齒圈（quān）類零件的在線檢測及（jí）校正生產線的設計

2019-12-30    click: 6112

摘要：針對汽車、摩托（tuō）車齒輪生產企業大批量齒圈生產現場（chǎng），根據齒圈薄壁類零件的易變（biàn）形特點，本文（wén）在流水線化測量概念的（de）基礎上（shàng），設計了（le）齒圈變形量測量、材料缺陷檢（jiǎn）測、自動校圓（yuán）、分選一體化生產線。該檢（jiǎn）測生產線是應江蘇馳翔精密齒輪有限公司（sī）要求（qiú）而設計和製造。生產線由上料及工件傳輸模塊、測量模塊-校（xiào）圓模塊（kuài）、渦（wō）流探傷模塊、出料模（mó）塊及各種控製單元組成（chéng）。生產線的測量模塊和校圓（yuán）模塊配合動作，測量模塊（kuài）采用雙麵齧合原理快速定位齒圈的超差位置，校正模塊（kuài）隨即在該位（wèi）置校圓齒圈偏差，實現齒圈在製造現場的快速（sù）檢測與校正。

關鍵（jiàn）詞：流水線 齒（chǐ）圈缺陷 調圓 測量 雙麵（miàn）齧合原理

0 引言

  隨著汽車及摩托（tuō）車齒輪製造業的快（kuài）速發展，專（zhuān）業齒圈生產廠已越來（lái）越多。同時也引進了不少國外的先（xiān）進齒圈製（zhì）造工藝、技術、裝備。所生產產品（pǐn）的（de）品種和質量基本滿足了國內中低檔轎車及摩托車（chē）的要求（qiú）。但是，目前國內生產的齒圈測量儀器的測量（liàng）功能單（dān）一，自動化程度低（dī），測量速度慢。另（lìng）一方麵，汽（qì）車行業的發展加速了齒圈生產的節拍。上述傳統齒輪（lún）測（cè）量儀器難以滿足（zú）高（gāo）質量齒圈生產節拍（pāi）、快（kuài）速檢測需求。齒圈薄壁類零件在熱處理過程中易（yì）發生變形，為提高零件利用率，需要對熱處理（lǐ）後的零件進行校正工序，以使零件滿足使用要求（qiú）。在大批量生產條件下，如何能實現齒輪的高精度快速檢測，並結合校正（zhèng）功能、探傷檢測功能（néng）等，形成真正的自動測量生產線，有效降低廢品率，提高產品生產效率（lǜ），已成為提升產品（pǐn）質（zhì）量的關鍵。

  變速箱齒圈是重要的動力傳輸（shū）零部件。本項目所述的齒圈測量生產線是應江蘇馳翔精密齒（chǐ）輪有限公司對變（biàn）速箱齒圈檢測的（de）要求而（ér）設計（jì）。可（kě）實現在線（xiàn）測（cè）量齒圈徑向誤差（齒厚、徑向綜合偏差、徑向跳動等）及時效裂紋檢測等。本生產線以精密測量技術為基礎，基於雙麵齧合的快速特（tè）點，測量出齒圈徑向誤差，根據測量結果對被測齒圈進行實時機械校正；與此同時，探傷模塊對齒（chǐ）圈進行缺陷檢測，分（fèn）選出有（yǒu）時效裂紋等嚴（yán）重缺陷（xiàn）的零件。實（shí）現了齒（chǐ）圈高質量流水線（xiàn）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齒圈分度圓徑向跳動的測量為研（yán）究對象。

1 設計方（fāng）案

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








生產線運作流程如圖（tú）3所示，齒圈由人工放到平頂鏈輸（shū）送機上（shàng），通過輸送機依次移動到一（yī）個固定位（wèi）置（zhì），氣缸將工件升起，手指氣缸抓住工件，提起，旋轉180°，放至主軸上的三（sān）爪氣缸（gāng）中，內孔漲緊定位齒圈（quān）。標準軸係（xì）沿Z方向下（xià）降，並（bìng）與工件（jiàn）齧合，主軸旋轉帶動被測齒圈和標準齒輪齧合旋（xuán）轉，標準齒輪安裝在測（cè）量滑（huá）板上（shàng），滑板隨齧（niè）合（hé）中心距（jù）的變化而浮動，光柵讀數係統采樣，通過計算機對（duì）數據進行處理，得到相（xiàng）對於本身分度圓的齒圈徑向跳動，當其小（xiǎo）於（yú）等於0.02mm時，即為合格。合格的工件由桁（héng）架式機械手將其擺放到指定的零件周轉（zhuǎn）箱裏，超（chāo）差的工件經3次校圓，仍然不合格的（de），直接將其扔到廢品盒。當合格品運輸盒裝滿時，輸出熟料機移動（dòng）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（rén）工搬走周（zhōu）轉箱，下一個周轉箱運至裝箱位置。

