自動化機加生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計及布局

自動化生產(chǎn)線概述01什么是自動化生產(chǎn)線自動化生產(chǎn)線和以前的人工流水線差不多，只不過是將設(shè)備升級為自動化，然后將工人省掉。采用機器人、桁架機械手等實現(xiàn)設(shè)備自動上下料，采用輸送線、AGV等實現(xiàn)各個工序的銜接和物料中轉(zhuǎn)，采用自動立體倉庫實現(xiàn)物料的儲存，其目標(biāo)就是要實現(xiàn)從原材料輸入到成品輸出之間所有工序的全自動化運行。隨著工業(yè)4.0的推進和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，自動化生產(chǎn)線的功能也在擴展，除了基本的自動化功能之外，還增加了信息化內(nèi)容，比如常見的SCADA，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。實現(xiàn)自動采集生產(chǎn)線的工藝數(shù)據(jù)、設(shè)備參數(shù)，并提供一個大屏顯示界面，實時展現(xiàn)生產(chǎn)線運行狀態(tài)。

02自動化生產(chǎn)線類型根據(jù)制造行業(yè)及工藝上的區(qū)別，自動化生產(chǎn)線具有很多類型，例如自動化機械加工生產(chǎn)線、自動化裝配生產(chǎn)線、自動化噴涂生產(chǎn)線、自動化焊接生產(chǎn)線、自動化電鍍生產(chǎn)線等。*典型的為兩種：一種為自動化機械加工生產(chǎn)線，用于機械零件加工行業(yè)；另一種為自動化裝配生產(chǎn)線，用于各種產(chǎn)品的后期裝配生產(chǎn)。自動化機加生產(chǎn)線概述01機加工基礎(chǔ)知識常見的機加工方法有車、銑、刨、磨、鉆、鏜、沖、鋸、插等。與機加工相關(guān)的內(nèi)容有工藝、機床、刀具、工裝夾具、斷屑、對刀、機內(nèi)測量、刀補、清洗等。02自動化機加生產(chǎn)線特點自動化機械加工生產(chǎn)線主要從事零件的銑削、鉆孔及其他類似的回轉(zhuǎn)切削加工工序，主要應(yīng)用于以下零件加工場合：零件大批量生產(chǎn)零件設(shè)計成熟長期生產(chǎn)需要多種加工工序在上述場合，用自動化機械加工生產(chǎn)線就可以顯示出它的巨大優(yōu)越性。例如，很低的人工和制造成本、零件制造周期短、占用場地*少等。03自動化機加生產(chǎn)線樣式在自動化機械加工生產(chǎn)線中，根據(jù)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)形式的區(qū)別可以分為兩種類型：未設(shè)置內(nèi)部零件存儲緩存區(qū)的自動化機械加工生產(chǎn)線設(shè)置內(nèi)部零件存儲緩存區(qū)的自動化機械加工生產(chǎn)線上述兩類自動化機械加工生產(chǎn)線的節(jié)拍原理存在較大的區(qū)別，本文主要介紹未設(shè)置內(nèi)部零件存儲緩沖區(qū)的自動化機械加工生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)組成及節(jié)拍原理。04結(jié)構(gòu)組成自動化機械加工生產(chǎn)線的基本結(jié)構(gòu)原理如圖1：

