宋 雯

（中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

在我國科學技術(shù)飛速發(fā)展的大環(huán)境下，大量先進的技術(shù)和設(shè)備被廣泛應(yīng)用到鍛造加工過程中，大大提升了鍛造加工的速度和質(zhì)量。將自動化技術(shù)應(yīng)用到鍛造加工過程中，可實現(xiàn)機械設(shè)備取代人工，并簡化鍛造加工過程，降低人工勞動強度，提升鍛造的精度，降低原材料浪費，有助于提升生產(chǎn)效率和企業(yè)的經(jīng)濟效益。

基于此，開展鍛造加工過程中自動化技術(shù)的應(yīng)用分析就顯得尤為必要。

1 自動化技術(shù)概述

自動化技術(shù)是一種融合了電子、信息、計算等新科技的綜合技術(shù)，將自動化技術(shù)與機器制造技術(shù)結(jié)合起來，可以極大地提高機械加工的精確度，大大降低人力資源的消耗，為機械加工制造企業(yè)創(chuàng)造更好的利益。同時，由于自動控制和操作更加簡便，也讓公司的工作人員省去了很多的時間去學習，可以直接進入工作崗位（除了特殊職業(yè)）。如此一來，機器制造企業(yè)的人力資源就會大大地降低，由此可見，在自動化技術(shù)的推廣和應(yīng)用之后，會給機械加工企業(yè)帶來很多的好處，可幫助機械制造企業(yè)提高市場占有率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)能，降低人工成本。

因此，對機械加工企業(yè)來說，對其進行深入的研究和運用是有益的。

2 鍛造加工中應(yīng)用自動化技術(shù)的價值

目前國內(nèi)大部分的鍛造加工企業(yè)所使用的設(shè)備都比較簡單，加工環(huán)境也比較惡劣，只能依靠手工來完成，不僅難以提高生產(chǎn)效率，而且還無法保證產(chǎn)品的質(zhì)量，工人們的勞動強度與精神壓力都很大，很容易造成安全事故。而且在鍛造加工過程中1200℃以上的溫度很容易引起高溫燙傷，而紅熱鍛件所散發(fā)的熱輻射會對人體造成傷害，加熱爐在燃燒過程中產(chǎn)生的煙霧會造成高濃度的有害物質(zhì)，在設(shè)備的制造過程中，噪聲的分貝會很高，對操作者的聽力和視覺神經(jīng)造成傷害[1]。采用自動控制技術(shù)可有效解決這一問題，可以采用機器人或者自動化系統(tǒng)來替代手工操作，從而避免了許多安全問題，而且在自動化技術(shù)的運用下，可以加速材料的裝料、卸料、調(diào)整零件，實現(xiàn)定時性、定量性、精確性操作，降低工人的勞動強度，提高現(xiàn)場作業(yè)的安全性，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，從這一點就可以看出，采用先進的自動化技術(shù)在鍛造加工流程、加工環(huán)節(jié)，可改善生產(chǎn)現(xiàn)狀，保證整體項目的發(fā)展水平。

3 鍛造加工中應(yīng)用自動化技術(shù)的要點

雖然將自動化技術(shù)應(yīng)用到鍛造加工過程中可大幅度提升加工效率、安全性、質(zhì)量，但鍛造加工過程比較復雜，工序比較多。電動化技術(shù)也由多種先進技術(shù)相結(jié)合，因此，在實際應(yīng)用中需要結(jié)合鍛造加工的特點以及自動化技術(shù)的原理，進行相互融合，相互滲透，才能發(fā)揮出自動化技術(shù)的優(yōu)勢，提升鍛造加工質(zhì)量和效率，具體的應(yīng)用要點體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，鍛造加工生產(chǎn)線自動化技術(shù)包括集成控制系統(tǒng)、取件專機、澆筑專機、鍛造機、旋轉(zhuǎn)平臺等。在實際的鍛造加工生產(chǎn)中，需要多種技術(shù)和設(shè)備相互配合，才能完成一個鍛造件的生產(chǎn)。具體的應(yīng)用過程為：在旋轉(zhuǎn)平臺上均勻布設(shè)多臺鍛造機，取件專機、澆筑專機、鍛造機等設(shè)置在旋轉(zhuǎn)平臺相應(yīng)的工位上。通過自動化集成系統(tǒng)設(shè)計好加工參數(shù)，并在旋轉(zhuǎn)平臺的帶動下，自動完成取件、冷卻、澆筑、鍛造、卸料等操作。在鍛造加工全過程中，旋轉(zhuǎn)平臺每啟動一次，鍛造機就會推進一個工位。鍛造機成功旋轉(zhuǎn)一周后，就完成一個產(chǎn)品的鍛造加工。

