CN112775678A - 一种车床主轴零件加工的柔性生产线及加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是一种车床主轴零件加工的柔性生产线及加工工艺，包括物料调度周转装置、物料暂存装置、物料加工装置和主控制系统；物料周转装置由机械手、行走底座和轨道构成，机械手通过行走底座能够在轨道上行走并定位；物料加工装置设于轨道的两侧，由若干数控机床构成；物料暂存装置由若干中转台构成；所述行走底座和机械手能够接收主控制系统的控制指令，并根据控制指令对物料暂存装置或物料加工装置上的车床主轴零件进行抓取，并搬运至指定的物料暂存装置或物料加工装置上。本发明可提高主轴类零件的制造精度和质量稳定性，进而提高数控车床的可靠性及精度稳定性。此外，本发明基于对生产节拍、加工柔性、制造精度而设计，可大幅提高生产效率。

Description

一种车床主轴零件加工的柔性生产线及加工工艺

技术领域

本发明涉及轴类零件的机械加工技术领域，特别涉及一种车床主轴零件加工的柔性生产线及加工工艺。

背景技术

精密车床主轴类零件是高档数控车床的关键零件，它的回转运动精度直接影响到高档数控车床的性能和加工精度。目前我国机床制造企业严重缺乏精密车床主轴类零件的高效精密成套加工装备及生产线。所以通常采用各类单机、自制设备依次加工的方式来实现精密车床主轴类零件的加工，主要加工工艺流程包括车削、镗孔、外圆磨、内圆磨等，车削一般采用诸如C630等普通车床，主轴内孔一般采用自制动力头进行镗孔，主轴零件整体采用调质处理，耐磨工作面采用局部淬火或氮化处理等，精加工采用磨削加工。

这样的加工制造模式精度稳定性差、生产效率低，零件的尺寸一致性差，无法满足国内机床制造企业对精密车床主轴类零件的加工需求，严重制约了我国高档数控机床制造业的发展，成为了我国高档数控机床制造业的重大瓶颈问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种车床主轴零件加工的柔性生产线及加工工艺。

本发明采用的技术方案为：

一种车床主轴零件加工的柔性生产线，该车床主轴零件加工的柔性生产线包括物料调度周转装置、物料暂存装置、物料加工装置和主控制系统；所述物料周转装置由机械手、行走底座和轨道构成，机械手通过行走底座能够在轨道上行走并定位，机械手和行走底座分别与主控制系统信息交互；所述物料加工装置设于轨道的两侧，由若干数控机床构成，各数控机床与主控制系统信息交互；所述物料暂存装置由若干中转台构成，若干中转台设于各数控机床之间，与主控制系统信息交互；所述行走底座和机械手能够接收主控制系统的控制指令，并根据控制指令对物料暂存装置或物料加工装置上的车床主轴零件进行抓取，并搬运至指定的物料暂存装置或物料加工装置上。

优选的，所述物料周转装置的行走底座设有由斜齿轮、齿条、中惯量大转矩的伺服电机和走形轮；所述物料周转装置的机械手采用多关节机械手,机械手的抓取组件由四个气动卡爪构成，四个气动卡爪形成两对能够对车床主轴零件进行抓取的大行程对开式双爪结构；所述物料周转装置的轨道采用高精度直线导轨，且配备有数字化控制润滑系统。

优选的，所述物料加工装置由设于行走轨道的一侧，且一字排开的第一高刚性数控车床、第二高刚性数控车床、第三高刚性数控车床、数控中心孔磨削机，和设于行走轨道另一侧，且一字排开的专用数控内圆磨床、第一数控端面外圆磨床、第二数控端面外圆磨床、第三数控端面外圆磨床、卧式加工中心构成；所述高刚性数控车床采用静压导轨，且机内还设有对刀仪模块、工件检测模块、刀具监控模块和热补偿模块；所述数控端面外圆磨床采用大变径的测量架通过翻转油缸与龙门架相连，且机内安装径向量仪模块；各数控机床上分别设有可编程控制器，并通过可编程控制器控制数控机床加工参数。

