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      摘要: 針對圓柱磁材外圓磨削加工下料過程的特點，以及某公司對于圓柱磁材磨削加工的要求，設計了一套自動下料系統，以降低公司在該生產線上的人工成本，提高生產效率和產品質量。分析了圓柱磁材的下料過程，論述了自動下料系統的工作原理。

     無心外圓磨床是一種廣泛使用的機械加工設備，其機械加工精度高。目前，大多數國內的無心外圓磨床不配備自動上下料系統，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品高質量的追求，都對磨床上下料自動化程度的提高提出了迫切要求。

     蔡向東 等人研究了自動上下料系統在無心外圓磨床各磨削工藝中的應用，對通過磨和切入磨兩種加工方式的自動上下料系統的基本結構和工作步驟分別做了闡述，對于無心磨床自動上下料系統的設計具有重要的借鑒意義。陳逢軍 等人設計了數控鉆尖磨床的自動上下料機構，在一定程度上提高了鉆尖刃磨的效率，其主要的應用對象是數控磨床。王龍 等人研制了無心外圓磨床的自動下料收料機構，使生產效率有了一定的提高，但在下料的順暢性和磁材排列的整齊性上并沒有達到好的效果。董傳軍 等人以磨削加工摩托車的曲柄銷為研究對象，為某專用外圓磨床設計了自動上下料機構，對工件的定位具有較高的準確性。在各磨床自動上下料系統中，對工件的排列都成為了眾多學者和技術人員關注的重點，眾多學者對磨床自動上下料系統的研究推動著磨床上下料自動化在國內的發展不斷前進。

      1 、生產現狀分析

     對圓柱磁性材料的磨削加工是某公司加工圓柱磁性材料中一道重要的工藝。目前，完成了前期的加工后，還需要對圓柱磁性材料表面采用無心外圓磨床進行兩次粗磨和一次精磨，對于每臺無心外圓磨床，磨床前段端有人負責加料，后端需有人負責接收磁性圓柱材料。加工過程中，產品不合格的主要原因是圓柱材料之間的相互碰撞，尤其是一個圓柱磁材的棱邊與另一圓柱磁材發生碰撞時，由于應力集中，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，為避免圓柱磁材間的相互碰撞，工人在收料筐中放置木板，落下的圓柱磁材先撞擊木板，再落入筐中，這樣就避免了落下的圓柱磁材直接高速撞擊筐中的材料，但撞擊依然存在，且工人必須不停地撥動收料筐中的材料，以使磁材分布均勻，避免扎堆，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，冷卻水的濺出，給工廠的工作環境帶來了不良影響。

    該公司的設計要求: 第一，最大限度地避免圓柱磁材間的相互碰撞，提高產品合格率; 第二，一個人管理一臺無心外圓磨床，磨削后的材料需運輸到磨床前端，方便工人管理和搬運; 第三，集中處理冷卻液，保持工作環境干凈。

     2 、自動下料系統工作原理

  
     無心外圓磨床自動下料系統整體結構如圖1 所示，主要包括下料槽、傳送帶、下料機構、儲料筐移位機構4 個部分。

     2. 1 下料槽
 
    下料槽的主要作用是引導加工后的圓柱磁材進入傳送帶，其結構如圖2 所示，包括排水段、擋水板和緩沖段3 個部分。

     排水段為圓形不銹鋼網。圓柱磁材會帶出大量冷卻水，一方面，排水段可將其中的水排出; 另一方面，排水段還對圓柱磁材的下滑具有一定的緩沖作用，設磁材與不銹鋼網的動摩擦因子為μ1，下料槽與水平面的夾角為θ，重力加速度為g，對一個質量為m 的圓柱磁材，排水段對其產生的滑動摩擦力為f1 = μ1mgcosθ由于磨削加工中采用的冷卻液是水，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。擋水板主要作用是引導下料槽中的水流入水槽中。

     緩 沖段采用橡膠材料制作，其主要作用是降低圓柱磁材的下滑速度。由于圓柱磁材與排水段不銹鋼網間的摩擦因子較小，如果下料槽全段采用不銹鋼制作，圓柱磁材離開下料槽時，仍具有較高速度，對傳送帶側板的沖擊較大。橡膠材料與圓柱磁材間的摩擦因子遠大于磁材與不銹鋼網間的摩擦因子，因此，緩沖段可有效降低圓柱磁材的下滑速度，減輕其對傳送帶側板的沖擊。

