CN109531279A - 一种汽车发动机缸盖智能生产线及其工艺流程 - Google Patents

Abstract

一种汽车发动机缸盖智能生产线及其工艺流程,克服了现有技术不能适应不断变化的产品转型生产的问题，特征是在加工中心单元的起始端安装有毛坯工件型号识别机构，在加工中心单元的终端安装有标刻机、送检机构和SPC测量站，在PZR料道安装有清洗机、测量机、压装机和辅助外观检查机构，工艺流程包括毛坯工件上料与毛坯工件型号识别、毛坯工件机加工为半成品工件、半成品工件清洗、半成品工件测量、半成品工件压装和外观检查步骤，有益效果是，通过快换机构进行型号切换实现了多型号缸盖的混线生产，可以实现0.003mm的重复定位精度，更换子板后不需要进行参数的调整和补偿即可正常进入生产状态，适应了不断变化的产品转型生产的需要。

Description

一种汽车发动机缸盖智能生产线及其工艺流程

技术领域

本发明属于自动化产线技术领域，特别涉及一种汽车发动机缸盖智能生产线及其工艺流程。

背景技术

发动机是汽车的心脏，而缸盖则是心脏中的关键零件之一，缸盖的质量决定了发动机的性能。现有技术中，汽车发动机缸盖大多采用加工中心机床或专用机床加工，在这种情况下，一般常采用人工手动方式上下料，当缸盖在加工中心或者专用机床中完成一道工序后，通过人工将缸盖搬运到另一个机床或者加工中心进行加工，搬运效率低，生产节拍慢，人工成本高，还容易造成缸盖表面划伤，影响缸盖表面质量。由于缸盖的批量大，精度要求高，采用自动线加工的方法是一种选择。自动线与流水线不同，被加工缸盖工件不需要人工搬运来完成各工序的加工，而是利用控制系统将各个工序的机床和辅助装置的动作联系起来，按规定的程序自动地进行工作，近年来，加工缸盖应用最多的就是组合机床自动线，其输送形式有棘爪输送、摆杆式输送和抬起步伐输送等，这些加工自动线均为刚性自动线，其主机是专门根据被加工工件的某一工序设计的。由于汽车产品变形更新快，多品种的汽车如雨后春笋，刚性自动线的弱点便显现出来，其专用性已跟不上汽车变换的节拍，自动线中的专用机床逐渐被加工中心机床所取代，进而由加工中心机床组成的柔性加工自动线显示出更高的优越性。自动线的柔性以适应不断变化的产品转型生产，已成为制造生产线的一种流行趋势，如配上桁架机械手空中输送，更加提高了档次和水平，在欧美、日本等发达工业国，由高速加工中心和桁架机械手组成的敏捷柔性生产系统已经是主流产品，桁架机械手在高空中运送零件，直接把被加工零件从一台机床输送到另一台机床上，机械手兼有工序间运输和自动上下料功能。

申请号为CN201220585294.5（公告号CN202952122U）的实用新型就公开了一种“发动机缸体、缸盖多品种柔性空中机器人自动搬运生产线”，该实用新型采用空中机器人自动搬运生产线，缸体、缸盖在加工完一道工序后需要转移到另一个加工设备加工下一道工序，在不同加工设备之间，设有桁架和上料滚道，桁架上安装有桁架机器人，加工设备位于桁架机器人的行程之内，上料滚道末端位于桁架机器人行程之内，桁架机器人在桁架上移动，通过桁架机器人在不同加工设备之间作业，实现对缸体、缸盖的自动搬运，但是，该实用新型仅仅解决的是缸体、缸盖在加工完一道工序后需要转移到下一道工序的加工设备中加工，通过桁架机器人在不同加工设备之间作业，实现对缸体、缸盖的自动搬运的问题，具体讲，仅仅是工作时通过3个同类型桁架机器人在1～3个立式加工中心、2个卧式加工中心、2个双转塔组合机床、1个定位清洗机构和5个抽检机构之间进行自动搬运，工艺流程简单，且抽检机构均设在立式加工中心、卧式加工中心或双转塔组合机床加工完之后，在生产线上缺少对毛坯工件或半成品工件和产品工件进入的工件型号是否符合系统目标要求的判定，不能适应不断变化的产品转型生产的需要，此外，由于采用桁架机器人在不同加工设备之间作业，因此设备高度空间占用较大，投入成本较高，且不便于安装与维修。

一般讲，汽车发动机缸盖惯例的生产工艺流程为：毛坯上料→探测→顶面及孔系加工含工艺定位孔加工→底面及孔系加工含装配定位孔加工→前后端面及孔系加工→进、排气面及孔系加工→挺柱孔、导管阀座底孔加工→中间清洗→气门导管、阀座压装→打号→外观检查、下线。

申请号为CN201510258917.6（公告号CN106141691B）的发明公开了“一种发动机缸盖柔性自动化生产线系统”，该发明专利包括粗车外圆模块、镗削内孔模块、修正车削模块、精镗内孔模块、半精加工模块、粗珩磨削模块、精车水道模块和螺伞珩磨模块，其中粗车外圆模块、修正车削模块、半精加工模块和精车水道模块位于同一列，镗削内孔模块、精镗内孔模块、粗珩磨削模块和螺伞珩磨模块位于同一列，两列设备之间设置有中转区，每个加工模块旁边设置有一个关节行走机器人，中转区内设置有若干个部件暂存区，部件暂存区之间设置有传送装置。首先，该发明所述生产线系统不符合汽车发动机缸盖惯例的生产工艺流程，其次，仔细分析该发明的说明书后可知，该发明实际上只是一条简单的自动化生产线，该生产线其中一列设备进行粗车外圆、修正车削、半精加工和精车水道四道工序的加工，而另一列设备进行镗削内孔、精镗内孔、粗珩磨削和螺伞珩磨加工，两列设备之间设置有中转区，每个加工模块旁边设置有一个关节行走机器人，中转区内设置有若干个部件暂存区，部件暂存区之间设置有传送装置，被加工零件通过关节行走机器人在同一列的加工模块以及加工模块和部件暂存区之间传递，被加工零件通过传送装置在不同部件暂存区之间传递，所以该生产线系统的柔性明显不足，其主机还是专门根据被加工工件的某一工序设计的，实际上还是一个相对刚性的自动线，此外，该系统当加工零件出现临时性返工时，需要跨越部件暂存区进行传输时，通过传输旁路进行传输，且传输旁路仅设置在重复加工率较高的精镗内孔模块和精车水道模块之间，在其他工序之间没有传输旁路，只能依靠部件中转区进行传送，影响生产节拍，生产效率低。再进一步分析该发明说明书可知，该发明自动化生产线系统上缺少了汽车发动机缸盖惯例的生产工艺流程中的检测、清洗和质量分析，更缺少对毛坯工件或半成品工件和产品工件的进入的工件型号是否符合系统目标要求的判定，不能适应不断变化的产品转型生产和产品质量的保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足之处，提供即符合汽车发动机缸盖惯例的生产工艺流程，又可适应不断变化的产品转型生产和集约化加工并具有智能化生产和质量管理的一种汽车发动机缸盖智能生产线及其工艺流程。

