—从CIMT2015看柔性加工单元及生产线的发展

  
      第十四届中国国际机床展（CIMT2015）于2015年4月20-25日在北京新国际展览中心隆重举行，吸引了国内外众多机床工具厂商欢聚一堂，竞相展示自己的优秀产品及技术成果，在会上热诚服务观众积极寻求用户，提供详尽产品信息和制造解决方案，同时提高了企业知名度、为企业谋求生存与发展空间。企业间的相互促进与发展同时伴随着激烈的市场竞争，谱写着历届展会永恒不变的主旋律。

      本届展会主题“新常态，新发展”。主题明确，立意深远。

      新常态。当前中国机床工具行业受经济大环境影响，出现了市场需求总量下降、需求结构升级的显著变化。国内机床制造业的总体水平已经提高，关键技术和应用在世界范围内已经流通和推广，产品性能差别已经减小，新兴机床企业不断崛起和涌入，加剧了机床的全面竞争，企业必须贴合市场动向，主动出击，寻求新的发展。这就是行业目前乃至将来的新常态。

      新发展。以德国工业4.0、中国制造2025、美国再工业化为代表的产业创新正在加速，指导未来工业发展。高效、智能、便捷是工业4.0产品的重要特性；智能制造是中国制造2025规划纲要的重要抓手。智能制造就是生产全周期从自动化升级成智能化，即扩展到“工厂+信息系统”替代人的控制、“生产线+传感器”替代人的监督、“精密加工装备+算法”替代人的技艺等，进而出现“智能工厂”、“无人工厂”。 机器人将会是智能制造的切入点及变革基石，引发新一代工业革命。不断加强机床产品的高效率、高稳定性、高精度、绿色制造，并与机器人、高速珩架等智能物流相融合是设备制造厂机床未来发展规划的新路径。

  
      机器人与机床融合的高柔性系统成为本届展会的一大看点。

      一．柔性制造单元

     柔性制造单元（FMC）实际上是数控加工中心的扩展，一般是由加工中心和工业机器人各一台组成，并由后台计算机统一作可编程控制,自动化程度高。次此展会，柔性制造单元可谓遍地开花，硕果累累，难分伯仲，在此只作部分点评。

      1.走进台湾永进YCM展台，为我们展出的是一套自动化加工单元（图1）。该单元主要由一台高性能立式加工中心NCV-102A、一台FANUC 6轴关节工业机器人和一个并联机械手臂探针式检测平台组成。机器人位于立式加工中心正前方，检测平台和物料平台摆在一侧，四周围起护栏，布局简洁紧凑。但在这个不显眼的小单元里，却集成了高度智能化功能，期间为我们演示的是类似法兰盘压盖零件从毛坯到合格品的无人自动化生产过程。机器人在此次表演过程中是绝对主角和明星，它所具备的视觉辨别系统在此大显神通，它可以找出工件在坐标中的实际位置，计算得到和中心位置的偏差，通过携带偏差调整抓取动作实现精确抓取。动作流程为：机器人从简易供料平台毛坯区识别并精准抓取待加工毛坯，机床自动门打开，机器人将毛坯在机床加工夹具上进行安放，夹具自动夹紧，自动门关闭，第一道工序自动加工完成，自动门打开，夹具松开零件，机器人取下零件，在一个简易平台上，可以实现自动翻转零件，再次抓取放置到机床进行二次装夹和加工，最后加工工序完成，由机器人抓取送至检测平台进行加工质量检验，对合格品和不合格品区分放在对应供料平台上（图2）。整个生产过程全自动、快速、高效，而工人只需要做的是收获既得的“胜利品”。
  
  
 
                                 图 1                                  
 

 
图 2

      2.北京精雕集团，专业于铝合金产品类的高速、精密加工，其产品性能深受业内好评和广大用户认可和喜爱。在这次展会上为我们展出了适用于铝合金产品的自动化加工单元（图3）。由两台JVDT600-A12S加工中心和一台六轴机器人组成。JDVT600-A12S适用于电子、五金类产品的加工，在钻、铣、攻丝、高光等方面具有独特的优势，自动化程度高，性能强大：配置北京精雕自主研发的CRTM150-F3.5数控双转台可进行多面定位加工和复杂五轴联动铣削；采用精雕JD50数控系统，配置接触式测头通过精雕在机测量技术可实现产品的来料检测和自适应补偿加工；配置激光对刀仪，可实现快速对刀和刀具自动补偿；采用零点快换装置进行装夹，实现产品的精确定位。采用德国KUKA高性能6轴机器人进行自动上、下料工作，高效、可靠。该单元可以实现产品多道工序高效率、高质量自动化加工。图4为该集团为我们展示的多系列机床加工制品，精美程度让人叹为观止，“智”制造业的发展让产品制造发生质的飞跃。
  
