工業(yè)自動(dòng)化機(jī)器人集成技術(shù)在輕合金重力鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)中的應(yīng)用
輕合金重力鑄造傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式是手工下芯-鑄機(jī)合模-手工勺取鋁液澆注-鑄機(jī)翻轉(zhuǎn)產(chǎn)品凝固-手工開模頂出-手工取件-手工打碼-自然冷卻-手工清理-轉(zhuǎn)運(yùn)檢測(cè)?；旧险麄€(gè)過程都以手工作業(yè)為主，對(duì)人的依賴性比較高，由于操作員工更替頻繁及受操作人員體能的限制，會(huì)造成澆注工藝穩(wěn)定性差，鑄造產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)有波動(dòng)。
作為中航工業(yè)特飛所下屬的湖北航特裝備制造股份有限公司，是一家從事鋁合金重力傾轉(zhuǎn)鑄造的高新技術(shù)企業(yè)，憑借自身豐富的鑄造經(jīng)驗(yàn)和國內(nèi)鑄造設(shè)備的技術(shù)，從2014年開始深度開發(fā)機(jī)器人重力澆注自動(dòng)化生產(chǎn)線，目前已研制實(shí)施單軌機(jī)器人、雙軌機(jī)器人重力澆注自動(dòng)化生產(chǎn)線，高架天軌機(jī)器人鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線。其中單軌機(jī)器人、雙軌機(jī)器人重力澆注自動(dòng)化生產(chǎn)線主要是針對(duì)不同類別及節(jié)拍要求的產(chǎn)品，可以很靈活對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行布局和調(diào)整。高架天軌機(jī)器人鑄造生產(chǎn)線是以整個(gè)鑄造過程進(jìn)行組線集成自動(dòng)化生產(chǎn)，適合大批量產(chǎn)品。
1、單軌機(jī)器人澆注自動(dòng)化生產(chǎn)線
由一臺(tái)澆注機(jī)器人和一條軌道系統(tǒng)組成，澆鑄機(jī)分布在軌道兩邊。澆注機(jī)器人接收到鑄機(jī)的澆注信號(hào)時(shí)，澆注機(jī)器人從熔爐勺取定量的鋁液，然后通過軌道運(yùn)動(dòng)到鑄機(jī)旁，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆注過程
2、雙軌機(jī)器人重力澆注自動(dòng)化生產(chǎn)線
此生產(chǎn)線與布局1相似，由兩臺(tái)澆注機(jī)器人和兩條軌道系統(tǒng)組成，澆鑄機(jī)分布在軌道兩邊，一臺(tái)澆注機(jī)器人負(fù)責(zé)一邊的鑄機(jī)。澆注機(jī)器人接受到鑄機(jī)的澆注指令，澆注機(jī)器人從熔爐勺取定量的鋁液，然后通過軌道運(yùn)動(dòng)到鑄機(jī)旁，進(jìn)行自動(dòng)澆注，由于兩臺(tái)機(jī)器人共用一臺(tái)熔爐，之間會(huì)有一個(gè)信號(hào)集成（如圖2所示）。
3、高架天軌機(jī)器人重力鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線
該生產(chǎn)模式是手工下芯-鑄機(jī)合模-機(jī)器人勺取鋁液澆注-鑄機(jī)翻轉(zhuǎn)產(chǎn)品凝固-自動(dòng)開模頂出-機(jī)器人取件-機(jī)器人抓取工件打碼-機(jī)器人放傳送帶冷卻-機(jī)器人抓取工件清理-機(jī)器人抓取工件放傳送帶-機(jī)器人抓取工件進(jìn)行X光檢測(cè)。
此生產(chǎn)線包括一套七軸澆注機(jī)器人、一套七軸取件機(jī)器人、一套六軸清理機(jī)器人、一套檢測(cè)機(jī)器人、一套龍門高架軌道系統(tǒng)、四臺(tái)大回轉(zhuǎn)伺服電機(jī)齒輪傳動(dòng)傾轉(zhuǎn)鑄造機(jī)、一條冷卻傳送帶、一條轉(zhuǎn)運(yùn)傳送帶、一條清理及柔性打磨臺(tái)組成，取件機(jī)器人安裝在龍門高架上端而澆注機(jī)器人安裝在龍門高架下端，方便地面的清理及節(jié)約空間。按如下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)鑄造過程的自動(dòng)化：
a.當(dāng)操作工手工完成模具氣動(dòng)清理及下芯后，按下鑄造機(jī)電控柜面板上的“工作”按鈕，澆注機(jī)器人從熔爐中根據(jù)工藝設(shè)置的劑量參數(shù)提取相應(yīng)的鋁水、輸送并完成對(duì)發(fā)出信號(hào)相應(yīng)模具的自動(dòng)澆注。完成澆注后，澆注機(jī)器人向已澆注鑄造機(jī)發(fā)出澆注成功指令，并回到澆包清理站進(jìn)行澆包清理，然后再返回到熔爐爐口上方保溫和待命，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次澆注操作，機(jī)器人澆注可實(shí)現(xiàn)在鑄造機(jī)器人和重力傾轉(zhuǎn)鑄造機(jī)之間進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)，由機(jī)器人引導(dǎo)鋁液澆包，可實(shí)施獲得澆注的確切位置。