第二，設(shè)置鍛造加工生產(chǎn)線的主要目的是實現(xiàn)自動化鍛造加工，人工控制終端上下達操作指令后，啟動機械設(shè)備來完成鍛造加工全過程。因此，整個鍛造加工過程可進行拆分，傳統(tǒng)的鍛造加工生產(chǎn)線需要在鍛造機不動的情況下，在同一個工位上完成取件、冷卻、澆筑、合模、鍛造等操作[2]。融入自動化技術(shù)后，可將每個操作環(huán)節(jié)，分配給專職工位來完成，并利用計算機系統(tǒng)強大的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理功能，精確計算出每個鍛造加工工位完成加工動作所需的時間，以實現(xiàn)整條鍛造加工生產(chǎn)線的最優(yōu)化配置。選擇消耗時間最長的加工工位作為自動化鍛造加工的主控工位，以此工位完成加工的時間為基準，確定整條生產(chǎn)線的節(jié)拍時間，此時間要略大于基準時間。然后再根據(jù)實際加工節(jié)拍時間和鍛造構(gòu)件冷卻時間的倍數(shù)關(guān)系，確定冷卻工位數(shù)量，使其和冷卻工作數(shù)相加，就能計算出旋轉(zhuǎn)平臺的總工位數(shù)，也就是整條生產(chǎn)線可同時生產(chǎn)的鍛造構(gòu)件數(shù)量。以固定流水線的生產(chǎn)方式，完成鍛造加工全過程。由于澆筑和取件工位的溫度比較高，可用機械設(shè)備來代替人工。澆筑工位上若生產(chǎn)線節(jié)拍時間超過15s，可使用標準化的六軸機器人來代替人工。

第三，PLC 集成控制系統(tǒng)是自動化技術(shù)在鍛造加工中應(yīng)用的關(guān)鍵，為滿足鍛造加工生產(chǎn)全過程的要求，該系統(tǒng)由曲線控制系統(tǒng)、冷卻控制系統(tǒng)、澆筑控制系統(tǒng)、下芯控制系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)平臺控制系統(tǒng)、中央處理系統(tǒng)共同組成。PLC 集成控制系統(tǒng)在鍛造加工生產(chǎn)中具有很強的通用性，主要的電氣元器件包括觸摸屏、輸入電抗器、驅(qū)動器、控制單元、編程控制器等[3]。在鍛造加工生產(chǎn)全過程中，所有生產(chǎn)參數(shù)如：取件專機運行參數(shù)、澆注機運行參數(shù)、旋轉(zhuǎn)平臺運行參數(shù)的調(diào)用、增刪、保存、修改、分析、使用都可以直接在觸摸屏上完成，操作簡單快捷。自動化技術(shù)融入了伺服電機和伺服控制系統(tǒng)，能夠利用紅外線光電感應(yīng)器、選擇編碼器等電氣設(shè)備來輔助鍛造加工生產(chǎn)。相比于傳統(tǒng)鍛造加工計數(shù)器、控制器，這些先進的高科技電氣設(shè)備具有抗干擾能力強、精確度高、使用壽命長等優(yōu)勢，可惡劣的生產(chǎn)環(huán)境中持續(xù)穩(wěn)定運行，以保證鍛造加工的連續(xù)性、安全性。

