劉俊平　施玉柱

摘 要：傳統(tǒng)的鋼板銷線單機(jī)的生產(chǎn)模式已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)需求，有必要將自動化的新技術(shù)融入到生產(chǎn)制造中去，因此提出了一種鋼板銷自動化生產(chǎn)線設(shè)計方案。該方案將拉削技術(shù)、高速鉆削技術(shù)、連續(xù)感應(yīng)淬火及回火技術(shù)等進(jìn)行技術(shù)集成，搭建制造平臺適應(yīng)產(chǎn)品系列化的需求。該項目首次在國內(nèi)將鋼板銷生產(chǎn)實現(xiàn)了自動化，開發(fā)了防錯裝置、直徑檢測機(jī)構(gòu)、自動儲料緩存技術(shù)、淬火感應(yīng)器及快換裝置，大幅提高了生產(chǎn)效率，降低了人工成本，提升了產(chǎn)品品質(zhì)。對于其它產(chǎn)品的自動線的開發(fā)亦有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：鋼板銷；制造平臺；工藝集成；自動線；防錯技術(shù)

中圖分類號：U466 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-2550（2018）03-0102-09

The Development and Application of Steel Plate for Manufacturing Platform and Automatic Line

LIU Jun-ping，SHI Yu-zhu

（DongFeng Motor Pump Co. LTD， Shiyan 442001， China）

Abstract： Traditional leaf spring pin line of single production mode already cannot satisfy the production requirements， it is necessary to automation new technology into production and manufacturing， Therefore， a design scheme of automatic production line for steel plate marketing is presented. The project for the first time in domestic steel pin automated production， developed a mistake proofing devices， diameter inspection agencies， automatic storage material caching technology， quenching inductor and quick change device， greatly improves the production efficiency， reduce the labor costs， to improve the quality of the product. The development of automatic line for other products also has important guiding significance.

1 課題背景及意義

原鋼板銷線設(shè)備加工精度退化，維修成本高，生產(chǎn)效率低下，傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)效率已經(jīng)無法滿足市場需求，突破人工操作機(jī)床、自動化生產(chǎn)加工的趨勢已經(jīng)迫在眉睫。工藝集成及自動線的開發(fā)與應(yīng)用其目的是減少用工，提升JPMH，提升效率，提高自動化程度。

提升品質(zhì)，減少顧客抱怨。通過關(guān)鍵工序的防錯技術(shù)應(yīng)用、特殊工序質(zhì)量的提升、產(chǎn)品可追溯性，標(biāo)識的唯一性提升過程質(zhì)量的控制。

打造智能化工廠。提升自動化率，通過智能系統(tǒng)、智能設(shè)備、智能機(jī)構(gòu)等模塊化的結(jié)合，打造“工業(yè)4.0”、“中國制造2025.智慧工業(yè).創(chuàng)新模式”。

2 自動化方案策劃及設(shè)計要求

2.1 鋼板銷產(chǎn)品介紹

鋼板銷用于連接鋼板彈簧總成和板簧支架，安裝在固定支架、吊耳端支架及吊耳總成上，是前懸架和單后橋懸架系統(tǒng)必須的連接件，對整個系統(tǒng)的連接及傳力起關(guān)鍵性的作用。鋼板銷材料為45#鋼或40Cr，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要分為直油槽式（圖1）和環(huán)形油槽式（圖2），產(chǎn)品規(guī)格主要有Φ30、Φ35、Φ40三種，不同品種的鋼板銷主要表現(xiàn)為直徑、長度、油槽結(jié)構(gòu)、R槽形式等的不同。

2.2 自動線工藝方案設(shè)計及要求

2.2.1 五大模塊的工藝集成策劃

工藝集成策劃：基于節(jié)拍平衡的工藝集成化、拉削技術(shù)的應(yīng)用、高速鉆削技術(shù)、連續(xù)感應(yīng)淬火及回火技術(shù)。

