一种导向臂的自动化热处理生产线及生产方法与流程

1.本发明涉及汽车悬架导向臂制造领域，具体为一种导向臂的自动化热处理生产线及生产方法。


背景技术：

2.空气悬架是商用车的一个重要部件，空气悬架以空气弹簧为弹性元件，具有负载能力可调、刚度随负载变化、固有频率较低等优点；导向臂在空气悬架中起承载和导向作用，其前端与车架回转连接，中部与车桥固连，后部与空气弹簧连接，因此既要满足高强度要求，同时要满足车架、车桥及空气弹簧等的安装尺寸要求。热处理是满足上述要求的关键工序，需要经成型、淬火、回火来达到一定的硬度、淬火组织、回火组织和几何尺寸要求。
3.目前导向臂的生产方式和设备都类似于钢板弹簧，但导向臂的结构更复杂，不同于钢板弹簧的半椭圆形结构，将工件压成近似圆弧形，仅在竖直平面内成型，导向臂多为压成z字型结构，部分导向臂在z成型的下半部分的水平段还需侧向成型，且重量较大，在导向臂生产时成型、淬火要经过多次加热、分段热压成型，表面脱碳严重，尺寸波动大、合格率低，动能消耗大，由于结构的原因，不易实现工件在设备上的稳定输送和搬运的自动化，手工上下料，劳动强度大，作业安全风险高，现有生产工艺和设备不能满足导向臂的大批量、专业化、高质高效的需求，降低了企业的经济效益。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供了针对导向臂的自动化热处理生产线及生产方法，进而实现对导向臂的自动化热处理加工。
5.具体的，本发明提出的详细方案如下：
6.一种导向臂的自动化热处理生产线，包括依次顺序布置的淬火炉、定位台、压弯成型机、扭转成型机、淬火槽和回火炉，在所述定位台与所述压弯成型机之间安装有第一机器人，在压弯成型机与所述扭转成型机之间安装有第二机器人，所述第二机器人滑动安装在移动轨道上；在所述淬火炉处还设有上料系统，包括上料机器人和上料视觉装置；
7.在所述回火炉与所述淬火槽之间还设有第三机器人和第一变位台；所述第一变位台被配置为将导向臂由仰卧状态回转180
°
，以便于第三机器人将导向臂重新抓取并正确摆放在回火炉上；
8.在所述回火炉处还设有码料系统，包括码料机器人、码料视觉装置和第二变位台，所述第二变位台被配置为将导向臂由侧立状态水平回转180
°
，以便于码料机器人将导向臂重新抓取并正确码放在码料架上。
9.进一步的，所述上料视觉装置固定安装在所述淬火炉前上料架上方的支架上，所述上料视觉装置包括相机、光源以及上位机系统；
10.所述上料机器人固定安装在淬火炉前地基上，所述上料机器人上固定有上料机械手；所述上料机械手为磁吸式结构。
11.进一步的，所述上料机械手的磁吸部分由两个电磁铁组成，两个所述电磁铁可绕支撑轴作小角度转动。
12.进一步的，所述淬火炉由炉体、炉前输送带、步进输送装置和燃烧系统组成，炉前输送带上的导向臂移动到末端后，所述步进输送装置将工件送至炉体内，经燃烧系统的预热区、加热区、保温区后移至炉体出口处。
13.进一步的，所述定位台紧靠所述淬火炉出口，所述定位台中设有长度方向对中装置和宽度方向靠齐装置，导向臂通过长度方向对中装置和宽度方向靠齐装置完成在定位台上定位，以便于第一机器人将导向臂放在压弯成型机上。
14.进一步的，所述淬火槽包括槽体、淬火油循环冷却系统、氧化皮收集提升装置和工件输送装置；
15.所述淬火油循环冷却系统被配置为利用淬火油对工件在喷射方向、喷射速度、喷射时间上进行调节，实现对淬火冷却速度的精确控制；
16.所述氧化皮收集提升装置包括刮板组件和提升组件；
17.所述工件输送装置包括入口升降装置、水平输送装置和出口升降装置。
