介紹了凸輪零件的內(nèi)花鍵采用拉削工藝加工的自動化生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線由上下料傳送帶、立式內(nèi)拉床、機械臂、檢測機構(gòu)、抽檢臺和清洗機等組成。并介紹了需要解決的幾個難點。該生產(chǎn)線生產(chǎn)效率高，在實際生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。

　　汽車作為一種常用的交通工具，在日常生活中的占比越來越大。汽車行業(yè)的發(fā)展需要汽車零部件的加工有相應(yīng)的發(fā)展速度。凸輪軸作為汽車活塞發(fā)動機里的一個不可或缺的重要零部件，其作用是適時地打開和關(guān)閉各缸的進、排氣門，以及驅(qū)動分電器、機油泵、汽油泵工作。凸輪零件的加工質(zhì)量直接影響著凸輪軸的性能和使用壽命，因此該零件的加工對汽車行業(yè)的發(fā)展有著重大的影響。

　　拉削加工是多切削刃工具的機械加工形式，是粗加工、半精加工和精加工一次拉削完成的一種加工方法。該加工方法能保證零件所需要的精度，加工后的零件互換性較好，生產(chǎn)效率高。

　　整條凸輪零件的內(nèi)花鍵拉削工藝的自動化生產(chǎn)線中，采用桁架機械臂自動銜接拉削過程的上、下道工序，整條生產(chǎn)線由鏈條式上料輸送帶、上料視覺檢測系統(tǒng)、四工位工件移動式立式內(nèi)拉床、抽檢機構(gòu)、下料視覺檢測系統(tǒng)、自動下料機構(gòu)和清洗機等組成，整個加工過程只需 30 s/4 件，生產(chǎn)效率與自動化程度較高，適合于批量生產(chǎn)。

　　一、 加工零件的基本參數(shù)

　　材料: 鍛造件 100Cr6( TS-00070) ;

　　硬度: 87～94HRB;

　　內(nèi)花鍵孔參數(shù)如表 1。

表 1 加工內(nèi)花鍵孔參數(shù)

　　如圖 1 所示，本機床加工的凸輪工件內(nèi)花鍵尺寸相同，外形的桃尖部分存在偏差，防錯標(biāo)記也不相同。

　　二、 生產(chǎn)線布局

　　根據(jù)工件特點以及安排的預(yù)定加工工藝，編制的整條生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)布局如下(見圖 2) :

　　上料輸送帶→上料視覺檢測系統(tǒng)→四工位工件移動式立式內(nèi)拉床→抽檢機構(gòu)→下料視覺檢測系統(tǒng)→自動下料機構(gòu)→清洗機。

　　上下料輸送帶：上料輸送帶承接客戶處的上道工序，由機械手傳遞過來的工件，放置于上料輸送帶上。見圖 3，上料輸送帶采用的是鏈板式，其動力源采用伺服電動機，循環(huán)運動的鏈條上間隔一定間距設(shè)置了夾具隨行板，隨行板每排放置 4 個工件作為一套，輸送到拉床機械臂上料位，機械臂抓取后，上料輸送帶的后一排隨行板行進到拉床機械臂上料位。上料輸送帶還配置了一套角度撥正機構(gòu)，確保工件上料到拉床上的角度，影響凸輪工件桃尖與內(nèi)花鍵的角度過大。

　　四工位工件移動式立式內(nèi)拉床：加工凸輪工件內(nèi)花鍵的拉床為浙江暢爾智能裝備股份有限公司設(shè)計制造的四工位工件移動式立式內(nèi)拉床，見圖 4。本拉床主要組部件為床身組件、底座組件、送料組件、主油缸組件、溜板組件、主( 輔) 夾頭體組件、提刀、調(diào)刀組件、冷卻排屑組件，以及 PLC 電氣控制系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)。

　　拉床的主動力為液壓驅(qū)動，液壓系統(tǒng)驅(qū)動主油缸活塞上下運動，帶動主溜板上下運行;輔溜板通過直線導(dǎo)軌，與床身相聯(lián)接，通過伺服電動機驅(qū)動，提刀機構(gòu)達到送刀和提刀目的，拉刀長度調(diào)整也由伺服電動機控制;輔夾頭座裝在輔溜板上，其上裝輔夾頭體，通過氣缸左右運動來操縱輔夾頭體的開合;主夾頭座安裝在底座上，其上裝主夾頭體，通過氣缸左右運動來操縱主夾頭體的開合。送料機構(gòu)通過伺服電動機的驅(qū)動+滾珠絲杠副作自動送料和退料運動。刷屑機構(gòu)與送料機構(gòu)一體，母絲向內(nèi)送 250 mm 時，工件處于拉削位置，向外退 125 mm 時為刷屑位。返程過程中，拉刀通過刷屑機構(gòu)清理拉刀上的切屑。

