采用（yòng）一種創（chuàng）新的自動化測（cè）量方法，來（lái）幫助解決多機床柔性生產（chǎn）環境所固有的問題

     2008年，Kurt製造公司在其Minneapolis製造廠安裝了一套自動化生產（chǎn）係統（APS）。該APS係統與加工單元成套投入生產，進（jìn）入該係統加工的零（líng）件是經（jīng）過預先（xiān）噴漆的鑄件，離開該（gāi）係統時，已成為組裝（zhuāng）好的組件。它將十分（fèn）有效的工裝夾具戰略與先進複雜的測量係統（tǒng）結合在一起，有效地控製在APS加工、熱處理和磨削加工操作中所出現（xiàn）的（de）各種（zhǒng）變量。

     按照Kurt製造有限公司的說法，人們之所以對其Anglock品牌的工裝夾具高度重（chóng）視，是（shì）基（jī）於它們的精度和經久耐用性。正是因為這個原（yuán）因，該公（gōng）司聲稱，50多年來，這（zhè）些台鉗一直成為該公司最暢銷（xiāo）的產品。

  
    
    測量是（shì）Kurt公司自動化生產（chǎn）係統獲得成功的關鍵因素之一。未經精密加工（gōng）的台鉗鑄體如圖片所（suǒ）示（shì），這是（shì）該鑄件在自動化係統的一台磨（mó）床中采用（yòng）自（zì）動裝卸工件（jiàn）前的加工情況

    該公司（sī）也明白，這種產品（pǐn）必定具有很強的價格競爭力。優質的台鉗，很好的（de）價格，是使贏家（jiā）在市場中保持領導地位和抵製海外低價仿製者的關鍵。整個APS與加工單元是（shì）成套投入生產的（de），進入該係統加工的零件是經過預先噴漆的鑄件，離開該係統時，已成為組裝（zhuāng）好（hǎo）的組件。該APS係統（tǒng）具有高度的內置自（zì）動化水平，可以24h不停地運（yùn）行，很（hěn）少需（xū）要人工幹預。

  
    
 
     這一APS係統總體布置圖顯出了該係統不尋（xún）常的L型布局配置。從圖片可以看到，兩台Chevalsier CNC數控平麵磨床被排列在裝卸工作（zuò）站的後（hòu）麵。加工中心位於背（bèi）景的左麵

     如果（guǒ）所生產的零件達不到必要的質量標準，那麽采用自動化生產當然也就毫無意義了。例如，台鉗元件的平整度和平行度必須符合緊密的（de）公差尺寸要求（qiú），這是兩項關鍵的質量指標，即使采（cǎi）用非常完善的手工工藝，要達到這一標準也並非易事。APS的設計已達到或超過（guò）了所規定的平整度和平行度公差尺寸要（yào）求，在無人化/無燈光作業的情（qíng）況下，也始終如一並可靠地保持其正常的生產能力。

     按照Kurt公司的設計及其（qí）工程技術人員的說法，要達（dá）到這一（yī）點是完全可能的，因（yīn）為APS將有效的工裝夾具戰略與先進複雜的測量係統結合在一起。它（tā）們的組合，可有效地控製在APS加工、熱處理和磨削加工操作中所出現的各種變量。八種不同型號和不同尺寸的Anglock台鉗元件，都（dōu）在APS上加工（gōng）處理，它們全部符合平整度和平行度的測試要求。

  
    
 
     Docklock氣（qì）動閥定（dìng）位係統（tǒng）所在的位置，及其如何將每一（yī）個台（tái）鉗（qián）鑄體鎖緊在（zài）磨床之（zhī）上。這些工作步驟由測量係統監控

     那麽，究（jiū）竟是什麽使其獲得了這（zhè）樣了（le）不起的成就？是多機床柔（róu）性生產係統的多（duō）樣化本質。簡單地說（shuō），多台（tái）機床的多種操作必（bì）然會（huì）增加造成誤差（chà）的機會。

     “采用這種多功能（néng）係統來（lái）達到較高的重複（fù）精度，其（qí）所麵臨的挑戰是：任何特定台鉗（qián）鑄體的加工處理（lǐ）可通過多種可能的生（shēng）產方式，”Kurt工（gōng）業產品部經理Jeff Lenz先生報告說。“例如，一種特定型（xíng）號的台鉗鑄體（tǐ），可（kě）使用5個加工（gōng）托盤中的其中一個，並在四台臥式加（jiā）工（gōng）中心的任何一台機床上進行（háng）加工。這個台鉗也可在兩（liǎng）個熱處理站的其中（zhōng）一個進行熱處理，並可在6個托盤的任何一個托盤上，以及在6個磨削工位的其中一個進行磨（mó）削加工。采用多種可能的生產方式，使用專用的（de）測量係統、工裝夾具（jù）和SPC軟件，其平（píng）整度和平行度就能達到我們的目標。而上述所有這些東西都是Kurt公（gōng）司的產品。”