为解决上述技术问题，本发明所述汽车发动机缸盖智能生产线采取的技术方案包括PZR料道、上料机动辊道、六轴关节搬运机器人、地轨、加工中心单元、缓存机构和快换机构，所述汽车发动机缸盖智能生产线含有4个加工中心单元，在加工中心单元的起始端安装有毛坯工件型号识别机构，在加工中心单元的终端安装有标刻机、送检机构和SPC测量站，在所述PZR料道安装有清洗机、测量机、压装机和辅助外观检查机构，在所述清洗机中安装有六轴关节防水机器人，在所述清洗机的上料端安装有毛刺打磨机构，在所述压装机中安装有高精度六轴关节机器人，在所述压装机的旁侧安装有缸盖配件上料机构，在所述汽车发动机缸盖智能生产线中还安装有MES控制系统。

所述加工中心单元含有5台加工中心，分别为顶面及孔系含工艺定位孔加工中心、底面及孔系含装配定位孔加工中心、前后端面及孔系加工中心、进气面及孔系与排气面及孔系加工中心和挺柱孔与导管阀座底孔加工中心。

在所述加工中心单元中，每相邻2台加工中心之间安装1台缓存机构，在每2个加工中心单元之间各安装有1个地轨和2个六轴关节搬运机器人，在每2个加工中心单元的起始端各安装有1个共用的上料机动辊道和毛坯工件型号识别机构，在每2个加工中心单元终端各安装1个标刻机、1个送检机构和1个用于对半成品工件尺寸检测的SPC测量站。

所述PZR料道由第一横向料道、第二横向料道、第三横向料道和第四横向料道组成的横向料道以及由第一纵向料道、第二纵向料道、第三纵向料道和第四纵向料道组成的纵向料道共同组成。

在所述上料机动辊道与毛坯型号识别机构之间安装有第一转台，在所述送检机构与SPC测量站之间安装有第二转台，在所述第一横向料道和第一纵向料道之间以及第一横向料道和第二纵向料道之间安装有第三转台，在所述第三横向料道和第三纵向料道之间安装有第四转台，在所述第四横向料道和第三纵向料道之间安装有第五转台，在所述第三横向料道和第四纵向料道之间安装有第六转台，在所述第四横向料道和第四纵向料道之间安装有第七转台。

在所述第一横向料道和第二横向料道之间安装清洗机，在所述第二横向料道与第三纵向料道之间安装测量机，在所述第三横向料道和第四横向料道的轨道上分别安装有压装机，在2台压装机中分别安装有高精度六轴关节机器人，在2台压装机的旁侧分别安装有缸盖配件上料机构，在第四纵向料道末端安装辅助外观检查机构。

所述汽车发动机缸盖智能生产线的工艺流程包括如下步骤：

步骤1，缸盖毛坯工件上料与毛坯工件型号识别：在该步骤中，每个加工中心单元可以加工同一种型号的缸盖，4个加工中心单元可以同时加工同一种型号的缸盖，也可以通过型号切换实现每2个加工中心单元加工同一种型号的缸盖，则4个加工中心单元可以同时加工2种不同型号的缸盖，还可以通过型号切换实现4个加工中心单元分别加工4种不同型号的缸盖的混线生产；在该步骤中，首先通过上料机动辊道进行缸盖毛坯工件上料,并将毛坯工件输送到毛坯型号识别机构以区分不同型号的毛坯工件，通过毛坯工件型号是否符合MES系统目标要求的判定，对于符合MES系统目标要求的毛坯工件允许进入毛坯工件待加工工位，对于不符合MES系统目标要求的毛坯工件进入毛坯工件剔料工位，从而保证进入毛坯工件待加工工位的毛坯工件型号符合MES系统目标要求；

步骤2，毛坯工件机加工为半成品工件，在该步骤中，当符合MES系统目标要求的缸盖毛坯工件进入加工中心后，每个加工中心单元完成同一种型号缸盖毛坯工件五道工序的机加工，从而将毛坯工件机加工为半成品工件；在将毛坯工件机加工为半成品工件后，通过标刻机对每个半成品工件进行二维码标刻，然后通过送检机构以固定的频次对连续生产的半成品工件进行抽检送料，系统设定每20件时为1个批次，第1至第19件半成品工件被输送到毛刺打磨机构进行半成品工件毛刺打磨，去除半成品工件加工后边缘部分的毛刺，第20件半成品工件送入SPC测量站进行尺寸检测，如果尺寸检测不合格，则要停产排查原因并进行处理，如果尺寸检测合格，则半成品工件经过工件毛刺打磨后被输送至清洗上料工位；

在该步骤中，地轨使六轴关节搬运机器人可以进行水平直线运动，从而实现六轴关节搬运机器人抓取工件在不同工序间的周转；

在该步骤中，每相邻2台加工中心之间安装1台缓存机构，用于缓存加工中心加工后的工件；

步骤3，半成品工件清洗，在该步骤中，首先进行第一次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定，如果不符合MES系统目标要求，系统将进行报警并将不符合MES系统目标要求的半成品工件剔除，而符合MES系统目标要求的半成品工件进入清洗机中进行半成品工件清洗，清洗机根据第一次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定自动执行相对应工件型号的数控程序完成不同型号的半成品工件的清洗；

