CNC 數控機床加工中心生產線自動化改造措施淺析
2020-12-19 來源：重慶力勁機械有限公司 作者：劉世洪
摘要：隨著自動化技術的不斷發展，特別是工業機器人的大規模應用，為大型汽車配件的自動化生產帶來了高效率，工業機器人擁有高精度的重復定位精度，非常適合加工中心自動化生產線的上下料搬運工作，配置合適的上下料輸送線可以形成一條高效率的柔性化自動化生產線。
關鍵詞：自動化；柔性；機加
工業自動化是機器設備或生產過程在不需要人工直接干預的情況下，按預期的目標實際測量、操縱等信息處理和過程控制的統稱。自動化生產線將機械與電子工程相結合，使得待加工產品能夠自動在設備中完成預設定的各個工序過程，大大的提高了生產效率，降低了勞動成本。本文以改造機加線為例做說明，該線原是人工上下料，因產品性汽車零配件，體積大，重量較重，一條生產線需要投入較多的人員才能正常運轉，且勞動強度大。
一個典型的自動化生產過程主要包括原材料供給，自動加工，自動檢測，自動包裝等環節。在這些環節物料流轉之間，原傳輸是通過人工搬運，極大的影響了傳輸效率，工業機器人作為靈活性高，可靠性強，安全性好，并且運行方便。
下面以一條原是人工上下料加工中心生產線改造為例，實現集中一次上料，機器人自動搬運，全線只需要一名人工可實現整線自動生產。
1 、整線布局
為了保證物流順暢、邏輯正確、減少人工勞動強度的原則，整線將主要分為三個部分，即集中上料部分、機器人集群和下料部分。為了整線的安全性，防止現場工作人員進入到機器人工作區域、產生人生傷害風險，特設置了安全圍欄，整套圍欄配置可進入檢修的安全門，安全門由整個單元的安全回路控制，門的打開需要切斷安全開關，則區域中的機器人將停止運行，保證人生安全。
因整體單元結構緊湊、占用面積小，實現車間面積最大利用率，單元內控制電氣線路及氣動管路鋪設在天側，采用立柱支撐線槽，保證現場的布局美觀和實用性，各加工中心間留出了間隙，地面無阻擋便于叉車搬運工裝夾具。具體如圖1所示。
圖 1
2 、電氣系統規劃
由于整個單元設備數量多，每臺加工中心采用 I/O 的方式進行通訊，對布線工作帶來了很大的挑戰，為了便于施工，布局簡潔清晰，所以設計了分布式 IO 系統。分布式 IO 大量的減少了二次電纜，經濟效益明顯；減少了現場電纜的鋪設和接線調試工作量，極大的縮短了整個工期。若單元后期需要增加設備擴展，只需要增加控制箱供電系統和預留的交換機接口，擴展非常方便。
使用 PROFINET,可以將分布式 IO 設備直連接到工業以太網。PROFINET 吸納了多年積累的 PROFIBUS 和工業以太網的技術訣竅, 采用開放的 IT 標準,與以太網的 TCP/IP 標準兼容,并提供了實時功能，能滿足所有自動化的需求，profinet 是基于工業以太網的用于工業自動化的開放標準，可以降低安裝和投入運行的成本并簡單了設備的擴展并提高了設備的可用性。網絡拓撲圖如圖2所示。
圖 2
3、上下料裝置
在改造前的生產線加工中，只實現了半自動化加工，當一個加工循環完成后，由工人手工完成工件的裝卸，再開啟下一個工序，工人勞動度大，人工是最不穩定的因素，所以效率低下，在此背景下，設計自動加工系統完成上下料操作，使各加工中心的各項工序能夠自動循環，無需人工介入，節省了大量人力與時間。
此上料裝置設計有積放功能，即工人一次性放置滿足一定加工時間的工件，上完料后工人可完成其它工作。此裝置設計有精確定位裝置，滿足機器人的精確取件，保證機器人放入加工中心的精密工裝夾具。由于擁有積放緩存功能，所以工件的上件操作與下件操作之間沒有剛性的節拍同步要求，這便提高了生產線的柔性。具體如圖 3 所示。
圖 3
下料線同上料線一樣配置積放緩存功能，使得生產線非常的柔性。因下料線的產品都是加工完成的成品，表面不允許再產生缺陷，所以下料線配置為皮帶式輸送線，可有效保護產品表面外
觀。具體如圖4所示：
圖 4
安全系統可謂是整個自動化生產線最關鍵的部分，主要是對自動化生產線的各種方式起到安全保護的措施，保證機器人在作業中對周圍的安全性。通過 PLC 實現對安全區域的實時監控，配置安全繼電器，一旦出現故障可以及時的進行報警，實現故障點的可視化監測，保證生產線能夠正常，安全穩定的運行。
4 、結語
隨著自動化以及智能化技術的迅速發展，機器人的應用取得了優異的成績。通過原普通的人工操作生產線的改造，使得整線的人員配置大幅減少，員工的勞動強度也大大降低，將不穩定的人工因素替換成規整的機器設備，再加以整個生產線體的高度柔性化，使得效率和經濟效益的明顯提升。
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