齒圈類零件的在線檢測及校正生產（chǎn）線（xiàn）的設計

2019-12-30    click: 4955

摘要：針對汽車（chē）、摩托車齒輪（lún）生產企業大批量齒圈生（shēng）產現（xiàn）場，根據齒圈薄壁類零件的易變形特（tè）點，本文在流水線化測量概念的基礎上，設計（jì）了齒圈變形量測量、材料缺陷檢測、自動校圓（yuán）、分選一體化生產線。該檢測生產線是應江蘇馳（chí）翔精密齒輪有限公司要求而（ér）設計和製造。生產線由上料及工（gōng）件傳輸模塊、測量模塊-校圓（yuán）模塊、渦流探傷模塊、出料模塊及各種控製（zhì）單元組成。生產（chǎn）線的測量模塊（kuài）和校圓（yuán）模塊配（pèi）合動作，測量（liàng）模塊采用雙（shuāng）麵（miàn）齧合原理快速定位齒圈的超差位（wèi）置，校正模塊隨即在該位置（zhì）校圓（yuán）齒圈偏差，實現齒圈在製造現（xiàn）場的快（kuài）速檢測與校（xiào）正。

關鍵詞：流水（shuǐ）線 齒圈缺陷 調圓 測量 雙麵齧合（hé）原理

0 引言

  隨著汽車及摩托車齒輪製造業（yè）的快速發展（zhǎn），專（zhuān）業齒圈生產廠已越（yuè）來越多（duō）。同（tóng）時也引進了不少國外的（de）先進齒圈製造工藝、技術、裝備。所生產產品的品種和質量基本滿足（zú）了國內中低檔轎車及（jí）摩托車的要求。但（dàn）是，目前國內生產的齒圈測量儀器的測（cè）量功能單一（yī），自動化程度（dù）低，測量速度慢。另一方麵，汽（qì）車行業的發（fā）展加速了齒圈生產的節拍。上述傳統齒輪測量儀器難（nán）以滿足高質量齒圈生產節拍、快（kuài）速檢測需求。齒圈（quān）薄壁類零件在熱處理過程中易發生變形，為提高（gāo）零件利用率，需要（yào）對熱處理後（hòu）的零件進行校正工序，以使零件滿足使用要求。在大批量生產條（tiáo）件（jiàn）下，如何能實現齒（chǐ）輪的高精度快（kuài）速檢測，並結合校（xiào）正功能（néng）、探傷檢測功（gōng）能（néng）等，形成真正（zhèng）的自動測量生產線，有效降低廢品率，提高產品生產效率，已成（chéng）為（wéi）提升產品質（zhì）量的關鍵。

  變速箱齒圈（quān）是重（chóng）要（yào）的動力傳輸零部件。本項（xiàng）目所述的齒圈測量生產線（xiàn）是應江蘇馳翔精密齒輪有限公司（sī）對變速箱齒（chǐ）圈檢測的要（yào）求而設計。可實現（xiàn）在線測量齒圈（quān）徑向誤差（齒厚、徑（jìng）向綜合偏差、徑向跳（tiào）動等）及時效裂（liè）紋檢（jiǎn）測等。本（běn）生產線以精密測量（liàng）技術為基（jī）礎，基於（yú）雙麵（miàn）齧合的快（kuài）速特（tè）點，測量出齒圈徑（jìng）向誤差，根（gēn）據測量結果對被測齒（chǐ）圈進行（háng）實時機械校正；與此同時，探傷模塊對齒圈進行缺陷檢測，分選出有時效裂紋等嚴（yán）重缺陷的零件。實現了齒圈高質量流水線化生產，為解決齒圈大批量生產提供了新途徑。

  本文以圖號為8AT032703057齒圈分度圓徑（jìng）向跳動的測量為研究對象。

1 設計方案

  本項目的（de）生產線是用於生產現場快速（sù）測量-校（xiào）圓、探傷檢測、分選一體化的設備，該設備集合計（jì）算機多點控（kòng）製、精密測量技（jì）術（shù）、傳感器、電（diàn）動和氣動驅動、渦流探傷技術等多項先（xiān）進技術（shù），實現被測工件自動上下料、分度圓齒圈（quān）徑向跳動自（zì）動測量-校（xiào）圓、探傷、分選及自動裝箱等功能。如圖1所示，儀器由上料及工件傳輸模塊、測量（liàng）模（mó）塊-校圓模塊、探傷檢測模塊、出料模塊及控製單元組成。如圖2所示，桁架式機械手有2個氣爪（zhǎo），可實現沿X方向運（yùn）動、Z方向運動及旋轉運動。測量模塊中測量軸係可（kě）實現Z方（fāng）向運運和旋轉運動。校圓（yuán）模塊伺服壓機可實現X方向運動。








