探秘汽車柔性制造系統(tǒng) 體驗前沿智能制造技術

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，國內汽車企業(yè)實力逐步增強，以及國外公司的大規(guī)模進入和生產裝備的改善，汽車零部件加工正在向柔性制造方向發(fā)展。柔性制造系統(tǒng)（FMS，F(xiàn)lexible Manufacturing System）帶來了加工的高度靈活性，使得在保持高生產率的同時還能生產更多種類的零件。

FMS簡介

柔性制造系統(tǒng)是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲運系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設備組成，能適應加工對象變換的自動化機械制造系統(tǒng)。FMS是一組數(shù)控機床和其他自動化的工藝設備，由計算機信息控制系統(tǒng)和物料自動儲運系統(tǒng)有機結合的整體，簡單地說，由加工、物流、信息流三個子系統(tǒng)組成。

從FMS的構成看，其兼有加工制造和部分生產管理兩種功能。從柔性考慮，一方面是系統(tǒng)適應外部環(huán)境變化的能力，可用系統(tǒng)滿足新產品要求的程度來衡量；另一方面是系統(tǒng)適應內部變化的能力，在有干擾（如機器出現(xiàn)故障）情況下，系統(tǒng)的生產率與無干擾情況下的生產率期望值之比可以用來衡量柔性。

柔性是FMS的最大特點，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1）按需及時安排生產，縮短交貨周期。

2）工序高度集中，可提高設備利用率。

3）減少直接勞動力，在少人看管條件下可實現(xiàn)晝夜24h連續(xù)“無人化生產”。

4）提高產品質量的一致性。

5）單臺故障，任務可轉移其他機床。

柔性組合夾具的產生及應用

柔性組合夾具的產生及發(fā)展應用，包括三個方面：柔性元件的設計，柔性組合夾具在現(xiàn)代加工中心上的技術應用，以及在柔性制造技術環(huán)境下的柔性組合夾具的管理?！　?br />
1 柔性元件的設計

以柔性制造單元為代表的加工中心，其對工件多道工序的集合高效加工，形成了夾具一次裝夾完成多個工序的加工。機床與夾具和工件形成了與傳統(tǒng)加工方式截然相反的關系，即在一個夾具的底板上，盡可能安裝最大容量的加工零件，并且這套夾具處于加工位置時，另一些具有相同特點的夾具正在機外裝卸工件，甚至一些安裝在托板上的夾具，正在傳輸系統(tǒng)中周轉。夾具保證了被加工零件能夠精確載入機床的坐標系之中，處在機床加工位置上（即夾具上）的工件全部加工完成后，機內夾具與機外夾具整體交換，夾具與機床實現(xiàn)反復快速的定位連接。由于實現(xiàn)了機外安裝夾具和機外裝卸工件，機床切削加工時間與夾具安裝及工件裝夾時間重合，這就大大減少了停機時間。基于此，柔性組合夾具在元件系列的設計上發(fā)展出與其相適應和匹配的元件系列。

這些元件的最大特點是：與機床工作臺的連接非常緊密和快捷，可以直接連接在機床的工作臺或托板上，甚至托板系統(tǒng)中的“托板”直接按柔性組合夾具元件結構要素進行設計，使其直接成為機床的附件。一些新型多功能的定位組合件、夾緊合件以及定位夾緊組合件相繼出現(xiàn)，雖然并未從根本上改變傳統(tǒng)組合夾具的元件特點，但是取代了多件疊加的繁瑣，一些帶有坐標原點的孔類定位元件，使柔性組合夾具在多個工件的定位上能夠精確載入機床的坐標系。柔性組合夾具元件的發(fā)展，為柔性組合夾具在柔性制造技術環(huán)境下的應用奠定了基礎。

紳名科技-底盤系統(tǒng)關鍵零部件柔性裝配線

工作中常常談及裝配線柔性問題，個人簡單理解為柔性裝配線也可稱可編程序，快換產品裝配線，是在非間歇傳送裝配的基礎上，采用可編程序和轉換程序，快速更換工裝夾具來實現(xiàn)快速轉換裝配多項產品的裝配線。

