工業(yè)機器人在精鑄鑄鋼件澆口及飛邊打磨中的應用

1、楊軍 熊亮 東風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用，為鑄件生產清理自動化的發(fā)展提供實踐參考。關鍵詞：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，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)陷入了招工難的困境。大型鑄件使用人工打磨，需要大量的場地，效率低下，

2、打磨質量不能保證，這些都無形地增加了企業(yè)的生產成本。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代6軸機器人是一種柔性自動化設備，且能持續(xù)不間斷的工作。隨著打磨工具、檢測技術等相配套技術的升級，人工打磨將逐步被機器人自動打磨所替代。1 系統(tǒng)方案設計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：根據產品、夾具的最大單重，并預留一定的余量。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全覆蓋產品打磨的表面。機器人工作半徑R2700mm。重復定位精

3、度：產品打磨精度要求±0.5mm，所以機器人重復定位精度±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，重復定位精度0.06mm，設備防護等級達到IP65。并具有重復定位精度高，設備可靠性高等特點，并能在嚴苛環(huán)境和高危環(huán)境下作業(yè)。工裝夾具系統(tǒng)的設計工裝夾具是機器人和打磨產品連接的部件，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；3.抓手庫。雙工位工作臺有兩個產品上下料的工作臺，可單獨實現產品的上下料。

4、工作臺根據不同的產品設計產品定位工裝，實現柔性化生產；工裝定位采用浮動結構，避免因為零件變形導致的抓取零件錯位；同時，工作臺設計了檢測系統(tǒng)，能夠自動識別人工上件零件與系統(tǒng)設置零件是否匹配，避免工人零件誤放而導致的事故發(fā)生。工作臺結構原理如圖1：圖1工作臺結構圖機器人抓手是根據鑄件尺寸進行非標制作。機器人與抓手連接采用標準法蘭連接，管線通過航插連接，可達到快速更換工裝的效果。同時，抓手設計了檢測系統(tǒng)，能夠自動識別抓取零件與系統(tǒng)設置零件是否匹配，檢測抓手抓取零件的準確性，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

5、快速、輕便的更換；1.3打磨工具的設計本系統(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構，具有大功率、高扭矩、柔性擺動、安全保護、自動補償等特點。柔性動力頭的結構原理如圖2：圖2 柔性動力頭結構原理圖 柔性動力裝置能在打磨過程中隨打磨力的變化產生自適應的偏移，

6、保持打磨力動態(tài)的平衡，保證打磨質量，并能起到保護工具的作用。1.4檢測系統(tǒng)的設計激光檢測系統(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，通過相應軟件自動計算出補償量，并自動調整打磨軌跡進行誤差補償， 以提高打磨質量。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、產品變形量大等技術風險。針對這些技術風險，項目組開展實驗、調研等方式進行分析、討論，最終對項目的風險做出合理的應對對策

7、。表1 項目風險及對策風險類別風險內容風險點/問題點預防及改善對策設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），產品切換導致夾具更換頻繁1.夾具安裝采用快換法蘭結構。 2.車間合理安排生產，保證生產連續(xù)性。工人誤操作工人誤操作導致系統(tǒng)中斷，影響打磨效率1.工裝夾具設計防錯裝置。 2.對操作人員進行系統(tǒng)培訓。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.選用大顆粒組織結構砂輪。 2.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

8、頻次高，增加打磨成本選用高強度CBN（立方氮化硼）砂輪。 產品變形量大零件定位困難零件尺寸偏差導致零件定位、抓取錯位上下料工作臺采用浮動結構，抓手設計定位柱。打磨飛邊質量較差產品變形導致飛邊打磨質量難以保證配置柔性打磨動力頭。打磨澆口質量較差產品變形導致澆口打磨質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線。自動打磨單元如圖4：圖 4自動打磨單元根據現場統(tǒng)計數據：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品材質重量（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40300118100三角臂鑄鋼14240991151004結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不僅改善了員工的工作環(huán)境，提高了打磨質量，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