卷、包装及垫纸)等。此外，还需要有电气控制系统(含与原高速冲床兼容的冲切控制系统)和气动系统。图2为大齿条高速冲切生产线的整体布局示意。

2.1 放料机

放料机主要用于来料的被动放卷，须具有结构简单、方便上下料以及放料稳定等特点。由固定底座、料架、调节阻尼、定径螺栓、料盘轴以及料盘等组成，见图3。

其中，固定底座采用可翻转结构，方便料盘的装卸料；料架和定径螺栓用于确定收卷时的起始直径以及卸料时的预松；调节阻尼用于在前端牵引时保证针布保持一定的张紧力以及刹车停止功能，其阻尼大小可以根据实际情况进行人工调节；料盘尺寸规格为φ600 mm×φ350 mm×130 mm，用于坯条的放卷料。

2.2 校直牵料机

校直牵料机作为放料机构的动力源，具备主动牵引与校直的功能，由支架、牵料机、校直机、牵引辊轮、导向轮以及气缸等组成，结构如图4。

其中，支架是整个机构的支撑；牵料机上带有主、被动辊轮，依靠气缸带动其中1个辊轮压紧，利用2个辊轮之间的摩擦力带动坯条向前进给；此处校直机作为第一道校直工序，由交叉布置的2组带轴承滚轮从水平方向和竖直方向分别对坯条进行直线度校准，以保证坯条的直线度；导向轮由3个长轴轮组成，限制坯条的左右和上下窜动；牵料机构采用变频电机驱动，前端的检测架设置液位继电器或接近传感器，以确保坯条在送料过程中能保持一定的余量。

2.3 冲模部分

大齿条的基部宽和总高决定了冲切坯条需要较大的冲裁力，将冲模部分安装于现有的CP-25T型高速冲床上，可实现大坯条的冲切成型。冲模部件为生产线的核心部分，最终决定齿形冲切的精度和质量，由上模座、下模座、限位套、弹簧、调节座、凸模、凹模以及凸模固定座等组成，具体结构见图5。

上、下模座分别用于固定凸、凹模，凹模通过调节座调节相应的齿形精度；限位套与弹簧用于限制上模座的下压极限位置以及复位；凸、凹模的形状尺寸由针布齿条的尺寸和精度确定，见图6。冲切前第二道校直主要包括水平轮、竖直轮、滑块、手柄、凸轮和导向轮等，其原理与作用与第一道校直机构相同，见图7。

整条生产线的速度取决于高速冲床的速度，假设冲床速度为m(次/min)，大齿条齿距为p(mm)，则设备整体线速度为：v=mp×10-3m/min。

由于大齿条齿距为20 mm，CP25-T型高速冲床的冲切速度不小于180次/min，则整条线速度不小于3.6 m/min。

2.4 伺服牵料机

伺服牵料机是保证金属针布齿条整体质量的又一关键设备，主要由伺服电机、上下辊轮、气缸、定位机构及磁粉制动器组成，结构示意见图8。选用伦茨MCS06C41型伺服电机，该电机需要与冲床主机间保持联动，将原冲床上的A-ZKT-D100B型编码器所给出的信号反馈给PLC，对反馈的脉冲信号和齿距等进行比例换算，控制伺服电机的牵料速度，完成伺服牵料；磁粉制动器用于生产线停止后的快速降速，可使牵料机构不再进行送料进给；牵料机、定位机构与前道工序中的作用原理相同。

2.5 卷绕包装机

卷绕包装机主要完成产品的排料、收料及垫纸功能，主要由送纸机构、导向机构、传动机构、切纸机构、张力机构、机座、电子秤和导纸机构组成，具体结构见图9。

卷绕包装机的送纸机构采用气缸下压，使机构上的橡胶滚轮与料盘接触并带动垫纸的卷入；传动机构由变频电机带动传动轴旋转，按照一定的速度进行卷料动作；导纸机构用于对金属针布齿条的排料，且随料盘的卷绕直径增大而自动抬高；切纸机构提供喂纸功能，通过2个辊轮之间压紧时的摩擦力传输，具备定长切断功能；电子秤可实现在线称量和达重提醒等功能。

2.6 其他部件

其他部件包括电控支架、高低压气路及控制线路等，其中电控支架设置于收卷包装工序之前，方便操作人员在达重后进行停机操作。气路所涉及到的电磁阀、调压阀以及控制盒均可安装在支架上，具体结构见图10。

3 结语

3.1笔者设计的大齿条高速冲切生产线利用了现有的CP-25T型高速冲床，提高设备利用率，针对客户临时订单，可随时组装成线进行生产；临时订单完成后，可将生产线拆除，生产其他产品，不影响设备的使用，具有很好的机动性。

3.2该高速冲切生产线应用了高精度伺服牵料机构，与CP-25T型高速冲床上的编码器形成闭环控制系统，充分保证了产品的尺寸精度和质量。

3.3该高速冲切生产线具备制动型被动放料、牵料校直、高速冲床冲齿成型、收绕包装以及在线称量等功能，基本实现了大齿条自动化生产。

3.4相比于常规金属针布齿条生产时所使用的旋冲机构，高速冲床整体冲切线速度相对较慢，仅为3.6 m/min，但因其冲切力大，设备整体刚性好，特别适合冲切尺寸较大、基部较宽的大齿条，具有针对客户进行专业性定制上的应用优势。