朱烈鋒，張新華

ZHU Lie-feng, ZHANG Xin-hua

（紹興文理學院 工學院，紹興 312000）

0 引言

在機械切削加工行業(yè)中，軸承套圈車削加工自動機床已為眾多軸承廠帶來了不少的效益，但在競爭越來越激烈的今天，由于此類自動機床的自動化程度不夠高，造成生產(chǎn)效率低，合格率低，機床維護難等方面的問題，已經(jīng)不能滿足許多軸承生產(chǎn)廠家的要求。目前的機械切削加工軸承套圈行業(yè)中，主要存在以下問題：

1）生產(chǎn)效率低?；旧隙疾捎脙x表車進行手動車削、用氣動半自動儀表車車削及液壓半自動車床車削，生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品報廢率高，而國外基本上都采用全自動切削加工方法，在相同的加工時間內(nèi)生產(chǎn)效率是國內(nèi)的1.5倍到2倍甚至更多。

2）產(chǎn)品質(zhì)量差?？紤]到軸承套圈加工生產(chǎn)成本問題及國內(nèi)套圈的加工能力正在慢慢提高，國際上軸承套圈的生產(chǎn)基地正在向國內(nèi)轉(zhuǎn)移?，F(xiàn)有的軸承生產(chǎn)廠家的設(shè)備因為開發(fā)晚，尚屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)，不但效率低，在車削生產(chǎn)過程中也容易造成產(chǎn)品質(zhì)量一致性差，已遠遠不能達到國際上對軸承生產(chǎn)中過程控制的要求。

3）安全性差。因設(shè)備本身存在技術(shù)缺陷，原有的設(shè)備不是直接在機器上手動操作，就是幾個簡單的動作順序編程控制，容易對操作者造成工傷事故。

要解決上述問題，必須采用先進的機床來替代對軸承內(nèi)外套圈的加工方法，把人從手動操作中解放出來，把機床的不安全性消除掉，而現(xiàn)有的國際上先進的軸承加工機床價格過高，并且因為軸承的加工技術(shù)工藝在每個大型生產(chǎn)廠家屬于有一定的自主研發(fā)機密成分，基本上除了在發(fā)達國家間有買賣存在外，國內(nèi)無法購得先進的機床，在這種形勢下國內(nèi)廠家對全自動軸承車削機床的需求正在日益加大。

1 系統(tǒng)組成

數(shù)控軸承內(nèi)外套圈自動生產(chǎn)線由4 12臺DS-80軸承套圈數(shù)控車床、上料機構(gòu)、輸送機構(gòu)、下料機構(gòu)、在線檢測裝置和控制系統(tǒng)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

自動生產(chǎn)線可根據(jù)用戶要求，靈活組成形式不同、長短不一的全自動或半自動流水線。強大的控制中心和通訊方式，保證各主機間的協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)。在自動生產(chǎn)線中，DS-80軸承套圈自動車床采用可編程控制器控制液壓、氣動及先進的電子原件，實現(xiàn)對軸承套圈的高效率、高精度自動化車削；同時每臺單機的車削任務都不一樣，則動作先后也就不一樣，并且所加工的軸承內(nèi)圈與軸承外圈的加工位置也不同，這就要求每臺單機都儲備設(shè)置各種動作的模式[1]。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用分層體系結(jié)構(gòu)，可分為路徑規(guī)劃層、控制層、執(zhí)行層和本體層，其組成層次與關(guān)系如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)的組成層次與關(guān)系圖

2.1 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

規(guī)劃層：采用自行開發(fā)的控制程序，提供圖形編程界面，用戶只需通過拖拉圖邏輯組件，同時輸入必要的參數(shù)，系統(tǒng)將把圖形自動轉(zhuǎn)換成數(shù)控系統(tǒng)能接受的數(shù)據(jù)文件。

控制層：下位機采用可編程控制器OMRON CPM1A，它是整個系統(tǒng)的的控制中心?？刂茖油ㄟ^應用程序接口與上位機交換信息，調(diào)用上位機中各種變量和參數(shù)，同時對整個系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)。

