鍛造加工過程自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

蔡?hào)|穎

（寶雞鈦業(yè)股份有限公司，陜西 寶雞 721014）

鍛造加工過程使用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，主要是通過工業(yè)機(jī)器人設(shè)備和系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的人工操作形式，尤其是加熱爐鍛件推動(dòng)方面、鍛造加工流程的裝卸操作方面、整形和切邊的環(huán)節(jié)，合理應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以簡(jiǎn)化工藝流程、降低人員的工作強(qiáng)度，還能有效改善鍛件的表面質(zhì)量，降低加工過程中的切削余量，最高程度上促使生產(chǎn)效率與效果的提升。

1 鍛造加工過程自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的可行性

1.1 技術(shù)基礎(chǔ)保障

我國(guó)鍛造行業(yè)發(fā)展的進(jìn)程中已經(jīng)從之前的傳統(tǒng)性手工操作轉(zhuǎn)變成為現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)模式，技術(shù)變革、轉(zhuǎn)型升級(jí)的進(jìn)程中，機(jī)械自動(dòng)化水平有所提升，尤其在出現(xiàn)大量新技術(shù)、新模式的情況下，為鍛造加工過程的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用提供了更多機(jī)遇。首先，我國(guó)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)不斷進(jìn)步的環(huán)境背景下，形成了多種類型的，鍛造加工自動(dòng)化軟件產(chǎn)品，尤其是伺服驅(qū)動(dòng)步進(jìn)梁機(jī)械手與相互配套的軟件系統(tǒng)，能夠有效控制多關(guān)節(jié)機(jī)器人，不僅可以進(jìn)行批量化的自動(dòng)化生產(chǎn)，還能降低加工成本、提升產(chǎn)品的可靠性，形成良好的硬件和軟件基礎(chǔ)保障。其次，我國(guó)鍛造產(chǎn)品的消費(fèi)者與高端客戶已經(jīng)提出了產(chǎn)品質(zhì)量要求，只有引進(jìn)先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，才能預(yù)防人為操作過程中可能會(huì)產(chǎn)生的質(zhì)量影響因素問題，同時(shí)還能在技術(shù)的支持下加快加工速度，減少人力資源的占用量，形成機(jī)械化的發(fā)展模式，我國(guó)的鍛造加工自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展與西方國(guó)家的發(fā)展存在一定差異，上個(gè)世紀(jì)末期階段，西方發(fā)達(dá)國(guó)家就已經(jīng)開始創(chuàng)建較為成熟的鍛件配套技術(shù)體系，自動(dòng)化水平很高，我國(guó)在鍛造加工的過程中，也可以積極引進(jìn)其他國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)的良好運(yùn)用。

1.2 未來發(fā)展?jié)摿臻g大

雖然我國(guó)鍛造加工方面自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用時(shí)間很晚，但是未來的發(fā)展?jié)摿臻g大。目前在鍛造加工流程中已經(jīng)從單個(gè)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化控制轉(zhuǎn)變成為生產(chǎn)線的剛性與柔性的自動(dòng)化發(fā)展模式，未來勢(shì)必會(huì)向著智能化的方向進(jìn)步，形成智能化鍛造的生產(chǎn)、加工機(jī)制。其中的單個(gè)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化控制，能夠幫助鍛造加工生產(chǎn)期間解決傳統(tǒng)手工操作的復(fù)雜性工序問題，但是對(duì)人工操作也有一定的依賴性。而生產(chǎn)線的剛性自動(dòng)化則是將生產(chǎn)所使用的機(jī)械設(shè)備和PLC系統(tǒng)中的I/O硬件之間相互連接，不再依賴于人工操作，生產(chǎn)線的柔性自動(dòng)化則能夠?yàn)檎w鍛造加工、鍛造生產(chǎn)提供更為先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)支持，主要因?yàn)槿嵝宰詣?dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，可以將現(xiàn)場(chǎng)總線作為基礎(chǔ)部分，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)銜接各個(gè)單個(gè)的機(jī)械設(shè)備，形成高級(jí)性的控制架構(gòu)，動(dòng)態(tài)化監(jiān)控鍛造生產(chǎn)各個(gè)單元、每個(gè)單元之間的相互作用情況，準(zhǔn)確獲取其中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，及時(shí)快速診斷故障問題，做好產(chǎn)品的更換操作工作、獨(dú)立性生產(chǎn)單元的處理工作、生產(chǎn)線的整體啟動(dòng)和清孔工作、優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)信息的工作等。柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用依托于優(yōu)化性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、PL系統(tǒng)與安全總線技術(shù)、鍛造生產(chǎn)方面的專家控制與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、多種類型的柔性與優(yōu)化技術(shù)，先進(jìn)技術(shù)的支持下增強(qiáng)鍛造生產(chǎn)方面、架構(gòu)方面的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用水平[1]。