圖1 典型的自動化機械加工生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)原理示意圖

自動化機械加工生產(chǎn)線在機械結(jié)構(gòu)上主要由六部分組成：零件自動輸送系統(tǒng)單個的機床加工工作站機器人執(zhí)行系統(tǒng)質(zhì)量檢驗工作站生產(chǎn)輔助系統(tǒng)上位控制系統(tǒng)通過輸送系統(tǒng)將各臺機床加工工作站連接在一起，原始零件（未加工的零件）從生產(chǎn)線的一端進入，到位后通過機器人進行上下料，在一臺工作站上完成加工后再由輸送系統(tǒng)輸送到相鄰的下一臺工作站，每一臺工作站完成不同的加工工序，經(jīng)過最后一臺工作站后完成全部加工工序的零件。在生產(chǎn)線上可能還有部分檢測工作站，用于對工件加工過程中的加工質(zhì)量進行自動檢測。此外還可能有部分人工操作的工作站，用于代替技術(shù)上極難實現(xiàn)自動化加工，在成本上不經(jīng)濟的自動化加工工序。由于零件的機械加工通常都要求較高的加工精度，對零件的定位精度自然要求較高，因此零件的自動輸送采用一種專用的夾具，即“隨行夾具”來輸送。隨行夾具不僅可以對待加工的零件進行準(zhǔn)確的定位，還可以移動、定位及在加工工作站上夾緊。由于零件可以在隨行夾具上精確的定位，還可以移動、定位及在加工工作站上準(zhǔn)確定位，因而可以確保零件相對于加工刀具的準(zhǔn)確定位。由于隨行夾具需要循環(huán)使用，所以這種自動化加工生產(chǎn)線通常都是首尾封閉的。零件自動輸送系統(tǒng)自動輸送系統(tǒng)主要是完成零件的流轉(zhuǎn)、輸送。主要類型有：1.皮帶輸送線 2.滾筒輸送線 3.倍速鏈輸送線 4.板鏈輸送線 5.其它（實際應(yīng)用根據(jù)具體場景，選用合適的輸送線進行零件輸送。例如：輕載非金屬材質(zhì)的零件，選用皮帶輸送線；輕載金屬材質(zhì)的零件，選用倍速鏈輸送線等）。輸送線

單個的機床加工工作站機床加工工作站主要是按照既定的工藝程序完成零件的機械加工。主要的機床類型有：1.數(shù)控車床 2.數(shù)控銑床 3.數(shù)控復(fù)合車床 4.龍門加工中心 5.其它（實際應(yīng)用根據(jù)具體場景，選用合適的數(shù)控機床）。數(shù)控車床

機器人執(zhí)行系統(tǒng)機器人執(zhí)行系統(tǒng)主要是按照既定的路徑完成零件上下料。主要類型有：1.標(biāo)準(zhǔn)型工業(yè)機器人 2.非標(biāo)型桁架機器人 3.其它（實際應(yīng)用根據(jù)具體場景，選用合適的機器人）。工業(yè)6軸機器人

桁架機器人

質(zhì)量檢驗工作站質(zhì)量檢驗工作站主要是完成產(chǎn)品的外觀瑕疵及尺寸檢驗。主要類型有：1.接觸式三坐標(biāo)測量 2.非接觸式光學(xué)測量-2D/3D相機 3.其它（實際應(yīng)用根據(jù)具體場景，選用合適的方式測量）。三坐標(biāo)測量三坐標(biāo)測量的優(yōu)勢是測量精度較高，一般面向高檢測要求的產(chǎn)品，但三坐標(biāo)測量儀同時存在檢測環(huán)境要求高、檢測速度慢及價格昂貴等問題，需要根據(jù)特定情況選擇。

2D視覺2D視覺就是先通過相機對工件拍照獲取工件圖片，然后通過各種算法對圖像進行處理，最終獲取圖像中工件的有無、位置、尺寸等信息。另外還可以通過2D視覺實現(xiàn)字符識別、二維碼讀取等功能。

3D視覺結(jié)構(gòu)光視覺是由投影儀投射結(jié)構(gòu)光（條紋光）照射到工件表面，然后相機對工件表面的結(jié)構(gòu)光進行拍照，從而獲取工件表面輪廓點云數(shù)據(jù)。

生產(chǎn)輔助系統(tǒng)生產(chǎn)輔助系統(tǒng)主要是完成機屑加工的金屬廢屑、切屑液的集中處理。主要類型有：1.集中供液系統(tǒng) 2.廢屑處理系統(tǒng) 3.其它（實際應(yīng)用根據(jù)具體場景，選用合適的處理系統(tǒng)）。集中供液系統(tǒng)在車間內(nèi)建設(shè)集中供液系統(tǒng)，每次加工完成，立即進入系統(tǒng)進行處理，去除各種雜物并進行指標(biāo)修正后，恢復(fù)到新配制液的*佳性能供液，實現(xiàn)不更換循環(huán)，大大延長刀具、加工液的使用壽命；對切削液進行增氧、殺菌、假日循環(huán)，提高水溶解氧飽和度防止厭氧菌滋生；可根據(jù)加工液性能參數(shù)定量添加殺菌劑，無需人工參與。

廢屑處理系統(tǒng)對所有機床設(shè)備產(chǎn)品的廢屑進行自動化處理，將車屑原料通過高壓直接冷壓成2～10公斤的塊狀廢屑，整個過程不需加溫、添加劑或其他工藝，以便于儲運及減少回收再利用過程中的損耗。

