箱体柔性加工单元的研制

□ 刘永吉 □ 罗 涛

沈阳优尼斯智能装备有限公司 沈阳 110141

1 研制背景

箱体类零件是机器或部件的基础零件,将机器或部件中的轴、套、齿轮等零件组装成一个整体,使这些零件之间保持正确的相互位置,并按照一定的传动关系传递运动或动力[1]，箱体的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能、使用寿命。

箱体的结构主要有以下特点:形状复杂，壁薄且不均匀,内部呈腔形。箱体的加工部位多,加工难度大,既有精度要求较高的孔系和平面,又有许多精度要求较低的紧固孔[2]。

笔者制订加工单元整体方案，分析加工工艺和关键技术，进而研制了箱体柔性加工单元。

2 加工工艺分析

对于箱体，传统加工工艺采用人工上料、装夹、找正,由普通机床加工。加工过程中经过多次装夹,由于加工基准不统一、人为干预等因素,造成箱体的加工质量不稳定,废品率较高，进而使企业箱体的生产成本较高,同时影响箱体的装配工作。

箱体的加工工艺遵循先粗加工后精加工、先加工面后加工孔的原则[3]。对箱体不同加工部位的加工特征及精度进行梳理,合理编排加工工艺。同时平衡加工单元中每台机床的使用率,合理选择机床。根据机床及加工特征,合理选择刀具[4]。

在选择机床后,对加工工序进行微调,保证每台机床的使用率接近。这样制订出的箱体加工工艺在充分利用每台机床加工能力的同时,能够保证每台机床的加工效率最高。

箱体如图1所示。根据企业生产要求,这类箱体年产量约为3万件。按照全年工作日250 d、每天一班制计算,加工单元生产节拍为240 s。

▲图1 箱体

3 加工单元整体方案制订

通过对箱体加工工艺进行分析,确认加工特征以面、孔为主,遵循先粗后精、先面后孔的加工原则,同时要满足加工单元多品种混产的要求，达到柔性加工的水平[5-6]。加工单元主机选择两台HMC40d高速卧式加工中心,配置打码设备、自动检测设备等,完成箱体的自动打码、加工、检测、上下料，以及剔除废品等工作。上下料由一台六轴机器人完成,这一机器人不仅能够完成箱体的上下料,而且可以根据箱体在不同机床上的姿态对箱体进行姿态自动转换。箱体柔性加工单元平面布局如图2所示。

▲图2 箱体柔性加工单元平面布局

箱体柔性加工单元中,机器人是实现自动化加工的关键设备之一,主要负责整个加工单元的物流运输。选用Motoman-ES165N型六轴机器人负责箱体在各工位之间的运输,这一机器人最大负载为165 kg,运输范围半径为729～2 651 mm,能够满足箱体柔性加工单元物流的需求。

在箱体柔性加工单元研发的同时,为了能够实时掌握箱体柔性加工单元的运行状态,开发了一套监控系统。除了监控设备运行状态外,这一监控系统还具有箱体加工信息管理、加工程序在线传输等功能，使箱体柔性加工单元具备一定的智能化[7]。

4 关键技术分析

4.1 自动识别系统

为了在加工过程中区分不同的箱体,在制造时箱体的局部特征会有差异[8]。在铸造时,如有一种箱体在靠近底部区铸造出小凸台,则当箱体按照既定姿态放置于上料区时,安装在上料区的传感器会自动识别箱体,并将信息传递至服务器。服务器根据传回的信息判断箱体类型,并将相关信息传递至加工单元,保证在每个工位上的加工和检测不会产生误操作。

4.2 自动检测系统

为保证箱体成品件的加工质量,在加工过程中对箱体关键尺寸进行检测[9]。箱体关键尺寸如图3、图4所示。

▲图3 箱体剖面关键尺寸

▲图4 箱体俯视关键尺寸

箱体加工关键尺寸检测项目见表1，采用三坐标测量机进行检测。三坐标测量机如图5所示，能够根据要求完成对箱体关键尺寸的检测,并将检测结果回传至服务器。服务器判断箱体加工是否合格,并将指令传递至机器人,由机器人将箱体搬运至下一个加工工位。

表1 箱体关键尺寸检测项目 mm

4.3 监控系统

加工单元监控系统拓扑如图6所示，主要由监控设备、路由器、机床数控系统、终端设备组成。安装在机床、机器人、辅机等设备上的传感器所采集的信号,通过交换机、路由器传递至监控设备。工作人员能够在监控设备上掌握整个箱体柔性加工单元的实时运行状况。

▲图5 三坐标测量机

▲图6 监控系统拓扑

根据不同的工作分工,系统用户设置的权限有一定差异[10],在监控加工单元运行状态的同时,保证整套设备的安全运行。

5 结束语

笔者研制了箱体柔性加工单元,提高了企业的生产效率,保证了箱体的加工质量,同时推动了企业的信息化建设进程，满足企业未来的发展需求。