关于不锈钢餐具平面抛光机传动系统设计的研究

关于不锈钢餐具平面抛光机传动系统设计的研究

何维煜,林伟嘉,林志扬,黄凯鑫

（广东庆展不锈钢制品有限公司，广东揭阳，522000）

摘 要：抛光对于提高不锈钢餐具的光滑度、增强餐具美观度有着十分重大的作用。本文基于对不锈钢餐具抛光工艺的研究和分析，设计出平面抛光机的传动系统，该系统包括分度传动部件、主柱支撑部件、中心轴以及定位部件等，再通过优化部件尺寸，进行了仿真分析，结果表明，传动系统设计科学、可靠性强。

关键词：不锈钢餐具；平面抛光机；传动系统设计

随着不锈钢餐具逐渐出现在大众餐桌上，不锈钢餐具的需求量增加，出口规模也越来越大，出口国家和地区高达100余个，我国国内有700余家企业都在生产不锈钢餐具[1]。就此来看，不锈钢餐具市场具有较好前景。抛光是不锈钢餐具生产的环节之一，是生产不锈钢餐具的必经环节，通过抛光加工，可以大幅提高餐具耐腐蚀性和光洁度[2]，进而提高产品品质以及生产效率，促进产品出口。然而，该项工艺较为繁琐，在生产实践中，多数企业都采用半自动的抛光设备，与国外企业的全自动抛光设备相比还有很大差距。所以，必须要加强对平面抛光自动化设备的研究，从科技借力，赋能不锈钢餐具生产。

1.餐具抛光工艺概述

1.1 餐具抛光

从工序流程来看，餐具的机械抛光可以分为三个步骤，分别是第一步的粗磨、第二步的中磨和第三步的细磨。就粗磨而言，主要是使用砂纸或者砂料对非常粗糙的餐具的毛坯面进行打磨，以此来去除锈迹，让表面更加平整。中磨是在粗磨的基础上，对磨痕进行打磨，让餐具表面更加光滑。细磨主要是为了让餐具表面的光亮度达到标准。本文中的平面抛光机传动系统设计主要涉及粗磨，即通过机器对冲压后的平板餐具材料的表面进行初步处理。

1.2 餐具粗磨

粗磨要严格按照工艺要求进行操作，用适合的抛光轮、抛光腊对餐具表面进行多次抛光。具体来说，对于刀叉类餐具，第一次抛光多使用120#至180#的黑刚玉材质的粗砂；第二次抛光则使用240#至280#的海南砂细砂；第三次抛光使用切削力较强的紫腊。当然，抛光效果还受到抛光的时间、速度以及切入深度的影响，因此要根据加工需求进行合理选择，确保实现最佳效果。

2.平面抛光机传动系统设计

2.1 抛光机的整体构造

不锈钢餐具的粗磨需要经历5个阶段，这5个阶段分别依次进行[3]。因此，在设计传动系统时，必须要分别针对这5个过程进行设计和优化，让毛坯餐具能够自动完成转位和进给，各工位之间采取流水线作业，应用环形布局，从而充分节约空间。

从结构来看，平面抛光机由具备分度、进给功能的传送部件、外部的3个抛光打蜡机共同构成。传送部件又包括分度的底盘，以及横向和纵向的进给部件，前者在电机的作用下间歇性有规律地进行转动，从而带动后者在工位之间分别传送[4]。进给小车的主要作用在于帮助横纵向的进给，夹头的作用在于夹持呈平面状的毛坯。此外，工位的布置也需严格按照抛光机的作业流程进行，工位一负责上料，工位二负责粗砂抛光，工位三负责细砂抛光，工位四负责紫蜡抛光，工位五负责下料。

2.2 具体结构设计

采用变频式的电机带动齿轮转动，并借助调控电机速度来控制工位转换速度，实现抛光时间的自动化调节。传动系统分为分度传动、中心轴、立柱支撑和定位锁紧。首先，分度传动作为核心部件，包括分度凸轮、棘轮机构、针轮机构等，但这些都无法实现自动调停[5]。因而应采用YVP变频调速电机，并利用经带传动带动蜗轮蜗杆减速器，借助直齿的圆柱齿轮，带动分度回转。工作台的最大承重值为1000千克，最大回转速度为5r/min，因而可选用1.5kW的电机。此时，传动系统的减速比可以达到230，变频电机和减速器的带传动减速比为2，蜗轮蜗杆减速器的为28，直齿圆柱齿轮的为5。

其次，中心轴是组成底座的关键，底座支撑着可以回转的上底盘，并且连接传动部件，可以为上底盘的回转助力。要采用螺栓固定连接，并在肋板上焊接传动系统的固定板，提供减速器动力系统的安装平台。中心轴可以采用阶梯轴+中空的设计方式，这样可以方便布置和安装轴上零件，其下部则应开有适当数量的圆孔，方便布线。

再次，立柱支撑的上底盘直径应保持在1500毫米，并在其边缘布置5个100千克的进给小车，同时还可以在边缘增加辅助性的支撑机构，从而减小变形量，但应满足支撑点和上底盘的下部连接、可沿底盘圆周方向相对滑动。

最后，由于上底盘处于停止状态时，可能会引导惯性导致出现定位不精准的问题，加之抛光时抛光机具有一定的作用力，并且这个作用力会传导到底盘上，从而引导底盘晃动，这会对抛光质量产生比较大影响。对此，可以通过设计由顶尖和顶尖座构成的定位锁紧机构，提供相应的结合力，让顶尖保持导向定位准确，避免底盘摇摆作用力超过预定值，保护电机和其他零部件。

3.仿真测试和分析

对传动系统的上底盘进行测试，可以推算出整个系统的平稳性和支撑刚度，并且能够预测是否可以满足工艺要求。因而，主要对其强度和变形进行分析。一方面，上底盘在500千克的重力作用下，会发生变形，最大变形处是外部边缘。经过测试，若外边缘变形量小于0.05毫米，则不会影响抛光质量。另一方面，通过分析立柱支撑结构效果，可以发现上底盘厚度与变形量呈反相关关系。若板厚大于30毫米，立柱支撑能够达到最大刚度要求。但超出此标准，则会影响运行结构的惯性，不利于控制。若板厚在16毫米左右，继续增加厚度，边缘变形不会有较大变动，因而最佳厚度为16毫米。

4.结语

抛光是提高不锈钢餐具的光洁度、提升餐具质量的关键环节。通过设计性能良好、效果突出的不锈钢餐具平面抛光机传统系统，促进抛光工序由半自动化向自动化的转变，能够进一步促进产品质量的提升和产品生产效率的提高，为不锈钢餐具的生产提供技术支持。

参考文献：

[1]徐航,孙应欢,陈圳杰,孙斐源,杨凯涛,吴喆.桌面级精密平面抛光机转台结构设计[J].制造技术与机床,2018(03):149-153.

[2]赵则祥,何鑫,于贺春,侯晓帅,赵惠英,王文博.大口径平面抛光机精密转台设计[J].机械设计,2016,33(12):101-104.

[3]章彬,杜晓明,华巍,张群,王成.基于PLC的平面抛光机设计[J].机械工程师,2016(08):276-277.

[4]胡俊义,张峻霞,傅旻.不锈钢餐具平面抛光机主传动系统的设计[J].天津科技大学学报,2015,30(06):61-65.

[5]陆长明.基于DSP的超精密抛光机模糊控制系统设计[J].机电工程,2005(12):11-13.