CNC 数控机床加工中心生产线自动化改造措施浅析
2020-12-19 来源：重庆力劲机械有限公司 作者：刘世洪
摘要：随着自动化技术的不断发展，特别是工业机器人的大规模应用，为大型汽车配件的自动化生产带来了高效率，工业机器人拥有高精度的重复定位精度，非常适合加工中心自动化生产线的上下料搬运工作，配置合适的上下料输送线可以形成一条高效率的柔性化自动化生产线。
关键词：自动化；柔性；机加
工业自动化是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下，按预期的目标实际测量、操纵等信息处理和过程控制的统称。自动化生产线将机械与电子工程相结合，使得待加工产品能够自动在设备中完成预设定的各个工序过程，大大的提高了生产效率，降低了劳动成本。本文以改造机加线为例做说明，该线原是人工上下料，因产品性汽车零配件，体积大，重量较重，一条生产线需要投入较多的人员才能正常运转，且劳动强度大。
一个典型的自动化生产过程主要包括原材料供给，自动加工，自动检测，自动包装等环节。在这些环节物料流转之间，原传输是通过人工搬运，极大的影响了传输效率，工业机器人作为灵活性高，可靠性强，安全性好，并且运行方便。
下面以一条原是人工上下料加工中心生产线改造为例，实现集中一次上料，机器人自动搬运，全线只需要一名人工可实现整线自动生产。
1 、整线布局
为了保证物流顺畅、逻辑正确、减少人工劳动强度的原则，整线将主要分为三个部分，即集中上料部分、机器人集群和下料部分。为了整线的安全性，防止现场工作人员进入到机器人工作区域、产生人生伤害风险，特设置了安全围栏，整套围栏配置可进入检修的安全门，安全门由整个单元的安全回路控制，门的打开需要切断安全开关，则区域中的机器人将停止运行，保证人生安全。
因整体单元结构紧凑、占用面积小，实现车间面积最大利用率，单元内控制电气线路及气动管路铺设在天侧，采用立柱支撑线槽，保证现场的布局美观和实用性，各加工中心间留出了间隙，地面无阻挡便于叉车搬运工装夹具。具体如图1所示。
图 1
2 、电气系统规划
由于整个单元设备数量多，每台加工中心采用 I/O 的方式进行通讯，对布线工作带来了很大的挑战，为了便于施工，布局简洁清晰，所以设计了分布式 IO 系统。分布式 IO 大量的减少了二次电缆，经济效益明显；减少了现场电缆的铺设和接线调试工作量，极大的缩短了整个工期。若单元后期需要增加设备扩展，只需要增加控制箱供电系统和预留的交换机接口，扩展非常方便。
使用 PROFINET,可以将分布式 IO 设备直连接到工业以太网。PROFINET 吸纳了多年积累的 PROFIBUS 和工业以太网的技术诀窍, 采用开放的 IT 标准,与以太网的 TCP/IP 标准兼容,并提供了实时功能，能满足所有自动化的需求，profinet 是基于工业以太网的用于工业自动化的开放标准，可以降低安装和投入运行的成本并简单了设备的扩展并提高了设备的可用性。网络拓扑图如图2所示。
图 2
3、上下料装置
在改造前的生产线加工中，只实现了半自动化加工，当一个加工循环完成后，由工人手工完成工件的装卸，再开启下一个工序，工人劳动度大，人工是最不稳定的因素，所以效率低下，在此背景下，设计自动加工系统完成上下料操作，使各加工中心的各项工序能够自动循环，无需人工介入，节省了大量人力与时间。
此上料装置设计有积放功能，即工人一次性放置满足一定加工时间的工件，上完料后工人可完成其它工作。此装置设计有精确定位装置，满足机器人的精确取件，保证机器人放入加工中心的精密工装夹具。由于拥有积放缓存功能，所以工件的上件操作与下件操作之间没有刚性的节拍同步要求，这便提高了生产线的柔性。具体如图 3 所示。
图 3
下料线同上料线一样配置积放缓存功能，使得生产线非常的柔性。因下料线的产品都是加工完成的成品，表面不允许再产生缺陷，所以下料线配置为皮带式输送线，可有效保护产品表面外
观。具体如图4所示：
图 4
安全系统可谓是整个自动化生产线最关键的部分，主要是对自动化生产线的各种方式起到安全保护的措施，保证机器人在作业中对周围的安全性。通过 PLC 实现对安全区域的实时监控，配置安全继电器，一旦出现故障可以及时的进行报警，实现故障点的可视化监测，保证生产线能够正常，安全稳定的运行。
4 、结语
随着自动化以及智能化技术的迅速发展，机器人的应用取得了优异的成绩。通过原普通的人工操作生产线的改造，使得整线的人员配置大幅减少，员工的劳动强度也大大降低，将不稳定的人工因素替换成规整的机器设备，再加以整个生产线体的高度柔性化，使得效率和经济效益的明显提升。
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