機械手拋丸機在鑄件清理中的應用與改進

張利欣，尹德秀 ，張 利

（1.一拖（洛陽）鑄鍛有限公司，河南 洛陽 471004；2.中國一拖集團有限公司工藝材料研究所，河南 洛陽 471004）

一拖（洛陽）鑄鍛有限公司是專業生產發動機缸體、缸蓋的鑄造企業，擁有德國原裝進口的KW線、靜壓線各一條，年生產鑄件10萬t。在實際的生產過程中，就如何快速、經濟、高效地清理這些帶深孔的缸體、缸蓋鑄件，一直是一件非常令人頭痛的事情。以前，我公司主要是利用Q384D拋丸機清理鑄件，由于該設備在清理不同形狀、不同尺寸的工件時，需每次更換相應的工裝件，費時費力，因而使得產能受限。此外，由于該設備使用時間較長以及拋丸室的密封和拋頭定位性能下降，造成工件表面光潔度不高，難以滿足客戶對鑄件表面精度的要求。

為適應市場需求，公司在2002年從德國DISA公司購進一臺DV2-450機械手拋丸機用于清理工部的鑄件清理。從總體上來講，該拋丸機對缸體、缸蓋等難清理鑄件的表面和內腔清理效果十分明顯，且操作簡單，生產效率高，因而使得我公司的產能和清理質量得到了顯著提高。

1 工作原理

DV2-450機械手拋丸機主要由輥道系統、拋丸室系統、殘余砂丸傾倒裝置三個部分組成。這三個部分，能夠確保在拋丸清理的同時，進行其他批次工件的裝卸，從而可實現連續、高速的生產運行。

1.1 輥道系統

控制工藝如圖1所示。

控制原理：見空就走，到位即停。工件運行位置由光電開關檢測 （圖1中用實心圓形指示燈表示），PLC程序控制，操作屏顯示運行狀況。所有輥道均可實現手動、自動及正反轉控制（圖1中用空心橢圓型指示燈表示）。整個輥道系統共14段，輥道1～8主要用于上工件，控制系統選用西門子200，動態模擬顯示（燈顯）；輥道 9～12（即 DISA 1～4 輥道）主要用于識別工件類型、工件定位及運轉工件，控制系統選用西門子300，與主機控制聯動；輥道13#、14#主要用于運送拋丸清理好的工件。

控制程序：上工件→輥道1#→8#順序啟動。

圖1 控制工藝示意圖

工件 → 輥道9#（檢測工件上輥道）→輥道10#（檢測工件長度：4缸體、6缸體識別，工件在輥道中心定位）→ 輥道11#、輥道12#（檢測工件到預拋丸位、運轉工件）→ 輥道13#拋后鑄件輸送、定位 →輥道14#殘余丸砂傾倒、工件輸送輥道→下工件。

1.2 拋丸室系統

主要技術參數見如下：

機械手在水平位置夾持1個或2個鑄件長度：最大1400mm；

兩個鑄件時單個鑄件長度：最大575mm；

工件旋轉半徑：最大900mm；

清理能力：最大60t/h；

拋丸器數量：4臺；

每個拋丸器的驅動功率：37 kW；

總拋丸量：最大 1800kg/min；

丸料拋射速度約：78 ms；

不包括除塵設備的安裝功率：188 kW；

1.2.1 拋丸室系統組成

1）拋丸室：清理室分1#、2#清理室，隔板分開，軸承支撐整體，電機減速器傳動；由軋制Mn12耐磨高錳鋼板焊接制做，殼體用薄高錳鋼板，護板用厚高錳鋼板制成；裝有4臺SRD-500拋丸器，窄V帶傳動。出于檢修的目的，拋丸室上有一帶安全裝置的檢修門，底部為鉆孔板，確保丸料和砂的混合物落入振動給料機并進入丸料清理系統。

2）轉盤：轉盤上裝有2個機械手，轉盤通過帶抱閘的齒輪電機進行驅動。轉盤每次進行180°旋轉，一個機械手進入拋丸位置，則另一個機械手運行到裝／卸料位置。

3）機械手：由夾爪、高壓油缸，頂桿機構、高壓彈簧，旋轉機構，6方向拋丸定位機構及接近開關檢測系統組成。在清理過程中，機械手移動工件，機械手夾持工件所需的壓力來自于壓力彈簧，工件完成清理后，通過液壓缸壓彈簧將卡爪打開。機械手上的輪轂帶有凸輪片，這些凸輪片是通過接近開關檢測機械手的實際位置。

4）震動輸送篩：篩選出毛刺和雜物；將鋼丸送入提升機。輸送量180t/h。

5）提升機、分離器：提升量、分離量180t/h。

6）丸料閥：安裝在拋丸器給料管上部，拋丸器的丸料消耗量可通過螺栓進行調節。

7）上卸料裝置：主要部件為帶輪的小車框、氣動操作上升、下降的機構、工件到位檢測接近開關及小車運行到位檢測系統；運轉小車在帶軌道的平臺上運行，由PLC程序控制，完成工件由輥道-機械手夾爪往返運動的任務。拋丸機上料時，運轉小車向輥道運行，將已經在輥道上的工件舉起，然后將工件移向機械手。拋丸機卸料時，運轉小車向機械手移動，將清理好的工件舉起，然后返回輥道。

