打造CNC機(jī)床柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的應(yīng)用思路

CNC機(jī)床生產(chǎn)自動(dòng)化是指結(jié)合了物流、加工、檢測(cè)和信息系統(tǒng)等的智能工廠柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線。CNC機(jī)床的自動(dòng)化實(shí)施的過程實(shí)際上是對(duì)產(chǎn)品加工流程的自動(dòng)化管理過程。自動(dòng)化在CNC機(jī)床產(chǎn)品生產(chǎn)加工中的開發(fā)與應(yīng)用，不僅有利于提高生產(chǎn)效率，降低人力需求，減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也有益于精益生產(chǎn)管理，提升企業(yè)整體水平及形象。

IE在CNC機(jī)床生產(chǎn)自動(dòng)化開發(fā)過程，對(duì)于問題提出、分析評(píng)估、方案設(shè)計(jì)、生產(chǎn)推動(dòng)、持續(xù)改善等環(huán)節(jié)，都發(fā)揮了極為重要的作用。以下為IE在CNC機(jī)床生產(chǎn)自動(dòng)化開發(fā)的兒個(gè)應(yīng)用案例，這些應(yīng)用案例目前都較好地在CNC機(jī)床的生產(chǎn)中發(fā)揮著作用。

(1)“一拖八”柔性加工系統(tǒng)(FMS)在CNC機(jī)床加工中的應(yīng)用

CNC機(jī)床柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線應(yīng)用不局限于刀具的自動(dòng)交換以及數(shù)控自動(dòng)加工等方面的實(shí)現(xiàn)，而是趨向于建立成組化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的自動(dòng)化系統(tǒng)。將若干臺(tái)CNC機(jī)床集成到復(fù)雜的生產(chǎn)線上，形成柔性化的“數(shù)字生產(chǎn)加工系統(tǒng)”。

CNC機(jī)床“一拖八”柔性加工系統(tǒng)，就是在IE工作研究的基礎(chǔ)上提出方案，并付諸實(shí)施的。該系統(tǒng)既滿足了系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)也可以在柔性系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)，人工單機(jī)CNC機(jī)床作業(yè)，有效避免了生產(chǎn)中斷的影響。

“一拖八”柔性加工系統(tǒng)在CNC機(jī)床生產(chǎn)中的應(yīng)用在文獻(xiàn)中有較詳細(xì)的介紹。該柔性加工系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的剛性生產(chǎn)線加工方式，通過一臺(tái)固定在自動(dòng)移動(dòng)導(dǎo)引小車(AGV)上的機(jī)器人，完成在8臺(tái)CNC機(jī)床之間的取放工件的自動(dòng)循環(huán)加工過程。實(shí)現(xiàn)了多品種、小批量的柔性生產(chǎn)，適應(yīng)于相似工藝及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不同產(chǎn)品加工，對(duì)于企業(yè)快速生產(chǎn)轉(zhuǎn)型，適應(yīng)市場(chǎng)需求提供了有力保證。

通過對(duì)CNC機(jī)床及其操作者進(jìn)行IE時(shí)間動(dòng)作分析，根據(jù)CNC機(jī)床所加工產(chǎn)品的CT時(shí)間，確定并開發(fā)“一拖N'，機(jī)器人柔性加工系統(tǒng)方案。從而由機(jī)器人代替人工完成自動(dòng)取放料、自動(dòng)開關(guān)門、物流程控以及異常監(jiān)控等動(dòng)作，完成對(duì)CNC機(jī)床的輔助加工過程。車間只有物流人員及系統(tǒng)監(jiān)控人員，上百臺(tái)CNC機(jī)床，只有不到10個(gè)人在“照看”，而且人工勞動(dòng)強(qiáng)度較低，產(chǎn)能提高了約10%-25%，節(jié)省了大量的人力(約50%-60% )。該“一拖八”柔性加工系統(tǒng)確保了CNC機(jī)床主軸的加工連續(xù)性，提升機(jī)加車間的少人化、無人化的應(yīng)用水平。

