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      —從CIMT2015看柔性加工單元及生產(chǎn)線的發(fā)展

  
      第十四屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展（CIMT2015）于2015年4月20-25日在北京新國(guó)際展覽中心隆重舉行，吸引了國(guó)內(nèi)外眾多機(jī)床工具廠商歡聚一堂，競(jìng)相展示自己的優(yōu)秀產(chǎn)品及技術(shù)成果，在會(huì)上熱誠(chéng)服務(wù)觀眾積極尋求用戶，提供詳盡產(chǎn)品信息和制造解決方案，同時(shí)提高了企業(yè)知名度、為企業(yè)謀求生存與發(fā)展空間。企業(yè)間的相互促進(jìn)與發(fā)展同時(shí)伴隨著激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，譜寫(xiě)著歷屆展會(huì)永恒不變的主旋律。

      本屆展會(huì)主題“新常態(tài)，新發(fā)展”。主題明確，立意深遠(yuǎn)。

      新常態(tài)。當(dāng)前中國(guó)機(jī)床工具行業(yè)受經(jīng)濟(jì)大環(huán)境影響，出現(xiàn)了市場(chǎng)需求總量下降、需求結(jié)構(gòu)升級(jí)的顯著變化。國(guó)內(nèi)機(jī)床制造業(yè)的總體水平已經(jīng)提高，關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用在世界范圍內(nèi)已經(jīng)流通和推廣，產(chǎn)品性能差別已經(jīng)減小，新興機(jī)床企業(yè)不斷崛起和涌入，加劇了機(jī)床的全面競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)必須貼合市場(chǎng)動(dòng)向，主動(dòng)出擊，尋求新的發(fā)展。這就是行業(yè)目前乃至將來(lái)的新常態(tài)。

      新發(fā)展。以德國(guó)工業(yè)4.0、中國(guó)制造2025、美國(guó)再工業(yè)化為代表的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新正在加速，指導(dǎo)未來(lái)工業(yè)發(fā)展。高效、智能、便捷是工業(yè)4.0產(chǎn)品的重要特性；智能制造是中國(guó)制造2025規(guī)劃綱要的重要抓手。智能制造就是生產(chǎn)全周期從自動(dòng)化升級(jí)成智能化，即擴(kuò)展到“工廠+信息系統(tǒng)”替代人的控制、“生產(chǎn)線+傳感器”替代人的監(jiān)督、“精密加工裝備+算法”替代人的技藝等，進(jìn)而出現(xiàn)“智能工廠”、“無(wú)人工廠”。 機(jī)器人將會(huì)是智能制造的切入點(diǎn)及變革基石，引發(fā)新一代工業(yè)革命。不斷加強(qiáng)機(jī)床產(chǎn)品的高效率、高穩(wěn)定性、高精度、綠色制造，并與機(jī)器人、高速珩架等智能物流相融合是設(shè)備制造廠機(jī)床未來(lái)發(fā)展規(guī)劃的新路徑。

  
      機(jī)器人與機(jī)床融合的高柔性系統(tǒng)成為本屆展會(huì)的一大看點(diǎn)。

      一．柔性制造單元

     柔性制造單元（FMC）實(shí)際上是數(shù)控加工中心的擴(kuò)展，一般是由加工中心和工業(yè)機(jī)器人各一臺(tái)組成，并由后臺(tái)計(jì)算機(jī)統(tǒng)一作可編程控制,自動(dòng)化程度高。次此展會(huì)，柔性制造單元可謂遍地開(kāi)花，碩果累累，難分伯仲，在此只作部分點(diǎn)評(píng)。

