刷環自動化生產線系統的制作方法
【專利摘要】一種刷環自動化生產線系統，其特征是包括終端服務器、流水線驅動裝置、控制總線、排絲模具定位夾緊單元、自動焊接單元、自動打磨單元和線切割單元。每一個加工單元可完成其相應的工序。從焊接—打磨焊點—線切割刷頭。這些子加工單元最終由PLC網絡組為終端服務器，采用自動檢測技術、氣動技術、PLC應用技術、變頻器應用、電機驅動控制等，使每一個加工單元之間能夠相互協調工作，高效率，高品質的完成刷環的生產加工。
【專利說明】刷環自動化生產線系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種刷環自動化生產線系統，主要為當前加工刷式汽封中的刷環而發明設計的一種自動化生產線。
【背景技術】
[0002]當前刷式汽封的技術逐漸成熟并廣泛應用到火力發電廠、化工廠動密封等各個領域。刷式汽封中刷環的生產加工仍然為傳統的手工加工，生產效率低、工人勞動強度大、產品質量不穩定。這對刷式密封技術的推廣和發展非常不利。
[0003]如圖1，刷環由前面板、后面板和加裝在兩者之間的高密度的高溫合金細金屬絲為原料的刷毛組成。刷毛沿轉子方向有一定的傾斜角。
[0004]傳統加工刷環從排絲——焊接——焊接表面處理——線切割刷頭均為人工加工。如圖2，人工排絲主要在模具上完成，事先準備好一個圓弧凸臺模具，模具凸臺上開有沿圓弧一周的槽口，槽口寬為0.15mm且與圓弧成45°角，槽口之間的寬度為2 — 3mm。
[0005]在排絲時先用0.1mm厚一定形狀的薄板插入上述模具凸臺上的每一個槽口內，這樣便形成很多寬度為2 — 3mm的小腔室。將根據要求先放好刷環的其中一塊擋板，在將準備好的絲簇放入腔室內，最后放上刷環的另一塊擋板進行定位夾緊，完成排絲過程。通過上述可知人工排絲是生產加工刷環中最為繁雜的工作，這些給刷環的生產效率帶來極大的阻礙。由于當前技術條件有限，把絲簇放入腔室內還無法實現自動化，在本發明里，為減少排絲這一環節的復雜工作，對模具的定位、夾緊采用電氣自動化來實現，只需工人把絲簇放入腔室即可完成自動化生產。
[0006]人工進行焊接刷環主要缺點:1)由于采用的是高能電子束真空焊接，對焊工的技能要求非常的高，在短期內很難培養出一批技術過硬的焊工；2)由電子束焊槍發出的一小部分X射線對焊工的身體傷害也是不容忽視的；3)焊工焊接刷環時，在短期內很難達到加工數量的要求，焊接效率低，操作不方便，焊接質量不高。采用焊接自動化焊接機器人可以克服人工焊接的所有缺點，可以大大提聞刷環的焊接效率和焊接質量。
[0007]待刷環焊接完成后，進入下一個工序就是焊接表面處理，而傳統的焊接表面處理方法仍然采用人工打磨，這對高效率的生產加工刷環也是不利的。同時由人工完成的焊接表面處理質量不高，不易達到工藝要求。采用自動化打磨機設備和特有的銑刀，可實現一刀成型，克服了人工打磨的缺點，對提高刷環的生產效率和質量是非常有利的。
[0008]最后一道工序刷頭切割在傳統加工方法里是采用線切割來實現的，雖然線切割通過數控加工CNC進行插補來自動完成加工。但是仍需通過工人來實現刷環的定位和夾緊，而且需要校對坐標軸。總體來說工序較為繁雜，對刷環的生產效率不利。
[0009]綜上所述，采用傳統的刷環加工方法，生產工藝落后，工序分散，從而帶來生產效率低、個人勞動強度大、產品質量不穩定、生產成本增加等問題。因而發明提出一套刷環自動化生產裝置是十分必要的。
【發明內容】
[0010]本發明的目的就是為了克服上述傳統刷環的加工不足，而提供一種刷環自動化生產線系統。采用刷環全自動化生產線系統加工刷環，可將所有生產環節融合，大幅度減輕工人勞動強度，提高生產效率，改善生產環境，提高生產質量。
