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       摘 要：齒輪即輪緣上有齒、能連續(xù)嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)械元件，其作用一是傳遞動(dòng)力，二是傳遞運(yùn)動(dòng)，它在機(jī)械傳動(dòng)甚至整個(gè)機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用極其廣泛。齒輪的大批量、自動(dòng)化生產(chǎn)，不但可以滿足逐年增加的產(chǎn)量需要，更能節(jié)省生產(chǎn)時(shí)間、提高生產(chǎn)效率。現(xiàn)將齒輪加工工藝與工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用相結(jié)合，闡述了齒輪自動(dòng)化生產(chǎn)的新模式。
 
      關(guān)鍵詞：圓柱齒輪；自動(dòng)化；機(jī)器人
 
      0 引言
   
      本文所述齒輪自動(dòng)化生產(chǎn)新模式也稱為圓柱齒輪加工自動(dòng)化生產(chǎn)線，主要加工設(shè)備有數(shù)控車床、滾齒機(jī)、倒棱機(jī)和剃齒機(jī)等，配套設(shè)備有工業(yè)機(jī)械手、儲(chǔ)料架、鏈板線、孔檢測儀、甩干機(jī)等。人工只需將毛坯放到毛坯儲(chǔ)料架上，自動(dòng)線運(yùn)轉(zhuǎn)，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)完成上下料，鏈板線實(shí)現(xiàn)工件在加工設(shè)備之間的運(yùn)輸，齒輪加工完成后，人工對(duì)成品料架下料即可。
 
     1 、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展
 
     工業(yè)機(jī)器人是廣義機(jī)器人的一種，由操作機(jī)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)性編程的機(jī)電一體化的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，能夠在三維空間內(nèi)自動(dòng)完成各種作業(yè)，特別適合多品種、變批量的柔性生產(chǎn)，對(duì)改善勞動(dòng)條件，穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，以及產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代有著非常重要的作用。在現(xiàn)代制造領(lǐng)域，隨著工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為自動(dòng)化的核心裝備，它在與工作環(huán)境交互方面與一般的工業(yè)數(shù)控設(shè)備有著明顯的區(qū)別。一般來說，工業(yè)機(jī)器人有以下幾個(gè)方面的顯著特點(diǎn)：

     （1）仿人功能。工業(yè)機(jī)器人通過各種傳感器感知工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)能力。在功能上模仿人的腰、臂、手腕、手爪等部位達(dá)到工業(yè)自動(dòng)化的目的。
     （2）可編程。工業(yè)機(jī)器人作為柔性制造系統(tǒng)的重要組成部分，可編程能力是其適應(yīng)工作環(huán)境改變能力的一種體現(xiàn)。
     （3）通用性。一般把工業(yè)機(jī)器人分為通用和專用兩類。對(duì)于通用性的工業(yè)機(jī)器人，只需要更換不同的末端執(zhí)行器就可以完成相對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)。
     （4）良好的環(huán)境交互性。在沒有人為干預(yù)的條件下，智能工業(yè)機(jī)器人對(duì)工作環(huán)境有自適應(yīng)控制的能力與自我規(guī)劃的能力。
 
     2 、齒輪自動(dòng)化生產(chǎn)模式
 
     以下結(jié)合一個(gè)大車間自動(dòng)化類的項(xiàng)目對(duì)生產(chǎn)模式進(jìn)行介紹，齒輪加工工藝如表1所示。

     圓柱齒輪加工自動(dòng)化生產(chǎn)線布局示意圖如圖1所示。
  
   

    
                圖1 圓柱齒輪加工自動(dòng)化生產(chǎn)線布局示意圖
  
   
     齒輪加工自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：
 
     2.1 毛坯儲(chǔ)料架和成品儲(chǔ)料架
   
     毛坯人工放至到轉(zhuǎn)盤上，此轉(zhuǎn)盤有12個(gè)工位，每一工位約堆疊毛坯20個(gè)左右，轉(zhuǎn)盤有一個(gè)工位（上料位）在機(jī)械手Ⅰ的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，機(jī)械手可以將最頂?shù)囊粋€(gè)毛坯取走，該工位下設(shè)有頂升裝置，最頂?shù)拿鞅蝗∽吆螅斏b置運(yùn)轉(zhuǎn)，將下一個(gè)毛坯送到頂端，以供機(jī)械手Ⅰ下一次取料，如此動(dòng)作，待此列毛坯被抓取完后，轉(zhuǎn)盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，將下一列毛坯轉(zhuǎn)到機(jī)械手Ⅰ的上料位，供機(jī)械手Ⅰ抓取。如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料。成品儲(chǔ)料架與毛坯儲(chǔ)料架結(jié)構(gòu)一樣，動(dòng)作相反，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手Ⅲ的下料動(dòng)作，成品儲(chǔ)料架滿料后，發(fā)出信號(hào)，人工進(jìn)行下料動(dòng)作。

