摘要: 針對圓柱（zhù）磁材外圓磨削加工（gōng）下料過程的特點，以及某（mǒu）公司對於（yú）圓柱（zhù）磁材磨削加工的要求，設計了一套自動下料（liào）係統，以降低公司在（zài）該生產線上的人工成本，提高生產效率和產品質量。分（fèn）析了圓柱磁材的下料過程，論述了自動下料係統的工作原理。

     無心外圓磨床是一種廣泛使用的機械（xiè）加工（gōng）設備，其機械加工精度高。目前，大多（duō）數國內的無心外圓磨床不配備自動（dòng）上下料係統，但人工成本的上升和行業整體自動化水平的發展，以及公司對生產高效率和產（chǎn）品高質量的追求，都對磨床上（shàng）下料自動（dòng）化程度的（de）提高提出（chū）了迫切要求。

     蔡向東 等人研究了自動上下料係統在無心外圓磨床各磨削工藝中的應用，對通過磨和切入（rù）磨兩種加工方式的自動上下料係統的基本結構和工作步（bù）驟分別做了（le）闡述，對於無心磨床（chuáng）自動上下料係統的設計具有重要（yào）的借鑒意義。陳逢軍 等人設計了數控鑽尖磨床的自動（dòng）上下料機構，在一定程度上提高（gāo）了鑽尖刃磨的效（xiào）率，其主要的（de）應用對象（xiàng）是數控（kòng）磨床。王龍 等人研製了無（wú）心外圓磨床的自動下料收料機構，使生產效率有（yǒu）了一定的提高，但在下料的順暢性和磁材排列的整（zhěng）齊性上並沒有達到好的效果（guǒ）。董傳軍 等人以磨削加工摩托（tuō）車（chē）的曲柄（bǐng）銷為研究對象，為某專用外圓磨床設計了自動上（shàng）下料（liào）機構（gòu），對工件的定位具有較高的準確性。在各磨床自動上下料係統中，對（duì）工件的排列都成為了（le）眾多學者和技（jì）術人（rén）員關注的重點，眾多（duō）學（xué）者對磨床（chuáng）自動上下料係統的研究推動著磨（mó）床上下料自動化在國內的發展不斷前進（jìn）。

      1 、生產（chǎn）現狀分析

     對圓柱磁性材料的磨削加（jiā）工是某公司加（jiā）工圓柱磁性材（cái）料中一道重要的工藝。目前，完成了前（qián）期的加工後，還需要對圓柱磁（cí）性（xìng）材料表麵采用無心外圓磨床進行兩次粗磨和一（yī）次精磨（mó），對於每台無心（xīn）外圓磨（mó）床，磨床前（qián）段端有人負責加料，後端需有人負責接收磁性圓柱材（cái）料。加工（gōng）過程中，產品不合格的主要原因是圓柱材料之間的相互碰撞，尤其是一個（gè）圓柱磁材的棱邊與另一圓柱磁材發生碰（pèng）撞時，由於應力集中，再加上磁材極脆，很容易導致大塊脫落，造成產品不合格。在現有的生產中（zhōng），為避免圓柱磁材間的相互（hù）碰撞，工人在收料筐中放置木板，落下的圓柱磁材先撞擊木板，再落（luò）入（rù）筐中，這（zhè）樣就避（bì）免了落下的圓柱磁材直接高速撞（zhuàng）擊筐中的材料，但撞擊依然存在，且工人必須不停地撥動收（shōu）料筐（kuāng）中的材（cái）料，以使磁材分布均勻，避免紮堆，工人在操作時，又必須彎腰，因此，工人工作強度大。此外，磨削過程中需要加大量冷卻水，冷卻水的濺（jiàn）出，給工廠的工作環（huán）境帶來了不良影響。

    該公司（sī）的（de）設計要求: 第一，最大限度地避免圓（yuán）柱磁材間的相互碰撞，提高產品合格（gé）率; 第二，一（yī）個人管理一台無心外圓磨（mó）床，磨削後的材（cái）料需（xū）運輸到磨床前端，方便工人管（guǎn）理和（hé）搬運; 第三（sān），集（jí）中處理（lǐ）冷卻液，保持工作環境幹淨。