1.2.1上料及工件傳輸模塊

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

1.2.2測量模塊（kuài）-校圓模塊

  基於雙齧合測量原理，采用標準齒輪修正技術，預先修正由於標準齒輪偏心所引起的誤差，利用（yòng）計算機控製及誤差處理補償方法對測量結果進行（háng）修正。如圖4所示，首先將被測齒輪和（hé）測量齒輪安裝於固（gù）定（dìng）基座和滑板上。電機帶動兩齒輪滾動，以被測齒輪回（huí）轉軸線為基準，用徑向拉力彈簧使被測齒輪（lún）與測量齒（chǐ）輪作無側隙的雙麵齧合傳動，被測齒輪（lún）的雙齧（niè）偏差轉化為中心（xīn）距的連（lián）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（lún）減速機、三爪氣缸等組成。如圖4所（suǒ）示，測量係統主要由運動控製係統、數（shù）據采集係統、高精度浮動滑板、高精度開放（fàng）式光柵測微係統（tǒng），標（biāo）準齒輪精密軸係、針式氣缸等組成。該模塊運動形式主要由軸係的旋轉運動和三爪氣缸的徑向運動。齒圈運輸至該模塊時，控製針式氣缸（gāng），測力彈簧帶動（dòng）浮（fú）動滑板和標準齒輪向後移動，使標準齒（chǐ）輪與齒（chǐ）圈雙麵齧合，計算機控製（zhì）閉環步進伺服電機通過精密旋轉主軸帶動工件轉動（dòng），浮動滑板隨著雙齧中心距的變化而變化，光柵測微係統固定在基座上，並（bìng）與浮動滑板產生相對變動量。計算機對變動量進行處理，如果，判定為合格，＞0.02mm，計算機控製閉環（huán）步進伺服電機（jī），將（jiāng）高點旋轉到伺服壓機對應的位置，氣動三爪鬆開，由伺（sì）服壓機係（xì）統進行校正，校圓完成後氣動三爪重（chóng）新漲緊（jǐn），再進行（háng）一（yī）次測量（liàng）。





  如圖6所（suǒ）示，校園部分（fèn）主要由（yóu）伺服壓（yā）機調直部分和（hé）弧形定位裝置等組成。伺服壓機調直係（xì）統主要由運動控製係（xì）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（kuài）運動形式有伺服壓機的水平運動，軸係的（de）旋轉運動。弧形定位裝（zhuāng）置是由弧形（xíng）定（dìng）位（wèi）塊、斜切機構、移動滑台、推動氣缸組成，氣缸推動斜切機構向（xiàng）圖中（zhōng）所示方向移動，使（shǐ）弧形定位塊向與斜切運動（dòng）方垂直的方向運動。通過弧（hú）形定位塊與硬擋的接（jiē）觸來定位要調圓的齒圈，把齒圈高點（diǎn）旋轉至伺服壓力塊對應位置，計算機控製電動缸（gāng）對齒圈施加（jiā）壓力，標準齒輪帶動浮動滑板移動，當光柵讀數達到（dào）計算機設定時，電動缸停止施加壓力，恢複到初始位置，重（chóng）複上述測量過（guò）程。

1.2.3渦流探傷模塊

  配（pèi）置SZT-378雙通道在線檢測高（gāo）速渦流探傷儀，由於（yú）8AT032703057被（bèi）測齒圈寬度較大，采用2組探頭同時進行測量，測量齒（chǐ）圈徑向跳動的同時進行非接觸式的無損探傷測量，發現裂（liè）紋的齒圈，直接放（fàng）入廢品箱。

1.2.4出料分選模塊

  出料機構是由X方向運動（dòng）的直線模組（zǔ）和一條皮帶式輸送機組成。桁架式（shì）機械手沿X方向運動到測量（liàng）完成的齒圈上方，氣爪（zhǎo）抓住齒圈，向X+向運動，如果是廢品，機械手直接把它放到（dào）廢品箱（xiāng）。如（rú）果是合格（gé）品，依次將其（qí）擺放到（dào）運輸盒內。運輸盒（hé）由客戶方提（tí）供，每裝滿一排時，輸送機向Y-方向移動被測（cè）齒圈的位置（zhì），如圖1所示（shì）。運輸盒裝滿時，輸出輸送機向Y-向移動一（yī）個周（zhōu）轉箱（xiāng）的位置。將裝滿零件的周轉盒移（yí）動至輸料機最前端，放（fàng）在輸料機後部空的周轉盒進入到裝箱位置並開始裝箱（xiāng），整（zhěng）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（néng）可靠及麵向現場(車間)用（yòng）戶使用的設計原則,變速（sù）箱齒圈在線快速缺陷測量的測量基（jī）準選用了美國MicroE公司生產的體積小、重量輕、高速度、安裝快速、調整方便、可靠性高的長度光柵；運動控製係統采用日本（běn）SMC的（de）氣缸、閥門及其開（kāi）關、儀表；交流侍服電機及控（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（suǒ）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（lǐ）、誤差評值及統計分析（CP、CPK值）等功能。在每個測量（liàng）動作進行時，軟件界麵上（shàng）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（wù）差處（chù）理操作有：對采樣（yàng）值進行齒圈誤差處理，得到雙齧中心距誤差變（biàn）動分解曲線。根據（jù）客戶需求隻需顯示齒圈徑向跳動   ，也可得到徑向綜合總偏差   、一齒徑向綜合（hé）偏（piān）差   、齒圈徑向跳動   、齒厚偏差等（děng）。並能統計齒圈的測量總（zǒng）數、裝箱數量、不合（hé）格數量及不合格率。實測齒輪工件曲線如圖8所示。








3 總結

  隨著汽（qì）車（chē）行業自（zì）動化水平的不斷提高，一些傳統的檢測方式已（yǐ）不能適應高節拍、柔（róu）性化的生產需求。變速箱齒輪的質量與汽車的震動（dòng）、噪音等密切相關。為保證齒輪製造的質量和效率，實現齒輪100％在線檢測，這種智能化生產線（xiàn）檢測一體化的綜合檢測方式（shì）已成為控製（zhì）齒輪質量的最（zuì）佳檢測方式，實現了生產線的自動化產（chǎn）業升級。在這種（zhǒng）智能製造模式下，產品質量更有保（bǎo）證、同時還提高了效率、降低了成本。




參考文獻：

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[2]石照耀，曲宏芬，張萬年. 小模數齒輪單麵齧合測量（liàng）儀的設計[J]. 北京工業大學學報, 2011，

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