优选的，所述物料暂存装置包括五个中转台，第一中转台设于第一高刚性数控车床的一侧，第二中转台、第三中转台、第四中转台设于第一高刚性数控车床和数控中心孔磨削机之间，第五中转台设于第一数控端面外圆磨床和专用数控内圆磨床之间；所述中转台为箱体式结构，箱体顶部设有能够带动顶部台面移动的传动组件，顶部台面上设有用于支撑主轴零件的工装组件，工装组件为对称设置的V型块；第一中转台的传动组件为辊筒，其余中转台的传动组件为线性滑轨。

优选的，所述主控制系统由计算机、主控制柜、伺服控制器、PLC信息交互模块、信息传输模块和传感器构成，计算机为主控制柜的输入端口，主控制柜与伺服电机的伺服控制器、机械手、PLC信息交互模块、信息传输模块网线连接；伺服电机的伺服控制器和机械手与主控制器信息交互，机械手的气动卡爪上设有对射传感器；各数控机床的可编程控制器连接有PLC信息交互模块，且通过PLC信息交互模块与主控制系统信息交互；若干中转台上分别设有信息传输模块，且通过信息传输模块与主控制系统信息交互，中转台的箱体上设有与信息传输模块连接的触须传感器。

优选的，该车床主轴零件加工的柔性生产线还配备视频监控装置，视频监控装置由高清网络红外一体机和网络硬盘录像机构成，高清网络红外一体机安装于线内所有数控机床加工区域内，网络硬盘录像机与主控制系统的主控制柜有线连接。

优选的，该车床主轴零件加工的柔性生产线还配备人工辅助线和物料仓，物料仓与人工辅助线一字排开，且与自动生产线之间设有行车；所述人工辅助线由中心孔磨床和第四高刚性数控车床构成；所述物料仓由上料仓和下料仓构成。

优选的，所述第二高刚性数控车床和第三高刚性数控车床之间还设有第六中转台；第三高刚性数控车床的一侧还设有第七中转台；卧式加工中心和第三数控端面外圆磨床之间还设有第八中转台；第三数控端面外圆磨床和第二数控端面外圆磨床之间还设有第九中转台；第二数控端面外圆磨床和第一数控端面外圆磨床之间还设有第十中转台；所述第七中转台的传动组件为辊筒，其余中转台的传动组件为线性滑轨。

一种车床主轴零件的加工工艺，该加工工艺采用上述的车床主轴零件加工的柔性生产线，包括以下步骤;步骤一，主控制系统检测到第一中转台有料，并向行走底座、机械手和第一高刚性数控车床传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第一中转台处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至第一高刚性数控车床，由第一高刚性数控车床完成零件精车外圆基准、内锥面基准及端面基准的加工工艺；步骤二，第一高刚性数控车床加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座和机械手传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第一高刚性数控车床处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至第二中转台，人工通过数控中心孔磨削机完成零件精磨两端基准的加工工艺；步骤三，主控制系统检测到第二中转台有料，并向行走底座、机械手和第二高刚性数控车床传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第二中转台处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至第二高刚性数控车床，由第二高刚性数控车床完成零件精车外圆、外锥面及端面的加工工艺；步骤四，第二高刚性数控车床加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座、机械手和第三高刚性数控车床传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第二高刚性数控车床处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至第三高刚性数控车床，由第三高刚性数控车床完成零件精车大端外圆、内外锥面、端面及外圆槽的加工工艺；步骤五，第三高刚性数控车床加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座、机械手和卧式加工中心传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第三高刚性数控车床处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至卧式加工中心，由卧式加工中心完成零件镗孔、钻攻螺纹及铣键槽的加工工艺；步骤六，卧式加工中心加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座和机械手传输控制指令，行走底座在轨道上行走至卧式加工中心处定位，由机械手进行抓取并搬运至第三中转台，人工线外完成零件热处理定性、通过中心孔磨床精磨两端基准、通过第四高刚性数控车床精车螺纹的加工工艺；步骤七，主控制系统检测到第四中转台有料，并向行走底座、机械手和第三数控端面外圆磨床传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第四中转台处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至第三数控端面外圆磨床，由第三数控端面外圆磨床完成零件精磨外圆及端面的加工工艺；步骤八，第三数控端面外圆磨床加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座、机械手和第二数控端面外圆磨床传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第三数控端面外圆磨床处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至第二数控端面外圆磨床，由第二数控端面外圆磨床完成零件精磨主轴轴承安装外锥面的加工工艺；步骤九，第二数控端面外圆磨床加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座、机械手和第一数控端面外圆磨床传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第二数控端面外圆磨床处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至第一数控端面外圆磨床，由第一数控端面外圆磨床完成零件磨削主轴与卡盘结合外锥面及端面的加工工艺；步骤十，第一数控端面外圆磨床加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座和机械手传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第一数控端面外圆磨床处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至第五中转台，人工通过专用数控内圆磨床完成零件精磨内锥面的加工工艺。

