一種全自動高精度大型軸承外圈徑向鉆孔生產(chǎn)線

葉俊，王君明

(1.浙江機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，杭州 310053;2.新昌縣錦程精密機械有限公司，浙江 新昌 312500)

為解決非標(biāo)軸承外圈徑向鉆孔的生產(chǎn)需求，前期已研發(fā)了2款全自動外球面軸承外圈徑向鉆孔設(shè)備[1-2]，實現(xiàn)了小型非標(biāo)軸承外圈的自動徑向鉆孔，但面對市場中直徑φ120～250 mm的大型非標(biāo)軸承外圈徑向鉆孔的需求，因軸承尺寸及質(zhì)量較大，無法使用前期研發(fā)的設(shè)備進(jìn)行加工生產(chǎn)，只能采用單件手動裝夾在四軸加工中心進(jìn)行鉆孔加工，此方法生產(chǎn)效率低、成本高且產(chǎn)品穩(wěn)定性不佳，無法滿足現(xiàn)有市場中大型高精度非標(biāo)軸承外圈用量大的使用需求。因此，針對市場需求又全新設(shè)計開發(fā)了一條全自動高精度大型軸承外圈徑向鉆孔生產(chǎn)線。

1 鉆孔生產(chǎn)線框架結(jié)構(gòu)及功能

針對大型非標(biāo)軸承外圈鉆孔加工工藝要求以及其體積大、質(zhì)量重的自身結(jié)構(gòu)特點，新的鉆孔加工生產(chǎn)線主要創(chuàng)新設(shè)計點包括：1)桁架機械手，用于生產(chǎn)線之間的相互上、下料；2)自動檢測分選平臺，用于鉆孔前對大型非標(biāo)軸承外圈的精度自動檢測；3)全自動高精度立式鉆孔機，實現(xiàn)對大型非標(biāo)軸承外圈的徑向鉆孔加工；4)毛刺去除機，去除鉆孔后余留的孔口毛刺。由控制系統(tǒng)控制生產(chǎn)線上各設(shè)備間相互運動，實現(xiàn)對大型軸承外圈的毛坯檢測、鉆孔加工、毛刺去除等工序的全自動化加工(圖1)。

圖1 全自動高精度大型軸承外圈徑向鉆孔生產(chǎn)線框架示意圖

1.1 自動檢測分選平臺

自動檢測分選平臺包括氣動夾緊機構(gòu)、內(nèi)徑檢測裝置、高度檢測裝置和分選輸出通道。氣動夾緊機構(gòu)由夾緊氣缸和中空卡盤組成，固定安裝于工作臺上；內(nèi)徑檢測裝置安裝于中空卡盤的正下方，內(nèi)徑檢測裝置中的檢測爪在卡盤的中空腔內(nèi)上下運動；高度檢測裝置包括左右移動機構(gòu)、上下移動機構(gòu)和檢測量表[3-4]。工作時，由桁架機械手拾取工件，平穩(wěn)放入氣動夾緊機構(gòu)中的中空卡盤上由夾緊氣缸夾緊，內(nèi)徑檢測裝置和高度檢測裝置對外圈內(nèi)徑和高度進(jìn)行自動精度檢測；自動檢測分選平臺剔除不合格的外圈毛坯，經(jīng)分選輸出通道輸出，檢測合格的毛坯經(jīng)桁架機械手輸送到全自動高精度鉆孔機的主軸夾頭上，完成外圈的自動檢測、上料。

1.2 全自動高精密立式鉆孔機

針對大型非標(biāo)軸承外圈體積大、質(zhì)量重的結(jié)構(gòu)特點，全自動高精度鉆孔機在原有鉆孔機的基礎(chǔ)上對鉆孔機結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全新的改進(jìn)設(shè)計(圖2)。采用了承重力較大的立式結(jié)構(gòu)，在工作臺面上安裝立式伺服分度氣動夾緊主軸機構(gòu)，并在主軸的外圍圓周上依次排列設(shè)置鉆、擴、絞3套大功率伺服齒輪變速運動主軸機構(gòu)，確保孔的加工精度。

圖2 全自動高精度立式鉆孔機結(jié)構(gòu)圖

1.2.1 立式伺服分度氣動夾緊主軸機構(gòu)

立式伺服分度氣動夾緊主軸機構(gòu)包括主軸、氣動卡盤、主軸伺服驅(qū)動電動機、支承套筒和氣動檢測裝置，結(jié)構(gòu)如圖3所示。支承套筒安裝于工作臺面上，主軸兩端軸承安裝于支承套筒內(nèi)，主軸的前端安裝有凸緣，氣動卡盤安裝于凸緣上，由氣缸控制氣動卡盤夾緊、松開工件；主軸伺服驅(qū)動電動機安裝于主軸的后端，驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)分度。氣動檢測裝置設(shè)置于氣動卡盤上，在氣動卡盤上設(shè)置3個氣路通孔，當(dāng)外圈裝夾到氣動卡盤上時，在重力作用下堵住氣路通孔，氣路中的壓力增大，當(dāng)3路壓力相當(dāng)時，則檢測出工件已裝夾到位，啟動伺服齒輪變速運動主軸機構(gòu)依次進(jìn)行鉆孔加工。