生產線運作流程如圖3所示，齒（chǐ）圈由人工放到平頂鏈輸（shū）送機上，通過（guò）輸送機依次移動到一（yī）個固定位置，氣缸將工（gōng）件升起，手指氣缸抓住工件（jiàn），提起，旋轉180°，放至主軸上的三爪氣缸（gāng）中，內（nèi）孔漲緊（jǐn）定位齒圈。標準軸係沿（yán）Z方向下降，並與（yǔ）工件齧合，主軸旋轉帶動被測齒（chǐ）圈和標準齒輪齧合（hé）旋轉，標準齒輪（lún）安裝在測量滑板上，滑（huá）板隨齧合中心距的變化而浮動，光柵讀數係統采樣，通過計算機對數（shù）據進行處理，得到相對於本身分度圓的齒圈徑向跳動（dòng），當（dāng）其小於等於0.02mm時，即為（wéi）合格（gé）。合格的工件由（yóu）桁架式（shì）機械手將其擺放到（dào）指定的零件周轉箱裏，超差（chà）的工件經3次校圓，仍然不合格的，直接將其扔到廢（fèi）品盒。當合格品運輸（shū）盒裝（zhuāng）滿時，輸出熟料機移動一個周轉盒的位置，將裝滿零件的周轉盒移動輸送機前端，並由人工搬走周轉箱，下一個周轉箱運至裝箱（xiāng）位置。

1.2.1上料及工件傳（chuán）輸模塊

  進料機構是一條平頂鏈（liàn）式輸送機，其尾端有氣缸升降裝置；功能為輸送工（gōng）件輸送至機械手抓取位置，通過升降裝（zhuāng）置控製工件的高度，工件傳輸部分由直線模組、機械手等組成。

1.2.2測（cè）量模塊-校圓（yuán）模（mó）塊

  基於雙齧合（hé）測量原理，采用標準齒輪修（xiū）正技術，預先修正由於標準齒輪偏心所引起（qǐ）的誤差，利用計算機控製及誤差處理補償方法對測量結果進行修正。如圖4所（suǒ）示，首先將被測齒輪和測量齒輪安（ān）裝於固定基座和滑板上。電機（jī）帶動（dòng）兩齒輪滾動，以被測齒輪回轉軸線為基準，用徑向拉力彈簧使被測（cè）齒輪與測量（liàng）齒輪作無側隙的（de）雙（shuāng）麵齧（niè）合傳動，被測齒輪的雙齧偏差轉化為中心距的連續變動記錄成徑向綜合曲線（xiàn）。



    測量機（jī）構由高精度精密旋轉主軸、閉環步進伺服電機（jī）、行星齒輪減（jiǎn）速機、三爪氣缸等組成。如圖4所示（shì），測量係統主要由運動控製係統、數據采集係統、高（gāo）精度浮動滑板、高精度（dù）開放式光柵測微係統（tǒng），標準齒輪精密軸係、針式氣缸等組成。該模塊（kuài）運動形式主（zhǔ）要由軸係的旋（xuán）轉運動和三爪氣缸的徑向運（yùn）動。齒圈運輸至該模塊時，控製針式氣缸，測力彈簧（huáng）帶動浮動滑（huá）板和標準齒輪向後移動，使標準齒輪與齒圈雙麵齧合，計算機控製閉環步進伺服電機通過精密（mì）旋轉主軸帶動工件轉動，浮動滑板隨著雙齧中心距的變化而變化，光柵測微（wēi）係統固定在基座上，並與浮動滑板產生相對變動量。計（jì）算機（jī）對變動量（liàng）進行處（chù）理（lǐ），如果，判定為合格，＞0.02mm，計算機控製閉環步進伺服電機，將高點旋轉到（dào）伺（sì）服壓機對（duì）應的位置，氣動三爪鬆開，由伺服壓機係（xì）統進行校（xiào）正，校圓完成後氣（qì）動三爪重（chóng）新漲緊，再進（jìn）行一次測量。





