通过 史蒂夫·迈耶（Steve Meyer），特约编辑
一家公司正在利用CAD，视觉系统和机器人技术对磨削大型铸件进行重大改进。下一代磨削将看起来与以往不同。
传统的机加工和磨削工艺已经存在了很长时间。历史学家记录说，最早的车床之一是在1483年左右运行的。将金属切削成复杂形状的机器是工业革命的基础，因此也是所有现代制造业的基础。自1950年代以来一直使用计算机数控（CNC）。金属零件的制造需要花费大量的精力，并且要花费更多的精力来使零件更高效。金属零件的3D打印是下一代零件制造的开始，但目前仅在复杂设计中具有成本效益。
在工程学校，本科机械工程师被教以图形学，以便记录和交流零件设计。该过程要求我们将零件当作玻璃立方体一样思考，并想象该零件形状的边缘，孔和特征，就像它们出现在立方体的2D表面上一样。复杂的零件通常需要大量的细节才能捕获生产所需零件所需的所有信息。燃烧发动机缸体就是这种复杂性的一个很好的例子。
计算机辅助设计（CAD）始于1970年代，最初是一种非常昂贵的工作站，可让设计人员不用铅笔和纸来进行2D和3D工作。在1990年代，台式机系统上的低成本程序取代了工作站。当用于CNC零件编程的编辑器成为该软件的扩展时，3D实体建模软件已与加工集成在一起。减少了很多交货时间，并减少了启动新零件的成本，这永远改变了行业。
所有这些工具和培训都基于笛卡尔（垂直）方向，作为可视化和处理零件的标准方法。机床的组织方式相同，使用三个直线，垂直轴铣削，钻孔，钻削或攻丝零件。 5轴加工中心更加灵活，在3个笛卡尔中增加了2个旋转轴，但这要贵得多，并且不能解决所有问题。随着零件尺寸的增加，支撑机床所需的力会以数学方式上升。结果是，用于诸如发动机缸体的零件的加工中心最终花费了数百万美元。
在复杂的零件中，可能需要几台不同的机器来执行所需的所有过程。传统的制造程序需要从一台机器到另一台机器耗时的设置，这可能会导致灾难性的错误。零件沿着过程进行得越远，报废零件所代表的成本就越高。另外，多种机床造成了极高的零件成本。
因此，研磨大型复杂铸件的理想解决方案是使用单个零件设置即可在单个工作单元中加工零件的机器。克里斯和兰迪·萨顿（Chris and Randy Sutton）决定在阿拉巴马州阿拉巴斯特市的萨顿工程技术公司（SET）建立自己的公司，萨顿兄弟和他们的工程师团队拥有数十年的经验，并提出了解决方案来解决生产问题的愿景效果更好。
Sutton Engineering已成功将Kuka Titan系列机器人与40 hp主轴电机集成为末端执行器。这种强大的外观组合创造了一个巨大的机器人研磨工具。该机器人具有6个运动轴，可达到近12英尺的范围，可实现大型工作范围并具有出色的灵活性。除了机器人的尺寸外，它还具有1,650磅的有效负载能力，使其能够承载40马力的大型主轴电机进行磨削，并且能够在主轴末端产生足够的力以进行严重的物料清除。
主要事件-研磨金属
任何研磨环境中的主要限制之一是材料的去除速度。这是材料硬度和横截面或要去除的材料体积的函数。高速主轴电机通常通过以10,000到40,000 rpm的速度加速来提高材料去除率。但是，在磨削过程中会出现不必要的材料去除量变化。
传统的磨削是磨削工具与工件接合的结果。通常将其作为机器中的开环定位功能来完成。如果使用CNC进行磨削，则具有确保精度的刀具磨损补偿功能，但严格来说仍是定位过程-可能会发生错误。缺少的成分正在测量研磨工具末端的力。
SET机械手砂轮在机械手，主轴电机和砂轮之间集成了应变装置。传感器实时测量砂轮，机器人和工件之间的力。这样会在磨削过程中形成一个闭环，可以由系统控制器进行监视和调节。
当机器人从工件上取走材料并到达需要多次磨削的部分时，应变装置会检测到后推，这也反映在机器人的定位系统中。通过记录“不在适当位置”状态，机器人可以返回并在受影响区域进行第二次通过并消除高点。 SET过程已经过测试，正在车间生产精确，可重复的零件。
Danfoss VLT驱动器用于控制感应主轴电机，转速高达12,000 rpm。 VFD能够以足够的动态响应进行速度和扭矩调节，以优化磨削过程。该驱动器甚至可以执行主轴定向循环至1 / 32-in。旋转位置，以便机器人可以拾取一系列研磨过程所需的几个砂轮之一。
带有自动归位的单一设置
研磨复杂的金属铸件最困难的方面之一是将零件定向并为机床创建原始位置参考。 SET机器人磨削中心以独特的方式处理此问题。
准备好进行磨削的零件被固定在一个大的旋转工作台上，该工作台可以像装载机/卸载机一样进行分度，使机器人一次可以接触2或4个零件，具体取决于尺寸。零件固定在镜像中，从而简化了机器人磨削路径的编程。工作单元中的多个零件还有助于确保较高的运行效率，从而最大限度地提高生产率。
工作单元包括一个操作员站，操作员可以在其中从列表中搜索和选择生产零件编号。选择零件编号后，视觉系统将扫描零件并将其与系统控制器中归档的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零件。视觉系统还扫描突出特征，例如浇铸浇口和通风口，以确定零件在哪里以及其方向是什么。机器人使用此输入进行多点触碰循环，以提供零件位置的绝对验证。
这种硬件和软件功能的独特结合使机器人研磨工作单元在研磨复杂零件时可重复，可靠且高效。最初的演示显示循环时间缩短了300％，而且没有废品。
其它功能
当前，有两个直径为10英尺的工作台，用于由第三个工作台支撑的零件，这些工作台可以索引进出机器人工作范围的工作。所有三个工作台均由闭环液压执行器独立控制。工作台最多可支撑四个零件，每个零件重达3,750磅。主工作台具有相当大的额外容量，最多可支撑15,000磅的工作量。工作台系统搁置在多个液压缸上，以使其处于水平状态并得到均匀支撑。
通过增加能够相对自由地在零件内部进行操作的灵活性，机器人磨削远远超越了五轴加工。清理铸件的内表面相对容易，因为机器人可以从任一侧进入内部。
SET机器人研磨中心将CAD，CAM，视觉，称重传感器，主轴驱动器和机器人结合在一起，形成了一个优雅，高生产率的工作单元，可以解决许多应用问题。新解决方案的经济利益已经引起了几家大型公司的关注，这些公司表示有兴趣针对自己独特的需求测试系统
萨顿工程技术
www.setincorporated.com
丹佛斯北美
www.danfoss.us
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