本发明的有益效果是：

本发明基于对生产节拍、加工柔性、制造精度而设计，通过调度周转装置和物料暂存装置与主控制系统信息交互，对生产物流进行调度和控制，形成一个自动和人工混流的柔性自动生产线，用以提高生产效率；通过物料加工装置与主控制系统信息交互，由主控制系统控制各数控机床的加工程序，进而实现每个加工工序，以及掌握加工节拍。

此外，由于高刚性数控车床设有对刀仪模块、工件检测模块、刀具监控模块和热补偿模块，数控端面外圆磨床采用大变径的测量架，使得主控制系统能够实时得知加工过程中的刀具磨损、加工零件的外径、内径、长度等尺寸、力矩变化、读取温度等信息，从而进行应对误差补偿，提高主轴类零件的制造精度和质量稳定性，进而提高数控车床的可靠性及精度稳定性。

附图说明

图1为本发明的整体设置示意图；

图2为本发明机械手的结构示意图；

图3为本发明物料加工装置高刚性数控车床的结构示意图；

图4为本发明物料加工装置高刚性数控车床的可编程控制器及高清网络红外一体机的结构示意图；

图5为本发明物料加工装置高刚性数控车床上PLC信息交互模块的结构示意图；

图6为本发明物料暂存装置第一中转台的结构示意图；

图7为本发明物料暂存装置第二中转台的结构示意图；

图8为本发明主控制系统的计算机和主控制柜的结构示意图；

图9为本发明主控制柜的内部结构示意图；

图1—9中，1—机械手、2—轨道、3—第一高刚性数控车床、4—第二高刚性数控车床、5—第三高刚性数控车床、6—数控中心孔磨削机、7—专用数控内圆磨床、8—第一数控端面外圆磨床、9—第二数控端面外圆磨床、10—第三数控端面外圆磨床、11—卧式加工中心、12—静压导轨、13—对刀仪模块、14—工件检测模块、15—刀具监控模块、16—热补偿模块、17—可编程控制器、18—第一中转台、19—第二中转台、20—第三中转台、21—第四中转台、22—第五中转台、23—顶部台面、24—工装组件、25—计算机、26—主控制柜、27—PLC信息交互模块、28—触须传感器、29—高清网络红外一体机、30—网络硬盘录像机、31—第六中转台、32—第七中转台、33—第八中转台、34—第九中转台、35—第十中转台、36—中心孔磨床、37—第四高刚性数控车、38—上料仓、39—下料仓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示，本发明是一种车床主轴零件加工的柔性生产线，该车床主轴零件加工的柔性生产线包括物料调度周转装置、物料暂存装置、物料加工装置和主控制系统。所述物料周转装置由机械手1、行走底座和轨道2构成，机械手1通过行走底座能够在轨道2上行走并定位，机械手1和行走底座分别与主控制系统信息交互；所述物料加工装置设于轨道2的两侧，由若干数控机床构成，各数控机床与主控制系统信息交互；所述物料暂存装置由若干中转台构成，若干中转台设于各数控机床之间，与主控制系统信息交互；所述行走底座和机械手1能够接收主控制系统的控制指令，并根据控制指令对物料暂存装置或物料加工装置上的车床主轴零件进行抓取，并搬运至指定的物料暂存装置或物料加工装置上。所述物料周转装置的行走底座采用深圳市新松科技有限公司的产品，行走底座设有由斜齿轮、齿条、中惯量大转矩的伺服电机和走形轮；中惯量大转矩的伺服电机通过齿轮、齿条带动走形轮转动，从而实现在轨道2上的行走动作。

