自動化生產線在齒輪加工過程中的優勢

付向梅

（中國重汽集團大同齒輪有限公司工藝部， 山西 大同 037305）

引言

自動化生產線是指由自動化機器體系實現產品工藝過程的一種生產組織形式，它是在連續流水線進一步發展的基礎上形成的，其特點是加工對象自動地由一臺機床傳送到另一臺機床，并由機床自動的進行加工、裝卸、檢驗等；工人的任務僅是調整、監督和管理自動線，不參加直接操作,所有的機器設備都按統一的節拍運轉，生產過程是高度連續的。本文以一條“車—車—磨”自動化生產線為例，對自動生產線在生產齒輪過程中的優勢進行詳細分析。

1 “車—車—磨”自動化生產線簡介

“車—車—磨”自動化生產線（見圖1）由2 臺車床、2 臺齒輪料倉、1 套桁架機械手、1 套齒輪抓手、下料料道以及一臺磨齒機配備機器人組成的自動化生產線。齒輪料倉采用循環式料倉上下料，料倉配雙工位定升機構，可獨立使用，工件加工完成后將報警提醒人工更換工件。傳統齒輪生產過程中兩臺車床需要配備一名操作工，一臺磨齒機床需要配備一名操作工，但是采用自動化生產線，兩臺車床和一臺磨齒機床只需要配備一名操作工就可滿足生產需求。

2 “車—車—磨”自動化生產線在制造過程優勢

2.1 測量精度優勢

圖1 “車—車—磨”自動化生產線示意圖

傳統車床加工齒輪A，小外圓尺寸Φ62（-0.06/-0.079）存在R0.4 圓弧（見圖2），由于零件特殊結構，實際人工自檢過程采用外徑千分尺測量不準，實測125 組數據，數據平穩，不能接近真實值（見圖3和下頁圖5）。采用自動測量，數據能夠精確到小數點第四位，125 組數據有波動，接近真實值（見圖4 和下頁圖6）。

圖2 齒輪A 小外圓結構示意圖（單位：mm）

圖3 手工測量125 組數據

圖4 自動測量125 組數據

采用自動化生產線對A 產品進行加工并對其自動測量，自動測量采用電子儀測量方式，檢測過程中機械手將成品放置于定位臺上，清理機構前進，對測量點進行吹氣清理。移載機構將清理干凈的工件送入檢測區域，上下機構驅動測量儀下降進入工件內檢測尺寸，通過電子量儀測量方式輸出結果，并對實測數據進行SPC 控制分析。

自動測量結果自動顯示各個項目，即是合格、返修/臨界、不合格，測量軟件可以自動統計并顯示當班或當日的合格品件數，返修/臨界品件數，報廢品件數及總數；測量計算機帶有打印機接口，測量結果可以存儲在硬盤和USB 盤，且可打印輸出測量結果和統計數據。軟件可對數據實現統計，統計結果包括平均值、標準偏差S，極差R、CPK/PPK 等功能，統計結果可以在屏幕顯示并傳輸至中控系統。

工件清理：采用接觸式測量原理，因此需要在清理前針對側頭需要接觸的點進行吹氣清理，提高測量的可靠性；同時對工件進行清潔，滿足后序加工。為防止吹氣清理工件時有異物和油污的進入側頭區域影響測頭精度，設置獨立的封閉的測量區域，并設置移動門，當產品在清理過程中此門關閉，清理結束進入時開啟。

通過改變檢測手段，不僅提高了檢查精準度，還減輕了檢查員的工作任務，避免成品區域零件因檢查問題堆積，通過精確測量為機加工提供真實數據，此項改善提高零件公差精度，提升生產效率，減輕人工勞動力，縮短了生產成本。

圖6 自動測量移動極差控制圖

2.2 生產效率提升優勢

對于磨齒機，傳統磨齒加工存在兩方面問題：一方面人工操作磨齒機，裝夾不及時就會出現閑置狀態，設備利用率低；另一方面磨齒工序齒形齒向的檢測在修整砂輪后按照抽檢率進行專檢，工人送檢時間占用工作時間較長，機床長時間處于閑置狀態。通過對磨齒機配置自動上下料裝置，利用工業機器人方式實現自動上下料，配備合適零件料倉，實現1 h以上人工換料。配備專屬零件檢測臺，磨齒機修整砂輪后需要檢測零件機械手自動放置在檢測臺，運行過程中具有安全保護措施，防護門與機器人互鎖。機器人或系統出現故障時，具備手動上下料和自動上下料切換功能。

傳統機床依靠人操作，工人的熟練程度及工人自身素質對于每日班產影響很大。自動化設備對于工人依賴程度低，工人上崗前進行相關崗位培訓就可上崗。自動化生產線不受外界因素干擾，不會有情緒化，上下料機械手通過程序設定的動作，速度穩定、井然有序進行生產。在大批量生產中采用自動線能提高勞動生產率，降低生產成本，縮短生產周期，提升效率與質量問題，自動化線能夠很好地實現人機協作，設備利用率高，生產效率大大提升。

2.3 安全節約成本優勢

自動線具有自動和手動模式，運行過程中有相應的安全保護措施，操作違規會發出警報提醒，確保操作人員和維修人員的人身安全，整個系統正面安裝防護罩，除部分區域設置可視窗口及活動安全門便于觀察處理設備運行狀況外，其他區域均封閉。生產線正常運行時，操作工不直接接觸機床設備。

節約成本方面，自動設備可以24 h 進行操作，節省人工費用，提升設備利用率。另外采用工業機械手操作模式，自動流水線更能節省廠地，使整廠規劃更小更緊湊精致。

3 效果驗證

本文介紹的“車- 車- 磨”自動化生產線主要用于齒輪類零件加工，并取得了非常好的效果，并在公司其他生產線進行推廣，自動化生產線高了機床有效利用率，避免了機床無用等待，提升測量數據的精確度，提高生產效率。自動化生產線整線提升效率20%，節約人工成本50%，具有較強的推廣價值。不僅保證了加工工件的質量，還取得了較好的經濟價值[1]。

4 結語

經使用證明，自動生產線在傳統制造齒輪過程中的優勢明顯。在大批量生產中，采用自動線能提高勞動生產率，穩定和提高產品質量，改善勞動條件，縮減生產占地面積，降低生產成本，縮短生產周期，保證生產均衡性，有顯著的經濟效益。作為制造業傳統的模式，競爭力沒有明顯優勢。企業要在新要求、新模式、新功能下實現新發展，就要轉型升級，就要技術創新、管理創新和商業模式同步創新，實現生產關系和生產力同步變革，需要將工業化和信息化融合管理。智能化改造可以提升企業核心競爭力，是實現企業轉型升級的重要戰略，而自動化生產線是智能工廠規劃的核心環節，提升自動化生產線實力是企業成為智能制造工廠的有力保障。