机加工自动化生产线方案设计大师,详细介绍生产线形式、料仓、物流转运、手爪、在线测量、工装夹具的结构形式和设计方法

结合已成功实施的机加工自动化生产线案例,精心汇编而成,内容图文并茂,通俗易懂。

1 机加工生产线概论

1.1 机加工自动化生产线的产生

自动化生产系统是在没有人的直接参与下,利用各种技术手段,通过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制,使机器、设备等按照预定的规律自动运行,实现预期的目标,或使生产过程、管理过程、设计过程等按照规定的程序自动的工作,连续、稳定的生产出符合技术要求的特定产品。

基本劳动机械化+辅助劳动机械化+自动控制系统→自动化制造系统云计算、大数据、物联网、人工智能、移动互联网为代表的新一代信息通信技术与先进制造技术的深度融合,引发了新一轮工业革命。

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1-2.机器人的发展概况

第一代机器人

1、19世纪50、60年代,随着机构理论和伺服理论的发展,进入了实用阶段。

2、70年代,随着计算机技术、现代控制技术、传感技术、人工智能技术的发展,机器人也得到了迅速的发展。

第二代机器人

进入80年代,随着传感技术,包括视觉传感器、非视觉传感器(力觉、触觉、接近觉等)以及信息处理技术的发展,出现了第二代机器人
—有感觉的机器人。它能够获得作业环境和作业对象的部分相关信息,进行一定的实时处理,引导机器人进行作业。第二代机器人己进入了使用化,在工业生产中得到了广泛应用。

第三代机器人

目前正在研究的“智能机器人”,它不仅具有比第二代机器人更加完善的环境感知能力,而且还具有逻辑思维、判断和决策能力,可根据作业要求与环境信息自主地进行工作。

机器人集中了机械工程、电子技术、计算机技术、自动控制原理以及人工智能等多学科的最新研究成果,代表了机电一体化的最高成就,是当代科学技术发展最活跃的领域之一。工程技术人员了解和学习机器人学具有重要的意义。

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1.3 制造自动化的三个层次

1)工序自动化(单机自动化)

在一个工序中,如果所有的基本动作都机械化了,并且使若干个辅助动作也自动化起来,而工人所要做的工作只是对这一工序作总的操纵和监督。

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2)工艺过程自动化(自动化线)

一个工艺过程(如:机加工工艺过程)通常包括着若干个工序,每个工序负责指定的工作内容,自动化生产线就是把它们有机地联系起来,使得整个工艺过程(包括:加工、工序时间、顺序等)自动流转,并且过程可控。

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3)制造过程的自动化(自动化制造系统FMS)

零部件(产品)的制造包括着若干个工艺过程,自动化生产线不仅每个工艺过程都自动化了,而且它们之间是自动的有机联系在一起,也就是说从原材料到最终成品的全过程都不需要人工干预,这时就形成了制造过程的自动化。

2 机加工生产线投资收益简明估算

2.1 生产线平均直接效益表

产量提升率人工成本节省率企业品牌影响效益提升率
15%80%10%

2.2 常见机械制造行业平均毛利率

项目汽车行业模具行业机械代加工行业航空业
平均毛利率15%~20%20%~30%15%~20%30%~40%

2.3 生产线的投资效益简明估算

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总结:

经过估算,该厂家改用生产线进行生产,仅用了1.7年即收回全部投资款,净盈利比采用全人工生产多了34.1万,配备生产线后,也提升了企业品牌影响度,获得更多客户的信赖,带来了更多的收益,生产成本的大幅下降为企业带来了巨大利润,市场竞争的实力一下就膨胀了若干倍,企业自然会迅速发展,遥遥领先于行业之前锋。

3 生产线的实用价值

3.1 机加工自动化生产的优势

1)可节省人力资源75%~90%,多台机床一人操作,尺寸运行,不间断生产,劳动强度降低。

2)产量稳定,生产计划可控,日均产量稳定,完成生产计划周期可准确预算,避免因延误交付期而造成经济损失。

3)生产效率提高,效益显著提升。

4)产品质量稳定,合格率较高

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自动化生产线具备的功能:

