联动工装在批量生产中的开发和应用

建设工业 (集团)有限责任公司设备管理部 何孟林

数控加工设备以其高柔性、高可靠、自动化而著称，自20世纪50年代出现数控加工设备以来，数控设备功能不断扩展，性能不断提升。以FANUC系统为例，软件方面:系统梯形图单步运行时间提升至SB7的0.033μm，程序容量达到64000余行，系统I/O口均达到2048点，内部寄存器达8500字节，其基本性能已大大超越一般加工中心使用要求;硬件方面:目前国内1000mm工作台通用加工中心定位精度/重复定位精度均能达到0.01/0.005mm以内 (ISO 0230-2)，各轴快移速度已达到30～60m/min，主轴转速普遍达8000～15000r/min，有的甚至达6万转以上。基于以上软硬件功能的提升，机械加工中切削时间占加工总时间的比重越来越大。与机床性能飞速发展形成鲜明对比的是工艺思想和工装手段落后，大量单工位、单工序加工在加工中心上完成，设备性能和优势难以发挥，而标准机床提供的宏程序或扩展M代码功能单一，仅能实现动与不动而不能进行状态判断和检测报警，没有有效发挥设备智能、高速、敏捷的特点。

1.联动夹具作用及原理

由于夹具定位面、夹紧面的存在，在机械加工中常出现加工刀具与夹具部件的干涉，导致工艺能力受限，必须拆分加工工序，造成浪费。联动工装的主要作用是在加工区域实现夹具部件的让位，防止与主轴、刀具发生干涉，满足一次装夹下完成多个部位加工，减少装夹次数、消除重复定位误差。联动夹具原理:在机加程序中插入设定的特殊功能指令，完成夹具特定功能部件位置转换，检测加工状态安全后无需人工参与而继续完成后续加工，以致达到联动功能。其中安全状态可设定为压力、位置距离和角度等。逻辑顺序如图1所示。

图1 联动夹具逻辑简图

2.联动工装设备改造案例

某铝质腔体零件 (见图2)。

图2 某型零件示意图

该零件具有深型腔、薄壁、尺寸精度高的特点。在以往的加工中均采用多道工序逐步加工以防止变形，效率低下。本次应用的关键是实现气缸联动和减压输出，用于粗加工后，零件薄壁时侧面压力相应调整，为此，调整夹具气路图 (局部)如图3所示。

当N1得电，侧缸全压输出，N1失电且N2失电，侧缸减压输出，减压压力由减压阀调节经单向阀与侧缸前进回路并联。

当N0得电且N2得电时，侧缸全压后退。

其余缸控制均为标准逻辑，应用两位五通电磁阀实现气缸往复运动。

夹具共计使用气缸五组6个，分别为侧缸、左缸、右缸、主夹缸、上缸。

图3 气压图 (局部)

电路上，将N0、N2作为一路控制，夹具共需系统输出点6个，系统检测输入点11个，分别为各缸夹紧放松到位和减压压力检测。

表1 功能代码与I/O对应表

改造电路接线如图4所示。

图4 电气连接图 (局部)

设备PMD程序更改为:在设备梯形图中，增加相应的控制输入输出点，夹具气缸位置的常开常闭检测由K参数设置，便于工装更换和状态调整，增大了改造应用范围。

梯形图 (局部)如图5所示。

图6 指令输出 (局部)

通过上述气压、电气和梯形图程序改造，该机床已完全能够满足夹具联动使用需求，通过系统增加相应宏程序与M代码关联进行延时检测，发出移动指令，在工装未到达指定位置前，机床处于等待状态，超过设定的延时上限，提示相应的报警信息，使加工产品、设备设施处于安全受控状态，达到设计目标。

3.结束语

通过实施以上改造，图2所示零件加工工序由14次减少到4次，降低了77%，减少装夹次数10次，仅装夹减少242s/件，通过对生产线所属设备改进，提高加工效率18.5%。同时，将装夹零件由原来的手工+手感改变为自动控制，对产品加工一致性和降低人员依赖有着显著效果。