18.进一步的，所述回火炉为连续式燃气加热炉，包括炉体、天然气燃烧控制系统、回火输送带，所述导向臂侧立在所述回火输送带上，经加热、保温、喷淋水冷却后完成回火。
19.进一步的，所述第一机器人、第二机器人、第三机器人均为六轴机器人，且均安装有双气缸驱动的双爪结构机械手。
20.进一步的，所述码料视觉装置固定安装在回火炉出口后侧的支架上，所述码料视觉装置由相机、光源以及上位机系统组成；
21.所述码料机器人固定安装在回火炉后的地基上，所述码料机器人上固定有码料机械手；所述码料机械手同样为磁吸式结构。
22.同时，本方案还提出了一种导向臂自动化热处理生产方法，采用如上所述的生产线，包括以下步骤：
23.s1：装满导向臂的料架由叉车放在上料位，上料视觉装置的相机扫描料架上码放的工件，识别到位于最上层的工件的中心孔，引导上料机器人的机械手对准该片工件磁吸后水平放置在淬火炉的炉前输送带上，每次磁吸一片；
24.s2：炉前输送带将工件经链传动移至淬火炉步进装置首端，步进输送装置将工件送入炉膛内，经预热区、加热区和保温区步进至出炉口后炉门开启；
25.s3：第一机器人的机械手从炉门内抓取工件平移至定位台内，机械手松开；长度方向对中装置和宽度方向靠齐装置分别对工件进行定位，保持工件姿态水平；
26.s4：第一机器人的机械手再次将定位完成的工件再次夹紧，搬运至压弯成型机后松夹，第一机器人返回淬火炉出口处原位，压弯成型机先后完成定位、成型；
27.s5：第二机器人的机械手进入扭转成型机，将工件搬运至扭转成型机完成扭转成型；
28.s6：第二机器人的机械手将工件平移至淬火槽入口处的入口升降装置上，入口升降装置带着工件以一定速度入油，并放置在水平输送装置的链条上，水平输送装置托住工件步进移动，移至出口升降装置处，出口升降装置托住工件升出油面，完成工件的淬火冷却过程；
29.s7：第三机器人的机械手抓取工件将工件移至第一变位台，第一变位台中的夹紧装置夹紧工件，第一变位台中的旋转装置带动工件旋转180
°
后夹紧装置松开，第三机器人的机械手重新抓取工件，按要求以侧立姿态、间隔摆放到回火输送带上，同时旋转装置回原位；
30.s8：工件在回火输送带上进行运输，经加热、保温、喷淋水冷，完成回火，到达炉出口处；
31.s9：码料视觉装置中的相机扫描摆放在回火炉出口处回火输送带上工件的卷耳端，确定卷耳位置后，引导码料机器人的机械手对准侧立姿态的工件，磁吸后平移至放在第二变位台上，第二变位台中的夹紧装置夹紧工件并转位180
°
后松夹，码料机器人的机械手再次对准工件磁吸，将工件水平放置在码料架上，码料的方向根据相机指引的卷耳方向确定。
32.采用本技术方案所达到的有益效果为：
33.1.利用导向臂在淬火加热后的余热实现后续的连续成型加工，减少了导向臂在加工过程中的脱碳和动能消耗。
34.2.在成型前利用压弯成型机实现一次定位，与设计基准重合，提高了后续成型尺寸精度，相比于传统的重复定位，减少了工序辅助时间。
35.3.利用机器人及机械手技术，实现了工序间搬运的自动化，采用视觉技术配套机器人和机械手，解决了复杂工件的自动上料和码垛难题，通过自动化连线，提高了生产效率，降低了劳动强度，具有良好的综合经济效益，便于推广。
附图说明
36.图1为本发明中采用的自动化热处理生产线加工左件导向臂的平面布置图。
37.图2为压弯成型机成型对导向臂加工前的结构图。
38.图3为压弯成型机成型对导向臂加工后的结构图。
39.图4为扭转成型机成型的俯视结构图。
40.图5为扭转成型机成型的侧视结构图。
41.图6为淬火槽及输送装置的俯视图。
42.图7为第一、第二变位台对左右件导向臂进行姿态变换的原理示意图。