上位控制系統(tǒng)上位控制系統(tǒng)主要是按照既定邏輯程序完成整條機加線所有設(shè)備動作控制。整條產(chǎn)線全部采用網(wǎng)絡(luò)總線通訊控制，以此達到單元可隨意組合/拆分的要求。每個單元都具備多種通訊協(xié)議，HMI采用RS232通訊，ROBOT和AOI等采用TCP/IP的通訊方式，變頻器采用RS485等通訊方式，其他傳感器接入ElCO Spider67 I/O Module，在通過TCP/IP進入PLC系統(tǒng)。以此來達到單元的快速切換和保證后期設(shè)備的擴展性。

自動化機加生產(chǎn)線布局01布局形式“L”型自動化加工生產(chǎn)線通常可以采用多種布局形式。在場地有限的地方，采用直線形式的生產(chǎn)線布局可能場地不夠，為了減少生產(chǎn)線占用場地，或者當(dāng)生產(chǎn)線長度太長時，可以按“L”型設(shè)計生產(chǎn)線，如圖2:

圖2 “L”型自動化加工生產(chǎn)線02布局形式“U”型如果生產(chǎn)線按“L”型布局時仍然存在場地方面的限制，為了進一步減少生產(chǎn)線占用的場地，可以按“U”型設(shè)計生產(chǎn)線，如圖3：

圖3 “U”型自動化加工生產(chǎn)線采用這種形式的設(shè)計還有一個好處就是可以方便在生產(chǎn)線上對工件進行工序調(diào)整，來加工工件不同的表面。03布局形式“一”型由于這種生產(chǎn)線上經(jīng)常需要采用重復(fù)使用的隨行載具，為了避免隨行載具運輸上的麻煩，生產(chǎn)線按“一”形設(shè)計就可以很方便地實現(xiàn)隨行載具的自動循環(huán)。同時還可以設(shè)計專門的清洗工作站對隨行載具進行清洗，保證重復(fù)使用的隨行載具符合使用要求，如圖4：

圖4 “一”型自動化加工生產(chǎn)線采用這種方式既保留了直線形式的方便，又*大限度地減少了生產(chǎn)線占用的場地。

04布局形式“其它”型特殊場景下“非標(biāo)定制”型布局。05載具形式載具“固定”形還有另外一種特殊情況，就是直接將隨行載具固定連接在輸送線上（*方便也最長久的就是固定在鏈條輸送線的鏈條上），隨行載具始終與鏈條一起在輸送線的上下兩部分直接循環(huán)。在上半部分輸送線的上方設(shè)計各種加工工作站進行零件的加工，輸送線的下半部分則將隨行夾具送返回到上方供反復(fù)循環(huán)使用，圖5為其工作原理示意圖：

圖5 上下輸送形加工或裝配生產(chǎn)線1.張緊輪 2.定位載具 3.分度輸送線固定架這種輸送方式也可以用于自動化裝配生產(chǎn)線，在上半部分輸送線的上方設(shè)計各種裝配工作站進行零件的裝配。載具“分離”形還有一些場合可以采用托盤在輸送線（如皮帶輸送線、鏈板輸送線等）上實現(xiàn)零件的自動輸送。零件在托盤上能夠準(zhǔn)確定位，而托盤在輸送線上通過一定的機構(gòu)進行準(zhǔn)確定位，例如采用定位銷對托盤進行定位。

結(jié)束語自動化機加生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計是一項綜合性的系統(tǒng)工程，系統(tǒng)中的單元設(shè)備基本涵蓋了工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的各種先進控制技術(shù)和正處于工業(yè)前沿領(lǐng)域的加工技術(shù)。該系統(tǒng)融合光、機、電、氣以及信息一體化前沿領(lǐng)域的加工技術(shù)，使得該系統(tǒng)成為一個先進的綜合型平臺。項目主要在指定場地空間內(nèi)，依據(jù)客戶提供專機、設(shè)備、產(chǎn)能及加工工藝時間數(shù)據(jù)，同時考慮物流、人流、參觀目視等需求，進行合理規(guī)劃布局，結(jié)合人、機、料、法、環(huán)等設(shè)計要素，規(guī)劃設(shè)計一條上料-加工-下料等自動化連續(xù)生產(chǎn)線。產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)對加工的數(shù)據(jù)進行采集，為后續(xù)全部實現(xiàn)數(shù)字化奠定基礎(chǔ)。