大型軸承套圈精車(chē)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的研發(fā)

楊紅軍

(寶雞機(jī)床集團(tuán)有限公司，陜西寶雞 721013)

滾動(dòng)軸承作為機(jī)電產(chǎn)品中非常重要的配套件，絕大多數(shù)產(chǎn)品已形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，其生產(chǎn)制造的特點(diǎn)為品種多、生產(chǎn)批量大，因此，軸承的生產(chǎn)適合采用高效率專(zhuān)用設(shè)備。內(nèi)外套圈是軸承中最大的零件，其車(chē)加工是軸承生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，也是國(guó)內(nèi)軸承生產(chǎn)的主要瓶頸之一。目前國(guó)內(nèi)軸承套圈精車(chē)加工技術(shù)水平參差不齊，加工設(shè)備檔次、種類(lèi)較多。但從精車(chē)機(jī)床規(guī)格來(lái)看具有一個(gè)明顯的特點(diǎn)，小規(guī)格套圈(φ80 mm以下)精車(chē)自動(dòng)制造設(shè)備已有廠家生產(chǎn)，市場(chǎng)應(yīng)用也不錯(cuò)，大規(guī)格套圈(φ80～200 mm)精車(chē)自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備鮮有機(jī)床廠家研發(fā)生產(chǎn)。因缺少相應(yīng)設(shè)備和其他多種因素制約，目前國(guó)內(nèi)軸承制造業(yè)大規(guī)格套圈的精車(chē)加工主要靠單人單機(jī)來(lái)完成。

在金融危機(jī)、國(guó)家宏觀政策的影響下，軸承制造行業(yè)必須面對(duì)以下問(wèn)題:首先，大規(guī)格軸承的市場(chǎng)份額越來(lái)越大，軸承產(chǎn)品的市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)發(fā)生變化;其次，勞動(dòng)力成本不斷上升，原先廉價(jià)人力資源優(yōu)勢(shì)已經(jīng)逐漸減弱;最后，社會(huì)整體勞動(dòng)保護(hù)觀念在不斷提高。傳統(tǒng)套圈精車(chē)加工采用單人單機(jī)制造模式不但成本越來(lái)越高，產(chǎn)能及加工效率無(wú)法繼續(xù)提高，而且人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作不安全，不符合勞動(dòng)保護(hù)和制造業(yè)的總體發(fā)展要求，已越來(lái)越不適應(yīng)軸承未來(lái)的生產(chǎn)需求。

寶雞機(jī)床集團(tuán)針對(duì)軸承制造業(yè)的現(xiàn)狀，為解決軸承制造行業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急，服務(wù)行業(yè)用戶(hù)，根據(jù)對(duì)市場(chǎng)的分析調(diào)研，研發(fā)了大型軸承套圈精車(chē)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)。該自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)在PLC控制的單元機(jī)中配有大容量料庫(kù)、自動(dòng)上料系統(tǒng)，自動(dòng)下料系統(tǒng)及下料庫(kù)，一次上料可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)加工，自動(dòng)完成套圈精車(chē)加工的所有過(guò)程，基本擺脫套圈車(chē)加工生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)人工的依賴(lài)。

1 軸承套圈的精車(chē)加工工序

普通軸承外套圈的精車(chē)加工基本包括:內(nèi)孔、兩端內(nèi)外倒角和內(nèi)滾道溝槽的加工，也可有密封槽的加工。內(nèi)套圈精車(chē)加工包括:內(nèi)孔、倒內(nèi)外角、外滾道溝槽。詳細(xì)加工部位如圖1所示。

2 精車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)的總體思路與布局

根據(jù)加工工序內(nèi)容，內(nèi)外套圈精車(chē)加工生產(chǎn)線(xiàn)由4臺(tái)單元機(jī)組成，按加工部位和先后順序分為A、B、C、D單元:首臺(tái)為A單元，套圈外圓夾持，加工套圈內(nèi)孔，含有儲(chǔ)料庫(kù);第2臺(tái)為B單元，工件外圓夾持，用于工件一端內(nèi)外倒圓角;第3臺(tái)為C單元，工件外圓夾持，用于工件另一端內(nèi)外倒圓角;第4臺(tái)為D單元，內(nèi)圈為漲內(nèi)孔夾持，外圈為外圓夾持，用于工件滾道溝槽的切制，含有接料儲(chǔ)料庫(kù)。自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)總體布局見(jiàn)圖2。

進(jìn)料儲(chǔ)料庫(kù)處于A單元前端，工件在進(jìn)料儲(chǔ)料庫(kù)中自動(dòng)進(jìn)入A單元機(jī)，在A機(jī)加工完后，經(jīng)過(guò)A機(jī)接料機(jī)械手直接送入B機(jī)的進(jìn)料提升機(jī)。以此類(lèi)推，直到D機(jī)加工完后，完成的工件由D機(jī)機(jī)械手堆放入接料儲(chǔ)料庫(kù)中，等待人工批量取出。B機(jī)加工后，接料機(jī)械手接出工件后有一套工件翻轉(zhuǎn)掉頭機(jī)構(gòu)，工件經(jīng)掉頭后才進(jìn)入C機(jī)，實(shí)現(xiàn)掉頭倒角功能。

3 單元機(jī)的主要參數(shù)、結(jié)構(gòu)

3.1 主要參數(shù)(表1)

3.2 結(jié)構(gòu)

