化学螺栓杆加工自动化生产单元规划分析

■ 希斯机床（沈阳）有限公司 （辽宁 110000） 包洪臣

■ 沈阳机床（集团）有限责任公司精密数控机床分公司 （辽宁 110000） 佟严平

化学锚栓是一种新型材料螺栓，通过特制化学药剂的粘接，从而起到锚固的作用，广泛应用于潮湿空间，重载的狭小间距，工业污染区等恶劣环境。本文所涉及的零件为中国铁路建设部门所使用的化学螺栓杆（见图1）。采用多机自动化的生产单元完成对工件的生产加工。

图1 锚栓

1.零件技术要求

根据图样要求（见图2），制定加工工序方案，工件毛坯为棒料，成品分为切断、端打（打中心孔）、车锥端、滚码、车螺纹端和滚螺纹等六序完成。

加工节拍如下表所示。

2. 自动化单元及布局

根据工件生产工序，制定加工设备布局。采用桁架式机械手，主要由钣金件焊接而成的框架结构，以及可水平、上下移动的机械手臂，再加上手爪及储料装置构成，它像门一样横跨在机床上面，根据客户零件和机床外形尺寸，配合外部设备构成，也称门式框架机械手。

图2 零件

此种自动化单元，由立柱结构和横梁结构组合构成。机械手的上下移动（X）依靠滑板上的导轨机构，Z轴由横梁上滑动机构实现。工件按照加工工艺顺序，从圆棒毛坯料，到零件成品，都是由桁架机械手在横梁的移动，从而实现序与序之间的交互衔接。

按照工件的加工部位，确定加工工艺时间，按照节拍时间，优化加工参数，节拍协调一致，不会出现等料、误料现象。上下料区域设置防护栏，机械手运行轨迹上设有防护网，从而确保安全性，保证操作人员的安全。自动化加工单元布局形式具体如图3所示。

加工节拍表

图3 自动化单元布局

这种桁架式自动单元布局空间紧凑。完全占用空间资源，从而节省了厂房占地面积，节约了场地资源。机械手运行路径最优化，运行速度快，减少了空程时间，减少Z轴工序传递时间和X轴的上下料时间，从而节约了时间成本，提高了生产效率。整套自动化加工单元外观友好，人性化的操作平台，给人以加工的愉悦感。

自动化单元总控系统是以信息技术为手段，对工程进行信息的收集、加工和传输，用经过处理的信息流指导和控制项目建设。核心内容是信息收集、信息处理、实施总体策划与控制，对过程以及各个建设过程之间的界面的总体策划与控制。总控分支单元都是互相独立的，如上下料机构在接收到指令后做相应工作，并反馈相关信息；机械手在接收到指令后，按照相应的项目程序执行与机床的相互动作。根据加工零件的加工工艺，设定机械手对应工艺的相应项目，从而实现分支单元的运行动作。

3. 自动线单元模块介绍

（1）工件抓手模块：由2套两指气爪组成并列手爪，可同步完成上料与下料动作，上下料效率高。由翻转气缸带动气爪，可实现水平状态与竖直状态的转换，满足卡盘上下料与料库取料的需要。气爪手爪设计成可调结构，以适应零件外径尺寸的变化。最大夹持工件质量为4kg，要求气源压力为0.6MPa以上。工件抓手模块示意如图4所示。

（2）重力式料道：自动线的毛坯料由重力式料库实现装载，毛坯料码放在倾斜轨道中，依靠重力作用自动滚动到上料点。上料时由气缸将工件顶起后，机械手将毛坯取走，进入循环。重力式料仓模块示意如图5所示。

图4 工件抓手模块

图5 重力式料仓

（3）翻面模块：由于零件是按照两序加工的，考虑到自动线的结构紧凑性和翻转的快速可靠性，需在自动线的两序之间加一个翻转工位来实现对工件的180°翻转。翻转模块采用落地式。在翻面模块上增加推动气缸，将工件推入滚码机内，待完成滚码后退回到翻面台，继续进入自动线。翻面模块示意如图6所示。

（4）加工设备介绍。

数控车床：本数控机床采用工件最大回转直径350mm，最大车削长度500mm车床设备。机床自身不但具备与自动线系统点位接口，而且外观防护要有机械手抓取工件的自动天窗和自动门。对于自动线内机床，要有超高的工作稳定性。设备加工精度高，机床元件稳定性好，机床润滑充分，切削液供给充足，自动排屑。

端打机：专用打中心孔机床，对螺杆两端面打中心孔，用于后序使用。

滚码机：专用滚码设备，滚特定编码。工件转速与滚头滚动速度必须同步，否则会出现乱码现象。

滚花机：化学螺栓杆滚花，按照GB/6403.3 knurl m 0.5执行。

4. 结语

图6 翻面模块

此种螺栓杆自动化生产单元，从化学螺栓杆的生产工序着手，以客户的场地资源、加工成本、生产效率为布线基础，设计为总控生产单元模式。布局合理，结构简单化，节约了客户成本，市场前景非常广阔，在化学螺栓杆的加工领域，值得借鉴与推广。

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[1] 郭绍义. 机械工程概论[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2009.