工業(yè)機(jī)器人在精鑄鑄鋼件澆口及飛邊打磨中應(yīng)用

-z.工業(yè)機(jī)器人在精鑄鑄鋼件澆口及飛邊打磨中的應(yīng)用軍熊亮東風(fēng)精細(xì)鑄造裝備管理部442714摘要：鑄件清理是鑄造工藝流程中的薄弱環(huán)節(jié)，大量的使用人力打磨。本文就工業(yè)機(jī)器人在鑄件清理存在的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)展分析，探討工業(yè)機(jī)器人集合柔性系統(tǒng)、變形檢測(cè)系統(tǒng)及新型打磨工具在鑄件清理自動(dòng)化中的應(yīng)用，為鑄件生產(chǎn)清理自動(dòng)化的開(kāi)展提供實(shí)踐參考。關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人柔性系統(tǒng)變形檢測(cè)系統(tǒng)新型打磨工具前言當(dāng)前鑄造行業(yè)中鑄件的清理打磨仍然使用大量的人工，工資的不斷上漲加重了鑄造企業(yè)的負(fù)擔(dān)，打磨環(huán)境和飛揚(yáng)的粉塵對(duì)工人身體安康造成極大危害。職業(yè)病、工傷賠償進(jìn)一步提高了人工本錢(qián)，也使企業(yè)陷入了招工難的困境。大型鑄件使用人工打磨，需要大量的場(chǎng)地，效率低下，打磨質(zhì)量不能保證，這些都無(wú)形地增加了企業(yè)的生產(chǎn)本錢(qián)。針對(duì)以上問(wèn)題，提出了利用工業(yè)機(jī)器人的多自由度柔性化加工的特點(diǎn)，替代人工對(duì)鑄件澆口及飛邊進(jìn)展打磨。現(xiàn)代6軸機(jī)器人是一種柔性自動(dòng)化設(shè)備，且能持續(xù)不連續(xù)的工作。隨著打磨工具、檢測(cè)技術(shù)等相配套技術(shù)的升級(jí)，人工打磨將逐步被機(jī)器人自動(dòng)打磨所替代。系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1機(jī)器人的選型對(duì)于打磨機(jī)器人的選型，主要從機(jī)器人最大載荷，工作軌跡圍，重復(fù)定位精度，防護(hù)等級(jí)等要求方面進(jìn)展考慮：eq\o\ac(○,1)機(jī)器人最大載荷：根據(jù)產(chǎn)品、夾具的最大單重，并預(yù)留一定的余量。機(jī)器人最大載荷≥210KG。eq\o\ac(○,2)工作軌跡圍：需要保證機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡完全覆蓋產(chǎn)品打磨的外表。機(jī)器人工作半徑R≥2700mm。eq\o\ac(○,3)重復(fù)定位精度：產(chǎn)品打磨精度要求±0.5mm，所以機(jī)器人重復(fù)定位精度≤±0.5mm。eq\o\ac(○,4)防護(hù)等級(jí)：打磨作業(yè)工況惡劣，機(jī)器人防護(hù)等級(jí)要求較高。本課題選擇KUKA的KR2000打磨機(jī)器人，該機(jī)器人最大載荷210KG，工作半徑到達(dá)2700mm，重復(fù)定位精度≤0.06mm，設(shè)備防護(hù)等級(jí)到達(dá)IP65。并具有重復(fù)定位精度高，設(shè)備可靠性高等特點(diǎn)，并能在嚴(yán)苛環(huán)境和高危環(huán)境下作業(yè)。1.2工裝夾具系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工裝夾具是機(jī)器人和打磨產(chǎn)品連接的部件，必須具備穩(wěn)定性強(qiáng)、柔性化高、更換效率高，自帶防錯(cuò)等功能。本系統(tǒng)的工裝夾具分為三局部：1.雙工位工作臺(tái)；2.機(jī)器人抓手；3.抓手庫(kù)。雙工位工作臺(tái)有兩個(gè)產(chǎn)品上下料的工作臺(tái)，可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的上下料。