一种带有台阶型齿圈的生产线及其加工工艺的制作方法

本发明属于齿圈生产制造领域，特别涉及一种带有台阶型齿圈的生产线。本发明还涉及一种带有台阶型齿圈的生产线的加工工艺。

背景技术：

汽车总成所用的齿圈工艺多为锻造成型，国内设计的模式为，锻造成无台阶齿圈，然后车加工出台阶。此工艺流程将由大量的车加工工序，并且金属车削量大，导致材料浪费严重。为解决这一问题，目前国内外均已开始开展台阶型齿圈锻造工艺的研究。因台阶扩孔存在折叠倾向，并且出现裂纹的风险高。因此，继续一套合理的能够进行齿圈台阶扩孔的设备和工序。

技术实现要素：

发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种带有台阶型齿圈的生产线，其结构简单，设计合理，易于生产，自动化程度高，减少人工劳动量，提高了工作效率。本发明还提供一种带有台阶型齿圈的生产线的加工工艺，工作原理简单易行，工作过程自动化程度高，所需要的人力少，提高了生产效率，适合工业大规模应用。

技术方案：一种带有台阶型齿圈的生产线，包括转台、第一扩孔单元、第二扩孔单元和第三扩孔单元，所述转台为圆形转台，所述第一扩孔单元、第二扩孔单元和第三扩孔单元间隔均匀的设置在转台的圆周外部，所述第一扩孔单元、第二扩孔单元和第三扩孔单元相互独立工作，所述第一扩孔单元、第二扩孔单元和第三扩孔单元均包括齿圈检测组件、齿圈上料组件和齿圈扩孔单元，所述齿圈检测组件的一端与转台连接，所述齿圈上料组件与转台的外圆周连接，并且齿圈上料组件可将齿圈转运至齿圈扩孔单元上；其中，所述齿圈扩孔单元包括第一钻孔装置、扩孔装置、铰孔装置和铣台阶孔装置，所述第一钻孔装置、扩孔装置、铰孔装置和铣台阶孔装置均包括机座、龙门架、主轴箱、主轴、刀具和工作台，所述龙门架架设在机座上，所述主轴箱设置在龙门架上，并且主轴箱处于工作台上方，所述主轴与主轴箱连接，所述刀具设置在主轴上。本发明的带有台阶型齿圈的生产线，能够进行多种规格尺寸的齿圈的筛选和台阶扩孔，设置独立工作的第一扩孔单元、第二扩孔单元和第三扩孔单元，提高了工作效率，每个工作单元均可进行齿圈外形尺寸检测、齿圈转运和齿圈扩孔，通过在第一钻孔装置、扩孔装置、铰孔装置和铣台阶孔装置之间通过机械手转运齿圈，第一钻孔装置、扩孔装置、铰孔装置和铣台阶孔装置上设置不同的刀具，完成齿圈台阶孔的加工。

进一步的，上述的带有台阶型齿圈的生产线，所述工作台上设有四爪卡盘。通过四爪卡盘能够进行工件的稳定固定。

进一步的，上述的带有台阶型齿圈的生产线，所述转台包括转盘、一组导料板、支撑座、第一驱动电机、第一立柱和挡板，所述第一驱动电机与支撑座连接，所述转盘固定设置在支撑座的上端面上，并且转盘内设有若干齿圈，所述第一立柱设置在转盘的中间位置，并且第一立柱可随转盘转动，所述挡板的截面为圆形，并且挡板处于转盘外圆周的外部，所述一组导料板的一端间隔均匀的设置在挡板的内壁上，并且导料板倾斜设置，所述导料板远离挡板的端部与挡板的内壁之间形成齿圈进料口，所述齿圈上料组件与齿圈进料口连接。设置的转台能够将齿圈通过导料板移动至齿圈进料口处，符合尺寸要求的可通过齿圈上料组件转运至相应的齿圈扩孔组件，进行扩孔。

