機(jī)械加工工藝中的自動(dòng)化控制研究

梁爽 吳德銀 王琦 張良

摘要：機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)在工業(yè)制造中的應(yīng)用，不僅使得機(jī)械加工的生產(chǎn)效率實(shí)現(xiàn)了飛躍性的進(jìn)步，同時(shí)還提高了機(jī)械加工件生產(chǎn)的精度，提升了機(jī)械加工的質(zhì)量。機(jī)械工件多為金屬材料，切切削加工難度更高，對(duì)精準(zhǔn)度要求極高。在機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中應(yīng)用裝配自動(dòng)化技術(shù)、信息自動(dòng)化技術(shù)、生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械加工的自動(dòng)化控制。本文簡(jiǎn)單介紹了機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)，分析了自動(dòng)化控制技術(shù)在機(jī)械加工工藝中的應(yīng)用，探究了未來(lái)機(jī)械加工的發(fā)展方向。制造為機(jī)械加工工藝優(yōu)化及系統(tǒng)改造提供一些參考，促進(jìn)機(jī)械加工工業(yè)發(fā)展和進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;工藝;自動(dòng)化控制;技術(shù);應(yīng)用

引言：隨著電子工業(yè)革命的發(fā)展，工業(yè)機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)不斷提升，大量的自動(dòng)化工業(yè)機(jī)械設(shè)備被生產(chǎn)并應(yīng)用于各行各業(yè)，改變了傳動(dòng)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式，為社會(huì)建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)。與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備不同，自動(dòng)化工業(yè)機(jī)械設(shè)備具有半自動(dòng)化或自動(dòng)化的功能，大量的解放了勞動(dòng)力，還提升了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。自動(dòng)化工業(yè)設(shè)備的各個(gè)工件由控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的程序指令完成自動(dòng)化動(dòng)作，這對(duì)工業(yè)機(jī)械設(shè)備工件的質(zhì)量及組裝精度要求極高。任何細(xì)微的誤差都會(huì)影響自動(dòng)化工業(yè)機(jī)械設(shè)備的作業(yè)安全和工作效率。顯然，自動(dòng)化生產(chǎn)的進(jìn)步得益于機(jī)械加工工藝中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用。在信息技術(shù)時(shí)代，自動(dòng)化技術(shù)始終在不斷的創(chuàng)新與發(fā)展中，研究機(jī)械加工工藝中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用對(duì)機(jī)械加工企業(yè)優(yōu)化機(jī)械加工系統(tǒng)及工藝有著重要的意義。

一、機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)概述

機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)顧名思義就是指機(jī)械制造與自動(dòng)化控制技術(shù)的結(jié)合。要顯示機(jī)械制造的自動(dòng)化控制，需要從機(jī)械制造的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、過(guò)程等多個(gè)方面做出系統(tǒng)升級(jí)和工藝改造。在結(jié)構(gòu)方面，要求對(duì)機(jī)械加工過(guò)程中設(shè)計(jì)的所有硬件和軟件進(jìn)行升級(jí)，要求在加工工藝中引入自動(dòng)化制造控制技術(shù)。在功能桑，要求系統(tǒng)從傳統(tǒng)的輸出工件轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲎兂善坊虺善?。在過(guò)程上，要求制造系統(tǒng)能夠涵蓋制造生產(chǎn)的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程，包括市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝編制、制造實(shí)施、檢驗(yàn)出廠、產(chǎn)品銷售等多個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)制造全國(guó)成電自動(dòng)化分析、自動(dòng)化控制和自動(dòng)化生產(chǎn)。

機(jī)械加工的工藝組成如下圖1 所示。傳統(tǒng)的機(jī)械加工制造每個(gè)工位都需要有工人負(fù)責(zé)，而基于自動(dòng)化控制技術(shù)機(jī)械加工制造系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的設(shè)備中多引入自動(dòng)化控制技術(shù)，設(shè)備能夠自動(dòng)控制并完成加工操作，技術(shù)人員只需要通過(guò)控制總系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械加工工藝各環(huán)節(jié)的監(jiān)控及參數(shù)的調(diào)整。

二、自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械加工工藝中的應(yīng)用

（一）裝配自動(dòng)化技術(shù)

傳統(tǒng)的機(jī)械加工工藝輸出的為設(shè)備零件，而將裝配自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械加工工藝中，通過(guò)控制系統(tǒng)的總計(jì)算機(jī)對(duì)裝配參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，總系統(tǒng)就可以控制設(shè)備根據(jù)工藝中設(shè)計(jì)好的設(shè)備規(guī)格及相關(guān)參數(shù)完成對(duì)各工部零件的自動(dòng)裝配和調(diào)試，最終輸出半成品或成品。裝配自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，數(shù)字化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等起到重要作用。整個(gè)流水線中，不需一個(gè)工人參與領(lǐng)不件的組裝，均由系統(tǒng)自動(dòng)控制設(shè)備操作組裝。

（二）生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)

機(jī)械加工制造系統(tǒng)組合了生產(chǎn)系統(tǒng)、原料運(yùn)輸系統(tǒng)、加工系統(tǒng)、產(chǎn)品分析系統(tǒng)等，其中生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)基于系統(tǒng)的全過(guò)程控制與管理。機(jī)械加工制造系統(tǒng)是一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，生產(chǎn)加工時(shí)按照設(shè)定的工藝流程完成對(duì)零部件的自動(dòng)切削及工件的組裝。這一系列動(dòng)作都是依靠系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的程序指令完成操作。系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定了規(guī)定的生產(chǎn)參數(shù)，一旦系統(tǒng)在安裝和組配工件時(shí)檢測(cè)到工件誤差，將啟動(dòng)自動(dòng)拆卸功能。若組裝沒(méi)有任何問(wèn)題，系統(tǒng)將持續(xù)按照設(shè)定的循環(huán)過(guò)程進(jìn)行生產(chǎn)。這種生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)及生產(chǎn)故障檢測(cè)技術(shù)就是為了有效的提高生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，控制產(chǎn)品的合格率。

