摘要：科学技术的不断进步和快速发展，促使我国当前很多新型技术被广泛应用在各个领域中。本文针对电水壶焊缝处曲面抛光情况进行分析，并且提出自动生产线的具体设计方案，为电水壶焊缝处的质量提供有效保障。
关键词：电水壶；焊缝处；曲面抛光；自动生产线
随着现代科技迅猛发展，社会中有越来越多的新型材料出现。而不锈钢材料以其优良的材料特性、超强的耐腐蚀性能、良好的加工型以及精美的表面外观，广泛应用于众多领域，比如化工、石油、航天、轻工行业以及白色家电和厨电行业中。以不锈钢为主要材料的电热水壶以其方便性广泛应用在大众生活当中，并且随着小家电市场规模的不断扩大，越来越的的电热壶厂家加入到这一行业当中。这些厂家的生产规模在几十万台到几千万台不等，并且随着经济不断向前发展，中国的不锈钢电热水壶产量正在逐年增加。目前比较成熟的抛光技术为化学机械抛光技术，此技术主要要应用于抛光大量半导体晶片。这种抛光技术的基本原理是：将待加工晶片工件的加工表面面向下以一定的压力压箱抛光垫。抛光垫与晶片工件做相对运动，完成晶片的抛光加工，并且在抛光垫与工件中间有抛光液流过。
1电水壶自动抛光生产线设计方案研究
电水壶采用不锈钢薄壁材料，在对其进行抛光时需三道工序以除去水壶表面的毛刺、焊接痕迹等斑点，并且要求很高的抛光质量。家电企业为了寻求高效率，大多采用一是高速多磨头机床的加工方式；二是采用多台抛光机床组成流水线的加工型式。第一种方式结构设计和操作手法较为简单，但效率的提高是有限的，抛光质量也难以保证。第二种方法现企业已经逐渐引进，但是抛光生产线多为分段抛光，不能一次性完成所有工序且价格昂贵，难以满足企业需求[1]。所以针对家电企业的实际生产情况，本章提出了一种三工位三磨头的自动化生产线抛光技术。
1.1自动生产线的总体结构设计方案选择
为了提高整体的加工效率，采用多工位多磨头的设计思路，即在生产工作台上均布多个工作工序，在每个工序小工作台上是单磨头单工序的数控机床自动抛光技术。本次的自动抛光生产线的加工方式为三工位三工序方式，在初步设计时，考虑采用环形结构形式的自动生产线，即在环形导轨上均布有四个移动平台，每个平台上是对水壶装夹的夹具结构、Z 轴旋转结构以及驱动水壶自传结构，X、Y 轴组成的工作台安装机架上，每个工位的磨头负责该工位下的旋转水壶。环线形式生产线四个工位分别是：安装/拆卸水壶工位、粗拋工位、半精拋工位和精抛工位[2]。环形导轨上的四个移动滑块在链条带动下循环移动，水壶也就随着导轨转动而进入下一个抛光工序，四个工位在对电水壶做机械抛光时均是独立完成，方便自动抛光生产线对各个工位的数控控制以及调节。
环形抛光生产线可以有效提高水壶抛光效率，并可以增加移动滑板块的数量来进一步提高生产效率。但是在实际应用中存在以下缺点：
1、圆形导轨承载低，满足加工要求时会增加整个生产线生产成本。
2、定位不准确，水壶 Z 轴旋转的移动平台定位不准确，导致磨头与水壶之间的磨削力有差异，严重影响水壶的加工质量。
3、控制线连接困难，移动平台不断的旋转，控制 XY 工作台的控制线需要不断旋转，增加接线难度。
4、占地面积较大。
5、需要操作工人站在安装/拆卸水壶工位不断上下水壶，工作环境不安全。
因此针对以上缺点，将环形生产线改为直线型生产线抛光形式，结构简单且控制方便。与环形抛光生产线不同的是，不需要操作工人对水壶的上下水壶，整个抛光过程有对电水壶自动上下料的机械手结构，并且三工位的三个抛光机床加工时即相对独立又相对联系[3]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆生产线从左到右依次是粗拋加工工位、半精拋加工工位、精抛加工工位，中间有电水壶传送机构。完成电水壶三道工序的加工，最终得到满足质量要求的产品，在很大程度上提高了加工效率以及整体的自动化程度。