进一步的，上述的带有台阶型齿圈的生产线，所述第一立柱的上端部设有圆环形的滑槽，所述齿圈检测组件的一端设置在滑槽内。

进一步的，上述的带有台阶型齿圈的生产线，所述齿圈检测组件包括第二立柱、第一横梁、滚轮、无杆气缸、第一气缸、电磁铁、ccd相机和第一滑块，所述第二立柱设置在转盘外圆周的外部，所述第一横梁的一端与第二立柱连接，并且第一横梁的另一端设有滚轮，所述第一横梁架设在转盘上方，所述滚轮设置在滑槽内，所述滑槽可相对滚轮转动，所述无杆气缸设置在第一横梁靠近转盘的端面上，所述第一滑块设置在无杆气缸上，所述第一气缸设置在第一滑块的下端面上，所述电磁铁设置在第一气缸的下端部，所述ccd相机通过支撑架设置在第一滑块上，并且第一滑块位于电磁铁靠近第一立柱的一侧，所述第一滑块处于齿圈进料口的上方。通过ccd相机记录标准的符合此齿圈进料口的齿圈，将不符合的齿圈通过电磁铁吸附住放回至转盘的中间内，在转盘的转动下，移动至别的齿圈进料口处。

进一步的，上述的带有台阶型齿圈的生产线，所述齿圈上料组件包括送料滑道、齿圈转运机械手和滑动组件，所述送料滑道与齿圈进料口连接，所述滑动组件处于转盘外部，所述齿圈转运机械手设置在滑动组件上，所述送料滑道上的齿圈可通过齿圈转运机械手和滑动组件转运至齿圈扩孔单元上。符合尺寸的齿圈进入送料滑道，并通过齿圈转运机械手移动至扩孔组件中。

进一步的，上述的带有台阶型齿圈的生产线，所述齿圈转运机械手包括固定座、主动轮、从动轮、第一夹持臂和第二夹持臂，所述固定座与滑动组件连接，所述主动轮和从动轮设置在固定座上，并且主动轮和从动轮互相啮合，所述第一夹持臂与主动轮连接，所述第二夹持臂与从动轮连接，所述第一夹持臂和第二夹持臂的内壁均设有弧形的第一凹槽，所述第一夹持臂上的第一凹槽和第二夹持臂上的第一凹槽形成截面为圆形的夹持部，所述主动轮通过伺服电机驱动，所述第一凹槽的内壁上设有弹性橡胶垫。第一夹持臂和第二夹持臂能够互相靠近或者分开，通过第一夹持臂上的第一凹槽和第二夹持臂上的第一凹槽形成圆形截面的夹持部，稳定进行齿圈的夹持，设置的弹性橡胶垫能够防止齿圈被夹伤。

进一步的，上述的带有台阶型齿圈的生产线，所述滑动组件包括第二驱动电机、螺杆、导轨、第二滑块、第二气缸、机械臂和螺杆支撑座，所述螺杆和导轨互相平行设置在螺杆支撑座上，所述第二驱动电机与螺杆的一端连接，所述第二滑块套设在螺杆和导轨上，所述第二气缸设置在第二滑块的下端面上，所述机械臂设置在第二气缸的下端部，所述固定座设置在机械臂远离第二气缸的端部。通过第二滑块在螺杆上的反复移动，进行齿圈在送料滑道和轮扩孔组件之间转运。

进一步的，上述的带有台阶型齿圈的生产线，所述台阶型齿圈的生产线还包括台阶锻造单元，所述台阶锻造单元包括机台、转动台、四爪卡盘、第一主轴和锻压辊，所述转动台设置在机台上，所述四爪卡盘设置在转动台上，所述第一主轴设置在机台上，并且第一主轴位于转动台上方，所述锻压辊设置在第一主轴的下端部。通过锻压辊在较热的齿圈外壁上压出台阶。