（三）信息自動(dòng)化技術(shù)

信息自動(dòng)化技術(shù)具有輔助設(shè)計(jì)、輔助制造、輔助供給設(shè)計(jì)等功能。機(jī)械加工旨在系統(tǒng)中的自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)都是基于對(duì)程序?qū)π畔⒅噶畹脑O(shè)計(jì)，因此信息決定著生產(chǎn)加工的精確度。為了提升機(jī)械加工的精確度，引進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字化控制技術(shù)等在生產(chǎn)的各個(gè)階段，來(lái)強(qiáng)化數(shù)字信息控制的準(zhǔn)確度。以設(shè)計(jì)功能為例，由極端及設(shè)計(jì)機(jī)械仙品模型，由數(shù)字控制技術(shù)對(duì)產(chǎn)品模型控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，系統(tǒng)再將優(yōu)化的參數(shù)信息傳輸給終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的自動(dòng)優(yōu)化。

三、未來(lái)機(jī)械加工的發(fā)展方向

（一）安全防控技術(shù)

安全始終是生產(chǎn)的第一要素。機(jī)械自動(dòng)化制造系統(tǒng)在沒(méi)有實(shí)現(xiàn)無(wú)人化和全智能化以前，保障人員的安全和生產(chǎn)的安全是提升生產(chǎn)效益的關(guān)鍵。安全防控技術(shù)是一種基于智能監(jiān)控的故障預(yù)測(cè)的新技術(shù)。在自動(dòng)化機(jī)械加工生產(chǎn)流水線，工人需要檢查設(shè)備，或處理異常故障。系統(tǒng)在運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行故障維護(hù)和檢修是一件非常危險(xiǎn)的時(shí)間，即便是工人傳神防護(hù)服，金屬工件或殘?jiān)谠O(shè)備高速運(yùn)行狀態(tài)下的力度較大、溫度較高，對(duì)工人造成的損害極大。在機(jī)械加工工藝的各環(huán)節(jié)設(shè)置智能檢測(cè)設(shè)備，檢測(cè)系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行情況，自動(dòng)采集設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。再利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行的情況，對(duì)設(shè)備及生產(chǎn)加工工藝的安全性進(jìn)行分析，系統(tǒng)自動(dòng)分析出問(wèn)題后，根據(jù)提示確定問(wèn)題類型及大小，對(duì)加工工藝問(wèn)題通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)整刀具角度，工件位置等，對(duì)設(shè)備零部件根據(jù)大數(shù)據(jù)分析的結(jié)果體現(xiàn)更換老舊或磨損零件，預(yù)防預(yù)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)設(shè)備故障造成的安全事件的發(fā)生。

（二）智能技術(shù)

機(jī)械加工半成品或成品的過(guò)程復(fù)雜，產(chǎn)品設(shè)計(jì)難度較大。設(shè)計(jì)模型雖然能夠?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)提供參考，自動(dòng)化控制系統(tǒng)完成設(shè)計(jì)，但對(duì)一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)容易忽視細(xì)節(jié)，同時(shí)設(shè)計(jì)思維較為刻板，很難處理一些復(fù)雜的工件設(shè)計(jì)。在機(jī)械加工工藝中引入柔性處理技術(shù)和智能技術(shù)，創(chuàng)建人機(jī)交互界面，由設(shè)計(jì)人員根據(jù)用戶實(shí)際需求對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行性能優(yōu)化，完善產(chǎn)品。這樣不僅能夠提高設(shè)計(jì)的效率，還能提高設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度，處理更加復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

（三）虛擬化技術(shù)

虛擬技術(shù)以一種基于控制理論與計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型技術(shù)，他能夠通過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)械加工制造的過(guò)程及產(chǎn)品功能進(jìn)行仿真模擬，從而更加真實(shí)的了解產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)可能存在的問(wèn)題和設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，及時(shí)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化。它的優(yōu)勢(shì)在于仿真效果的真實(shí)性和可實(shí)行，直觀的反映設(shè)計(jì)問(wèn)題和生產(chǎn)問(wèn)題，并精準(zhǔn)的鎖定問(wèn)題所在。這對(duì)于機(jī)械加工而言，對(duì)不合格產(chǎn)品具有預(yù)見(jiàn)性，有效的防止了不合格產(chǎn)品的被生產(chǎn)出來(lái)，減少了資源和能源浪費(fèi)，有效控制了生產(chǎn)成本。

四、結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)化控制技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械加工工藝中必不可少的技術(shù)，它的應(yīng)用成就了機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)，為企業(yè)提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量創(chuàng)造了良好的技術(shù)條件，同時(shí)還提升了機(jī)械加工工藝環(huán)境的安全性，有效的避免了機(jī)械加工環(huán)節(jié)電氣設(shè)備可能對(duì)工人造成的危險(xiǎn)。這對(duì)于企業(yè)提高機(jī)械加工生產(chǎn)的綜合效益和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)有著重要的意義。面對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展，將自動(dòng)化控制技術(shù)帶入到一個(gè)全新的階段。未來(lái)，機(jī)械加工制造企業(yè)還要在機(jī)械加工工藝中還要不斷引入安全防控技術(shù)、智能技術(shù)、虛擬化技術(shù)等，構(gòu)建一套可控性更強(qiáng)、智能性更優(yōu)、安全性更好的機(jī)械制造自動(dòng)化系統(tǒng)，不斷的優(yōu)化生產(chǎn)工藝，以維持更加長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。

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