如图2所示，所述物料周转装置的机械手1采用深圳市新松科技有限公司提供的165Kg机器人，该机械手1为多关节机械手1,考虑到数控车床主轴零件的重量及品种多样性加之主轴精度要求，因此选用承载能力较强的关节机器人来实现主轴零件的抓取；为避免机器手上料过程与机床装夹过程产生刚性碰撞，机器手末端设有随动功能，机械手1的抓取组件由四个气动卡爪构成，四个气动卡爪形成两对能够对车床主轴零件进行抓取的大行程对开式双爪结构，从而满足车床主轴零件的抓取和搬运动作。所述物料周转装置的轨道2采用深圳市新松科技有限公司的产品，该轨道2为高精度直线导轨，且配备有数字化控制润滑系统，数字化控制润滑系统采用南京贝奇尔生产的JS-G3-D2-N，数字化控制润滑系统在行走底座的行走过程中，科学合理地为直线导轨滑块、齿轮齿条添加润滑油，从而保证地轨的直线移动精度和使用寿命，有效地降低运行噪音。

该车床主轴零件加工的柔性生产线的物料加工装置，由设于行走轨道2的一侧，且一字排开的第一高刚性数控车床3、第二高刚性数控车床4、第三高刚性数控车床5、数控中心孔磨削机6，和设于行走轨道2另一侧，且一字排开的专用数控内圆磨床7、第一数控端面外圆磨床8、第二数控端面外圆磨床9、第三数控端面外圆磨床10、卧式加工中心11构成；如图3—5所示，其中高刚性数控车床采用自主研发的CY-CTC40100，数控中心孔磨削机6采用新乡日升数控轴承装备股份有限公司生产的2MK9418，专用数控内圆磨床7采用上海机床厂生产的H403-AE，数控端面外圆磨床采用上海机床厂生产的H234，卧式加工中心11采用沈机集团昆明机床股份有限公司生产的KHC80。高刚性数控车床采用静压导轨12，且机内还设有对刀仪模块13、工件检测模块14、刀具监控模块15和热补偿模块16；对刀仪模块13具体为马波斯公司生产的TT30，通过在数控系统上建立：MTS_ALM.SPF、MTS_APU.SPF、MTS_CPU.SPF、MTS_INI.SPF、MTS_PU.SPF五个子程序，使用对刀仪时根据需要调用对应的子程序，用于刀具磨损、换刀后将误差补偿值送入刀补存储里；工件检测模块14采用马波斯公司生产的T25S，通过在数控系统上建立MPL_X及MPL_Z测量程序，在测量时调用不同的检测程序，完成加工零件的外径、内径、长度等尺寸的在机检测，对加工过程做出及时判断避免出现批量废品；刀具监控模块15为扭矩传感器，用以监控加工过程中力矩变化，热补偿模块16为温度传感器，布置于机床X轴、Z轴的导轨上，用以读取温度信息，实时监控机床停机降温，加工升温的过程，并实时进行误差补偿来提高加工精度。高刚性数控车床采用静压导轨12设计、机床开发了刀具监控、热补偿、工件自动在线测量功能，替代了传统的磨削方法实现淬硬热处理后的主轴零件的硬车削工序，保证了零件的表面光洁度以及精度，并提高了生产效率。数控端面外圆磨床采用大变径的测量架通过翻转油缸与龙门架相连，且机内安装径向量仪模块，径向量仪模块采用马波斯生产的THRUVAR5。由于在一台磨床上需要磨削多个外圆部位，且尺寸不一；因此测量架通过翻转油缸与龙门架相连，磨削前测量架翻下磨削的同时测量外径尺寸，磨削到尺寸后，退出加工后测量架翻起，这种在机检测的方法保证了工件加工的轴向尺寸精度。各数控机床均为电动防护门，电动主轴卡盘、电动尾座，同时设有可编程控制器17，通过可编程控制器17控制数控机床加工参数。

该车床主轴零件加工的柔性生产线的物料暂存装置包括五个中转台，第一中转台18设于第一高刚性数控车床3的一侧，第二中转台19、第三中转台20、第四中转台21设于第一高刚性数控车床3和数控中心孔磨削机6之间，第五中转台22设于第一数控端面外圆磨床8和专用数控内圆磨床7之间。中转台为箱体式结构，箱体顶部设有能够带动顶部台面23移动的传动组件，顶部台面23上设有用于支撑主轴零件的工装组件24，工装组件24为对称设置的V型块。如图6所示，上述中转台中的第一中转台18的传动组件为辊筒，如图7所示，其余中转台的传动组件为线性滑轨，传动组件通过控制按钮控制开起和关闭。

