CN113103042B - 面向生产线的薄壁舱体车铣复合加工的自动化装夹方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种面向生产线的薄壁舱体车铣复合加工的自动化装夹方法，包括：根据预设要求配车软爪；桁架机械手夹持并携带舱体运动至机床内预设的装夹位置，并将机床自定心中心架移动至夹持位置，打开桁架机械手末端浮动单元；机床车副主轴沿机床车主轴方向移动，使车副主轴上的弹簧顶紧机构将舱体端面与车主轴自定心卡盘上的软爪定位面贴合；车主轴和车副主轴同步旋转同时车主轴上自定心卡盘执行夹紧动作；车副主轴退回安全位置，机床自定心中心架执行夹紧命令；机床在机测头测量舱体外圆上预先加工的定位孔实际周向角度位置，并计算定位孔实际角度位置与理论角度位置偏差；驱动机床车主轴进行旋转以补偿角度位置偏差实现角向定位。
Description
技术领域
本发明涉及工业自动化领域，具体地，涉及一种面向生产线的薄壁舱体车铣复合加工的自动化装夹方法。
背景技术
装夹精度是影响产品加工质量的一个重要因素。针对薄壁舱体零件内腔车削，传统装夹方法为人工手动装夹，一端软爪装夹外圆，一端中心架辅助支撑，过程中通过人工调整，找正舱体外圆跳动量，进而保证装夹精度。
随着人工成本的大幅提升，为实现零件的无人化、少人化加工，自动化加工生产线已成为一种趋势。自动化机加工生产线要求实现零件定位装夹的自动化，因此需要采用自动化设备，通过数字化的手段，模拟人工手动装夹过程，进行自动化装夹，且要求能实现装夹精度的可靠性和一致性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种面向生产线的薄壁舱体车铣复合加工的自动化装夹方法。
根据本发明提供的一种面向生产线的薄壁舱体车铣复合加工的自动化装夹方法，包括：
步骤M1：加工前基于舱体外圆直径D根据预设要求配车软爪；
步骤M2：桁架机械手夹持并携带舱体运动至机床内预设的装夹位置，并将机床自定心中心架移动至夹持位置，打开桁架机械手末端浮动单元；
步骤M3：机床车副主轴沿机床车主轴方向移动，使机床车副主轴上的弹簧顶紧机构将舱体端面与机床车主轴自定心卡盘上的软爪定位面贴合；
步骤M4：桁架机械手松开舱体，并运动到机床外；
步骤M5：机床车主轴和机床车副主轴同步旋转的同时车主轴上自定心卡盘执行夹紧动作；
步骤M6：机床车副主轴退回安全位置，机床自定心中心架执行夹紧命令；
步骤M7：采用机床在机侧头检测舱体外圆跳动量，确保加工前装夹精度满足预设工艺要求，当不满足时，则执行下料程序，采用桁架机械手将当前舱体取走，取新的舱体并重新执行装夹程序；
步骤M8：机床在机测头测量舱体外圆上预先加工的定位孔实际周向角度位置，并通过机床内部宏程序计算定位孔实际角度位置与理论角度位置偏差；
步骤M9：驱动机床车主轴进行旋转以补偿角度位置偏差，实现角向定位。
优选地，所述步骤M1中配车软爪包括：配车的软爪内径尺寸为舱体外圆直径D-(0.01～0.03mm)。
优选地，所述步骤M2包括：
步骤M2.1：桁架机械手携带舱体运动至机床上方上料位置；
步骤M2.2：桁架机械手携带舱体向下运动至机床内部并保证舱体轴线与机床主轴轴线同轴度不大于预设值；
步骤M2.3：桁架机械手携带舱体沿主轴方向移动至舱体端面与软爪定位面间隙在预设范围内的位置；
步骤M2.4：将机床自定心中心架移动至夹持位置；
步骤M2.5：打开桁架机械手末端X、Y、Z以及偏扭方向的浮动模块。
优选地，所述步骤M2.4包括：夹持位置为距舱体定位面0.6L～0.8L处，其中， L为舱体总长。
优选地，所述步骤M3包括：机床车副主轴上弹簧顶紧机构压缩产生的轴向顶紧力FN所产生的舱体在定位面上的摩擦力Ff小于卡盘的夹持力F夹持，且大于舱体的重力G舱，即G舱＜FN×μ＜F夹持，确保卡盘执行夹紧动作时，舱体会沿定位面滑动，不会掉落或产生卡滞。
