修复液晶玻璃表面划伤的研磨机结构

2020-08-21李江

机械管理开发 2020年7期

李江

（中电科风华信息装备股份有限公司，山西太原 030024）

1 YM-950 玻璃研磨机的简介

YM-950 玻璃研磨机是针对修复在液晶玻璃生产和运输过程中产生的玻璃表面划伤的一种专用设备。机器主要由上、下工作台部件，研磨液供给机构，电气控制柜、操作面板等几部分构成。本设备具有高精度、高可靠性的特点。它的工作原理是整个系统采用PLC 控制，由伺服系统控制丝杠运动，并由两台大功率电机分别带动上、下研磨台旋转来实现研磨的全过程操作。PLC 控制气缸使上工作台压到下工作台待研磨的玻璃上（压力可任意设定），高频计量泵可按实际生产的需求在上下工作台之间供研磨液，调速电机分别带动上下工作台按设定的转速转动，另一伺服电机带动上工作台作前后运动。YM-950LCD 玻璃研磨机的关键部件为上研磨工作台与下研磨工作台。

2 上工作台部件

上工作台部件由上下气缸、前后滑座、前后运动部件、底座、电机、研磨工作台等几部分构成，见图1。

图1 上工作台部件

其工作原理是：气缸带动研磨工作台下降到指定位置后，电机带动研磨工作台转动，同时前后运动部件带动研磨工作台做前后运动，研磨结束后转动及前后运动停止，气缸带动工作台上升，伺服电机带动工作台回到初始位置完成复位动作。在上工作台部件中，研磨工作台是整个机械结构中直接与液晶玻璃接触的部分，对机械结构的精度、稳定性有极高的要求，其机械结构见图2。

图2 研磨工作台

最下面的零件为研磨盘，为了在保证精度的同时最大化地降低整个部件的重量并且不会因为研磨液、水等具有腐蚀性的液体喷洒发生生锈等情况，材料选为表面硬质氧化的铝，确保了研磨盘的表面硬度在研磨玻璃时不会因为液晶玻璃的异常破裂，而导致研磨盘零件的损伤。与研磨盘连接的是一个法兰盘，因为需要给研磨盘提供支撑力保证精度和防生锈，因此选择材料时使用了不锈钢。法兰盘上均布有研磨液导流孔，使得高频磁力泵泵出的研磨液可以流动到所需要研磨的液晶玻璃的正上方，防止因研磨液的不均匀造成生产中的不良，甚至因研磨液的缺少引发干磨导致液晶玻璃表面出现划伤甚至破损等风险。法兰盘与传动轴相连接，在传动轴的上下两端分别设置有两个相对的向心推力轴承，因为在上研磨头下压到工作高度接触到液晶玻璃的时候，传动轴在轴向受到气缸向下的作用力以及液晶玻璃给研磨盘的反向作用力，所以传动轴上下两端设计了两个相对的向心推力轴承，这样既消除了传动轴在轴向可能因为受力变化产生的窜动，也能保证在径向的精度。因此机构在零件加工及装配阶段有非常高的精度要求，在装配完成后不方便拆卸，所以在轴承安装座上加开了注油孔，为日常维护保养提供了便利。传动轴上方为联轴器与电机相连，在联轴器选用时，应充分考虑到进一步消除两轴线不对中的误差，减震、降噪以及传动效率高等特殊需求，因此选用了膜片式联轴器。

3 下工作台部件

下工作台是由研磨连接盘、底盘、交叉辊子轴承、传动轴、轴承连接座、减速机等构成，如图3 所示，工作时电机带动减速机转动，通过传动轴带动工作台作旋转运动。

图3 下工作台部件图

3.1 下工作台在设计时的关键点

1）研磨连接盘的精度，因为所需要研磨的液晶玻璃是放置在研磨连接盘上的，所以研磨连接盘的平面度以及上下表面的平行度至关重要。并且在研磨盘上充满了研磨液，为防止研磨液腐蚀下工作台内部零件，在研磨液流向的位置设计有可以防止研磨液渗漏的沟槽。

2）由于机器在生产运行中，下工作台受到上工作台向下的压力，并且两工作台接触挤压、高速旋转产生摩擦力，依靠摩擦力作用在工件表面才能有效地在研磨过程中修复液晶玻璃表面的不良。

3.2 下工作台在设计时的相关计算

3.2.1 上工作台气缸出力计算

因工艺需求气缸实际的气压理论上应该在0.05～0.1 MPa 之间，这个区间范围对液晶玻璃的影响较小，因此选择气压P=0.05 MPa，缸径r=80 mm，则气缸截面积S=πr2=5 024 mm2。所以，0.05 MPa 下的理论出力F＝SP＝251.2 N。由此得出的下工作台受到的压力为251.2 N，可以通过公式计算出所需交差辊子轴承所需的径向载荷与轴向载荷。

3.2.2 径向载荷计算

式中：Fr为径向载荷，N；m1为边缘位置质量，kg；m2中心位置质量，kg；D1、D2分别为m1、m2位置所在的距离，mm；ω 为角速度，rad/s。

3.2.3 轴向载荷计算

式中：Fa为轴向载荷，N；m3为旋转中心的质量，kg。

3.2.4 力矩计算

式中：M 为力矩，N·m；H 为零件厚度，mm。

图4 下工作台计算示意图

在实际生产工艺中，由于液晶玻璃只能承受一定范围内的压力，压力过高可能造成液晶屏的碎裂以及液晶阵列的损坏，需要精确控制上研磨头作用在下工作台上的作用力，又考虑到上研磨工作台的自重较大，在气路设计中增加了反向缓冲力用来抵消电机、零件的自重，这样只需要计算气缸的推力，因导轨为垂直安装，可以忽略摩擦力，也就是气缸的推力等于实际作用在液晶玻璃表面的力。因轴承所承受的负载较大，所以选用了具有出色的旋转精度并能够承受较大的轴向和径向负荷的交叉辊子轴承。表1 为用压力计实测在不同压力下研磨头的下压力曲线。