CN113231825A - 一种减速箱齿轮加工流水线系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是一种减速箱齿轮加工流水线系统及控制方法，其流水线结构包括加工机床、传送带、缓存托盘、磨齿机和桁架上料系统；其中传送带呈环形回转式布局，包括上料带和卸料带，其上表面运行轨道上设有若干缓存托盘；2台对称设置的加工机床安装于传送带的上料带一侧，磨齿机安装于传送带的左侧末端，桁架上料系统设于传送带左侧末端正上方。本发明将现有粗加工、精加工和内磨工序统一整合，精简加工过程，使用适应不同尺寸规格齿轮的柔性物流系统使加工机床和磨齿机相联，实现工序之间齿轮单件快速的自动流转，极大的缩短制造周期，降低制造成本。

Description

一种减速箱齿轮加工流水线系统及控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种减速箱齿轮加工流水线系统及控制方法，属于机械制造技术领域。

背景技术

减速箱是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动结构所组成的动力传达设备，作为原动件与工作机之间的减速传动装置，降速同时提高输出扭矩，在原动机和工作机之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代工业机械设备中应用极为广泛。在港口机械设备中，减速箱通常使用在起重机和龙门吊等大型运输设备中，用于将大功率电机的高转速转换为低转速，并获得较大扭矩，以保证货物起吊和运输过程中的平稳运行。因此，港口机械使用的减速箱零部件需要单独进行生产加工，以适配高强度的设备运行环境。

港口机械减速箱使用的齿轮在经过热处理后，需要依次经过粗加工、精加工、内磨和磨齿工序，而目前的生产过程中，粗加工工序、精加工和内磨工序、磨齿工序分别位于不同的车间，在前一车间加工完成后，需要将齿轮半成品以批次进行周转进入下一车间，效率低下，严重减缓齿轮制造周期，增加生产成本；同时，各车间采用的设备工艺落后，工序繁多，进一步影响减速箱设备的整体质量和生产进度，不利于企业的稳步发展。

发明内容

本发明的目的在于解决现有港口减速箱齿轮生产工序存在的上述问题，提出一种减速箱齿轮加工流水线系统及控制方法，通过柔性物流系统整合齿轮加工工序，有效缩短制造周期，降低制造成本。

本发明的技术解决方案：一种减速箱齿轮加工流水线系统，其结构包括加工机床、传送带、缓存托盘、磨齿机和桁架上料系统；其中传送带呈环形回转式布局，包括上料带和卸料带，其上表面运行轨道上设有若干缓存托盘；2台对称设置的加工机床安装于传送带的上料带一侧，磨齿机安装于传送带的左侧末端，桁架上料系统设于传送带左侧末端正上方。

进一步的，所述传送带为逆时针回转，其中上料带沿回转方向依次设置第二上料点、第一上料点、激光打标点、龙门桁架上下料点；卸料带沿回转方向依次设置压力释放点和下料点；所述第一上料点、第二上料点、激光打标点、龙门桁架上下料点、压力释放点和下料点均设有传感器，并通过PLC控制，当缓存托盘运行至相应工位点时，该工位点上的传感器发出信号至PLC，将缓存托盘锁定在该工位点。

进一步的，所述缓存托盘的下表面中部设有与传送带连接的接口，缓存托盘的上表面中央设有根据齿轮内孔直径设计相对应的托盘底座；托盘底座共包括2级圆柱形结构，其中第一级底座直径为125 mm，第二级底座直径为70 mm，第一级底座和第二级底座的边缘均设有橡胶缓冲条。所述传送带上的缓存托盘数量设计为20个，直径小于375mm的齿轮按顺序依次存放在缓存托盘上，最多缓存20个待加工的半成品齿轮；齿轮直径大于375mm的齿轮互相间隔一个缓存托盘存放，最多缓存10个半成品齿轮。

进一步的，所述2台加工机床之间分别设有上料悬臂吊和卸料悬臂吊，其中上料悬臂吊用于将经过粗加工、精加工和内磨工序的齿轮半成品由加工机床搬运至传送带的第一上料点或第二上料点上，卸料悬臂吊用于将经过磨齿工序的齿轮成品由传送带的下料点并搬运下线。

进一步的，所述桁架上料系统整体设置于传送带的龙门桁架上下料点的正上方，并与磨齿机的进料出料端相连接；桁架上料系统的顶部安装有通过PLC操控的龙门式机械臂，龙门式机械臂的移动轨道方向与传送带的方向相垂直；龙门式机械臂的底端设有可调节夹持直径的夹具，所述夹具包括2根对称设置的夹爪，每根夹爪的底部设有齿条，顶部设有橡胶保护套。

