自动化技术在机械设备制造中的应用

2021-07-05聂鑫

电子技术与软件工程 2021年10期

聂鑫

（东岳机械股份有限公司山东省临沂市 276000）

从目前科技发展现状来看，自动化生产已经成了这个时代的主要发展趋势。要想获得质量更高、品质更好的产品，应用自动化的机械设备是其最佳途径，同时自动化机械设备能够在保证质量的基础上来取得良好的经济收益，为人们的生活方面带来了便捷的条件，将国家的综合实力凸显了出来。

1 自动化技术在机械制造过程中的应用

不管是在工业生产还是其他领域中，机械制造都具有十分重要的作用，而通过自动化技术可以有效提高机械制造生产的水平，进而提高制造效率，从根本上减少投入成本。伴随着自动化技术应用的日益成熟，在未来必定会成为机械制造生产过程中的核心技术。比如，在现代化纺织生产过程中，由于机械制造生产过程对精密度的要求特别高，所以传统的生产手段无法满足，为了能够跟紧时代的发展趋势，机械制造自动化生产的应用必不可少。

在机械制造过程中应用自动化技术，首先需要设计出相应的应用软件，根据实际生产需求，再结合系统功能，利用计算机技术、网络技术来对机械设备进行自动化控制。控制软件需要以模块式的思路进行设计，在具体设计过程中，需要综合考虑硬件系统和软件系统之间的协调性，确保其能够对各自的职能进行控制。比如：在控制电路系统设计时，数据模块和选址模块之间要进行配合，确保控制元件和机械设备能够进行良好的衔接，提高其系统的运行效率。其次要制定出具有良好可行性的自动生产工序，在实际生产过程中，根据具体生产要求，来构建三维机械模型。在具体应用时，利用Pro/E 模型来构建机械制造基础设备的CAD 模型，然后再利用自动化系统建立起NC 程序，将数字控制机床作为主要载体，对机械设别进行智能化控制。并且CAD 模型和NC 程序的相关数据必须要符合基本的生产标准，根据产品的更新情况，来利用UCS 工具对程序参数进行优化。机械制造自动化工艺生产流程如图1所示。

图1：机械制造自动化生产工艺流程

1.1 自动化技术在机械设计智能化制造中的应用

现如今，自动化技术正在逐渐渗透到机械设计当中，对这些技术进行整合和利用不仅能够促进机械化的发展，同时还能够有效提高机械设备的整体运行效率和质量。应用智能化技术主要是为了将相应的思维能力传输到机械设备中，使其具备特定的判断能力，让设备能够执行多样化的操作，做到机械设备生产自动化。为了能够充分显现精神活动的主要特征，需要将其与现实生活结合在一起，并通过合理的方法来调整技术工具使其变得更加具体合理化，能够按照相应的指示来执行各种任务。所以，自动化技术在机械设备制造过程中的应用，还能够有效减少机械工业和制造业方面人才资源短缺的情况。此外，自动化技术自身独特的优势可以提高设计和生产过程中的机制效率，也能够使机械设备在生产过程中提高生产效率，在开发并制造智能能源应用程序过程中，自动化机械设备通常被认作为人工智能系统。在实践应用方面，这一系统具有较为理性的科学应用，能够利用一些先进的高科技设备和相关软件对机械制造的过程进行控制。在此作用下，不仅可以将自动化技术应用的合理化充分发挥出来，同时还能够保证最基本的自动化机械设备发展。

1.2 自动化技术在机械设计制造数控中的应用

在机械制造过程中应用自动化技术，如果缺少了数字的控制和影响，那么就无法顺利应用到实践当中。从实际应用情况来看，数控实际上使机械制造过程中的重要组成部分，从这一点来看，数字控制技术就与传统的手动控制技术大有不同。在实践应用过程中的数字控制技术主要能够将计算机技术、数字技术以及兼容技术充分发挥出来。这不仅能够将不同技术之间的优势进行协调，同时还能够从整体上提高机械设备的运行效率。数控技术在机械制造中的具体应用不仅可以带来良好的结果，还能够将数控技术作为未来机械制造的主要趋势。从目前情况来看，芯片控制技术在当前的应用中最具有研究价值，尤其是机械自动化技术的具体应用，能够将这部分价值充分发挥出来。但是需要重点注意的是，即使数字控制技术具备一定的自动化特征，但是仍然需要人工的方法进行控制，进行这一过程的目的就是为了一旦出现了误差和缺陷的情况，就可以利用数控技术在第一时间进行解决。数控车削加工自动化编程流程如图2所示。

图2：机械制造数控车削自动化编程流程

1.3 自动化技术在机械设计制造虚拟化过程中的应用

在机械制造过程中，虚拟化技术是其关键的组成环节。自动化机械制造中的虚拟化技术，不仅可以加强自动化技术的应用效果，同时还能够从根本上提高机械制造的效率。虚拟化的具体应用，通常是在机械制造设计完成之后，不直接进行相应的制造生产，而是利用虚拟化技术的应用优势来对生产制造过程进行模拟，这样不仅可以对现有制造过程中的问题进行分析，同时还能够将整个过程都赋予全面性的特征，确保机械制造产品的质量能够通过审核。利用这样的方式，可以确保机械制造最终的生产结果有一个充足的保障，避免出现一些不合规矩的设计，同时还能够做到最大限度的节约成本。由此可见，将自动化技术合理应用与机械制造生产过程中，可以将虚拟化技术的特点充分体现出来。在虚拟化技术下的生产过程可以避免一些在日常经营过程中产生的一些不必要的经济损失。虚拟化技术在当前机械制造过程中的应用十普及，并且应用过后的整体效果也十分优良。

