机械制造应用自动化技术的分析

2020-12-24刘凯

中国新技术新产品 2020年21期

刘凯

（吉林职业技术学院，吉林龙井 133400）

在现代机械设计制造工业中，数控加工技术、绿色环保的制造技术、绿色环保的制造技术和自动化技术贯穿于产品从生产到使用的整个流程中。其中，自动化技术更是其他所有机械设计与制造的基础。

1 自动化技术在机械制造业的发展现状

在机械制造与应用自动化的发展过程中，机械制造与应用自动化不断地从电气自动化、计算机技术、信息技术和材料等学科或研究方向吸收融合，交叉渗透，机械制造与自动化早就不那么“机械”，具备了综合性和前沿性等特点。现阶段，我国机械设计制造的需求随着经济的发展而逐渐上涨，而机械设计制造及其自动化相关企业本质上是逐利的，这时需要通过提高生产效率与质量的方法增加企业的生产水平[1]。从产品的加工—装配—质检—运输过程入手，可以将机械制造业中的自动化技术分为四类。

1.1 加工制造过程

自动化在产品加工制造过程中采用一定规模与数量的自动化机械加工装备来完成产品的自动化循环加工，并且自动化装卸。可以减少人工在加工生产过程中简单重复但繁重的体力劳动[2]，在这个过程中，数控机床、车床以及多种类型的自动化加工装置分别发挥作用，在产品大批量的生产过程中，机械加工自动化企业通常还有流水作业、加工步骤以及工序自动化步骤或程序，构建自动化生产线，促进产品的自动化加工水平的提高。

1.2 调整和装配

自动化加工制造阶段生产出的产品通常是零部件，要通过调整与组装做出最终产品，因此，可借助具备自动化功能的搬送、调整、检查机连接设备完成工作，将生产的零部件进行调整并组装成目标组件、部件、套件等产品。这是机械设备制造过程中十分重要的环节，也是机械设备加工制造过程的最后一步。图1是自动化装配线。

1.3 质量检测过程

自动化在产品经过制造和组装后变为大件或套件，需要按照一定的标准对出场总产品进行质量检测，保证其合格出厂。而传统的人工检测无法对很多新型材料、组件以及复杂的加工设备进行快速、保质、高效的检测[3]。这些设备可能会应用于计算机、现代制造、人工智能，因此要保证检测的精度和效率，这些新型的材料及设备增加了质量检测的难度。正因为新型的机械自动化质量检测及相关设备的识别技术在产品质检过程中的重要性，所以需要加大产品质量检测的发展力度。图2是自动化检测流程。

图1 自动化装配线

图2 自动化检测流程

1.4 运输供应自动化

产品经过加工、装配和质检合格后，可以选择投入市场使用，这时产品需要向外运输。因此，机械制造流程的运输供应系统承担了产品的主要运输功能。物运输供应系统的主要作用是将机械制造流程制造的产品运输到特定仓库或者其他储存场所。运输完成后，产品经过输送物料的机械装置运到相应位置。

1.5 机械制造自动化的研究成果

付新宇[4]设计研究了钢带调直系统连续送料与自动剪切系统间断工作控制系统，利用编程软件对控制程序进行了设计，各类组态软件对人机交互界面进行设计，实现了全自动生产设备。通过实验验证表明，钢带调直系统连续送料与自动剪切系统间断工作控制系统可以使焊接设备系统进行步进焊接、剪切和连续自动生产，提高了生产效率。柴春花等人[5]设计了整套自动化焊接设备用来解决洗衣机内胆圆筒的焊接问题。设备包括板料上料工位、卷绕工位、搬运工位、夹紧夹具、焊接工位及下料工位。板料上料工位采用批量上料方式。对单个板料进行真空吸附上料。通过卷绕工位将平板材料卷绕成圆筒状，对内胆圆筒进行横向及纵向2个维度的夹紧，最后对焊缝进行焊接，检测接管时显示已达到密封效果。图3是自动化焊接设备。

图3 自动化焊接设备

2 自动化技术在机械制造中的应用特点

2.1 提高加工制造过程的安全系数

机械制造自动化技术集合了自动化技术、计算机技术和机械制造等多学科知识，与传统机械制造过程相比，机械加工制造的自动化可以显著减少生产流水线的工人体力劳动的工作量，在增加工人生产水平的同时，自动化技术的普及应用也减少了流水线工人接触机床加工时的一些危险操作的机会，这就使工作人员在产品生产加工过程中受工伤概率大大降低，安全隐患大幅度减少。