步骤4，半成品工件测量，在该步骤中，首先进行第二次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定，如果不符合MES系统目标要求，系统将进行报警并将不符合MES系统目标要求的半成品工件剔除，而符合MES系统目标要求的半成品工件进入测量机进行半成品工件测量，测量机根据第二次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定自动执行相对应工件型号的数控程序完成不同型号的半成品工件的测量，并保证关键尺寸100%合格，如果出现不合格半成品工件，系统将报警，需要停产排查原因并进行处理；

步骤5，半成品工件压装，在保证半成品工件的关键尺寸100%合格后，半成品工件被分别输送至2个压装上料工位，并在进入2台压装机之前进行第三次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定，2台压装机根据第三次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定自动执行相对应工件型号的数控程序完成不同型号的半成品工件的压装，通过第三次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定，如果不符合MES系统目标要求，系统将进行报警并将不符合MES系统目标要求的半成品工件剔除，而符合MES系统目标要求的半成品工件分别进入2台压装机，同时进入2台压装机的还有缸盖装配零件，经过该步骤后，半成品工件压装为成品工件，然后进行压装力和位移是否符合预设定范围要求的监测和判断，如果压装力和位移不符合预设定范围要求，则剃料并排查原因，如果压装力和位移符合预设定范围要求，则进入下道工序；

在该步骤中，缸盖配件零件的上料是通过在2台压装机的旁侧分别安装的缸盖配件上料机构实现的；

在该步骤中，符合MES系统目标要求的半成品工件分别进入2台压装机是通过在2台压装机中分别安装的高精度六轴关节机器人实现的；

步骤6，外观检查与下线打包，在该步骤中，外观检查工作由人工及辅助外观检查机构完成，检查合格的成品工件下线打包，不合格的工件剃料并排查原因；

在该步骤中，合格产品下线的转向运输是通过第三横向料道与第四纵向料道之间安装的第六转台和在第四横向料道与第四纵向料道之间安装的第七转台实现的；

在步骤1到步骤6中，所述汽车发动机缸盖智能生产线的生产自动化管理、设备故障统计分析、设备保养计划定制、加工实时数据采集、产品质量数据统计分析和工件加工信息及质量信息存储追溯都是由MES控制系统控制实现的。

在所述步骤2中的五道工序的机加工分别为通过顶面及孔系含工艺定位孔加工中心进行顶面及孔系含工艺定位孔的加工，通过底面及孔系含装配定位孔加工中心进行底面及孔系含装配定位孔的加工，通过前后端面及孔系加工中心进行前后端面及孔系的加工，通过进气面及孔系与排气面及孔系加工中心进行进气面及孔系与排气面及孔系的加工和通过挺柱孔与导管阀座底孔加工中心进行挺柱孔与导管阀座底孔的加工；在所述步骤1和步骤2中，所述型号切换是通过在加工中心中采用的快换机构实现的。

所述快换机构包括第一L板和第二L板，在第一L板和第二L板上固定连接有母板，在所述母板的四角处加工有快换夹具的安装孔，在母板上，通过四角处加工的快换夹具安装孔用4个快换夹具连接有子板，在所述子板上安装有同一型号缸盖加工所需的第一定位销、第二定位销、第一压紧机构、第一压紧机构、第三压紧机构、侧面推靠机构、第一侧面限位机构、第二侧面限位机构和升降托盘，使用时，通过第一L板和第二L板将本快换机构安装在加工中心单元的一个加工中心上，其中母板即随之固定在加工中心的工作台上，子板用于精确定位，不同型号的工件使用不同的子板，需要进行缸盖工件换型时，拆下4个快换夹具，通过快速更换子板即可实现加工中心单元快速换型生产。

所述快换夹具包括拉紧套，在所述拉紧套的中心加工有第一阶梯孔，所述第一阶梯孔的小孔与大孔之间加工有一个过渡的圆锥面，在第一阶梯孔中安装有3个均布的钢球，在所述第一阶梯孔中安装有截面为T形的圆柱形的连接销，在连接销的中心加工有第二阶梯孔，该第二阶梯孔的上段加工为螺纹孔，在连接销的下端对应钢球的位置径向加工有通透的球槽，在连接销上加工有垂直的涨紧缝，在连接销外表面加工有用于含油润滑的螺旋槽，

所述钢球卡在球槽内，拉紧套的圆锥面的内表面压在钢球的表面上，在连接销的螺纹孔中安装有涨紧螺杆，涨紧螺杆的底端插入在3个钢球中间，在所述涨紧螺杆的顶端加工有内六角盲孔，使用时，通过六方扳手实现快换机构上子板与母板的安装或拆卸，通过快速更换子板，实现加工中心单元快速的型号切换。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明所述汽车发动机缸盖智能生产线含有4个加工中心单元，每个加工中心单元可以加工同一种型号的缸盖，4个加工单元可以同时加工同一种型号的缸盖，也可以通过快换机构进行型号切换实现每2个加工中心单元加工同一种型号的缸盖，则4个加工单元可以同时加工2种不同型号的缸盖，还可以通过快换机构进行型号切换实现4个加工单元分别加工4种不同型号的缸盖，因此，本发明智能生产线可以通过快换机构进行型号切换实现多型号缸盖的混线生产，适应了不断变化的产品转型生产的需要；

（2）本发明在加工中心单元的起始端安装有毛坯工件型号识别机构，毛坯型号识别机构通过其探针接触工件外表面，根据探针接触工件外表面的行程不同，使接近开关产生不同的信号以区分不同型号的毛坯工件，通过毛坯工件型号是否符合MES系统(制造执行管理系统)目标要求的判定，只有符合MES系统目标要求的毛坯工件才允许进入毛坯工件待加工工位，对于不符合MES系统目标要求的毛坯工件进入毛坯工件剔料工位，从而可以保证进入毛坯工件待加工工位的毛坯工件型号完全符合MES系统目标要求；