[0011]本發明就是通過高度自動化的線切割/激光切割的設備來對刷環的最后一道工序進行自動調整、定位、夾緊、切割的刷環自動化生產線系統。
[0012]本發明的技術方案是:
[0013]一種刷環自動化生產線系統，包括終端服務器、流水線驅動裝置、控制總線、排絲模具定位夾緊單元、自動焊接單元、自動打磨單元和線切割單元，所述終端服務器連接流水線驅動裝置，流水線驅動裝置驅動流水線的傳送帶運轉，排絲模具定位夾緊單元、自動焊接單元、自動打磨單元和線切割單元依次設置在流水線的一側，排絲模具定位夾緊單元、自動焊接單元、自動打磨單元和線切割單元均分別通過控制總線連接終端服務器。
[0014]所述排絲模具定位夾緊單元包括前擋板10、后擋板11、刷環擋板12、定位銷13、圓弧凸臺模具14、槽口 15和刷絲16，所述前擋板10和后擋板11均為圓弧形，前擋板10和后擋板11之間夾有刷絲16，前擋板10和后擋板11通過定位銷13固定在圓弧凸臺模具14上，前擋板10上設有槽口 15。
[0015]所述自動焊接單元包括機器人前臂20、轉軸中心21、夾具22和電子束焊槍23，所述機器人前臂20連接機器人機械設備，機器人機械設備連接機器人控制中心，機器人前臂20通過轉軸中心21連接夾具22，夾具22連接電子束焊槍23，電子束焊槍23對刷絲16進行焊接。
[0016]所述自動打磨單元包括底座30、自動打磨單元數控機床控制箱31、自動打磨單元驅動裝置32、自動打磨單元左右旋轉軸33、自動打磨單元升降板34、刀具夾具35和統刀36,所述自動打磨單元數控機床控制箱31與自動打磨單元驅動裝置32連接，自動打磨單元驅動裝置32連接自動打磨單元左右旋轉軸33，自動打磨單元左右旋轉軸33設置在底座30上，自動打磨單元左右旋轉軸33螺紋連接自動打磨單元升降板34,自動打磨單元升降板34上設有刀具夾具35，刀具夾具35上設有銑刀36。
[0017]所述銑刀36中部設有銑刀凹槽37。
[0018]所述線切割單元包括線切割單元數控機床控制箱40、線切割單元驅動裝置41、線切割單元左右旋轉軸42、線切割單元升降板43、左擋塊44、左行程開關45、右行程開關46、右擋塊47、上導輪48、卷絲筒49、鑰絲50、下導輪51和線切割單元底座52，所述線切割單元數控機床控制箱40連接線切割單元驅動裝置41，線切割單元驅動裝置41連接線切割單元左右旋轉軸42，線切割單元左右旋轉軸42設置在線切割單元底座52上，線切割單元左右旋轉軸42上螺紋連接線切割單元升降板43，線切割單元升降板43上設有線切割單元升降板43，線切割單元升降板43上設有左擋塊44和右擋塊47，左擋塊44和右擋塊47之間設置左行程開關45和右行程開關46，線切割單元升降板43上設有上導輪48，卷絲筒49上纏繞有鑰絲50，鑰絲50通過上導輪48和下導輪51首位連接，鑰絲50用于切割刷絲。
[0019]本發明的有益效果是:
[0020]1、本發明的刷環自動化生產線系統采用的核心技術為流水線自動化加工系統。由單片機/PLC網絡組組成的終端服務器、自動化氣動夾具、變頻器、電機驅動、自動檢測技術等協調工作，控制每一個加工工序進程。
[0021]2、由于當前技術條件的影響，排絲環節采用人工輔助排絲，本發明的刷環自動化生產線系統的定位和壓緊采用自動化夾具完成。
[0022]3、在本發明的刷環自動化生產線系統的排絲、自動化焊接、打磨、線切割處，均采用先進的傳感器對每一個加工工序信息進行反饋并進行自動檢測，形成一個高度自動化、智能化的環路系統。
[0023]4、本發明的刷環自動化生產線系統采用先進的自動檢測技術、氣動技術、PLC應用、變頻器應用、電機驅動及自動控制系統技術的應用。