2.2.2 工藝過程的實現(xiàn)：

滿足拉削、鉆孔、磨削、淬火、磨削等加工工藝（圖3）及工藝參數(shù)的選定，自動線工藝布局、自動化連線等，滿足生產(chǎn)線節(jié)拍12S的要求。

2.3 自動線工藝布局方案

在方案設(shè)計中，從物流、作業(yè)負(fù)荷、現(xiàn)有設(shè)備的利用、作業(yè)防錯、能否最大化有效利用場地等方面優(yōu)選了一種工藝平面布局方案。此方案鋼板銷生產(chǎn)線為U形設(shè)計，與廠房整體物流方向一致，該方案優(yōu)點：1、物流路徑順暢。生產(chǎn)線首序投料區(qū)、尾序下料區(qū)位置集中，滿足最近距離的拿取工件要求。2、自動線占地面積小。充分利用現(xiàn)用的場地，最大化實現(xiàn)物料的定量化上線，設(shè)備間實現(xiàn)自動輸送帶相連。工藝布局圖見4、圖5。

2.4 采用工業(yè)電腦實現(xiàn)總控制

通過控制系統(tǒng)的預(yù)先設(shè)置，可以自動實現(xiàn)不同產(chǎn)品的工藝路線選擇。各單機(jī)具備獨立控制功能，以便于單機(jī)離線作業(yè)或生產(chǎn)線斷線作業(yè)。

2.5 本文還對該自動線的實際設(shè)計和調(diào)試中所用到和遇到的一些相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了闡述：

基于制造的產(chǎn)品系列化

基于節(jié)拍平衡的工藝集成化

自動上下料技術(shù)在五大模塊中自動化連線的應(yīng)用

拉削技術(shù)與高速鉆削技術(shù)的應(yīng)用

一種連續(xù)感應(yīng)淬火及回火技術(shù)

一種鋼板彈簧銷的自動儲料緩存技術(shù)

多品種鋼板銷在自動線的識別定位及防錯技術(shù)的應(yīng)用

自動線信息采集、傳輸、存儲及自動化信息的應(yīng)用

3 基于制造的產(chǎn)品系列化

3.1 自動線實施的前提條件

產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化

本項目將14個品種的鋼板彈簧銷的產(chǎn)品參數(shù)進(jìn)行模塊化、系列化設(shè)計（圖6、圖7），實現(xiàn)了D310/D530平臺的快速選型匹配。

減少10序拉削工序的換型時間：

刀具及輔助整合：14套拉刀座按照產(chǎn)品系列化整合成5套，減少10序換刀時間：

夾具及輔具整合：8套定位塊整合成5套，減少換型切換時間。

減少20序工序鉆孔攻絲的換型時間：

刀具及輔助整合：六個工步的刀具整合成5套，減少20序換刀時間。

夾具及輔具整合：六個工步的定位塊整合成3套，減少換型切換時間。

通過新平臺的鋼板銷模塊化設(shè)計適應(yīng)不同車型設(shè)計的布置要求，形成鋼板銷產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。

4 基于節(jié)拍平衡的工藝集成化

4.1 工藝集成

本項目采用拉削工藝（拉R槽、拉油槽、拉扁方）替代傳統(tǒng)的銑槽、車槽、銑扁的工藝方式，將鋼板銷拉削、鉆孔、熱處理工藝與磨削工藝進(jìn)行技術(shù)集成，采用智能設(shè)備、自動化機(jī)構(gòu)等模塊組合實現(xiàn)自動化的生產(chǎn)，是一種技術(shù)上的創(chuàng)新。

4.2 工藝加工過程及工藝集成方案

4.2.1 工藝加工過程如圖8：

4.2.2 工藝集成方案如圖9：

4.2.3 生產(chǎn)節(jié)拍及生產(chǎn)線對比如圖10

4.3 熱處理與機(jī)加工的集成

本項目創(chuàng)新的將鋼板彈簧銷表面感應(yīng)淬火設(shè)備與機(jī)加生產(chǎn)線自動連線，實現(xiàn)了熱處理與機(jī)加工的技術(shù)集成，有效的解決了鋼板銷生產(chǎn)的連續(xù)性，與自動線節(jié)拍的匹配問題，對于將淬火技術(shù)運用到自動線中具有一定的指導(dǎo)意義。

