魏 偉,張同兵

(寶雞機(jī)床集團(tuán),陜西 寶雞 721013)

0 引言

隨著智能制造理念的不斷發(fā)展，工裝夾具在工藝準(zhǔn)備中的重要性日益凸顯?，F(xiàn)代工裝夾具的發(fā)展方向?yàn)槿嵝?、精密、?biāo)準(zhǔn)、智能。傳統(tǒng)的工裝夾具適用于人工上下料，卻不能滿足自動化的需求。因此，夾具本身具有的自動化程度、柔性以及調(diào)整時(shí)間的長短極大地影響了整個(gè)制造環(huán)節(jié)的效能。夾具標(biāo)準(zhǔn)化接口作為制造工藝的鏈接紐帶，重要性日益顯現(xiàn)，采用先進(jìn)的夾持技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化接口可以實(shí)現(xiàn)工件的高效可靠夾持，大大節(jié)省了裝夾時(shí)間，提高了機(jī)床的有效使用率，從而提高了生產(chǎn)效率，降低了加工成本。而夾具與自動化的結(jié)合又是自動化產(chǎn)線和智能制造的緊迫需求。本文開發(fā)的高壓油泵單元?dú)んw隨行夾具是將夾具和自動化生產(chǎn)線運(yùn)行有機(jī)結(jié)合的大膽嘗試，為復(fù)雜外形零件的多工序、多工種自動化加工探索出一個(gè)新的方向。

1 隨行夾具的功能要求

高壓油泵驅(qū)動單元的主要功能是提供燃油泵的動力。殼體零件作為高壓油泵驅(qū)動單元的核心關(guān)鍵零件，其精度和加工質(zhì)量直接決定了高壓油泵驅(qū)動單元的最終水平。

高壓油泵驅(qū)動單元?dú)んw是材料為AC4B JIS H5202的鋁合金不規(guī)則異型零件，需要分別采用數(shù)控車床和立式加工中心進(jìn)行加工。為了實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)方式，提出了機(jī)器人的裝夾實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、快速、可靠裝夾的要求。所以開發(fā)的隨行夾具必須滿足車床裝夾、立加裝夾、機(jī)器人夾持的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化要求。

2 高壓油泵驅(qū)動單元?dú)んw零件加工工序分析

高壓油泵驅(qū)動單元?dú)んw零件為典型的空間孔系零件，各空間孔有嚴(yán)格的空間位置要求，其各工序加工示意圖如圖1所示。其中兩垂直孔系既有內(nèi)孔加工也有外圓加工，同時(shí)有很高的粗糙度要求，必須采用2道工序的車床完成加工；其他孔分別通過立加的4道工序完成加工。

圖1 殼體零件各工序加工示意圖

傳統(tǒng)的殼體零件加工也是采用車床和立加兩類機(jī)床完成不同工序的加工，其中車床的2道工序加工是采用毛坯外形定位裝夾，以加工車床1加工的孔定位完成另外垂直孔的車床2加工工序，兩工序在加工過程中必須采用專用的夾持工裝裝夾；4道立加加工工序因所有孔系相互間都有嚴(yán)格的位置度要求，加工方法是用加工中心在毛坯上加工出定位基準(zhǔn)，或者利用前道工序車床加工的孔作為定位基準(zhǔn)在立加機(jī)床上進(jìn)行定位裝夾，從而達(dá)到所有孔的加工位置度要求。

傳統(tǒng)的工藝方法中零件多次裝夾，基準(zhǔn)相互轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致零件加工的效率低、加工精度分散度大;每臺機(jī)床均采用了不同的裝夾方式，專用夾持工裝采用人工操作，由于夾緊力的變化導(dǎo)致零件裝夾過程的變形無法精確控制;由于零件的不規(guī)則外形，在實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動化裝夾時(shí)難度增加,同時(shí)，也使實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動化夾持成為無法解決的難題。

3 隨行夾具原理及結(jié)構(gòu)分析

在殼體零件傳統(tǒng)的6道工序加工中，車床加工過程的工件旋轉(zhuǎn)和立式加工中心加工過程的刀具旋轉(zhuǎn)是兩種不同的加工方式，對工件的夾持位置、回轉(zhuǎn)的平衡性都有不同的要求。要實(shí)現(xiàn)各工序加工過程的自動化裝夾，同時(shí)使用機(jī)器人完成零件的自動上下料，就必須將各機(jī)床和機(jī)器人的裝夾采用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化方式。