[0024]5、本發明的刷環自動化生產線系統采用先進的焊接機器人進行焊接，無需對機器人輸入程序來控制焊接路徑，
[0025]6、在對刷環焊接表面處理時，本發明的刷環自動化生產線系統的刀具為特有經過設計的一次成型刀具。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是傳統刷環的結構示意圖。
[0027]圖2是傳統刷環加工模具的結構示意圖。
[0028]圖3是本發明的整體結構示意圖。
[0029]圖4是本發明的排絲模具定位夾緊單元的結構示意圖。
[0030]圖5是圖4中A向視圖。
[0031]圖6是本發明的自動焊接單元的結構示意圖。
[0032]圖7是本發明的自動打磨單元的結構示意圖。
[0033]圖8是本發明的自動打磨單元中銑刀的結構示意圖。
[0034]圖9是本發明的線切割單元的結構示意圖。
[0035]圖中:10為前擋板、11為后擋板、12為刷環擋板、13為定位銷、14為圓弧凸臺模具、15為槽口、16為刷絲、20為機器人前臂、21為轉軸中心、22為夾具、23為電子束焊槍、30為底座、31為自動打磨單元數控機床控制箱、32為自動打磨單元驅動裝置、33為自動打磨單元左右旋轉軸、34為自動打磨單元升降板、35為刀具夾具、36為銑刀、37為銑刀凹槽、40為線切割單元數控機床控制箱、41為線切割單元驅動裝置、42為線切割單元左右旋轉軸、43為線切割單元升降板、44為左擋塊、45為左行程開關、46為右行程開關、47為右擋塊、48為上導輪、49為卷絲筒、50為鑰絲、51為下導輪、52為線切割單元底座。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖對本發明作進一步描述:
[0037]如圖3至9，一種刷環自動化生產線系統，包括終端服務器、流水線驅動裝置、控制總線、排絲模具定位夾緊單元、自動焊接單元、自動打磨單元和線切割單元，所述終端服務器連接流水線驅動裝置，流水線驅動裝置驅動流水線的傳送帶運轉，排絲模具定位夾緊單元、自動焊接單元、自動打磨單元和線切割單元依次設置在流水線的一側，排絲模具定位夾緊單元、自動焊接單元、自動打磨單元和線切割單元均分別通過控制總線連接終端服務器。
[0038]排絲模具定位夾緊單元包括前擋板10、后擋板11、刷環擋板12、定位銷13、圓弧凸臺模具14、槽口 15和刷絲16,所述前擋板10和后擋板11均為圓弧形,前擋板10和后擋板11之間夾有刷絲16，前擋板10和后擋板11通過定位銷13固定在圓弧凸臺模具14上，前擋板10上設有槽口 15。
[0039]自動焊接單元包括機器人前臂20、轉軸中心21、夾具22和電子束焊槍23，所述機器人前臂20連接機器人機械設備，機器人機械設備連接機器人控制中心，機器人前臂20通過轉軸中心21連接夾具22，夾具22連接電子束焊槍23，電子束焊槍23對刷絲16進行焊接。
[0040]自動打磨單元包括底座30、自動打磨單元數控機床控制箱31、自動打磨單元驅動裝置32、自動打磨單元左右旋轉軸33、自動打磨單元升降板34、刀具夾具35和銑刀36，所述自動打磨單元數控機床控制箱31與自動打磨單元驅動裝置32連接，自動打磨單元驅動裝置32連接自動打磨單元左右旋轉軸33，自動打磨單元左右旋轉軸33設置在底座30上，自動打磨單元左右旋轉軸33螺紋連接自動打磨單元升降板34,自動打磨單元升降板34上設有刀具夾具35，刀具夾具35上設有銑刀36。
[0041]銑刀36中部設有銑刀凹槽37。