     2 、自（zì）動下料係統工作原理

  
     無心外圓磨床自動下料係統整體結構如圖1 所（suǒ）示，主要包（bāo）括下料（liào）槽、傳送帶、下料機構、儲料筐移位機構4 個部分。

     2. 1 下（xià）料槽
 
    下料槽的主要作用是引導加工後的圓柱磁材進入傳送帶，其結（jié）構如圖2 所示，包（bāo）括排水段、擋水板和緩衝段3 個部分。

     排水段為（wéi）圓形不（bú）鏽鋼網。圓柱磁材會帶出大量冷卻水，一方麵，排水段可將（jiāng）其中的（de）水排出; 另一方麵，排（pái）水段還對圓柱磁材的下滑具有一定的緩衝作用，設磁材與不鏽鋼網（wǎng）的動摩擦因子為μ1，下料槽與水（shuǐ）平麵的夾角為θ，重力加速度為g，對一個質量為m 的圓柱磁材，排（pái）水段對其產生的滑動摩擦力為f1 = μ1mgcosθ由於磨削加工中采用的冷（lěng）卻液是水，磁材與排水段之間為低效潤滑，理論計算時摩擦因子取為μ1 =0. 1。擋水板主要（yào）作用是引導下（xià）料槽中的水流入水槽中。

     緩 衝段采用橡（xiàng）膠材料製作，其（qí）主要（yào）作用是降低圓柱磁材的下滑速度。由於圓柱磁材與排水段不鏽（xiù）鋼網間的摩擦因子（zǐ）較小，如果下料槽（cáo）全段采用不鏽鋼製作，圓柱磁（cí）材離開下料槽時，仍具有較高速度，對傳（chuán）送帶側板的衝擊較大。橡膠材料與圓柱磁材間的摩擦因子遠大於磁材與不鏽（xiù）鋼網間的摩擦因子，因此，緩衝段可有效（xiào）降低圓柱磁材的下滑速度，減輕（qīng）其對傳送帶側板的（de）衝擊。

    設磁材（cái）與橡膠材料間的摩擦因子為μ2，則緩（huǎn）衝段對單個圓柱磁材（cái）的摩擦力為f2 = μ2mgcosθ在水（shuǐ）作為潤滑劑的低效（xiào）潤滑狀態下，磁材與設計所用（yòng）橡膠之間的（de）摩擦因子約為μ2 = 0. 7，明顯大於排水段的摩擦因子，具有（yǒu）較好的緩衝效果。設排水段長度（dù）為l1，緩衝段長度為（wéi）l2，圓柱磁材離開下料槽的速（sù）度為v，根據下列公（gōng）式可計算出速度v。mg( l1 + l2
) sinθ － f1 l1 － f2 l2 = 12mv2在（zài）本設計中，排水段長度為l1 = 450 mm，緩衝段長（zhǎng）度為l2 = 300 mm，下（xià）料槽與水平麵間的夾（jiá）角約為（wéi）θ = 19°，重力加速度取為g = 9． 8 m/s2，將設計參數代入以上公式（shì），可得到磁材離開下（xià）料槽時的速度為v =55. 4 mm/s。這樣的機構設計，既能保證磁材順利下滑，又能（néng）根據實際情況調整角度，從而控製磁（cí）材下滑
速度。

    2. 2 傳送帶

   
   傳送帶的結構如圖3 所示。緩衝塊: 傳動帶側板靠近下料槽出口處，安裝了軟橡膠緩衝塊，有效減輕了圓柱磁材對傳送帶側板的撞擊，延長了（le）傳送帶使用壽命。

  
                   