1.3 自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)多

當(dāng)前我國(guó)多數(shù)鍛造生產(chǎn)的工作領(lǐng)域中，所使用的機(jī)械設(shè)備過于簡(jiǎn)陋，加工環(huán)境非常差，甚至依賴人工操作的形式，不僅生產(chǎn)效率難以提升，還不能確保產(chǎn)品的質(zhì)量，操作工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度與壓力很高，很容易出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)隱患問題，并且在鍛造加工流程中零上1200攝氏度的溫度很容易引發(fā)高溫灼傷的風(fēng)險(xiǎn)，紅熱鍛件所散發(fā)的熱輻射會(huì)導(dǎo)致人體受到一定的危害，加熱爐在燃燒期間的煙塵會(huì)使得空氣之內(nèi)出現(xiàn)高濃度的有毒成分，設(shè)備生產(chǎn)期間噪聲的分貝很高，可能會(huì)導(dǎo)致操作人員的聽力系統(tǒng)和視覺神經(jīng)受到損害，如果高噸位鍛壓設(shè)備不能合理安裝，很容易在震動(dòng)松動(dòng)脫落的情況下引發(fā)人員安全事故。而在使用自動(dòng)化控制技術(shù)的過程中，很多加工工序都可以利用機(jī)器人或是自動(dòng)化系統(tǒng)代替人工操作，有效預(yù)防諸多的安全隱患問題，同時(shí)還能在自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用期間加快裝料卸料速度，修正工件的部分，定時(shí)性、定量性、準(zhǔn)確性操作，減少工作人員的工作強(qiáng)度，提升現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域的安全性和產(chǎn)品質(zhì)量管理效果，由此可見，鍛造加工過程使用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)，企業(yè)應(yīng)予以一定程度的重視，將自動(dòng)化技術(shù)引入鍛造加工流程、加工環(huán)節(jié)，改善生產(chǎn)現(xiàn)狀保證整體項(xiàng)目的發(fā)展水平[2]。

2 鍛造加工過程自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用建議

2.1 強(qiáng)化自動(dòng)化改造的力度

鍛造加工自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的過程中，應(yīng)強(qiáng)化現(xiàn)有設(shè)備的自動(dòng)化改造力度，按照不同設(shè)備的特點(diǎn)與狀況，合理執(zhí)行相應(yīng)的改造工作，滿足企業(yè)的高質(zhì)量加工生產(chǎn)需求。①目前我國(guó)多數(shù)鍛造生產(chǎn)企業(yè)所使用的裝備、設(shè)施等非常落后，很難使用現(xiàn)代化的總線控制自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)良好的改造升級(jí)目的，對(duì)于此類設(shè)備應(yīng)該合理使用單機(jī)自動(dòng)化的技術(shù)方式，降低人員的工作量、操作強(qiáng)度，控制生產(chǎn)成本，盡可能杜絕因?yàn)槿斯げ僮魇д`或是其他問題引發(fā)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的缺陷[3]。②使用先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)最為重要的就是確保工藝流程的穩(wěn)定性、可靠性，強(qiáng)化加工系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)的技術(shù)改造升級(jí)力度，在使用自動(dòng)化技術(shù)的同時(shí)不斷進(jìn)行各個(gè)關(guān)鍵工序的自動(dòng)化升級(jí)處理，例如：預(yù)鍛關(guān)鍵工序、終鍛關(guān)鍵工序，可以保留人工作業(yè)的形式，預(yù)防生產(chǎn)線出現(xiàn)停機(jī)的現(xiàn)象，而模鍛錘的關(guān)鍵工序則可以使用全部自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行改造處理。③生產(chǎn)環(huán)節(jié)中重點(diǎn)關(guān)注中小型熱模鍛的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、關(guān)鍵工序方面，可以使用先進(jìn)的步進(jìn)梁機(jī)械手實(shí)現(xiàn)最終的自動(dòng)化升級(jí)、自動(dòng)化操作目的，對(duì)于大型模鍛加工環(huán)節(jié)則可以將很多臺(tái)機(jī)器人設(shè)備相互協(xié)同性的進(jìn)行操作，起到一定的自動(dòng)化加工、自動(dòng)化生產(chǎn)作用、④企業(yè)在生產(chǎn)加工自動(dòng)化升級(jí)改造方面應(yīng)重視技術(shù)人員、維修人員、保養(yǎng)人員的專業(yè)素質(zhì)，建設(shè)高素質(zhì)人才隊(duì)伍，保證自動(dòng)化系統(tǒng)、技術(shù)的良好應(yīng)用[4]。

