智能制造產(chǎn)線工藝流程

智能制造產(chǎn)線工藝流程第1頁(yè)/共45頁(yè)課前秀一第2頁(yè)/共45頁(yè)課前秀二第3頁(yè)/共45頁(yè)課前秀三第4頁(yè)/共45頁(yè)課前秀四第5頁(yè)/共45頁(yè)課前秀五第6頁(yè)/共45頁(yè)概述本條產(chǎn)線圍繞工業(yè)4.0與中國(guó)制造2025先進(jìn)理念展開，以亞控操作系統(tǒng)為核心，加以各類先進(jìn)數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、視覺(jué)系統(tǒng)和移動(dòng)終端構(gòu)成整個(gè)產(chǎn)線的信息物理系統(tǒng)。此次產(chǎn)線所加工的對(duì)象是不銹鋼，最終產(chǎn)品是各類啟瓶器、吊墜等小型工藝品。之所以選擇這類產(chǎn)品為生產(chǎn)對(duì)象，主要是因?yàn)樗亩鄻有?，包括外形的多樣性、圖案文字的多樣性以及兩者組合的多樣性。正是這種多樣性的存在，提高了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，但是另一方面它滿足了柔性化生產(chǎn)、以及個(gè)性化的定制，這就使整個(gè)產(chǎn)線更加貼合工業(yè)4.0于中國(guó)制造2025的先進(jìn)生產(chǎn)制造理念。產(chǎn)線的整個(gè)生產(chǎn)流程均在系統(tǒng)的監(jiān)控與指導(dǎo)下完成，從上料開始到激光切割、數(shù)控精雕、雙端面磨削、清洗烘干、再到視覺(jué)檢測(cè)以及最后的噴砂處理，每一步都自動(dòng)完成。下面我們將對(duì)整個(gè)產(chǎn)線的信息物理系統(tǒng)，加工工藝流程進(jìn)行介紹，包括加工方式的選擇、工藝路線的選定、工藝參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化和設(shè)備調(diào)試過(guò)程中所遇到的難點(diǎn)以及相應(yīng)的解決辦法。第7頁(yè)/共45頁(yè)智能制造生產(chǎn)線第8頁(yè)/共45頁(yè)機(jī)器人上料第9頁(yè)/共45頁(yè)激光切割第10頁(yè)/共45頁(yè)個(gè)性化雕刻第11頁(yè)/共45頁(yè)雙端面磨削第12頁(yè)/共45頁(yè)清洗烘干第13頁(yè)/共45頁(yè)表面噴砂第14頁(yè)/共45頁(yè)視覺(jué)檢測(cè)第15頁(yè)/共45頁(yè)打包入庫(kù)第16頁(yè)/共45頁(yè)提綱一、生產(chǎn)系統(tǒng)工業(yè)4.0框架二、激光切割加工三、雕刻加工四、毛刺打磨處理五、雙端面磨削加工六、CCD視覺(jué)檢測(cè)七、表面噴砂處理八、打包裝盒第17頁(yè)/共45頁(yè)產(chǎn)線信息物理系統(tǒng)（CPS）I/O等以太網(wǎng)以太網(wǎng)CANI/O多媒體教學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)系統(tǒng)工控機(jī)雙端面磨床數(shù)控精雕機(jī)激光切割機(jī)噴砂機(jī)清洗風(fēng)干機(jī)碼垛打包機(jī)輸送機(jī)多關(guān)機(jī)機(jī)器人CCD視覺(jué)系統(tǒng)直角機(jī)器人SCARA機(jī)器人移動(dòng)終端設(shè)備人機(jī)界面以太網(wǎng)Wifi第18頁(yè)/共45頁(yè)產(chǎn)線人性化APP操作系統(tǒng)APP系統(tǒng)工控機(jī)

生產(chǎn)線以太網(wǎng)I/O①②③④⑤實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面產(chǎn)品類型尺寸范圍形狀圖案文字?jǐn)?shù)量預(yù)覽產(chǎn)品樣式選擇工作站參數(shù)查詢生產(chǎn)信息查詢實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢APP設(shè)置生產(chǎn)線設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置設(shè)置攝像頭選擇實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)置①②③④⑤實(shí)時(shí)畫面第19頁(yè)/共45頁(yè)產(chǎn)線遠(yuǎn)程管理與自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程操控訂單遠(yuǎn)程讀取設(shè)備信息遠(yuǎn)程監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)畫面從原材料到成品出貨實(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)化柔性化定制產(chǎn)品手指輕輕一點(diǎn)坐等個(gè)性化出爐第20頁(yè)/共45頁(yè)產(chǎn)線個(gè)性化定制系統(tǒng)系統(tǒng)工控機(jī)我要吊墜我要啟瓶器雙端面磨床數(shù)控精雕機(jī)激光切割機(jī)噴砂機(jī)清洗風(fēng)干機(jī)碼垛打包機(jī)輸送機(jī)多關(guān)節(jié)機(jī)器人直角機(jī)器人CCD視覺(jué)系統(tǒng)SCARA機(jī)器人第21頁(yè)/共45頁(yè)產(chǎn)線數(shù)字化生產(chǎn)系統(tǒng)（101，201）（101，201）（103，203）（101，201）（102，202）智能生產(chǎn)線第22頁(yè)/共45頁(yè)激光切割加工一、切割加工的種類切割加工按照加工形式大致可以分為兩類，即冷切割與熱切割。其中冷切割包括剪切、鋸切割、水射流切割等，熱切割包括氣體火焰切割、等離子弧切割、和激光切割等。切割作業(yè)是本產(chǎn)線的第一道加工工序，將會(huì)直接影響后續(xù)一系列搬運(yùn)動(dòng)作以及加工質(zhì)量。因此選擇一種合適的切割方式顯得尤為重要。水流切割火焰切割第23頁(yè)/共45頁(yè)二、我們?yōu)楹芜x擇激光切割激光切割相對(duì)于以上冷切割方式具有加工精度高、加工噪聲小、技術(shù)理念更為先進(jìn)等優(yōu)勢(shì)?；鹧媲懈詈偷入x子弧切割雖然切割速度快，但是切割過(guò)程中噪聲、粉塵污染嚴(yán)重，工作環(huán)境差，這些都不符合學(xué)校教學(xué)要求。此外所選用的激光切割配套有完善數(shù)控系統(tǒng)，更有利于學(xué)生掌握先進(jìn)數(shù)字化技術(shù)。三、激光切割激光切割是材料加工中一種先進(jìn)的和應(yīng)用較為廣泛的切割工藝。它是利用高能密度的激光束作為“切割刀具”對(duì)材料進(jìn)行切割加工的方法。采用激光加工可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種金屬、非金屬板材、復(fù)合材料以及碳化鎢、碳化鈦等硬質(zhì)材料的加工，在國(guó)防建設(shè)、航空航天、工程機(jī)械等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。激光切割加工激光切割等離子切割第24頁(yè)/共45頁(yè)激光切割加工3.1激光切割加工原理簡(jiǎn)介激光切割時(shí)利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射材料迅速融化、汽化、燒蝕或者達(dá)到熔點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開。激光加工原理示意圖如右所示。激光切割又可以分為激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與控制斷裂切割四種形式。這里我們選用激光熔化切割，切割過(guò)程中通過(guò)與激光束同軸的噴嘴中高速噴出非氧化氣體——氮?dú)?，使得液態(tài)金屬排出，形成切口。這種切割方式相對(duì)其它幾種耗能更低，更加適合不銹鋼板的切割。激光切割原理圖第25頁(yè)/共45頁(yè)激光切割加工四、加工過(guò)程中所遇到的問(wèn)題

無(wú)法切透鋼板問(wèn)題一

邊緣毛刺嚴(yán)重問(wèn)題二

激光高熱量導(dǎo)致夾具變形問(wèn)題三如何解決？第26頁(yè)/共45頁(yè)激光切割加工問(wèn)題一：無(wú)法切透鋼板解決方案:影響激光切割深度最直接的因素就是激光的功率，因此針對(duì)這一問(wèn)題，首先適當(dāng)加大激光切割機(jī)功率，并調(diào)節(jié)吹氣氣壓，最終順利將鋼板完全切透。問(wèn)題二：邊緣毛刺嚴(yán)重解決方案：針對(duì)這一問(wèn)題，經(jīng)過(guò)大量試切后，我們發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生毛刺的最主要的原因是氮?dú)鈿鈮旱拇笮?。如果氣壓過(guò)小，熔融的金屬將無(wú)法被迅速吹走，殘留在工件外輪廓上并形成毛刺。因此經(jīng)過(guò)對(duì)吹氣氣壓進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)之后，所切割產(chǎn)品已基本無(wú)毛刺。