1、培訓人：許怡赦日期：2016年7月11號課前秀一課前秀一課前秀二課前秀二課前秀三課前秀三課前秀四課前秀四課前秀課前秀五五概述概述本條產線圍繞工業4.0與中國制造2025先進理念展開，以亞控操作系統為核心，加以各類先進數控機床、機器人、視覺系統和移動終端構成整個產線的信息物理系統。此次產線所加工的對象是不銹鋼，最終產品是各類啟瓶器、吊墜等小型工藝品。之所以選擇這類產品為生產對象，主要是因為它的多樣性，包括外形的多樣性、圖案文字的多樣性以及兩者組合的多樣性。正是這種多樣性的存在，提高了整個系統的設計難度，但是另一方面它滿足了柔性化生產、以及個性化的定制，這就使整個產線更加貼合工業4.0于中國制造2

2、025的先進生產制造理念。產線的整個生產流程均在系統的監控與指導下完成，從上料開始到激光切割、數控精雕、雙端面磨削、清洗烘干、再到視覺檢測以及最后的噴砂處理，每一步都自動完成。下面我們將對整個產線的信息物理系統，加工工藝流程進行介紹，包括加工方式的選擇、工藝路線的選定、工藝參數的調整優化和設備調試過程中所遇到的難點以及相應的解決辦法。智能制造生產線機器人上料激光切割個性化雕刻雙端面磨削清洗烘干表面噴砂視覺檢測打包入庫提提 綱綱一、生產系統工業一、生產系統工業4.04.0框架框架二、激光切割加工二、激光切割加工三、雕刻加工三、雕刻加工四、毛刺打磨處理四、毛刺打磨處理五、雙端面磨削加工五、雙端面磨

3、削加工六、六、CCDCCD視覺檢測視覺檢測七、表面噴砂處理七、表面噴砂處理八、打包裝盒八、打包裝盒產線信息物理系統（產線信息物理系統（CPSCPS）I/O等以太網以太網CANI/O多媒體教學系統生產管理系統系統工控機雙端面磨床數控精雕機激光切割機噴砂機清洗風干機碼垛打包機輸送機多關機機器人CCD視覺系統直角機器人SCARA機器人移動終端設備人機界面以太網Wifi產線人性化產線人性化APPAPP操作系統操作系統APP系統工控機 生產線以太網I/O實時監控畫面產品類型尺寸范圍形 狀圖案文字數 量預覽產品樣式選擇工作站參數查詢生產信息查詢實時數據查詢APP設置生產線設置監控系統設置設置攝像頭選擇實時

4、監控設置實時畫面產線遠程管理與自動生產系統產線遠程管理與自動生產系統產線個性化定制系統產線個性化定制系統系統工控機我要吊墜我要啟瓶器雙端面磨床數控精雕機激光切割機噴砂機清洗風干機碼垛打包機輸送機多關節機器人直角機器人CCD視覺系統SCARA機器人產線數字化生產系統產線數字化生產系統（101，201）（101，201）（103，203）（101，201）（102，202）智能生產線激光切割加工激光切割加工一、切割加工的種類一、切割加工的種類切割加工按照加工形式大致可以分為兩類，即冷切割冷切割與熱切割熱切割。其中冷切割包括剪切、鋸切割、水射流切割等，熱切割包括氣體火焰切割、等離子弧切割、和激光切割

5、等。切割作業是本產線的第一道加工工序，將會直接影響后續一系列搬運動作以及加工質量。因此選擇一種合適的切割方式顯得尤為重要。水流切割火焰切割二、我們為何選擇激光切割二、我們為何選擇激光切割激光切割相對于以上冷切割方式具有加工精度高、加工噪聲小、技術理念更為先進等優勢。火焰切割和等離子弧切割雖然切割速度快，但是切割過程中噪聲、粉塵污染嚴重，工作環境差，這些都不符合學校教學要求。此外所選用的激光切割配套有完善數控系統，更有利于學生掌握先進數字化技術。三、激光切割三、激光切割激光切割是材料加工中一種先進的和應用較為廣泛的切割工藝。它是利用高能密度的激光束作為“切割刀具”對材料進行切割加工的方法。采用激

6、光加工可以實現對各種金屬、非金屬板材、復合材料以及碳化鎢、碳化鈦等硬質材料的加工，在國防建設、航空航天、工程機械等領域獲得廣泛應用。激光切割加工激光切割加工激光切割等離子切割激光切割加工激光切割加工3.1 激光切割加工激光切割加工原理簡介原理簡介激光切割時利用經聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射材料迅速融化、汽化、燒蝕或者達到熔點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質，從而實現將工件割開。激光加工原理示意圖如右所示。激光切割又可以分為激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與控制斷裂切割四種形式。這里我們選用激光熔化切割激光熔化切割，切割過程中通過與激光束同軸的噴嘴中高速噴

