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        自動(dòng)化技術(shù)融入機(jī)械加工制造的路徑探析

        2022-02-28 03:41:06
        關(guān)鍵詞:預(yù)判壓機(jī)機(jī)械加工

        馮 鋒

        (江蘇財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 淮安 223001)

        引言

        在機(jī)器人生產(chǎn)作業(yè)中,為提升機(jī)器人作業(yè)效率,要求為機(jī)器人提供最優(yōu)化路徑規(guī)劃方案。近年來(lái),研究學(xué)者深入分析了機(jī)器人路徑規(guī)劃,包括曲占奎提出A加算法,針對(duì)機(jī)器人路徑規(guī)劃采取全局路徑分析法;宋金華利用三次樣條插值法,針對(duì)末端位置進(jìn)行迪卡爾空間軌跡規(guī)劃分析;劉建華利用以群算法提出柵格地圖,可顯著提升機(jī)器人障礙物規(guī)避能力。在工業(yè)應(yīng)用中,要想提升機(jī)器人作業(yè)效率,要求機(jī)器人處于下降空間內(nèi),完成搬運(yùn)物料、轉(zhuǎn)移等循環(huán)性復(fù)雜作業(yè)。但由于多種因素限制,現(xiàn)有算法模型無(wú)法直接應(yīng)用。對(duì)此本研究以發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼沖壓生產(chǎn)線為例,提出整體設(shè)計(jì)方案,通過(guò)對(duì)機(jī)器人路徑進(jìn)行提前預(yù)判,構(gòu)建三維坐標(biāo)系,以機(jī)器人初始位置和設(shè)備坐標(biāo)為基礎(chǔ),確定最優(yōu)化路徑的具體坐標(biāo)值,分析初始位置以確定路徑點(diǎn)。結(jié)合空間三維曲線軌跡,獲得機(jī)器人最優(yōu)化路徑方案,利用計(jì)算機(jī)軟件可對(duì)所提出的兩種布局進(jìn)行仿真分析,最終確保機(jī)器人實(shí)現(xiàn)循環(huán)作業(yè),這對(duì)于工業(yè)機(jī)械制造來(lái)說(shuō),具有重要參考意義[1-2]。

        1 機(jī)械加工制造及自動(dòng)化技術(shù)

        自動(dòng)化技術(shù)包含多個(gè)學(xué)科,包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制學(xué)以及電子學(xué)等理論,基于多種技術(shù)下能夠逐漸完善自動(dòng)化技術(shù)功能,可減少人為生產(chǎn)參與,僅通過(guò)軟件程序下達(dá)命令即可開(kāi)展自動(dòng)化作業(yè)。同時(shí),在加工過(guò)程中,還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)、自動(dòng)分析、判斷和處理等多種功能?;诋?dāng)前信息快速發(fā)展下,在企業(yè)機(jī)器加工中利用自動(dòng)化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)專(zhuān)業(yè)化及批量化生產(chǎn),具體為:第一,安全性,基于科學(xué)技術(shù)指導(dǎo)下,虛擬仿真技術(shù)作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的重要產(chǎn)物,也被認(rèn)為是近年來(lái)新型自動(dòng)化技術(shù),可用于構(gòu)建安全演示平臺(tái)和預(yù)警平臺(tái),確保企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)安全機(jī)械加工。過(guò)去在企業(yè)加工制造中,要求工作人員提前繪制設(shè)計(jì)圖紙,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)加工,但由于受人為、機(jī)械等因素影響,導(dǎo)致機(jī)械制造安全無(wú)法獲得保障,利用虛擬仿真技術(shù)通過(guò)構(gòu)建預(yù)警平臺(tái)和安全演示平臺(tái),可幫助工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)在加工制造中存在的安全隱患,并提出解決方案,有效規(guī)避在企業(yè)加工制造中存在的各種安全隱患問(wèn)題。第二,廣泛性。隨物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)發(fā)展,為自動(dòng)化技術(shù)帶來(lái)較大機(jī)遇,能夠進(jìn)一步拓廣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用。在機(jī)械制造設(shè)計(jì),運(yùn)輸,包裝,研發(fā)等多個(gè)環(huán)節(jié)中,自動(dòng)化技術(shù)具有較廣應(yīng)用。自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械加工制造、包裝、研發(fā)、設(shè)計(jì)和運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)環(huán)節(jié)中發(fā)揮重要作用,可展示其技術(shù)廣泛性特點(diǎn)。第三,高效性。過(guò)去在開(kāi)展企業(yè)機(jī)械加工制造時(shí),大多是采用人工方式為主,隨加工進(jìn)度要求提升,過(guò)去,企業(yè)機(jī)械制造過(guò)程中采用人為方式來(lái)開(kāi)展,隨用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品加工精度和速度要求提升,采取人為加工方式無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。對(duì)此企業(yè)運(yùn)用計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù),通過(guò)軟件編程能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化加工制造,精準(zhǔn)化控制,顯著提升整個(gè)產(chǎn)品的加工制造效率[3-4]。