    設磁材與橡膠材料間的摩擦因子為μ2，則緩沖段對單個圓柱磁材的摩擦力為f2 = μ2mgcosθ在水作為潤滑劑的低效潤滑狀態下，磁材與設計所用橡膠之間的摩擦因子約為μ2 = 0. 7，明顯大于排水段的摩擦因子，具有較好的緩沖效果。設排水段長度為l1，緩沖段長度為l2，圓柱磁材離開下料槽的速度為v，根據下列公式可計算出速度v。mg( l1 + l2
) sinθ － f1 l1 － f2 l2 = 12mv2在本設計中，排水段長度為l1 = 450 mm，緩沖段長度為l2 = 300 mm，下料槽與水平面間的夾角約為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，可得到磁材離開下料槽時的速度為v =55. 4 mm/s。這樣的機構設計，既能保證磁材順利下滑，又能根據實際情況調整角度，從而控制磁材下滑
速度。

    2. 2 傳送帶

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

  
                   
    傳送帶: 傳送帶的主要作用是要將完成磨削的圓柱磁材從無心磨床后端運送到前端，傳送帶表面有按一定間距均勻分布的半圓柱條狀突起，圓柱磁材落到傳送帶表面后，傳送過程中容易滾入兩半圓柱突起之間的位置，事實上，在實際的傳送過程中，傾斜落在傳送帶表面的圓柱磁材一端接觸傳送帶側板，由于側板靜止，而傳送帶運動，圓柱磁材的端面很快與側板貼合，因此，圓柱磁材基本保持了一致的方向，為圓柱磁材有序入筐奠定基礎。

     擋料機構: 由氣缸推動擋料板運動，可暫時擋住圓柱磁材隨傳送帶往前移動。

    排水箱: 由于下料槽并不一定能將所有冷卻水引入水槽中，為防止未排盡的冷卻水直接流到地面，影響生產環境，在傳送帶下方設計排水箱，排水箱底部可安裝水管，剩余的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4 所示，主要作用是將圓柱磁材有序排列，并將其放入儲料筐中，當進入儲料槽中的磁材達到一定數量時，擋料板會暫時擋住磁材繼續進入儲料槽，等儲料槽中的磁材進入儲料筐后再允許磁材進入。對磁材排列的整齊性是本系統下料機構設計關注的重點。磁材通過擋料板后，沿著斜板進入與磁材同寬度的儲料槽中，磁材位于相鄰兩半圓柱突起中間，因此，在移動過程中其方向不會發生變化，可順利進入儲料槽中，并能整齊地排列。而磁材排列的長度與儲料筐的寬度相近，磁材在落入儲料筐后滾動空間很小，從
而能使磁材整齊排列。

   2. 4 儲料筐移位機構

    其機構如圖4 所示，其主要作用是控制儲料筐的位置，通過傳送帶的移動來控制儲料筐的直線運動。

     3 、運動分析

  
     要保證生產線的連續生產，自動下料系統中的各部分動作必須相互協調，因此，需要對各機構的動作進行精準控制。

     圓柱磁材通過下料槽落入傳送帶，隨傳送帶運動到無心外圓磨床前端，擋料板處安裝有傳感器，可記錄通過的圓柱磁材數量，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，儲料槽處的氣缸推動儲料槽下端底板，將磁材放入儲料筐中，滾珠絲杠推動儲料筐，為下一批磁材預留空間。

     4、結語
 

    該自動下料系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，降低了工人勞動強度，也給工人管理設備帶來了眾多方便，同時，可使現場的工作環境更加干凈。本設計的不足之處在于不能在儲料筐中排列多層磁材，因為上層的磁材下料時會對前一層的磁材造成較大的撞擊，但這對于產品的生產效率并沒有太大的影響。本自動下料系統的設計是對磨床自動上下料的一次探索，國內無心磨床自動化程度的提高還需要眾多學者和相關技術人員的共同努力。