1、.工業(yè)機器人在精鑄鑄鋼件澆口 及飛邊打磨中的應(yīng)用楊軍 熊亮 東風(fēng)精密鑄造有限公司裝備管理部 湖北 十堰 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)機器人在鑄件清理存在的技術(shù)難點進行分析，探討工業(yè)機器人集合柔性系統(tǒng)、變形檢測系統(tǒng)及新型打磨工具在鑄件清理自動化中的應(yīng)用，為鑄件生產(chǎn)清理自動化的發(fā)展提供實踐參考。關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人 柔性系統(tǒng) 變形檢測系統(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)的負擔(dān)，打磨環(huán)境和飛揚的粉塵對工人身體健康造成極大危害。職業(yè)病、工傷賠償進一步提高了人工成本，也使企業(yè)陷入了招工難的

2、困境。大型鑄件使用人工打磨，需要大量的場地，效率低下，打磨質(zhì)量不能保證，這些都無形地增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。針對以上問題，提出了利用工業(yè)機器人的多自由度柔性化加工的特點，替代人工對鑄件澆口及飛邊進行打磨?，F(xiàn)代6軸機器人是一種柔性自動化設(shè)備，且能持續(xù)不間斷的工作。隨著打磨工具、檢測技術(shù)等相配套技術(shù)的升級，人工打磨將逐步被機器人自動打磨所替代。 1 系統(tǒng)方案設(shè)計1.1機器人的選型對于打磨機器人的選型，主要從機器人最大載荷，工作軌跡范圍，重復(fù)定位精度，防護等級等要求方面進行考慮：機器人最大載荷：根據(jù)產(chǎn)品、夾具的最大單重，并預(yù)留一定的余量。機器人最大載荷210KG。工作軌跡范圍：需要保證機器人運動軌跡完

3、全覆蓋產(chǎn)品打磨的表面。機器人工作半徑R2700mm。重復(fù)定位精度：產(chǎn)品打磨精度要求0.5mm，所以機器人重復(fù)定位精度 0.5mm。防護等級：打磨作業(yè)工況惡劣，機器人防護等級要求較高。本課題選擇KUKA的KR2000打磨機器人，該機器人最大載荷210KG，工作半徑達到 2700mm，重復(fù)定位精度0.06mm，設(shè)備防護等級達到IP65。并具有重復(fù)定位精度高，設(shè)備可靠性高等特點，并能在嚴苛環(huán)境和高危環(huán)境下作業(yè)。1.2工裝夾具系統(tǒng)的設(shè)計工裝夾具是機器人和打磨產(chǎn)品連接的部件，必須具備穩(wěn)定性強、柔性化高、更換效率高，自帶防錯等功能。本系統(tǒng)的工裝夾具分為三部分：1.雙工位工作臺；2.機器人抓手；3.抓手庫。

4、雙工位工作臺有兩個產(chǎn)品上下料的工作臺，可單獨實現(xiàn)產(chǎn)品的上下料。工作臺根據(jù)不同的產(chǎn)品設(shè)計產(chǎn)品定位工裝，實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)；工裝定位采用浮動結(jié)構(gòu)，避免因為零件變形導(dǎo)致的抓取零件錯位；同時，工作臺設(shè)計了檢測系統(tǒng)，能夠自動識別人工上件零件與系統(tǒng)設(shè)置零件是否匹配，避免工人零件誤放而導(dǎo)致的事故發(fā)生。工作臺結(jié)構(gòu)原理如圖1：圖1 工作臺結(jié)構(gòu)圖機器人抓手是根據(jù)鑄件尺寸進行非標(biāo)制作。機器人與抓手連接采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭連接，管線通過航插連接，可達到快速更換工裝的效果。同時，抓手設(shè)計了檢測系統(tǒng)，能夠自動識別抓取零件與系統(tǒng)設(shè)置零件是否匹配，檢測抓手抓取零件的準(zhǔn)確性，進一步保證系統(tǒng)的安全性。抓手庫是用于存放暫時閑置的抓手。抓手庫設(shè)

