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結合目前汽車制造業(yè)的高速發(fā)展，隨著企業(yè)用工成本上升及產業(yè)轉型升級的要求，單純設備性能的提高，為提高生產率所帶來的貢獻是非常有限的。只有制造模式和管理模式的變革，才能讓生產率得到飛躍式的提高。集自動化、柔性化和智能化于一身的制造模式將是今后制造業(yè)發(fā)展的大趨勢。

下文中提到的自動生產線是由高精度數(shù)控車床、高精度雙主軸數(shù)控車床、精密滾齒機、桁架自動機械手上下料、工件姿態(tài)調整裝置、物流系統(tǒng)、檢測裝置等組成。整條線的齒輪、輸入輸出軸工序內容分為：熱處理前精車、滾齒、熱處理后精車三道工序，均采用桁架機械手進行自動上下料加工。生產線附加信息化生產管理系統(tǒng)與智能化監(jiān)控系統(tǒng)，設立總控室，具有生產任務管理支持、質量信息采集與分析監(jiān)控、生產線裝備運行狀態(tài)監(jiān)控及快速處理等功能，實現(xiàn)了設備互聯(lián)與集中控制，為創(chuàng)建數(shù)字化工廠打下了堅實的基礎。

圖1 桁架機器人

技術方案設計

該自動化生產線加工工件為汽車變速箱齒輪、輸入輸出軸。生產線要求兼容三種齒輪、兩種輸入軸、兩種輸出軸。設計生產能力為：年產鐵路軸承12萬套(以每班次7?h、每天3班、每月22天計算)。自動生產線平均無故障運行時間(MTBF)1000?h以上。3種齒輪最長加工節(jié)拍包括裝卡時間共計130?s，4種軸最長加工節(jié)拍包括裝卡時間共計150?s。

按照自動生產線要求：集成精車、滾齒各工序加工，兼容三種不同規(guī)格的變速箱齒輪，四種不同規(guī)格的輸入輸出軸，同時考慮實現(xiàn)長時間無人化運轉，整個生產線在配置車床、滾齒機的基礎上，增加集輸送、翻轉、抽檢一體的自動物流系統(tǒng)，工件的轉序使用桁架機械手進行上下料。

圖2 變速箱齒輪自動生產線

根據(jù)大批量加工要求，制定如下加工工藝(圖2)：

1.變速箱齒輪加工工藝流程(采用高精度雙主軸數(shù)控車床)

熱處理前工序：OP10車床1#主軸(后拉卡盤)夾持外圓——半精車內孔、右端面——精車內孔、右端面——OP10車床2#主軸(后拉/漲套卡盤)夾持內孔——半精車外圓、左端面——精車外圓、左端面——OP20滾齒機夾持內孔——精密滾齒(完成后人工轉熱處理車間)。

熱處理后工序：OP30車床1#主軸(節(jié)圓卡盤)夾持外圓——精車內孔、右端面——OP20車床2#主軸(后拉/漲套卡盤)夾持內孔——精車左端面。

2.變速箱輸入軸加工工藝流程(采用帶伺服尾座的高精度數(shù)控車床)

熱處理前工序：OP10車床尾座頂緊工件、主軸(后拉卡盤)夾持外圓——半精車一側外圓、端面、各檔槽——精車外圓、右端面、各檔槽——OP20車床尾座頂緊工件、主軸(后拉卡盤)夾持外圓——半精車另一側外圓、端面、各檔槽——精車另一側外圓、端面、各檔槽——精密滾齒(完成后人工轉熱處理車間)。

熱處理后工序：OP30車床主軸(后拉卡盤)夾持外圓、中心架輔助支撐——精車內孔、右端面——OP30車床座頂緊工件、中心架松開并移動到最左側——精車各檔槽。

3.變速箱輸出軸總體加工工藝流程與輸入軸相同。

根據(jù)以上工藝路線及工廠實際情況：將變速箱齒輪的熱前半精車、熱前精車、滾齒、熱后精車四道最重要工序共兩臺高精度雙主軸數(shù)控車床及一臺精密滾齒機連線使用自動化加工。將輸入、輸出軸的熱前半精車、熱前精車、熱后精車三道最重要工序共六臺帶伺服尾座的高精度數(shù)控車床連線使用自動化加工，滾齒機對軸類零件裝卡姿態(tài)有特殊要求，暫不適合自動線生產。在自動化方面，齒輪自動線熱前、熱后工序采用一臺桁架機械手進行上下料，輸入軸自動線熱前、熱后工序采用兩臺桁架機械手進行上下料，輸出軸自動線形式與輸入軸自動線相同。

