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数控自动化——基础知识、技术与经济效益

现代自动化解决方案使中型企业也能提高生产效率,并在国际竞争中立足。本文概述了数控自动化领域的技术、应用案例及决策标准。

我们的数控机器人

什么是数控自动化

CNC自动化是指无需人工干预的数控加工机床自动装卸过程。在数控系统控制刀具运动的同时,自动化系统确保了物流的连续性:包括毛坯进料、夹紧、取下加工件并将其放置到位。 目标:在减少非生产时间的同时,最大限度地延长主轴时间。手动操作的机床只能在操作员在场时进行生产,而自动化设备则可以在晚班、夜班以及周末进行生产——且无需额外的人力成本。 产品范围涵盖从用于处理相同零件的简单积放式输送机,到无需机械改装即可处理各种工件几何形状的灵活、摄像头控制的机器人系统。

为什么数控自动化越来越重要

人口结构的变化给金属加工行业带来了沉重打击。 合格的机器操作员越来越难找,特别是在农村地区。自动化提供了一种解决方案:技术工人不再需要从事重复性工作,从而能够专注于更具挑战性的任务——编程、质量保证和流程优化。

德国的劳动力成本明显高于低工资国家。自动化技术使得在减少人力投入的同时,能够生产出更大的产量。这一优势在处理紧急订单时尤为明显:当竞争对手不得不依赖轮班工人时,采用自动化的企业却能通宵生产,并于次日早晨完成交付。

许多企业正在考虑将生产从海外迁回国内。原因包括:质量问题、运输距离过长以及供应链风险。自动化技术通过降低运输成本、缩短响应时间以及与研发部门的紧密协作,使这种回流在经济上成为可能。

数控自动化技术

相同的工件被放置在传送带或料仓中,并依次送入。
优点:投资少、操作简单、可靠性高
缺点:仅适用于相同零件、换线成本高、占地面积大
应用:大批量生产且产品更换频率低(汽车零部件行业)

工件托盘由外部装载并自动更换。零点夹紧确保了高重复精度。
优点:准备时间极短、外部托盘装载、高精度
缺点:托盘投资成本高,每个工件都需要一个托盘
应用领域:工具与模具制造、航空工业

工业机器人能够处理各种形状各异的工件。现代系统利用摄像头技术进行工件识别——机械定位辅助装置已基本被淘汰。
两种主要方法:
直接工件处理:机器人直接抓取毛坯并将其放置在夹具中。这需要液压/气动夹紧装置,或用于机械虎钳的电动扭矩扳手。
虎钳更换:更换带有零点夹紧功能的完整虎钳。装夹速度快,但若零件种类繁多,成本较高。
优点:灵活性高,配合摄像头可实现快速换型时间,可集成附加功能
缺点:购置成本较高,调试启用过程较为复杂
应用场景:代工生产商,产品种类频繁更换,且批次大小以中小批次为主

摄像头会捕捉工件的位置和姿态,机器人会自动调整抓取动作。无需机械定位元件。
优点:换型时间不到5分钟,无需机械挡块,支持混合配置
经济最优点:批次大小为5至5,000件,且产品更换频繁

何时采用数控自动化才划算?

决策标准

加工时间:当每个零件的主加工时间达到约8分钟时,自动化就变得值得考虑了 批次大小:

  • 小批量生产(5-50件):摄像头控制的机器人
  • 中等批量(50-1,000件):机器人系统
  • 大规模生产(>1,000件):包括积放式输送机或托盘系统

其他影响因素

轮班制:当机器在无人值守的情况下继续运行时(周末、夜间),经济效益尤为显著
人员配置:在专业人才短缺的情况下,这往往是实现产能充分利用的唯一途径
质量:工作质量稳定且可重复,不会因疲劳而产生失误

数控自动化系统的实施

规划阶段

现状分析:

  • 哪些机器可以实现自动化?
  • 零件种类和批次大小?
  • 是否有现成的接口?
  • 房间情况如何?
物流:毛坯件从何处供应?成品件将运往何处?
夹紧方案:是否配备旋转接头?否则需使用电动扭矩扳手。

技术集成

接口:现代设备:Profibus、Profinet、EtherNet/IP。旧款设备:M功能和无电位触点。
安全:光栅、安全激光器、符合《机械指令》要求的人身安全门驱动装置。
夹具:根据工件的不同,可选用钳口夹具、夹头或真空夹具。

