一、汽車齒輪加工自動生產線的需求

      汽車工業既是我國最重要、最活躍的支柱產業之一，同時也是機（jī）床裝備製造業的重點服務領域。在我國（guó）由汽車工業（yè）大國邁向汽車工業強國的發展進程中，汽車零部件高檔生產裝（zhuāng）備及生產線的國產化、自動化、成套化將起著至關重要的作（zuò）用。轎車變速箱齒輪（lún）是汽車工業領域量大麵廣，對轎車傳動係統安全、壽命、噪聲、操作性具有直接影（yǐng）響的關鍵零件，其生產（chǎn）技術與裝備水平在汽車工業領域具有代表性和典型性。

      當前，歐美日韓等（děng）汽車工業強國已普遍采用集成（chéng）高端機床裝備和物流（liú）自動化的齒輪加工自動生產線作為汽車變速箱齒輪的製造模（mó）式; 然而，我國轎車變速箱（xiāng）齒輪生產卻仍以勞動密（mì）集型手動生產為（wéi）主，工序間零件轉移及生（shēng）產節拍控製主要通過人工實現，關健裝備及生產線與國際先（xiān）進水平差距較大，對進口（kǒu）依賴性（xìng）強，已不能滿足我國企業轉型升級、提升競爭力的需要。

      隨著我國人口年齡結構變化，老齡化趨勢漸現，必將導（dǎo）致適齡勞（láo）動力（lì）的不足，熟練技工的缺乏;另一方麵，隨社會的發展進步（bù），員（yuán）工的薪資福利逐步提升，人力成本必然增加; 同時，人員的技能、態度和流（liú）失等因素都會對生產的效率、產品的（de）質量和精度穩定等造成（chéng）較大影響。

      總之，人口紅利消失，使我國製造業的成本（běn）優勢正在失（shī）去，如何化解上述製約企業發展的因素，是我（wǒ）們值得思考的問題。可以預見，汽車齒輪加工自動生產（chǎn）線將是我國汽車零部（bù）件加工企業轉型升級的首選，同時也是我國齒輪加工機床製造企業的主要研（yán）究課題。

二、自主研發轎車變速箱齒輪（lún）加工自動

生產線的技（jì）術路線和特點

      轎車變速（sù）箱齒輪加工自動生產線課題，是一個牽（qiān）涉麵廣的係統集成創新項目，涉（shè）及到車削中心（xīn）、滾齒、倒棱（léng）倒角、剃齒、磨齒等線上設（shè）備和工藝（yì）工裝，以及數控係統、功能部（bù）件、自動控製等集成創新工作。因此我（wǒ）們（men）要用係（xì）統工程（chéng）的思想方法，從齒輪加工整（zhěng）體解決方案的優化創新入手，探索新的（de）工藝流程和方法，研究總結組建柔性自動加（jiā）工單元或自動生產（chǎn）線的整體（tǐ）解決方案。

      根據整體解決方案的要求，重點研究解決我國高端裝備在設計優化、動態（tài）測試、知識專家庫的建立、自適應智能控製（zhì）補償（cháng）、網絡化智能監控、可靠性提升（shēng）等方麵的現（xiàn）狀問題; 研究齒（chǐ）輪（lún）加工高速（sù）幹切理論和工藝應用研究，設計（jì）研製綠色高效（xiào）、智能精密的（de）機床裝備，全麵提升（shēng）企業高端裝（zhuāng）備的技術性能（néng）和水平，滿足我國齒（chǐ）輪（lún）加工相關領（lǐng）域的發展應用需（xū）求。

      研究轎車變速箱齒輪加工典型工藝流程，結合先進成熟加工（gōng）技術和設備，基於精益生產思想優（yōu）化工藝流程，形成齒輪加工車削→滾齒→倒棱→剃齒工藝路線的自（zì）動線方案; 齒部成形采用: 滾齒（chǐ）→倒棱→剃齒的工藝路線（xiàn），重要特殊要求齒輪采用滾齒→倒棱→磨齒的路（lù）線。

      根據CHMTI 最新成熟（shú）齒輪加工工藝和設備的技術發展狀況，典型轎車變速箱齒輪加工自動生產線（xiàn）整體（tǐ）解決方案（àn）有（yǒu）以下技術特點和（hé）發展趨勢。

1． 綠色環保的高（gāo）速幹式加工工藝的（de）應用

      齒輪加工采用主流（liú）典型的車（chē）削、滾齒、倒棱去毛刺、剃齒工藝流程，整體（tǐ）方案強調綠色環保（bǎo），在廢（fèi）除切削油，節省油料費用的同時，可減少加工中油霧（wù）對環境的汙染和（hé）對健康的負（fù）麵影響。

      (1) 車（chē）削工序廢除（chú）切削油的使用，根據技術成熟程度可以采用幹式車削、低溫冷風+ MQL、水基切削液替代（dài）切削油等（děng）方式，減少油汙對（duì）環境的（de）影響。

