■東風(fēng)汽車有限公司設(shè)備制造廠（湖北十堰 442022）殷安文

■湖北汽車工業(yè)學(xué)院（十堰 442002）陳君寶

汽車工業(yè)的快速發(fā)展使機(jī)床行業(yè)呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭，同時(shí)也對(duì)機(jī)床產(chǎn)品提出了更高的要求。隨著數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟，制造自動(dòng)化技術(shù)在柔性生產(chǎn)線上將會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。

制造自化技術(shù)，狹義上是指用機(jī)器（包括計(jì)算機(jī)）代替人的體力勞動(dòng)或腦力勞動(dòng)；其廣義上是指制造過程的所有環(huán)節(jié)采用自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)制造全過程的自動(dòng)化，即對(duì)制造過程進(jìn)行規(guī)劃、動(dòng)作、管理、組織、控制與協(xié)調(diào)優(yōu)化，以使產(chǎn)品制造過程實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、及時(shí)和潔凈的目標(biāo)。以下結(jié)合我廠近年來多條柔性生產(chǎn)線的研制情況，從數(shù)控加工的角度來歸納、總結(jié)制造自動(dòng)化技術(shù)在汽車柔性生產(chǎn)線上的應(yīng)用。

1.在線檢測(cè)自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)

（1）Z向尺寸的在線檢測(cè)、自動(dòng)實(shí)時(shí)補(bǔ)償加工。神龍公司缸體線配有東風(fēng)設(shè)備廠25臺(tái)加工中心和若干臺(tái)專機(jī)，這些設(shè)備用于粗精銑，粗精鏜、鉆、擴(kuò)、鉸孔及攻螺紋等工序。該線中OP60工位精銑止推面尺寸精度為（46.45±0.05）mm，OP180工位精銑凸臺(tái)面，尺寸精度為（230±0.05）mm，由于這些尺寸在缸體零件中屬于關(guān)鍵尺寸，需計(jì)算CPK值（≥1.1），加工過程中靠機(jī)床的Z軸進(jìn)給來保證。

工件加工過程中，由于受環(huán)境溫度和主軸熱變形的影響，尺寸（46.45±0.05）mm和（230±0.05）mm一直都不太穩(wěn)定，且存在無規(guī)律變化，CPK值一直無法通過。在常規(guī)加工工藝無法解決的情況下，嘗試在OP60工位和OP180工位增加雷尼紹測(cè)頭，在線測(cè)量夾具的實(shí)際位置，通過光電發(fā)生器將測(cè)量的數(shù)據(jù)反饋給CNC系統(tǒng)，以此來實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)補(bǔ)償加工，如圖1所示。

配備雷尼紹測(cè)頭后，Z方向的尺寸是通過實(shí)測(cè)后的實(shí)時(shí)數(shù)值來保證，消除了Z軸伸縮對(duì)加工的影響，加工出的零件尺寸精度一直都很穩(wěn)定，CPK值也比較好，提高了零件的加工質(zhì)量。

圖1 雷尼紹測(cè)頭在線檢測(cè)Z向尺寸

（2）在線檢測(cè)槽寬尺寸，自動(dòng)實(shí)時(shí)補(bǔ)償加工（見圖2）。長安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廠缸體、缸蓋線配有東風(fēng)設(shè)備廠28臺(tái)加工中心和若干臺(tái)專機(jī)，這些設(shè)備用于粗精銑、粗精鏜、鉆、擴(kuò)、鉸孔及攻螺紋等工序。該線中OP270工位，精銑缸體瓦蓋槽結(jié)合面，寬度尺寸，加工過程中存在刀具磨損，尺寸很難保證。加工過程中，采用雷尼紹測(cè)頭在線檢測(cè)缸體瓦蓋槽開擋實(shí)際尺寸，根據(jù)所檢測(cè)的尺寸，加工程序進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)補(bǔ)償加工，從而消除刀具尺寸的影響。

