屏凸模數(shù)控濕式噴砂機(jī)的研制

孟鄭生

【摘 要】為滿足彩玻行業(yè)多種規(guī)格屏加工模具自動(dòng)噴砂處理的需要，開發(fā)研制了基于PLC、觸摸屏技術(shù)的數(shù)控濕式噴砂機(jī)，實(shí)現(xiàn)了彩玻36-86cm之間各種規(guī)格屏凸模具的全自動(dòng)噴砂處理。且濕式噴砂克服了干式噴砂工藝的缺點(diǎn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】濕式噴砂機(jī)；PLC；觸摸屏；控制系統(tǒng)

1.項(xiàng)目研制的意義

噴砂處理是模具加工的關(guān)鍵工序，對(duì)降低表面粗糙度、改善表面應(yīng)力狀況、提高抗疲勞性能等起著很大的作用?，F(xiàn)在國內(nèi)模具行業(yè)基本采用干式噴砂，由于干式噴砂對(duì)模具表面的光蝕作用不及濕式噴砂，且干式噴砂產(chǎn)生的粉塵污染環(huán)境，危害工人身體健康。目前，彩玻行業(yè)具有柔性功能的自動(dòng)濕式噴砂機(jī)主要依靠進(jìn)口。因此，我們針對(duì)模具行業(yè)的現(xiàn)狀，研制開發(fā)了基于PLC、觸摸屏實(shí)現(xiàn)數(shù)控控制功能的玻殼“屏凸模數(shù)控濕式噴砂機(jī)”。該設(shè)備既可用于彩玻14"～34"之間各種規(guī)格屏凸模具表面濕式噴砂工藝的模具生產(chǎn)加工，也可用于其它行業(yè)的模具加工。該產(chǎn)品對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資金等方面有較大的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。

2.項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容

（1）基于PLC、觸摸屏技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)。

（2）磨液的最佳配比。

（3）高效、高耐磨聚胺脂磨液泵。

（4）有關(guān)工藝參數(shù)的確定。

（5）磨液分離裝置。

3.主要技術(shù)數(shù)據(jù)

（1）動(dòng)力系統(tǒng)：

磨液泵電機(jī) 功率4KW，轉(zhuǎn)速2800 rpm，三相380V，50Hz

x向步進(jìn)電機(jī) 扭矩2Nm，電壓115V；

y向步進(jìn)電機(jī) 扭矩3Nm，電壓115V；

小車行走電機(jī) 功率0.75KW，轉(zhuǎn)速1390rpm，三相380V，50Hz

（2）壓縮空氣：

壓力：0.5～0.7Mpa

單槍耗氣量：約1.5立方米/分

（3）噴槍：

采用立方氮化硼噴嘴，噴嘴直徑：ф12.5mm。

（4）主機(jī)儲(chǔ)液箱容積：約180升。

（5）工作艙結(jié)構(gòu)：2.5mm厚不銹鋼板，內(nèi)襯4mm橡膠板。

（6）磨料：46#～220#之間各種粒度號(hào)的剛玉磨料。

磨液配比：1：5～1：7，重量比（砂：水）。

4.設(shè)備特點(diǎn)

（1）工作時(shí)不產(chǎn)生粉塵，根除粉塵對(duì)環(huán)境的污染及對(duì)工人健康的危害。

（2）本機(jī)不需配備通風(fēng)除塵設(shè)備，可直接安裝在生產(chǎn)線上，既節(jié)約生產(chǎn)面積，又有利于工件周轉(zhuǎn)。

（3）工作方法靈活，工藝參數(shù)可變，能完成14～34之間各種屏凸模的噴砂加工。

（4）被加工表面質(zhì)量高，經(jīng)噴砂后的零件表面硬化，能提高零件的耐磨性和疲老強(qiáng)度。

（5）磨料消耗量小。

（6）主要零、部件使用壽命長，且便于維修。

（7）生產(chǎn)效率高，自動(dòng)化程度高，操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度低。

5.主要結(jié)構(gòu)及其工作原理

如圖1所示，本機(jī)由噴砂系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、噴槍行走機(jī)構(gòu)、工件小車、磨液分離裝置及數(shù)控系統(tǒng)等組成。

5.1噴砂系統(tǒng)

