刷环自动化生产线系统

摘要

一种刷环自动化生产线系统，其特征是包括终端服务器、流水线驱动装置、控制总线、排丝模具定位夹紧单元、自动焊接单元、自动打磨单元和线切割单元。每一个加工单元可完成其相应的工序。从焊接—打磨焊点—线切割刷头。这些子加工单元最终由PLC网络组为终端服务器，采用自动检测技术、气动技术、PLC应用技术、变频器应用、电机驱动控制等，使每一个加工单元之间能够相互协调工作，高效率，高品质的完成刷环的生产加工。

权利要求

1.一种刷环自动化生产线系统，其特征是包括终端服务器、流水线驱动装置、控制总线、排丝模具定位夹紧单元、自动焊接单元、自动打磨单元和线切割单元，所述终端服务器连接流水线驱动装置，流水线驱动装置驱动流水线的传送带运转，排丝模具定位夹紧单元、自动焊接单元、自动打磨单元和线切割单元依次设置在流水线的一侧，排丝模具定位夹紧单元、自动焊接单元、自动打磨单元和线切割单元均分别通过控制总线连接终端服务器；所述排丝模具定位夹紧单元包括前挡板（10）、后挡板（11）、刷环挡板（12）、定位销（13）、圆弧凸台模具（14）、槽口（15）和刷丝（16），所述前挡板（10）和后挡板（11）均为圆弧形，前挡板（10）和后挡板（11）之间夹有刷丝（16），前挡板（10）和后挡板（11）通过定位销（13）固定在圆弧凸台模具（14）上，前挡板（10）上设有槽口（15）；所述自动焊接单元包括机器人前臂（20）、转轴中心（21）、夹具（22）和电子束焊枪（23），所述机器人前臂（20）连接机器人机械设备，机器人机械设备连接机器人控制中心，机器人前臂（20）通过转轴中心（21）连接夹具（22），夹具（22）连接电子束焊枪（23），电子束焊枪（23）对刷丝（16）进行焊接；所述自动打磨单元包括底座（30）、自动打磨单元数控机床控制箱（31）、自动打磨单元驱动装置（32）、自动打磨单元左右旋转轴（33）、自动打磨单元升降板（34）、刀具夹具（35）和铣刀（36），所述自动打磨单元数控机床控制箱（31）与自动打磨单元驱动装置（32）连接，自动打磨单元驱动装置（32）连接自动打磨单元左右旋转轴（33），自动打磨单元左右旋转轴（33）设置在底座（30）上，自动打磨单元左右旋转轴（33）螺纹连接自动打磨单元升降板（34），自动打磨单元升降板（34）上设有刀具夹具（35），刀具夹具（35）上设有铣刀（36）；所述铣刀（36）中部设有铣刀凹槽（37）。

2.根据权利要求1所述的刷环自动化生产线系统，其特征是所述线切割单元包括线切割单元数控机床控制箱（40）、线切割单元驱动装置（41）、线切割单元左右旋转轴（42）、线切割单元升降板（43）、左挡块（44）、左行程开关（45）、右行程开关（46）、右挡块（47）、上导轮（48）、卷丝筒（49）、钼丝（50）、下导轮（51）和线切割单元底座（52），所述线切割单元数控机床控制箱（40）连接线切割单元驱动装置（41），线切割单元驱动装置（41）连接线切割单元左右旋转轴（42），线切割单元左右旋转轴（42）设置在线切割单元底座（52）上，线切割单元左右旋转轴（42）上螺纹连接线切割单元升降板（43），线切割单元升降板（43）上设有左挡块（44）和右挡块（47），左挡块（44）和右挡块（47）之间设置左行程开关（45）和右行程开关（46），线切割单元升降板（43）上设有上导轮（48），卷丝筒（49）上缠绕有钼丝（50），钼丝（50）通过上导轮（48）和下导轮（51）首位连接，钼丝（50）用于切割刷丝。

说明书

刷环自动化生产线系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种刷环自动化生产线系统，主要为当前加工刷式汽封中的刷环而发明设计的一种自动化生产线。

背景技术

[0002] 当前刷式汽封的技术逐渐成熟并广泛应用到火力发电厂、化工厂动密封等各个领域。刷式汽封中刷环的生产加工仍然为传统的手工加工，生产效率低、工人劳动强度大、产品质量不稳定。这对刷式密封技术的推广和发展非常不利。

[0003] 如图1，刷环由前面板、后面板和加装在两者之间的高密度的高温合金细金属丝为原料的刷毛组成。刷毛沿转子方向有一定的倾斜角。

[0004] 传统加工刷环从排丝——焊接——焊接表面处理——线切割刷头均为人工加工。如图2，人工排丝主要在模具上完成，事先准备好一个圆弧凸台模具，模具凸台上开有沿圆弧一周的槽口，槽口宽为0.15mm且与圆弧成45°角，槽口之间的宽度为2—3mm。

