—從CIMT2015看柔性加工單元及生產線的發展
第十四屆中國國際機床展（CIMT2015）于2015年4月20-25日在北京新國際展覽中心隆重舉行，吸引了國內外眾多機床工具廠商歡聚一堂，競相展示自己的優秀產品及技術成果，在會上熱誠服務觀眾積極尋求用戶，提供詳盡產品信息和制造解決方案，同時提高了企業知名度、為企業謀求生存與發展空間。企業間的相互促進與發展同時伴隨著激烈的市場競爭，譜寫著歷屆展會永恒不變的主旋律。
本屆展會主題“新常態，新發展”。主題明確，立意深遠。
新常態。當前中國機床工具行業受經濟大環境影響，出現了市場需求總量下降、需求結構升級的顯著變化。國內機床制造業的總體水平已經提高，關鍵技術和應用在世界范圍內已經流通和推廣，產品性能差別已經減小，新興機床企業不斷崛起和涌入，加劇了機床的全面競爭，企業必須貼合市場動向，主動出擊，尋求新的發展。這就是行業目前乃至將來的新常態。
新發展。以德國工業4.0、中國制造2025、美國再工業化為代表的產業創新正在加速，指導未來工業發展。高效、智能、便捷是工業4.0產品的重要特性；智能制造是中國制造2025規劃綱要的重要抓手。智能制造就是生產全周期從自動化升級成智能化，即擴展到“工廠+信息系統”替代人的控制、“生產線+傳感器”替代人的監督、“精密加工裝備+算法”替代人的技藝等，進而出現“智能工廠”、“無人工廠”。 機器人將會是智能制造的切入點及變革基石，引發新一代工業革命。不斷加強機床產品的高效率、高穩定性、高精度、綠色制造，并與機器人、高速珩架等智能物流相融合是設備制造廠機床未來發展規劃的新路徑。
機器人與機床融合的高柔性系統成為本屆展會的一大看點。
一．柔性制造單元
柔性制造單元（FMC）實際上是數控加工中心的擴展，一般是由加工中心和工業機器人各一臺組成，并由后臺計算機統一作可編程控制,自動化程度高。次此展會，柔性制造單元可謂遍地開花，碩果累累，難分伯仲，在此只作部分點評。
1.走進臺灣永進YCM展臺，為我們展出的是一套自動化加工單元（圖1）。該單元主要由一臺高性能立式加工中心NCV-102A、一臺FANUC 6軸關節工業機器人和一個并聯機械手臂探針式檢測平臺組成。機器人位于立式加工中心正前方，檢測平臺和物料平臺擺在一側，四周圍起護欄，布局簡潔緊湊。但在這個不顯眼的小單元里，卻集成了高度智能化功能，期間為我們演示的是類似法蘭盤壓蓋零件從毛坯到合格品的無人自動化生產過程。機器人在此次表演過程中是絕對主角和明星，它所具備的視覺辨別系統在此大顯神通，它可以找出工件在坐標中的實際位置，計算得到和中心位置的偏差，通過攜帶偏差調整抓取動作實現精確抓取。動作流程為：機器人從簡易供料平臺毛坯區識別并精準抓取待加工毛坯，機床自動門打開，機器人將毛坯在機床加工夾具上進行安放，夾具自動夾緊，自動門關閉，第一道工序自動加工完成，自動門打開，夾具松開零件，機器人取下零件，在一個簡易平臺上，可以實現自動翻轉零件，再次抓取放置到機床進行二次裝夾和加工，最后加工工序完成，由機器人抓取送至檢測平臺進行加工質量檢驗，對合格品和不合格品區分放在對應供料平臺上（圖2）。整個生產過程全自動、快速、高效，而工人只需要做的是收獲既得的“勝利品”。
圖 1
圖 2
2.北京精雕集團，專業于鋁合金產品類的高速、精密加工，其產品性能深受業內好評和廣大用戶認可和喜愛。在這次展會上為我們展出了適用于鋁合金產品的自動化加工單元（圖3）。由兩臺JVDT600-A12S加工中心和一臺六軸機器人組成。JDVT600-A12S適用于電子、五金類產品的加工，在鉆、銑、攻絲、高光等方面具有獨特的優勢，自動化程度高，性能強大：配置北京精雕自主研發的CRTM150-F3.5數控雙轉臺可進行多面定位加工和復雜五軸聯動銑削；采用精雕JD50數控系統，配置接觸式測頭通過精雕在機測量技術可實現產品的來料檢測和自適應補償加工；配置激光對刀儀，可實現快速對刀和刀具自動補償；采用零點快換裝置進行裝夾，實現產品的精確定位。采用德國KUKA高性能6軸機器人進行自動上、下料工作，高效、可靠。該單元可以實現產品多道工序高效率、高質量自動化加工。圖4為該集團為我們展示的多系列機床加工制品，精美程度讓人嘆為觀止，“智”制造業的發展讓產品制造發生質的飛躍。