b.鑄造機(jī)得到澆注成功指令后，2秒內(nèi)開始自動(dòng)翻轉(zhuǎn)90度完成鋁水充型，鑄件到達(dá)冷卻凝固時(shí)間后，鑄造機(jī)回轉(zhuǎn)并順序開模，同時(shí)向取件機(jī)器人發(fā)出取件請(qǐng)求。
c.取件機(jī)器人將鑄件由該模具中夾取出、輸送并打碼放置于冷卻傳送帶。
d.取件機(jī)器人將鑄件放置在傳送帶上，鑄件經(jīng)過傳送帶冷卻，傳送帶終點(diǎn)處的機(jī)器人取件，并將鑄件放置在振砂機(jī)中，等待振砂完畢，取件，放入切鋸清刺機(jī)器中，切鋸和清理完畢。
e.取件機(jī)器人放入傳送帶，檢測(cè)機(jī)器人對(duì)傳送來的零件進(jìn)行檢測(cè)和X射線探傷，檢測(cè)機(jī)器人將不合格取出放置在不合格品區(qū)。從傳送帶流轉(zhuǎn)過來的合格產(chǎn)品通過取件機(jī)器人放置在熱處理區(qū)域。
在硬件裝備集成基礎(chǔ)上，生產(chǎn)車間還集成的制造管理系統(tǒng)（MES），通過物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)自動(dòng)化等信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)人、機(jī)、料、法環(huán)等集成，實(shí)現(xiàn)鑄造生產(chǎn)的智能化作業(yè)。
工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展對(duì)于輕合金重力鑄造來說，可以降低投資和運(yùn)營成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量一致性，提高生產(chǎn)率，改善員工工作質(zhì)量，增強(qiáng)制造柔性，減少原料浪費(fèi)，提高成品率并滿足安全法規(guī)，改善健康安全條件且能減少人員流動(dòng)緩解招工壓力。
輕合金重力鑄造傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式是手工下芯-鑄機(jī)合模-手工勺取鋁液澆注-鑄機(jī)翻轉(zhuǎn)產(chǎn)品凝固-手工開模頂出-手工取件-手工打碼-自然冷卻-手工清理-轉(zhuǎn)運(yùn)檢測(cè)?；旧险麄€(gè)過程都以手工作業(yè)為主，對(duì)人的依賴性比較高，由于操作員工更替頻繁及受操作人員體能的限制，會(huì)造成澆注工藝穩(wěn)定性差，鑄造產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)有波動(dòng)。
作為中航工業(yè)特飛所下屬的湖北航特裝備制造股份有限公司，是一家從事鋁合金重力傾轉(zhuǎn)鑄造的高新技術(shù)企業(yè)，憑借自身豐富的鑄造經(jīng)驗(yàn)和國內(nèi)鑄造設(shè)備的技術(shù)，從2014年開始深度開發(fā)機(jī)器人重力澆注自動(dòng)化生產(chǎn)線，目前已研制實(shí)施單軌機(jī)器人、雙軌機(jī)器人重力澆注自動(dòng)化生產(chǎn)線，高架天軌機(jī)器人鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線。其中單軌機(jī)器人、雙軌機(jī)器人重力澆注自動(dòng)化生產(chǎn)線主要是針對(duì)不同類別及節(jié)拍要求的產(chǎn)品，可以很靈活對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行布局和調(diào)整。高架天軌機(jī)器人鑄造生產(chǎn)線是以整個(gè)鑄造過程進(jìn)行組線集成自動(dòng)化生產(chǎn)，適合大批量產(chǎn)品。
1、單軌機(jī)器人澆注自動(dòng)化生產(chǎn)線
由一臺(tái)澆注機(jī)器人和一條軌道系統(tǒng)組成，澆鑄機(jī)分布在軌道兩邊。澆注機(jī)器人接收到鑄機(jī)的澆注信號(hào)時(shí)，澆注機(jī)器人從熔爐勺取定量的鋁液，然后通過軌道運(yùn)動(dòng)到鑄機(jī)旁，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆注過程
2、雙軌機(jī)器人重力澆注自動(dòng)化生產(chǎn)線
此生產(chǎn)線與布局1相似，由兩臺(tái)澆注機(jī)器人和兩條軌道系統(tǒng)組成，澆鑄機(jī)分布在軌道兩邊，一臺(tái)澆注機(jī)器人負(fù)責(zé)一邊的鑄機(jī)。澆注機(jī)器人接受到鑄機(jī)的澆注指令，澆注機(jī)器人從熔爐勺取定量的鋁液，然后通過軌道運(yùn)動(dòng)到鑄機(jī)旁，進(jìn)行自動(dòng)澆注，由于兩臺(tái)機(jī)器人共用一臺(tái)熔爐，之間會(huì)有一個(gè)信號(hào)集成（如圖2所示）。
