自动化产线加工中，齿轮如何才能不变形

一往冇前

案例背景

G&M公司过去每生产一种齿轮，批量可达到数十万，这种生产方式如今不再可行。面对小批量，即时交货的需求，自动化制造单元可以快捷地从一种齿轮生产切换到另一种齿轮。这样每次加工的数量可能变少了，但工件精度要求更高，制造单元每天都需要换装。

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工件夹持对于单元灵活性的意义
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制造单元的工具夹持方式必须让工厂能够快捷的实现换装，同时还可以自动化系统装载工件。对于这样的单元化制造方式，如果工件夹持失败或者换装时间过长，或导致制造单元生产停滞。

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硬车削加工通常采用的卡盘设计会使用一个三到六触点的卡爪。但是，滚铣加工和热处理时可能导致轮齿变形，这种变形会影响夹持。若卡爪卡住变形的轮齿，整个工件的放置角度会偏斜，影响检查，可能会导致工件报废。为了解决这个问题，通常需要耗费大量时间进行一系列检查和调整，不断重复，直至齿轮位置正确。

齿轮加工专用筒夹
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专用型筒夹的夹头并非夹持在齿轮直径的几个点上，而是将筒夹紧固在轮齿的所有点上，提高精度，同时确保齿轮直径同齿距线保持准确的相对关系。除了提高精度外，这种工件夹持方式还可以提高可重复性和齿轮圆柱度。

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BT型筒夹的原理：这是一种卡销式安装系统，类似于照相机镜头的固定装置。筒夹的夹头更长，有两个支撑点：锥形头提高了精度，后端面提高了平行度。为了夹持齿轮，夹头采用了轮齿形状。通过气流感应，筒夹可以探测工件位置是否不当，若出现这种情况，将提醒机床操控员。

大部分机械加工厂都在关注更换筒夹的时间，但这不是最重要的。最耗费时间的是为了将工件放置到正确位置而进行两三次调整。这种夹持所有轮齿的方式可以避免偏移，基本上对所有轮齿位置取平均，更准确的夹持变形齿轮对于工厂的全自动化制造单元而言非常重要。

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筒夹与自动化制造单元的整合

通过自动化方式装载这种筒夹是比较困难的。机器人可以轻松的将齿轮装载到传统针式夹具的三个或六个夹针上，但是对于筒夹而言，则需要对机器人运动进行编程，轮齿为螺旋形，导致问题更加复杂。

解决办法是研发全自动化装载程序。首先，制造单元的机器人会抓住齿轮前部，然后将齿轮放在车削机床的筒夹上。然后，机器人进行一次自由浮动式旋转轴定向。随着机器人施加内向压力，自由浮动状态基本可以让齿轮自我引导至筒夹内，这同手动装载齿轮时手部运动方式基本类似。

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换装过程通常需要数小时，尽量在日班期间的上午完成换装，这样下一次轮班时就能开始生产。除了工件夹持变化，两项加工任务之间的切换也需要更改整个制造中心的刀具、程序、机器人、检查方式、流程内测量方式和表面加工工艺。

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图示筒夹可以围绕轮齿周围均匀夹持，保证轮齿的轻微变形不会导致工件偏移或者延长设置时间。

使用专用的筒夹要配合自动化制造单元实际上需要面临一定的风险，与自动化系统的兼容性需要重新设计并解决，但是夹持方式的改变带来好处也是显而易见的。过去使用的其他工件夹持方式要求在每次换装时进行微调，新夹持方式一旦确定了位置，就可以在一次夹头或加工换装到下一次切换之间保持较高的可重复性，不需要进行调整。

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