制造自動化技術在柔性生產線上的應用

■東風汽車有限公司設備制造廠（湖北十堰 442022）殷安文

■湖北汽車工業學院（十堰 442002）陳君寶

汽車工業的快速發展使機床行業呈現出良好的發展勢頭，同時也對機床產品提出了更高的要求。隨著數控技術的迅速發展和計算機集成系統的不斷成熟，制造自動化技術在柔性生產線上將會得到越來越廣泛的應用。

制造自化技術，狹義上是指用機器（包括計算機）代替人的體力勞動或腦力勞動；其廣義上是指制造過程的所有環節采用自動化技術，實現制造全過程的自動化，即對制造過程進行規劃、動作、管理、組織、控制與協調優化，以使產品制造過程實現高效、優質、低耗、及時和潔凈的目標。以下結合我廠近年來多條柔性生產線的研制情況，從數控加工的角度來歸納、總結制造自動化技術在汽車柔性生產線上的應用。

1.在線檢測自動補償技術

（1）Z向尺寸的在線檢測、自動實時補償加工。神龍公司缸體線配有東風設備廠25臺加工中心和若干臺專機，這些設備用于粗精銑，粗精鏜、鉆、擴、鉸孔及攻螺紋等工序。該線中OP60工位精銑止推面尺寸精度為（46.45±0.05）mm，OP180工位精銑凸臺面，尺寸精度為（230±0.05）mm，由于這些尺寸在缸體零件中屬于關鍵尺寸，需計算CPK值（≥1.1），加工過程中靠機床的Z軸進給來保證。

工件加工過程中，由于受環境溫度和主軸熱變形的影響，尺寸（46.45±0.05）mm和（230±0.05）mm一直都不太穩定，且存在無規律變化，CPK值一直無法通過。在常規加工工藝無法解決的情況下，嘗試在OP60工位和OP180工位增加雷尼紹測頭，在線測量夾具的實際位置，通過光電發生器將測量的數據反饋給CNC系統，以此來實現刀具的自動補償加工，如圖1所示。

配備雷尼紹測頭后，Z方向的尺寸是通過實測后的實時數值來保證，消除了Z軸伸縮對加工的影響，加工出的零件尺寸精度一直都很穩定，CPK值也比較好，提高了零件的加工質量。

圖1 雷尼紹測頭在線檢測Z向尺寸

（2）在線檢測槽寬尺寸，自動實時補償加工（見圖2）。長安汽車發動機廠缸體、缸蓋線配有東風設備廠28臺加工中心和若干臺專機，這些設備用于粗精銑、粗精鏜、鉆、擴、鉸孔及攻螺紋等工序。該線中OP270工位，精銑缸體瓦蓋槽結合面，寬度尺寸，加工過程中存在刀具磨損，尺寸很難保證。加工過程中，采用雷尼紹測頭在線檢測缸體瓦蓋槽開擋實際尺寸，根據所檢測的尺寸，加工程序進行自動實時補償加工，從而消除刀具尺寸的影響。

（3）在線檢測孔中心坐標，自動補償加工。東風汽車發動機廠DCIll缸體、缸蓋線配有東風設備廠25臺加工中心和若干臺專機，這些設備用于粗精銑、粗精鏜、鉆、擴、鉸孔及攻螺紋等工序。缸體線中R2工位，擴RV15孔和攻螺紋，底孔由前序專機加工（其他加工基準的需要）。缸蓋線中R1工位，擴FV1孔和鉸孔，RV15和F V1底孔都由前序專機加工（其他加工基準的需要）。為了確保其加工時與原位置保持一致，采用雷尼紹測頭在線檢測RV15和FV1孔的實際位置，加工時再以所檢位置為基準實時加工RV15和FV1孔。

圖2 雷尼紹測頭在線檢測槽寬尺寸

（4）在線測量刀具長度、直徑（見圖3）。東風鑄鍛廠配有東風設備廠兩臺立式加工中心，用于加工汽車零件產品。為了提高產品的加工質量和加工效率，機床內配備了美德龍接觸式對刀儀，實現刀具的在線測量（刀長和刀具半徑）和刀具破損檢測，從而消除刀具和主軸熱變形等因素的影響。

