双工位旋转喷砂机的设计

魏高军 王小洋 都本达 刘鑫鑫 邱茂荣

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1 设计背景

喷砂机的工作原理为,以压缩空气为主要动力,通过气流的高速运动在喷砂枪内形成负压,磨料通过输砂管吸入喷砂枪并经喷嘴射出,对工件表面产生冲击和切削作用,使工件表面获得一定的清洁度和相应的粗糙度,使工件表面的机械性能得到改善,提高工件的抗疲劳性,增大工件与涂层之间的附着力,提高涂膜的耐久性,也有利于涂料的流平和装饰,同时使介质表面粗化,消除工件残余应力,提高基材表面硬度。笔者设计了一款双工位旋转喷砂机,其结构如图1所示。这一设备已经在广东某公司的磨刀棒生产中得到应用,并且已经在相关行业进行了推广。这一设备进行多项技术改革和创新,填补了多项国内外技术空白。

▲图1 双工位旋转喷砂机结构

2 功能

笔者设计的双工位旋转喷砂机用于各种形状棒料表面喷砂处理。设备左右两侧分别有两套独立的喷砂工位,在设备工作过程中,一侧工位门系统关闭,保持喷砂工位的密闭,以此减小喷砂过程中粉尘对外部环境的污染。伺服旋转定位机构通过夹具开合机构夹紧棒料。伺服喷砂机构带动喷砂枪上下匀速移动,用金刚砂对棒料进行高速喷射,冲击棒料表面。同时抽风系统对生产中产生的粉尘进行收集,并通过粉尘处理系统进行处理。另一侧工位门系统开启,旋转定位机构使棒料旋转固定角度,六轴机械手按固定角度取出成品和放置待喷砂的棒料。棒料放置完成后,关闭工位门系统,开始下一轮的喷砂工作。

3 旋转定位机构

旋转定位机构如图2所示。在喷砂过程中,喷砂枪喷射出的金刚砂高速冲击棒料表面,在冲击力的作用下,夹持机构需要具有一定的夹持力度。同时,薄壁棒料的夹持需要采用仿形夹具,这样才能保持棒料喷砂过程中的稳定。旋转定位机构上设置的盘形感应片和感应器用于棒料的定位,使得每次喷砂完成,棒料夹紧机构取放料都旋转到固定角度,配合机器人进行精准上下料。旋转定位机构采用伺服驱动,可以通过调节伺服电机速度,获得最好的喷砂效果。

▲图2 旋转定位机构

4 夹具开合机构

现在市场上喷砂机的夹持机构多采用气动三爪卡盘,其弊端是喷砂枪喷射出来的金刚砂冲击产品表面后反射无方向性,并产生大量粉尘,致使三爪卡盘活动夹爪进入砂粒和粉尘,夹爪开合过程中会出现卡阻,造成产品夹持不牢,产生掉料现象。

笔者自主创新设计的夹具开合机构如图3所示。气缸驱动锲形圆环下降,顶压锲形块。两个锲形块在锲形圆环的顶压下克服弹簧力,带动齿条沿滑槽反向运动。中间的齿轮与齿条啮合,固定在齿条上的两个夹板也被带动同时反向运动,夹板上的仿形夹具松开棒料。向仿形夹具内放入棒料,气缸驱动锲形圆环上升,锲形圆环脱离锲形块,两个夹板在弹簧的拉力下相向运动夹紧棒料,同样通过齿轮齿条机构保证夹紧时两侧仿形夹具的同步性和对中性。在近3个月实际生产中得到验证,自行设计的夹具开合机构的夹爪在取放棒料时从未出现卡阻,稳定性好,而且成本仅是气动三爪卡盘的20%。

▲图3 夹具开合机构

5 砂粒循环利用系统

金刚砂对棒料的高速冲击过程中,在与棒料表面撞击的同时,有一部分砂粒也被击碎变小,造成再次经过喷砂枪高压喷射时冲击力不足,产品表面处理不能满足要求。传统的喷砂机在使用过程中,金刚砂循环使用4～8次后,需要对金刚砂进行整体更换。笔者设计的双工位旋转喷砂机具有砂粒循环利用系统,金刚砂在高速喷射后,经过坡度导料滑落到振动筛中,振动筛振动,将颗粒大的砂粒筛选到喷砂储料仓,被重新利用。颗粒小的则被筛选出来。当喷砂储料仓中金刚砂减少到一定数量时,只需要补充一定量新的金刚砂,就能循环使用。设计的砂粒循环利用系统实现了喷砂、砂粒回收、砂粒筛选的循环利用,减少了人工更换金刚砂的烦琐工序,提高了金刚砂的利用率,降低了金刚砂原料使用成本。

6 结束语

双工位旋转喷砂机是自主研发的带有砂粒循环利用系统的创新产品,设备采用伺服上下喷砂系统、旋转定位机构、夹具开合机构等创新设计,实现了对多种形状棒料表面喷砂处理。通过六轴机械手实现与自动上料机、等离子喷涂机等前后端设备连线,可以实现全自动化生产。