齒輪箱金屬零部件去毛刺技術(shù)研究

近年來(lái)，隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造中，尺寸精度得到了有效控制 ；但是隨著人們對(duì)質(zhì)量安全要求的提高，毛

刺殘留的問(wèn)題逐漸引起了人們的極大關(guān)注。毛刺殘留不僅導(dǎo)致整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性的降低，還會(huì)造成系統(tǒng)壽命的降低。齒輪箱是車(chē)

輛的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量安全對(duì)高鐵的安全運(yùn)行有著重要影響。

01

 齒輪箱金屬零部件去毛刺的現(xiàn)狀

齒輪箱金屬零部件是指除齒輪、軸承及箱體外的自制零部件，主要有軸承座、密封蓋、密封圈等多種金屬零部件。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，斜孔、相貫孔、相貫孔槽結(jié)構(gòu)較多，加工過(guò)程中面與面的交界處不可避免的產(chǎn)生毛刺；這些毛刺既有大于 1 cm 的大毛刺，也有小于 0.1 mm 的小毛刺，大小不均勻。此外，殘留毛刺還有韌性好、硬度高、與工件的基體未完全分離、刀具的加工空間受限等問(wèn)題，導(dǎo)致了毛刺去除極為困難。

目前齒輪箱金屬零部件主要采用人工的方法去除， 即利用刮刀、鉸刀、打磨頭、砂紙等工具手工去除 ；受制于工人的技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)，人工去毛刺存在較多的問(wèn)題：①效率低下，某型號(hào)大軸承座每人 / 班完成 2~3 個(gè)；②質(zhì)量不穩(wěn)定，易出現(xiàn)漏去毛刺或毛刺去除不理想的情況 ；③瓶頸工序、勞動(dòng)力需求量大、人工成本高。

為解決齒輪箱金屬零部件去毛刺尷尬的現(xiàn)狀，我們與國(guó)內(nèi)外多個(gè)專(zhuān)業(yè)去毛刺設(shè)備廠家進(jìn)行溝通交流和試驗(yàn)驗(yàn)證，各設(shè)備廠家的去毛刺效果均未達(dá)到預(yù)期 ；因此開(kāi)展齒輪箱金屬零部件去毛刺技術(shù)研究，解決齒輪箱金屬零部件大批量生產(chǎn)條件下的去毛刺難題具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

02

 齒輪箱金屬零部件去毛刺技術(shù)研究

隨著科學(xué)的發(fā)展、新技術(shù)的逐漸運(yùn)用，各種去毛刺的方法也應(yīng)運(yùn)而生，目前主要的去毛刺方法有電化學(xué)去毛刺、超聲波去毛刺、高壓水噴射去毛刺、激光去毛刺、研磨去毛刺和機(jī)器人去毛刺等。但不同的方法適用的工件大小、加工精度、材料、毛刺大小等各有不同。針對(duì)齒輪箱零部件極其毛刺的特點(diǎn)，我們擬在機(jī)器人去毛刺 的基礎(chǔ)上進(jìn)行齒輪箱金屬零部件去毛刺的技術(shù)研究。

2.1 機(jī)器人去毛刺設(shè)備設(shè)計(jì)

 機(jī)器人去毛刺采用單元式模塊化設(shè)計(jì)，主要由電氣控制單元、機(jī)器人作業(yè)單元、氣動(dòng)單元、刀具快換單元及裝夾單元等部分組成 ；結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。電氣控制單元為整機(jī)的核心中樞集成控制單元，對(duì)其它各單元進(jìn)行集中聯(lián)絡(luò)控制，按照設(shè)定的加工流程和節(jié)拍要求完成產(chǎn)品的去毛刺作業(yè)。機(jī)器人作業(yè)單元包括NACHI MZ07六軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人、控制系統(tǒng)和電氣管路等附件，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的加工、冷卻及快速換刀等連續(xù)作業(yè)功能 ；其中六軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人具有運(yùn)行平穩(wěn)、 定位精度高、可靠性及靈活性高的優(yōu)點(diǎn)，可滿足工件全方位多角度的加工需求 ；冷卻模塊在加工時(shí)可以對(duì)加工部位噴淋切削液。氣動(dòng)單元由氣動(dòng)可浮動(dòng)刀具夾頭和壓縮空氣清理 2 個(gè)模塊組成，其中氣動(dòng)可浮動(dòng)刀具夾頭為柔性系統(tǒng)夾頭，它避免了因裝夾、加工等偏差引起的刀具受力不均勻及工件和刀具損壞，如孔的軸線與刀具回轉(zhuǎn)軸線不重合時(shí)易引起刀具斷裂、崩刃等 ；柔性系統(tǒng)夾頭能夠根據(jù)刀刃的受力情況適當(dāng)調(diào)整刀具軸線的傾斜角度，最大程度的避免刀具因受力不均產(chǎn)生的損壞 ；壓縮空氣清理模塊通過(guò)壓縮空氣清理加工后工件表面附著的毛刺、鐵屑等。刀具快換單元由快換夾頭和刀具庫(kù) 2 個(gè)模塊組成，快換夾頭可極大的減少設(shè)備換刀時(shí)間，刀具庫(kù)用于儲(chǔ)存去毛刺過(guò)程中所需的各種刀具。裝夾單元由可旋轉(zhuǎn)雙工位工作臺(tái)和專(zhuān)用工裝 2 個(gè)模塊組成，其中可旋轉(zhuǎn)雙工位工作臺(tái)的上下料需人工完成，雙工位可以實(shí)現(xiàn)加工和上下料同時(shí)進(jìn)行，減少設(shè)備的待機(jī)時(shí)間、提高加工效率，該工作臺(tái)同時(shí)能夠完成工件正反面的檢測(cè)和工件有無(wú)檢測(cè) ；專(zhuān)用工裝用于對(duì)工件的定位和裝夾，方便快速安裝。