（3）本发明加工中心有4个加工中心单元，且可以进行混料加工，而只配备1台清洗机、1台测量机和2台压装机，为了保证清洗机、测量机和压装机自动执行相对应工件型号的数控程序完成不同型号加工，本发明在半成品工件进入清洗机之进行第一次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定，在半成品工件进入测量机之前进行第二次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定，在半成品工件进入在进入压装机之前进行第三次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定，实现了清洗机、测量机和压装机根据上料工件型号的识别，自动执行相对应工件型号的数控程序完成不同型号加工；

（4）本发明在生产线中安装有MES控制系统，实现了生产线的生产计划、设备故障统计分析、设备保养计划定制、加工实时数据采集、产品质量数据统计分析和工件加工信息及质量信息存储的自动化管理，特别是将毛坯工件机加工为半成品工件后，通过标刻机对每个半成品工件进行二维码标刻，使每个工件具有唯一性的二维码，这样，在缸盖生产的全过程中，生产线所有的加工实时数据及尺寸检测数据都可以利用MES系统与工件上的唯一性的二维码进行一对一绑定，便于产品追溯及生产过程管理与质量分析和控制；

（5）本发明由4条横向料道和4条纵向料道共同组成一个具有防划伤功能的PZR料道，并在每2个加工中心单元的起始端安装有1个2个加工单元共用的上料机动辊道和毛坯工件型号识别机构，通过在每个上料机动辊道与毛坯型号识别机构之间安装有第一转台，在送检机构与SPC测量站之间安装有第二转台，在第一横向料道和第一纵向料道之间以及第一横向料道和第二纵向料道之间安装有第三转台，在第三横向料道和第三纵向料道之间安装有第四转台，在第四横向料道和第三纵向料道之间安装有第五转台，在第三横向料道和第四纵向料道之间安装有第六转台，在第四横向料道和第四纵向料道之间安装有第七转台，即本发明通过四横四纵料道和至少7个转台，实现了工件的转向运送，从而使生产线结构布局更简单紧凑和工件传递更迅速便捷；

（6）本发明采用了3种不同类型的机器人，其中，在每2个加工中心单元之间各安装有一个共用的地轨和2个共用的六轴关节搬运机器人，地轨使六轴关节搬运机器人可以进行水平直线运动，从而实现六轴关节搬运机器人抓取工件在不同工序间的周转，在每相邻2台加工中心之间安装一台缓存机构，用于缓存加工中心加工后的工件，以便于六轴关节搬运机器人在各工序间周转顺序的逻辑运算，节省了工件周转时间，提升了设备利用的效率；在清洗机中安装有六轴关节防水机器人，在压装机中安装有高精度六轴关节机器人，通过3种不同类型的机器人的工作，实现各自工序工件的上料、辅助加工、下料和转向，提高了加工效率。

（7）本发明采用快换机构进行缸盖工件型号快速切换，通过快换机构的快换夹具可以快速更换子板，实现了加工中心单元快速换型生产，快换机构可以实现0.003mm的重复定位精度，且更换子板后不需要进行参数的调整和补偿即可正常进入生产状态，为适应不断变化的产品转型生产和保证产品质量提供了技术支撑。

