齒圈類零件的在線檢測及校正生產(chǎn)線的設(shè)計

2019-12-30    click: 5266

摘要：針對汽車、摩托車齒輪生產(chǎn)企業(yè)大批量齒圈生產(chǎn)現(xiàn)場，根據(jù)齒圈薄壁類零件的易變形特點(diǎn)，本文在流水線化測量概念的基礎(chǔ)上，設(shè)計了齒圈變形量測量、材料缺陷檢測、自動校圓、分選一體化生產(chǎn)線。該檢測生產(chǎn)線是應(yīng)江蘇馳翔精密齒輪有限公司要求而設(shè)計和制造。生產(chǎn)線由上料及工件傳輸模塊、測量模塊-校圓模塊、渦流探傷模塊、出料模塊及各種控制單元組成。生產(chǎn)線的測量模塊和校圓模塊配合動作，測量模塊采用雙面嚙合原理快速定位齒圈的超差位置，校正模塊隨即在該位置校圓齒圈偏差，實(shí)現(xiàn)齒圈在制造現(xiàn)場的快速檢測與校正。

關(guān)鍵詞：流水線 齒圈缺陷 調(diào)圓 測量 雙面嚙合原理

0 引言

  隨著汽車及摩托車齒輪制造業(yè)的快速發(fā)展，專業(yè)齒圈生產(chǎn)廠已越來越多。同時也引進(jìn)了不少國外的先進(jìn)齒圈制造工藝、技術(shù)、裝備。所生產(chǎn)產(chǎn)品的品種和質(zhì)量基本滿足了國內(nèi)中低檔轎車及摩托車的要求。但是，目前國內(nèi)生產(chǎn)的齒圈測量儀器的測量功能單一，自動化程度低，測量速度慢。另一方面，汽車行業(yè)的發(fā)展加速了齒圈生產(chǎn)的節(jié)拍。上述傳統(tǒng)齒輪測量儀器難以滿足高質(zhì)量齒圈生產(chǎn)節(jié)拍、快速檢測需求。齒圈薄壁類零件在熱處理過程中易發(fā)生變形，為提高零件利用率，需要對熱處理后的零件進(jìn)行校正工序，以使零件滿足使用要求。在大批量生產(chǎn)條件下，如何能實(shí)現(xiàn)齒輪的高精度快速檢測，并結(jié)合校正功能、探傷檢測功能等，形成真正的自動測量生產(chǎn)線，有效降低廢品率，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，已成為提升產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

  變速箱齒圈是重要的動力傳輸零部件。本項目所述的齒圈測量生產(chǎn)線是應(yīng)江蘇馳翔精密齒輪有限公司對變速箱齒圈檢測的要求而設(shè)計?？蓪?shí)現(xiàn)在線測量齒圈徑向誤差（齒厚、徑向綜合偏差、徑向跳動等）及時效裂紋檢測等。本生產(chǎn)線以精密測量技術(shù)為基礎(chǔ)，基于雙面嚙合的快速特點(diǎn)，測量出齒圈徑向誤差，根據(jù)測量結(jié)果對被測齒圈進(jìn)行實(shí)時機(jī)械校正；與此同時，探傷模塊對齒圈進(jìn)行缺陷檢測，分選出有時效裂紋等嚴(yán)重缺陷的零件。實(shí)現(xiàn)了齒圈高質(zhì)量流水線化生產(chǎn)，為解決齒圈大批量生產(chǎn)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究對象。

1 設(shè)計方案

  本項目的生產(chǎn)線是用于生產(chǎn)現(xiàn)場快速測量-校圓、探傷檢測、分選一體化的設(shè)備，該設(shè)備集合計算機(jī)多點(diǎn)控制、精密測量技術(shù)、傳感器、電動和氣動驅(qū)動、渦流探傷技術(shù)等多項先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)被測工件自動上下料、分度圓齒圈徑向跳動自動測量-校圓、探傷、分選及自動裝箱等功能。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、出料模塊及控制單元組成。如圖2所示，桁架式機(jī)械手有2個氣爪，可實(shí)現(xiàn)沿X方向運(yùn)動、Z方向運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。測量模塊中測量軸系可實(shí)現(xiàn)Z方向運(yùn)運(yùn)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。校圓模塊伺服壓機(jī)可實(shí)現(xiàn)X方向運(yùn)動。








