尹凌鵬，婁亞兒，朱力文，方坤禮，張新星

（衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 衢州 324000）

軸承，作為機(jī)械行業(yè)的重要基礎(chǔ)零部件，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的各種設(shè)備和儀器中。它的質(zhì)量直接影響到機(jī)器的使用性能[1]。軸承屬于高精度機(jī)械產(chǎn)品，生產(chǎn)批量大，精度要求高。目前，多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于軸承零件的尺寸檢驗(yàn)還比較粗糙，未檢驗(yàn)出不合格品的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。有些企業(yè)仍然采用人工抽檢的方式，有些則是結(jié)合一定的自檢測(cè)裝置進(jìn)行。其檢測(cè)效率低、容易引起各種檢測(cè)誤差問(wèn)題，不能滿足軸承高精度檢測(cè)的要求。

在浙江省大力推進(jìn)“機(jī)器換人”的今天，越來(lái)越多的省內(nèi)裝備制造業(yè)運(yùn)用自動(dòng)化設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)軸承零件的加工和檢測(cè)。但是隨著自動(dòng)化制造的逐漸推廣，出現(xiàn)了許多可靠性不高、檢測(cè)檢驗(yàn)誤差大、效率低等問(wèn)題。涉及到軸承加工中的問(wèn)題更多。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有規(guī)模以上的軸承企業(yè)1400多家，主要集中在遼寧的瓦房店、洛陽(yáng)、浙江、江蘇、山東等地為代表的地區(qū)，除瓦哈洛和萬(wàn)向錢潮、浙江天馬、人本集團(tuán)等企業(yè)的主營(yíng)業(yè)務(wù)收入超過(guò)10億元以上，其余絕大部分為中小型民營(yíng)企業(yè)[2]，其中大部分開(kāi)始逐漸引進(jìn)自動(dòng)化加工設(shè)備及檢測(cè)設(shè)備。但是在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)精度不高、效率不強(qiáng)、檢測(cè)不穩(wěn)定等問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)外軸承企業(yè)采用檢驗(yàn)方法，歸納起來(lái)主要有幾類：

（1）傳統(tǒng)方法[2]。即運(yùn)用人工的方式來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)，通過(guò)工人用手去觸摸、用耳朵聽(tīng)的方法來(lái)粗略地判斷機(jī)械設(shè)備內(nèi)部軸承的工作情況。這樣工作量很大，人眼很容易疲勞，而且其準(zhǔn)確率也無(wú)法保證[3]。因此，如今已經(jīng)很少運(yùn)用此種方法。

（2）振動(dòng)診斷方法。該方法利用軸承正常工作時(shí)產(chǎn)生的周期性頻率信號(hào)來(lái)進(jìn)行接收和分析，以此來(lái)判斷軸承成品所存在的問(wèn)題，是比較常用的軸承成品檢驗(yàn)方法。但是檢測(cè)可靠性不高，經(jīng)常發(fā)生誤檢測(cè)，該技術(shù)還有待進(jìn)一步提高。

（3）比較檢測(cè)的方法。通過(guò)固定試塊和加工件向比較的方法來(lái)檢測(cè)。通過(guò)制作相應(yīng)的試塊，運(yùn)用比較檢測(cè)的方式進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，從而檢測(cè)出被加工件是否存在漏加工。該方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，且成本較低。

（4）非接觸檢測(cè)的方法。運(yùn)用傳感技術(shù)、光電技術(shù)、圖像成形等技術(shù)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，避免被測(cè)件在測(cè)量過(guò)程中與測(cè)量?jī)x器產(chǎn)生接觸。但是，該種類型的方法還未完全成熟，而且檢測(cè)信號(hào)易受干擾，發(fā)生誤操作。所以也沒(méi)有得到較大的推廣。