优选地，所述步骤M5包括：机床车主轴和机床车副主轴按照预设转速进行同步旋转，自定心卡盘执行夹紧动作，确保后续卡盘夹紧过程中，零件两端面同步向心移动，避免由于零件重力的影响，两端不能同步移动导致零件装斜。
优选地，所述步骤M7包括：
采用机床机测头在预设个角度位置上分别测量舱体外圆的径向坐标，并计算预设个角度位置上的径向最大偏差，当径向最大偏差大于预设值时，则触发异常处理机制，执行下料程序，采用桁架机械手将当前舱体取走，取新的舱体并重新执行装夹程序。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过对软爪尺寸、顶紧机构及顶紧力计算方式、双主轴同步旋转夹紧动作、装夹过程进行设计，并借助机床在机测量模块，进行装夹精度的测量及判断、角向定位偏差的宏程序自动补偿，通过数字化手段，对桁架机械手和机床各运动部件的动作进行顺序控制，实现了薄壁舱体车铣复合加工自动化定位装夹，相比于传统人工手动装夹，整个装夹过程采用生产线中控系统协调控制桁架机械手和机床各运动部件之间的先后动作顺序，达到了舱体的完全定位与可靠夹紧，省去了人工调整过程，实现了定位装夹过程的自动化，装夹精度可靠、稳定，装夹效率更高，是一种面向无人化加工生产线的自动化装夹方法，为类似结构零件的自动化生产线的装夹设计提供了一种解决方法和思路。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为发明实施例提供的一种薄壁舱体生产线车铣复合加工的装夹示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明的目的在于提供一种面向生产线的薄壁舱体车铣复合加工的自动化装夹方法，实现定位装夹过程的自动化，确保装夹精度满足工艺要求且可靠、稳定，满足自动化生产线对装夹自动化的要求。
实施例1
根据本发明提供的一种面向生产线的薄壁舱体车铣复合加工的自动化装夹方法，如图1所示，包括：
步骤M1：加工前基于舱体外圆直径D根据预设要求配车软爪；
步骤M2：桁架机械手夹持并携带舱体运动至机床内预设的装夹位置，并将机床自定心中心架移动至夹持位置，打开桁架机械手末端浮动单元；
步骤M3：机床车副主轴沿机床车主轴方向移动，使机床车副主轴上的弹簧顶紧机构将舱体端面与机床车主轴自定心卡盘上的软爪定位面贴合；
步骤M4：桁架机械手松开舱体，并运动到机床外；
步骤M5：机床车主轴和机床车副主轴同步旋转的同时车主轴上自定心卡盘执行夹紧动作；
步骤M6：机床车副主轴退回安全位置，机床自定心中心架执行夹紧命令；
步骤M7：采用机床在机侧头检测舱体外圆跳动量，确保加工前装夹精度满足预设工艺要求，当不满足时，则执行下料程序，采用桁架机械手将当前舱体取走，取新的舱体并重新执行装夹程序；
步骤M8：机床在机测头测量舱体外圆上预先加工的定位孔实际周向角度位置，并通过机床内部宏程序计算定位孔实际角度位置与理论角度位置偏差；
步骤M9：驱动机床车主轴进行旋转以补偿角度位置偏差，实现角向定位，执行加工程序。
具体地，所述步骤M1中配车软爪包括：配车的软爪内径尺寸为舱体外圆直径D-(0.01～0.03mm)。
具体地，所述步骤M2包括：
步骤M2.1：桁架机械手携带舱体运动至机床上方上料位置；
步骤M2.2：桁架机械手携带舱体向下运动至机床内部并保证舱体轴线与机床主轴轴线同轴度不大于0.5mm；
步骤M2.3：桁架机械手携带舱体沿主轴方向移动至舱体端面与软爪定位面间隙在1mm左右位置；
步骤M2.4：将机床自定心中心架移动至夹持位置；
步骤M2.5：打开桁架机械手末端浮动模块，要求桁架机械手上加装能够承受X向、Y向、Z向和偏扭方向的浮动模块，避免由于机械手粗定位后，舱体轴线与工装轴线之间存在偏差而导致刚性装夹发生。
具体地，所述步骤M2.4包括：夹持位置为距舱体定位面0.6L～0.8L处，其中，L为舱体总长。
具体地，所述步骤M3包括：机床车副主轴上弹簧顶紧机构压缩产生的轴向顶紧力FN所产生的舱体在定位面上的摩擦力Ff小于卡盘的夹持力F夹持，且大于舱体的重力 G舱，即G舱＜FN×μ＜F夹持，确保卡盘执行夹紧动作时，舱体会沿定位面滑动，不会掉落或产生卡滞。