本发明还提供一种带有台阶型齿圈的生产线的加工工艺，包括以下步骤：

1）加热锻压后的齿圈通过机械手放置到台阶锻造单元的四爪卡盘上，齿圈处于为冷却状态；

2）锻压辊压紧齿圈的外壁设置，转动台启动旋转，同时带动齿圈旋转，锻压辊沿着齿圈的外圆周形成外台阶，通过机械手将齿圈取下，冷却，将齿圈放置到转盘上；

3）在齿圈进料口处放置尺寸符合齿圈进料口要求的齿圈，ccd相机处于齿圈进料口处，并且ccd相机进行齿圈外形尺寸的记录；

4）第一驱动电机启动，驱动转盘相对导料板和挡板转动，转盘内的齿圈随转盘一起转动，齿圈聚集在齿圈进料口处；

5）转盘转动时，滚轮在滑槽内转动；

6）齿圈进料口处符合尺寸要求的齿圈滑入送料滑道，ccd相机对处于齿圈进料口的下一个齿圈进行外形尺寸记录；

7）当齿圈进料口处的齿圈不符合尺寸要求时，无杆气缸启动，将电磁铁移动至齿圈进料口处，第一气缸和电磁铁同时启动，电磁铁靠近齿圈，并将齿圈吸附在电磁铁上；

8）第一气缸收回，无杆气缸继续启动，向转盘的中心移动，第一滑块处于第一横梁中间位置，电磁铁断电，磁性消失，电磁铁上的齿圈落入转盘内；

9）第一滑块返回第一横梁的初始位置；

10）进入送料滑道的齿圈，到达送料滑道的末端；

11）第二气缸驱动机械臂向送料滑道方向移动，直至第一夹持臂和第二夹持臂贴近送料滑道；

12）主动轮在伺服电机作用下启动，驱动从动轮转动，第一夹持臂和第二夹持臂互相靠近，将齿圈夹紧；

13）第二气缸驱动机械臂升起，第二驱动电机驱动螺杆转动，第二滑块向齿圈扩孔单元方向移动；

14）第二滑块移动至第一钻孔装置处，将齿圈放置在第一钻孔装置的工作台上，主轴装有钻头，钻台阶孔的底孔，钻孔完毕，转运机械手将齿圈转运至扩孔装置上；

15）在扩孔装置上装有立铣刀，对步骤14）中的底孔进行扩孔，扩孔完毕，转运机械手将齿圈转运至铰孔装置上；

16）在铰孔装置上装有铰刀，对步骤15）中的扩孔进行精加工，精加工完毕，转运机械手将齿圈转运至精整外台阶装置上；

17）在精整外台阶装置上装有铣刀，对齿圈上的台阶进行精整，精整完毕，机械手或者人工将齿圈取出。

本发明所述的带有台阶型齿圈的生产线的加工工艺，工作原理简单易行，工作过程自动化程度高，所需要的人力少，提高了生产效率，适合工业大规模应用。

上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：本发明所述的带有台阶型齿圈的生产线，其结构简单，设计合理，易于生产。带有台阶型齿圈的生产线的自动化程度高，工作效率高，应用灵活。本发明所述的带有台阶型齿圈的生产线的加工工艺，工作原理简单易行，工作过程自动化程度高，所需要的人力少，提高了生产效率，适合工业大规模应用。

附图说明

图1为本发明所述的多规格齿圈的扩孔生产线的结构示意图；

图2为本发明所述的多规格齿圈的扩孔生产线的主视图；

图3为本发明所述的齿圈上料组件的结构示意图；

图4为本发明所述的齿圈转运机械手的结构示意图；

图5为本发明所述的第一钻孔装置、扩孔装置、铰孔装置或铣台阶孔装置的结构示意图；

图6为本发明所述的第一钻孔装置、扩孔装置、铰孔装置或铣台阶孔装置的俯视图；

图7为本发明所述的台阶锻造单元的结构示意图。

图中：转台1、转盘11、导料板12、支撑座13、第一驱动电机14、第一立柱15、滑槽151、挡板16、齿圈进料口17、第一扩孔单元2、第二扩孔单元3、第三扩孔单元4、齿圈检测组件5、第二立柱51、第一横梁52、滚轮53、无杆气缸54、第一气缸55、电磁铁56、ccd相机57、第一滑块58、齿圈上料组件6、送料滑道61、齿圈转运机械手62、固定座621、主动轮622、从动轮623第一夹持臂624、第二夹持臂625、第一凹槽626、滑动组件63、第二驱动电机631、螺杆632、导轨633、第二滑块634、第二气缸635、机械臂636、螺杆支撑座637、齿圈扩孔单元7、机座71、龙门架72、主轴箱73、主轴74、刀具75、工作台76、四爪卡盘761、第一钻孔装置8、扩孔装置9、铰孔装置10、铣台阶孔装置20、台阶锻造单元30、机台301、转动台302、第一主轴303、锻压辊304、齿圈100。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

