智能化检测在自动化柴油机加工生产线的高效应用

0引言

工业4.0时代已经到来,传统的生产线正逐步被自动化生产线所替代^[1—2]。自动化生产线实现了高效、高质量、少人化生产,但同时也带来了一定的质量风险^[3—4]。因此,单纯的 自动化生产线已无法达到工业4.0的要求,而高度智能化生产线一定具备两个流—实物流和数据流,高度智能的数据流对当前生产线建设非常重要。

1 P系列柴油机自动化加工线介绍

该生产线是一条自动化、信息化黑灯生产线,共15个工序,18台设备,设计产能10万台/年。计划员使用企业资源计划(EnterpriseResourcePlanning,ERP)下达生产任务 ,数据自动传输至制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem,MES)(图1),激光打刻机接收MES计划,根据任务号辨别半成品件号是否符合生产计划,若符合,则该工件由桁架机械手抓取,向后流转,若不符合,则由机械手抓取到剔料工位,向后流转的机械手全程的流动均通过桁架机械手、关节机械手、辊道等自动化设备进行,各工序的加工设备均是自动化加工设备,机加工设备采用进口设备,辅机采用国内知名厂家产品,各工序配备了视觉检测、压力位移检测、在线测量测头及柔性在线测量设备,实现了全过程、全尺寸100%在线检测,其中在线测量测头具备补偿功能,主要补偿加工位置及其他相关尺寸。

2加工中心柔性化检测

2.1加工程序选择智能自动化

P系列发动机匹配客户比较多,涉及重卡、船机、农机、工程机械、客车等领域,配套多必然造成件号较多, 目前工件件号达到54个。该生产线前5道工序为机加工工序,使用加工中心加工,以往都是人工通过肉眼检查工件件号,然后通过纸质加工程序匹配表查找该机型应该用的加工程序,再通过人工在加工中心选择加工程序,该过程存在极大风险,肉眼看件号、匹配加工程序、选择加工程序这三个过程容 易看错、记错、选错,造成工件报废。该生产线通过加装二维码自动扫描仪,并将扫描仪与加工中心连接,实现了将扫描仪读取的信息传递到加工中心可编程逻辑控制器(ProgrammaBleLogicController,PLC),再由PLC传递至数字控制 (NumericalControl,NC),将读取的信息最终自动转化成所需要的加工程序(图2)。该过程全程无人工参与,杜绝了人为原因造成的加工质量问题,节省了换型时间,提高了加工效率。

2.2加工刀具断刀检测自动化

刀具在加工过程中由于加工硬点、刀具自身质量、工件硬度变化等原因,经常会发生断刀问题,由于生产线无人化,该问题一旦发生,将会形成批量质量问题。为解决该问题,对加工中心进行了改造,加装了刀具在线检测设备(图3),该设备与机床互联互通,通过监控主轴力矩,监测刀具是否有断刀、蹦刃等问题,一旦力矩变化趋势不良或有突发变化情况,机床将针对监测设备提供的信息,发出警报或直接停机。该设备能准确发现断刀及不良加工行为,不仅能够防止质量问题,同时也替代了原有的人工强制换刀管理方式,延长了刀具寿命,减少了换刀时间,提高了加工效率,降低了生产成本。

2.3在线测量测头在加工中心的应用

为提高加工效率,本产线加工中心采用双托盘模式。双托盘加工精度不如单托盘稳定,以往为了保证加工精度,每台机床均要送检三坐标,用以检查工件位置尺寸的加工稳定性,并进行人工调整。该检测方式虽然检测精度高,但也存在以下两个问题:首先,时效性差,受检测资源的限制,每台机床每个托盘每周仅能送检一次,一旦位置尺寸偏差大,将形成批量质量问题;其次,一旦位置尺寸靠近公差上限或下限,需人工调整机床加工程序,调整过程中,人工易调反方向或输错数值,导致位置尺寸偏出公差,从而造成批量质量问题。为解决这两个问题,生产线引进在线测量测头系统(图4),每台工件加工前,都对托盘进行检测,实时获得托盘的实际位置,并将测得的数据写进NC中,机床自动计算,更改加工程序参数,确保工件位置尺寸始终保持在中间公差。该检测方式实现了工件位置尺寸100%在线测量,同时实现了数据的自动补偿,保证了产品质量,杜绝了人工参与造成的风险。

2.4 柔性在线测量设备在加工线的应用

以往加工尺寸的测量全部由人工靠测量检具检测,每天测量约10件左右,测量比例较低,不能及时发现问题,并且在检测过程中操作者容易看错表,导致出现质量问题时无法发现。为解决该问题,生产线根据加工尺寸,设计了在线测量机(图5),对加工尺寸进行100%检测。该设备使用关节机器人抓取测量检具,工件举升定位,测量前使用空气清理设备清理工件铁屑,工件编码与测量数据绑定,测得的数据上传至MES及质量大数据分析专家 (Quality—DataAdvanced System,Q—DAS)。MES用于储存测量数据,作为追溯使用,Q—DAS则对数据进行统计过程控制(Statisticalprocesscontrol,Spc)分析,用于研究生产线过程能力,通过对数据的研究,可及时发现机床、夹具、刀具问题,采用相应措施及时规避问题的发生,通过对过程的不断改进,提升过程能力。当前,该线机加工过程能力(complexprocesscapability,cpk)指数已经由原来的1.2提升至1.53,提升比例达到了28%,产品合格率达到了99.98%。

3辅机智能化检测

3.1视觉检测技术

为实时监督生产过程质量,在生产线8个工序中配备视觉检测(图6),实现过程质量100%监控,当视觉检测发现异常时,机床自动报警停机,需要人为进行确认。视觉检测内容有:碗形塞底孔自动涂胶后是 否断胶、喷油器孔密封圈是否装配到位、装配用结合面有无异物、零部件是否漏装、工件有无多/漏加工等。同时,建立视觉检测有效性验证管理办法,每周对各个视觉检测工序进行有效性验证,确保检测结果真实有效。

3.2 光学检测技术

对于工件倒角角度、倒角大小等不便测量项目,生产线配备两台光学检测设备(图7),并与生产线串联,分别检测缸体缸孔倒角和缸盖阀座孔倒角,能够实时检测倒角角度和倒角大小,并可清晰直观地查看所计算的统计数值,然后根据设计条件自动判别控制图有无异常,便于质量实时监控。

3.3压力位移检测技术

p系列发动机有大量压装尺寸需要控制,例如碗形塞、气门导管、气门阀座、凸轮轴衬套等均采用电缸压装,位移压装尺寸均使用机械限位控制,但随着机械限位工装的磨损,该类压装尺寸会发生变化,直至不合格,并且不易发现。为解决该问题,P系列发动机生产线所有压装尺寸均采用压力位移法控制(图8),该方法可精准控制压装尺寸,一旦压装不正常,设备会报警停机,避免出现质量问题。该方法的应用大大降低了操作者测量强度,同时规避了压装尺寸超差的风险。

4 结束语

发动机的加工是一个复杂的工艺系统,各项加工指标都较难控制,因此一条高度自动化、信息化、智能化的生产线非常重要。本文所述生产线能在解决工艺难题的同时,解决加工尺寸检测自动化、智能化的问题,可为本行业或其他行业零部件生产线建设提供参考。

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2024年第11期第6篇