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        制造自動化技術在柔性生產(chǎn)線上的應用

        2015-12-02 01:37:16東風汽車有限公司設備制造廠湖北十堰442022殷安文
        金屬加工(冷加工) 2015年23期
        關鍵詞:缸體機械手工位

        ■東風汽車有限公司設備制造廠(湖北十堰 442022)殷安文

        ■湖北汽車工業(yè)學院(十堰 442002)陳君寶

        汽車工業(yè)的快速發(fā)展使機床行業(yè)呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭,同時也對機床產(chǎn)品提出了更高的要求。隨著數(shù)控技術的迅速發(fā)展和計算機集成系統(tǒng)的不斷成熟,制造自動化技術在柔性生產(chǎn)線上將會得到越來越廣泛的應用。

        制造自化技術,狹義上是指用機器(包括計算機)代替人的體力勞動或腦力勞動;其廣義上是指制造過程的所有環(huán)節(jié)采用自動化技術,實現(xiàn)制造全過程的自動化,即對制造過程進行規(guī)劃、動作、管理、組織、控制與協(xié)調優(yōu)化,以使產(chǎn)品制造過程實現(xiàn)高效、優(yōu)質、低耗、及時和潔凈的目標。以下結合我廠近年來多條柔性生產(chǎn)線的研制情況,從數(shù)控加工的角度來歸納、總結制造自動化技術在汽車柔性生產(chǎn)線上的應用。

        1.在線檢測自動補償技術

        (1)Z向尺寸的在線檢測、自動實時補償加工。神龍公司缸體線配有東風設備廠25臺加工中心和若干臺專機,這些設備用于粗精銑,粗精鏜、鉆、擴、鉸孔及攻螺紋等工序。該線中OP60工位精銑止推面尺寸精度為(46.45±0.05)mm,OP180工位精銑凸臺面,尺寸精度為(230±0.05)mm,由于這些尺寸在缸體零件中屬于關鍵尺寸,需計算CPK值(≥1.1),加工過程中靠機床的Z軸進給來保證。

        工件加工過程中,由于受環(huán)境溫度和主軸熱變形的影響,尺寸(46.45±0.05)mm和(230±0.05)mm一直都不太穩(wěn)定,且存在無規(guī)律變化,CPK值一直無法通過。在常規(guī)加工工藝無法解決的情況下,嘗試在OP60工位和OP180工位增加雷尼紹測頭,在線測量夾具的實際位置,通過光電發(fā)生器將測量的數(shù)據(jù)反饋給CNC系統(tǒng),以此來實現(xiàn)刀具的自動補償加工,如圖1所示。

        配備雷尼紹測頭后,Z方向的尺寸是通過實測后的實時數(shù)值來保證,消除了Z軸伸縮對加工的影響,加工出的零件尺寸精度一直都很穩(wěn)定,CPK值也比較好,提高了零件的加工質量。

        圖1 雷尼紹測頭在線檢測Z向尺寸

        (2)在線檢測槽寬尺寸,自動實時補償加工(見圖2)。長安汽車發(fā)動機廠缸體、缸蓋線配有東風設備廠28臺加工中心和若干臺專機,這些設備用于粗精銑、粗精鏜、鉆、擴、鉸孔及攻螺紋等工序。該線中OP270工位,精銑缸體瓦蓋槽結合面,寬度尺寸,加工過程中存在刀具磨損,尺寸很難保證。加工過程中,采用雷尼紹測頭在線檢測缸體瓦蓋槽開擋實際尺寸,根據(jù)所檢測的尺寸,加工程序進行自動實時補償加工,從而消除刀具尺寸的影響。

        (3)在線檢測孔中心坐標,自動補償加工。東風汽車發(fā)動機廠DCIll缸體、缸蓋線配有東風設備廠25臺加工中心和若干臺專機,這些設備用于粗精銑、粗精鏜、鉆、擴、鉸孔及攻螺紋等工序。缸體線中R2工位,擴RV15孔和攻螺紋,底孔由前序專機加工(其他加工基準的需要)。缸蓋線中R1工位,擴FV1孔和鉸孔,RV15和F V1底孔都由前序專機加工(其他加工基準的需要)。為了確保其加工時與原位置保持一致,采用雷尼紹測頭在線檢測RV15和FV1孔的實際位置,加工時再以所檢位置為基準實時加工RV15和FV1孔。

        圖2 雷尼紹測頭在線檢測槽寬尺寸

        (4)在線測量刀具長度、直徑(見圖3)。東風鑄鍛廠配有東風設備廠兩臺立式加工中心,用于加工汽車零件產(chǎn)品。為了提高產(chǎn)品的加工質量和加工效率,機床內配備了美德龍接觸式對刀儀,實現(xiàn)刀具的在線測量(刀長和刀具半徑)和刀具破損檢測,從而消除刀具和主軸熱變形等因素的影響。

