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        智能化檢測在自動化柴油機加工生產(chǎn)線的高效應(yīng)用

        2024-06-27 21:57:46王維震王政朱啟增安傳鋒
        機電信息 2024年11期
        關(guān)鍵詞:倒角生產(chǎn)線工件

        王維震 王政 朱啟增 安傳鋒

        摘要:加工數(shù)據(jù)不只是流動、儲存,更多的是要與設(shè)備融合起來,為設(shè)備提供決策,實現(xiàn)預(yù)警、報警和修正。P系列柴油機自動化加工線便是融合了智能檢測、智能傳輸、智能分析計算反饋修正的一條生產(chǎn)線,現(xiàn)對其實現(xiàn)自動化、無人化生產(chǎn)過程進行分析。

        關(guān)鍵詞:工業(yè)4.0;自動化;智能檢測;在線測量

        中圖分類號:TP29? ? 文獻標(biāo)志碼:A? ? 文章編號:1671-0797(2024)11-0022-04

        DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.11.006

        0? ? 引言

        工業(yè)4.0時代已經(jīng)到來,傳統(tǒng)的生產(chǎn)線正逐步被自動化生產(chǎn)線所替代[1-2]。自動化生產(chǎn)線實現(xiàn)了高效、高質(zhì)量、少人化生產(chǎn),但同時也帶來了一定的質(zhì)量風(fēng)險[3-4]。因此,單純的自動化生產(chǎn)線已無法達到工業(yè)4.0的要求,而高度智能化生產(chǎn)線一定具備兩個流——實物流和數(shù)據(jù)流,高度智能的數(shù)據(jù)流對當(dāng)前生產(chǎn)線建設(shè)非常重要。

        1? ? P系列柴油機自動化加工線介紹

        該生產(chǎn)線是一條自動化、信息化黑燈生產(chǎn)線,共15個工序,18臺設(shè)備,設(shè)計產(chǎn)能10萬臺/年。計劃員使用企業(yè)資源計劃(Enterprise Resource Planning,ERP)下達生產(chǎn)任務(wù),數(shù)據(jù)自動傳輸至制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System,MES)(圖1),激光打刻機接收MES計劃,根據(jù)任務(wù)號辨別半成品件號是否符合生產(chǎn)計劃,若符合,則該工件由桁架機械手抓取,向后流轉(zhuǎn),若不符合,則由機械手抓取到剔料工位,向后流轉(zhuǎn)的機械手全程的流動均通過桁架機械手、關(guān)節(jié)機械手、輥道等自動化設(shè)備進行,各工序的加工設(shè)備均是自動化加工設(shè)備,機加工設(shè)備采用進口設(shè)備,輔機采用國內(nèi)知名廠家產(chǎn)品,各工序配備了視覺檢測、壓力位移檢測、在線測量測頭及柔性在線測量設(shè)備,實現(xiàn)了全過程、全尺寸100%在線檢測,其中在線測量測頭具備補償功能,主要補償加工位置及其他相關(guān)尺寸。

        2? ? 加工中心柔性化檢測

        2.1? ? 加工程序選擇智能自動化

        P系列發(fā)動機匹配客戶比較多,涉及重卡、船機、農(nóng)機、工程機械、客車等領(lǐng)域,配套多必然造成件號較多,目前工件件號達到54個。該生產(chǎn)線前5道工序為機加工工序,使用加工中心加工,以往都是人工通過肉眼檢查工件件號,然后通過紙質(zhì)加工程序匹配表查找該機型應(yīng)該用的加工程序,再通過人工在加工中心選擇加工程序,該過程存在極大風(fēng)險,肉眼看件號、匹配加工程序、選擇加工程序這三個過程容易看錯、記錯、選錯,造成工件報廢。該生產(chǎn)線通過加裝二維碼自動掃描儀,并將掃描儀與加工中心連接,實現(xiàn)了將掃描儀讀取的信息傳遞到加工中心可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC),再由PLC傳遞至數(shù)字控制(Numerical Control,NC),將讀取的信息最終自動轉(zhuǎn)化成所需要的加工程序(圖2)。該過程全程無人工參與,杜絕了人為原因造成的加工質(zhì)量問題,節(jié)省了換型時間,提高了加工效率。