      1.走進(jìn)臺(tái)灣永進(jìn)YCM展臺(tái)，為我們展出的是一套自動(dòng)化加工單元（圖1）。該單元主要由一臺(tái)高性能立式加工中心NCV-102A、一臺(tái)FANUC 6軸關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人和一個(gè)并聯(lián)機(jī)械手臂探針式檢測(cè)平臺(tái)組成。機(jī)器人位于立式加工中心正前方，檢測(cè)平臺(tái)和物料平臺(tái)擺在一側(cè)，四周?chē)鹱o(hù)欄，布局簡(jiǎn)潔緊湊。但在這個(gè)不顯眼的小單元里，卻集成了高度智能化功能，期間為我們演示的是類似法蘭盤(pán)壓蓋零件從毛坯到合格品的無(wú)人自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程。機(jī)器人在此次表演過(guò)程中是絕對(duì)主角和明星，它所具備的視覺(jué)辨別系統(tǒng)在此大顯神通，它可以找出工件在坐標(biāo)中的實(shí)際位置，計(jì)算得到和中心位置的偏差，通過(guò)攜帶偏差調(diào)整抓取動(dòng)作實(shí)現(xiàn)精確抓取。動(dòng)作流程為：機(jī)器人從簡(jiǎn)易供料平臺(tái)毛坯區(qū)識(shí)別并精準(zhǔn)抓取待加工毛坯，機(jī)床自動(dòng)門(mén)打開(kāi)，機(jī)器人將毛坯在機(jī)床加工夾具上進(jìn)行安放，夾具自動(dòng)夾緊，自動(dòng)門(mén)關(guān)閉，第一道工序自動(dòng)加工完成，自動(dòng)門(mén)打開(kāi)，夾具松開(kāi)零件，機(jī)器人取下零件，在一個(gè)簡(jiǎn)易平臺(tái)上，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)零件，再次抓取放置到機(jī)床進(jìn)行二次裝夾和加工，最后加工工序完成，由機(jī)器人抓取送至檢測(cè)平臺(tái)進(jìn)行加工質(zhì)量檢驗(yàn)，對(duì)合格品和不合格品區(qū)分放在對(duì)應(yīng)供料平臺(tái)上（圖2）。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程全自動(dòng)、快速、高效，而工人只需要做的是收獲既得的“勝利品”。
  
  
 
                                 圖 1                                  
 

 
圖 2

      2.北京精雕集團(tuán)，專業(yè)于鋁合金產(chǎn)品類的高速、精密加工，其產(chǎn)品性能深受業(yè)內(nèi)好評(píng)和廣大用戶認(rèn)可和喜愛(ài)。在這次展會(huì)上為我們展出了適用于鋁合金產(chǎn)品的自動(dòng)化加工單元（圖3）。由兩臺(tái)JVDT600-A12S加工中心和一臺(tái)六軸機(jī)器人組成。JDVT600-A12S適用于電子、五金類產(chǎn)品的加工，在鉆、銑、攻絲、高光等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，自動(dòng)化程度高，性能強(qiáng)大：配置北京精雕自主研發(fā)的CRTM150-F3.5數(shù)控雙轉(zhuǎn)臺(tái)可進(jìn)行多面定位加工和復(fù)雜五軸聯(lián)動(dòng)銑削；采用精雕JD50數(shù)控系統(tǒng)，配置接觸式測(cè)頭通過(guò)精雕在機(jī)測(cè)量技術(shù)可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的來(lái)料檢測(cè)和自適應(yīng)補(bǔ)償加工；配置激光對(duì)刀儀，可實(shí)現(xiàn)快速對(duì)刀和刀具自動(dòng)補(bǔ)償；采用零點(diǎn)快換裝置進(jìn)行裝夾，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的精確定位。采用德國(guó)KUKA高性能6軸機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)上、下料工作，高效、可靠。該單元可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多道工序高效率、高質(zhì)量自動(dòng)化加工。圖4為該集團(tuán)為我們展示的多系列機(jī)床加工制品，精美程度讓人嘆為觀止，“智”制造業(yè)的發(fā)展讓產(chǎn)品制造發(fā)生質(zhì)的飛躍。
  
  
 
                                圖 3                                
 
 
圖4

      3.青海一機(jī)。FMS800機(jī)器人柔性制造系統(tǒng)（圖5）：主要由兩臺(tái)帶交換工位的HMC80臥式加工中心，一臺(tái)FANUC R2000IB/250F機(jī)器人及物料傳輸系統(tǒng)等組成。機(jī)器人與機(jī)床結(jié)合，縮短機(jī)床非加工時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)節(jié)拍的要求，全自動(dòng)化生產(chǎn)，有效提高加工效率。

      4.齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司展出的SVT70/100XG-NC 柔性制造單元（圖6），以兩臺(tái)數(shù)控立式車(chē)床為主，一臺(tái)大懸臂六關(guān)節(jié)機(jī)器人（德國(guó)KUKA）完成工件的輸送和搬運(yùn)，適用于轎車(chē)鐵輪轂、鋁輪轂的自動(dòng)化生產(chǎn)。
  
  
 