  
 
                                图 3                                
 
 
图4

      3.青海一机。FMS800机器人柔性制造系统（图5）：主要由两台带交换工位的HMC80卧式加工中心，一台FANUC R2000IB/250F机器人及物料传输系统等组成。机器人与机床结合，缩短机床非加工时间，实现高生产节拍的要求，全自动化生产，有效提高加工效率。

      4.齐重数控装备股份有限公司展出的SVT70/100XG-NC 柔性制造单元（图6），以两台数控立式车床为主，一台大悬臂六关节机器人（德国KUKA）完成工件的输送和搬运，适用于轿车铁轮毂、铝轮毂的自动化生产。
  
  
 
                             图 5                                  
 

 
图6

      二．柔性自动生产线

 
     柔性生产线是把多台可以调整的机床(多为专用机床)联结起来，配以自动运送装置组成的生产线，是一种技术复杂、高度自动化的系统，它将微电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来，理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。

     1.大连机床集团有限责任公司，以“大智造、创精机”为目标和己任，华丽登场，阵容强大，此次展出了多台套柔性生产线和自主品牌机器人产品，也显示出该公司对大力发展智能制造的决心和强大技术实力。首次展出的DZHX-002立式加工中心柔性生产线（图7），由三台INGERSOLL 650高性能立式加工中心与两台FANUC关节机器人等部分组成。机器人的组合方式为一台固定地面安装，另一台安装在桁架上，位于机床上方移动，充分利用了地面和上空空间，结构紧凑，作业范围宽、灵活多变。机器人具有视觉功能，通过3D与2D视觉可对散堆零件的姿态进行辨识并正确抓取，自动装卸和输送工件。该生产线适用于小型板类、盘类零件的批量生产，可以大幅提高生产效率。同时出彩的还有DZHX-001卧式加工中心柔性生产线（图8），取自于重庆长安汽车股份有限公司汽车发动机缸盖生产线的一部分。主要由自主制造的高速、高精卧式加工中心HDL-50及并联桁架机械手组成。能够实现多品种缸盖的混流轮番生产，完成汽车气缸发动机盖从毛坯到成品包括粗、精加工在内的全部加工内容，高精度、高效率、高柔性、智能化与自动控制完美结合。年生产汽车发动机盖可达20万件，生产节拍≤1.2分钟，工序能力指数CPK值≥1.33，整体指标达到国际先进水平。观众们仿佛置身于现代化工厂，感受着智能生产的蓬勃气息，畅享生产力提升带来的亢奋和喜悦。、
  
  
 
                                 图 7                                  

  
 
图8

      2.东风装备公司设备制造厂，为我们展示了其自主设计研发的高端自动化装备集成系统（图9），该系统是由两台DZ30、DZ40高速卧式加工中心和一台DL500高速立式加工中心及一台ABB地轨机器人组成。其中DZ（高速卧式加工中心）、DL（高速立式加工中心）系列产品，是该厂2014年推出的新品，具有高速（主轴转速12000rpm、快速进给50m/min、加速度10m/s²）、高效、高精度、低耗能、结构紧凑、便于维护的特点。整个系统以零故障、零报警的高可靠性能，吸引了众多厂商和观众。据了解，东风装备公司设备制造厂机床业务目前主要为动力总成、汽车零部件、一般工业品等行业提供专用机床及自动线、柔性加工设备及柔性加工线。其中柔性加工设备及柔性加工线已广泛用于东本发动机、长安汽车、东本汽车、神龙汽车、东风商用车、江铃汽车、东风乘用车、东本零部件、东风裕隆、东风日产、东风雷诺、浙江新杰克缝纫机等项目。专用机床及自动线已广泛用于潍柴动力、神龙汽车、东风商用车、长安汽车、玉柴机器、东风康明斯、东风股份、中国重汽、上海大众、云内动力等项目。可见智能生产线在汽车等制造业的广阔市场前景，是大势所趋。

