锻造加工过程自动化技术的应用

蔡东颖

（宝鸡钛业股份有限公司，陕西 宝鸡 721014）

锻造加工过程使用先进的自动化技术，主要是通过工业机器人设备和系统取代传统的人工操作形式，尤其是加热炉锻件推动方面、锻造加工流程的装卸操作方面、整形和切边的环节，合理应用自动化技术不仅可以简化工艺流程、降低人员的工作强度，还能有效改善锻件的表面质量，降低加工过程中的切削余量，最高程度上促使生产效率与效果的提升。

1 锻造加工过程自动化技术应用的可行性

1.1 技术基础保障

我国锻造行业发展的进程中已经从之前的传统性手工操作转变成为现代化的机械设备生产模式，技术变革、转型升级的进程中，机械自动化水平有所提升，尤其在出现大量新技术、新模式的情况下，为锻造加工过程的自动化技术应用提供了更多机遇。首先，我国计算机控制技术不断进步的环境背景下，形成了多种类型的，锻造加工自动化软件产品，尤其是伺服驱动步进梁机械手与相互配套的软件系统，能够有效控制多关节机器人，不仅可以进行批量化的自动化生产，还能降低加工成本、提升产品的可靠性，形成良好的硬件和软件基础保障。其次，我国锻造产品的消费者与高端客户已经提出了产品质量要求，只有引进先进的自动化技术，才能预防人为操作过程中可能会产生的质量影响因素问题，同时还能在技术的支持下加快加工速度，减少人力资源的占用量，形成机械化的发展模式，我国的锻造加工自动化技术发展与西方国家的发展存在一定差异，上个世纪末期阶段，西方发达国家就已经开始创建较为成熟的锻件配套技术体系，自动化水平很高，我国在锻造加工的过程中，也可以积极引进其他国家的先进技术经验，推动自动化技术的良好运用。

1.2 未来发展潜力空间大

虽然我国锻造加工方面自动化技术的应用时间很晚，但是未来的发展潜力空间大。目前在锻造加工流程中已经从单个机械设备的自动化控制转变成为生产线的刚性与柔性的自动化发展模式，未来势必会向着智能化的方向进步，形成智能化锻造的生产、加工机制。其中的单个机械设备自动化控制，能够帮助锻造加工生产期间解决传统手工操作的复杂性工序问题，但是对人工操作也有一定的依赖性。而生产线的刚性自动化则是将生产所使用的机械设备和PLC系统中的I/O硬件之间相互连接，不再依赖于人工操作，生产线的柔性自动化则能够为整体锻造加工、锻造生产提供更为先进的自动化技术支持，主要因为柔性自动化控制系统运行的过程中，可以将现场总线作为基础部分，通过网络系统衔接各个单个的机械设备，形成高级性的控制架构，动态化监控锻造生产各个单元、每个单元之间的相互作用情况，准确获取其中的生产数据信息，及时快速诊断故障问题，做好产品的更换操作工作、独立性生产单元的处理工作、生产线的整体启动和清孔工作、优化生产参数信息的工作等。柔性自动化生产技术的应用依托于优化性的网络系统、网络架构、PL系统与安全总线技术、锻造生产方面的专家控制与远程监控系统、多种类型的柔性与优化技术，先进技术的支持下增强锻造生产方面、架构方面的自动化技术应用水平[1]。

1.3 自动化技术应用优势多

当前我国多数锻造生产的工作领域中，所使用的机械设备过于简陋，加工环境非常差，甚至依赖人工操作的形式，不仅生产效率难以提升，还不能确保产品的质量，操作工作人员的劳动强度与压力很高，很容易出现风险隐患问题，并且在锻造加工流程中零上1200摄氏度的温度很容易引发高温灼伤的风险，红热锻件所散发的热辐射会导致人体受到一定的危害，加热炉在燃烧期间的烟尘会使得空气之内出现高浓度的有毒成分，设备生产期间噪声的分贝很高，可能会导致操作人员的听力系统和视觉神经受到损害，如果高吨位锻压设备不能合理安装，很容易在震动松动脱落的情况下引发人员安全事故。而在使用自动化控制技术的过程中，很多加工工序都可以利用机器人或是自动化系统代替人工操作，有效预防诸多的安全隐患问题，同时还能在自动化技术应用期间加快装料卸料速度，修正工件的部分，定时性、定量性、准确性操作，减少工作人员的工作强度，提升现场区域的安全性和产品质量管理效果，由此可见，锻造加工过程使用先进的自动化技术具有很多优势，企业应予以一定程度的重视，将自动化技术引入锻造加工流程、加工环节，改善生产现状保证整体项目的发展水平[2]。

2 锻造加工过程自动化技术的应用建议

2.1 强化自动化改造的力度

锻造加工自动化技术应用的过程中，应强化现有设备的自动化改造力度，按照不同设备的特点与状况，合理执行相应的改造工作，满足企业的高质量加工生产需求。①目前我国多数锻造生产企业所使用的装备、设施等非常落后，很难使用现代化的总线控制自动化技术实现良好的改造升级目的，对于此类设备应该合理使用单机自动化的技术方式，降低人员的工作量、操作强度，控制生产成本，尽可能杜绝因为人工操作失误或是其他问题引发产品生产质量的缺陷[3]。②使用先进自动化技术最为重要的就是确保工艺流程的稳定性、可靠性，强化加工系统、生产系统的技术改造升级力度，在使用自动化技术的同时不断进行各个关键工序的自动化升级处理，例如：预锻关键工序、终锻关键工序，可以保留人工作业的形式，预防生产线出现停机的现象，而模锻锤的关键工序则可以使用全部自动化技术进行改造处理。③生产环节中重点关注中小型热模锻的生产环节、关键工序方面，可以使用先进的步进梁机械手实现最终的自动化升级、自动化操作目的，对于大型模锻加工环节则可以将很多台机器人设备相互协同性的进行操作，起到一定的自动化加工、自动化生产作用、④企业在生产加工自动化升级改造方面应重视技术人员、维修人员、保养人员的专业素质，建设高素质人才队伍，保证自动化系统、技术的良好应用[4]。