自動線布局

設計時需結合單臺機床加工節(jié)拍及整條生產線產能的要求，確保自動上下料時間不占用機床車削加工時間。因此，在布局上，齒輪生產線使用一臺桁架機械手、兩臺高精度數(shù)控車床、一臺精密滾齒機組成。同時附加料倉，完成上、下料任務。OP10車床與OP20滾齒機之間配置抽檢臺，烘干、轉序為一體的料道，實現(xiàn)零件干燥及轉序的功能。斜齒輪熱后工序上料過程中卡盤有安裝角度的要求，故熱后工序料倉與OP30車床之間配置角向定位機構，保證每次上料時零件姿態(tài)一致。

齒輪自動生產線采用串、并聯(lián)相結合的方式，一套機械手服務兩個工序。當產能飽滿時，工人在熱前、熱后工序料倉處放料，機械手從熱前工序料倉取料后先給OP10車床上料，然后將OP10車床加工完成的工件送至轉序料道(轉序料道將工件送入滾齒機，滾齒完成的工件由工人取走轉入熱處理工序)，之后從熱后工序料倉取料給OP30車床上料，再將OP30車床加工完成的工件送回熱后工序料倉。當產能不飽滿時，工人可只在熱前或熱后工序料倉之一處放料，機械手可只為OP10、OP30車床之一換料。

輸入(輸出)軸生產線使用兩臺桁架機械手和三臺高精度數(shù)控車床組成。同時附加上、下料道，形成整體化的自動化生產線。輸入(輸出)軸加工過程零件存在姿態(tài)轉換，OP10車床與OP20車床之間配置可使零件姿態(tài)180°翻轉的機構，保證OP20機床上料時零件姿態(tài)正確。另外，在一些生產節(jié)拍要求較高的場合，零件姿態(tài)翻轉機構可以整合到機械手上，從而進一步提高自動生產線的工作效率。

輸入(輸出)軸自動生產線同樣采用串、并聯(lián)相結合的方式，兩套機械手服務三個工序。工人在熱前、熱后工序上料道處放料，并在下料道處取走加工完成品。

1#機械手從熱前工序上料道取料后先給OP10車床上料，然后將OP10車床加工完成的工件送至零件姿態(tài)翻轉機構，零件姿態(tài)翻轉完成再給OP20車床上料，并將OP20車床加工完成的工件送回熱前工序下料道。

2#機械手從熱后工序上料道取料后給OP30車床上料，然后將OP30車床加工完成的工件送回熱后工序下料道。

自動線組成

利用寧夏巨能機器人系統(tǒng)有限公司的GS050A桁架機械手、CMP06A料倉、CMR500上下料道、轉序料道、角向定位及零件姿態(tài)翻轉機構等系統(tǒng)，小巨人機床有限公司的QTN200/500、QTN200/1000、QTN200MS高精度數(shù)控車床，德國普瑞威瑪精密滾齒機組成車削滾齒自動生產線。完全實現(xiàn)汽車變速箱齒輪、輸入軸、輸出軸柔性生產制造，自動化上下料，自動沖洗以及信息化生產管理。

GS050A機械手，采用模塊化設計，屬于巨能公司非常成熟的系列化產品。根據(jù)送料要求，可附加第三個直線軸Z軸、W旋轉軸，以及其他特殊機構，相對傳統(tǒng)采用人工上下料方式，提高了數(shù)控機床的利用率。輸入(輸出)軸自動線采用常規(guī)形式的機械手上下料。斜齒輪由于采用節(jié)圓卡盤定位，常規(guī)形式的機械手無法完成上料，必須增加導向及彈簧推片機構，確保上料時齒輪能夠旋轉一定角度并與定位銷順暢嚙合。

