化學(xué)螺栓桿加工自動化生產(chǎn)單元規(guī)劃分析

■ 希斯機床（沈陽）有限公司 （遼寧 110000） 包洪臣

■ 沈陽機床（集團）有限責任公司精密數(shù)控機床分公司 （遼寧 110000） 佟嚴平

化學(xué)錨栓是一種新型材料螺栓，通過特制化學(xué)藥劑的粘接，從而起到錨固的作用，廣泛應(yīng)用于潮濕空間，重載的狹小間距，工業(yè)污染區(qū)等惡劣環(huán)境。本文所涉及的零件為中國鐵路建設(shè)部門所使用的化學(xué)螺栓桿（見圖1）。采用多機自動化的生產(chǎn)單元完成對工件的生產(chǎn)加工。

圖1 錨栓

1.零件技術(shù)要求

根據(jù)圖樣要求（見圖2），制定加工工序方案，工件毛坯為棒料，成品分為切斷、端打（打中心孔）、車錐端、滾碼、車螺紋端和滾螺紋等六序完成。

加工節(jié)拍如下表所示。

2. 自動化單元及布局

根據(jù)工件生產(chǎn)工序，制定加工設(shè)備布局。采用桁架式機械手，主要由鈑金件焊接而成的框架結(jié)構(gòu)，以及可水平、上下移動的機械手臂，再加上手爪及儲料裝置構(gòu)成，它像門一樣橫跨在機床上面，根據(jù)客戶零件和機床外形尺寸，配合外部設(shè)備構(gòu)成，也稱門式框架機械手。

圖2 零件

此種自動化單元，由立柱結(jié)構(gòu)和橫梁結(jié)構(gòu)組合構(gòu)成。機械手的上下移動（X）依靠滑板上的導(dǎo)軌機構(gòu)，Z軸由橫梁上滑動機構(gòu)實現(xiàn)。工件按照加工工藝順序，從圓棒毛坯料，到零件成品，都是由桁架機械手在橫梁的移動，從而實現(xiàn)序與序之間的交互銜接。

按照工件的加工部位，確定加工工藝時間，按照節(jié)拍時間，優(yōu)化加工參數(shù)，節(jié)拍協(xié)調(diào)一致，不會出現(xiàn)等料、誤料現(xiàn)象。上下料區(qū)域設(shè)置防護欄，機械手運行軌跡上設(shè)有防護網(wǎng)，從而確保安全性，保證操作人員的安全。自動化加工單元布局形式具體如圖3所示。

加工節(jié)拍表

圖3 自動化單元布局

這種桁架式自動單元布局空間緊湊。完全占用空間資源，從而節(jié)省了廠房占地面積，節(jié)約了場地資源。機械手運行路徑最優(yōu)化，運行速度快，減少了空程時間，減少Z軸工序傳遞時間和X軸的上下料時間，從而節(jié)約了時間成本，提高了生產(chǎn)效率。整套自動化加工單元外觀友好，人性化的操作平臺，給人以加工的愉悅感。

自動化單元總控系統(tǒng)是以信息技術(shù)為手段，對工程進行信息的收集、加工和傳輸，用經(jīng)過處理的信息流指導(dǎo)和控制項目建設(shè)。核心內(nèi)容是信息收集、信息處理、實施總體策劃與控制，對過程以及各個建設(shè)過程之間的界面的總體策劃與控制。總控分支單元都是互相獨立的，如上下料機構(gòu)在接收到指令后做相應(yīng)工作，并反饋相關(guān)信息；機械手在接收到指令后，按照相應(yīng)的項目程序執(zhí)行與機床的相互動作。根據(jù)加工零件的加工工藝，設(shè)定機械手對應(yīng)工藝的相應(yīng)項目，從而實現(xiàn)分支單元的運行動作。

3. 自動線單元模塊介紹

（1）工件抓手模塊：由2套兩指氣爪組成并列手爪，可同步完成上料與下料動作，上下料效率高。由翻轉(zhuǎn)氣缸帶動氣爪，可實現(xiàn)水平狀態(tài)與豎直狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，滿足卡盤上下料與料庫取料的需要。氣爪手爪設(shè)計成可調(diào)結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)零件外徑尺寸的變化。最大夾持工件質(zhì)量為4kg，要求氣源壓力為0.6MPa以上。工件抓手模塊示意如圖4所示。

（2）重力式料道：自動線的毛坯料由重力式料庫實現(xiàn)裝載，毛坯料碼放在傾斜軌道中，依靠重力作用自動滾動到上料點。上料時由氣缸將工件頂起后，機械手將毛坯取走，進入循環(huán)。重力式料倉模塊示意如圖5所示。

圖4 工件抓手模塊

圖5 重力式料倉

（3）翻面模塊：由于零件是按照兩序加工的，考慮到自動線的結(jié)構(gòu)緊湊性和翻轉(zhuǎn)的快速可靠性，需在自動線的兩序之間加一個翻轉(zhuǎn)工位來實現(xiàn)對工件的180°翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)模塊采用落地式。在翻面模塊上增加推動氣缸，將工件推入滾碼機內(nèi)，待完成滾碼后退回到翻面臺，繼續(xù)進入自動線。翻面模塊示意如圖6所示。

（4）加工設(shè)備介紹。

數(shù)控車床：本數(shù)控機床采用工件最大回轉(zhuǎn)直徑350mm，最大車削長度500mm車床設(shè)備。機床自身不但具備與自動線系統(tǒng)點位接口，而且外觀防護要有機械手抓取工件的自動天窗和自動門。對于自動線內(nèi)機床，要有超高的工作穩(wěn)定性。設(shè)備加工精度高，機床元件穩(wěn)定性好，機床潤滑充分，切削液供給充足，自動排屑。

端打機：專用打中心孔機床，對螺桿兩端面打中心孔，用于后序使用。

滾碼機：專用滾碼設(shè)備，滾特定編碼。工件轉(zhuǎn)速與滾頭滾動速度必須同步，否則會出現(xiàn)亂碼現(xiàn)象。

滾花機：化學(xué)螺栓桿滾花，按照GB/6403.3 knurl m 0.5執(zhí)行。

4. 結(jié)語

圖6 翻面模塊

此種螺栓桿自動化生產(chǎn)單元，從化學(xué)螺栓桿的生產(chǎn)工序著手，以客戶的場地資源、加工成本、生產(chǎn)效率為布線基礎(chǔ)，設(shè)計為總控生產(chǎn)單元模式。布局合理，結(jié)構(gòu)簡單化，節(jié)約了客戶成本，市場前景非常廣闊，在化學(xué)螺栓桿的加工領(lǐng)域，值得借鑒與推廣。

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[1] 郭紹義. 機械工程概論[M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2009.