“黑燈工廠(chǎng)”大揭密——實(shí)現精密鋁合金結構件無(wú)人化制造

點(diǎn)擊數：17552022-04-13 13:57:39　來(lái)源: 惠州市譽(yù)東沅智能設備有限公司

“黑燈工廠(chǎng)”大揭秘

——實(shí)現精密鋁合金結構件無(wú)人化制造

 

     日夜不停轉的機器，無(wú)數機械臂上下飛舞，帶有ID的物料以穩定速率前進(jìn)，流水線(xiàn)有條不紊運行，當工序依次走完，成品由自動(dòng)化小車(chē)分揀送至無(wú)人倉庫.....生產(chǎn)車(chē)間熱火朝天，卻見(jiàn)不到幾個(gè)工人。這就是現代“黑燈工廠(chǎng)”的真實(shí)場(chǎng)景。　 

    “黑燈工廠(chǎng)”直譯自英文Dark Factory，即智慧工廠(chǎng)，亦即從原材料到最終成品，所有的加工、運輸、檢測過(guò)程均在空無(wú)一人的工廠(chǎng)內完成，無(wú)需人工操作，把工廠(chǎng)交給機器，所以可以關(guān)燈運行。故得名“黑燈工廠(chǎng)”。 

      2021年年初，由武漢華中數控股份有限公司等企業(yè)與某重點(diǎn)電子通訊企業(yè)聯(lián)合，針對電子行業(yè)鋁合金復雜精密結構件加工材料的切削去除率高、薄壁深腔加工易變形、六面特征裝夾頻繁等工藝難點(diǎn)，以及由此造成的加工設備利用率低、加工周期長(cháng)、應急響應遲緩、自動(dòng)化水平低的瓶頸問(wèn)題，研發(fā)出國產(chǎn)高檔數控機床和智能柔性加工生產(chǎn)線(xiàn)，實(shí)現了對鋁合金復雜精密結構件的高效、多品種、變批量、多工藝融合的柔性化、規模化、自動(dòng)化、智能化、無(wú)人化加工生產(chǎn)，達到了“黑燈工廠(chǎng)”的運行效果。經(jīng)過(guò)了一年的運行試生產(chǎn)，加工制造出數千件各類(lèi)鋁合金精密結構件，加工質(zhì)量完全滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，加工效率大幅提升。 

     該工廠(chǎng)由兩條數控柔性智能加工生產(chǎn)線(xiàn)組成，每條生產(chǎn)線(xiàn)由配置華中8型數控系統的4臺五軸臥式加工中心、1套生產(chǎn)線(xiàn)中央刀庫及刀具機械手、1套生產(chǎn)線(xiàn)物料庫及物料機械手和生產(chǎn)線(xiàn)管控系統組成。

 

   

     那么，這些鋁合金精密結構件應用于在哪些領(lǐng)域？有什么工藝特點(diǎn)和市場(chǎng)需求？對數控系統關(guān)鍵技術(shù)有什么要求？該“黑燈工廠(chǎng)”在加工這些鋁合金精密結構件上又有哪些優(yōu)勢？

黑燈工廠(chǎng)如何實(shí)現自動(dòng)化和智能化加工生產(chǎn)？下面為您一一揭曉！ 

一、精密鋁合金組件的市場(chǎng)需求 

    隨著(zhù)我國經(jīng)濟結構的轉型，即漸漸由制造大國向制造強國轉型的，精密結構件產(chǎn)業(yè)面臨著(zhù)新的發(fā)展機遇，我國鋁合金精密結構件的產(chǎn)量在金屬精密結構件中的占比已經(jīng)大幅度提升。隨著(zhù)航空航天、汽車(chē)、通訊等技術(shù)的飛速發(fā)展，航空結構件、消費類(lèi)電子精密結構件及模組、新能源汽車(chē)結構件及模組等產(chǎn)品市場(chǎng)爆發(fā)，我國鋁合金精密結構制造行業(yè)迎來(lái)前所未有的發(fā)展機遇。  

1．航空航天領(lǐng)域的鋁合金、鈦合金和輔材的復雜結構件市場(chǎng)需求 

航空復雜結構件的梁、框、肋、壁板、接頭、長(cháng)桁等主要以鋁合金、鈦合金和復合材料組成，航天復雜結構件的殼體類(lèi)、復雜筒類(lèi)、功能關(guān)鍵部件等主要以鋁合金和復合材料組成。

 

2. 通訊、電子領(lǐng)域精密鋁合金組件市場(chǎng)需求 

在通訊領(lǐng)域，隨著(zhù)5G的發(fā)展，以手機、智能手表、筆記本電腦等為代表的5G智能終端的需求也越來(lái)越大，所需的鋁合金結構件需求量增長(cháng)較多。

 

而5G基站的快速建設，5G散熱殼體、5G通訊腔體濾波器、天線(xiàn)底板、5G接插件等結構件的需求加大。 

 

