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自动化技术是提高金属加工业务水平,提高生产效率和产品质量的重要手段。  

2016-08-03 18:38:24|  分类: 智能制造探索 |  标签: |举报 |字号 订阅

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如其他行业一样,金属加工行业面临着日益激烈的市场竞争形势,迫切需要提高适应市场快速变化的能力。自动化技术是提高金属加工业务水平,提高生产效率和产品质量的重要手段。生产企业一般以追求利润最大化为最终目标,所以金属加工应用较多的机床企业都是围绕着提升自身业务能力、减少成本等角度出发来优化分配各种资源。自动化技术是提高金属加工业务水平,提高生产效率和产品质量的重要手段。 - 智能制造顾问组织 - 智能制造解决方案顾问组织

 

自从数控机床诞生以来,就向着高速度、高精度、自动化、智能化、数字化和集成化方向不断地发展。其中自动化是节约人力、提高生产效率、减少人为因素影响及满足批量生产需要的重要手段之一。机床自动化主要向两个方面发展,一方面是机械结构的发展;另一方面是控制系统的发展。两者之间的相互作用,不断地推进着机床自动化的水平提升。

智能化

随着人工智能的出现,人们已经开始认识到智能化的强大优势。控制系统方面,金属加工行业中主要采用的是智能制造系统,它在加工过程中能够解决难以精确描述的复杂的、随机的、模糊的、柔性的各种问题,具有自我学习、自我适应、自我组织和自我决策等特点。而智能机床是指由现代通信与信息技术、计算机网络技术、机械加工技术、智能控制技术汇集而成的对某一零件加工应用的智能集合设备,是机床自动化发展的高级形式。自动化技术是提高金属加工业务水平,提高生产效率和产品质量的重要手段。 - 智能制造顾问组织 - 智能制造解决方案顾问组织

此外,在机械结构方面,智能加工技术能够通过人与机器的合作,优化加工过程、提高生产效率和减少消耗。随着机器人技术的不断更新,工业机器人对于金属加工行业意义重大,目前国内外工业机器人产业发展迅猛,成为智能制造和工业自动化的关键技术和重要产品,也是数控机床走向自动化更高阶段不可缺失的重要一环。

可以说,智能加工作为一种模式,是集自动化、集成化和智能化于一身,并具有不断向纵深发展的高技术含量和高技术水平的先进加工系统,它突出表现在金属加工各个环节中,以一种高度柔性与集成的方式,借助计算机模拟的人类专家的智能活动,进行分析、判断、推理、构思和决策,同时进行收集、存储、处理、完善、共享等的信息收集。

数字化自动化技术是提高金属加工业务水平,提高生产效率和产品质量的重要手段。 - 智能制造顾问组织 - 智能制造解决方案顾问组织

数字化是先进加工技术发展的核心内容。数字化加工是加工技术、电子计算机技术、网络通讯技术与现代管理科学相互融合、共同发展的结果。对金属加工行业来说,数据、图形、知识和技能等各种信息都是以数字的形式通过网络技术在企业内部实现快速传递,能够根据市场变化多渠道迅速收集资料信息,并在虚拟传递、数据库、多媒体以及还原程序等数字化技术的支持下,对产品信息、工艺流程和资源信息进行科学地分析与处理,实现对产品设计、产品功能、生产活动及销售活动等进行分析,为机械制造企业提供全面、快速的信息支持,便于金属加工企业根据市场的变化及自身遇到的问题作出及时调整。

 在全球经济一体化的背景下,金属加工环节面临着巨大的成本压力,这是整个制造链相互挤压的结果。金属加工要减少人工成本,缩短加工准备周期、提高切削速度,就必须走自动化之路。自动化技术不仅有利于金属加工企业提升业务水平,而且有利于提高企业的生产效率和产品质量。

