摘要：某柴油机厂机体线的生产设备，是上世纪九十年代，由公司自制研发的专机，其中钻顶杆孔的工序是手动完成。为了提高生产效率，消除工作中的安全隐患，考虑对此工序，进行自动化改造。通过对设备齿轮齿条及手动插销机构进行改造，优化气缸驱动完成系列动作。电气方面增加到位检测感应开关，修改PLC程序，实现设备的自动执行。单机自动化完成后，工件输送也同时得到了优化，提高生产效率，降低作业人员劳动负荷。因此，针对该设备的自动化改造，对企业的经济效益具有非常重要的实用意义。

关键词：自动化;钻模杆结构;镗模杆结构;PLC控制

1.研究背景

某柴油机厂机体线的生产设备，是上世纪九十年代，由公司自制研发的专机，其中钻顶杆孔的工序是通过手动完成。这种钻孔方式，每一个动作，都需要人手动操作，人工体力消耗大，生产效率低，并且具有极大的安全隐患。钻顶杆孔的工序的定位方式是人工手动定位，生产时，由操作人员手动将机体摇进和摇出镗模孔，通过齿轮齿条传动来运输柴油机体到加工位置，然后进行手动插销定位。整个生产过程，动作繁琐，对人工要求高，设备钻孔时间不到半分钟，而人工定位操作等辅助工序需要四五分钟，生产效率极低，大大影响后续工序的生产效率。为了提升挺杆孔加工设备的劳动效率，降低劳动强度，提高生产效率，决定对该设备操控结构进行自动化改造。

2.研究内容

设备改造方向主要有以下几个方面：①通过使用先进的机械、电气、计算机等方面的技术，根据企业需求对设备原有的一些构件进行改装或者新增机械电气部件，提高设备自动化程度，降低人工需求;②通过对设备进行局部的更新、改造，提高设备生产效率和扩大设备的工艺性能;③将通用设备改造成企业定制化专用设备，满足企业的定制化要求，提高设备性能和生产效率;④改进设备环保系统，改善劳动条件，实现清洁生产，提高设备安全可靠性;⑤改进设备结构系统，降低原材料及能源消耗，提升企业整体现代化水平和核心竞争力。

机体线的生产设备，是针对本柴油机加工的专用生产线，除了人工操作复杂，工作效率低，其他机械结构还能满足当前柴油机加工的需要。因此，利用旧设备改造再创新，不仅投资少、时间短、见效快，还会比购置新设备能带来更大的经济效益。

本项目主要是重点就齿轮齿条机构传动方式、钻模杆结构及定位、镗模杆结构、插销定位等关键问题进了设计研究和改进，以便实现钻模杆移动、插销定位的自动控制，从而达到设备自动化改造的目的。主要研究内容如下：

（1）钻模杆结构及定位的自动化设计

定位的目的是使工件在夹具中相对于机床、刀具占有确定的正确位置。定位元件的设计应该满足以下要求：与工件相适应的精度;足够的刚度，不允许受力后发生变形;要有耐磨性，以便在使用中保持精度。钻孔过程中常用的定位元件有圆柱销、锥销和圆柱芯轴。本工序的加工过程中，定位采用的就是圆柱销孔结构。

由于定位销孔制造误差的影响， 在实际的小批量制造过程中， 经常出现组装偏斜现象， 严重影响了产品质量及生产进度。因此，考虑增加凸轮轴定位导向芯杆机构，凸轮轴的后端具有凸轮轴内孔，定位导向机构为导向芯杆，凸轮轴的另一端具有端面，沿该端面的周向均匀设有若干磁铁座孔，端面的中心设有呈阶梯形的销孔;这种定位导向机构可保证凸轮轴的定位导向机构能快速，准确，可靠的定位，从而减少组装偏斜现象。

（2）镗模杆结构设计

当前镗模杆为机械定位插销结构，每次加工定位需要人工拔插插销，人工操作误差较大，工作效率也低，可以增加增加气缸/传感器等电气元件，自动定位插销，将原先手动方式变为气动，实现PLC电气控制的一键启动功能。

（3）齿轮齿条机构传动方式设计

由于机床结构限制，工件定位夹紧后需人工驱动齿轮齿条机构将凸轮轴定位芯杆穿入气缸体及夹具模板导向孔并完成插销动作，加工完成后执行拔销、退杆工作，存在动作重复、劳动强度大的问题。可以在电气方面增加到位检测感应开关，修改PLC程序，实现设备的自动执行。

目前，用于生产的设备还是上世纪九十年代由该公司自制的专机，分为钻孔、扩孔、孔口倒角、铰孔4个工序。由于机体结构紧凑，机床在设计时采用了凸轮轴定位导向芯杆机构，能构稳定的保证挺杆孔的位置度。但是因结构限制，工件定位夹紧后需人工驱动齿轮齿条机构将凸轮轴定位芯杆穿入气缸体及夹具模板导向孔并完成插销动作，加工完成后执行拔销、退杆工作，存在动作重复、劳动强度大的问题。

本项目通过对设备齿轮齿条及手动插销机构进行改造，优化气缸驱动完成系列动作。电气方面增加到位检测感应开关，修改PLC程序，实现设备的自动执行。单机自动化完成后，工件输送也同时得到了优化，提高生产效率，降低作业人员劳动负荷。因此，针对该设备的自动化改造，对企业的经济效益具有非常重要的实用意义。

3.本项目的创新点

本次项目的创新点有以下几点：

（1）对原有设备的局部结构钻铤杆进行自动化改造，通过加入电气元件，实现钻模杆移动及位置的自动化控制，增加设备的自动化程度，提高生产效率。

（2）改进设备的镗模杆结构，增加气缸/传感器等电气元件，自动定位插销，将原先手动方式变为气动，实现PLC电气控制的一键启动功能，大幅度降低操作人员的劳动强度。由于不再需要手动操作工位，可将辊道进行连接，摒弃了原有设备的单梁吊车上料，提高了安全操作系数，简化了操作流程，降低了循环工序节拍。

（3）优化设备的齿轮传动方式，将传统的机械传统改为电气传动方式，到达生产的自动化，节省劳动力，提高生产精度及效率。

4.本项目的成果

老旧设备自动化改造完成后，预期生产效率提高了30%，作业人员劳动负荷率降低50%。并取得以下方面的成果：

（1）对钻模杆结构及定位的自动化设计，减少组装偏斜现象，提高钻孔的质量。

（2）通过改进镗模杆结构和齿轮齿条机构传动方式设计，将手动拔插插销定位结构，转化为气缸加电气控制，实现了设备的自动执行，减少人工操作的危险性，提高劳动效率作业人员劳动负荷率降低50%。

整套设备完成后自动化水平较高，制造及其维护方便，可为企业每年生产成本15万元以上，更有利于提高应用企业的管理水平和效益，社会效益和经济效益显著。具有良好的应用前景。

参考文献：

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[2] 杜娟.智能机器对制造业的影响及对策研究[J].世界电信， 2016（2）：24-30.

[3] 汪林俊 陈军统 赵龙云.产品装配线自动化改造的动机分析及风险预估—以某汽车配件厂装配线改造项目为例，科教文化，总第 485 期，2020年2月（中）.

[4]兰海成.浅析机电设备的自动化改造及维护，水利电力，科技风 2020 年 5 月.

作者简介：董征莲（1981.05-），女， 山东潍坊， 汉，硕士，讲师，研究方向：机械制造与自动化

山东交通职业学院 山东 潍坊 261200