噴砂系統(tǒng)包括噴砂泵、噴槍、磨液管路、壓縮空氣管路等。

噴砂系統(tǒng)是進(jìn)行液體噴砂操作基本裝置。噴砂加工的基本原理是，以磨液泵和壓縮空氣為動(dòng)力，通過噴槍將磨液高速噴射到工件表面，達(dá)到光飾加工的目的。磨液是用清水與一定粒度的磨料按一定配比混合而成。磨液放置在機(jī)體下半部的儲(chǔ)箱中，并應(yīng)充滿至儲(chǔ)箱上部溢流管的高度。

噴砂操作是在機(jī)體上半部的工作艙內(nèi)進(jìn)行的。噴槍是直接執(zhí)行液體噴砂操作的主要部件，它與磨液、壓縮空氣兩個(gè)管路系統(tǒng)相連接。工作時(shí)，磨液泵將機(jī)體儲(chǔ)箱中的磨液以一定的壓力和流量通過磨液管路輸至噴槍，與此同時(shí)，還有一部分磨液從鑄造在泵殼內(nèi)的攪拌噴嘴高速噴出，使儲(chǔ)箱中的水和磨料均勻混合，以便磨液泵有效地工作。壓縮空氣由外接氣源經(jīng)電磁閥進(jìn)入，磨液泵和壓縮空氣系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)，向噴槍同時(shí)提供磨液和壓縮空氣，使之在噴槍內(nèi)混合后，經(jīng)噴嘴向工件表面噴射氣—磨液流。由于有氣—泵兼施的工作方式，可使噴出的氣—磨液流具有較高的速度，被水裹著的磨料質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能與其速度的平方成正比，因而比不加壓縮空氣時(shí)的生產(chǎn)效率高。選擇適當(dāng)?shù)哪チ喜馁|(zhì)、磨料粒度、磨料濃度配比、噴射角度及噴射距離等工藝參數(shù)，加之磨液中液體能起緩沖、潤滑的作用，液體噴砂就能對(duì)高精度、高光度、形狀復(fù)雜的零件進(jìn)行光飾加工，這是干噴砂所不能及的。

噴射出的磨液對(duì)工件表面沖擊磨削后，落入儲(chǔ)箱，如此循環(huán)以完成對(duì)工件的加工。

5.2噴槍行走機(jī)構(gòu)

驅(qū)動(dòng)噴槍行走的機(jī)構(gòu)采用兩坐標(biāo)直線傳動(dòng)單元，滾珠絲杠與直線導(dǎo)軌全部密封在鋁殼中，以防水汽侵蝕。噴槍行走機(jī)構(gòu)與噴砂室之間用卷簾式防護(hù)罩隔離。噴槍X向行程≥960mm，Y向行程≥650mm；噴槍在數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下按預(yù)先設(shè)定的程序作雙S型運(yùn)動(dòng)。噴槍高度可控制電動(dòng)推桿在300mm范圍內(nèi)作無級(jí)調(diào)整。

5.3磨液分離裝置

磨液分離裝置由旋流器和階梯式沉淀箱等組成，用于將磨液中的細(xì)小顆粒分離出去。旋流器安裝在艙體內(nèi)，與磨液泵同時(shí)工作。磨液中較大的顆粒從旋流器下出口流回料艙中，水和細(xì)小顆粒從上出口流到階梯式沉淀箱，經(jīng)多級(jí)沉淀后，清水流回料箱。如此循環(huán)，達(dá)到及時(shí)將磨液中的細(xì)小顆粒分離出去的目的。

5.4控制系統(tǒng)

5.4.1控制系統(tǒng)的組成

本機(jī)控制系統(tǒng)本著既能滿足工藝要求，又簡單可靠、既節(jié)約成本又能滿足控制要求的原則，依照生產(chǎn)工序?qū)刂葡到y(tǒng)的要求，控制系統(tǒng)采用了基于PLC和觸摸屏技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)控控制功能的控制方案。系統(tǒng)選用具有位置控制功能的松下電工可編程控制器FP∑[1.3]作為控制單元、選用Eview27cm觸摸屏[2]為人機(jī)界面的電器控制系統(tǒng)，如圖2所示。

