柔性制造系統(tǒng)多工作臺(tái)精度一致性的工藝解決方案

趙建華

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

0 引言

圖1 FMS1600三維幾何模型

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(gòu)昆明機(jī)床股份有限公司（以下簡(jiǎn)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，是國(guó)內(nèi)規(guī)格最大、承載最重和精度最高的用于精密箱體類零件加工的集光、機(jī)、電、液、控制、信息和網(wǎng)絡(luò)的集成應(yīng)用，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。該柔性制造系統(tǒng)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，把裝夾有需加工零件的工作臺(tái)，交換到柔性系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)時(shí)各臺(tái)主機(jī)情況指定的主機(jī)上加工，必須有任一塊工作臺(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30塊工作臺(tái)的尺寸精度和形位公差精度及其一致性成為實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

1 大規(guī)格高精度多工作臺(tái)精度一致性的制造難點(diǎn)分析

工作臺(tái)部件是柔性制造系統(tǒng)的主機(jī)（加工中心）完成回轉(zhuǎn)功能，實(shí)現(xiàn)連續(xù)精確分度，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)交換精確定位的部件，由滑座、轉(zhuǎn)臺(tái)和交換工作臺(tái)三層組成。因FMS1600柔性制造系統(tǒng)的交換工作臺(tái)規(guī)格大，承載重（8噸），采用“一面兩銷”的定位方式，如圖2所示。因此，多工作臺(tái)定位套和轉(zhuǎn)臺(tái)定位銷之間的孔距精度、配合精度及其相關(guān)精度成為保障工作臺(tái)交換重復(fù)定位精度的關(guān)鍵。

圖2 交換回轉(zhuǎn)工作臺(tái)部件的三維CAD模型

1.1 柔性制造系統(tǒng)多工作臺(tái)精度要求及難點(diǎn)分析

FMS1600柔性制造系統(tǒng)的關(guān)鍵精度要求是：30塊工作臺(tái)（三維模型如圖3所示）中任一塊交換到7臺(tái)主機(jī)中任一臺(tái)的兩側(cè)基準(zhǔn)面和大面的交換重復(fù)定位精度為±0.005mm；30塊工作臺(tái)中任一塊交換到7臺(tái)主機(jī)中任一臺(tái)后所有幾何精度合格。要保證多工作臺(tái)交換到任一主機(jī)上的±0.005mm交換重復(fù)定位精度，須保證多工作臺(tái)兩定位孔的孔距精度及其一致性和兩定位孔至兩側(cè)基準(zhǔn)面的尺寸精度及其一致性；要保證多工作臺(tái)交換到任一主機(jī)上的幾何精度，須保證多工作臺(tái)大面的平面度及其一致性和大面與下導(dǎo)軌面的尺寸、平行精度及其一致性。

要保證多工作臺(tái)±0.005mm的交換重復(fù)定位精度，按公差分配原理，其工作臺(tái)兩定位孔的孔距精度一致性須控制在±0.002mm內(nèi)，7臺(tái)精密臥式加工中心轉(zhuǎn)臺(tái)的兩定位銷之間的尺寸精度也必須控制在±0.002mm內(nèi)，且為滿足工作臺(tái)頻繁交換后精度保持性高的要求，工作臺(tái)的定位套和定位孔須有高硬度要求，因此在結(jié)構(gòu)上必須有高精度、高硬度的定位套組裝在工作臺(tái)定位孔中后，其孔距度精度須控制在±0.002mm內(nèi)，但國(guó)內(nèi)不能生產(chǎn)制造加工如此高精度零件的加工設(shè)備，因此用傳統(tǒng)的工藝方法是難以保證工作臺(tái)定位孔的加工精度和尺寸一致性要求。

1.2 柔性制造系統(tǒng)多工作臺(tái)的加工工藝流程

在傳統(tǒng)的工作臺(tái)加工工藝的基礎(chǔ)上，工藝根據(jù)柔性制造系統(tǒng)多工作臺(tái)的精度要求和7臺(tái)精密臥式加工中心總裝配精度的要求，分析最終工藝精度，并根據(jù)尺寸鏈的原理和昆機(jī)現(xiàn)有制造條件，把這些精度合理分配到多工作臺(tái)的加工工藝和精密臥式加工中心裝配工藝上進(jìn)行保證，采用新的工藝流程和新的灌膠工藝方法保證多工作臺(tái)的高精度要求及其一致性。

保證多工作臺(tái)精度及其一致性要求的工藝流程如下：

2 保證多工作臺(tái)精度一致性的工藝措施及工藝創(chuàng)新

圖3 工作臺(tái)的三維CAD模型圖

2.1 保證多工作臺(tái)兩定位孔孔距精度及其一致性的工藝措施及創(chuàng)新

因加工設(shè)備精度的原因，用傳統(tǒng)的精加工孔的方法難以保證工作臺(tái)兩定位孔極高的尺寸精度及其一致性要求，經(jīng)工藝認(rèn)真分析和研究，采用制作精密灌膠夾具，對(duì)工作臺(tái)定位孔和定位套進(jìn)行精密灌膠的創(chuàng)新工藝方法，保證了工作臺(tái)組裝定位套后2定位孔的孔距精度一致性要求。

