机械手抛丸机在铸件清理中的应用与改进

张利欣，尹德秀 ，张 利

（1.一拖（洛阳）铸锻有限公司，河南 洛阳 471004；2.中国一拖集团有限公司工艺材料研究所，河南 洛阳 471004）

一拖（洛阳）铸锻有限公司是专业生产发动机缸体、缸盖的铸造企业，拥有德国原装进口的KW线、静压线各一条，年生产铸件10万t。在实际的生产过程中，就如何快速、经济、高效地清理这些带深孔的缸体、缸盖铸件，一直是一件非常令人头痛的事情。以前，我公司主要是利用Q384D抛丸机清理铸件，由于该设备在清理不同形状、不同尺寸的工件时，需每次更换相应的工装件，费时费力，因而使得产能受限。此外，由于该设备使用时间较长以及抛丸室的密封和抛头定位性能下降，造成工件表面光洁度不高，难以满足客户对铸件表面精度的要求。

为适应市场需求，公司在2002年从德国DISA公司购进一台DV2-450机械手抛丸机用于清理工部的铸件清理。从总体上来讲，该抛丸机对缸体、缸盖等难清理铸件的表面和内腔清理效果十分明显，且操作简单，生产效率高，因而使得我公司的产能和清理质量得到了显著提高。

1 工作原理

DV2-450机械手抛丸机主要由辊道系统、抛丸室系统、残余砂丸倾倒装置三个部分组成。这三个部分，能够确保在抛丸清理的同时，进行其他批次工件的装卸，从而可实现连续、高速的生产运行。

1.1 辊道系统

控制工艺如图1所示。

控制原理：见空就走，到位即停。工件运行位置由光电开关检测 （图1中用实心圆形指示灯表示），PLC程序控制，操作屏显示运行状况。所有辊道均可实现手动、自动及正反转控制（图1中用空心椭圆型指示灯表示）。整个辊道系统共14段，辊道1～8主要用于上工件，控制系统选用西门子200，动态模拟显示（灯显）；辊道 9～12（即 DISA 1～4 辊道）主要用于识别工件类型、工件定位及运转工件，控制系统选用西门子300，与主机控制联动；辊道13#、14#主要用于运送抛丸清理好的工件。

控制程序：上工件→辊道1#→8#顺序启动。

图1 控制工艺示意图

工件 → 辊道9#（检测工件上辊道）→辊道10#（检测工件长度：4缸体、6缸体识别，工件在辊道中心定位）→ 辊道11#、辊道12#（检测工件到预抛丸位、运转工件）→ 辊道13#抛后铸件输送、定位 →辊道14#残余丸砂倾倒、工件输送辊道→下工件。

1.2 抛丸室系统

主要技术参数见如下：

机械手在水平位置夹持1个或2个铸件长度：最大1400mm；

两个铸件时单个铸件长度：最大575mm；

工件旋转半径：最大900mm；

清理能力：最大60t/h；

抛丸器数量：4台；

每个抛丸器的驱动功率：37 kW；

总抛丸量：最大 1800kg/min；

丸料抛射速度约：78 ms；

不包括除尘设备的安装功率：188 kW；

1.2.1 抛丸室系统组成

1）抛丸室：清理室分1#、2#清理室，隔板分开，轴承支撑整体，电机减速器传动；由轧制Mn12耐磨高锰钢板焊接制做，壳体用薄高锰钢板，护板用厚高锰钢板制成；装有4台SRD-500抛丸器，窄V带传动。出于检修的目的，抛丸室上有一带安全装置的检修门，底部为钻孔板，确保丸料和砂的混合物落入振动给料机并进入丸料清理系统。

2）转盘：转盘上装有2个机械手，转盘通过带抱闸的齿轮电机进行驱动。转盘每次进行180°旋转，一个机械手进入抛丸位置，则另一个机械手运行到装／卸料位置。

3）机械手：由夹爪、高压油缸，顶杆机构、高压弹簧，旋转机构，6方向抛丸定位机构及接近开关检测系统组成。在清理过程中，机械手移动工件，机械手夹持工件所需的压力来自于压力弹簧，工件完成清理后，通过液压缸压弹簧将卡爪打开。机械手上的轮毂带有凸轮片，这些凸轮片是通过接近开关检测机械手的实际位置。

4）震动输送筛：筛选出毛刺和杂物；将钢丸送入提升机。输送量180t/h。

5）提升机、分离器：提升量、分离量180t/h。

6）丸料阀：安装在抛丸器给料管上部，抛丸器的丸料消耗量可通过螺栓进行调节。

7）上卸料装置：主要部件为带轮的小车框、气动操作上升、下降的机构、工件到位检测接近开关及小车运行到位检测系统；运转小车在带轨道的平台上运行，由PLC程序控制，完成工件由辊道-机械手夹爪往返运动的任务。抛丸机上料时，运转小车向辊道运行，将已经在辊道上的工件举起，然后将工件移向机械手。抛丸机卸料时，运转小车向机械手移动，将清理好的工件举起，然后返回辊道。

