齒軸零件熱壓裝配工藝自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種過盈配合加工領(lǐng)域的自動化技術(shù)，具體是一種齒軸零件熱壓 裝配工藝自動化生產(chǎn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的輸入軸與主動齒壓裝，通常采用花鍵配合或直接采用一體式的設(shè)計。對于 一體式設(shè)計往往存在機加工工序過程中的干涉、制造難度提高、鍛件材料浪費、熱處理難度 大等缺陷。而花鍵壓裝的主要缺陷是增加花鍵制造及質(zhì)量控制的風(fēng)險。熱壓工藝相比現(xiàn)有 的解決方案來說，制造簡單，只需要對零件的內(nèi)孔和軸的外徑進行普通的磨加工，沒有特殊 工序，每個零件鍛造及制造難度降低、節(jié)省材料。
[0003] 熱壓的主要技術(shù)原理是：加熱孔類零件，由于均勻受熱內(nèi)孔漲大，計算及試驗分析 得出孔徑膨脹量，選擇適當(dāng)?shù)募訜釡囟?，同時采用熱壓設(shè)備壓入軸類零件。待零件自然冷卻 后，內(nèi)孔收縮，并緊固于軸上。通常兩配合零件所達到的過盈量，可以達到普通壓配零件的 數(shù)倍。這樣就滿足傳遞扭矩的要求，滿足產(chǎn)品設(shè)計的強度要求。
[0004] 經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN103261000A公開（公告）日 2013. 08. 21，公開了一種用于制造用于汽車的助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的組件的方法，該技術(shù)由 具有用于助力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)滑閥1扭桿的輸入軸和小齒輪軸構(gòu)成，所述的方法具有下述 步驟：制造具有設(shè)置為用于與扭桿3連接的孔9,10的輸入軸1和/或小齒輪軸2 ;其中：孔 9,10制成為相對于扭桿3的外直徑具有較小的尺寸；其中：較小的尺寸選擇為，使得在輸入 軸1和/或小齒輪軸2被加熱時或在扭桿3冷卻時，扭桿3能夠被引入到孔9,10中，并且 在輸入軸1和/或小齒輪軸2和扭桿3之間的溫度平衡之后，將扭桿3借助于過盈配合安 置在孔9,10中；產(chǎn)生溫度差，其中：扭桿3比輸入軸1和/或小齒輪軸2更冷；接合輸入軸 和/或小齒輪軸和扭桿；以及引起輸入軸1和/或小齒輪軸2和扭桿3之間的溫度平衡。
[0005] 但該技術(shù)的缺陷在于：1)小齒輪軸和扭桿之間接合期間的溫度差約為200? 300°C，加熱溫度過高，極易使零件產(chǎn)生熱處理回火，會降低零件表面硬度，影響使用性能； 2)采用液氮冷卻扭桿，液氮制備困難、價格高，而且運輸、貯存均有特殊要求，有一定的危險 性，不適合存放于操作人員眾多的生產(chǎn)現(xiàn)場；3)該技術(shù)中沒有小齒輪軸、扭桿等零件外徑 或孔徑的測量裝置，不合格零件混入后，無法正確安裝，從而不能滿足工藝要求；4)該技術(shù) 不具備二維碼讀取功能，零件孔徑、外徑、加熱時間、溫度等信息不可追溯；5)該技術(shù)未涉 及退磁單元，零件上會殘留感應(yīng)加熱后產(chǎn)生的磁性；6)該技術(shù)不能精確的控制加熱時間、 加熱溫度；7)未構(gòu)成系統(tǒng)，人工操作時因為溫度高，時間短，所以存在一定安全隱患，也給 零件質(zhì)量的穩(wěn)定帶來了不確定的因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種齒軸零件熱壓裝配工藝自動化生 產(chǎn)系統(tǒng)，能夠確保零件加熱溫度精準(zhǔn)可靠，大幅度縮短過盈配合安裝過程的時間，零件尺寸 合格且具有可追溯性，從根本上大幅度提高安裝準(zhǔn)確性和量產(chǎn)效率。