程 宏 喻擎天 陳方清

(上海納鐵福傳動系統(tǒng)有限公司武漢工廠,湖北 武漢 430056)

0 引言

軸叉是等速傳動軸中主要的零部件之一，是連接減速器的重要原件，與變速箱、驅(qū)動橋一起將發(fā)動機的動力傳遞給車輪，使汽車產(chǎn)生驅(qū)動力。目前軸叉加工的關(guān)鍵工藝如搓齒、清洗、中頻、車床、磨床、探傷和上油會采用專用的機械設(shè)備，但生產(chǎn)線無法滿足長短軸叉兼容，影響到工廠設(shè)備利用率。具體而言，首先長軸叉與短軸叉不同，長軸叉長度均在350-700 cm之間，現(xiàn)有清洗機采用機械夾緊步進式輸送，其夾緊輸送過程中，因長軸叉重心偏高，容易導致長軸叉倒料，造成零件損傷，無法正常加工；其次，根據(jù)清洗的工藝要求，為保證其加工質(zhì)量，清洗之后需要進行風切烘干，而現(xiàn)有的機械夾緊步進式清洗機使用時，因傳送帶上的雜質(zhì)以及清洗劑凝固容易造成軸叉碗口磨損和氣缸損壞。這些問題都是傳動軸生產(chǎn)企業(yè)面臨的一大難題，尤其是加工過程中倒料和長短軸叉兼容性問題。

目前許多學者對軸叉工藝進行了研究，如詹書進發(fā)明了一種三銷軸叉加工工藝，通過球道內(nèi)腔夾具、中心鉆工裝、第一中心架、第二中心架進行一次夾裝定位，整過程無需換刀，避免了換機床、換刀造成的誤差[1]；田華設(shè)計了一種三銷軸叉的仿形感應器，能將同一類型的感應器系列化，縮短制作周期，便于批量生產(chǎn)及維護[2]。然而上述研究主要集中在軸叉生產(chǎn)工藝上，針對單獨工序設(shè)備研究較少。并且現(xiàn)有國內(nèi)外的清洗機研究主要集中在小型易碎、水果蔬菜、設(shè)備外觀等方面，但無法滿足軸叉生產(chǎn)使用。因此，需要針對軸叉特性設(shè)計專用的清洗機。

根據(jù)對軸叉的研究，設(shè)計了一種適用于長短軸叉的高效清洗機設(shè)備，不僅解決了現(xiàn)有清洗機無法兼容長短軸叉的問題，而且該清洗機結(jié)構(gòu)簡單、清洗效率高，在軸叉清洗方面有良好應用前景。

1 軸叉清洗機的整體結(jié)構(gòu)和工作流程

1.1 整體結(jié)構(gòu)

軸叉清洗機的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示，包括機架、傳動輸送機構(gòu)、噴淋清洗機構(gòu)、風切系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。傳動輸送機構(gòu)由伺服馬達循環(huán)步進輸送，其中工裝采用快插切換式工裝，可更換不同節(jié)型的工裝對工件實施有效的定位與輸送；噴淋清洗系統(tǒng)由儲液槽、噴淋泵、過濾系統(tǒng)、液位裝置、噴嘴與管路連接而成，能夠?qū)S叉進行清洗操作；風切系統(tǒng)采用潔凈過濾高壓空氣的形式，空氣經(jīng)壓縮后，再經(jīng)風刀對工件切水，風壓可達0.03 MPa，流量可達7-10 m3/min。管路、風刀及風切室均采用不銹鋼制作；烘干系統(tǒng)繼續(xù)利用高壓風機提供的潔凈空氣吹干工件表面液體，風干溫度為常溫。高壓風機功率為5.5 kW。在整個軸叉清洗過程中，清洗液的利用率提高了75%，加工效率提高55%。

1.快插切換式工裝 2.傳動輸送機構(gòu) 3.噴淋清洗機構(gòu) 4.噴嘴 5.風切系統(tǒng) 6.烘干系統(tǒng)1 7.烘干系統(tǒng)2 8.電機 9.液位裝置 10.儲液槽 11.過濾系統(tǒng) 12.噴淋泵 13.管路 14.機架

圖1 一種適用于長短軸叉的高效清洗機裝置整機結(jié)構(gòu)圖

Fig.1 Schematic diagram of an efficient cleaning machine for long and short tulip