4.4 磨削工藝的集成

4.4.1 自動線共布局6臺磨床完成3種規(guī)格的鋼板銷粗磨、半精磨、精磨加工的不同路徑。設(shè)置多種路徑，可兼容不同工件外徑的磨削加工，避免工件混淆及工件換型時帶來的時間浪費。

4.4.2 粗磨的2種路徑

路徑一：Φ30粗磨外圓的加工路徑：

路徑二：Φ35、Φ40粗磨外圓的加工路徑：

4.4.3半精磨、精磨的2種路徑：

4.5 淬火機(jī)感應(yīng)器的整合

4.5.1 原淬火感應(yīng)器的設(shè)計是通過產(chǎn)品直徑的不同、淬火區(qū)域的不同而設(shè)計不同型號的感應(yīng)器，感應(yīng)器品種繁多，淬火時需切換不同型號感應(yīng)器。現(xiàn)有的淬火感應(yīng)器只需按照Φ30、Φ35、Φ40的3種規(guī)格配備感應(yīng)器及更換，感應(yīng)器品種及更換減少。

4.5.2 產(chǎn)品淬火區(qū)域的調(diào)整通過工藝參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，采用觸摸屏鍵盤操作控制。

5 自動上下料技術(shù)在五大模塊中自動化連線的應(yīng)用

汽車鋼板銷生產(chǎn)批量很大，隨著汽車工業(yè)的自動化的提高，需要一種鋼板彈簧銷自動上料機(jī)構(gòu)與自動生產(chǎn)線相匹配，達(dá)到“機(jī)器換人”的目的。針對上述技術(shù)問題，本自動線應(yīng)用了一種用于自動化生產(chǎn)線上的鋼板彈簧銷自動上料機(jī)構(gòu)，是為了解決鋼板彈簧銷在自動化線上能自動上下料的問題。

5.1 拉削---拉床

采用一種用于自動化生產(chǎn)線上的鋼板彈簧銷自動上料機(jī)構(gòu)

5.1.1 專用吊具將碼好鋼板彈簧銷的料框吊至自動上料平臺，經(jīng)拉床前的自動上料機(jī)構(gòu)，鋼板彈簧銷進(jìn)入拉床進(jìn)行拉削加工，如圖11：

5.1.2 創(chuàng)新的運用了一種用于自動化生產(chǎn)線上的鋼板銷自動上料機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)包括機(jī)架，機(jī)架上設(shè)有活動料倉機(jī)構(gòu)和分料機(jī)構(gòu)，活動料倉機(jī)構(gòu)的出料端與分料機(jī)構(gòu)的進(jìn)料端連接；活動料倉機(jī)構(gòu)實現(xiàn)快速更換料倉，分料機(jī)構(gòu)能將工件排列整齊后并進(jìn)行上料。此機(jī)構(gòu)送料、上料穩(wěn)定可靠，代替以往傳統(tǒng)人工上料方式，降低操作工的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

5.2 鉆削---鉆孔專機(jī)

采用機(jī)械手自動上下料

5.2.1 鉆孔專機(jī)的自動上下料采用桁架機(jī)械手，將拉床拉削后的鋼板銷從輸送帶上抓取放入專用鉆床中，進(jìn)行鉆孔、攻螺紋等鉆削加工。

5.3 淬火---淬火機(jī)

采用自動上料機(jī)械手及一種鋼板銷的自動下料轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

5.3.1 淬火機(jī)床的自動上料采用桁架機(jī)械手，將粗磨后的鋼板彈簧銷從輸送帶抓取放入淬火機(jī)中，進(jìn)行熱處理。熱處理后下料處設(shè)置自動下料轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，代替以往傳統(tǒng)的機(jī)械手方式來解決鋼板銷自動化生產(chǎn)線中淬火工序與精磨削工序之間鋼板彈簧銷轉(zhuǎn)向的問題。

