圆柱齿轮加工自动化生产模式探究

摘 要：齿轮即轮缘上有齿、能连续啮合传递运动和动力的机械元件，其作用一是传递动力，二是传递运动，它在机械传动甚整个机械领域中的应用极其广泛。齿轮的大批量、自动化生产，不但可以满足逐年增加的产量需要，更能节省生产时间、提高生产效率。现将齿轮加工工艺与工业机器人应用相结合，阐述了齿轮自动化生产的新模式。

0 引言

本文所述齿轮自动化生产新模式也称为圆柱齿轮加工自动化生产线，主要加工设备有数控车床、滚齿机、倒棱机和剃齿机等，配套设备有工业机械手、储料架、链板线、孔检测仪、甩干机等。人工只需将毛坯放到毛坯储料架上，自动线运转，工业机器人自动完成上下料，链板线实现工件在加工设备之间的运输，齿轮加工完成后，人工对成品料架下料即可。

1 工业机器人技术的应用及发展工业机器人是广义机器人的一种，由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复性编程的机电一体化的自动化生产设备，能够在三维空间内自动完成各种作业，特别适合多品种、变批量的柔性生产，对改善劳动条件，稳定、提高产品质量，提高生产率，以及产品的快速更新换代有着非常重要的作用。在现代制造领域，随着工业自动化的快速发展，工业机器人已经成为自动化的核心装备，它在与工作环境交互方面与一般的工业数控设备有着明显的区别。一般来说，工业机器人有以下几个方面的显著特点：

（1）仿人功能。工业机器人通过各种传感器感知工作环境，实现自适应能力。在功能上模仿人的腰、臂、手腕、手爪等部位达到工业自动化的目的。

（2）可编程。工业机器人作为柔性制造系统的重要组成部分，可编程能力是其适应工作环境改变能力的一种体现。

（3）通用性。一般把工业机器人分为通用和专用两类。对于通用性的工业机器人，只需要更换不同的末端执行器可以完成相对应的生产任务。

（4）良好的环境交互性。在没有人为干预的条件下，智能工业机器人对工作环境有自适应控制的能力与自我规划的能力。

2 齿轮自动化生产模式以下结合一个大车间自动化类的项目对生产模式进行介绍，齿轮加工工艺如表1所示。圆柱齿轮加工自动化生产线布局示意图如图1所示。齿轮加工自动化系统结构设计如下：

2.1 毛坯储料架和成品储料架毛坯人工放到转盘上，此转盘有12个工位，每一工位约堆叠毛坯20个左右，转盘有一个工位（上料位）在机械手Ⅰ的运动范围内，机械手可以将^顶的一个毛坯取走，该工位下设有顶升装置，^顶的毛坯被取走后，顶升装置运转，将下一个毛坯送到顶端，以供机械手Ⅰ下一次取料，如此动作，待此列毛坯被抓取完后，转盘顺时针旋转一个角度，将下一列毛坯转到机械手Ⅰ的上料位，供机械手Ⅰ抓取。如此反复，实现自动上料。成品储料架与毛坯储料架结构一样，动作相反，实现机械手Ⅲ的下料动作，成品储料架满料后，发出信号，人工进行下料动作。

2.2 链板线A和链板线B由于数控车床1与数控车床2外形尺寸较大，机械手Ⅰ与机械手Ⅱ的运动范围有限，故使用链板线A来实现OP1在它们之间的运输，机械手Ⅰ将OP1放到链板线A的左端，链板线A的电机运转，带动其上面的OP1，将OP1运送右端，此处有定位机构实现定位，传感器检测物料，发出信号，机械手Ⅱ过来抓取。链板线B与链板线A的功能相似，实现机械手Ⅱ与机械手Ⅲ对于OP3的运输。每个机械手执行端都配有两个手爪，一个手爪负责对加表1 齿轮加工工艺序号 工序内容 设备OP1 车外圆及正端面 数控车床 1OP2 车内圆及反端面 数控车床 2OP3 检测内孔精度 孔检测仪OP4 滚齿 滚齿机OP5 甩干 甩干机OP6 倒棱边 倒棱机OP7 甩干 甩干机OP8 剃齿 剃齿机OP9 甩干 甩干机图1 圆柱齿轮加工自动化生产线布局示意图◆装备应用与研究 装备应用与研究◆机电信息 2016 年第 21 期总第 483 期工设备的上料动作，另一个手爪负责对加工设备的下料动作，像人的两只手一样，实现快速上下料。机械手Ⅰ相对应数控车床1上下料，机械手Ⅱ相对应数控车床2上下料，机械手Ⅲ相对应滚齿机、倒棱机和剃齿机上下料，其中，滚齿机、倒棱机和剃齿机加工完成后，需要将工件放在甩干机上，进行甩干后，机械手Ⅲ再对其进行下一道工序的上下料。

