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制造自动化技术在柔性生产线上的应用

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汽车工业的快速发展使机床行业呈现出良好的发展势头,同时也对机床产品提出了更高的要求。随着数控技术的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟,制造自动化技术在柔性生产线上将会得到越来越广泛的应用。制造自化技术,狭义上是指用机器(包括计算机)代替人的体力劳动或脑力劳动;其广义上是指制造过程的所有环节采用自动化技术,实现制造全过程的自动化,即对制造过程进行规划、动作、管理、组织、控制与协调优化,以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时和洁净的目标。以下结合我厂近年来多条柔性生产线的研制情况,从数控加工的角度来归纳、总结制造自动化技术在汽车柔性生产线上的应用。

1.在线检测自动补偿技术

(1)Z向尺寸的在线检测、自动实时补偿加工。神龙公司缸体线配有东风设备厂25台加工中心和若干台专机,这些设备用于粗精铣,粗精镗、钻、扩、铰孔及攻螺纹等工序。该线中OP60工位精铣止推面尺寸精度为(46.45±0.05)mm,OP180工位精铣凸台面,尺寸精度为(230±0.05)mm,由于这些尺寸在缸体零件中属于关键尺寸,需计算CPK值(≥1.1),加工过程中靠机床的Z轴进给来保证。工件加工过程中,由于受环境温度和主轴热变形的影响,尺寸(46.45±0.05)mm和(230±0.05)mm一直都不太稳定,且存在无规律变化,CPK值一直无法通过。在常规加工工艺无法解决的情况下,尝试在OP60工位和OP180工位增加雷尼绍测头,在线测量夹具的实际位置,通过光电发生器将测量的数据反馈给CNC系统,以此来实现刀具的自动补偿加工,如图1所示。配备雷尼绍测头后,Z方向的尺寸是通过实测后的实时数值来保证,消除了Z轴伸缩对加工的影响,加工出的零件尺寸精度一直都很稳定,CPK值也比较好,提高了零件的加工质量。

(2)在线检测槽宽尺寸,自动实时补偿加工(见图2)。长安汽车发动机厂缸体、缸盖线配有东风设备厂28台加工中心和若干台专机,这些设备用于粗精铣、粗精镗、钻、扩、铰孔及攻螺纹等工序。该线中OP270工位,精铣缸体瓦盖槽结合面,宽度尺寸1000-0.02mm,加工过程中存在刀具磨损,尺寸1000-0.02mm很难保证。加工过程中,采用雷尼绍测头在线检测缸体瓦盖槽开挡实际尺寸,根据所检测的尺寸,加工程序进行自动实时补偿加工,从而消除刀具尺寸的影响。

(3)在线检测孔中心坐标,自动补偿加工。东风汽车发动机厂DCIll缸体、缸盖线配有东风设备厂25台加工中心和若干台专机,这些设备用于粗精铣、粗精镗、钻、扩、铰孔及攻螺纹等工序。缸体线中R2工位,扩RV15孔和攻螺纹,底孔由前序专机加工(其他加工基准的需要)。缸盖线中R1工位,扩FV1孔和铰孔,RV15和FV1底孔都由前序专机加工(其他加工基准的需要)。为了确保其加工时与原位置保持一致,采用雷尼绍测头在线检测RV15和FV1孔的实际位置,加工时再以所检位置为基准实时加工RV15和FV1孔。

(4)在线测量刀具长度、直径(见图3)。东风铸锻厂配有东风设备厂两台立式加工中心,用于加工汽车零件产品。为了提高产品的加工质量和加工效率,机床内配备了美德龙接触式对刀仪,实现刀具的在线测量(刀长和刀具半径)和刀具破损检测,从而消除刀具和主轴热变形等因素的影响。