如图8—9所示，该车床主轴零件加工的柔性生产线的主控制系统由计算机25、主控制柜26、伺服控制器、PLC信息交互模块27、信息传输模块和传感器构成。计算机25为主控制柜26的输入端口，主控制柜26与伺服电机的伺服控制器、机械手1、PLC信息交互模块27、信息传输模块网线连接，PLC信息交互模块27采用西门子S7-400，信息传输模块采用工业以太网来实现。计算机25通过主控制柜26能够向伺服电机的伺服控制器和机械手1发送控制指令，伺服电机的伺服控制器和机械手1与主控制器信息交互。机械手1的气动卡爪上设有对射传感器，通过对射传感器用于检测是否有料。伺服电机的伺服控制器通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位。各数控机床的可编程控制器17分别连接有PLC信息交互模块27，且通过PLC信息交互模块27与主控制系统信息交互；计算机25通过主控制柜26及PLC信息交互模块27能够向各数控机床的可编程控制器17输入加工参数以及运行指令，各数控机床的可编程控制器17、刀仪模块、工件检测模块14、刀具监控模块15、热补偿模块16、径向量仪模块实时通过主控制柜26及PLC信息交互模块27向计算机25反馈信息，以便于计算机25对每道生产工序的加工余量、加工时间、换刀补偿、加工废品、热态定位误差、力矩变化等进行计算和调整，规划出最优加工及运输路径，从而有效提高生产效率，同时可直接得出检验报告。若干中转台上分别设有信息传输模块，且通过信息传输模块与主控制系统信息交互，中转台的箱体上设有与信息传输模块连接的触须传感器28，触须传感器28用于检测中转台上是否存在物料。

该车床主轴零件加工的柔性生产线的合理布局，物料周转装置的轨道2设置在生产线中间位置，若干数控机床、中转台根据工序要求在轨道2两侧一字排开，排列方向平行于轨道2，以便于机器手在加工区域内进行零件的上下料操作，也便于线内、线外设备的混流加工。

该车床主轴零件加工的柔性生产线的控制流程，在控制系统的控制下实现如下的柔性加工：

步骤一，主控制系统检测到第一中转台18有料、生产线设备正常后，向行走底座、机械手1和第一高刚性数控车床3传输控制指令，行走底座在轨道2上行走至第一中转台18处定位，由机械手1进行抓取零件，并搬运至第一高刚性数控车床3，第一高刚性数控车床3打开防护门，进给轴移至安全区域内、主轴卡盘张开、尾座退回呈上料准备状态，机器手将零件放入，第一高刚性数控车床3主轴卡盘夹紧零件，尾座顶紧，机器手退出加工区，关闭防护门，由第一高刚性数控车床3完成零件精车外圆基准、内锥面基准及端面基准的加工工艺。

步骤二，第一高刚性数控车床3加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座和机械手1传输控制指令，行走底座在轨道2上行走至第一高刚性数控车床3处定位，由机械手1进行抓取零件，并搬运至第二中转台19，人工通过数控中心孔磨削机6完成零件精磨两端基准的加工工艺。

步骤三，主控制系统检测到第二中转台19有料，并向行走底座、机械手1和第二高刚性数控车床4传输控制指令，行走底座在轨道2上行走至第二中转台19处定位，由机械手1进行抓取零件，并搬运至第二高刚性数控车床4，第二高刚性数控车床4与机器手的交互控制动作是一致的，由第二高刚性数控车床4完成零件精车外圆、外锥面及端面的加工工艺。

步骤四，第二高刚性数控车床4加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座、机械手1和第三高刚性数控车床5传输控制指令，行走底座在轨道2上行走至第二高刚性数控车床4处定位，由机械手1进行抓取零件，并搬运至第三高刚性数控车床5，同理，由第三高刚性数控车床5完成零件精车大端外圆、内外锥面、端面及外圆槽的加工工艺。

步骤五，第三高刚性数控车床5加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座、机械手1和卧式加工中心11传输控制指令，行走底座在轨道2上行走至第三高刚性数控车床5处定位，由机械手1进行抓取零件，并搬运至卧式加工中心11，由卧式加工中心11完成零件镗孔、钻攻螺纹及铣键槽的加工工艺。

