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上海發那科機器人有限公司

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自動化單元在大批量生產中的應用
2012-10-30 16:33

作者:黃建文 文章來源:寧夏小巨人機床有限公司


當制造業逐步走出金融危機的影響,準備放手大干的時候,又面臨一場用工荒和人力成本快速上升的雙重考驗。制造業相關的很多企業徒有大量的訂單卻無法招到足夠的人力來開足馬力生產,或者雖然有足夠的人力但是工資卻在不斷上漲,原來依靠低廉的勞動力成本生存的制造企業,在勞動力成本上升的影響下,雖然產量上升但是效益卻在下降,甚至還不如金融危機階段。

從目前來看勞動力成本的上升不但不會停止更不會下降,因此針對目前的狀況我們不得不改變我們以前依靠低廉的勞動力成本來發展經濟的觀念,只有觀念的改變才能適應新形勢發展的需要。那么如何破處這種困局,其實,不用考慮,發達國家的昨天就是我們的明天,只有實現自動化把人的使用降低到最小程度,簡單地說就是讓機器來代替人來工作。

通過使用機械手或者機器人來自動上下料可以大幅度減少操作人員。自動化代替人來加工不但可以減少人員的使用,而且由于杜絕了人為因素的影響,還可以保證產品質量的穩定性。人是需要休息的,節日加班還要付出幾倍的加班工資,而機器可以一天24h一年365天連續工作(除了必要的維護和檢修時間)。因此,自動化是解決這些問題最有效的手段。


圖1 機械手上下料的自動生產線

自動化加工工況分析

自動化的應用范圍非常廣泛,以下只對機械加工行業零部件的自動化加工情況進行相關的介紹。傳統的自動化方式是在專機結合自動上下料的物流方式下實現的,但是這種方式雖然有加工效率高的特點,但是存在設計制造周期長、機械結構復雜,改型換代困難等問題,已經逐步被淘汰,因此,目前在數控機床上實現自動化加工,具有更高的柔性,有利于多品種加工和產品的更新換代。

首先,一些機床利用自身的結構特點發展起來的自動化方式,比如臥式加工中心大多采用雙交換工作臺的形式實現機床的連續加工,但是這只能節省工件的裝卡時間,并不能實現一定時間內的無人化加工,如果在此基礎上把交換工作臺的數量逐步增加到6個、8個甚至12個,組成一個FMC(柔性制造單元)就可以實現一定時間內的自動化加工。如果再把多個臥式加工中心放在一起,利用在軌道上運行的物料小車來實現機床和托盤站、裝卸站之間的物流自動輸送,組成更大、更靈活的FMS就可以實現更長時間的無人化運轉。還有一種倒立車結構形式的機床,由于結構的特點特別適合于自動上下料,只要配置了適當的傳送帶就可以實現自動化加工,還可以把多臺這樣的機床通過傳送帶串聯起來實現大批量的自動化加工。

對于一些結構簡單的零部件加工,通常的加工都不超過兩個工序就可以全部完成,因此,這些零件的自動化加工通常是采用一臺或者兩臺機床配合一個桁架式的機械手和一個到兩個料倉組成一個自動化加工單元,這樣的生產方式簡單可靠。這種形式在車床上應用比較多。對于大批量的加工還可以采用多個這樣的單元連接起來共用一個供料裝置,實現大批量的自動化生產。


圖2 機器人自動上下料的自動化加工單元

對于一些由多個工序加工,而且工件的形狀比較復雜的情況下,可以采用標準化的機器人配合供料裝置組成一個自動化加工單元。一個機器人可以服務于多個加工設備從而節省自動化的成本。由于采用通用的機器人單元,自動化單元的設計制造周期短、柔性大,產品變形轉換方便,甚至可以實現較大變化的產品形狀的換型要求。對于一些特殊的產品還可以通過增加視覺識別裝置對工件的放置位置、相位、正反面等進行自動識別和判斷,并根據結果進行相應的動作,實現智能化的自動化生產,還可以讓機器人在裝卡工件之余,進行工件的清洗、吹干、檢驗和去毛刺等作業,大大提高了機器人的利用率。機器人可以正面安裝、倒立安裝、或者安裝在軌道上服務更多的加工設備。

一些形狀簡單、加工節拍很短的小工件,如果采用桁架式機械手,需要事先把零件擺好,顯然如果采用這種方法自動上下料的話就顯得沒有必要,因此對于這種零件的自動化加工一般先采用振動盤的方式對工件進行排序和工件狀態的選擇,然后再由專用的料道或者由油缸或者汽缸帶動的機械手進行自動上下料。這樣上料時就可以把雜亂無序的工件直接倒入料倉,振動盤的自動排序和送料,大大提高了材料準備的效率,并縮短了工件的裝卸時間。

對于更加復雜的零件,往往需要多個工序的加工,甚至還要增加一些檢測、清洗、試漏、壓裝和去毛刺等輔助工序,還有可能和鍛造、齒輪加工、旋壓、熱處理和磨削等工序的設備連接起來組成一個完成復雜零件全部加工內容的自動化生產線。該生產線有不同種類的設備通過桁架式的機械手、機器人和自動物流等自動化方式組合起來實現從毛坯進去一直到成品工件出來的全自動化生產線。

自動化加工的后方保障

自動化加工離不開一些必須的功能保證,否則,自動化加工由于無人化或者少人化的生產方式會帶來大批量的廢品。比如,刀具是有壽命的,不可能無限地使用下去,壽命結束的刀具要及時更換,因此,設備要具有刀具壽命管理功能,能夠隨時監控刀具的壽命并能夠及時更換已經到壽命的刀具,刀具的破損檢測功能能夠及時發現損壞的刀具并報警。另外,大批量生產中由于刀具磨損或者損壞帶來的加工零件的尺寸波動甚至超差會造成零件報廢,因此,在自動加工單元中還要配備工件精密測量裝置,隨時對工件的關鍵尺寸進行檢測,并把測量結果送回到NC進行比較,并根據結果對程序或者刀具進行補償,保證了零件加工精度的穩定性。還可以根據檢測結果判定工件是否合格,并及時對不合格的工件進行處理以免其進入下道工序。

由以上自動化單元和裝置組成的自動化車間或者工廠,如果再加上信息管理系統實現生產管理的自動化,可以組成具有更加廣泛意義上的自動化工廠。

采用自動化技術不僅可以代替人來從事一些重復性的工作,尤其是人無法或者不能完成的任務,同時也極大地拓展了人類認識和改造世界的能力,提高了工作效率,保證了產品品質。另外自動化還可以代替人在惡劣、危險的環境中工作,極大地保證了人的生命和健康。

因此,機械加工自動化是今后制造業發展的必然趨勢,從單機的自動化到單元自動化甚至是整條生產線的自動化應用將越來越廣泛。隨著自動化的不斷普及和發展,自動化的程度和自動化的水平也不斷提高,自動化相關產品產量的增加也會降低自動化的成本,自動化將在今后的制造業中發揮更大的作用。自動化也會把人從單調乏味的體力工作中解脫出來,去從事第三產業或者從事更加富有創造力的工作中去。

 
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