李華棟，張國(guó)靖，古元軍

（濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250022）

1 設(shè)備工作流程

隨著鑄造業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)鑄造機(jī)械裝備的要求也越來(lái)越高，設(shè)備鑄件的制造也出現(xiàn)了向大型化發(fā)展的趨勢(shì)，與之相應(yīng)的造型規(guī)模也不斷擴(kuò)大，造型工藝的機(jī)械化、自動(dòng)化要求也越來(lái)越高。在大件鑄造設(shè)備的造型生產(chǎn)刷涂料單元中，在線(xiàn)翻轉(zhuǎn)流涂機(jī)已經(jīng)不能滿(mǎn)足生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化要求，而砂型或砂箱必須進(jìn)行機(jī)械化抓取與翻轉(zhuǎn)流涂操作，相應(yīng)地作為執(zhí)行上述操作的移出式翻轉(zhuǎn)流涂機(jī)也就應(yīng)運(yùn)而生。

重型移出式流涂機(jī)（圖1）適合的最大砂箱外形尺寸為 4200mm×2400mm×800mm，工作節(jié)拍為6min，承重載荷最大15t。

圖1 重型移出式流涂機(jī)

工作流程。當(dāng)鑄型運(yùn)行到流涂機(jī)工位的輥道上時(shí)，夾持機(jī)械手臂在油缸的驅(qū)動(dòng)下下降到指定位置，夾緊機(jī)構(gòu)在液壓缸的驅(qū)動(dòng)下將工件夾住，而后上升油缸將夾緊臂提升到一定高度后移出生產(chǎn)線(xiàn)，然后夾緊臂上的擺動(dòng)油缸將工件翻轉(zhuǎn)一定角度（便于涂料流淌）。生產(chǎn)線(xiàn)的一側(cè)放置流涂裝置（包括涂料桶、涂料泵及噴管等），由人工開(kāi)動(dòng)涂料泵，用噴管將涂料噴在型腔上，多余的涂料流回到涂料桶中。流涂完成后擺動(dòng)油缸將工件回轉(zhuǎn)成0°位置后移回生產(chǎn)線(xiàn)的正上方，將工件放到輥道上，夾緊臂松開(kāi)、上升，機(jī)動(dòng)輥道將工件送出，完成整個(gè)工作流程。

2 設(shè)備組成

該設(shè)備由導(dǎo)軌支撐梁、X軸橫向移動(dòng)車(chē)體、Y軸縱向提升裝置、Z軸夾持機(jī)械手臂、機(jī)械手臂的同步裝置、繞Z軸旋轉(zhuǎn)任意角度的夾抓裝置、驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)等組成。

（1）導(dǎo)軌支撐梁。根據(jù)砂箱及設(shè)備自身的重量，通過(guò)有限元分析受力載荷，設(shè)計(jì)出支撐腿，采用大型H型鋼。同時(shí)導(dǎo)軌梁采用大型H型鋼，中間輔助筋板焊接成整體來(lái)承受設(shè)備的載荷。P型鋼軌分別安裝在導(dǎo)軌梁上，作為移動(dòng)車(chē)體的導(dǎo)軌。兩側(cè)支撐梁的平面高度通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)裝配時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓將導(dǎo)軌平面按照一定的技術(shù)要求定位，調(diào)整后的平面度再進(jìn)行二次澆灌來(lái)滿(mǎn)足承受的負(fù)載，此結(jié)構(gòu)為一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，極大方便了安裝。

（2）X軸橫向移動(dòng)車(chē)體。移動(dòng)車(chē)體根據(jù)工件與自身的載荷進(jìn)行有限元分析，采用工字鋼與H型鋼焊接成整體，而后在大型加工中心按設(shè)計(jì)的尺寸公差加工，保證設(shè)計(jì)需要的精度及形位公差，從而保證了車(chē)體移動(dòng)的平穩(wěn)性及運(yùn)行到任意位置的定位精度要求。車(chē)體的驅(qū)動(dòng)采用減速電機(jī)直聯(lián)車(chē)輪進(jìn)行回轉(zhuǎn)，減少了瑣碎的安裝零件，驅(qū)動(dòng)效率高，安裝方便。

圖2為有限元分析出結(jié)構(gòu)應(yīng)力情況及焊縫應(yīng)力集中情況。通過(guò)應(yīng)力分析，對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)需要補(bǔ)強(qiáng)處進(jìn)行增加筋板，并采用相應(yīng)方式消除焊接應(yīng)力。