執(zhí)行層：包括各模塊的液壓缸、各部分限位開關(guān)、電磁閥系統(tǒng)以及操作面板。

本體層：該層為自行開發(fā)的軸承套圈車削機床，采用可變換夾具，實現(xiàn)軸承套圈的自動化車削加工。上下位機之間通過RS-232串行通訊的方式實時交換數(shù)據(jù)。

2.2 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計思想，由七個模塊構(gòu)成，主要為：控制中心模塊；刀具控制模塊；運動控制模塊；圖編程模塊；通訊模塊；文件管理模塊；參數(shù)配置模塊。其中，刀具控制模塊、圖編程模塊、文件管理模塊歸屬于規(guī)劃層；控制中心模塊、通訊模塊歸屬于控制層；參數(shù)配置模塊、運動控制模塊歸屬于執(zhí)行層。

3 生產(chǎn)線的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 自動在線檢測裝置

生產(chǎn)線安裝了氣壓自動在線檢測裝置，利用PLC進行控制，實現(xiàn)了對工件裝夾位置在加工過程中出現(xiàn)的異常進行及時報警、停機和自動復位，提高軸承加工質(zhì)量，減少了工人勞動強度。氣動檢測原理示意圖如圖3所示。

圖3 氣動檢測原理示意圖

鐵屑、灰塵或某種原因而導致夾裝位置不良引起的產(chǎn)品報廢占極大比例，致使出次率升高、嚴重浪費材料，給用戶造成損失。而在裝夾工件的夾頭上安裝真空壓力自動在線檢測裝置，此裝置能對在加工過程中的工件裝夾進行在線自動檢測，若工件車削時有打滑，或夾裝不正確等現(xiàn)象，檢測裝置就會將信息反饋給系統(tǒng)，系統(tǒng)就會顯示異常，同時立即自動停止對工件的車削等，等工件正確裝夾后，系統(tǒng)又可以再次起動。這樣就能顯著降低出次率，減少因此造成的損失。

在生產(chǎn)前標準件被放入帶氣孔夾具內(nèi)，氣壓檢測裝置獲得一個正常氣壓值，并把這個壓力信號傳輸?shù)絇LC編程控制器，此時編程控制器存儲這個壓力值，在生產(chǎn)中，一旦發(fā)生套圈材料沒有夾裝到位，此時帶氣孔夾具和材料間勢必存在間隙，造成有氣壓從間隙中流失，氣壓檢測裝置得到的氣壓就會和設(shè)定時的不一樣，而這個壓力信號傳輸?shù)絇LC編程控制器后，編程控制器與正常值比較即可判斷為異常信號，編程控制器立即對機器進行停止加工處理。同理，在軸承車削過程中，如發(fā)生工件打滑等現(xiàn)象，壓力信號也會將信號傳輸?shù)絇LC編程控制器，控制器會發(fā)出信號停止產(chǎn)品的繼續(xù)生產(chǎn)[2]。

氣體由氣壓自動在線檢測裝置的進氣口進入后，通過各氣流通道到達中空制動器尾部的漏氣檢測點（注：中空制動器尾部端面上隨圓周均布有三個小孔），若工件裝夾正確，其將漏氣檢測點堵塞，氣體就無法從漏氣檢測點漏出，氣壓就正常，運轉(zhuǎn)也就正常。若工件裝夾歪斜，其漏氣檢測點就漏氣，其工作氣壓就低，此時系統(tǒng)會顯示異常，并迅速停止運轉(zhuǎn)。其氣流路徑為：前端蓋進氣孔→軸襯→主軸→連接盤→中空連接盤→中空制動器。

3.2 工作臺定位設(shè)計

機床在高速運行情況下，其工作臺通過采用拉桿、極限開關(guān)和機械式流量調(diào)節(jié)閥技術(shù)，實現(xiàn)了高精度前后工作定位，提高了機床的安全性。

為了獲得較高的加工效率，機床通常在較快的運行速度下工作，此時由于工作臺的前后高速運動，會對限位裝置產(chǎn)生一定程度的碰撞，從而使前后工作定位的精度較差。本生產(chǎn)線機床在工作臺上附加了一個拉桿，拉桿的左側(cè)有連接裝置和機械式流量調(diào)節(jié)閥相接觸，右側(cè)有連接裝置和極限開關(guān)相接觸，在原始狀態(tài)下流量調(diào)節(jié)閥和極限開關(guān)是和拉桿不接觸的（如圖5所示）。

