齒輪箱金屬零部件去毛刺技術研究

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

刺殘留的問題逐漸引起了人們的極大關注。毛刺殘留不僅導致整個機械系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性的降低，還會造成系統(tǒng)壽命的降低。齒輪箱是車

輛的關鍵部件，其質量安全對高鐵的安全運行有著重要影響。

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 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。由于結構復雜，斜孔、相貫孔、相貫孔槽結構較多，加工過程中面與面的交界處不可避免的產生毛刺；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題，導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 ；受制于工人的技術水平和經(jīng)驗，人工去毛刺存在較多的問題：①效率低下，某型號大軸承座每人 / 班完成 2~3 個；②質量不穩(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，我們與國內外多個專業(yè)去毛刺設備廠家進行溝通交流和試驗驗證，各設備廠家的去毛刺效果均未達到預期 ；因此開展齒輪箱金屬零部件去毛刺技術研究，解決齒輪箱金屬零部件大批量生產條件下的去毛刺難題具有十分重要的現(xiàn)實意義。

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 齒輪箱金屬零部件去毛刺技術研究

隨著科學的發(fā)展、新技術的逐漸運用，各種去毛刺的方法也應運而生，目前主要的去毛刺方法有電化學去毛刺、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。針對齒輪箱零部件極其毛刺的特點，我們擬在機器人去毛刺 的基礎上進行齒輪箱金屬零部件去毛刺的技術研究。

2.1 機器人去毛刺設備設計

 機器人去毛刺采用單元式模塊化設計，主要由電氣控制單元、機器人作業(yè)單元、氣動單元、刀具快換單元及裝夾單元等部分組成 ；結構如圖 1 所示。電氣控制單元為整機的核心中樞集成控制單元，對其它各單元進行集中聯(lián)絡控制，按照設定的加工流程和節(jié)拍要求完成產品的去毛刺作業(yè)。機器人作業(yè)單元包括NACHI MZ07六軸多關節(jié)機器人、控制系統(tǒng)和電氣管路等附件，可實現(xiàn)對工件的加工、冷卻及快速換刀等連續(xù)作業(yè)功能 ；其中六軸多關節(jié)機器人具有運行平穩(wěn)、 定位精度高、可靠性及靈活性高的優(yōu)點，可滿足工件全方位多角度的加工需求 ；冷卻模塊在加工時可以對加工部位噴淋切削液。氣動單元由氣動可浮動刀具夾頭和壓縮空氣清理 2 個模塊組成，其中氣動可浮動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軸線不重合時易引起刀具斷裂、崩刃等 ；柔性系統(tǒng)夾頭能夠根據(jù)刀刃的受力情況適當調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生的損壞 ；壓縮空氣清理模塊通過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 2 個模塊組成，快換夾頭可極大的減少設備換刀時間，刀具庫用于儲存去毛刺過程中所需的各種刀具。裝夾單元由可旋轉雙工位工作臺和專用工裝 2 個模塊組成，其中可旋轉雙工位工作臺的上下料需人工完成，雙工位可以實現(xiàn)加工和上下料同時進行，減少設備的待機時間、提高加工效率，該工作臺同時能夠完成工件正反面的檢測和工件有無檢測 ；專用工裝用于對工件的定位和裝夾，方便快速安裝。

2.2 機器人去毛刺工藝設計

考慮齒輪箱金屬零部件多種類、小批量的加工特點及清潔度的需求，機器人去毛刺設備雖有快速、柔性、定位精度高等優(yōu)勢，但去毛刺的工藝仍需進行進一步的設計優(yōu)化，以便滿足單個零部件的加工時間小于 8 min 的生產節(jié)拍要求及清潔度的需求。齒輪箱零部件去毛刺的難點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部，去毛刺工具深入孔內時，毛刺則翻轉到另外一側的非加工區(qū)域，去除困難。因此，去毛刺應首先解決大毛刺粘連的問題，再解決小毛刺、小翻邊等，即需先選擇適當?shù)毒呓鉀Q大毛刺根部與工件基體未分離的問題，再選擇適當?shù)毒叽蚰ソ唤缑嫣幍募毿∶?，因此刀具的選擇是重點。 

去毛刺的刀具有很多，大體可以分為切削類和磨削類 2 種，切削類刀具有鉸刀、倒角刀、球刀、平面銑刀等各種機加工刀具，磨削類刀具有各類鋼絲刷、毛刷、 砂輪、磨輪等。根據(jù)各種刀具的加工特點及試驗驗證，對于齒輪箱金屬零部件的相貫孔、孔槽相貫處的粘連毛刺，若孔內毛刺與基體完全分離，可采用大前角的刀具 進行切削加工，如平面銑刀 ；去毛刺時，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小的毛刺和翻邊。對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 ；對于槽內的毛刺則可采用球刀或小磨頭去除。對于工件外表面圓周方向的毛刺，可直接使用機加工刀具對尖角處進行倒角，再用端面刷進行打磨。綜上，齒輪零部件上的粘連大毛刺應先使用平面銑刀、倒角刀等前角較大的刀具去除，再用鋼絲刷、毛刷等磨削類刀具去除小毛刺。

2.3 機器人去毛刺驗證

 為驗證齒輪箱零部件的機器人去毛刺方法，我們進行相關試驗驗證。試驗前后零部件狀態(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，無可見毛刺殘留。圖 3 為某軸承座相貫孔處的小毛刺，鋼絲刷加工前后對比。加工前，相貫處有少量細小毛刺殘留；加工后， 孔內光滑、無毛刺殘留。

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 結論

機器人去毛刺設備集成了 6 軸多關節(jié)機器人、柔性氣動夾頭及快換機構等多項先進技術，是適合結構復雜的各類零部件的去毛刺作業(yè)的專業(yè)化、自動化綜合設備。經(jīng)試驗驗證，該設備實現(xiàn)了齒輪箱的各類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，符合生產現(xiàn)場的需求，極大地提高了 生產效率及改善了生產環(huán)境，具有操作方便、快速、高效等優(yōu)點。