介绍了凸轮零件的内花键采用拉削工艺加工的自动化生产线。该生产线由上下料传送带、立式内拉床、机械臂、检测机构、抽检台和清洗机等组成。并介绍了需要解决的几个难点。该生产线生产效率高，在实际生产中应用广泛。

　　汽车作为一种常用的交通工具，在日常生活中的占比越来越大。汽车行业的发展需要汽车零部件的加工有相应的发展速度。凸轮轴作为汽车活塞发动机里的一个不可或缺的重要零部件，其作用是适时地打开和关闭各缸的进、排气门，以及驱动分电器、机油泵、汽油泵工作。凸轮零件的加工质量直接影响着凸轮轴的性能和使用寿命，因此该零件的加工对汽车行业的发展有着重大的影响。

　　拉削加工是多切削刃工具的机械加工形式，是粗加工、半精加工和精加工一次拉削完成的一种加工方法。该加工方法能保证零件所需要的精度，加工后的零件互换性较好，生产效率高。

　　整条凸轮零件的内花键拉削工艺的自动化生产线中，采用桁架机械臂自动衔接拉削过程的上、下道工序，整条生产线由链条式上料输送带、上料视觉检测系统、四工位工件移动式立式内拉床、抽检机构、下料视觉检测系统、自动下料机构和清洗机等组成，整个加工过程只需 30 s/4 件，生产效率与自动化程度较高，适合于批量生产。

　　一、 加工零件的基本参数

　　材料: 锻造件 100Cr6( TS-00070) ;

　　硬度: 87～94HRB;

　　内花键孔参数如表 1。

表 1 加工内花键孔参数

　　如图 1 所示，本机床加工的凸轮工件内花键尺寸相同，外形的桃尖部分存在偏差，防错标记也不相同。

　　二、 生产线布局

　　根据工件特点以及安排的预定加工工艺，编制的整条生产线结构布局如下(见图 2) :

　　上料输送带→上料视觉检测系统→四工位工件移动式立式内拉床→抽检机构→下料视觉检测系统→自动下料机构→清洗机。

　　上下料输送带：上料输送带承接客户处的上道工序，由机械手传递过来的工件，放置于上料输送带上。见图 3，上料输送带采用的是链板式，其动力源采用伺服电动机，循环运动的链条上间隔一定间距设置了夹具随行板，随行板每排放置 4 个工件作为一套，输送到拉床机械臂上料位，机械臂抓取后，上料输送带的后一排随行板行进到拉床机械臂上料位。上料输送带还配置了一套角度拨正机构，确保工件上料到拉床上的角度，影响凸轮工件桃尖与内花键的角度过大。

　　四工位工件移动式立式内拉床：加工凸轮工件内花键的拉床为浙江畅尔智能装备股份有限公司设计制造的四工位工件移动式立式内拉床，见图 4。本拉床主要组部件为床身组件、底座组件、送料组件、主油缸组件、溜板组件、主( 辅) 夹头体组件、提刀、调刀组件、冷却排屑组件，以及 PLC 电气控制系统和液压控制系统。

　　拉床的主动力为液压驱动，液压系统驱动主油缸活塞上下运动，带动主溜板上下运行;辅溜板通过直线导轨，与床身相联接，通过伺服电动机驱动，提刀机构达到送刀和提刀目的，拉刀长度调整也由伺服电动机控制;辅夹头座装在辅溜板上，其上装辅夹头体，通过气缸左右运动来操纵辅夹头体的开合;主夹头座安装在底座上，其上装主夹头体，通过气缸左右运动来操纵主夹头体的开合。送料机构通过伺服电动机的驱动+滚珠丝杠副作自动送料和退料运动。刷屑机构与送料机构一体，母丝向内送 250 mm 时，工件处于拉削位置，向外退 125 mm 时为刷屑位。返程过程中，拉刀通过刷屑机构清理拉刀上的切屑。