        2.2? ? 加工刀具斷刀檢測自動化

        刀具在加工過程中由于加工硬點、刀具自身質(zhì)量、工件硬度變化等原因,經(jīng)常會發(fā)生斷刀問題,由于生產(chǎn)線無人化,該問題一旦發(fā)生,將會形成批量質(zhì)量問題。為解決該問題,對加工中心進行了改造,加裝了刀具在線檢測設(shè)備(圖3),該設(shè)備與機床互聯(lián)互通,通過監(jiān)控主軸力矩,監(jiān)測刀具是否有斷刀、蹦刃等問題,一旦力矩變化趨勢不良或有突發(fā)變化情況,機床將針對監(jiān)測設(shè)備提供的信息,發(fā)出警報或直接停機。該設(shè)備能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)斷刀及不良加工行為,不僅能夠防止質(zhì)量問題,同時也替代了原有的人工強制換刀管理方式,延長了刀具壽命,減少了換刀時間,提高了加工效率,降低了生產(chǎn)成本。

        2.3? ? 在線測量測頭在加工中心的應(yīng)用

        為提高加工效率,本產(chǎn)線加工中心采用雙托盤模式。雙托盤加工精度不如單托盤穩(wěn)定,以往為了保證加工精度,每臺機床均要送檢三坐標(biāo),用以檢查工件位置尺寸的加工穩(wěn)定性,并進行人工調(diào)整。該檢測方式雖然檢測精度高,但也存在以下兩個問題:首先,時效性差,受檢測資源的限制,每臺機床每個托盤每周僅能送檢一次,一旦位置尺寸偏差大,將形成批量質(zhì)量問題;其次,一旦位置尺寸靠近公差上限或下限,需人工調(diào)整機床加工程序,調(diào)整過程中,人工易調(diào)反方向或輸錯數(shù)值,導(dǎo)致位置尺寸偏出公差,從而造成批量質(zhì)量問題。為解決這兩個問題,生產(chǎn)線引進在線測量測頭系統(tǒng)(圖4),每臺工件加工前,都對托盤進行檢測,實時獲得托盤的實際位置,并將測得的數(shù)據(jù)寫進NC中,機床自動計算,更改加工程序參數(shù),確保工件位置尺寸始終保持在中間公差。該檢測方式實現(xiàn)了工件位置尺寸100%在線測量,同時實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動補償,保證了產(chǎn)品質(zhì)量,杜絕了人工參與造成的風(fēng)險。

        2.4? ? 柔性在線測量設(shè)備在加工線的應(yīng)用

        以往加工尺寸的測量全部由人工靠測量檢具檢測,每天測量約10件左右,測量比例較低,不能及時發(fā)現(xiàn)問題,并且在檢測過程中操作者容易看錯表,導(dǎo)致出現(xiàn)質(zhì)量問題時無法發(fā)現(xiàn)。為解決該問題,生產(chǎn)線根據(jù)加工尺寸,設(shè)計了在線測量機(圖5),對加工尺寸進行100%檢測。該設(shè)備使用關(guān)節(jié)機器人抓取測量檢具,工件舉升定位,測量前使用空氣清理設(shè)備清理工件鐵屑,工件編碼與測量數(shù)據(jù)綁定,測得的數(shù)據(jù)上傳至MES及質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析專家(Quality-Data Advanced System,Q-DAS)。MES用于儲存測量數(shù)據(jù),作為追溯使用,Q-DAS則對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計過程控制(Statistical Process Control,SPC)分析,用于研究生產(chǎn)線過程能力,通過對數(shù)據(jù)的研究,可及時發(fā)現(xiàn)機床、夾具、刀具問題,采用相應(yīng)措施及時規(guī)避問題的發(fā)生,通過對過程的不斷改進,提升過程能力。當(dāng)前,該線機加工過程能力(Complex Process Capability,Cpk)指數(shù)已經(jīng)由原來的1.2提升至1.53,提升比例達到了28%,產(chǎn)品合格率達到了99.98%。