附图说明

图1是本发明的生产线布局示意图，

图2是本发明的工艺流程图，

图3是本发明快换机构的立体图，

图4是本发明快换机构的主视图，

图5是图4的俯视图，

图6是本发明快换夹具的主视图，

图7是图6的A-A剖视图，

图8是图7的B-B剖视图。

图中：

1. 上料机动辊道，

2. 毛坯型号识别机构，

3. 六轴关节搬运机器人，

4. 地轨，

5. 加工中心单元，

5-1.顶面及孔系含工艺定位孔加工中心，

5-2.底面及孔系含装配定位孔加工中心，

5-3.前后端面及孔系加工中心，

5-4.进气面及孔系与排气面及孔系加工中心，

5-5.挺柱孔与导管阀座底孔加工中心，

6. 缓存机构，

7. 标刻机，

8. 送检机构，

9. SPC测量站，

10-1. 第一横向料道，10-2. 第二横向料道,

10-3. 第三横向料道，10-4. 第四横向料道,

10-5. 第一纵向料道，10-6. 第二纵向料道，

10-7. 第三纵向料道，10-8. 第四纵向料道，

11. 毛刺打磨机构，12. 六轴关节防水机器人，

13. 清洗机，

14. 测量机，

15. 压装机，

16. 高精度六轴关节机器人，

17. 缸盖配件上料机构，

18. 辅助外观检查机构，

19. MES控制系统

20-1.第一转台，20-2.第二转台，

20-3.第三转台，20-4.第四转台，

20-5.第五转台，20-6.第六转台，20-7.第七转台，

21-1.第一L板，21-2.第二L板，

22.母板，

23.子板，

24.快换夹具，

24-1.连接销，

24-1-1.涨紧缝，24-1-2.球槽，

24-1-3.第二阶梯孔，24-1-4.螺纹孔，

24-1-5.螺旋槽,

24-2.涨紧螺杆,24-2-1.内六角盲孔,

24-3.拉紧套，

24-3-1.第一阶梯孔,24-3-2.圆锥面,

24-4.钢球，

25.第一定位销，

26.第二定位销，

27-1. 第一压紧机构，27-2. 第二压紧机构，

27-3. 第三压紧机构，

28. 侧面推靠机构，

29-1.第一侧面限位机构，29-2.第二侧面限位机构，

30.升降托盘。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括4列、每列5台，共20台加工中心，由每列5台加工中心组成一个加工中心单元5，每个加工中心单元5中含有顶面及孔系含工艺定位孔加工中心5-1、底面及孔系含装配定位孔加工中心5-2、前后端面及孔系加工中心5-3、进气面及孔系与排气面及孔系加工中心5-4和挺柱孔与导管阀座底孔加工中心5-5，在每个加工中心单元5中，每相邻2台加工中心之间安装一台缓存机构6，在每2个加工中心单元5之间各安装有一个地轨4和2个六轴关节搬运机器人3，在每2个加工中心单元5的起始端各安装有1个2个加工单元共用的上料机动辊道1和毛坯工件型号识别机构2，在每个上料机动辊道1与毛坯型号识别机构2之间安装有第一转台20-1，在每2个加工中心单元5的终端各安装1个标刻机7、送检机构8和用于对半成品工件尺寸检测的SPC测量站9，在送检机构8与SPC测量站9之间安装有第二转台20-2，在4个加工中心单元5的终端安装有由第一横向料道10-1、第二横向料道10-2、第三横向料道10-3和第四横向料道10-4组成的横向料道，由第一纵向料道10-5、第二纵向料道10-6、第三纵向料道10-7和第四纵向料道10-8组成的纵向料道，由所述4条横向料道和4条纵向料道共同组成一个具有防划伤功能的PZR料道，该PZR料道使用电机驱动，每2个相邻的辊子之间使用链条连接，以保证PZR料道上所有辊子同步转动，实现工件与辊子之间无相对滑动，从而避免加工后的工件表面产生划伤；在第一横向料道10-1和第一纵向料道10-5之间以及第一横向料道10-1和第二纵向料道10-6之间安装有第三转台20-3，在第三横向料道10-3和第三纵向料道10-7之间安装有第四转台20-4，在第四横向料道10-4和第三纵向料道10-7之间安装有第五转台20-5，在第三横向料道10-3和第四纵向料道10-8之间安装有第六转台20-6，在第四横向料道10-4和第四纵向料道10-8之间安装有第七转台20-7，在第一横向料道10-1和第二横向料道10-2之间安装有清洗机13，在清洗机13中安装有六轴关节防水机器人12，在清洗机的上料端安装有毛刺打磨机构11，在第二横向料道10-2与第三纵向料道10-7之间安装有测量机14，在第三横向料道10-3和第四横向料道10-4的轨道上分别安装有压装机15，在2台压装机15中分别安装有高精度六轴关节机器人16，在2台压装机15的旁侧分别安装有缸盖配件上料机构17，在第四纵向料道10-8末端安装有辅助外观检查机构18，在系统中还安装有MES控制系统19。

如图2所示，本发明的工艺流程包括如下步骤：

步骤1，缸盖毛坯工件上料与毛坯工件型号识别： 该步骤1中，首先通过上料机动辊道1进行缸盖毛坯工件上料,并将毛坯工件输送到毛坯型号识别机构2，毛坯工件的转向运输通过上料机动辊道1与毛坯型号识别机构2之间的第一转台20-1实现，在将毛坯工件输送到毛坯型号识别机构2后，毛坯型号识别机构2通过其探针接触工件外表面，根据探针接触工件外表面的行程不同，使接近开关产生不同的信号以区分不同型号的毛坯工件，通过毛坯工件型号是否符合MES系统(制造执行管理系统)目标要求的判定，对于符合MES系统目标要求的毛坯工件允许进入毛坯工件待加工工位，对于不符合MES系统目标要求的毛坯工件进入毛坯工件剔料工位，从而保证进入毛坯工件待加工工位的毛坯工件型号符合MES系统目标要求；

在步骤1中，所述上料是通过六轴关节搬运机器人3实现的，所述六轴关节搬运机器人3为通用运输机器人，配合专用抓手实现对毛坯工件的抓取，完成毛坯工件的上料工作；

步骤2，毛坯工件机加工为半成品工件，在该步骤中，当符合MES系统目标要求的缸盖毛坯工件进入加工中心后，每个加工中心单元5完成同一种型号缸盖毛坯工件五道工序的机加工，即分别通过顶面及孔系含工艺定位孔加工中心5-1进行顶面及孔系含工艺定位孔的加工，通过底面及孔系含装配定位孔加工中心5-2进行底面及孔系含装配定位孔的加工，通过前后端面及孔系加工中心5-3进行前后端面及孔系的加工，通过进气面及孔系与排气面及孔系加工中心5-4进行进气面及孔系与排气面及孔系的加工，通过挺柱孔与导管阀座底孔加工中心5-5进行挺柱孔与导管阀座底孔的加工，从而将毛坯工件机加工为半成品工件；在该步骤中，每列5台加工中心组成的一个加工中心单元5可以加工同一种型号的缸盖，4个加工单元可以同时加工同一种型号的缸盖，也可以通过型号切换实现每2个加工中心单元5加工同一种型号的缸盖，则4个加工单元可以同时加工2种不同型号的缸盖，还可以通过型号切换实现4个加工单元分别加工4种不同型号的缸盖，因此，本发明智能生产线可以实现多型号缸盖的混线生产线；

在将毛坯工件机加工为半成品工件后，通过标刻机7对每个半成品工件进行二维码标刻，以二维码标刻替换了普通打号，使每个半成品工件具有唯一性的二维码，这样，在缸盖生产的全过程中，生产线所有的加工实时数据及尺寸检测数据都可以利用MES系统与工件上的唯一性的二维码进行一对一绑定，便于产品追溯及生产过程管理与质量分析和控制；然后通过送检机构8以固定的频次对连续生产的半成品工件进行抽检送料，系统设定每20件时为一个批次，第1至第19件半成品工件通过第一横向料道10-1将半成品工件输送到毛刺打磨机构11，进行半成品工件毛刺打磨，去除半成品工件加工后边缘部分的毛刺，此时，半成品工件的转向运输是分别通过第一横向料道10-1和第一纵向料道10-5之间以及第一横向料道10-1和第二纵向料道10-6之间的第三转台20-3实现的；第20件半成品工件被抽检送入SPC测量站9进行尺寸检测，此时半成品工件的转向运输是通过送检机构8与SPC测量站9之间的第二转台20-2实现的，当半成品工件进入SPC测量站9进行尺寸检测后，如果尺寸检测不合格，即发现半成品工件尺寸偏离或生产线发生异常，则要停产排查原因并进行处理，以便控制生产线的产品质量；如果尺寸检测合格，则半成品工件经过工件毛刺打磨后，继续由第一横向料道10-1将半成品工件输送至清洗上料工位；

在步骤2中，地轨4使六轴关节搬运机器人3可以进行水平直线运动，从而实现六轴关节搬运机器人3抓取工件在不同工序间的周转；

在步骤2中，每相邻2台加工中心之间安装一台缓存机构6，用于缓存加工中心加工后的工件，以便于六轴关节搬运机器人3在各工序间周转顺序的逻辑运算，节省工件周转时间，提升设备利用的效率；

