工業(yè)機(jī)器人活塞澆鑄系統(tǒng)設(shè)計

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摘要：針對國內(nèi)活塞鑄造自動化水平低、鑄件質(zhì)量穩(wěn)定性差、工人勞動強(qiáng)度大、人工成本高生產(chǎn)模式的缺點，通過對活塞鑄造工藝特點的研究，設(shè)計開發(fā)工業(yè)機(jī)器人與附加軸第七軸進(jìn)行系統(tǒng)集成，成功實現(xiàn)一臺機(jī)器人完成兩臺鑄造機(jī)的澆鑄工作，優(yōu)化了澆鑄工藝流程，提高了設(shè)備自動化水平，保證了鑄件產(chǎn)品的一致性，同時減輕了工人的勞動強(qiáng)度。

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

引言

活塞作為汽車發(fā)動機(jī)的“心臟”，其設(shè)計、制造水平的高低直接影響到發(fā)動機(jī)的功率、油耗和排放水平。鑄造是活塞生產(chǎn)的第一個環(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)器人無法滿足生產(chǎn)需要，因此設(shè)計開發(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)（以下簡稱“活塞澆鑄系統(tǒng)”）的設(shè)計角度闡述澆鑄系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、工作流程及工作特點。

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)活塞澆鑄工藝特點研發(fā)的機(jī)器人附加軸第七軸，通過人機(jī)交互界面進(jìn)行控制、顯示及報警輸出，整個控制過程中，操作人員只需要按下自動按鈕即可實現(xiàn)兩臺鑄造機(jī)的全自動澆鑄工作。活塞澆鑄系統(tǒng)采用如圖1所示布局方式，在整個完成的鑄造單元中，該澆鑄系統(tǒng)布局在直線型相對的兩臺鑄造機(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)器人是六個轉(zhuǎn)軸組成的空間6桿開鏈機(jī)構(gòu)，每個轉(zhuǎn)軸均帶有一個齒輪箱，機(jī)器人的運(yùn)動精度可達(dá)到±0.05～±0.2mm，六個轉(zhuǎn)軸均有AC伺服電機(jī)驅(qū)動，來完成圓周、轉(zhuǎn)軸和進(jìn)給等運(yùn)動。該系統(tǒng)中第七軸通過機(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)通過軸承、減速機(jī)聯(lián)軸器與傳動桿連接，傳動桿的下端與直角齒輪箱通過軸承、齒輪箱聯(lián)軸器連接，直角齒輪箱輸出軸與澆勺連接。傳動桿外側(cè)還設(shè)置有傳動桿外殼，傳動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

4.1優(yōu)化工藝流程，降低勞動強(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，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中解放出來，并且澆勺在伺服電機(jī)的驅(qū)動下，運(yùn)行平穩(wěn)，并且能跟隨鑄造機(jī)的運(yùn)動實現(xiàn)聯(lián)動，準(zhǔn)確把握澆口位置，實現(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)，同時還對澆鑄過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提高自動化水平，降低人工成本

這種自動化生產(chǎn)模式使操作者由原來的2人配合操作兩臺設(shè)備減少到1人獨立操作兩臺設(shè)備，單臺產(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，同時降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，提升了鑄造行業(yè)的自動化水平，推動了行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，逐步縮小與國際先進(jìn)鑄造水平的差距。

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作者：呂冉冉 郭全喜 單位：濱州渤海活塞有限公司