生產(chǎn)線運(yùn)作流程如圖3所示，齒圈由人工放到平頂鏈輸送機(jī)上，通過輸送機(jī)依次移動到一個固定位置，氣缸將工件升起，手指氣缸抓住工件，提起，旋轉(zhuǎn)180°，放至主軸上的三爪氣缸中，內(nèi)孔漲緊定位齒圈。標(biāo)準(zhǔn)軸系沿Z方向下降，并與工件嚙合，主軸旋轉(zhuǎn)帶動被測齒圈和標(biāo)準(zhǔn)齒輪嚙合旋轉(zhuǎn)，標(biāo)準(zhǔn)齒輪安裝在測量滑板上，滑板隨嚙合中心距的變化而浮動，光柵讀數(shù)系統(tǒng)采樣，通過計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到相對于本身分度圓的齒圈徑向跳動，當(dāng)其小于等于0.02mm時，即為合格。合格的工件由桁架式機(jī)械手將其擺放到指定的零件周轉(zhuǎn)箱里，超差的工件經(jīng)3次校圓，仍然不合格的，直接將其扔到廢品盒。當(dāng)合格品運(yùn)輸盒裝滿時，輸出熟料機(jī)移動一個周轉(zhuǎn)盒的位置，將裝滿零件的周轉(zhuǎn)盒移動輸送機(jī)前端，并由人工搬走周轉(zhuǎn)箱，下一個周轉(zhuǎn)箱運(yùn)至裝箱位置。

1.2.1上料及工件傳輸模塊

  進(jìn)料機(jī)構(gòu)是一條平頂鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，其尾端有氣缸升降裝置；功能為輸送工件輸送至機(jī)械手抓取位置，通過升降裝置控制工件的高度，工件傳輸部分由直線模組、機(jī)械手等組成。

1.2.2測量模塊-校圓模塊

  基于雙嚙合測量原理，采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪修正技術(shù)，預(yù)先修正由于標(biāo)準(zhǔn)齒輪偏心所引起的誤差，利用計算機(jī)控制及誤差處理補(bǔ)償方法對測量結(jié)果進(jìn)行修正。如圖4所示，首先將被測齒輪和測量齒輪安裝于固定基座和滑板上。電機(jī)帶動兩齒輪滾動，以被測齒輪回轉(zhuǎn)軸線為基準(zhǔn)，用徑向拉力彈簧使被測齒輪與測量齒輪作無側(cè)隙的雙面嚙合傳動，被測齒輪的雙嚙偏差轉(zhuǎn)化為中心距的連續(xù)變動記錄成徑向綜合曲線。



    測量機(jī)構(gòu)由高精度精密旋轉(zhuǎn)主軸、閉環(huán)步進(jìn)伺服電機(jī)、行星齒輪減速機(jī)、三爪氣缸等組成。如圖4所示，測量系統(tǒng)主要由運(yùn)動控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、高精度浮動滑板、高精度開放式光柵測微系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)齒輪精密軸系、針式氣缸等組成。該模塊運(yùn)動形式主要由軸系的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和三爪氣缸的徑向運(yùn)動。齒圈運(yùn)輸至該模塊時，控制針式氣缸，測力彈簧帶動浮動滑板和標(biāo)準(zhǔn)齒輪向后移動，使標(biāo)準(zhǔn)齒輪與齒圈雙面嚙合，計算機(jī)控制閉環(huán)步進(jìn)伺服電機(jī)通過精密旋轉(zhuǎn)主軸帶動工件轉(zhuǎn)動，浮動滑板隨著雙嚙中心距的變化而變化，光柵測微系統(tǒng)固定在基座上，并與浮動滑板產(chǎn)生相對變動量。計算機(jī)對變動量進(jìn)行處理，如果，判定為合格，＞0.02mm，計算機(jī)控制閉環(huán)步進(jìn)伺服電機(jī)，將高點(diǎn)旋轉(zhuǎn)到伺服壓機(jī)對應(yīng)的位置，氣動三爪松開，由伺服壓機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行校正，校圓完成后氣動三爪重新漲緊，再進(jìn)行一次測量。





