李洪濤

（沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 設(shè)計(jì)研究院，沈陽(yáng) 110041）

1 引言

隨著社會(huì)財(cái)富的積累，人們對(duì)商品質(zhì)量與功能的要求不斷升高。制造企業(yè)為了自身的生存和發(fā)展，必須持續(xù)地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)制造新產(chǎn)品，才能取得相對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而贏得市場(chǎng)。產(chǎn)品種類(lèi)的不斷增加和生命周期的不斷縮短，使得制造企業(yè)原有的剛性生產(chǎn)線無(wú)法滿足生產(chǎn)需要，必須研究柔性制造技術(shù)。

1967 年，英國(guó)莫林斯公司首次根據(jù)威廉森提出的FMS 基本概念，研制了“系統(tǒng)24”。其主要設(shè)備是六臺(tái)模塊化結(jié)構(gòu)的多工序數(shù)控機(jī)床，目標(biāo)是在無(wú)人看管條件下，實(shí)現(xiàn)晝夜24h 連續(xù)加工，但最終由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的困難而未全部建成。同年，美國(guó)的懷特·森斯特蘭公司建成Omniline I 系統(tǒng)，它由8 臺(tái)加工中心和2 臺(tái)多軸鉆床組成，工件被裝在托盤(pán)上的夾具中，按固定順序以一定節(jié)拍在各機(jī)床間傳送和進(jìn)行加工。這種柔性自動(dòng)化設(shè)備適于在少品種、大批量生產(chǎn)中使用，在形式上與傳統(tǒng)的自動(dòng)生產(chǎn)線相似，所以也叫柔性自動(dòng)線。1976 年，日本發(fā)那科公司展出了由加工中心和工業(yè)機(jī)器人組成的柔性制造單元（簡(jiǎn)稱FMC）為發(fā)展FMS 提供了重要的設(shè)備形式。1982年，該公司建成自動(dòng)化電機(jī)加工車(chē)間，由60個(gè)柔性制造單元（包括50個(gè)工業(yè)機(jī)器人）和一個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)組成。迄今為止，全世界有大量的柔性制造系統(tǒng)投入了應(yīng)用，國(guó)際上以柔性制造系統(tǒng)生產(chǎn)的制成品已經(jīng)占到全部制成品生產(chǎn)的75%以上，而且比例還在增加。

本文以沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)內(nèi)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的典型小箱體零件作為柔性制造系統(tǒng)的制成品，分析了該類(lèi)零件結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計(jì)了專(zhuān)用工藝裝備，制定了該類(lèi)零件的柔性加工工藝，規(guī)劃了柔性加工生產(chǎn)線的布置方案。本文研究的柔性制造技術(shù)將作為沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)的智能制造裝備發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)的一項(xiàng)技術(shù)支撐。

2 加工特征分析

小型箱體零件的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特征是自身的安裝基準(zhǔn)和箱體孔系，也就是小型箱體的安裝底基面、安裝側(cè)基準(zhǔn)面、前面、直口、軸承安裝孔、軸承安裝孔內(nèi)端面、軸承壓蓋安裝端面。在數(shù)控機(jī)床典型零件中，箱體零件的加工精度是很高的。一般來(lái)說(shuō)，軸承安裝孔的尺寸精度為IT6級(jí)，關(guān)鍵特征的形位公差精度為4～5 級(jí)（如表1）。

表1 小型箱體的關(guān)鍵形位精度

3 柔性線加工工藝設(shè)計(jì)

通常情況下，小型箱體類(lèi)零件的常規(guī)工藝方法是在臥式加工中心上先加工基準(zhǔn)，再以基準(zhǔn)裝夾找正銑鏜完成其他關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特征的加工，主要工序?yàn)椋海?）第一次裝夾，以小型箱體背面為裝置面，按外輪廓找正，加工小型箱體的安裝底基面和側(cè)基面；（2）第二次裝夾，以加工完成的小型箱體安裝底基面為裝置面，按加工完成的側(cè)基面找正，加工前面、直口、軸承安裝孔、軸承安裝孔內(nèi)端面、軸承壓蓋安裝端面。

圖1 小型箱體示意圖

常規(guī)工藝第二次裝夾是以關(guān)鍵特征面（小型箱體的安裝底基面和小型箱體的安裝側(cè)基面）為裝置面和找正基準(zhǔn)的，所以第二次裝夾過(guò)程中產(chǎn)生的誤差必然會(huì)影響小型箱體的形位精度。為了保證加工精度，需要設(shè)計(jì)在一次裝夾過(guò)程中完成全部關(guān)鍵特征加工的工藝方法，使得關(guān)鍵特征之間的形位精度只與加工設(shè)備有關(guān)，而與裝夾找正過(guò)程無(wú)關(guān)，依靠加工設(shè)備自身的幾何精度來(lái)保證加工件的形位精度。