    傳送帶: 傳送帶的主要作用是要將完（wán）成磨削（xuē）的圓（yuán）柱磁材從無心磨床後端（duān）運送（sòng）到（dào）前端，傳送帶表麵有按一定間距均勻分布的半（bàn）圓柱條狀（zhuàng）突起，圓柱磁材落到傳（chuán）送（sòng）帶表麵後，傳送過程中容易滾入兩半圓柱突起（qǐ）之間的位置，事實上，在實際的（de）傳送過程中，傾斜落在傳送（sòng）帶表麵的圓柱磁材一端（duān）接（jiē）觸傳送帶側板，由於側板（bǎn）靜止，而傳送帶運動，圓柱磁材的端麵（miàn）很（hěn）快與側（cè）板貼合，因此，圓柱磁（cí）材基本保持了一致的（de）方向（xiàng），為圓柱磁材有序入筐奠定基礎。

     擋料（liào）機構（gòu）: 由氣缸推動擋料（liào）板運動，可暫時擋住圓柱磁材（cái）隨傳送帶往前移動。

    排水箱: 由於下料槽（cáo）並不一定能將所有冷卻水引入水槽中，為防止（zhǐ）未排盡的冷卻水直接流到地麵，影響生產環境，在傳送帶下方（fāng）設（shè）計排水箱，排水箱底部可安裝水管，剩餘的（de）冷卻水可通過管道集中排入水槽中。

     2. 3 下料機構

     其結構如圖（tú）4 所示，主要作用是將圓柱磁材（cái）有序（xù）排列，並將其放入儲料筐中，當進入儲料槽中的磁材達到一定數量時，擋料板會暫時擋（dǎng）住（zhù）磁材繼（jì）續進入（rù）儲料（liào）槽，等儲（chǔ）料槽中的磁（cí）材進入儲料筐後再允許磁材進入。對（duì）磁材排列的整（zhěng）齊（qí）性是本係統下料機構設計關注的（de）重點。磁材通過擋料板後，沿著斜板進入與磁材同寬度的儲料槽中，磁（cí）材位於相鄰兩半圓柱突起中間，因此，在移（yí）動過程中其方向不會發生變化（huà），可順利進入（rù）儲料槽（cáo）中，並能整齊地排列（liè）。而磁材排列的長度與儲料筐的寬度（dù）相近，磁材在落入儲料筐後滾動空（kōng）間很小，從
而能使磁材整齊排列。

   2. 4 儲料筐移（yí）位機構

    其機構如圖4 所示，其主要作用是控製（zhì）儲料筐的位（wèi）置，通過傳送帶的移動來控製儲料筐（kuāng）的直線運動。

     3 、運動分（fèn）析

  
     要（yào）保證生產線的連續生產，自動下料係統中的各部分（fèn）動作必須相（xiàng）互協調，因此，需要對各機構的動作（zuò）進行精準控製。

     圓（yuán）柱磁材通過下料槽落（luò）入傳送帶，隨傳（chuán）送帶運動到無心外圓磨床前端，擋料板處安裝有傳感器（qì），可記錄通過的圓（yuán）柱（zhù）磁材數量，當通過的磁材達到一定數量時，氣缸推動擋料板，暫時阻止磁材進入儲料槽中，此時，儲（chǔ）料槽處（chù）的氣缸推動儲料槽下端底板，將磁材放入儲料筐（kuāng）中，滾珠絲杠（gàng）推動儲料筐，為下一批磁材預留空間。

     4、結語
 

    該自動下料係統有效解決了圓柱磁材在下料過程中的碰撞問題，大大提高了產品合格率，降（jiàng）低了工人勞動強度，也給工人管理設備（bèi）帶來（lái）了眾多方便，同時，可使現場的工作環境更加幹淨。本設計的不足之處在於不能在儲料筐中排列多層（céng）磁材，因為上（shàng）層的磁材下料時會對前一層的磁材造成較大（dà）的撞擊，但這（zhè）對於產品的（de）生產效率並（bìng）沒有太大的影響。本自動下料係統的設計是對磨床自動上下料的一次探索，國內無心磨床自（zì）動化程度的（de）提高還需要眾多（duō）學（xué）者和相關技術人員的共同努力。