基于柴油機(jī)機(jī)體生產(chǎn)線挺桿孔加工設(shè)備自動(dòng)化改造項(xiàng)目研究

摘要：某柴油機(jī)廠機(jī)體線的生產(chǎn)設(shè)備，是上世紀(jì)九十年代，由公司自制研發(fā)的專機(jī)，其中鉆頂桿孔的工序是手動(dòng)完成。為了提高生產(chǎn)效率，消除工作中的安全隱患，考慮對(duì)此工序，進(jìn)行自動(dòng)化改造。通過對(duì)設(shè)備齒輪齒條及手動(dòng)插銷機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造，優(yōu)化氣缸驅(qū)動(dòng)完成系列動(dòng)作。電氣方面增加到位檢測(cè)感應(yīng)開關(guān)，修改PLC程序，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)執(zhí)行。單機(jī)自動(dòng)化完成后，工件輸送也同時(shí)得到了優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率，降低作業(yè)人員勞動(dòng)負(fù)荷。因此，針對(duì)該設(shè)備的自動(dòng)化改造，對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有非常重要的實(shí)用意義。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化;鉆模桿結(jié)構(gòu);鏜模桿結(jié)構(gòu);PLC控制

1.研究背景

某柴油機(jī)廠機(jī)體線的生產(chǎn)設(shè)備，是上世紀(jì)九十年代，由公司自制研發(fā)的專機(jī)，其中鉆頂桿孔的工序是通過手動(dòng)完成。這種鉆孔方式，每一個(gè)動(dòng)作，都需要人手動(dòng)操作，人工體力消耗大，生產(chǎn)效率低，并且具有極大的安全隱患。鉆頂桿孔的工序的定位方式是人工手動(dòng)定位，生產(chǎn)時(shí)，由操作人員手動(dòng)將機(jī)體搖進(jìn)和搖出鏜模孔，通過齒輪齒條傳動(dòng)來運(yùn)輸柴油機(jī)體到加工位置，然后進(jìn)行手動(dòng)插銷定位。整個(gè)生產(chǎn)過程，動(dòng)作繁瑣，對(duì)人工要求高，設(shè)備鉆孔時(shí)間不到半分鐘，而人工定位操作等輔助工序需要四五分鐘，生產(chǎn)效率極低，大大影響后續(xù)工序的生產(chǎn)效率。為了提升挺桿孔加工設(shè)備的勞動(dòng)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，決定對(duì)該設(shè)備操控結(jié)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)化改造。

2.研究?jī)?nèi)容

設(shè)備改造方向主要有以下幾個(gè)方面：①通過使用先進(jìn)的機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)等方面的技術(shù)，根據(jù)企業(yè)需求對(duì)設(shè)備原有的一些構(gòu)件進(jìn)行改裝或者新增機(jī)械電氣部件，提高設(shè)備自動(dòng)化程度，降低人工需求;②通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行局部的更新、改造，提高設(shè)備生產(chǎn)效率和擴(kuò)大設(shè)備的工藝性能;③將通用設(shè)備改造成企業(yè)定制化專用設(shè)備，滿足企業(yè)的定制化要求，提高設(shè)備性能和生產(chǎn)效率;④改進(jìn)設(shè)備環(huán)保系統(tǒng)，改善勞動(dòng)條件，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，提高設(shè)備安全可靠性;⑤改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，降低原材料及能源消耗，提升企業(yè)整體現(xiàn)代化水平和核心競(jìng)爭(zhēng)力。

機(jī)體線的生產(chǎn)設(shè)備，是針對(duì)本柴油機(jī)加工的專用生產(chǎn)線，除了人工操作復(fù)雜，工作效率低，其他機(jī)械結(jié)構(gòu)還能滿足當(dāng)前柴油機(jī)加工的需要。因此，利用舊設(shè)備改造再創(chuàng)新，不僅投資少、時(shí)間短、見效快，還會(huì)比購(gòu)置新設(shè)備能帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。

本項(xiàng)目主要是重點(diǎn)就齒輪齒條機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式、鉆模桿結(jié)構(gòu)及定位、鏜模桿結(jié)構(gòu)、插銷定位等關(guān)鍵問題進(jìn)了設(shè)計(jì)研究和改進(jìn)，以便實(shí)現(xiàn)鉆模桿移動(dòng)、插銷定位的自動(dòng)控制，從而達(dá)到設(shè)備自動(dòng)化改造的目的。主要研究?jī)?nèi)容如下：

（1）鉆模桿結(jié)構(gòu)及定位的自動(dòng)化設(shè)計(jì)

定位的目的是使工件在夾具中相對(duì)于機(jī)床、刀具占有確定的正確位置。定位元件的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足以下要求：與工件相適應(yīng)的精度;足夠的剛度，不允許受力后發(fā)生變形;要有耐磨性，以便在使用中保持精度。鉆孔過程中常用的定位元件有圓柱銷、錐銷和圓柱芯軸。本工序的加工過程中，定位采用的就是圓柱銷孔結(jié)構(gòu)。