圖2 隨行夾具示意圖

圖3 工步①加工內(nèi)容示意圖

圖4 工步②加工內(nèi)容示意圖

數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品種類(lèi)和規(guī)格不同，小型箱體必然是多種多樣的，對(duì)于混流生產(chǎn)線，若直接用小型箱體外輪廓作為生產(chǎn)線上下料機(jī)械手爪的夾持面和機(jī)床夾具的裝夾面，就需要配置若干種規(guī)格尺寸的上下料機(jī)械手爪和液壓夾具。為了減少生產(chǎn)線的建設(shè)費(fèi)用，需要設(shè)計(jì)一批與生產(chǎn)線上下料機(jī)械手爪和機(jī)床夾具的接口尺寸相同的專(zhuān)用工藝裝備，作為各種規(guī)格尺寸小型箱體的隨行夾具。

小型箱體的頂面并非其關(guān)鍵特征面，而且與關(guān)鍵特征面也沒(méi)有相對(duì)位置關(guān)系，可以在生產(chǎn)線外完成加工，并在此面上加工4個(gè)工藝螺孔，以其作為小型箱體類(lèi)零件與隨行夾具結(jié)合的通用工藝面。根據(jù)臥式加工中心的特點(diǎn)、上下料機(jī)械手爪的特點(diǎn)、機(jī)床夾具的特點(diǎn)以及小型箱體工藝面的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)隨行夾具，如圖2。

按隨行夾具裝夾找正，在臥式加工中心上加工除頂面外的所有加工特征。具體工步為：①粗精銑小型箱體底基準(zhǔn)面；粗精銑小型箱體側(cè)基準(zhǔn)面（如圖3）。②粗精銑削前面；粗精鏜削直口；鉆攻前面上的螺紋孔。粗精銑削軸承壓蓋安裝面；粗精鏜削軸承孔及其內(nèi)端面；鉆攻軸承壓蓋安裝面上的螺紋孔（如圖4）。

根據(jù)臥式加工中心的主軸功率及扭矩、伺服電機(jī)進(jìn)給速度及功率和所用切削刀具的推薦切削速度、切削深度，設(shè)計(jì)詳細(xì)的加工工序表，如表2。

表2 工序表

表3 刀具表

表4 加工節(jié)拍表

4 柔性生產(chǎn)線規(guī)劃

生產(chǎn)線除了加工設(shè)備外，還需要清洗機(jī)、在線檢測(cè)裝置和打標(biāo)機(jī)。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，通過(guò)式清洗機(jī)的節(jié)拍≤120s/件，在線檢測(cè)裝置的節(jié)拍≤30s/件，打標(biāo)機(jī)的節(jié)拍≤15s/件，而經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，單臺(tái)加工設(shè)備的節(jié)拍是896s，如表4。為了平衡節(jié)拍，需要并行布置8 臺(tái)臥式加工中心作為數(shù)字化車(chē)間混流生產(chǎn)線的加工設(shè)備。根據(jù)混流成線加工工藝，本文規(guī)劃了生產(chǎn)線的布局，如圖5。

柔性生產(chǎn)線的具體流程為：①自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)通過(guò)料道將待加工件送上生產(chǎn)線。②在隨行夾具安裝工位，夾具機(jī)械手從夾具緩沖區(qū)取來(lái)隨行夾具，裝配機(jī)械手將待加工件與隨行夾具結(jié)合。③夾具機(jī)械手將待加工件隨同夾具送至上下工件緩沖區(qū)。④帶直線運(yùn)動(dòng)單元的關(guān)節(jié)機(jī)械手將物料隨同夾具依次送至加工設(shè)備和清洗、檢測(cè)、打標(biāo)工位，最后送回上下工件緩沖區(qū)。⑤夾具機(jī)械手將加工成品隨同夾具從上下工件緩沖區(qū)送至隨行夾具拆卸工位，拆卸機(jī)械手將隨行夾具卸下，夾具機(jī)械手將隨行夾具送回夾具緩沖區(qū)。⑥加工成品經(jīng)料道送回自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)。

圖5 生產(chǎn)線布局圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)混流成線加工小型箱體類(lèi)零件的需要，通過(guò)分析該類(lèi)零件的結(jié)構(gòu)特征，以專(zhuān)用工藝裝備作為隨行夾具，詳細(xì)設(shè)計(jì)了該類(lèi)零件的柔性線加工工藝，并且以加工工藝為基礎(chǔ)規(guī)劃了柔性生產(chǎn)線。在后續(xù)工作中，將以本文研究的柔性線加工技術(shù)為技術(shù)支撐，繼續(xù)細(xì)化數(shù)字化車(chē)間的建設(shè)方案。

［1］吳平.高速加工中心組成的敏捷柔性生產(chǎn)線的研制和應(yīng)用［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2009（5）：78-81.

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