      APS一瞥

      APS係統因其不尋（xún）常的混合設計而引人（rén）注目。該係統采用L型布局，其中L型的長腿部分由一（yī）套Mazak Palletech FMS（馬紮克托盤技術柔（róu）性生產係統）組成，其周圍與四台臥式加工中心相連接（jiē）。托盤技術兩個裝（zhuāng）載站的其中一個由一套機器人管理，該機器人也為一條由兩台平麵磨床、一個熱處理工作站（zhàn）和一台中型立式加工中心（xīn）組成的“支線”提供服務。雖然該托盤技術係統屬於該製造商技術中相當標準的裝（zhuāng）置，但該支線卻是由Kurt公司開（kāi）發的（de）其中一個配置，用於對機加工件的精密加（jiā）工。、

      
 
      係統上的其（qí）中一個顯示器，顯示出（chū）了台（tái）鉗鑄體表麵上的28個公差尺寸讀（dú）數

     而其他（tā）一些東西（xī）使APS與任何其他的柔性生產（chǎn）係統裝置有所不同—其設計為Kurt公司自己的產品係列創（chuàng）造了一個獨特的展示空間。工程技術人員采（cǎi）用標準的Kurt工裝夾具、專門設計的工裝夾具、Docklock和其他工程係統與（yǔ）這一加工單元組合配（pèi）套。事（shì）實上，有（yǒu）效的工裝夾具對保證穩定、優質的加工；可靠（kào）的機器人裝（zhuāng）卸；靈活的調度安排以滿足產品混合生產的需求（qiú）；對各種生產工藝的（de）集（jí）成組合是十分關鍵（jiàn）的。

     同樣，關鍵的磨削加工操作則由該公司Kurt Gaging計量部（bù）門開發的專用測量係統所控製。這一係統采用該公司的SPC軟件。該係統的（de）核心部分是其內部設（shè）計和建造的一個計（jì）量工（gōng）作站。當台鉗的原始鑄件進入到最後的（de）精加工磨削階段時（shí），該（gāi）計量站可對台鉗鑄體的每一項操作進行一（yī）係列的測量，監控每一道工藝（包括機加工、熱處理和磨削加工），中（zhōng）間無需轉換（huàn）。

     “當台鉗（qián）鑄體固定到夾具（jù）上加工時，一係列的LVDT探頭將對該零件的平整度、厚度和平行度進行測量。這一過程大約需要30s的時間。該計量裝置將會（huì）提供有關的測量數據，包括該台鉗鑄體的總體長度（dù），因此係（xì）統（tǒng）操作人員（yuán）完全理解零件在進行每一操作前後的（de）確切測量（liàng）數據。”Lenz先生（shēng）解釋說。

  
 
    
     接觸式測量探頭在每一個台鉗鑄體的多個關鍵（jiàn）位（wèi）置上（shàng）移動，測定其（qí）高度和所需的磨削（xuē）量。在（zài）未經精加工的鑄體上找到最高點（diǎn）和最低點，為磨床的（de）精（jīng）加工自動編程，以（yǐ）使其（qí）達到最有效的操作（zuò）水平

     由SPC軟件監控質量

     由SPC係統引導的APS係統、Kurt SPC Premium和Manager管理員軟件為全自動（dòng）化機床（chuáng）、CNC計算機數控和（hé）自動數據采集提供（gòng）了互動功能。檢查一下磨削工藝就可以看（kàn）到該軟件是（shì）如何管（guǎn）理機床和（hé）其他設備，以及與APS係統加（jiā）工單元中的其他（tā）步驟如（rú）何互動及如何發送一（yī）致的結（jié）果。

     APS中的兩台Chevalsier Smart B246011 數控平麵磨床，可加（jiā）工處（chù）理多達60種不同的台鉗配置。為（wéi）了確保精確的定位和保持（chí）所有這些不同的尺寸，在托盤上裝備了Kurt公司的Docklock氣動定位係統。該係統通過（guò）4個零點（diǎn）定位銷使其固定在每（měi）一托盤的（de）底部，這（zhè）些定（dìng）位銷（xiāo）由彈簧觸發定位，並使托盤固定，然後通過（guò）氣閥釋放它們。按照該公司的說法（fǎ），定位銷的定位精度保持在0.0002in（1in=25.4mm）範（fàn）圍之內，而Docklock的（de）氣（qì）缸可將台鉗鑄體緊緊地鎖定，以便於進行磨削加工（gōng）。完成定位和鎖緊的過程約需幾秒鍾。每台磨床（chuáng）的承受板一次可承接（jiē）多達三個托盤，這要根（gēn）據台鉗鑄體的尺（chǐ）寸和（hé）操作要求而定。