2.2 完善自動(dòng)化生產(chǎn)線

鍛造企業(yè)在加工的過程中使用先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)，應(yīng)重視生產(chǎn)線的完善和優(yōu)化，加大改革的力度，發(fā)揮自動(dòng)化技術(shù)在生產(chǎn)線中的作用價(jià)值，保證整體生產(chǎn)系統(tǒng)、機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化水平。例如：積極借鑒其他企業(yè)的成熟經(jīng)驗(yàn)、成功做法，創(chuàng)建熱模鍛造自動(dòng)化生產(chǎn)線、多條自動(dòng)化生產(chǎn)線，使用總線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體控制，設(shè)置雙層總線的電氣控制架構(gòu)，上層部分通過遙控裝置和技術(shù)有效控制，下層部分則通過現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)完成各項(xiàng)控制任務(wù)，借助先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)有機(jī)整合、銜接加熱爐設(shè)備、壓力機(jī)設(shè)備、沖孔機(jī)械設(shè)備、整形與切邊機(jī)床設(shè)備、裝卸傳送設(shè)備等，最終形成全面性自動(dòng)化生產(chǎn)的模式。自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的過程中，可預(yù)先設(shè)置半自動(dòng)化、全自動(dòng)化、手動(dòng)操作的模塊，確保在各類條件下都能滿足鍛造加工的需求。與此同時(shí)，在創(chuàng)建自動(dòng)化生產(chǎn)線體系的過程中，還應(yīng)重點(diǎn)完善工藝流程模式，積極設(shè)計(jì)和創(chuàng)建自動(dòng)化上料系統(tǒng)，下料系統(tǒng)物流保障系統(tǒng)，在其中合理應(yīng)用自動(dòng)化噴淋潤(rùn)滑冷卻裝置，使用多關(guān)節(jié)機(jī)器人設(shè)備，定時(shí)吹掃模具腔體部分和鍛件的表面部分，去除氧化皮和雜質(zhì)，提升表面質(zhì)量水平，按照生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求等嚴(yán)格控制尺寸精確度，最高程度上延長(zhǎng)模具的使用壽命，保證生產(chǎn)的性能、效果、質(zhì)量水平[5]。

2.3 完善自動(dòng)化控制系統(tǒng)架構(gòu)

2.3.1 設(shè)計(jì)硬件部分

鍛造加工的自動(dòng)化控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，硬件部分非常重要，企業(yè)應(yīng)結(jié)合鍛造加工過程中所使用的去氧化皮機(jī)械設(shè)備、切邊機(jī)設(shè)備、可控冷卻線設(shè)備等信號(hào)切換的需求、信號(hào)邏輯復(fù)雜性的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)主控CPU的硬件部分、觸摸屏的部分，以此為基礎(chǔ)創(chuàng)建人機(jī)交互界面，同時(shí)在硬件系統(tǒng)中設(shè)置不同設(shè)備的信號(hào)交換輸入模塊、輸出模塊、通訊模塊，提升數(shù)據(jù)通訊的便利性，增強(qiáng)硬件設(shè)備與系統(tǒng)的擴(kuò)展性能，更好的和以太網(wǎng)系統(tǒng)平臺(tái)之間相互銜接[6]。