2.2 保证产品质量稳定

产品质量非常重要，企业在生产加工及质量检测过程中都要保证生产加工规范，而机械制造自动化可以实现生产的规模化、标准化、系统性与高精度，所以在实际生产过程中，自动化设计人员可以根据实际生产要求，设计与调整自动化控制程序，按照程序设定，自动化生产设备生产的产品可以避免传统机械制造业在生产产品制造中可能因人为操作导致的误差，提高产品的合格率和出场率，自动化系统和设备也可以实现产品流水线生产保证产品质量稳定的同时也可以增加生产效率，根据实际情况实时监控流水生产线并调整加工方案，对产品和系统的问题进行修缮，进一步保证生产过程中产品质量。

2.3 节约成本

机械制造企业也需要盈利，因此产品生产效率越高，相同时间内创造的劳动价值就越高；另一方面，产品的品质越高在企业竞争中的优势也越大，既可以防止垄断，又能促进全行业共同发展；同时，企业的机械制造自动化技术水平的提升也可以促进劳动形式的转变，从传统人工体力劳动为主导的模式向以高精度、标准化和高效率为特色的生产模式发展。将密集型体力劳动更多地转变为高效率脑力劳动，有利于人工成本降低。

3 自动化技术在机械制造中的应用发展趋势

3.1 智能化的发展前景

在机械设计与制造过程中，计算机网络技术的使用可以对产品在加工、组装、质检与运输的全过程进行控制，促进机械制造的精度的提高，最终实现生产效率的提高。在智能化发展阶段，为了确保机械设计与制造各个环节的准确性和高生产水平，可以将众多学科的前沿科学技术相结合，更高效、更顺利地完成机械制造企业的生产任务，控制错误的产生并促进生产水平提高。借助前沿的智能技术如云分析处理、云储存、物联网和人工智能的发展，使许多电子产品的功能变得丰富多样，电子信息产品具有更强大的功能，这可以令生产加工的整个操作过程变得多样化和简化，促进了机械设计和制造的应用和发展水平的提升。

3.2 集成网络化的发展前景

在机械制造过程中，集成和自动化技术有机地结合在一起，对实际生产中的不合理因素进行重新分析，置换和组合，并将数据输入处理系统中进行数字转换后进行记录和处理，这就需要用网络技术作为连接桥梁。因此，在机械设计和制造的过程中，合理地使用计算机和大数据储存等技术进行集成和存储，分析和处理相关的信息资源。不仅如此，物联网实现了控制技术和远程监控相结合,调节和控制机械设计和制造的整个过程。基于网络的新型存储、分析、控制技术的应用可以改变整个生产过程的方式，在实际生产过程中对于不同需求进行调整改进，从而最终完成机械设计和制造自动化应用功能的整体改进，并且随着电子与信息技术的蓬勃发展，自动化技术与机械设计制造界限逐渐模糊。

4 机械视觉技术在机械制造自动化中的具体应用

机械视觉技术是结合网络信息技术和电子技术，用计算机信号对人类视觉功能进行模拟，从而收集事物信息。机械视觉借助影像识别，可以做到现场精密测量和智能监控，为不同的工业制造提供了准确数据，制定了有效的检测方案，提供了数据校对。

4.1 机械工件检测应用

由于检验员质量参差不齐，在长时间的工作时间内出现疲劳和视觉分辨率降低的问题，因此产品质量容易受到人工检测的影响，导致企业市场经济竞争力的失效和机械零件使用的隐患。有效利用机器视觉技术，一方面可以有效解决人工检测质量不足的情况，通过相对完善和严格的控制参数，有效地利用智能计算机和自动识别系统对零件表面进行检测，从而更详细地列出数据清单，为检测结果的准确性提供了保障，促进了企业经济发展；另一方面，该技术的应用可以准确地反映计算机控制端的测试数据，确保制备过程能够得到有效的参考，这也为配件质量水平的提高提供了一个研究平台，同时也保证企业在市场环境中的有利地位。

4.2 机械工件测量应用

4.2.1 精确测量特殊零件数据

机械视觉技术通过与基准材料的间距比较，可以有效地对特定零件进行精细测量，其中检测系统包括计算机、相机和光学系统。其工作原理是测量零件在平行光束中的投影，用显微光学镜验证零件的轮廓，并将数据放大并引导进计算机中以获得成像数据。为了获得准确的位移参数，在镜头场内移动部件，使其暴露在镜头视野范围中，以确保精确的测量数据。

4.2.2 进行工件测量预调

机器视觉技术可以实现工件测量预调。以前工件的预调整测量方法是利用光学投影定位，利用光栅数显表进行测量和读取。这种方法技术水平高，消耗的人力资源多，但是工作效率很难提高。应用传统的测量方法和机器视觉技术使用新型预调测量仪，添加自动控制技术、计算机系统处理技术，在机器视觉技术的基础上增加了光栅技术，改变了原来的预调测量方法，使操作流程简化，大大提高了工作效率和准确性。