工業(yè)機(jī)器人活塞澆鑄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

呂冉冉 郭全喜

摘要：針對(duì)國(guó)內(nèi)活塞鑄造自動(dòng)化水平低、鑄件質(zhì)量穩(wěn)定性差、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、人工成本高生產(chǎn)模式的缺點(diǎn)，通過(guò)對(duì)活塞鑄造工藝特點(diǎn)的研究，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工業(yè)機(jī)器人與附加軸第七軸進(jìn)行系統(tǒng)集成，成功實(shí)現(xiàn)一臺(tái)機(jī)器人完成兩臺(tái)鑄造機(jī)的澆鑄工作，優(yōu)化了澆鑄工藝流程，提高了設(shè)備自動(dòng)化水平，保證了鑄件產(chǎn)品的一致性，同時(shí)減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

Abstract： In view of the disadvantages of production mode like low piston casting automation level， poor casting part quality stability， high labor intensity and high labor cost ， through the study of piston casting process characteristic and the system integration of the industrial robots with additional 7th axis， one robot has been successfully used to complete the pouring of two machines simultaneously. Thereby the casting process is optimized， the automation level of equipment is improved， the consistency of casting products is guaranteed and the labor intensity is reduced.

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;活塞澆鑄系統(tǒng);自動(dòng)化

Key words： industrial robot;piston casting system;automation

中圖分類號(hào)：TG292;TP242.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）01-0017-02

0? 引言

活塞作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的“心臟”，其設(shè)計(jì)、制造水平的高低直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、油耗和排放水平。鑄造是活塞生產(chǎn)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，也是影響活塞使用性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因鑄造環(huán)境惡劣，存在高溫、高粉塵、噪聲，普通工業(yè)機(jī)器人無(wú)法滿足生產(chǎn)需要，因此設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)符合活塞鑄造需求的專業(yè)工業(yè)機(jī)器人是急需且必要的。本文從工業(yè)機(jī)器人活塞澆鑄系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“活塞澆鑄系統(tǒng)”）的設(shè)計(jì)角度闡述澆鑄系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、工作流程及工作特點(diǎn)。

1? 活塞澆鑄系統(tǒng)概述

活塞澆鑄系統(tǒng)采用ABB機(jī)器人搭載根據(jù)活塞澆鑄工藝特點(diǎn)研發(fā)的機(jī)器人附加軸第七軸，通過(guò)人機(jī)交互界面進(jìn)行控制、顯示及報(bào)警輸出，整個(gè)控制過(guò)程中，操作人員只需要按下自動(dòng)按鈕即可實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)鑄造機(jī)的全自動(dòng)澆鑄工作。

活塞澆鑄系統(tǒng)采用如圖1所示布局方式，在整個(gè)完成的鑄造單元中，該澆鑄系統(tǒng)布局在直線型相對(duì)的兩臺(tái)鑄造機(jī)之間，這樣的布局能有效減少鋁液保溫爐與澆鑄模具之間的距離，縮短澆鑄的節(jié)拍。

2? 活塞澆鑄系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

活塞澆鑄系統(tǒng)（如圖2所示）由ABB六軸機(jī)器人（如圖3所示）和第七軸（如圖4、圖5所示）組成。

其中ABB六軸機(jī)器人是六個(gè)轉(zhuǎn)軸組成的空間6桿開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)，每個(gè)轉(zhuǎn)軸均帶有一個(gè)齒輪箱，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度可達(dá)到±0.05～±0.2mm，六個(gè)轉(zhuǎn)軸均有AC伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，來(lái)完成圓周、轉(zhuǎn)軸和進(jìn)給等運(yùn)動(dòng)。

該系統(tǒng)中第七軸通過(guò)機(jī)器人連接法蘭與ABB六軸工業(yè)機(jī)器人的連接端固定連接;第七軸包括第七軸電機(jī)、第七軸減速機(jī)、傳動(dòng)桿、直角齒輪箱和澆勺，第七軸電機(jī)連接第七軸減速機(jī)，第七軸減速機(jī)通過(guò)軸承、減速機(jī)聯(lián)軸器與傳動(dòng)桿連接，傳動(dòng)桿的下端與直角齒輪箱通過(guò)軸承、齒輪箱聯(lián)軸器連接，直角齒輪箱輸出軸與澆勺連接。傳動(dòng)桿外側(cè)還設(shè)置有傳動(dòng)桿外殼，傳動(dòng)桿外殼安裝在減速機(jī)聯(lián)軸器的外殼和齒輪箱聯(lián)軸器的外殼之間。傳動(dòng)桿外殼還安裝有探針。

另外為了確保操作人員的人身安全以及設(shè)備運(yùn)行的安全，在充分考慮操作空間的情況，增加了采用光柵控制的安全防護(hù)系統(tǒng)（如圖6所示），將整個(gè)澆鑄單進(jìn)行區(qū)域隔離，既保證了澆鑄環(huán)境的可靠性，又避免因設(shè)備操作過(guò)程中因工件、材料等飛出，造成意外人身傷害。

3? 工作流程（如圖7所示）

4? 工作特點(diǎn)

4.1 優(yōu)化工藝流程，降低勞動(dòng)強(qiáng)度

活塞生產(chǎn)廠家普遍采用手工澆注的鑄造方式，不僅工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且這種工藝受人為因素影響較大，常常造成鑄件產(chǎn)品質(zhì)量的波動(dòng)，廢品率較高，而采用機(jī)器人澆鑄系統(tǒng)后，將工人從繁重的體重勞動(dòng)中解放出來(lái)，并且澆勺在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，運(yùn)行平穩(wěn)，并且能跟隨鑄造機(jī)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，準(zhǔn)確把握澆口位置，實(shí)現(xiàn)連續(xù)澆鑄。

4.2 定量澆鑄、柔性化控制，保證鑄件質(zhì)量穩(wěn)定

采用機(jī)器人第七軸伺服電機(jī)控制澆勺定量角度從而能夠精準(zhǔn)地控制鋁液重量，保證其重復(fù)澆注鋁液量精度控制在1%以內(nèi)，同時(shí)還對(duì)澆鑄過(guò)程中速度及速度的切換進(jìn)行柔性化控制，保證了鑄件產(chǎn)品的一致性和鑄件質(zhì)量穩(wěn)定性。

4.3 提高自動(dòng)化水平，降低人工成本

這種自動(dòng)化生產(chǎn)模式使操作者由原來(lái)的2人配合操作兩臺(tái)設(shè)備減少到1人獨(dú)立操作兩臺(tái)設(shè)備，單臺(tái)產(chǎn)量人工成本大幅度降低，最終使成品成本降低。

本文所述的工業(yè)機(jī)器人活塞澆鑄系統(tǒng)，有效保證了產(chǎn)品的一致性，同時(shí)降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，提升了鑄造行業(yè)的自動(dòng)化水平，推動(dòng)了行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，逐步縮小與國(guó)際先進(jìn)鑄造水平的差距。

參考文獻(xiàn)：

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