介紹了凸輪零件的內(nèi)花鍵采用拉削工藝加工的自動(dòng)化生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線由上下料傳送帶、立式內(nèi)拉床、機(jī)械臂、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、抽檢臺(tái)和清洗機(jī)等組成。并介紹了需要解決的幾個(gè)難點(diǎn)。該生產(chǎn)線生產(chǎn)效率高，在實(shí)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(dòng)機(jī)里的一個(gè)不可或缺的重要零部件，其作用是適時(shí)地打開和關(guān)閉各缸的進(jìn)、排氣門，以及驅(qū)動(dòng)分電器、機(jī)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(duì)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(jī)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(dòng)化生產(chǎn)線中，采用桁架機(jī)械臂自動(dòng)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(cè)系統(tǒng)、四工位工件移動(dòng)式立式內(nèi)拉床、抽檢機(jī)構(gòu)、下料視覺檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)下料機(jī)構(gòu)和清洗機(jī)等組成，整個(gè)加工過程只需 30 s/4 件，生產(chǎn)效率與自動(dòng)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(jī)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(cuò)標(biāo)記也不相同。

　　二、 生產(chǎn)線布局

　　根據(jù)工件特點(diǎn)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(cè)系統(tǒng)→四工位工件移動(dòng)式立式內(nèi)拉床→抽檢機(jī)構(gòu)→下料視覺檢測(cè)系統(tǒng)→自動(dòng)下料機(jī)構(gòu)→清洗機(jī)。

　　上下料輸送帶：上料輸送帶承接客戶處的上道工序，由機(jī)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(dòng)力源采用伺服電動(dòng)機(jī)，循環(huán)運(yùn)動(dòng)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(gè)工件作為一套，輸送到拉床機(jī)械臂上料位，機(jī)械臂抓取后，上料輸送帶的后一排隨行板行進(jìn)到拉床機(jī)械臂上料位。上料輸送帶還配置了一套角度撥正機(jī)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(dòng)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(jì)制造的四工位工件移動(dòng)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(dòng)力為液壓驅(qū)動(dòng)，液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)主油缸活塞上下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)主溜板上下運(yùn)行;輔溜板通過直線導(dǎo)軌，與床身相聯(lián)接，通過伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，提刀機(jī)構(gòu)達(dá)到送刀和提刀目的，拉刀長(zhǎng)度調(diào)整也由伺服電動(dòng)機(jī)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)來操縱主夾頭體的開合。送料機(jī)構(gòu)通過伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)+滾珠絲杠副作自動(dòng)送料和退料運(yùn)動(dòng)。刷屑機(jī)構(gòu)與送料機(jī)構(gòu)一體，母絲向內(nèi)送 250 mm 時(shí)，工件處于拉削位置，向外退 125 mm 時(shí)為刷屑位。返程過程中，拉刀通過刷屑機(jī)構(gòu)清理拉刀上的切屑。

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

　　三、 自動(dòng)生產(chǎn)線的幾個(gè)難點(diǎn)

　　加工凸輪工件的內(nèi)花鍵，需解決以下幾個(gè)問題才能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)模式:

　　(1) 工件需要相同的朝向，適用機(jī)床送料機(jī)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(jìn)入廢料斗。

　　(3) 送料過程中，防止工件大幅度轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　(4) 工件拉削完成，需要檢測(cè)工件是否已加工，未加工的工件進(jìn)入廢料斗。

　　針對(duì)工件相同朝向的問題，上料輸送帶設(shè)置了角度撥正機(jī)構(gòu)：見圖 6。兩個(gè)氣缸控制角度撥正機(jī)構(gòu)，同時(shí)撥正一排 4 個(gè)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(jī)械臂將 4 個(gè)工件同時(shí)放置于上料輸送帶，角度撥正機(jī)構(gòu)安裝于機(jī)械臂抓取工件的位置。角度撥正機(jī)構(gòu)采用氣動(dòng)源，兩個(gè)氣缸功能分別為進(jìn)退和左右開合。中間的氣缸為左右開合形式，采用聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，上下?lián)軌K分別向工件方向夾緊，達(dá)到撥正角度的效果;而后面的氣缸為進(jìn)退形式，氣缸通過導(dǎo)軌副，推動(dòng)左右開合的氣缸和整套聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的進(jìn)退，達(dá)到適用不同工件大小的撥正效果。

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

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

　　伺服電動(dòng)機(jī)安裝于送料機(jī)構(gòu)的右側(cè)(見圖9) 。通過聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刷屑機(jī)構(gòu)和夾具部分前后運(yùn)動(dòng)，完成進(jìn)退料動(dòng)作。此時(shí)的夾具處于退料位，上料視覺檢測(cè)合格的工件停在送料機(jī)構(gòu)退料位上方，機(jī)械臂下行將工件放入夾具的仿形槽，伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)夾具往拉削位送料，整個(gè)移動(dòng)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(yùn)動(dòng)通過 SolidWorks 三維軟件實(shí)體建模來體現(xiàn)。拉削時(shí)，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(cè)工件是否已加工，未加工的工件進(jìn)入廢料斗：工件拉削完成，下料機(jī)械臂抓取工件后上行至機(jī)床外的下料位。下料夾爪同時(shí)接住下料機(jī)械臂的 4 個(gè)工件，正常情況下，下料夾爪依次經(jīng)過下料視覺檢測(cè)的攝像頭，攝像機(jī)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(gè)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(jìn)入清洗機(jī);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(jī)床與下料視覺檢測(cè)機(jī)構(gòu)中設(shè)置了抽檢機(jī)構(gòu)(見圖 11) 。根據(jù)客戶實(shí)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(dòng)生產(chǎn)線交付客戶投入生產(chǎn)加工。機(jī)床實(shí)物如圖 12 所示。

　　該拉削加工工藝+視覺檢測(cè)的組合，為拉削工藝與視覺檢測(cè)的有效結(jié)合提供了一個(gè)實(shí)例。