新型軸承套圈內(nèi)滾道自動檢測設(shè)備設(shè)計

尹凌鵬，婁亞兒，朱力文，方坤禮，張新星

（衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 衢州 324000）

軸承，作為機械行業(yè)的重要基礎(chǔ)零部件，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的各種設(shè)備和儀器中。它的質(zhì)量直接影響到機器的使用性能[1]。軸承屬于高精度機械產(chǎn)品，生產(chǎn)批量大，精度要求高。目前，多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)對于軸承零件的尺寸檢驗還比較粗糙，未檢驗出不合格品的現(xiàn)象時有發(fā)生。有些企業(yè)仍然采用人工抽檢的方式，有些則是結(jié)合一定的自檢測裝置進行。其檢測效率低、容易引起各種檢測誤差問題，不能滿足軸承高精度檢測的要求。

在浙江省大力推進“機器換人”的今天，越來越多的省內(nèi)裝備制造業(yè)運用自動化設(shè)備來實現(xiàn)軸承零件的加工和檢測。但是隨著自動化制造的逐漸推廣，出現(xiàn)了許多可靠性不高、檢測檢驗誤差大、效率低等問題。涉及到軸承加工中的問題更多。

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國現(xiàn)有規(guī)模以上的軸承企業(yè)1400多家，主要集中在遼寧的瓦房店、洛陽、浙江、江蘇、山東等地為代表的地區(qū)，除瓦哈洛和萬向錢潮、浙江天馬、人本集團等企業(yè)的主營業(yè)務(wù)收入超過10億元以上，其余絕大部分為中小型民營企業(yè)[2]，其中大部分開始逐漸引進自動化加工設(shè)備及檢測設(shè)備。但是在使用過程中會出現(xiàn)精度不高、效率不強、檢測不穩(wěn)定等問題。

國內(nèi)外軸承企業(yè)采用檢驗方法，歸納起來主要有幾類：

（1）傳統(tǒng)方法[2]。即運用人工的方式來進行檢驗，通過工人用手去觸摸、用耳朵聽的方法來粗略地判斷機械設(shè)備內(nèi)部軸承的工作情況。這樣工作量很大，人眼很容易疲勞，而且其準確率也無法保證[3]。因此，如今已經(jīng)很少運用此種方法。

（2）振動診斷方法。該方法利用軸承正常工作時產(chǎn)生的周期性頻率信號來進行接收和分析，以此來判斷軸承成品所存在的問題，是比較常用的軸承成品檢驗方法。但是檢測可靠性不高，經(jīng)常發(fā)生誤檢測，該技術(shù)還有待進一步提高。

（3）比較檢測的方法。通過固定試塊和加工件向比較的方法來檢測。通過制作相應(yīng)的試塊，運用比較檢測的方式進行自動檢測，從而檢測出被加工件是否存在漏加工。該方法簡單，易于實現(xiàn)，且成本較低。

（4）非接觸檢測的方法。運用傳感技術(shù)、光電技術(shù)、圖像成形等技術(shù)進行測驗，避免被測件在測量過程中與測量儀器產(chǎn)生接觸。但是，該種類型的方法還未完全成熟，而且檢測信號易受干擾，發(fā)生誤操作。所以也沒有得到較大的推廣。

針對軸承的自動化加工，較易結(jié)合和使用的方法為比較檢測法。商家往往在加工后期加上一定的自動檢測裝置，從而完成檢測過程。雖然該種方法雖簡單，但是模版零件在頻繁地靠牢被檢測件的過程中產(chǎn)生碰撞，易于磨損，造成檢測偏差，甚至造成誤檢測。為此，本文在現(xiàn)有的通過比較檢測完成內(nèi)外圈檢測的設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)出一種新型的可用于生產(chǎn)流水線上的自動檢測設(shè)備，使之能夠滿足軸承套圈內(nèi)外圈及端面的完全檢測，并滿足自動檢測與分揀的需求，具有可靠性好、效率高、過程穩(wěn)定等特點，能夠廣泛適用于我國大多數(shù)中小型軸承生產(chǎn)企業(yè)。

1 系統(tǒng)設(shè)計

本文在現(xiàn)有的通過比較檢測完成內(nèi)外圈檢測的設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)的軸承動檢測設(shè)備包含機構(gòu)部分、控制系統(tǒng)兩個部分。

1.1 機構(gòu)設(shè)計

軸承自動檢測機的機構(gòu)如圖1所示，主要包括氣缸缸體、支架、電機、精度檢驗裝置、檢測試塊、檢測位、定位裝置及固定架。其中，氣缸缸體為雙作用液壓缸，電機為步進電機，精度檢測裝置為電氣百分表/千分表，定位裝置為光電傳感器；氣缸缸體與支架通過螺栓連接，支架通過螺栓和螺母與電機連接，精度檢驗裝置、檢測位分別安裝在固定架上，電機安裝于支架上，定位裝置安裝在支架上，電機的端面與支架的上表面平齊。

