自动化无人工厂的方案设计

自动化无人工厂的方案设计

作者：巨能机器人

本文介绍巨能机器人为某水泵生产厂

家设计的自动化无人加工工厂的方

案。自动化工厂由水泵端盖组件生产

线、内外轴承组件生产线和水泵座生产线3 条线组合在一起，按照30 米跨的厂房规格进行设计，厂房头部和

两侧预留4 米宽的通道，中间为生产线主体，生产线宽度22 米，长63 米，生产线的一端设置有集中的工件收集和检测区，对加工完成的零件进行检测和零件中转管理。作为对方案的验证，巨能机器人试生产了一条水泵端盖的生产线（如图1），经过实际的加工验证，完全达到了设计的要求。

图1 水泵端盖生产线的一角

生产线为全自动运转模式，采用现场总线CC-LINK 技术，对线上的设备进行实时控制和实时监控，并设有总控室对全线的生产状态进行掌控，生产线的现场设置大屏幕实时显示生产线状态信息。现场总线CC-LINK （Control ＆ Communication Link ）技术融合了控制与信息处理的现场总线技术是一种省配线、信息化的网络，它不但具备高实时性、分散控制、与智能设备通信、欢迎访问e 展厅 展厅 1 加工中心/FMS 展厅 车铣加工中心, 铣削加工中心, 钻铣加工中心, 镗铣加工中心, 五轴加工中心, ...

RAS 等功能，而且依靠与诸多现场设备制造厂商的紧密联系，提供开放式的环境。由于CC-Link 可以直接连接各种流量计、电磁阀、温控仪等现场设备，降低了配线成本，并且便于接线设计的更改；通过中继器可以在4.3 公里以内保持10M 的高速通讯速度，CC-Link 具有性能卓越、应用广泛、使用简单、节省成本等突出优点。其不仅解决了工业现场配线复杂的问题，同时具有优异的抗噪性能和兼容性。CC-Link 是一个以设备层为主的网络，同时也可覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感层。2005 年7 月CC-Link 被中国国家标准委员会批准为中国国家标准指导性技术文件。

自动化工厂的总控室不仅可以监控和管理生产线的状态，也可以通过现场总线技术连接到工厂的空调、空压、电力等辅助系统，实现真正意义上的对整个工厂运转的监控和管理。

工艺方案设计

自动化生产工厂的生产纲领是年产20 万件，生产节拍为1 分钟一组套件。水泵端盖组件生产线中水泵端盖部分有三条相同的支线，如果有其中一条出现故障，其他两条可以继续工作，整个生产线不会停下来。相同的设计也用在了水泵座的生产线上，也采用了两条相同配置的支线结构。

1、水泵端盖组件生产线

水泵端盖组件生产线构成包含水泵端盖支线、压环支线、组件支线、集中托盘料道、抽检工位、压装工位、打标工位、工件输出料道、工件检测区、试漏区、包装区等。

1.1 水泵端盖支线的工艺过程

线的布置按照水泵端盖、压环和组件的顺序构成，如图2。水泵端盖零件单线的节拍为3 分钟，3 条线平均下来的节拍为1 分钟，满足年产20 万件的要求。每条支线配备一个20 位料仓，可以一次填装100 个零件，按照3 分钟的节拍，单次填装可以连续工作5 个小时。

图2 全自动方案的工艺布置整体图

水泵端盖毛坯由（2）门式机器人的机械手从（1）自动料仓中抓取出来，快进到第一工序的车床OP10 的工件等待区，当OP10 车床完成第一工序OP10 加工后，机器人进入到车床内部，定点到工件交换区，先将加工完成的零件卸下，机械手头部转动90°后将毛坯件送到车床卡盘中，然后退出车床，快进到（5）翻转工位，该工位完成零件的翻转180°动作，机器人抓取翻转后的零件快进到第二工序的车床OP20 的工件等待区，当车床完成零件的第二工序OP20 的加工后，执行和第一工序相同的动作，将零件进行交换，然后机器人将第二工序完成的零件放到（6）输送托盘上，托盘上有定位装置，将零件进行中心定位。输送托盘将零件输送至加（9）加工中心的上料位置，需要上料时由（8）门式机器人抓取，快进到（7）角定位工位完成零件的角向定位，然后由机械手抓取，送到加工中心的工件等待区，加工中心工序完成零件的第三工序OP30 的加工，第三工序有三个工位，一次装夹后全部3 个工位的加工，当需要上料时，先移动到OP30 的第一工位和加工完成的零件进行交换，然后放到翻转工位进行翻转180°，再将翻转后的零件与第二个工位的零件进行交换，以此类推和其他2 个工位依次进行零件交换，最后把全部加工完成的零件放入到（10）工件清理工位进行清理，然后放到（31）集中输送托盘上，至此水泵端盖零件的全部工序完成。

图3

1.2 压环支线的工艺过程

压环支线生产节拍为1 分钟，配备一个6 工位的料仓，可以一次装填300个零件，单次填装可以连续工作5 个小时。关于压环的加工，也是分两道工序，使用机器人进行装卸。同时在第一工序切断时，我们使用尾座做为辅助机构，即先用尾座撑住准备切断的部分后再进行切断。压环采用5 个零件共用一段毛坯料，第一序车床连续加工5 个零件后，再由机器人进行上料，继续下一个循环的加工。当第一序车床OP10 完成一个压环的第一工序OP10 加工后，（22）尾座气爪移动到工件加工区，内撑卡住压环零件，与主轴一起旋转，机床刀具进行切断加工，然后尾座气爪移开，（23）门式机器人的机器人水平旋转180°后进入到车床内部，与尾座气爪进行工件交换，然后退出机床，车床OP10 开始进行下一零件的加工，机器人同时快进到第二序车床OP20 的待加工区，水平旋转180°，垂直旋转90°，当第二序车床加工完成后，机器人进入到车床内部进行工件交换，完成后进入（26）零件件的清洗工位，对零件进行清理，之后放到（31）集中输送托盘上的有水泵端盖零件和压装工位定位夹具的托盘上，然后机器人回到起始的等待位置，托盘和定位夹具一起移动到压装工位进行压装，压装工位的传感器进行测量，不合格的零件丢入收集箱，合格的零件进入打标工位进行打标后进入下一工位。水泵端盖零件在进入压装工位之前有抽检工位进行质量控制。

图4

1.3 水泵端盖组件支线的工艺过程

水泵端盖组件支线的生产节拍是1 分钟，直接从（31）集中托盘上取料，不需要料仓，可以连续工作。水泵端盖和压环加工完毕后还需要进行压装，压装完毕的工件（水泵端盖组件），还需要进行环形槽部分的挤压和内孔部分的精车（考虑到压装和挤压变形，内孔配合尺寸必须要再精车一次）。由（41）门式机器人从（31）集中料道的托盘上取料，快进到车床的待加工区，当车床完成加工后，进入到车床与加工完成的零件进行交换，然后将加工完成的零件放到（130）检漏工位，由工件由检漏设备压紧，并通上接头打压试漏，对不合格的零件输出到不合格零件收集箱，合格的零件推入到（45）输出料道上输送到工件收集区，进行最终检测和收集，至此水泵端盖组件的全部工序完成。

图5