趙建華

ZHAO Jian-hua

（沈機(jī)集團(tuán) 昆明機(jī)床股份有限公司，昆明 650203）

0 引言

FMS1600和FMS1000柔性制造系統(tǒng)是齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司訂購昆明機(jī)床股份有限公司（以下簡稱昆機(jī)）兩條臥式加工中心柔性生產(chǎn)線的合同訂單項(xiàng)目，屬國內(nèi)規(guī)格最大、承載最重和精度最高，該柔性制造系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多品種零件的混流加工、幾種工藝路線并行、作業(yè)計(jì)劃制定和任務(wù)分配等功能，滿足用戶對(duì)FMS精度、質(zhì)量、生產(chǎn)率、可靠性、自動(dòng)化及設(shè)備柔性、生產(chǎn)柔性和工藝柔性等的需求，于2009年初在齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司安裝調(diào)試完畢交用戶使用，主要用于用戶方數(shù)控立車系列產(chǎn)品的垂直進(jìn)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(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相似，工藝流程和要求也類似，因此本文以承重和規(guī)格較大的FMS1600柔性制造系統(tǒng)做闡述。根據(jù)用戶要求，F(xiàn)MS1600柔性制造系統(tǒng)由加工系統(tǒng)（7臺(tái)雙工位臥式加工中心TH6513B/2）、30塊高精度大規(guī)格工作臺(tái)（1600×1800mm）、有效行程大于50米的物流運(yùn)輸線、24個(gè)緩沖存儲(chǔ)站等組成，如圖1所示。

為了充分發(fā)揮柔性制造系統(tǒng)高精度、高加工效率和高自動(dòng)化的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)隨機(jī)加工調(diào)度需求，必須保證任一塊工作臺(tái)交換到任一臺(tái)主機(jī)上的全部精度合格且穩(wěn)定為前提，因此7臺(tái)精密臥式加工中心總裝配后的精度一致性成為實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

圖1 FMS1600三維幾何模型

1 多主機(jī)精度一致性解決方案

FMS1600的主機(jī)（雙工位臥式加工中心TH6513B/2）結(jié)構(gòu)（如圖2所示）采用刨臺(tái)臥式布局形式，前、后床身呈“T”字型結(jié)構(gòu)，采用側(cè)掛式主軸箱，刀庫隨立柱沿后床身運(yùn)動(dòng)。

圖2 TH6513B/2精密臥式加工中心

要實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)線的隨機(jī)加工調(diào)度需求，必須保證任一塊工作臺(tái)交換到任一臺(tái)主機(jī)上的全部精度合格且穩(wěn)定為前提，即：任一塊工作臺(tái)交換到任一臺(tái)主機(jī)后所有幾何精度全部合格；任一塊工作臺(tái)交換到任一臺(tái)主機(jī)上后其工作臺(tái)兩側(cè)基準(zhǔn)面和大面的重復(fù)交換定位精度在±0.005mm內(nèi)；任一塊工作臺(tái)交換到任一臺(tái)主機(jī)上后工作臺(tái)中心孔跳動(dòng)在0.02mm內(nèi)。要實(shí)現(xiàn)這些精度要求，須對(duì)床身、立柱、工作臺(tái)和轉(zhuǎn)臺(tái)部件的裝配及其加工工藝、主機(jī)的裝配工藝技術(shù)進(jìn)行研究，突破床身導(dǎo)軌精度一致性保障技術(shù)、立柱倒向精度一致性保障技術(shù)、工作臺(tái)組件精度一致性保障技術(shù)、轉(zhuǎn)臺(tái)組件精度一致性保障技術(shù)、工作臺(tái)部件旋轉(zhuǎn)中心精度一致性保障技術(shù)。保證多主機(jī)裝配后精度一致性的解決方案如下。

