轮毂轴承自动化设备的应用
2019-03-07
王家兴 李 阳
（云科智造制造（沈阳）有限公司）
一、轮毂轴承的发展
汽车轮毂轴承单元主要承受通过悬架系统传递而来的汽车重量（径向载荷）、汽车转向产生的轴向载荷，传递变速箱和驱动轴传过来的扭矩。
轮毂轴承根据与汽车传动系统其它元件集成方式的不同，可以分为代、第二代、第三代和第四代轮毂轴承。目前，应用较为广泛的是第三代轮毂轴承，它采用了轴承单元和防抱刹系统ABS相配合，轴承单元的内外圈均有法兰，内圈通过内法兰用螺栓固定在驱动轴上，外法兰将整个轴承安装在一起。
二、制造加工工艺流程
目前轴承配套厂商主要加工工艺流程分为两种：种加工工艺的车削工序加工主要集中在工件热处理前，如图1所示。
优点是高频淬火前的加工工序可统一采用自动生产线加工，缩短了加工时间，提高了加工效率，大大降低了成本。
缺点是高频淬火导致磨削滚道工序的尺寸定位面、轮毂轴承单元与刹车盘和钢圈安装时的定位面，发生微小变形，从而影响沟道磨削的精度及螺栓孔位置度，不利于轴承单元运行的稳定性、可靠性及使用寿命。
第二种加工工艺的车削工序加工主要分布在工件热处理前粗车工序和热处理后精车工序。
优点是有效消除了高频淬火对之前提到的三个定位面的影响，保证了沟道磨削的精度，同时提高了螺栓孔位置度，大大提高了轴承单元的稳定性和可靠性，延长了轴承单元寿命。
缺点是加工工序较多，加工设备分散，投资成本高。
三、热处理前集中加工的自动化设备
热处理前的加工多为粗车工序，其设备为桁架式自动线（如图3所示），由桁架机械手和两台数控车床（OP10和OP20）、上下料库、翻转机构和抽检单元组成，可以完成热处理前的粗精车工序。桁架为1v2形式，即一个机械手为两台车床换料。机械手为主机换料的时间为16s。
轮毂轴承的钻攻工序由上下料机器人组成的工作站完成，由一台关节机器人配3台立式加工中心组合，上料库带角向定位功能，辅助机器人给立式加工中心上料。三台立式加工中心加工相同工序，可减少自动线的生产节拍。机器人为主机换料的时间为16s。
四、热处理后精车工序加工的自动化设备
热处理后的轮毂轴承法兰面精车加工，由于切削量小，进给速度快，单个工件的加工时间短。一般的自动化设备不能满足轮毂轴承的快节拍要求，大多数的配套厂商还在使用人工单机加工，极少数的轮毂轴承品牌厂商使用进口设备加工，在这种情况下，我公司开发出一款适用于轮毂轴承精车的专机自动生产线。
（1）整体结构布局。
目前车床主流自动化设备有两种，一种是桁架式机械手自动上下料，另一种是车床外部配关节机器人换料形式。这两种形式都在机床外，在换料时有开关门和多余的移动时间导致换料时间在18s左右。与加工时间相同，效率低，导致生产线节拍不合理。
新型的精车工序自动化设备采用机内机器人形式，6轴关节机器人侧挂在数控车床内部，省去了机床换料时的开关门时间，大大的提高了换料节拍。独立的框架设计解决了机床的振动，保证了机床加工的稳定性。轮毂轴承热处理后，通过传输料道传送到精车自动线，通过翻转机构将工件翻转，到达轮毂轴承加工时的上料状态，然后送入机床内部，机器人机械手抓取轮毂轴承工件，进入等待区域等候，零件加工完，机械手对主机进行工件换料，将加工完的轮毂轴承换下，然后机器人第6轴旋转，将轮毂轴承毛坯料装进主机夹具。机床进入加工程序，在主机切削工件的同时，机器人在机床内部换取新的毛坯料，等待机床加工完成，以上过程循环启动，始终保持生产线22s的节拍，如图4所示。
（2）设备加工夹具及防尘处理
设备加工为干切削，机器人选用IP67等级防护能有效的防护切削时产生的粉尘，可以延长关节机器人的使用寿命。工件通过特定的后拉卡盘夹持滚道面，定位轮毂轴承靠面，保证加工精度，如图5所示。轮毂轴承中心加一路中心出气，保证在加工工件时，中心孔位置产生气体负压，使外部粉尘及铁屑不能进入夹，以防装卡下一个工件时，产生偏移影响加工精度。
（3）与传统单机设备的优势
生产线的节拍快，轮毂轴承右端面精车时间约为15s，关节机器人给主机的换料时间为7s，整线的生产节拍为22s。7s的换料时间解决了传统人工换料时，人工的疲劳强度和换料速度，因为人工很难在22s的生产线节拍内，始终保持高强度工作。
高稳定性，通过高品质的外购件与高严格的装配质量，能保证设备24h不间断运行。
高精度，轮毂轴承的右端面精车之后，作为后序磨削工序的基准定位面，因此严控达到右端面到滚道端面的高度差、端面的外径及其圆度。
高品质，机床应用有限元法设计，关键部件床身、床鞍及主轴的扭转刚性相较传统机器大幅提高，热变形小、主轴温升低、振动小。
来源：《金属加工（冷加工）》2018年07期
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