具体地，所述步骤M5包括：机床车主轴和机床车副主轴按照(15～30)r/min进行同步旋转，自定心卡盘执行夹紧动作，确保后续卡盘夹紧过程中，零件两端面同步向心移动，避免由于零件重力的影响，两端不能同步移动导致零件装斜。
具体地，所述步骤M7包括：
采用机床机测头在12个角度位置(0°，30°，60°，90°，120°，150°，180°，210°，240°，270°，300°，330°)上分别测量舱体外圆的径向坐标，并计算12个角度位置上的径向最大偏差，当径向最大偏差即外圆跳动量大于预设值时，则触发异常处理机制，执行下料程序，采用桁架机械手将当前舱体取走，取新的舱体并重新执行装夹程序。
基于以上方法，实现了薄壁舱体零件车铣复合加工的自动化定位装夹，且满足了零件的高精度、高可靠性和一致性的装夹要求，为类似结构零件的自动化生产线的装夹设计提供了一种解决方法和思路。
实施例2
实施例2是实施例1的优选例
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的面向生产线的薄壁舱体车铣复合加工的自动化装夹方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效更易于明白了解。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的
本发明的核心思想在于，提供一种面向生产线的薄壁舱体车铣复合加工的自动化装夹方法，实现定位装夹过程的自动化，确保装夹精度满足工艺要求且可靠、稳定，满足自动化生产线对装夹自动化的要求。
在本发明实施例中，舱体外圆直径为Φ340mm，内孔最小直径为335mm，总长度586mm, 壁厚最薄为2.5mm，零件材料为铸造镁合金，舱体重力为9.5kg，采用的机床为双主轴车铣复合加工中心。工序内容为内孔车削和端面孔铣削，为保证加工精度，工艺要求在舱体自动装夹后，外圆跳动量不大于0.05mm。
图1为本发明实施例提供一种面向生产线的薄壁舱体车铣复合加工的自动化装夹方法的装夹示意图。参照图1，提供向生产线的薄壁舱体车铣复合加工的自动化装夹方法，包括以下步骤：
5：配车软爪
加工前按舱体外圆直径(Φ340.08mm)实测尺寸配车软爪内孔，软爪内孔直径为Φ340.06mm；
10：桁架机械手携带舱体运动至机床内，并保证舱体端面与卡盘软爪定位面间隙1mm 左右，且舱体轴线与主轴轴线同轴度不大于0.5mm；
1)带有V型卡爪的桁架机械手在料库抓取舱体并运动到机床上方上料位置；
2)沿高度方向运动至机床内部，确保舱体轴线与机床主轴轴线同轴度不大于0.5mm；
3)沿主轴方向移动至舱体端面与卡盘软爪定位面间隙为1mm位置。
20：中心架移动至距舱体定位面为400mm的夹持位置；
30：打开桁架机械手末端X向、Y向、Z向和偏扭方向的浮动模块；
40：副主轴沿主轴方向位移，通过副主轴上的辅助顶靠机构将零件端面与软爪端面贴合；
机床车副主轴沿主轴方向移动，副主轴辅助顶紧机构弹簧产生4.8mm压缩量，对应的轴向顶紧力约为270N左右。卡盘夹紧力为800N，轴线顶紧力产生的端面摩擦力约为110N，大于舱体的重力93N并且小于卡盘的夹持力，因此卡盘执行夹紧动作时，舱体会沿软爪定位面滑动，不会产生卡滞或掉落。
50：桁架机械手松开舱体，并运动到机床外；
60：双主轴首先进行同步旋转，转速为20r/min，随后自定心卡盘执行夹紧动作，零件两端面同步向心移动；
70：副主轴退回到安全位置；
80：自定心中心架执行夹紧命令；
90：采用机床在机测头自动检测舱体轴向和周向装夹精度；
