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/共45頁課前秀一第2頁/共45頁課前秀二第3頁/共45頁課前秀三第4頁/共45頁課前秀四第5頁/共45頁課前秀五第6頁/共45頁概述本條產(chǎn)線圍繞工業(yè)4.0與中國制造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、再到視覺檢測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)試過程中所遇到的難點(diǎn)以及相應(yīng)的解決辦法。第7頁/共45頁智能制造生產(chǎn)線第8頁/共45頁機(jī)器人上料第9頁/共45頁激光切割第10頁/共45頁個(gè)性化雕刻第11頁/共45頁雙端面磨削第12頁/共45頁清洗烘干第13頁/共45頁表面噴砂第14頁/共45頁視覺檢測第15頁/共45頁打包入庫第16頁/共45頁提綱一、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視覺檢測七、表面噴砂處理八、打包裝盒第17頁/共45頁產(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/共45頁產(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/共45頁產(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)場畫面從原材料到成品出貨實(shí)現(xiàn)無人自動(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/共45頁產(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視覺系統(tǒng)SCARA機(jī)器人第21頁/共45頁產(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/共45頁激光切割加工一、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/共45頁二、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?；鹧媲懈詈偷入x子弧切割雖然切割速度快，但是切割過程中噪聲、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/共45頁激光切割加工3.1激光切割加工原理簡介激光切割時(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，切割過程中通過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/共45頁激光切割加工四、加工過程中所遇到的問題

無法切透鋼板問題一

邊緣毛刺嚴(yán)重問題二

激光高熱量導(dǎo)致夾具變形問題三如何解決？第26頁/共45頁激光切割加工問題一：無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。問題二：邊緣毛刺嚴(yán)重解決方案：針對(duì)這一問題，經(jīng)過大量試切后，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?。如果氣壓過小，熔融的金屬將無法被迅速吹走，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)品已基本無毛刺。問題三：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的鈑金換成了厚度更厚的板材，從而解決受熱變形這一問題。第27頁/共45頁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/共45頁邊緣毛刺打磨處理砂紙拋光盤前面我們已經(jīng)說過，經(jīng)過對(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/共45頁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)更長無廢氣產(chǎn)生更易于在金屬表面作出有深度的雕刻一、概述：第30頁/共45頁雕刻加工經(jīng)過對(duì)比我們發(fā)現(xiàn)激光雕刻與機(jī)械雕刻各有優(yōu)勢，激光雕刻采用非接觸式加工，無需固定工件、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)。主要問題點(diǎn)工件定位不可靠加工速度慢刀具易磨損二、雕刻過程中的主要問題點(diǎn)第31頁/共45頁雕刻加工三、解決方案問題一：工件定位不可靠在設(shè)備調(diào)試過程中我們經(jīng)常遇到的問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明。問題二：加工速度慢雕刻速度過慢主要是因?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/共45頁雙端面磨削加工產(chǎn)品經(jīng)過外形切割、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，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/共45頁雙端面磨削加工在實(shí)施的過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/共45頁清洗烘干工件在經(jīng)過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)過程無需人工干預(yù)，自動(dòng)完成。出口入口第35頁/共45頁CCD視覺檢測系統(tǒng)本處所采用的檢測方式為CCD光學(xué)視覺檢測，它主要包括光源、鏡頭、控制系統(tǒng)三部分。視覺檢測是指通過機(jī)器視覺產(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)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動(dòng)作。鏡頭控制系統(tǒng)光源第36頁/共45頁CCD視覺檢測系統(tǒng)視覺檢測具有以下優(yōu)勢：1、非接觸測量對(duì)于觀測者與被觀測者都不會(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量，擴(kuò)展了人眼的視覺范圍。3、長時(shí)間穩(wěn)定工作人類難以長時(shí)間對(duì)同一對(duì)象進(jìn)行觀察，而機(jī)器視覺則可以長時(shí)間地作測量、分析和識(shí)別任務(wù)。此處總共有兩次檢測，首先對(duì)產(chǎn)品外形進(jìn)行檢測，然后再進(jìn)行產(chǎn)品表面圖案檢測，兩次檢測中間還有一次噴砂處理。視覺系統(tǒng)除了檢測作用外，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。外形檢測產(chǎn)品中心位置標(biāo)定噴砂處理圖案、文字檢測打包裝盒剔除剔除合格合格不合格不合格+第37頁/共45頁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/共45頁噴砂處理工件定位難：因?yàn)樵?，噴砂過程中噴料高速噴射到物