（3）在線檢測(cè)孔中心坐標(biāo)，自動(dòng)補(bǔ)償加工。東風(fēng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廠DCIll缸體、缸蓋線配有東風(fēng)設(shè)備廠25臺(tái)加工中心和若干臺(tái)專機(jī)，這些設(shè)備用于粗精銑、粗精鏜、鉆、擴(kuò)、鉸孔及攻螺紋等工序。缸體線中R2工位，擴(kuò)RV15孔和攻螺紋，底孔由前序?qū)C(jī)加工（其他加工基準(zhǔn)的需要）。缸蓋線中R1工位，擴(kuò)FV1孔和鉸孔，RV15和F V1底孔都由前序?qū)C(jī)加工（其他加工基準(zhǔn)的需要）。為了確保其加工時(shí)與原位置保持一致，采用雷尼紹測(cè)頭在線檢測(cè)RV15和FV1孔的實(shí)際位置，加工時(shí)再以所檢位置為基準(zhǔn)實(shí)時(shí)加工RV15和FV1孔。

圖2 雷尼紹測(cè)頭在線檢測(cè)槽寬尺寸

（4）在線測(cè)量刀具長度、直徑（見圖3）。東風(fēng)鑄鍛廠配有東風(fēng)設(shè)備廠兩臺(tái)立式加工中心，用于加工汽車零件產(chǎn)品。為了提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量和加工效率，機(jī)床內(nèi)配備了美德龍接觸式對(duì)刀儀，實(shí)現(xiàn)刀具的在線測(cè)量（刀長和刀具半徑）和刀具破損檢測(cè)，從而消除刀具和主軸熱變形等因素的影響。

圖3 在線測(cè)量刀具長度和直徑

2.零件自動(dòng)輸送控制技術(shù)

（1）不帶上料機(jī)械手的物流控制。東風(fēng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廠DCI11和4H缸體、缸蓋線采用了目前我廠最為先進(jìn)的物流輸送技術(shù)，零件從上料、各工位間傳輸?shù)较铝?，都由物流系統(tǒng)統(tǒng)一控制，減少了人力，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了加工時(shí)間。

為了精確控制線內(nèi)物流，機(jī)床控制面板上有聯(lián)機(jī)、單機(jī)和排空三種狀態(tài)，程序在執(zhí)行時(shí)有空運(yùn)轉(zhuǎn)“入”和“切”兩種狀態(tài)。兩工位自動(dòng)滾道間都設(shè)有下料位、中間位和上料位三個(gè)零件存放位。零件在輸送和加工過程中會(huì)顯現(xiàn)出不同的狀況，如機(jī)床當(dāng)前是單機(jī)、聯(lián)機(jī)還是排空，機(jī)床內(nèi)是否有零件，零件是否已加工完畢，上料位和下料位是否有零件等。除了數(shù)控系統(tǒng)和物流控制系統(tǒng)必須具備各種控制功能外，零件的數(shù)控加工程序也要能對(duì)各種情況作較強(qiáng)處理。

（2）帶上、下料機(jī)械手的物流控制。DCI11缸蓋線R2工位加工高壓限位孔，受零件結(jié)構(gòu)和加工方法的限制，加工中心需配備X、Y、Z、A和B五個(gè)軸，因而零件在輸送時(shí)需借助上、下料機(jī)械手才能完成。零件輸送時(shí)，除需具有不帶機(jī)械手的物流控制外，還需增加機(jī)械手的控制，如機(jī)械手內(nèi)是否有零件，機(jī)械手當(dāng)前是處在上料位還是下料位、是去執(zhí)行上料動(dòng)作還是下料動(dòng)作等。對(duì)于不同的情況，除了數(shù)控系統(tǒng)、物流控制系統(tǒng)需具備各種控制功能外，零件的數(shù)控加工程序也要能對(duì)各種情況作較強(qiáng)處理。

3.自動(dòng)識(shí)別、判斷、跟蹤技術(shù)

