柔性制造系統多主機精度一致性的工藝解決方案

趙建華

ZHAO Jian-hua

（沈機集團 昆明機床股份有限公司，昆明 650203）

0 引言

FMS1600和FMS1000柔性制造系統是齊重數控裝備股份有限公司訂購昆明機床股份有限公司（以下簡稱昆機）兩條臥式加工中心柔性生產線的合同訂單項目，屬國內規格最大、承載最重和精度最高，該柔性制造系統實現了多品種零件的混流加工、幾種工藝路線并行、作業計劃制定和任務分配等功能，滿足用戶對FMS精度、質量、生產率、可靠性、自動化及設備柔性、生產柔性和工藝柔性等的需求，于2009年初在齊重數控裝備股份有限公司安裝調試完畢交用戶使用，主要用于用戶方數控立車系列產品的垂直進給箱體、垂直升降箱體和變速箱體類零件的批量精加工。

因FMS1600和FMS1000柔性制造系統的結構特點相似，工藝流程和要求也類似，因此本文以承重和規格較大的FMS1600柔性制造系統做闡述。根據用戶要求，FMS1600柔性制造系統由加工系統（7臺雙工位臥式加工中心TH6513B/2）、30塊高精度大規格工作臺（1600×1800mm）、有效行程大于50米的物流運輸線、24個緩沖存儲站等組成，如圖1所示。

為了充分發揮柔性制造系統高精度、高加工效率和高自動化的特點，實現隨機加工調度需求，必須保證任一塊工作臺交換到任一臺主機上的全部精度合格且穩定為前提，因此7臺精密臥式加工中心總裝配后的精度一致性成為實現的關鍵。

圖1 FMS1600三維幾何模型

1 多主機精度一致性解決方案

FMS1600的主機（雙工位臥式加工中心TH6513B/2）結構（如圖2所示）采用刨臺臥式布局形式，前、后床身呈“T”字型結構，采用側掛式主軸箱，刀庫隨立柱沿后床身運動。

圖2 TH6513B/2精密臥式加工中心

要實現柔性生產線的隨機加工調度需求，必須保證任一塊工作臺交換到任一臺主機上的全部精度合格且穩定為前提，即：任一塊工作臺交換到任一臺主機后所有幾何精度全部合格；任一塊工作臺交換到任一臺主機上后其工作臺兩側基準面和大面的重復交換定位精度在±0.005mm內；任一塊工作臺交換到任一臺主機上后工作臺中心孔跳動在0.02mm內。要實現這些精度要求，須對床身、立柱、工作臺和轉臺部件的裝配及其加工工藝、主機的裝配工藝技術進行研究，突破床身導軌精度一致性保障技術、立柱倒向精度一致性保障技術、工作臺組件精度一致性保障技術、轉臺組件精度一致性保障技術、工作臺部件旋轉中心精度一致性保障技術。保證多主機裝配后精度一致性的解決方案如下。

圖3 多主機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精度，要保證FMS1600 共7臺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）導軌精度的一致性要求。首先應對主機裝配后床身（前、后床身）的運動精度進行分析，其次須對前床身在裝配有工作臺轉臺部件，后床身在裝配有立柱和主軸箱部件的條件進行認真分析和研究，給定其導軌精度要求和方向，在床身導軌精磨時給予誤差補償，以保證其最佳運動精度。選用高精度數控導軌磨床對床身導軌進行精密磨削，控制多床身導軌的精度及其一致性，為多臺精密臥式加工中心裝配后的幾何精度一致性奠定堅實的基礎。

在控制多主機的前、后床身單件導軌的精度及其方向一致性的基礎上，通過對前、后床身進行精細裝配和調整達到保證多主機前、后床身運動精度、方向及其一致性要求，為柔性制造系統裝配后的精度一致性奠定基礎。

3 立柱精度一致性的工藝解決方案

立柱（如圖5所示）精度是保證多臺精密臥式加工中心上部幾何精度一致性的基礎，在對立柱裝配有主軸箱部件的運動精度進行分析研究，給定單件立柱導軌的加工精度和一致性要求，控制立柱與床身結合面對其導軌的垂直精度要求，達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控導軌磨對立柱導軌進行精密磨削，保證多立柱導軌的精度及其一致性要求；其次以精磨過的導軌面為基準，在高精度的落地鏜上對立柱結合面進行精密銑削，保證其結合面的平面度和對其導軌的垂直精度及其一致性要求，從而保證FMS多臺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 多工作臺精度一致性的工藝解決方案