“一拖八”柔性加工系統(tǒng)，對(duì)產(chǎn)品加工工藝的穩(wěn)定性，以及車間生產(chǎn)管理、生產(chǎn)布局和物流系統(tǒng)等方面的科學(xué)性、合理性都提出了較高的要求，同時(shí)對(duì)人員素質(zhì)，尤其是及時(shí)性(JIT )等要求較高。只有在滿足生產(chǎn)各項(xiàng)要求的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮柔性生產(chǎn)系統(tǒng)(FMS)的優(yōu)勢(shì)，才能真正提升CNC機(jī)床的產(chǎn)能，從而實(shí)現(xiàn)少人化，乃至無人化的生產(chǎn)加工過程。

(2)精密數(shù)控分度轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)在CNC機(jī)床生產(chǎn)中的應(yīng)用

產(chǎn)品的CNC機(jī)床加工過程，傳統(tǒng)的做法是通過確定被加工產(chǎn)品的加工面，來準(zhǔn)備夾具的種類及數(shù)量的。夾具的投人量較大，加工工序較多，人工裝拆環(huán)節(jié)較多，因此，被加工產(chǎn)品精度不容易保證，加工周期較長。一旦某一臺(tái)CNC機(jī)床出現(xiàn)故障時(shí)，整條生產(chǎn)線都得受影響。當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更時(shí)，還需重新制做夾具，投人費(fèi)用較高。

通過IE對(duì)CNC機(jī)床加工過程的動(dòng)作時(shí)間研究及分析影響因素后，提出、開發(fā)并應(yīng)用了數(shù)控分度轉(zhuǎn)臺(tái)，以配合CNC機(jī)床的加工，從而提高CNC機(jī)床主軸的利用率，降低主軸空行程動(dòng)作，減少其他的輔助動(dòng)作時(shí)間。

該數(shù)控分度轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)，用于精確地控制被加工產(chǎn)品與CNC機(jī)床主軸之間的加工角度，配合CNC機(jī)床主軸進(jìn)行精確轉(zhuǎn)動(dòng)，完成產(chǎn)品在各種角度下的加工要求，使得CNC機(jī)床的加工能力得以延伸。產(chǎn)品通過該機(jī)構(gòu)一次裝夾后，配合CNC機(jī)床主軸，精確旋轉(zhuǎn)，完成多工序的復(fù)合加工，使產(chǎn)品真正實(shí)現(xiàn)了一次裝夾，全面加工。真正做到了以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的無人化、自動(dòng)化的復(fù)合多軸CNC機(jī)床加工方式，大幅度節(jié)省了CNC機(jī)床刀庫換刀及調(diào)機(jī)等輔助動(dòng)作所需的時(shí)間。

數(shù)控分度轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，可以實(shí)現(xiàn)1s內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)900, CNC機(jī)床刀庫自動(dòng)換刀需要3s，因此在CNC機(jī)床程序優(yōu)化的條件下，改變加工方式，增加該機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻次，配合主軸加工，以減少刀具換刀次數(shù)，最終可縮短產(chǎn)品10%-20%的加工CT時(shí)間，從而提高產(chǎn)能。

目前數(shù)控分度轉(zhuǎn)臺(tái)已大量地應(yīng)用在CNC機(jī)床批量產(chǎn)品生產(chǎn)加工中。IE在此設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用過程中，發(fā)揮了不可替代的作用，通過IE工作研究及分析，指出生產(chǎn)瓶頸問題，提出解決方案，并投人生產(chǎn)應(yīng)用。通過該機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn),IE徹底改變了CNC機(jī)床的傳統(tǒng)加工方式，有效提高了加工效率，提高了產(chǎn)品加工質(zhì)量和穩(wěn)定性，降低了成本，并且提高了CNC機(jī)床的加工柔性，適用于各種產(chǎn)品的一次裝夾后的數(shù)控加工需求。

(3)雙托板式CNC機(jī)床工件供料系統(tǒng)

