箱體柔性加工單元的研制

□ 劉永吉 □ 羅 濤

沈陽優尼斯智能裝備有限公司 沈陽 110141

1 研制背景

箱體類零件是機器或部件的基礎零件,將機器或部件中的軸、套、齒輪等零件組裝成一個整體,使這些零件之間保持正確的相互位置,并按照一定的傳動關系傳遞運動或動力[1]，箱體的加工質量將直接影響機器或部件的精度、性能、使用壽命。

箱體的結構主要有以下特點:形狀復雜，壁薄且不均勻,內部呈腔形。箱體的加工部位多,加工難度大,既有精度要求較高的孔系和平面,又有許多精度要求較低的緊固孔[2]。

筆者制訂加工單元整體方案，分析加工工藝和關鍵技術，進而研制了箱體柔性加工單元。

2 加工工藝分析

對于箱體，傳統加工工藝采用人工上料、裝夾、找正,由普通機床加工。加工過程中經過多次裝夾,由于加工基準不統一、人為干預等因素,造成箱體的加工質量不穩定,廢品率較高，進而使企業箱體的生產成本較高,同時影響箱體的裝配工作。

箱體的加工工藝遵循先粗加工后精加工、先加工面后加工孔的原則[3]。對箱體不同加工部位的加工特征及精度進行梳理,合理編排加工工藝。同時平衡加工單元中每臺機床的使用率,合理選擇機床。根據機床及加工特征,合理選擇刀具[4]。

在選擇機床后,對加工工序進行微調,保證每臺機床的使用率接近。這樣制訂出的箱體加工工藝在充分利用每臺機床加工能力的同時,能夠保證每臺機床的加工效率最高。

箱體如圖1所示。根據企業生產要求,這類箱體年產量約為3萬件。按照全年工作日250 d、每天一班制計算,加工單元生產節拍為240 s。

▲圖1 箱體

3 加工單元整體方案制訂

通過對箱體加工工藝進行分析,確認加工特征以面、孔為主,遵循先粗后精、先面后孔的加工原則,同時要滿足加工單元多品種混產的要求，達到柔性加工的水平[5-6]。加工單元主機選擇兩臺HMC40d高速臥式加工中心,配置打碼設備、自動檢測設備等,完成箱體的自動打碼、加工、檢測、上下料，以及剔除廢品等工作。上下料由一臺六軸機器人完成,這一機器人不僅能夠完成箱體的上下料,而且可以根據箱體在不同機床上的姿態對箱體進行姿態自動轉換。箱體柔性加工單元平面布局如圖2所示。

▲圖2 箱體柔性加工單元平面布局

箱體柔性加工單元中,機器人是實現自動化加工的關鍵設備之一,主要負責整個加工單元的物流運輸。選用Motoman-ES165N型六軸機器人負責箱體在各工位之間的運輸,這一機器人最大負載為165 kg,運輸范圍半徑為729～2 651 mm,能夠滿足箱體柔性加工單元物流的需求。

在箱體柔性加工單元研發的同時,為了能夠實時掌握箱體柔性加工單元的運行狀態,開發了一套監控系統。除了監控設備運行狀態外,這一監控系統還具有箱體加工信息管理、加工程序在線傳輸等功能，使箱體柔性加工單元具備一定的智能化[7]。

4 關鍵技術分析

4.1 自動識別系統

為了在加工過程中區分不同的箱體,在制造時箱體的局部特征會有差異[8]。在鑄造時,如有一種箱體在靠近底部區鑄造出小凸臺,則當箱體按照既定姿態放置于上料區時,安裝在上料區的傳感器會自動識別箱體,并將信息傳遞至服務器。服務器根據傳回的信息判斷箱體類型,并將相關信息傳遞至加工單元,保證在每個工位上的加工和檢測不會產生誤操作。

4.2 自動檢測系統

為保證箱體成品件的加工質量,在加工過程中對箱體關鍵尺寸進行檢測[9]。箱體關鍵尺寸如圖3、圖4所示。

▲圖3 箱體剖面關鍵尺寸

▲圖4 箱體俯視關鍵尺寸

箱體加工關鍵尺寸檢測項目見表1，采用三坐標測量機進行檢測。三坐標測量機如圖5所示，能夠根據要求完成對箱體關鍵尺寸的檢測,并將檢測結果回傳至服務器。服務器判斷箱體加工是否合格,并將指令傳遞至機器人,由機器人將箱體搬運至下一個加工工位。

表1 箱體關鍵尺寸檢測項目 mm

4.3 監控系統

加工單元監控系統拓撲如圖6所示，主要由監控設備、路由器、機床數控系統、終端設備組成。安裝在機床、機器人、輔機等設備上的傳感器所采集的信號,通過交換機、路由器傳遞至監控設備。工作人員能夠在監控設備上掌握整個箱體柔性加工單元的實時運行狀況。

▲圖5 三坐標測量機

▲圖6 監控系統拓撲

根據不同的工作分工,系統用戶設置的權限有一定差異[10],在監控加工單元運行狀態的同時,保證整套設備的安全運行。

5 結束語

筆者研制了箱體柔性加工單元,提高了企業的生產效率,保證了箱體的加工質量,同時推動了企業的信息化建設進程，滿足企業未來的發展需求。