  1. 在线检测
  2. 高速CCD摄像检测仪可实现产品全捡
  3. 刀具对刀仪可以有效补偿刀具磨损引起的误差值,保障加工精度值。
  4. 高灵敏度气密检测夹具可以保障工件的准确定位。

多元化的检测技术可以实现在线抽检、全检、温度变位补偿、刀具磨损补偿、定位检测等一系列功能, 从而有效保证产品质量的稳定性。

机器人在实际应用中,会为用户编制多套动作程序,以使生产线适应多种工况的运行:

  1. 客户加工产品发生改变时,可以根据工序的改变选择适合的运行程序。
  2. 某台机床发 生故障时,可以选择另一程序跳过故障机继续生产,不会出现工序流程卡停、生产中断现象。
  3. 可以实现机床与生产线脱机单独运行。

4 机加工自动化生产线形式

4.1  六关节机器人自动化生产线形式

1)吊装轨道关节机器人(另有地面轨道式),适用于机床台数较多,空间受限,工件加工时略长的生产线。

2)下探式关节机器人,适用于机床台数较多,空间受限,工件加工时略长的生产线。

3)固定关节式机器人,适用于小单元式(3 台以下)的刚性或柔性生产线。

4)地轨+关节机器人侧取件自动线,适用于多台设备的刚性或柔性生产线。

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4.2 桁架式机加工自动化生产形式

.1)正挂双臂式桁架生产线,适用于对柔性要求不高的生产线。

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2)背挂双臂式桁架生产线,适用于对柔性要求不高的生产线。

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3)单机桁架生产线,适用于工序简单批量大的生产线。

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4)一托二桁架生产线适用于工序简单批量大的生产线。

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5)多臂(Z轴)桁架生产线适用于多工序、批量大的生产线。

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4.3 AGV小车(上下料、物流输送)

1)多托盘卧加生产线,多样少量的加工生产方式,混线生产(同工件不同工序、不同工件)。

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2)RGV+单机加工生产线

5 料仓形式

5.1 换型料仓 适用于盘类工件的存储

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6 手爪形式

6.1 90度旋转三指手爪

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7 在线测量

7.1 盘类在线测量

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7.2 机内在线测量

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8 夹具及其他附件

8.1 分度卡盘 定位缺项

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8.2 预托支架装置 适用于轴类工件的放置

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9 自动化生产线电气控制

9.1 联网设备接口信息要求

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自动化生产线控制系统通常由桁架机器人系统、关节机器人系统、自动物流系统、自动识别系统、在线检测系统、在线清洗系统等组成。

9.2 自动化生产控制流程

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10 应用案例

10.1  主轴自动化生产线

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项目说明:零件名称:主轴年产量:5万

自动化方式:桁架自动线

机床组成:OP10 深孔钻1台—OP20 FTC数控车1台—OP30 FTC 数控车床1台—OP40 VMP立加+四轴1台

关键解决点:

  1. 细长轴在车削过程的中的形位公差的保证―通过无线测头的在自动线生线的成功应用。
  2. 轴类加工断屑及轴肩处环的处理问题

10.2 输入输出轴自动化生产线

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项目说明:

零件名称:内输入轴、输出轴年产量:150万件

自动化方式:单机桁架自动线(共计11条)

机床组成:

内输入轴

加工用设备 FTC-350SLMC 3台

OP10加工内容——车螺纹+钻油孔去毛刺+钻孔

输出轴

加工用设备FTC-350SLMC 8台

OP10加工内容——车螺纹+钻油孔去毛刺+车花键槽

关键解决点:

电机轴40Cr材料的难断屑——通过70公斤高压内冷中心出水成功将自动线难断屑问题解决。

10.3 新能源汽车的配件

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项目介绍:该生产线是一个在建的新能源变速箱壳体项目计划2018年7月份投入调试、验收,年产量1万件,单件生产节拍20分钟。

工序内容:打标与扫码+立加+卧加+清洗机+测漏机+三坐标在线自动测量+六关节机器人+二维相机自动上下料

关键点:三坐标需要定制恒温恒湿室

参考文献:台湾友嘉机床

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