針對(duì)軸承的自動(dòng)化加工，較易結(jié)合和使用的方法為比較檢測(cè)法。商家往往在加工后期加上一定的自動(dòng)檢測(cè)裝置，從而完成檢測(cè)過(guò)程。雖然該種方法雖簡(jiǎn)單，但是模版零件在頻繁地靠牢被檢測(cè)件的過(guò)程中產(chǎn)生碰撞，易于磨損，造成檢測(cè)偏差，甚至造成誤檢測(cè)。為此，本文在現(xiàn)有的通過(guò)比較檢測(cè)完成內(nèi)外圈檢測(cè)的設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一種新型的可用于生產(chǎn)流水線上的自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，使之能夠滿足軸承套圈內(nèi)外圈及端面的完全檢測(cè)，并滿足自動(dòng)檢測(cè)與分揀的需求，具有可靠性好、效率高、過(guò)程穩(wěn)定等特點(diǎn)，能夠廣泛適用于我國(guó)大多數(shù)中小型軸承生產(chǎn)企業(yè)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文在現(xiàn)有的通過(guò)比較檢測(cè)完成內(nèi)外圈檢測(cè)的設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的軸承動(dòng)檢測(cè)設(shè)備包含機(jī)構(gòu)部分、控制系統(tǒng)兩個(gè)部分。

1.1 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

軸承自動(dòng)檢測(cè)機(jī)的機(jī)構(gòu)如圖1所示，主要包括氣缸缸體、支架、電機(jī)、精度檢驗(yàn)裝置、檢測(cè)試塊、檢測(cè)位、定位裝置及固定架。其中，氣缸缸體為雙作用液壓缸，電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，精度檢測(cè)裝置為電氣百分表/千分表，定位裝置為光電傳感器；氣缸缸體與支架通過(guò)螺栓連接，支架通過(guò)螺栓和螺母與電機(jī)連接，精度檢驗(yàn)裝置、檢測(cè)位分別安裝在固定架上，電機(jī)安裝于支架上，定位裝置安裝在支架上，電機(jī)的端面與支架的上表面平齊。

圖1 檢測(cè)機(jī)主要部分機(jī)構(gòu)圖

首先檢測(cè)工件是否進(jìn)入，工件進(jìn)入檢測(cè)機(jī)后，開(kāi)始進(jìn)行檢測(cè)，漏加工檢測(cè)和精度檢測(cè)同時(shí)進(jìn)行，兩項(xiàng)檢測(cè)中任何一項(xiàng)不符合要求，系統(tǒng)即作為不合格件排出，其中檢測(cè)試塊用于檢測(cè)漏加工，精度檢測(cè)裝置用于檢測(cè)精度。檢測(cè)時(shí)，首先設(shè)置控制器，如果一個(gè)檢測(cè)試塊連續(xù)n次檢測(cè)不合格，則自動(dòng)更換檢測(cè)試塊；如果更換后還是連續(xù)m次檢測(cè)不合格，則自動(dòng)停機(jī)待檢修；如果每個(gè)檢測(cè)試塊都使用過(guò)了，即達(dá)到最大更換次數(shù)，則停機(jī)待修，否則將連續(xù)循環(huán)檢測(cè)；m、n可以通過(guò)控制器設(shè)置，m、n 為整數(shù)，3≤n≤5，3≤m≤5.檢測(cè)過(guò)程中，工件進(jìn)入檢測(cè)機(jī)后，檢測(cè)試塊由氣缸剛體控制推出到達(dá)位置后，檢測(cè)試塊下壓，檢測(cè)試塊下壓0.5 s后，精度檢測(cè)裝置自動(dòng)開(kāi)始檢測(cè)，檢測(cè)完畢，退出檢測(cè)試塊；檢測(cè)試塊更換過(guò)程，由電機(jī)帶動(dòng)檢測(cè)試塊旋轉(zhuǎn)，由定位裝置進(jìn)行精確定位，當(dāng)下一個(gè)檢測(cè)試塊轉(zhuǎn)到精確位置后鎖死。

1.2 控制系統(tǒng)的硬件選擇

根據(jù)系統(tǒng)控制要求，系統(tǒng)選用西門子S7-200系列CPU224型PLC作為系統(tǒng)控制用PLC，該P(yáng)LC共有24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。選用普通型電訊百分表，使之與PLC連接，用于控制檢測(cè)精度。PLC連接如圖2所示。