步骤六，卧式加工中心11加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座和机械手1传输控制指令，行走底座在轨道2上行走至卧式加工中心11处定位，由机械手1进行抓取并搬运至第三中转台20，人工线外完成零件热处理定性、通过中心孔磨床精磨两端基准、通过第四高刚性数控车床精车螺纹的加工工艺。

步骤七，主控制系统检测到第四中转台21有料，并向行走底座、机械手1和第三数控端面外圆磨床10传输控制指令，行走底座在轨道2上行走至第四中转台21处定位，由机械手1进行抓取零件，并搬运至第三数控端面外圆磨床10，由第三数控端面外圆磨床10完成零件精磨外圆及端面的加工工艺。

步骤八，第三数控端面外圆磨床10加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座、机械手1和第二数控端面外圆磨床9传输控制指令，行走底座在轨道2上行走至第三数控端面外圆磨床10处定位，由机械手1进行抓取零件，并搬运至第二数控端面外圆磨床9，由第二数控端面外圆磨床9完成零件精磨主轴轴承安装1：12外锥面的加工工艺。

步骤九，第二数控端面外圆磨床9加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座、机械手1和第一数控端面外圆磨床8传输控制指令，行走底座在轨道2上行走至第二数控端面外圆磨床9处定位，由机械手1进行抓取零件，并搬运至第一数控端面外圆磨床8，由第一数控端面外圆磨床8完成零件磨削主轴与卡盘结合1：4外锥面及端面的加工工艺。

步骤十，第一数控端面外圆磨床8加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座和机械手1传输控制指令，行走底座在轨道2上行走至第一数控端面外圆磨床8处定位，由机械手1进行抓取零件，并搬运至第五中转台22，人工通过专用数控内圆磨床7完成零件精磨1：20内锥面的加工工艺。

传统主轴加工一般采用各类单机、自制设备依次加工，这样的加工制造模式精度稳定性差、生产效率低，零件的尺寸一致性差，无法满足对精密车床主轴类零件的加工需求，本生产线采用了自动装夹、高刚车削以车代粗磨、自动检测补偿精密磨削等技术，实现高效精密加工；通过工艺装备能力匹配以及自动化转运系统，实现节拍平衡和高效生产。利用成组技术实现机床主轴系列的典型结构与工艺特征加工能力，使生产线具备柔性加工能力。

需要说明的是，所述第一中转台18设置了三个工位，采用滚筒输送的方式，人工用行车放料到位后，按下启动按钮则进入自动程序，滚筒线输送，传感器检测到位后，停止输送并通知主控系统上料完成。三个工位根据加工节拍，详细计算加工效率后设定，也可以根据不同零件加工节拍需求，增减工位数。此外，第二中转台19、第三中转台20、第四中转台21设于第一高刚性数控车床3和数控中心孔磨削机6之间，主要是因为零件在进行步骤五加工后，需要人工线外完成零件热处理定性、通过中心孔磨床精磨两端基准、通过第四高刚性数控车床精车螺纹的加工，加工完成后的零件需要再次进入线内，因此在此区域内设置了三个中转台，将第二中转台19分配给步骤二加工完成的零件摆放，将第三中转台20分配给需要运出线外加工的零件摆放，将第四中转台21分配给重新进入生产线的零件摆放，通过这样的设置实现了该条生产线线内、线外的混流加工。

考虑到多个车床主轴零件的同时加工，所述第二高刚性数控车床4和第三高刚性数控车床5之间还设有第六中转台31；第三高刚性数控车床5的一侧还设有第七中转台32；卧式加工中心11和第三数控端面外圆磨床10之间还设有第八中转台33；第三数控端面外圆磨床10和第二数控端面外圆磨床9之间还设有第九中转台34；第二数控端面外圆磨床9和第一数控端面外圆磨床8之间还设有第十中转台35；所述第七中转台32的传动组件为辊筒，其余中转台的传动组件为线性滑轨；上述中转台可用于在各数控机床在执行加工指令时，暂存待加工零件。