调试启用与培训

专业的调试启用服务包括运动参数调整、通信测试以及操作员培训。配备图形界面的现代化系统:新任务可在几分钟内完成设置,无需编程知识。

挑战与解决方案

无需旋转接头的设备连接

问题:许多现有机床未配备旋转接头。改造加装费用往往高达五位数。
解决方案:电动扭矩扳手可实现机械虎钳的自动化。成本:仅为设备改造费用的零头。

零件多样性与灵活性

问题:产品种类繁多的合同制造商——机械系统的换型时间较长。
解决方案:摄像头控制系统可自动识别工件。通过调整夹具的夹持宽度,换型时间可控制在5分钟以内。

有限的自主运行时间

解决方案:

  • SpaceBox 系统:每个 SpaceBox 单元可容纳超过 1,500 件小零件
  • 托盘仓库:中等批次大小
  • 台车:大型工件
  • 运行过程中可进行补充

质量保证

解决方案:

  • 集成测量技术
  • 基于摄像头的缺陷检测
  • CNC控制系统的过程监控
  • 通过短信/电子邮件发送警报的远程诊断

关于CNC自动化的常见问题

若产品更换频繁,起订量为5-10件。最优生产量(由相机控制):5-5,000件。

通常为1至3年。若涉及夜班和周末生产,周期会更短。

是的。可通过M功能实现接口连接。电动扭矩扳手可替代缺失的旋转接头。

对于现代系统:新建任务仅需3-5分钟,无需编程知识。

通过短信/电子邮件进行远程诊断和警报通知。许多问题可通过远程维护解决。

摄像头控制系统:几分钟即可完成改装。

紧凑型机器人单元:除设备本身外,还需约4-6平方米的空间。

经过培训后,普通操作员即可操作该系统。

来自工业界的实践案例

企业报告称取得了显著改善:一家精密零部件制造商在未增加技术工人的情况下提高了交货准时率——对紧急订单的响应时间从数天缩短至24小时以内。 一家外壳制造商优化了工作流程,员工将精力集中于质量保证。一家位于农村地区的代工制造商通过周末和夜间生产,在技术工人短缺的情况下确保了生产。