1.2 工作流程

軸叉清洗機工作時，工作流程為機械手上料——噴淋清洗——風切——烘干——烘干——機械手下料。上料機械手將工件抓取搬運至上料工位工裝上，輸送電機啟動，通過傳動輸送機構(gòu)，工件傳輸至噴淋清洗工位，氣動門關(guān)閉，對工件進行噴淋沖洗；清洗完成后，進入風切工位，利用高壓風機提供的潔凈空氣處理工件表面大部分的水分；然后進入烘干工位，對工件進行熱風干燥，去除工件表面殘留水分；最后輸送至下料工位完成整個清洗工作。

軸叉清洗機工作時保證節(jié)拍在20 s，各工位的節(jié)拍需一致，清洗后軸叉表面及其內(nèi)腔干凈，無油漬和鐵屑殘留，外表面大部分風干。

2 主要系統(tǒng)及工作單元的設(shè)計

一種適用于長短軸叉的高效清洗機裝置主要包括機架、以及沿著工作方向的傳動輸送機構(gòu)、噴淋清洗機構(gòu)、風切系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

2.1 傳動輸送機構(gòu)

傳動輸送機構(gòu),由快換工裝限制工件的位置，由伺服馬達循環(huán)步進輸送。其中工裝采用快插切換式工裝，可更換不同節(jié)型的工裝對工件實施有效的定位與輸送。

出料位裝有2對光電開關(guān)，分別感應出料位和滿料位，當出料位的工件未離開或出現(xiàn)堆料狀況時，完成工序后的輸送自動停止運行，當2對光電開關(guān)分別感應到和感應不到后自動回復運行。

2.2 快插切換式工裝

經(jīng)過對現(xiàn)有軸叉清洗機進行研究，發(fā)現(xiàn)采用機械夾緊步進式輸送，因長軸叉重心偏高，容易導致長軸叉倒料，本文設(shè)計了一種快插式定位工裝，可根據(jù)不同節(jié)型的工件快速更換工裝，安裝和拆卸都無需工具，該工裝采用螺釘緊固，只需插入到底旋轉(zhuǎn)即可完成安裝，取出則反之?，F(xiàn)場實際換型7 s，現(xiàn)操作性能高，使用性強。快插切換式工裝如圖2所示。

快插切換式工裝四周設(shè)有環(huán)形限位結(jié)構(gòu)，對工件外形進行限位，確保工件定位穩(wěn)定，同時，該工裝能適用GI和AR兩種節(jié)型?？紤]到軸叉工藝要求，需對此工裝端面倒角進行深入研究，工裝端面倒角分別采用6°、8°、10°、12°、14°，現(xiàn)場分別對GI3-26、GI3-29和GI3300測試100根軸叉，對軸叉碗口及表面磨損度進行測試，統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

經(jīng)過統(tǒng)計分析可知，當?shù)菇谴笥?0°時，三種節(jié)型的軸叉磨損數(shù)量較6°和8°時的減少，同時，考慮工裝加工的經(jīng)濟因素，采用快插切換式工裝10°倒角。使用至今，軸叉客戶抱怨為零。

2.3 噴淋清洗機構(gòu)

高壓噴淋清洗機構(gòu)主要由儲液箱、噴淋泵、過濾系統(tǒng)、液位裝置、管路和噴嘴等結(jié)構(gòu)組成。儲液箱內(nèi)設(shè)有高、低液位限位裝置，保持原設(shè)備的結(jié)構(gòu)和控制不變；噴淋泵采用原設(shè)備水泵，在總管上分成幾組噴淋管,每組噴淋管都上下左右全方位噴洗，噴嘴排布合理，保證沒有死角，根據(jù)工件勻均排布，如圖3所示；過濾系統(tǒng)沿用原過濾系統(tǒng)不變，清洗過程中的過濾系統(tǒng)，可保持清洗液干凈并延長使用時間；液位裝置保持原設(shè)備的結(jié)構(gòu)和控制不變。

圖2 快插切換式工裝主視圖

表1 快插切換式工裝倒角大小與軸叉磨損數(shù)量表

圖3 噴淋工位結(jié)構(gòu)圖

噴淋清洗機構(gòu)利用快插切換式工裝實現(xiàn)定點清洗，輸送鏈的噴淋段定位處有特制的型腔清洗，輸送鏈的兩側(cè)各設(shè)置兩排固定噴嘴均勻排部，工件柄部區(qū)域?qū)ｉT增加兩排噴嘴，對工件進行全方位噴淋清洗，工作壓力0.2-0.4 MPa。為了防止竄液現(xiàn)象，在清洗與風切之間采用硅膠皮和毛刷排相結(jié)合的辦法。