[0042]線切割單元包括線切割單元數控機床控制箱40、線切割單元驅動裝置41、線切割單元左右旋轉軸42、線切割單元升降板43、左擋塊44、左行程開關45、右行程開關46、右擋塊47、上導輪48、卷絲筒49、鑰絲50、下導輪51和線切割單元底座52，所述線切割單元數控機床控制箱40連接線切割單元驅動裝置41，線切割單元驅動裝置41連接線切割單元左右旋轉軸42，線切割單元左右旋轉軸42設置在線切割單元底座52上，線切割單元左右旋轉軸42上螺紋連接線切割單元升降板43，線切割單元升降板43上設有線切割單元升降板43，線切割單元升降板43上設有左擋塊44和右擋塊47，左擋塊44和右擋塊47之間設置左行程開關45和右行程開關46，線切割單元升降板43上設有上導輪48，卷絲筒49上纏繞有鑰絲50，鑰絲50通過上導輪48和下導輪51首位連接，鑰絲50用于切割刷絲。
[0043]刷環自動化生產線系統采用流水線自動生產布局，采用單片機控制系統/PLC網絡組控制系統為整個流水線終端服務器，應用自動檢測、自動化氣動夾具技術、變頻器、電機驅動等設備形成一個高度自動化、智能化的生產設備。
[0044]如圖3，刷環自動化生產流水線系統可分為四個加工單元，每一個加工單元帶有傳感器進行自動檢測，每一個加工單元帶有一個自動化氣動夾具對刷環進行定位、夾緊，流水線的傳送方式采用電機驅動方式。其工作原理:人工排好絲的模具經傳送帶送到排絲模具定位夾緊單元，通過自動化氣動夾具進行定位、夾緊；夾好后生成一個信號反饋到終端服務器，控制傳送帶將夾好的刷環送到自動焊接單元進行自動化焊接；焊接完成生成一個信號反饋到終端服務器控制傳送帶，將焊接好的刷環送到自動打磨單元進行焊接表面處理；完成焊接表面處理后，通過生成的反饋信號，由終端服務器控制傳送帶將刷環送到線切割單元進行刷頭切割，待刷頭切割完成后，由人工取出刷環。
[0045]現對刷環自動化生產裝置的每一個加工單元分別簡述。
[0046]排絲模具定位夾緊單元:由于當前技術條件有限，刷絲的排列須由人工完成。其排絲方法是通過圓弧型磨具上完成刷絲排列并且夾緊刷環的前后擋板。而在實際加工過程中，從人工搬運模具、把刷環的其中一塊擋板平整放在模具上，插入薄板形成小腔室，放絲，把另外一塊刷環擋板放入模具上定位壓緊均由手工完成，如圖4、圖5，為了實現刷環高度自動化生產，本發明在排絲模具定位夾緊單元里，將先排好的刷絲連同排絲模具，通過自動化氣動夾具來實現模具的定位和夾緊，以便下一個自動焊接工序的順利進行。
[0047]自動焊接單元:如圖6，由于刷環所應用的環境要求很高(高溫高壓環境)，所以對刷環的焊接采用的是高能電子束焊焊接。為實現高能電子束焊的自動化焊接，在本發明的自動焊接單元采用焊接機器人來實現對上一個工序經過傳送帶過來的刷環進行焊接。
[0048]自動打磨單元:在自動焊接單元完成后，經傳送帶傳送到打磨設備對已經焊接的刷環進行焊接表面處理，使其符合設計的要求。如圖7，打磨設備主要由CNC控制合金銑刀，通過圓弧插補功能，使銑刀根據技術要求完成對刷環焊接表面銑磨。在本發明里，為了實現焊接表面一次成型符合設計要求，現設計一種銑刀，銑刀外形截面圖如圖8所示。
[0049]線切割單元:線切割/激光切割/等離子切割刷頭是加工生產刷環的最后一個工序。根據設計員設計參數要求，輸入程序來切割刷頭，使其最終成型。如圖9，在刷環自動化生產流水線上與自動化氣動夾具配合，來完成切割。
[0050]上面所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的構思和范圍進行限定，在不脫離本發明設計構思前提下，本領域中普通工程技術人員對本發明的技術方案作出的各種變型和改進，均應落入本發明的保護范圍，本發明請求保護的技術內容已經全部記載在權利要求書中。
