智能化机械加工车间的现状及发展趋势

阿明哥哥资料区 2022-01-20

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编者按

从非标自动化设备、SCADA平台的应用情况及加工仿真、刀具集中管理等3个方面介绍智能化机械加工车间的现状及发展趋势。

工程师李云

序言

随着机械制造智能化的迅速发展，工程机械行业的各主机厂都在进行转型升级，以提高生产的精益化水平为目的，打造智能化的生产车间。通过配置非标自动化设备来提升生产效率，减少生产过程中的人工干预程度；通过物联网平台自动采集数据，积累数据样本并进行分析，最终对生产过程进行改善；通过加工仿真、离线编程及刀具集中管理等措施，来预先完成生产准备工作。建设智能化车间不仅可以提升工厂的精益管理水平，还能大幅降低人力成本。本文将从3个方面阐述智能化机械加工车间的现状及发展趋势。

非标自动化设备的应用

随着劳动力成本的不断增加，工厂开始重视引进非标自动化设备，用机器代替人工完成一些重复性的技术含量较低的工作，例如使用搬运机器人完成上下料工作。图1为六自由度关节型搬运机器人。通过运用先进的工件输送链及合理布置机床的位置，1台机器人可以完成多台数控加工中心的上下料工作，较大程度地降低了人力成本。

图1 六自由度关节型搬运机器人

在工件的机械加工过程中，经常会遇到刀具磨损及折断等情况，非标自动化设备制造厂商在设计自动化生产线时，会监控机床的主轴转矩、电动机温度等数据，根据主轴转矩值自动判断刀具是否断裂，或者通过TS27R刀具破损检测系统判断刀具磨损程度，然后通知机器人更换刀具。一些自动化程度较高的机器人配有多种不同功能的手爪，可以自动更换工装夹具、数控车床的尾座和刀具的夹套等功能附件。图2所示为特殊配置的机器人，其能够通过视觉相机判断工件毛刺所在的部位和形状，自动完成毛刺清理等工作，实现全过程无人化加工。

图2　机器人清理工件毛刺

除了自动化加工以外，智能化车间还注重配置智能化物流工具，例如使用AGV、无人叉车和自动堆垛机，实现物料转运及仓储，通过物流管理系统，利用ID识别功能对工件信息进行数据化管理。物流管理系统能够自动识别工件的搬运优先级，实现最优化物流管理。图3所示为仓储式货架，MES制造系统通知堆垛机取件，安排AGV转运工件，然后使用机械手自动上下件，最后在机床上完成加工。

图3 仓储式货架

SCADA平台的应用

在传统的机械加工车间，管理人员根据现场的反馈来进行管理，需要根据经验进行判断，不利于精细化管理。智能化车间通过搭建稳定、可靠、高效的设备联网与数据采集分析平台（SCADA），实现数控机床全时段的数据采集，确保数据采集的完整性和准确性。图4为设备数据采集架构，SCADA平台能够采集到各类加工中心的关键生产数据，通过网络传输协议与数控机床互传程序。通过对机床数据的采集及分析，可最大程度地提升机床的利用率。

图4 加工设备数据采集架构

SCADA平台不仅能够实现设备数据采集及设备互联，还能够与MES生产系统双向联接，自动统计设备产量及订单完工情况，加工程序可以随着MES派工单自动传输到数控机床，实现生产订单管理；另外，还能够提供在线检测功能，分析采集到的设备和报警信息，预测性地提出备件更换和维修需求，减少停机时间。

加工仿真和离线编程技术的应用

在生产过程中，为了提升机床的有效利用率，常需要提前完成编程、刀具预调等辅助工作，避免机床处于待机状态。目前，机械加工方面的仿真软件都比较成熟（例如VERICUT等），能够根据机床、夹具、工件和刀具的实际尺寸建模并进行加工仿真。图5为使用VERICUT软件对钢丝绳滑块进行加工仿真。使用仿真软件能够快速检测数控程序的语法错误，进行刀具与工件的干涉碰撞分析，较大程度地缩短了程序调试时间。

图5 使用VERICUT软件对钢丝绳滑块进行加工仿真

为了减少刀具预调造成的机床待机时间，智能化程度较高的车间会对刀具编码进行集中管理。图6为刀具预调仪，无需机床停机，可事先完成刀具的预调。通过ID编码功能实现刀具的集中管理，系统会自动识别刀具所在的位置，然后通过对刀具信息及使用状况的管理，实现刀具寿命的精准预测，从而能够及时更换刀具，避免产生不合格品。