軸承座零件的智能生產線設計*

劉學航，王 信，楚 功

(宜賓職業技術學院，四川 宜賓 644003)

0 引言

2015年5月19日，國務院正式印發《中國制造2025》實施綱要，要求加快新一代信息技術與制造業深度融合，切實推進傳統制造業向智能制造轉型升級[1]。由于產品的多樣性以及更新速度快的特點，企業在實施智能制造升級轉型過程中，仍然面臨著開發周期長、交付時間短、改造費用高和試錯成本大等問題。

Visaul One是國際領先的全方位工業智能制造工廠虛擬仿真系統，利用Visaul One可以對工業機器人、電氣及周邊設備進行三維虛擬仿真，根據用戶需求快速地建立智能生產線的仿真模擬并進行工程規劃、工程驗證、工藝分析和邏輯驗證等工作，整合物流、人機工程及物理仿真模擬功能，幫助企業在研發前期進行工程及產能驗證，成功提升行業競爭力。

本文以某電機軸承座零件的智能制造生產線設計為基礎，通過對軸承座零件數控加工工藝及生產線流程分析，結合博圖TIA軟件和Visual One軟件，完成軸承座零件的智能生產線的設計及虛擬仿真，以及生產線規劃、驗證、流程分析和邏輯驗證等。本文構建的生產線柔性好，降低了人工成本和設備成本，提高了軸承座零件的生產效率，為同類產品企業向數字化、智能化、信息化、柔性化的升級提供了參考。

1 軸承座零件數控加工工藝分析

軸承座零件圖如圖1所示，其表面主要由平面、凸臺、孔等構成。凸臺輪廓由直線和圓弧組成，主要在數控加工中心上完成。按照先面后孔、先粗后精、先主后次的加工順序[2]，制定零件數控加工工序卡如表1所示。

圖1 軸承座零件圖

2 軸承座零件生產線工藝流程分析

根據軸承座零件的加工工藝，結合板類零件的加工特點，生產線以零件的數控加工、清洗、檢測、倉儲為技術路線，結合生產車間物料流轉過程規劃工作流程，實現多品種零件的自動上下料、混流加工以及零件的清洗、檢測、搬運、倉儲[3]。設計的生產線既可以整體運行，也可以根據生產任務拆解模塊，拆解出來的模塊可以獨立運行，生產線工作流程如圖2所示。

圖2 生產線工作流程圖

3 智能制造生產線模塊設計

根據生產線工作流程圖，零件智能制造生產線主要由立體倉庫、2個CNC加工單元、檢測單元、AGV小車、環形輸送線、電子看板、總控制臺和裝卸定位臺等組成。生產線平面布局示意圖如圖3所示。

圖3 生產線平面布局示意圖

3.1 總控單元設計

總控單元主要由MES系統(見圖4)、PLC控制中心、CAD/CAM中心和看板等組成，主要實現手動/自動排程、加工程序管理、刀補信息采集、機床和機器人數據采集、測量數據采集、料倉管理和運行狀態監控(見圖5 )等功能，達到訂單下發、生產數據統計和質量追溯的目的。

圖4 MES系統界面

3.2 倉儲物流單元設計

倉儲物流單元主要包括智能立體倉庫、RFID、 AGV 小車、工件和刀具裝卸定位臺等部件，可以實現對毛坯、產品的出入庫、輸送及產品身份信息追蹤。

3.3 CNC加工單元設計

CNC加工單元以加工零件的工藝過程和生產線整體需求為基礎，采用立式加工中心兩次裝夾完成軸承座零件加工，結合零件的輸送方式配置合適的上下料輸送線。生產線包括2個CNC加工單元，CNC2加工單元的設計效果圖如圖6所示。配置主要包括物料裝卸定位臺、CNC機床、工業機器人等部件。其工作流程為：AGV小車倉庫取料運至CNC1物料裝卸定位臺→機器人取料、上料到CNC1機床→CNC加工→加工完成機器人取料到CNC1物料裝卸定位臺→AGV小車倉庫取料運至CNC2物料裝卸定位臺→機器人取料、上料到CNC2機床→CNC加工→加工完成機器人取料至CNC2物料裝卸定位臺。

圖6 CNC2加工單元效果圖

4 智能生產線仿真與測試

4.1 生產線虛擬仿真

首先，根據軸承座零件數控加工工藝分析及智能生產線流程設計，利用三維建模軟件NX建立生產線三維模型，導入Visual One軟件，通過軟件的智能布局優化功能對機器人上下料、AGV小車運輸、數控機床開關門控制及各單元模塊生產動作進行虛擬仿真；然后，加載博圖TIA軟件編寫的PLC控制程序、NX軟件編寫的零件數控加工程序進行聯調，模擬生產線運作過程，通過虛擬仿真驗證軸承座零件智能生產線設計的合理性和穩定性。軸承座零件生產線加工單元布局如圖7所示。

圖7 軸承座零件生產線加工單元布局

4.2 實際測試

根據Visual One軟件虛擬仿真、優化后布局搭建、調試真實產線，大大縮短了產線的安裝調試時間。智能生產線實地效果如圖8所示。測試結果表明：該生產線能夠實現軸承座零件的柔性化、智能化加工，借助MES系統云監控平臺，將加工數據同步到大屏幕實時監控。驗證了生產線設計的正確性和合理性，生產效率比傳統生產線提高35%以上，實現了企業降本增效。

圖8 智能生產線效果圖

5 總結

通過生產線的功能需求分析，結合數控加工工藝和生產線流程分析，設計了軸承座零件智能生產線方案，用Visual One軟件對生產線進行虛擬仿真調試和優化，根據仿真優化后的產線布局搭建真實產線，大大縮短了產線的安裝調試時間。試驗結果表明：軸承座零件智能生產線設計合理、運行穩定，達到了預期設計目標。通過MES系統和云平臺大數據管理，企業實現了信息化、智能化管理，為企業節省了轉型開發成本和時間，在企業產品快速升級時避免了大量的反復與試制，可為同類產品生產企業提供一定的參考。