在車床加工過程中通常采用配液壓回轉(zhuǎn)油缸的液壓卡盤來實(shí)現(xiàn)快速可靠的自動夾持。零點(diǎn)定位的裝夾方式是目前加工中心設(shè)備采用的可互換的、標(biāo)準(zhǔn)化的工裝和零件裝夾方式。機(jī)器人常用的零件抓取方式有兩爪和三爪，三爪的方式多用于圓形回轉(zhuǎn)體零件的自定心夾持，而兩爪夾持則需要零件外觀是有規(guī)則的矩形結(jié)構(gòu)。針對機(jī)床和機(jī)器人的這些裝夾特點(diǎn)，將不規(guī)則外形的殼體零件安裝在一個(gè)夾具上，此夾具不僅設(shè)計(jì)有車床夾持的標(biāo)準(zhǔn)化裝夾基準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)液壓卡盤夾持，同時(shí)設(shè)計(jì)有立加夾持的標(biāo)準(zhǔn)化裝夾基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)定位夾持，也設(shè)計(jì)了機(jī)器人手爪的裝夾基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)兩爪夾持。夾具與零件隨行在各工序間流通，即采用隨行夾具的方式實(shí)現(xiàn)零件自動化多序加工,隨行夾具三維模型如圖2所示。

圖2 隨行夾具三維模型

在自動線運(yùn)行過程中，機(jī)器人兩爪夾持機(jī)器人裝夾基準(zhǔn)使得隨行夾具帶殼體零件在各工序間自動流轉(zhuǎn)。在車床工序加工兩垂直孔時(shí)，機(jī)床液壓卡盤分別夾持車床1和車床2裝夾基準(zhǔn)，完成車床工序加工。在立加加工時(shí)，各工序機(jī)床在不同空間位置的零點(diǎn)定位接口夾持統(tǒng)一的立加裝夾基準(zhǔn)，完成立加4個(gè)工序孔系的加工。

為使殼體零件能夠可靠地安裝在隨行夾具上，必須根據(jù)隨行夾具的要求先加工出定位基準(zhǔn)，通過采用典型的一面兩銷定位方式(如圖3所示)使零件和隨行夾具結(jié)合成一體，完整地將零件定位基準(zhǔn)傳遞到隨行夾具的各裝夾基準(zhǔn)上。

圖3 殼體零件的一面兩銷定位方式

在本方案中，通過立式加工中心先加工出定位基準(zhǔn)，然后將殼體零件毛坯安裝到隨行夾具上，此隨行夾具將車床加工定位基準(zhǔn)、加工中心裝夾定位基準(zhǔn)、機(jī)器人夾持定位基準(zhǔn)統(tǒng)一集中在一起。2道車床工序采用液壓卡盤的夾緊方式(如圖4所示)，4道立加工序采用零點(diǎn)定位的定位夾緊方式(如圖5所示),機(jī)器人夾持卡爪采用標(biāo)準(zhǔn)的兩爪夾持方式(如圖6所示)。在加工設(shè)備上制作相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化工裝接口，使各裝夾基準(zhǔn)與隨行夾具上一一對應(yīng)，既保證了各工序加工過程中的精確定位，也解決了自動化生產(chǎn)中機(jī)器人夾持異型工件定位不準(zhǔn)的問題，從而解決了異型零件大批量自動化加工的難題。

圖4 車床加工液壓卡盤的夾緊方式

圖5 立加零點(diǎn)定位裝夾

圖6 機(jī)器人夾持

4 結(jié)語

通過隨行夾具的應(yīng)用，將異型殼體零件加工的各工序標(biāo)準(zhǔn)化裝夾基準(zhǔn)和機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化夾持基準(zhǔn)設(shè)計(jì)到一個(gè)隨行夾具上，實(shí)現(xiàn)了異型零件多工序的自動化加工，提高了裝夾精度和可靠性，使加工零件精度大幅度提高。由于采用了標(biāo)準(zhǔn)化的接口，可在隨行夾具外形不變的情況下使類似殼體零件的混線柔性自動化生產(chǎn)成為可能，為智能制造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。