編程型Equator比對儀幫助創(chuàng)建用于軸承加工和工件分揀的自動化單元
2013-12-30 來源：數(shù)控機床市場網(wǎng) 作者：
美國德克薩斯州康羅市 — Conroe Machine公司實現(xiàn)了許多機械制造廠夢寐以求的目標：全天候采用無人操作的“自控”工序?qū)σ幌盗泄ぜM行車削加工與監(jiān)控。該公司將FANUC機器人與Equator?比對儀進行集成，同時采用雷尼紹EZ-IO軟件來提供易用而全面的通信功能，實現(xiàn)100%工件檢測以及對雙主軸Okuma 2SP-250車床的自動補償。這一集成的車削加工單元還可對成品件進行裝箱和堆垛。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化專家的聰明才智來充分挖掘新技術的潛力，Conroe公司就是一個明證：該公司的年輕數(shù)控程序員James Wardell和機器人技術員Jeff Buck圍繞雷尼紹編程型Equator比對儀開發(fā)出了相關應用程序和軟件。
該自動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量/分揀單元，將兩臺Equator比對儀、一臺FANUC機器人、一套影像系統(tǒng)和一套小型多道傳送系統(tǒng)組合在一起。在這兩種應用中，Equator比對儀無需使用任何夾具便能夠快速、經(jīng)濟地測量一系列軸承座圈，同時還可克服工廠環(huán)境變化帶來的影響，這充分證明了可編程比對檢測的價值。
Conroe Machine公司是一家相對年輕的企業(yè)，由Murray ‘Tippy' Touchette于2000年創(chuàng)立，企業(yè)的目標很明確：利用最先進的制造技術生產(chǎn)零件。公司隨后迅速發(fā)展壯大，員工人數(shù)已達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)務來自石油天然氣行業(yè)，主要是鉆探機械零部件生產(chǎn)。該公司的長期業(yè)務之一是制造井下泥漿馬達使用的推力軸承座圈，每周會全天候生產(chǎn)數(shù)千個這類零件。
進一步提升自動化水平
目前Conroe公司在四臺Doosan Puma車床上進行軸承粗加工，而以往則用這些車床同時進行粗加工和精加工，并且需要四名操作人員進行操作。現(xiàn)在，這些車床分為兩個單元，由FANUC機器人裝載/卸載工件，并且只進行粗加工操作；這些單元曾經(jīng)是該公司早期自動化項目的組成部分。完成精加工車削前，半成品件須先外送進行表面硬化，使其硬度達到HRC 65，深度為1.7 mm。
“我們利用這兩個單元每天穩(wěn)定生產(chǎn)800至1000個零件，也就是說每個單元每天生產(chǎn)400至500個零件，”James Wardell說道，“我們安排了一名操作人員負責將工件裝入機床并檢測工件。不過，在保證檢測結(jié)果準確的前提下，一名操作人員最多只能檢測這些數(shù)量的工件，但我們需要更大的產(chǎn)量。”
選擇Equator比對儀替代其他檢測方法
“對于下一步的產(chǎn)量提升，我們構思了一種全自動化的精加工過程，其中包含自動工件裝載、序后測量、自動刀具補償、工件雕刻以及成品件裝箱/堆垛功能。”他補充道，“我們對這一系統(tǒng)的組成有了較好的規(guī)劃，但在工件測量技術、數(shù)控機床類型以及刀具補償軟件方面還未最終確定。檢測過程必須快速完成，以便能夠趕上工件加工周期，這個時間最短只有98秒。最初，我們曾經(jīng)考慮過白光激光器，因為它的檢測速度很快，但工件的反射效應太強。我們還考慮過定制量具和車間坐標測量機。定制量具非常昂貴而且設定時要非常小心，而坐標測量機沒有速度優(yōu)勢。在與雷尼紹開展其他項目的合作時，雷尼紹美國公司的地區(qū)銷售經(jīng)理Sheila Schermerhorn將Equator比對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比對儀是專用量具的一種靈活、低成本替代方案。它采用比對測量的方法。具有已知測量值（通過坐標測量機測得）的標準件用于“校對”Equator比對儀，然后將所有后續(xù)測量值與標準件進行比對。校對后的重復精度可達到0.002 mm。為補償車間溫度變化，可隨時重新校對Equator比對儀。Equator比對儀使用SP25測頭來觸測工件和采集掃描數(shù)據(jù)，速度高達1000個點/秒。測針存放于內(nèi)置六端口交換架中，而系統(tǒng)通過MODUS? Equator軟件進行編程。Equator比對儀可通過按鈕輕松進行手動操作，但在本案例中，它非常適合集成到Conroe公司的自動化系統(tǒng)中，利用EZ-IO軟件實現(xiàn)自動化運行。
