智能自动化设备在阀门行业应用的探讨

李鹏飞

摘 要：阀门行业是石油化工、天然气管路控制系统重要的组成部分，阀门主要由承压件和控压件构成，阀门的关键零部件的加工制造是确保阀门性能的重要工序;阀门企业所使用的加工设备、试压设备，检测仪器;由以前单机加工、单件试压检测模式;结合现有创新发展态势;为提高生产效率，降低人力成本;环保净化环境要求，工艺路线优化;阀门企业越来越多地采用智能自动化设备。

关键词： 智能控制;批量化;定制柔性化

引 言：阀门产品零部件按材料划分，主要由金属类、非金属类两大类组成;非金属类如密封垫片、填料、O 型圈等，阀门生产企业以外协采购配套为主;金属类零部件以自加工为主;铸件材料常选用 WCB、CF8、CF8M、CF3、CF3M 等，锻件材料常选用 F304、F316、F304L、F316L、A105 等;阀门零部件原材料通常在加工中心、数控车床、普通车床、铣床、钻床等各类设备上进行粗精加工、然后组装成品、试压检验及性能测试合格后销售完成整个生产流程。阀门生产工艺流程以球阀为例，如图 1 所示。

1 智能化技术的应用优势

1.1控制的精度更高

一般来说，在设备自动化控制中，所涉及到的动态方程都会比较复杂。所以，若是使用传统的技术，也就会面临着很多不确定的因素，很难掌控好控制的精度。但是，在这方面，若是能够引进智能化技术，使用智能化控制器来开展工作，那么也就可以避免各种不确定因素的影响。在这种情况下，不仅可以达到更高的工作效率，而且所得到的控制精度也会更高。

1.2使用更方便

具体来说，以往的自动化控制器所具备的性能，通常是固定的。也就是说，其在运行过程中，也就无法根据具体形势来有效的调节。而智能化技术在实际情况下的运用，就具备自动调节的能力。在开展工作时，可以根据具体的响应时间、鲁棒性等参数的具体变化情况，来进行适当的调节，以此来提高自身的工作性能。并且，在这一过程中，也不需要技术人员的支持，可以实现无人化操作。

1.3控制一致性更强

相较于以往的控制器来说，基于智能化的设备，通常具有更强的一致性。在这里，主要可以从两点来得以体现，其一是在处理不同数据方面。在这里，输入各种不同的数据，控制器也可以对其进行科学估计，从而有效调节，使其可以更好地达到控制工作的要求。其二是在控制不同的对象方面。在控制不同的对象中，也具被良好的一致性。当然，在实际情况下，这里的一致性也会受到人为因素的影响，从而增加自动化控制误差。在不考虑人为因素的影响下，这里的一致性是可以得到很大的保障的。

2 钻削、攻丝组合加工模式分析

（1）采用摇臂钻单孔逐个划线打顶尖孔，法兰孔顺次进行加工;属于基础钻削加工模式;特点为操作简单灵活，但划线定位工序较多，生产效率很低，适用于单件零部件加工。 （2）端法兰通孔为标准规定的尺寸，采用钻模、单孔逐个钻削加工模式，减少了划线的工作量，单位加工时间成本有所下降;适用于小批量零部件加工。（3）多孔钻设备采用固定式、可调式、伺服、精密齿轮式、油压自动进刀式等多、轴器，多种组合形式，同时加工多个孔或多孔攻丝;能一次把几个乃至十几二十个孔或螺纹一次性加工出来。多孔钻分为立式、卧式单向结构形式及两侧端向、三侧端向结构形式，多测端向多孔钻床，配置数控系统，能同时进行多孔、多侧端向孔钻削加工，螺纹攻丝换装刀具可继续进行多螺纹孔攻丝加工;优点是钻削定位一次完成，连续重复加工效率成倍提高，特别适用于大批量相同规格阀体端法兰、配对法兰钻孔加工。但对操作人员技能要求提高，加工过程中零件定位、多孔钻柄装夹同轴度、位置度及钻削过程中，一个钻头出现折断故障，需要及时更换调整，对钻头的备库储备能力有较高的要求。（4）卧式、立式加工中心钻孔，通过系统编程，确定转速、进刀量等参数，使用U钻，中心孔出水、多工作台装夹模式，对单件加工、小批量加工、多批量加工，采取柔性化生产模式;程序切换快速，零件上料与加工分属两个进程，同时进行;生产加工进度和零件精度品质能够保证符合技术要求。