圖2 結(jié)構(gòu)應(yīng)力有限元分析

（3）Y軸縱向提升裝置。采用兩個(gè)油缸沿四根導(dǎo)柱同步驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂的導(dǎo)軌架，進(jìn)行上升與下降的操作。為了承受更大的作用力，對(duì)導(dǎo)柱的直徑與接觸的耐磨導(dǎo)套長(zhǎng)度要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。為了保證兩側(cè)機(jī)械手臂運(yùn)行的平穩(wěn)性及同步性，在控制油路上設(shè)計(jì)了同步分流馬達(dá)裝置，將兩路的油平均分配到擺動(dòng)油缸中，達(dá)到同步性的要求。該設(shè)備的移動(dòng)精度達(dá)到±5mm，完全滿(mǎn)足設(shè)備的定位精度要求。

（4）Z軸夾持機(jī)械手臂。該機(jī)械手臂使用鋼板焊接成梯形箱體結(jié)構(gòu)，承受力達(dá)15t作用力。每個(gè)機(jī)械手臂的上方安裝8個(gè)承重導(dǎo)向輪，機(jī)械手臂通過(guò)夾緊油缸驅(qū)動(dòng)沿箱體導(dǎo)軌平穩(wěn)的沿Z軸移動(dòng)，而一對(duì)機(jī)械手臂的等距離同步移動(dòng)則靠鏈條實(shí)現(xiàn)。同步結(jié)構(gòu)為兩側(cè)鏈輪固定在箱體導(dǎo)軌上，而鏈輪上鏈條一側(cè)則固定在一個(gè)夾持機(jī)械手臂上，另一側(cè)固定在另一個(gè)夾持機(jī)械手臂上。

（5）繞Z軸旋轉(zhuǎn)任意角度的夾抓裝置。如圖3所示。

圖3 繞Z軸旋轉(zhuǎn)任意角度的夾抓裝置

擺動(dòng)油缸與液壓系統(tǒng)相連，通過(guò)液壓系統(tǒng)控制及提供動(dòng)力，轉(zhuǎn)軸通過(guò)平鍵與擺動(dòng)油缸連接，從而帶動(dòng)夾抓體任意角度旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)軸上的兩種型號(hào)規(guī)格的軸承起到支撐及定位作用。支撐套筒的固定是通過(guò)鎖緊螺母壓緊在機(jī)械手臂的箱體上。軸承的兩端都設(shè)有密封裝置，保護(hù)了軸承和轉(zhuǎn)軸。機(jī)械手臂的移動(dòng)距離則通過(guò)檢測(cè)頂桿是否到位進(jìn)行控制，檢測(cè)到位時(shí)，夾緊油缸保壓。頂桿依靠彈簧及自潤(rùn)滑軸承的作用機(jī)械復(fù)位。

（6）液壓系統(tǒng)（圖 4）

圖4 液壓系統(tǒng)原理圖

該設(shè)備液壓站由翻轉(zhuǎn)控制回路、升降控制回路、夾緊控制回路等部分組成。

夾緊控制回路由 7、8、9、10、11 閥組成,7 控制方向，10自鎖保壓，9調(diào)節(jié)油缸速度，8調(diào)節(jié)壓力，11檢測(cè)夾緊力是否達(dá)到要求并發(fā)訊。

升降控制回路由 20、24、25、26、27 閥組成，24控制方向，25自鎖保壓，26調(diào)節(jié)油缸速度，20防止管道爆裂造成的事故，27保證雙缸同步。

翻轉(zhuǎn)控制回路由 7、8、10、23 閥構(gòu)成，7 閥控制方向，8調(diào)節(jié)壓力，10實(shí)現(xiàn)自鎖保壓，23調(diào)節(jié)流量和實(shí)現(xiàn)同步。

3 結(jié)語(yǔ)

該設(shè)備設(shè)計(jì)合理、自動(dòng)化程度高、使用范圍廣，由于設(shè)備上配備了重型自動(dòng)化機(jī)械手臂，所以可以在造型生產(chǎn)線(xiàn)中進(jìn)行大型砂箱的抓取提升、翻轉(zhuǎn)、合箱等工序操作，避免了人為的干預(yù)，提高了工作效率。