圖1 檢測機主要部分機構(gòu)圖

首先檢測工件是否進入，工件進入檢測機后，開始進行檢測，漏加工檢測和精度檢測同時進行，兩項檢測中任何一項不符合要求，系統(tǒng)即作為不合格件排出，其中檢測試塊用于檢測漏加工，精度檢測裝置用于檢測精度。檢測時，首先設(shè)置控制器，如果一個檢測試塊連續(xù)n次檢測不合格，則自動更換檢測試塊；如果更換后還是連續(xù)m次檢測不合格，則自動停機待檢修；如果每個檢測試塊都使用過了，即達到最大更換次數(shù)，則停機待修，否則將連續(xù)循環(huán)檢測；m、n可以通過控制器設(shè)置，m、n 為整數(shù)，3≤n≤5，3≤m≤5.檢測過程中，工件進入檢測機后，檢測試塊由氣缸剛體控制推出到達位置后，檢測試塊下壓，檢測試塊下壓0.5 s后，精度檢測裝置自動開始檢測，檢測完畢，退出檢測試塊；檢測試塊更換過程，由電機帶動檢測試塊旋轉(zhuǎn)，由定位裝置進行精確定位，當下一個檢測試塊轉(zhuǎn)到精確位置后鎖死。

1.2 控制系統(tǒng)的硬件選擇

根據(jù)系統(tǒng)控制要求，系統(tǒng)選用西門子S7-200系列CPU224型PLC作為系統(tǒng)控制用PLC，該PLC共有24個數(shù)字量I/O點。選用普通型電訊百分表，使之與PLC連接，用于控制檢測精度。PLC連接如圖2所示。

圖2 PLC外部接線示意圖

1.3 設(shè)備工作流程

自動檢測機的工作流程如圖3所示。首先檢測被檢測件是否進入，進入后，開始進行檢測。檢測漏加工和精度檢測同時進行，兩項檢測中任何一項不符合要求，系統(tǒng)即作為不合格件排出。如果連續(xù)n次（n可設(shè)定）不合格，自動更換試塊；如果更換后還是連續(xù)m次（m可設(shè)定）不合格，自動停機待檢修；如果每個試塊都使用過了，即達到最大更換次數(shù)，則報警，停機待修。否則將連續(xù)循環(huán)工作。

圖3 軸承套圈內(nèi)滾道檢測過程

檢測過程中，工件進入后，檢測試塊由氣缸控制推出到位后下壓，下壓0.5 s后進入檢測，檢測完畢退出試塊。試塊更換過程由電機帶動下方試塊旋轉(zhuǎn)，由定位裝置進行精確定位，當下一個試塊轉(zhuǎn)到精確位置后鎖死。

根據(jù)以上設(shè)計，開發(fā)成功的設(shè)備如圖4所示。

圖4 軸承套圈漏加工檢測機

2 技術(shù)特點

（1）系統(tǒng)可靠性增加。經(jīng)過機構(gòu)的改變和系統(tǒng)控制方式的轉(zhuǎn)變，能夠有效改變系統(tǒng)整體可靠性，保證檢測機的長期有效運行，不需要檢測維護人員經(jīng)常性檢查系統(tǒng)，維修及更換零件。

（2）檢測精度增加。原本檢測精度較粗略，只能檢測漏加工零件或一般精度范圍零件。通過增加檢測儀表，改進控制方式，使得檢測精度增加，加工后未達到要求精度的零件也能夠被檢測出來，作為次品分揀出來。

（3）有效監(jiān)控。通過數(shù)據(jù)采集，能夠把全部或部分有效信息傳輸給管理者，使得機器出現(xiàn)故障或停機時能夠快捷有效地找出故障所在。

（4）易于維護。通過改良系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方式，加之監(jiān)控系統(tǒng)的完善，使管理者方便維護，不需要頻繁地檢查。

針對軸承生產(chǎn)企業(yè)的軸承套圈產(chǎn)品檢測過程，提高其檢測精度和增強其過程的可靠性，減少出廠廢品率，減少了人工檢測程序的繁瑣性，有利于企業(yè)自動化水平的提高，有利于企業(yè)進一步提高加工精度，有利于企業(yè)進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3 結(jié)束語

本文通過分析現(xiàn)有軸承套圈檢測機的不足，在確定提高其檢測精度和增強可靠性目標的基礎(chǔ)上，提出了一種新型軸承外圈工件檢測方法及設(shè)備。能夠有效檢測出加工零件的精度是否達到，是否漏加工，以及在試塊磨損的情況下即時更換試塊，從而保證軸承檢測機長期穩(wěn)定地連續(xù)工作。

[1]宋曉波，朱孔敏.軸承檢測儀器的發(fā)展預(yù)測[J].軸承，2004，（8）:48-50.

[2]中國設(shè)備網(wǎng).目前我國中小軸承制造企業(yè)如何實現(xiàn)突圍困局[EB/OL].http://www.cnsb.cn/html/news/525/show_525269.htm l，2010-10-25.

[3]宋志平，星軍華.滾針軸承質(zhì)量檢測儀的設(shè)計[J].機床與液壓，2014，42（3）:10-11.