为了毛坯材料的上线，成品零件的下线，以及线下辅助工序，该车床主轴零件加工的柔性生产线还配备人工辅助线和物料仓，物料仓与人工辅助线一字排开，且与自动生产线之间设有行车。所述人工辅助线由中心孔磨床36和第四高刚性数控车37床构成，中心孔磨床36和第四高刚性数控车37床用于步骤六的人工线外加工。所述物料仓由上料仓38和下料仓39构成，上料仓38用于向第一中转台18放置毛坯材料，下料仓39用于放置加工成品。

此外，为了主控制系统能够更为直观的实时了解并查看该车床主轴零件加工的柔性生产线的运行情况，该车床主轴零件加工的柔性生产线还配备视频监控装置，视频监控装置由高清网络红外一体机29和网络硬盘录像机30构成，高清网络红外一体机29安装于线内所有数控机床加工区域内，网络硬盘录像机30采用海康威视的DS-7608N-E2，且与主控制系统的主控制柜26有线连接。

Claims (9)

1.一种车床主轴零件加工的柔性生产线，其特征在于：该车床主轴零件加工的柔性生产线包括物料调度周转装置、物料暂存装置、物料加工装置和主控制系统；所述物料周转装置由机械手、行走底座和轨道构成，机械手通过行走底座能够在轨道上行走并定位，机械手和行走底座分别与主控制系统信息交互；所述物料加工装置设于轨道的两侧，由若干数控机床构成，各数控机床与主控制系统信息交互；所述物料暂存装置由若干中转台构成，若干中转台设于各数控机床之间，与主控制系统信息交互；所述行走底座和机械手能够接收主控制系统的控制指令，并根据控制指令对物料暂存装置或物料加工装置上的车床主轴零件进行抓取，并搬运至指定的物料暂存装置或物料加工装置上。

2.根据权利要求1所述的车床主轴零件加工的柔性生产线，其特征在于：所述物料周转装置的行走底座设有由斜齿轮、齿条、中惯量大转矩的伺服电机和走形轮；所述物料周转装置的机械手采用多关节机械手,机械手的抓取组件由四个气动卡爪构成，四个气动卡爪形成两对能够对车床主轴零件进行抓取的大行程对开式双爪结构；所述物料周转装置的轨道采用高精度直线导轨，且配备有数字化控制润滑系统。

3.根据权利要求2所述的车床主轴零件加工的柔性生产线，其特征在于：所述物料加工装置由设于行走轨道的一侧，且一字排开的第一高刚性数控车床、第二高刚性数控车床、第三高刚性数控车床、数控中心孔磨削机，和设于行走轨道另一侧，且一字排开的专用数控内圆磨床、第一数控端面外圆磨床、第二数控端面外圆磨床、第三数控端面外圆磨床、卧式加工中心构成；所述高刚性数控车床采用静压导轨，且机内还设有对刀仪模块、工件检测模块、刀具监控模块和热补偿模块；所述数控端面外圆磨床采用大变径的测量架通过翻转油缸与龙门架相连，且机内安装径向量仪模块；各数控机床上分别设有可编程控制器，并通过可编程控制器控制数控机床加工参数。

4.根据权利要求3所述的车床主轴零件加工的柔性生产线，其特征在于：所述物料暂存装置包括五个中转台，第一中转台设于第一高刚性数控车床的一侧，第二中转台、第三中转台、第四中转台设于第一高刚性数控车床和数控中心孔磨削机之间，第五中转台设于第一数控端面外圆磨床和专用数控内圆磨床之间；所述中转台为箱体式结构，箱体顶部设有能够带动顶部台面移动的传动组件，顶部台面上设有用于支撑主轴零件的工装组件，工装组件为对称设置的V型块；第一中转台的传动组件为辊筒，其余中转台的传动组件为线性滑轨。

5.根据权利要求4所述的车床主轴零件加工的柔性生产线，其特征在于：所述主控制系统由计算机、主控制柜、伺服控制器、PLC信息交互模块、信息传输模块和传感器构成，计算机为主控制柜的输入端口，主控制柜与伺服电机的伺服控制器、机械手、PLC信息交互模块、信息传输模块网线连接；伺服电机的伺服控制器和机械手与主控制器信息交互，机械手的气动卡爪上设有对射传感器；各数控机床的可编程控制器连接有PLC信息交互模块，且通过PLC信息交互模块与主控制系统信息交互；若干中转台上分别设有信息传输模块，且通过信息传输模块与主控制系统信息交互，中转台的箱体上设有与信息传输模块连接的触须传感器。