      (2) 滾齒工序選用國產（chǎn）全新高速幹（gàn）切滾齒機，采用綠（lǜ）色環保的全幹式滾齒（chǐ）工藝，擯棄切削（xuē）液，在節省費用的同時，提升可加工效率; 消除（chú）加工過程中油霧對（duì）環境的汙染，減少對操作者的潛在危害。

      (3) 倒棱去毛刺采用幹式加工工藝，不用切（qiē）削液，減（jiǎn）少（shǎo）油霧對環（huán）境的影響。

      (4) 剃齒工序采用水基切削（xuē）液替代切削（xuē）油，減少油汙對環境的影響。

2. 麵向柔性（xìng）可（kě）重組的模塊化齒（chǐ）輪（lún）自動加工單元的開（kāi）發（fā）

      麵向自動化聯線和結（jié）構緊湊要求，設計內嵌桁架機械手或關（guān）節機器人的模塊（kuài）化齒輪（lún）加工單元，使齒輪加工自動生（shēng）產（chǎn）線的組建更柔性化，結構更緊湊。

      (1) 針對盤齒加工，車削工序可以集成CHS20並聯雙（shuāng）主軸車（chē）削中（zhōng）心。機床采用並列雙刀塔平行雙主軸的對（duì）稱布局，內嵌龍門桁架機械手（shǒu）和零件翻轉機構，能自動進行盤（pán）類零件兩麵（miàn）自動裝夾和齒坯各要素車削加工，使傳統加（jiā）工需要兩台車床完成的（de）工作，集成在一台車削中心完成（chéng），整機結構緊湊（còu），效率和加工精度也（yě）得到提高。

      (2) 滾（gǔn）齒工序集成YE3120CNC7 數（shù）控高速幹切（qiē）滾齒機，機床采用全新偏（piān）置龍門立柱結構，在提高機床整體剛性的同時，便於形成清晰整潔、防護嚴密的切削區，漏鬥式內罩防護完美，切屑（xiè）排除迅速;配（pèi）有兩工位回（huí）轉機械手、自動送料裝置和桁（héng）架機械手，能（néng）實現齒輪自動上下料加（jiā）工，效率和精度都（dōu）得到提（tí）升，滾齒精加工精度穩定（dìng）達（dá）到GB/T 10095. 1—2008 的（de）6 級。

      (3) 倒棱去（qù）毛刺工序集成CHMTI 新開發的GCDV300 數（shù）控高效倒棱機。該機針對齒輪加工自動生產線結構緊湊要求設計，采用刀具軸被（bèi）動、工件軸主（zhǔ）動的立式布局結構，主要（yào）針對盤狀齒輪的倒棱和去除毛（máo）刺加工; 內嵌桁架機械手（shǒu）實現齒輪上下的料（liào）物（wù）流自動化; 具有加（jiā）工效率高、占（zhàn）地麵積（jī）小的特點，特別適合自動生（shēng）產線（xiàn）集成連（lián）線。

      (4) 剃齒工序集成YZ4232CNC5 數控剃齒機，內嵌桁架機械（xiè）手（shǒu），配置雙托盤旋轉送料機構，提高了機械手上下料的效率; 模塊化設計適合（hé）自動線的集成連線; 配置人機界麵，具（jù）有（yǒu）自動補償功能; 剃（tì）齒精（jīng）度（dù）可在（zài）滾齒基（jī）礎上提高（gāo）1 ～ 2 級。

3. 自主研（yán）發的國產（chǎn）轎車（chē）變（biàn）速箱齒輪加工自動生產線

      國家“高檔數控機床與基礎製造裝（zhuāng）備”重（chóng）大專項的實施，使我國轎車齒輪生產線上的（de）關主裝備，如（rú）滾齒機、剃齒機、車床（chuáng）等都得到快速發（fā）展; 在加工精度、效率、可靠性（xìng）等方麵逐步接（jiē）近或者達到進口裝備（bèi）技術水平，具備自動線（xiàn）集成聯線能力; 國產數控係統、功能部件、複雜刀具及（jí）生產線網絡化管理係統等技術（shù）的突破，使具（jù）有自主知識產權的國產轎車變速箱齒輪加工自動生產線成功推出。