8）电气控制系统：操作系统采用西门子OP27触摸屏，PLC采用西门子S7-314;OP27与PLC通过现场总线连接，相互通讯，OP27设定的地址与PLC的地址相对应，因此OP27不仅能操作设备，还能显示部件的运动状况和位置状况，能修改PLC的一些参数。由于各种铸件抛射要求不一样，通过OP27的参数设定，能储存10种铸件的抛射参数。抛射参数存储在PLC中，抛射参数包括抛射时间、机械手摆动时间、机械手倒丸时间、机械手摆动开始位置、机械手摆动宽度、钢丸倾倒装置转动圈数，此外抛射参数能通过OP27实现在线修改。

为了方便操作和维修，DV2-450机械手抛丸机通过OP27编辑了大量的消息和故障信息，通过消息提示，操作人员能很方便地知道操作错误，通过故障提示，维修人员能很快知道故障原因。OP27还能存储故障原因、故障发生时间、故障消除时间。

1.2.2 工作过程

工件依次进入1#—8#上料辊道，进入9#和10#辊道进行4、6缸缸体的识别，定位卡具夹紧定位，进入11#、12#辊道，运转小车将待清理的铸件输送上1#机械手夹爪上，夹爪夹紧闭合，清理室转盘旋转180°使铸件进入抛丸清理室；同时2#机械手将已清理完铸件转到上、卸料工位。运转小车把铸件送回11#、12#辊道上，工件进入13#辊道，进入丸砂倾倒装置(14#辊道)，转盘旋转、震动倒出铸件内腔残留钢丸，把干净的工件送出，工件清理完毕。

在清理的过程中，机械手夹爪做360°旋转，也可在特定角度摇摆抛丸，这主要是根据铸件的外形特征来进行选择“旋转”、“摇摆”，实现对铸件的指定部位进行重点抛丸清理。清理室1#、2#交替工作，完成循环，进行下一个循环的抛丸清理。

1.3 残余砂丸倾倒装置

经过清理的铸件经11#、12#辊道后，自动进入残余砂丸倾倒装置，由气动夹紧机构夹紧后进行旋转并振动，将铸件内残余的砂丸倒出。该装置自动控制并与抛丸机互锁，且带有钢丸收集斗，将倒出的钢丸输送至抛丸机的螺旋给料器。

2 存在的问题

这台机械手抛丸机在我公司的生产中居于非常重要的地位，一旦停产将造成重大的损失，然而经过多年的连续运行，设备故障率开始逐步提高，有的电气元件需更新换代，但是，由于该设备所有电气元件、机械备配件均为进口件，采购周期长，维修费用高，有的备配件价格是国产同类产品的10倍，不仅给正常的设备维修造成许多困难，也给正常生产带来隐患，这种情况在公司曾出现过几次，严重影响了生产。

3 问题的改进

针对目前该设备存在的问题和满足生产最大化的需要，必须对系统进行改造，在充分考虑到改造成本、改造时间、选择通用性强、备件购买方便、质量可靠，维护方便，现场合理施工、减少现场作业时间等因素的基础上，进行技术改造。

3.1 进口电气元件逐步用国产替代

将电气元件，如感应开关、抛丸器用的保险选用国产普通感应开关、空气开关代替，这样既节约费用，又节省安装空间，且与其他设备具有相似性和兼容性。这样改造使用至今，效果很好（原电气系统中用的磁插保险座，安装方式特殊，通用性差，价格高，极不实用）

3.2 抛丸器易损件、清理室护板用国产件替代

我公司已将抛丸器叶片、定向套等易损件用国产件替代，清理室护板采用国产Mn13耐磨高锰钢板代替。这些国产备配件价格仅为进口件的20%～30%经试用效果良好，有效地降低了维修费用。

3.3 上卸料小车增加台面丸砂清扫装置

设备在自动运行状态下，抛丸机上卸料时，运转小车在轨道上需在机械手和辊道之间根据检测信号做往返运动。由于刚经过抛丸处理的铸件，其内腔和沟槽处会带有很多丸砂，这些丸砂随运转小车的移动不停散落在轨道上，时间一长，小车经常运行不到位，这时每次都需要将设备设为手动状态，恢复各到位信号后，才可以继续连续工作，严重影响了生产效率。为此，公司在上卸料运转小车车框的前后各加两个推扫装置，小车移动时能迅速处理散落的丸砂。这一改造使运转小车的运行更加顺畅，保证了整台设备的生产节拍。

3.4 残余砂丸倾倒装置翻转台定位改造

抛丸清理好的工件自动进入残余砂丸倾倒装置，转盘进行旋转。原电气控制转盘采用普通电机，抱闸制动控制，转盘总是不能准确到位（与后续辊道不能平稳接轨），经常跑偏。现采用变频器控制，平稳减速，准确定位，已彻底解决这一难题。

3.5 设备周围增加钢丸防飞装置

抛丸设备随着使用时间的延长，其密封性降低，钢丸四处飞丸现象显现，加之操作显示台在机械手正对面，每次当一个清理室铸件清理完，另一个清理室正在进行抛丸工作，运转小车上下铸件时，飞丸非常严重，不仅存在有重大安全隐患，而且浪费严重。针对这一困扰，我们在设备四周加上有机玻璃框架，既不挡操作工视线，又有效阻挡了飞丸，效果良好。

4 结束语

目前，公司已经完成了对该抛丸机的改造工作，改造完成后，备配件采购周期缩短，维修费用大幅降低，同时该设备的功能也更加完善，设备运行更加稳定可靠，并使得公司的产能和清理质量得到了明显的提高，且收到了良好的效果。