        2 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械加工制造中的應(yīng)用

        第一,智能化技術(shù)基于傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下,很難實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工制造全過(guò)程控制,而應(yīng)用智能化技術(shù)制造的一些優(yōu)勢(shì),比如,在機(jī)械加工制造中運(yùn)用智能化技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)加工制造全過(guò)程檢測(cè),分析檢測(cè)數(shù)據(jù),以明確加工制造中存在的問(wèn)題及時(shí)優(yōu)化制造方案,防止在生產(chǎn)線中出現(xiàn)殘次品,確保產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)。第二,虛擬化技術(shù)。應(yīng)用傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品加工制造,很容易產(chǎn)生產(chǎn)品誤差,進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量。尤其對(duì)于一些高精密度的零部件加工時(shí),很容易產(chǎn)生誤差,如果沒(méi)有合理控制誤差,不僅會(huì)浪費(fèi)資源,同時(shí)也會(huì)提高企業(yè)生產(chǎn)制造成本,無(wú)法保證最終產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。當(dāng)前,虛擬化技術(shù)被運(yùn)用于機(jī)械加工制造領(lǐng)域中,通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)模擬產(chǎn)品在加工中的全過(guò)程,通過(guò)模擬分析,及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品生產(chǎn)相關(guān)參數(shù),盡可能減少生產(chǎn)誤差,確保達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求,幫助企業(yè)降低生產(chǎn)成本,提高資源利用率。第三,柔性化技術(shù)。基于新形勢(shì)背景下,企業(yè)機(jī)械制造發(fā)展中,要重視技術(shù)創(chuàng)新,依靠先進(jìn)技術(shù)力量,來(lái)提升加工制造質(zhì)量和效率。過(guò)去由于受技術(shù)因素影響,機(jī)械加工制造流程具有較強(qiáng)的隨意性,因此,所生產(chǎn)產(chǎn)品參數(shù)不統(tǒng)一,產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法滿足客戶(hù)需求,這對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)制造來(lái)說(shuō)是不利的。當(dāng)前在機(jī)械制造領(lǐng)域中應(yīng)用柔性化技術(shù),需提前做好市場(chǎng)分析,使產(chǎn)品生產(chǎn)能夠符合時(shí)代發(fā)展需求,及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品在加工制造中的類(lèi)型數(shù)量等相關(guān)參數(shù),不斷規(guī)范加工流程,確保實(shí)現(xiàn)高效化機(jī)械加工制造。第四,PLC自動(dòng)化技術(shù),該技術(shù)即可編程控制器,PLC在機(jī)械加工制造中具有重要意義。在應(yīng)用該技術(shù)過(guò)程中需結(jié)合產(chǎn)品工藝流程,制定切實(shí)可行的加工控制方案,結(jié)合產(chǎn)品生產(chǎn)工藝需求以及加工對(duì)象,可依次安裝指示器、變頻器、接觸器等,工作人員根據(jù)控制對(duì)象,嚴(yán)格做好PLC點(diǎn)數(shù)控制,選擇合適的儲(chǔ)存器,降低在產(chǎn)品生產(chǎn)制造中存在的質(zhì)量問(wèn)題。除此之外,對(duì)于PLC技術(shù)設(shè)計(jì)上應(yīng)基于生產(chǎn)工藝作為前提,控制產(chǎn)品生產(chǎn)的各個(gè)流程,在產(chǎn)品外包裝中標(biāo)明,生產(chǎn)條件以及作業(yè)順序,通過(guò)PLC操作圖紙,設(shè)計(jì)合理的生產(chǎn)程序,在產(chǎn)品PLC生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)工作人員要求較高。為進(jìn)一步說(shuō)明自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械加工制造中的具體應(yīng)用,本研究中以發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼沖壓生產(chǎn)線作為研究對(duì)象,通過(guò)規(guī)劃?rùn)C(jī)器人最優(yōu)化路徑,經(jīng)虛擬仿真驗(yàn)證,該方法更滿足企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需求。

        3 機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線的布局規(guī)劃

        在企業(yè)生產(chǎn)線中發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼的具體生產(chǎn)工序?yàn)?初始物料可經(jīng)過(guò)涂油機(jī)上油,依次包括粗拉伸、精拉伸、切邊、沖孔和焊接等,根據(jù)搬運(yùn)物料的大小,形狀以及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件,需使用機(jī)器人共計(jì)6臺(tái),具體型號(hào)為Fanacm20a,該機(jī)器人最大半徑覆蓋為181.1 mm。產(chǎn)品在粗拉伸和精拉伸過(guò)程中所需消耗時(shí)間為16 s,切邊、焊接作業(yè)流程所需時(shí)間為8 s,因此在粗、精拉伸過(guò)程中可采取并行雙排方式。同時(shí)受生產(chǎn)安全因素和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件影響,發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼工序采取整條生產(chǎn)線,對(duì)此提出兩種生產(chǎn)線布局,如圖1所示。

