[01285663]一种热冲压自动送料装置

轴承套圈的加工是轴承加工的一个重要环节，同时也是人工上料操作较多的一个行业。

目前轴承套圈的生产主要采用热锻加工，以压力机锻造、辗扩成形生产为主，工作环境相当恶劣。

随着生产工人劳动工资的增加，人工上料安全事故的频发，不仅加重了企业负担，而且增加了企业的生产成本。

因此，轴承加工企业尤其是广大的中小民营企业，都在想方设法寻找能减少操作人员的生产方法。

本项目研究开发的轴承热冲压自动化生产线系统来源于聊城一轴承加工企业设备技术改造项目。

目前该公司的轴承套圈在加工过程中，轴承毛坯的上料、冲压、冲孔、下料工艺都需要人工完成，人工上料、下料不仅劳动强度大，劳动者的人身安全难以保障，而且轴承毛坯在冲压过程中需要相当高的定位精度，人工很难实现，从而严重影响了轴承套圈的加工质量和公司的生产效率。

基于以上因素，该公司委托实验室研制一套用于电炉加热的轴承毛坯上料装置、轴承挤压工艺和轴承冲孔工艺的智能机械手。

本项目首先针对轴承毛坯（温度1000℃）的特点和设备工作的特殊性环境（温度60℃以上，灰尘多，半露天，安装位置不确定），基于机器人的运动学和动力学理论，建立不同类型支链末端位移运动的模型。

在此基础上，根据功能需求和工程先验知识，进行机械手的系统方案设计，并利用三维建模软件SOLIDWORKS，建立三维实体模型。

接着针对机械手导轨伸缩带来的颤动问题，建立了导轨结合面弹簧-阻尼模型，根据哈密顿变分原理和静力学有限元方法推导出整体动力学平衡方程，对直线滚动导轨动力学特性进行分析。

并针对机械手长期工作于高温环境中，提出了使用隔热涂料外加散热装置的方法，使机械手能够长期工作并保证寿命。

通过PLC和人机界面实现冲压机械手控制系统的各项功能，针对西门子S7-200系列CPU226只有两个高速脉冲输出口，只能控制两台输送机的高速运转的问题，提出了通过中断程序实现另外三台步进电机的高速运转的方法。

在此基础上，设计了一套用于电炉加热的轴承毛坯上料装置、轴承挤压工艺和轴承冲孔工艺的智能机械手。主要用于完成轴承毛坯直径40mm，高度68mm，重量650克的轴承外圈挤压工艺的上下料，生产节拍：4-5 s/件，废品率：≤0.5%。

该系统完全实现了轴承外圈挤压工艺的自动化生产，减少了人工和劳动强度，提高了冲压效率。本轴承热冲压自动化生产线系统可以代替人工在比较恶劣的环境中工作，无需人工职守或辅助工作。

整套装置能够按照事先编写的程序动作，不会受到工人身体状况、情绪的影响，可靠性高。

项目的完成不仅降低了企业的生产成本，而且大大提高了公司的生产效率。

整套装置采用PLC和人机界面装置进行控制，安全可靠，可以对工作过程进行实时监控，对系统本身进行自诊断，能及时显示错误原因和故障位置，并且发出警报，方便工作人员快速有效的排除故障解决问题。

当能够适应恶劣的高温环境或对机械手临时分配任务时，可以改动或重新设计新部件，对于位置的改变只需更改程序就能满足，这样大大减少了安装和转换工作的成本。

本项目在立项时已与山东中大轴承公司及一些中小型轴承企业密切合作，取得的研究成果正在陆续推广应用，并已获得显著经济效益和社会效益。

2013-2016年，基于该项目的核心技术，山东中大轴承有限公司开发了3套轴承热冲压自动化生产线系统，四年共新增产值6790万元，增收节支1311.8万元。

山东康林轴承有限公司从2014年开始，也引用该项目核心技术，开发了4套用于轴承热冲压自动化生产线系统，三年共新增产值6289万元，增收节支1261万元。

经试验验证，整套装置运行可靠、实用性强，得到了企业委托人的认可。

随着劳动力成本的提高，企业改造现有设备实现自动化生产的需求愈加强烈。目前仅山东聊城这样的中小型企业就有数百家，应用前景广阔。

本项目试验和初步运行情况已获得企业的认可，正在进一步提高其运行的可靠性。准备以山东聊城中小型轴承企业作为产品的应用基地，逐步在山东和其他省份的中小型轴承企业推广和应用。