淺析典型版輥軸類零件的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)方案

尹永富， 萬(wàn)永麗， 姜貴中， 劉子春， 洪凌娜， 秦思璐

（中國(guó)機(jī)械總院集團(tuán)云南分院有限公司 云南省機(jī)電一體化應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 云南 昆明 650031）

0 引言

在印刷過(guò)程中需用到一種版輥，其版基為鋼輥，由圓筒狀版面車(chē)削止口并做動(dòng)平衡后和兩端的堵焊接在一起構(gòu)成。 在鋼輥制成后，還需對(duì)其進(jìn)行精車(chē)（或外圓磨）、鍍銅、研磨等加工作業(yè)，達(dá)到研磨尺寸和粗糙度指標(biāo)后，再進(jìn)行電子雕刻，最后進(jìn)行鍍鉻、拋光等工序，才能完成整個(gè)版輥的生產(chǎn)加工過(guò)程。工序比較多，現(xiàn)有加工方式是在多個(gè)單機(jī)上操作完成的，生產(chǎn)效率低，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。

隨著工業(yè)4.0 時(shí)代的到來(lái)， 制造企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)日趨嚴(yán)峻。 一方面，市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率的要求越來(lái)越高，另一方面，用工成本日益增長(zhǎng)，產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和自動(dòng)化水平的提升，特別是“機(jī)器換人”已經(jīng)成為了勢(shì)不可擋的趨勢(shì)。很多國(guó)內(nèi)工廠已經(jīng)開(kāi)始采用無(wú)人車(chē)間，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化管理、生產(chǎn)模式，建立完整的機(jī)器人自動(dòng)上下料生產(chǎn)線，可以很好地解決許多生產(chǎn)線上因勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低和安全風(fēng)險(xiǎn)高等問(wèn)題帶來(lái)的生產(chǎn)停滯，在焊接、裝配、搬運(yùn)、切割、碼垛等復(fù)雜或勞動(dòng)強(qiáng)度大重復(fù)單調(diào)的作業(yè)領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用。

而在制版行業(yè)卻未能應(yīng)用。 國(guó)內(nèi)制版機(jī)產(chǎn)品在制作加工過(guò)程中的機(jī)械化、自動(dòng)化水平普遍不高，從而限制了制版行業(yè)的生產(chǎn)效率。 針對(duì)制版機(jī)加工過(guò)程中人工操作較多的環(huán)節(jié)，進(jìn)行多種設(shè)備及工業(yè)機(jī)器人的集成應(yīng)用，組成自動(dòng)化生產(chǎn)線，提高版輥加工的自動(dòng)化水平，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)的統(tǒng)一，提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率。 版輥生產(chǎn)中引進(jìn)機(jī)器人來(lái)代替人工作業(yè)也將成為其發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 版輥（軸類）零件的加工分析

版輥是典型的軸類零件， 由鋼輥和兩端的堵頭焊接而成。俗話說(shuō)，印刷品質(zhì)量“三分在印刷，七分靠制版”。由于制版決定印刷的品質(zhì)，對(duì)版輥的制作就尤為重要。 為達(dá)到尺寸精度和粗糙度指標(biāo)， 有軸印版制作加工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 版輥加工工藝流程Fig.1 Plate roller processing process

2 自動(dòng)化生產(chǎn)加工方案

根據(jù)加工工藝流程分析，擬定方案整體布局。

2.1 方案布置

整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)分12 個(gè)區(qū)域（見(jiàn)圖2）布置，鋼管上料區(qū)通過(guò)輸送線將鋸切好的管料送至鋼管加工區(qū)； 鋼管加工區(qū)布置有物流機(jī)器人、2 臺(tái)車(chē)床、1 臺(tái)鏜床、1 套動(dòng)平衡裝置和貼片機(jī)器人；堵頭加工區(qū)由胚料庫(kù)、行架機(jī)器人裝置、上下料工業(yè)機(jī)器人和2 臺(tái)車(chē)床組成；組裝區(qū)由六軸伺服組裝裝置（專用定制化設(shè)計(jì)）和重力式料倉(cāng)組成；焊接區(qū)由焊接機(jī)器人和變位機(jī)組成；版輥加工區(qū)由定制的雙頭車(chē)、車(chē)銑復(fù)合中心、外圓精密磨床及研磨機(jī)組成；二次動(dòng)平衡；返修區(qū)布有車(chē)磨中心和物流機(jī)器人；物流機(jī)器人負(fù)責(zé)返修區(qū)和打標(biāo)區(qū)的物料傳遞；在打標(biāo)區(qū)、電鍍區(qū)、雕刻區(qū)和成品包裝區(qū)布有AGV 小車(chē)，負(fù)責(zé)物料的輸送。各部件功能見(jiàn)圖3。