3、高架天軌機(jī)器人重力鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線
該生產(chǎn)模式是手工下芯-鑄機(jī)合模-機(jī)器人勺取鋁液澆注-鑄機(jī)翻轉(zhuǎn)產(chǎn)品凝固-自動(dòng)開模頂出-機(jī)器人取件-機(jī)器人抓取工件打碼-機(jī)器人放傳送帶冷卻-機(jī)器人抓取工件清理-機(jī)器人抓取工件放傳送帶-機(jī)器人抓取工件進(jìn)行X光檢測(cè)。
此生產(chǎn)線包括一套七軸澆注機(jī)器人、一套七軸取件機(jī)器人、一套六軸清理機(jī)器人、一套檢測(cè)機(jī)器人、一套龍門高架軌道系統(tǒng)、四臺(tái)大回轉(zhuǎn)伺服電機(jī)齒輪傳動(dòng)傾轉(zhuǎn)鑄造機(jī)、一條冷卻傳送帶、一條轉(zhuǎn)運(yùn)傳送帶、一條清理及柔性打磨臺(tái)組成，取件機(jī)器人安裝在龍門高架上端而澆注機(jī)器人安裝在龍門高架下端，方便地面的清理及節(jié)約空間。按如下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)鑄造過程的自動(dòng)化：
a.當(dāng)操作工手工完成模具氣動(dòng)清理及下芯后，按下鑄造機(jī)電控柜面板上的“工作”按鈕，澆注機(jī)器人從熔爐中根據(jù)工藝設(shè)置的劑量參數(shù)提取相應(yīng)的鋁水、輸送并完成對(duì)發(fā)出信號(hào)相應(yīng)模具的自動(dòng)澆注。完成澆注后，澆注機(jī)器人向已澆注鑄造機(jī)發(fā)出澆注成功指令，并回到澆包清理站進(jìn)行澆包清理，然后再返回到熔爐爐口上方保溫和待命，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次澆注操作，機(jī)器人澆注可實(shí)現(xiàn)在鑄造機(jī)器人和重力傾轉(zhuǎn)鑄造機(jī)之間進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)，由機(jī)器人引導(dǎo)鋁液澆包，可實(shí)施獲得澆注的確切位置。
b.鑄造機(jī)得到澆注成功指令后，2秒內(nèi)開始自動(dòng)翻轉(zhuǎn)90度完成鋁水充型，鑄件到達(dá)冷卻凝固時(shí)間后，鑄造機(jī)回轉(zhuǎn)并順序開模，同時(shí)向取件機(jī)器人發(fā)出取件請(qǐng)求。
c.取件機(jī)器人將鑄件由該模具中夾取出、輸送并打碼放置于冷卻傳送帶。
d.取件機(jī)器人將鑄件放置在傳送帶上，鑄件經(jīng)過傳送帶冷卻，傳送帶終點(diǎn)處的機(jī)器人取件，并將鑄件放置在振砂機(jī)中，等待振砂完畢，取件，放入切鋸清刺機(jī)器中，切鋸和清理完畢。
e.取件機(jī)器人放入傳送帶，檢測(cè)機(jī)器人對(duì)傳送來的零件進(jìn)行檢測(cè)和X射線探傷，檢測(cè)機(jī)器人將不合格取出放置在不合格品區(qū)。從傳送帶流轉(zhuǎn)過來的合格產(chǎn)品通過取件機(jī)器人放置在熱處理區(qū)域。
在硬件裝備集成基礎(chǔ)上，生產(chǎn)車間還集成的制造管理系統(tǒng)（MES），通過物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)自動(dòng)化等信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)人、機(jī)、料、法環(huán)等集成，實(shí)現(xiàn)鑄造生產(chǎn)的智能化作業(yè)。
工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展對(duì)于輕合金重力鑄造來說，可以降低投資和運(yùn)營成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量一致性，提高生產(chǎn)率，改善員工工作質(zhì)量，增強(qiáng)制造柔性，減少原料浪費(fèi)，提高成品率并滿足安全法規(guī)，改善健康安全條件且能減少人員流動(dòng)緩解招工壓力。
在工業(yè)化、信息化發(fā)展的同時(shí)智能制造是工業(yè)技術(shù)和信息技術(shù)的高度融合，是從根本上實(shí)現(xiàn)企業(yè)制造模式的變更，在工業(yè)化和信息化兩化融合的大背景下，只有提高鑄造業(yè)自動(dòng)化水平，加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人在鑄造業(yè)中的深層次應(yīng)用，加速推進(jìn)信息化技術(shù)與傳統(tǒng)鑄造行業(yè)的深度融合，才能提升鑄造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
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