圖3 在線測量刀具長度和直徑

2.零件自動輸送控制技術

（1）不帶上料機械手的物流控制。東風汽車發動機廠DCI11和4H缸體、缸蓋線采用了目前我廠最為先進的物流輸送技術，零件從上料、各工位間傳輸到下料，都由物流系統統一控制，減少了人力，降低了勞動強度，縮短了加工時間。

為了精確控制線內物流，機床控制面板上有聯機、單機和排空三種狀態，程序在執行時有空運轉“入”和“切”兩種狀態。兩工位自動滾道間都設有下料位、中間位和上料位三個零件存放位。零件在輸送和加工過程中會顯現出不同的狀況，如機床當前是單機、聯機還是排空，機床內是否有零件，零件是否已加工完畢，上料位和下料位是否有零件等。除了數控系統和物流控制系統必須具備各種控制功能外，零件的數控加工程序也要能對各種情況作較強處理。

（2）帶上、下料機械手的物流控制。DCI11缸蓋線R2工位加工高壓限位孔，受零件結構和加工方法的限制，加工中心需配備X、Y、Z、A和B五個軸，因而零件在輸送時需借助上、下料機械手才能完成。零件輸送時，除需具有不帶機械手的物流控制外，還需增加機械手的控制，如機械手內是否有零件，機械手當前是處在上料位還是下料位、是去執行上料動作還是下料動作等。對于不同的情況，除了數控系統、物流控制系統需具備各種控制功能外，零件的數控加工程序也要能對各種情況作較強處理。

3.自動識別、判斷、跟蹤技術

（1）自動識別B軸是否處在正確的加工位。零件在加工過程，受一些不可預知因素的影響，如機床報警、突然斷電等，零件加工中斷。消除故障（機床重啟后都需重新回到機床零位），接著進行零件加工，此時加工程序需能識別出當前刀具加工零件時B軸的轉位情況，以確保零件加工部位的正確。

（2）自動判斷機床所處的狀態。現場加工中，機床所處的狀態有聯機、單機、排空和正常加工、空運轉。是否需要攻螺紋，攻螺紋到哪個孔位，機床內是否有料，零件是否完成或加工到哪個工步，這些都可以在加工程序中編制相應的程序代碼中進行自動判斷，從而決定機床如何運行。

（3）自動跟蹤零件加工工步號。零件加工中斷，機床復位或重啟，再進行后續加工，這些都無需人為干預，加工程序自動跟蹤零件加工工步，完成余下工步的加工。

4.自動防撞技術

（1）刀具長度自動比較。刀具長度和半徑補償功能是加工中心所具備的一項最基本功能，它能很好地解決由于不同刀具長度及半徑對零件加工帶來的影響。刀具長度、半徑數值的丟失（系統或人為）和人為輸入錯誤都可能導致撞機。在加工程序中增加刀具長度自動比較功能，就能解決由于刀具數據錯誤帶來的撞機風險。

（2）小直徑刀具破損自動檢測。小直徑刀具在加工過程中易折斷，如不進行實時檢測，會對后續刀具加工造成影響，導致撞機。零件加工中增加小直徑刀具破損自動檢測，可以避免這一風險。此操作通常是通過在加工程序中執行M信號來完成。

（3）大直徑刀具主軸有無刀自動判斷。目前，大直徑的刀具在我廠設計制造的生產線中無法進行刀具破損檢測，但對于主軸上是否有刀，可以通過在主軸刀具夾緊時的信號來判斷，從而避免上一道工序未加工就進行下道工序的加工。

5.結語

數控機床正朝著高速度、高精度、多功能化、智能化（自適應控制技術）及可靠性最大化等方向快速發展，我廠的柔性加工生產線在用戶要求不斷提升的推動下，應用了諸多先進的數控技術，使其制造自動化程度得到了逐年提升。

在柔性加工生產線上的數控加工程序中增加了在線檢測、物流自動控制、機床狀態自動識別、自動判斷和及時跟蹤、刀具狀況檢測等功能，大大增強了柔性加工生產線的安全性，提高了零件加工時自動化程度和零件加工精度。制造自動化技術是未來先進制造技術的發展方向之一，利用與數控相關的軟、硬件及網絡環境、機器人等，實現工廠自動化，可以大大提高企業的制造能力和競爭能力，為企業的生產產品快速推向市場提供保障。