更多案例研究,请参阅我们的客户报告

我们成功的数控自动化系统

DMG MORI M1 play
DMG MORI M1

对 DMG MORI M1 铣床进行自动化,配备气动虎钳。

HEDELIUS Acura 65 Marathon play
HEDELIUS Acura 65 Marathon

对 HEDELIUS Acura 65 Marathon 通用加工中心进行自动化,配备机械虎钳。

MT EVO T32FSY play
MT EVO T32FSY

对 MT EVO T32FSY 车床进行自动化,用于在配备卡盘的主轴和配备弹簧夹头的副主轴上加工轴类工件。

DN Solutions Puma 3100L play
DN Solutions Puma 3100L

对 DN Solutions Puma 3100L 车床进行自动化,采用 Fanuc i Series 控制系统。可选附加模块:托盘、堆垛和翻转。

SPINNER TC800 play
SPINNER TC800

对 SPINNER TC800 车床进行自动化,采用 SIEMENS 控制系统,并配备主轴和副主轴。从两个托盘上料/向两个托盘卸料。

DMG MORI DMU 50 play
DMG MORI DMU 50

对 DMG MORI DMU 50 五轴加工中心进行自动化,采用 Heidenhain 控制系统(CELOS 应用)。在气动虎钳上进行切削加工。

HERMLE C12 play
HERMLE C12

对 HERMLE C12 进行自动化,采用 Heidenhain TNC 640 控制系统。配备气动夹具的五轴加工机床

TSUGAMI M08DE-II play
TSUGAMI M08DE-II

对 TSUGAMI M08DE-II 进行自动化,采用 FANUC Oi-TF 控制系统。在配备弹簧夹头的主轴上进行切削加工。

HURCO VMX 30i play
HURCO VMX 30i

对 HURCO VMX 30i 三轴加工机床进行自动化,配备虎钳。毛坯置于 Spacebox 中,通过摄像头识别。

OKUMA LB3000 EX III play
OKUMA LB3000 EX III

对 OKUMA LB3000 EX III 车床进行自动化,采用 OSP-P500L 控制系统,主轴配备三爪卡盘。

HAAS VF-2SS play
HAAS VF-2SS

对 HAAS VF-2SS 三轴铣床进行自动化,毛坯以形状配合方式定位供料,并由真空夹爪拾取。

GF Machining MILL E 700 U play
GF Machining MILL E 700 U

对 GF Machining MILL E 700 U 五轴铣床进行自动化,配备虎钳。毛坯置于 Spacebox 中,通过摄像头识别。

 DN SOLUTIONS PUMA GT3100 LM play
DN SOLUTIONS PUMA GT3100 LM

对 DN Solutions Puma GT3100 LM 车床进行自动化,主轴配备卡盘。毛坯以堆垛方式置于两个托盘上供料。

HERMLE C20U play
HERMLE C20U

对 HERMLE C20 U 五轴加工中心进行自动化,配备机械虎钳,由电动扭矩扳手驱动。

 HERMLE  C400 play
HERMLE C400

对 HERMLE C400 五轴铣床进行自动化,用于加工钢材切割件,通过 Spacebox 供料

 DMG MORI DMU 60 eVo play
DMG MORI DMU 60 eVo

对 DMG MORI DMU 60 eVo 五轴铣床进行自动化,用于加工钢材切割件,通过 Spacebox 供料

 HAAS ST-25Y play
HAAS ST-25Y

对 HAAS ST-25Y 车床进行自动化,用于加工塑料件,以堆垛方式置于欧标托盘上供料

 MAZAK QuickTurn 200 MSY play
MAZAK QuickTurn 200 MSY

对 MAZAK QT200 MSY 车床进行自动化,用于加工圆棒切割件,置于一台 SpaceBox 上供料

HAAS VF-3 play
HAAS VF-3

对 HAAS VF-3 五轴机床进行自动化,用于加工易损的塑料外壳,通过 Spacebox 供料

HERMLE C42U play
HERMLE C42U

对 HERMLE C42 U 五轴铣床进行自动化,用于加工塑料件,通过 Spacebox 供料

DOOSAN DVF5000 play
DOOSAN DVF5000

对 DOOSAN DVF5000 五轴机床进行自动化,用于加工塑料件,通过 Spacebox 供料

AXA HFB1 duo play
AXA HFB1 duo

对 AXA HFB1 duo 端面加工机床进行自动化,用于加工重型轴类,置于欧标托盘上供料

SPINNER U-2520 play
SPINNER U-2520

对 SPINNER U-2520 三轴铣床(配第四轴)进行自动化,用于加工型材,通过 Spacebox 供料。

DMG MORI CTX beta 800 play
DMG MORI CTX beta 800

对 DMG MORI CTX beta 800 车床进行自动化,用于加工铸件,通过 Spacebox 供料。

HURCO VMX30Ui play
HURCO VMX30Ui

对 HURCO VMC30Ui 五轴铣床进行自动化,用于加工锯切方块,置于台车上供料。

DMG MORI CTX beta 1250 TC play
DMG MORI CTX beta 1250 TC

对 DMG MORI CTX beta 1250 TC 车铣中心进行自动化,用于加工铸件,置于台车上供料。

HWACHEON Hi-Tech 450BL YMC play
HWACHEON Hi-Tech 450BL YMC

对 HWACHEON 450BL YMC 车床进行自动化,用于加工大型圆柱体,置于欧标托盘上供料。

POSmill E-1100 play
POSmill E-1100

对 POSmill E-1100 三轴铣床进行自动化,用于加工堆叠板材,置于欧标托盘上供料。

DMG MORI CMX 70 U play
DMG MORI CMX 70 U

对 DMG MORI CMX 70 U 五轴铣床进行自动化,用于加工锯切方块,置于台车上供料。

MORI SEIKI NL2000 play
MORI SEIKI NL2000

对 MORI SEIKI NL2000 车床进行自动化,用于加工铸件,置于台车上供料。

MORI SEIKI SL-400 play
MORI SEIKI SL-400

对 MORI SEIKI SL-400 车床进行自动化,用于加工锯切方块,置于台车上供料。

GROB G550a play
GROB G550a

对 GROB G550a 五轴铣床进行自动化,用于加工锯切方块,置于欧标托盘上供料。