该系统进行减速箱齿轮加工的控制方法具体如下：

1）将经过加工机床粗加工、精加工和内磨完成后的齿轮半成品，通过上料悬臂吊搬运至传送带上对应该加工机床位置的第一上料点或第二上料点，并安装在处于该上料点的缓存托盘上，保证齿轮半成品与缓存托盘表面的托盘底座相对固定；

2）启动传送带开始回转，装载半成品齿轮的缓存托盘沿上料带经过激光打标点进行二维码打标，自动传送至龙门桁架上下料点并停止，由桁架上料系统中的龙门式机械臂将半成品齿轮搬运至磨齿机进行磨齿加工；

3）磨齿加工完成后，龙门式机械臂将齿轮成品再次搬运回传送带的缓存托盘上，并沿卸料带经过压力释放点自动传送至下料点停止，使用卸料悬臂吊将齿轮成品下线，空的缓存托盘再次由传送带传送至第一上料点或第二上料点等待上料，如此循环运行；

4）通过传感器和PLC控制，可实现第一上料点单独上料，和第一上料点与第二上料点同时上料的两种工作模式，以适应加工机床的不同工况，平衡与磨齿机之间的加工节拍。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）通过机床加工和以车代磨方式，将现有粗加工、精加工和内磨工序整合为一道工序进行，精简加工过程，减少人力资源投入，提高工作效率；

2）使用适应不同尺寸规格齿轮的柔性物流系统将加工机床和磨齿机相联，实现工序之间齿轮单件快速的自动流转，从而实现1批齿轮（48件）的制造周期由原来的12天缩短至28小时，极大的缩短制造周期，降低制造成本。

附图说明

附图1是本发明减速箱齿轮加工流水线系统的整体结构示意图。

附图2是传送带表面工位的分布结构示意图。

附图3-1~3-2是缓存托盘结构示意图，其中图3-1是内径125mm齿轮在缓存托盘上的安装示意图，图3-2是内径70mm齿轮在缓存托盘上的安装示意图。

附图4-1~4-4是龙门式机械臂底部的夹具结构示意图，其中图4-1和图4-2分别是装载直径296.452mm减速箱齿轮的夹具结构正视图和侧视图，图4-3和图4-4分别是装载直径365.303mm减速箱齿轮的夹具结构正视图和侧视图。

图中1是加工机床、2是传送带、3是缓存托盘、4是磨齿机、5是桁架上料系统、6是龙门式机械臂；1-1是上料悬臂吊、1-2是卸料悬臂吊；2-1是上料带、2-2是卸料带；2-1-1是第一上料点、2-1-2是第二上料点、2-1-3是激光打标点、2-1-4是龙门桁架上下料点；2-2-1是压力释放点、2-2-2是下料点；3-1是托盘底座、3-2是接口；6-1是夹具、6-2是夹爪、6-3是齿条。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”“第二”等表次序的词语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示的减速箱齿轮加工流水线系统，包括加工机床1、传送带2、缓存托盘3、磨齿机4和桁架上料系统5；其中传送带2呈环形回转式布局，包括上料带2-1和卸料带2-2，其上表面运行轨道上设有若干缓存托盘3；2台对称设置的加工机床1安装于传送带2的上料带一侧，磨齿机4安装于传送带2的左侧末端，桁架上料系统5设于传送带2左侧末端正上方。

本实施例中，加工机床1的型号为MT500 L，最大加工直径为500mm，最大加工高度为为462mm，最大承重质量为为500kg；磨齿机4的型号为KX 500 FLEX，齿顶圆加工范围为0-500mm，最大齿面宽为520mm，螺旋角设定范围为±45度，最大工件重量为300公斤。

如图2所示，所述传送带2为逆时针回转，其中上料带2-1沿回转方向依次设置第二上料点2-1-2、第一上料点2-1-1、激光打标点2-1-3、龙门桁架上下料点2-1-4；卸料带2-2沿回转方向依次设置压力释放点2-2-1和下料点2-2-2；缓存托盘3在传送带2上运行时，在第一上料点2-1-1和第二上料点2-1-2处接纳经过加工机床1加工过的齿轮半成品，在激光打标点2-1-3处利用外部激光打印设备在齿轮半成品表面打刻二维码标识，在龙门桁架上下料点2-1-4处卸下齿轮半成品进入磨齿机4加工，在压力释放点2-2-1处检测各缓存托盘3的分布间距情况，使缓存托盘3均匀分布在料道上避免拥堵，在下料点2-2-2处将加工完成的齿轮成品卸下传送带2。上述各工位点均设有传感器，并通过PLC控制，当缓存托盘3运行至相应工位点时，该工位点上的传感器发出信号至PLC，将缓存托盘3锁定在该工位点，方便进行上料、卸料和打标等操作。

