喻澗臨

（湖北新華光信息材料有限公司，湖北襄陽 441057）

0 引言

目前，在國內(nèi)的玻璃熔煉行業(yè)中有很大一部分熔煉產(chǎn)品是以條料形式在線生產(chǎn)。條料的截面尺寸主要集中在160 mm×25 mm的范圍，牌號(hào)為K9，ZF類和LaK類等多個(gè)品種。當(dāng)條形料經(jīng)網(wǎng)帶式退火爐粗退火后再在下料平臺(tái)上被截成長度為360 mm的塊料，然后經(jīng)氣泡，條紋品質(zhì)檢驗(yàn)，合格后裝箱。其中劃線下料及刻字是由操作者手工完成的，具體過程：操作者手持金剛石劃刀和樣板塊，先在玻璃條料上劃出一道痕跡，再用沾水的濕毛氈擦拭劃痕處，利用玻璃的熱應(yīng)力和熱脹冷縮現(xiàn)象，使玻璃塊從劃痕處斷裂，然后再用手持式高速氣動(dòng)筆在玻璃條料的上端面記錄該產(chǎn)品的相關(guān)信息。這種操作方式存在4個(gè)弊端。

（1）對(duì)玻璃條料本身的溫度有要求。溫度過低，熱應(yīng)力小，熱脹冷縮現(xiàn)象不顯著，玻璃難于從劃痕處斷裂。溫度過高，操作者手感燙，不便操作。另一方面，溫度過高時(shí)玻璃會(huì)在劃痕處容易沿條料縱向炸裂，造成產(chǎn)品報(bào)廢。

（2）操作誤差。雖然有下料長度比照樣塊，但操作者在操作的過程中手感不一樣，導(dǎo)致下料后玻璃條料的長度存在誤差。

（3）操作者勞動(dòng)強(qiáng)度大。

（4）由各種原因?qū)е碌漠a(chǎn)品信息記錄錯(cuò)誤率高。

為克服上述問題而提供一種自動(dòng)化程度較高，安全可靠，便于維修且適用于多種不同牌號(hào)的下料刻字機(jī)構(gòu)勢(shì)在必行。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

對(duì)人工劃線下料及刻字動(dòng)作過程進(jìn)行多次觀察分析歸納和模擬，制定出較為合適的技術(shù)解決方案，并將該系統(tǒng)歸劃為7個(gè)部分，即下料刻字機(jī)構(gòu)包括：①夾緊結(jié)構(gòu)；②托輪結(jié)構(gòu)；③壓緊結(jié)構(gòu)；④信息采集啟動(dòng)結(jié)構(gòu)；⑤劃線結(jié)構(gòu)；⑥延時(shí)點(diǎn)火應(yīng)力裂解系統(tǒng)；⑦玻璃條料信息記錄系統(tǒng)。系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)示意見圖1。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)（部分）

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)解析

（1）玻璃條料劃線、下料及刻字機(jī)構(gòu)夾緊結(jié)構(gòu)。包括平行開合氣爪氣缸、氣缸固定導(dǎo)桿、滑動(dòng)導(dǎo)套，導(dǎo)桿固定在機(jī)架上。由于夾緊結(jié)構(gòu)跟隨著玻璃條料一起運(yùn)動(dòng)，其夾緊力不需要很大，根據(jù)公式F=PS，其中，P為氣路部分的壓強(qiáng)，S為開合氣爪氣缸的活塞面積。選擇氣爪較寬的氣缸，使用介質(zhì)為空氣，環(huán)境和流體適應(yīng)溫度（-10～60）℃，當(dāng)最高使用壓力取值0.6 MPa，最低使用壓力取值0.1 MPa，且缸徑為Φ32 mm時(shí)，其夾緊力為228 N，完全滿足工作需求。

（2）玻璃條料劃線、下料及刻字機(jī)構(gòu)托輪結(jié)構(gòu)。包括變頻電機(jī)減速器、鏈輪對(duì)、鏈條和一組包膠滾輪，包膠滾輪通過軸承座固定在機(jī)架上。由于拉制玻璃的厚度不同，因此電機(jī)必須進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，考慮到玻璃在網(wǎng)帶上的重量約為（300～400）kg，網(wǎng)帶及牽引系統(tǒng)的摩擦阻力等，電機(jī)功率公式T=955 000N/n，其中，T為綜合扭矩，N為電機(jī)功率，n為玻璃條料行走速度。經(jīng)計(jì)算，電機(jī)功率為0.7 kW，取1.1 kW，而電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速n電機(jī)=60×f/電機(jī)極對(duì)數(shù)，調(diào)整變頻器頻率f，使n電機(jī)=n。