                             圖 5                                  
 

 
圖6

      二．柔性自動(dòng)生產(chǎn)線

 
     柔性生產(chǎn)線是把多臺(tái)可以調(diào)整的機(jī)床(多為專用機(jī)床)聯(lián)結(jié)起來(lái)，配以自動(dòng)運(yùn)送裝置組成的生產(chǎn)線，是一種技術(shù)復(fù)雜、高度自動(dòng)化的系統(tǒng)，它將微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)工程等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，理想和圓滿地解決了機(jī)械制造高自動(dòng)化與高柔性化之間的矛盾。

     1.大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司，以“大智造、創(chuàng)精機(jī)”為目標(biāo)和己任，華麗登場(chǎng)，陣容強(qiáng)大，此次展出了多臺(tái)套柔性生產(chǎn)線和自主品牌機(jī)器人產(chǎn)品，也顯示出該公司對(duì)大力發(fā)展智能制造的決心和強(qiáng)大技術(shù)實(shí)力。首次展出的DZHX-002立式加工中心柔性生產(chǎn)線（圖7），由三臺(tái)INGERSOLL 650高性能立式加工中心與兩臺(tái)FANUC關(guān)節(jié)機(jī)器人等部分組成。機(jī)器人的組合方式為一臺(tái)固定地面安裝，另一臺(tái)安裝在桁架上，位于機(jī)床上方移動(dòng)，充分利用了地面和上空空間，結(jié)構(gòu)緊湊，作業(yè)范圍寬、靈活多變。機(jī)器人具有視覺(jué)功能，通過(guò)3D與2D視覺(jué)可對(duì)散堆零件的姿態(tài)進(jìn)行辨識(shí)并正確抓取，自動(dòng)裝卸和輸送工件。該生產(chǎn)線適用于小型板類、盤(pán)類零件的批量生產(chǎn)，可以大幅提高生產(chǎn)效率。同時(shí)出彩的還有DZHX-001臥式加工中心柔性生產(chǎn)線（圖8），取自于重慶長(zhǎng)安汽車(chē)股份有限公司汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋生產(chǎn)線的一部分。主要由自主制造的高速、高精臥式加工中心HDL-50及并聯(lián)桁架機(jī)械手組成。能夠?qū)崿F(xiàn)多品種缸蓋的混流輪番生產(chǎn)，完成汽車(chē)氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)蓋從毛坯到成品包括粗、精加工在內(nèi)的全部加工內(nèi)容，高精度、高效率、高柔性、智能化與自動(dòng)控制完美結(jié)合。年生產(chǎn)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋可達(dá)20萬(wàn)件，生產(chǎn)節(jié)拍≤1.2分鐘，工序能力指數(shù)CPK值≥1.33，整體指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。觀眾們仿佛置身于現(xiàn)代化工廠，感受著智能生產(chǎn)的蓬勃?dú)庀ⅲ瑫诚砩a(chǎn)力提升帶來(lái)的亢奮和喜悅。、
  
  
 
                                 圖 7                                  

  
 
圖8

      2.東風(fēng)裝備公司設(shè)備制造廠，為我們展示了其自主設(shè)計(jì)研發(fā)的高端自動(dòng)化裝備集成系統(tǒng)（圖9），該系統(tǒng)是由兩臺(tái)DZ30、DZ40高速臥式加工中心和一臺(tái)DL500高速立式加工中心及一臺(tái)ABB地軌機(jī)器人組成。其中DZ（高速臥式加工中心）、DL（高速立式加工中心）系列產(chǎn)品，是該廠2014年推出的新品，具有高速（主軸轉(zhuǎn)速12000rpm、快速進(jìn)給50m/min、加速度10m/s²）、高效、高精度、低耗能、結(jié)構(gòu)緊湊、便于維護(hù)的特點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)以零故障、零報(bào)警的高可靠性能，吸引了眾多廠商和觀眾。據(jù)了解，東風(fēng)裝備公司設(shè)備制造廠機(jī)床業(yè)務(wù)目前主要為動(dòng)力總成、汽車(chē)零部件、一般工業(yè)品等行業(yè)提供專用機(jī)床及自動(dòng)線、柔性加工設(shè)備及柔性加工線。其中柔性加工設(shè)備及柔性加工線已廣泛用于東本發(fā)動(dòng)機(jī)、長(zhǎng)安汽車(chē)、東本汽車(chē)、神龍汽車(chē)、東風(fēng)商用車(chē)、江鈴汽車(chē)、東風(fēng)乘用車(chē)、東本零部件、東風(fēng)裕隆、東風(fēng)日產(chǎn)、東風(fēng)雷諾、浙江新杰克縫紉機(jī)等項(xiàng)目。專用機(jī)床及自動(dòng)線已廣泛用于濰柴動(dòng)力、神龍汽車(chē)、東風(fēng)商用車(chē)、長(zhǎng)安汽車(chē)、玉柴機(jī)器、東風(fēng)康明斯、東風(fēng)股份、中國(guó)重汽、上海大眾、云內(nèi)動(dòng)力等項(xiàng)目。可見(jiàn)智能生產(chǎn)線在汽車(chē)等制造業(yè)的廣闊市場(chǎng)前景，是大勢(shì)所趨。