[0005] 在排丝时先用0.1mm厚一定形状的薄板插入上述模具凸台上的每一个槽口内，这样便形成很多宽度为2—3mm的小腔室。将根据要求先放好刷环的其中一块挡板，在将准备好的丝簇放入腔室内，最后放上刷环的另一块挡板进行定位夹紧，完成排丝过程。通过上述可知人工排丝是生产加工刷环中最为繁杂的工作，这些给刷环的生产效率带来极大的阻碍。由于当前技术条件有限，把丝簇放入腔室内还无法实现自动化，在本发明里，为减少排丝这一环节的复杂工作，对模具的定位、夹紧采用电气自动化来实现，只需工人把丝簇放入腔室即可完成自动化生产。

[0006] 人工进行焊接刷环主要缺点：1）由于采用的是高能电子束真空焊接，对焊工的技能要求非常的高，在短期内很难培养出一批技术过硬的焊工；2）由电子束焊枪发出的一小部分X射线对焊工的身体伤害也是不容忽视的；3）焊工焊接刷环时，在短期内很难达到加工数量的要求，焊接效率低，操作不方便，焊接质量不高。采用焊接自动化焊接机器人可以克服人工焊接的所有缺点，可以大大提高刷环的焊接效率和焊接质量。

[0007] 待刷环焊接完成后，进入下一个工序就是焊接表面处理，而传统的焊接表面处理方法仍然采用人工打磨，这对高效率的生产加工刷环也是不利的。同时由人工完成的焊接表面处理质量不高，不易达到工艺要求。采用自动化打磨机设备和特有的铣刀，可实现一刀成型，克服了人工打磨的缺点，对提高刷环的生产效率和质量是非常有利的。

[0008] 最后一道工序刷头切割在传统加工方法里是采用线切割来实现的，虽然线切割通过数控加工CNC进行插补来自动完成加工。但是仍需通过工人来实现刷环的定位和夹紧，而且需要校对坐标轴。总体来说工序较为繁杂，对刷环的生产效率不利。

[0009] 综上所述，采用传统的刷环加工方法，生产工艺落后，工序分散，从而带来生产效率低、个人劳动强度大、产品质量不稳定、生产成本增加等问题。因而发明提出一套刷环自动化生产装置是十分必要的。

发明内容

[0010] 本发明的目的就是为了克服上述传统刷环的加工不足，而提供一种刷环自动化生产线系统。采用刷环全自动化生产线系统加工刷环，可将所有生产环节融合，大幅度减轻工人劳动强度，提高生产效率，改善生产环境，提高生产质量。

[0011] 本发明就是通过高度自动化的线切割/激光切割的设备来对刷环的最后一道工序进行自动调整、定位、夹紧、切割的刷环自动化生产线系统。

[0012] 本发明的技术方案是：

[0013] 一种刷环自动化生产线系统，包括终端服务器、流水线驱动装置、控制总线、排丝模具定位夹紧单元、自动焊接单元、自动打磨单元和线切割单元，所述终端服务器连接流水线驱动装置，流水线驱动装置驱动流水线的传送带运转，排丝模具定位夹紧单元、自动焊接单元、自动打磨单元和线切割单元依次设置在流水线的一侧，排丝模具定位夹紧单元、自动焊接单元、自动打磨单元和线切割单元均分别通过控制总线连接终端服务器。

[0014] 所述排丝模具定位夹紧单元包括前挡板10、后挡板11、刷环挡板12、定位销13、圆弧凸台模具14、槽口15和刷丝16，所述前挡板10和后挡板11均为圆弧形，前挡板10和后挡板11之间夹有刷丝16，前挡板10和后挡板11通过定位销13固定在圆弧凸台模具14上，前挡板10上设有槽口15。

[0015] 所述自动焊接单元包括机器人前臂20、转轴中心21、夹具22和电子束焊枪23，所述机器人前臂20连接机器人机械设备，机器人机械设备连接机器人控制中心，机器人前臂20通过转轴中心21连接夹具22，夹具22连接电子束焊枪23，电子束焊枪23对刷丝16进行焊接。

[0016] 所述自动打磨单元包括底座30、自动打磨单元数控机床控制箱31、自动打磨单元驱动装置32、自动打磨单元左右旋转轴33、自动打磨单元升降板34、刀具夹具35和铣刀36，所述自动打磨单元数控机床控制箱31与自动打磨单元驱动装置32连接，自动打磨单元驱动装置32连接自动打磨单元左右旋转轴33，自动打磨单元左右旋转轴33设置在底座30上，自动打磨单元左右旋转轴33螺纹连接自动打磨单元升降板34，自动打磨单元升降板34上设有刀具夹具35，刀具夹具35上设有铣刀36。

