齿轮是汽车行业中主要的基础传动元件，通常每辆汽车中有18~30个齿部，齿轮的质量直接影响汽车的噪声、平稳性及使用寿命。而对于汽车变速箱内的传动齿轮，为方便变速箱内部冷却油液的流通以及更好地润滑齿轮内安装的滚针轴承，润滑的充分性至关重要。如果润滑不到位，则容易出现烧齿、打齿、抱轴等故障现象，由此可见，齿轮油孔的加工质量对于保障齿轮的正常运作具有重大影响。齿轮油孔加工需要通过钻孔设备对齿轮进行钻油孔加工，而钻孔设备对齿轮钻孔加工的过程中，伴随着对齿轮由外向内的切削，在齿轮油孔的内孔处易产生毛刺翻边等问题。针对上述问题，提出一种全新的汽车齿轮零件加工钻孔去毛刺一体化装置，以提高汽车齿轮油孔加工质量与效率。
1、油孔加工工艺与装置设计要求
加工工艺
常见的齿轮油孔由于待加工齿轮的尺寸规格不同，油孔尺寸以及加工深度、加工精度要求也不同，因此加工时需考虑加工过程的装夹机构的通用性和加工尺寸的适应性，刀具的转速、进给速度需实现无极调速。同时，需考虑加工效率问题，油孔毛刺的去除工艺需在油孔加工完毕后自动高效去除并且该机构的设计具备满足不同孔径和深度的孔的毛刺去除功能。因此，油孔加工装置针对上述工艺问题而设计，主要适应不同尺寸、型号的齿轮油孔加工并实现自动去毛刺功能。
设计要求
根据工艺需求，该车用齿轮油孔加工专用装置需要实现的主要功能特点如下。(1)满足不同规格尺寸的齿轮产品的不同位置、不同深度、不同直接大小的油孔的自动钻孔。(2)适应不同规格尺寸的齿轮产品的固定与装夹。(3)满足孔加工后毛刺的高效自动去除。(4)满足加工后的废料自动清除并收集功能。
2、装置的组成
装置的组成
基于装置的设计要求，该设备主要包括机械和控制部分的设计。其中，机械机构主要包括操作台、安装架、升降机构、钻孔机构、毛刺翻边刮除机构和夹持机构。控制系统主要包括：升降电机控制刀具以实现刀具的上下移动，满足深度控制以及进给速度要求;刮除电机控制去毛刺机构去毛刺;钻孔电机实现钻刀转速控制;夹持电机实现对齿轮的装夹以满足不同大小齿轮夹持、控制系统 PLC 程序、各类检测传感器、触摸屏界面等部分。
装置的动作流程设计及分析
该装置的动作主要是完成车用齿轮的安装夹紧、自动化钻孔去毛刺等加工动作。其动作流程如图 1 所示。
装置的机械结构设计
根据工艺动作流程和组成框架设计工作流程图，采用模块化设计思路，最终设计出车用齿轮油孔加工去毛刺装置，整体机械结构设计如图2所示。
主要机械结构原理
由于不同齿轮上油孔位置不同，必须考虑钻孔加工位置的可调，因此设计了移动机构，主要实现钻头位置和刮除机构位置的调整功能。其结构主要包括电机、连接板、螺纹杆、螺纹管、移动滑杆和移动套管。该装置动作时，电机驱动螺纹杆转动，从而带动安装 在安装架的钻头机构和刮除机构进行水平移动，以保证钻头准确在待钻孔位置进行钻孔，同时保证刮除机构中的刮刀穿过钻好的孔。
为了适应不同齿轮大小的装夹，设计了夹持机构，该机构主要包括夹持滑板、夹持丝杆、夹持滑杆和夹持架，通过设计夹持单元，包括环形板、调节齿圈、调节电机和3个夹持块实现对待加工齿轮的装夹。
刮除机构主要包括刮除轴、固定板、刮刀、刮除滑杆、刮除套管和刮除弹簧，该机构能够在钻孔同时完成毛刺清理。其运动原理是：待钻孔完成时，升降组件带动钻头复位并停止转动;然后移动机构驱动钻头和刮除组件水平移动，使刮除组件中的刮刀位于钻好孔的正上方，此时钻头移到清理机构的上方;接着升降组件驱动钻头和刮刀下移，令钻头与清理机构的清理刷相抵，而安装在刮除轴的刮刀穿过钻好的孔，位于待加工齿轮的内孔与钻好的孔的相交处，然后再次启动电机驱动钻头和刮刀转动，钻头在转动的过程中，通过相抵的清理刷对钻头进行清理，从而去除附着在钻头上的碎削，便于钻头下次的钻孔加工工作。
而刮刀在转动的过程中受离心力的作用，沿刮除轴的径向方向移动，刮刀上端倾斜的刀口与齿轮工件内孔及钻孔的相交处相抵，刮刀可对存在的毛刺翻边进行刮除清理，保证了钻孔加工的效果。
3、控制系统设计
该装置的控制系统功能包括运行数据显示、电机运行参数设置、加工参数设置、手动与自动控制、系统初始化、故障检测与报警、生产数据统计、复位等控制功能。根据设备的功能和工艺动作流程，选用S7- 1200型PLC作为控制系统的控制核心。根据控制系统功能要求，设计该装置控制系统触摸屏界面，该触摸屏界面由自动控制页面、手动控制页面和管理员页面组成。其主界面设计包括升降电机控制、夹持电机控制、钻孔电机控制、移动控制、刮除电机控制等电机参数人机界面，便于操作人员快速根据加工要求设计参数。为了实现数字化显示，还设计了钻孔深度以及速度、刮除深度以及速度、夹持机构大小控制与显示等界面。
控制系统硬件选型
根据控制系统功能要求选择合适的硬件是完成控制系统设计关键。该装置控制系统主要硬件选型包括：
1.PLC型号选择
PLC 的选用需考虑在满足使用要求前提下达到经济性、实用性原则，同时根据系统IO点数、控制对象及精度要求进行选择。综合分析该装置以上特点，采用具有高性价比、灵活扩展性、强大的运动控制与通信功能的S7-1200可编程逻辑控制器作为核心。
2.触摸屏型号选择
为了方便人机交互和数据显示，实现状态与故障监控、诊断等功能，采用西门子KTP700触摸屏可满足使用要求。
3.传感器与执行器
通过安装相应的传感器，如接近开关、位置传感器和压力传感器，结合伺服电机反馈功能实时监测各电机相关参数，并将采集的数据(如位置、转速、温度等)传输给PLC控制系统进行处理。装置的运行常用达到执行器件包括电磁阀、接触器、伺服电机、步进电机，通过PLC编程控制相应的电磁阀和伺服驱动器、接触器的动作，以实现钻孔加工、去毛刺、清理废料等关键功能。
控制系统IO地址分配
PLC的I/O分配表是PLC选型和后续接线的重要参考依据。在选择IO时需考虑未来扩展与改进需求留有一定余量、输入输出信号类型、动作流程、控制对象及要求等因素综合选用和分配IO接口。该装置部分主要I/O分配如表1所示。
4、结论
该车用齿轮油孔加工去毛刺装置实现了齿轮油孔加工去毛刺的一体化自动完成功能，有效弥补了长期以来齿轮油孔加工领域中存在的加工效率低、设备成本高和劳动强度大等缺点。该装置的设计和使用具有一定的柔性，扩展了设备适用性，为齿轮油孔加工提供一种解决方案和工艺改进思路，也有助于企业创造良好的经济效益。
参考文献略.