柔性制造系統多工作臺精度一致性的工藝解決方案

趙建華

（沈機集團 昆明機床股份有限公司，昆明 650203）

0 引言

圖1 FMS1600三維幾何模型

FMS1600和FMS1000柔性制造系統是齊重數控裝備股份有限公司訂購昆明機床股份有限公司（以下簡稱昆機）兩條臥式加工中心柔性生產線的合同訂單項目，是國內規格最大、承載最重和精度最高的用于精密箱體類零件加工的集光、機、電、液、控制、信息和網絡的集成應用，實現了多品種零件的混流加工、幾種工藝路線并行、作業計劃制定和任務分配等功能，滿足用戶對FMS精度、質量、生產率、可靠性、自動化及設備柔性、生產柔性和工藝柔性等的需求。該柔性制造系統于2009年初在齊重數控裝備股份有限公司安裝調試完畢交用戶使用，主要用于用戶方數控立車系列產品的垂直進給箱體、垂直升降箱體和變速箱體類零件的批量精加工。

因FMS1600和FMS1000柔性制造系統的結構特點相似，工藝流程和要求也類似，因此本文以承重和規格較大的FMS1600柔性制造系統做闡述。根據用戶要求，FMS1600柔性制造系統由7臺雙工位臥式加工中心TH6513B/2、30塊高精度大規格工作臺（1600×1800mm）、有效行程大于50米的物流運輸線、24個緩沖存儲站等組成，如圖1所示。

為了充分發揮柔性制造系統高精度、高加工效率和高自動化的特點，實現隨機加工調度需求，把裝夾有需加工零件的工作臺，交換到柔性系統根據當時各臺主機情況指定的主機上加工，必須有任一塊工作臺交換到任一臺主機上的全部精度合格且穩定為前提，因此30塊工作臺的尺寸精度和形位公差精度及其一致性成為實現的關鍵。

1 大規格高精度多工作臺精度一致性的制造難點分析

工作臺部件是柔性制造系統的主機（加工中心）完成回轉功能，實現連續精確分度，實現工作臺交換精確定位的部件，由滑座、轉臺和交換工作臺三層組成。因FMS1600柔性制造系統的交換工作臺規格大，承載重（8噸），采用“一面兩銷”的定位方式，如圖2所示。因此，多工作臺定位套和轉臺定位銷之間的孔距精度、配合精度及其相關精度成為保障工作臺交換重復定位精度的關鍵。

圖2 交換回轉工作臺部件的三維CAD模型

1.1 柔性制造系統多工作臺精度要求及難點分析

FMS1600柔性制造系統的關鍵精度要求是：30塊工作臺（三維模型如圖3所示）中任一塊交換到7臺主機中任一臺的兩側基準面和大面的交換重復定位精度為±0.005mm；30塊工作臺中任一塊交換到7臺主機中任一臺后所有幾何精度合格。要保證多工作臺交換到任一主機上的±0.005mm交換重復定位精度，須保證多工作臺兩定位孔的孔距精度及其一致性和兩定位孔至兩側基準面的尺寸精度及其一致性；要保證多工作臺交換到任一主機上的幾何精度，須保證多工作臺大面的平面度及其一致性和大面與下導軌面的尺寸、平行精度及其一致性。

要保證多工作臺±0.005mm的交換重復定位精度，按公差分配原理，其工作臺兩定位孔的孔距精度一致性須控制在±0.002mm內，7臺精密臥式加工中心轉臺的兩定位銷之間的尺寸精度也必須控制在±0.002mm內，且為滿足工作臺頻繁交換后精度保持性高的要求，工作臺的定位套和定位孔須有高硬度要求，因此在結構上必須有高精度、高硬度的定位套組裝在工作臺定位孔中后，其孔距度精度須控制在±0.002mm內，但國內不能生產制造加工如此高精度零件的加工設備，因此用傳統的工藝方法是難以保證工作臺定位孔的加工精度和尺寸一致性要求。

1.2 柔性制造系統多工作臺的加工工藝流程

在傳統的工作臺加工工藝的基礎上，工藝根據柔性制造系統多工作臺的精度要求和7臺精密臥式加工中心總裝配精度的要求，分析最終工藝精度，并根據尺寸鏈的原理和昆機現有制造條件，把這些精度合理分配到多工作臺的加工工藝和精密臥式加工中心裝配工藝上進行保證，采用新的工藝流程和新的灌膠工藝方法保證多工作臺的高精度要求及其一致性。