圖 3
圖4
3.青海一機。FMS800機器人柔性制造系統（圖5）：主要由兩臺帶交換工位的HMC80臥式加工中心，一臺FANUC R2000IB/250F機器人及物料傳輸系統等組成。機器人與機床結合，縮短機床非加工時間，實現高生產節拍的要求，全自動化生產，有效提高加工效率。
4.齊重數控裝備股份有限公司展出的SVT70/100XG-NC 柔性制造單元（圖6），以兩臺數控立式車床為主，一臺大懸臂六關節機器人（德國KUKA）完成工件的輸送和搬運，適用于轎車鐵輪轂、鋁輪轂的自動化生產。
圖 5
圖6
二．柔性自動生產線
柔性生產線是把多臺可以調整的機床(多為專用機床)聯結起來，配以自動運送裝置組成的生產線，是一種技術復雜、高度自動化的系統，它將微電子學、計算機和系統工程等技術有機地結合起來，理想和圓滿地解決了機械制造高自動化與高柔性化之間的矛盾。
1.大連機床集團有限責任公司，以“大智造、創精機”為目標和己任，華麗登場，陣容強大，此次展出了多臺套柔性生產線和自主品牌機器人產品，也顯示出該公司對大力發展智能制造的決心和強大技術實力。首次展出的DZHX-002立式加工中心柔性生產線（圖7），由三臺INGERSOLL 650高性能立式加工中心與兩臺FANUC關節機器人等部分組成。機器人的組合方式為一臺固定地面安裝，另一臺安裝在桁架上，位于機床上方移動，充分利用了地面和上空空間，結構緊湊，作業范圍寬、靈活多變。機器人具有視覺功能，通過3D與2D視覺可對散堆零件的姿態進行辨識并正確抓取，自動裝卸和輸送工件。該生產線適用于小型板類、盤類零件的批量生產，可以大幅提高生產效率。同時出彩的還有DZHX-001臥式加工中心柔性生產線（圖8），取自于重慶長安汽車股份有限公司汽車發動機缸蓋生產線的一部分。主要由自主制造的高速、高精臥式加工中心HDL-50及并聯桁架機械手組成。能夠實現多品種缸蓋的混流輪番生產，完成汽車氣缸發動機蓋從毛坯到成品包括粗、精加工在內的全部加工內容，高精度、高效率、高柔性、智能化與自動控制完美結合。年生產汽車發動機蓋可達20萬件，生產節拍≤1.2分鐘，工序能力指數CPK值≥1.33，整體指標達到國際先進水平。觀眾們仿佛置身于現代化工廠，感受著智能生產的蓬勃氣息，暢享生產力提升帶來的亢奮和喜悅。、
圖 7
圖8
2.東風裝備公司設備制造廠，為我們展示了其自主設計研發的高端自動化裝備集成系統（圖9），該系統是由兩臺DZ30、DZ40高速臥式加工中心和一臺DL500高速立式加工中心及一臺ABB地軌機器人組成。其中DZ（高速臥式加工中心）、DL（高速立式加工中心）系列產品，是該廠2014年推出的新品，具有高速（主軸轉速12000rpm、快速進給50m/min、加速度10m/s²）、高效、高精度、低耗能、結構緊湊、便于維護的特點。整個系統以零故障、零報警的高可靠性能，吸引了眾多廠商和觀眾。據了解，東風裝備公司設備制造廠機床業務目前主要為動力總成、汽車零部件、一般工業品等行業提供專用機床及自動線、柔性加工設備及柔性加工線。其中柔性加工設備及柔性加工線已廣泛用于東本發動機、長安汽車、東本汽車、神龍汽車、東風商用車、江鈴汽車、東風乘用車、東本零部件、東風裕隆、東風日產、東風雷諾、浙江新杰克縫紉機等項目。專用機床及自動線已廣泛用于濰柴動力、神龍汽車、東風商用車、長安汽車、玉柴機器、東風康明斯、東風股份、中國重汽、上海大眾、云內動力等項目。可見智能生產線在汽車等制造業的廣闊市場前景，是大勢所趨。
