變速箱齒輪加工自動生產(chǎn)線設(shè)計與應(yīng)用

黃仁興，任華林

（浙江萬里揚(yáng)股份有限公司，浙江 金華 321025）

齒輪主要加工設(shè)備包括數(shù)控車床、滾齒機(jī)、插齒機(jī)、剃齒機(jī)和倒角機(jī)。本文所述的齒輪自動生產(chǎn)新模式也稱為直齒輪加工自動生產(chǎn)線。手動將坯料放置在空白的儲存架上，自動線上操作，工業(yè)機(jī)器人自動裝卸，鏈板生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)工件之間運(yùn)輸?shù)募庸ぴO(shè)備，齒輪加工完成后，手動送入成品料架。配套設(shè)備包括工業(yè)機(jī)器人，存儲架，鏈板線和孔。

1 變速箱齒輪加工自動生產(chǎn)線的研發(fā)

基于目前對齒輪加工技術(shù)的研究和設(shè)備技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的研究發(fā)現(xiàn)，汽車齒輪箱齒輪加工自動生產(chǎn)線的研發(fā)需要集中在以下幾個方面。

1.1 應(yīng)用環(huán)保高速干式加工工藝

當(dāng)執(zhí)行切削技術(shù)時，切削油不被使用并且減少量減少。齒輪采用傳統(tǒng)的車削，滾齒，倒角，去毛刺，剃齒等工藝流程，目前仍是主流，但整體解決方案主要基于環(huán)保。使用干式加工還可以減少對環(huán)境造成污染的油霧量并控制其對健康的不利影響。各公司可根據(jù)各自的技術(shù)成熟度選擇干車削和水基切削液，以減少油霧對人體和環(huán)境的不利影響。在進(jìn)行車削加工時，不使用切削油。滾齒加工可應(yīng)用于我國生產(chǎn)的新型高速干式滾齒機(jī)，然后選擇環(huán)保安全，全干式滾齒加工工藝，徹底放棄切削液，不僅可以降低成本，還可以改善整體加工速度快，整個施工過程中不會出現(xiàn)油霧，不但可以避免環(huán)境污染，還可以減少對健康的不良影響和對操作人員的危害。

1.2 可重組的模塊化齒輪自動加工工藝

在鏈輪加工過程中，集成的CHS20平行雙主軸車削中心可用于輔助車削過程。根據(jù)模塊化齒輪的緊湊性，增加了在線桁架機(jī)械手和鉸接機(jī)器人的設(shè)計，增加了模塊化齒輪加工工藝，使整個齒輪加工自動化生產(chǎn)線運(yùn)行更平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)連接更加緊湊。該工藝使傳統(tǒng)的雙窗口工藝能夠在單臺車床上完成，節(jié)省資源并提高生產(chǎn)和加工效率。機(jī)床可以采用平行刀架和雙刀架的平行刀架和內(nèi)部機(jī)器人，使刀盤兩側(cè)自動夾緊，實(shí)現(xiàn)齒輪的自動轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動化。這樣可以提高機(jī)床的整體剛性，并且可以形成清晰明確的切削區(qū)域，使得整個工藝過程中，加上漏斗式的內(nèi)部保護(hù)技術(shù)，不僅可以提高效率和精度，還可以有效防止發(fā)生的安全問題。

2 變速箱齒輪加工自動生產(chǎn)線的應(yīng)用

我國自主知識產(chǎn)權(quán)汽車齒輪加工自動生產(chǎn)線的成功開發(fā)，將為我國汽車齒輪箱齒輪加工提供先進(jìn)科學(xué)的解決方案，減少對進(jìn)口產(chǎn)品的依賴，提高我國汽車零部件加工業(yè)技術(shù)水平和競爭力。下面介紹三種典型的汽車齒輪傳動自動線路處理方案。

2.1 獨(dú)立桁架機(jī)械手實(shí)現(xiàn)物流自動化的齒輪

這種自動線綜合設(shè)備按工藝流程排列，排列成直線，獨(dú)立控制的桁架機(jī)械手，通過與一體機(jī)床的互動交流，完成一體化機(jī)床之間齒輪零件的自動傳動，實(shí)現(xiàn)物流自動化，性價比更好。該程序的特點(diǎn)：對集成機(jī)床的要求和變化是最小的，并且更容易實(shí)現(xiàn)多個設(shè)備的集成，但很難控制各個節(jié)點(diǎn)的節(jié)拍一致性，對換不同節(jié)拍的新產(chǎn)品比較麻煩。該解決方案也是齒輪加工公司對基于精益生產(chǎn)布局的現(xiàn)有手動生產(chǎn)線的自動轉(zhuǎn)換選項（見圖1）。該解決方案是齒輪加工機(jī)械制造商早期推出的一種自動化生產(chǎn)線實(shí)施解決方案，該生產(chǎn)線只能通過完善集成式自動裝卸設(shè)備來實(shí)施。

圖1 方案一

2.2 內(nèi)嵌桁架機(jī)械手模塊化齒輪加工單元的組線方案

它是全新設(shè)計的嵌入式桁架機(jī)械手（或鉸接式機(jī)器人）的模塊化齒輪加工單元的在線方法，該解決方案實(shí)現(xiàn)了自動齒輪加工生產(chǎn)線的建立更靈活，結(jié)構(gòu)更緊湊；自動化線序綜合機(jī)器全部配備桁架機(jī)械手，工件通過機(jī)床之間的傳遞通道在機(jī)器人之間傳遞，實(shí)現(xiàn)物流自動化。這個方案是近期和未來階段，齒輪制造機(jī)床制造商推薦的實(shí)施方案，也是汽車變速箱齒輪加工公司在新線時自動選擇主程序（見圖2）。該解決方案是針對齒輪制造機(jī)床制造商的靈活的可重新配置和緊湊結(jié)構(gòu)的自動化陣容要求。