如图1、2、5和6所示的带有台阶型齿圈的生产线，包括转台1、第一扩孔单元2、第二扩孔单元3和第三扩孔单元4，所述转台1为圆形转台，所述第一扩孔单元2、第二扩孔单元3和第三扩孔单元4间隔均匀的设置在转台1的圆周外部，所述第一扩孔单元2、第二扩孔单元3和第三扩孔单元4相互独立工作，所述第一扩孔单元2、第二扩孔单元3和第三扩孔单元4均包括齿圈检测组件5、齿圈上料组件6和齿圈扩孔单元7，所述齿圈检测组件5的一端与转台1连接，所述齿圈上料组件6与转台1的外圆周连接，并且齿圈上料组件6可将齿圈转运至齿圈扩孔单元7上；其中，所述齿圈扩孔单元7包括第一钻孔装置8、扩孔装置9、铰孔装置10和铣台阶孔装置20，所述第一钻孔装置8、扩孔装置9、铰孔装置10和铣台阶孔装置20均包括机座71、龙门架72、主轴箱73、主轴74、刀具75和工作台76，所述龙门架72架设在机座71上，所述主轴箱73设置在龙门架72上，并且主轴箱73处于工作台76上方，所述主轴74与主轴箱73连接，所述刀具75设置在主轴74上。工作台76上设有四爪卡盘761。将齿圈加紧在第一钻孔装置8、扩孔装置9、铰孔装置10或铣台阶孔装置20的四爪卡盘761上，将齿圈进行固定，然后依次进行钻底孔、扩孔、铰孔和铣台阶孔的工序，能够逐步完成齿圈台阶孔的加工。此外，转台1包括转盘11、一组导料板12、支撑座13、第一驱动电机14、第一立柱15和挡板16，所述第一驱动电机14与支撑座13连接，所述转盘11固定设置在支撑座13的上端面上，并且转盘11内设有若干齿圈，所述第一立柱15设置在转盘11的中间位置，并且第一立柱15可随转盘11转动，所述挡板16的截面为圆形，并且挡板16处于转盘11外圆周的外部，所述一组导料板12的一端间隔均匀的设置在挡板16的内壁上，并且导料板12倾斜设置，所述导料板12远离挡板16的端部与挡板16的内壁之间形成齿圈进料口17，所述齿圈上料组件6与齿圈进料口17连接。挡板16贴近转盘11的外圆周，但是不与转盘11的外圆周壁接触，导料板12设置在挡板16的内壁上，这样转盘11转动的时候，挡板16和导料板12不转，齿圈随转盘11转动，齿圈便通过导料板12集聚在齿圈进料口17处。符合要求的便通过齿圈上料组件6进入齿圈扩孔组件7内。第一立柱15的上端部设有圆环形的滑槽151，所述齿圈检测组件5的一端设置在滑槽151内。通过设置滑槽151，齿圈检测组件5的一端设置在滑槽151内，由于齿圈检测组件5固定在转盘11的外部不动，在转盘11带动第一立柱15转动时，能够保持齿圈检测组件5不动。上述齿圈检测组件5包括第二立柱51、第一横梁52、滚轮53、无杆气缸54、第一气缸55、电磁铁56、ccd相机57和第一滑块58，所述第二立柱51设置在转盘11外圆周的外部，所述第一横梁52的一端与第二立柱51连接，并且第一横梁52的另一端设有滚轮53，所述第一横梁52架设在转盘11上方，所述滚轮53设置在滑槽151内，所述滑槽151可相对滚轮53转动，所述无杆气缸54设置在第一横梁52靠近转盘11的端面上，所述第一滑块58设置在无杆气缸54上，所述第一气缸55设置在第一滑块58的下端面上，所述电磁铁56设置在第一气缸55的下端部，所述ccd相机57通过支撑架设置在第一滑块58上，并且第一滑块58位于电磁铁56靠近第一立柱15的一侧，所述第一滑块58处于齿圈进料口17的上方。

如图3所示的齿圈上料组件6包括送料滑道61、齿圈转运机械手62和滑动组件63，所述送料滑道61与齿圈进料口17连接，所述滑动组件63处于转盘11外部，所述齿圈转运机械手62设置在滑动组件63上，所述送料滑道61上的齿圈可通过齿圈转运机械手62和滑动组件63转运至齿圈扩孔单元7上。