3．北京第二機床有限公司。汽車曲軸加工柔性、敏捷、高效、精密，自動化生產線（圖10）。榮獲2014年中國機械工業科學技術獎特等獎。主要組成：①LBR-370 數控車床，配有機器人接口，頂部自動門關合，通過DNC-C通信接口與桁架機械手和數控磨床對接，由計算機控制，實現曲軸零件的自動轉序加工和自動化生產。②B2-K1018雙砂輪架隨動式數控曲軸磨床，采用先進的跟隨擺動式磨削連桿頸技術，通過兩個砂輪架進給軸（X1、X2軸）與工件回轉軸（C1、C2軸）聯動配合裝置實現全閉環控制，可以同時磨削曲軸兩個任意相位連桿頸，也可以同時磨削一個連桿頸和一個主軸頸或多個主軸頸。徹底解決傳統偏心夾具式曲軸磨床加工柔性差、調整復雜等問題。③B2-6008曲軸砂帶拋光機，整機布局合理，整體防護，維護簡便，符合人機工程要求。砂帶卷帶機構的走帶量可根據加工要求調整，加工過程可設置工件正、反向旋轉提高加工質量。一個工作循環可以在原基礎上將表面粗糙度等級提高一級。④采用北京步奇自動化桁架機械手對工件進行全程搬運、裝夾等自動化作業。生產線功能特點：①曲軸“多品種、大批量、高效率、低成本”的短流程工藝布局；②基于非圓磨削原理的雙砂輪架隨動式(切點跟蹤)磨削技術和六軸同步插補聯動磨削技術；③曲軸品種的智能識別與敏捷換型；④連桿頸相位數字化自動測量識別技術；⑤數控隨動式（切點跟蹤）磨削技術；⑥曲軸隨動同步切磨+縱磨技術；⑦機床幾何誤差及磨削圓度與尺寸誤差的智能補償；⑧智能化無編程專家系統及數據庫；⑨自動化物流、信息化管理。綜合技術達到同類技術國家先進水平，其中隨動式(切點跟中)曲軸磨床達到同類產品國際領先水平，實現了曲軸非圓磨削成套裝備技術研發和應用的重大突破。
圖 9
圖10
4.山東威達。桁架機械手自動生產線（圖11）：由WMC600立式加工中心、WMC320臥式加工中心、桁架機械手、自動化料倉搬運中心組成。能夠實現自動裝卸工件、自動交換刀具、刀具在線檢測、工件在線檢測的智能化生產線能夠實現箱體類零件的從毛坯到合格品的全自動無人化加工
三．未來工廠
“未來的工廠只有兩個員工：一個人和一只狗。人負責養狗。狗負責防止人碰到機器。”是美國組織顧問Warren G.Bennis對未來工廠的調侃預測卻一語驚人。
機器人數字化工廠是真正意義上將機器人、智能設備和信息技術三者在制造業的完美結合，涵蓋了制造的生產、質量、物流等環節，主要解決工廠、車間和生產線以及產品的設計到制造實現的轉化過程，是智能制造的典型代表。韓國現代威亞數控機床有限公司展出的現代化智能工廠前景模型（圖12），展現出強大實力和宏偉藍圖。
圖 11
圖12
四．工業機器人的盛會，出彩中國“人”
工業機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器及人工智能等多學科先進技術于一體的現代制造業重要的自動化裝備。智能機器人是將擁有精確計算、關節運動、視覺識別、力矩傳感等諸多功能成為一體并應用于工業領域的機器人（圖13）。目前，用于機床的機器人主要以6軸關節機器人及十字坐標桁架機械手為主，機床與機器人正開展著前所未有的緊密而廣泛的合作，吸引了眾多機器人制造商到會參展。德國KUKA、瑞士ABB、日本FANUC、意大利COMAU等國外知名制造商強勢登場，同時在展會上的各機床配套應用中占據了半壁江山，成為為高端機床產品的標準。近年來，中國機器人應用和需求迅猛發展，全國各地機器人公司如雨后春筍，蓬勃發展。國內自主品牌機器人，在展會上大顯身手，代表為：廣州數控；華中數控；大連機床；大連光洋；浙江瑞宏機器人有限公司；STON金石機器人；南京埃斯頓；寧夏巨能機器人等。其中寧夏巨能機器人自主研發、設計制造的中國第一條智能無線傳輸桁架機器人，讓人印象深刻，解決了生產線過長造成的拖鏈安全、噪音、速度、及信號衰弱等問題，充分利用了互聯網新技術，搶得市場先機。現階段國內在高端機器人核心技術中的精密減速機、驅動電機、控制器等更多依賴國外進口，仍受制于人，欲打破落后格局，仍需努力，但中國機器人傳承著中國人的勤勞、智慧、堅毅的傳統，必將在不久將來趕超世界前列。
圖13
五．尾聲
工業機器人與機床制造業相輔相成，它們組成的智能化柔性加工單元和生產線，代表先進生產力，順應市場需求，是未來工廠的重要組成部分。工業化進程本身就是一個“機器代替人”的不可逆過程，工業機器人已經在制造業中承擔了“勞動者”也就是“生產力”的角色，而生產力是人類社會發展的最終決定力量。機器換人，智啟未來，讓我們一起展望明天！
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