高压油泵驱动单元凸轮轴智能生产线的研发和应用
2019-7-19 来源： 宝鸡机床集团有限公司 作者：张同兵 艾绍阳
近几年，中国汽车产业持续快速增长，并已成为世界汽车工业的重要组成部分。但在国内汽车关键零部件制造行业，以发动机高压油泵驱动单元、轮毂单元等为代表的关键零部件制造的关键设备，仍主要依靠国外供应商，因此，国内汽车关键零部件成本居高不下。
机床制造行业的中高档设备没有从高速增长的汽车工业获得应有的发展，一方面是由于国内机床制造技术水平、机床可靠性等与国外产品存在差距；另一方面也是由于国内机床制造企业的工艺技术成套性不足。迫于汽车主机厂的高要求和进口关键设备制约的双重压力，国内装备企业迫切需要打破僵局，给国产机床设备、机器人和数控系统创造上场机会。
为此，宝鸡机床集团有限公司借2016年国家科技重大专项（04专项）的东风，设计研发出高压油泵驱动单元凸轮轴智能生产线。
一、生产线简介
高压油泵驱动单元凸轮轴智能生产线是针对汽车高压油泵驱动单元凸轮轴零件自动加工的智能生产线。生产线的设计以产品工艺要求为基础，以设备的生产能力为条件，力求作业人员便捷的操作与维护，使设备的性价比达到最高。设计设备时以经济性、安全性、良好的操作性、可靠性作为设计准则，并把设备的可靠性与高柔性作为首要追求目标，同时更加注重选用设备的合理性以及柔性加工生产线更长的使用寿命。
针对高压油泵凸轮轴零件的加工要求，本智能生产线由4台CK7520C数控车床、4台VMC850L立式加工中心、料库、中转料台、工件料道、液压（气动）工装夹具等组成, 3台国产机器人为自动线提供自动上下料服务，经过三道工序，实现对凸轮轴工件从毛坯至成品的自动加工。
高压油泵驱动单元凸轮轴智能生产线整体布局紧凑，占地面积小，配置有数控系统的云服务平台、智能化技术平台、生产过程可视化平台，实现生产线—数控设备—产品的大闭环控制，如图1、2、3所示。
凸轮特前自动线平面布局
图1 生产线平面布局图
图2 生产线工艺流程
图3 生产线现场实景
二、主要技术参数
国产机床、数控系统配套比例100%；关键工序能力指数CPK值≥1.67；凸轮轴零件年产量可达到20万件；机 床MTBF达到1500h以上；零件合格率99%以上。
三、设计特点
1．国产机床、数控系统、机器人配套比例100%
该生产线应用的CK7520C数控车床、VMC850L立式加工中心均为宝鸡机床研发制造，配备华中数控系统及华中关节机器人。国产机床、数控系统、机器人配套比例100%。
2．工序匹配，提高机床利用率
针对高压油泵凸轮轴零件的加工工艺，对凸轮轴零件工艺节拍进行了详细计算，确定机床数量，合理平衡机床加工能力，使整条自动生产线的机床发挥最大潜能，有效提高机床利用率。
3．合理布局，提高空间利用率
生产线机床采用面对面布置，关节机器人从两侧机床中部穿过；充分利用空间对自动生产线进行整体布局，使自动生产线结构紧凑，空间利用率高。
4．巧妙的设计，解决异形件角向定位
凸轮轴零件为异形件，工件在料库托盘采用上下错位摆放，有效利用空间，每件托盘放置4件工件，通过双V形对工件定位，为生产线提供可靠毛坯供应。料库配备有工件找正装置，保证机器人抓取位工件角度准确无误（见图4）
图4 凸轮轴料库及找正装置
5. 数控系统的云服务平台
该智能生产线采用的数控云服务是集成物联网、大数据、云数控等技术的应用服务平台，涵盖了DNC、MDC和部分MES功能。平台采集数控系统的位置、电流、温度、力矩、振动、跟随误差、声音、图形、视频等大数据，分布式存储管理大数据，应用大数据分析特征提取等智能算法，深度挖掘数控机床的能力，从而提高数控机床的管理效率、加工效率、加工质量，并保障机床的健康工作。同时提供了十分丰富的开放式数据接口，为其他系统的接入开通了便捷通道（见图5）
图5 数据采集平台
高压油泵驱动单元凸轮轴智能生产线采用产品质量在线监控、信息采集、机床健康状态检测和评价、数控机床线性热误差补偿、产品信息追溯等技术，实现生产管理、质量管理和设备管理多层监控，涵盖了工艺参数优化、健康保障和工艺能力提升评估模块、机床温度监控等，提升生产线关键工序能力指数保障能力，从而达到智能化生产的目的（见图6）。
图6 智能化技术平台
7. 生产过程可视化平台
针对汽车关键零部件车间生产过程，该智能生产线建立了生产过程可视化平台（涵盖部分ERP、工艺排程和优化等），主要包括5个模块：（1）混流系统生产作业排程与调度；（2）混流系统报工、报检与自动跟踪；（3）全面设备管理；（4）质量管理；（5）协同管控平台等（见图7）。
图7 生产过程可视化平台
五、应用和推广情况
根据国内市场对汽车零部件生产的需求现状和宝鸡机床多年机床研发、服务经验，高压油泵驱动单元凸轮轴智能生产线研发市场方向明确，项目成果可替代进口产品。通过产品不断完善，将努力提升国内制造业水平，实现汽车零部件的进口替代，避免对进口汽车零部件及进口设备的依赖。研发成果可推广应用至汽车、摩托车、纺织机械等机械设备的短轴类零件的车削、铣削自动加工。
利用高压油泵驱动单元凸轮轴智能生产线的集成经验，以“三高一化”为方向，形成了以柔性加工单元、智能生产线、智能机床等中高档、自动化、智能化产品群。承担和参与04专项、“换脑工程”等近30项，承担重点用户“交钥匙”工程100多项。部分项目成为智能制造领域示范工程，起到一定的辐射作用，充分带动宝鸡机床集团有限公司机床及自动化产品的销售工作。
高压油泵驱动单元凸轮轴智能生产线的集成是企业在坚持自主创新，推进中高档数控机床、生产线集成产业化、推进国产数控系统应用的道路上迈出的坚实一步，坚定了企业加快自主创新、转型升级步伐的信念。
为巩固成果，企业将继续加大产学研力度，加强不同专业间的技术融合，充分利用智能生产线集成经验，有针对性地开发制造出满足不同用户需求的汽车零部件智能生产线，切实推进核心智能装置与智能制造装备研发、产业化、推广应用一条龙发展，从而不断提升国内制造业整体自动化、智能化水平，不断缩小与国外先进水平之间的差距。
来源：《世界制造技术与装备市场（WMEM）》
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