圖3 多主機(jī)裝配后精度一致性的解決方案

2 床身、立柱精度一致性的工藝解決方案

床身（前、后床身，如圖4所示）精度是精密臥式加工中心的基礎(chǔ)精度，要保證FMS1600 共7臺(tái)精密臥式加工中心裝配后幾何精度的一致性，須控制床身（前、后床身）導(dǎo)軌精度的一致性要求。首先應(yīng)對(duì)主機(jī)裝配后床身（前、后床身）的運(yùn)動(dòng)精度進(jìn)行分析，其次須對(duì)前床身在裝配有工作臺(tái)轉(zhuǎn)臺(tái)部件，后床身在裝配有立柱和主軸箱部件的條件進(jìn)行認(rèn)真分析和研究，給定其導(dǎo)軌精度要求和方向，在床身導(dǎo)軌精磨時(shí)給予誤差補(bǔ)償，以保證其最佳運(yùn)動(dòng)精度。選用高精度數(shù)控導(dǎo)軌磨床對(duì)床身導(dǎo)軌進(jìn)行精密磨削，控制多床身導(dǎo)軌的精度及其一致性，為多臺(tái)精密臥式加工中心裝配后的幾何精度一致性奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在控制多主機(jī)的前、后床身單件導(dǎo)軌的精度及其方向一致性的基礎(chǔ)上，通過對(duì)前、后床身進(jìn)行精細(xì)裝配和調(diào)整達(dá)到保證多主機(jī)前、后床身運(yùn)動(dòng)精度、方向及其一致性要求，為柔性制造系統(tǒng)裝配后的精度一致性奠定基礎(chǔ)。

3 立柱精度一致性的工藝解決方案

立柱（如圖5所示）精度是保證多臺(tái)精密臥式加工中心上部幾何精度一致性的基礎(chǔ)，在對(duì)立柱裝配有主軸箱部件的運(yùn)動(dòng)精度進(jìn)行分析研究，給定單件立柱導(dǎo)軌的加工精度和一致性要求，控制立柱與床身結(jié)合面對(duì)其導(dǎo)軌的垂直精度要求，達(dá)到控制立柱裝配后倒向一致性的目的。工藝上采用高精度數(shù)控導(dǎo)軌磨對(duì)立柱導(dǎo)軌進(jìn)行精密磨削，保證多立柱導(dǎo)軌的精度及其一致性要求；其次以精磨過的導(dǎo)軌面為基準(zhǔn)，在高精度的落地鏜上對(duì)立柱結(jié)合面進(jìn)行精密銑削，保證其結(jié)合面的平面度和對(duì)其導(dǎo)軌的垂直精度及其一致性要求，從而保證FMS多臺(tái)精密臥式加工中心裝配后幾何精度一致性的要求。

圖4 床身三維模型圖

圖5 立柱三維模型圖

4 多工作臺(tái)精度一致性的工藝解決方案

要保證每塊工作臺(tái)交換到任一主機(jī)上后所有幾何精度達(dá)到要求，工作臺(tái)臺(tái)面和下導(dǎo)軌面的精度、尺寸及其一致性要求成為實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。工藝上采取了和以往單件工作臺(tái)完全不相同的保證措施，經(jīng)過多次精密加工和消力處理，最終采用精密刮研技術(shù)確保30塊工作臺(tái)大面的平面度及其一致性要求,又以其為基準(zhǔn),在高精度數(shù)控導(dǎo)軌磨床上對(duì)下導(dǎo)軌面進(jìn)行精密磨削，保證下導(dǎo)軌面的精度及其與大面間的尺寸、平行精度和一致性要求。

要保證每塊工作臺(tái)交換到主機(jī)上后其工作臺(tái)兩側(cè)基準(zhǔn)面和大面的重復(fù)交換定位精度在±0.005mm內(nèi)，采用精密灌膠技術(shù)確保多工作臺(tái)兩定位孔的孔距精度的一致性，確保兩定位孔至兩側(cè)基準(zhǔn)面的尺寸精度及其一致性，最終保證工作臺(tái)交換到任一臺(tái)主機(jī)上后的交換重復(fù)定位精度。多工作臺(tái)灌膠及其三維模型如圖6所示。

圖6 工作臺(tái)灌膠及CAD三維模型圖

5 轉(zhuǎn)臺(tái)精度一致性的工藝解決方案

5.1 轉(zhuǎn)臺(tái)定位基面、中心孔精度一致性的加工工藝解決方案

工作臺(tái)交換到主機(jī)上的定位基面為轉(zhuǎn)臺(tái)裝配8個(gè)油缸后的支撐面，如圖7所示。保證轉(zhuǎn)臺(tái)8個(gè)油缸支撐面和其中心孔的精度及其一致性要求是保證任一塊工作臺(tái)交換到任一臺(tái)主機(jī)上后幾何精度合格的關(guān)鍵，而轉(zhuǎn)臺(tái)的定位基面和中心孔的精度又是最基礎(chǔ)的精度。工藝經(jīng)過認(rèn)真分析和研究后，選用高精度數(shù)控導(dǎo)軌磨床進(jìn)行轉(zhuǎn)臺(tái)上、下定位基面的精密磨削加工，保證其上、下定位基面的高平面度和平行精度要求；其次以轉(zhuǎn)臺(tái)定位基面為基準(zhǔn)在瑞士高精度坐標(biāo)鏜上進(jìn)行中心孔的精密鏜削加工，保證中心孔對(duì)其基準(zhǔn)面高的位置精度要求，從而為保證工作臺(tái)交換后的精度一致性奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖7 轉(zhuǎn)臺(tái)與8個(gè)油缸組裝后的三維模型