     一旦當托盤由機器人裝載到磨床的床身時，並由Docklock定位器定位以後，一個計量（liàng）頭就（jiù）會自（zì）動（dòng）就位，驗證每一個托盤的位置（zhì），並檢測每一台鉗（qián）鑄體的高度。這是通過電子方式測（cè）量托盤四角上的定位銷高度而完成（chéng）的。這一過程是為（wéi）了驗證托盤是否與工作（zuò）台床身對準，而同樣重要的是（shì）為了測試其是否存在任何負載問題。驗證高度的目的，是為了確（què）定每一（yī）台鉗鑄體所需（xū）的磨削量（liàng）。如果高（gāo）度和負載量不正確，機器人將會設（shè）法對托盤進行重新定位。如果重新定位未獲成功，托盤將被遣返，同時觸發（fā）機構向係統操作人員（yuán）發出報警，以便采取（qǔ）相應的措施。

     測量頭的（de）設計應能夠承受惡劣的磨削加工環境。冷卻液和油（yóu）泥的存在不應影響到測量操作或影響（xiǎng）其測（cè）量精度。磨（mó）床與測量頭之間通（tōng）過SPC數據采集軟件和KurtUSB直接測量頭接口硬件進行聯係。零件的測量數據與磨削加工的起動/停（tíng）止尺寸將被（bèi）直（zhí）接傳送給磨床控（kòng）製係統。在完成每一磨削加工周期之後，事（shì）先設置好的測（cè）量頭（tóu）將驗證最後這些加（jiā）工（gōng）工藝的精度。（為了量（liàng）具（jù）的精度和掌握（wò）整個測量過程，在預先確定和可編程的周期中，使用一個獨立於磨床托盤的固定銷（xiāo）釘來驗證和掌握（wò）量具的情況）。

     與安裝APS以（yǐ）前時的情（qíng）況相比較，采用SPC軟件來控製磨削加工操作，可使（shǐ）加工周（zhōu）期時間縮短30%。事實上，以（yǐ）前（qián）的（de）手工裝卸作業已被淘汰，無需等待時間，這一數字並沒有將這一等待時間計算在（zài）內。

     數據的（de）采集和分（fèn）析  

     在經過幾個星期的數據采集之後，該公司就（jiù）能識別出存在問題的區域，從而通過消除因夾具、工（gōng）具和其他問題所造成的變化因素，不斷提高工藝水平（píng），Lenz先生報告（gào）說。“當（dāng）我們在大量的數據中（zhōng）采（cǎi）集數據的時候，我們創建了一種含有幾個模式的分布圖，並建（jiàn）議在這一數據中采用一種以上的工藝。例如，數據顯示了每台臥式加工中心及每台磨床等的簽名。”

     Lenz先生（shēng）繼續說：“我們的測量（liàng）設置確保我們能夠生產出質量非（fēi）常穩定的台鉗鑄體，不管APS加工單元中的機床、夾具和工具係統采用什麽樣的組合。為了進（jìn）一（yī）步優化工藝，如果出現了問（wèn）題，或我們在工具（jù）、夾具及機床上的進給速度作出了變化，我們可（kě）以非常容易地分析其對（duì）生產的影響。”

     APS安裝之（zhī）前，Kurt公司采用傳統的熱處理、機加工（gōng）和（hé）磨削加工單元來（lái）生產其台鉗。操作人員必須經過特殊（shū）的（de）培訓（xùn）才能完成測量程序。

     Jon Baller先生是Kurt工程係統集團的軟件開發經理，他回憶說，以前測量工作是（shì）一項（xiàng）緩慢（màn）的過程。它取（qǔ）決（jué）於人員的變化（huà），一個操作人員與（yǔ）另一個操作人員有所不同，而且各生產班次也有所不同，因（yīn）此，保持穩定優質是一個很大的挑戰，他說：“當我們設計新的APS時，其目標是采用電（diàn）子方式實（shí）時監控加工精度與每一工藝步驟（zhòu）的可追溯（sù）性。我們已經達到了這一目標。而且，我們還更有效地使（shǐ）用了我們的勞動力。現在，我們隻需（xū）要三名操（cāo）作（zuò）人（rén）員，而老的生產係統，我（wǒ）們需要五名操作（zuò）人員。而且，新係（xì）統還很容易（yì）升級，因為我們在承接混合訂貨和增加訂貨數量方麵曾經曆過更多的變（biàn）化”

     請注意，該新係統（tǒng）具有（yǒu）很多優點，Baller先生提出的最重要建（jiàn）議之一是：“建立一（yī）套適合（hé）於我們台鉗生（shēng）產的大型係統，使（shǐ）我們能夠有機會來展示我們的能力。”歸根結底，這種優勢具有十分重要的意義，因為（wéi）它為我們公司提供了其所（suǒ）需要的工具，以保持其在全球市場競爭的質量（liàng）和價（jià）值。”