数控及自动化技术在托辊生产线的应用及创新.doc

数控及自动化技术在托辊生产线的应用及创新作者：孟文俊 王凤岐1 托辊及托辊加工制造的现状托辊是带式输送机上的主要部件，带式输送机是散料运输设备中的重要一员。随着散料运输的发展，托辊的制造技术，已经成为制约带式输送机发展的瓶颈之一，越来越引起业界的高度重视。托辊制造装备及工艺严重滞后时代的发展。机械制造的许多领域已经进入了加工中心时代，而托辊加工还停留在普通专用机床或半自动化阶段，加工质量低，劳动强度大，生产效率低。目前国内托辊生产线及工艺，基本是上个世纪80年代的传统技术及工艺，近年来，虽然有所提升，但总体性能及工艺，已经落后于时代的发展。鉴于现状，有必要研究开发托辊数控自动化生产线，提升托辊的制造水平。山西顾德公司开发的托辊数控自动化生产线，解决托辊制造装备及工艺严重滞后时代发展的问题，采用了数控技术、自动化技术和新的工艺方法，实现了关键配合尺寸的全数控加工，实现了全部环节的自动化。2 托辊数控自动化生产线技术方案2.1总述托辊数控自动化生产线（简称：生产线）含有辊皮加工、托辊轴加工、辊子压装。特点是自动化程度高，操作调试方便，整线3名主操作人员，用工少，劳动强度低，生产效率高，产量大。制造质量基本不受操作人员技术水平影响，产品质量是由设备、设计、工艺及系统程序保证；采用了多项原创专利技术。见图1主要分为三大部分，即：托辊辊皮加工中心、托辊轴数控自动化生产线、托辊自动压装线。每大部分可以单独作为生产线使用，也可以三大部分联动工作。生产线设集中控制和单机控制，各工位的生产状态集中显示。在集中控制系统中可实时显示各工位的生产状态、产量等内容。集中控制柜现场摆放，现场操作站集中控制。预留数据接口，可实现中心机房控制，设西门子S7-300主站。生产线具有现场操控和远方操控功能。远方操控能完成控制、监视、监测、编程、生产统计等人机对话功能。辊体加工范围89159，长度2501600，生产能力：500标准支/8h（以108 L=250-465为标准），班用工3人，临时辅助人员现场调派。图1 托辊数控自动化生产线2.2生产线主要配置托辊辊皮加工中心包括的设备有：储管自动给管架、托辊管切断数控机床、托辊管数控镗孔机床、吹屑部件、自给轴承座托辊双头焊接数控机床、3工位4点3维式平移机械手、轴承座自动给料装置、集成控制操作系统、集成液压系统、集成气动系统等。托辊轴数控自动化生产线包括的设备有：托辊轴铣断数控自动化机床、托辊轴铣扁铣槽专用机床、托辊轴平头倒角切槽数控机床、托辊轴双端钻孔钻中心孔自动机床、托辊轴毛刺双端打磨专用自动机床、平移机械手总成、集成控制操作系统、集成液压系统、集成气动系统等。托辊自动压装线包括的设备有：辊体、轴自动整料储料架、托辊辊体、轴自动上料架、辊体-托辊轴穿合机、数控托辊压装机床1、上料数控专用机械手1、数控托辊压装机床2、上料数控专用机械手2、托辊轴用挡圈自动压装机床、（7）托辊三项性能数控检测机、（8）托辊光纤激光打标机、4工位平移机械手、控制系统、气动系统。2.3生产线工艺流程图2 生产线工艺流程图3 加工单元3.1托辊辊皮加工中心托辊辊皮加工中心是由：储管架、切断部件、双端面成型刀镗孔部件、吹屑部件、焊接部件、三点式机械手部件、电气部件、气动部件、液压部件，共十大部件组合而成。将目前托辊辊皮加工的三个独立工序及设备集约为一个中心，实现了上料和辊皮流转环节的自动化，完成了切管、镗孔、轴承座自动供给、把轴承座焊接到管体。标准辊皮的生产周期1分钟，班产能500标准支（以108 L=250-465为标准）。操作人员由原来的3人以上，减少到了1人，由半机械化实现了3个加工工位自动联动加工，降低了人工费用，提高了生产效率。见图3主要优点是，把产品的质量控制，由操作人员的技能掌控，完全转化成了由设备及程序来保障，提高了产品的优质率。由该生产线生产加工的托辊，圆径向跳动量、轴向串动量、阻力数值大大降低，优于GB/T105952006国家标准，而目前国内的托辊专用设备无法保证上述指标。图3 托辊辊皮加工中心3.2托辊轴数控自动化生产线托辊轴数控自动化生产线采用模块化设计，控制灵活，自动上料，1人操控，关键尺寸误差0.05，能满足国内各型托辊轴的加工需要，班产量500支。见图4（1）加工范围：20-40MM、长度250-2400，总功率：58KW，液压系统压力：6.3Mpa，气动系统压力：0.6-0.8 Mpa，电器控制系统由触摸屏、PLC、伺服、变频器等组成。（2）托辊轴铣断数控机床：锯片直径250-285，5.5KW变频调速，伺服电机数控定尺送料，每次送料长度02500，长度误差0.05，液压夹紧，气动翻转整理。（3）托辊轴铣扁铣槽专用机床：铣双槽功能由4台3KW电机驱动，托辊轴两端同时铣双槽一次完成，变频调速进刀；铣双扁功能由2台5.5KW电机驱动，托辊轴两端同时铣双扁一次完成，变频调速进刀，液压夹紧。 