圖2 整體布置圖Fig.2 Overall layout

圖3 各部件功能圖Fig.3 Functional diagram of each component

2.2 工藝流程

（1）鋼管經(jīng)鋸床定尺下料后經(jīng)電動(dòng)輥道送入鋼管加工區(qū)， 由物流機(jī)器人抓取并送入相應(yīng)設(shè)備依次進(jìn)行：A1 車(chē)兩端止口→A2 車(chē)外圓→A3 鏜內(nèi)孔→A4 一次動(dòng)平衡并根據(jù)動(dòng)平衡結(jié)果計(jì)算所需貼片重量、貼片位置→A5 自動(dòng)貼片機(jī)器人抓取所需重量的貼片并貼入管料內(nèi)壁。 然后由物流機(jī)器人送入重力式料倉(cāng)待用。

（2）軸堵毛坯由工人分類放入軸堵坯料庫(kù)，桁架機(jī)械人根據(jù)需求抓取軸堵坯料并送到車(chē)削上料位置， 再由工業(yè)機(jī)器人抓取左軸堵坯料送到B1 處進(jìn)行車(chē)削加工，右軸堵送到B2 處進(jìn)行車(chē)削加工，加工好的軸堵由機(jī)器人送到其對(duì)應(yīng)的輸送帶分別送到管料兩端待用。

（3）六軸伺服組裝裝置的中部抓取機(jī)構(gòu)從重力式料倉(cāng)中抓取管料放到其壓裝位置， 兩端軸堵抓取機(jī)構(gòu)從輸送帶抓取軸堵， 通過(guò)六軸伺服驅(qū)動(dòng)配合液壓缸把軸堵壓入鋼管兩端，然后送到焊接工位。

（4）焊接工位由一臺(tái)焊接機(jī)器人和一套變位機(jī)組成，可自動(dòng)完成兩端軸堵焊接。

（5）焊好的工件由工業(yè)機(jī)器人送到相應(yīng)設(shè)備依次進(jìn)行：C1 精車(chē)版面外圓， 兩端軸→C2 軸端車(chē)平， 鉆攻兩端螺孔，銑鍵槽，此設(shè)備為定制中驅(qū)動(dòng)雙頭車(chē)床。 刀架安裝動(dòng)力銑刀完成鍵槽加工→C3 外圓磨床磨削版面→C4 研磨機(jī)床研磨版面→C5 二次動(dòng)平衡， 合格工件輸送到下工序，不合格零件放入剔除輥道等待處理。

（6）物流機(jī)器人抓工件送到打標(biāo)機(jī)位置打版號(hào)后放入電動(dòng)小車(chē)， 電動(dòng)小車(chē)把工件送到電鍍池旁邊的保護(hù)套安裝工位安裝保護(hù)套，保護(hù)套用于保護(hù)兩端軸不被電鍍，保護(hù)套放在專用的保護(hù)套庫(kù)中， 可根據(jù)版輥型號(hào)自動(dòng)選擇匹配的保護(hù)套自動(dòng)安裝。

（7）電鍍。

（8）電鍍好的工件通過(guò)AGV 小車(chē)運(yùn)輸?shù)诫娮拥窨虆^(qū)進(jìn)行研磨，雕刻。

最后印版鍍硬鉻， 打磨并總檢合格后送到自動(dòng)包裝區(qū)進(jìn)行成品包裝。

3 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)有技術(shù)凹印版輥的機(jī)械加工通常是在多個(gè)單機(jī)上操作完成的， 版輥中間和轉(zhuǎn)運(yùn)也是人工使用吊車(chē)上下工件。這種加工方法存在的問(wèn)題是：①生產(chǎn)的自動(dòng)化程度不高，生產(chǎn)效率低；②人工成本高，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大；③由于工序比較多，生產(chǎn)信息不流暢。本方案采用物流機(jī)器人增配行走軸進(jìn)行自動(dòng)上下料完成印版基體的自動(dòng)加工，采用AGV 小車(chē)代替人工在不同工作區(qū)域進(jìn)行物料轉(zhuǎn)運(yùn)，可很大的降低人工成本，減輕人員勞動(dòng)強(qiáng)度。通過(guò)專門(mén)研制的自動(dòng)壓裝機(jī)，專用中驅(qū)動(dòng)雙頭車(chē)床，電鍍保護(hù)套庫(kù)，使生產(chǎn)工序得到簡(jiǎn)化，生產(chǎn)效率得以提高。 整套方案實(shí)施下來(lái)可最大程度的提升制版行業(yè)版輥生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化水平，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低人為因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響， 在制版行業(yè)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。