8）電氣控制系統：操作系統采用西門子OP27觸摸屏，PLC采用西門子S7-314;OP27與PLC通過現場總線連接，相互通訊，OP27設定的地址與PLC的地址相對應，因此OP27不僅能操作設備，還能顯示部件的運動狀況和位置狀況，能修改PLC的一些參數。由于各種鑄件拋射要求不一樣，通過OP27的參數設定，能儲存10種鑄件的拋射參數。拋射參數存儲在PLC中，拋射參數包括拋射時間、機械手擺動時間、機械手倒丸時間、機械手擺動開始位置、機械手擺動寬度、鋼丸傾倒裝置轉動圈數，此外拋射參數能通過OP27實現在線修改。

為了方便操作和維修，DV2-450機械手拋丸機通過OP27編輯了大量的消息和故障信息，通過消息提示，操作人員能很方便地知道操作錯誤，通過故障提示，維修人員能很快知道故障原因。OP27還能存儲故障原因、故障發生時間、故障消除時間。

1.2.2 工作過程

工件依次進入1#—8#上料輥道，進入9#和10#輥道進行4、6缸缸體的識別，定位卡具夾緊定位，進入11#、12#輥道，運轉小車將待清理的鑄件輸送上1#機械手夾爪上，夾爪夾緊閉合，清理室轉盤旋轉180°使鑄件進入拋丸清理室；同時2#機械手將已清理完鑄件轉到上、卸料工位。運轉小車把鑄件送回11#、12#輥道上，工件進入13#輥道，進入丸砂傾倒裝置(14#輥道)，轉盤旋轉、震動倒出鑄件內腔殘留鋼丸，把干凈的工件送出，工件清理完畢。

在清理的過程中，機械手夾爪做360°旋轉，也可在特定角度搖擺拋丸，這主要是根據鑄件的外形特征來進行選擇“旋轉”、“搖擺”，實現對鑄件的指定部位進行重點拋丸清理。清理室1#、2#交替工作，完成循環，進行下一個循環的拋丸清理。

1.3 殘余砂丸傾倒裝置

經過清理的鑄件經11#、12#輥道后，自動進入殘余砂丸傾倒裝置，由氣動夾緊機構夾緊后進行旋轉并振動，將鑄件內殘余的砂丸倒出。該裝置自動控制并與拋丸機互鎖，且帶有鋼丸收集斗，將倒出的鋼丸輸送至拋丸機的螺旋給料器。

2 存在的問題

這臺機械手拋丸機在我公司的生產中居于非常重要的地位，一旦停產將造成重大的損失，然而經過多年的連續運行，設備故障率開始逐步提高，有的電氣元件需更新換代，但是，由于該設備所有電氣元件、機械備配件均為進口件，采購周期長，維修費用高，有的備配件價格是國產同類產品的10倍，不僅給正常的設備維修造成許多困難，也給正常生產帶來隱患，這種情況在公司曾出現過幾次，嚴重影響了生產。

3 問題的改進

針對目前該設備存在的問題和滿足生產最大化的需要，必須對系統進行改造，在充分考慮到改造成本、改造時間、選擇通用性強、備件購買方便、質量可靠，維護方便，現場合理施工、減少現場作業時間等因素的基礎上，進行技術改造。

3.1 進口電氣元件逐步用國產替代

將電氣元件，如感應開關、拋丸器用的保險選用國產普通感應開關、空氣開關代替，這樣既節約費用，又節省安裝空間，且與其他設備具有相似性和兼容性。這樣改造使用至今，效果很好（原電氣系統中用的磁插保險座，安裝方式特殊，通用性差，價格高，極不實用）

3.2 拋丸器易損件、清理室護板用國產件替代

我公司已將拋丸器葉片、定向套等易損件用國產件替代，清理室護板采用國產Mn13耐磨高錳鋼板代替。這些國產備配件價格僅為進口件的20%～30%經試用效果良好，有效地降低了維修費用。

3.3 上卸料小車增加臺面丸砂清掃裝置

設備在自動運行狀態下，拋丸機上卸料時，運轉小車在軌道上需在機械手和輥道之間根據檢測信號做往返運動。由于剛經過拋丸處理的鑄件，其內腔和溝槽處會帶有很多丸砂，這些丸砂隨運轉小車的移動不停散落在軌道上，時間一長，小車經常運行不到位，這時每次都需要將設備設為手動狀態，恢復各到位信號后，才可以繼續連續工作，嚴重影響了生產效率。為此，公司在上卸料運轉小車車框的前后各加兩個推掃裝置，小車移動時能迅速處理散落的丸砂。這一改造使運轉小車的運行更加順暢，保證了整臺設備的生產節拍。

3.4 殘余砂丸傾倒裝置翻轉臺定位改造

拋丸清理好的工件自動進入殘余砂丸傾倒裝置，轉盤進行旋轉。原電氣控制轉盤采用普通電機，抱閘制動控制，轉盤總是不能準確到位（與后續輥道不能平穩接軌），經常跑偏。現采用變頻器控制，平穩減速，準確定位，已徹底解決這一難題。

3.5 設備周圍增加鋼丸防飛裝置

拋丸設備隨著使用時間的延長，其密封性降低，鋼丸四處飛丸現象顯現，加之操作顯示臺在機械手正對面，每次當一個清理室鑄件清理完，另一個清理室正在進行拋丸工作，運轉小車上下鑄件時，飛丸非常嚴重，不僅存在有重大安全隱患，而且浪費嚴重。針對這一困擾，我們在設備四周加上有機玻璃框架，既不擋操作工視線，又有效阻擋了飛丸，效果良好。

4 結束語

目前，公司已經完成了對該拋丸機的改造工作，改造完成后，備配件采購周期縮短，維修費用大幅降低，同時該設備的功能也更加完善，設備運行更加穩定可靠，并使得公司的產能和清理質量得到了明顯的提高，且收到了良好的效果。