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YB系列压力表机座的CNC智能制
发布时间:2018-11-03   点击次数:2288次

一、概述:YB系列压力表是指以弹簧管为弹性元件敏感元件,测量并指示高于环境压力的仪表。测量并指示高于环境压力的仪表,应用极为普遍,它几乎遍及所有的工业流程和科研领域。在电力动力、石油化工,冶金开采、热力管网、油气传输、供水供气、车辆等领域随处可见。尤其在工业过程控制与技术测量过程中,由于机械式压力表的弹性敏感元件具有很高的机械强度以及读数清晰直观,安装方便,性价比高等特性,使得机械式压力表得到越来越广泛的应用。

YB系列压力表的构造和结构特点是敏感元件弹簧管、机芯/指针组件及表盘等全部集中安装于压力表机座上(以下简称:机座),其中弹簧管焊接于机座并与机座的介质通孔连为通路,实现传递被测点的压力源并经转换为可视压力数值。压力表机座承担了压力表所有零部件的连接组合,同时还与被测装置实现机械连接,是压力表不折不扣的主关件。

安徽天康集团年销售YB系列压力表近12万只,三年内将扩大到20万只销售。长期以来,YB机座的制造沿用了传统的按工序分机床的机械加工工艺,随着销售市场的发展和客户对质量不断提升的要求,我们于2016年年初开始就着手对机座的机加工方式的智能化制造的设计,并在一季度进入实施,项目一期投入共180万元,六月份投入运行,目前项目运行平稳,机座制造质量,生产线的智能制造水平,生产线的生产效率,项目综合经济技术效益等均达到了设计要求。

二、项目设计:

1.机座图纸(典型Y100机型)见图(1)

2.项目机加工工艺及关键工序点分析

从图(1)出,工作物毛坯是一截面为正方形不锈钢棒,要求供货状态符合图纸尺寸要求和表面粗糙度要求,方钢棒轴向四面不再二次精加工。图中M20×1.5在数控车床完成加工后,剩下的全部加工内容转入智能制造环节。工作物除轴向一大面没有加工内容,其余5面都需要进行各种方式的切削加工,各工序的节点是1.φ3的深孔钻削,由于孔深/孔径超过30D,属于典型的小直径深孔,且还必须保证与另一φ3的斜孔相交;由于刀具从一端钻入,且切削对象是强度及韧性极大的不锈钢材料,对钻头材质,类型,钻削参数,钻削过程都必须科学配置,科学控制,加工难度极大;2.宽度5的斜槽加工和φ3斜孔的钻削,且保证与节点1φ3深孔相交;这两个节点也是本工作物加工的关键工序点。由于毛坯5面都需要加工,其中装夹面仅有一面不加工,这就形成了二次装夹。

图(1) 机座图纸(典型Y100机型)

 

3.项目智能制造工艺过程设计

根据对项目机加工工序及关键工序点的分析,本项目智能制造路线设计思路如下:

1).分两次装夹,两次装夹分别由配两套专用液压夹具完成。两套液压夹具设计为2个工序分别在Ⅰ、Ⅱ两台计算机控制立式铣加工中心(CNC)(以下简称CNC)上加工;夹具每次装夹加工出 4个零件。

2)两台CNC各配置一套四轴智能工作台,液压夹具装置于四轴智能工作台台面;见(图2)

图(2) 配置的四轴智能工作台及液压夹具示意图

 

3)两台CNC加工中心的转序及物流由一套智能计算机控制机器人完成转序工件的抓取,转序,落位,定位,夹紧,退出等工步闭环。

4)Ⅰ号CNC用于完成图(1)C面斜长槽铣加工和钻削出φ3的斜孔,E面的圆孔;本序由数控车床车出的一端作为基准定位;工步C面和E面的换面和定位由CNC/四轴智能工作台完成;本序液压夹具装置见下图:

图(3)Ⅰ号CNC工序液压夹具装夹示意图

1.工件 2.液压夹紧装置 3.夹具主体 4.夹具基准

5)Ⅱ号CNC用于完成图(1)A面和B面的螺孔加工,D面的螺孔和φ3深孔的加工;本工步是控制关键工步,为确保深孔的顺利加工和加工孔的质量要求,本液压夹具又辅助加装了一套高压后冲水装置,实现钻头的冷却和大流量冲屑;本序的加工特点是:先A面加工,完成后,四轴智能工作台旋转90°,定位,加工D面各工步,D面完成加工后,四轴智能工作台继续同方向旋转90°,定位,加工B面工步;(见图4)这一面的夹具底面设计镂空点,对应B面螺孔位置。(见图5)

