美國德克薩斯州康羅市 — Conroe Machine公司實(shí)現(xiàn)了許多機(jī)械制造廠夢(mèng)寐以求的目標(biāo)：全天候采用無人操作的“自控”工序?qū)σ幌盗泄ぜM(jìn)行車削加工與監(jiān)控。該公司將FANUC機(jī)器人與Equator™比對(duì)儀進(jìn)行集成，同時(shí)采用雷尼紹EZ-IO軟件來提供易用而全面的通信功能，實(shí)現(xiàn)100%工件檢測(cè)以及對(duì)雙主軸Okuma 2SP-250車床的自動(dòng)補(bǔ)償。這一集成的車削加工單元還可對(duì)成品件進(jìn)行裝箱和堆垛。該公司表示，此單元在短短的18天內(nèi)便收回了投資，效率之高令人驚嘆。
今天，任何一家工廠都可以借助年輕一代自動(dòng)化專家的聰明才智來充分挖掘新技術(shù)的潛力，Conroe公司就是一個(gè)明證：該公司的年輕數(shù)控程序員James Wardell和機(jī)器人技術(shù)員Jeff Buck圍繞雷尼紹編程型Equator比對(duì)儀開發(fā)出了相關(guān)應(yīng)用程序和軟件。
該自動(dòng)化小組隨后還為客戶開發(fā)了一種無需人工操作的工件測(cè)量/分揀單元，將兩臺(tái)Equator比對(duì)儀、一臺(tái)FANUC機(jī)器人、一套影像系統(tǒng)和一套小型多道傳送系統(tǒng)組合在一起。在這兩種應(yīng)用中，Equator比對(duì)儀無需使用任何夾具便能夠快速、經(jīng)濟(jì)地測(cè)量一系列軸承座圈，同時(shí)還可克服工廠環(huán)境變化帶來的影響，這充分證明了可編程比對(duì)檢測(cè)的價(jià)值。
Conroe Machine公司是一家相對(duì)年輕的企業(yè)，由Murray ‘Tippy Touchette于2000年創(chuàng)立，企業(yè)的目標(biāo)很明確：利用最先進(jìn)的制造技術(shù)生產(chǎn)零件。公司隨后迅速發(fā)展壯大，員工人數(shù)已達(dá)150余名，并擁有一座占地6000平方米的空調(diào)廠房。Conroe是一家通用型制造商，由于毗鄰休斯頓，因此很大一部分業(yè)務(wù)來自石油天然氣行業(yè)，主要是鉆探機(jī)械零部件生產(chǎn)。該公司的長期業(yè)務(wù)之一是制造井下泥漿馬達(dá)使用的推力軸承座圈，每周會(huì)全天候生產(chǎn)數(shù)千個(gè)這類零件。
進(jìn)一步提升自動(dòng)化水平
目前Conroe公司在四臺(tái)Doosan Puma車床上進(jìn)行軸承粗加工，而以往則用這些車床同時(shí)進(jìn)行粗加工和精加工，并且需要四名操作人員進(jìn)行操作?，F(xiàn)在，這些車床分為兩個(gè)單元，由FANUC機(jī)器人裝載/卸載工件，并且只進(jìn)行粗加工操作；這些單元曾經(jīng)是該公司早期自動(dòng)化項(xiàng)目的組成部分。完成精加工車削前，半成品件須先外送進(jìn)行表面硬化，使其硬度達(dá)到HRC 65，深度為1.7 mm。
“我們利用這兩個(gè)單元每天穩(wěn)定生產(chǎn)800至1000個(gè)零件，也就是說每個(gè)單元每天生產(chǎn)400至500個(gè)零件，”James Wardell說道，“我們安排了一名操作人員負(fù)責(zé)將工件裝入機(jī)床并檢測(cè)工件。不過，在保證檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確的前提下，一名操作人員最多只能檢測(cè)這些數(shù)量的工件，但我們需要更大的產(chǎn)量。”
選擇Equator比對(duì)儀替代其他檢測(cè)方法