        圖3 在線測量刀具長度和直徑

        2.零件自動輸送控制技術

        (1)不帶上料機械手的物流控制。東風汽車發(fā)動機廠DCI11和4H缸體、缸蓋線采用了目前我廠最為先進的物流輸送技術,零件從上料、各工位間傳輸?shù)较铝?,都由物流系統(tǒng)統(tǒng)一控制,減少了人力,降低了勞動強度,縮短了加工時間。

        為了精確控制線內物流,機床控制面板上有聯(lián)機、單機和排空三種狀態(tài),程序在執(zhí)行時有空運轉“入”和“切”兩種狀態(tài)。兩工位自動滾道間都設有下料位、中間位和上料位三個零件存放位。零件在輸送和加工過程中會顯現(xiàn)出不同的狀況,如機床當前是單機、聯(lián)機還是排空,機床內是否有零件,零件是否已加工完畢,上料位和下料位是否有零件等。除了數(shù)控系統(tǒng)和物流控制系統(tǒng)必須具備各種控制功能外,零件的數(shù)控加工程序也要能對各種情況作較強處理。

        (2)帶上、下料機械手的物流控制。DCI11缸蓋線R2工位加工高壓限位孔,受零件結構和加工方法的限制,加工中心需配備X、Y、Z、A和B五個軸,因而零件在輸送時需借助上、下料機械手才能完成。零件輸送時,除需具有不帶機械手的物流控制外,還需增加機械手的控制,如機械手內是否有零件,機械手當前是處在上料位還是下料位、是去執(zhí)行上料動作還是下料動作等。對于不同的情況,除了數(shù)控系統(tǒng)、物流控制系統(tǒng)需具備各種控制功能外,零件的數(shù)控加工程序也要能對各種情況作較強處理。

        3.自動識別、判斷、跟蹤技術

        (1)自動識別B軸是否處在正確的加工位。零件在加工過程,受一些不可預知因素的影響,如機床報警、突然斷電等,零件加工中斷。消除故障(機床重啟后都需重新回到機床零位),接著進行零件加工,此時加工程序需能識別出當前刀具加工零件時B軸的轉位情況,以確保零件加工部位的正確。

        (2)自動判斷機床所處的狀態(tài)。現(xiàn)場加工中,機床所處的狀態(tài)有聯(lián)機、單機、排空和正常加工、空運轉。是否需要攻螺紋,攻螺紋到哪個孔位,機床內是否有料,零件是否完成或加工到哪個工步,這些都可以在加工程序中編制相應的程序代碼中進行自動判斷,從而決定機床如何運行。

        (3)自動跟蹤零件加工工步號。零件加工中斷,機床復位或重啟,再進行后續(xù)加工,這些都無需人為干預,加工程序自動跟蹤零件加工工步,完成余下工步的加工。

        4.自動防撞技術

        (1)刀具長度自動比較。刀具長度和半徑補償功能是加工中心所具備的一項最基本功能,它能很好地解決由于不同刀具長度及半徑對零件加工帶來的影響。刀具長度、半徑數(shù)值的丟失(系統(tǒng)或人為)和人為輸入錯誤都可能導致撞機。在加工程序中增加刀具長度自動比較功能,就能解決由于刀具數(shù)據(jù)錯誤帶來的撞機風險。

        (2)小直徑刀具破損自動檢測。小直徑刀具在加工過程中易折斷,如不進行實時檢測,會對后續(xù)刀具加工造成影響,導致撞機。零件加工中增加小直徑刀具破損自動檢測,可以避免這一風險。此操作通常是通過在加工程序中執(zhí)行M信號來完成。

        (3)大直徑刀具主軸有無刀自動判斷。目前,大直徑的刀具在我廠設計制造的生產(chǎn)線中無法進行刀具破損檢測,但對于主軸上是否有刀,可以通過在主軸刀具夾緊時的信號來判斷,從而避免上一道工序未加工就進行下道工序的加工。

        5.結語

        數(shù)控機床正朝著高速度、高精度、多功能化、智能化(自適應控制技術)及可靠性最大化等方向快速發(fā)展,我廠的柔性加工生產(chǎn)線在用戶要求不斷提升的推動下,應用了諸多先進的數(shù)控技術,使其制造自動化程度得到了逐年提升。

        在柔性加工生產(chǎn)線上的數(shù)控加工程序中增加了在線檢測、物流自動控制、機床狀態(tài)自動識別、自動判斷和及時跟蹤、刀具狀況檢測等功能,大大增強了柔性加工生產(chǎn)線的安全性,提高了零件加工時自動化程度和零件加工精度。制造自動化技術是未來先進制造技術的發(fā)展方向之一,利用與數(shù)控相關的軟、硬件及網(wǎng)絡環(huán)境、機器人等,實現(xiàn)工廠自動化,可以大大提高企業(yè)的制造能力和競爭能力,為企業(yè)的生產(chǎn)產(chǎn)品快速推向市場提供保障。

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