5.3.2 一種鋼板銷的自動下料轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架，機(jī)架內(nèi)設(shè)有導(dǎo)料箱，導(dǎo)料箱呈傾斜狀，導(dǎo)料箱的低端上設(shè)有出料口，導(dǎo)料箱的頂斜面作為工作面，工作面的高端處設(shè)有導(dǎo)向裝置，工作面的低端處設(shè)有落料槽口，落料槽口上設(shè)有轉(zhuǎn)向器；工件通過導(dǎo)向裝置導(dǎo)入至轉(zhuǎn)向器內(nèi)，轉(zhuǎn)向器內(nèi)的工件靠自重進(jìn)行轉(zhuǎn)向。工件通過轉(zhuǎn)向器靠自重完成90度的轉(zhuǎn)向，代替了以往傳統(tǒng)的機(jī)械手；本實用新型既實現(xiàn)了生產(chǎn)線的自動化，又節(jié)省了制造成本，而且還容易組裝，調(diào)整維護(hù)方便，大大節(jié)省生產(chǎn)線的占地總面積。

5.4 磨削---無心磨床：自動上下料的實現(xiàn)

用于鉆孔專機(jī)與磨床之間、淬火機(jī)與磨床之間的連線。采用氣缸推料、動力輸送裝置和無動力滾輪滑道將鋼板彈簧銷送至無心磨床中進(jìn)行磨削外圓。儲料塔：用于粗磨、半精磨、精磨前可斷線、再次人工或自動上線。

5.5 標(biāo)識---激光打標(biāo)機(jī)：自動上下料的實現(xiàn)

激光打標(biāo)機(jī)采用桁架機(jī)械手上下料，將精磨后的鋼板彈簧銷從工件方向識別與智能定位裝置上抓取鋼板彈簧銷，然后將抓取的鋼板彈簧銷放在激光打標(biāo)機(jī)完成工件的打碼標(biāo)識。

6 拉削技術(shù)與鉆削技術(shù)的應(yīng)用

6.1 鉆削技術(shù)的應(yīng)用：

6.1.1 拉削是大批量生產(chǎn)，效率最高的一種工藝方式。為提高效率，采用拉削工藝（拉R槽、拉扁方、拉油槽）替代傳統(tǒng)的銑槽、車槽、銑扁的工藝方式。 拉削與銑削對比：生產(chǎn)率高；加工范圍廣；加工精度高；易實現(xiàn)自動化，如圖14。

6.1.2 采用溜板式二工位雙面拉削，自動化作業(yè)，拉削速度達(dá)18m/min，實現(xiàn)高效切削，如圖15。

6.1.3 R槽的加工采用漸進(jìn)式拉刀拉削，一次工作行程即能加工成形，是一種高效率的精加工方法，滿足R槽的加工均勻，降低拉刀成本，如圖16。

6.1.4 采用多塊組合式拉刀，實現(xiàn)曲面拉削，拉刀的優(yōu)化設(shè)計和排布的技術(shù)創(chuàng)新，降低了刀具成本。

6.2 鉆削技術(shù)的應(yīng)用

采用高速鉆削技術(shù)：采用六工位分解深孔的加工方式，均布節(jié)拍，實現(xiàn)高速鉆削。切削速度可達(dá)110m/min。

7 一種連續(xù)感應(yīng)淬火及

傳統(tǒng)的淬火工藝采用余溫回火方式，余溫回火需4小時后，方可流入后序加工，致使生產(chǎn)線無法連續(xù)運行。通過工藝試驗及驗證，采用中頻感應(yīng)加熱連續(xù)淬火及連續(xù)回火的方式，通過冷卻噴淋，有效降低降低工件溫度，優(yōu)化工件性能，減少了淬火回火及冷卻時間至30S，使之與下道工序連續(xù)作業(yè)，如圖17：

7.1 淬火工藝對比，如表1：

7.2 創(chuàng)新點

7.2.1 創(chuàng)新的運用了連續(xù)感應(yīng)淬火及回火的集成化技術(shù)，對于將更多的創(chuàng)新式熱處理工藝應(yīng)用于產(chǎn)品上亦有啟發(fā)作用。