43.图8为第一、二、三机器人的机械手结构示意图。
44.图9为上料和码料机械手结构示意图。
45.图10为半椭圆板簧成型机成型的结构图。
46.其中：10上料系统、11上料机器人、12上料视觉装置、20淬火炉、21炉体、22炉前输送带、30定位台、40压弯成型机、41左上模、42上压紧模、43右上模、44左下模、45右下模、46长度定位装置、50扭转成型机、51第一夹紧装置、52第二夹紧装置、53成型装置、54举升装置、60淬火槽、61槽体、62淬火油循环冷却系统、63入口升降装置、64水平输送装置、65出口升降装置、70回火炉、81码料机器人、82码料视觉装置、83第二变位台、90半椭圆板簧成型机、91上夹、92压紧上模、93下夹、94压紧下模、100第一机器人、200第二机器人、210轨道、300第三机器人、310第一变位台。
具体实施方式
47.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
48.本实施例提供了一种导向臂的自动化热处理生产线，通过利用该生产线实现对导向臂的自动化成型加工，通过自动化连线，提高了生产效率，降低了劳动强度，具有良好的综合经济效益，便于推广。
49.具体的，参见图1，以一种z型压弯且压弯下部逆时针扭转的左件导向臂(简称左件)为例来说明，生产线的结构布置中包括依次顺序布置的上料系统10、淬火炉20、定位台30、压弯成型机40、扭转成型机50、淬火槽60和回火炉70。
50.其中，上料系统10包括上料机器人11和上料视觉装置12，上料视觉装置12固定安装在淬火炉20前上料架上方的支架上，上料视觉装置12包括相机、光源以及上位机系统；上料机器人11固定安装在淬火炉20前地基上，上料机器人11上固定有上料机械手；该上料机械手为磁吸式结构。
51.具体的，这里的上料机械手的磁吸部分由两个电磁铁组成，两个电磁铁可绕支撑轴作小角度转动。以确保磁铁工作面与工件(也即导向臂)的良好接触。
52.上料机器人11将导向臂吸取至淬火炉20中的炉前输送带22上，淬火炉20类似于现有天然气步进炉，淬火炉20由炉体21、炉前输送带22、步进输送装置和燃烧系统组成，炉前输送带22上的导向臂移动到末端后，步进输送装置将工件送至炉体21内，经燃烧系统的预热区、加热区、保温区后移至炉体出口处。
53.定位台30紧靠淬火炉20出口，定位台30中设有长度方向对中装置和宽度方向靠齐装置，可采用气动或液压方式进行驱动，导向臂通过长度方向对中装置和宽度方向靠齐装置完成在定位台30上定位。
54.本实施例中，长度方向对中装置采用气缸控制，宽度方向靠齐装置采用液压缸驱动，确保靠齐精度，提高产品后续成型尺寸精度。
55.导向臂从淬火炉20中进入到定位台30上，是通过第一机器人100实现，具体的，在定位台30与压弯成型机40之间安装有第一机器人100。第一机器人100被配置为将导向臂从淬火炉20中抓取至定位台30上，还可以将定位台30上完成定位后的导向臂抓取至压弯成型机40上。
56.本方案中，参见图2－图3，压弯成型机40为龙门式框架结构，在龙门横梁上从左至右依次设置左成型缸、压紧缸、右成型缸，并分别连接成型上模，即左上模41、上压紧模42、右上模43，对应地在工作台板上安装有左下模44、右下模45，在龙门框架左侧立柱内空腔设有长度定位装置46，为伺服电机驱动的螺母丝杆定位推杆。
57.工作时，第一机器人100的机械手将定位完的工件放在左下模44上，左下模44上加工有对应机械手的槽，首先长度定位装置46的定位推杆伸出，精确定位卷耳至导向臂中心孔的距离，定位完推杆缩回，压紧缸带动上压紧模42压紧工件中部，然后左成型缸和右成型缸带动左右上模可同时或先后动作完成成型，成型后压紧缸和左右成型缸上行返回原位。本实施例中，工作时先中部压紧，左右成型缸同时下行。
