自動(dòng)化生產(chǎn)線在齒輪加工過程中的優(yōu)勢

付向梅

（中國重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司工藝部， 山西 大同 037305）

引言

自動(dòng)化生產(chǎn)線是指由自動(dòng)化機(jī)器體系實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工藝過程的一種生產(chǎn)組織形式，它是在連續(xù)流水線進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的，其特點(diǎn)是加工對象自動(dòng)地由一臺機(jī)床傳送到另一臺機(jī)床，并由機(jī)床自動(dòng)的進(jìn)行加工、裝卸、檢驗(yàn)等；工人的任務(wù)僅是調(diào)整、監(jiān)督和管理自動(dòng)線，不參加直接操作,所有的機(jī)器設(shè)備都按統(tǒng)一的節(jié)拍運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)過程是高度連續(xù)的。本文以一條“車—車—磨”自動(dòng)化生產(chǎn)線為例，對自動(dòng)生產(chǎn)線在生產(chǎn)齒輪過程中的優(yōu)勢進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 “車—車—磨”自動(dòng)化生產(chǎn)線簡介

“車—車—磨”自動(dòng)化生產(chǎn)線（見圖1）由2 臺車床、2 臺齒輪料倉、1 套桁架機(jī)械手、1 套齒輪抓手、下料料道以及一臺磨齒機(jī)配備機(jī)器人組成的自動(dòng)化生產(chǎn)線。齒輪料倉采用循環(huán)式料倉上下料，料倉配雙工位定升機(jī)構(gòu)，可獨(dú)立使用，工件加工完成后將報(bào)警提醒人工更換工件。傳統(tǒng)齒輪生產(chǎn)過程中兩臺車床需要配備一名操作工，一臺磨齒機(jī)床需要配備一名操作工，但是采用自動(dòng)化生產(chǎn)線，兩臺車床和一臺磨齒機(jī)床只需要配備一名操作工就可滿足生產(chǎn)需求。

2 “車—車—磨”自動(dòng)化生產(chǎn)線在制造過程優(yōu)勢

2.1 測量精度優(yōu)勢

圖1 “車—車—磨”自動(dòng)化生產(chǎn)線示意圖

傳統(tǒng)車床加工齒輪A，小外圓尺寸Φ62（-0.06/-0.079）存在R0.4 圓?。ㄒ妶D2），由于零件特殊結(jié)構(gòu)，實(shí)際人工自檢過程采用外徑千分尺測量不準(zhǔn)，實(shí)測125 組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)平穩(wěn)，不能接近真實(shí)值（見圖3和下頁圖5）。采用自動(dòng)測量，數(shù)據(jù)能夠精確到小數(shù)點(diǎn)第四位，125 組數(shù)據(jù)有波動(dòng)，接近真實(shí)值（見圖4 和下頁圖6）。

圖2 齒輪A 小外圓結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

圖3 手工測量125 組數(shù)據(jù)

圖4 自動(dòng)測量125 組數(shù)據(jù)

采用自動(dòng)化生產(chǎn)線對A 產(chǎn)品進(jìn)行加工并對其自動(dòng)測量，自動(dòng)測量采用電子儀測量方式，檢測過程中機(jī)械手將成品放置于定位臺上，清理機(jī)構(gòu)前進(jìn)，對測量點(diǎn)進(jìn)行吹氣清理。移載機(jī)構(gòu)將清理干凈的工件送入檢測區(qū)域，上下機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)測量儀下降進(jìn)入工件內(nèi)檢測尺寸，通過電子量儀測量方式輸出結(jié)果，并對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行SPC 控制分析。

自動(dòng)測量結(jié)果自動(dòng)顯示各個(gè)項(xiàng)目，即是合格、返修/臨界、不合格，測量軟件可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)并顯示當(dāng)班或當(dāng)日的合格品件數(shù)，返修/臨界品件數(shù)，報(bào)廢品件數(shù)及總數(shù)；測量計(jì)算機(jī)帶有打印機(jī)接口，測量結(jié)果可以存儲在硬盤和USB 盤，且可打印輸出測量結(jié)果和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。軟件可對數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果包括平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差S，極差R、CPK/PPK 等功能，統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以在屏幕顯示并傳輸至中控系統(tǒng)。

工件清理：采用接觸式測量原理，因此需要在清理前針對側(cè)頭需要接觸的點(diǎn)進(jìn)行吹氣清理，提高測量的可靠性；同時(shí)對工件進(jìn)行清潔，滿足后序加工。為防止吹氣清理工件時(shí)有異物和油污的進(jìn)入側(cè)頭區(qū)域影響測頭精度，設(shè)置獨(dú)立的封閉的測量區(qū)域，并設(shè)置移動(dòng)門，當(dāng)產(chǎn)品在清理過程中此門關(guān)閉，清理結(jié)束進(jìn)入時(shí)開啟。