（3）玻璃條料劃線、下料及刻字機(jī)構(gòu)壓緊結(jié)構(gòu)。包括增壓氣缸M、增壓氣缸N和增壓氣缸活塞桿端部安裝壓緊滾輪。氣缸施加的壓力亦為F=PS所需的實(shí)際壓力，可通過調(diào)壓閥適時(shí)調(diào)整。

（4）玻璃條料劃線、下料及刻字機(jī)構(gòu)信息采集啟動(dòng)結(jié)構(gòu)。包括光電感應(yīng)頭及和相應(yīng)的附件，該部分固定在劃線結(jié)構(gòu)上。該結(jié)構(gòu)的反應(yīng)時(shí)間精度約為0.05 s。

（5）玻璃條料劃線、下料及刻字機(jī)構(gòu)劃線結(jié)構(gòu)。包括行程開關(guān)M、行程氣缸M、滑臺(tái)氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸、金剛石劃刀、含水棉球、端部行程開關(guān)和二位五通電磁閥M。該劃線結(jié)構(gòu)固定在機(jī)架上（圖2）。劃線結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于玻璃條料的寬度為160 mm，考慮到要安裝其他構(gòu)件，所配滑臺(tái)氣缸選為行程400 mm，旋轉(zhuǎn)氣缸的行程選為0°～90°，行程氣缸的行程為120 mm。

（6）玻璃條料劃線、下料及刻字機(jī)構(gòu)延時(shí)點(diǎn)火應(yīng)力裂解系統(tǒng)。包括行程氣缸N、燃?xì)夤?、延時(shí)點(diǎn)火控制系統(tǒng)、行程開關(guān)N及二位五通電磁閥N。該結(jié)構(gòu)固定在機(jī)架上，這是系統(tǒng)中的又一個(gè)重要環(huán)節(jié)。其中的延時(shí)點(diǎn)火控制系統(tǒng)，輸入電壓為1.5 V，而輸出電壓則達(dá)到12 kV。所以在輸入端只須采用市面上常見的干電池，即可在輸出尖端得到一個(gè)很大的放電電壓，達(dá)到點(diǎn)火的目的。點(diǎn)火動(dòng)作是在劃線結(jié)構(gòu)中滑臺(tái)氣缸上的滑塊碰到其端部行程開關(guān)后開始的，并且點(diǎn)火動(dòng)作延時(shí)（10～20）s。延時(shí)點(diǎn)火應(yīng)力裂解系統(tǒng)原理如圖3所示。

圖2 劃線結(jié)構(gòu)

（7）玻璃條料劃線、下料及刻字機(jī)構(gòu)中玻璃條料信息記錄系統(tǒng)主要由CO2激光雕刻器和控制電腦組成。目前市場(chǎng)上針對(duì)客戶要求能夠?qū)で蟮奖容^理想的技術(shù)支持。

圖3 延時(shí)點(diǎn)火應(yīng)力裂解系統(tǒng)原理

3 系統(tǒng)工作原理

（1）根據(jù)拉制的玻璃條料的厚度設(shè)定變頻電機(jī)的工作頻率值，接通電源，啟動(dòng)變頻電機(jī)，經(jīng)變頻電機(jī)→主動(dòng)鏈輪→鏈條→從動(dòng)鏈輪→包膠輪組等運(yùn)動(dòng)系使玻璃條料沿圖1中移動(dòng)方向，在托輪結(jié)構(gòu)上行走至夾緊結(jié)構(gòu)。

（2）由夾緊結(jié)構(gòu)中的平行開合氣爪氣缸夾緊玻璃條料，在一定行程范圍內(nèi)，夾緊裝置通過滑動(dòng)導(dǎo)套在固定桿上和玻璃條料一起向前移動(dòng)。當(dāng)玻璃條料斷裂后，該系統(tǒng)又回到起始位置。平行開合氣爪氣缸的壓力通過壓力閥調(diào)整。

（3）啟動(dòng)增壓氣缸，使之向下壓著玻璃條料，增壓氣缸端部的滾輪在玻璃條料的上端面作純滾動(dòng)。增壓氣缸N的作用是不讓玻璃向上抬起，增壓氣缸M的作用是促進(jìn)玻璃的斷裂，該氣缸系統(tǒng)的壓力是可以調(diào)的。

