自動化產線加工中，齒輪如何才能不變形

一往冇前

案例背景

G&M公司過去每生產一種齒輪，批量可達到數十萬，這種生產方式如今不再可行。面對小批量，即時交貨的需求，自動化制造單元可以快捷地從一種齒輪生產切換到另一種齒輪。這樣每次加工的數量可能變少了，但工件精度要求更高，制造單元每天都需要換裝。

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工件夾持對于單元靈活性的意義
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制造單元的工具夾持方式必須讓工廠能夠快捷的實現換裝，同時還可以自動化系統裝載工件。對于這樣的單元化制造方式，如果工件夾持失敗或者換裝時間過長，或導致制造單元生產停滯。

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硬車削加工通常采用的卡盤設計會使用一個三到六觸點的卡爪。但是，滾銑加工和熱處理時可能導致輪齒變形，這種變形會影響夾持。若卡爪卡住變形的輪齒，整個工件的放置角度會偏斜，影響檢查，可能會導致工件報廢。為了解決這個問題，通常需要耗費大量時間進行一系列檢查和調整，不斷重復，直至齒輪位置正確。

齒輪加工專用筒夾
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專用型筒夾的夾頭并非夾持在齒輪直徑的幾個點上，而是將筒夾緊固在輪齒的所有點上，提高精度，同時確保齒輪直徑同齒距線保持準確的相對關系。除了提高精度外，這種工件夾持方式還可以提高可重復性和齒輪圓柱度。

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BT型筒夾的原理：這是一種卡銷式安裝系統，類似于照相機鏡頭的固定裝置。筒夾的夾頭更長，有兩個支撐點：錐形頭提高了精度，后端面提高了平行度。為了夾持齒輪，夾頭采用了輪齒形狀。通過氣流感應，筒夾可以探測工件位置是否不當，若出現這種情況，將提醒機床操控員。

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大部分機械加工廠都在關注更換筒夾的時間，但這不是最重要的。最耗費時間的是為了將工件放置到正確位置而進行兩三次調整。這種夾持所有輪齒的方式可以避免偏移，基本上對所有輪齒位置取平均，更準確的夾持變形齒輪對于工廠的全自動化制造單元而言非常重要。

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筒夾與自動化制造單元的整合

通過自動化方式裝載這種筒夾是比較困難的。機器人可以輕松的將齒輪裝載到傳統針式夾具的三個或六個夾針上，但是對于筒夾而言，則需要對機器人運動進行編程，輪齒為螺旋形，導致問題更加復雜。

解決辦法是研發全自動化裝載程序。首先，制造單元的機器人會抓住齒輪前部，然后將齒輪放在車削機床的筒夾上。然后，機器人進行一次自由浮動式旋轉軸定向。隨著機器人施加內向壓力，自由浮動狀態基本可以讓齒輪自我引導至筒夾內，這同手動裝載齒輪時手部運動方式基本類似。

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換裝過程通常需要數小時，盡量在日班期間的上午完成換裝，這樣下一次輪班時就能開始生產。除了工件夾持變化，兩項加工任務之間的切換也需要更改整個制造中心的刀具、程序、機器人、檢查方式、流程內測量方式和表面加工工藝。

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圖示筒夾可以圍繞輪齒周圍均勻夾持，保證輪齒的輕微變形不會導致工件偏移或者延長設置時間。

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使用專用的筒夾要配合自動化制造單元實際上需要面臨一定的風險，與自動化系統的兼容性需要重新設計并解決，但是夾持方式的改變帶來好處也是顯而易見的。過去使用的其他工件夾持方式要求在每次換裝時進行微調，新夾持方式一旦確定了位置，就可以在一次夾頭或加工換裝到下一次切換之間保持較高的可重復性，不需要進行調整。

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學到了，謝謝

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