2.2 機(jī)器人去毛刺工藝設(shè)計(jì)

考慮齒輪箱金屬零部件多種類(lèi)、小批量的加工特點(diǎn)及清潔度的需求，機(jī)器人去毛刺設(shè)備雖有快速、柔性、定位精度高等優(yōu)勢(shì)，但去毛刺的工藝仍需進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)優(yōu)化，以便滿足單個(gè)零部件的加工時(shí)間小于 8 min 的生產(chǎn)節(jié)拍要求及清潔度的需求。齒輪箱零部件去毛刺的難點(diǎn)在于粘連在基體上的大毛刺難以去除，該部分毛刺與工件基體未完全分離，特別是相貫孔、孔槽相貫處的毛刺 ；該部位的毛刺一般與工件基體緊密連接并處于工件內(nèi)部，去毛刺工具深入孔內(nèi)時(shí)，毛刺則翻轉(zhuǎn)到另外一側(cè)的非加工區(qū)域，去除困難。因此，去毛刺應(yīng)首先解決大毛刺粘連的問(wèn)題，再解決小毛刺、小翻邊等，即需先選擇適當(dāng)?shù)毒呓鉀Q大毛刺根部與工件基體未分離的問(wèn)題，再選擇適當(dāng)?shù)毒叽蚰ソ唤缑嫣幍募?xì)小毛刺，因此刀具的選擇是重點(diǎn)。 

去毛刺的刀具有很多，大體可以分為切削類(lèi)和磨削類(lèi) 2 種，切削類(lèi)刀具有鉸刀、倒角刀、球刀、平面銑刀等各種機(jī)加工刀具，磨削類(lèi)刀具有各類(lèi)鋼絲刷、毛刷、 砂輪、磨輪等。根據(jù)各種刀具的加工特點(diǎn)及試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)于齒輪箱金屬零部件的相貫孔、孔槽相貫處的粘連毛刺，若孔內(nèi)毛刺與基體完全分離，可采用大前角的刀具 進(jìn)行切削加工，如平面銑刀 ；去毛刺時(shí)，先用平面銑刀鋒利的刀尖去除與毛刺相連的基體，再使用鋼絲刷去除細(xì)小的毛刺和翻邊。對(duì)于工件表面的孔口毛刺，可使用倒角刀去除大毛刺，再用毛刷去除小毛刺 ；對(duì)于槽內(nèi)的毛刺則可采用球刀或小磨頭去除。對(duì)于工件外表面圓周方向的毛刺，可直接使用機(jī)加工刀具對(duì)尖角處進(jìn)行倒角，再用端面刷進(jìn)行打磨。綜上，齒輪零部件上的粘連大毛刺應(yīng)先使用平面銑刀、倒角刀等前角較大的刀具去除，再用鋼絲刷、毛刷等磨削類(lèi)刀具去除小毛刺。

2.3 機(jī)器人去毛刺驗(yàn)證

 為驗(yàn)證齒輪箱零部件的機(jī)器人去毛刺方法，我們進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)前后零部件狀態(tài)如圖 2、圖 3 所示。其中圖 2 為某軸承座孔槽相貫處大毛刺，平面銑刀 加工前后的對(duì)比。加工前，相貫處有與基體相連的大毛刺殘留 ；加工后，大毛刺基本去除干凈，無(wú)可見(jiàn)毛刺殘留。圖 3 為某軸承座相貫孔處的小毛刺，鋼絲刷加工前后對(duì)比。加工前，相貫處有少量細(xì)小毛刺殘留；加工后， 孔內(nèi)光滑、無(wú)毛刺殘留。

03

 結(jié)論

機(jī)器人去毛刺設(shè)備集成了 6 軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人、柔性氣動(dòng)夾頭及快換機(jī)構(gòu)等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，是適合結(jié)構(gòu)復(fù)雜的各類(lèi)零部件的去毛刺作業(yè)的專(zhuān)業(yè)化、自動(dòng)化綜合設(shè)備。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該設(shè)備實(shí)現(xiàn)了齒輪箱的各類(lèi)金屬零部件的毛刺去除工作，加工后零部件的毛刺殘留率較低，加工節(jié)拍小于 7 min，符合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的需求，極大地提高了 生產(chǎn)效率及改善了生產(chǎn)環(huán)境，具有操作方便、快速、高效等優(yōu)點(diǎn)。