工业机器人在精铸件浇口及飞边打磨中的应用

2015-04-27东风精密铸造有限公司杨军熊亮张跃华柳建国

金属加工(热加工) 2015年23期

东风精密铸造有限公司杨军，熊亮，张跃华，柳建国

当前，铸造行业中铸件的清理打磨仍然使用大量的人工，而人工成本的不断上涨加重了铸造企业的负担，同时粉尘飞扬的打磨环境对工人身体健康造成极大危害，职业病预防、工伤赔偿进一步提高了人工成本，作业环境差、劳动强度大也使企业陷入了招工难的困境。另外，大型铸件使用人工打磨，需要大量的场地，效率低下，打磨质量不能保证，这些都无形中增加了企业的生产成本。针对以上问题，提出了利用工业机器人的多自由度柔性化加工的特点，研究用其替代人工对铸件浇口残留及飞边进行打磨。

经过查阅相关资料，发现很多机器人具备柔性、多维度、自动化特点，且能持续不间断地工作，可以满足铸件打磨操作。随着打磨工具、检测技术等相配套技术的升级，人工打磨将逐步被机器人自动打磨所替代将是必然发展趋势。

工业机器人在精铸件打磨中的应用研究发现：由于精铸件具有结构复杂，轮廓尺寸不一，曲面多,单重轻等特点，因此关键要解决机器人选型、工装夹具设计、检测识别系统及打磨工具的匹配应用，力求达到对铸件浇口及飞边打磨的效果最佳。

系统方案设计

1. 机器人的选型

对于打磨机器人的选型，主要从机器人最大载荷、工作轨迹范围、重复定位精度、防护等级等要求方面进行考虑：

（1）机器人最大载荷根据产品、夹具的最大单重，并预留一定的余量。机器人最大载荷≥210kg。

（2）工作轨迹范围需要保证机器人运动轨迹完全覆盖产品打磨的表面。机器人工作半径R≥2700mm。

（3）重复定位精度产品打磨精度要求±0.5mm，因此机器人重复定位精度≤±0.5mm。

（4）防护等级打磨作业工况恶劣，机器人防护等级要求较高。

本课题选择KUKA的KR2000打磨机器人，该机器人最大载荷210kg，工作半径达到 2700mm，重复定位精度≤0.06mm，设备防护等级达到IP65，并具有重复定位精度、设备可靠性高等特点，并能在严苛环境和高危环境下作业。

2. 工装夹具系统的设计

工装夹具是机器人和打磨产品连接的部件，必须具备稳定性强、柔性化高、更换效率高及自带防错等功能。

本系统的工装夹具分为以下三部分：

（1）双工位工作台即有两个产品上下料的工作台，可单独实现产品的上下料。工作台根据不同的产品设计定位工装，实现柔性化生产；同时，工作台设计了检测系统，能够自动识别人工上零件与系统设置零件是否匹配，避免工人零件误放而导致事故发生。

（2）机器人抓手是根据铸件尺寸进行非标制作。机器人与抓手连接采用标准法兰连接，管线通过航插连接，可达到快速更换工装的效果。同时，抓手设计了检测系统，能够自动识别抓取零件与系统设置零件是否匹配，检测抓手抓取零件的准确性，进一步保证系统的安全性。

（3）抓手库是用于存放暂时闲置的抓手。抓手库设计抓手定位工装，保证抓手存放位置的一致性。需要更换抓手时，人工能快速、轻便地更换。

3. 打磨工具的设计

本系统选用双头大功率、大扭矩砂轮机，配置一厚一薄两种砂轮片，分别用于切割和打磨，使砂轮机打磨工件更灵活，可用于处理铸件的浇冒口残留和较大飞边、飞针、毛刺。本系统打磨的产品主要是铸钢件，因此砂轮选择CBN（立方氮化硼）砂轮。该砂轮具有硬度较高、耐热性强、耐磨损等优点，可以较好地保证打磨效率和打磨质量。

同时，系统还配置了两组打磨动力头，分别为柔性动力头和刚性动力头。柔性动力头采用柱塞式结构，具有大功率、高扭矩、柔性摆动、安全保护及自动补偿等特点。柔性动力头的结构原理如图1所示。

柔性动力装置能在打磨过程中随打磨力的变化产生自适应偏移，保持打磨力的动态平衡，保证打磨质量，并能起到保护工具的作用。