7、出非氧化氣體氮氣，使得液態金屬排出，形成切口。這種切割方式相對其它幾種耗能更低，更加適合不銹鋼板的切割。激光切割原理圖激光切割加工激光切割加工四、加工過程中所遇到四、加工過程中所遇到的問題的問題 無法切透鋼板問題一 邊緣毛刺嚴重問題二 激光高熱量導致夾具變形問題三如何解決？激光切割加工激光切割加工問題一：無法切透鋼板問題一：無法切透鋼板解決方案解決方案:影響激光切割深度最直接的因素就是激光的功率，因此針對這一問題，首先適當加大激光切割機功率，并調節吹氣氣壓，最終順利將鋼板完全切透。問題二：邊緣毛刺嚴重問題二：邊緣毛刺嚴重解決方案：解決方案：針對這一問題，經過大量試切后，我們發現產生毛刺的最主要

8、的原因是氮氣氣壓的大小。如果氣壓過小，熔融的金屬將無法被迅速吹走，殘留在工件外輪廓上并形成毛刺。因此經過對吹氣氣壓進行優化調節之后，所切割產品已基本無毛刺。問題三：激光的高熱量導致夾具變形問題三：激光的高熱量導致夾具變形解決方案：解決方案：由于在激光切割過程中會瞬間產生大量熱量，夾具中的廢料回收裝置由于受熱不均勻發生嚴重變形。針對這一現象，我們將直接被激光照射的廢料回收裝置的底板由原來的鈑金換成了厚度更厚的板材，從而解決受熱變形這一問題。激光切割加工激光切割加工切割參數優化前的產品切割參數優化后的產品邊緣毛刺打磨處理邊緣毛刺打磨處理砂紙拋光盤前面我們已經說過，經過對激光切割機參數優化之后我們已

9、經能夠獲得基本無毛刺的產品，為什么還要在這里加入毛刺打磨這一步？在切割過程中我們不斷對激光功率激光功率、氮氣吹氮氣吹氣氣壓氣氣壓以及激光頭與料板的距離激光頭與料板的距離參數進行優化調整，以上三個因素都是我們可以精確控制的，但是還有一個因素是不可控的，也就是料板的平面料板的平面度度。因為我們采用的原材料是已經成型的不銹鋼板材，它所能保證的只有板材的厚度，這就造成在切割過程中激光頭與板材之間的距離不定，從而導致偶有毛刺的產生。針對這一問題，我們專門設計了一臺專用小型拋光機，用于去除殘留的毛刺，而且取得良好效果。雕刻加工雕刻加工雕刻加工方式目前主要有激光雕刻加工和機械雕刻加工。兩者的區別主要由以下幾

10、點：激光雕刻非接觸加工物件，精度更高難以在金屬表面做到有深度的雕刻產生廢氣更加適合雕刻照片機械雕刻接觸加工物件刀具壽命相對更長無廢氣產生更易于在金屬表面作出有深度的雕刻一、概述：一、概述：雕刻加工雕刻加工經過對比我們發現激光雕刻與機械雕刻各有優勢，激光雕刻采用非接觸式加工，無需固定工件、雕刻精度更高。但是機械雕刻更適合金屬表面有深度的雕刻，而且我們前面已經配備一臺激光切割機，為了使產線機種多樣性，更加有利于教學，我們選擇了機械式數控精雕機我們選擇了機械式數控精雕機。主要問題點工件定位不可靠加工速度慢刀具易磨損二、雕刻過程中的主要問題點二、雕刻過程中的主要問題點雕刻加工雕刻加工三、解決方案三、解

11、決方案問題一：工件定位不可靠問題一：工件定位不可靠在設備調試過程中我們經常遇到的問題就是工件定位不可靠，造成雕刻圖案跑偏，甚至工件掉落。這主要是因為機械雕刻加工過程中刀具高速旋轉，與工件之間有切削力而且方向不定。此外雕刻過程中不斷有切削液噴淋至工件，由于工件與夾具貼合面之間存在縫隙，從而破壞真空，影響了工件的定位。針對這一情況，我們主要對定位夾具做了改進，使用專用的夾具膠皮，使工件與夾具貼合更為緊密，具體措施將在夾具介紹中說明。問題二：加工速度慢問題二：加工速度慢雕刻速度過慢主要是因為最初設計的圖案、文字既有線條又有區域，而區域雕刻速度過慢，不滿足節拍要求，因而后期對圖案文字進行了重新設計，雕

