龙门式机器人以及随后的一套机器人正从料库中拣取铸件，
并将其传送到这一加工单元内部管理机床的6套机器人身上
重型齿轮箱外壳的手工装卸是这个制造厂存在的首要瓶颈问题。该厂对自动化加工单元的操作经验十分有限，但决定安装一套大型加工单元。从该厂这套价值1300万美元的加工单元来看，可以发现一个令人感兴趣的布局和一套复杂的综合性技术。
Melvin Story先生是一名SEW Eurodrive公司的工程技术人员，他从1989年进入该公司以来，一直从事齿轮箱外壳的精加工作业。多年来，他和其他工作人员在该公司南卡罗来纳州的Lyman工厂努力工作，从事齿轮箱外壳铸件的钻削、镗孔、端面加工和沟槽加工的操作，以尽量缩短其加工周期。他们已经获得了很大的成功，其部分原因应归功于SEW公司将先进技术融入了加工工艺。他们的管理层认识到：采用高速、精密和经久耐用的加工设备，从长远来看，可提高加工效率和工作效益。
尽管能够获得这些效益，但数百磅重的铸件采用手工装卸，将继续成为其进一步提高实质性产量的一个障碍。虽然操作工可借用吊车从夹具上装卸散装的铸件，但机床上的装卸作业仍然是一项既费时又费力的工作。
图1 激光传感器可允许这一机器人
确定一个齿轮箱外壳在料库中的位置
SEW公司的齿轮箱壳体加工部还没有采用机器人帮助工作的经验，但很明显，他们需要一套自动化工艺来解决生产瓶颈问题。因此，在2006年年初，该公司开始雄心勃勃地引进了一套1300万美元的自动化项目，并达到了它所希望提高的产量目标。
领导这一项目的Story先生与维修总监David Turner先生说，他们所面临的最大挑战是，对所有必要的工艺进行编程设计，以确保加工单元在没有人工干预的情况下生产出优质的齿轮箱外壳。该加工单元采用一个独特的布局和令人感兴趣的综合性技术。
加工单元的剖析
Lyman工作基地是德国SEW Eurodrive公司设立在美国的总部。该工厂位于Charlotte城西80英里处，厂房面积25万ft2，负责直角齿轮箱外壳和齿轮组的加工和组装。该公司生产的坚固结实的齿轮箱，应用于多种工业的精密运动控制。
图2 扩展式分层夹钳可允许机器人拣取各种尺寸的齿轮箱
SEW公司的齿轮箱外壳通常在独立的双托盘卧式加工中心上加工。这套新的加工单元也采用这类机床。原先该套加工单元的设计要求采用8台卧式加工中心（采用FH-6000型Mazak马扎克机床），但允许再增加4台其他类型的机床。事实上，在2010年之前，SEW公司就已经完成了其他4台额外机床的安装（4台Makino牧野公司的A71型机床）。
齿轮箱外壳加工单元的核心由两排相对的卧式加工中心组成，在每一套6对端面加工单元之间装有FANUC机器人。每一对端面加工单元中的其中一台机床执行最初的op10加工任务，而其他的机床执行op20工作任务，完成齿轮箱外壳的加工。外层的自动化机构，可以这么说，是协助向加工单元内管理机床的机器人提供新的工件。两套FANUC龙门式机器人在跨越加工单元长度的一条轨道上运行，从料库拣取铸件，并将铸件传送到输送带上。最终，由这些输送带将铸件传送给加工单元上管理机床的机器人。nextpage
实践证明，有效地从料库中搬运铸件是该自动化项目中最具有挑战性的一项工作。在机器人从料库中夹取和搬运铸件前，它首先必须确定该铸件的确切位置。每个料库的堆料板上堆放了多排铸件。机器人在夹取每一个铸件前，不仅要知道每一个铸件在各排的X-Y坐标位置，而且还必须了解其确切高度。由于堆料板的高度不完全平整，因此每一个铸件的高度也变化多端。