圖2 PLC外部接線示意圖

1.3 設(shè)備工作流程

自動(dòng)檢測(cè)機(jī)的工作流程如圖3所示。首先檢測(cè)被檢測(cè)件是否進(jìn)入，進(jìn)入后，開(kāi)始進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)漏加工和精度檢測(cè)同時(shí)進(jìn)行，兩項(xiàng)檢測(cè)中任何一項(xiàng)不符合要求，系統(tǒng)即作為不合格件排出。如果連續(xù)n次（n可設(shè)定）不合格，自動(dòng)更換試塊；如果更換后還是連續(xù)m次（m可設(shè)定）不合格，自動(dòng)停機(jī)待檢修；如果每個(gè)試塊都使用過(guò)了，即達(dá)到最大更換次數(shù)，則報(bào)警，停機(jī)待修。否則將連續(xù)循環(huán)工作。

圖3 軸承套圈內(nèi)滾道檢測(cè)過(guò)程

檢測(cè)過(guò)程中，工件進(jìn)入后，檢測(cè)試塊由氣缸控制推出到位后下壓，下壓0.5 s后進(jìn)入檢測(cè)，檢測(cè)完畢退出試塊。試塊更換過(guò)程由電機(jī)帶動(dòng)下方試塊旋轉(zhuǎn)，由定位裝置進(jìn)行精確定位，當(dāng)下一個(gè)試塊轉(zhuǎn)到精確位置后鎖死。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)成功的設(shè)備如圖4所示。

圖4 軸承套圈漏加工檢測(cè)機(jī)

2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）系統(tǒng)可靠性增加。經(jīng)過(guò)機(jī)構(gòu)的改變和系統(tǒng)控制方式的轉(zhuǎn)變，能夠有效改變系統(tǒng)整體可靠性，保證檢測(cè)機(jī)的長(zhǎng)期有效運(yùn)行，不需要檢測(cè)維護(hù)人員經(jīng)常性檢查系統(tǒng)，維修及更換零件。

（2）檢測(cè)精度增加。原本檢測(cè)精度較粗略，只能檢測(cè)漏加工零件或一般精度范圍零件。通過(guò)增加檢測(cè)儀表，改進(jìn)控制方式，使得檢測(cè)精度增加，加工后未達(dá)到要求精度的零件也能夠被檢測(cè)出來(lái)，作為次品分揀出來(lái)。

（3）有效監(jiān)控。通過(guò)數(shù)據(jù)采集，能夠把全部或部分有效信息傳輸給管理者，使得機(jī)器出現(xiàn)故障或停機(jī)時(shí)能夠快捷有效地找出故障所在。

（4）易于維護(hù)。通過(guò)改良系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方式，加之監(jiān)控系統(tǒng)的完善，使管理者方便維護(hù)，不需要頻繁地檢查。

針對(duì)軸承生產(chǎn)企業(yè)的軸承套圈產(chǎn)品檢測(cè)過(guò)程，提高其檢測(cè)精度和增強(qiáng)其過(guò)程的可靠性，減少出廠廢品率，減少了人工檢測(cè)程序的繁瑣性，有利于企業(yè)自動(dòng)化水平的提高，有利于企業(yè)進(jìn)一步提高加工精度，有利于企業(yè)進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)分析現(xiàn)有軸承套圈檢測(cè)機(jī)的不足，在確定提高其檢測(cè)精度和增強(qiáng)可靠性目標(biāo)的基礎(chǔ)上，提出了一種新型軸承外圈工件檢測(cè)方法及設(shè)備。能夠有效檢測(cè)出加工零件的精度是否達(dá)到，是否漏加工，以及在試塊磨損的情況下即時(shí)更換試塊，從而保證軸承檢測(cè)機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定地連續(xù)工作。

[1]宋曉波，朱孔敏.軸承檢測(cè)儀器的發(fā)展預(yù)測(cè)[J].軸承，2004，（8）:48-50.

[2]中國(guó)設(shè)備網(wǎng).目前我國(guó)中小軸承制造企業(yè)如何實(shí)現(xiàn)突圍困局[EB/OL].http://www.cnsb.cn/html/news/525/show_525269.htm l，2010-10-25.

[3]宋志平，星軍華.滾針軸承質(zhì)量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2014，42（3）:10-11.