3．汽車(chē)領(lǐng)域精密鋁合金組件市場(chǎng)需求 

    隨著(zhù)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，輕量化技術(shù)、材料、工藝的研究和開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為世界各大汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家提高競爭能力的關(guān)鍵之一。鋁合金作為關(guān)鍵的輕量化材料，被各大汽車(chē)企業(yè)用于替換原有的鋼制件。目前，鋁合金主要用于制造發(fā)動(dòng)機的缸體、缸蓋、軸承座、離合器殼、變速箱殼、活塞、汽車(chē)輪轂等。 

此外，隨著(zhù)中國新能源汽車(chē)的高速發(fā)展，用于新能源汽車(chē)鋁合金組件的加工需求將越來(lái)越大。這其中，以電驅、電池、電控為代表的“三電”產(chǎn)品，對鋁合金組件的需求最為明顯，主要包括電機殼、電機端蓋，電池箱體、電池箱上蓋、電池箱底殼，高壓盒PEU殼體，減速箱殼體等。

 

二、精密鋁合金組件的加工工藝特點(diǎn) 

    由于鋁合金材料去除量大、剛性低、強度弱，容易產(chǎn)生較大變形，加工后難以保證零件的加工精度和表面質(zhì)量，精密鋁合金結構件制造加工工藝要求較高，具有以下技術(shù)特點(diǎn)： 

1. 鉆攻、攻絲加工多 

    通訊類(lèi)精密鋁合金組件，由于需要安裝各種電子元器件，所以零件上的孔位多，鉆孔攻絲占比大。 

2．同一個(gè)工件需完成多個(gè)面多道工序加工，對效率要求高 

    鋁合金精密組件一般有多個(gè)面經(jīng)過(guò)多道工序加工，有的零件6個(gè)面都需要加工，工件在工藝編排不好時(shí)，重復裝拆頻率較高。 

3. 材料去除率大，對精度要求高 

    由于鋁合金組件小型化、輕量化、高精度需求，一般零件都是從一整塊鋁件直接加工，材料去除率高，有的零件甚至達到95%以上的去除率。同時(shí)，有很多薄壁、小圓柱等造型，對精度的要求非常高。 

三、精密鋁合金組件的加工對數控機床和系統的要求 

    針對鋁合金復雜精密結構件加工材料的切削去除率高、薄壁深腔加工易變形、六面特征裝夾頻繁的工序復雜等工藝難點(diǎn)問(wèn)題，數控加工工藝方法發(fā)生了根本性的變化，對數控機床和數控系統提出了新的要求，數控機床從傳統的低轉速、大扭矩切削加工向高轉速、高進(jìn)給、輕負荷切削加工、高效五軸聯(lián)動(dòng)方向發(fā)展。同時(shí)，由于高速五軸臥式加工中心具有高效、高精度、高復合化等特點(diǎn)，高速五軸臥式加工中心的需求越來(lái)越大。因此，高加速度（﹥1G）、高速高精控制、多軸虛擬軸的RTCP控制、同步軸（水平/垂直）全閉環(huán)控制、主從消隙控制、大功率伺服驅動(dòng)、高速主軸控制等成為數控系統的必備技術(shù)。 

1. 黑燈工廠(chǎng)如何實(shí)現精密鋁合金零件的高效、高精加工？ 

    黑燈工廠(chǎng)中，華中數控針對鋁合金組件需要高效率、高精度加工的特點(diǎn)，采用3+2的結構布局，裝夾一次最多可以完成6個(gè)面的加工，1次裝夾就可以完成整個(gè)零件的加工，1臺臥式五軸加工中心的效率相當于傳統的6臺三軸加工中心，由此確保大部分特征在一次裝夾中完成精加工。機床配置華中數控HNC-848D數控系統，該系統為全數字總線(xiàn)式高檔數控裝置，支持自主開(kāi)發(fā)的NCUC總線(xiàn)協(xié)議及EtherCAT總線(xiàn)協(xié)議，支持總線(xiàn)式全數字伺服驅動(dòng)單元和絕對式伺服電機、總線(xiàn)式遠程I/O單元、集成手持單元接口。系統采用雙IPC單元的上下位機結構，具有高速高精加工控制、五軸聯(lián)動(dòng)控制、多軸多通道控制、雙軸同步控制及誤差補償等高檔數控系統功能。 

    針對鋁合金組件的多面加工技術(shù)特點(diǎn)，機床應用了華中8型系統的諸多典型五軸功能：RTCP功能、直角頭雙向刀長(cháng)補、擺頭分度、動(dòng)態(tài)精度測定、數顯手搖、斜面對刀、全閉環(huán)模式下零位保護功能、刀軸方向長(cháng)度補償、五軸傾斜面加工、法向進(jìn)退刀、線(xiàn)性插補、大圓插補等。 

針對鋁合金組件的鉆孔攻絲多、快速定位多、精度要求高等技術(shù)特點(diǎn)，機床應用的華中8型系統典型高速高精技術(shù)有：攻絲同步補償、倍速回退、空行程疊加、伺服抑震濾波器功能、優(yōu)速銑、恒進(jìn)給控制、象限突跳補償、前饋補償等。 

