齿轴零件热压装配工艺自动化生产系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种过盈配合加工领域的自动化技术，具体是一种齿轴零件热压 装配工艺自动化生产系统。
【背景技术】
[0002] 传统的输入轴与主动齿压装，通常采用花键配合或直接采用一体式的设计。对于 一体式设计往往存在机加工工序过程中的干涉、制造难度提高、锻件材料浪费、热处理难度 大等缺陷。而花键压装的主要缺陷是增加花键制造及质量控制的风险。热压工艺相比现有 的解决方案来说，制造简单，只需要对零件的内孔和轴的外径进行普通的磨加工，没有特殊 工序，每个零件锻造及制造难度降低、节省材料。
[0003] 热压的主要技术原理是：加热孔类零件，由于均匀受热内孔涨大，计算及试验分析 得出孔径膨胀量，选择适当的加热温度，同时采用热压设备压入轴类零件。待零件自然冷却 后，内孔收缩，并紧固于轴上。通常两配合零件所达到的过盈量，可以达到普通压配零件的 数倍。这样就满足传递扭矩的要求，满足产品设计的强度要求。
[0004] 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103261000A公开（公告）日 2013. 08. 21，公开了一种用于制造用于汽车的助力转向机构的组件的方法，该技术由 具有用于助力转向机构的旋转滑阀1扭杆的输入轴和小齿轮轴构成，所述的方法具有下述 步骤：制造具有设置为用于与扭杆3连接的孔9,10的输入轴1和/或小齿轮轴2 ;其中：孔 9,10制成为相对于扭杆3的外直径具有较小的尺寸；其中：较小的尺寸选择为，使得在输入 轴1和/或小齿轮轴2被加热时或在扭杆3冷却时，扭杆3能够被引入到孔9,10中，并且 在输入轴1和/或小齿轮轴2和扭杆3之间的温度平衡之后，将扭杆3借助于过盈配合安 置在孔9,10中；产生温度差，其中：扭杆3比输入轴1和/或小齿轮轴2更冷；接合输入轴 和/或小齿轮轴和扭杆；以及引起输入轴1和/或小齿轮轴2和扭杆3之间的温度平衡。
[0005] 但该技术的缺陷在于：1)小齿轮轴和扭杆之间接合期间的温度差约为200? 300°C，加热温度过高，极易使零件产生热处理回火，会降低零件表面硬度，影响使用性能； 2)采用液氮冷却扭杆，液氮制备困难、价格高，而且运输、贮存均有特殊要求，有一定的危险 性，不适合存放于操作人员众多的生产现场；3)该技术中没有小齿轮轴、扭杆等零件外径 或孔径的测量装置，不合格零件混入后，无法正确安装，从而不能满足工艺要求；4)该技术 不具备二维码读取功能，零件孔径、外径、加热时间、温度等信息不可追溯；5)该技术未涉 及退磁单元，零件上会残留感应加热后产生的磁性；6)该技术不能精确的控制加热时间、 加热温度；7)未构成系统，人工操作时因为温度高，时间短，所以存在一定安全隐患，也给 零件质量的稳定带来了不确定的因素。
【发明内容】
[0006] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种齿轴零件热压装配工艺自动化生 产系统，能够确保零件加热温度精准可靠，大幅度缩短过盈配合安装过程的时间，零件尺寸 合格且具有可追溯性，从根本上大幅度提高安装准确性和量产效率。
[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0008] 本发明包括：清洗机构、齿轮加热单元、轴冷却单元、热压单元、冷却退磁单元以及 三个六自由度机械手，其中：齿轮加热单元、轴冷却单元并列设置于清洗机构和热压单元之 间，第一六自由度机械手位于齿轮加热单元、轴冷却单元和清洗机构之间，第二六自由度机 械手位于齿轮加热单元一侧，第三六自由度机械手位于轴冷却单元、热压单元和冷却退磁 单元之间，通过三个六自由度机械手实现两种齿轮零件的加热、轴零件的冷却以及该三个 部件的过盈装配。
[0009] 所述的齿轮加热单元包括：依次连接的齿轮上料装置、齿轮检测单元、齿轮加热单 元，其中：齿轮上料装置为带有传感器的两个平行的齿轮上料料道；齿轮上料料道包括：平 行设置的第一齿轮齿轮上料料道和第二齿轮齿轮上料料道。
[0010] 所述的齿轮检测单元包括：依次排列设置的二维码读取系统、齿轮内径测量工位、 不合格品料道和上色标记工位。
[0011] 所述的齿轮加热单元包括：带有驱动装置的水平线性导轨和垂直线性导轨、桁架 机械手、用于第一和第二齿轮的感应加热发生器以及加热电阻、齿轮组合塔架。
