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最近的巴黎航空展不僅展示了最新的機型，同時也展示了最新的飛機制造過程范例。盡管與最新的商業客機相比，飛機制造過程也許顯得不那么光鮮，但最新的制造技術展品仍然吸引了成千上萬的航空工程師和制造業高管們于6月15~21日，參觀位于巴黎市區北部郊區的布爾歇機場。

在眾多的展品中，有一個專門用于加工和拋光噴氣發動機渦輪葉片的自動化系統。這個系統包括一個Flexmill S系列平臺，其中有一臺架空式ABB機器人操縱渦輪葉片完成一個連續的加工和拋光過程，完全實現了自動化。

圖1 Flexmill S系列平臺的配置旨在自動加工處理噴氣發動機的渦輪葉片。為實施金屬切削，架空式ABB 640型機器人對著磨料刷輪或銑刀移動葉片

機器人的靈活性是系統的重要能力。該系統確切地展示了機器人如何使一個笨拙的多軸數控加工中心重新振作起來。然而，機器人的卓越協調性以及其他用于測量和金屬切削的機載系統掩蓋了使系統發揮卓越功能的軟件協調作用。

這個協調作用代表了自適應加工的一個突出例子，在加工過程中導入檢驗，并用于針對每個零件的工序過程，以便每次都獲得理想的結果。在這種情況下，所有的步驟都由CAM軟件開發商Delcam的軟件程序負責實施。這些程序無縫地協同工作，進行相關的設計、加工和檢驗。它們所體現的概念和功能適用于作為獨立產品的其他加工和檢驗情況。葉片加工系統僅僅提供了一個用于檢查這種交互作用的背景。

圖2 經過編程的機器人對著磨料刷輪或銑刀，清掃短弧中的葉片曲面。用于拋光的刀具軌跡由Delcam的PowerMill機器人接口生成

硬件平臺

Flexmill作為芬蘭JOT自動化技術公司的一個分支, 是為制造企業(尤其是電子產品行業)提供模塊化機器人解決方案的供應商。公司的S系列平臺專門設計用于機器人銑削、磨削、擦光(表面光滑)以及拋光處理。根據應用場合的不同，各主要機器人開發公司生產的各種鉸接型(搖臂)機器人可以在機床內部，將某個零件搬運到加工工位，或者動力刀具帶到由工件夾具所夾緊的靜止部分。

航展上展出的葉片加工系統配備有安裝在機床結構上置式機架的ABB六軸機器人。此配置可為各種加工站釋放下部的空間。在這種情況下，兩個研磨刷輪(在分開、并排的主軸中旋轉)位于作業區的右側。在左邊是一個墻上托架，它起到支撐接觸觸發器探頭的作用，同時還可支撐銑刀的高速空氣主軸。 加工處理葉片所需的所有可編程軸均是機器人的組成部分。

這些站之間的空間給機器人足夠的空間來操縱用于支撐渦輪葉片的臂端夾具。在這個演示中使用的葉片大致尺寸是一個蛋糕刀的大小：長度約6~7in，寬度約3~5in。該系統還可以處理較大或較小的葉片。

工件梭動搬運裝置負責進出作業區下面的外殼，運輸托盤。每個托盤都有分開的口袋，用于收納已完工和未完工的葉片。機床底座地面中的卷疊式蓋子在機床中梭動搬運裝置的上部開閉，這樣機器人就可以交換已完工和未完工的葉片。當某個托盤往返移動在外殼之外的站，則可手動裝載/卸載葉片(盡管此步驟也可實現自動化)。

這個Flexmill配置占用了約30平方英尺的面積,但也可以配置更大的系統,以滿足各種需求。

補丁程序

Delcam提供了自適應加工技術，以及用于加工自動化的所有底層軟件，Delcam在此應用中配置了三個主要的軟件成分。PowerMill Robot進行機器人的編程。從基本上講，這個軟件生成了使用傳統PowerMill能力的刀具軌跡，提供了針對機器人的一系列額外功能，以確保機器人運動的精準性。