4 提升鍛造加工過程中的自動化技術(shù)的應(yīng)用效果的措施

4.1 進一步完善自動化生產(chǎn)線

在采用先進的自動化技術(shù)的同時，鍛壓企業(yè)要重視生產(chǎn)線的改造與優(yōu)化，以最大限度地利用自動化技術(shù)在生產(chǎn)線上的作用，以確保全流程、機器的自動化程度。例如，我們要積極學習國外先進的經(jīng)驗與成功經(jīng)驗，建設(shè)一條全自動化的熱鍛機和幾條全自動化流水線，通過總線系統(tǒng)來進行整體的控制，并在此基礎(chǔ)上搭建一個雙層總線的電子控制框架。上層通過遙控裝置和技術(shù)進行有效的控制，而下層則通過現(xiàn)場系統(tǒng)來實現(xiàn)。利用先進的自動化技術(shù)，把加熱爐、沖壓、沖壓、整形修邊床身、卸料輸送設(shè)備等有機結(jié)合在一起。最后，在實際使用自動化生產(chǎn)線時，可預先設(shè)定半自動、全自動及手動控制等功能，以保證在任何情況下都能達到對鍛壓工藝的要求。同時，在自動化生產(chǎn)線體系建設(shè)中，要注重工藝模型的優(yōu)化，積極地設(shè)計和建設(shè)落料機的自動進料和后勤支持體系、合理地采用自動噴油、冷卻、多關(guān)節(jié)機械手、定期對模腔和鍛件表面進行定期清掃，以去除氧化皮、雜質(zhì)、改善表面品質(zhì)，并根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范和指標對尺寸精度進行嚴格的控制，從而使模具的使用壽命最大化，確保產(chǎn)品的性能。

4.2 采用先進的自動化控制系統(tǒng)

在自動控制體系中，軟件方面要著重于 PIC、MHI，并通過模塊化的編程手段，設(shè)定主回路的程序結(jié)構(gòu)，使其在各個循環(huán)中逐個地進行操作，從而構(gòu)成一個良好的接口模塊和程序功能模塊。其中，接口模塊能夠按照生產(chǎn)周期的要求進行呼叫和處理，包括信號接口模塊、除垢設(shè)備信號接口模塊、控制冷卻線路信號接口模塊等。該軟件的程序功能模塊是一個特殊的部件，它可以自動地切換到觸摸屏的視窗，并具備安全鎖信號控制、鍛造生產(chǎn)線循環(huán)控制、故障診斷報警、生產(chǎn)線組織管理等功能。同時，它也是自動化技術(shù)應(yīng)用的一種軟件。在應(yīng)用PLC 軟件及編程時，要針對鍛件的加工特性和生產(chǎn)需求進行合理的人機界面設(shè)計，其中包括機器人界面、參數(shù)設(shè)置界面、生產(chǎn)線狀態(tài)監(jiān)控界面、報警查詢界面。

在實際應(yīng)用中，該系統(tǒng)能對機器人及其他類型的機械裝置進行嚴格的信號控制和自動化操作。多數(shù)設(shè)置界面能幫助鍛制部對不同設(shè)備、不同操作的參數(shù)進行精確設(shè)置，特別是在高溫下，機械手的爪子無法在較長的時間內(nèi)抓住工件。在此條件下，通過參數(shù)設(shè)定接口，可以對機械手的延遲和抓取工件的時間進行嚴格的控制，避免了制造過程中出現(xiàn)的問題[4]。狀態(tài)監(jiān)測接口能夠動態(tài)、全面地監(jiān)控機器人信號、機械設(shè)備信號、生產(chǎn)信號，并能及時地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量和缺陷。有目標地處理和解決問題，確保系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定地工作。該系統(tǒng)能為自動加工工藝的操作人員提供實時的設(shè)備故障和生產(chǎn)線問題的預警，為生產(chǎn)的自動化和加工提供了可靠的保證。另外，為了使自動化軟件得到更好的設(shè)計與優(yōu)化，應(yīng)著重于機械加工程序的編寫，并針對鍛件的生產(chǎn)需求和自動化改造升級的特點，以高品質(zhì)地編寫TP 和PC 程序，并不斷完善程序內(nèi)容、制度和機制，以保持自動化技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用水平。例如，在計算機上編制程序時，要按照鍛壓工藝的要求，采用模擬軟件對其進行編程、加工，以確保其具有特定的功能。該軟件還能與 PC 軟件進行交互，實現(xiàn)了軟件的自動控制和軟件的有效使用。

