木制玩具自动化冲压设备结构设计

谢应孝　叶德敏

摘   要：冲压是木制玩具加工中的重要生产环节，冲压加工方式仍处于手动落后及高危状态，远远满足不了当今高速发展的木玩产业的需求。本文设计了一种集拆垛送料、定位、冲压、取料的自动化生产设备。减少生产成本，提高工作效率，减少安全隐患，促进企业实现现代化生产。

关键词：木质玩具  冲压

中图分类号：TG305                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）03（c）-0099-02

Abstract： Stamping as an important production link in the processing of wooden toys， Stamping processing is still in manual backward and high-risk state， far from meeting the needs of today's high-speed development of the wood toys industry. In this paper， a kind of automatic production equipment is designed， which can Dismantle， transmit， locate，which reduce production costs， improve work efficiency， reduce potential safety hazards， and promote the realization of modern production.

Key Word：Wooden toys， Stamping

2017年我國木制玩具行业规模约12.61亿美元，占全球木制玩具比重的21.8%。近几年，国内木制玩具行业占比逐渐提高，从2011年的19.24%增长到2017年的21.8%，2017年我国玩具产量为520.35万t，同期国内玩具产品出口量为205.95万t。与木制玩具行业产量和销量的快速增长形成鲜明对比，木制加工配套设备研发的滞后。冲压工艺是木制玩具生产的重要生产环节，冲压加工方式特别是冲压模具大部分仍处在手工送料、手工取件的状态，但这远远满足不了当今高速发展的木玩产业的需求[1]。设计一套木制玩具自动化冲压设备。采用冲压自动化生产线组织生产，不仅能够将企业的现代管理技术和先进的科学技术融入其中，而且能够简化生产布局，减少生产成本，提高工作效率，改善劳动条件，减少安全隐患，促进企业实现现代化生产。

1  国内外研究现状

瑞典柯肯在1966年成立了由计算机进行控制的自动化制材厂。两年以后，日本的庄田企业在木工机械设备中采用了数控技术，生产出首台数控镂铣机。此后，日本及西方发达国家的一些木工设备生产厂家，通过使用机电一体化技术，为厂家研发了很多的先进木工设备[2]。

随着欧、美、日的OSACA计划、NGC计划、OSEC计划以及OMAC计划的启动，数控技术在木材加工机械上的应用开始普及，尤其是数控镂铣机的研发，正因为有了该机器的出现让加工木材变得更加现代化，还带动了其他相关领域的发展，比如室内装饰行业、建材行业以及家具行业等等[3]。现今的木材加工行业领域中，木材加工中心的研发代表了木材加工设备的最高水平，美、日、德、意大利等发达国家相继开发出五轴联动数控木材加工中心，并且都占有各自的主要市场[4]。

国内的冲压自动化生产主要是以常规的送料机械手或机器人输送系统的串联式冲压自动化生产线为主，这种生产线主要由送料机械手、穿梭小车和冲压机床组成。采用送料机械手进行上下料操作的自动化生产系统，能够在很大程度上提高冲压自动化生产线的生产周期，极大地缩减了人工劳力，改善了工作环境[5]。交流伺服自动送料技术是近年来发展十分迅速的一种具有智能化、柔性化特点新技术。交流伺服自动送料技术的动力来源为交流伺服电机，具有很强的工艺适应性和持续工作的能力。目前国内较为先进的自动送料设备为深圳力豪公司研制的伺服系统送料机[6-7]。

2  设备结构方案

本文研制的设备是板式木质玩具加工中的重要一环，主要完板式木质玩具的冲压工艺。图1是设备整体构造示意图。主要包括：拆垛送料机构、定位机构、冲压机构、取料机构。将完成贴纸或涂色工艺的待加工板式木质玩具，放入拆垛送料机构后启动设备，最底层的原料送入定位机构，并由定位机构将原料送入冲压机构，再由冲压机构完成原料的冲压，最后再将原料送入取料机构，完成整个冲压的自动化过程。

3  设备结构设计

3.1 拆垛送料机构

拆垛送料机构由放料装置、送料装置、丝杆、滑轨、伺服电机、压紧装置构成，结构示意图如图2所示。冲压原料一般为厚度5～8mm的方形板材，放料装置可以根据原料的大小进行调整。移动主轴包括伺服电机、螺杆、滑轨等。将一组待冲压木板放入放料装置，伺服电机带动丝杆转动带动送料装置沿滑轨运动，当送料装置运动到放料装置下端时，将最下一层木板推出，送至压紧装置，其余送料装置留在放料装置中，完成一次拆垛送料运动，电机方向运动，送料装置收回，准备一下次的送料动作。

3.2 定位机构

定位机构主要由伺服电机、丝杆、滑块限位器等构成，如图3所示。待冲压木板原料由拆垛送料机构送入定位机构平台，受限位器作用木板横向位置被固定，限位器横向位置可调，伺服电机带动丝杆转动，滑块延丝杆方向移动，滑块带动上、下连杆及推块沿纵向移动。当木板横向位置定好以后，推块将木板进行纵向定位，从而完成木板的定位功能，再将木板送入液压机进行冲压。

3.3 冲压取料机构

冲压取料机构主要包括液压机和输送带组成，如图4所示。其中液压机是对原有的手动液压机进行改造节省了改造及研发费用，同时，为企业减少负担。在活动横梁的下端放置刀具，在下横梁上端放置两个L型压紧装置，两个压紧装置位置可调。当主轴将木板送入压紧装置，到达设定位置时，伺服电机带动连杆打开液压阀，使活塞杆带动活动横梁，对木板进行冲压，完成冲压后活塞杆升起，木板在压紧装置的作用下留在原位置，这时主轴再将木板推至输送带送入下步加工工序，完成冲压取料过程。

4  结语

根据木制玩具的冲压工艺特点，对传统的手动冲压设备进行技术升级与改造，分析讨论了木制玩具自动化冲压设备的整体布局方案，并对拆垛送料机构、定位机构、冲压取料机构进行结构设计研制了自动化设备一套，如图5所示。

经生产测试设备实现冲压板式木质玩具10张/min，产品冲压成品率达到95%。整个设备结构完全实现自动化，提高了木制玩具冲压工艺的加工效率及工人操作的安全性。

参考文献

[1] 周玉明.冲压生产线自动送料装置设计与仿真分析[D].重庆大学，2016.

[2] 张伟.国内外木材加工高速电主轴技术现状[J].木工机床，2012（1）：8-11.

[3] 张伟.木材加工高速电主轴技术研究进展[J].木材加工机械，2008（3）：26-8，51.

[4] 唐昌松，王南宁，杨恒，等.inventors一种圆木输送锯切扒皮加工生产线patent CN203712793U.2014-07-16.

[5] 柳南.基于冲压设备现状自动化改造的设计与研究[D].吉林大学，2017.

[6] 李虎，马岩，杨春梅，等.木屋圆木梁加工中心夹紧系统结构设计[J].木材加工机械，2016，27（6）：36-9.

[7] 胡超.大型冲压机床的自动上下料系统研究与设计[D].南京理工大学，2016.