     3．北京第二机床有限公司。汽车曲轴加工柔性、敏捷、高效、精密，自动化生产线（图10）。荣获2014年中国机械工业科学技术奖特等奖。主要组成：①LBR-370 数控车床，配有机器人接口，顶部自动门关合，通过DNC-C通信接口与桁架机械手和数控磨床对接，由计算机控制，实现曲轴零件的自动转序加工和自动化生产。②B2-K1018双砂轮架随动式数控曲轴磨床，采用先进的跟随摆动式磨削连杆颈技术，通过两个砂轮架进给轴（X1、X2轴）与工件回转轴（C1、C2轴）联动配合装置实现全闭环控制，可以同时磨削曲轴两个任意相位连杆颈，也可以同时磨削一个连杆颈和一个主轴颈或多个主轴颈。彻底解决传统偏心夹具式曲轴磨床加工柔性差、调整复杂等问题。③B2-6008曲轴砂带抛光机，整机布局合理，整体防护，维护简便，符合人机工程要求。砂带卷带机构的走带量可根据加工要求调整，加工过程可设置工件正、反向旋转提高加工质量。一个工作循环可以在原基础上将表面粗糙度等级提高一级。④采用北京步奇自动化桁架机械手对工件进行全程搬运、装夹等自动化作业。生产线功能特点：①曲轴“多品种、大批量、高效率、低成本”的短流程工艺布局；②基于非圆磨削原理的双砂轮架随动式(切点跟踪)磨削技术和六轴同步插补联动磨削技术；③曲轴品种的智能识别与敏捷换型；④连杆颈相位数字化自动测量识别技术；⑤数控随动式（切点跟踪）磨削技术；⑥曲轴随动同步切磨+纵磨技术；⑦机床几何误差及磨削圆度与尺寸误差的智能补偿；⑧智能化无编程专家系统及数据库；⑨自动化物流、信息化管理。综合技术达到同类技术国家先进水平，其中随动式(切点跟中)曲轴磨床达到同类产品国际领先水平，实现了曲轴非圆磨削成套装备技术研发和应用的重大突破。
 

  
  
 
                           图 9                                   

  
  
 
图10

      4.山东威达。桁架机械手自动生产线（图11）：由WMC600立式加工中心、WMC320卧式加工中心、桁架机械手、自动化料仓搬运中心组成。能够实现自动装卸工件、自动交换刀具、刀具在线检测、工件在线检测的智能化生产线能够实现箱体类零件的从毛坯到合格品的全自动无人化加工

  
      三．未来工厂
 
 
     “未来的工厂只有两个员工：一个人和一只狗。人负责养狗。狗负责防止人碰到机器。”是美国组织顾问Warren G.Bennis对未来工厂的调侃预测却一语惊人。

     机器人数字化工厂是真正意义上将机器人、智能设备和信息技术三者在制造业的完美结合，涵盖了制造的生产、质量、物流等环节，主要解决工厂、车间和生产线以及产品的设计到制造实现的转化过程，是智能制造的典型代表。韩国现代威亚数控机床有限公司展出的现代化智能工厂前景模型（图12），展现出强大实力和宏伟蓝图。
 
   
 
 
                           图 11                                 

  
 
 
图12

      四．工业机器人的盛会，出彩中国“人”

     工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器及人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。智能机器人是将拥有精确计算、关节运动、视觉识别、力矩传感等诸多功能成为一体并应用于工业领域的机器人（图13）。目前，用于机床的机器人主要以6轴关节机器人及十字坐标桁架机械手为主，机床与机器人正开展着前所未有的紧密而广泛的合作，吸引了众多机器人制造商到会参展。德国KUKA、瑞士ABB、日本FANUC、意大利COMAU等国外知名制造商强势登场，同时在展会上的各机床配套应用中占据了半壁江山，成为为高端机床产品的标准。近年来，中国机器人应用和需求迅猛发展，全国各地机器人公司如雨后春笋，蓬勃发展。国内自主品牌机器人，在展会上大显身手，代表为：广州数控；华中数控；大连机床；大连光洋；浙江瑞宏机器人有限公司；STON金石机器人；南京埃斯顿；宁夏巨能机器人等。其中宁夏巨能机器人自主研发、设计制造的中国第一条智能无线传输桁架机器人，让人印象深刻，解决了生产线过长造成的拖链安全、噪音、速度、及信号衰弱等问题，充分利用了互联网新技术，抢得市场先机。现阶段国内在高端机器人核心技术中的精密减速机、驱动电机、控制器等更多依赖国外进口，仍受制于人，欲打破落后格局，仍需努力，但中国机器人传承着中国人的勤劳、智慧、坚毅的传统，必将在不久将来赶超世界前列。

                                                                   图13

   
      五．尾声 

      工业机器人与机床制造业相辅相成，它们组成的智能化柔性加工单元和生产线，代表先进生产力，顺应市场需求，是未来工厂的重要组成部分。工业化进程本身就是一个“机器代替人”的不可逆过程，工业机器人已经在制造业中承担了“劳动者”也就是“生产力”的角色，而生产力是人类社会发展的最终决定力量。机器换人，智启未来，让我们一起展望明天！