要保證每塊工作臺交換到任一主機上后所有幾何精度達到要求，工作臺臺面和下導軌面的精度、尺寸及其一致性要求成為實現的基礎。工藝上采取了和以往單件工作臺完全不相同的保證措施，經過多次精密加工和消力處理，最終采用精密刮研技術確保30塊工作臺大面的平面度及其一致性要求,又以其為基準,在高精度數控導軌磨床上對下導軌面進行精密磨削，保證下導軌面的精度及其與大面間的尺寸、平行精度和一致性要求。

要保證每塊工作臺交換到主機上后其工作臺兩側基準面和大面的重復交換定位精度在±0.005mm內，采用精密灌膠技術確保多工作臺兩定位孔的孔距精度的一致性，確保兩定位孔至兩側基準面的尺寸精度及其一致性，最終保證工作臺交換到任一臺主機上后的交換重復定位精度。多工作臺灌膠及其三維模型如圖6所示。

圖6 工作臺灌膠及CAD三維模型圖

5 轉臺精度一致性的工藝解決方案

5.1 轉臺定位基面、中心孔精度一致性的加工工藝解決方案

工作臺交換到主機上的定位基面為轉臺裝配8個油缸后的支撐面，如圖7所示。保證轉臺8個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交換到任一臺主機上后幾何精度合格的關鍵，而轉臺的定位基面和中心孔的精度又是最基礎的精度。工藝經過認真分析和研究后，選用高精度數控導軌磨床進行轉臺上、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；其次以轉臺定位基面為基準在瑞士高精度坐標鏜上進行中心孔的精密鏜削加工，保證中心孔對其基準面高的位置精度要求，從而為保證工作臺交換后的精度一致性奠定堅實基礎。

圖7 轉臺與8個油缸組裝后的三維模型

5.2 轉臺與多油缸支撐面組合精度一致性的裝配解決方案

將油缸與轉臺組裝后，再與前床身滑座合裝配，8個油缸座大面（如圖7所示）為支撐工作臺下導軌面的基準，其精度要求和一致性是實現工作臺交換到任一臺主機上后幾何精度合格的關鍵基礎精度。為了達到此精度要求，工藝上采取油缸部件與轉臺、前床身滑座部件合裝后，進行8個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 工作臺交換到任一主機上中心孔精度一致性的裝配調試技術

工作臺中心孔（其實質為主機的旋轉中心）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交換到任意一臺主機上后，中心孔跳動精度合格。影響任一塊工作臺交換到任一臺主機上的中心孔跳動精度的因素和解決的措施如下所述。

6.1 任一主機工作臺回轉主軸部件精度一致性裝配調試技術

對每臺精密臥式加工中心所用轉臺回轉主軸部件（如圖8所示）進行精密裝配，通過調整螺母預緊力的大小，達到調整軸承游隙，保證軸承具有一定的預加負荷；其次對工作臺主軸部件的精密軸系零件及軸承進行誤差方向標記，通過使用誤差消除技術，達到控制主軸部件的回轉精度及方向，使轉臺回轉主軸部件具有非常高的回轉精度和一致性要求。

6.2 任一主機轉臺定位銷與其回轉中心精度一致性裝配調試技術

選定已用高精度灌膠夾具對工作臺上2定位套進行精密灌膠的任一塊工作臺（如圖6所示）作為定位基準，對7臺精密臥式加工中心轉臺上的2個定位銷（如圖7所示）進行反定位，再用任意5～8塊工作臺對其轉臺上的定位銷2進行精度檢驗，達到保證7臺精密臥式加工中心轉臺上定位銷2與其旋轉中心同中心的一致性要求。

圖8 工作臺主軸部件局部圖

7 結論

通過對TH6513B/2主機結構和精度進行分析研究，在保證床身、立柱、工作臺等大件的精度及其一致性的基礎上，通過精密裝配調試技術，保證了上述各部件裝配后的高精度及其一致性，以標準工作臺作為公共定位基準，對各主機轉臺定位銷實施精確定位，采用精密刮研技術，保障支撐面精度的創新工藝方案，實現了多主機床身、立柱、轉臺等部件裝配精度的一致性要求，為最終保證7臺主機的精度一致性奠定堅實的基礎。該裝配調試流程和方法同時在FMS1600和FMS1000兩條柔性制造系統的多主機上應用，取得了較好的運用效果，也為柔性制造系統多主機的精密裝配調試提供了一種實用可行的工藝解決方案。

[1]俞圣梅,杜陀.我國FMS技術的發展現狀[J].制造技術與機床,1994,(02).

[2]趙曉波,張鳴,羅振壁,等.可重組FMS中緩沖區容量的優化配置問題[J].系統工程學報,2000,(02).