6.根据权利要求5所述的车床主轴零件加工的柔性生产线，其特征在于：该车床主轴零件加工的柔性生产线还配备视频监控装置，视频监控装置由高清网络红外一体机和网络硬盘录像机构成，高清网络红外一体机安装于线内所有数控机床加工区域内，网络硬盘录像机与主控制系统的主控制柜有线连接。

7.根据权利要求1所述的车床主轴零件加工的柔性生产线，其特征在于：该车床主轴零件加工的柔性生产线还配备人工辅助线和物料仓，物料仓与人工辅助线一字排开，且与自动生产线之间设有行车；所述人工辅助线由中心孔磨床和第四高刚性数控车床构成；所述物料仓由上料仓和下料仓构成。

8.根据权利要求3所述的车床主轴零件加工的柔性生产线，其特征在于：所述第二高刚性数控车床和第三高刚性数控车床之间还设有第六中转台；第三高刚性数控车床的一侧还设有第七中转台；卧式加工中心和第三数控端面外圆磨床之间还设有第八中转台；第三数控端面外圆磨床和第二数控端面外圆磨床之间还设有第九中转台；第二数控端面外圆磨床和第一数控端面外圆磨床之间还设有第十中转台；所述第七中转台的传动组件为辊筒，其余中转台的传动组件为线性滑轨。

9.一种车床主轴零件的加工工艺，该加工工艺采用权利要求1-8任一所述的车床主轴零件加工的柔性生产线，其特征在于：包括以下步骤;

步骤一，主控制系统检测到第一中转台有料，并向行走底座、机械手和第一高刚性数控车床传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第一中转台处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至第一高刚性数控车床，由第一高刚性数控车床完成零件精车外圆基准、内锥面基准及端面基准的加工工艺；

步骤二，第一高刚性数控车床加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座和机械手传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第一高刚性数控车床处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至第二中转台，人工通过数控中心孔磨削机完成零件精磨两端基准的加工工艺；

步骤三，主控制系统检测到第二中转台有料，并向行走底座、机械手和第二高刚性数控车床传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第二中转台处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至第二高刚性数控车床，由第二高刚性数控车床完成零件精车外圆、外锥面及端面的加工工艺；

步骤四，第二高刚性数控车床加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座、机械手和第三高刚性数控车床传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第二高刚性数控车床处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至第三高刚性数控车床，由第三高刚性数控车床完成零件精车大端外圆、内外锥面、端面及外圆槽的加工工艺；

步骤五，第三高刚性数控车床加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座、机械手和卧式加工中心传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第三高刚性数控车床处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至卧式加工中心，由卧式加工中心完成零件镗孔、钻攻螺纹及铣键槽的加工工艺；

步骤六，卧式加工中心加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座和机械手传输控制指令，行走底座在轨道上行走至卧式加工中心处定位，由机械手进行抓取并搬运至第三中转台，人工线外完成零件热处理煮油定性、通过中心孔磨床精磨两端基准、通过第四高刚性数控车床精车螺纹的加工工艺；

步骤七，主控制系统检测到第四中转台有料，并向行走底座、机械手和第三数控端面外圆磨床传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第四中转台处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至第三数控端面外圆磨床，由第三数控端面外圆磨床完成零件精磨外圆及端面的加工工艺；

步骤八，第三数控端面外圆磨床加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座、机械手和第二数控端面外圆磨床传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第三数控端面外圆磨床处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至第二数控端面外圆磨床，由第二数控端面外圆磨床完成零件精磨主轴轴承安装外锥面的加工工艺；

步骤九，第二数控端面外圆磨床加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座、机械手和第一数控端面外圆磨床传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第二数控端面外圆磨床处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至第一数控端面外圆磨床，由第一数控端面外圆磨床完成零件磨削主轴与卡盘结合外锥面及端面的加工工艺；

步骤十，第一数控端面外圆磨床加工完毕后通知主控制系统，主控制系统向行走底座和机械手传输控制指令，行走底座在轨道上行走至第一数控端面外圆磨床处定位，由机械手进行抓取零件，并搬运至第五中转台，人工通过专用数控内圆磨床完成零件精磨内锥面的加工工艺。

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