一、金属加工自动化的涵义自动化技术是提高金属加工业务水平,提高生产效率和产品质量的重要手段。 - 智能制造顾问组织 - 智能制造解决方案顾问组织
(一)从形式方面看
金属加工自动化主要表现在代替人的体力劳动,繁重的体力劳动不再由人去付出,而是通过自动化的机械去完成;采用智能技术实行自动化处理,可以根据指令或者模拟人工智能等来完成简单的自行操作和处理;工作人员、机械以及自动化仪器之间成为一个系统,这个系统能够实现协调的运作与控制,并不断地得以优化。
(二)从涉及面方面看
自动化技术不但涉及到具体加工制造过程,还涉及到产品的整个生命周期。机械制造自动化技术贯穿于整个金属加工过程的始终,能够最大限度地降低人力、物力和财力的消耗,并能最大限度地提高生产效率,能够为企业创造更高的经济效益。
(三)从功能方面看
金属加工自动化不仅仅表现在代替人的体力劳动和脑力劳动,此外,金属加工自动化还表现出诸多的优点:
1.金属加工自动化技术能够极大地提高生产效率,缩短产品生产周期,为产品抢占市场提供了时间保证。
2.加工自动化技术能够确保产品质量达标和规格统一,符合现代社会标准化生产模式,具有良好的发展前景。
3.金属加工自动化技术能够提高生产效率,减少劳动力的消耗和使用,从而帮助企业降低生产成本,提高企业的经济效益。
二、我国金属自动化的发展趋势

根据对国内外金属加工自动化发展的现状,我们认为新时期我国金属加工自动化将会呈现以下发展趋势:
(一)虚拟化
金属加工自动化
虚拟化是一种方法,本质上讲是指从逻辑角度而不是物理角度来对资源进行配置,是从单一的逻辑角度来看待不同的物理资源的方法。虚拟化是一种逻辑角度出发的资源配置技术,是物理实际的逻辑抽象。金属加工产品的设计原来主要依赖前期的图纸与后期的成品试验,这不但浪费了大量的时间,而且在产品试验过程中消耗了很多人力、物力和财力的消耗,增加了成本。随着电子计算机和网络通讯技术的发展和成熟,人们借用电子计算机可以模拟操作很多工作,通过互联网实现数据的快速传输,从而实现了不同地方的人即时性的交流与合作。这也为金属加工行业的虚拟设计和试验提供了技术支持。
(二)智能化
智能制造系统,是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统,它在加工过程中能够解决难以用数学的方法精确描述的复杂的、随机的、模糊的、柔性的各种问题,具有自我学习、自我适应、自我组织和自我决策等特点,被金属加工企业广泛采用。
智能加工技术能够通过人与机器的合作,极大地扩展和延伸人类在金属加工过程中的脑力劳动,从而优化加工过程、提高生产效率和减少消耗,这主要体现在机床的自动化的两个方面:
1.机械结构。在机械结构方面,早期的自动机床主要是简单的两轴控制的数控车床和三轴控制的铣床。但是这样的自动机床只能实现简单的加工,稍微复杂的工件就加工不了,或者需要将机床停下来,进行手动换刀。因此,在后来的数控机床上增加了能够自动换刀的刀塔,在数控铣床上增加了自动换刀的刀库,为了进一步提高效率,在刀库的基础上又增加了机械手,使得换刀的时间缩短了很多。目前,刀塔和刀库机械手已经成为数控车床和加工中心的标准配置,数控车床的刀塔功能也发生了变化,不但可以装夹车刀,而且可以配置动力刀头实现钻孔和铣削的功能。
2.控制系统。在控制系统方面,主要表现在加工中心上。加工中心是金属加工自动化中的核心设备,也是整个自动化切削系统中一台简单的自动化机器,它是“自动换刀的数控铣谴床”。加工中心的刀库正在向着容量更大、换刀速度更快的方向发展。随着机器人技术的发展,出现了带视觉系统的机器人,机床的智能化达到了一个更高的水平,如有些公司就配置了机器人的柔性成产系统,可以实现720小时无人化的加工。在这个过程中,加工中心和换刀机器人有着密切的联系,换刀过程是由单元计算机统一调度的。单元机对机床发装、卸命令,让机床刀库转到要求位置。与此同时,对换刀机器人发相应命令,待机床刀库到位后让单元机通知换刀机器人进行换刀。在整个换刀过程中,禁止加工程序中的换刀请求。
正是在机械结构和控制系统的相互作用下,不断推动了机床自动化水平,又由于智能化网络技术在机床方面的应用,使得机床不但具有金属加工的功能,而且具备了管理方面的能力。
(三)环保化
近年来,虽然大多数国家都实现了经济的快速增长,人们的生活条件更加优越,但是,资源消耗和环境污染等重大社会问题却给人类的生存和发展提出了严峻的挑战,促进人类与环境的可持续发展也已成为全人类的共同声音。金属加工业是污染较为严重的行业,近年来,“废水、废气、废渣”等“三废”给环境造成的巨大污染和负面影响已经显现,出现了全球气候变暖、水资源污染、各种自然灾害频发等现象。然而,通过提高金属加工自动化水平,我们可以减少字眼的消耗,从而降低的排放,从而“废水、废气、废渣”,有利于实现“节能减排”的目标。在促进社会可持续发展、营造和谐社会的今天,金属加工自动化向着环保化方向发展必将成为必然趋势。
自动化技术是提高金属加工业务水平,提高生产效率和产品质量的重要手段。 - 智能制造顾问组织 - 智能制造解决方案顾问组织
 
