高壓油泵驅動單元凸輪軸智能生產線的研發和應用
2019-7-19 來源： 寶雞機床集團有限公司 作者：張同兵 艾紹陽
近幾年，中國汽車產業持續快速增長，并已成為世界汽車工業的重要組成部分。但在國內汽車關鍵零部件制造行業，以發動機高壓油泵驅動單元、輪轂單元等為代表的關鍵零部件制造的關鍵設備，仍主要依靠國外供應商，因此，國內汽車關鍵零部件成本居高不下。
機床制造行業的中高檔設備沒有從高速增長的汽車工業獲得應有的發展，一方面是由于國內機床制造技術水平、機床可靠性等與國外產品存在差距；另一方面也是由于國內機床制造企業的工藝技術成套性不足。迫于汽車主機廠的高要求和進口關鍵設備制約的雙重壓力，國內裝備企業迫切需要打破僵局，給國產機床設備、機器人和數控系統創造上場機會。
為此，寶雞機床集團有限公司借2016年國家科技重大專項（04專項）的東風，設計研發出高壓油泵驅動單元凸輪軸智能生產線。
一、生產線簡介
高壓油泵驅動單元凸輪軸智能生產線是針對汽車高壓油泵驅動單元凸輪軸零件自動加工的智能生產線。生產線的設計以產品工藝要求為基礎，以設備的生產能力為條件，力求作業人員便捷的操作與維護，使設備的性價比達到最高。設計設備時以經濟性、安全性、良好的操作性、可靠性作為設計準則，并把設備的可靠性與高柔性作為首要追求目標，同時更加注重選用設備的合理性以及柔性加工生產線更長的使用壽命。
針對高壓油泵凸輪軸零件的加工要求，本智能生產線由4臺CK7520C數控車床、4臺VMC850L立式加工中心、料庫、中轉料臺、工件料道、液壓（氣動）工裝夾具等組成, 3臺國產機器人為自動線提供自動上下料服務，經過三道工序，實現對凸輪軸工件從毛坯至成品的自動加工。
高壓油泵驅動單元凸輪軸智能生產線整體布局緊湊，占地面積小，配置有數控系統的云服務平臺、智能化技術平臺、生產過程可視化平臺，實現生產線—數控設備—產品的大閉環控制，如圖1、2、3所示。
凸輪特前自動線平面布局
圖1 生產線平面布局圖
圖2 生產線工藝流程
圖3 生產線現場實景
二、主要技術參數
國產機床、數控系統配套比例100%；關鍵工序能力指數CPK值≥1.67；凸輪軸零件年產量可達到20萬件；機 床MTBF達到1500h以上；零件合格率99%以上。
三、設計特點
1．國產機床、數控系統、機器人配套比例100%
該生產線應用的CK7520C數控車床、VMC850L立式加工中心均為寶雞機床研發制造，配備華中數控系統及華中關節機器人。國產機床、數控系統、機器人配套比例100%。
2．工序匹配，提高機床利用率
針對高壓油泵凸輪軸零件的加工工藝，對凸輪軸零件工藝節拍進行了詳細計算，確定機床數量，合理平衡機床加工能力，使整條自動生產線的機床發揮最大潛能，有效提高機床利用率。
3．合理布局，提高空間利用率
生產線機床采用面對面布置，關節機器人從兩側機床中部穿過；充分利用空間對自動生產線進行整體布局，使自動生產線結構緊湊，空間利用率高。
4．巧妙的設計，解決異形件角向定位
凸輪軸零件為異形件，工件在料庫托盤采用上下錯位擺放，有效利用空間，每件托盤放置4件工件，通過雙V形對工件定位，為生產線提供可靠毛坯供應。料庫配備有工件找正裝置，保證機器人抓取位工件角度準確無誤（見圖4）
圖4 凸輪軸料庫及找正裝置
5. 數控系統的云服務平臺
該智能生產線采用的數控云服務是集成物聯網、大數據、云數控等技術的應用服務平臺，涵蓋了DNC、MDC和部分MES功能。平臺采集數控系統的位置、電流、溫度、力矩、振動、跟隨誤差、聲音、圖形、視頻等大數據，分布式存儲管理大數據，應用大數據分析特征提取等智能算法，深度挖掘數控機床的能力，從而提高數控機床的管理效率、加工效率、加工質量，并保障機床的健康工作。同時提供了十分豐富的開放式數據接口，為其他系統的接入開通了便捷通道（見圖5）
圖5 數據采集平臺
高壓油泵驅動單元凸輪軸智能生產線采用產品質量在線監控、信息采集、機床健康狀態檢測和評價、數控機床線性熱誤差補償、產品信息追溯等技術，實現生產管理、質量管理和設備管理多層監控，涵蓋了工藝參數優化、健康保障和工藝能力提升評估模塊、機床溫度監控等，提升生產線關鍵工序能力指數保障能力，從而達到智能化生產的目的（見圖6）。
圖6 智能化技術平臺
7. 生產過程可視化平臺
針對汽車關鍵零部件車間生產過程，該智能生產線建立了生產過程可視化平臺（涵蓋部分ERP、工藝排程和優化等），主要包括5個模塊：（1）混流系統生產作業排程與調度；（2）混流系統報工、報檢與自動跟蹤；（3）全面設備管理；（4）質量管理；（5）協同管控平臺等（見圖7）。
圖7 生產過程可視化平臺
五、應用和推廣情況
根據國內市場對汽車零部件生產的需求現狀和寶雞機床多年機床研發、服務經驗，高壓油泵驅動單元凸輪軸智能生產線研發市場方向明確，項目成果可替代進口產品。通過產品不斷完善，將努力提升國內制造業水平，實現汽車零部件的進口替代，避免對進口汽車零部件及進口設備的依賴。研發成果可推廣應用至汽車、摩托車、紡織機械等機械設備的短軸類零件的車削、銑削自動加工。
利用高壓油泵驅動單元凸輪軸智能生產線的集成經驗，以“三高一化”為方向，形成了以柔性加工單元、智能生產線、智能機床等中高檔、自動化、智能化產品群。承擔和參與04專項、“換腦工程”等近30項，承擔重點用戶“交鑰匙”工程100多項。部分項目成為智能制造領域示范工程，起到一定的輻射作用，充分帶動寶雞機床集團有限公司機床及自動化產品的銷售工作。
高壓油泵驅動單元凸輪軸智能生產線的集成是企業在堅持自主創新，推進中高檔數控機床、生產線集成產業化、推進國產數控系統應用的道路上邁出的堅實一步，堅定了企業加快自主創新、轉型升級步伐的信念。
為鞏固成果，企業將繼續加大產學研力度，加強不同專業間的技術融合，充分利用智能生產線集成經驗，有針對性地開發制造出滿足不同用戶需求的汽車零部件智能生產線，切實推進核心智能裝置與智能制造裝備研發、產業化、推廣應用一條龍發展，從而不斷提升國內制造業整體自動化、智能化水平，不斷縮小與國外先進水平之間的差距。
來源：《世界制造技術與裝備市場（WMEM）》
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