工業機器人活塞澆鑄系統設計
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摘要：針對國內活塞鑄造自動化水平低、鑄件質量穩定性差、工人勞動強度大、人工成本高生產模式的缺點，通過對活塞鑄造工藝特點的研究，設計開發工業機器人與附加軸第七軸進行系統集成，成功實現一臺機器人完成兩臺鑄造機的澆鑄工作，優化了澆鑄工藝流程，提高了設備自動化水平，保證了鑄件產品的一致性，同時減輕了工人的勞動強度。
引言
活塞作為汽車發動機的“心臟”，其設計、制造水平的高低直接影響到發動機的功率、油耗和排放水平。鑄造是活塞生產的第一個環節，也是影響活塞使用性能的關鍵環節。因鑄造環境惡劣，存在高溫、高粉塵、噪聲，普通工業機器人無法滿足生產需要，因此設計開發符合活塞鑄造需求的專業工業機器人是急需且必要的。本文從工業機器人活塞澆鑄系統（以下簡稱“活塞澆鑄系統”）的設計角度闡述澆鑄系統的組成結構、工作流程及工作特點。
1活塞澆鑄系統概述
活塞澆鑄系統采用ABB機器人搭載根據活塞澆鑄工藝特點研發的機器人附加軸第七軸，通過人機交互界面進行控制、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兩臺鑄造機的全自動澆鑄工作。活塞澆鑄系統采用如圖1所示布局方式，在整個完成的鑄造單元中，該澆鑄系統布局在直線型相對的兩臺鑄造機之間，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，縮短澆鑄的節拍。
2活塞澆鑄系統的組成結構
活塞澆鑄系統（如圖2所示）由ABB六軸機器人（如圖3所示）和第七軸（如圖4、圖5所示）組成。其中ABB六軸機器人是六個轉軸組成的空間6桿開鏈機構，每個轉軸均帶有一個齒輪箱，機器人的運動精度可達到±0.05～±0.2mm，六個轉軸均有AC伺服電機驅動，來完成圓周、轉軸和進給等運動。該系統中第七軸通過機器人連接法蘭與ABB六軸工業機器人的連接端固定連接；第七軸包括第七軸電機、第七軸減速機、傳動桿、直角齒輪箱和澆勺，第七軸電機連接第七軸減速機，第七軸減速機通過軸承、減速機聯軸器與傳動桿連接，傳動桿的下端與直角齒輪箱通過軸承、齒輪箱聯軸器連接，直角齒輪箱輸出軸與澆勺連接。傳動桿外側還設置有傳動桿外殼，傳動桿外殼安裝在減速機聯軸器的外殼和齒輪箱聯軸器的外殼之間。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備運行的安全，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系統（如圖6所示），將整個澆鑄單進行區域隔離，既保證了澆鑄環境的可靠性，又避免因設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優化工藝流程，降低勞動強度
活塞生產廠家普遍采用手工澆注的鑄造方式，不僅工人勞動強度大，并且這種工藝受人為因素影響較大，常常造成鑄件產品質量的波動，廢品率較高，而采用機器人澆鑄系統后，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的驅動下，運行平穩，并且能跟隨鑄造機的運動實現聯動，準確把握澆口位置，實現連續澆鑄。
4.2定量澆鑄、柔性化控制，保證鑄件質量穩定
采用機器人第七軸伺服電機控制澆勺定量角度從而能夠精準地控制鋁液重量，保證其重復澆注鋁液量精度控制在1%以內，同時還對澆鑄過程中速度及速度的切換進行柔性化控制，保證了鑄件產品的一致性和鑄件質量穩定性。
4.3提高自動化水平，降低人工成本
這種自動化生產模式使操作者由原來的2人配合操作兩臺設備減少到1人獨立操作兩臺設備，單臺產量人工成本大幅度降低，最終使成品成本降低。本文所述的工業機器人活塞澆鑄系統，有效保證了產品的一致性，同時降低了工人的勞動強度，提高了工作效率和產品質量，提升了鑄造行業的自動化水平，推動了行業技術進步，逐步縮小與國際先進鑄造水平的差距。
參考文獻：
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作者：呂冉冉 郭全喜 單位：濱州渤海活塞有限公司