2.零件自动输送控制技术

(1)不带上料机械手的物流控制。东风汽车发动机厂DCI11和4H缸体、缸盖线采用了目前我厂最为先进的物流输送技术,零件从上料、各工位间传输到下料,都由物流系统统一控制,减少了人力,降低了劳动强度,缩短了加工时间。为了精确控制线内物流,机床控制面板上有联机、单机和排空三种状态,程序在执行时有空运转“入”和“切”两种状态。两工位自动滚道间都设有下料位、中间位和上料位三个零件存放位。零件在输送和加工过程中会显现出不同的状况,如机床当前是单机、联机还是排空,机床内是否有零件,零件是否已加工完毕,上料位和下料位是否有零件等。除了数控系统和物流控制系统必须具备各种控制功能外,零件的数控加工程序也要能对各种情况作较强处理。

(2)带上、下料机械手的物流控制。DCI11缸盖线R2工位加工高压限位孔,受零件结构和加工方法的限制,加工中心需配备X、Y、Z、A和B五个轴,因而零件在输送时需借助上、下料机械手才能完成。零件输送时,除需具有不带机械手的物流控制外,还需增加机械手的控制,如机械手内是否有零件,机械手当前是处在上料位还是下料位、是去执行上料动作还是下料动作等。对于不同的情况,除了数控系统、物流控制系统需具备各种控制功能外,零件的数控加工程序也要能对各种情况作较强处理。

3.自动识别、判断、跟踪技术

(1)自动识别B轴是否处在正确的加工位。零件在加工过程,受一些不可预知因素的影响,如机床报警、突然断电等,零件加工中断。消除故障(机床重启后都需重新回到机床零位),接着进行零件加工,此时加工程序需能识别出当前刀具加工零件时B轴的转位情况,以确保零件加工部位的正确。

(2)自动判断机床所处的状态。现场加工中,机床所处的状态有联机、单机、排空和正常加工、空运转。是否需要攻螺纹,攻螺纹到哪个孔位,机床内是否有料,零件是否完成或加工到哪个工步,这些都可以在加工程序中编制相应的程序代码中进行自动判断,从而决定机床如何运行。(3)自动跟踪零件加工工步号。零件加工中断,机床复位或重启,再进行后续加工,这些都无需人为干预,加工程序自动跟踪零件加工工步,完成余下工步的加工。

4.自动防撞技术

(1)刀具长度自动比较。刀具长度和半径补偿功能是加工中心所具备的一项最基本功能,它能很好地解决由于不同刀具长度及半径对零件加工带来的影响。刀具长度、半径数值的丢失(系统或人为)和人为输入错误都可能导致撞机。在加工程序中增加刀具长度自动比较功能,就能解决由于刀具数据错误带来的撞机风险。

(2)小直径刀具破损自动检测。小直径刀具在加工过程中易折断,如不进行实时检测,会对后续刀具加工造成影响,导致撞机。零件加工中增加小直径刀具破损自动检测,可以避免这一风险。此操作通常是通过在加工程序中执行M信号来完成。

(3)大直径刀具主轴有无刀自动判断。目前,大直径的刀具在我厂设计制造的生产线中无法进行刀具破损检测,但对于主轴上是否有刀,可以通过在主轴刀具夹紧时的信号来判断,从而避免上一道工序未加工就进行下道工序的加工。

5.结语

数控机床正朝着高速度、高精度、多功能化、智能化(自适应控制技术)及可靠性最大化等方向快速发展,我厂的柔性加工生产线在用户要求不断提升的推动下,应用了诸多先进的数控技术,使其制造自动化程度得到了逐年提升。在柔性加工生产线上的数控加工程序中增加了在线检测、物流自动控制、机床状态自动识别、自动判断和及时跟踪、刀具状况检测等功能,大大增强了柔性加工生产线的安全性,提高了零件加工时自动化程度和零件加工精度。制造自动化技术是未来先进制造技术的发展方向之一,利用与数控相关的软、硬件及网络环境、机器人等,实现工厂自动化,可以大大提高企业的制造能力和竞争能力,为企业的生产产品快速推向市场提供保障。

作者:殷安文 陈君宝 单位:东风汽车有限公司设备制造厂 湖北汽车工业学院

制造自动化技术在柔性生产线上的应用责任编辑:杨雪    阅读:人次
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