图4 托辊轴数控自动化生产线（4）托辊轴平头倒角切槽数控机床：采用专利技术，全数控双头平端面、倒角、车槽一次全自动完成，液压夹紧，变频调速，采用数控车刀加工，精度高耐用度高，换刀方便，长度误差0.05；1台设备完成了传统设备2台的功能，同时还提高了产能2倍，深受用户好评。（5）托辊轴双端钻孔钻中心孔自动机床：双端钻孔实现了各型铰接托辊轴双端同时自动钻孔，提高了功效，此功能是选项功能，在操控站可以方便启用和关闭；钻中心孔是完成托辊轴两端打中心孔，中心孔是托辊自动压装的工艺孔。（6）托辊轴毛刺双端打磨专用自动机床：千叶砂轮可调速，电机功率2X0.3KW；公转机构变频器无极调速，电机功率2 X1.1KW。采用PLC编程技术,自动完成各个动作，包括各个电机的启动、调速、转换，液压站的控制，位置控制等。是我公司独创的新工艺设备，解决了托辊装配时，把加工毛刺带进轴承内，造成质量问题。操控便捷，自动化程度高。（7）工位6点4维平移机械手：完成平移、升降、抓取、定位功能，全国独创多项专利。本机结构简单可靠，效率高造价低，性价比高。3.3托辊自动压装线 辊体-轴自动整料储料架、托辊辊体-轴自动上料架、辊体-托辊轴穿合机、2台数控托辊压装机床、托辊轴用挡圈自动压装机床、2台上料专用数控机械手、托辊三项性能数控检测机、托辊光纤激光打标机、4维平移机械手、电控柜、操作站等组成。5见图图5 托辊自动压装线辊体-轴自动整料储料架，承接前面工序加工好的托辊辊体和托辊轴，按要求完成自动整理定位，同时也起到了上述两种工件的缓冲储备作用。托辊辊体-轴自动上料架，把整理好的辊体、轴，自动拿取并搬运，搬运到辊体-托辊轴穿合机的设定工位，然后实现辊体与托辊轴的自动穿合。穿合好的辊体和托辊轴，由4平移机械手的1号手指抓取并搬运到数控托辊压装机床1。上料专用数控机械手自动一次性完成从内密封轴承的库里拿取、安放到数控托辊压装机床的压具上，然后数控托辊压装机床再自动完成压装。托辊三项性能数控检测机自动同步完成对托辊的检测，3项指标分别是径向圆跳动量、阻力和轴向穿动量，自动生成托辊编号和检验报告。不合格托辊自动挑拣处理。外密封的拿取、安放、压装同上。托辊轴用挡圈自动压装机床，设有轴用挡圈库，实现了把轴用挡圈自动安装到托辊轴两端上。托辊光纤激光打标机实现对托辊的打标，标的内容有品牌、托辊编号等内容。4维平移机械手的1号手指工作在辊体-托辊轴穿合床 与数控托辊压装机床1之间2个工位上； 24号手指也分别工作在指定的2个工位上。见图3，托辊自动压装线由PLC控制，安设在控制箱内，经过操作站操控。设有单机控制和集中自动控制，操控灵活。4生产线主要创新点及效益（1）高精度：托辊辊皮加工采用数控技术，安装轴承座的止口档距精度为0.05。采用了管子定位纠偏专利技术（专利号ZL201320885767.8托辊辊皮加工自动定位夹持装置），即用2只托辊辊皮加工自动定位夹持装置，以管子的外皮定位然后两端镗孔，修正了管子的跳动量，克服了目前常规专用车孔设备加工误差，托辊的圆径向跳动量控制在0.5以下。（2）自给轴承座托辊双头焊接数控机床实现了托辊轴承座的自动喂给，节约人工。（专利申请号201511013214.3托辊辊体加工自动上轴承座机构及方法）（3）辊皮数控组合加工中心的主要技术特点：采用3工位4点式平移机械手，实现工件在各工位之间的转运，节省了人工，提高了产能；辊皮镗孔采用多刃式成型镗孔刀，保证了孔的精度和一致性。（4）自动穿轴装配，采用自动穿轴方法代替手工穿轴，长径比i=0.0022 ，【计算公式：i=(D-d)/ L ，D为孔径mm,d为轴径mm，L为轴长mm】节约人工、提高功效8倍，实现了穿轴自动化。（5）数控压装内外密封、轴承、轴用挡圈，压装行程数字设定，输入方便，精度高。避免了传统液压压装行程精度不准确，造成密封与轴承完全接触后卡死不转的现象（发明专利：201310737964.X 一种托辊数控压装装置）。（6）托辊轴铣扁铣槽采用盘式铣刀，比传统的棒铣刀提高了功效，提高了刀具的寿命。（7）全自动数控托辊轴双头平端面、倒角、车槽一次加工完成，尺寸精准（专利申请号201511011579.2一种托辊轴数控加工机构及方法）。（8）托辊轴双端钻孔，实现了各型铰接托辊轴双端同时自动钻孔，提高了功效。（9）托辊轴毛刺双端打磨专用自动机床，解决了托辊装配时，把加工毛刺带进轴承内，造成质量问题（专利申请号201511006302.0托辊轴毛刺打磨机构及方法）。（10）托辊轴用挡圈自动压装机构及压装方法，解决了人工装设轴用挡圈效率低下的问题（专利申请号201511002163.4托辊轴用挡圈自动压装机构及压装方法）。（11）实现各工位间工件转运的各种平移机械手（专利申请号201