“對(duì)于下一步的產(chǎn)量提升，我們構(gòu)思了一種全自動(dòng)化的精加工過程，其中包含自動(dòng)工件裝載、序后測(cè)量、自動(dòng)刀具補(bǔ)償、工件雕刻以及成品件裝箱/堆垛功能。”他補(bǔ)充道，“我們對(duì)這一系統(tǒng)的組成有了較好的規(guī)劃，但在工件測(cè)量技術(shù)、數(shù)控機(jī)床類型以及刀具補(bǔ)償軟件方面還未最終確定。檢測(cè)過程必須快速完成，以便能夠趕上工件加工周期，這個(gè)時(shí)間最短只有98秒。最初，我們?cè)?jīng)考慮過白光激光器，因?yàn)樗臋z測(cè)速度很快，但工件的反射效應(yīng)太強(qiáng)。我們還考慮過定制量具和車間坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。定制量具非常昂貴而且設(shè)定時(shí)要非常小心，而坐標(biāo)測(cè)量機(jī)沒有速度優(yōu)勢(shì)。在與雷尼紹開展其他項(xiàng)目的合作時(shí)，雷尼紹美國公司的地區(qū)銷售經(jīng)理Sheila Schermerhorn將Equator比對(duì)儀作為一種可行的解決方案推薦給了我們。”
過程控制工具和軟件
Equator比對(duì)儀是專用量具的一種靈活、低成本替代方案。它采用比對(duì)測(cè)量的方法。具有已知測(cè)量值（通過坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)得）的標(biāo)準(zhǔn)件用于“校對(duì)”Equator比對(duì)儀，然后將所有后續(xù)測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行比對(duì)。校對(duì)后的重復(fù)精度可達(dá)到0.002 mm。為補(bǔ)償車間溫度變化，可隨時(shí)重新校對(duì)Equator比對(duì)儀。Equator比對(duì)儀使用SP25測(cè)頭來觸測(cè)工件和采集掃描數(shù)據(jù)，速度高達(dá)1000個(gè)點(diǎn)/秒。測(cè)針存放于內(nèi)置六端口交換架中，而系統(tǒng)通過MODUS™ Equator軟件進(jìn)行編程。Equator比對(duì)儀可通過按鈕輕松進(jìn)行手動(dòng)操作，但在本案例中，它非常適合集成到Conroe公司的自動(dòng)化系統(tǒng)中，利用EZ-IO軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。
“2012年初，我們?cè)贖artwig參加了一場工廠開放日活動(dòng)，觀看了Equator比對(duì)儀協(xié)同Okuma的雙主軸雙龍門車床工作的現(xiàn)場演示，”Wardell說，“其中使用的自動(dòng)化方法恰好適合我們的工件類型，此外，車床上基于Windows®的OSP雙通道控制器具有開放式架構(gòu)的PC操作平臺(tái)，這對(duì)于我們自主開發(fā)自動(dòng)補(bǔ)償軟件非常重要。”
Equator比對(duì)儀已成為自動(dòng)化單元的一部分
Wardell和Buck接下來組裝了一個(gè)由Okuma 2SP-250H、比對(duì)儀（單臺(tái)）、雕刻機(jī)以及FANUC M20iA六軸機(jī)器人組成的單元。生產(chǎn)過程中，首先將待加工的工件（約300個(gè)）裝入車床的雙工件傳送帶。車床的雙龍門裝載器隨后推進(jìn)主軸，并將車削后的成品件放在通向傳送系統(tǒng)的料槽上，方便機(jī)器人拾取。機(jī)器人將成品件置于Equator比對(duì)儀上進(jìn)行測(cè)量，若檢測(cè)合格，則將其傳送至雕刻機(jī)，最后對(duì)合格成品件進(jìn)行裝箱/堆垛。
“我們自主開發(fā)了刀具補(bǔ)償軟件，可在OSP控制器上運(yùn)行，”Wardell補(bǔ)充說，“該軟件將Equator比對(duì)儀的測(cè)量結(jié)果以CSV文件形式傳輸給車床，如果工件偏離公差，則執(zhí)行刀補(bǔ)動(dòng)作。”工件每側(cè)的車削深度為0.38 mm，公差嚴(yán)格限定在±0.025 mm，表面粗糙度為0.5 μm。工件的外徑尺寸在76.2至152.4 mm之間。“Equator可以輕松地在公差范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，毫不費(fèi)力。”Wardell說。