  如圖6所示，校（xiào）園部分主（zhǔ）要由伺服壓機（jī）調直部分和弧形（xíng）定位裝置等組成。伺服壓機調直係統主要（yào）由運動控製係統、折返式伺服電動缸、弧形定位裝置、位移顯示係統等組成。該模塊運動形式有伺服壓機的水平運動（dòng），軸係的旋轉運動。弧形定位裝置是由弧形定位塊、斜切（qiē）機構、移動滑台、推動氣缸組成，氣缸推動斜切機構向圖中所示方向（xiàng）移動，使弧（hú）形定位塊向與斜切（qiē）運（yùn）動方垂直的方向運動。通過弧形定位（wèi）塊與硬擋的接觸來定位要調圓的齒（chǐ）圈，把齒圈高點旋轉至伺服壓力塊對（duì）應位置，計算機控製電動缸對齒圈施加壓力，標準齒輪帶動浮（fú）動滑板移動，當光柵讀數達到計算（suàn）機設定時，電動缸停（tíng）止施加（jiā）壓力，恢複到初始位（wèi）置，重複上（shàng）述測（cè）量過程。

1.2.3渦流探（tàn）傷模塊

  配置SZT-378雙通道在線檢測高速渦流（liú）探傷儀，由於8AT032703057被測齒圈寬度較（jiào）大，采用2組探頭（tóu）同時進行測量，測量齒圈徑向跳動的（de）同時（shí）進行非接觸式的無損探傷測量，發（fā）現裂紋的齒圈，直接放入廢品箱。

1.2.4出料（liào）分選模塊（kuài）

  出（chū）料機構是由X方向運動的直線模組和一條（tiáo）皮帶式輸送機組成。桁架式（shì）機械手沿X方向運動到測量完（wán）成的（de）齒圈（quān）上（shàng）方，氣爪抓住齒圈（quān），向X+向運動，如果是廢品（pǐn），機械手直接把它放到廢（fèi）品箱。如果（guǒ）是合格品，依次將其擺放到運輸盒內。運輸（shū）盒（hé）由客戶方提供，每裝滿一排時，輸送機向Y-方向移動被測齒圈的位置，如（rú）圖1所（suǒ）示。運輸盒裝滿時（shí），輸出輸送機向Y-向移動一個周轉箱（xiāng）的位置。將裝滿零件的周轉盒移動至輸料機最（zuì）前端（duān），放（fàng）在輸料機後部空的周（zhōu）轉盒進入到裝箱（xiāng）位置（zhì）並開始裝箱，整台輸送機上放3個周轉箱。

2 電氣及控製係統

  基於經濟實（shí）用、快速檢測、操作方便、性能可靠及麵向現場(車間)用戶使用的設計原則,變速箱齒圈在線快速缺陷測量的測量基準選用了美國MicroE公司生產的體積小、重量輕、高速度（dù）、安裝快速、調整方便、可靠性高的長度光（guāng）柵；運動控製係統采（cǎi）用日本SMC的氣缸、閥門及其開關、儀表；交流侍服電機（jī）及（jí）控（kòng）製器及運動控製卡選用日本鬆下產品。

  測量過程如圖7所示。

  軟件係統架構能夠直觀的顯示儀器的執行流程。具有參數輸入、數據管理、誤差評值及統計分析（CP、CPK值）等功能。在每個測量動（dòng）作進行（háng）時（shí），軟件界麵（miàn）上與該動作對應的燈會顯示為點亮狀態。測量軟件可以進行的誤差處理操作有：對采樣值進行齒圈誤差處理，得到雙齧中心距誤差變動（dòng）分解曲線。根據客戶需求隻需顯示齒圈徑向（xiàng）跳動   ，也可得到徑向綜合總偏差   、一齒徑向綜合偏差   、齒圈徑向跳動   、齒厚偏差（chà）等。並能統計齒圈的測量總數、裝箱數（shù）量、不（bú）合格數（shù）量及不合格率。實測齒輪工件曲線如圖8所示。








3 總結（jié）

  隨著汽車行業自動化水平的不斷提高，一些傳統的檢（jiǎn）測方式已不能適（shì）應高節（jiē）拍、柔性化的生（shēng）產需求。變（biàn）速箱齒輪的質量與汽車的震動、噪音等密切相關。為保證齒輪製造的質（zhì）量和效率，實現齒（chǐ）輪100％在線檢測，這種智能化生產線檢測（cè）一體化（huà）的綜合檢測方式已成為控（kòng）製齒輪質量的最佳檢測方式，實現了生產（chǎn）線的自（zì）動化（huà）產業升級。在這種智能製造模式下，產品質量更有保證（zhèng）、同時還提高了效（xiào）率、降低了成本。




參考文獻：

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