        圖1 兩種生產(chǎn)線布局圖

        根據(jù)圖1,利用實(shí)心圓線表示機(jī)器人最大半徑覆蓋范圍,機(jī)器人作業(yè)流程為:利用涂油機(jī)取料后,依次為壓機(jī)一、二進(jìn)行機(jī)器人供料,完成粗拉伸作業(yè)。機(jī)器人二可將壓機(jī)物料提供給壓機(jī)三,機(jī)器人二可從壓機(jī)二取料提供給壓機(jī)四,等到壓機(jī)三和壓機(jī)四依次完成精拉伸作業(yè)后,再由壓機(jī)三、壓機(jī)四為壓機(jī)五提供物料。待壓機(jī)五完成切邊作業(yè)后,由機(jī)器人向壓機(jī)六提供物料,壓機(jī)六完成沖孔作業(yè)后,需將壓機(jī)五和壓機(jī)六物料提供給螺母焊接。在焊接過(guò)程中機(jī)器人六提取螺母焊接的物料,進(jìn)行下料操作。結(jié)合工藝流程圖,利用上述兩種生產(chǎn)性布局方式,可滿足產(chǎn)品生產(chǎn)需求,然而采用不同布局需考慮如下因素。針對(duì)第一種布局,其生產(chǎn)線占地面積較小,整體結(jié)構(gòu)緊湊。機(jī)器人四、五、六能夠在壓機(jī)不同位置進(jìn)行取料、放料,以縮短生產(chǎn)實(shí)踐,降低干涉可能性,但會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)布線較為復(fù)雜,機(jī)器人運(yùn)行空間較為狹小。第2種布局,現(xiàn)場(chǎng)布局便捷,機(jī)器人具有較大的操作空間,并且可靈活性選擇路徑規(guī)劃方案,然而整體來(lái)看,第2種布局場(chǎng)地利用率低,兩兩設(shè)備間距離較大,因此,會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)實(shí)踐,并且機(jī)器人四、五、六需在壓機(jī)同一側(cè)進(jìn)行取料、放料,這對(duì)于機(jī)器人邏輯性要求較高。

        4 機(jī)器人的路徑預(yù)判

        為能有效規(guī)劃?rùn)C(jī)器人路徑,需提前構(gòu)建機(jī)器人的預(yù)判路徑和實(shí)際路徑框架,分析影響機(jī)器人路徑的重要區(qū)域,通過(guò)對(duì)機(jī)器人路徑進(jìn)行提前預(yù)判,可為后續(xù)機(jī)器人路徑規(guī)劃提供參考,并提升路徑規(guī)劃的準(zhǔn)確性,可縮短機(jī)器人規(guī)劃路徑時(shí)間,便于在路徑規(guī)劃中實(shí)現(xiàn)空間分析和碰撞檢測(cè)分析。在本次研究中,通過(guò)機(jī)器人在進(jìn)行空間操作和任務(wù)作業(yè)時(shí),可提出兩種布局的預(yù)判路徑,具體如下頁(yè)圖2所示。其中第1種布局和第2種布局,機(jī)器人一、二路徑保持一致。在第2種布局中,4臺(tái)機(jī)器人的預(yù)判路徑圖可分別用不同顏色進(jìn)行表示,以分辨不同機(jī)器人所選擇的路徑,同時(shí)不同曲線標(biāo)注后,能夠幫助工作人員掌握機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡。

        圖2 兩種布局的路徑圖

        5 結(jié)語(yǔ)

        基于當(dāng)前科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展背景下,本研究分析了自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用,同時(shí)利用發(fā)動(dòng)機(jī)罩殼沖壓生產(chǎn)線將其作為案例,分析在提前預(yù)判機(jī)器人作業(yè)路徑的前提下,通過(guò)構(gòu)建三維坐標(biāo)系,分析機(jī)器人最佳初始位置確定方法和最優(yōu)路徑選擇法,利用計(jì)算機(jī)軟件,開(kāi)展路徑規(guī)劃仿真實(shí)驗(yàn)分析,并將最終規(guī)劃結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),本研究中所提出的機(jī)器人路徑規(guī)劃法,可滿足企業(yè)生產(chǎn)需求,這對(duì)于機(jī)械制造行業(yè)機(jī)器人應(yīng)用具有重要參考意義。

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