由于定位銷孔制造誤差的影響， 在實(shí)際的小批量制造過程中， 經(jīng)常出現(xiàn)組裝偏斜現(xiàn)象， 嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)進(jìn)度。因此，考慮增加凸輪軸定位導(dǎo)向芯桿機(jī)構(gòu)，凸輪軸的后端具有凸輪軸內(nèi)孔，定位導(dǎo)向機(jī)構(gòu)為導(dǎo)向芯桿，凸輪軸的另一端具有端面，沿該端面的周向均勻設(shè)有若干磁鐵座孔，端面的中心設(shè)有呈階梯形的銷孔;這種定位導(dǎo)向機(jī)構(gòu)可保證凸輪軸的定位導(dǎo)向機(jī)構(gòu)能快速，準(zhǔn)確，可靠的定位，從而減少組裝偏斜現(xiàn)象。

（2）鏜模桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

當(dāng)前鏜模桿為機(jī)械定位插銷結(jié)構(gòu)，每次加工定位需要人工拔插插銷，人工操作誤差較大，工作效率也低，可以增加增加氣缸/傳感器等電氣元件，自動(dòng)定位插銷，將原先手動(dòng)方式變?yōu)闅鈩?dòng)，實(shí)現(xiàn)PLC電氣控制的一鍵啟動(dòng)功能。

（3）齒輪齒條機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式設(shè)計(jì)

由于機(jī)床結(jié)構(gòu)限制，工件定位夾緊后需人工驅(qū)動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)將凸輪軸定位芯桿穿入氣缸體及夾具模板導(dǎo)向孔并完成插銷動(dòng)作，加工完成后執(zhí)行拔銷、退桿工作，存在動(dòng)作重復(fù)、勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題。可以在電氣方面增加到位檢測(cè)感應(yīng)開關(guān)，修改PLC程序，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)執(zhí)行。

目前，用于生產(chǎn)的設(shè)備還是上世紀(jì)九十年代由該公司自制的專機(jī)，分為鉆孔、擴(kuò)孔、孔口倒角、鉸孔4個(gè)工序。由于機(jī)體結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)床在設(shè)計(jì)時(shí)采用了凸輪軸定位導(dǎo)向芯桿機(jī)構(gòu)，能構(gòu)穩(wěn)定的保證挺桿孔的位置度。但是因結(jié)構(gòu)限制，工件定位夾緊后需人工驅(qū)動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)將凸輪軸定位芯桿穿入氣缸體及夾具模板導(dǎo)向孔并完成插銷動(dòng)作，加工完成后執(zhí)行拔銷、退桿工作，存在動(dòng)作重復(fù)、勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題。

本項(xiàng)目通過對(duì)設(shè)備齒輪齒條及手動(dòng)插銷機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造，優(yōu)化氣缸驅(qū)動(dòng)完成系列動(dòng)作。電氣方面增加到位檢測(cè)感應(yīng)開關(guān)，修改PLC程序，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)執(zhí)行。單機(jī)自動(dòng)化完成后，工件輸送也同時(shí)得到了優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率，降低作業(yè)人員勞動(dòng)負(fù)荷。因此，針對(duì)該設(shè)備的自動(dòng)化改造，對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有非常重要的實(shí)用意義。

3.本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)

本次項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

（1）對(duì)原有設(shè)備的局部結(jié)構(gòu)鉆鋌桿進(jìn)行自動(dòng)化改造，通過加入電氣元件，實(shí)現(xiàn)鉆模桿移動(dòng)及位置的自動(dòng)化控制，增加設(shè)備的自動(dòng)化程度，提高生產(chǎn)效率。

（2）改進(jìn)設(shè)備的鏜模桿結(jié)構(gòu)，增加氣缸/傳感器等電氣元件，自動(dòng)定位插銷，將原先手動(dòng)方式變?yōu)闅鈩?dòng)，實(shí)現(xiàn)PLC電氣控制的一鍵啟動(dòng)功能，大幅度降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。由于不再需要手動(dòng)操作工位，可將輥道進(jìn)行連接，摒棄了原有設(shè)備的單梁吊車上料，提高了安全操作系數(shù)，簡(jiǎn)化了操作流程，降低了循環(huán)工序節(jié)拍。

（3）優(yōu)化設(shè)備的齒輪傳動(dòng)方式，將傳統(tǒng)的機(jī)械傳統(tǒng)改為電氣傳動(dòng)方式，到達(dá)生產(chǎn)的自動(dòng)化，節(jié)省勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)精度及效率。

4.本項(xiàng)目的成果

老舊設(shè)備自動(dòng)化改造完成后，預(yù)期生產(chǎn)效率提高了30%，作業(yè)人員勞動(dòng)負(fù)荷率降低50%。并取得以下方面的成果：

（1）對(duì)鉆模桿結(jié)構(gòu)及定位的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，減少組裝偏斜現(xiàn)象，提高鉆孔的質(zhì)量。

（2）通過改進(jìn)鏜模桿結(jié)構(gòu)和齒輪齒條機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式設(shè)計(jì)，將手動(dòng)拔插插銷定位結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)化為氣缸加電氣控制，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的自動(dòng)執(zhí)行，減少人工操作的危險(xiǎn)性，提高勞動(dòng)效率作業(yè)人員勞動(dòng)負(fù)荷率降低50%。

整套設(shè)備完成后自動(dòng)化水平較高，制造及其維護(hù)方便，可為企業(yè)每年生產(chǎn)成本15萬元以上，更有利于提高應(yīng)用企業(yè)的管理水平和效益，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。具有良好的應(yīng)用前景。

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作者簡(jiǎn)介：董征蓮（1981.05-），女， 山東濰坊， 漢，碩士，講師，研究方向：機(jī)械制造與自動(dòng)化

山東交通職業(yè)學(xué)院 山東 濰坊 261200