與具有對其可用線性軸和旋轉軸運動的高度的可預見性不同，機器人對其關節的運動方式，有很多可選方案，以創建預期的運動。但是，并非所有這些可選方案都同樣具有可行性。某些關節位置的組合可產生“異常”，其中關節的對準會限制可操作性，或導致不穩定的運動。這種情況就好比以非自然的方式，把胳膊擰到一個人的肩胛骨之間。

出于這個原因，PowerMill的機器人接口包括：能夠顯示編程器的方向選擇對機器人影響的仿真模擬，以便檢測和糾正異常狀況。當機器人程序在仿真模擬中得到證明之后，即可進行后置處理，以滿足單元中特定型號機器人的各種需求。針對此應用的機器人編程包括：檢索葉片，跟蹤將葉片曲面和砂輪接觸的模式，移動葉片頂部，并將其橫架在銑刀上進行修整，并將加工完成的葉片返回到梭動裝置。

協同配合機械加工作業的探測例程由Delcam公司的綜合檢測軟件PowerInspect負責處理。該軟件編制了檢查順序，使機器人能夠在系統確定葉片上現有庫存材料所需的點位，接觸到相對于探頭的葉片。這一步驟還檢查葉片的位置和方向。可自動調整加工路徑，以補償任何已被發現的未對準。

圖3 機器人將成品葉片返回地板下的零件梭動托盤。在同一個托盤中承載下一個待加工的葉片

適應某個自適應過程

第三個軟件成分是Delcam能夠帶來的自動化，它可以連接探查例程和加工例程，以創建一個真正的自適應加工過程。從本質上講，自適應加工采用了過程中檢驗的方式，以確定擬加工零件的形狀，然后使刀具軌跡適應于加工具有高精度的零件。這個周期可以重復，直到計算機輔助設計文件中的標稱零件形狀與已完成加工的零件形狀之間達到完整符合的程度。

不同于PowerMill和PowerInspect軟件，Delcam自動化是一種基于云計算的過程控制軟件，由Delcam專業服務提供，該團隊由可為某一應用創建定制工作流的制造軟件專家構成。例如：在此應用中，過程中檢驗數據得以收集并被用于重塑一個標稱的CAD模型，以便使其代表已完成加工的零件。這種新模式繼而被用于自動為再加工生成一套獨特的刀具軌跡。一旦為應用確立了這個工作流，自適應加工反饋回路便可通過一臺連接到機床控制，并鏈接到一個基于云的加工位置(或在機械工廠的網絡或在互聯網上)進行協調。Delcam自動化系統管理全自動單元的所有過程控制，復雜的計算任務，并為單元提供保證生產流暢所需的各種控制指令。

一般情況下，在單元上被加工處理的葉片可生成跨越磨銑站的一兩個道次。砂輪可在每面持續30s的一個拋光周期中去除大約20μm。使用8000r/min的硬質合金側向切削銑刀對齒緣進行銑削時，大約可從頂部去除0.25mm。

自適應加工的情形

據Delcam公司專門負責機器人解決方案的行業營銷經理查爾斯·瓊斯稱，具有自適應加工的機器人系統最具優勢，可以消除混合問題，避免手工整修操作，并最大限度地減少切割時間。在這種情況下，生成準確塑造的光滑表面，提供了一種有效、經濟的方式。自適應加工也充分利用了機器人的靈活性。例如：兼容的臂端工具可以處理各種尺寸的葉片，其原因在于探測提供了正確的零件位置和方向。無需定制工件夾具。

同樣，轉換只不過是找出正確的零件號，調用相應的CAD數據及其相關刀具軌跡這樣一個簡單的過程。重新生成擬加工區域的刀具軌跡可補償搖桿機器人剛度的固有限制。最后，自適應加工可確保已完工零件符合表面光潔度和尺寸公差的規范。在這個系統中，在合格零件被生產出來之前，機器人不會停止工作。