新的一年改進(jìn)工藝，從這10個(gè)自動(dòng)化元素做起

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除了使用高速加工技術(shù)縮短機(jī)床加工周期，高產(chǎn)量的實(shí)現(xiàn)還離不開工藝中采用的所有自動(dòng)化元素。通過觀察下述案例公司帶六站共用托盤和托盤裝載系統(tǒng)的新型五軸機(jī)床（相似配置的三軸機(jī)床也是一樣）中的自動(dòng)化技術(shù)，我們發(fā)現(xiàn)這10個(gè)元素組成了工廠的五軸工藝。

1.裝載系統(tǒng)和共用托盤

▲左邊的為三軸機(jī)床，右邊的為五軸，包括一個(gè)共用托盤和裝載系統(tǒng)，可以進(jìn)行長時(shí)間的無人值守加工

五軸機(jī)床的RCE 2自動(dòng)化托盤更換系統(tǒng)配備了一個(gè)六站共用托盤，而工廠有時(shí)會(huì)在一個(gè)托盤上固定超過一個(gè)零件，裝載系統(tǒng)的夾具按照要求進(jìn)行改造。本來托盤邊緣上方不會(huì)懸掛零件。經(jīng)過改造后，夾具位于托盤底部，系統(tǒng)可以裝載更大的工件，零件尺寸只會(huì)收到機(jī)床容量的限制，與裝載裝置無關(guān)。

2.機(jī)床

五軸加工本身就是一種自動(dòng)化形式。五軸工藝分兩種類型：輪廓加工和定位(后者也稱為“3+2”)。工廠花費(fèi)了75%的時(shí)間進(jìn)行機(jī)床的“3+2”定位，為此機(jī)床只能使用兩根附加旋轉(zhuǎn)軸按一定角度傾斜工件，然后將它鎖定在該位置。之后機(jī)床在工件方向上完成三軸加工。這樣做的一個(gè)優(yōu)勢在于通過一次固定就可以讓刀具接觸到零件的五個(gè)面，從而減少了步驟數(shù)量和零件可能需要經(jīng)過的機(jī)床數(shù)以及生產(chǎn)過程中接觸零件的次數(shù)。

通過“3+2”定位傾斜零件還能讓工具到達(dá)零件內(nèi)部更深的位置，加工難度較大的模具特征，如深肋。有些時(shí)候“3+2”定位還能省去二次電火花成型加工和相關(guān)的電極加工。另外，所用的熱裝刀夾直徑比筒夾型設(shè)計(jì)更小，提供的間隙更大。

有了“3+2”定位，工廠還能使用長度更短、剛度更高的刀具。使用更短的刀具可以加工更深的切口，而且發(fā)生振動(dòng)或顫動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)比使用長刀具小。

3.觸發(fā)式探測

將新的零件放進(jìn)機(jī)床時(shí)，觸發(fā)式測頭會(huì)進(jìn)行自動(dòng)探測，確定零件或工件夾緊裝置上幾個(gè)點(diǎn)的位置，確定零件在機(jī)床上的準(zhǔn)確位置。然后，機(jī)床的數(shù)控加工裝置自動(dòng)調(diào)整自帶的工件坐標(biāo)系統(tǒng)，使之與零件匹配。這樣就省去了手動(dòng)填隙、輕觸零件和其他耗時(shí)的工作，否則就需要通過這些步驟將零件放平和對齊，以完美匹配機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)。

使用觸發(fā)式探測技術(shù)加快安裝速度并進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。對于后者，測頭找到磨制耳軸臂鑄件和C軸電機(jī)的外殼鑄件的棱柱位置并進(jìn)行調(diào)整，補(bǔ)償工廠內(nèi)環(huán)境溫度波動(dòng)導(dǎo)致的任何輕微移動(dòng)。

4.自動(dòng)校準(zhǔn)循環(huán)

五軸機(jī)床基座、軌道、托架等部位有多個(gè)冷卻通道，因此這些部件不會(huì)因內(nèi)部發(fā)熱而膨脹，為了適應(yīng)工廠內(nèi)的環(huán)境溫度波動(dòng)，可以使用觸發(fā)式測頭執(zhí)行自動(dòng)校準(zhǔn)循環(huán)。

這張圖展示了兩種自動(dòng)化形式。L形臂將非接觸式傳感器放在主軸面附近，實(shí)時(shí)補(bǔ)償主軸的膨脹或收縮。左上方的冷卻劑噴嘴自動(dòng)調(diào)整，根據(jù)已知的刀具長度將冷卻劑噴嘴朝向刀具尖端。