图3 外面的龙门式机器人接收新的齿轮箱外壳加工件，然后将其
传送给加工单元内管理机床的机器人。在加工单元内可发现多种
工艺和技术，例如视频传感、零件清洗和三坐标测量机检验等
在夹取铸件前，传感器帮助每一套龙门式机器人精确地确定铸件的位置。安装在机器人身上的激光传感器，可确定其所夹持铸件矩形开口的X-Y坐标位置。一旦当该开口的位置被确定以后，安装在机器人身上的探头就可以确定铸件顶部Z轴的确切水平位置。然后，使夹钳在铸件开口处内定位并张开，夹取和装卸工件。该夹钳采用分层式设计，允许机器人处理三种不同大小的齿轮箱外壳尺寸。一旦当料库中的一排铸件被取完以后，机器人就会将该堆料板存放到加工单元的货架上。
对于最初配置8台机床的加工单元而言，只需要一套龙门式机器人。当该加工单元扩展到12台机床时，又增加了第二套机器人。因此，在中心点的一个中心区域可共享两套机器人。这两套机器人都可稍微超越该加工单元的中心线。如果当其中一套机器人因某种原因而无法工作时，证明这种设计具有很大的帮助。其他的机器人可为四对机床提供服务，而不是三对，从而可弥补和赢得其某些失去的能力。
用于管理机床的机器人还可利用其先进的传感器技术优势。白色光视觉传感器安装在每一个机器人的附近。在加载工件之前，机器人按照这些传感器来夹取铸件，以确保每一个工件在装载到机床夹具前的正确方向。
图4 在必须拆除夹具的情况下，快速
更换接头可以很容易地断开液压管线
零件的清洗站也安装在每一对卧式加工中心的附近。这些清洗站用于清除遗留在齿轮箱外壳上的加工污染物质。其中一个原因是非常重要的，因为有些齿轮箱外壳需要传送到加工单元的一台Zeiss CenterMax车间三坐标测量机上进行测量。某些加工数据的精确度必须保持在1μm之内，因此遗留在齿轮箱外壳上的污染物可能会导致产生检验误差。
当三坐标测量机发现一个数据确实超过公差时，它会向该加工单元控制器发出信号，使机床停止运行，并及时通知该加工单元的操作人员，以免机床生产出不合格的产品。在审核三坐标测量机的检验报告之后，将由操作员确定问题，并对机床作出必要的调整，然后再次运行该零件，看其是否需要另行加工，以使其达到公差尺寸的要求。
除了控制器与直观的人机界面接口之外，在加工单元中还建立了其他一些数据，以帮助操作人员进行日常的维护和执行其他必要的任务。例如，卧式加工中心配有Lube USA美国公司提供的油泵单元，可非常容易地润滑机床的导轨和带有拉杆的滚珠丝杠。此外，还配有可快速脱开连接的液压夹具，以满足夹具必须拆卸或更换的要求。
图5 在SEW公司配有12台机床的组合式加工单元上，其自动化系
统将不停地工作。该公司最近又在这条卧式加工中心生产线上增
加了一套托盘系统，因此机床的操作员不再需要人工装卸沉重的
工件。当其与自动化系统配套连接时，夹具系统也将进一步升级
加工单元的产量
采用独立的机床，SEW公司每8h一班的加工产量可达125个齿轮箱外壳。而采用加工单元，其每班可生产325个外壳，Story先生还在继续完善机器人的宏指令编程，以进一步提高这一数字。
这套大型加工单元的成功组合配套，已导致SEW公司走上了执行另一个自动化项目的道路。一系列的Makino牧野a99e型机床不久将配置一个托盘系统，以减轻操作员装卸零件的负担，目前操作员需要管理所有三台机床。虽然这套较小的加工单元产量不能与大型号的产量相比美，但它允许该公司获得同一类自动化生产的优越性。