 

图4 Ⅱ号CNC工序液压夹具装夹示意图

 

 

图5 Ⅱ号CNC工序液压夹具背面镂空示意图

 

附表(表1) 项目工步自动化节拍设计

4.智能制造的工步自动化节拍的设计

见上页附表:项目工步自动化节拍设计

5.项目智能制造构架及配置

如前所述,本项目根据对项目机加工工序及关键工序点的分析,设计了Ⅰ、Ⅱ两台CNC立式铣加工中心,并在两台CNC之间配置了计算机控制机器人,以完成转序工件的抓取,转序,落位,定位,夹紧,退出等工步闭环工作。机器人配置见图(6)

图(6)机器人设置示意图

 

本机器人方案采用高精度桁架机器人系统,可实现自动上下料,单台设备自动线上下料节拍约20秒左右;其技术参数见附表(2)

附表(2) 配置桁架机器人主要技术参数

三、项目经济技术效益分析和比较

  1. 传统加工工艺的技术经济分析:

1.1传统加工工艺的经济/效率统计:根据金工车间生产统计结果,单位压力表座方钢接头(100型)按工艺设计为10道工序,踢除M20×1.5外螺纹车削工序,实际统计工序共9道,耗用加工工时总680秒(s),9道工序总工资2.7元,接头加工车间费用(含物流成本,动力费,工具费,卫生费,冷却和润滑液费,工人的劳动保护费)0.9元,单件压力表方钢接头生产加工成本3.6元。如按工厂成本估算,还需加上制造过程财务成本(设备折旧,垫资利息,各种提取,税金)和各种管理成本(生产管理成本,质量管理成本,销售管理成本等),可按(1.2×车间经费)1.08元测算,单件压力表方钢接头生产加工成本(不含螺纹加工)即为3.78元;

1.2传统加工工艺的技术层面分析:根据现场考察,压力表接头共9道工序,分别由9个操作工操作,工件在工序流转中产生9次装夹,其操作过程完全手动实施,工艺落后,工人劳动强度高,产品质量的一致性差。

  1. 实现智能化CNC集中加工工艺的技术经济分析:

2.1如上所述,实现数字化CNC集中加工后,接头剔除M20×1.5外螺纹车削工序,将其余工序在两台CNC加工中心全部一次装夹,按设定程序,自动完成全部加工工序,单件加工工时总计:128.4秒,效率提高5.3倍,整体费用按比例降低5.3倍,经济效益明显;按此测算如下:整体成本3.78元/5.3=0.71元,这当中不含延伸的质量提高的含义、及因为智能制造技术条件下,节省下的传统工艺产生的辅助工时成本。

2.2数字化CNC集中加工的技术分析:由于工件机加工过程实现了机器人智能自动化装夹,保证了工序连续性和一致性,既消除了工序流转的辅助工时,同时又保证了装夹的定位精度,产品机加工过程的可靠性和一致性也得到了保证。由于是智能数字加工,工件制造的标准结构要素都可以在加工工序过程中得到实现和保证,例如倒角等,这些都是在传统工序中往往难以得到保证和达到一致性的要素技术要求;同时,由于CNC加工过程的切削速度,进给量,刀具相关的各部切削角度都进行了zui优化的设计和选择,使整个切削过程都受控于计算机的智能化控制中,不仅仅确保工序的加工表面粗糙度要求,加工部位的位置度要求和加工的尺寸公差,从而使产品的整体质量得到提高,为次的产品创造了条件。

2.3节省了宝贵的人力资源。传统制造方式主要以人的参与为特征,但不可否认的是,人作为机器操作者,他的熟练程度,体质和精神状况总是要影响生产效率和制造对象的质量。这在工业制造的人力资源充沛,劳动力成本低廉的阶段,且工业品质量要求不高的时代是可以接受的。现代工业制造面临着许多的约束和挑战,其中人力资源的匮乏和劳动力成本的不断提升,工业品档次要求不断提升,传统工业制造的生产方式就不能适应时代的发展。毋庸置疑,天康集团也同样面临着这些问题的困扰。本项目原来采用的传统的生产方式共9道工序,分别使用了9个技术熟练的操作工,由于生产任务重,操作工人长期处于超高的劳动强度中,十分辛苦。项目实施了CNC智能制造后,设计两条生产线由一名操作工操作监控,目前实际投产一条生产线,故仍配备一人操作,监控。

对比:项目传统生产需要9人,实施CNC智能制造后,目前仅仅一人操作,节约用工数8人,年节约工资及费用约40万元,社会效益和经济效益明显。

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