采用机床在机测头在12个角度位置(0°，30°，60°，90°，120°，150°，180°， 210°，240°，270°，300°，330°)上分别测量舱体外圆的径向X坐标，并计算12 个角度位置的X坐标的最大偏差，若大于设定的偏差阈值(0.05mm)，则触发异常处置机制，即执行下料程序，采用桁架机械手将该舱体取走，取新的舱体并重新执行装夹程序，若小于设定的偏差阈值，则继续执行下一步骤；
100：在机测头测量舱体周向定位孔实际周向角度位置，并通过机床内部宏程序计算定位孔实际角度位置与理论角度位置偏差，且驱动车主轴进行旋转以补偿角度位置偏差，实现角向定位；；
110：执行加工程序。
基于以上方法，通过模拟人工手动装夹过程，实现了薄壁舱体零件车铣复合加工的自动化定位装夹，且满足了零件的高精度、高可靠性和一致性的装夹要求，为类似结构零件的自动化生产线的装夹设计提供了一种解决方法和思路。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (6)
1.一种面向生产线的薄壁舱体车铣复合加工的自动化装夹方法，其特征在于，包括：
步骤M1：加工前基于舱体外圆直径D根据预设要求配车软爪；
步骤M2：桁架机械手夹持并携带舱体运动至机床内预设的装夹位置，并将机床自定心中心架移动至夹持位置，打开桁架机械手末端浮动单元；
步骤M3：机床车副主轴沿机床车主轴方向移动，使机床车副主轴上的弹簧顶紧机构将舱体端面与机床车主轴自定心卡盘上的软爪定位面贴合；
步骤M4：桁架机械手松开舱体，并运动到机床外；
步骤M5：机床车主轴和机床车副主轴同步旋转的同时车主轴上自定心卡盘执行夹紧动作；
步骤M6：机床车副主轴退回安全位置，机床自定心中心架执行夹紧命令；
步骤M7：采用机床在机测头检测舱体外圆跳动量，确保加工前装夹精度满足预设工艺要求，当不满足时，则执行下料程序，采用桁架机械手将当前舱体取走，取新的舱体并重新执行装夹程序；
步骤M8：机床在机测头测量舱体外圆上预先加工的定位孔实际周向角度位置，并通过机床内部宏程序计算定位孔实际角度位置与理论角度位置偏差；
步骤M9：驱动机床车主轴进行旋转以补偿角度位置偏差，实现角向定位。
2.根据权利要求1所述的面向生产线的薄壁舱体车铣复合加工的自动化装夹方法，其特征在于，所述步骤M1中配车软爪包括：配车的软爪内径尺寸为舱体外圆直径D-(0.01～0.03mm)。
3.根据权利要求1所述的面向生产线的薄壁舱体车铣复合加工的自动化装夹方法，其特征在于，所述步骤M2包括：
步骤M2.1：桁架机械手携带舱体运动至机床上方上料位置；
步骤M2.2：桁架机械手携带舱体向下运动至机床内部并保证舱体轴线与机床主轴轴线同轴度不大于预设值；
步骤M2.3：桁架机械手携带舱体沿主轴方向移动至舱体端面与软爪定位面间隙在预设范围内的位置；
步骤M2.4：将机床自定心中心架移动至夹持位置；
步骤M2.5：打开桁架机械手末端X、Y、Z以及偏扭方向的浮动模块。
4.根据权利要求3所述的面向生产线的薄壁舱体车铣复合加工的自动化装夹方法，其特征在于，所述步骤M2.4包括：夹持位置为距舱体定位面0.6L～0.8L处，其中，L为舱体总长。
5.根据权利要求1所述的面向生产线的薄壁舱体车铣复合加工的自动化装夹方法，其特征在于，所述步骤M3包括：机床车副主轴上弹簧顶紧机构压缩产生的轴向顶紧力FN所产生的舱体在定位面上的摩擦力Ff小于卡盘的夹持力F夹持，且大于舱体的重力G舱，即G舱＜FN×μ＜F夹持，确保卡盘执行夹紧动作时，舱体会沿定位面滑动，不会掉落或产生卡滞。
6.根据权利要求1所述的面向生产线的薄壁舱体车铣复合加工的自动化装夹方法，其特征在于，所述步骤M7包括：
采用机床机测头在预设各角度位置上分别测量舱体外圆的径向坐标，并计算预设各角度位置上的径向最大偏差，当径向最大偏差大于预设值时，则触发异常处理机制，执行下料程序，采用桁架机械手将当前舱体取走，取新的舱体并重新执行装夹程序。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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