在步骤1和步骤2中，所述型号切换是通过加工中心内夹具采用含有子母板结构的快换机构实现的，其中，子板用于精确定位工作，不同型号的工件使用不同的子板，母板固定在加工中心的工作台上，子板与母板之间使用快换夹具连接，从而实现快速的型号切换，且每次换型后不需要参数调整即可保证产品质量要求；

步骤3，半成品工件清洗，在该步骤中，由于加工中心有4个加工中心单元5，且可以进行混料加工，而清洗机13仅有1台，所以在进入清洗机13之前要进行第一次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定，如果不符合MES系统目标要求，系统将进行报警并将不符合MES系统目标要求的半成品工件剔除，而符合MES系统目标要求的半成品工件将进入清洗机13中进行半成品工件清洗，清洗机13根据第一次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定自动执行相对应工件型号的数控程序完成不同型号的半成品工件的清洗，此时，半成品工件的转向运输是通过清洗机13中安装的六轴关节防水机器人12的操作自动实现的；

步骤4，半成品工件测量，在该步骤中，经过半成品工件清洗的半成品工件通过第二横向料道10-2输送到测量机上料工位，也是由于加工中心有4个加工中心单元5，且可以进行混料加工，而测量机14仅有1台，所以在进入测量机14之前要进行第二次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定，如果不符合MES系统目标要求，系统将进行报警并将不符合MES系统目标要求的半成品工件剔除，而符合MES系统目标要求的半成品工件将进入测量机14进行半成品工件测量，测量机14根据第二次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定自动执行相对应工件型号的数控程序完成不同型号的半成品工件的测量，并保证关键尺寸100%合格，如果出现不合格半成品工件，系统将报警，需要停产排查原因并进行处理；

步骤5，半成品工件压装，在保证半成品工件的关键尺寸100%合格后，半成品工件将通过第三纵向料道10-7与第三横向料道10-3和第三纵向料道10-7与第四横向料道10-4分别输送至2个压装上料工位，此时，半成品工件的转向运输是通过第三横向料道10-3和第三纵向料道10-7之间的第四转台20-4和第四横向料道10-4和第三纵向料道10-7之间的第五转台20-5实现的；同样由于加工中心有4个加工中心单元5，且可以进行混料加工，而压装机15仅有2台，所以在进入2台压装机15之前要进行第三次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定，2台压装机15将根据第三次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定自动执行相对应工件型号的数控程序完成不同型号的半成品工件的压装，通过第三次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定，如果不符合MES系统目标要求，系统将进行报警并将不符合MES系统目标要求的半成品工件剔除，而符合MES系统目标要求的半成品工件将分别进入2台压装机15，同时进入压装机15的还有缸盖装配零件，经过步骤5，半成品工件压装为成品工件，然后进行压装力和位移是否符合预设定范围要求的监测和判断，如果压装力和位移不符合预设定范围要求，则剃料并排查原因，如果压装力和位移符合预设定范围要求，则进入下道工序；

在步骤5中，缸盖配件零件的上料是通过在2台压装机15的旁侧分别安装的缸盖配件上料机构17实现的；

在步骤5中，符合MES系统目标要求的半成品工件分别进入2台压装机15是通过在2台压装机15中分别安装的高精度六轴关节机器人16实现的；

步骤6，外观检查与下线打包，在该步骤中，外观检查工作由人工及辅助外观检查机构18完成，检查合格的成品工件下线打包，不合格的工件剃料并排查原因；

在步骤6中，合格产品下线的转向运输是通过第三横向料道10-3与第四纵向料道10-8之间安装的第六转台20-6和在第四横向料道10-4与第四纵向料道10-8之间安装的第七转台20-7实现的；

在步骤1到步骤6中，智能生产线的生产自动化管理、设备故障统计分析、设备保养计划定制、加工实时数据采集、产品质量数据统计分析和工件加工信息及质量信息存储追溯，都是由MES控制系统19控制实现的。

如图3、图4和图5所示，本发明采用的快换机构包括第一L板21-1和第二L板21-2，在第一L板21-1和第二L板21-2上固定连接有母板22，在所述母板22的四角处加工有快换夹具安安装孔，在母板22上通过四角处加工的快换夹具安装孔用4个快换夹具24连接有子板23，在所述子板23上安装有同一型号缸盖加工所需的第一定位销25、第二定位销26、第一压紧机构27-1、第二压紧机构27-2、第三压紧机构27-3、侧面推靠机构28、第一侧面限位机构29-1、第二侧面限位机构29-2和升降托盘30，使用时，通过第一L板21-1和第二L板21-2将本快换机构安装在加工中心单元5的一个加工中心上，其中母板22即随之固定在加工中心的工作台上，子板23用于精确定位，不同型号的工件使用不同的子板，工作需要进行缸盖工件换型时，拆下4个快换夹具24，通过快速更换子板23即可实现加工中心单元快速的型号切换，快换机构可以实现0.003mm的重复定位精度，且每次换型后不需要进行参数的调整和补偿即可正常进入生产状态。

如图6、图7和图8所示，本发明所述快换夹具24包括拉紧套24-3，在所述拉紧套24-3的中心加工有第一阶梯孔24-3-1，所述第一阶梯孔24-3-1的小孔与大孔之间加工有一个过渡的圆锥面24-3-2，在第一阶梯孔24-3-1中安装有3个均布的钢球24-4，在所述第一阶梯孔24-3-1中安装有截面为T形的圆柱形的连接销24-1，在连接销24-1的中心加工有第二阶梯孔24-1-3，该第二阶梯孔24-1-3的上段加工为螺纹孔24-1-4，在连接销24-1的下端对应钢球24-4的位置径向加工有通透的球槽24-1-2，在连接销24-1上加工有垂直的涨紧缝24-1-1，在连接销24-1外表面加工有用于含油润滑的螺旋槽24-1-5，所述钢球24-4卡在球槽24-1-2内，拉紧套24-3的圆锥面24-3-2内表面压在钢球24-4表面上，在连接销24-1的螺纹孔24-1-4中安装有涨紧螺杆24-2，涨紧螺杆24-2的底端插入在3个钢球24-4中间，在所述涨紧螺杆24-2的顶端加工有内六角盲孔24-2-1，使用时，通过六方扳手实现快换机构上子板23与母板22的锁紧和拆卸，通过快速更换子板23，实现加工中心单元快速的型号切换。