如图4所示的齿圈转运机械手62包括固定座621、主动轮622、从动轮623、第一夹持臂624和第二夹持臂625，所述固定座621与滑动组件63连接，所述主动轮622和从动轮623设置在固定座621上，并且主动轮622和从动轮623互相啮合，所述第一夹持臂624与主动轮622连接，所述第二夹持臂625与从动轮623连接，所述第一夹持臂624和第二夹持臂625的内壁均设有弧形的第一凹槽626，所述第一夹持臂624上的第一凹槽626和第二夹持臂625上的第一凹槽626形成截面为圆形的夹持部，所述主动轮622通过伺服电机驱动，所述第一凹槽626的内壁上设有弹性橡胶垫。滑动组件63包括第二驱动电机631、螺杆632、导轨633、第二滑块634、第二气缸635、机械臂636和螺杆支撑座637，所述螺杆632和导轨633互相平行设置在螺杆支撑座637上，所述第二驱动电机631与螺杆632的一端连接，所述第二滑块634套设在螺杆632和导轨633上，所述第二气缸635设置在第二滑块634的下端面上，所述机械臂636设置在第二气缸635的下端部，所述固定座621设置在机械臂636远离第二气缸635的端部。

另外，如图7所示的台阶型齿圈的生产线还包括台阶锻造单元30，所述台阶锻造单元30包括机台301、转动台302、四爪卡盘761、第一主轴303和锻压辊304，所述转动台302设置在机台301上，所述四爪卡盘761设置在转动台302上，所述第一主轴303设置在机台301上，并且第一主轴303位于转动台302上方，所述锻压辊304设置在第一主轴303的下端部。转动台302通过四爪卡盘761将齿圈100卡住旋转，以便锻压辊304在齿圈100的外圆周压出台阶。

工作时，基于以上的机构基础上，一种带有台阶型齿圈的生产线的加工工艺，包括以下步骤：

1）加热锻压后的齿圈通过机械手放置到台阶锻造单元30的四爪卡盘761上，齿圈处于为冷却状态；

2）锻压辊304压紧齿圈的外壁设置，转动台302启动旋转，同时带动齿圈旋转，锻压辊304沿着齿圈的外圆周形成外台阶，通过机械手将齿圈取下，冷却，将齿圈放置到转盘11上；

3）在齿圈进料口17处放置尺寸符合齿圈进料口17要求的齿圈，ccd相机57处于齿圈进料口17处，并且ccd相机57进行齿圈外形尺寸的记录；

4）第一驱动电机14启动，驱动转盘11相对导料板12和挡板16转动，转盘11内的齿圈随转盘11一起转动，齿圈聚集在齿圈进料口17处；

5）转盘11转动时，滚轮53在滑槽151内转动；

6）齿圈进料口17处符合尺寸要求的齿圈滑入送料滑道61，ccd相机57对处于齿圈进料口17的下一个齿圈进行外形尺寸记录；

7）当齿圈进料口17处的齿圈不符合尺寸要求时，无杆气缸54启动，将电磁铁56移动至齿圈进料口17处，第一气缸55和电磁铁56同时启动，电磁铁56靠近齿圈，并将齿圈吸附在电磁铁56上；

8）第一气缸55收回，无杆气缸54继续启动，向转盘11的中心移动，第一滑块58处于第一横梁52中间位置，电磁铁56断电，磁性消失，电磁铁56上的齿圈落入转盘11内；

9）第一滑块58返回第一横梁52的初始位置；

10）进入送料滑道61的齿圈，到达送料滑道61的末端；

11）第二气缸635驱动机械臂636向送料滑道61方向移动，直至第一夹持臂624和第二夹持臂625贴近送料滑道61；

12）主动轮622在伺服电机作用下启动，驱动从动轮623转动，第一夹持臂624和第二夹持臂625互相靠近，将齿圈夹紧；

13）第二气缸635驱动机械臂636升起，第二驱动电机631驱动螺杆632转动，第二滑块634向齿圈扩孔单元7方向移动；

14）第二滑块634移动至第一钻孔装置8处，将齿圈放置在第一钻孔装置8的工作台76上，主轴74装有钻头，钻台阶孔的底孔，钻孔完毕，转运机械手将齿圈转运至扩孔装置9上；

15）在扩孔装置9上装有立铣刀，对步骤14）中的底孔进行扩孔，扩孔完毕，转运机械手将齿圈转运至铰孔装置10上；

16）在铰孔装置10上装有铰刀，对步骤15）中的扩孔进行精加工，精加工完毕，转运机械手将齿圈转运至精整外台阶装置20上；

17）在精整外台阶装置20上装有铣刀，对齿圈上的台阶进行精整，精整完毕，机械手或者人工将齿圈取出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。