2.3 总控台针对整套圆柱齿轮加工自动化生产线的专门定制开发的总控界面，可以实现分系统中各模块的各状态信息的显示和设备操作功能。可用于由数控机床、机器人组成的自动生产线，还可接入工厂局域网，支持远程设备监控、工艺管理等，实现生产自动化与信息化、网络化的无缝结合。以上所述圆柱齿轮加工自动化生产线即齿轮加工新模式，其可根据每一工序的加工时间来配置加工设备的数量，如数控车床加工时间较长，机械手Ⅱ处可多放置一台数控车床；机械手Ⅲ对应的加工设备较多，可多建立几个单元，再使用链板线进行OP2的输送。根据不同情况，配置加工设备与机械手的数量，灵活布局，可提高设备使用率及生产效率。

3 结语齿轮广泛应用于机械工业，尤其是在汽车和重型机械领域，齿轮的连续啮合能传递运动和动力。目前，大多数企业在齿轮倒角加工和去毛刺工序中的齿轮送料过程都是人工操作，不仅效率低，而且还存在操作者发生工伤事故的隐患。为了降低生产成本，提高劳动生产率，改善劳动条件，众多加工制造企业无一例外地把目光转向了工业机器人。工业机器人是工业生产过程中发展起来的一种高度自动化和机械化的机械设备，其实现了自动化和机械化的有机结合，被用于一些工作环境差、劳动强度大以及人类难以适应的环境中，不仅可以减轻人的劳动强度，还能提高劳动生产率，故而在国防、医疗、工业生产各方面都得到了广泛应用。本文针对齿轮自动化生产新模式的研究适应时代发展潮流，具有现实意义。塔式起重机的抗倾覆稳定性分析章 倬（江苏省特种设备监督检验研究院（无锡分院），江苏 无锡 214174）摘 要：自改革开放以来，随着我国经济规模的飞速增长，高层建筑的施工也迅猛发展，塔式起重机作为主要的高层垂直运输机械广泛应用于主体工程施工过程中。但与其他类型起重机相比，塔式起重机的重心较高，当起重机整体失去稳定时极易产生倾覆事故，从而严重威胁人员和设备，因此，如何保证塔式起重机在安装、运行和拆卸过程中的稳定性，使其能够更好地完成吊装工作，是目前建筑业需要解决的一项关键问题。现首先介绍促使塔式起重机倾覆的主要因素，然后针对塔式起重机的抗倾覆稳定性验算方法进行分析，以期为提高塔式起重机提供技术参考。关键词：塔式起重机；抗倾覆；稳定性验算0 引言塔式起重机是一种塔身竖立、起重臂回转的起重机械，与履带式起重机相比，塔式起重机具有臂架长度更大、结构更为轻巧、起升高度更高、回转半径更大、能够靠近建筑物且幅度重用率高的优点，因此在建筑施工特别是高层建筑施工中使用极为普遍，对加快施工进度、缩短施工周期、保证施工顺利进行、降低工程成本起着重要作用。20世纪50年代，我国自前苏联引进塔式起重机的设计和制造技术开始国内生产，经过60多年的发展，我国塔式起重机行业的规模不断扩大，设计和生产技术不断完善，尤其是改革开放以来，我国的塔式起重机生产进入了高速发展时期，现已具备完整系列型谱的加工能力，并出口世界各国。据统计，2014年我国塔式起重机出口数量为3 928台，出口金额为462 183千美元。与此同时，伴随着我国建筑行业的持续发展，对塔式起重机的需求量也在逐年攀升，预计这种发展趋势还将持续一段时间。但与此同时，塔式起重机的问题也受到了广泛关注。塔式起重机结构较为复杂，作业环境相对恶劣，导致其事故频发，在已发生的塔式起重机事故中，倾覆事故所占比率^高，且造成的人员和经济损失更大，因而备受关注。本文首先介绍了促使塔式起重机倾覆的主要因素，然后针对塔式起重机的抗倾覆稳定性验算方法进行了分析，为从根本上提升塔式起重机的性能提供了技术参考。

〔参考文献〕

[1]孟庆鑫，王晓东.机器人技术基础[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006.

[2]祁行行.工业机器人运动控制分析与研究[D].秦皇岛：燕山大学，2014.收稿日期： 2016-06-29作者简介： 伍华清（1988—），女，广东廉江人，助理工程师，研究方向：数控机床。