[0017] 所述铣刀36中部设有铣刀凹槽37。

[0018] 所述线切割单元包括线切割单元数控机床控制箱40、线切割单元驱动装置41、线切割单元左右旋转轴42、线切割单元升降板43、左挡块44、左行程开关45、右行程开关46、右挡块47、上导轮48、卷丝筒49、钼丝50、下导轮51和线切割单元底座52，所述线切割单元数控机床控制箱40连接线切割单元驱动装置41，线切割单元驱动装置41连接线切割单元左右旋转轴42，线切割单元左右旋转轴42设置在线切割单元底座52上，线切割单元左右旋转轴42上螺纹连接线切割单元升降板43，线切割单元升降板43上设有线切割单元升降板43，线切割单元升降板43上设有左挡块44和右挡块47，左挡块44和右挡块47之间设置左行程开关45和右行程开关46，线切割单元升降板43上设有上导轮48，卷丝筒49上缠绕有钼丝50，钼丝50通过上导轮48和下导轮51首位连接，钼丝50用于切割刷丝。

[0019] 本发明的有益效果是：

[0020] 1、本发明的刷环自动化生产线系统采用的核心技术为流水线自动化加工系统。由单片机/PLC网络组组成的终端服务器、自动化气动夹具、变频器、电机驱动、自动检测技术等协调工作，控制每一个加工工序进程。

[0021] 2、由于当前技术条件的影响，排丝环节采用人工辅助排丝，本发明的刷环自动化生产线系统的定位和压紧采用自动化夹具完成。

[0022] 3、在本发明的刷环自动化生产线系统的排丝、自动化焊接、打磨、线切割处，均采用先进的传感器对每一个加工工序信息进行反馈并进行自动检测，形成一个高度自动化、智能化的环路系统。

[0023] 4、本发明的刷环自动化生产线系统采用先进的自动检测技术、气动技术、PLC应用、变频器应用、电机驱动及自动控制系统技术的应用。

[0024] 5、本发明的刷环自动化生产线系统采用先进的焊接机器人进行焊接，无需对机器人输入程序来控制焊接路径，

[0025] 6、在对刷环焊接表面处理时，本发明的刷环自动化生产线系统的刀具为特有经过设计的一次成型刀具。

附图说明

[0026] 图1是传统刷环的结构示意图。

[0027] 图2是传统刷环加工模具的结构示意图。

[0028] 图3是本发明的整体结构示意图。

[0029] 图4是本发明的排丝模具定位夹紧单元的结构示意图。

[0030] 图5是图4中A向视图。

[0031] 图6是本发明的自动焊接单元的结构示意图。

[0032] 图7是本发明的自动打磨单元的结构示意图。

[0033] 图8是本发明的自动打磨单元中铣刀的结构示意图。

[0034] 图9是本发明的线切割单元的结构示意图。

[0035] 图中：10为前挡板、11为后挡板、12为刷环挡板、13为定位销、14为圆弧凸台模具、15为槽口、16为刷丝、20为机器人前臂、21为转轴中心、22为夹具、23为电子束焊枪、30为底座、31为自动打磨单元数控机床控制箱、32为自动打磨单元驱动装置、33为自动打磨单元左右旋转轴、34为自动打磨单元升降板、35为刀具夹具、36为铣刀、37为铣刀凹槽、40为线切割单元数控机床控制箱、41为线切割单元驱动装置、42为线切割单元左右旋转轴、43为线切割单元升降板、44为左挡块、45为左行程开关、46为右行程开关、47为右挡块、48为上导轮、49为卷丝筒、50为钼丝、51为下导轮、52为线切割单元底座。

具体实施方式

[0036] 下面结合附图对本发明作进一步描述：

[0037] 如图3至9，一种刷环自动化生产线系统，包括终端服务器、流水线驱动装置、控制总线、排丝模具定位夹紧单元、自动焊接单元、自动打磨单元和线切割单元，所述终端服务器连接流水线驱动装置，流水线驱动装置驱动流水线的传送带运转，排丝模具定位夹紧单元、自动焊接单元、自动打磨单元和线切割单元依次设置在流水线的一侧，排丝模具定位夹紧单元、自动焊接单元、自动打磨单元和线切割单元均分别通过控制总线连接终端服务器。

[0038] 排丝模具定位夹紧单元包括前挡板10、后挡板11、刷环挡板12、定位销13、圆弧凸台模具14、槽口15和刷丝16，所述前挡板10和后挡板11均为圆弧形，前挡板10和后挡板11之间夹有刷丝16，前挡板10和后挡板11通过定位销13固定在圆弧凸台模具14上，前挡板10上设有槽口15。