　　机械臂、检测机构、抽检台和清洗机：机械臂采用桁架形式，横跨拉床防护罩上方(见图 5) 。机械臂包括上、下料机械臂、上、下料检测机构和下料机构。为提高生产效率，机械臂设置了上料机械臂和下料机械臂，单独负责上料和下料。上料机械臂对应上料输送带的随行板位置为最右侧，最左侧为机床送料组件退料到位的位置，而下料机械臂对应抽检台位置为最左侧位置，最右侧为机床送料组件退料到位的位置。当下料机械臂下至抽检台上方，无需抽检时，下料机构的下料爪接过下料机械臂的工件，检测合格的工件横移至下料滑槽，最后工件进入清洗机。

　　三、 自动生产线的几个难点

　　加工凸轮工件的内花键，需解决以下几个问题才能实现全自动模式:

　　(1) 工件需要相同的朝向，适用机床送料机构的仿形夹具。

　　(2) 判断工件正反面，采用客户要求的安装面，不符合正反面放置的工件进入废料斗。

　　(3) 送料过程中，防止工件大幅度转动。

　　(4) 工件拉削完成，需要检测工件是否已加工，未加工的工件进入废料斗。

　　针对工件相同朝向的问题，上料输送带设置了角度拨正机构：见图 6。两个气缸控制角度拨正机构，同时拨正一排 4 个工位的工件，适用工件范围广，无需更换任何零件。上道工序机械臂将 4 个工件同时放置于上料输送带，角度拨正机构安装于机械臂抓取工件的位置。角度拨正机构采用气动源，两个气缸功能分别为进退和左右开合。中间的气缸为左右开合形式，采用联动机构，上下拨块分别向工件方向夹紧，达到拨正角度的效果;而后面的气缸为进退形式，气缸通过导轨副，推动左右开合的气缸和整套联动机构的进退，达到适用不同工件大小的拨正效果。

　　针对工件正反面安装问题，采用了视觉检测机构：机床、上料输送带之间设置上料视觉检测和废料斗(见图 7) 。机械臂抓取上料输送带的工件，再依次移动至第一个工件停留于摄像机上头，摄像机瞬间抓拍工件下方是否有凹点，抓拍的照片参考电脑中的参照照片，待 4 个工件依次都抓拍完成，若一组 4 只工件都符合要求，则机械臂继续横移至机床上料位：否则，若一组 4 只工件中有 1 只不符合要求，则机械臂往下移，将 4 只工件都放置于废料斗。

　　针对送料机构送料过程中，防止工件大幅度转动的问题：针对送料机构工作过程中，防止工件大幅度转动，夹具采用仿形结构(见图8) 。而送料机构的动力源为伺服电动机，采用滚珠丝杠和直线导轨副作为传动机构，这样的机构传动精度高，传动平稳性好。

　　伺服电动机安装于送料机构的右侧(见图9) 。通过联动机构带动刷屑机构和夹具部分前后运动，完成进退料动作。此时的夹具处于退料位，上料视觉检测合格的工件停在送料机构退料位上方，机械臂下行将工件放入夹具的仿形槽，伺服电动机驱动夹具往拉削位送料，整个移动过程中，工件在仿形夹具中的最大旋转角度为±5°，凸轮的运动通过 SolidWorks 三维软件实体建模来体现。拉削时，冷却液冲刷下，切屑从三等份的排屑槽排出，夹具在退料过程中，切屑也可从中间孔掉下，不担心切屑堆积问题。

　　工件拉削完成，需要检测工件是否已加工，未加工的工件进入废料斗：工件拉削完成，下料机械臂抓取工件后上行至机床外的下料位。下料夹爪同时接住下料机械臂的 4 个工件，正常情况下，下料夹爪依次经过下料视觉检测的摄像头，摄像机瞬间抓拍工件中间花键，抓拍的照片参考电脑中的参照照片，待 4 个工件依次都抓拍完成，若一组 4 只工件都符合要求，则下料夹爪继续横移至下料接斗进入清洗机;否则，若一组 4 只工件中有 1 只不符合要求，则将 4 只工件都放置于下料废料斗(见图 10) 。

　　机床与下料视觉检测机构中设置了抽检机构(见图 11) 。根据客户实际需要，可通过 PLC 系统设置抽检频率。

　　四、 结语

　　目前，此自动生产线交付客户投入生产加工。机床实物如图 12 所示。

　　该拉削加工工艺+视觉检测的组合，为拉削工艺与视觉检测的有效结合提供了一个实例。