軸承座零件的智能生產(chǎn)線設(shè)計*

劉學航，王 信，楚 功

(宜賓職業(yè)技術(shù)學院，四川 宜賓 644003)

0 引言

2015年5月19日，國務(wù)院正式印發(fā)《中國制造2025》實施綱要，要求加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，切實推進傳統(tǒng)制造業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)型升級[1]。由于產(chǎn)品的多樣性以及更新速度快的特點，企業(yè)在實施智能制造升級轉(zhuǎn)型過程中，仍然面臨著開發(fā)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(lǐng)先的全方位工業(yè)智能制造工廠虛擬仿真系統(tǒng)，利用Visaul One可以對工業(yè)機器人、電氣及周邊設(shè)備進行三維虛擬仿真，根據(jù)用戶需求快速地建立智能生產(chǎn)線的仿真模擬并進行工程規(guī)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(yè)在研發(fā)前期進行工程及產(chǎn)能驗證，成功提升行業(yè)競爭力。

本文以某電機軸承座零件的智能制造生產(chǎn)線設(shè)計為基礎(chǔ)，通過對軸承座零件數(shù)控加工工藝及生產(chǎn)線流程分析，結(jié)合博圖TIA軟件和Visual One軟件，完成軸承座零件的智能生產(chǎn)線的設(shè)計及虛擬仿真，以及生產(chǎn)線規(guī)劃、驗證、流程分析和邏輯驗證等。本文構(gòu)建的生產(chǎn)線柔性好，降低了人工成本和設(shè)備成本，提高了軸承座零件的生產(chǎn)效率，為同類產(chǎn)品企業(yè)向數(shù)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(shù)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(gòu)成。凸臺輪廓由直線和圓弧組成，主要在數(shù)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(shù)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(chǎn)線工藝流程分析

根據(jù)軸承座零件的加工工藝，結(jié)合板類零件的加工特點，生產(chǎn)線以零件的數(shù)控加工、清洗、檢測、倉儲為技術(shù)路線，結(jié)合生產(chǎn)車間物料流轉(zhuǎn)過程規(guī)劃工作流程，實現(xiàn)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(shè)計的生產(chǎn)線既可以整體運行，也可以根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)拆解模塊，拆解出來的模塊可以獨立運行，生產(chǎn)線工作流程如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)線工作流程圖

3 智能制造生產(chǎn)線模塊設(shè)計

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

圖3 生產(chǎn)線平面布局示意圖

3.1 總控單元設(shè)計

總控單元主要由MES系統(tǒng)(見圖4)、PLC控制中心、CAD/CAM中心和看板等組成，主要實現(xiàn)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(shù)據(jù)采集、測量數(shù)據(jù)采集、料倉管理和運行狀態(tài)監(jiān)控(見圖5 )等功能，達到訂單下發(fā)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和質(zhì)量追溯的目的。

圖4 MES系統(tǒng)界面

3.2 倉儲物流單元設(shè)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(xiàn)對毛坯、產(chǎn)品的出入庫、輸送及產(chǎn)品身份信息追蹤。

3.3 CNC加工單元設(shè)計

CNC加工單元以加工零件的工藝過程和生產(chǎn)線整體需求為基礎(chǔ)，采用立式加工中心兩次裝夾完成軸承座零件加工，結(jié)合零件的輸送方式配置合適的上下料輸送線。生產(chǎn)線包括2個CNC加工單元，CNC2加工單元的設(shè)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(yè)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(chǎn)線仿真與測試

4.1 生產(chǎn)線虛擬仿真

首先，根據(jù)軸承座零件數(shù)控加工工藝分析及智能生產(chǎn)線流程設(shè)計，利用三維建模軟件NX建立生產(chǎn)線三維模型，導入Visual One軟件，通過軟件的智能布局優(yōu)化功能對機器人上下料、AGV小車運輸、數(shù)控機床開關(guān)門控制及各單元模塊生產(chǎn)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(shù)控加工程序進行聯(lián)調(diào)，模擬生產(chǎn)線運作過程，通過虛擬仿真驗證軸承座零件智能生產(chǎn)線設(shè)計的合理性和穩(wěn)定性。軸承座零件生產(chǎn)線加工單元布局如圖7所示。

圖7 軸承座零件生產(chǎn)線加工單元布局

4.2 實際測試

根據(jù)Visual One軟件虛擬仿真、優(yōu)化后布局搭建、調(diào)試真實產(chǎn)線，大大縮短了產(chǎn)線的安裝調(diào)試時間。智能生產(chǎn)線實地效果如圖8所示。測試結(jié)果表明：該生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)軸承座零件的柔性化、智能化加工，借助MES系統(tǒng)云監(jiān)控平臺，將加工數(shù)據(jù)同步到大屏幕實時監(jiān)控。驗證了生產(chǎn)線設(shè)計的正確性和合理性，生產(chǎn)效率比傳統(tǒng)生產(chǎn)線提高35%以上，實現(xiàn)了企業(yè)降本增效。

圖8 智能生產(chǎn)線效果圖

5 總結(jié)

通過生產(chǎn)線的功能需求分析，結(jié)合數(shù)控加工工藝和生產(chǎn)線流程分析，設(shè)計了軸承座零件智能生產(chǎn)線方案，用Visual One軟件對生產(chǎn)線進行虛擬仿真調(diào)試和優(yōu)化，根據(jù)仿真優(yōu)化后的產(chǎn)線布局搭建真實產(chǎn)線，大大縮短了產(chǎn)線的安裝調(diào)試時間。試驗結(jié)果表明：軸承座零件智能生產(chǎn)線設(shè)計合理、運行穩(wěn)定，達到了預期設(shè)計目標。通過MES系統(tǒng)和云平臺大數(shù)據(jù)管理，企業(yè)實現(xiàn)了信息化、智能化管理，為企業(yè)節(jié)省了轉(zhuǎn)型開發(fā)成本和時間，在企業(yè)產(chǎn)品快速升級時避免了大量的反復與試制，可為同類產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)提供一定的參考。