HERMLE C20 U play
HERMLE C20 U

对 HERMLE C20 U 五轴铣床进行自动化,用于加工锯切方块,置于台车上供料。

CHIRON Mill 3000 play
CHIRON Mill 3000

对 CHIRON Mill 3000 三轴铣床进行自动化,用于加工锯切方块,通过 Spacebox 供料。

MORI SEIKI NTX2000 play
MORI SEIKI NTX2000

对 MORI SEIKI NTX2000 车铣中心进行自动化,用于加工铸件,置于台车上供料。

MAZAK VCN-530C play
MAZAK VCN-530C

对 MAZAK VCN 530C 三轴铣床进行自动化,用于加工锯切方块,通过 Spacebox 供料。

DMG MORI DMU 65 FD play
DMG MORI DMU 65 FD

对 DMG MORI DMU 65 五轴铣床进行自动化,用于加工锯切方块,通过 Spacebox 供料。

SPINNER U-1520 play
SPINNER U-1520

对 SPINNER U-1520 五轴铣床进行自动化,用于加工锯切方块,通过 Spacebox 供料。

MAZAK QuickTurn 250M play
MAZAK QuickTurn 250M

对 MAZAK Quick Turn 250M 车床进行自动化,用于加工圆柱形锯切件,通过 Spacebox 供料。

DMG MORI CTX800 beta play
DMG MORI CTX800 beta

对 DMG MORI CTX800 beta 车床进行自动化,用于加工大型圆柱体,置于欧标托盘上供料。

GILDEMEISTER CTX 420 linear play
GILDEMEISTER CTX 420 linear

对 GILDEMEISTER CTX 420 车床进行自动化,用于加工环类工件,通过 Spacebox 供料。

HERMLE C400 play
HERMLE C400

对 HERMLE C400 五轴铣床进行自动化,用于加工锯切方块,通过 Spacebox 供料。

GROB G350 play
GROB G350

对 GROB G350 五轴铣床进行自动化,用于加工锯切方块,置于台车上供料。

MAZAK Integrex i-400 ST play
MAZAK Integrex i-400 ST

对 MAZAK Integrex i-400 ST 车铣中心进行自动化,用于加工圆柱体,置于台车上供料。

OKUMA SimulturnLU300-M play
OKUMA SimulturnLU300-M

对 OKUMA Simul Turn LU300-M 车床进行自动化,用于加工环类工件,置于台车上供料。

GILDEMEISTER CTX 400 play
GILDEMEISTER CTX 400

对 GILDEMEISTER CTX 400 车床进行自动化,用于加工堆叠的锯切件,置于欧标托盘上供料。

MAZAK QuickTurn 200MS play
MAZAK QuickTurn 200MS

对 MAZAK Quick Turn 200MS 车床进行自动化,用于加工圆柱形锯切件,通过 Spacebox 供料

DOOSAN Puma 2600S play
DOOSAN Puma 2600S

对 DOOSAN Puma 2600S 车床进行自动化,用于加工大型圆柱体,通过欧标托盘供料。

MAZAK Integrex 200-II SY play
MAZAK Integrex 200-II SY

对 MAZAK Integrex 200-II SY 车铣中心进行自动化,用于加工圆柱体,通过 Spacebox 供料。

DMG MORI CLX 350 play
DMG MORI CLX 350

对 DMG MORI CLX 350 车床进行自动化,用于加工环类工件,通过 Spacebox 供料。

MAZAK QuickTurn250 MY play
MAZAK QuickTurn250 MY

对 MAZAK QT250 MY 车床进行自动化,用于加工轴类工件,置于欧标托盘上供料。

HAAS UMC 750 play
HAAS UMC 750

对 HAAS UMC 750 五轴铣床进行自动化,用于加工锯切方块,置于台车上供料。

DMG MORI CTX beta 1250 TC play
DMG MORI CTX beta 1250 TC

对 DMG MORI CTX beta 1250 TC 车铣中心进行自动化,用于加工轴类工件,置于欧标托盘上供料。

OKUMA LB3000 EX play
OKUMA LB3000 EX

对 OKUMA LB3000 EX 车床进行自动化,用于加工圆柱形锯切件,置于台车上供料。

MORI SEIKI SL-250 play
MORI SEIKI SL-250

对 MORI SEIKI SL-250 车床进行自动化,用于加工圆柱形锯切件,置于台车上供料。

OKUMA LB35-II play
OKUMA LB35-II

对 OKUMA LB35-II 车床进行自动化,用于加工圆柱形锯切件,置于台车上供料。

DOOSAN Puma TL 2400 LM play
DOOSAN Puma TL 2400 LM

对 DOOSAN Puma TL2400 LM 车床进行自动化,用于加工轴类工件,置于欧标托盘上供料。

MORI SEIKI SL-204 play
MORI SEIKI SL-204

对 Mori Seiki SL-204 车床进行自动化,用于加工锯切件,置于一台台车上供料。

MAZAK QuickTurn250 MY play
MAZAK QuickTurn250 MY

对 MAZAK QT250 MY 车床进行自动化,用于加工圆柱形锯切件,置于一台台车上供料。

测量模块 play
测量模块

集成于卸料流程中的三坐标测量机,为质量检测提供可靠数据

翻转模块 play
翻转模块

集成于上料流程中的工位,用于在 OP2 之前翻转工件

预压印模块 play
预压印模块

集成于生产工艺中的压印虎钳,适用于从窄到很宽的各种工件

清洁模块 play
清洁模块

集成于卸料流程中的工位,用于清除已加工工件上的切屑和冷却润滑液

标记模块 play
标记模块

集成于卸料流程中的标记工位,配备可靠的硬质合金针和大尺寸标记窗口

切断模块 play
切断模块

切断扩展模块,可从单个毛坯加工出多个半成品

对齐模块 play
对齐模块

对齐工位,用于预定位成型件,以便按定向方式放入加工机床

电动主轴驱动 play
电动主轴驱动

对不带旋转接头的机用虎钳进行自动化,对拧紧扭矩实现扭矩精确控制

CNC自动化专业门户网站

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