1、組成

柔性裝配線通常由裝配站、物料輸送裝置和控制系統(tǒng)等組成。

(1)裝配站

柔性裝配線中的裝配站可以是可編程的裝配機器人，不可編程的自動裝配裝置和人工裝配工位。

(2)物料輸送裝置

柔性裝配線輸入的是組成產品或部件的各種零件，輸出的是產品或部件。根據裝配工藝流程，物料輸送裝置將不同的零件和已裝配成的半成品送到相應的裝配站。輸送裝置由傳送器和換向機構、定位機構、傳感機構、控制位系統(tǒng)等的有機組合組成。



圖1



圖2

2、機械運動和控制系統(tǒng)

圖1是柔性裝配線照片，圖2是柔性裝配線布局示意圖。投料工作站中有料庫和取料機器人。料庫有各種盒子、漏斗、穿料棒等組成，待裝配的零件存放在這些存料機構中，取料機器人有各種不同的夾爪，它可以自動地將零件從盒子中取出，并擺放在一個工裝中，被裝配機構自動檢測裝配?；蛘呤⒂辛慵墓ぱb托盤由傳送帶自動地送往裝配機器人或裝配站完成裝配。常用的主要部件有各種送料振動盤、震動導軌、氣動元件、液壓元件、伺服電機、油脂泵和閥、導軌和絲杠、電動力矩扳手等機械原件和力矩傳感器、位移傳感器、力傳感器、光電傳感器、接近傳感器、視覺傳感器、泄漏測試儀、人機界面（觸摸屏）、無線射頻識別、工控機、變頻器、PLC及電源等的電氣元件。



3、柔性的主要實現(xiàn)方式

（1）通過對同類不同產品部件的外形和材質綜合分析，設計預制出單臺工藝設備可在幾分鐘內快速跟換調試的工裝和夾具來實現(xiàn)柔性裝配。設計方面可應用為了快速調試使用通常設置定位銷、硬限位、導向槽、快校工裝付具。

（2）通過控制模塊預留擴展空間和預先編程存儲再系統(tǒng)中，可通過增加控制模塊或轉換開關或觸摸屏選項按鈕快速轉換程序來實現(xiàn)柔性裝配。

2柔性組合夾具的應用性

在柔性制造技術中，夾具是影響其柔性發(fā)揮的關鍵因素。在計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）試驗以及許多單位的柔性制造系統(tǒng)的多年實踐中，大家發(fā)現(xiàn)，在機床與加工零件對接的夾具環(huán)節(jié)上實現(xiàn)無人化或期望理想狀態(tài)的柔性化，是相當困難的。無人化還須有相當程度的技術支持，或可在某一領域實現(xiàn)，但要擴展到能涵蓋更多的領域，是極其困難的。理想狀態(tài)柔性化實現(xiàn)的最便捷途徑，就是改造傳統(tǒng)的組合夾具，將組合夾具結構變化上具有的萬能性優(yōu)勢，改造成柔性化的特點。

柔性組合夾具元件的發(fā)展，為柔性組合夾具在柔性制造技術中的應用，奠定了基礎。柔性組合夾具在汽車的柔性制造中，已經發(fā)揮出顯著的作用。柔性化組合夾具與元件系列及機床的關系更加緊密，元件系統(tǒng)有了壓縮，柔性組合夾具技術在機床上的應用開始簡單化，夾具的結構亦從復雜向簡單演變。

在汽車柔性制造技術環(huán)境下，柔性組合夾具被大量應用，尤其在發(fā)動機、變速器及離合器等關鍵零件的制造中。如在離合器和變速器之類殼體、殼蓋的夾具結構中，廣泛采用橋梁式夾具結構，使得兩面加工得以方便實現(xiàn)。由于這類零件多為鋁合金材料，支持被加工零件的局部剛度，在更加直觀的現(xiàn)場中，可以輕易實現(xiàn)。各種理想的典型柔性組合夾具結構，就是其技術應用的直接成果。加強這一方面的技術研究與發(fā)展，是提高柔性組合夾具柔性化的重要環(huán)節(jié)。