5.2 轉(zhuǎn)臺(tái)與多油缸支撐面組合精度一致性的裝配解決方案

將油缸與轉(zhuǎn)臺(tái)組裝后，再與前床身滑座合裝配，8個(gè)油缸座大面（如圖7所示）為支撐工作臺(tái)下導(dǎo)軌面的基準(zhǔn)，其精度要求和一致性是實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)交換到任一臺(tái)主機(jī)上后幾何精度合格的關(guān)鍵基礎(chǔ)精度。為了達(dá)到此精度要求，工藝上采取油缸部件與轉(zhuǎn)臺(tái)、前床身滑座部件合裝后，進(jìn)行8個(gè)油缸支撐面的精密刮研，保證其支撐面1～8的高平面度及其一致性要求。

6 工作臺(tái)交換到任一主機(jī)上中心孔精度一致性的裝配調(diào)試技術(shù)

工作臺(tái)中心孔（其實(shí)質(zhì)為主機(jī)的旋轉(zhuǎn)中心）常作為用戶使用夾具的定位孔，因此必須保證任一塊工作臺(tái)交換到任意一臺(tái)主機(jī)上后，中心孔跳動(dòng)精度合格。影響任一塊工作臺(tái)交換到任一臺(tái)主機(jī)上的中心孔跳動(dòng)精度的因素和解決的措施如下所述。

6.1 任一主機(jī)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)主軸部件精度一致性裝配調(diào)試技術(shù)

對(duì)每臺(tái)精密臥式加工中心所用轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)主軸部件（如圖8所示）進(jìn)行精密裝配，通過調(diào)整螺母預(yù)緊力的大小，達(dá)到調(diào)整軸承游隙，保證軸承具有一定的預(yù)加負(fù)荷；其次對(duì)工作臺(tái)主軸部件的精密軸系零件及軸承進(jìn)行誤差方向標(biāo)記，通過使用誤差消除技術(shù)，達(dá)到控制主軸部件的回轉(zhuǎn)精度及方向，使轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)主軸部件具有非常高的回轉(zhuǎn)精度和一致性要求。

6.2 任一主機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)定位銷與其回轉(zhuǎn)中心精度一致性裝配調(diào)試技術(shù)

選定已用高精度灌膠夾具對(duì)工作臺(tái)上2定位套進(jìn)行精密灌膠的任一塊工作臺(tái)（如圖6所示）作為定位基準(zhǔn)，對(duì)7臺(tái)精密臥式加工中心轉(zhuǎn)臺(tái)上的2個(gè)定位銷（如圖7所示）進(jìn)行反定位，再用任意5～8塊工作臺(tái)對(duì)其轉(zhuǎn)臺(tái)上的定位銷2進(jìn)行精度檢驗(yàn)，達(dá)到保證7臺(tái)精密臥式加工中心轉(zhuǎn)臺(tái)上定位銷2與其旋轉(zhuǎn)中心同中心的一致性要求。

圖8 工作臺(tái)主軸部件局部圖

7 結(jié)論

通過對(duì)TH6513B/2主機(jī)結(jié)構(gòu)和精度進(jìn)行分析研究，在保證床身、立柱、工作臺(tái)等大件的精度及其一致性的基礎(chǔ)上，通過精密裝配調(diào)試技術(shù)，保證了上述各部件裝配后的高精度及其一致性，以標(biāo)準(zhǔn)工作臺(tái)作為公共定位基準(zhǔn)，對(duì)各主機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)定位銷實(shí)施精確定位，采用精密刮研技術(shù)，保障支撐面精度的創(chuàng)新工藝方案，實(shí)現(xiàn)了多主機(jī)床身、立柱、轉(zhuǎn)臺(tái)等部件裝配精度的一致性要求，為最終保證7臺(tái)主機(jī)的精度一致性奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該裝配調(diào)試流程和方法同時(shí)在FMS1600和FMS1000兩條柔性制造系統(tǒng)的多主機(jī)上應(yīng)用，取得了較好的運(yùn)用效果，也為柔性制造系統(tǒng)多主機(jī)的精密裝配調(diào)試提供了一種實(shí)用可行的工藝解決方案。

[1]俞圣梅,杜陀.我國FMS技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].制造技術(shù)與機(jī)床,1994,(02).

[2]趙曉波,張鳴,羅振壁,等.可重組FMS中緩沖區(qū)容量的優(yōu)化配置問題[J].系統(tǒng)工程學(xué)報(bào),2000,(02).