门板自动转向装置设计

邓泽坤， 丁建文

(南京林业大学，江苏 南京 210037)

近年来，随着人民生活水平的日益提高，消费者对于木门产品的需求也越来越高[1-2]。为了提高复合木门的总体产能和产品质量，复合木门的生产线需要更为智能化的加工设备以及更为先进的管理方案[3-6]。

在复合门门板的生产路线中，门扇需要使用实木条或PVC线条进行封边。由于木门总体尺寸较大且四个边都需要加工，故现有加工设备采用的是封一条直边后输出旋转90°再封另一边，直到四边完成后再进入下一工序[7-9]。这就需要在加工中对门板进行固定角度的旋转，并判断门板的下一工序是循环还是输出。在现有的生产线中，普遍采用机械臂来完成该操作。然而，实际生产中，门板的表面往往存在复杂花纹图形，机械臂的真空吸盘难以作业；同时，门板的表面较为脆弱，门板的总体质量又较大，机械抓手存在破坏表面的可能[10-12]。针对这一问题，设计了一种安装于木门门扇生产线上的自动化转向装置，可以满足90°～270°的高精度转向，并自动控制木板的循环和输出。

1 门板自动转向装置的总体方案

主要技术参数要求：工件长度范围为1 600 mm到2 200 mm，工件宽度范围为600 mm到1 400 mm，最大传送带速度25 m/s，转向最大时长3 s，转向角度±90°或180°，误差<1°。门板转向装置安装在需要转向工段的传送带末端处，满足转向循环和选择输出的需求。

门板自动转向装置如图1所示，装置由外工作台及其控制系统、内工作台及其控制系统、传送带控制系统和底座三个部分组成。外工作台负责门板的转向控制，内工作台负责门板的输出控制。

图1 门板自动转向装置

其工作流程如图2所示，内工作台面传送带与工件传送带同步运动，速度v0，内工作台气缸及挡板气缸顶起后，工件从左侧由传送带输入，在扫描二维码信息后在数据库中调出工件的转向及循环输出信息。工件运动到内工作台左侧滚筒时红外开关闭合开始计时，至工件运动顶上右侧内工作台挡板后停止。控制内工作台气缸和挡板气缸，同时降下内工作台面和挡板，工件落在外工作台面上。根据数据库信息判断循环或是输出，如果是循环转向，则外工作台面电机驱动外工作台面转过相应的角度。升起内工作台面，工件被内工作台面顶起。内工作台传送带电机启动输出工件，右侧红外开关断开后升起挡板，下一工件进入。如果是判断输出，则外工作台面电机驱动外工作台面转过相应的角度，同时内工作台电机驱动内工作台面转向对应的输出位。随后升起内工作台面，工件被内工作台面顶起。内工作台面电机加速至2倍v0，工件输出至无动力滚筒后输出至下一工段。右侧光电开关断开0.5 s后内工作台电机停止。外工作台面反向旋转归位，传送带电机启动，挡板升起，进入下一加工循环。

图2 工作流程

1.1 外工作台单元

外工作台如图3所示，外工作台单元由外工作台面、框架、套筒、支架、电机及齿轮组和定位挡块组成。外工作台面与框架、套筒通过焊接连接。套筒与底座通过调心滚子轴承装配，使之可以沿底座轴作回转运动。在内工作台落下时，外工作台面及支架、套筒等均不会与内工作台单元发生碰撞。支架通过螺栓固定在框架上。支架中间有两固定的直角梯形方块，在内工作台升起时，内工作台导轨座底部的圆柱形导向装置会跟随内工作台上半部分一起运动最终卡在支架的两固定块中，使内工作台上半部分与外工作台在外工作台电机的驱动下共同旋转。套筒底部焊有定位挡块，与底座的光电门开关共同作用，用于在机器启动时的机械复位阶段和外工作台转向过程中将机器与底座进行定位纠偏。

图3 外工作台

1.2 内工作台单元

内工作台如图4所示。内工作台单元分为转台部分和主体部分。内工作台的转台部分与主体部分通过推力调心滚子轴承装配，主体部分与底座通过推力调心滚子轴承装配。连接处安装导电滑环。

图4 内工作台单元1.左右滚筒；2.左右反射红外开关；3.张紧装置；4.传送带装置；5.挡板；6.挡板气动控制系统；7.支撑架；8.转轴；9.齿轮组；10.传送带电机。主体部分：11.导电滑环；12.电机架；13.导轨架；14.油压缓冲器；15.导轨；16.步进电机及减速机；17.气缸座；18.气缸；19.底座；20.导向装置

转台部分的主要组件有：两侧滚筒，传送带系统，两侧感应开关，挡板机构，支撑架，齿轮组。转台与主体中间由推力调心滚子轴承配合，在步进电机的控制下转向。内工作台单元转台部分的电路和气路走线都是沿着支架引到中心后通过中间的导电滑环后从主体的电机架拉出，与主体部分的电路连接。

内工作台主体部分的主要组件有：步进电机、减速机、气缸及导轨、支架、底座、导向装置。步进电机支架与气缸推杆、气缸导轨架通过螺栓连接，由气缸控制同步上下。导轨架底部的导向装置在气缸低位时插入底座平台上的定位装置，主体部分固定在底座上不可旋转；当气缸顶起时，外侧的圆柱形导向装置同步向上运动卡入外工作台面支架下侧的定位块中，内工作台单元与外工作台单元固定，可在外工作台电机控制下同步转向。

1.3 底座单元

底座单元如图5所示，由底座平台、电机架、中柱、底座组成。外工作台套筒与底座中柱通过上下两个轴承配合，与底座其他部分无接触。

图5 底座单元

2 转向精度的控制

门板的加工转向对反复转向固定角度的精度要求较高，对转向角度的多样性要求较低，故选择在底座安装光电开关用于外工作台单元转向的定位和纠偏。当出现断电、急停等操作后，外工作台面可能处于非正确的工作位置，可开机后通过控制外工作台面电机，单向转动使底部的光电门闭合进行自动归位。内工作台在低位时直接与底座固定，高位时与外工作台固定，由外工作台电机控制，故内工作台的定位也依靠于底座的光电门装置。

门板在传送运输的过程中可能出现小幅偏转的情况，影响转向的精度。为解决这一问题，我们在内工作台输出滚筒前加装了一个气动挡板。当存在偏转的工件运动到挡板后，内工作台传送带继续运动一段距离，使工件的顶边与挡板齐平，修正上一段运输机造成的偏转误差。

3 结束语

单边加工是木质门生产过程中常用的加工方式，鉴于现有自动化设备较高的成本，目前较多的生产线对于板材的转向和输入输出仍然依赖人工操作。门板自动转向装置可以高效、准确地实现木板的转向和定向输出。该套设备低廉的成本和高效的作业效率不仅能节约大量的人力成本，提升流水线的经济效益，还可以推进企业流水线向工业4.0迈进，为实现全自动无人生产的目标更进一步。