  如圖6所示，校園部分主要由伺服壓機(jī)調(diào)直部分和弧形定位裝置等組成。伺服壓機(jī)調(diào)直系統(tǒng)主要由運(yùn)動控制系統(tǒng)、折返式伺服電動缸、弧形定位裝置、位移顯示系統(tǒng)等組成。該模塊運(yùn)動形式有伺服壓機(jī)的水平運(yùn)動，軸系的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動?；⌒味ㄎ谎b置是由弧形定位塊、斜切機(jī)構(gòu)、移動滑臺、推動氣缸組成，氣缸推動斜切機(jī)構(gòu)向圖中所示方向移動，使弧形定位塊向與斜切運(yùn)動方垂直的方向運(yùn)動。通過弧形定位塊與硬擋的接觸來定位要調(diào)圓的齒圈，把齒圈高點(diǎn)旋轉(zhuǎn)至伺服壓力塊對應(yīng)位置，計算機(jī)控制電動缸對齒圈施加壓力，標(biāo)準(zhǔn)齒輪帶動浮動滑板移動，當(dāng)光柵讀數(shù)達(dá)到計算機(jī)設(shè)定時，電動缸停止施加壓力，恢復(fù)到初始位置，重復(fù)上述測量過程。

1.2.3渦流探傷模塊

  配置SZT-378雙通道在線檢測高速渦流探傷儀，由于8AT032703057被測齒圈寬度較大，采用2組探頭同時進(jìn)行測量，測量齒圈徑向跳動的同時進(jìn)行非接觸式的無損探傷測量，發(fā)現(xiàn)裂紋的齒圈，直接放入廢品箱。

1.2.4出料分選模塊

  出料機(jī)構(gòu)是由X方向運(yùn)動的直線模組和一條皮帶式輸送機(jī)組成。桁架式機(jī)械手沿X方向運(yùn)動到測量完成的齒圈上方，氣爪抓住齒圈，向X+向運(yùn)動，如果是廢品，機(jī)械手直接把它放到廢品箱。如果是合格品，依次將其擺放到運(yùn)輸盒內(nèi)。運(yùn)輸盒由客戶方提供，每裝滿一排時，輸送機(jī)向Y-方向移動被測齒圈的位置，如圖1所示。運(yùn)輸盒裝滿時，輸出輸送機(jī)向Y-向移動一個周轉(zhuǎn)箱的位置。將裝滿零件的周轉(zhuǎn)盒移動至輸料機(jī)最前端，放在輸料機(jī)后部空的周轉(zhuǎn)盒進(jìn)入到裝箱位置并開始裝箱，整臺輸送機(jī)上放3個周轉(zhuǎn)箱。

2 電氣及控制系統(tǒng)

  基于經(jīng)濟(jì)實(shí)用、快速檢測、操作方便、性能可靠及面向現(xiàn)場(車間)用戶使用的設(shè)計原則,變速箱齒圈在線快速缺陷測量的測量基準(zhǔn)選用了美國MicroE公司生產(chǎn)的體積小、重量輕、高速度、安裝快速、調(diào)整方便、可靠性高的長度光柵；運(yùn)動控制系統(tǒng)采用日本SMC的氣缸、閥門及其開關(guān)、儀表；交流侍服電機(jī)及控制器及運(yùn)動控制卡選用日本松下產(chǎn)品。

  測量過程如圖7所示。

  軟件系統(tǒng)架構(gòu)能夠直觀的顯示儀器的執(zhí)行流程。具有參數(shù)輸入、數(shù)據(jù)管理、誤差評值及統(tǒng)計分析（CP、CPK值）等功能。在每個測量動作進(jìn)行時，軟件界面上與該動作對應(yīng)的燈會顯示為點(diǎn)亮狀態(tài)。測量軟件可以進(jìn)行的誤差處理操作有：對采樣值進(jìn)行齒圈誤差處理，得到雙嚙中心距誤差變動分解曲線。根據(jù)客戶需求只需顯示齒圈徑向跳動   ，也可得到徑向綜合總偏差   、一齒徑向綜合偏差   、齒圈徑向跳動   、齒厚偏差等。并能統(tǒng)計齒圈的測量總數(shù)、裝箱數(shù)量、不合格數(shù)量及不合格率。實(shí)測齒輪工件曲線如圖8所示。








3 總結(jié)

  隨著汽車行業(yè)自動化水平的不斷提高，一些傳統(tǒng)的檢測方式已不能適應(yīng)高節(jié)拍、柔性化的生產(chǎn)需求。變速箱齒輪的質(zhì)量與汽車的震動、噪音等密切相關(guān)。為保證齒輪制造的質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)齒輪100％在線檢測，這種智能化生產(chǎn)線檢測一體化的綜合檢測方式已成為控制齒輪質(zhì)量的最佳檢測方式，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線的自動化產(chǎn)業(yè)升級。在這種智能制造模式下，產(chǎn)品質(zhì)量更有保證、同時還提高了效率、降低了成本。




參考文獻(xiàn)：

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