【權利要求】
1.一種刷環自動化生產線系統，其特征是包括終端服務器、流水線驅動裝置、控制總線、排絲模具定位夾緊單元、自動焊接單元、自動打磨單元和線切割單元，所述終端服務器連接流水線驅動裝置，流水線驅動裝置驅動流水線的傳送帶運轉，排絲模具定位夾緊單元、自動焊接單元、自動打磨單元和線切割單元依次設置在流水線的一側，排絲模具定位夾緊單元、自動焊接單元、自動打磨單元和線切割單元均分別通過控制總線連接終端服務器。
2.根據權利要求1所述的刷環自動化生產線系統，其特征是所述排絲模具定位夾緊單元包括前擋板(10)、后擋板(11)、刷環擋板(12)、定位銷(13)、圓弧凸臺模具(14)、槽口(15)和刷絲(16),所述前擋板(10)和后擋板(11)均為圓弧形，前擋板(10)和后擋板(11)之間夾有刷絲(16),前擋板(10)和后擋板(11)通過定位銷(13)固定在圓弧凸臺模具(14)上，前擋板(10)上設有槽口(15)。
3.根據權利要求1所述的刷環自動化生產線系統，其特征是所述自動焊接單元包括機器人前臂(20)、轉軸中心(21)、夾具(22)和電子束焊槍(23)，所述機器人前臂(20)連接機器人機械設備，機器人機械設備連接機器人控制中心，機器人前臂(20)通過轉軸中心(21)連接夾具(22 )，夾具(22 )連接電子束焊槍(23 )，電子束焊槍(23 )對刷絲(16 )進行焊接。
4.根據權利要求1所述的刷環自動化生產線系統，其特征是所述自動打磨單元包括底座(30)、自動打磨單元數控機床控制箱(31)、自動打磨單元驅動裝置(32)、自動打磨單元左右旋轉軸(33)、自動打磨單元升降板(34)、刀具夾具(35)和銑刀(36)，所述自動打磨單元數控機床控制箱(31)與自動打磨單元驅動裝置(32)連接，自動打磨單元驅動裝置(32)連接自動打磨單元左右旋轉軸(33)，自動打磨單元左右旋轉軸(33)設置在底座(30)上，自動打磨單元左右旋轉軸(33)螺紋連接自動打磨單元升降板(34),自動打磨單元升降板(34 )上設有刀具夾具(35 )，刀具夾具(35 )上設有銑刀(36 )。
5.根據權利要求1所述的刷環自動化生產線系統，其特征是所述銑刀(36)中部設有銑刀凹槽(37)。
6.根據權利要求1所述的刷環自動化生產線系統，其特征是所述線切割單元包括線切割單元數控機床控制箱(40)、線切割單元驅動裝置(41)、線切割單元左右旋轉軸(42)、線切割單元升降板(43)、左擋塊(44)、左行程開關(45)、右行程開關(46)、右擋塊(47)、上導輪(48)、卷絲筒(49)、鑰絲(50)、下導輪(51)和線切割單元底座(52)，所述線切割單元數控機床控制箱(40)連接線切割單元驅動裝置(41)，線切割單元驅動裝置(41)連接線切割單元左右旋轉軸(42)，線切割單元左右旋轉軸(42)設置在線切割單元底座(52)上，線切割單元左右旋轉軸(42)上螺紋連接線切割單元升降板(43)，線切割單元升降板(43)上設有線切割單元升降板(43)，線切割單元升降板(43)上設有左擋塊(44)和右擋塊(47)，左擋塊(44)和右擋塊(47 )之間設置左行程開關(45 )和右行程開關(46 )，線切割單元升降板(43 )上設有上導輪(48)，卷絲筒(49)上纏繞有鑰絲(50)，鑰絲(50)通過上導輪(48)和下導輪(51)首位連接，鑰絲(50)用于切割刷絲。
【文檔編號】B23P23/00GK103659272SQ201310637409
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】周惠 申請人:南京兆能節能科技有限公司