防火板阻燃环装配一体机设计

索海生，侯志坚，陈传明

(1.山大鲁能信息科技有限公司，山东济南 250100;2.济南大学机械工程学院，山东济南 250022)

木材是天然环保节能材料，兼有保温隔音功能，其柔韧优于其他材料，可以吸收并消散能量，对于瞬间冲击荷载和周期性疲劳破坏有很强的抵抗能力，抗震性能明显优于其他材料，因此在地震高发地区(如日本)常用木材建造住宅。木材防火性能差，室内装修多采用类似石膏板的防火材料，但是完整的防火装饰板不能透气，室内通风效果不好，需要在防火板材上钻多个通孔再使用(见图1)。带孔的装饰防火板材也有缺点:如果发生火灾，空气容易通过小孔进入室内，火势蔓延加快，再就是钻孔后外观不好看。日本SGC 株式会社研制了新型阻燃材料，其受热后体积迅速膨胀，将这种材料做成圆环状阻燃环，塞入防火板通风孔中，阻燃环内孔能够通风，如果发生火灾阻燃环可迅速膨胀将小孔闭合，阻断空气进入室内，延缓火势蔓延速度，为人们逃生争取尽可能多的时间。阻燃环颜色多样，通风孔位置可设计成多种图案，大大增加装饰美观效果。防火装饰板的制作工序包括:在防火板上钻阶梯孔，由条形型材切割阻燃环，将阻燃环装入防火板材小孔中等。由于工序繁琐且图案多样，完全靠手工操作无法满足制作效率要求，必须由自动化设备完成以上工序。该防火板阻燃环装配一体机正是为国外客户设计。

图1 新型防火装饰板

1 专用装配一体机设计

1.1 功能要求

本机需满足以下要求:(1)钻多孔。在长度2 000 mm、宽度为1 000 mm、厚度为12 mm 的防火板上钻多个阶梯孔(约2 000～2 500 个)，阶梯孔大径φ11 mm、深10 mm，小径φ9mm、通孔，孔距一般为标准值;(2)自动切割阻燃环。阻燃环外径φ12 mm，内径φ9 mm，厚度4 mm，直接由长管状空心坯料切割而成;(3)自动装填阻燃环。自动将阻燃环放置在已钻孔处，压头将阻燃环压入孔中并使上面与板表面平齐;(4)效率要求。每板钻孔时间不超2 min，完成所有装配工作时间不超2.5 min。

1.2 设备布局及工作原理

针对自动化程度及加工效率要求，宜采用工序集中原则，即钻孔、切割和装配阻燃环均在同一台设备上完成，使基本时间与辅助时间重叠，提高工作效率。该装配一体机布局如图2 所示:整机主要由封闭式机架1、移动工作台2、送料托盘4、阻燃环切断机5、阻燃环挤压机6 及多轴钻孔机7 等组成。工作台可在十字导轨上运动，防火板固定在工作台上，多轴钻一次可钻出16 孔，切断机将条状坯料切成阻燃环，送料托盘移动将阻燃环送到孔正上方位置，挤压机将阻燃环压入孔中，各运动均由伺服电机或步进电机驱动滚珠丝杠，滚动导轨导向，保证相对位置及运动关系正确。主要技术指标如表1。

图2 阻燃环装配一体机布局图

表1 主要技术指标

1.3 工序流程

(1)使用专用真空吸盘将防火板放置在工作台上，气缸活塞推动工件在工作台面上X、Y 轴方向定位并由气动夹钳夹紧。

(2)工件由Y 轴负方向进入工作区，多轴钻钻削台阶孔，工作台两轴联动动作完成全部孔加工。

(3)步进电机驱动摩擦导轮及飞刀转动，坯料位移距离与飞刀转动匹配，将4 根坯料同时切断，并控制切断阻燃环的长度。阻燃环落入送料托盘凹槽中，送料托盘沿X 轴方向伺服运动，可将配料模板所有凹槽中充满胶圈(图3)。

图3 切断及送料示意图

(4)送料托盘移动到挤压机正下方，压头向下(Z 轴负方向)移动，压头穿过配料模板凹槽孔将阻燃环压入到防护板已钻台阶孔中。

(5)工作台X、Y 方向联动，重复工序 (3)、(4)完成全部阻燃环压入。

(6)下料吸盘将完工防火板卸下。

2 总结

设计了一种用于防火板阻燃环装配的复合一体机，较为详细地介绍了其功能、工作原理以及典型结构。该设计方案具有如下特点:(1)工序集中，自动化程度高。从上料、钻孔、切割阻燃环、挤压装配到下料实现全过程自动化。(2)工作效率高。由于多工序同时进行，辅助时间与基本时间重合。(3)协调动作多，机械结构复杂。由于钻头定位、送料托盘位移、坯料送进等多个运动需要协调动作，使得机械构造复杂，调整环节多。要降低成本，提高效率，减少故障率，尚需优化结构，提高可靠性。