輪轂軸承自動化設(shè)備的應(yīng)用

■ 云科智造制造（沈陽）有限公司 （遼寧 110142） 王家興 李 陽

1.輪轂軸承的發(fā)展

汽車輪轂軸承單元主要承受通過懸架系統(tǒng)傳遞而來的汽車重量（徑向載荷）、汽車轉(zhuǎn)向產(chǎn)生的軸向載荷，傳遞變速箱和驅(qū)動軸傳過來的扭矩。

輪轂軸承根據(jù)與汽車傳動系統(tǒng)其它元件集成方式的不同，可以分為第一代、第二代、第三代和第四代輪轂軸承。目前，應(yīng)用較為廣泛的是第三代輪轂軸承，它采用了軸承單元和防抱剎系統(tǒng)ABS相配合，軸承單元的內(nèi)外圈均有法蘭，內(nèi)圈通過內(nèi)法蘭用螺栓固定在驅(qū)動軸上，外法蘭將整個軸承安裝在一起。

2.制造加工工藝流程

目前軸承配套廠商主要加工工藝流程分為兩種：第一種加工工藝的車削工序加工主要集中在工件熱處理前，如圖1所示。

優(yōu)點是高頻淬火前的加工工序可統(tǒng)一采用自動生產(chǎn)線加工，縮短了加工時間，提高了加工效率，大大降低了成本。

缺點是高頻淬火導(dǎo)致磨削滾道工序的尺寸定位面、輪轂軸承單元與剎車盤和鋼圈安裝時的定位面，發(fā)生微小變形，從而影響溝道磨削的精度及螺栓孔位置度，不利于軸承單元運行的穩(wěn)定性、可靠性及使用壽命。

第二種加工工藝的車削工序加工主要分布在工件熱處理前粗車工序和熱處理后精車工序，如圖2所示。

優(yōu)點是有效消除了高頻淬火對之前提到的三個定位面的影響，保證了溝道磨削的精度，同時提高了螺栓孔位置度，大大提高了軸承單元的穩(wěn)定性和可靠性，延長了軸承單元壽命。

缺點是加工工序較多，加工設(shè)備分散，投資成本高。

3.熱處理前集中加工的自動化設(shè)備

熱處理前的加工多為粗車工序，其設(shè)備為桁架式自動線（如圖3所示），由桁架機械手和兩臺數(shù)控車床（OP10和OP20）、上下料庫、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和抽檢單元組成，可以完成熱處理前的粗精車工序。桁架為1v2形式，即一個機械手為兩臺車床換料。機械手為主機換料的時間為16s。

圖1 工序加工流程

圖2 工序加工流程

輪轂軸承的鉆攻工序由上下料機器人組成的工作站完成，由一臺關(guān)節(jié)機器人配3臺立式加工中心組合，上料庫帶角向定位功能，輔助機器人給立式加工中心上料。三臺立式加工中心加工相同工序，可減少自動線的生產(chǎn)節(jié)拍。機器人為主機換料的時間為16s。

4.熱處理后精車工序加工的自動化設(shè)備

熱處理后的輪轂軸承法蘭面精車加工，由于切削量小，進(jìn)給速度快，單個工件的加工時間短。一般的自動化設(shè)備不能滿足輪轂軸承的快節(jié)拍要求，大多數(shù)的配套廠商還在使用人工單機加工，極少數(shù)的輪轂軸承品牌廠商使用進(jìn)口設(shè)備加工，在這種情況下，我公司開發(fā)出一款適用于輪轂軸承精車的專機自動生產(chǎn)線。

（1）整體結(jié)構(gòu)布局

目前車床主流自動化設(shè)備有兩種，一種是桁架式機械手自動上下料，另一種是車床外部配關(guān)節(jié)機器人換料形式。這兩種形式都在機床外，在換料時有開關(guān)門和多余的移動時間導(dǎo)致?lián)Q料時間在18s左右。與加工時間相同，效率低，導(dǎo)致生產(chǎn)線節(jié)拍不合理。

新型的精車工序自動化設(shè)備采用機內(nèi)機器人形式，6軸關(guān)節(jié)機器人側(cè)掛在數(shù)控車床內(nèi)部，省去了機床換料時的開關(guān)門時間，大大的提高了換料節(jié)拍。獨立的框架設(shè)計解決了機床的振動，保證了機床加工的穩(wěn)定性。輪轂軸承熱處理后，通過傳輸料道傳送到精車自動線，通過翻轉(zhuǎn)機構(gòu)將工件翻轉(zhuǎn)，到達(dá)輪轂軸承加工時的上料狀態(tài)，然后送入機床內(nèi)部，機器人機械手抓取輪轂軸承工件，進(jìn)入等待區(qū)域等候，零件加工完，機械手對主機進(jìn)行工件換料，將加工完的輪轂軸承換下，然后機器人第6軸旋轉(zhuǎn)，將輪轂軸承毛坯料裝進(jìn)主機夾具。機床進(jìn)入加工程序，在主機切削工件的同時，機器人在機床內(nèi)部換取新的毛坯料，等待機床加工完成，以上過程循環(huán)啟動，始終保持生產(chǎn)線22s的節(jié)拍，如圖4所示。

（2）加工夾具及防塵處理

設(shè)備加工為干切削，機器人選用IP67等級防護(hù)能有效的防護(hù)切削時產(chǎn)生的粉塵，可以延長關(guān)節(jié)機器人的使用壽命。工件通過特定的后拉卡盤夾持滾道面，定位輪轂軸承靠面，保證加工精度，如圖6所示。輪轂軸承中心加一路中心出氣，保證在加工工件時，中心孔位置產(chǎn)生氣體負(fù)壓，使外部粉塵及鐵屑不能進(jìn)入夾，以防裝卡下一個工件時，產(chǎn)生偏移影響加工精度。

（3）與傳統(tǒng)單機設(shè)備優(yōu)勢

生產(chǎn)線的節(jié)拍快，輪轂軸承右端面精車時間約為15s，關(guān)節(jié)機器人給主機的換料時間為7s，整線的生產(chǎn)節(jié)拍為22s。7s的換料時間解決了傳統(tǒng)人工換料時，人工的疲勞強度和換料速度，因為人工很難在22s的生產(chǎn)線節(jié)拍內(nèi)，始終保持高強度工作。

高穩(wěn)定性，通過高品質(zhì)的外購件與高嚴(yán)格的裝配質(zhì)量，能保證設(shè)備24h不間斷運行。

圖3 桁架式車床自動線

圖4 自動化設(shè)備

圖5 自動化設(shè)備夾具結(jié)構(gòu)圖

高精度，輪轂軸承的右端面精車之后，作為后序磨削工序的基準(zhǔn)定位面，因此嚴(yán)控達(dá)到右端面到滾道端面的高度差、端面的外徑及其圓度。

高品質(zhì)，機床應(yīng)用有限元法設(shè)計，關(guān)鍵部件床身、床鞍及主軸的扭轉(zhuǎn)剛性相較傳統(tǒng)機器大幅提高，熱變形小、主軸溫升低、振動小。

5.結(jié)語

本文介紹了一種輪轂軸承熱處理后的精車工工序的自動線，它彌補了國內(nèi)設(shè)備現(xiàn)有的不足，解決了輪轂軸承自動化加工節(jié)拍慢的問題，加快了自動化生產(chǎn)線的效率，使國內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備向國際化市場又邁進(jìn)了一步，隨著輪轂軸承的不斷發(fā)展，其加工設(shè)備也不斷的升級，在未來會有更多的自動化設(shè)備推向市場。