圖2 方案二

2.3 關(guān)節(jié)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)物流自動化的自動化加工單元(線)

在最近的汽車齒輪加工中，聯(lián)合機(jī)器人已被應(yīng)用于齒輪的自動加載和卸載。鉸接式機(jī)器人廣泛應(yīng)用于車身焊接和噴漆等汽車行業(yè)。該組建立在一個自動處理單元中。關(guān)節(jié)機(jī)器人（機(jī)器人）負(fù)責(zé)單件設(shè)備或負(fù)責(zé)2至3件設(shè)備的自動裝載和卸載。聯(lián)合機(jī)器人建立自動處理單元以滿足場地的需求；這個解決方案也可以用作汽車。程序特點(diǎn)：關(guān)節(jié)機(jī)器人裝卸靈活性高，裝卸空間和路徑靈活。齒輪加工公司由自動化替代現(xiàn)有的齒輪加工手動生產(chǎn)線設(shè)備（見圖3）。

圖3 方案三

3 齒輪自動化生產(chǎn)模式

以下介紹大型車間自動化項目的生產(chǎn)模式。

3.1 毛坯儲料架和成品儲料架

這個轉(zhuǎn)盤上有12個工作站。將空白手動放置在轉(zhuǎn)盤上。轉(zhuǎn)盤在機(jī)器人的運(yùn)動范圍內(nèi)有一個工作臺（進(jìn)給水平）。每個工作站有大約20個空白堆疊。其中一個空白被刪除，并在該站下方提供一個頂升裝置。機(jī)器人可以設(shè)置最高位置。在抓住這一行毛坯后，轉(zhuǎn)盤順時針轉(zhuǎn)動一個角度，下一排毛坯轉(zhuǎn)移到機(jī)器人I的加載位置，由機(jī)器人I抓住。頂部毛坯去掉后，頂起裝置開始工作，下一個粗糙部分送到頂部，操縱器I下一次取材料。成品收納架與空白收納架結(jié)構(gòu)相同，操作顛倒，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂III的卸料操作。重復(fù)這一操作，實(shí)現(xiàn)自動送料。完成的儲物架裝滿物料后，會發(fā)出信號并手動執(zhí)行送料操作。

3.2 鏈板線A和鏈板線B

鏈板線A用于實(shí)現(xiàn)它們之間OP1的運(yùn)輸。由于數(shù)控車床1和數(shù)控車床2的尺寸較大，機(jī)械手I和機(jī)械手II的運(yùn)動范圍受到限制。在左端，鏈板A上的電機(jī)驅(qū)動OP1在其上方，并將OP1傳送到右端。機(jī)械手I將OP1放置在鏈板線A上。傳感器檢測材料并發(fā)送信號。有定位機(jī)制。鏈板線B和鏈板線A的功能類似，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人臂II和機(jī)器人臂III向OP3的運(yùn)輸。機(jī)器人手臂II啟動。每個操縱器在執(zhí)行結(jié)束時都有兩個抓手。一個夾具負(fù)責(zé)處理設(shè)備的進(jìn)料操作，一個夾具負(fù)責(zé)供給加工設(shè)備，就像人類的雙手一樣，它可以實(shí)現(xiàn)快速裝卸。機(jī)器人I對應(yīng)于CNC車床1的裝卸，機(jī)器人II對應(yīng)于CNC車床2的裝卸，而機(jī)器人III對應(yīng)于滾齒機(jī)，倒角機(jī)和剃須機(jī)的裝卸，其中滾齒機(jī)機(jī)器，倒角機(jī)和剃須機(jī)進(jìn)行加工需要將工件放在干燥機(jī)上，經(jīng)過干燥后，機(jī)器人III再進(jìn)行下一道工序的裝卸。

3.3 總控臺

它可以用于由數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人組成的自動生產(chǎn)線，也可以連接到工廠局域網(wǎng)，支持遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控，過程管理等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化與信息，網(wǎng)絡(luò)的無縫集成。為整套正齒輪加工自動化生產(chǎn)線開發(fā)的定制控制界面，可實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)中各個模塊的各種狀態(tài)信息和設(shè)備操作功能的顯示。例如，數(shù)控車床加工時間較長，可在機(jī)器人手II上放置數(shù)控車床；III對應(yīng)更多的加工設(shè)備，可以建立更多的單元，然后使用鏈板生產(chǎn)線進(jìn)行OP2交貨。上述正齒輪加工自動化生產(chǎn)線是一種新的齒輪加工方式，可根據(jù)各工序的加工時間配置加工設(shè)備的數(shù)量。根據(jù)不同情況，可以配置加工設(shè)備和機(jī)器人的數(shù)量，布局靈活，可以提高設(shè)備使用率和生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語

自動化技術(shù)是部分取代勞動力，降低勞動強(qiáng)度并提高處理效率的解決方案，使勞動者從事相對容易的服務(wù)工作，是科技進(jìn)步和人類社會發(fā)展趨勢的體現(xiàn)。因此，針對我國汽車齒輪加工行業(yè)的升級需求，汽車齒輪加工自動化生產(chǎn)線的自主研發(fā)是機(jī)床設(shè)備制造業(yè)的一項重要任務(wù)，是機(jī)床制造企業(yè)升級換代的必然選擇技術(shù)并提升其能力。自動化加工節(jié)省勞動力成本，同時提高加工效率和加工精度，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。