（1）自動(dòng)識(shí)別B軸是否處在正確的加工位。零件在加工過程，受一些不可預(yù)知因素的影響，如機(jī)床報(bào)警、突然斷電等，零件加工中斷。消除故障（機(jī)床重啟后都需重新回到機(jī)床零位），接著進(jìn)行零件加工，此時(shí)加工程序需能識(shí)別出當(dāng)前刀具加工零件時(shí)B軸的轉(zhuǎn)位情況，以確保零件加工部位的正確。

（2）自動(dòng)判斷機(jī)床所處的狀態(tài)。現(xiàn)場(chǎng)加工中，機(jī)床所處的狀態(tài)有聯(lián)機(jī)、單機(jī)、排空和正常加工、空運(yùn)轉(zhuǎn)。是否需要攻螺紋，攻螺紋到哪個(gè)孔位，機(jī)床內(nèi)是否有料，零件是否完成或加工到哪個(gè)工步，這些都可以在加工程序中編制相應(yīng)的程序代碼中進(jìn)行自動(dòng)判斷，從而決定機(jī)床如何運(yùn)行。

（3）自動(dòng)跟蹤零件加工工步號(hào)。零件加工中斷，機(jī)床復(fù)位或重啟，再進(jìn)行后續(xù)加工，這些都無需人為干預(yù)，加工程序自動(dòng)跟蹤零件加工工步，完成余下工步的加工。

4.自動(dòng)防撞技術(shù)

（1）刀具長度自動(dòng)比較。刀具長度和半徑補(bǔ)償功能是加工中心所具備的一項(xiàng)最基本功能，它能很好地解決由于不同刀具長度及半徑對(duì)零件加工帶來的影響。刀具長度、半徑數(shù)值的丟失（系統(tǒng)或人為）和人為輸入錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致撞機(jī)。在加工程序中增加刀具長度自動(dòng)比較功能，就能解決由于刀具數(shù)據(jù)錯(cuò)誤帶來的撞機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。

（2）小直徑刀具破損自動(dòng)檢測(cè)。小直徑刀具在加工過程中易折斷，如不進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，會(huì)對(duì)后續(xù)刀具加工造成影響，導(dǎo)致撞機(jī)。零件加工中增加小直徑刀具破損自動(dòng)檢測(cè)，可以避免這一風(fēng)險(xiǎn)。此操作通常是通過在加工程序中執(zhí)行M信號(hào)來完成。

（3）大直徑刀具主軸有無刀自動(dòng)判斷。目前，大直徑的刀具在我廠設(shè)計(jì)制造的生產(chǎn)線中無法進(jìn)行刀具破損檢測(cè)，但對(duì)于主軸上是否有刀，可以通過在主軸刀具夾緊時(shí)的信號(hào)來判斷，從而避免上一道工序未加工就進(jìn)行下道工序的加工。

5.結(jié)語

數(shù)控機(jī)床正朝著高速度、高精度、多功能化、智能化（自適應(yīng)控制技術(shù)）及可靠性最大化等方向快速發(fā)展，我廠的柔性加工生產(chǎn)線在用戶要求不斷提升的推動(dòng)下，應(yīng)用了諸多先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)，使其制造自動(dòng)化程度得到了逐年提升。

在柔性加工生產(chǎn)線上的數(shù)控加工程序中增加了在線檢測(cè)、物流自動(dòng)控制、機(jī)床狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)判斷和及時(shí)跟蹤、刀具狀況檢測(cè)等功能，大大增強(qiáng)了柔性加工生產(chǎn)線的安全性，提高了零件加工時(shí)自動(dòng)化程度和零件加工精度。制造自動(dòng)化技術(shù)是未來先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展方向之一，利用與數(shù)控相關(guān)的軟、硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、機(jī)器人等，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化，可以大大提高企業(yè)的制造能力和競(jìng)爭(zhēng)能力，為企業(yè)的生產(chǎn)產(chǎn)品快速推向市場(chǎng)提供保障。