圖3 立式伺服分度氣動夾緊主軸機構(gòu)示意圖

1.2.2 伺服齒輪變速運動主軸機構(gòu)

伺服齒輪變速運動主軸機構(gòu)包括支承座、主軸進(jìn)給機構(gòu)和主軸機構(gòu)等，結(jié)構(gòu)如圖4所示。主軸進(jìn)給機構(gòu)安裝在支承座上，包括橫向運動機構(gòu)和縱向運動機構(gòu)，主軸縱向運動機構(gòu)固定安裝于支承座，實現(xiàn)鉆孔高度方向的調(diào)節(jié)，主軸橫向運動機構(gòu)固定安裝于主軸縱向運動機構(gòu)上，隨主軸縱向運動機構(gòu)上下運動；主軸機構(gòu)安裝于主軸橫向運動機構(gòu)上，由主軸橫向運動機構(gòu)中的伺服電動機驅(qū)動主軸的鉆孔運動。主軸機構(gòu)包括主軸、主軸安裝座、齒輪變速箱和主軸電動機。主軸安裝于主軸安裝座內(nèi)與齒輪變速箱相連；主軸電動機安裝于齒輪變速箱體上，通過齒輪變速箱體內(nèi)的齒輪副傳動驅(qū)動主軸運動。

圖4 伺服齒輪變速運動主軸機構(gòu)示意圖

1.3 毛刺去除機

毛刺去除機包括機架、氣動分度夾緊機構(gòu)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)。氣動分度夾緊機構(gòu)安裝于機架工作臺上。伺服進(jìn)給系統(tǒng)安裝于氣動分度夾緊機構(gòu)的一側(cè)，主要部件包括支承座、主軸進(jìn)給機構(gòu)和刀具動力頭，支承座安裝于工作臺上；主軸進(jìn)給機構(gòu)包括z向伺服進(jìn)給機構(gòu)和x向伺服進(jìn)給機構(gòu)，x向伺服進(jìn)給機構(gòu)安裝于支承座上，z向伺服進(jìn)給機構(gòu)安裝于x向伺服進(jìn)給機構(gòu)上；刀具動力頭安裝于z向伺服進(jìn)給機構(gòu)上。

2 生產(chǎn)線作業(yè)流程

工件由桁架機械手從料框中取出放置于自動檢測分選平臺上，控制系統(tǒng)驅(qū)動自動檢測平臺對工件的內(nèi)徑、高度等關(guān)鍵尺寸進(jìn)行快速檢測；檢測合格的零件經(jīng)桁架機械手抓取放置于全自動高精度立式鉆孔機的氣動卡盤上，由氣動卡盤上設(shè)置的氣路檢測機構(gòu)檢測裝夾到位后，伺服齒輪變速運動主軸機構(gòu)依次動作，實現(xiàn)對大型非標(biāo)軸承外圈徑向孔的鉆→擴→鉸加工；孔加工完成后經(jīng)桁架機械手輸送到毛刺去除機工作臺，毛刺去除機伺服進(jìn)給系統(tǒng)動作，刀具動力頭垂直向下運動，進(jìn)入工件內(nèi)腔中設(shè)定位置后，倒角刀具對準(zhǔn)徑向通孔的內(nèi)孔口進(jìn)行倒角加工，完成孔口的毛刺去除；然后旋轉(zhuǎn)設(shè)定角度，進(jìn)行下一個孔的毛刺去除，完成全部加工工序后，桁架機械手將工件放置于下料筐中，實現(xiàn)了大型非標(biāo)軸承外圈的自動化生產(chǎn)加工。

3 生產(chǎn)驗證

該生產(chǎn)線試制成功后在多個軸承企業(yè)進(jìn)行了試生產(chǎn)，通過一段時間的生產(chǎn)運行后，統(tǒng)計數(shù)據(jù)(表1)表明，該生產(chǎn)線自動化程度高，穩(wěn)定性好，產(chǎn)品精度及生產(chǎn)效率較傳統(tǒng)加工方式得到明顯提升。

表1 外圈徑向鉆孔的數(shù)據(jù)對比

4 結(jié)束語

新設(shè)計的全自動高精度大型軸承外圈徑向鉆孔生產(chǎn)線解決了大型非標(biāo)軸承外圈徑向鉆孔生產(chǎn)成本高、效率底等難題。通過桁架機械手將自動檢測分選平臺、全自動高精度立式鉆孔機、毛刺去除機等生產(chǎn)設(shè)備組成生產(chǎn)線，實現(xiàn)了上料檢測→自動鉆孔→毛刺去除等多工序連續(xù)自動加工。通過實踐驗證，提升了大型軸承套圈的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本；該生產(chǎn)線組成結(jié)構(gòu)靈活，自動化程度高，還可應(yīng)用于各類大型圓環(huán)類、套類等機械零件圓周徑向精密鉆孔的加工，具有一定推廣價值。