三、MAZATROL系统环境下的金属自动化加工
机床也在向无人化方向发展,为了虽短加工的准备时间,提高机床的利用率,机床增加了托盘自动交换装置,为了进一步提高机床的自动化水平和无人化的工作时间,托盘的数量也在增加,可从2个一直到14个托盘,这就是FMC(柔性制造单元)。
随着机器人技术的发展,带视觉系统机器人的出现,机床无人化水平更是发展了一个新的高度,如山崎马扎克公司配置了机器人的柔性生产系统可以实现720H的无人化加工。
在控制系统方面,需要新的、更加开放的智能化网络化的系统。数控程序也向着人机对话式的发现发展。
传统的G代码程序的编程不但需要编程人员具有丰富的工艺知识,而且编程复杂需要很长的编制和调试时间。对于人机对话式的编程方式来说就非常简单了。下面就以MAZAK公司的MAZAK 640系统为例来说明智能化网络化系统的功能和特点。
人机对话式编程的MAZATROL系统来说,只要告诉系统要加工的材质和试用的刀具材质,系统就会根据内置的专家库自动给出主轴转速,进给速度等切削参数,当然也可以对切削参数进行修改,并且可以将用户的经验纳入专家库。加工向导预测功能可以根据切削条件计算出主轴的功率负荷,并且给出总的加工时间和每一把刀具的加工时间,以及每把刀具的加工时间在总加工时间中的比率,编程操作人员可以根据主轴的负荷和加工时间对程序进行进一步的优化。
当输入要加工零件的形状、要求等信息后,系统可以自动展开所需刀具和自动生成刀具的加工路径,系统还有三维实体模拟加工和防止干涉碰撞的功能,程序编制完成后,马上可以进行三维实体的模拟试切演示来检验程序的正确性,由于程序中包含了刀具的相关信息,因此,通过三维的实体模拟得到是真实的加工形状,MAZATROL系统内置了机床的边界条件,如果再加上夹具的模拟数据,还可以实现防止干涉碰撞的功能,档手动操作机床的情况下,机床会根据已经建立的机床、刀具、夹具和工作形成的空间的位置和边界条件,时刻监控机床的运行过程,当发现将要发生碰撞危险时,机床会在设定的安全距离内停止运动并发出报警,从而避免干涉碰撞对机床、刀具和工作造成的破坏。
另外,MAZATROL系统的刀具管理功能,可以大大缩短机床加工的准备时间,机床的监控功能可以随时了解机床的运行状况,图示化的诊断画面可以帮助维修人员尽快排除机床的故障。自动化技术是提高金属加工业务水平,提高生产效率和产品质量的重要手段。 - 智能制造顾问组织 - 智能制造解决方案顾问组织国金属成形机床行业经历了十多年的快速发展后,在未来几年将进入平稳发展的阶段。金属成形机床产品结构将发生调整,升级换代的步伐愈演愈烈,低效、非数控的低端产品将逐渐淡出视线,高端数控机床、高速精密型机床、自动生产线、柔性制造生产线和特性化定制产品的需求提升幅度将加快。  