     2.2 鏈板線A和鏈板線B
   
    由于數(shù)控車床1與數(shù)控車床2外形尺寸較大，機(jī)械手Ⅰ與機(jī)械手Ⅱ的運(yùn)動(dòng)范圍有限，故使用鏈板線A來實(shí)現(xiàn)OP1在它們之間的運(yùn)輸，機(jī)械手Ⅰ將OP1放到鏈板線A的左端，鏈板線A的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)其上面的OP1，將OP1運(yùn)送至右端，此處有定位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定位，傳感器檢測物料，發(fā)出信號(hào)，機(jī)械手Ⅱ過來抓取。鏈板線B與鏈板線A的功能相似，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手Ⅱ與機(jī)械手Ⅲ對(duì)于OP3的運(yùn)輸。
 
 
    每個(gè)機(jī)械手執(zhí)行端都配有兩個(gè)手爪，一個(gè)手爪負(fù)責(zé)對(duì)加工設(shè)備的上料動(dòng)作，另一個(gè)手爪負(fù)責(zé)對(duì)加工設(shè)備的下料動(dòng)作，像人的兩只手一樣，實(shí)現(xiàn)快速上下料。機(jī)械手Ⅰ相對(duì)應(yīng)數(shù)控車床1上下料，機(jī)械手Ⅱ相對(duì)應(yīng)數(shù)控車床2上下料，機(jī)械手Ⅲ相對(duì)應(yīng)滾齒機(jī)、倒棱機(jī)和剃齒機(jī)上下料，其中，滾齒機(jī)、倒棱機(jī)和剃齒機(jī)加工完成后，需要將工件放在甩干機(jī)上，進(jìn)行甩干后，機(jī)械手Ⅲ再對(duì)其進(jìn)行下一道工序的上下料。
 
    2.3 總控臺(tái)
 
    針對(duì)整套圓柱齒輪加工自動(dòng)化生產(chǎn)線的專門定制開發(fā)的總控界面，可以實(shí)現(xiàn)分系統(tǒng)中各模塊的各狀態(tài)信息的顯示和設(shè)備操作功能。可用于由數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人組成的自動(dòng)生產(chǎn)線，還可接入工廠局域網(wǎng)，支持遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控、工藝管理等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化與信息化、網(wǎng)絡(luò)化的無縫結(jié)合。
 
    以上所述圓柱齒輪加工自動(dòng)化生產(chǎn)線即齒輪加工新模式，其可根據(jù)每一工序的加工時(shí)間來配置加工設(shè)備的數(shù)量，如數(shù)控車床加工時(shí)間較長，機(jī)械手Ⅱ處可多放置一臺(tái)數(shù)控車床；機(jī)械手Ⅲ對(duì)應(yīng)的加工設(shè)備較多，可多建立幾個(gè)單元，再使用鏈板線進(jìn)行OP2的輸送。根據(jù)不同情況，配置加工設(shè)備與機(jī)械手的數(shù)量，靈活布局，可提高設(shè)備使用率及生產(chǎn)效率。
 
     3 結(jié)語
 
    齒輪廣泛應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)，尤其是在汽車和重型機(jī)械領(lǐng)域，齒輪的連續(xù)嚙合能傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。目前，大多數(shù)企業(yè)在齒輪倒角加工和去毛刺工序中的齒輪送料過程都是人工操作，不僅效率低，而且還存在操作者發(fā)生工傷事故的隱患。為了降低生產(chǎn)成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，眾多加工制造企業(yè)無一例外地把目光轉(zhuǎn)向了工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是工業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種高度自動(dòng)化和機(jī)械化的機(jī)械設(shè)備，其實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和機(jī)械化的有機(jī)結(jié)合，被用于一些工作環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度大以及人類難以適應(yīng)的環(huán)境中，不僅可以減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度，還能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，故而在國防、醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)各方面都得到了廣泛應(yīng)用。
 

    本文針對(duì)齒輪自動(dòng)化生產(chǎn)新模式的研究適應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流，具有現(xiàn)實(shí)意義。