        3? ? 輔機智能化檢測

        3.1? ? 視覺檢測技術(shù)

        為實時監(jiān)督生產(chǎn)過程質(zhì)量,在生產(chǎn)線8個工序中配備視覺檢測(圖6),實現(xiàn)過程質(zhì)量100%監(jiān)控,當(dāng)視覺檢測發(fā)現(xiàn)異常時,機床自動報警停機,需要人為進行確認(rèn)。視覺檢測內(nèi)容有:碗形塞底孔自動涂膠后是否斷膠、噴油器孔密封圈是否裝配到位、裝配用結(jié)合面有無異物、零部件是否漏裝、工件有無多/漏加工等。同時,建立視覺檢測有效性驗證管理辦法,每周對各個視覺檢測工序進行有效性驗證,確保檢測結(jié)果真實有效。

        3.2? ? 光學(xué)檢測技術(shù)

        對于工件倒角角度、倒角大小等不便測量項目,生產(chǎn)線配備兩臺光學(xué)檢測設(shè)備(圖7),并與生產(chǎn)線串聯(lián),分別檢測缸體缸孔倒角和缸蓋閥座孔倒角,能夠?qū)崟r檢測倒角角度和倒角大小,并可清晰直觀地查看所計算的統(tǒng)計數(shù)值,然后根據(jù)設(shè)計條件自動判別控制圖有無異常,便于質(zhì)量實時監(jiān)控。

        3.3? ? 壓力位移檢測技術(shù)

        P系列發(fā)動機有大量壓裝尺寸需要控制,例如碗形塞、氣門導(dǎo)管、氣門閥座、凸輪軸襯套等均采用電缸壓裝,位移壓裝尺寸均使用機械限位控制,但隨著機械限位工裝的磨損,該類壓裝尺寸會發(fā)生變化,直至不合格,并且不易發(fā)現(xiàn)。為解決該問題,P系列發(fā)動機生產(chǎn)線所有壓裝尺寸均采用壓力位移法控制(圖8),該方法可精準(zhǔn)控制壓裝尺寸,一旦壓裝不正常,設(shè)備會報警停機,避免出現(xiàn)質(zhì)量問題。該方法的應(yīng)用大大降低了操作者測量強度,同時規(guī)避了壓裝尺寸超差的風(fēng)險。

        4? ? 結(jié)束語

        發(fā)動機的加工是一個復(fù)雜的工藝系統(tǒng),各項加工指標(biāo)都較難控制,因此一條高度自動化、信息化、智能化的生產(chǎn)線非常重要。本文所述生產(chǎn)線能在解決工藝難題的同時,解決加工尺寸檢測自動化、智能化的問題,可為本行業(yè)或其他行業(yè)零部件生產(chǎn)線建設(shè)提供參考。

        [參考文獻]

        [1] 屈力剛,王陽,李靜,等.機械加工檢測技術(shù)的現(xiàn)狀及智能化發(fā)展[J].智能制造,2023(5):22-26.

        [2] 王維震,鄭世魁,楊國濤,等.基于數(shù)學(xué)邏輯的刀具補償技術(shù)研究與應(yīng)用[J].機電信息,2023(17):77-79.

        [3] 顧峰,陸洋,丁勝明.基于在線檢測技術(shù)的混線生產(chǎn)應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代車用動力,2023(1):41-44.

        [4] 吳義榮.數(shù)控車床在線檢測及偏差自動補償?shù)膶崿F(xiàn)方法[J].金屬加工(冷加工),2022(3):74-78.

        收稿日期:2024-01-29

        作者簡介:王維震(1987—),男,安徽宿州人,工程師,研究方向:內(nèi)燃機制造技術(shù)。

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