58.在成型前利用压弯成型机40的长度定位装置46实现一次定位，与设计基准精准重合，提高了后续成型尺寸精度，相比于传统的重复定位，减少了工序辅助时间。
59.在压弯成型机40与扭转成型机50之间安装有第二机器人200，第二机器人200滑动安装在移动轨道210上。利用第二机器人200与移动轨道210的滑动配合，可以使得第二机器人200能够将压弯成型机40中成型的导向臂转运至扭转成型机50中；也可以将扭转成型机50中成型的导向臂转运至淬火槽60中；或者是在导向臂不需要扭转工序时，第二机器人200将压弯成型机40中成型的导向臂直接转运至淬火槽60中。
60.本方案中，参见图4－图5，扭转成型机50为机械或液压驱动式，除机架外，上部从左至右设有第一夹紧装置51和第二夹紧装置52，分别夹紧工件的非成型和待成型部位，第二夹紧装置52下部设有成型装置53，带动第二夹紧装置52完成工件的部分成型，第一夹紧装置51下部设有工件举升装置54，便于第二机器人200的机械手抓取工件。
61.在本实施例中，第一夹紧装置51和第二夹紧装置52为电机驱动，成型装置53为伺服电机驱动，可根据导向臂的要求逆时针回转完成左件成型。对于右件，反之成型装置顺时针回转完成右件成型。
62.举升装置54为气缸驱动。工作过程如下，第二机器人200的机械手将工件从压弯成型机40取出移至工件举升装置54上，机械手松夹后第二机器人200退出，工件举升装置54带动工件下落，第一夹紧装置51和第二夹紧装置52同时夹紧工件，然后成型装置53驱动第二夹紧装置52完成工件的部分成型，成型后第二夹紧装置52和第一夹紧装置51先后松开，工件举升装置54抬起工件，第二机器人200的机械手搬运工件至淬火槽60，然后成型装置53返回原位。
63.需要说明的是，并非所有的导向臂工件有扭转成型的要求，如不需成型，则扭转成型机50的工件举升装置54保持在上位即可，工件举升装置54变成中间暂存位，第二机器人200的机械手直接搬运工件至淬火槽60。
64.参见图6，淬火槽60包括槽体61、淬火油循环冷却系统62、氧化皮收集提升装置和工件输送装置；淬火油循环冷却系统62被配置为利用淬火油对工件在喷射方向、喷射速度、喷射时间上进行调节，实现对淬火冷却速度的精确控制；氧化皮收集提升装置包括刮板组件和提升组件；工件输送装置包括入口升降装置63、水平输送装置64和出口升降装置65。
65.槽体61由前后侧壁板、左右侧壁板和底板围成的密封钢结构槽体。淬火油循环冷却系统62包括储油箱、循环油泵、过滤器、进油管道、喷嘴、换热器、冷却水泵、冷却水管道，液位计和液温控制等，满足不同材质、不同尺寸规格的工件的淬火要求。刮板组件和提升组件的配合用于收集槽体61中出现的氧化皮。入口升降装置63和出口升降装置65分别安装在槽体61前部和后部，水平输送装置64安装在槽体61底部，入口升降装置63和出口升降装置65结构相似，由电机或气缸驱动主动链轮，主动链轮布置在槽体上部，通过链传动驱动两链条板上的工件托架限位块，工件托架限位块间隔一定距离设置，防止工件在升降和传送中变位。
66.在本实施例中，入口升降装置63和出口升降装置65均为气缸驱动，水平输送装置64为电机驱动，其两列输送链的间距可调整。
67.参见图1、图7，导向臂经过淬火槽60后将由第三机器人300转运至回火炉70中，具体的，在回火炉70与淬火槽60之间还设有第三机器人300和第一变位台310；第一变位台310被配置为将导向臂由仰卧状态回转180