近年来,随着中国制造业转型升级压力增加及劳动力成本的不断攀升,越来越多的企业都全面进入了“机器换人”时代。中国多个城市都已陆续建立了工业机器人产业园,助推了我国工业机器人产业的高速发展。据国际机器人联合会(IFR)数据,当前,中国已赶超日本,成为世界第一大机器人市场,并预测到2020年,中国机器人的需求将实现年均30%的增速。

随着自动化需求的提升,工业机器人应用得到更大的拓展,除传统的焊接应用外,机器人在机床上下料、物料搬运码垛、打磨、喷涂、装配等领域也得到了广泛应用。金属成形机床是机床工具的重要组成部分,成形加工通常与高劳动强度,噪声污染,金属粉尘等联系在一起,有时处于高温高湿甚至有污染的环境中,工作简单枯燥,企业招人困难。工业机器人与成形机床集成,不仅可以解决企业用人问题,同时也能提高加工效率和安全性,提升加工精度。

数控折弯机集成应用

机器人折弯集成应用主要有两种方式。一是以折弯机为中心,机器人配置真空吸盘,磁力分张上料架、定位台、下料台、翻转架形成折弯单元。二是机器人与激光设备或数控转台冲床、工业机器人行走轴,板料传输线,定位台,真空吸盘抓手形成的板材柔性加工线。例如,埃斯顿利用自己在机器人控制系统与机床数控系统的技术和平台,实现无缝连接,开发折弯软件包,对折弯过程中机器人托料实现闭环控制。在不同折弯速度下,机器人实现自动匹配的完全跟踪,折弯软件包也使折弯示教时间从过去2-3天缩短到2-3小时。

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压力机冲压集成应用

机器人与压力机冲压集成应用主要有两种方式。一是单台机器人冲压上下料:通过机器人将板料从拆垛台移送到定位台,定位后再移送到压力机模具中实施冲压,冲压结束后,通过机器人取料放入堆垛台,实现单台压力机机器人自动上下料。二是机器人冲压连线:通过多台机器人在多台压力机之间建立冲压连线。根据加工工件成形工艺要求,需要在多台压力机配合加工,整条生产线由拆垛机器人,上料机器人、压力机之间传输搬运机器人,尾线机器人组成。与直线坐标的机械手相比,采用工业机器人更有柔性,对模具没有等高要求,容易集成。

热模锻集成应用

热模锻生产线通常由两台模锻压机组成,一台用于冲压,另一台用于切边。热模锻机器人集成应用通常配置两台机器人,一台负责将中频炉处理后的高温物料移送给冲压成形模锻压机,另一台负责从冲压成形模锻压机取料后移送到另一台模锻压机进行切边。

为防止高温冲压工件粘住模具,需要每次冲压后对模具进行石墨润滑,润滑可以由机器人完成,也可以采用专门机构实现。由于锻造是高温高湿且又有石墨润滑带来的恶劣环境,特别要注意机器人的防护工作以及机器人本身抗热辐射能力,设计更多具有自我远离热辐射的结构特点的机器人系统,能够在模锻压机安装电子凸轮控制系统,使模锻压机运行与机器人运行协调,提高加工效率和系统安全性。

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 焊接应用

焊接是成形机床板材加工后道工序,机器人焊接有电阻焊和弧焊两种类型,焊接机器人应用占整个机器人应用的40%以上。弧焊应用是以机器人为核心,配置焊机、送丝机、焊枪、工装夹具等组成焊接工作站。电阻焊应用是以机器人为核心,配置点焊枪、焊接控制器、水气单元、管线包、工装夹具等组成点焊工作站。

机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表,智能化工业装备已经成为全球制造业升级转型的基础。工业机器人与数控机床集成应用,使智能制造与数字化车间、智能工厂从概念走向现实。

四、结语
金属加工自动化是提高生产效率、节约人力资源成本、减少人为因素影响、满足批量生产需要的重要手段之一。目前,虽然我国在这方面的研究取得了一些成绩,但是与国外发达国家相比,还存在着一定差距,需要相关部门和人员结合我国具体情况,通过大家的共同努力不断提高我国金属加工自动化技术水平。 自动化技术是提高金属加工业务水平,提高生产效率和产品质量的重要手段。 - 智能制造顾问组织 - 智能制造解决方案顾问组织
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