2.2 完善自动化生产线

锻造企业在加工的过程中使用先进自动化技术，应重视生产线的完善和优化，加大改革的力度，发挥自动化技术在生产线中的作用价值，保证整体生产系统、机械设备的自动化水平。例如：积极借鉴其他企业的成熟经验、成功做法，创建热模锻造自动化生产线、多条自动化生产线，使用总线系统实现整体控制，设置双层总线的电气控制架构，上层部分通过遥控装置和技术有效控制，下层部分则通过现场系统完成各项控制任务，借助先进的自动化技术有机整合、衔接加热炉设备、压力机设备、冲孔机械设备、整形与切边机床设备、装卸传送设备等，最终形成全面性自动化生产的模式。自动化生产线系统实际应用的过程中，可预先设置半自动化、全自动化、手动操作的模块，确保在各类条件下都能满足锻造加工的需求。与此同时，在创建自动化生产线体系的过程中，还应重点完善工艺流程模式，积极设计和创建自动化上料系统，下料系统物流保障系统，在其中合理应用自动化喷淋润滑冷却装置，使用多关节机器人设备，定时吹扫模具腔体部分和锻件的表面部分，去除氧化皮和杂质，提升表面质量水平，按照生产技术标准指标要求等严格控制尺寸精确度，最高程度上延长模具的使用寿命，保证生产的性能、效果、质量水平[5]。

2.3 完善自动化控制系统架构

2.3.1 设计硬件部分

锻造加工的自动化控制系统架构设计的过程中，硬件部分非常重要，企业应结合锻造加工过程中所使用的去氧化皮机械设备、切边机设备、可控冷却线设备等信号切换的需求、信号逻辑复杂性的特点，设计主控CPU的硬件部分、触摸屏的部分，以此为基础创建人机交互界面，同时在硬件系统中设置不同设备的信号交换输入模块、输出模块、通讯模块，提升数据通讯的便利性，增强硬件设备与系统的扩展性能，更好的和以太网系统平台之间相互衔接[6]。

2.3.2 设计软件的部分

自动化控制架构的软件部分应重点设置PLC系统、MHI系统，使用模块化的编程措施处理，设置主循环程序结构，在程序的各个循环周期之内都可以逐条性的运行，形成良好的接口模块与程序功能模块。其中的接口模块在各个循环周期之内都可以按照生产需求调用处理，涉及到机器人信号接口模块、去氧化皮设备信号接口模块、可控性的冷却线信号接口模块。而程序功能模块属于特殊性的部分，可以自动化切换、跳转触摸屏幕窗口，具有安全锁信号控制功能、锻造生产线的循环控制功能、自动化故障诊断报警功能、生产线组织管理功能等，发挥软件在自动化技术应用过程中的价值[7]。

在使用PLC软件和程序的过程中应按照锻造加工的特点、生产需求等，合理设计人机交互的界面，主要就是机器人界面、参数设置界面、生产线状态监测界面、报警查询的界面，其中的机器人界面在应用的过程中，可以严格控制机器人与其他类型设备的信号和自动化应用模式。参数设置界面则可以帮助锻造加工部门严格设置不同设备、不同操作的参数信息，尤其是高温加工的部分，机器人手爪无法长时间进行工件的抓取，此情况下利用参数设置界面就可以严格控制机器人手爪的等待时间、抓取工件时间等，预防出现生产控制的难题。状态监测的界面可以动态性、全面性的监控机器人信号、机械设备信号、生产信号，及时发现锻件的质量或是缺陷问题，针对性的应对与解决问题，保证系统的良好运作、可靠运行。报警查询界面则可以为自动化加工的技术人员和工作人员及时性的提供设备运行故障报警信息、生产线问题的报警信息，为自动化完成生产工作、加工工作提供保障。另外，为确保自动化生产软件的合理设计、优化，还应重点编写机器人程序，按照锻件的生产需求、自动化改造升级的特点，高质量编写TP程序与PC程序，通过完善程序的内容、健全程序的体系和机制，维护自动化技术的创新性应用水平，例如：PC程序编写的过程中按照锻造加工的内容和程序，使用仿真软件编程处理，确保系统能够实现机器人的特殊功能。TP程序编写的过程中也可以与PC程序相互联系，保证自动化系统、程序的良好应用[8]。

3 结语

综上所述，我国在锻造生产加工的过程中传统的技术、加工模式已经无法满足当前的高质量加工生产需求，合理使用先进自动化技术并且转型升级势在必行，是提升锻造质量、生产水平的重要措施。因此新时期的环境下锻造企业应重视自动化技术的应用，强化自身设备和系统的改造力度，完善自动化生产线，合理设计控制系统的软件与硬件。