钢管接箍智能加工线中全自动运输系统

徐 刚，张海军，赵专东，张 娜

（中冶京诚工程技术有限公司，北京 100176）

近年来工业协作机器人、物联网、机器视觉等新技术迅速兴起并且日趋成熟，为钢铁企业发展智能化工厂提供了有力的技术支撑［1-11］。如何实现钢管加工车间的智能无人化操作，提高生产加工效率，降低劳动强度成为目前亟需解决的问题，笔者凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种钢管接箍智能加工车间全自动运输系统，以克服现有技术的缺陷，快速高效地实现长管接箍毛坯到成品接箍入库这一工艺流程，实现了智能无人化操作，提高了生产加工效率，大大降低了劳动强度。现对该全自动运输系统进行介绍。

1 基本结构

钢管接箍智能加工车间全自动运输线，包括桁架机器人以及沿预设物料输送方向顺序布置的上料切断装置、外圆粗车装置、螺纹加工装置、接箍打码探伤装置、磷化处理装置和成品库。桁架机器人能将上料切断装置的出口端得到的接箍短坯输送至外圆粗车装置的入口端，以实现对接箍短坯进行粗车外圆加工；桁架机器人能将外圆粗车装置的出口端得到的接箍车坯输送至螺纹加工装置的入口端，以实现对接箍车坯进行镗孔和螺纹加工；桁架机器人能将螺纹加工装置的出口端得到的钢管接箍输送至接箍打码探伤装置的入口端，以实现对钢管接箍进行打码和磁粉探伤；桁架机器人能将接箍打码探伤装置的出口端得到的打码探伤后的钢管接箍输送至磷化处理装置的入口端，以实现对打码探伤后的钢管接箍进行磷化处理；桁架机器人能将磷化处理装置的出口端得到的成品接箍输送至成品库中。钢管接箍智能加工车间平面如图1 所示。

图1 钢管接箍智能加工车间平面示意

2 桁架机器人结构

桁架机器人包括多个桁架以及能滑动地设在各桁架上的多个机器人，各桁架分别对应上料切断装置、外圆粗车装置、螺纹加工装置、接箍打码探伤装置、磷化处理装置和成品库设置。

桁架包括第一纵向桁架，在第一纵向桁架的第一侧沿其长度方向间隔地垂直设有第一横向桁架、第二横向桁架和第三横向桁架，上料切断装置、外圆粗车装置和螺纹加工装置分别对应第一横向桁架、第二横向桁架和第三横向桁架设置；在第一纵向桁架的底部且对应第一横向桁架、第二横向桁架和第三横向桁架的位置分别设有第一移位仓、第二移位仓和第三移位仓；在第一横向桁架、第二横向桁架和第三横向桁架上分别设有第一横移机器人、第二横移机器人和第三横移机器人，在第一纵向桁架上对应第一移位仓和第二移位仓之间的区域以及第二移位仓与第三移位仓之间的区别分别设有第一纵移机器人和第二纵移机器人；在第一纵向桁架的第二侧沿预设物料输送方向顺序设有第四横向桁架、第二纵向桁架、第三纵向桁架和第五横向桁架，第四横向桁架对应第三移位仓设置，接箍打码探伤装置对应第四横向桁架设置，磷化处理装置设在第二纵向桁架和第三纵向桁架之间，成品库对应第五横向桁架设置；在第四横向桁架、第二纵向桁架、第三纵向桁架和第五横向桁架上分别设有第四横移机器人、第一纵移抓筐机器人、第二纵移抓筐机器人和横移抓筐机器人；在第四横向桁架和第二纵向桁架的对接处设有第一料筐存放机构，在第三纵向桁架和第五横向桁架的对接处设有第二料筐存放机构。

第一纵向桁架包括并列间隔排布的两个第一纵向单桁架，在每个第一纵向单桁架上对应第一移位仓和第二移位仓之间的区域以及第二移位仓与第三移位仓之间的区域分别设有一个第一纵移机器人和一个第二纵移机器人。

第二横向桁架包括并排间隔排布的至少两个第二横向单桁架，在每个第二横向单桁架上分别设有一个第二横移机器人；在每个第二横向单桁架的一侧沿其长度方向均间隔设有至少两个外圆粗车装置，外圆粗车装置的进口端和出口端位于同一侧，且其进口端垂直于第二横向单桁架的长度方向设置。

第三横向桁架包括并排间隔排布的至少两个第三横向单桁架，在每个第三横向单桁架上分别设有一个第三横移机器人；在每个第三横向单桁架的其中一侧沿其长度方向间隔设有多个螺纹加工装置，螺纹加工装置的进口端和出口端位于同一侧，且其进口端垂直于第三横向单桁架的长度方向设置。

第三横向桁架包括三个第三横向单桁架，第三移位仓包括沿第一纵向桁架的长度方向间隔排布的第三前移位仓和第三后移位仓；第二纵移机器人设在第二移位仓和第三前移位仓之间，在每个第一纵向单桁架上且位于第三前移位仓和第三后移位仓之间分别设有一个第四纵移机器人，第四横向桁架正对第三后移位仓设置；其中一个第三横向单桁架正对第三前移位仓设置，并在该第三横向单桁架靠近外圆粗车装置的一侧设有至少两个螺纹加工装置；另外两个第三横向单桁架正对第三后移位仓设置，并在另外两个第三横向单桁架相对的外侧沿其长度方向分别间隔设有至少两个螺纹加工装置。双爪机器人与桁架配合的结构如图2 所示。