°
便于抓取到回火炉上摆放。
68.可以理解为，本方案的在第三机器人300侧固定安装第一变位台310，第一变位台
310上部有双气缸驱动的夹紧装置，夹紧装置固定在工作台板上，工作台板下连接旋转装置，旋转装置固定在机架上，旋转装置为回转气缸。
69.工作过程如下，第三机器人300夹持工件从淬火槽60出口升降装置65上搬运至回火炉70的输送带上，具体的，要以侧立姿态放置在回火炉输送带上。这是因为当工件为z型导向臂的下部逆时针扭转(也即导向臂为左件时)，第三机器人300的机械手无法直接将工件正确摆放在回火炉70的输送带中，需在第一变位台310上进行变位，也即需要将导向臂从水平状态(仰卧状态)变换成侧立状态；首先由第三机器人300的机械手将工件移至第一变位台310上，导向臂被这里的夹紧装置夹紧后，第一变位台310上旋转装置带动工件旋转180
°
，夹紧装置松开，第三机器人300的机械手重新抓取工件，按要求侧立放置在回火炉70输送带上。
70.需要说明的是，当导向臂为z型压弯且压弯下部顺时针扭转的(也即导向臂为右件时)或压弯下部无扭转时，第一变位台310不工作，此时导向臂直接由第三机器人300的机械手从淬火槽60出口升降装置65上搬运至回火炉70的输送带上。
71.回火炉70为连续式燃气加热炉，包括炉体、天然气燃烧控制系统、回火输送带，导向臂侧立在回火输送带上，经加热、保温、喷淋水冷却后完成回火。
72.经过回火处理后的导向臂需要被收集码料，因此在回火炉70处还设有码料系统，包括码料机器人81、码料视觉装置82和第二变位台83，这里的第二变位台83被配置为将导向臂由侧立状态水平回转180
°
以便于码料机器人码料。
73.具体的，码料视觉装置82固定安装在回火炉70后一侧的支架上，码料视觉装置82由相机、光源以及上位机系统组成，码料机器人81固定安装在回火炉70后的地基上；码料机器人81为六轴机器人，码料机械手固定在码料机器人81的第六轴上，码料机械手为磁吸式结构，其结构与上料机械手类似。同时这里的第二变位台83结构与第一变位台310相同。
74.码料工作过程：首先码料视觉装置82中的相机扫描回火输送带的工件，识别工件的卷耳孔的位置，上位机系统传给码料机器人81，码料机器人81的机械手对准工件中心孔部位磁吸后移至第二变位台83，工件侧立在第二变位台83的夹紧装置内，工件夹紧后旋转180
°
松夹，码料机器人81的机械手再次磁吸工件中心孔部位，由码料机器人81带动机械手将工件码垛在料架内，码放的方向由相机确定。
75.本方案中，参见图8－图9，第一机器人100、第二机器人200、第三机器人300均为六轴机器人，且均安装有双气缸驱动的双爪结构机械手。上料机器人11和码料机器人上同样固定有机械手；该机械手为磁吸式结构。
76.同时，本方案还提出了一种导向臂自动化热处理生产方法，采用如上所述的生产线，包括以下步骤：
77.s1：装满导向臂的料架由叉车放在上料位，上料视觉装置12的相机扫描料架上码放的工件，识别到位于最上层的工件的中心孔，引导上料机器人11的机械手对准该片工件磁吸后水平放置在淬火炉20的炉前输送带22上，每次磁吸一片。
78.上料机器人11返回料架上方，完成一次上料过程；接下来重复上一次循环作业，直至料架变成空料架，更换新的满料架。
79.优选的，可设置两个料架位置，可实现不停机置换满、空料架。
80.s2：炉前输送带22经链传动将工件移至淬火炉20步进装置首端，步进输送装置将
工件送入炉膛内，经预热区、加热区和保温区步进至出炉口后炉门开启。
