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CNC 數(shù)控機(jī)床加工中心生產(chǎn)線自動(dòng)化改造措施淺析

2020-12-19 來源：重慶力勁機(jī)械有限公司作者：劉世洪

摘要：隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是工業(yè)機(jī)器人的大規(guī)模應(yīng)用，為大型汽車配件的自動(dòng)化生產(chǎn)帶來了高效率，工業(yè)機(jī)器人擁有高精度的重復(fù)定位精度，非常適合加工中心自動(dòng)化生產(chǎn)線的上下料搬運(yùn)工作，配置合適的上下料輸送線可以形成一條高效率的柔性化自動(dòng)化生產(chǎn)線。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；柔性；機(jī)加

工業(yè)自動(dòng)化是機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過程在不需要人工直接干預(yù)的情況下，按預(yù)期的目標(biāo)實(shí)際測量、操縱等信息處理和過程控制的統(tǒng)稱。自動(dòng)化生產(chǎn)線將機(jī)械與電子工程相結(jié)合，使得待加工產(chǎn)品能夠自動(dòng)在設(shè)備中完成預(yù)設(shè)定的各個(gè)工序過程，大大的提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)成本。本文以改造機(jī)加線為例做說明，該線原是人工上下料，因產(chǎn)品性汽車零配件，體積大，重量較重，一條生產(chǎn)線需要投入較多的人員才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，且勞動(dòng)強(qiáng)度大。

一個(gè)典型的自動(dòng)化生產(chǎn)過程主要包括原材料供給，自動(dòng)加工，自動(dòng)檢測，自動(dòng)包裝等環(huán)節(jié)。在這些環(huán)節(jié)物料流轉(zhuǎn)之間，原傳輸是通過人工搬運(yùn)，極大的影響了傳輸效率，工業(yè)機(jī)器人作為靈活性高，可靠性強(qiáng)，安全性好，并且運(yùn)行方便。

下面以一條原是人工上下料加工中心生產(chǎn)線改造為例，實(shí)現(xiàn)集中一次上料，機(jī)器人自動(dòng)搬運(yùn)，全線只需要一名人工可實(shí)現(xiàn)整線自動(dòng)生產(chǎn)。

1 、整線布局

為了保證物流順暢、邏輯正確、減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度的原則，整線將主要分為三個(gè)部分，即集中上料部分、機(jī)器人集群和下料部分。為了整線的安全性，防止現(xiàn)場工作人員進(jìn)入到機(jī)器人工作區(qū)域、產(chǎn)生人生傷害風(fēng)險(xiǎn)，特設(shè)置了安全圍欄，整套圍欄配置可進(jìn)入檢修的安全門，安全門由整個(gè)單元的安全回路控制，門的打開需要切斷安全開關(guān)，則區(qū)域中的機(jī)器人將停止運(yùn)行，保證人生安全。

因整體單元結(jié)構(gòu)緊湊、占用面積小，實(shí)現(xiàn)車間面積最大利用率，單元內(nèi)控制電氣線路及氣動(dòng)管路鋪設(shè)在天側(cè)，采用立柱支撐線槽，保證現(xiàn)場的布局美觀和實(shí)用性，各加工中心間留出了間隙，地面無阻擋便于叉車搬運(yùn)工裝夾具。具體如圖1所示。

圖 1

2 、電氣系統(tǒng)規(guī)劃

由于整個(gè)單元設(shè)備數(shù)量多，每臺(tái)加工中心采用 I/O 的方式進(jìn)行通訊，對布線工作帶來了很大的挑戰(zhàn)，為了便于施工，布局簡潔清晰，所以設(shè)計(jì)了分布式 IO 系統(tǒng)。分布式 IO 大量的減少了二次電纜，經(jīng)濟(jì)效益明顯；減少了現(xiàn)場電纜的鋪設(shè)和接線調(diào)試工作量，極大的縮短了整個(gè)工期。若單元后期需要增加設(shè)備擴(kuò)展，只需要增加控制箱供電系統(tǒng)和預(yù)留的交換機(jī)接口，擴(kuò)展非常方便。

使用 PROFINET,可以將分布式 IO 設(shè)備直連接到工業(yè)以太網(wǎng)。PROFINET 吸納了多年積累的 PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)訣竅, 采用開放的 IT 標(biāo)準(zhǔn),與以太網(wǎng)的 TCP/IP 標(biāo)準(zhǔn)兼容,并提供了實(shí)時(shí)功能，能滿足所有自動(dòng)化的需求，profinet 是基于工業(yè)以太網(wǎng)的用于工業(yè)自動(dòng)化的開放標(biāo)準(zhǔn)，可以降低安裝和投入運(yùn)行的成本并簡單了設(shè)備的擴(kuò)展并提高了設(shè)備的可用性。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示。

圖 2

3、上下料裝置

在改造前的生產(chǎn)線加工中，只實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化加工，當(dāng)一個(gè)加工循環(huán)完成后，由工人手工完成工件的裝卸，再開啟下一個(gè)工序，工人勞動(dòng)度大，人工是最不穩(wěn)定的因素，所以效率低下，在此背景下，設(shè)計(jì)自動(dòng)加工系統(tǒng)完成上下料操作，使各加工中心的各項(xiàng)工序能夠自動(dòng)循環(huán)，無需人工介入，節(jié)省了大量人力與時(shí)間。

此上料裝置設(shè)計(jì)有積放功能，即工人一次性放置滿足一定加工時(shí)間的工件，上完料后工人可完成其它工作。此裝置設(shè)計(jì)有精確定位裝置，滿足機(jī)器人的精確取件，保證機(jī)器人放入加工中心的精密工裝夾具。由于擁有積放緩存功能，所以工件的上件操作與下件操作之間沒有剛性的節(jié)拍同步要求，這便提高了生產(chǎn)線的柔性。具體如圖 3 所示。

圖 3

下料線同上料線一樣配置積放緩存功能，使得生產(chǎn)線非常的柔性。因下料線的產(chǎn)品都是加工完成的成品，表面不允許再產(chǎn)生缺陷，所以下料線配置為皮帶式輸送線，可有效保護(hù)產(chǎn)品表面外

觀。具體如圖4所示：

圖 4

安全系統(tǒng)可謂是整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線最關(guān)鍵的部分，主要是對自動(dòng)化生產(chǎn)線的各種方式起到安全保護(hù)的措施，保證機(jī)器人在作業(yè)中對周圍的安全性。通過 PLC 實(shí)現(xiàn)對安全區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)控，配置安全繼電器，一旦出現(xiàn)故障可以及時(shí)的進(jìn)行報(bào)警，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的可視化監(jiān)測，保證生產(chǎn)線能夠正常，安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

4 、結(jié)語

隨著自動(dòng)化以及智能化技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用取得了優(yōu)異的成績。通過原普通的人工操作生產(chǎn)線的改造，使得整線的人員配置大幅減少，員工的勞動(dòng)強(qiáng)度也大大降低，將不穩(wěn)定的人工因素替換成規(guī)整的機(jī)器設(shè)備，再加以整個(gè)生產(chǎn)線體的高度柔性化，使得效率和經(jīng)濟(jì)效益的明顯提升。

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