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編者按

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從非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備、SCADA平臺(tái)的應(yīng)用情況及加工仿真、刀具集中管理等3個(gè)方面介紹智能化機(jī)械加工車間的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。

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工程師  李云

序言

隨著機(jī)械制造智能化的迅速發(fā)展，工程機(jī)械行業(yè)的各主機(jī)廠都在進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，以提高生產(chǎn)的精益化水平為目的，打造智能化的生產(chǎn)車間。通過配置非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備來(lái)提升生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)過程中的人工干預(yù)程度；通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，積累數(shù)據(jù)樣本并進(jìn)行分析，最終對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行改善；通過加工仿真、離線編程及刀具集中管理等措施，來(lái)預(yù)先完成生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。建設(shè)智能化車間不僅可以提升工廠的精益管理水平，還能大幅降低人力成本。本文將從3個(gè)方面闡述智能化機(jī)械加工車間的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。

非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用

隨著勞動(dòng)力成本的不斷增加，工廠開始重視引進(jìn)非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備，用機(jī)器代替人工完成 一些重復(fù)性的技術(shù)含量較低的工作，例如使用搬運(yùn)機(jī)器人完成上下料工作。圖1為六自由度關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)器人。通過運(yùn)用先進(jìn)的工件輸送鏈及合理布置機(jī)床的位置，1臺(tái)機(jī)器人可以完成多臺(tái)數(shù)控加工中心的上下料工作，較大程度地降低了人力成本。

圖1  六自由度關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)器人

在工件的機(jī)械加工過程中，經(jīng)常會(huì)遇到刀具磨損及折斷等情況，非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備制造廠商在設(shè)計(jì)自動(dòng)化生產(chǎn)線時(shí)，會(huì)監(jiān)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)溫度等數(shù)據(jù)，根據(jù)主軸轉(zhuǎn)矩值自動(dòng)判斷刀具是否斷裂，或者通過TS27R刀具破損檢測(cè)系統(tǒng)判斷刀具磨損程度，然后通知機(jī)器人更換刀具。一些自動(dòng)化程度較高的機(jī)器人配有多種不同功能的手爪，可以自動(dòng)更換工裝夾具、數(shù)控車床的尾座和刀具的夾套等功能附件。圖2所示為特殊配置的機(jī)器人，其能夠通過視覺相機(jī)判斷工件毛刺所在的部位和形狀，自動(dòng)完成毛刺清理等工作，實(shí)現(xiàn)全過程無(wú)人化加工。

圖2　機(jī)器人清理工件毛刺

除了自動(dòng)化加工以外，智能化車間還注重配置智能化物流工具，例如使用AGV、無(wú)人叉車和自動(dòng)堆垛機(jī)，實(shí)現(xiàn)物料轉(zhuǎn)運(yùn)及倉(cāng)儲(chǔ)，通過物流管理系統(tǒng)，利用ID識(shí)別功能對(duì)工件信息進(jìn)行數(shù)據(jù)化管理。物流管理系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別工件的搬運(yùn)優(yōu)先級(jí)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化物流管理。圖3所示為倉(cāng)儲(chǔ)式貨架，MES制造系統(tǒng)通知堆垛機(jī)取件，安排AGV轉(zhuǎn)運(yùn)工件，然后使用機(jī)械手自動(dòng)上下件，最后在機(jī)床上完成加工。

圖3  倉(cāng)儲(chǔ)式貨架

SCADA平臺(tái)的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的機(jī)械加工車間，管理人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的反饋來(lái)進(jìn)行管理，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，不利于精細(xì)化管理。智能化車間通過搭建穩(wěn)定、可靠、高效的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集分析平臺(tái)（SCADA），實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床全時(shí)段的數(shù)據(jù)采集，確保數(shù)據(jù)采集的完整性和準(zhǔn)確性。圖4為設(shè)備數(shù)據(jù)采集架構(gòu)，SCADA平臺(tái)能夠采集到各類加工中心的關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議與數(shù)控機(jī)床互傳程序。通過對(duì)機(jī)床數(shù)據(jù)的采集及分析，可最大程度地提升機(jī)床的利用率。

圖4  加工設(shè)備數(shù)據(jù)采集架構(gòu)

SCADA平臺(tái)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集及設(shè)備互聯(lián)，還能夠與MES生產(chǎn)系統(tǒng)雙向聯(lián)接，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)設(shè)備產(chǎn)量及訂單完工情況，加工程序可以隨著MES派工單自動(dòng)傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)訂單管理；另外，還能夠提供在線檢測(cè)功能，分析采集到的設(shè)備和報(bào)警信息，預(yù)測(cè)性地提出備件更換和維修需求，減少停機(jī)時(shí)間。

加工仿真和離線編程技術(shù)的應(yīng)用

在生產(chǎn)過程中，為了提升機(jī)床的有效利用率，常需要提前完成編程、刀具預(yù)調(diào)等輔助工作，避免機(jī)床處于待機(jī)狀態(tài)。目前，機(jī)械加工方面的仿真軟件都比較成熟（例如VERICUT等）， 能夠根據(jù)機(jī)床、夾具、工件和刀具的實(shí)際尺寸建模并進(jìn)行加工仿真。圖5為使用VERICUT軟件對(duì)鋼絲繩滑塊進(jìn)行加工仿真。使用仿真軟件能夠快速檢測(cè)數(shù)控程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤，進(jìn)行刀具與工件的干涉碰撞分析，較大程度地縮短了程序調(diào)試時(shí)間。

圖5  使用VERICUT軟件對(duì)鋼絲繩滑塊進(jìn)行加工仿真

為了減少刀具預(yù)調(diào)造成的機(jī)床待機(jī)時(shí)間，智能化程度較高的車間會(huì)對(duì)刀具編碼進(jìn)行集中管理。圖6為刀具預(yù)調(diào)儀，無(wú)需機(jī)床停機(jī)，可事先完成刀具的預(yù)調(diào)。通過ID編碼功能實(shí)現(xiàn)刀具的集中管理，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別刀具所在的位置，然后通過對(duì)刀具信息及使用狀況的管理，實(shí)現(xiàn)刀具壽命的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，從而能夠及時(shí)更換刀具，避免產(chǎn)生不合格品。

圖6  刀具預(yù)調(diào)儀

結(jié)束語(yǔ)

建設(shè)信息化與工業(yè)化深度融合的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化工廠，不僅能較大程度地提升精益制造水平，還能大幅降低人力成本，是企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要發(fā)展方向。