柔性制造系统多主机精度一致性的工艺解决方案

赵建华

ZHAO Jian-hua

（沈机集团 昆明机床股份有限公司，昆明 650203）

0 引言

FMS1600和FMS1000柔性制造系统是齐重数控装备股份有限公司订购昆明机床股份有限公司（以下简称昆机）两条卧式加工中心柔性生产线的合同订单项目，属国内规格最大、承载最重和精度最高，该柔性制造系统实现了多品种零件的混流加工、几种工艺路线并行、作业计划制定和任务分配等功能，满足用户对FMS精度、质量、生产率、可靠性、自动化及设备柔性、生产柔性和工艺柔性等的需求，于2009年初在齐重数控装备股份有限公司安装调试完毕交用户使用，主要用于用户方数控立车系列产品的垂直进给箱体、垂直升降箱体和变速箱体类零件的批量精加工。

因FMS1600和FMS1000柔性制造系统的结构特点相似，工艺流程和要求也类似，因此本文以承重和规格较大的FMS1600柔性制造系统做阐述。根据用户要求，FMS1600柔性制造系统由加工系统（7台双工位卧式加工中心TH6513B/2）、30块高精度大规格工作台（1600×1800mm）、有效行程大于50米的物流运输线、24个缓冲存储站等组成，如图1所示。

为了充分发挥柔性制造系统高精度、高加工效率和高自动化的特点，实现随机加工调度需求，必须保证任一块工作台交换到任一台主机上的全部精度合格且稳定为前提，因此7台精密卧式加工中心总装配后的精度一致性成为实现的关键。

图1 FMS1600三维几何模型

1 多主机精度一致性解决方案

FMS1600的主机（双工位卧式加工中心TH6513B/2）结构（如图2所示）采用刨台卧式布局形式，前、后床身呈“T”字型结构，采用侧挂式主轴箱，刀库随立柱沿后床身运动。

图2 TH6513B/2精密卧式加工中心

要实现柔性生产线的随机加工调度需求，必须保证任一块工作台交换到任一台主机上的全部精度合格且稳定为前提，即：任一块工作台交换到任一台主机后所有几何精度全部合格；任一块工作台交换到任一台主机上后其工作台两侧基准面和大面的重复交换定位精度在±0.005mm内；任一块工作台交换到任一台主机上后工作台中心孔跳动在0.02mm内。要实现这些精度要求，须对床身、立柱、工作台和转台部件的装配及其加工工艺、主机的装配工艺技术进行研究，突破床身导轨精度一致性保障技术、立柱倒向精度一致性保障技术、工作台组件精度一致性保障技术、转台组件精度一致性保障技术、工作台部件旋转中心精度一致性保障技术。保证多主机装配后精度一致性的解决方案如下。

图3 多主机装配后精度一致性的解决方案

2 床身、立柱精度一致性的工艺解决方案

床身（前、后床身，如图4所示）精度是精密卧式加工中心的基础精度，要保证FMS1600 共7台精密卧式加工中心装配后几何精度的一致性，须控制床身（前、后床身）导轨精度的一致性要求。首先应对主机装配后床身（前、后床身）的运动精度进行分析，其次须对前床身在装配有工作台转台部件，后床身在装配有立柱和主轴箱部件的条件进行认真分析和研究，给定其导轨精度要求和方向，在床身导轨精磨时给予误差补偿，以保证其最佳运动精度。选用高精度数控导轨磨床对床身导轨进行精密磨削，控制多床身导轨的精度及其一致性，为多台精密卧式加工中心装配后的几何精度一致性奠定坚实的基础。

在控制多主机的前、后床身单件导轨的精度及其方向一致性的基础上，通过对前、后床身进行精细装配和调整达到保证多主机前、后床身运动精度、方向及其一致性要求，为柔性制造系统装配后的精度一致性奠定基础。

3 立柱精度一致性的工艺解决方案

立柱（如图5所示）精度是保证多台精密卧式加工中心上部几何精度一致性的基础，在对立柱装配有主轴箱部件的运动精度进行分析研究，给定单件立柱导轨的加工精度和一致性要求，控制立柱与床身结合面对其导轨的垂直精度要求，达到控制立柱装配后倒向一致性的目的。工艺上采用高精度数控导轨磨对立柱导轨进行精密磨削，保证多立柱导轨的精度及其一致性要求；其次以精磨过的导轨面为基准，在高精度的落地镗上对立柱结合面进行精密铣削，保证其结合面的平面度和对其导轨的垂直精度及其一致性要求，从而保证FMS多台精密卧式加工中心装配后几何精度一致性的要求。