工作臺(tái)根據(jù)不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)品定位工裝，實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)；工裝定位采用浮動(dòng)構(gòu)造，防止因?yàn)榱慵冃螌?dǎo)致的抓取零件錯(cuò)位；同時(shí)，工作臺(tái)設(shè)計(jì)了檢測(cè)系統(tǒng)，能夠自動(dòng)識(shí)別人工上件零件與系統(tǒng)設(shè)置零件是否匹配，防止工人零件誤放而導(dǎo)致的事故發(fā)生。工作臺(tái)構(gòu)造原理如圖1：圖1工作臺(tái)構(gòu)造圖機(jī)器人抓手是根據(jù)鑄件尺寸進(jìn)展非標(biāo)制作。機(jī)器人與抓手連接采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭連接，管線通過(guò)航插連接，可到達(dá)快速更換工裝的效果。同時(shí)，抓手設(shè)計(jì)了檢測(cè)系統(tǒng)，能夠自動(dòng)識(shí)別抓取零件與系統(tǒng)設(shè)置零件是否匹配，檢測(cè)抓手抓取零件的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步保證系統(tǒng)的平安性。抓手庫(kù)是用于存放暫時(shí)閑置的抓手。抓手庫(kù)設(shè)計(jì)抓手定位工裝，保證抓手存放位置的一致性。需要更換抓手時(shí)，人工能快速、輕便的更換；1.3打磨工具的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)選用雙頭大功率、大扭矩砂輪機(jī)，配置一厚一薄砂輪片，分別用于切割和打磨，使砂輪機(jī)打磨工件更靈活，用于處理鑄件的澆冒口殘留和較大飛邊、飛針、毛刺。本系統(tǒng)打磨產(chǎn)品主要是鑄鋼件，所以砂輪選擇CBN〔立方氮化硼〕砂輪。該砂輪具有硬度較高，耐熱性強(qiáng)，耐磨損等優(yōu)點(diǎn)?？梢暂^好的保證打磨效率和打磨質(zhì)量。同時(shí)，系統(tǒng)還配置了兩組打磨動(dòng)力頭，分別為柔性動(dòng)力頭和鋼性動(dòng)力頭。柔性動(dòng)力頭采用柱塞式構(gòu)造，具有大功率、高扭矩、柔性擺動(dòng)、平安保護(hù)、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)忍攸c(diǎn)。柔性動(dòng)力頭的構(gòu)造原理如圖2：圖2柔性動(dòng)力頭構(gòu)造原理圖柔性動(dòng)力裝置能在打磨過(guò)程中隨打磨力的變化產(chǎn)生自適應(yīng)的偏移，保持打磨力動(dòng)態(tài)的平衡，保證打磨質(zhì)量，并能起到保護(hù)工具的作用。1.4檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)激光檢測(cè)系統(tǒng)能夠在打磨前對(duì)鑄件各特征部位進(jìn)展掃描檢測(cè)，以獲得鑄件的相對(duì)外形尺寸誤差，通過(guò)相應(yīng)軟件自動(dòng)計(jì)算出補(bǔ)償量，并自動(dòng)調(diào)整打磨軌跡進(jìn)展誤差補(bǔ)償，以提高打磨質(zhì)量。本系統(tǒng)配置一款基恩士IA系列的CMOS模擬激光傳感器，該傳感器具有精度高，抗干擾能力強(qiáng)，通信兼容性好等特點(diǎn)。檢測(cè)系統(tǒng)如圖3：圖3檢測(cè)系統(tǒng)2工程風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策針對(duì)鑄鋼件澆口及飛邊的自動(dòng)化打磨一直是鑄造行業(yè)的難題，存在著打磨效率低、打磨本錢(qián)高、產(chǎn)品變形量大等技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)這些技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，工程組開(kāi)展實(shí)驗(yàn)、調(diào)研等方式進(jìn)展分析、討論，最終對(duì)工程的風(fēng)險(xiǎn)做出合理的應(yīng)對(duì)對(duì)策。