單元機(jī)中主機(jī)采用平床身結(jié)構(gòu)，主軸箱采用六檔機(jī)械變速結(jié)構(gòu)，進(jìn)給采用液壓驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)上下料使用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，全部控制由PLC系統(tǒng)完成。結(jié)構(gòu)如圖3所示。

表1 主要規(guī)格參數(shù)

在單元機(jī)內(nèi)部，工件套圈首先需堆入螺旋上料庫(kù)［1］，工件套圈依靠自重依次滾入提升機(jī)入口，由提升機(jī)逐個(gè)提至傾斜料道等待加工。傾斜料道末端分揀機(jī)構(gòu)將工件逐個(gè)分開(kāi)并推入上料機(jī)械手進(jìn)口，上料機(jī)械手進(jìn)料后下行將工件推入主軸夾具內(nèi)，夾具將工件夾緊后上料機(jī)械手上行復(fù)位，主機(jī)加工完成后，下料機(jī)械手伸出，位于主軸內(nèi)部的推料機(jī)構(gòu)將工件推出落入下料機(jī)械手接料斗，下料機(jī)械手縮回將完成的工件存入下料庫(kù)中，或流入下一臺(tái)單元機(jī)的提升機(jī)入口。

4 自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的過(guò)程控制

4.1 單元機(jī)的控制流程

生產(chǎn)線(xiàn)內(nèi)每臺(tái)單元機(jī)都有一套完整的系統(tǒng)，包括上料部件、上料機(jī)械手、主機(jī)及下料機(jī)械手等，每臺(tái)單元機(jī)各擁有一套PLC控制系統(tǒng)，能判斷本單元機(jī)的進(jìn)料、出料狀態(tài)，控制上下料和加工過(guò)程。例如:當(dāng)進(jìn)料缺料達(dá)到一定時(shí)間，本機(jī)停止運(yùn)行;當(dāng)出料堆積超過(guò)一定時(shí)間，本機(jī)停止;工件進(jìn)料訊號(hào)到時(shí)，如出料無(wú)堆積，機(jī)床再次啟動(dòng)循環(huán)。

圖4為單元機(jī)流程控制過(guò)程。為使生產(chǎn)效率最大化，單元機(jī)采用串并混合控制流程，在動(dòng)作不干涉、不影響加工的前提下，將一些動(dòng)作流程放在了主流程之外，與主流程并行動(dòng)作，不占用主流程時(shí)間，這樣就簡(jiǎn)化了主流程，有效縮短了主流程循環(huán)時(shí)間，進(jìn)一步提高加工效率。圖4中實(shí)線(xiàn)為主動(dòng)作流程，虛線(xiàn)部分為并行動(dòng)作流程［2］。

4.2 生產(chǎn)線(xiàn)的控制流程

4臺(tái)單元機(jī)組成自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)時(shí)，每臺(tái)單元機(jī)的PLC使用本機(jī)的進(jìn)料狀態(tài)、出料狀態(tài)和本機(jī)內(nèi)部的狀態(tài)信息來(lái)控制自己的循環(huán)流程。每臺(tái)單元機(jī)總的來(lái)說(shuō)有輸入、輸出兩個(gè)機(jī)械及信息接口，輸入接口與上一臺(tái)的輸出接口關(guān)聯(lián)，輸出接口與下一臺(tái)的輸入接口關(guān)聯(lián)，以此實(shí)現(xiàn)工件、訊號(hào)在生產(chǎn)線(xiàn)內(nèi)的依次傳遞。在運(yùn)行過(guò)程中，每臺(tái)單元機(jī)可能有4種狀態(tài):加工比較快、加工比較慢、節(jié)拍剛好和停機(jī)。單元機(jī)能處理這4種情況，保持生產(chǎn)線(xiàn)的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)、平衡與連續(xù)運(yùn)行。例如，主單元加工節(jié)拍比相鄰單元快時(shí)可能導(dǎo)致進(jìn)料缺料或出料堆積，這時(shí)本單元暫時(shí)停機(jī)等待，直到兩信號(hào)都解除再繼續(xù)自動(dòng)運(yùn)行。

圖5為生產(chǎn)線(xiàn)最后的接料庫(kù)滿(mǎn)時(shí)，生產(chǎn)線(xiàn)內(nèi)停止訊號(hào)從最后D單元傳遞到A單元及料庫(kù)的過(guò)程。

5 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)軸承制造行業(yè)，因軸承產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化、勞動(dòng)力成本、設(shè)備改造和環(huán)保等多種因素的作用，傳統(tǒng)的單人單機(jī)制造模式已不能適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境的綜合要求。大規(guī)格軸承套圈精車(chē)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的研制開(kāi)發(fā)目標(biāo)是提升軸承制造行業(yè)加工手段，提高制造效率、改善生產(chǎn)環(huán)境，為軸承制造行業(yè)提供新型高效、高自動(dòng)化加工設(shè)備。該設(shè)備的研發(fā)符合制造業(yè)總體發(fā)展方向，將對(duì)國(guó)內(nèi)軸承制造行業(yè)制造水平的提升產(chǎn)生一定的推動(dòng)作用。

圖6為生產(chǎn)線(xiàn)的一個(gè)單元機(jī)。該新產(chǎn)品已在某軸承制造廠使用，反映情況良好。

［1］現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［2］周恩濤.可編程控制器原理及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.