問(wèn)題三：激光的高熱量導(dǎo)致夾具變形解決方案：由于在激光切割過(guò)程中會(huì)瞬間產(chǎn)生大量熱量，夾具中的廢料回收裝置由于受熱不均勻發(fā)生嚴(yán)重變形。針對(duì)這一現(xiàn)象，我們將直接被激光照射的廢料回收裝置的底板由原來(lái)的鈑金換成了厚度更厚的板材，從而解決受熱變形這一問(wèn)題。第27頁(yè)/共45頁(yè)激光切割加工切割參數(shù)優(yōu)化前的產(chǎn)品切割參數(shù)優(yōu)化后的產(chǎn)品VS第28頁(yè)/共45頁(yè)邊緣毛刺打磨處理砂紙拋光盤前面我們已經(jīng)說(shuō)過(guò)，經(jīng)過(guò)對(duì)激光切割機(jī)參數(shù)優(yōu)化之后我們已經(jīng)能夠獲得基本無(wú)毛刺的產(chǎn)品，為什么還要在這里加入毛刺打磨這一步？在切割過(guò)程中我們不斷對(duì)激光功率、氮?dú)獯禋鈿鈮阂约凹す忸^與料板的距離參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以上三個(gè)因素都是我們可以精確控制的，但是還有一個(gè)因素是不可控的，也就是料板的平面度。因?yàn)槲覀儾捎玫脑牧鲜且呀?jīng)成型的不銹鋼板材，它所能保證的只有板材的厚度，這就造成在切割過(guò)程中激光頭與板材之間的距離不定，從而導(dǎo)致偶有毛刺的產(chǎn)生。針對(duì)這一問(wèn)題，我們專門設(shè)計(jì)了一臺(tái)專用小型拋光機(jī)，用于去除殘留的毛刺，而且取得良好效果。第29頁(yè)/共45頁(yè)雕刻加工雕刻加工方式目前主要有激光雕刻加工和機(jī)械雕刻加工。兩者的區(qū)別主要由以下幾點(diǎn)：激光雕刻非接觸加工物件，精度更高難以在金屬表面做到有深度的雕刻產(chǎn)生廢氣更加適合雕刻照片機(jī)械雕刻接觸加工物件刀具壽命相對(duì)更長(zhǎng)無(wú)廢氣產(chǎn)生更易于在金屬表面作出有深度的雕刻一、概述：第30頁(yè)/共45頁(yè)雕刻加工經(jīng)過(guò)對(duì)比我們發(fā)現(xiàn)激光雕刻與機(jī)械雕刻各有優(yōu)勢(shì)，激光雕刻采用非接觸式加工，無(wú)需固定工件、雕刻精度更高。但是機(jī)械雕刻更適合金屬表面有深度的雕刻，而且我們前面已經(jīng)配備一臺(tái)激光切割機(jī)，為了使產(chǎn)線機(jī)種多樣性，更加有利于教學(xué)，我們選擇了機(jī)械式數(shù)控精雕機(jī)。主要問(wèn)題點(diǎn)工件定位不可靠加工速度慢刀具易磨損二、雕刻過(guò)程中的主要問(wèn)題點(diǎn)第31頁(yè)/共45頁(yè)雕刻加工三、解決方案問(wèn)題一：工件定位不可靠在設(shè)備調(diào)試過(guò)程中我們經(jīng)常遇到的問(wèn)題就是工件定位不可靠，造成雕刻圖案跑偏，甚至工件掉落。這主要是因?yàn)闄C(jī)械雕刻加工過(guò)程中刀具高速旋轉(zhuǎn)，與工件之間有切削力而且方向不定。此外雕刻過(guò)程中不斷有切削液噴淋至工件，由于工件與夾具貼合面之間存在縫隙，從而破壞真空，影響了工件的定位。針對(duì)這一情況，我們主要對(duì)定位夾具做了改進(jìn)，使用專用的夾具膠皮，使工件與夾具貼合更為緊密，具體措施將在夾具介紹中說(shuō)明。問(wèn)題二：加工速度慢雕刻速度過(guò)慢主要是因?yàn)樽畛踉O(shè)計(jì)的圖案、文字既有線條又有區(qū)域，而區(qū)域雕刻速度過(guò)慢，不滿足節(jié)拍要求，因而后期對(duì)圖案文字進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，雕刻速度也大大提高。問(wèn)題三：刀具易磨損刀具磨損主要與切削參數(shù)有關(guān)，為了避免刀具過(guò)快磨損我們對(duì)切削參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，比如適當(dāng)提高主軸轉(zhuǎn)速、減小進(jìn)給速度。第32頁(yè)/共45頁(yè)雙端面磨削加工產(chǎn)品經(jīng)過(guò)外形切割、圖案文字雕刻兩道工序之后，已經(jīng)基本成型，但是表面難免會(huì)有劃痕，為了使表面更加美觀，我們采用雙端面磨削對(duì)其上下表面進(jìn)行同時(shí)磨削。一、雙端面磨削簡(jiǎn)介雙端面磨削是一種高效率的平面加工方式，它在一次行程中能加工出兩個(gè)具有相當(dāng)高的精度及表面光潔度的平行端面。