     3．北京第二機(jī)床有限公司。汽車(chē)曲軸加工柔性、敏捷、高效、精密，自動(dòng)化生產(chǎn)線（圖10）。榮獲2014年中國(guó)機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。主要組成：①LBR-370 數(shù)控車(chē)床，配有機(jī)器人接口，頂部自動(dòng)門(mén)關(guān)合，通過(guò)DNC-C通信接口與桁架機(jī)械手和數(shù)控磨床對(duì)接，由計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)曲軸零件的自動(dòng)轉(zhuǎn)序加工和自動(dòng)化生產(chǎn)。②B2-K1018雙砂輪架隨動(dòng)式數(shù)控曲軸磨床，采用先進(jìn)的跟隨擺動(dòng)式磨削連桿頸技術(shù)，通過(guò)兩個(gè)砂輪架進(jìn)給軸（X1、X2軸）與工件回轉(zhuǎn)軸（C1、C2軸）聯(lián)動(dòng)配合裝置實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，可以同時(shí)磨削曲軸兩個(gè)任意相位連桿頸，也可以同時(shí)磨削一個(gè)連桿頸和一個(gè)主軸頸或多個(gè)主軸頸。徹底解決傳統(tǒng)偏心夾具式曲軸磨床加工柔性差、調(diào)整復(fù)雜等問(wèn)題。③B2-6008曲軸砂帶拋光機(jī)，整機(jī)布局合理，整體防護(hù)，維護(hù)簡(jiǎn)便，符合人機(jī)工程要求。砂帶卷帶機(jī)構(gòu)的走帶量可根據(jù)加工要求調(diào)整，加工過(guò)程可設(shè)置工件正、反向旋轉(zhuǎn)提高加工質(zhì)量。一個(gè)工作循環(huán)可以在原基礎(chǔ)上將表面粗糙度等級(jí)提高一級(jí)。④采用北京步奇自動(dòng)化桁架機(jī)械手對(duì)工件進(jìn)行全程搬運(yùn)、裝夾等自動(dòng)化作業(yè)。生產(chǎn)線功能特點(diǎn)：①曲軸“多品種、大批量、高效率、低成本”的短流程工藝布局；②基于非圓磨削原理的雙砂輪架隨動(dòng)式(切點(diǎn)跟蹤)磨削技術(shù)和六軸同步插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)磨削技術(shù)；③曲軸品種的智能識(shí)別與敏捷換型；④連桿頸相位數(shù)字化自動(dòng)測(cè)量識(shí)別技術(shù)；⑤數(shù)控隨動(dòng)式（切點(diǎn)跟蹤）磨削技術(shù)；⑥曲軸隨動(dòng)同步切磨+縱磨技術(shù)；⑦機(jī)床幾何誤差及磨削圓度與尺寸誤差的智能補(bǔ)償；⑧智能化無(wú)編程專家系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)；⑨自動(dòng)化物流、信息化管理。綜合技術(shù)達(dá)到同類技術(shù)國(guó)家先進(jìn)水平，其中隨動(dòng)式(切點(diǎn)跟中)曲軸磨床達(dá)到同類產(chǎn)品國(guó)際領(lǐng)先水平，實(shí)現(xiàn)了曲軸非圓磨削成套裝備技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的重大突破。
 

  
  
 
                           圖 9                                   

  
  
 
圖10

      4.山東威達(dá)。桁架機(jī)械手自動(dòng)生產(chǎn)線（圖11）：由WMC600立式加工中心、WMC320臥式加工中心、桁架機(jī)械手、自動(dòng)化料倉(cāng)搬運(yùn)中心組成。能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)裝卸工件、自動(dòng)交換刀具、刀具在線檢測(cè)、工件在線檢測(cè)的智能化生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)箱體類零件的從毛坯到合格品的全自動(dòng)無(wú)人化加工

