机械设计|机械加工自动线的设计组成,你知道吗?

2018年11月04日 公司新闻 331 views

随着工业4.0时代的来临,机器换人的理念已经在制作业有着广泛的共识,尤其是在一些大规模生产的行业更是成为了一种必然,同时随着中国的人工成本的不断增加,已经人口红利的逐渐式微。

机器人和自动化配套设备的兴起已经成为了一种必然,这是时代的潮流,更是现实的需要,作为制造业的从业者,我们只能顺势而为,随其波而逐其流才能跟上这时代的步伐,成为这个时代的弄潮儿,而不是时代进步的牺牲品。

在这篇文章里,我将会针对机械加工的自动化过程来做一个集成的说明,与大家分享一下,打造一条机械加工自动线到底牵涉到那些功能部件,需要积累那些方面的知识,让大家对这个过程有一个更理性的认识,也给一些自动化制造从业者一个小小的参考。

虽然我提供的这些知识和案例,只是某个领域的一些特例,但是依然和其它自动化过程存在一定的共性,当然也因为本人行业经验的局限性和认识上的一些偏见。

我分享的东西可能更多的带有个人色彩,但是请大家吸收那些好的东西,至于那些你看不上的,就当是个笑话吧,你一笑而过就行了。

一、机械加工自动线

我们首先需要确认的就是我们是专门针对机械加工行业来打造的自动线,而在传统机械加工行业里面,更多的是依赖操作者的手动操作和数控机床的辅助,例如人工上下料,人工夹紧工件,人工清理加工铁屑等等。

而加工自动线的打造可以让这些本来人工操作的工序都可以通过机械手的自动化来完成,让人真正从繁重的体力劳动中解脱出来,实现用更少人去做更多的事的高效率目标,且可以极大的提升我们的加工效率和加工质量。

我们首先来看一下要打造一条机械加工自行线,需要包括那些方面的研发和制造:

1、 数控机床(加工中心)作为工作母机

数控机床的选择主要根据加工零件的加工工序和加工精度要求来进行选择,同时也要兼顾加工效率和加工稳定性,例如数控铣床、数控车床、数控磨床、数控精雕机等。

只有数控化的机床才能实现真正的自动化加工工序,同时根据自动线的使用特点(要求高度的稳定性和可靠性,总不能开开停停的来加工吧),所以在数控系统的选择上,我们建议在经济条件允许的情况下,尽量选择一些好的数控系统。

例如德国的西门子、日本发那科等,在这里我不得不多说一句,从我们自身的使用情况来说,我们比较推荐日本发那科(我知道在这样很可能会触及大家的爱国主义情怀,但是作为一个技术人,我还是坚持技术的真理)

我们公司曾经采购过一篇西门子数控系统的加工设备,一到春天就容易烧电路板,原因是因为北方的南风天湿气太重,而西门子系统对环境的要求相对较高,所以只有不停的抽湿干燥,而发那科使用起来就没有这个娇贵的毛病,故障率相对少了很多。

当然我们国内的华中数控也还可以,但是在一些加工精度要求高,可靠性要求好的工序上,我们国家的数控系统和发达国家的比起来还是有一定的差距的,至于差距在哪里,那就是谁用谁知道了。

2、 上料、下料自动化装置

这两个部件主要是实现加工零件的规整堆放,上料自动化装置用于堆放待加工的机械零件,零件的放置必须有利于机械手的抓取和夹具对待加工零件的定位与夹紧。

同时也有利于零件的堆放,下料自动化装置用于堆放加工好的机械零件,要求该装置有利于零件的规整堆放和轻松提取,同时也要兼顾这两个自动化装置的可靠性和安全性等问题。

因为这个区域是操作者与加工自动线交互最频繁的区域,所以我们在人机交互的考虑上也需要有一定的需求,至少在安全性能这方面需要作一个重点的考虑。

3、 自动夹具装置

针对机械加工的装夹问题,因为自动线的生产特点及其需求就是需要配备能够自动夹紧和松开工件的夹具,所以我们在设计自动夹具的时候,需要考虑几个要点。

首先当然是夹紧力的要求,如果夹紧力较小,我们可以通过气缸来提供夹紧力,如果夹紧力需求较大,我们可以通过液压系统来提供夹紧力,这样才能真正实现可靠的工件夹紧。

同时我们在设计夹具的时候还有兼顾机械手的运动空间和工件的定位要求等,这些细节都是决定一套自动夹具装置成败的关键,更重要的是我们要对夹具与工件的接触面做一些硬化处理,通常有两个方法。

第一个是淬火处理,用热处理的方式来获得较高的硬度,以便提高夹具的使用寿命和装夹精度,第二个是镶嵌合金,通过镶嵌更硬的材料来保证夹具的易损件的使用寿命和装夹精度,这两个方式都具有一定的可行性。