控制加工過程
“我們的外徑/內(nèi)徑是保持不變的，可能會(huì)有零點(diǎn)幾的差異。我們按尺寸批量加工工件，因此可最大限度地減少卡盤爪和其他刀具的更換。Equator比對(duì)儀的高測(cè)量速度使其能夠輕松趕上加工進(jìn)度。由于車間溫度控制在22.2 ℃，因此我們只需每天重新校對(duì)一次。
檢測(cè)原理和靈活的自動(dòng)化設(shè)計(jì)
工件的測(cè)量方法出奇地簡單。“我們制做了一個(gè)鋁塊，中心帶有一個(gè)孔，然后把它放到Equator比對(duì)儀夾具板的中心位置，”Wardell解釋說，“我們用它來確定中心和設(shè)定坐標(biāo)系。每個(gè)工件都放在鋁塊的中心。我們通過觸碰找到工件的中心，然后對(duì)其他部分進(jìn)行表面掃描。我們?cè)O(shè)計(jì)的測(cè)量過程在操作時(shí)不需要更換工件夾具或測(cè)針。機(jī)器人通過Equator比對(duì)儀上的EZ-IO自動(dòng)化軟件，選擇針對(duì)每種工件運(yùn)行的測(cè)量程序。我們知道必須對(duì)哪些關(guān)鍵特征進(jìn)行測(cè)量，從而確保工件在公差范圍內(nèi)。”
測(cè)量/分揀使用過的零件
車削加工單元目前每天可生產(chǎn)約600至700個(gè)成品件，因此，與以前需要兩個(gè)單元相比，現(xiàn)在只需一個(gè)單元即可，這為開發(fā)后續(xù)項(xiàng)目提供了可能 — 為客戶開發(fā)零件分揀單元。根據(jù)Touchette的設(shè)想，Wardell和Buck正在開發(fā)一種對(duì)使用過的泥漿馬達(dá)推力軸承座圈進(jìn)行測(cè)量和分揀的單元。
在油田機(jī)械檢修車間內(nèi)，使用過的馬達(dá)經(jīng)拆解和翻新后，可重新使用。“過去，客戶通過目測(cè)方法檢查使用過的座圈，以判定零件是否能夠再次利用；他們知道這種方法會(huì)導(dǎo)致白白扔掉不少好零件，也就是說把錢給扔掉了，”Wardell說，“我們希望為他們提供一種即插即用型的測(cè)量和分揀系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以不依賴于人為的主觀判斷，從而回收更多還可重新利用的座圈。”
在本文采寫期間，Buck和Wardell仍在開發(fā)這一新單元，它由兩臺(tái)Equator比對(duì)儀、一臺(tái)FANUC LRMate 200iC六軸機(jī)器人、一臺(tái)小型多道傳送系統(tǒng)、一套FANUC紅外影像系統(tǒng)和一套用于機(jī)器人末端執(zhí)行器的ATI快速換刀裝置組成。影像系統(tǒng)將待測(cè)零件的編號(hào)以及需要運(yùn)行的測(cè)量程序告知Equator比對(duì)儀。測(cè)量后，可重新利用的零件被放置在相應(yīng)的傳送帶上，而報(bào)廢的零件則放置在廢品傳送帶上。
“我們?cè)O(shè)計(jì)的這個(gè)系統(tǒng)可以用卡車運(yùn)輸，而且非常易于工人操作 — 他們只要打開電源，把零件裝到傳送帶上就可以了，”Buck說。
“在我們的加工單元中，沒有任何其他車間量具在經(jīng)濟(jì)效益方面能與Equator比對(duì)儀相媲美，”Wardell補(bǔ)充說，“我們希望通過向客戶推廣集成式單元，為整個(gè)公司在這一業(yè)務(wù)領(lǐng)域的發(fā)展開辟一條新的途徑。”
圖注：
Conroe Machine公司的數(shù)控程序員James Wardell與機(jī)器人技術(shù)員Jeff Buck
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FANUC自動(dòng)化機(jī)器人對(duì)零件進(jìn)行裝箱和堆垛
自動(dòng)化單元中的FANUC機(jī)器人將工件裝載到Equator比對(duì)儀中