（4）在玻璃條料上預(yù)設(shè)標(biāo)示物，啟動(dòng)光電感應(yīng)頭，光電感應(yīng)頭讀取標(biāo)示物時(shí)，啟動(dòng)電磁閥M，使劃線結(jié)構(gòu)向下移動(dòng)，當(dāng)行程開關(guān)M觸到玻璃條料時(shí)，滑臺(tái)氣缸的滑塊帶著旋轉(zhuǎn)氣缸及固聯(lián)在其上的金剛石劃刀一起從滑臺(tái)氣缸的一端快速滑到另一端，從而實(shí)現(xiàn)劃線動(dòng)作。

（5）當(dāng)滑臺(tái)氣缸的滑塊滑到另一端時(shí)，觸動(dòng)了安裝在固定架上的端部行程開關(guān)，進(jìn)而啟動(dòng)電磁閥N，驅(qū)動(dòng)行程氣缸N帶著延時(shí)點(diǎn)火裂解系統(tǒng)向下動(dòng)作。當(dāng)行程開關(guān)N觸碰到玻璃條料時(shí)，啟動(dòng)延時(shí)點(diǎn)火控制系統(tǒng)工作，尖端放電，點(diǎn)燃天然氣，氣嘴對(duì)著劃痕。由于燃?xì)夤艿臍饪缀苄。匀細(xì)馊紵龝r(shí)產(chǎn)生的熱量大部分都集中在劃痕處，這一過程延時(shí)（10～20）s。

（6）當(dāng)上述延時(shí)動(dòng)作完成后，電磁閥N再次動(dòng)作，行程氣缸N反向運(yùn)動(dòng)并帶著延時(shí)點(diǎn)火裂解系統(tǒng)向上動(dòng)作，離開玻璃條料。

（7）此時(shí)劃線結(jié)構(gòu)上旋轉(zhuǎn)氣缸，旋轉(zhuǎn)角度β使含水棉球處于原來金剛石劃刀的位置，同時(shí)滑臺(tái)氣缸上的滑塊帶著旋轉(zhuǎn)氣缸及固聯(lián)在其上的金剛石劃刀以及含水棉球快速沿反劃線方向移動(dòng)，從而讓水分沿灼熱的劃痕浸潤。

（8）此時(shí)存在著熱應(yīng)力的劃痕處，在冷水的浸潤下，劃痕兩邊的玻璃會(huì)劇烈收縮，這樣玻璃會(huì)在劃痕處迅速斷裂。

（9）在玻璃劃痕兩端的增壓氣缸M和增壓氣缸N施加著一定的預(yù)壓力，對(duì)玻璃條料的斷裂也起著加速作用。其中預(yù)壓力的大小是根據(jù)玻璃條料厚度適當(dāng)調(diào)整。

（10）斷裂后的玻璃條料塊在托輪結(jié)構(gòu)的帶動(dòng)下，迅速與緩慢行走的后續(xù)玻璃條料分離，從而不影響下一個(gè)劃線，下料動(dòng)作的循環(huán)程序。

（11）在托輪結(jié)構(gòu)的帶動(dòng)下，斷裂后的玻璃條料塊被送至玻璃條料信息記錄系統(tǒng)處，該系統(tǒng)在電腦的控制下，具有強(qiáng)大的記憶及儲(chǔ)存功能，從而可自動(dòng)編輯條料玻璃產(chǎn)品的出爐號(hào)、爐口號(hào)和出產(chǎn)時(shí)間（包括年、月、日及出產(chǎn)當(dāng)日的具體時(shí)間）。給產(chǎn)品的信息化歸檔，核實(shí)，查找以及質(zhì)量分析和產(chǎn)品再生產(chǎn)提供了優(yōu)越無比的數(shù)據(jù)資源。

4 結(jié)束語

提出一種玻璃條料劃線下料及刻字的方法，利用機(jī)、電、氣一體化結(jié)構(gòu)協(xié)同動(dòng)作，可以實(shí)現(xiàn)無人化操作，有效地提高生產(chǎn)良品率，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本。再結(jié)合CO2激光雕刻器和電腦控制，消除了產(chǎn)品信息記錄誤差，從而使產(chǎn)品的形象更規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化。