5、計抓手定位工裝，保證抓手存放位置的一致性。需要更換抓手時，人工能快速、輕便的更換；1.3 打磨工具的設(shè)計本系統(tǒng)選用雙頭大功率、大扭矩砂輪機，配置一厚一薄砂輪片，分別用于切割和打磨，使砂輪機打磨工件更靈活，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，耐磨損等優(yōu)點?？梢暂^好的保證打磨效率和打磨質(zhì)量。同時，系統(tǒng)還配置了兩組打磨動力頭，分別為柔性動力頭和鋼性動力頭。柔性動力頭采用柱塞式結(jié)構(gòu)，具有大功率、高扭矩、柔性擺動、安全保護、自動補償?shù)忍攸c。柔性動力頭的結(jié)構(gòu)原理如圖2：圖2 柔性動力頭結(jié)構(gòu)原理圖柔性

6、動力裝置能在打磨過程中隨打磨力的變化產(chǎn)生自適應(yīng)的偏移，保持打磨力動態(tài)的平衡，保證打磨質(zhì)量，并能起到保護工具的作用。1.4 檢測系統(tǒng)的設(shè)計激光檢測系統(tǒng)能夠在打磨前對鑄件各特征部位進行掃描檢測，以獲得鑄件的相對外形尺寸誤差，通過相應(yīng)軟件自動計算出補償量，并自動調(diào)整打磨軌跡進行誤差補償， 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，通信兼容性好等特點。檢測系統(tǒng)如圖3：圖3檢測系統(tǒng)2 項目風(fēng)險及對策針對鑄鋼件澆口及飛邊的自動化打磨一直是鑄造行業(yè)的難題，存在著打磨效率低、打磨成本高、產(chǎn)品變形量大等技術(shù)風(fēng)險。針對這些技術(shù)風(fēng)險，項目組開展實驗、調(diào)研

7、等方式進行分析、討論，最終對項目的風(fēng)險做出合理的應(yīng)對對策。 表1 項目風(fēng)險及對策風(fēng)險類別風(fēng)險內(nèi)容風(fēng)險點/問題點預(yù)防及改善對策設(shè)備效率低澆口高度偏差大機器人下刀軌跡偏差大，影響打磨效率打磨前對澆口高度進行激光測量，高度超過8mm和低于8mm的分別自動選擇切割和打磨方式。夾具更換頻繁一共6個品種（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結(jié)構(gòu)。 2.車間合理安排生產(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)計防錯裝置。 2.對操作人員進行系統(tǒng)培訓(xùn)。打磨成本高砂輪易粘鋼鋼渣粘接砂輪表面，影響砂輪壽命1.選用大顆粒組織結(jié)構(gòu)砂輪。 2

8、.增加自動噴涂防粘接劑功能。磨具磨損快砂輪磨損快，更換砂輪頻次高，增加打磨成本選用高強度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、抓取錯位上下料工作臺采用浮動結(jié)構(gòu)，抓手設(shè)計定位柱。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裝置（激光測距）。3 效果及效益相對于人工打磨，機器人在打磨方面有效率高、成本低、打磨質(zhì)量好等優(yōu)勢。同時，機器人打磨具有較高的靈活性和擴展性，即可打磨多種不同型號的工件，又可以統(tǒng)括多個單元的集成形成自動化生產(chǎn)線。自動打磨單元如圖4：圖 4 自動打磨單元根據(jù)

9、現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)：自動打磨單元打磨效率提升100%以上，打磨磨料成本節(jié)省20%以上，產(chǎn)品合格率提升1.2%左右，合計年創(chuàng)造效益40萬元整。自動打磨單元與人工打磨對比見表2： 表2人工打磨和機器人打磨效果對比表產(chǎn)品材質(zhì)重量（Kg）人工打磨機器人打磨效率 （S/件）合格率（%）磨料成本（元/件）效率 （S/件）合格率（%）磨料成本（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化打磨，利用工業(yè)機器人替代人工進行打磨作業(yè)。該自動打磨單元的投產(chǎn)不僅改善了員工的工作環(huán)境，提高了打磨質(zhì)量，降低了打磨成本，而且還提高了公司的自動化水平，提升了企業(yè)競爭力。參考文獻