7.2.2 采用凸輪機(jī)構(gòu)壓接感應(yīng)器及感應(yīng)器快換接頭的創(chuàng)新，實現(xiàn)了多品種的快速切換。

8 一種鋼板彈簧銷的自動儲料緩存技術(shù)

為解決自動線因磨削修磨砂輪而停線的問題，滿足鋼板彈簧銷自動線不間斷自動生產(chǎn)的要求。在20、30序之間和40、50序之間，分別增加25序、45序儲料緩存工序，創(chuàng)新的運用了一種新加工工藝流程如下圖18：

8.1 目的

通過設(shè)計一種能夠滿足節(jié)拍匹配的自動儲料緩存技術(shù)，來實現(xiàn)儲料緩存工序，提高生產(chǎn)效率。

8.2 儲料緩存技術(shù)分析及存在難點

8.2.1 自動生產(chǎn)線一般采用自動化設(shè)備、數(shù)控設(shè)備，來達(dá)到連線目的。而本項目磨削工藝采用的普通半自動無心磨床，給自動線連線帶來困難。且磨削前的儲料緩存技術(shù)，設(shè)置料箱采用人工取料、放料，增加人工成本、勞動強(qiáng)度；通過加長運輸帶緩存，延緩工件進(jìn)入磨床上料機(jī)構(gòu)的時間，增加了占地面積、在制品數(shù)量，降低了效率，如圖19。

綜合以上分析，該鋼板彈簧銷自動線是無法通過國內(nèi)現(xiàn)有成熟的連線技術(shù)解決上述問題，必須在磨削前，設(shè)置一種自動儲料緩存機(jī)構(gòu)。

8.2.2 當(dāng)磨床修整砂輪時，前序工序繼續(xù)生產(chǎn)，工件進(jìn)入磨削前的儲料塔緩存。修整完畢后，采用前序來料與儲料塔供料交替“拉鏈?zhǔn)健惫┝戏桨?，通過輸送帶輸送到磨床上料口，最大程度發(fā)揮生產(chǎn)線效率。

8.3 本技術(shù)創(chuàng)新點：

在鋼板彈簧銷加工工藝流程中，首次提出并應(yīng)用了一種鋼板彈簧銷自動線磨削的儲料緩存技術(shù)，使自動線不間斷自動生產(chǎn)，是一種在自動線連線上的技術(shù)創(chuàng)新。

9 多品種鋼板彈簧銷在自動線的識別定位及防錯技術(shù)的應(yīng)用

9.1 背景

鋼板銷的生產(chǎn)批量很大，產(chǎn)品種類繁多，各產(chǎn)品之間的差異在于長度、外圓直徑和環(huán)形槽位置。因產(chǎn)品種類繁多，在生產(chǎn)線加工現(xiàn)場鋼板銷的品種容易出現(xiàn)混淆現(xiàn)象。因此必須在生產(chǎn)線的各工序處最前端設(shè)置鋼板銷產(chǎn)品防錯裝置。

9.2 目的

其一：是為了防止鋼板銷自動化生產(chǎn)線因產(chǎn)品類型混淆將生產(chǎn)線上的機(jī)械零部件損壞。其二：是防止出現(xiàn)鋼板銷的不合格品，提高生產(chǎn)線的穩(wěn)定性，提高工件生產(chǎn)的合格率。其三：代替以往傳統(tǒng)人工檢測方式，降低操作工的勞動強(qiáng)度，防錯裝置采用數(shù)控編程技術(shù)，保證檢測的準(zhǔn)確性，可靠性。

9.3 工件識別、防錯技術(shù)的具體應(yīng)用

9.3.1 拉床：鋼板銷半成品的防錯功能（包括直徑識別、方向識別、揀校、糾正）的應(yīng)用。

創(chuàng)新了運用了一種鋼板銷產(chǎn)品的防錯裝置。自動上料機(jī)構(gòu)具備鋼板銷半成品的防錯功能，（包括直徑識別、方向識別、揀校、糾正）見圖20。