雙端面磨床能夠達(dá)到很高的加工精度，對(duì)于加工零件上下面平行度、尺寸精確度、表面粗糙度均要求高的工件，這是首選的加工方式。它與普通平面磨床最大的不同之處：不是靠磁性來(lái)固定工件，而是工件的上下平面一起平行磨削加工。也就是說(shuō)，不管加工件是銅還是其它不產(chǎn)生磁性的材料都可加工。而且進(jìn)給均勻、速度快、效率高。與研磨機(jī)床相比，在達(dá)到同樣精度的基礎(chǔ)上加工效率是研磨機(jī)床的10倍。第33頁(yè)/共45頁(yè)雙端面磨削加工在實(shí)施的過(guò)程中主要有以下兩個(gè)難點(diǎn)：1、送料盤的設(shè)計(jì)：因?yàn)楫a(chǎn)品的外形、大小均不固定，我們不可能為每個(gè)產(chǎn)品單獨(dú)設(shè)置一個(gè)放置孔位，因此需要設(shè)計(jì)一種復(fù)合式的送料盤，允許一個(gè)孔位能夠放置多種產(chǎn)品。2、如何將產(chǎn)品放入預(yù)定的孔位：為了能夠?qū)a(chǎn)品順利放入對(duì)應(yīng)孔位，達(dá)到磨削效果，我們將磨床主軸原來(lái)的三相異步電機(jī)換成伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)精確轉(zhuǎn)位。三相異步電機(jī)伺服電機(jī)第34頁(yè)/共45頁(yè)清洗烘干工件在經(jīng)過(guò)磨削加工之后表面必將殘留有磨削液、鐵屑等臟污，為了保證下一道工序順利進(jìn)行，我們對(duì)工件進(jìn)行清洗烘干處理。清洗過(guò)程中采用清水噴淋處理，將工件表面磨削液洗凈，然后采用熱風(fēng)將工件上下表面同時(shí)吹干處理。整個(gè)清洗、烘干作業(yè)過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)，自動(dòng)完成。出口入口第35頁(yè)/共45頁(yè)CCD視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)本處所采用的檢測(cè)方式為CCD光學(xué)視覺(jué)檢測(cè)，它主要包括光源、鏡頭、控制系統(tǒng)三部分。視覺(jué)檢測(cè)是指通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。鏡頭控制系統(tǒng)光源第36頁(yè)/共45頁(yè)CCD視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)視覺(jué)檢測(cè)具有以下優(yōu)勢(shì)：1、非接觸測(cè)量對(duì)于觀測(cè)者與被觀測(cè)者都不會(huì)產(chǎn)生任何損傷，從而提高系統(tǒng)的可靠性。2、具有較寬的光譜響應(yīng)范圍例如使用人眼看不見的紅外測(cè)量，擴(kuò)展了人眼的視覺(jué)范圍。3、長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作人類難以長(zhǎng)時(shí)間對(duì)同一對(duì)象進(jìn)行觀察，而機(jī)器視覺(jué)則可以長(zhǎng)時(shí)間地作測(cè)量、分析和識(shí)別任務(wù)。此處總共有兩次檢測(cè)，首先對(duì)產(chǎn)品外形進(jìn)行檢測(cè)，然后再進(jìn)行產(chǎn)品表面圖案檢測(cè)，兩次檢測(cè)中間還有一次噴砂處理。視覺(jué)系統(tǒng)除了檢測(cè)作用外，還能標(biāo)定產(chǎn)品位置，為SCARA機(jī)器人提供準(zhǔn)確的抓取位置信息。外形檢測(cè)產(chǎn)品中心位置標(biāo)定噴砂處理圖案、文字檢測(cè)打包裝盒剔除剔除合格合格不合格不合格+第37頁(yè)/共45頁(yè)噴砂處理噴砂處理是整個(gè)工藝流程中最后一道加工工序，它采用壓縮空氣為動(dòng)力，以形成高速噴射束將噴料高速噴射到需要處理的工件表面，使工件的外表面的外表或形狀發(fā)生變化，由于磨料對(duì)工件表面的沖擊和切削作用，使工件的表面獲得一定的清潔度和均勻的粗糙度。同時(shí)噴砂還能對(duì)機(jī)加工件毛刺進(jìn)行清理，表面美化噴砂能清理工件表面的微小毛刺，并使工件表面更加平整，消除了毛刺的危害，提高了工件的檔次。并且噴砂能在工件表面交界處打出很小的圓角，使工件顯得更加美觀、更加精密。一、噴砂工藝簡(jiǎn)介二、主要難點(diǎn)難點(diǎn)一工件定位難點(diǎn)二如何保證產(chǎn)品同一表面噴砂均勻難點(diǎn)三如何保證產(chǎn)品上下表面噴砂均勻第38頁(yè)/共45頁(yè)噴砂處理工件定位難：因?yàn)樵?，噴砂過(guò)程中噴料高速噴射到物