12、刻速度也大大提高。問題三：刀具易磨損問題三：刀具易磨損刀具磨損主要與切削參數有關，為了避免刀具過快磨損我們對切削參數進行了優化，比如適當提高主軸轉速、減小進給速度。雙端面磨削加工雙端面磨削加工產品經過外形切割、圖案文字雕刻兩道工序之后，已經基本成型，但是表面難免會有劃痕，為了使表面更加美觀，我們采用雙端面磨削對其上下表面進行同時磨削。一、雙端面磨削簡介一、雙端面磨削簡介雙端面磨削是一種高效率的平面加工方式，它在一次行程中能加工出兩個具有相當高的精度及表面光潔度的平行端面。雙端面磨床能夠達到很高的加工精度，對于加工零件上下面平行度、尺寸精確度、表面粗糙度均要求高的工件，這是首選的加工方式。它與普

13、通平面磨床最大的不同之處：不是靠磁性來固定工件，而是工件的上下平面一起平行磨削加工。也就是說，不管加工件是銅還是其它不產生磁性的材料都可加工。而且進給均勻、速度快、效率高。與研磨機床相比，在達到同樣精度的基礎上加工效率是研磨機床的10倍。雙雙端面磨削加工端面磨削加工在實施的過程中主要有以下兩個難點：1、送料盤的設計：、送料盤的設計：因為產品的外形、大小均不固定，我們不可能為每個產品單獨設置一個放置孔位，因此需要設計一種復合式的送料盤，允許一個孔位能夠放置多種產品。2、如何將產品放入預定的孔位：、如何將產品放入預定的孔位：為了能夠將產品順利放入對應孔位，達到磨削效果，我們將磨床主軸原來的三相異步

14、電機換成伺服電機，實現精確轉位。三相異步電機伺服電機清洗烘干清洗烘干工件在經過磨削加工之后表面必將殘留有磨削液、鐵屑等臟污，為了保證下一道工序順利進行，我們對工件進行清洗烘干處理。清洗過程中采用清水噴淋處理，將工件表面磨削液洗凈，然后采用熱風將工件上下表面同時吹干處理。整個清洗、烘干作業過程無需人工干預，自動完成。出口入口CCDCCD視覺檢測系統視覺檢測系統本處所采用的檢測方式為CCD光學視覺檢測，它主要包括光源光源、鏡頭鏡頭、控控制系統制系統三部分。視覺檢測是指通過機器視覺產品將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號；圖像系統對這

15、些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。鏡頭控制系統光源CCDCCD視覺檢測系統視覺檢測系統視覺檢測具有以下優勢：1 1、非接觸測量、非接觸測量 對于觀測者與被觀測者都不會產生任何損傷，從而提高系統的可靠性。2 2、具有較寬的光譜響應范圍、具有較寬的光譜響應范圍 例如使用人眼看不見的紅外測量，擴展了人眼的視覺范圍。3 3、長時間穩定工作、長時間穩定工作 人類難以長時間對同一對象進行觀察，而機器視覺則可以長時間地作測量、分析和識別任務。此處總共有兩次檢測，首先對產品外形進行檢測，然后再進行產品表面圖案檢測，兩次檢測中間還有一次噴砂處理。視覺系統除了檢測作用外，

16、還能標定產品位置，為SCARA機器人提供準確的抓取位置信息。外形檢測產品中心位置標定噴砂處理圖案、文字檢測打包裝盒剔除剔除合格合格不合格不合格+噴砂處理噴砂處理噴砂處理是整個工藝流程中最后一道加工工序，它采用壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束將噴料高速噴射到需要處理的工件表面，使工件的外表面的外表或形狀發生變化，由于磨料對工件表面的沖擊和切削作用，使工件的表面獲得一定的清潔度和均勻的粗糙度。同時噴砂還能對機加工件毛刺進行清理，表面美化噴砂能清理工件表面的微小毛刺，并使工件表面更加平整，消除了毛刺的危害，提高了工件的檔次。并且噴砂能在工件表面交界處打出很小的圓角，使工件顯得更加美觀、更加精密。一、

17、噴砂工藝簡介一、噴砂工藝簡介二、主要難點二、主要難點難點一 工件定位難點二 如何保證產品同一表面噴砂均勻難點三 如何保證產品上下表面噴砂均勻噴砂處理噴砂處理工件定位難：工件定位難：因為在，噴砂過程中噴料高速噴射到物體表面，沖擊力相當大。為了保證工件定位可靠，我們將最初的夾緊定位優化為真空吸附定位，同時增強產品與夾具接觸面之間的密封性。如何保證產品同一表面噴砂均勻：如何保證產品同一表面噴砂均勻：由于噴料呈束狀噴出，一次噴砂面積有限，噴頭在噴砂過程中自身不能擺動。如果工件也靜止不動，就會造成同一表面上噴砂不均勻，使得表面粗糙度不一致。為此我們將固定式夾具改進為旋轉式夾具，保證了同一表面噴砂均勻。如何保證產品上下表面噴砂均勻：如何保證產品上下表面噴砂均勻：同一產品上下