1.4 自动化技术在机械设计制造网络化过程中的应用

伴随着时代的进步和科技的发展，我国已经全面步入了网络化、信息化的时代。各种不同类型的技术得到了开发和研究，网络时代的到来和科学技术的合理应用，对社会各个行业领域都产生了不同程度的积极影响。在此发展背景下，合理应用自动化技术，可以将网络化特点充分体现出来。大多数自动化技术在具体应用过程中，都需要与互联网之间建立起联系，也就是利用网络化技术的手段来有效应用自动化技术，由于网络本身就具有开放性和便捷性的特点，因此通过将自动化技术和网络技术相结合，不仅能够将机械制造的整个生产过程进行优化，同时还能使技术得到有效的优化和完善。

2 机械制造生产过程中的自动化技术

2.1 刀具自动化

在机械制造金属切削过程中，通常会用到一些十分关键的切削工具，也就是所谓的刀具。刀具是整个机械制造系统的核心，它不仅可以应用于普通车床生产当中，还可以应用于数字车床切削当中，因此刀具在各种切削工作中都具有十分重要的作用，并且应用范围也十分广泛。然而刀具自动化的具体作用就是在机械加工生产过程中将选刀、对刀以及换刀工作实现自动完成。

2.2 柔性制造系统和集成制造系统

应用柔性制造系统的实质就是将计算机以及柔性工作站等相关技术应用到机械生产储存和集成制造过程中。柔性制造系统通常包括柔性装配系统和柔性加工系统。在柔性制造系统中有一种部件叫做柔性自动线，它的作用就是利用一些固定的运输方法将一些加工装置固定连接在一起，使其能够在生产过程中大量的应用。而计算机集成制造系统可以看作为一种现代化组织哲理，该系统能够将这一哲理充分体现出来，从简单角度分析来看，CIMS 理论的建立基础就是CIM 哲理。CIMS 理论说的就是利用信息化、自动化等技术，在计算机以及各种软件系统中进行集成之后，制造出的一种智能化系统，这一系统能够广泛应用于各种品种当中，还能够实现批量生产，这样就能够从整体上提高经济效益。CIM 并不是普通的自动化技术，而是一种附带战略特点的方法，该技术不仅投入的成本较低，还能够提高机械制造企业在市场当中的核心竞争力。

2.3 装配过程自动化

从自动化装配过程角度来看，其主要意义就是在技术规章制度的约束下，将其应用于搬运以及检查等操作技术当中，将机械制造生产过程中一些分散的零部件进行组装，使其变成一个完整的产品。自动化装配技术不仅可以作为生产系统中的重要组成部分，同时还决定着机械生产的最终质量。机械装配自动化技术的出现，为制造行业带来了更多高质量的产品，将生产效率最大化地提高，是当今时代一种十分伟大的战略目标。

3 实际案例应用

在机械生产制造过程中，机械臂能够有效提高生产速度，减少机械制造生产安全风险。机械臂在人员设计过程中主要采用的是蛇形结构，应用的是全驱动的模式。机械臂主要是由套筒以及各种灵活的关节构成的。

在机械臂最初的设计阶段，需要保证机械臂在应用过程中的灵活性，这一机械套筒总共可以分为八节，将这八个万向节连组合在一起。两个彼此邻近的套筒利用关节进行连接，这样能够实现多角度自由灵活的转动，以此来适应各种复杂的机械制造生产环境。机械臂的关节部位为中空状态，电缆能够轻松从其中穿过，进而能够对机械臂尾端的零部件进行合理掌控，对机械臂的正常转动不会造成严重影响。

同时，机械臂弹簧部件连接着预警装置。弹簧能够始终保持绳索力，如果突然产生了较大力量的外部荷载，那么弹簧就可以自动调整机械手臂，确保蛇形的机械臂能够安全运行。在设计螺母过程中，设计人员应用了轮滑槽的方式，将导轨槽集中在一个单一零件上，这样可以大大降低装配工作的难度。从整体设计情况来看，机械臂的材质较轻，自身最大的重量就是基座的位置，这样的设计结构可以让机械臂在应用过程中更加牢固。

机械臂应用的就是模块式的设计方法，利用驱动器使关节进行活动。关节位置总共设计了六轴加速度计MPU6050，可以有效的输出模块的姿态。而控制系统当中应用了内部集成控制系统。在此控制系统内主要应用覆盖了很多控制板和主控板。并且系统中应用了CAN 总线通信，能够界定不同节点的ID 地址，使其下位机能够与主控板之间进行通信。主控板将指令以最快的速度传输到CAN总线。

另外，机械自动化的发展取代了传统的机电产品。大多数自动化机械设备都具有自我控制和独立处理功能，与传统设备相比精确度和灵敏度都得到了明显提高，通过自动化机械控制能够使其按照预先设计的程序完成工作。在自动化技术的促使下，机械设备的稳定性得到了显著提高，自动化的生产机床要比传统生产机床的生产效率高出6 倍，柔性的制造系统的机械设备利用率也会提高到2‐5 倍，机床的整体数量减少了50%左右，实际操作员工也减少了45%，产品生产的整体周期缩短了50%，成产成本也降低了近30%左右。