图2 Gersthofen市的Kuka Roboter公司负责机床自动化业务开发的Andreas Schuhbauer先生说:“如果系统需要应付不同零件的不断交换时,托盘交换系统才起到真正的作用。机器人的使用程度要比机床操作员的使用机会少得多。”
图4 对于设立在Denklingen市的Schuster Praezision公司总经理Markus Schuster先生而言,机器人自动化系统的优点是可以在其他多种机床上工作,如铣床、车床、磨床或装配机床
柔性自动化时代已经来到,众多的机床制造厂商也开始有能力在机器人与托盘交换装置之间进行自主选择。现在已经不存在特定的标准,取而代之的是灵活多变的解决方案。
按照Soltau Roeders公司总经理Juergen Roeders先生的说法,对机床实现自动化过程中一个关键的要求是:“可靠的操作运行——特别是在对工件提出高精密要求的时候。”当然,这种要求会根据不同的应用领域而有所变化。但是,由于机床的性能已得到不断的加强和发展,因此,在许多情况下工件的无人化操作生产已经成为可能,有时候甚至可以按照所要求的公差和必要的工艺能力实现大规模生产。根据Roeders先生的观点,这是一个先决条件,没有这一条件,要想真正降低生产成本来实现自动化加工是不可能的。这也是一个非常关键的标准,只有按照这一标准,才可能由生产任务来决定自动化在经济上的可行度。“如果在不需要检查的情况下,仍然能保持公差要求的尺寸精度,那么只有实现自动化才能真正大幅地节约成本。”
但是在实践中,对于自动化并没有统一的解决方案。往往有许多不相同的限制条件需要考虑,不但包括工件的尺寸、重量和品种,而且还包括每个工件的加工时间、所需的刀具数量、磨损情况以及辅助刀具的数量。
另外,还必须确定无人化生产的运行时间,建立自动化系统和配置自动化设备及工具所允许的最高费用。“准备在什么地方编制程序?是否能够真正在工艺过程中得到实现,前几个新型工件是否需要在加工过程中或加工以后进行检验?在机床上或自动化过程中,质量检查特别是尺寸检查能达到什么样的程度?”这一切问题对于Juergen Roeders先生而言,就是在实现自动化过程中需要考虑的某些标准。
图1 越来越多的机床开始用机器人来实现自动化。对于Fanuc Robotics公司而言,使配套设备实现标准化是他们面临的关键任务
机器人承担额外的任务
对于设立在Denklingen市的Schuster Praezision公司总经理Markus Schuster先生而言,机器人自动化系统的优点是:可利用机器人承担额外的工作任务,如去毛刺、清洗、刷洗、转动、托盘化搬运,或连接三坐标测量机进行测量。”也可以通过所谓的Jet机器人,将几台机床连接在一起组成一个自动化系统,从而降低自动化的成本。
托盘系统实现无人化操作
Markus Schuster先生继续说道:“另一方面,集成智能化托盘系统可以提高机床独立工作的时间,甚至允许引进无人化操作机制。”连续的批量生产特别显出了其重要性,它可使工件的调试装卡时间尽可能缩短。
其中另一个重要的角色是抓爪交换系统,机器人也将在NC程序选用以后逐渐建立起自身的地位,自动地执行抓爪系统的更换任务。可视化系统能够通过自动化工艺系统,自动识别分处理放置在散装零件筐中的零件。Markus Schuster先生还进一步提到柔性机器人单元的另外一个优点,这就是他们能够在多种机床上进行工作,如铣床、车床、磨床或装配机床。
Andreas Schuhbauer先生是Gersthofen市Kuka Roboter公司负责机床自动化业务的开发,他谈及这一方面的主要发展趋势包括:“易于为新工件配置刀具的柔性系统和成本费用的优化,例如,通过使用安全的机器人技术,将配置变得更为容易,价格更加低廉,或者通过更换能够从事辅助活动的机器人,使它们能够承担去毛刺、雕刻、清洗、分类或测量等工作。”
大型零件可以储存起来,以备长时间加工所需,这样就无需操作员干预(适于第三班无人化操作),而且操作容易,不需丰富的编程知识(采用Smart GUI智能软件,带有直观的用户图像界面),同时集成化机器人能节约很多空间,这一点也是非常重要的。
采用图像处理系统检测位置,可使零件从任何方向都能够传送到机床或从机床(棒料装载机,带有溜槽传送设备的自动车床)传送到机器人。将几台机床连接在一起对零件进行6面体加工也是很有帮助的。Andreas Schuhbauer先生建议将受力传感器系统应用于灵敏的操作系统,但如果需要对多种元件进行灵活地加工,那么应该采用大型工件库。
图3 使用机器人的一大优点是他们的自由度很大。还可以利用机器人发挥其额外的功能,如测量或去毛刺
如采用托盘系统,元件必须由机床操作人员进行安装。这是一项既费时间、又费工本(包括托盘费用和劳务费用)的工作。此外,使用托盘比只采用零件所占空间面积更大,也就是说在同样的表面积上,能够处理的零件数量减少了。需要考虑在内的还有工件的重量,因为在某些情况下,这将有可能会进一步增加生产成本。
按照Schuhbauer先生的说法,只有在下列三种情况下,一个托盘交换系统才能起到真正的作用:“根据我们的经验,第一,如果该系统必须应付不同零件的不断交换,又不可能在机床上提供一个可灵活承受零件的解决方案或一个可由机器人更换的交换工作台;第二,机器人的利用程度要比机床操作员的使用机会少得多,因为当机床不需要看管的时候,操作人员需要安装托盘交换装置和在其他区域执行其他任务;第三,当工件的重量超过机器人最大负荷。”
Hamuel公司前不久开发的高速HSTM 300型机床配置了一个6轴摇臂式机器人,作为机床的上下料使用。Hamuel公司声称,这一机器人特别适合于汽轮机叶片等零件的自动车削和铣削加工。根据该制造商测得的数据表明,据说该机床的重复定位精度实现小于1μm,未来将属于标准化的配套设备。
位于Neuhausen市的Fanuc机器人德国公司总经理Gerald Mies先生说:“我们看到了未来的配套设备需要进一步实现标准化,同时必须具备足够的灵活性,适于在实践中出现的各种加工状况—这听起来似乎比较复杂,但实际上非常简单。”这是因为已将机器人和图像处理系统结合在一起,正如Fanuc公司所提供的那样,是一套综合性的一站式整体解决方案和一套标准化设备,并具有非常大的柔性化。
事实上,柔性化是超越托盘系统的最重要的优点,“一直在生产成百万个相同零件的任何人似乎可以从自动化系统中获得不少的好处”,但无论是谁,花费比产品生产还要长的时间去设计和制造一个装置就需要考虑这一装置是否能够有效地利用时间,“正如我们所称呼的那样,在我们的机器人单元中,我们开发了一个柔性的概念,它总是保留着许多创造性的自由空间,但同时又非常经济,因为元件主要来自于产品样本。”
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