如图3-1~3-2所示，所述缓存托盘3的下表面中部设有与传送带2连接的接口3-2，缓存托盘3的上表面中央设有根据齿轮内孔直径设计相对应的托盘底座3-1，使齿轮稳定存放于缓存托盘3上进行传送；托盘底座3-1共包括2级圆柱形结构，图中第一级底座直径为125 mm，第二级底座直径为70 mm；如需安装其他尺寸的齿轮，可根据不同齿轮的内孔直径更换对应的托盘；第一级底座和第二级底座的边缘均设有橡胶缓冲条，从而满足不同尺寸规格齿轮的柔性传送需求，图3-1和图3-2中分别展示了2种不同型号的齿轮存放方式。

传送带2上的缓存托盘3数量可根据企业生产规模和加工机床1的生产效率决定，本实施例中，传送带2上的缓存托盘3数量设计为20个，直径小于375mm的齿轮按顺序依次存放在缓存托盘3上，最多可缓存20个待加工的半成品齿轮；齿轮直径大于375mm的齿轮互相间隔一个缓存托盘3存放，最多可缓存10个半成品齿轮。

所述加工机床1采用车削复合加工设备，整合原有粗加工、精加工和内磨工序为1道工序，表面光洁度可达1.2um；2台加工机床1之间分别设有上料悬臂吊1-1和卸料悬臂吊1-2，其中上料悬臂吊1-1用于将经过粗加工、精加工和内磨工序的齿轮半成品由加工机床1搬运至传送带2的第一上料点2-1-1或第二上料点2-1-2上，卸料悬臂吊1-2用于将经过磨齿工序的齿轮成品由传送带2的下料点2-2-2并搬运下线。

所述桁架上料系统5整体设置于传送带2的龙门桁架上下料点2-1-4的正上方，并与磨齿机4的进料出料端相连接；桁架上料系统5的顶部安装有通过PLC操控的龙门式机械臂6，龙门式机械臂6的移动轨道方向与传送带2的方向相垂直。

如图4-1~图4-4所示，所述龙门式机械臂6的底端设有可调节夹持直径的夹具6-1，所述夹具6-1包括2根对称设置的夹爪6-2，每根夹爪6-2的底部设有齿条6-3，顶部设有橡胶保护套，并通过压缩空气驱动；通过调节夹爪6-2在齿条6-3上的位置，满足对不同尺寸规格齿轮柔性的夹持需求。

实际运行时，该系统的工作流程具体如下：

1）将经过加工机床1粗加工、精加工和内磨完成后的齿轮半成品，通过上料悬臂吊1-1搬运至传送带2上对应该加工机床1位置的第一上料点2-1-1或第二上料点2-1-2，并安装在处于该上料点的缓存托盘3上，保证齿轮半成品与缓存托盘3表面的托盘底座3-1相对固定；

2）启动传送带2开始回转，装载半成品齿轮的缓存托盘3沿上料带2-1经过激光打标点2-1-3进行二维码打标，自动传送至龙门桁架上下料点2-1-4并停止，由桁架上料系统5中的龙门式机械臂6将半成品齿轮搬运至磨齿机4进行磨齿加工；

3）磨齿加工完成后，龙门式机械臂6将齿轮成品再次搬运回传送带2的缓存托盘3上，并沿卸料带2-2经过压力释放点2-2-1自动传送至下料点2-2-2停止，使用卸料悬臂吊1-2将齿轮成品下线，空的缓存托盘3再次由传送带2传送至第一上料点2-1-1或第二上料点2-1-2等待上料，如此循环运行；

4）通过传感器和PLC控制，可实现第一上料点2-1-1单独上料，和第一上料点2-1-1与第二上料点2-1-2同时上料的两种工作模式，以适应加工机床1的不同工况，平衡与磨齿机4之间的加工节拍。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种减速箱齿轮加工流水线系统，其结构包括加工机床（1）、传送带（2）、缓存托盘（3）、磨齿机（4）和桁架上料系统（5）；其中传送带（2）呈环形回转式布局，包括上料带（2-1）和卸料带（2-2），其上表面运行轨道上设有若干缓存托盘（3）；2台对称设置的加工机床（1）安装于传送带（2）的上料带一侧，磨齿机（4）安装于传送带（2）的左侧末端，桁架上料系统（5）设于传送带（2）左侧末端正上方；其特征在于：所述传送带（2）为逆时针回转，其中上料带（2-1）沿回转方向依次设置第二上料点（2-1-2）、第一上料点（2-1-1）、激光打标点（2-1-3）、龙门桁架上下料点（2-1-4）；卸料带（2-2）沿回转方向依次设置压力释放点（2-2-1）和下料点（2-2-2）。