雄克公司-VERO-S

雄克公司VERO-S零點快換夾持系統(tǒng)能夠有效輔助發(fā)動機加工線實現(xiàn)柔性生產，顛覆傳統(tǒng)的裝夾原理。以前每一次重新裝夾工件，都可能導致精度的損失。但VERO-S的重復定位精度小于5微米，幾乎可做到無任何精度損失，且可使工件坯料一次裝夾（或于托板上）完成五面加工，以及多工位互換加工，其卓越的性能、簡單的結構、工況的不敏感性，將使之擴展到整個機械制造行業(yè)，并帶來整個制造工藝系統(tǒng)革新的應用。


傳統(tǒng)的發(fā)動機缸體和缸蓋夾具為例，其特點主要為：
● 框架結構，剛性好，重量大
● 不易安裝，定位精度較高，復雜程度高
● 專機專用，不能重復使用
● 自動化上下料困難
● 夾持點多，夾緊監(jiān)控復雜

雄克VERO-S系統(tǒng)應用于發(fā)動機缸蓋的快換裝夾時，夾持模塊的柔性設計：工件表面無傳統(tǒng)夾持方式所帶來的額外壓力，如彈簧力、液壓或氣動壓板等（依賴于有效的工作空間及拉緊力需求）。

夾持力的均勻分布在缸蓋表面：取決于夾緊銷的數(shù)量、螺栓大小（夾緊銷、工件），夾緊銷位置及保留的關系。

雄克VERO-S快換系統(tǒng)工藝結構

VERO-S零點快換夾持系統(tǒng)特點：

1.標準化接口。由兩部分組成：快換模塊與托盤。托盤是連接工件與快換模塊接口的載體，通過夾緊定位銷與快換模塊連接，可兼容各類夾緊工裝。
2.強大的夾緊力。單個快換模塊的夾緊力高達40kN，增壓型可達75kN。
3.可靠的重復定位精度。多個工序之間的重復定位精度確保在0.005mm范圍之內。
4.高柔性。可實現(xiàn)不同產品間的快速切換，即使在大批量制造過程中（如發(fā)動機缸蓋加工），實現(xiàn)柔性的共線生產。
下面是幾個柔性組合夾具的具體應用實例。




圖1，汽車離合器殼體零件在立式加工中心上所采用的柔性組合夾具。此夾具只是定位與夾緊元件的組裝，結構簡單，敞開性好，完成夾具組裝只需30min，在柔性化生產中，其快速性由此可見。



圖2，汽車離合器上殼體零件在臥式加工中心上所采用的柔性組合夾具?？煽闯?，夾具雖然是圍繞零件的框架式結構，但考慮加工狀態(tài)的切削力，框柱組成雙體并作加固，各定位點和輔助支撐點分布得當，充分顯示出柔性組合夾具在其結構演變上的柔性化。



圖3，汽車離合器上殼體零件在臥式加工中心上所采用的柔性組合夾具。由于零件的形狀特點與定位要求，柔性組合夾具在其技術應用上，幾乎可以勝任任何結構的設計，并能經受大切削力條件下的加工要求。


3 加強柔性組合夾具的技術管理性

柔性組合夾具管理，包括元件系列及人的組合裝配，以及在這兩個因素下衍生出來的比如元件配置規(guī)模和在生產準備中所處的管理位置、元件管理和技術管理等，這將決定柔性組合夾具發(fā)揮作用的程度，同時也涉及到柔性組合夾具的投入（包含日后的管理投入）與發(fā)揮作用的性價比。也可以說，其技術發(fā)揮與管理水平的程度決定其柔性化的程度。

柔性組合夾具元件、技術運用、技術管理是柔性組合夾具的三個方面。如果說元件是基礎，技術運用是關鍵，那么技術管理就是前兩者的保障，而且在前兩者的作用中，本身就貫穿著管理的因素。如元件的型別、配套量，元件間的類別比例，現(xiàn)場流通量與庫存量的比例，元件的更換頻率和幅度，元件使用的各種必要制度等。在技術管理中，管理的重要性則顯現(xiàn)的更為突出。

傳統(tǒng)組合夾具的管理模式已經落伍，建立一個龐大“組裝站”的管理方法，將會占用大量的資源和資金，在進行生產準備中，實現(xiàn)夾具的快速反應又存在著時間差，故必須予以改變。在現(xiàn)代生產模式下，采用更適合、更科學的管理模式，已經是一個迫在眉睫的問題。