表1工程風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)別風(fēng)險(xiǎn)容風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)/問(wèn)題點(diǎn)預(yù)防及改善對(duì)策設(shè)備效率低澆口高度偏差大機(jī)器人下刀軌跡偏差大，影響打磨效率打磨前對(duì)澆口高度進(jìn)展激光測(cè)量，高度超過(guò)8mm和低于8mm的分別自動(dòng)選擇切割和打磨方式。夾具更換頻繁一共6個(gè)品種〔H44共4種、三角臂2種〕，產(chǎn)品切換導(dǎo)致夾具更換頻繁1.夾具安裝采用快換法蘭構(gòu)造。2.車(chē)間合理安排生產(chǎn)，保證生產(chǎn)連續(xù)性。工人誤操作工人誤操作導(dǎo)致系統(tǒng)中斷，影響打磨效率1.工裝夾具設(shè)計(jì)防錯(cuò)裝置。2.對(duì)操作人員進(jìn)展系統(tǒng)培訓(xùn)。打磨本錢(qián)高砂輪易粘鋼鋼渣粘接砂輪外表，影響砂輪壽命1.選用大顆粒組織構(gòu)造砂輪。2.增加自動(dòng)噴涂防粘接劑功能。磨具磨損快砂輪磨損快，更換砂輪頻次高，增加打磨本錢(qián)選用高強(qiáng)度CBN〔立方氮化硼〕砂輪。產(chǎn)品變形量大零件定位困難零件尺寸偏差導(dǎo)致零件定位、抓取錯(cuò)位上下料工作臺(tái)采用浮動(dòng)構(gòu)造，抓手設(shè)計(jì)定位柱。打磨飛邊質(zhì)量較差產(chǎn)品變形導(dǎo)致飛邊打磨質(zhì)量難以保證配置柔性打磨動(dòng)力頭。打磨澆口質(zhì)量較差產(chǎn)品變形導(dǎo)致澆口打磨質(zhì)量難以保證增加變形檢測(cè)裝置〔激光測(cè)距〕。3效果及效益相對(duì)于人工打磨，機(jī)器人在打磨方面有效率高、本錢(qián)低、打磨質(zhì)量好等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，機(jī)器人打磨具有較高的靈活性和擴(kuò)展性，即可打磨多種不同型號(hào)的工件，又可以統(tǒng)括多個(gè)單元的集成形成自動(dòng)化生產(chǎn)線。自動(dòng)打磨單元如圖4：圖4自動(dòng)打磨單元根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：自動(dòng)打磨單元打磨效率提升100%以上，打磨磨料本錢(qián)節(jié)省20%以上，產(chǎn)品合格率提升1.2%左右，合計(jì)年創(chuàng)造效益40萬(wàn)元整。自動(dòng)打磨單元與人工打磨比照見(jiàn)表2：表2人工打磨和機(jī)器人打磨效果比照表產(chǎn)品材質(zhì)重量〔Kg〕人工打磨機(jī)器人打磨效率〔S/件〕合格率〔%〕磨料本錢(qián)〔元/件〕效率〔S/件〕合格率〔%〕磨料本錢(qián)〔元/件〕前接梁鑄鋼4030098.64.971181002.34三角臂鑄鋼14240992.321151001.824結(jié)論本課題是基于精鑄行業(yè)鑄鋼件的澆口及飛邊的自動(dòng)化打磨，利用工業(yè)機(jī)器人替代人工進(jìn)展打磨作業(yè)。該自動(dòng)打磨單元的投產(chǎn)不僅改善了員工的工作環(huán)境，提高了打磨質(zhì)量，降低了打磨本錢(qián)，而且還提高了公司的自動(dòng)化水平，提升了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。參考文