5.主軸補(bǔ)償

有些機(jī)床制造商將每臺(tái)機(jī)床交付之前給它們制定了算法，用于估算主軸在不同速度和運(yùn)行時(shí)間下的膨脹程度，但是要考慮到平時(shí)使用機(jī)床的所有方法是不可能的�？蛇x的自動(dòng)化主軸補(bǔ)償系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)針對主軸的膨脹（或收縮）進(jìn)行調(diào)整。系統(tǒng)將一個(gè)非接觸式傳感器連接到位于主軸面附近的L形臂上。納米級(jí)分辨率的傳感器會(huì)檢測運(yùn)行過程中的主軸膨脹和收縮，并將信息反饋給數(shù)控加工裝置，從而向上或向下調(diào)整Z軸進(jìn)行補(bǔ)償。這一點(diǎn)對于五軸加工尤其重要，因?yàn)榱慵�傾斜時(shí)，主軸的變化可能影響刀具尖端在全部三根線性軸，而不僅是Z軸的位置，自動(dòng)補(bǔ)償功能確保了表面平整度和融合效果良好、一致。

6.機(jī)床上的激光器刀具測頭

每次更換刀具后，會(huì)使用機(jī)床上的激光器刀具設(shè)置測頭自動(dòng)測量刀具長度和直徑。激光器測頭和接觸式測頭的校準(zhǔn)工具球在換刀裝置加工區(qū)域之外，因此它們不會(huì)受到碎屑和冷卻劑的影響。工廠指定了每種刀具直徑的公差范圍，如果測頭檢測到刀具直徑超出公差范圍，則不允許使用該刀具加工零件。例如，如果0.250 in球端銑刀測量值超出±0.0 002范圍，則不能使用，這一點(diǎn)也適用于刀具的長度。

在此之前，激光器會(huì)確定被更換的刀具是否破損。如果刀具破損，但按照計(jì)劃還要用于加工共用托盤內(nèi)已排隊(duì)等待的工件，則這些工件的生產(chǎn)工作要繼續(xù)進(jìn)行。例如如果ATC的5號(hào)位置的刀具發(fā)生破損，機(jī)床會(huì)移走刀具已經(jīng)損壞的零件，按照計(jì)劃裝載下一個(gè)工件并進(jìn)行加工，直到使用5號(hào)站的刀具。之后機(jī)床會(huì)移除這個(gè)零件，然后繼續(xù)加工隊(duì)列中的下一個(gè)工件，直到每個(gè)已裝載的工件加工完畢。

7.冷卻劑噴嘴調(diào)整

五軸機(jī)床除了使用必須手動(dòng)放置的傳統(tǒng)靈活冷卻劑噴嘴之外，還擁有一個(gè)冷卻劑輸送系統(tǒng)，可以自動(dòng)調(diào)整冷卻劑流的方向，使其對準(zhǔn)切削點(diǎn)，無論刀具有多長。噴嘴的方向是通過M代碼進(jìn)行調(diào)整的，而M代碼根據(jù)主軸安裝的下一個(gè)刀具的已知長度確定。

8.自動(dòng)傾斜編程功能

選用合適的軟件可以節(jié)省30%的編程時(shí)間，看重的節(jié)省時(shí)間特征是五軸自動(dòng)傾斜功能。如果擁有機(jī)床部件和軟件中進(jìn)行3D模擬的工件、固定裝置和模具，自動(dòng)傾斜的功能，就可以確定刀具或刀夾切削零件的深度，然后自動(dòng)傾斜零件，防止零件被破壞并保證加工繼續(xù)進(jìn)行。軟件還可以利用這些3D模型幫助程序員對加工操作進(jìn)行在線模擬，以檢測存在的隱患。

9.語法檢查

除了幫助程序員在軟件中進(jìn)行每個(gè)程序的在線模擬，還可以使用控制裝置的語法檢查功能自動(dòng)校對程序和后處理器，在依照計(jì)劃加工工件之前發(fā)現(xiàn)任何錯(cuò)誤。

10.程序重新啟動(dòng)

如果需要在程序執(zhí)行過程中停止機(jī)床，程序員不必手動(dòng)修改后面的程序，只要找到要停止機(jī)床的代碼行號(hào)然后擦除之前的所有代碼就可以從停止的位置重新啟動(dòng)。操作人員使用控制裝置時(shí)，只需要在命令文件中輸入行號(hào)，裝置就會(huì)自動(dòng)通讀程序并從相應(yīng)位置重新啟動(dòng)。

如今的加工任務(wù)中中，零件的尺寸、特征和幾何形狀種類越來越繁多，而加工區(qū)域必須在短時(shí)間內(nèi)滿足這些需求。正是以上這些元素組成了五軸技術(shù)，保證工藝能夠反復(fù)達(dá)到所需的公差和表面平整度，并且只需要很少的人工干預(yù)即可調(diào)整固有變量，避免對加工精度和產(chǎn)量造成不利影響。

（來源jiajuxai）

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