文/李磊，李志新·連云港杰瑞自動(dòng)化有限公司

本文以連桿為研究對(duì)象，以降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)連桿鍛造自動(dòng)化系統(tǒng)。結(jié)合棒料分流滑道和機(jī)器人手爪進(jìn)行空間坐標(biāo)定位，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)化上下料功能。

目前，在連桿生產(chǎn)線中，一般都采用人工方式，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大而且危險(xiǎn)性極高，易出現(xiàn)被連桿碰傷、砸傷和燙傷的情況。使用機(jī)器人代替人工實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，不僅可以大大降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還能提高生產(chǎn)安全性。

通過在中頻爐出料口增加棒料分流滑道，使工件毛坯能夠準(zhǔn)確的定位，利用機(jī)器人手爪抓取工件毛坯進(jìn)行生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)連桿自動(dòng)化生產(chǎn)。

連桿鍛造自動(dòng)化系統(tǒng)的組成

自動(dòng)化系統(tǒng)由1 臺(tái)4000t 鍛壓機(jī)、1 臺(tái)400t 切邊壓力機(jī)、1 臺(tái)400t 摩擦壓力機(jī)、1 臺(tái)中頻爐與去氧化皮裝置、1 套自動(dòng)脫模劑配比站、4 臺(tái)FANUC 的R-2000iC/165F 機(jī)器人、1 臺(tái)噴霧機(jī)器人、1 套人員進(jìn)出安全門、安全圍欄、急停按鈕以及電氣控制系統(tǒng)集成等組成，布局圖如圖1 所示。

圖1 總體布局圖

工作流程

⑴中頻爐棒料加熱。

⑵棒料分流滑道定位。

⑶R1機(jī)器人抓取定位棒料放入4000t鍛壓機(jī)鍛造。

⑷R2 從4000t 鍛壓機(jī)抓取精鍛件放入400t 切邊壓力機(jī)切除飛邊。

⑸R3 噴霧機(jī)器人噴涂石墨潤(rùn)滑。

⑹R4 從400t 切邊壓力機(jī)抓取切邊件放入400t 摩擦壓力機(jī)整形。

⑺R5 從400t 摩擦壓力機(jī)抓取整形件下料。

自動(dòng)化與人工生產(chǎn)雙模式

由于考慮到生產(chǎn)線兼顧人工生產(chǎn)的需要，棒料需要從主壓機(jī)側(cè)窗口流入壓力機(jī)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)棒料分流滑道(圖2)，便于滿足人工生產(chǎn)要求。

圖2 分流滑道示意圖

主要技術(shù)描述

系統(tǒng)中機(jī)器人R1 手爪的設(shè)計(jì)需要考慮工件的兼容性，將夾爪的手指塊設(shè)計(jì)為上手指塊與下手指塊，夾取圓棒料時(shí)使用上手指塊，當(dāng)鐓粗后工件直徑變大，采用下手指塊夾取(圖3)。采用油缸驅(qū)動(dòng)，夾持更穩(wěn)定。

圖3 手爪抓取棒料示意圖

預(yù)鍛和終鍛，分別由R1 和R2(熱模鍛壓力機(jī)側(cè)窗位置)兩臺(tái)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)。其中R1 機(jī)器人負(fù)責(zé)將棒料放置到預(yù)鍛模上；R2 機(jī)器人負(fù)責(zé)將鍛件由預(yù)鍛模放置到終鍛模上。終鍛成形后，再由R2 從終鍛模放置到切邊壓力機(jī)中。

生產(chǎn)線充分考慮了鍛件定位、脫模、粘模等問題，以及生產(chǎn)的穩(wěn)定性和連續(xù)性。同時(shí)，對(duì)設(shè)備可能出現(xiàn)的滑車、悶車等問題，應(yīng)用安全技術(shù)防錯(cuò)，防范設(shè)備對(duì)機(jī)器人的傷害。

兩臺(tái)機(jī)器人均布置在壓力機(jī)合適位置。不影響換模、修模，以及新產(chǎn)品試制。

噴吹脫模劑，由機(jī)器人實(shí)現(xiàn)。噴吹效果達(dá)到不粘模、脫模需要。滿足不產(chǎn)生鍛件磕碰傷、充不滿等缺陷要求。

機(jī)器人工作區(qū)域進(jìn)行安全隔離，防護(hù)欄高度2 米，在規(guī)范、方便的位置設(shè)置安全門。安全門與機(jī)器人聯(lián)鎖，確保在機(jī)器人停機(jī)后方可打開。

在安全圍擋懸掛箱附近設(shè)置4 個(gè)產(chǎn)品檢測(cè)平臺(tái)窗口。檢測(cè)平臺(tái)放置在圍擋內(nèi)，臺(tái)面規(guī)格均為600mm×400mm×15mm，材質(zhì)Q235，采取角架方式固定到圍擋上，堅(jiān)固耐用。