      以（yǐ） CHMTI 參展齒輪加工自動生產線為例，自動線集成齒輪加（jiā）工機床國（guó）產化（huà）率100%; 刀具夾具等功能部件國產化率100%; 數控係統（tǒng）在滿足需求、成熟可靠的（de）基礎上，優先選用國產數控係統，數控係統國產化率（lǜ）60%以上; 該線（xiàn）為齒輪加工典型成套解決方案（àn），可完成（chéng）轎車變速箱齒輪的精車、滾（gǔn）齒、倒棱、去毛刺、剃齒等熱前加工工序，在車削、滾齒、剃齒工序後分別設定抽檢台對各序（xù）加工進行抽檢，以保證產品（pǐn）的合（hé）格率。整線外（wài）觀一體（tǐ）化設計，弧型的外（wài）罩設（shè）計，使整條自動生產線像（xiàng）一列動車車廂，美觀具有速度（dù）感（gǎn），喻意齒輪加工自動生產線綠色環（huán）保、高速高效（xiào）、自動化的（de）功能特點和設計理念。該線具有（yǒu）變速箱齒輪年產25 萬件（jiàn）生產能力（lì），生產線節拍≤50s，工序能力指數CPK 值≥1. 67，熱前齒輪齒部精度穩定達（dá）到6 級( GB/T 10095. 1—2008) ，自動生產線設備平均無故障運行時間MTBF≥900h，生產線整機（jī）技術指標達到國際（jì）先進水平。

三、轎車變速箱（xiāng）齒輪加工自動生（shēng）產線的應（yīng）用

      具有自主知識（shí）產權（quán）的（de）國產轎（jiào）車齒輪加工自動生產（chǎn）線的研製成（chéng）功（gōng），將為我國汽車變速箱齒輪加工提供先（xiān）進科學的成套解決方案，降低對進口產品的依賴，提升我國汽車（chē）零部件加工業的技術水平和競爭能力，推動我國汽車製造業向世界汽車工業強國邁進，具有重要的推廣應用前景。現就汽車變速箱齒輪加（jiā）工自動線的三種典型解決方案分述如下:

      1. 獨立桁架機械手實現物流自動化的齒輪加工自動線該種方案自動線集成設備（bèi）按工序流程安排，呈直（zhí）線流水線布（bù）置（zhì）; 由獨立控製的桁架機械手，通過與集（jí）成各機床的交互通訊，統一完成齒輪工件（jiàn）在集成機床間的自動傳（chuán）遞，實現物流（liú）的（de）自動化。

      方案特點: 對集成機床的要求和改動最小，較易實現多台設備集成聯線，性價比較好，但自動線的占地長度（dù）較長。這種方案是齒輪加工機床（chuáng）製造商早期推出的自動線實施解決方案，隻需對集成單機的自動上下料（liào）裝置完善就能（néng）實行聯線。同時，該方案也是齒輪加工企業對（duì）原有基於精益生（shēng）產（chǎn）布置的手動生產（chǎn）線的自動化改造備選方案( 見（jiàn）圖1）。

2. 內嵌桁架機械手模塊化齒輪加工（gōng）單元的組線

      方案該方案是齒輪加工機（jī）床（chuáng）製造企業麵向柔性重構和結構緊湊的自動化聯線要求（qiú），全新設計帶內嵌桁架機械手( 或（huò）關節機器人（rén）) 的模塊化齒輪加工單元的聯線方式; 該方案使齒輪加工自動生產線的組建更柔性化，結構（gòu）也更（gèng）緊（jǐn）湊; 自動線集成的各序機床皆（jiē）自帶（dài）桁架機械手，工件通過機床間的傳輸料道，在各機械手間傳遞，實現物流自動化; 該方案是近期和未來一段時間，齒輪加工機床製造商重點推薦實施的方案，也是（shì）汽（qì）車變（biàn）速箱齒輪加（jiā）工企業新投產時自動線的主選方案( 見圖（tú）2) 。

 3. 關節機器人實現物流自動化的自動化加工單元( 線)

關節機器人在汽車車身焊接和噴塗等（děng）自動線上被廣泛采用。近期（qī）在（zài）汽車齒輪加（jiā）工中，關（guān）節機器人在齒（chǐ）輪自動上下料中得到應用（yòng）。由關節（jiē）機器人( 機（jī）械手) 負（fù）責單台設備或者負責2 ～ 3 台設備的自動上下料加工，組建成自動加工單元。

方案特點: 關節機（jī）器人（rén）上下料柔（róu）性高，上下料空間和路徑靈活（huó）; 關節機器人組建自動化加工單元對場地需求靈活; 目前國（guó）產關節機器人的性能精度和國外先進水平還有（yǒu）一定差（chà）距; 該（gāi）方案也可作為汽車齒輪加工企業（yè）對原有齒輪加工手動生產線設備的自動化改（gǎi）造備（bèi）選方案( 見（jiàn）圖3) 。

四、結束語

      把人從繁重（chóng）、重複和繁瑣的勞動中解放出（chū）來，從事相對輕鬆的服務工作，是科技進步的體現，是人類社會發（fā）展的（de）趨勢。

      自動化技術是部分代替人工，減輕勞動強度，提高（gāo）加工效率的解決方案。自動化加工在（zài）節省人力成本的同時，提高加（jiā）工效率和加工精度，具有良好的經濟效益。因此，針對我國汽車齒輪加工行業的升級需要，自主研（yán）發汽車齒輪（lún）加工自動生產線是（shì）我國機床（chuáng）裝備製造業重要任務，是機床製造企業技（jì）術提升、轉（zhuǎn）型升級的必然選擇。