基于國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的電機(jī)軸柔性自動化生產(chǎn)線

張波

摘 要：以電機(jī)軸柔性自動化生產(chǎn)線為實例，論述了柔性自動化生產(chǎn)線的方案設(shè)計思路及要點，同時也介紹了國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械制造加工領(lǐng)域的典型應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：柔性自動化生產(chǎn)線；電機(jī)軸；機(jī)械制造加工；工業(yè)機(jī)器人

低效率和低質(zhì)量的手工制造一直是制約著“中國制造”發(fā)展的瓶頸，而作為世界制造業(yè)重要基地的珠三角地區(qū)正陷入前所未有的用工荒，并日趨嚴(yán)峻。產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整、升級換代以及生產(chǎn)技術(shù)和手段的提升已是必然趨勢。采用機(jī)器人技術(shù)的自動化生產(chǎn)線是解決這一問題的重要途徑，但是目前國內(nèi)的自動化生產(chǎn)線主要集中在汽車、電子和食品等行業(yè)，機(jī)器人自動化汽車生產(chǎn)線基本上都是直接從國外引進(jìn)，核心技術(shù)為國外所壟斷，作為基礎(chǔ)工業(yè)的制造加工業(yè)實現(xiàn)機(jī)器人柔性生產(chǎn)迫在眉睫。

隨著工業(yè)裝備產(chǎn)品的功能不斷完善，網(wǎng)絡(luò)化和信息化的功能成為工業(yè)發(fā)展的新特點。數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等裝備制造產(chǎn)品具有信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的功能，成為工業(yè)制造行業(yè)推進(jìn)信息化的關(guān)鍵動力。通過集成數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人等關(guān)鍵產(chǎn)品，開發(fā)控制管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運作管理和故障維護(hù)，搭建柔性化、網(wǎng)絡(luò)化的機(jī)械制造系統(tǒng)，是工業(yè)化和信息化融合的一種重要方式。

本文研究面向機(jī)械制造加工業(yè)的基于機(jī)器人的柔性自動化生產(chǎn)線，探索其核心、關(guān)鍵和共性技術(shù)，一方面為國產(chǎn)機(jī)床進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化、智能化加工車間提供設(shè)備基礎(chǔ)與技術(shù)基礎(chǔ)，提高國產(chǎn)制造設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化、智能化控制的水平；另一方面，也將促進(jìn)國產(chǎn)機(jī)床智能化車間的整體發(fā)展，促進(jìn)國內(nèi)機(jī)械加工水平的提高，在降低能耗的前提下，實現(xiàn)生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量雙線提升。

1 項目實施方案

本文研究的電機(jī)軸柔性自動化生產(chǎn)線，是集成一臺車削中心、一臺加工中心，四臺數(shù)控車床、五臺工業(yè)機(jī)器人和周邊設(shè)備，可以實現(xiàn)車、銑和磨的功能。開發(fā)和掌握這類生產(chǎn)線的設(shè)計、工藝分析、制造和應(yīng)用中所涉及到的核心、關(guān)鍵和共性技術(shù)。

1.1 生產(chǎn)線規(guī)劃

以企業(yè)的實際生產(chǎn)需要為規(guī)劃目標(biāo)，根據(jù)產(chǎn)能要求、加工工藝過程和設(shè)備條件（機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床等），確定生產(chǎn)線各工位、設(shè)備布局及連接方式，同時提出工裝夾具和傳送運輸設(shè)備的設(shè)計要求。

首先根據(jù)產(chǎn)能要求、工藝現(xiàn)狀和設(shè)備條件（機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床等），對系列零部件的種類和結(jié)構(gòu)特征點進(jìn)行分析，對其加工工藝進(jìn)行優(yōu)化組合，采用SolidWorks等軟件工具作三維實體布局和規(guī)劃。