9.3.2 鉆孔專機(jī)：桁架機(jī)械手將拉床拉削后的鋼板銷從輸送帶上抓取時，創(chuàng)新的運用了一種識別鋼板銷鉆孔加工定位的啟牙電氣裝置，通過感應(yīng)開關(guān)識別不同產(chǎn)品的方向，自動進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到精準(zhǔn)的定位。主要功能：1、區(qū)分不同型號的產(chǎn)品，防止產(chǎn)品混淆，達(dá)到防錯目的。2、通過相對位置的識別，進(jìn)行產(chǎn)品方向的確認(rèn)，達(dá)到精準(zhǔn)定位。

9.3.3 激光打標(biāo)：產(chǎn)品明確工件標(biāo)識的具體位置（打在工件圓柱面處，避免打在工件R槽、油槽處）。應(yīng)用了一種啟牙電氣裝置，可識別混淆的產(chǎn)品及方向錯誤的產(chǎn)品，通過調(diào)整位置達(dá)到防錯及精準(zhǔn)定位的目的。

10 自動線信息采集、傳輸、存儲系統(tǒng)及自動化信息的應(yīng)用

10.1 在進(jìn)拉床處、激光打標(biāo)機(jī)處設(shè)置零件計數(shù)裝置，具備品種、產(chǎn)量統(tǒng)計功能。

10.2 自動線采用打標(biāo)流水號記錄功能，可在激光打標(biāo)機(jī)或生產(chǎn)線服務(wù)器上查詢；

10.3 采購故障停機(jī)管理功能

10.3.1 故障類別管理：通過代碼或指示燈對故障分類。故障分類含設(shè)備，輸送帶、檢測、分料、識別等輔助機(jī)構(gòu)、自動上下料機(jī)構(gòu)等部位信息及電氣外圍點號；

10.3.2 故障時間管理：記錄停機(jī)故障開始時間及修復(fù)時間；

10.4 采用了PROFINET智能通信技術(shù)，提高各分站與總站以及各分站之間的信息傳遞速率；滿足實時自動化體系需要。

10.4 自動線使用SIMOTION D多軸控制系統(tǒng)，應(yīng)用了邏輯控制功能；運動控制功能；工藝控制功能（壓力控制、溫度控制），自動線中機(jī)械零件被伺服電機(jī)和智能運動控制所取代，使自動線具備了更高的動態(tài)特性、更高的柔性、更少的磨損。

11 結(jié)束語

綜上所述，D310、D530等平臺車型的多品種鋼板彈簧銷在該項目實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，大幅提升了生產(chǎn)效率，降低了人工成本，提升了產(chǎn)品品質(zhì)。取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，后續(xù)開發(fā)的各類鋼板銷都能得到推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁燕. 上海發(fā)那科自動化技術(shù)深入科勒[J].機(jī)械制造，2016（8）：104.

[2]楊叔子. 機(jī)械加工工藝師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[3]王憲奎.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985.

[4]孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

[5]朱祖根，杭根新.磨工與磨削[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

[6]劉次福. 初探智能化技術(shù)在電氣工程自動化控制中的應(yīng)用[J]. 通訊世界，2013，11： 118-119.

[7]王峰. 試論化工自動化控制的發(fā)展趨勢[J]. 化學(xué)工程與裝備，2011，08： 138-139.

[8]葉佩青，張勇，張輝. 數(shù)控技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及策略綜述[J]. 機(jī)械工程學(xué)報，2015， 21： 113-120.

[9]陳日耀.金屬切削原理[M]. 2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[10]張福潤，徐鴻本，劉延林.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 武漢：華中理工大學(xué)出版社，1999.

[11]張永軍.完整的自動生產(chǎn)線[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

[12]錢暉、朱浩翔、夏偉、李廣偉. 智能化機(jī)床上下料（上海發(fā)那科機(jī)器人有限公司.2008.