鍛造自動化生產線概述

文/董吉順、曲業闖、杜利斌、楊仁碩·沈陽新松機器人自動化股份有限公司

鍛造自動化生產線概述

文/董吉順、曲業闖、杜利斌、楊仁碩·沈陽新松機器人自動化股份有限公司

由于鍛造行業存在高溫、污染嚴重、勞動強度大等問題，近些年來，鍛造企業招工越來越難，即使招來了工人，人員流動也非常頻繁，給企業帶來了一系列的問題，正常的生產訂單難以保證，增加了新員工的培訓成本，新員工到熟練工人需要一定的時間，產品質量的一致性難以保證。為了解決這些問題，很多鍛造企業紛紛開始或正在考慮把原有的生產線升級為自動化鍛造生產線。

鍛造自動化生產線的設備配置

通常一條鍛造生產線中包含的設備有加熱爐、壓機、機器人、傳輸車、中轉料臺、機器人、模具噴淋潤滑設備、總控系統等，有些還配有輥鍛機、扭拐機。根據生產工藝的不同，配置的設備也各不相同。對于鈦合金、鋁合金鍛造，由于始鍛溫度和終鍛溫度控制的比較嚴格，所以，還要有測溫傳感器，對坯料進行測溫，模具上裝有加熱裝置進行模具預熱。

圖1 曲軸自動化鍛造生產線設備布局圖

機器人、機械手是自動化鍛造生產線中最常用的工件傳輸設備，完成工件在模具各工位之間的轉換以及工件在各設備之間的傳遞。機器人通常是指垂直六關節型機器人，此類機器人為標準產品，只要從機器人公司采購就可以了，末端還要給機器人配上相應的工具，使機器人能夠完成規劃的動作。機械手通常是根據工廠的生產工藝和生產設備定制的。機器人的優點是柔性好，可靠性高。機械手的優點是針對性強，與生產線的設備、空間等結合密切。機械手的運動軸數通常比機器人少，因此柔性差。

機器人、機械手末端的夾手是自動化鍛造線能否可靠運行的重要因素之一，夾手既要有足夠的夾緊力，又要準確定位，確保工件能夠準確放到模具的型腔中，鍛出合格工件。由于鍛造所處的高溫環境，夾手還要做好隔熱防護，夾手材料采用耐熱材料，多為耐熱模具鋼。夾手動力源通常為液壓或氣動，主要根據夾持工件的重量、形狀尺寸、上下模開模高度尺寸、夾手結構形式等選擇動力源。

總控系統

總控系統是整條生產線的調度指揮中心，調度和指揮各設備完成各自的工作，總控系統具有以下功能：

圖2 垂直六關節型工業機器人

圖3 非標型機械手

⑴生產管理功能。生產管理功能是對各種生產信息進行收集、傳輸、存儲、統計并執行生產管理指令的人機交互系統。

⑵現場 監控功能。提供物流在線仿真界面，以圖形化實時顯示在線產品所處工序、產品信息、設備狀態、故障情況提示、報警信息等。

⑶生產線運行控制功能。生產線運行控制功能主要是協調、控制、保障整條鍛造生產線安全、可靠、高效的運行，根據工藝要求把生產線分成幾個區域。

采用分區域啟動、分區域控制的方式來完成整個生產線的控制。總線通過檢測各個單機設備的運行狀態，在某一區域或某一設備故障時，指揮其他設備動作，根據不同的狀態對各單機設備發出不同的指令（等待，再恢復，或是全線停車）。

⑷生產線安全防護功能。采用基于安全總線的獨立控制系統對生產線中的危險設備進行監測，以免對人員和設備造成損害。

⑸數據處理功能。監控系統具有數據采集、顯示和記錄功能，對于數字量，監控系統可直接顯示狀態；對于模擬量，既可進行趨勢顯示，又可進行數字顯示。同時，對于重要數據可以進行數據庫的存儲，以便對生產數據進行分析處理。

⑹設備管理與維護功能。監控系統提供“設備管理與維護系統”，用于實現全線各設備的管理和維護功能，極大地方便了維修人員對設備的管理和維護工作，包括設備信息管理、故障信息管理、故障監控與預測管理。

⑺報警處理功能。上位機監控系統接收各設備的報警信息，實現全線的故障報警匯總和各設備報警信息實時顯示。

報警頁面用于顯示實時報警信息，包括所有處于激活狀態的已確認或未確認報警。報警頁面分為左右兩部分，左側為報警操作欄，右側為報警信息欄。報警操作欄包括報警確認、報警頁面任務、報警過濾等3個操作按鈕組。報警確認用于完成報警確認、報警消音等任務；報警頁面任務用于完成報警頁面翻頁操作；報警過濾用于完成報警過濾操作。

報警等級分為3級，分別是緊急報警、一般報警、警告信息，緊急報警最為嚴重，警告信息級別最低。每條報警信息有一個報警等級，在報警信息列表中等級高的報警優先被響應。

⑻報表及打印功能。上位機監控系統提供功能強大的報表功能，實現對系統全線數據、操作、報警等信息的數據統計、報表生成及打印功能。報表系統提供數據報表、操作記錄報表、報警信息報表等。

⑼權限功能。上位機監控系統提供兩種操作權限來保證系統安全，分別為運營操作級和系統管理級。系統管理級是指在對總線控制系統進行軟件維護、故障維修等管理時的權限分級，運營操作級是指總線控制系統在運營狀態下的用戶操作權限分級。

⑽幫助功能。上位機控制系統軟件為操作員提供完善的幫助功能，幫助內容為簡體中文版。當然上述功能在實施過程中可以根據需要及投資成本進行取舍。

結束語

作為系統工程的自動化鍛造生產線除上述介紹內容外，還要總體考慮車間的布局，進出料方式和物流走向，電、水、氣的供給，模具換模和預熱的方式等，這些需要擁有綜合工程經驗的團隊來做。隨著我國自動化設計、制造能力和水平的不斷提升，依托我國鍛造自動化需求的大市場，相信我國的鍛造自動化水平必將處于世界領先地位。

董吉順，機器人事業部副總經理，完成國內多條自動化鍛造生產線的設計和改造，擁有豐富的鍛造自動化工程經驗。