模具加工自动化

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       随着“中国制造2025”的提出,越来越多自动化、智能化的案例出现在大众视野。2017年12月第一家无人汽车超市的出现颠覆了整个汽车销售行业,标志着汽车行业新一轮智能化的开始,2018年1月第一家全自动化无人加油站的出现意味着汽车行业智能自动化将不断扩展。


自从2011年德国率先提出“2020高技术战略”,随后中国的“中国制造2025”、美国的“先进制造业国家战略计划”、日本的“科技工业联盟”、英国的“工业2050战略”等发展思路层出不穷,各国都相继推出制造业的发展战略,其核心内容无疑都是智能化,可见在未来的几十年,智能化工厂、智能化生产、智能化物流将是重点突破的三大主题。


汽车模具是指应用于汽车零部件生产和制造的模具,被誉为“汽车工业之母”,汽车生产中90%以上的零部件需要依靠模具成形。汽车车身模具,特别是大中型覆盖件模具是车身制造技术的重要组成部分,也是形成汽车自主开发能力的一个关键环节。为顺应汽车的发展水平,缩短模具制造周期,提升零件的成形质量,提高生产效率,降低劳动强度将是发展过程中的必然趋势。


1、数字化模具技术


近年来,数字化模具技术迅速发展,是解决汽车模具开发中面临问题的有效途径。数字化模具技术是指计算机技术或计算机辅助技术(CAX)在模具设计制造过程中的应用,结合国内外汽车模具企业应用计算机辅助技术的成功经验,数字化汽车模具技术主要包括以下几个方面:


数字化汽车模具技术主要包括


可制造性设计(designformanufacture,DFM),在进行模具结构设计时分析模具零件的可制造性,可以保证零部件成形工艺能够安全实施;


模具型面设计的辅助技术,发展智能化的型面设计技术;


CAE辅助分析和仿真冲压成形的工艺过程,预测和解决生产过程中可能出现的问题和零件的成形缺陷;


采用三维设计软件取代传统的二维设计,模具结构更直观更形象;


模具的制造过程采用CAPP、CAM和CAT技术;


在数字化技术的指导下处理解决试模过程中和冲压生产过程中出现的问题。


国内具备一定规模的汽车覆盖件模具企业的共同特点:设备齐全,人员配置较完备,尤其是数控设备一般有十几台甚至几十上百台,而人员一般在百人以上甚至上千人,但是设备利用率、生产效率、人均产值等都偏低,各模具企业间协作少。


国外先进汽车覆盖件模具企业的特点则是资产配置较轻、专业化、人均产值高及全球协作。


图1所示为不同国家模具行业人均产值的数据对比,图2所示为国内模具行业设备利用率。

汽车模具技术:数控自动化加工的发展现状与方向


由图1和图2可知,国内汽车模具行业设备利用率和人均产值都相对偏低,尤其是数控设备平均利用率仅有24%,可以利用标准化、数字化、自动化、智能化技术提高设备有效利用率,以达到提高效率,降低劳动强度,减少人工成本的目的。


模具的自动化加工起步较早,但是受技术、投资回报和思维等因素的制约,发展速度缓慢。国内汽车模具数控自动化加工仍旧停留在理论和起步阶段,国外以德国、美国领衔的欧美、日韩领衔的亚洲也仅仅在初期阶段,发展速度远低于其他行业。


2、数控自动化加工的发展


数控自动化加工的发展可分为三大阶段和6个级别,三大阶段:半自动化、自动化、智能化;6个级别:①人工自动化;②机床自动化;③连续自动化;④多元自动化;⑤无人自动化;⑥智能自动化。


其中人工自动化、机床自动化、连续自动化和多元自动化属于半自动化;无人自动化属于全自动化加工;智能自动化属于最终所想要达到的智能化。


---人工自动化


人工自动化减少加工过程中的辅助时间、空机时间。CAM工程师在程序计算前将所需刀柄型号、刀具数据、机床参数等导入编程软件,计算详细数值作为必要条件并传送到刀具工程师,刀具工程师按照编程下发指示单进行相关准备,将数据传入数控机床及加工工具提前下发到数控设备指定位置。操作员只需按照指示单顺序加工即可,节省了程序确认时间、刀具准备时间和对刀长度确认等时间。


