1 研究背景
中國(guó)制造 2025 及工業(yè) 4.0 概念的提出，為未來(lái)我國(guó)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)指明了方向。工業(yè)機(jī)器人、互聯(lián)網(wǎng)及高精密液壓夾具等的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)零部件自動(dòng)化加工提供了條件。采用自動(dòng)化加工可保證產(chǎn)品加工質(zhì)量的一致性，提高生產(chǎn)效率，縮短產(chǎn)品制造周期，快速響應(yīng)市場(chǎng)需求。
太重集團(tuán)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園的建設(shè)是集團(tuán)公司戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)二次創(chuàng)業(yè)的重要戰(zhàn)略舉措。建設(shè)一座設(shè)計(jì)數(shù)字化、制造智能化、管理信息化的增速器生產(chǎn)車間是集團(tuán)公司的宏偉目標(biāo)。
新園區(qū)建設(shè)規(guī)劃過(guò)程中，筆者查詢了大量與自動(dòng)化加工相關(guān)的資料。零件自動(dòng)生產(chǎn)線國(guó)內(nèi)外都有比較成熟的應(yīng)用案例，大多數(shù)文獻(xiàn)的研究主要集中在自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)、自動(dòng)化運(yùn)輸工具、自動(dòng)化液壓夾緊裝置等方面。程亮著重探討了綠色制造背景下的機(jī)床加工生產(chǎn)線切屑集中處理方式及應(yīng)用。綠色制造要求在產(chǎn)品生命周期中占用資源最少化，同時(shí)對(duì)環(huán)境影響最小化，使企業(yè)獲得最大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，這一理念符合現(xiàn)代智能制造和國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求。文獻(xiàn)中提出切屑集中處理系統(tǒng)主要由單機(jī)排屑機(jī)、主排屑機(jī)、次排屑機(jī)、碎屑機(jī)、離心甩干機(jī)、打包壓塊機(jī)等組成。史康云等闡述了鐵屑打包壓塊的優(yōu)點(diǎn)，鐵屑?jí)K的密度達(dá)到 6.5 t/m3 以上，才能使鐵的回收率達(dá)到 90%以上，長(zhǎng)鐵屑難以被壓到這么高的致密度，需在壓塊前做碎屑處理。排屑系統(tǒng)作為自動(dòng)生產(chǎn)線的重要組成部分，關(guān)系到自動(dòng)生產(chǎn)線能否順暢地成功實(shí)施。
2 齒輪自動(dòng)生產(chǎn)線概述
齒輪自動(dòng)生產(chǎn)線作為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園建設(shè)中獨(dú)立運(yùn)行的一條自動(dòng)生產(chǎn)線，根據(jù)成組技術(shù)的原理和特征，將加工工藝流程相同或相似的盤(pán)齒類零件組成一個(gè)成組單元。該自動(dòng)生產(chǎn)線按照零件的加工工藝流程設(shè)計(jì)為直線形布局，集零件自動(dòng)化上下料、加工、運(yùn)輸、清洗、在線檢測(cè)、信息收集于一體，旨在打造國(guó)內(nèi)智能制造的標(biāo)桿項(xiàng)目。
與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、火車車輪類大批量生產(chǎn)的零件相比，齒輪類零件的加工工藝流程長(zhǎng)且復(fù)雜，涉及多道切削加工工序，而且各加工工序間設(shè)備的差異比較大。齒輪類零件涉及的主要工藝流程為滾齒機(jī)滾齒、車床精車、磨床磨削、磨齒機(jī)磨齒。
3 齒輪自動(dòng)生產(chǎn)線切屑種類
齒輪與殼體類鑄件等零件的加工工藝相比，為多工序加工，各工序涉及到不同種類的加工機(jī)床，機(jī)床的加工原理差異很大。與鑄鐵類單一類型的切屑相比，齒輪加工機(jī)床所使用的冷卻介質(zhì)各不相同，產(chǎn)生的切屑也形態(tài)各異。
3.1 車床切屑
車床切削采用乳化液進(jìn)行冷卻，形成的切屑為長(zhǎng)卷屑。切屑排入機(jī)床排屑器前，與機(jī)床的冷卻液接觸，切屑上會(huì)殘留一定量的冷卻液。車床切屑如圖 1 所示。
▲圖 1 車床切屑
3.2 滾齒切屑
滾齒機(jī)采用冷卻油進(jìn)行冷卻，形成的切屑為細(xì)短屑。冷卻油一般采用的牌號(hào)為福斯 HFN32LE，切屑上會(huì)殘留較多的冷卻油，而且冷卻油價(jià)格昂貴。傳統(tǒng)的排屑系統(tǒng)使用磁性排屑器將切屑輸送至帶濾網(wǎng)的排屑小車，部分冷卻油依靠重力作用下漏至排屑小車底部的濾網(wǎng)內(nèi)，定期進(jìn)行回收;而大部分的冷卻油將隨切屑一起排出，造成極大的浪費(fèi)，并污染環(huán)境。滾齒切屑如圖 2 所示。