5.4.2噴砂處理工藝曲線

屏凸模噴砂處理的噴槍行走軌跡為雙S形曲線，如圖3所示。

自動(dòng)控制時(shí)，噴槍在Y向步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下從原點(diǎn)出發(fā)以設(shè)定速度v行走，當(dāng)行走到Y(jié)（設(shè)定值）位置時(shí)Y向步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)行，X向步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)，噴槍以Y向步進(jìn)電機(jī)相同的速度v行走△X（設(shè)定值）距離后停止運(yùn)行，隨即啟動(dòng)Y向步進(jìn)電機(jī)，噴槍仍以速度v運(yùn)行Y距離后Y向步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)行，X向步進(jìn)電機(jī)又開始啟動(dòng)……，這樣，噴槍周而復(fù)始地按圖3（a）工藝曲線作X向S形運(yùn)動(dòng)。同樣，當(dāng)噴槍運(yùn)行到終點(diǎn)時(shí)，Y向步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)行，X向步進(jìn)電機(jī)開始啟動(dòng)，噴槍從終點(diǎn)按圖3（b）工藝曲線作Y向S形運(yùn)動(dòng)。當(dāng)噴槍返回到原點(diǎn)后即完成屏凸模噴砂工藝處理。

上述噴槍X向運(yùn)行尺寸X、Y向運(yùn)行尺寸Y、X向運(yùn)行間距△X、Y向運(yùn)行間距△Y及噴槍運(yùn)行速度v均由模具的規(guī)格及要求所確定，并由觸摸屏設(shè)定。

5.4.3噴槍的行程確定

噴槍的行程正比于步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角，因此只要控制步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角即可。由步進(jìn)電機(jī)的工作原理可知，步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角取決于輸入脈沖的個(gè)數(shù)[4]，因此，可根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)的位移量計(jì)算出PLC輸出脈沖的個(gè)數(shù)n：

n=DL/d

式中：DL為伺服機(jī)構(gòu)的位移量（mm）

d為伺服機(jī)構(gòu)的脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）

5.4.4噴槍的速度控制

噴槍的進(jìn)給速度即伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度取決于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率，因此可以根據(jù)工序要求的進(jìn)給速度，確定PLC輸出脈沖的頻率f（單位：Hz）：

f=v/60d

式中：v為伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)給速度即噴槍運(yùn)行速度（mm/min）

d為伺服機(jī)構(gòu)的脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）

5.4.5控制程序

本機(jī)分自動(dòng)循環(huán)控制和手動(dòng)控制兩種工作方式。

執(zhí)行自動(dòng)控制程序時(shí)，工件放在小車上后，按“運(yùn)行”按鈕，小車啟動(dòng)和工件一起運(yùn)行到工作艙內(nèi)停在加工位置，同時(shí)艙門關(guān)閉，此時(shí)磨液泵啟動(dòng)，氣路電磁閥打開，噴槍按照觸摸屏上設(shè)定的工藝曲線在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行噴砂處理。當(dāng)噴槍走完工藝曲線回到原點(diǎn)時(shí)，磨液泵停止工作，壓縮空氣關(guān)閉，小車啟動(dòng)將工件運(yùn)出工作艙，完成工件加工。

執(zhí)行手動(dòng)程序時(shí)，可對(duì)各機(jī)構(gòu)進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整及對(duì)自動(dòng)噴砂所不能達(dá)到的部位進(jìn)行手動(dòng)噴砂。

6.結(jié)束語

玻殼屏凸模數(shù)控濕式噴砂機(jī)已成功地應(yīng)用于多家彩玻生產(chǎn)企業(yè)，達(dá)到了生產(chǎn)要求。該設(shè)備制造成本低，操作簡單，維護(hù)方便，生產(chǎn)效率高，磨料消耗少。特別是工作時(shí)不產(chǎn)生粉塵，根除了粉塵對(duì)環(huán)境的污染及對(duì)工人健康的危害。該機(jī)不但可應(yīng)用于彩玻行業(yè)各種屏凸模具的濕式噴砂加工，也可用于其它行業(yè)的模具加工。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]Programmable controller FP seriesFP∑users manual，http：//www.naisple.com.

[2]Easy Buider500使用手冊(cè)，http：//www.eview.cn.

[3]李建興.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[4]宜財(cái)鑫：PLC脈沖控制步進(jìn)電機(jī)技術(shù)[J].機(jī)車車輛工藝，2002（1）.