車床采用小巨人機床有限公司生產的高精度數(shù)控車床，可根據(jù)加工工藝配置第二主軸、伺服尾座、中心架等，滿足變速箱齒輪及輸入、輸出軸精加工的需要。該設備采用MAZAK數(shù)控系統(tǒng)，滿足組建數(shù)字化工廠的設備要求。

滾齒機采用德國普瑞威瑪原裝進口精密滾齒機，車床與滾齒機之間配置轉序料道。車床完成的零件只需按要求擺放至料道上即可實現(xiàn)自動化滾齒加工。滾齒加工前車床完成的零件必須非常干燥，這樣才能保證滾齒的裝及加工精度。生產線研制了集中輸送、清洗、烘干于一體的自動物流料道，在有效解決零件清洗干燥問題的前提下，最大程度實現(xiàn)了以盡可能小的占地面積，完成盡可能長時間的無人化自動加工。

轉序料道輸送速度1.5?m/min，應用傳感器技術，實現(xiàn)工件自動及高效清洗、烘干，提高產品過程質量控制能力，并實現(xiàn)整個生產過程智能化控制管理。

變速箱齒輪自動線采用的CMP06A料倉結構緊湊，可兼容直徑20～190?mm的盤類零件，與機械手配合可在一臺料倉上同時實現(xiàn)上、下料的功能，有效的降低了設備采購成本，減小了占地面積。輸入、輸出軸自動線采用的CMR500料道結構簡單、易于維護，可兼容長度100～500?mm以內的軸類零件，下料道還具備料滿報警功能，確保下料道零件儲存滿后及時通知工人取走。

系統(tǒng)以計算機以太網通訊技術、數(shù)控系統(tǒng)為基礎，把機床工位與上層控制計算機集成連接在一起，實現(xiàn)制造企業(yè)現(xiàn)代化生產車間自動化網絡化管理。管理系統(tǒng)分為以下幾個模塊：程序傳輸管理系統(tǒng)、生產數(shù)據(jù)采集分析管理、車間實時可視化反饋系統(tǒng)。整個生產線管理系統(tǒng)通過對生產數(shù)據(jù)的采集和分析，從而改善生產設備的總體生產運行效率，降低生產成本，提高產品質量。

車間可視化管理模塊中，將車間的布局按比例模擬到系統(tǒng)中，建立一個強大的電子看板，向企業(yè)用戶決策者提供真實的車間任務、人員和設備狀態(tài)信息，是有效改善企業(yè)制造過程的管理方法。

程序傳輸管模塊中，通過掃描槍掃描工單上的條形碼或者通過宏程序呼叫，服務器自動向機床發(fā)送程序，完成程序下載功能。在程序上傳方面，所有程序直接從機床上傳，服務器獲得數(shù)據(jù)后自動保存管理。

生產數(shù)據(jù)采集分析管理模塊中，分為機床視圖和工廠視圖兩個部分，通過數(shù)據(jù)長期采集記錄，進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)的詳細分析，對管理者改善工廠管理提供數(shù)據(jù)支持。通過對產品過程質量數(shù)據(jù)統(tǒng)計記錄，對應各工序檢測數(shù)據(jù)對應零件序列號，直接進入系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫，輕松實現(xiàn)對每一件產品的質量追溯管理，實現(xiàn)產品全生命周期管理。

融合工業(yè)機器人自動化生產線的數(shù)字化車間，提高了加工產品精度和可靠性，這也必將帶動各裝備制造業(yè)的同步發(fā)展。汽車變速箱齒輪及輸入、輸出軸是汽車的重要零部件之一，必須突出可靠性與經濟性。從某種程度上說，汽車變速箱齒輪及輸入、輸出軸制造行業(yè)對中國的汽車發(fā)展有著至關重要的作用。

由于生產線設備本身是高度的多功能柔性加工設備，通過對設備夾具和手爪的改變，即可以實現(xiàn)其他類型盤齒類零件、軸類零件的加工，物料輸送系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)仍然保持不變，適合于批量生產，但也可以在產品更換后，進行生產線改造和重組，模塊化的設計，方便和適應了產品的變化。

智能技術和智能制造系統(tǒng)的示范應用，提高了生產率，優(yōu)化了要素配置，增強了企業(yè)的核心競爭力。 利用自動化帶來的優(yōu)勢，以組建智能化制造工廠為目標，改變了傳統(tǒng)的制造生產模式。