---机床自动化


机床自动化使机床最大化地运转,减少操作员对机床的影响。在操作员工作时间内数控机床正常运转是基本要求,休息时间同样需要有效利用。CAM工程师细化程序并结合人工自动化,将实际加工时间无限接近理论加工时间。数控加工前按指示单合理安排加工计划,以实现数控机床在休息时间也正常运转的目的。


---连续自动化


连续自动化是实现模具在加工过程中通过自动换刀装置(ATC)使程序与程序之间实现无人化对接,省去了程序与程序之间工作人员的辅助时间,实现了加工过程中的无人化生产。连续自动化是半自动化最关键的部分,对CAM工程师技术要求高,在前两级自动化生产的基础上还需要在程序代码中添加换刀指令,刀具编号设定并与机床刀库匹配等,将一系列小自动化单元串联,从而实现连续自动化生产。


---多元化自动化


多元化自动化加工充分利用机床工作台,CAM工程师提前布置模具加工工位,如工作台上同时布置多件待加工零件,最大限度让工作台满负荷工作,减少夜班人员工作量甚至取消夜班人员。双工作台的配备也是减少模具生产过程中的装夹时间,提高机床运转率的一种方法。


---无人自动化


无人自动化加工在生产过程中真正实现了无人化加工,操作员的主要工作任务是处理加工过程中遇到的非正常停机问题,模具进入企业从模具零件扫描开始,数据上传服务器,CAM工程师按照实际数据制作加工程序,并将一系列加工流程传送到服务器,服务器自行合理调配机床。模具零件装夹、定位、找正,刀具装夹互换、刀具长度、刀具间高度补偿等通过自动化流水线完成,真正实现自动生产流水线的无人化加工。


---智能化加工


智能化加工是最终理想的加工方式,在无人自动化生产的基础上建立数据服务中心,添加检测设备、传感装置等智能监控检测加工过程中机床的运行状态,遇到问题通过数据中心分析并自行提出解决方案。


3、数控加工自动化的条件


实现数控加工的自动化、智能化需要从设备、程序和人员3个方面都实现自动化和智能化,如图3所示。设备、程序和人员三者相辅相成,可拆解成很多个单独的小自动化单元,将拆分的多个小自动化模块集合成一个完整的半自动化、全自动化甚至智能自动化的数控加工技术,实现真正的数控加工自动化、智能化。

汽车模具技术:数控自动化加工的发展现状与方向


01、设备方面


以数控加工中心为主体,刀具仪器装置、加工程序载体、自动换刀装置(ATC)、双工作台等辅助装置都是自动化所必备的首要条件。


目前,数控加工设备的发展趋势主要有以下几个方面:


①向高速度、高精度方向发展,速度和精度直接关系到零件成形的质量、生产周期和在市场上的竞争能力;


②向柔性化、功能集成化方向发展,数控加工设备在提高单机柔性化的同时,朝单元柔性化和系统化方向发展,目前出现了数控多轴加工中心、换刀换箱式加工中心等具有柔性的高效加工设备;


③向智能化方向发展,在新一代的数控系统中,采用了“进化计算”“模糊系统”和“神经网络”等控制机理,智能化程度大幅度提高;


④向高可靠性方向发展,采用高集成的电路芯片以及大规模或超大规模的专用及混合式集成电路,以减少元器件的数量,提高可靠性。


02、程序方面


程序作为技术核心起着关键作用,自动化编程与普通编程有很大区别,并不是简单的程序编制。自动化加工编程可将自动化分解成多个阶段性小自动化模块,然后将这些自动化模块串联,组成一个完整的自动化单元。


03、人员方面


数控加工自动化不仅需要CAM工程师和数控操作员的相互配合,还需要对数控加工中心以及相关设备足够了解。CAM工程师将自动化小模块串联制作出加工指示单,数控操作员按照指示单进行。最终将模具生产加工过程变成一套完整的自动化流水线。


在汽车模具生产加工过程中引入数控加工技术在一定程度上有效利用了数字化操作系统的优势,在成形汽车零部件时具有优良的连续性,可以保持不间断操作,节省了大量停机操作的时间。此外,数控加工技术使得企业生产进程中的自动化性能得到了全面发展,降低了人工投入的比例,减少了作业人员的高强度劳动,有效提升了生产效益。合理应用数控加工技术推动了模具制造行业的自动化发展,确保了生产过程的连续性,为汽车零部件提供了更安全、稳定、快速的生产,保证零件成形质量,提升汽车使用性能和安全可靠性。


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2018年8月31日 11:01
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