“2012年初，我們在Hartwig參加了一場工廠開放日活動，觀看了Equator比對儀協(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的PC操作平臺，這對于我們自主開發(fā)自動補償軟件非常重要。”
Equator比對儀已成為自動化單元的一部分
Wardell和Buck接下來組裝了一個由Okuma 2SP-250H、比對儀（單臺）、雕刻機以及FANUC M20iA六軸機器人組成的單元。生產(chǎn)過程中，首先將待加工的工件（約300個）裝入車床的雙工件傳送帶。車床的雙龍門裝載器隨后推進主軸，并將車削后的成品件放在通向傳送系統(tǒng)的料槽上，方便機器人拾取。機器人將成品件置于Equator比對儀上進行測量，若檢測合格，則將其傳送至雕刻機，最后對合格成品件進行裝箱/堆垛。
“我們自主開發(fā)了刀具補償軟件，可在OSP控制器上運行，”Wardell補充說，“該軟件將Equator比對儀的測量結(jié)果以CSV文件形式傳輸給車床，如果工件偏離公差，則執(zhí)行刀補動作。”工件每側(cè)的車削深度為0.38 mm，公差嚴格限定在±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)進行測量，毫不費力。”Wardell說。
控制加工過程
“我們的外徑/內(nèi)徑是保持不變的，可能會有零點幾的差異。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比對儀的高測量速度使其能夠輕松趕上加工進度。由于車間溫度控制在22.2 ℃，因此我們只需每天重新校對一次。
檢測原理和靈活的自動化設計
工件的測量方法出奇地簡單。“我們制做了一個鋁塊，中心帶有一個孔，然后把它放到Equator比對儀夾具板的中心位置，”Wardell解釋說，“我們用它來確定中心和設定坐標系。每個工件都放在鋁塊的中心。我們通過觸碰找到工件的中心，然后對其他部分進行表面掃描。我們設計的測量過程在操作時不需要更換工件夾具或測針。機器人通過Equator比對儀上的EZ-IO自動化軟件，選擇針對每種工件運行的測量程序。我們知道必須對哪些關鍵特征進行測量，從而確保工件在公差范圍內(nèi)。”
測量/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個成品件，因此，與以前需要兩個單元相比，現(xiàn)在只需一個單元即可，這為開發(fā)后續(xù)項目提供了可能 — 為客戶開發(fā)零件分揀單元。根據(jù)Touchette的設想，Wardell和Buck正在開發(fā)一種對使用過的泥漿馬達推力軸承座圈進行測量和分揀的單元。
在油田機械檢修車間內(nèi)，使用過的馬達經(jīng)拆解和翻新后，可重新使用。“過去，客戶通過目測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導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量和分揀系統(tǒng)，這個系統(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Equator比對儀、一臺FANUC LRMate 200iC六軸機器人、一臺小型多道傳送系統(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)將待測零件的編號以及需要運行的測量程序告知Equator比對儀。測量后，可重新利用的零件被放置在相應的傳送帶上，而報廢的零件則放置在廢品傳送帶上。
“我們設計的這個系統(tǒng)可以用卡車運輸，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)濟效益方面能與Equator比對儀相媲美，”Wardell補充說，“我們希望通過向客戶推廣集成式單元，為整個公司在這一業(yè)務領域的發(fā)展開辟一條新的途徑。”
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