雙托板式雙向供料方式在CNC機(jī)床上的應(yīng)用，也是IE在研究了CNC機(jī)床主軸加工時(shí)間動(dòng)作及其利用率后，提出的一種提高生產(chǎn)效率的作業(yè)方式。該系統(tǒng)完成了已加工成品的出料和待加工品進(jìn)料的同步循環(huán)動(dòng)作，可有效地減少CNC機(jī)床在傳統(tǒng)生產(chǎn)方式中，在安裝待加工工件和拆卸已加工工件時(shí)的無附加價(jià)值的“非切削加工”時(shí)間。雙托板供料系統(tǒng)，通過已加工工件的被取出，同時(shí)待加工工件的換入的循環(huán)往復(fù)過程，有效減少了工件交換時(shí)間，提高了CNC機(jī)床主軸利用率。

對(duì)于任何形式的工件交換系統(tǒng)，改善主軸利用率，減少“非切削加工”時(shí)間是其主要的目標(biāo)。通過雙托板式CNC機(jī)床工件供料系統(tǒng)，可有效提升主軸利用率達(dá)25％-35％，同時(shí)，根據(jù)產(chǎn)品加工CT時(shí)間，可以節(jié)省近50％的人力需求。

(4)CNC機(jī)床成組技術(shù)的應(yīng)用

通過IE的生產(chǎn)調(diào)研后，發(fā)現(xiàn)某產(chǎn)品在CNC機(jī)床上進(jìn)行單件生產(chǎn)加工時(shí)，主軸的進(jìn)給、抬刀等無附加價(jià)值的“非切削加工”的時(shí)間動(dòng)作較多，而且人工開關(guān)門，取放料所占的時(shí)間比例較大。經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化，以及人工及時(shí)性提高后，CNC機(jī)床的加工效率和資金利用率仍存在較大提升空間。

此外，在生產(chǎn)管理過程中，工件在各工序之間往返穿梭，不僅周期長，而且增加了等待時(shí)間，導(dǎo)致產(chǎn)能較低，生產(chǎn)成本高等情形頻繁出現(xiàn)。利用成組加工技術(shù)，結(jié)合相似零件(結(jié)構(gòu)、工藝)，設(shè)計(jì)成組加工工藝及夾具，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)成組化的生產(chǎn)布局、產(chǎn)能配置和生產(chǎn)管理要求等過程，從而完成從成組設(shè)計(jì)、制造到管理等一系列的生產(chǎn)和管理環(huán)節(jié)。最終用擴(kuò)大了的成組批量生產(chǎn)方式，來減少加工時(shí)間浪費(fèi)和中間環(huán)節(jié)，提高CNC機(jī)床的生產(chǎn)效率。

成組加工方式在某產(chǎn)品的生產(chǎn)中得到了較好的應(yīng)用。將外形尺寸相近，工藝完全相同的3件產(chǎn)品進(jìn)行成組工藝及其夾具設(shè)計(jì)。利用1套工裝夾具，在1次裝夾定位后，完成這3件產(chǎn)品的連續(xù)加工過程。同時(shí)，

在CNC機(jī)床工作平臺(tái)上，設(shè)計(jì)雙工位、多工位的生產(chǎn)加工方式，使人工1次裝夾多套成組產(chǎn)品的批量加工，以減少CNC機(jī)床刀庫頻繁自動(dòng)換刀所需要的時(shí)間，同時(shí)減少了CNC機(jī)床開關(guān)門的次數(shù)，從而提升主軸利用率，提高CNC機(jī)床的加工效率。

經(jīng)過IE的生產(chǎn)研究，改善方案提出，最終通過“成組技術(shù)”，提高了CNC機(jī)床的產(chǎn)能，減小了人機(jī)配比，減少了人力需求，以及減少開關(guān)門頻次多而導(dǎo)致油霧逸出CNC機(jī)床對(duì)車間生產(chǎn)環(huán)境的影響。最終生產(chǎn)效率提升了30％～45％，而且使CNC機(jī)床設(shè)備數(shù)量可節(jié)省8％～10％，人力可節(jié)省45％。

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