1.2直线型抛光生产线的数字化控制系统设计
在本次三工位九轴联动的数字化生产线控制系统采用计算机、运动控制卡、单片机相结合的方式实现生产线的整体运动控制。该系统将计算机（PC）机作为硬件平台，实现数字化控制的操作界面以及多轴联动复杂算法的计算。运动控制卡可以实现对三工位九轴伺服电机控制、加工线性插补等功能的实时控制，单片机实现机械手抓取和安装水壶以及链条传动等功能的控制，两者时间上相互配合又相互独立，具有操作灵活、方便调试、维修等特点。整个控制系统借通用性强、操作简单的 Visual C++、Visual Basic 等各种编程软件实现数控程序的编写，可以实现刀具加工轨迹数据的采集、生成刀具轨迹数据表、自动加工控制以及数据库管理等功能。
2电水壶自动抛光生产线关键技术研究
2.1工件自动夹持装置的设计研究
电水壶的组成材料为不锈钢，不锈钢材料没有磁性，韧性大，而且工件壁口很薄，在加工夹持时很容易产生变形，严重影响水壶的加工质量。再有在数控加工时，如果可以实现电水壶自动拆卸动作，可有效提高抛光效率，保证作业环境安全，提高自动抛光生产线自动化程度。夹具基础夹持水壶部分设计思路采用仿形法，即根据电水壶外形轮廓特点选用相对软性材料加工出相对应的夹持零件。夹具基础加持部分初步设计采用可伸张式电木仿形夹具。可伸张式电木仿形夹具工作原理是旋转中轴末端的双螺母，使得空心中轴处的丝杆移动，最终带动 8 个扇形仿形电木块在滑道中向外扩张，利用电木快与电水壶内表面的摩擦力来夹紧水壶[4]。由于电木块外形轮廓与电水壶轮廓相仿，所以电木结构与水壶内表面接触面积大，并且水壶前后均由垫木块与其相接触，夹持力度大。
2.2双齿轮消隙减速机构设计研究
齿轮传动减速机的应用使高转速低转矩的伺服驱动装置转变为低转速大转矩，从而满足电水壶的抛光需求。一般情况下，数控机床中的齿轮传动都存在传动副侧隙，当一对齿轮啮合时，非工作齿轮面存在一定间隙。允许的齿侧间隙可以有效补偿齿轮传动中由于齿轮副的发热膨胀引起的侧隙减小以及正常润滑时油膜厚度所需的空间侧隙量，否则会引起轮齿干涉以及传动不平稳等问题发生。但是当数控机床中对齿轮传动机构正反转精度均有要求时，非工作面的齿面侧隙就会造成反转时的空转误差，使得进给运动滞后于指令系统，并且齿轮的间隙在各级之间逐步放大，严重影响电水壶的抛光质量。针对抛光机床的回转误差问题，在保证润滑要求侧隙的基础上要求机床传动为无齿侧齿轮传动。在本次消除齿轮传动时产生的齿侧间隙时采用双片齿轮错齿法，进一步提高伺服电机控制水壶旋转系统的传动定位精度，减小齿侧间隙引起的水壶振动、冲击等问题，保证电水壶表面的抛光质量。
3结束语
不锈钢产品已经逐渐融入到人们的日常生活中，为了促使不锈钢产品自身的质量、耐腐蚀性等性能特征得到有效提升，抛光是其中非常重要的工艺手段之一。在对电水壶焊缝处的曲面进行抛光处理的时候，可以利用直线型的生产线来进行抛光，这样不仅有利于保证表面的光泽度，而且还能够提高抛光质量和效率。
参考文献：
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[2]姜莉莉，李华昌，汤淑芳.世界采样大会的由来与Pierre Gy采样理论的发展[J].中国无机分析化学，2019，9（01）：27-33.
[3]王磊，马知行.冗余现场总线技术在打叶复烤生产线上的应用分析[J].山东工业技术，2019（03）：19.
[4]李辉.金属管棒材飞剪机构曲轴的优化设计[J].重型机械，2019（01）：72-75.
论文作者:陈远鑫
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
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