保證多工作臺精度及其一致性要求的工藝流程如下：

2 保證多工作臺精度一致性的工藝措施及工藝創新

圖3 工作臺的三維CAD模型圖

2.1 保證多工作臺兩定位孔孔距精度及其一致性的工藝措施及創新

因加工設備精度的原因，用傳統的精加工孔的方法難以保證工作臺兩定位孔極高的尺寸精度及其一致性要求，經工藝認真分析和研究，采用制作精密灌膠夾具，對工作臺定位孔和定位套進行精密灌膠的創新工藝方法，保證了工作臺組裝定位套后2定位孔的孔距精度一致性要求。

1）通過對定位膠的流動性、膠層厚度、灌膠方式、排氣方式和零件的結構形式及相關要求反復進行多次工藝試驗攻關后，確定了灌膠相關工藝參數、流程和方法。工作臺定位套灌膠局部結構如圖4所示。

2）通過設計制作精密灌膠夾具如圖5所示，以灌膠夾具上的兩定位銷作為多工作臺兩定位套的公共定位基準，對多工作臺兩定位套進行灌膠，保證多工作臺兩定位孔的孔距精度一致性要求，如圖6所示。工作臺定位孔灌膠工藝技術取得的重大突破和創新，為昆機柔性制造系統多臺精密臥式加工中心和多工作臺的精確定位提供了可靠技術支撐。

圖4 工作臺定位套灌膠局部圖

圖5 灌膠夾具三維模型

圖6 工作臺灌膠示意圖

2.2 保證多工作臺兩定位孔與兩側基準面尺寸精度及其一致性的工藝措施

為保證工作臺兩定位孔與兩側基準面尺寸精度及其一致性要求，在精磨工作臺大面、下導軌面和兩側基準面后，按工藝實驗確定的灌膠流程對工作臺兩定位孔實施灌膠，如圖6所示，在灌膠夾具右上角設計有固定測量柱作為多工作臺兩側基準面與灌膠夾具兩側基準面的尺寸測量基準，在夾具中心設計有測量工作臺中心跳動的裝置，按下述流程進行工作臺兩定位孔的精密灌膠，保證了多工作臺兩定位孔與兩基準側面的尺寸精度及其一致性。

多工作臺定位孔灌膠流程如下：

1）校正工作臺兩側基準面與夾具兩側基準面平行；

2）校正工作臺中心孔跳動；

3）以夾具上的固測量基準面作為測量基準，測量第一塊工作臺兩側基準面與夾具固定側量基準面的尺寸作為后續工作臺灌膠的基準尺寸；

4）固定兩定位套于工作臺上；5）進行工作臺兩定位孔灌膠。

2.3 保證多工作臺大面和下導軌面高精度及其一致性的工藝措施

工作臺平面度是保證精密臥式加工中心整機的關鍵基礎精度，要保證每塊工作臺交換到主機上后所有的幾何精度達到要求，工作臺大面的平面度及其與下導軌面的尺寸和相互平行精度及其一致性成為實現的關鍵。工藝上采取了和以往單件工作臺完全不一樣的保證措施，以大面和導軌面互為基準，經過多次精密加工，最后采用精密刮研技術確保多工作臺大面的平面度及其一致性要求，又以其為基準，在高精度數控導軌磨床上對工作臺下導軌面進行精密磨削，保證多工作臺下導軌面與大面間的尺寸、平行精度及其一致性要求。

3 結束語

通過優化工藝流程，以大面和導軌面互為基準，采用精密刮研技術，保證多工作臺大面的平面度及其一致性，再以其為基準，對下導軌面進行精密磨削，確保其尺寸和平行精度的一致性；采用精密灌膠工藝技術，研制專用精密灌膠夾具，保證工作臺兩定位孔的孔距精度一致性及其至工作臺兩側基準面間的尺寸精度一致性，滿足了多工作臺的高精度及其一致性要求。該精密加工方法和流程同時在FMS1600和FMS1000兩條柔性制造系統的多工作臺上應用，取得了較好的運用效果，也為柔性制造系統多工作臺的精密制造提供了一種實用可行的工藝解決方案。

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