▲圖 2 滾齒切屑
3.3 磨床磨屑
磨削工序主要加工盤(pán)齒類零件的內(nèi)孔及端面，采用乳化液進(jìn)行冷卻，主要產(chǎn)生絮狀磨屑，磨屑中含有一定量的冷卻液。磨屑不能回收利用，也不能與車床切屑、滾齒切屑一起處理，只能作廢棄物處理。普通磨床磨屑如圖 3 所示。
▲圖 3 磨床磨屑
3.4 磨齒屑
磨齒機(jī)冷卻油一般采用的牌號(hào)為福斯 HSG211LE，形成的切屑為海綿狀磨齒屑，吸附力強(qiáng)。磨齒屑中殘留較多的冷卻油，而且冷卻油價(jià)格昂貴。傳統(tǒng)的排屑系統(tǒng)通過(guò)紙帶式過(guò)濾器將磨齒屑輸送至帶濾網(wǎng)的排屑小車，部分冷卻油依靠重力作用下漏至排屑小車底部的濾網(wǎng)內(nèi)，定期進(jìn)行回收大部分的冷卻油將隨磨齒屑一起排出，造成極大的浪費(fèi)，并污染環(huán)境。磨齒屑不能回收利用，也不能與車床切屑、滾齒切屑一起處理。磨齒屑如圖 4 所示。
▲圖 4 磨齒屑
4 齒輪自動(dòng)生產(chǎn)線切屑處理系統(tǒng)
齒輪自動(dòng)生產(chǎn)線所涉及的切屑，根據(jù)其特點(diǎn)分為可回收利用屑和廢棄屑兩大類。可回收利用屑均為鋼屑，可以統(tǒng)一排放收集。廢棄屑需單獨(dú)回收處理，可回收利用其中含油成分。在排屑前進(jìn)行冷卻油的收集再利用，既節(jié)約了成本，又保護(hù)了環(huán)境。
常見(jiàn)的鋼屑排屑器種類及其適用范圍見(jiàn)表 1。
表 1 排屑器及適用范圍
由表 1 可知，齒輪自動(dòng)生產(chǎn)線產(chǎn)生的可回收利用長(zhǎng)卷屑和細(xì)短屑，可以使用鏈板式或推桿式排屑器通過(guò)次排屑機(jī)和主排屑機(jī)相連進(jìn)行排屑。為了滿足打包壓塊的要求，可以在車床次排屑機(jī)末端進(jìn)入主排屑機(jī)前，增加一臺(tái)碎屑機(jī)。碎屑后上述五種排屑器均可適用，可根據(jù)成本和車間的布局進(jìn)行合理選擇。
磨屑多為蓬松狀廢棄物，占用較大的空間，不能與鋼屑一起通過(guò)排屑器排放。磨屑中含有大量的乳化液或冷卻油，直接運(yùn)輸費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易對(duì)車間造成污染。在自動(dòng)化生產(chǎn)車間，由于加工零件的工藝設(shè)備及車間布局不同，部分企業(yè)采用中央管道集中分離過(guò)濾處理系統(tǒng)，在車間的專用部位進(jìn)行屑液處理。這樣做的缺點(diǎn)是需要大量的冷卻介質(zhì)將磨屑帶走，對(duì)于冷卻介質(zhì)不同的普通磨床和磨齒機(jī)，同類設(shè)備分散布局，需要設(shè)計(jì)不同的排屑回液管道，投資昂貴。
結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，選用擠油壓塊機(jī)的方案更為合理，圖 5 是某廠家提供的擠油壓塊機(jī)磨屑?jí)簤K效果。磨屑?jí)簤K后放置在專用的接料筐中，定期使用自動(dòng)循跡小車或叉車運(yùn)走。為節(jié)約投入成本，還可以考慮將幾臺(tái)磨齒機(jī)排屑串聯(lián)后集中處理的方案，既節(jié)約了設(shè)備投資，又減小了每臺(tái)機(jī)床排屑機(jī)構(gòu)的占用場(chǎng)地，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。
▲圖 5 磨屑?jí)簤K效果
滾齒切屑冷卻油的回收采用擠油壓塊效果不理想，根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證，采用離心甩干機(jī)可將滾齒切屑中大量的冷卻油回收。在機(jī)床次排屑機(jī)與主排屑機(jī)之間增加一臺(tái)離心甩干機(jī)，甩干機(jī)可將滾齒切屑中的殘油甩出，回收循環(huán)過(guò)濾后重復(fù)使用，而滾齒切屑通過(guò)主排屑器排出。
甩干的滾齒切屑和粉碎后的車床切屑通過(guò)集中排屑系統(tǒng)，統(tǒng)一輸送到出屑口后可以再集中壓塊，使鐵屑的體積縮小 90%以上，減小運(yùn)輸工作量及成本。
5 結(jié)論
齒輪類零件的加工工藝流程長(zhǎng)且復(fù)雜，涉及多道切削加工工序。通過(guò)研究齒輪加工過(guò)程中產(chǎn)生的各種切屑的特點(diǎn)，特別是對(duì)于文獻(xiàn)中很少提及的普通磨屑、磨齒屑的處理，以及滾齒切屑、磨齒屑中冷卻油的回收再利用等問(wèn)題，筆者將齒輪加工過(guò)程中產(chǎn)生的切屑分為可回收利用和廢棄處理兩大類，長(zhǎng)卷鋼屑碎屑后排放并與細(xì)卷屑在排屑器末端統(tǒng)一壓塊處理，滾齒切屑離心甩油后排放，磨齒屑與普通磨屑擠油壓塊裝箱后由自動(dòng)循跡小車或叉車定期統(tǒng)一處理，為齒輪類零件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)提供了技術(shù)支持。