1）通過(guò)對(duì)定位膠的流動(dòng)性、膠層厚度、灌膠方式、排氣方式和零件的結(jié)構(gòu)形式及相關(guān)要求反復(fù)進(jìn)行多次工藝試驗(yàn)攻關(guān)后，確定了灌膠相關(guān)工藝參數(shù)、流程和方法。工作臺(tái)定位套灌膠局部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2）通過(guò)設(shè)計(jì)制作精密灌膠夾具如圖5所示，以灌膠夾具上的兩定位銷作為多工作臺(tái)兩定位套的公共定位基準(zhǔn)，對(duì)多工作臺(tái)兩定位套進(jìn)行灌膠，保證多工作臺(tái)兩定位孔的孔距精度一致性要求，如圖6所示。工作臺(tái)定位孔灌膠工藝技術(shù)取得的重大突破和創(chuàng)新，為昆機(jī)柔性制造系統(tǒng)多臺(tái)精密臥式加工中心和多工作臺(tái)的精確定位提供了可靠技術(shù)支撐。

圖4 工作臺(tái)定位套灌膠局部圖

圖5 灌膠夾具三維模型

圖6 工作臺(tái)灌膠示意圖

2.2 保證多工作臺(tái)兩定位孔與兩側(cè)基準(zhǔn)面尺寸精度及其一致性的工藝措施

為保證工作臺(tái)兩定位孔與兩側(cè)基準(zhǔn)面尺寸精度及其一致性要求，在精磨工作臺(tái)大面、下導(dǎo)軌面和兩側(cè)基準(zhǔn)面后，按工藝實(shí)驗(yàn)確定的灌膠流程對(duì)工作臺(tái)兩定位孔實(shí)施灌膠，如圖6所示，在灌膠夾具右上角設(shè)計(jì)有固定測(cè)量柱作為多工作臺(tái)兩側(cè)基準(zhǔn)面與灌膠夾具兩側(cè)基準(zhǔn)面的尺寸測(cè)量基準(zhǔn)，在夾具中心設(shè)計(jì)有測(cè)量工作臺(tái)中心跳動(dòng)的裝置，按下述流程進(jìn)行工作臺(tái)兩定位孔的精密灌膠，保證了多工作臺(tái)兩定位孔與兩基準(zhǔn)側(cè)面的尺寸精度及其一致性。

多工作臺(tái)定位孔灌膠流程如下：

1）校正工作臺(tái)兩側(cè)基準(zhǔn)面與夾具兩側(cè)基準(zhǔn)面平行；

2）校正工作臺(tái)中心孔跳動(dòng)；

3）以?shī)A具上的固測(cè)量基準(zhǔn)面作為測(cè)量基準(zhǔn)，測(cè)量第一塊工作臺(tái)兩側(cè)基準(zhǔn)面與夾具固定側(cè)量基準(zhǔn)面的尺寸作為后續(xù)工作臺(tái)灌膠的基準(zhǔn)尺寸；

4）固定兩定位套于工作臺(tái)上；5）進(jìn)行工作臺(tái)兩定位孔灌膠。

2.3 保證多工作臺(tái)大面和下導(dǎo)軌面高精度及其一致性的工藝措施

工作臺(tái)平面度是保證精密臥式加工中心整機(jī)的關(guān)鍵基礎(chǔ)精度，要保證每塊工作臺(tái)交換到主機(jī)上后所有的幾何精度達(dá)到要求，工作臺(tái)大面的平面度及其與下導(dǎo)軌面的尺寸和相互平行精度及其一致性成為實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。工藝上采取了和以往單件工作臺(tái)完全不一樣的保證措施，以大面和導(dǎo)軌面互為基準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)多次精密加工，最后采用精密刮研技術(shù)確保多工作臺(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)工作臺(tái)下導(dǎo)軌面進(jìn)行精密磨削，保證多工作臺(tái)下導(dǎo)軌面與大面間的尺寸、平行精度及其一致性要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化工藝流程，以大面和導(dǎo)軌面互為基準(zhǔn)，采用精密刮研技術(shù)，保證多工作臺(tái)大面的平面度及其一致性，再以其為基準(zhǔn)，對(duì)下導(dǎo)軌面進(jìn)行精密磨削，確保其尺寸和平行精度的一致性；采用精密灌膠工藝技術(shù)，研制專用精密灌膠夾具，保證工作臺(tái)兩定位孔的孔距精度一致性及其至工作臺(tái)兩側(cè)基準(zhǔn)面間的尺寸精度一致性，滿足了多工作臺(tái)的高精度及其一致性要求。該精密加工方法和流程同時(shí)在FMS1600和FMS1000兩條柔性制造系統(tǒng)的多工作臺(tái)上應(yīng)用，取得了較好的運(yùn)用效果，也為柔性制造系統(tǒng)多工作臺(tái)的精密制造提供了一種實(shí)用可行的工藝解決方案。

[1] 俞圣梅, 杜陀.我國(guó)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(wèn)題[J].系統(tǒng)工程學(xué)報(bào), 2000.02.

[3] 峰岸清次,中岡正孝,光藤榮.回轉(zhuǎn)體的裝配方法以及回轉(zhuǎn)體和擺動(dòng)體的滑動(dòng)構(gòu)造[P].中國(guó)專利: CN1480293,2004-03-10.