2.根据权利要求1所述的一种减速箱齿轮加工流水线系统，其特征在于：所述第一上料点（2-1-1）、第二上料点（2-1-2）、激光打标点（2-1-3）、龙门桁架上下料点（2-1-4）、压力释放点（2-2-1）和下料点（2-2-2）均设有传感器，并通过PLC控制，当缓存托盘（3）运行至相应工位点时，该工位点上的传感器发出信号至PLC，将缓存托盘（3）锁定在该工位点。

3.根据权利要求1所述的一种减速箱齿轮加工流水线系统，其特征在于：所述缓存托盘（3）的下表面中部设有与传送带（2）连接的接口（3-2），缓存托盘（3）的上表面中央设有根据齿轮内孔直径设计相对应的托盘底座（3-1）。

4.根据权利要求1所述的一种减速箱齿轮加工流水线系统，其特征在于：所述托盘底座（3-1）共包括2级圆柱形结构，其中第一级底座直径为125 mm，第二级底座直径为70 mm，第一级底座和第二级底座的边缘均设有橡胶缓冲条。

5.根据权利要求1所述的一种减速箱齿轮加工流水线系统，其特征在于：所述传送带上的缓存托盘数量设计为20个，直径小于375mm的齿轮按顺序依次存放在缓存托盘上，最多缓存20个待加工的半成品齿轮；齿轮直径大于375mm的齿轮互相间隔一个缓存托盘存放，最多缓存10个半成品齿轮。

6.根据权利要求1所述的一种减速箱齿轮加工流水线系统，其特征在于：所述2台加工机床（1）之间分别设有上料悬臂吊（1-1）和卸料悬臂吊（1-2），其中上料悬臂吊（1-1）用于将经过粗加工、精加工和内磨工序的齿轮半成品由加工机床（1）搬运至传送带（2）的第一上料点（2-1-1）或第二上料点（2-1-2）上，卸料悬臂吊（1-2）用于将经过磨齿工序的齿轮成品由传送带（2）的下料点（2-2-2）并搬运下线。

7.根据权利要求1所述的一种减速箱齿轮加工流水线系统，其特征在于：所述桁架上料系统（5）整体设置于传送带（2）的龙门桁架上下料点（2-1-4）的正上方，并与磨齿机（4）的进料出料端相连接；桁架上料系统（5）的顶部安装有通过PLC操控的龙门式机械臂（6），龙门式机械臂（6）的移动轨道方向与传送带（2）的方向相垂直。

8.根据权利要求1所述的一种减速箱齿轮加工流水线系统，其特征在于：所述龙门式机械臂（6）的底端设有可调节夹持直径的夹具（6-1），所述夹具（6-1）包括2根对称设置的夹爪（6-2），每根夹爪（6-2）的底部设有齿条（6-3），顶部设有橡胶保护套。

9.利用如权利要求1-8中任意一项所述的一种减速箱齿轮加工流水线系统进行减速箱齿轮加工的控制方法，其特征在于，该控制方法的工作流程具体如下：

1）将经过加工机床（1）粗加工、精加工和内磨完成后的齿轮半成品，通过上料悬臂吊（1-1）搬运至传送带（2）上对应该加工机床（1）位置的第一上料点（2-1-1）或第二上料点（2-1-2），并安装在处于该上料点的缓存托盘（3）上，保证齿轮半成品与缓存托盘（3）表面的托盘底座（3-1）相对固定；

2）启动传送带（2）开始回转，装载半成品齿轮的缓存托盘（3）沿上料带（2-1）经过激光打标点（2-1-3）进行二维码打标，自动传送至龙门桁架上下料点（2-1-4）并停止，由桁架上料系统（5）中的龙门式机械臂（6）将半成品齿轮搬运至磨齿机（4）进行磨齿加工；

3）磨齿加工完成后，龙门式机械臂（6）将齿轮成品再次搬运回传送带（2）的缓存托盘（3）上，并沿卸料带（2-2）经过压力释放点（2-2-1）自动传送至下料点（2-2-2）停止，使用卸料悬臂吊（1-2）将齿轮成品下线，空的缓存托盘（3）再次由传送带（2）传送至第一上料点（2-1-1）或第二上料点（2-1-2）等待上料，如此循环运行；

4）通过传感器和PLC控制，可实现第一上料点（2-1-1）单独上料，和第一上料点（2-1-1）与第二上料点（2-1-2）同时上料的两种工作模式，以适应加工机床（1）的不同工况，平衡与磨齿机（4）之间的加工节拍。

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