81.s3：第一机器人100的机械手从炉门内抓取工件平移至定位台30内，机械手松开；定位台30中的长度方向对中装置和宽度方向靠齐装置分别对工件进行定位，保持工件姿态水平。
82.s4：第一机器人100的机械手再次将定位完成的工件再次夹紧，搬运至压弯成型机40后松夹，第一机器人100返回淬火炉20出口处原位，压弯成型机40先后完成定位、成型。
83.s5：第二机器人200的机械手搬运导向臂进入扭转成型机50，将工件搬运至扭转成型机50完成扭转成型。
84.s6：第二机器人200的机械手将扭转成型后的工件平移至淬火槽60入口处的入口升降装置63上，入口升降装置63带着工件以一定速度入油，并放置在水平输送装置64的链条上，水平输送装置64托住工件步进移动，移至出口升降装置65处，出口升降装置65托住工件升出油面，完成工件的淬火冷却过程。
85.s7：第三机器人300的机械手抓取工件将工件移至第一变位台310，第一变位台310中的夹紧装置夹紧工件，第一变位台310中的旋转装置带动工件旋转180
°
后夹紧装置松开，第三机器人300的机械手重新抓取工件，按要求以侧立姿态、间隔摆放到回火输送带上，同时旋转装置回原位。
86.s8：工件在回火输送带上进行运输进入到回火炉70中，经加热、保温、喷淋水冷，完成回火，到达炉出口处。
87.s9：码料视觉装置82中的相机扫描摆放在回火炉出口处回火输送带上工件的卷耳端，确定卷耳位置后，引导码料机器人81的机械手对准侧立姿态的工件，磁吸后平移至放在第二变位台83上，第二变位台83中的夹紧装置夹紧工件并转位180
°
后松夹，码料机器人81的机械手再次对准工件磁吸，将工件水平放置在码料架上，码料的方向根据相机指引的卷耳方向确定。
88.该自动化热处理生产方法同样适用于对板簧的加工，只是其中存在有些许不同；参见图1、图10，不同之处在于，可以利用半椭圆板簧成型机90替换压弯成型机40、扭转成型机50，同时也不需要第一变位台和第二变位台的协助。
89.具体对板簧进行加工的方式为：板簧经过淬火炉20和定位台30后，由第一机器人100抓取至半椭圆板簧成型机90上，经过成型后再由第二机器人200直接转运至淬火槽60，然后由第三机器人300将板簧抓取转运至回火炉70中，最后码料机器人81直接可以将板簧抓取至码料架上。这是因为钢板弹簧结构较为简单，仅仅需要将工件在竖直平面内压成近似圆弧形即可，因此可以直接省略掉第一变位台和第二变位台实现的姿态转换。
90.具体的，这里的半椭圆板簧成型机90为龙门式框架结构，在龙门横梁上从左至右依次固定有成型缸、压紧缸、成型缸，两成型缸的活塞杆与上夹91相连接，压紧缸与压紧上模92相连接，压紧上模92布置在上夹91中间，工作台固定在机架底座上，工作台上对应并分别连接成型下夹93和压紧下模94。
91.上夹91和下夹93由多组夹头组合而成，夹头之间均可调节，使得上夹91和下夹93可以被调节成对应的弧形结构。工作时，第一机器人100的机械手将定位完的板簧放在下夹93和压紧下模94上，下夹93上加工有对应机械手的槽，压紧缸先驱动压紧上模92压紧板簧中部，然后第一机器人100返回，成型缸带动上夹91完成成型和保压，在保压的同时第二机
器人200的机械手进入并夹紧板簧，压紧缸和成型缸上行返回原位后，第二机器人200的机械手将板簧搬运至淬火槽60。
92.本技术方案利用机器人及机械手技术，实现了工序间搬运的自动化，采用视觉技术配套机器人和机械手，解决了复杂工件的自动上料和码垛难题，通过自动化连线，提高了生产效率，降低了劳动强度，具有良好的综合经济效益，便于推广。
93.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。