2.4 風切系統(tǒng)

該裝置通過快插切換式工裝實現(xiàn)定點風切。通過氣缸帶動環(huán)形風刀升降，對工件進行移動切水，以節(jié)約空氣用氣量。此工序是在工件到位后啟動，設(shè)定的時間到達后停止。

2.5 烘干系統(tǒng)

烘干系統(tǒng)有兩個工位，當工件到達烘干工位1，風機啟動，延時到達后，停止送風并輸送至干燥工位2。烘干工位1通過風機加熱包將熱風吹到工件表面，達到去除工件表面殘留水分的目的；烘干工位2功能和1相同，為滿足在規(guī)定時間內(nèi)達到徹底風干而增設(shè)的。當工序完成后輸送至下料工位。

2.6 控制系統(tǒng)

該清洗機采用可編程控制器作為中心控制，使電器系統(tǒng)的運行更加可靠，工藝調(diào)整更為可靠方便，設(shè)計上采取程序互鎖，無論手動操作還是自動運行都具備完善的保護功能，從而保護由于錯誤操作而損壞機體，保證設(shè)備正常運行。配有獨立電箱并防塵防水，有良好的接電裝置，為保證設(shè)備正常運行和維修，設(shè)計中有故障部位顯示，使維修更方便更快捷。

(1)控制系統(tǒng)：設(shè)備采用西門子S7-1200 帶網(wǎng)關(guān)功能的 PLC，具有MES信號通訊功能，PLC程序輸入可根據(jù)需要控制工件運行狀態(tài)、溫度等。電氣控制元件采用電壓DC24 V，帶過載保護裝置。

(2)觸摸屏采用西門子品牌。

(3)設(shè)有報警：電機過載報警，溫度超過報警，液位過低報警，電導率超出范圍報警。

(4)清洗機工作電壓380 V，50 Hz。

(5)電控箱主開關(guān)無暴露線管。

3 應用案例

經(jīng)過研發(fā)制作，觀察現(xiàn)場生產(chǎn)不同節(jié)型GI3-26、GI3-29和GI3300各1000根，利用專有設(shè)備測試軸叉清洗度，與專家給出的清潔度標準進行對比，得到表2軸叉清潔度分布表。

表2 軸叉清潔度分布表

專家制定規(guī)則清潔度0.6 mg為優(yōu)秀，2 mg為良好，6 mg為中等，8 mg為差。通過表2可知，不同節(jié)型清潔度優(yōu)秀的占比分別為89.3%、90.5%和87.6%；良好占比為6.7%、7.2%和5.4%。該設(shè)備設(shè)計階段，專家預計軸叉清洗清潔度良好以上為90%，經(jīng)過現(xiàn)場統(tǒng)計對比可知，3種節(jié)型軸叉清潔度良好以上均達到目標。因此，該設(shè)備滿足使用要求。

4 清洗機裝置的創(chuàng)新點及經(jīng)濟效益分析

4.1 創(chuàng)新點

(1)傳動輸送機構(gòu)上設(shè)計快插切換式工裝，既能保證長短軸叉不同節(jié)型共同使用，又避免了傳輸過程中倒料現(xiàn)象；

(2)利用快插切換式工裝實現(xiàn)了工件定點清洗、定點風切和定點烘干功能；

(3)該裝置能實現(xiàn)軸叉生產(chǎn)線一物流，具有可操作推廣性。

4.2 經(jīng)濟效益分析

該裝置可實現(xiàn)長軸叉自動化生產(chǎn)，釋放該工序的操作人員，節(jié)省人員成本，按裝置生產(chǎn)時的人均成本每人年均7萬計算，三班三人總共21萬，則該項目經(jīng)濟效益為2.2萬元。

5 結(jié)論

該軸叉清洗機研制成功解決了現(xiàn)有清洗機無法兼容長短軸叉、倒料等問題，同時設(shè)計了一種快插切換式工裝，通過現(xiàn)場試驗，選取倒角為10°的快插切換式工裝，能滿足工藝要求以及經(jīng)濟條件，減少了軸叉碗口和表面磨損現(xiàn)象，為清洗機定點清洗、定點風切和定點功能提供了可靠的技術(shù)支持。該裝置在原有的機架上改造，經(jīng)現(xiàn)場驗證，具有良好的經(jīng)濟效益，為發(fā)展傳動軸制造提供了方便，有利于推廣到其它行業(yè)使用。