根據(jù)電機(jī)軸加工工藝，選用了一臺加工中心，四臺車床，其中一臺車床用于以車代磨，一臺立式鉆削中心。

生產(chǎn)線主要設(shè)備清單表

數(shù)控車床主要采用GSK 988TB數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的需要，六臺機(jī)床呈流線分布，完成5道加工工序；第一道工序一臺機(jī)床，第二道工序一臺車床，第三道工序二臺車床。由于這三道工序均為粗加工，車床不需安裝對刀儀。第四道工序一臺攻絲機(jī)，第五道工序一臺哈挺機(jī)床用于以車代磨。工業(yè)機(jī)器人用于上下料，整條線可實現(xiàn)上料、車削、下料、輸送、碼垛等全過程的自動化加工。

一個數(shù)控毛坯料架和二條物料輸送線各由PLC控制，可與車床或機(jī)器人通信。毛坯料架能放置生產(chǎn)的所有規(guī)格的電機(jī)軸，物料輸送線能輸送公司生產(chǎn)的所有規(guī)格的電機(jī)軸，更換電機(jī)軸規(guī)格無需機(jī)械調(diào)整，只需調(diào)用相應(yīng)的加工程序即可。

生產(chǎn)線的規(guī)劃布局如下：

圖1 生產(chǎn)線規(guī)劃布局圖

1.2 生產(chǎn)線集成應(yīng)用

伺服電機(jī)軸的柔性自動生產(chǎn)線分三道工序進(jìn)行電機(jī)軸加工，按照經(jīng)典的車間設(shè)計方法，設(shè)計和制作了自動生產(chǎn)線，已經(jīng)聯(lián)調(diào)成功并投入使用，零件加工自動化大大提高，一條電機(jī)軸加工自動化線，單班減少操作工3名，效率為120秒/件。

電機(jī)轉(zhuǎn)軸加工自動化生產(chǎn)線：由1臺銑打機(jī)、1臺立式鉆削中心、3臺數(shù)控車床、1臺高精密車床、5臺RB08六關(guān)節(jié)機(jī)器人和2個料架組成。

圖2 電機(jī)轉(zhuǎn)軸加工自動化生產(chǎn)線

1.2.1 根據(jù)加工工藝，合理布局自動化線

電機(jī)后端蓋自動化線的第二道工序加工時間比第三道工序的加工時間短近一倍，因此，第三道工序安排了兩臺機(jī)床，這樣安排，就使得第二道工序和第三道工序加工節(jié)拍更協(xié)調(diào)。

1.2.2 安全性應(yīng)該放在首要位置考慮

為保證生產(chǎn)線的可靠運行，除機(jī)械結(jié)構(gòu)經(jīng)過反復(fù)斟酌外，信號控制方面也需進(jìn)行詳密的設(shè)計，涉及安全運行的位置檢測信號電機(jī)軸生產(chǎn)線有25個，這些信號有效保證了生產(chǎn)線的安全運行。另外還有數(shù)十個急停信號，以保證整條生產(chǎn)線在突發(fā)情況下能迅速停止運行。

1.2.3 要盡可能使人工干預(yù)的時間間隔延長

影響人工干預(yù)的時間間隔的因素除了機(jī)床故障、刀具磨損外，還有毛坯添加時間間隔；因此，平時要注意保養(yǎng)機(jī)床，要選擇耐用度高的刀具，在設(shè)計上要盡可能的提高毛坯料架的容量，本項目中電機(jī)軸的毛坯料架可滿足4個多小時的加工需求。在場地比較寬松的環(huán)境下，可以考慮與立體倉庫相連接。

2 結(jié)論

項目的成功實施，使機(jī)械加工車間實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理，減少人力成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，從而產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會示范效應(yīng)。

通過電機(jī)軸柔性自動生產(chǎn)線的推廣應(yīng)用，能夠及時發(fā)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人在硬件、軟件方面的不足之處，并加于改善，也將促進(jìn)了國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，從而更好的貼近客戶，適應(yīng)市場需求，制定各種工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用方案。同時，通過電機(jī)軸柔性自動生產(chǎn)線，也將促進(jìn)制造裝備自動化、生產(chǎn)過程控制機(jī)械加工與企業(yè)管理信息化。