自動(dòng)脫模劑配比站

自動(dòng)脫模劑配比站是生產(chǎn)線的一個(gè)重要設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配比、自動(dòng)加熱、自動(dòng)攪拌、自動(dòng)清洗等功能，保證工件成形飽滿、不粘模。內(nèi)桶由3mm不銹鋼制成，直徑1200mm，高1100mm，容積1000L，底部采用橢圓封頭，無縫焊接。底部中央處設(shè)有50mm 排污閥，可以由觸摸屏控制，自動(dòng)排污。底部側(cè)面留有20mm出液孔，連接隔膜泵。上沿向下100mm處安裝流量計(jì)。骨架采用50mm×50mm×2mm不銹鋼方管焊接而成，底部采用3mm不銹鋼板托底，下設(shè)φ100mm福馬輪，萬向帶鎖緊。

設(shè)備外尺寸2000mm×1300mm×1800mm，采用1mm 不銹鋼板折成。內(nèi)桶上蓋采用3mm 不銹鋼板，并用50mm×50mm×2mm不銹鋼方管作為支架，攪拌電機(jī)功率3kW，主軸采用φ60mm 不銹鋼，攪拌葉輪采用5mm 不銹鋼板焊接而成。減速比10:1，運(yùn)用變頻器控制攪拌速度。

加熱系統(tǒng)，采用半導(dǎo)體加熱，內(nèi)壁為不銹鋼材質(zhì)，功率8kW，桶內(nèi)加熱采用不銹鋼管間接加熱。加熱溫度可調(diào)，桶內(nèi)液溫可調(diào)，傳熱采用350W 不銹鋼泵頭循環(huán)泵循環(huán)加熱。

進(jìn)水、進(jìn)脫模劑采用智能全自動(dòng)控制，管直徑25mm，氣動(dòng)閥控制開關(guān)。原脫模劑出劑口25mm，用隔膜泵加壓，根據(jù)設(shè)定自動(dòng)控制進(jìn)水量及進(jìn)脫模劑量；若原脫模劑粘度較大且易干，避免損壞隔膜泵及管道，可向不銹鋼內(nèi)桶人工進(jìn)料，通過液位計(jì)自動(dòng)計(jì)量及自動(dòng)計(jì)算進(jìn)水量，也可以自行設(shè)定進(jìn)水量。使用時(shí)按配比設(shè)定進(jìn)入量，并且與攪拌站配套，當(dāng)攪拌桶內(nèi)缺液警示時(shí)，自動(dòng)進(jìn)水補(bǔ)充脫模劑，當(dāng)?shù)竭_(dá)上限位置時(shí)自動(dòng)停止。該系統(tǒng)可根據(jù)脫模劑特性，柔性配置。

攪拌站自動(dòng)清洗，在頂口處50mm設(shè)有多個(gè)噴頭，進(jìn)入手動(dòng)模式就可以自動(dòng)清洗，清洗時(shí)間自行設(shè)定。

蓄氣罐100L，給隔膜泵與氣動(dòng)閥提供穩(wěn)定氣壓。

自動(dòng)脫模劑配比站與自動(dòng)化控制系統(tǒng)通訊，具有存儲(chǔ)不同品種產(chǎn)品配方功能，并能跟自動(dòng)化機(jī)器人程序關(guān)聯(lián)。

總控系統(tǒng)

整個(gè)電氣控制系統(tǒng)采用三菱邏輯控制器(PLC)進(jìn)行控制。該控制系統(tǒng)可以完成機(jī)器人與各外圍設(shè)備的信息通訊，使整個(gè)工作站可以有序的進(jìn)行生產(chǎn)。主控制柜采用三菱PLC，并配置CC-Link 通訊模塊。電氣控制系統(tǒng)和機(jī)器人控制柜之間通過CC-Link 進(jìn)行通訊，進(jìn)行機(jī)器人動(dòng)作控制和數(shù)據(jù)傳輸。

操作站觸屏獨(dú)立安裝于壓力機(jī)的右前方，觸屏距地面高度約1600mm。操作盤上裝有主要操作選擇開關(guān)、按鈕、指示燈、觸摸屏(12 英寸)等。觸摸屏上具備連續(xù)生產(chǎn)中快速微調(diào)機(jī)械手抓取和擺放產(chǎn)品位置(X，Y，Z 三個(gè)方向平移和旋轉(zhuǎn))的功能，偏移值關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)的件號(hào)程序。不停機(jī)微調(diào)，需要設(shè)極限位置。

中文觸摸屏界面實(shí)時(shí)顯示機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)、檢測(cè)開關(guān)狀態(tài)，計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器及其設(shè)定；計(jì)數(shù)器、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)和關(guān)鍵零部件維護(hù)保養(yǎng)提醒功能；設(shè)備故障點(diǎn)報(bào)警顯示，可以引導(dǎo)操作及維修，提高生產(chǎn)效率。

結(jié)束語

本文以連桿為研究目標(biāo)，闡述了整個(gè)系統(tǒng)組成和各組成部件的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)了連桿鍛造自動(dòng)化系統(tǒng)的機(jī)器人搬運(yùn)技術(shù)生產(chǎn)應(yīng)用，不僅提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。