2. 黑燈工廠(chǎng)如何實(shí)現多品種、變批量、無(wú)人化混流加工？ 

   在勞動(dòng)力愈發(fā)昂貴的今天，制造業(yè)已漸漸進(jìn)入無(wú)人工廠(chǎng)時(shí)代。車(chē)間里那張巨大的萬(wàn)物聯(lián)通的網(wǎng)，連接著(zhù)指揮總控系統和數控機床、數控系統、機械手、刀庫、物料倉等各類(lèi)設備。 

電子通訊類(lèi)產(chǎn)品因其更新迭代快而一般具有小批量、多品種等特征，此類(lèi)產(chǎn)品行業(yè)，往往又存在著(zhù)生產(chǎn)周期長(cháng)、換型頻次高、緊急插單情況頻發(fā)、生產(chǎn)計劃變更頻繁、標準作業(yè)不易制定等問(wèn)題。如何解決這些問(wèn)題，實(shí)現高效加工？如果只是在生產(chǎn)現場(chǎng)進(jìn)行臨時(shí)調整的話(huà)，并不能很好地消除生產(chǎn)管理過(guò)程中的全部浪費，無(wú)法從根本上解決企業(yè)的痛點(diǎn)。 

華中數控針對此類(lèi)零件加工需求，開(kāi)發(fā)了一套柔性加工生產(chǎn)線(xiàn)管控系統。

   該系統具有無(wú)人化生產(chǎn)管控、混流并行柔性化加工生產(chǎn)管控、生產(chǎn)過(guò)程故障容錯并聯(lián)管控、生產(chǎn)線(xiàn)大數據互聯(lián)互通、生產(chǎn)線(xiàn)內的排產(chǎn)規劃、生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)管理、生產(chǎn)線(xiàn)智能化等功能，整條產(chǎn)線(xiàn)的主軸利用率達到85%以上。 

3. 黑燈工廠(chǎng)產(chǎn)線(xiàn)如何實(shí)現中央刀庫與機床刀庫的融合

   在小批量多品種的產(chǎn)品加工過(guò)程中，由于零件的多品種特性，會(huì )導致加工中需要使用到的刀具種類(lèi)多，但是由于受到加工中心物理刀庫容量的限制，一臺數控機床刀庫的刀具一般在20-32把，無(wú)法滿(mǎn)足多品種小批量多工藝加工的刀具需求。擁有最多1000把刀的生產(chǎn)線(xiàn)中央刀具庫設計，是華中數控參與建設的智能柔性加工生產(chǎn)線(xiàn)的最大亮點(diǎn)。生產(chǎn)線(xiàn)的中央刀具庫建立在機床上方，不占地面空間。生產(chǎn)線(xiàn)管控系統的刀具管理系統統一控制生產(chǎn)線(xiàn)中央刀庫和各個(gè)加工中心的本地刀庫，根據排產(chǎn)計劃對各個(gè)加工中心的刀具進(jìn)行統一調配和管理，同時(shí)自動(dòng)修改數控系統的刀具參數，實(shí)現柔性化加工生產(chǎn)。 

    例如，智能產(chǎn)線(xiàn)上的中央刀庫有216把刀，每臺數控機床的刀庫有20把刀，中央刀庫和機床刀庫加起來(lái)的總刀庫容量最多可達1000把。生產(chǎn)線(xiàn)的總刀庫可被視為各個(gè)加工中心的虛擬刀庫，不受機床物理刀庫容量的限制。所有刀具的刀柄采用RFID電子標簽，生產(chǎn)線(xiàn)管控系統根據加工工藝的要求，通過(guò)生產(chǎn)線(xiàn)的中央刀庫對數控機床的刀庫自動(dòng)配置刀具、自動(dòng)設置數控系統的刀具參數和進(jìn)行刀具的壽命管理。  

四、結語(yǔ) 

    精密鋁合金結構件在高精尖領(lǐng)域應用廣泛，華中數控用潛心磨礪20余年的數控系統技術(shù)給這座智能工廠(chǎng)賦能，實(shí)現“黑”科技工廠(chǎng)的降本增效。未來(lái)，隨著(zhù)產(chǎn)品迭代的加快，以5G濾波器、新能源汽車(chē)等為代表的精密鋁合金類(lèi)零件加工越來(lái)越多，這種智能產(chǎn)線(xiàn)模式還將在汽車(chē)、通訊、航空航天等領(lǐng)域得以批量推廣應用。 

智，本義是聰明，智力強。引申義有智慧、智謀、計謀、策略、有智慧的人。科技發(fā)展到“智能”階段，人可以將很多聰明能力移植給芯片、加載于一個(gè)虛擬的大腦。數控系統是數控機床的大腦，未來(lái)，數控系統的智能將為制造插上怎樣的騰飛翅膀？ 

（供稿：武漢華中數控股份有限公司 責編：張芳麗）