[0012] 所述的垂直线性导轨、感应加热发生器、加热电阻机构和水平线性导轨依次排列 设置，用于分别加热两个齿轮的感应加热发生器、用于分别对已加热的两个齿轮进行保温 的加热电阻机构以及组合塔架依次设置于水平线性导轨一侧，齿轮组合塔架用于叠放温度 达到加热温度要求的第一齿轮和第二齿轮。第三六自由度机械手顺利抓取做准备。
[0013] 所述的感应加热发生器包括：两个带有接触式温度测量传感器的感应加热棒以及 温控单元；
[0014] 所述的加热电阻机构包括：分别与接触式温度测量传感器和加热电阻连接的温控 单元，该加热电阻机构对先前已加热的齿轮进行保温并缓慢继续加热，以便在大规模量产 时尽可能避免温度波动和材料形变。
[0015] 所述的轴冷却单元包括：轴类零件上料装置、设置于轴类零件上料装置上方的轴 类零件冷却通道、设置于轴类零件上料装置入口处的轴零件轴径测量、打标记装置、设置于 出口处的轴零件读码单元。
[0016] 所述的轴类零件冷却通道包括：带集成冷藏装置的冷却通道、冷却主机和风扇，其 中：冷却通道设置于轴上料料道上方，冷却主机设置于冷却通道内，风扇设置于冷却通道的 顶部。
[0017] 所述的热压单元包括：接合主轴、上顶针、齿轮上托架、齿轮下托架、冷却管路、下 顶针和升降缸，其中：接合主轴设置于机床顶部并与上顶针相连，齿轮上托架和齿轮下托架 依次设置于接合主轴下方，升降缸设置于机床的底部且下顶针设置于升降缸内，冷却管路 环绕设置于齿轮上、下托架以及上、下顶针周围。
[0018] 所述的冷却退磁单元包括：带水/气冷却的冷退磁通道、输送料道、通过式退磁装 置、退磁传感器，其中：退磁传感器设置于冷退磁通道的入口以判断冷却通道上是否放置有 工件，冷退磁通道位于输送料道的上方，输送料道上固定有零件托架，通过式退磁装置内置 退磁仪，当工件成品通过退磁仪时，进行磁性干扰实现退磁。
[0019] 所述的六自由度机械手均包括：六自由度机器人及其机械手卡爪，其中：每个六 自由度机器人上对应设有双卡爪结构的第一至第三卡爪以同时抓取两个零件；
[0020] 所述的第一卡爪同时抓取一个齿轮和一根轴两种零件；所述的第二卡爪用于在齿 轮加热单元的读码、测量和打标工位之间搬运齿轮；所述的第三卡爪同时抓取一对叠放的 第一齿轮和第二齿轮和一根轴以减少等待的时间和温度的降低，同时可将热压组合后的组 合零件放入冷却退磁单元。 技术效果
[0021] 与现有技术相比，本发明组合了热压工艺所需要的清洗设备，加热、冷却设备，压 机以及退磁设备，并且连线中配有孔径、外径检测、数据存贮设备以及多种传感器、DMC二维 码读取摄像头。各个单元顺序排放，相互之间依靠传送带和机械手相连接构成加工流水线， 加工效率大大提高；操作简便，自动化程度高；易于组配，性能稳定，加工零件质量可靠；替 代了人工操作，大大降低了劳动强度和危险性，特别适合于驱动轴总成类零件的加工。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明系统俯视图；
[0023] 图2a为图1中齿轮加热单元部分放大示意图；
[0024] 图2b为齿轮上料装置立体示意图；
[0025] 图3为齿轮测量单元立体示意图；
[0026] 图4为齿轮加热单元立体示意图；
[0027] 图5a为感应加热发生器示意图；
[0028] 图5b为加热电阻机构示意图；
[0029] 图6为图1中轴冷却单元部分放大示意图；
[0030] 图7为轴类零件上料装置示意图；
[0031] 图8为轴类零件冷却通道示意图；
[0032] 图9a和图9b为轴零件轴径测量、轴零件读码、打标记单元示意图；
[0033] 图10为热压单元立体示意图；
[0034] 图11为冷却退磁单元立体示意图；
[0035] 图12a、图12b、图12c为三种卡爪结构示意图；
[0036] 图13为本发明制备得到的成品示意图；
[0037] 图中：清洗机构构1、齿轮加热单元2、轴冷却单元3、第一机械手4、第二机械手5、 热压单元6、第三机械手7、冷却退磁单元8、齿轮上料装置21、齿轮检测单元22、齿轮加热 单元23、两个齿轮上料料道211、212、传感器213、二维码读取系统221、齿轮内径测量工位 222、不合格品料道223、上色标记工位224、水平线性导轨231、垂直线性导轨232、桁架机械 手233、感应加热发生器234、加热电阻机构235、齿轮组合塔架236、感应加热棒2341、温控 单元2342、接触式温度测量传感器2343、空心铜管23411、特殊耐热材料23422、温控单元 2351、接触式温度测量传感器2352、加热电阻2353、轴类零件上料装置31、轴类零件冷却通 道32、轴零件轴径测量单元33、固定挡块311、轴上料料道312、传感器313、冷却通道321、 冷却主机322、风扇323、轴径测量工