Claims (10)

1.一种汽车发动机缸盖智能生产线，包括PZR料道、上料机动辊道（1）、六轴关节搬运机器人（3）、地轨（4）、加工中心单元（5）、缓存机构（6）和快换机构，其特征在于，所述汽车发动机缸盖智能生产线含有4个加工中心单元（5），在加工中心单元（5）的起始端安装有毛坯工件型号识别机构（2），在加工中心单元（5）的终端安装有标刻机（7）、送检机构（8）和SPC测量站（9），在所述PZR料道安装有清洗机（13）、测量机（14）、压装机（15）和辅助外观检查机构（18），在所述清洗机（13）中安装有六轴关节防水机器人（12），在所述清洗机的上料端安装有毛刺打磨机构（11），在所述压装机（15）中安装有高精度六轴关节机器人（16），在所述压装机（15）的旁侧安装有缸盖配件上料机构（17），在所述汽车发动机缸盖智能生产线中还安装有MES控制系统（19）。

2.根据权利要求1所述的一种汽车发动机缸盖智能生产线，其特征在于，所述加工中心单元（5）含有5台加工中心，分别为顶面及孔系含工艺定位孔加工中心（5-1）、底面及孔系含装配定位孔加工中心（5-2）、前后端面及孔系加工中心（5-3）、进气面及孔系与排气面及孔系加工中心（5-4）和挺柱孔与导管阀座底孔加工中心（5-5）。

3.根据权利要求2所述的一种汽车发动机缸盖智能生产线，其特征在于，在所述加工中心单元（5）中，每相邻2台加工中心之间安装1台缓存机构（6），在每2个加工中心单元（5）之间各安装有1个地轨（4）和2个六轴关节搬运机器人（3），在每2个加工中心单元（5）的起始端各安装有1个共用的上料机动辊道（1）和毛坯工件型号识别机构（2），在每2个加工中心单元（5）的终端各安装1个标刻机（7）、1个送检机构（8）和1个用于对半成品工件尺寸检测的SPC测量站（9）。

4.根据权利要求1所述的一种汽车发动机缸盖智能生产线，其特征在于，所述PZR料道由第一横向料道（10-1）、第二横向料道（10-2）、第三横向料道（10-3）和第四横向料道（10-4）组成的横向料道以及由第一纵向料道（10-5）、第二纵向料道（10-6）、第三纵向料道（10-7）和第四纵向料道（10-8）组成的纵向料道共同组成。

5.根据权利要求4所述的一种汽车发动机缸盖智能生产线，其特征在于，在所述上料机动辊道（1）与毛坯型号识别机构（2）之间安装有第一转台（20-1），在所述送检机构（8）与SPC测量站（9）之间安装有第二转台（20-2），在所述第一横向料道（10-1）和第一纵向料道（10-5）之间以及第一横向料道（10-1）和第二纵向料道（10-6）之间安装有第三转台（20-3），在所述第三横向料道（10-3）和第三纵向料道（10-7）之间安装有第四转台（20-4），在所述第四横向料道（10-4）和第三纵向料道（10-7）之间安装有第五转台（20-5），在所述第三横向料道（10-3）和第四纵向料道（10-8）之间安装有第六转台（20-6），在所述第四横向料道（10-4）和第四纵向料道（10-8）之间安装有第七转台（20-7）。

6.根据权利要求5所述的一种汽车发动机缸盖智能生产线，其特征在于，在所述第一横向料道（10-1）和第二横向料道（10-2）之间安装清洗机（13），在所述第二横向料道（10-2）与第三纵向料道（10-7）之间安装测量机（14），在所述第三横向料道（10-3）和第四横向料道（10-4）的轨道上分别安装压装机（15），在2台压装机（15）中分别安装有高精度六轴关节机器人（16），在2台压装机（15）的旁侧分别安装有缸盖配件上料机构（17），在第四纵向料道（10-8）末端安装辅助外观检查机构（18）。

7.如权利要求1至6所述的一种汽车发动机缸盖智能生产线的工艺流程，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，缸盖毛坯工件上料与毛坯工件型号识别：在该步骤中，首先通过上料机动辊道（1）进行缸盖毛坯工件上料,并将毛坯工件输送到毛坯型号识别机构（2）以区分不同型号的毛坯工件，通过毛坯工件型号是否符合MES系统目标要求的判定，对于符合MES系统目标要求的毛坯工件允许进入毛坯工件待加工工位，对于不符合MES系统目标要求的毛坯工件进入毛坯工件剔料工位，从而保证进入毛坯工件待加工工位的毛坯工件型号符合MES系统目标要求；

步骤2，毛坯工件机加工为半成品工件，在该步骤中，当符合MES系统目标要求的缸盖毛坯工件进入加工中心后，每列加工中心单元（5）完成同一种型号缸盖毛坯工件五道工序的机加工，从而将毛坯工件机加工为半成品工件；在将毛坯工件机加工为半成品工件后，通过标刻机（7）对每个半成品工件进行二维码标刻，然后通过送检机构（8）以固定的频次对连续生产的半成品工件进行抽检送料，系统设定每20件时为1个批次，第1至第19件半成品工件被输送到毛刺打磨机构（11）进行半成品工件毛刺打磨，去除半成品工件加工后边缘部分的毛刺，第20件半成品工件送入SPC测量站（9）进行尺寸检测，如果尺寸检测不合格，则要停产排查原因并进行处理，如果尺寸检测合格，则半成品工件经过工件毛刺打磨后被输送至清洗上料工位；在该步骤中，每个加工中心单元（5）可以加工同一种型号的缸盖，4个加工中心单元（5）可以同时加工同一种型号的缸盖，也可以通过型号切换实现每2个加工中心单元（5）加工同一种型号的缸盖，则4个加工中心单元可以同时加工2种不同型号的缸盖，还可以通过型号切换实现4个加工中心单元分别加工4种不同型号的缸盖的混线生产；

