1 研究背景
中國制造 2025 及工業(yè) 4.0 概念的提出，為未來我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級指明了方向。工業(yè)機器人、互聯(lián)網(wǎng)及高精密液壓夾具等的快速發(fā)展，為實現(xiàn)零部件自動化加工提供了條件。采用自動化加工可保證產(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)市場需求。
太重集團風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園的建設(shè)是集團公司戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)二次創(chuàng)業(yè)的重要戰(zhàn)略舉措。建設(shè)一座設(shè)計數(shù)字化、制造智能化、管理信息化的增速器生產(chǎn)車間是集團公司的宏偉目標。
新園區(qū)建設(shè)規(guī)劃過程中，筆者查詢了大量與自動化加工相關(guān)的資料。零件自動生產(chǎn)線國內(nèi)外都有比較成熟的應(yīng)用案例，大多數(shù)文獻的研究主要集中在自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)、自動化運輸工具、自動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，同時對環(huán)境影響最小化，使企業(yè)獲得最大的社會效益和經(jīng)濟效益，這一理念符合現(xiàn)代智能制造和國家對環(huán)保的要求。文獻中提出切屑集中處理系統(tǒng)主要由單機排屑機、主排屑機、次排屑機、碎屑機、離心甩干機、打包壓塊機等組成。史康云等闡述了鐵屑打包壓塊的優(yōu)點，鐵屑塊的密度達到 6.5 t/m3 以上，才能使鐵的回收率達到 90%以上，長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)作為自動生產(chǎn)線的重要組成部分，關(guān)系到自動生產(chǎn)線能否順暢地成功實施。
2 齒輪自動生產(chǎn)線概述
齒輪自動生產(chǎn)線作為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園建設(shè)中獨立運行的一條自動生產(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齒類零件組成一個成組單元。該自動生產(chǎn)線按照零件的加工工藝流程設(shè)計為直線形布局，集零件自動化上下料、加工、運輸、清洗、在線檢測、信息收集于一體，旨在打造國內(nèi)智能制造的標桿項目。
與汽車發(fā)動機殼體、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滾齒、車床精車、磨床磨削、磨齒機磨齒。
3 齒輪自動生產(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床，機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行冷卻，形成的切屑為長卷屑。切屑排入機床排屑器前，與機床的冷卻液接觸，切屑上會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
滾齒機采用冷卻油進行冷卻，形成的切屑為細短屑。冷卻油一般采用的牌號為福斯 HFN32LE，切屑上會殘留較多的冷卻油，而且冷卻油價格昂貴。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，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齒類零件的內(nèi)孔及端面，采用乳化液進行冷卻，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
磨齒機冷卻油一般采用的牌號為福斯 HSG211LE，形成的切屑為海綿狀磨齒屑，吸附力強。磨齒屑中殘留較多的冷卻油，而且冷卻油價格昂貴。傳統(tǒng)的排屑系統(tǒng)通過紙帶式過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，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 齒輪自動生產(chǎn)線切屑處理系統(tǒng)
齒輪自動生產(chǎn)線所涉及的切屑，根據(jù)其特點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。廢棄屑需單獨回收處理，可回收利用其中含油成分。在排屑前進行冷卻油的收集再利用，既節(jié)約了成本，又保護了環(huán)境。
常見的鋼屑排屑器種類及其適用范圍見表 1。
表 1 排屑器及適用范圍
由表 1 可知，齒輪自動生產(chǎn)線產(chǎn)生的可回收利用長卷屑和細短屑，可以使用鏈板式或推桿式排屑器通過次排屑機和主排屑機相連進行排屑。為了滿足打包壓塊的要求，可以在車床次排屑機末端進入主排屑機前，增加一臺碎屑機。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排屑器排放。磨屑中含有大量的乳化液或冷卻油，直接運輸費時費力，且容易對車間造成污染。在自動化生產(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濾處理系統(tǒng)，在車間的專用部位進行屑液處理。這樣做的缺點是需要大量的冷卻介質(zhì)將磨屑帶走，對于冷卻介質(zhì)不同的普通磨床和磨齒機，同類設(shè)備分散布局，需要設(shè)計不同的排屑回液管道，投資昂貴。
結(jié)合企業(yè)實際情況，選用擠油壓塊機的方案更為合理，圖 5 是某廠家提供的擠油壓塊機磨屑壓塊效果。磨屑壓塊后放置在專用的接料筐中，定期使用自動循跡小車或叉車運走。為節(jié)約投入成本，還可以考慮將幾臺磨齒機排屑串聯(lián)后集中處理的方案，既節(jié)約了設(shè)備投資，又減小了每臺機床排屑機構(gòu)的占用場地，優(yōu)化現(xiàn)場環(huán)境。
▲圖 5 磨屑壓塊效果
滾齒切屑冷卻油的回收采用擠油壓塊效果不理想，根據(jù)試驗驗證，采用離心甩干機可將滾齒切屑中大量的冷卻油回收。在機床次排屑機與主排屑機之間增加一臺離心甩干機，甩干機可將滾齒切屑中的殘油甩出，回收循環(huán)過濾后重復(fù)使用，而滾齒切屑通過主排屑器排出。
甩干的滾齒切屑和粉碎后的車床切屑通過集中排屑系統(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，減小運輸工作量及成本。
5 結(jié)論
齒輪類零件的加工工藝流程長且復(fù)雜，涉及多道切削加工工序。通過研究齒輪加工過程中產(chǎn)生的各種切屑的特點，特別是對于文獻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題，筆者將齒輪加工過程中產(chǎn)生的切屑分為可回收利用和廢棄處理兩大類，長卷鋼屑碎屑后排放并與細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循跡小車或叉車定期統(tǒng)一處理，為齒輪類零件實現(xiàn)自動化生產(chǎn)提供了技術(shù)支持。