图4 床身三维模型图

图5 立柱三维模型图

4 多工作台精度一致性的工艺解决方案

要保证每块工作台交换到任一主机上后所有几何精度达到要求，工作台台面和下导轨面的精度、尺寸及其一致性要求成为实现的基础。工艺上采取了和以往单件工作台完全不相同的保证措施，经过多次精密加工和消力处理，最终采用精密刮研技术确保30块工作台大面的平面度及其一致性要求,又以其为基准,在高精度数控导轨磨床上对下导轨面进行精密磨削，保证下导轨面的精度及其与大面间的尺寸、平行精度和一致性要求。

要保证每块工作台交换到主机上后其工作台两侧基准面和大面的重复交换定位精度在±0.005mm内，采用精密灌胶技术确保多工作台两定位孔的孔距精度的一致性，确保两定位孔至两侧基准面的尺寸精度及其一致性，最终保证工作台交换到任一台主机上后的交换重复定位精度。多工作台灌胶及其三维模型如图6所示。

图6 工作台灌胶及CAD三维模型图

5 转台精度一致性的工艺解决方案

5.1 转台定位基面、中心孔精度一致性的加工工艺解决方案

工作台交换到主机上的定位基面为转台装配8个油缸后的支撑面，如图7所示。保证转台8个油缸支撑面和其中心孔的精度及其一致性要求是保证任一块工作台交换到任一台主机上后几何精度合格的关键，而转台的定位基面和中心孔的精度又是最基础的精度。工艺经过认真分析和研究后，选用高精度数控导轨磨床进行转台上、下定位基面的精密磨削加工，保证其上、下定位基面的高平面度和平行精度要求；其次以转台定位基面为基准在瑞士高精度坐标镗上进行中心孔的精密镗削加工，保证中心孔对其基准面高的位置精度要求，从而为保证工作台交换后的精度一致性奠定坚实基础。

图7 转台与8个油缸组装后的三维模型

5.2 转台与多油缸支撑面组合精度一致性的装配解决方案

将油缸与转台组装后，再与前床身滑座合装配，8个油缸座大面（如图7所示）为支撑工作台下导轨面的基准，其精度要求和一致性是实现工作台交换到任一台主机上后几何精度合格的关键基础精度。为了达到此精度要求，工艺上采取油缸部件与转台、前床身滑座部件合装后，进行8个油缸支撑面的精密刮研，保证其支撑面1～8的高平面度及其一致性要求。

6 工作台交换到任一主机上中心孔精度一致性的装配调试技术

工作台中心孔（其实质为主机的旋转中心）常作为用户使用夹具的定位孔，因此必须保证任一块工作台交换到任意一台主机上后，中心孔跳动精度合格。影响任一块工作台交换到任一台主机上的中心孔跳动精度的因素和解决的措施如下所述。

6.1 任一主机工作台回转主轴部件精度一致性装配调试技术

对每台精密卧式加工中心所用转台回转主轴部件（如图8所示）进行精密装配，通过调整螺母预紧力的大小，达到调整轴承游隙，保证轴承具有一定的预加负荷；其次对工作台主轴部件的精密轴系零件及轴承进行误差方向标记，通过使用误差消除技术，达到控制主轴部件的回转精度及方向，使转台回转主轴部件具有非常高的回转精度和一致性要求。

6.2 任一主机转台定位销与其回转中心精度一致性装配调试技术

选定已用高精度灌胶夹具对工作台上2定位套进行精密灌胶的任一块工作台（如图6所示）作为定位基准，对7台精密卧式加工中心转台上的2个定位销（如图7所示）进行反定位，再用任意5～8块工作台对其转台上的定位销2进行精度检验，达到保证7台精密卧式加工中心转台上定位销2与其旋转中心同中心的一致性要求。

图8 工作台主轴部件局部图

7 结论

通过对TH6513B/2主机结构和精度进行分析研究，在保证床身、立柱、工作台等大件的精度及其一致性的基础上，通过精密装配调试技术，保证了上述各部件装配后的高精度及其一致性，以标准工作台作为公共定位基准，对各主机转台定位销实施精确定位，采用精密刮研技术，保障支撑面精度的创新工艺方案，实现了多主机床身、立柱、转台等部件装配精度的一致性要求，为最终保证7台主机的精度一致性奠定坚实的基础。该装配调试流程和方法同时在FMS1600和FMS1000两条柔性制造系统的多主机上应用，取得了较好的运用效果，也为柔性制造系统多主机的精密装配调试提供了一种实用可行的工艺解决方案。

[1]俞圣梅,杜陀.我国FMS技术的发展现状[J].制造技术与机床,1994,(02).

[2]赵晓波,张鸣,罗振壁,等.可重组FMS中缓冲区容量的优化配置问题[J].系统工程学报,2000,(02).