　　機械臂、檢測機構(gòu)、抽檢臺和清洗機：機械臂采用桁架形式，橫跨拉床防護罩上方(見圖 5) 。機械臂包括上、下料機械臂、上、下料檢測機構(gòu)和下料機構(gòu)。為提高生產(chǎn)效率，機械臂設(shè)置了上料機械臂和下料機械臂，單獨負責(zé)上料和下料。上料機械臂對應(yīng)上料輸送帶的隨行板位置為最右側(cè)，最左側(cè)為機床送料組件退料到位的位置，而下料機械臂對應(yīng)抽檢臺位置為最左側(cè)位置，最右側(cè)為機床送料組件退料到位的位置。當(dāng)下料機械臂下至抽檢臺上方，無需抽檢時，下料機構(gòu)的下料爪接過下料機械臂的工件，檢測合格的工件橫移至下料滑槽，最后工件進入清洗機。

　　三、 自動生產(chǎn)線的幾個難點

　　加工凸輪工件的內(nèi)花鍵，需解決以下幾個問題才能實現(xiàn)全自動模式:

　　(1) 工件需要相同的朝向，適用機床送料機構(gòu)的仿形夾具。

　　(2) 判斷工件正反面，采用客戶要求的安裝面，不符合正反面放置的工件進入廢料斗。

　　(3) 送料過程中，防止工件大幅度轉(zhuǎn)動。

　　(4) 工件拉削完成，需要檢測工件是否已加工，未加工的工件進入廢料斗。

　　針對工件相同朝向的問題，上料輸送帶設(shè)置了角度撥正機構(gòu)：見圖 6。兩個氣缸控制角度撥正機構(gòu)，同時撥正一排 4 個工位的工件，適用工件范圍廣，無需更換任何零件。上道工序機械臂將 4 個工件同時放置于上料輸送帶，角度撥正機構(gòu)安裝于機械臂抓取工件的位置。角度撥正機構(gòu)采用氣動源，兩個氣缸功能分別為進退和左右開合。中間的氣缸為左右開合形式，采用聯(lián)動機構(gòu)，上下?lián)軌K分別向工件方向夾緊，達到撥正角度的效果;而后面的氣缸為進退形式，氣缸通過導(dǎo)軌副，推動左右開合的氣缸和整套聯(lián)動機構(gòu)的進退，達到適用不同工件大小的撥正效果。

　　針對工件正反面安裝問題，采用了視覺檢測機構(gòu)：機床、上料輸送帶之間設(shè)置上料視覺檢測和廢料斗(見圖 7) 。機械臂抓取上料輸送帶的工件，再依次移動至第一個工件停留于攝像機上頭，攝像機瞬間抓拍工件下方是否有凹點，抓拍的照片參考電腦中的參照照片，待 4 個工件依次都抓拍完成，若一組 4 只工件都符合要求，則機械臂繼續(xù)橫移至機床上料位：否則，若一組 4 只工件中有 1 只不符合要求，則機械臂往下移，將 4 只工件都放置于廢料斗。

　　針對送料機構(gòu)送料過程中，防止工件大幅度轉(zhuǎn)動的問題：針對送料機構(gòu)工作過程中，防止工件大幅度轉(zhuǎn)動，夾具采用仿形結(jié)構(gòu)(見圖8) 。而送料機構(gòu)的動力源為伺服電動機，采用滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌副作為傳動機構(gòu)，這樣的機構(gòu)傳動精度高，傳動平穩(wěn)性好。

　　伺服電動機安裝于送料機構(gòu)的右側(cè)(見圖9) 。通過聯(lián)動機構(gòu)帶動刷屑機構(gòu)和夾具部分前后運動，完成進退料動作。此時的夾具處于退料位，上料視覺檢測合格的工件停在送料機構(gòu)退料位上方，機械臂下行將工件放入夾具的仿形槽，伺服電動機驅(qū)動夾具往拉削位送料，整個移動過程中，工件在仿形夾具中的最大旋轉(zhuǎn)角度為±5°，凸輪的運動通過 SolidWorks 三維軟件實體建模來體現(xiàn)。拉削時，冷卻液沖刷下，切屑從三等份的排屑槽排出，夾具在退料過程中，切屑也可從中間孔掉下，不擔(dān)心切屑堆積問題。

　　工件拉削完成，需要檢測工件是否已加工，未加工的工件進入廢料斗：工件拉削完成，下料機械臂抓取工件后上行至機床外的下料位。下料夾爪同時接住下料機械臂的 4 個工件，正常情況下，下料夾爪依次經(jīng)過下料視覺檢測的攝像頭，攝像機瞬間抓拍工件中間花鍵，抓拍的照片參考電腦中的參照照片，待 4 個工件依次都抓拍完成，若一組 4 只工件都符合要求，則下料夾爪繼續(xù)橫移至下料接斗進入清洗機;否則，若一組 4 只工件中有 1 只不符合要求，則將 4 只工件都放置于下料廢料斗(見圖 10) 。

　　機床與下料視覺檢測機構(gòu)中設(shè)置了抽檢機構(gòu)(見圖 11) 。根據(jù)客戶實際需要，可通過 PLC 系統(tǒng)設(shè)置抽檢頻率。

　　四、 結(jié)語

　　目前，此自動生產(chǎn)線交付客戶投入生產(chǎn)加工。機床實物如圖 12 所示。

　　該拉削加工工藝+視覺檢測的組合，為拉削工藝與視覺檢測的有效結(jié)合提供了一個實例。