通过Steve Meyer，特约编辑
有一家公司利用CAD、视觉系统和机器人技术在大型铸件磨削方面取得了巨大的进步。下一代的磨砺将与过去完全不同。
传统的机械加工和磨削工艺已经存在很长时间了。历史学家记载，最早的车床是在1483年左右开始运转的。将金属切割成复杂形状的机器是工业革命的基础，也是所有现代制造业的基础。计算机数控(CNC)自20世纪50年代开始使用。制造金属零件需要付出很多努力，而制造零件的效率也需要付出很多努力。金属零件的3D打印是下一代零件制造的开始，但目前它只在复杂的设计中具有成本效益。
在工程学院，本科的机械工程师学习制图，以记录和传达零件设计。这个过程要求我们想象一个部件，就像它在一个玻璃立方体里一样，想象它的边缘、孔和部件形状的特征，就像它们会出现在立方体的2D表面上一样。复杂的零件通常需要大量的细节，以获取生产所需零件所需的所有信息。内燃机是这种复杂性的一个很好的例子。
计算机辅助设计(CAD)早在20世纪70年代就出现了——最初，它是一种非常昂贵的工作站，允许设计师在没有铅笔和纸的情况下进行2D和3D工作。在20世纪90年代，台式机系统上的低成本程序取代了工作站。当数控零件编程编辑器成为该软件的扩展时，三维实体建模软件与加工集成在一起。生产一个新零件所需的时间和成本大大减少，这永远地改变了整个行业。
所有这些工具和训练都是基于笛卡尔(垂直)方向作为可视化和加工零件的标准手段。机床的组织方式相同，使用三个直线、垂直的轴来铣削、钻孔、钻孔或攻丝一个零件。5轴加工中心是更灵活的添加2个旋转轴到3笛卡尔，但这是非常昂贵的，并不能解决所有的问题。随着零件尺寸的增加，支撑机床所需的力按算术方式增加。其结果是，制造发动机部件等零件的加工中心最终要花费数百万美元。
在复杂的零件中，可能需要几台不同的机器来完成所有所需的加工。传统的制造过程需要从一台机器到另一台机器的耗时设置，这可能导致灾难性的错误。零件在加工过程中走得越远，报废零件的成本就越高。此外，多台机床导致极高的零件成本。
因此，研磨大型复杂铸件的理想解决方案是一台可以在单个工作单元中使用单个零件设置来加工零件的机器。这正是Chris和Randy Sutton决定在他们位于阿拉巴马州Alabaster的工程公司Sutton engineering Technologies (SET)所创造的。萨顿兄弟和他们的工程师团队拥有数十年的经验，并有远见地用更有效的解决方案来解决生产问题。
Sutton Engineering已经成功集成了Kuka Titan系列机器人，它的末端执行器是一个40马力的主轴电机。这个看起来令人敬畏的组合创造了一个巨大的机器人研磨工具。该机器人有6个运动轴，长度接近12英尺，能够以惊人的灵活性完成大型工作。除了机器人的尺寸，它还有1650磅的有效载荷能力，这使它有足够的重量来携带40马力的主轴电机进行磨削，并能在主轴末端产生足够的力来进行一些严重的材料去除。
主要的事件研磨金属
在任何磨削环境中，一个主要的限制是材料去除的速度。这是材料硬度和要去除的材料的横截面或体积的函数。高速主轴电机是用来提高材料去除简单地加快事情，通常在速度10,000到40,000 rpm。然而，在研磨过程中，去除的材料数量会出现不必要的变化。
传统磨削是磨削工具与工件啮合的结果。这通常在机器中作为开环定位函数来完成。如果是用CNC进行磨削，有刀具磨损补偿功能，以确保精度，但这仍然是严格的定位过程，可能会发生误差。缺少的是测量磨削工具末端的力。
SET机器人磨床在机器人手臂、主轴电机和砂轮之间集成了应变装置。该传感器实时测量砂轮、机器人和工件之间的力。这就形成了一个围绕磨削过程的闭环，可以由系统控制器监控和调节。
当机器人从工件中取出材料并到达一个需要多次打磨的截面时，应变装置检测到反推，这也反映在机器人的定位系统中。通过记录“错位”状态，机器人可以返回并在受影响的区域进行第二次探查，消除高点。SET工艺已经经过测试，正在生产精确的、可重复的零件。
一个丹佛斯VLT驱动器用于控制转速高达12,000 rpm的感应主轴电机。该VFD能够进行速度和扭矩调节，并具有足够的动态响应，以优化磨削过程。驱动器甚至能够执行主轴定向周期到1/32英寸。旋转位置，这样机器人就可以从磨削过程所需的多个砂轮中选取一个。
单设置与自动归航
磨削复杂金属铸件最困难的方面之一是定位零件并为机床创建一个home position reference。SET机器人研磨中心以一种独特的方式解决了这个问题。
准备磨削的零件被夹在一个大的转盘上，这个转盘可以像装载机/卸料机一样分度，根据尺寸的不同，机器人一次可以接触到2或4个零件。零件固定在镜像中，这简化了机器人磨削路径的编程。工作单元中的多个部分也有助于确保高的操作效率，从而使生产力最大化。
工作单元包括一个操作员工作站，操作员可以在其中从列表中搜索和选择生产零件编号。选定零件编号后，视觉系统扫描该零件，并将其与系统控制器中的文件中的3D参考图像进行比较。此步骤验证工作单元中是否存在正确的部件。视觉系统还会扫描铸件的浇口和通风口等突出特征，以确定零件的位置和方向。利用这个输入，机器人进行多点触发循环，以提供零件位置的绝对验证。
这种独特的硬件和软件功能的结合，使机器人磨削工作单元可重复，可靠和高效率的磨削复杂的零件。最初的演示表明，在没有废料的情况下，循环时间提高了300%。
其他功能
目前，有两个直径10英尺的工作台，用于放置由第三个工作台支撑的部件，该工作台可以在机器人的工作包膜内和外索引工作。所有三个工作台都由闭环液压执行器独立控制。工作台最多可支撑四个部件，每个部件重达3750磅。主工作台有相当大的额外容量，可支持高达15,000磅的工作。工作台系统由多个液压缸支撑，使其水平并得到均匀的支撑。
机器人磨削超越了五轴加工，增加了在零件内部相对自由操作的灵活性。清理铸件的内表面相对容易，因为机器人可以从任何一边触及铸件内部。
SET机器人磨削中心结合了CAD, CAM，视觉，负载传感器，主轴驱动和机器人，成为一个优雅的，高生产率的工作单元，解决了许多应用问题。新解决方案的经济效益引起了几家大公司的注意，他们表示有兴趣测试系统以满足自己独特的需求
萨顿工程技术
www.setincorporated.com
丹佛斯北美
www.danfoss.us
了下:机电整合的建议