4.3 應(yīng)用先進的步進梁式自動送料機

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，當今的步進梁式自動送料機已發(fā)展到了數(shù)字控制的水平，采用伺服驅(qū)動代替了液壓驅(qū)動和機械驅(qū)動。有些高速送料機還采用直線電機自卸驅(qū)動，無需傳動鏈也可以良好的運行，這就大幅度簡化了自動送料機的傳動結(jié)構(gòu)。步進梁式自動送料機應(yīng)用在鍛造加工生產(chǎn)中，最大的優(yōu)勢體現(xiàn)在兩個方面：

第一，步進梁式自動送料機的工作原理簡單、機械可靠性高、故障率低。尤其是現(xiàn)代伺服直線驅(qū)動給料機，采用了大功率的伺服電機，直接驅(qū)動滾珠絲杠來實現(xiàn)步進梁式自動送料機的直線運動。減少了繁瑣的減速器和齒輪齒條機構(gòu)，傳動可靠，響應(yīng)迅速，經(jīng)久耐用。

第二，容易與壓機的運動配合，便于調(diào)節(jié)。尤其是采用現(xiàn)代伺服驅(qū)動的步進式自動給料機，它采用了旋轉(zhuǎn)編碼和數(shù)控系統(tǒng)，使其與壓力機的滑動完全同步，因而能對機械爪的移動進行精確的控制。

4.4 進一步強化自動化改造力度

在運用鍛造工藝自動化技術(shù)的同時，還應(yīng)加強對現(xiàn)有裝備的自動化技術(shù)的升級和改造，根據(jù)不同鍛造加工設(shè)備的特性和狀態(tài)進行相應(yīng)的改進，以達到提高產(chǎn)品質(zhì)量的生產(chǎn)要求。具體而言，可從以下幾個方面同時入手：

第一，目前國內(nèi)大部分的鍛造加工生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備和設(shè)施都比較落后，采用現(xiàn)代化的總線自動控制技術(shù)難以達到較好的改造和升級目標，因此，必須采用單機自動化技術(shù)，減少人員的勞動強度，控制生產(chǎn)成本，盡可能杜絕因為人工操作失誤或是其他問題導致產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的缺陷。

第二，采用先進的自動化技術(shù)，保證工藝流程的穩(wěn)定性和可靠性，加強生產(chǎn)系統(tǒng)的技術(shù)改造和升級，在采用自動化技術(shù)的同時，還可以對關(guān)鍵工序進行自動控制，比如：預鍛關(guān)鍵工序，終鍛關(guān)鍵工序，應(yīng)當適當保留人工作業(yè)形式，以免在生產(chǎn)過程中因為設(shè)備故障引起停機現(xiàn)象。而模鍛錘的關(guān)鍵工序可以全部采用自動化控制技術(shù)。

第三，在鍛造加工生產(chǎn)過程中，自動化升級改造的重點放在了中小規(guī)模的熱模鍛生產(chǎn)和關(guān)鍵工序上，通過采用先進的步進梁機械手達到自動化升級、自動化操作的目的，而在大型模鍛的過程中，可以將大量的機器人進行協(xié)同操作，從而達到自動化生產(chǎn)的目的。

第四，在提高產(chǎn)品制造自動化的過程中，要注重提高技術(shù)人員、維修人員、保養(yǎng)人員的專業(yè)素質(zhì)的提升，培養(yǎng)素質(zhì)的管理人員，保證自動化系統(tǒng)和技術(shù)的良好運用。

5 結(jié)語

綜上所述，結(jié)合理論實踐，分析了鍛造加工過程自動化技術(shù)的應(yīng)用，分析結(jié)果表明，鍛造加工過程具有很強的復雜性和技術(shù)性，影響加工質(zhì)量的因素比較多。將自動化技術(shù)應(yīng)用到鍛造加工過程中，可實現(xiàn)對鍛造加工生產(chǎn)全過程的自動化控制。在具體應(yīng)用中需要結(jié)合鍛造加工生產(chǎn)的特點，選擇合適的自動化技術(shù)，并從完善自動化生產(chǎn)線、引進先進的自動化控制系統(tǒng)、采用步進梁式自動送料機、強化自動化改造力度等方面同時入手，來提升自動化技術(shù)在鍛造加工過程中的應(yīng)用效果，提升鍛造加工企業(yè)的市場競爭力，獲得更大的經(jīng)濟效益。