淺析典型版輥軸類零件的自動化生產(chǎn)設(shè)計方案

尹永富， 萬永麗， 姜貴中， 劉子春， 洪凌娜， 秦思璐

（中國機械總院集團云南分院有限公司 云南省機電一體化應(yīng)用技術(shù)重點實驗室， 云南 昆明 650031）

0 引言

在印刷過程中需用到一種版輥，其版基為鋼輥，由圓筒狀版面車削止口并做動平衡后和兩端的堵焊接在一起構(gòu)成。 在鋼輥制成后，還需對其進行精車（或外圓磨）、鍍銅、研磨等加工作業(yè)，達到研磨尺寸和粗糙度指標后，再進行電子雕刻，最后進行鍍鉻、拋光等工序，才能完成整個版輥的生產(chǎn)加工過程。工序比較多，現(xiàn)有加工方式是在多個單機上操作完成的，生產(chǎn)效率低，人員勞動強度大。

隨著工業(yè)4.0 時代的到來， 制造企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)日趨嚴峻。 一方面，市場對產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率的要求越來越高，另一方面，用工成本日益增長，產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和自動化水平的提升，特別是“機器換人”已經(jīng)成為了勢不可擋的趨勢。很多國內(nèi)工廠已經(jīng)開始采用無人車間，實現(xiàn)無人化管理、生產(chǎn)模式，建立完整的機器人自動上下料生產(chǎn)線，可以很好地解決許多生產(chǎn)線上因勞動強度大、生產(chǎn)效率低和安全風(fēng)險高等問題帶來的生產(chǎn)停滯，在焊接、裝配、搬運、切割、碼垛等復(fù)雜或勞動強度大重復(fù)單調(diào)的作業(yè)領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用。

而在制版行業(yè)卻未能應(yīng)用。 國內(nèi)制版機產(chǎn)品在制作加工過程中的機械化、自動化水平普遍不高，從而限制了制版行業(yè)的生產(chǎn)效率。 針對制版機加工過程中人工操作較多的環(huán)節(jié)，進行多種設(shè)備及工業(yè)機器人的集成應(yīng)用，組成自動化生產(chǎn)線，提高版輥加工的自動化水平，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)的統(tǒng)一，提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率。 版輥生產(chǎn)中引進機器人來代替人工作業(yè)也將成為其發(fā)展的必然趨勢。

1 版輥（軸類）零件的加工分析

版輥是典型的軸類零件， 由鋼輥和兩端的堵頭焊接而成。俗話說，印刷品質(zhì)量“三分在印刷，七分靠制版”。由于制版決定印刷的品質(zhì)，對版輥的制作就尤為重要。 為達到尺寸精度和粗糙度指標， 有軸印版制作加工工藝流程見圖1。

圖1 版輥加工工藝流程Fig.1 Plate roller processing process

2 自動化生產(chǎn)加工方案

根據(jù)加工工藝流程分析，擬定方案整體布局。

2.1 方案布置

整個自動化生產(chǎn)分12 個區(qū)域（見圖2）布置，鋼管上料區(qū)通過輸送線將鋸切好的管料送至鋼管加工區(qū)； 鋼管加工區(qū)布置有物流機器人、2 臺車床、1 臺鏜床、1 套動平衡裝置和貼片機器人；堵頭加工區(qū)由胚料庫、行架機器人裝置、上下料工業(yè)機器人和2 臺車床組成；組裝區(qū)由六軸伺服組裝裝置（專用定制化設(shè)計）和重力式料倉組成；焊接區(qū)由焊接機器人和變位機組成；版輥加工區(qū)由定制的雙頭車、車銑復(fù)合中心、外圓精密磨床及研磨機組成；二次動平衡；返修區(qū)布有車磨中心和物流機器人；物流機器人負責(zé)返修區(qū)和打標區(qū)的物料傳遞；在打標區(qū)、電鍍區(qū)、雕刻區(qū)和成品包裝區(qū)布有AGV 小車，負責(zé)物料的輸送。各部件功能見圖3。

圖2 整體布置圖Fig.2 Overall layout

圖3 各部件功能圖Fig.3 Functional diagram of each component

2.2 工藝流程

（1）鋼管經(jīng)鋸床定尺下料后經(jīng)電動輥道送入鋼管加工區(qū)， 由物流機器人抓取并送入相應(yīng)設(shè)備依次進行：A1 車兩端止口→A2 車外圓→A3 鏜內(nèi)孔→A4 一次動平衡并根據(jù)動平衡結(jié)果計算所需貼片重量、貼片位置→A5 自動貼片機器人抓取所需重量的貼片并貼入管料內(nèi)壁。 然后由物流機器人送入重力式料倉待用。

（2）軸堵毛坯由工人分類放入軸堵坯料庫，桁架機械人根據(jù)需求抓取軸堵坯料并送到車削上料位置， 再由工業(yè)機器人抓取左軸堵坯料送到B1 處進行車削加工，右軸堵送到B2 處進行車削加工，加工好的軸堵由機器人送到其對應(yīng)的輸送帶分別送到管料兩端待用。

（3）六軸伺服組裝裝置的中部抓取機構(gòu)從重力式料倉中抓取管料放到其壓裝位置， 兩端軸堵抓取機構(gòu)從輸送帶抓取軸堵， 通過六軸伺服驅(qū)動配合液壓缸把軸堵壓入鋼管兩端，然后送到焊接工位。

（4）焊接工位由一臺焊接機器人和一套變位機組成，可自動完成兩端軸堵焊接。

（5）焊好的工件由工業(yè)機器人送到相應(yīng)設(shè)備依次進行：C1 精車版面外圓， 兩端軸→C2 軸端車平， 鉆攻兩端螺孔，銑鍵槽，此設(shè)備為定制中驅(qū)動雙頭車床。 刀架安裝動力銑刀完成鍵槽加工→C3 外圓磨床磨削版面→C4 研磨機床研磨版面→C5 二次動平衡， 合格工件輸送到下工序，不合格零件放入剔除輥道等待處理。

（6）物流機器人抓工件送到打標機位置打版號后放入電動小車， 電動小車把工件送到電鍍池旁邊的保護套安裝工位安裝保護套，保護套用于保護兩端軸不被電鍍，保護套放在專用的保護套庫中， 可根據(jù)版輥型號自動選擇匹配的保護套自動安裝。

（7）電鍍。

（8）電鍍好的工件通過AGV 小車運輸?shù)诫娮拥窨虆^(qū)進行研磨，雕刻。

最后印版鍍硬鉻， 打磨并總檢合格后送到自動包裝區(qū)進行成品包裝。

3 結(jié)束語

現(xiàn)有技術(shù)凹印版輥的機械加工通常是在多個單機上操作完成的， 版輥中間和轉(zhuǎn)運也是人工使用吊車上下工件。這種加工方法存在的問題是：①生產(chǎn)的自動化程度不高，生產(chǎn)效率低；②人工成本高，人員勞動強度大；③由于工序比較多，生產(chǎn)信息不流暢。本方案采用物流機器人增配行走軸進行自動上下料完成印版基體的自動加工，采用AGV 小車代替人工在不同工作區(qū)域進行物料轉(zhuǎn)運，可很大的降低人工成本，減輕人員勞動強度。通過專門研制的自動壓裝機，專用中驅(qū)動雙頭車床，電鍍保護套庫，使生產(chǎn)工序得到簡化，生產(chǎn)效率得以提高。 整套方案實施下來可最大程度的提升制版行業(yè)版輥生產(chǎn)過程的自動化水平，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響， 在制版行業(yè)具有一定的應(yīng)用價值。