图2 双爪机器人与桁架配合的结构示意

第一前移位仓、第一后移位仓、第二移位仓、第三前移位仓和第三后移位仓均为多向传送带。多向传送带可以采用德国的多向传送带（Cellular Conveyor，简称Celluveyor，又称作蜂窝式输送机）。该多向传动带是一种高度灵活的模块化输送和定位系统，由一个个六边形模块组成，每个模块都包含三个万向轮，且每个轮子下方都有一个小型电机，每个轮子都可以独立活动，通过改变各轮毂速度的线性组合，可控制运动系统中心合速度大小和方向，使货物可在传送平台上实现360°全方位自由移动，且可以设定不同的货物分拣路线，具体的移动路线可以由电脑程序进行设定。多向传送带如图3 所示。

图3 多向传送带示意

第四横向桁架包括并排间隔排布的前横向单桁架和后横向单桁架，在前横向单桁架和后横向单桁架上分别设有一个第四横移机器人；前横向单桁架正对第三移位仓设置，后横向单桁架正对第一料筐存放机构设置；在前横向单桁架和后横向单桁架之间沿其长度方向间隔设有多个接箍打码探伤装置，接箍打码探伤装置的进口端正对前横向单桁架设置，接箍打码探伤装置的出口端正对后横向单桁架设置。

第一料筐存放机构包括回筐纵移链、第一支架以及纵向移位架，回筐纵移链设在第二纵向桁架的底部并能沿第二纵向桁架的长度方向传送，回筐纵移链的入口端和出口端分别靠近第五横向桁架和第四横向桁架设置，横移抓筐机器人能将成品库的空筐输送至回筐纵移链的入口端；在第一支架上设有能上下移动的提升板，提升板包括对称设在回筐纵移链两侧并能与回筐纵移链的上表面平齐的两个子提升板；纵向移位架设在回筐纵移链的出口端上方并能沿第二纵向桁架的长度方向纵向移动，纵向移位架能在提升板上移后与提升板的上表面平齐；在第一支架上设有用于驱动提升板上下移动的第一驱动机构，在第二纵向桁架的底部设有用于驱动纵向移位架纵向移动的第二驱动机构。

第一支架包括对称设在回筐纵移链两侧的两组导柱，两个子提升板分别滑动连接在两组导柱上；第一驱动机构包括两组第一液压缸，两组第一液压缸的缸体分别与两组导柱固定连接，两组第一液压缸的活塞杆分别与两个子提升板固定连接。

第二纵向桁架包括并列间隔排布的两个第二纵向单桁架，第一纵移抓筐机器人能滑动地安装在两个第二纵向单桁架之间；在两个第二纵向单桁架底部之间连接有横梁，纵向移位架能滑动地设在横梁上。抓筐机器人与桁架配合的结构如图4 所示。

图4 抓筐机器人与桁架配合的结构示意

纵向移位架为带有滚轮的平板车；或者纵向移位架为纵移平板，并在横梁上设有第一滑轨，第二驱动机构能驱动纵移平板沿第一滑轨往复移动。

第二驱动机构为第二液压缸，第二液压缸的缸体与横梁固定连接，第二液压缸的活塞杆与纵向移位架固定连接。

第二料筐存放机构包括横向移位架和第三驱动机构，横向移位架设在第三纵向桁架的底部且正对第五横向桁架的位置，并能沿第五横向桁架的长度方向横向移动，第三驱动机构设在第三纵向桁架的底部并能驱动横向移位架横向移动。

在第三纵向桁架的底部设有伸入第五横向桁架底部的固定板，固定板的长度方向沿第五横向桁架的长度方向延伸，横向移位架能滑动地设在固定板上；第三驱动机构为第三液压缸，第三液压缸的缸体与固定板固定连接，第三液压缸的活塞杆与横向移位架固定连接。

横向移位架为带有滚轮的平板车；或者横向移位架为横移平板，并在固定板上设有第二滑轨，第三驱动机构能驱动横移平板沿第二滑轨往复移动。

第二料筐存放机构包括存放板，存放板设在第三纵向桁架的底部且正对第五横向桁架的位置，横移抓筐机器人包括能滑动地设在第五横向桁架上的滑动主体以及设在滑动主体下方的夹爪；在滑动主体的底端设有偏移板，偏移板远离第二纵向桁架的一端与滑动主体的底部固定连接，偏移板靠近第二纵向桁架的一端伸出滑动主体的外侧，夹爪固定在偏移板靠近第二纵向桁架的一端底部。

成品库内设有平行间隔排布的多个产品纵移链，各产品纵移链的长度方向均垂直于第五横向桁架的长度方向；横移抓筐机器人能将第二料筐存放机构内的钢管接箍输送至各产品纵移链上，并能将空筐从产品纵移链上取下并输送至第一料筐存放机构内。

3 结语

钢管接箍智能加工车间全自动运输系统通过桁架机器人来衔接“长管接箍毛坯上料—切断机下料—粗车外圆加工—镗孔—螺纹加工—打码—磁粉探伤—磷化—成品入库”这一工艺流程，实现了无人化智能制造。除了物料进出车间需要人工操作外，即长管吊车上料台架、成品出库装运人工协调，车间内部各工序实现全智能化加工，衔接连贯，简便快捷，大大降低了劳动强度，减少现场操作人员20%以上，提高生产效率5%以上，提高产品合格率2%以上，经济效益显著。智能制造技术已经成为世界制造业发展的客观趋势，各大中型钢铁企业都已开启智能工厂的建设征程。