圖5 前后工作定位圖

在生產(chǎn)過程中，工作臺在液壓的驅(qū)動下快速向被加工材料靠近，當?shù)毒呖炫龅讲牧蠒r，此時機械式流量調(diào)節(jié)閥和拉桿接觸（這個位置在調(diào)整時已經(jīng)調(diào)整好）工作臺的液壓被調(diào)節(jié)閥關(guān)小，速度減慢，工作臺向前的沖擊力也相應減小，在工作臺行程到達時觸及碰頭，同時極限開關(guān)也和拉桿接觸（碰頭與極限開關(guān)同時觸及是事先調(diào)整好的），極限開關(guān)在得到信號后將信號發(fā)送給PLC編程控制器，機器完成前進動作后返回，因本機器在前進的時候?qū)α髁窟M行了控制，同時在前進的最前端用極限開關(guān)和碰頭來準確有效的保證前進位置一致性，所以能有效減少工作臺對限位裝置的碰撞，保證其每次前后工作定位的精度，從而大大提高了加工尺寸的精度。

而在國內(nèi)，車床通常使用接近開關(guān)，它是一種非接觸式的位置開關(guān)，一般檢測物體為非磁性金屬，并且其根據(jù)檢測物體材料的不同，檢測距離有著顯著的差別，因此容易受到干擾，精度較差，同時對接觸到的人體部位不能檢測，導致安全性差。

本生產(chǎn)線車床對所有限位開關(guān)使用極限開關(guān)，因限位開關(guān)屬于微動開關(guān)的種類，一旦碰到后就會得到信號，此時機床就會在信號得到后停止加工周期的進行。

1. 彈性套筒；2. 夾爪圖6 可換式夾具

3.3 可換式夾具技術(shù)

采用可換式夾具技術(shù)，夾具拆卸方便，提高了設(shè)備使用壽命，也使的加工品種更加多樣。

普通車床夾具的夾頭都是用整體式的，夾頭經(jīng)過一段時間的使用后，由于磨損使內(nèi)孔相對變大而不能夠再使用，壽命比較短，更重要的是如果車床加工的產(chǎn)品規(guī)格改變，用戶就必須對夾頭進行整體更換（整體式夾頭制造工藝復雜，價格偏高），這樣就大大升高了拆卸成本，而且對夾頭進行更換時關(guān)聯(lián)的零件較多，耗時較多，并且拆裝非常不方便。本生產(chǎn)線產(chǎn)品采用如圖6所示的是可換式夾頭，夾頭里面再裝上夾爪，此夾爪是可以更換的，拆裝非常方便，只需十幾分鐘，就可以更換一付夾爪，而且成本較低，其價格是原來的五分之一還不到，為用戶不僅節(jié)約成本而且節(jié)省時省力。

此外，傳統(tǒng)國產(chǎn)自動切削車床的主軸和工作臺的位置通常都是固定不能變換的，加工的品種和規(guī)格都很單一，用戶要想改變切削方式也不可能。數(shù)控軸承內(nèi)外套圈自動生產(chǎn)線的工作臺位置可根據(jù)用戶需要靈活安排，以適應各檔規(guī)格的加工要求和各種方式的車削要求。

4 結(jié)論

數(shù)控軸承內(nèi)外套圈自動生產(chǎn)線基于計算機、網(wǎng)絡(luò)、制造技術(shù)的新的機械設(shè)計理念和方法，將上料、輸送、檢測、定位、加工、下料等機構(gòu)有機集成，組成了高效的自動加工設(shè)備[3]，在生產(chǎn)線上可一次完成所有車削加工，具有切削精度和生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品廢品率低、便于調(diào)整和維修等特點。

[1] 黃建龍, 黃志剛, 龔俊.軸承外圈幾何參數(shù)的自動檢測與分選系統(tǒng)[J]. 甘肅工業(yè)大學學報, 2002, 9: 52-55.

[2] 曾誼暉, 謝金水, 劉忠. 小型軸承套圈溝槽自動車床的研制[J]. 機床與液壓, 2003, 4: 169-170.

[3] 劉敏, 曲健. 圓錐軸承套圉車削自動線的研制[J]. 現(xiàn)代制造工程, 2005, 4: 112-113.