  
      三．未來(lái)工廠
 
 
     “未來(lái)的工廠只有兩個(gè)員工：一個(gè)人和一只狗。人負(fù)責(zé)養(yǎng)狗。狗負(fù)責(zé)防止人碰到機(jī)器。”是美國(guó)組織顧問(wèn)Warren G.Bennis對(duì)未來(lái)工廠的調(diào)侃預(yù)測(cè)卻一語(yǔ)驚人。

     機(jī)器人數(shù)字化工廠是真正意義上將機(jī)器人、智能設(shè)備和信息技術(shù)三者在制造業(yè)的完美結(jié)合，涵蓋了制造的生產(chǎn)、質(zhì)量、物流等環(huán)節(jié)，主要解決工廠、車(chē)間和生產(chǎn)線以及產(chǎn)品的設(shè)計(jì)到制造實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，是智能制造的典型代表。韓國(guó)現(xiàn)代威亞數(shù)控機(jī)床有限公司展出的現(xiàn)代化智能工廠前景模型（圖12），展現(xiàn)出強(qiáng)大實(shí)力和宏偉藍(lán)圖。
 
   
 
 
                           圖 11                                 

  
 
 
圖12

      四．工業(yè)機(jī)器人的盛會(huì)，出彩中國(guó)“人”

     工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器及人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。智能機(jī)器人是將擁有精確計(jì)算、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、視覺(jué)識(shí)別、力矩傳感等諸多功能成為一體并應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器人（圖13）。目前，用于機(jī)床的機(jī)器人主要以6軸關(guān)節(jié)機(jī)器人及十字坐標(biāo)桁架機(jī)械手為主，機(jī)床與機(jī)器人正開(kāi)展著前所未有的緊密而廣泛的合作，吸引了眾多機(jī)器人制造商到會(huì)參展。德國(guó)KUKA、瑞士ABB、日本FANUC、意大利COMAU等國(guó)外知名制造商強(qiáng)勢(shì)登場(chǎng)，同時(shí)在展會(huì)上的各機(jī)床配套應(yīng)用中占據(jù)了半壁江山，成為為高端機(jī)床產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。近年來(lái)，中國(guó)機(jī)器人應(yīng)用和需求迅猛發(fā)展，全國(guó)各地機(jī)器人公司如雨后春筍，蓬勃發(fā)展。國(guó)內(nèi)自主品牌機(jī)器人，在展會(huì)上大顯身手，代表為：廣州數(shù)控；華中數(shù)控；大連機(jī)床；大連光洋；浙江瑞宏機(jī)器人有限公司；STON金石機(jī)器人；南京埃斯頓；寧夏巨能機(jī)器人等。其中寧夏巨能機(jī)器人自主研發(fā)、設(shè)計(jì)制造的中國(guó)第一條智能無(wú)線傳輸桁架機(jī)器人，讓人印象深刻，解決了生產(chǎn)線過(guò)長(zhǎng)造成的拖鏈安全、噪音、速度、及信號(hào)衰弱等問(wèn)題，充分利用了互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)，搶得市場(chǎng)先機(jī)。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)在高端機(jī)器人核心技術(shù)中的精密減速機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制器等更多依賴國(guó)外進(jìn)口，仍受制于人，欲打破落后格局，仍需努力，但中國(guó)機(jī)器人傳承著中國(guó)人的勤勞、智慧、堅(jiān)毅的傳統(tǒng)，必將在不久將來(lái)趕超世界前列。

                                                                   圖13

   
      五．尾聲 

      工業(yè)機(jī)器人與機(jī)床制造業(yè)相輔相成，它們組成的智能化柔性加工單元和生產(chǎn)線，代表先進(jìn)生產(chǎn)力，順應(yīng)市場(chǎng)需求，是未來(lái)工廠的重要組成部分。工業(yè)化進(jìn)程本身就是一個(gè)“機(jī)器代替人”的不可逆過(guò)程，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)在制造業(yè)中承擔(dān)了“勞動(dòng)者”也就是“生產(chǎn)力”的角色，而生產(chǎn)力是人類社會(huì)發(fā)展的最終決定力量。機(jī)器換人，智啟未來(lái)，讓我們一起展望明天！