2.3.2 設(shè)計(jì)軟件的部分

自動(dòng)化控制架構(gòu)的軟件部分應(yīng)重點(diǎn)設(shè)置PLC系統(tǒng)、MHI系統(tǒng)，使用模塊化的編程措施處理，設(shè)置主循環(huán)程序結(jié)構(gòu)，在程序的各個(gè)循環(huán)周期之內(nèi)都可以逐條性的運(yùn)行，形成良好的接口模塊與程序功能模塊。其中的接口模塊在各個(gè)循環(huán)周期之內(nèi)都可以按照生產(chǎn)需求調(diào)用處理，涉及到機(jī)器人信號(hào)接口模塊、去氧化皮設(shè)備信號(hào)接口模塊、可控性的冷卻線信號(hào)接口模塊。而程序功能模塊屬于特殊性的部分，可以自動(dòng)化切換、跳轉(zhuǎn)觸摸屏幕窗口，具有安全鎖信號(hào)控制功能、鍛造生產(chǎn)線的循環(huán)控制功能、自動(dòng)化故障診斷報(bào)警功能、生產(chǎn)線組織管理功能等，發(fā)揮軟件在自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用過程中的價(jià)值[7]。

在使用PLC軟件和程序的過程中應(yīng)按照鍛造加工的特點(diǎn)、生產(chǎn)需求等，合理設(shè)計(jì)人機(jī)交互的界面，主要就是機(jī)器人界面、參數(shù)設(shè)置界面、生產(chǎn)線狀態(tài)監(jiān)測(cè)界面、報(bào)警查詢的界面，其中的機(jī)器人界面在應(yīng)用的過程中，可以嚴(yán)格控制機(jī)器人與其他類型設(shè)備的信號(hào)和自動(dòng)化應(yīng)用模式。參數(shù)設(shè)置界面則可以幫助鍛造加工部門嚴(yán)格設(shè)置不同設(shè)備、不同操作的參數(shù)信息，尤其是高溫加工的部分，機(jī)器人手爪無法長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行工件的抓取，此情況下利用參數(shù)設(shè)置界面就可以嚴(yán)格控制機(jī)器人手爪的等待時(shí)間、抓取工件時(shí)間等，預(yù)防出現(xiàn)生產(chǎn)控制的難題。狀態(tài)監(jiān)測(cè)的界面可以動(dòng)態(tài)性、全面性的監(jiān)控機(jī)器人信號(hào)、機(jī)械設(shè)備信號(hào)、生產(chǎn)信號(hào)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍛件的質(zhì)量或是缺陷問題，針對(duì)性的應(yīng)對(duì)與解決問題，保證系統(tǒng)的良好運(yùn)作、可靠運(yùn)行。報(bào)警查詢界面則可以為自動(dòng)化加工的技術(shù)人員和工作人員及時(shí)性的提供設(shè)備運(yùn)行故障報(bào)警信息、生產(chǎn)線問題的報(bào)警信息，為自動(dòng)化完成生產(chǎn)工作、加工工作提供保障。另外，為確保自動(dòng)化生產(chǎn)軟件的合理設(shè)計(jì)、優(yōu)化，還應(yīng)重點(diǎn)編寫機(jī)器人程序，按照鍛件的生產(chǎn)需求、自動(dòng)化改造升級(jí)的特點(diǎn)，高質(zhì)量編寫TP程序與PC程序，通過完善程序的內(nèi)容、健全程序的體系和機(jī)制，維護(hù)自動(dòng)化技術(shù)的創(chuàng)新性應(yīng)用水平，例如：PC程序編寫的過程中按照鍛造加工的內(nèi)容和程序，使用仿真軟件編程處理，確保系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的特殊功能。TP程序編寫的過程中也可以與PC程序相互聯(lián)系，保證自動(dòng)化系統(tǒng)、程序的良好應(yīng)用[8]。

3 結(jié)語

綜上所述，我國(guó)在鍛造生產(chǎn)加工的過程中傳統(tǒng)的技術(shù)、加工模式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的高質(zhì)量加工生產(chǎn)需求，合理使用先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)并且轉(zhuǎn)型升級(jí)勢(shì)在必行，是提升鍛造質(zhì)量、生產(chǎn)水平的重要措施。因此新時(shí)期的環(huán)境下鍛造企業(yè)應(yīng)重視自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，強(qiáng)化自身設(shè)備和系統(tǒng)的改造力度，完善自動(dòng)化生產(chǎn)線，合理設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的軟件與硬件。