通過改變檢測手段，不僅提高了檢查精準(zhǔn)度，還減輕了檢查員的工作任務(wù)，避免成品區(qū)域零件因檢查問題堆積，通過精確測量為機(jī)加工提供真實(shí)數(shù)據(jù)，此項(xiàng)改善提高零件公差精度，提升生產(chǎn)效率，減輕人工勞動(dòng)力，縮短了生產(chǎn)成本。

圖6 自動(dòng)測量移動(dòng)極差控制圖

2.2 生產(chǎn)效率提升優(yōu)勢

對于磨齒機(jī)，傳統(tǒng)磨齒加工存在兩方面問題：一方面人工操作磨齒機(jī)，裝夾不及時(shí)就會(huì)出現(xiàn)閑置狀態(tài)，設(shè)備利用率低；另一方面磨齒工序齒形齒向的檢測在修整砂輪后按照抽檢率進(jìn)行專檢，工人送檢時(shí)間占用工作時(shí)間較長，機(jī)床長時(shí)間處于閑置狀態(tài)。通過對磨齒機(jī)配置自動(dòng)上下料裝置，利用工業(yè)機(jī)器人方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料，配備合適零件料倉，實(shí)現(xiàn)1 h以上人工換料。配備專屬零件檢測臺，磨齒機(jī)修整砂輪后需要檢測零件機(jī)械手自動(dòng)放置在檢測臺，運(yùn)行過程中具有安全保護(hù)措施，防護(hù)門與機(jī)器人互鎖。機(jī)器人或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，具備手動(dòng)上下料和自動(dòng)上下料切換功能。

傳統(tǒng)機(jī)床依靠人操作，工人的熟練程度及工人自身素質(zhì)對于每日班產(chǎn)影響很大。自動(dòng)化設(shè)備對于工人依賴程度低，工人上崗前進(jìn)行相關(guān)崗位培訓(xùn)就可上崗。自動(dòng)化生產(chǎn)線不受外界因素干擾，不會(huì)有情緒化，上下料機(jī)械手通過程序設(shè)定的動(dòng)作，速度穩(wěn)定、井然有序進(jìn)行生產(chǎn)。在大批量生產(chǎn)中采用自動(dòng)線能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，提升效率與質(zhì)量問題，自動(dòng)化線能夠很好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作，設(shè)備利用率高，生產(chǎn)效率大大提升。

2.3 安全節(jié)約成本優(yōu)勢

自動(dòng)線具有自動(dòng)和手動(dòng)模式，運(yùn)行過程中有相應(yīng)的安全保護(hù)措施，操作違規(guī)會(huì)發(fā)出警報(bào)提醒，確保操作人員和維修人員的人身安全，整個(gè)系統(tǒng)正面安裝防護(hù)罩，除部分區(qū)域設(shè)置可視窗口及活動(dòng)安全門便于觀察處理設(shè)備運(yùn)行狀況外，其他區(qū)域均封閉。生產(chǎn)線正常運(yùn)行時(shí)，操作工不直接接觸機(jī)床設(shè)備。

節(jié)約成本方面，自動(dòng)設(shè)備可以24 h 進(jìn)行操作，節(jié)省人工費(fèi)用，提升設(shè)備利用率。另外采用工業(yè)機(jī)械手操作模式，自動(dòng)流水線更能節(jié)省廠地，使整廠規(guī)劃更小更緊湊精致。

3 效果驗(yàn)證

本文介紹的“車- 車- 磨”自動(dòng)化生產(chǎn)線主要用于齒輪類零件加工，并取得了非常好的效果，并在公司其他生產(chǎn)線進(jìn)行推廣，自動(dòng)化生產(chǎn)線高了機(jī)床有效利用率，避免了機(jī)床無用等待，提升測量數(shù)據(jù)的精確度，提高生產(chǎn)效率。自動(dòng)化生產(chǎn)線整線提升效率20%，節(jié)約人工成本50%，具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。不僅保證了加工工件的質(zhì)量，還取得了較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]。

4 結(jié)語

經(jīng)使用證明，自動(dòng)生產(chǎn)線在傳統(tǒng)制造齒輪過程中的優(yōu)勢明顯。在大批量生產(chǎn)中，采用自動(dòng)線能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件，縮減生產(chǎn)占地面積，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，保證生產(chǎn)均衡性，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。作為制造業(yè)傳統(tǒng)的模式，競爭力沒有明顯優(yōu)勢。企業(yè)要在新要求、新模式、新功能下實(shí)現(xiàn)新發(fā)展，就要轉(zhuǎn)型升級，就要技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新和商業(yè)模式同步創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)關(guān)系和生產(chǎn)力同步變革，需要將工業(yè)化和信息化融合管理。智能化改造可以提升企業(yè)核心競爭力，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要戰(zhàn)略，而自動(dòng)化生產(chǎn)線是智能工廠規(guī)劃的核心環(huán)節(jié)，提升自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)力是企業(yè)成為智能制造工廠的有力保障。