3车削组合加工设备模式分析

在阀门结构方面，阀体密封面、法兰端面、阀盖内孔、阀芯、阀座、阀杆等零部件都要进行车削加工，车削加工是保证阀门产品零部件品质、生产进度等方面的重要工序;车削加工通常采用以下方案：（1）普通车床主要通过手动操作阀门零件装夹，通过扳动变速手柄来进行变速，手动控制进刀量等步骤实现工件的加工;重复精度差，人为因素无法精准控制;适用于单件、小批量及精度要求低的简单结构零件加工。（2）数控车床具有普通车床的加工特点，新增系统程序，編程完成后可反复多次使用在相同结构阀门零件上加工;加工精度提高，适用于相同重复加工的批量零部件[2]。（3）两台或多台数控车床组合模式，通过机械手，按给定程序、轨迹和要求实现自动上下料;机械手为单Z轴模块，主体横梁采用钢结构，使用重载导轨技术，传动采用斜齿轮斜齿条方式，伺服电机驱动，采用机械手专用控制系统控制，操作简便能代替部分人工操作来完成工件的传送、装卸和加工;一位操作工能同时操作两台或多台数控车床，使得操作具有良好的一致性;可有效提高了劳动生产率;适用于重量轻，零件结构和加工工序编排工步易结合的零部件，如阀门推杆、阀座、连接件、底轴盖、上下阀杆等。（4）智能六轴机器人与加工中心组合加工模式，六轴机器人是由执行机构、驱动系统、控制系统组成。机器人运行原理是在“程序大脑”数据精准运算组织控制下;多维度操控“手臂”关节机构在规划的时间节点、动作方位;实现零部件的装夹、位置切换、节拍间隔等功能要求;通过位置传感器触发反馈，随时将各运动部件和工件实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使驱动机构以高的精度达到设定位置。工件初始位置的识别、运动轨迹的走向及工件抓取，机器人按照编程设计的路线进行动作流转;通过机器人快速将阀门零件装夹至加工中心卡盘上，加工中心系统程序启动，切换刀具库，进行加工;完成后进入下料环节动作;机器人重复前述动作;适用于特大批量加工，如水暖管件阀门[5-6]。

结束语

阀门行业智能自动化设备应用空间及范围非常广泛，诸如阀座密封面焊接生产线、超声波清洗喷漆生产线、阀门半成品RFID库房管理系统、装配试压调式生产线、在线检测组合系统等;随着阀门批量化生产、规模化生产、柔性化生产多种生产模式的结合，使阀门制造生产工业化、信息化、自动化、智能化更多融合;促使阀门行业减少环境污染，节能降耗;使阀门产品性能、品质提高，更好地提升阀门整体应用水平。

参考文献

[1] 童群.数字化车间生产现场数据采集与智能管理研究[J].软件，2018，39（8）：178-180.

[2] 潘科峰.浅析数控铣床机械结构及工作原理[J].工业设计，2011（9）：131.

[3] 谭益松，任立敏，陈国君.轻型液压平动搬运机械手研制[J].液压与气动，2013（8）：20-23.

[4] 吕世霞.基于Modbus总线控制的机器人自动分装码垛系统设计[J].机床与液压，2018，46（3）：87-89.

[5] 徐泽侠.订单制无人化齿轮厂建模及其关键技术研究[D].浙江工业大学，2013.