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明包括：清洗機構(gòu)、齒輪加熱單元、軸冷卻單元、熱壓單元、冷卻退磁單元以及 三個六自由度機械手，其中：齒輪加熱單元、軸冷卻單元并列設(shè)置于清洗機構(gòu)和熱壓單元之 間，第一六自由度機械手位于齒輪加熱單元、軸冷卻單元和清洗機構(gòu)之間，第二六自由度機 械手位于齒輪加熱單元一側(cè)，第三六自由度機械手位于軸冷卻單元、熱壓單元和冷卻退磁 單元之間，通過三個六自由度機械手實現(xiàn)兩種齒輪零件的加熱、軸零件的冷卻以及該三個 部件的過盈裝配。
[0009] 所述的齒輪加熱單元包括：依次連接的齒輪上料裝置、齒輪檢測單元、齒輪加熱單 元，其中：齒輪上料裝置為帶有傳感器的兩個平行的齒輪上料料道；齒輪上料料道包括：平 行設(shè)置的第一齒輪齒輪上料料道和第二齒輪齒輪上料料道。
[0010] 所述的齒輪檢測單元包括：依次排列設(shè)置的二維碼讀取系統(tǒng)、齒輪內(nèi)徑測量工位、 不合格品料道和上色標(biāo)記工位。
[0011] 所述的齒輪加熱單元包括：帶有驅(qū)動裝置的水平線性導(dǎo)軌和垂直線性導(dǎo)軌、桁架 機械手、用于第一和第二齒輪的感應(yīng)加熱發(fā)生器以及加熱電阻、齒輪組合塔架。
[0012] 所述的垂直線性導(dǎo)軌、感應(yīng)加熱發(fā)生器、加熱電阻機構(gòu)和水平線性導(dǎo)軌依次排列 設(shè)置，用于分別加熱兩個齒輪的感應(yīng)加熱發(fā)生器、用于分別對已加熱的兩個齒輪進行保溫 的加熱電阻機構(gòu)以及組合塔架依次設(shè)置于水平線性導(dǎo)軌一側(cè)，齒輪組合塔架用于疊放溫度 達到加熱溫度要求的第一齒輪和第二齒輪。第三六自由度機械手順利抓取做準(zhǔn)備。
[0013] 所述的感應(yīng)加熱發(fā)生器包括：兩個帶有接觸式溫度測量傳感器的感應(yīng)加熱棒以及 溫控單元；
[0014] 所述的加熱電阻機構(gòu)包括：分別與接觸式溫度測量傳感器和加熱電阻連接的溫控 單元，該加熱電阻機構(gòu)對先前已加熱的齒輪進行保溫并緩慢繼續(xù)加熱，以便在大規(guī)模量產(chǎn) 時盡可能避免溫度波動和材料形變。
[0015] 所述的軸冷卻單元包括：軸類零件上料裝置、設(shè)置于軸類零件上料裝置上方的軸 類零件冷卻通道、設(shè)置于軸類零件上料裝置入口處的軸零件軸徑測量、打標(biāo)記裝置、設(shè)置于 出口處的軸零件讀碼單元。
[0016] 所述的軸類零件冷卻通道包括：帶集成冷藏裝置的冷卻通道、冷卻主機和風(fēng)扇，其 中：冷卻通道設(shè)置于軸上料料道上方，冷卻主機設(shè)置于冷卻通道內(nèi)，風(fēng)扇設(shè)置于冷卻通道的 頂部。
[0017] 所述的熱壓單元包括：接合主軸、上頂針、齒輪上托架、齒輪下托架、冷卻管路、下 頂針和升降缸，其中：接合主軸設(shè)置于機床頂部并與上頂針相連，齒輪上托架和齒輪下托架 依次設(shè)置于接合主軸下方，升降缸設(shè)置于機床的底部且下頂針設(shè)置于升降缸內(nèi)，冷卻管路 環(huán)繞設(shè)置于齒輪上、下托架以及上、下頂針周圍。