在该步骤中，地轨（4）使六轴关节搬运机器人（3）可以进行水平直线运动，从而实现六轴关节搬运机器人（3）抓取工件在不同工序间的周转；

在该步骤中，每相邻2台加工中心之间安装1台缓存机构（6），用于缓存加工中心加工后的工件；

步骤3，半成品工件清洗，在该步骤中，首先进行第一次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定，如果不符合MES系统目标要求，系统将进行报警并将不符合MES系统目标要求的半成品工件剔除，而符合MES系统目标要求的半成品工件进入清洗机（13）中进行半成品工件清洗，清洗机（13）根据第一次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定自动执行相对应工件型号的数控程序完成不同型号的半成品工件的清洗；

步骤4，半成品工件测量，在该步骤中，首先进行第二次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定，如果不符合MES系统目标要求，系统将进行报警并将不符合MES系统目标要求的半成品工件剔除，而符合MES系统目标要求的半成品工件进入测量机（14）进行半成品工件测量，测量机（14）根据第二次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定自动执行相对应工件型号的数控程序完成不同型号的半成品工件的测量，并保证关键尺寸100%合格，如果出现不合格半成品工件，系统将报警，需要停产排查原因并进行处理；

步骤5，半成品工件压装，在保证半成品工件的关键尺寸100%合格后，半成品工件被分别输送至2个压装上料工位，并在进入压装机（15）之前进行第三次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定，2台压装机（15）根据第三次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定自动执行相对应工件型号的数控程序完成不同型号的半成品工件的压装，通过第三次半成品工件型号是否符合MES系统目标要求的判定，如果不符合MES系统目标要求，系统将进行报警并将不符合MES系统目标要求的半成品工件剔除，而符合MES系统目标要求的半成品工件分别进入2台压装机（15），同时进入压装机（15）的还有缸盖装配零件，经过该步骤后，半成品工件压装为成品工件，然后进行压装力和位移是否符合预设定范围要求的监测和判断，如果压装力和位移不符合预设定范围要求，则剃料并排查原因，如果压装力和位移符合预设定范围要求，则进入下道工序；

在该步骤中，缸盖配件零件的上料是通过在2台压装机（15）的旁侧分别安装的缸盖配件上料机构（17）实现的；

在该步骤中，符合MES系统目标要求的半成品工件分别进入2台压装机（15）是通过在2台压装机（15）中分别安装的高精度六轴关节机器人（16）实现的；

步骤6，外观检查与下线打包，在该步骤中，外观检查工作由人工及辅助外观检查机构（18）完成，检查合格的成品工件下线打包，不合格的工件剃料并排查原因；

在该步骤中，合格产品下线的转向运输是通过第三横向料道（10-3）与第四纵向料道（10-8）之间安装的第六转台（20-6）和在第四横向料道（10-4）与第四纵向料道（10-8）之间安装的第七转台（20-7）实现的；

在步骤1到步骤6中，所述汽车发动机缸盖智能生产线的生产自动化管理、设备故障统计分析、设备保养计划定制、加工实时数据采集、产品质量数据统计分析和工件加工信息及质量信息存储追溯都是由MES控制系统（19）控制实现的。

8.根据权利要求7所述的一种汽车发动机缸盖智能生产线的工艺流程，其特征在于，在所述步骤2中的五道工序的机加工分别为通过顶面及孔系含工艺定位孔加工中心（5-1）进行顶面及孔系含工艺定位孔的加工，通过底面及孔系含装配定位孔加工中心（5-2）进行底面及孔系含装配定位孔的加工，通过前后端面及孔系加工中心（5-3）进行前后端面及孔系的加工，通过进气面及孔系与排气面及孔系加工中心（5-4）进行进气面及孔系与排气面及孔系的加工和通过挺柱孔与导管阀座底孔加工中心（5-5）进行挺柱孔与导管阀座底孔的加工；在所述步骤1和步骤2中，所述型号切换是通过在加工中心中采用的快换机构实现的。

9.根据权利要求8所述的一种汽车发动机缸盖智能生产线的工艺流程，其特征在于，所述快换机构包括第一L板（21-1）和第二L板（21-2），在第一L板（21-1）和第二L板（21-2）上固定连接有母板（22），在所述母板（22）的四角处加工有快换夹具的安装孔，在母板（22）上，通过四角处加工的快换夹具安装孔用4个快换夹具（24）连接有子板（23），在所述子板（23）上安装有同一型号缸盖加工所需的第一定位销（25）、第二定位销（26）、第一压紧机构（27-1）、第一压紧机构（27-2）、第三压紧机构（27-3）、侧面推靠机构（28）、第一侧面限位机构（29-1）、第二侧面限位机构（29-2）和升降托盘（30）。

10.根据权利要求9所述的一种汽车发动机缸盖智能生产线的工艺流程，其特征在于，所述快换夹具（24）包括拉紧套（24-3），在所述拉紧套（24-3）的中心加工有第一阶梯孔（24-3-1），所述第一阶梯孔（24-3-1）的小孔与大孔之间加工有一个过渡的圆锥面（24-3-2），在第一阶梯孔（24-3-1）中安装有3个均布的钢球（24-4），在所述第一阶梯孔（24-3-1）中安装有截面为T形的圆柱形的连接销（24-1），在连接销（24-1）的中心加工有第二阶梯孔（24-1-3），该第二阶梯孔（24-1-3）的上段加工为螺纹孔（24-1-4），在连接销（24-1）的下端对应钢球（24-4）的位置径向加工有通透的球槽（24-1-2），在连接销（24-1）上加工有垂直的涨紧缝（24-1-1），在连接销（24-1）外表面还加工有用于含油润滑的螺旋槽（24-1-5），所述钢球（24-4）卡在球槽（24-1-2）内，拉紧套（24-3）的圆锥面（24-3-2）的内表面压在钢球（24-4）的表面上，在连接销（24-1）的螺纹孔（24-1-4）中安装有涨紧螺杆（24-2），涨紧螺杆（24-2）的底端插入在3个钢球（24-4）中间。