鍛造加工過程自動化技術的應用

蔡東穎

（寶雞鈦業股份有限公司，陜西 寶雞 721014）

鍛造加工過程使用先進的自動化技術，主要是通過工業機器人設備和系統取代傳統的人工操作形式，尤其是加熱爐鍛件推動方面、鍛造加工流程的裝卸操作方面、整形和切邊的環節，合理應用自動化技術不僅可以簡化工藝流程、降低人員的工作強度，還能有效改善鍛件的表面質量，降低加工過程中的切削余量，最高程度上促使生產效率與效果的提升。

1 鍛造加工過程自動化技術應用的可行性

1.1 技術基礎保障

我國鍛造行業發展的進程中已經從之前的傳統性手工操作轉變成為現代化的機械設備生產模式，技術變革、轉型升級的進程中，機械自動化水平有所提升，尤其在出現大量新技術、新模式的情況下，為鍛造加工過程的自動化技術應用提供了更多機遇。首先，我國計算機控制技術不斷進步的環境背景下，形成了多種類型的，鍛造加工自動化軟件產品，尤其是伺服驅動步進梁機械手與相互配套的軟件系統，能夠有效控制多關節機器人，不僅可以進行批量化的自動化生產，還能降低加工成本、提升產品的可靠性，形成良好的硬件和軟件基礎保障。其次，我國鍛造產品的消費者與高端客戶已經提出了產品質量要求，只有引進先進的自動化技術，才能預防人為操作過程中可能會產生的質量影響因素問題，同時還能在技術的支持下加快加工速度，減少人力資源的占用量，形成機械化的發展模式，我國的鍛造加工自動化技術發展與西方國家的發展存在一定差異，上個世紀末期階段，西方發達國家就已經開始創建較為成熟的鍛件配套技術體系，自動化水平很高，我國在鍛造加工的過程中，也可以積極引進其他國家的先進技術經驗，推動自動化技術的良好運用。

1.2 未來發展潛力空間大

雖然我國鍛造加工方面自動化技術的應用時間很晚，但是未來的發展潛力空間大。目前在鍛造加工流程中已經從單個機械設備的自動化控制轉變成為生產線的剛性與柔性的自動化發展模式，未來勢必會向著智能化的方向進步，形成智能化鍛造的生產、加工機制。其中的單個機械設備自動化控制，能夠幫助鍛造加工生產期間解決傳統手工操作的復雜性工序問題，但是對人工操作也有一定的依賴性。而生產線的剛性自動化則是將生產所使用的機械設備和PLC系統中的I/O硬件之間相互連接，不再依賴于人工操作，生產線的柔性自動化則能夠為整體鍛造加工、鍛造生產提供更為先進的自動化技術支持，主要因為柔性自動化控制系統運行的過程中，可以將現場總線作為基礎部分，通過網絡系統銜接各個單個的機械設備，形成高級性的控制架構，動態化監控鍛造生產各個單元、每個單元之間的相互作用情況，準確獲取其中的生產數據信息，及時快速診斷故障問題，做好產品的更換操作工作、獨立性生產單元的處理工作、生產線的整體啟動和清孔工作、優化生產參數信息的工作等。柔性自動化生產技術的應用依托于優化性的網絡系統、網絡架構、PL系統與安全總線技術、鍛造生產方面的專家控制與遠程監控系統、多種類型的柔性與優化技術，先進技術的支持下增強鍛造生產方面、架構方面的自動化技術應用水平[1]。

1.3 自動化技術應用優勢多

當前我國多數鍛造生產的工作領域中，所使用的機械設備過于簡陋，加工環境非常差，甚至依賴人工操作的形式，不僅生產效率難以提升，還不能確保產品的質量，操作工作人員的勞動強度與壓力很高，很容易出現風險隱患問題，并且在鍛造加工流程中零上1200攝氏度的溫度很容易引發高溫灼傷的風險，紅熱鍛件所散發的熱輻射會導致人體受到一定的危害，加熱爐在燃燒期間的煙塵會使得空氣之內出現高濃度的有毒成分，設備生產期間噪聲的分貝很高，可能會導致操作人員的聽力系統和視覺神經受到損害，如果高噸位鍛壓設備不能合理安裝，很容易在震動松動脫落的情況下引發人員安全事故。而在使用自動化控制技術的過程中，很多加工工序都可以利用機器人或是自動化系統代替人工操作，有效預防諸多的安全隱患問題，同時還能在自動化技術應用期間加快裝料卸料速度，修正工件的部分，定時性、定量性、準確性操作，減少工作人員的工作強度，提升現場區域的安全性和產品質量管理效果，由此可見，鍛造加工過程使用先進的自動化技術具有很多優勢，企業應予以一定程度的重視，將自動化技術引入鍛造加工流程、加工環節，改善生產現狀保證整體項目的發展水平[2]。