[0018] 所述的冷卻退磁單元包括：帶水/氣冷卻的冷退磁通道、輸送料道、通過式退磁裝 置、退磁傳感器，其中：退磁傳感器設(shè)置于冷退磁通道的入口以判斷冷卻通道上是否放置有 工件，冷退磁通道位于輸送料道的上方，輸送料道上固定有零件托架，通過式退磁裝置內(nèi)置 退磁儀，當(dāng)工件成品通過退磁儀時，進行磁性干擾實現(xiàn)退磁。
[0019] 所述的六自由度機械手均包括：六自由度機器人及其機械手卡爪，其中：每個六 自由度機器人上對應(yīng)設(shè)有雙卡爪結(jié)構(gòu)的第一至第三卡爪以同時抓取兩個零件；
[0020] 所述的第一卡爪同時抓取一個齒輪和一根軸兩種零件；所述的第二卡爪用于在齒 輪加熱單元的讀碼、測量和打標(biāo)工位之間搬運齒輪；所述的第三卡爪同時抓取一對疊放的 第一齒輪和第二齒輪和一根軸以減少等待的時間和溫度的降低，同時可將熱壓組合后的組 合零件放入冷卻退磁單元。 技術(shù)效果
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明組合了熱壓工藝所需要的清洗設(shè)備，加熱、冷卻設(shè)備，壓 機以及退磁設(shè)備，并且連線中配有孔徑、外徑檢測、數(shù)據(jù)存貯設(shè)備以及多種傳感器、DMC二維 碼讀取攝像頭。各個單元順序排放，相互之間依靠傳送帶和機械手相連接構(gòu)成加工流水線， 加工效率大大提高；操作簡便，自動化程度高；易于組配，性能穩(wěn)定，加工零件質(zhì)量可靠；替 代了人工操作，大大降低了勞動強度和危險性，特別適合于驅(qū)動軸總成類零件的加工。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)俯視圖；
[0023] 圖2a為圖1中齒輪加熱單元部分放大示意圖；
[0024] 圖2b為齒輪上料裝置立體示意圖；
[0025] 圖3為齒輪測量單元立體示意圖；
[0026] 圖4為齒輪加熱單元立體示意圖；
[0027] 圖5a為感應(yīng)加熱發(fā)生器示意圖；
[0028] 圖5b為加熱電阻機構(gòu)示意圖；
[0029] 圖6為圖1中軸冷卻單元部分放大示意圖；
[0030] 圖7為軸類零件上料裝置示意圖；
[0031] 圖8為軸類零件冷卻通道示意圖；
[0032] 圖9a和圖9b為軸零件軸徑測量、軸零件讀碼、打標(biāo)記單元示意圖；
[0033] 圖10為熱壓單元立體示意圖；
[0034] 圖11為冷卻退磁單元立體示意圖；
[0035] 圖12a、圖12b、圖12c為三種卡爪結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖13為本發(fā)明制備得到的成品示意圖；
[0037] 圖中：清洗機構(gòu)構(gòu)1、齒輪加熱單元2、軸冷卻單元3、第一機械手4、第二機械手5、 熱壓單元6、第三機械手7、冷卻退磁單元8、齒輪上料裝置21、齒輪檢測單元22、齒輪加熱 單元23、兩個齒輪上料料道211、212、傳感器213、二維碼讀取系統(tǒng)221、齒輪內(nèi)徑測量工位 222、不合格品料道223、上色標(biāo)記工位224、水平線性導(dǎo)軌231、垂直線性導(dǎo)軌232、桁架機械 手233、感應(yīng)加熱發(fā)生器234、加熱電阻機構(gòu)235、齒輪組合塔架236、感應(yīng)加熱棒2341、溫控 單元2342、接觸式溫度測量傳感器2343、空心銅管23411、特殊耐熱材料23422、溫控單元 2351、接觸式溫度測量傳感器2352、加熱電阻2353、軸類零件上料裝置31、軸類零件冷卻通 道32、軸零件軸徑測量單元33、固定擋塊311、軸上料料道312、傳感器313、冷卻通道321、 冷卻主機322、風(fēng)扇323、軸徑測量工