但是我个人推荐使用第二种方式,因为第二种方式更可靠,虽然热处理也可以达到硬化夹具表面的效果,但是热处理后的零件容易变形,为了消除这种变形我们往往会再进行一次精加工工序(例如磨序)。

这时候很容易就把零件表面的淬硬层加工掉,让热处理的效果大打折扣,而镶嵌合金虽然比较麻烦,且工艺上也更困难一些,但是其使用寿命和可靠性却可以大大的提高,是属于一劳永逸的前瞻性工作,还是挺合算的。

4、 自动冷却装置

自动冷却是机械加工过程中不可或缺的部分,这个部分其实是数控设备的一个集成部分,在这里单独提出来是想分享一些我的个人经验。

因为这个牵涉到机械加工自动线的很多方面,我们使用过一款美国马斯特206的冷却液,这种冷却液的冷却和润滑效果都非常好,而且是可以循环利用的冷却液。

但是就是存在一个问题,那就是这种冷却液存在极大的腐蚀性,特别是对塑料和橡胶制品尤其影响严重,这对于生产自动线而言简直就是个噩梦,因为自动线上有很多元件都是塑料和橡胶材料的。

例如感应开关、气管、气动接头、设备密封玻璃胶等,这些东西都会因为这种冷却液的影响而渐渐的损坏和失效,这极大的影响了自动线的稳定性和可靠性,同时也极大的增加了维修成本。

所以在选择冷却液的时候,一定要充分的考虑这个问题,至于冷却自动化实现这一块已经非常成熟的技术,没有太多的分享价值和必要(当然我们会另作一篇文章来专门讲这个话题);

同时还有一个注意事项就是冷却液的浓度,通常任何一款冷却液都有其加工的使用的浓度要求,供应商也专门提供了检测冷却液浓度的工具来给我们检测,但因为国内目前对这一块还不是很重视,也没有太多的专业工程师有这个意识。

所以很多时候我们只是大概的往水里面加一点,或者第一次配比可能是按厂家的数据来做的,到后面就是随便加水和加冷却液了,其实这是非常不科学,非常不规范,严格的安装冷却液浓度配比冷却液既可以提升刀具是使用寿命,也可以提高零件的加工质量,同时还可以延长冷却液自身的使用寿命,为什么要检测冷却液的浓度呢?

因为零件加工过程会带走一部分冷却液,由于气温的影响也会导致冷却液蒸发一部分水份,从而导致冷却液的浓度改变,所以适当的冷却液浓度检测是非常有必要的;

还有一个需要特别注意的是处理冷却液中混合的加工设备导轨润滑油,在国内大多数加工设备的导轨润滑油都是最后进入冷却液并混为一体的,这会导致冷却的变质和失效,如何将冷却液中的润滑油提取出来就是一个很关键的问题了,我们曾经针对这个问题研发了一款“撇油器”,用于专门提取冷却液中的润滑油,效果非常好。

但是国内很多机械加工的厂家都还没有这样的意识和思想,这是很可惜的一件事情,科学技术的推广需要行业里的专业人士来共襄盛举,如果我们都能分享我们的知识和经验,我们相信,中国的制造业一定会更早更快的登上新的台阶。

5、 自动排屑装置

机械加工自动线的最大特点就是持续高效率的加工,而我们不能忽视的一个问题就是,随着加工时间的推移,在加工过程中会产生大量的铁屑,如何处理这些铁屑是一个非常具有技术难度的问题。

因为这些积累的铁屑不仅影响工件的可靠定位和装夹,也极大的占据着数控加工设备的加工空间,更甚者会堵死各进给轴的移动路径,所以实时的自动排屑就显得尤其有必要了。

在机械加工自动线中,细节上最难处理的也是加工铁屑的清理问题,特别是夹具上的铁屑的清理,如果稍有不慎就可能导致工件的报废和不合格,而且对于自动线的加工来说,这种报废和不合格可能是连续的,而不是一两件而已,我们通常会有两手准备。

在工件的加工过程中,我们会利用冷却液的冷却过程大力冲刷工件和夹具,以便利用冷却液带走一部分铁屑,在工件加工完毕后我们会利用气吹的方式来清理夹具表面,而且是多次反复的气吹来清理,确保下一个工件的装夹基面是干净而无屑的。

当然这里面还是有很多细节的地方值得学习和讨论,但我们今天只先说一个概念,让大家熟悉这么一个过程。

6、 桁架机械手

这个部件是自动线的主要部件,也正是这个部件将上下料装置和数控加工设备有机的结合起来,并有序的完成了整个自动化加工的过程。

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