智能化機械加工車間的現狀及發展趨勢

李云

徐工消防安全裝備有限公司 江蘇徐州 221000

工程師 李云

1 序言

隨著機械制造智能化的迅速發展，工程機械行業的各主機廠都在進行轉型升級，以提高生產的精益化水平為目的，打造智能化的生產車間。通過配置非標自動化設備來提升生產效率，減少生產過程中的人工干預程度；通過物聯網平臺自動采集數據，積累數據樣本并進行分析，最終對生產過程進行改善；通過加工仿真、離線編程及刀具集中管理等措施，來預先完成生產準備工作。建設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個方面闡述智能化機械加工車間的現狀及發展趨勢。

2 非標自動化設備的應用

隨著勞動力成本的不斷增加，工廠開始重視引進非標自動化設備，用機器代替人工完成 一些重復性的技術含量較低的工作，例如使用搬運機器人完成上下料工作。圖1為六自由度關節型搬運機器人。通過運用先進的工件輸送鏈及合理布置機床的位置，1臺機器人可以完成多臺數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 六自由度關節型搬運機器人

在工件的機械加工過程中，經常會遇到刀具磨損及折斷等情況，非標自動化設備制造廠商在設計自動化生產線時，會監控機床的主軸轉矩、電動機溫度等數據，根據主軸轉矩值自動判斷刀具是否斷裂，或者通過TS27R刀具破損檢測系統判斷刀具磨損程度，然后通知機器人更換刀具。一些自動化程度較高的機器人配有多種不同功能的手爪，可以自動更換工裝夾具、數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器人，其能夠通過視覺相機判斷工件毛刺所在的部位和形狀，自動完成毛刺清理等工作，實現全過程無人化加工。

圖2 機器人清理工件毛刺

除了自動化加工以外，智能化車間還注重配置智能化物流工具，例如使用AGV、無人叉車和自動堆垛機，實現物料轉運及倉儲，通過物流管理系統，利用ID識別功能對工件信息進行數據化管理。物流管理系統能夠自動識別工件的搬運優先級，實現最優化物流管理。圖3所示為倉儲式貨架，MES制造系統通知堆垛機取件，安排AGV轉運工件，然后使用機械手自動上下件，最后在機床上完成加工。

圖3 倉儲式貨架

3 SCADA平臺的應用

在傳統的機械加工車間，管理人員根據現場的反饋來進行管理，需要根據經驗進行判斷，不利于精細化管理。智能化車間通過搭建穩定、可靠、高效的設備聯網與數據采集分析平臺（SCADA），實現數控機床全時段的數據采集，確保數據采集的完整性和準確性。圖4為設備數據采集架構，SCADA平臺能夠采集到各類加工中心的關鍵生產數據，通過網絡傳輸協議與數控機床互傳程序。通過對機床數據的采集及分析，可最大程度地提升機床的利用率。

SCADA平臺不僅能夠實現設備數據采集及設備互聯，還能夠與MES生產系統雙向聯接，自動統計設備產量及訂單完工情況，加工程序可以隨著MES派工單自動傳輸到數控機床，實現生產訂單管理；另外，還能夠提供在線檢測功能，分析采集到的設備和報警信息，預測性地提出備件更換和維修需求，減少停機時間。

圖4 加工設備數據采集架構

圖5 使用VERICUT軟件對鋼絲繩滑塊進行加工仿真

4 加工仿真和離線編程技術的應用

在生產過程中，為了提升機床的有效利用率，常需要提前完成編程、刀具預調等輔助工作，避免機床處于待機狀態。目前，機械加工方面的仿真軟件都比較成熟（例如VERICUT等）， 能夠根據機床、夾具、工件和刀具的實際尺寸建模并進行加工仿真。圖5為使用VERICUT軟件對鋼絲繩滑塊進行加工仿真。使用仿真軟件能夠快速檢測數控程序的語法錯誤，進行刀具與工件的干涉碰撞分析，較大程度地縮短了程序調試時間。

為了減少刀具預調造成的機床待機時間，智能化程度較高的車間會對刀具編碼進行集中管理。圖6為刀具預調儀，無需機床停機，可事先完成刀具的預調。通過ID編碼功能實現刀具的集中管理，系統會自動識別刀具所在的位置，然后通過對刀具信息及使用狀況的管理，實現刀具壽命的精準預測，從而能夠及時更換刀具，避免產生不合格品。

圖6 刀具預調儀

5 結束語

建設信息化與工業化深度融合的數字化、網絡化和智能化工廠，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，是企業轉型升級的重要發展方向。