打造CNC机床柔性自动化生产线的应用思路

CNC机床生产自动化是指结合了物流、加工、检测和信息系统等的智能工厂柔性自动化生产线。CNC机床的自动化实施的过程实际上是对产品加工流程的自动化管理过程。自动化在CNC机床产品生产加工中的开发与应用，不仅有利于提高生产效率，降低人力需求，减轻人工劳动强度，同时也有益于精益生产管理，提升企业整体水平及形象。

IE在CNC机床生产自动化开发过程，对于问题提出、分析评估、方案设计、生产推动、持续改善等环节，都发挥了极为重要的作用。以下为IE在CNC机床生产自动化开发的儿个应用案例，这些应用案例目前都较好地在CNC机床的生产中发挥着作用。

(1)“一拖八”柔性加工系统(FMS)在CNC机床加工中的应用

CNC机床柔性自动化生产线应用不局限于刀具的自动交换以及数控自动加工等方面的实现，而是趋向于建立成组化、集成化、网络化和智能化的自动化系统。将若干台CNC机床集成到复杂的生产线上，形成柔性化的“数字生产加工系统”。

CNC机床“一拖八”柔性加工系统，就是在IE工作研究的基础上提出方案，并付诸实施的。该系统既满足了系统自动运行，同时也可以在柔性系统发生异常时，人工单机CNC机床作业，有效避免了生产中断的影响。

“一拖八”柔性加工系统在CNC机床生产中的应用在文献中有较详细的介绍。该柔性加工系统改变了传统的刚性生产线加工方式，通过一台固定在自动移动导引小车(AGV)上的机器人，完成在8台CNC机床之间的取放工件的自动循环加工过程。实现了多品种、小批量的柔性生产，适应于相似工艺及产品结构的不同产品加工，对于企业快速生产转型，适应市场需求提供了有力保证。

通过对CNC机床及其操作者进行IE时间动作分析，根据CNC机床所加工产品的CT时间，确定并开发“一拖N'，机器人柔性加工系统方案。从而由机器人代替人工完成自动取放料、自动开关门、物流程控以及异常监控等动作，完成对CNC机床的辅助加工过程。车间只有物流人员及系统监控人员，上百台CNC机床，只有不到10个人在“照看”，而且人工劳动强度较低，产能提高了约10%-25%，节省了大量的人力(约50%-60% )。该“一拖八”柔性加工系统确保了CNC机床主轴的加工连续性，提升机加车间的少人化、无人化的应用水平。

“一拖八”柔性加工系统，对产品加工工艺的稳定性，以及车间生产管理、生产布局和物流系统等方面的科学性、合理性都提出了较高的要求，同时对人员素质，尤其是及时性(JIT )等要求较高。只有在满足生产各项要求的基础上，充分发挥柔性生产系统(FMS)的优势，才能真正提升CNC机床的产能，从而实现少人化，乃至无人化的生产加工过程。

(2)精密数控分度转台机构在CNC机床生产中的应用

产品的CNC机床加工过程，传统的做法是通过确定被加工产品的加工面，来准备夹具的种类及数量的。夹具的投人量较大，加工工序较多，人工装拆环节较多，因此，被加工产品精度不容易保证，加工周期较长。一旦某一台CNC机床出现故障时，整条生产线都得受影响。当产品设计变更时，还需重新制做夹具，投人费用较高。

通过IE对CNC机床加工过程的动作时间研究及分析影响因素后，提出、开发并应用了数控分度转台，以配合CNC机床的加工，从而提高CNC机床主轴的利用率，降低主轴空行程动作，减少其他的辅助动作时间。

该数控分度转台机构，用于精确地控制被加工产品与CNC机床主轴之间的加工角度，配合CNC机床主轴进行精确转动，完成产品在各种角度下的加工要求，使得CNC机床的加工能力得以延伸。产品通过该机构一次装夹后，配合CNC机床主轴，精确旋转，完成多工序的复合加工，使产品真正实现了一次装夹，全面加工。真正做到了以减少工序、辅助时间为主要目的的无人化、自动化的复合多轴CNC机床加工方式，大幅度节省了CNC机床刀库换刀及调机等辅助动作所需的时间。

数控分度转台机构的转动速度，可以实现1s内转动900, CNC机床刀库自动换刀需要3s，因此在CNC机床程序优化的条件下，改变加工方式，增加该机构的转动频次，配合主轴加工，以减少刀具换刀次数，最终可缩短产品10%-20%的加工CT时间，从而提高产能。

目前数控分度转台已大量地应用在CNC机床批量产品生产加工中。IE在此设备的开发应用过程中，发挥了不可替代的作用，通过IE工作研究及分析，指出生产瓶颈问题，提出解决方案，并投人生产应用。通过该机构的实现,IE彻底改变了CNC机床的传统加工方式，有效提高了加工效率，提高了产品加工质量和稳定性，降低了成本，并且提高了CNC机床的加工柔性，适用于各种产品的一次装夹后的数控加工需求。

(3)双托板式CNC机床工件供料系统

双托板式双向供料方式在CNC机床上的应用，也是IE在研究了CNC机床主轴加工时间动作及其利用率后，提出的一种提高生产效率的作业方式。该系统完成了已加工成品的出料和待加工品进料的同步循环动作，可有效地减少CNC机床在传统生产方式中，在安装待加工工件和拆卸已加工工件时的无附加价值的“非切削加工”时间。双托板供料系统，通过已加工工件的被取出，同时待加工工件的换入的循环往复过程，有效减少了工件交换时间，提高了CNC机床主轴利用率。

对于任何形式的工件交换系统，改善主轴利用率，减少“非切削加工”时间是其主要的目标。通过双托板式CNC机床工件供料系统，可有效提升主轴利用率达25％-35％，同时，根据产品加工CT时间，可以节省近50％的人力需求。

(4)CNC机床成组技术的应用

通过IE的生产调研后，发现某产品在CNC机床上进行单件生产加工时，主轴的进给、抬刀等无附加价值的“非切削加工”的时间动作较多，而且人工开关门，取放料所占的时间比例较大。经过参数优化，以及人工及时性提高后，CNC机床的加工效率和资金利用率仍存在较大提升空间。

此外，在生产管理过程中，工件在各工序之间往返穿梭，不仅周期长，而且增加了等待时间，导致产能较低，生产成本高等情形频繁出现。利用成组加工技术，结合相似零件(结构、工艺)，设计成组加工工艺及夹具，设计实现成组化的生产布局、产能配置和生产管理要求等过程，从而完成从成组设计、制造到管理等一系列的生产和管理环节。最终用扩大了的成组批量生产方式，来减少加工时间浪费和中间环节，提高CNC机床的生产效率。

成组加工方式在某产品的生产中得到了较好的应用。将外形尺寸相近，工艺完全相同的3件产品进行成组工艺及其夹具设计。利用1套工装夹具，在1次装夹定位后，完成这3件产品的连续加工过程。同时，

在CNC机床工作平台上，设计双工位、多工位的生产加工方式，使人工1次装夹多套成组产品的批量加工，以减少CNC机床刀库频繁自动换刀所需要的时间，同时减少了CNC机床开关门的次数，从而提升主轴利用率，提高CNC机床的加工效率。

经过IE的生产研究，改善方案提出，最终通过“成组技术”，提高了CNC机床的产能，减小了人机配比，减少了人力需求，以及减少开关门频次多而导致油雾逸出CNC机床对车间生产环境的影响。最终生产效率提升了30％～45％，而且使CNC机床设备数量可节省8％～10％，人力可节省45％。

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