2 鍛造加工過程自動化技術的應用建議

2.1 強化自動化改造的力度

鍛造加工自動化技術應用的過程中，應強化現有設備的自動化改造力度，按照不同設備的特點與狀況，合理執行相應的改造工作，滿足企業的高質量加工生產需求。①目前我國多數鍛造生產企業所使用的裝備、設施等非常落后，很難使用現代化的總線控制自動化技術實現良好的改造升級目的，對于此類設備應該合理使用單機自動化的技術方式，降低人員的工作量、操作強度，控制生產成本，盡可能杜絕因為人工操作失誤或是其他問題引發產品生產質量的缺陷[3]。②使用先進自動化技術最為重要的就是確保工藝流程的穩定性、可靠性，強化加工系統、生產系統的技術改造升級力度，在使用自動化技術的同時不斷進行各個關鍵工序的自動化升級處理，例如：預鍛關鍵工序、終鍛關鍵工序，可以保留人工作業的形式，預防生產線出現停機的現象，而模鍛錘的關鍵工序則可以使用全部自動化技術進行改造處理。③生產環節中重點關注中小型熱模鍛的生產環節、關鍵工序方面，可以使用先進的步進梁機械手實現最終的自動化升級、自動化操作目的，對于大型模鍛加工環節則可以將很多臺機器人設備相互協同性的進行操作，起到一定的自動化加工、自動化生產作用、④企業在生產加工自動化升級改造方面應重視技術人員、維修人員、保養人員的專業素質，建設高素質人才隊伍，保證自動化系統、技術的良好應用[4]。

2.2 完善自動化生產線

鍛造企業在加工的過程中使用先進自動化技術，應重視生產線的完善和優化，加大改革的力度，發揮自動化技術在生產線中的作用價值，保證整體生產系統、機械設備的自動化水平。例如：積極借鑒其他企業的成熟經驗、成功做法，創建熱模鍛造自動化生產線、多條自動化生產線，使用總線系統實現整體控制，設置雙層總線的電氣控制架構，上層部分通過遙控裝置和技術有效控制，下層部分則通過現場系統完成各項控制任務，借助先進的自動化技術有機整合、銜接加熱爐設備、壓力機設備、沖孔機械設備、整形與切邊機床設備、裝卸傳送設備等，最終形成全面性自動化生產的模式。自動化生產線系統實際應用的過程中，可預先設置半自動化、全自動化、手動操作的模塊，確保在各類條件下都能滿足鍛造加工的需求。與此同時，在創建自動化生產線體系的過程中，還應重點完善工藝流程模式，積極設計和創建自動化上料系統，下料系統物流保障系統，在其中合理應用自動化噴淋潤滑冷卻裝置，使用多關節機器人設備，定時吹掃模具腔體部分和鍛件的表面部分，去除氧化皮和雜質，提升表面質量水平，按照生產技術標準指標要求等嚴格控制尺寸精確度，最高程度上延長模具的使用壽命，保證生產的性能、效果、質量水平[5]。

2.3 完善自動化控制系統架構

2.3.1 設計硬件部分

鍛造加工的自動化控制系統架構設計的過程中，硬件部分非常重要，企業應結合鍛造加工過程中所使用的去氧化皮機械設備、切邊機設備、可控冷卻線設備等信號切換的需求、信號邏輯復雜性的特點，設計主控CPU的硬件部分、觸摸屏的部分，以此為基礎創建人機交互界面，同時在硬件系統中設置不同設備的信號交換輸入模塊、輸出模塊、通訊模塊，提升數據通訊的便利性，增強硬件設備與系統的擴展性能，更好的和以太網系統平臺之間相互銜接[6]。

2.3.2 設計軟件的部分

自動化控制架構的軟件部分應重點設置PLC系統、MHI系統，使用模塊化的編程措施處理，設置主循環程序結構，在程序的各個循環周期之內都可以逐條性的運行，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循環周期之內都可以按照生產需求調用處理，涉及到機器人信號接口模塊、去氧化皮設備信號接口模塊、可控性的冷卻線信號接口模塊。而程序功能模塊屬于特殊性的部分，可以自動化切換、跳轉觸摸屏幕窗口，具有安全鎖信號控制功能、鍛造生產線的循環控制功能、自動化故障診斷報警功能、生產線組織管理功能等，發揮軟件在自動化技術應用過程中的價值[7]。

在使用PLC軟件和程序的過程中應按照鍛造加工的特點、生產需求等，合理設計人機交互的界面，主要就是機器人界面、參數設置界面、生產線狀態監測界面、報警查詢的界面，其中的機器人界面在應用的過程中，可以嚴格控制機器人與其他類型設備的信號和自動化應用模式。參數設置界面則可以幫助鍛造加工部門嚴格設置不同設備、不同操作的參數信息，尤其是高溫加工的部分，機器人手爪無法長時間進行工件的抓取，此情況下利用參數設置界面就可以嚴格控制機器人手爪的等待時間、抓取工件時間等，預防出現生產控制的難題。狀態監測的界面可以動態性、全面性的監控機器人信號、機械設備信號、生產信號，及時發現鍛件的質量或是缺陷問題，針對性的應對與解決問題，保證系統的良好運作、可靠運行。報警查詢界面則可以為自動化加工的技術人員和工作人員及時性的提供設備運行故障報警信息、生產線問題的報警信息，為自動化完成生產工作、加工工作提供保障。另外，為確保自動化生產軟件的合理設計、優化，還應重點編寫機器人程序，按照鍛件的生產需求、自動化改造升級的特點，高質量編寫TP程序與PC程序，通過完善程序的內容、健全程序的體系和機制，維護自動化技術的創新性應用水平，例如：PC程序編寫的過程中按照鍛造加工的內容和程序，使用仿真軟件編程處理，確保系統能夠實現機器人的特殊功能。TP程序編寫的過程中也可以與PC程序相互聯系，保證自動化系統、程序的良好應用[8]。

3 結語

綜上所述，我國在鍛造生產加工的過程中傳統的技術、加工模式已經無法滿足當前的高質量加工生產需求，合理使用先進自動化技術并且轉型升級勢在必行，是提升鍛造質量、生產水平的重要措施。因此新時期的環境下鍛造企業應重視自動化技術的應用，強化自身設備和系統的改造力度，完善自動化生產線，合理設計控制系統的軟件與硬件。