[0039] 自动焊接单元包括机器人前臂20、转轴中心21、夹具22和电子束焊枪23，所述机器人前臂20连接机器人机械设备，机器人机械设备连接机器人控制中心，机器人前臂20通过转轴中心21连接夹具22，夹具22连接电子束焊枪23，电子束焊枪23对刷丝16进行焊接。

[0040] 自动打磨单元包括底座30、自动打磨单元数控机床控制箱31、自动打磨单元驱动装置32、自动打磨单元左右旋转轴33、自动打磨单元升降板34、刀具夹具35和铣刀36，所述自动打磨单元数控机床控制箱31与自动打磨单元驱动装置32连接，自动打磨单元驱动装置32连接自动打磨单元左右旋转轴33，自动打磨单元左右旋转轴33设置在底座30上，自动打磨单元左右旋转轴33螺纹连接自动打磨单元升降板34，自动打磨单元升降板34上设有刀具夹具35，刀具夹具35上设有铣刀36。

[0041] 铣刀36中部设有铣刀凹槽37。

[0042] 线切割单元包括线切割单元数控机床控制箱40、线切割单元驱动装置41、线切割单元左右旋转轴42、线切割单元升降板43、左挡块44、左行程开关45、右行程开关46、右挡块47、上导轮48、卷丝筒49、钼丝50、下导轮51和线切割单元底座52，所述线切割单元数控机床控制箱40连接线切割单元驱动装置41，线切割单元驱动装置41连接线切割单元左右旋转轴42，线切割单元左右旋转轴42设置在线切割单元底座52上，线切割单元左右旋转轴42上螺纹连接线切割单元升降板43，线切割单元升降板43上设有线切割单元升降板43，线切割单元升降板43上设有左挡块44和右挡块47，左挡块44和右挡块47之间设置左行程开关45和右行程开关46，线切割单元升降板43上设有上导轮48，卷丝筒49上缠绕有钼丝
50，钼丝50通过上导轮48和下导轮51首位连接，钼丝50用于切割刷丝。

[0043] 刷环自动化生产线系统采用流水线自动生产布局，采用单片机控制系统/PLC网络组控制系统为整个流水线终端服务器，应用自动检测、自动化气动夹具技术、变频器、电机驱动等设备形成一个高度自动化、智能化的生产设备。

[0044] 如图3，刷环自动化生产流水线系统可分为四个加工单元，每一个加工单元带有传感器进行自动检测，每一个加工单元带有一个自动化气动夹具对刷环进行定位、夹紧，流水线的传送方式采用电机驱动方式。其工作原理：人工排好丝的模具经传送带送到排丝模具定位夹紧单元，通过自动化气动夹具进行定位、夹紧；夹好后生成一个信号反馈到终端服务器，控制传送带将夹好的刷环送到自动焊接单元进行自动化焊接；焊接完成生成一个信号反馈到终端服务器控制传送带，将焊接好的刷环送到自动打磨单元进行焊接表面处理；完成焊接表面处理后，通过生成的反馈信号，由终端服务器控制传送带将刷环送到线切割单元进行刷头切割，待刷头切割完成后，由人工取出刷环。

[0045] 现对刷环自动化生产装置的每一个加工单元分别简述。

[0046] 排丝模具定位夹紧单元：由于当前技术条件有限，刷丝的排列须由人工完成。其排丝方法是通过圆弧型磨具上完成刷丝排列并且夹紧刷环的前后挡板。而在实际加工过程中，从人工搬运模具、把刷环的其中一块挡板平整放在模具上，插入薄板形成小腔室，放丝，把另外一块刷环挡板放入模具上定位压紧均由手工完成，如图4、图5，为了实现刷环高度自动化生产，本发明在排丝模具定位夹紧单元里，将先排好的刷丝连同排丝模具，通过自动化气动夹具来实现模具的定位和夹紧，以便下一个自动焊接工序的顺利进行。

[0047] 自动焊接单元：如图6，由于刷环所应用的环境要求很高（高温高压环境），所以对刷环的焊接采用的是高能电子束焊焊接。为实现高能电子束焊的自动化焊接，在本发明的自动焊接单元采用焊接机器人来实现对上一个工序经过传送带过来的刷环进行焊接。

[0048] 自动打磨单元：在自动焊接单元完成后，经传送带传送到打磨设备对已经焊接的刷环进行焊接表面处理，使其符合设计的要求。如图7，打磨设备主要由CNC控制合金铣刀，通过圆弧插补功能，使铣刀根据技术要求完成对刷环焊接表面铣磨。在本发明里，为了实现焊接表面一次成型符合设计要求，现设计一种铣刀，铣刀外形截面图如图8所示。

[0049] 线切割单元：线切割/激光切割/等离子切割刷头是加工生产刷环的最后一个工序。根据设计员设计参数要求，输入程序来切割刷头，使其最终成型。如图9，在刷环自动化生产流水线上与自动化气动夹具配合，来完成切割。

[0050] 上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。