机械工程及自动化研究

机械工程及自动化研究

戴鹏

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摘要：伴随着科技的持续进步，自动化技术在机械工程与自动化领域的结合进一步推动了机械工程的进步。机械工程与自动化技术相结合不仅能够提高机械产品的质量，还可以减少劳动力成本，降低企业生产成本。本文立足于纵剪机组自动装刀项目深入研究机械工程及自动化。自动装刀是一种先进的刀具装配技术，它结合了自动化和智能化技术，能够实现刀具的自动装配和更换。传统的刀具装配过程通常需要人工操作，费时费力且容易出错，而自动装刀技术的出现解决了这一问题。

关键词：机械工程；自动化；自动装刀

引言：机械设计被视为机械制造的初始阶段，它是影响机械性能的核心要素，并在机械制造领域有着较早的应用。随着社会经济水平的不断进步与发展，对机械设备的需求越来越大，这也促使机械工程逐渐向智能化方向迈进。我国的机械制造行业采用了先进的计算机智能技术进行辅助设计和系统分析，这不仅提高了工业产品的质量，还在进一步释放劳动力的同时，显著增强了工业生产能力。

一、项目背景

1.2017年3月，花都一体化公司作为智慧制造试点单位,对《纵切机器人自动装刀项目》进行立项研究。

2.机器人自动装刀系统是花都一体化公司“智慧工厂”建设的重要组成部分，主要使用机器人代替人工完成繁重简单的工作，再通过云端互联服务和机器人组建网络，实现智慧装刀、自动排产、班报统计三大功能。

3.在花都一体化开发自动装刀系统之前，成熟自动装刀设备包括欧系NLT和日系自动装刀系统，国产自动装刀系统仍处于技术空白。花都一体化技术团队决心打破国外技术垄断，自主开发自动装刀系统，并希望将经验推广。

4.人工装刀四大难题：人工成本升高，不利于企业竞争；安全、质量不可控；人体力劳动无法持续输出，人工疲劳导致效率低；人工出错率高，需要重复返工。

二、改造目标：

1.为了打破外国技术的垄断，我们需要实现高效且低成本的自动装刀解决方案；

2.将机器人的“员工”整合到智能制造机器人中，通过装刀替代人工操作，从而降低操作人员的数量；

3.在信息化系统的支持下，云端的指令机器人会根据预定的排产计划，自动地完成刀具的装配工作。

三、常规纵切装刀工作描述：

纵切生产线一般使用手工装刀，每个班次都需要配备一名组刀工和一名辅助人员。由于工人的工作强度较大，且存在一定安全隐患，因此工作效率较低，易出现蹦刀或卡刀等现象。员工需根据纵切的生产订单，计算圆盘刀、隔离圈、胶圈的规格，然后进行装刀；组刀工按照产品要求将需要加工的圆盘刀和隔离圈及胶圈装入到相应的刀具卡盘内。装刀的工作人员需要处理上千种不同规格的圆盘刀、隔圈和胶圈，由于装刀工件的种类和数量都很大，他们需要经过精确计算

后手动搬运这些刀具，这不仅增加了劳动强度，还使工作变得复杂，并可能导致装刀过程中的错误。

自动装刀总体布局

五、自动装刀工艺流程：

1.通过信息化系统自动获取生产订单数据或操作工在操作界面上输入加工订单号；

2.在自动装刀控制系统中，数据处理部分会根据给定的订单进行处理，实现自动的刀具排列，而刀库系统会根据命令将刀具和隔套放置在十字暂存架上；

3.机器人引导端拾器移至刀库前方，并根据计算出的数据，端拾器决定是拾取刀具还是选择隔套；

4.根据零件的数量和组合来选择合适的部件；

5.机器人的端拾器将刀具安置在刀轴之上；

6.利用装刀桁架将刀具推进刀轴内部；

7.机器人进行多轴的协同动作，然后再一次移至刀库进行拾取；

8.在刀具安装完毕后，需要安装锁紧螺母，并自动调整刀间隙下压量，同时刀座也会自动关闭。一旦断电解锁，刀座将会自动进入设备进行生产准备。

六、自动装刀效果

1.高效自动装刀：

人工装刀改进为机器人自动装刀后，整个装刀流程所需时间为22分钟，如果两个暂放台处于空置状态，刀库和6轴机器人将同时进行装刀操作，实现高效自动装刀。

2.劳动力成本下降:

在对机器人进行装刀改造后，实施了自动化的组刀系统，每个班次减少了1名装刀工人，按照3个班次的计算，总共节约了3名装刀工作人员；减少了工人的劳动强度和用工成本。基于每位装刀工作人员每年9万元的计算（包括劳动防护用品），每年的节约成本为9x3=27万元。

自动装刀效果-直接效果

3.通过提高效率可以带来更多的收益:

采用机器人进行装刀可以降低因人工疲劳导致的装刀效率降低，平均每个班次需要8小时装6把刀，但经过改进后，可以装7把刀或更多。在钢材加工纵剪车间对钢卷进行分条纵切作业时采用了该装置。根据改造前每天生产6把刀5.5万吨的计算，改造后每年的产量约为6万吨。纵切每吨的加工利润是加工费131元/吨-吨钢的加工成本63元/吨=68元/吨。改造后，产量增加5000吨，产生的效益为34万元。

4.每年的总效益是27+34=61万

5.更为安全且可信赖:

在新系统投入使用之后，装刀区达到了无人操控的状态，安全地实现了连锁封闭，从而减少了设备对人体造成伤害的风险。

6.更能确保产品的质量:

该机器人装刀系统集成了刀具和其他工件使用次数的统计功能，并利用该系统进行装刀结果的计算，从而实现了更高质量和更易于控制的产品制造。

7.对管理流程进行了进一步的优化:

智能排产系统能够将每日的生产计划调整到最佳的生产状态，自动生成的班报可以消除员工报表的统计时间，从而使员工能够进行更多的管理活动。

结束语：当今科技的进步与市场的需求对于机械工程的建设提出了前所未有的挑战，同时又提供了更广阔的发展空间。正是这种挑战与机遇共存成为了机械工程发展的动力，在自身不断完善发展的同时，又从各个学科领域中获得新的启示与技术支持，提高改进和创新的能力。总的来说，纵剪自动装刀是现代制造业中不可或缺的一项技术，它的应用将极大地提高生产效率和产品质量，推动制造业的发展。

参考文献：

[1]杨丽琴.机械工程自动化技术存在的问题及措施分析[J].模型世界,2022(36):55-57.

[2]张颜.机械工程自动化技术存在的问题及对策探析[J].科学技术创新,2020(9):191-192.

[3]陈江元.机械工程自动化技术存在的问题及对策探析[J].中国房地产业,2020(1):174.