廣西玉柴機(jī)器股份有限公司 設(shè)備維護(hù)工程師鄭海彪

近年來，隨著國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)鑄件精密度要求的不斷提升，機(jī)器人應(yīng)用（見圖1）在鑄造行業(yè)中已是大勢(shì)所趨。特別是在當(dāng)前，鑄件品質(zhì)的穩(wěn)定性直接決定著其市場(chǎng)地位，其在未來中國(guó)鑄造行業(yè)中的作用至關(guān)重要，將會(huì)在很大程度上帶動(dòng)國(guó)內(nèi)鑄造產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。

2010年，在全球鑄造行業(yè)沒有任何廠家成功使用工業(yè)機(jī)器人下芯案例的情況下，玉柴大膽提出采用機(jī)器人在造型線自動(dòng)下芯工藝（見圖2），并向國(guó)外設(shè)備制造廠家提供具體方案，最終成功實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人下芯工藝，在鑄造行業(yè)開創(chuàng)了先例。同時(shí)在機(jī)器人下芯工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用過程中，也積累了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為以后更好地在鑄造行業(yè)使用機(jī)器人提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)在玉柴鑄造中心使用機(jī)器人的數(shù)量已經(jīng)達(dá)到四十多臺(tái)，大量高精度機(jī)器人的使用使鑄造件的精度、生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度都上了一個(gè)新臺(tái)階。

圖1 制芯機(jī)器人作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

1.造型線下芯要求

首先，砂芯的定位要準(zhǔn)確，砂芯的定位誤差要在可控范圍內(nèi)；其次，玉柴允許的下芯誤差要求小于0.5mm，相應(yīng)機(jī)器人的精度就要達(dá)到要求；再次，砂箱的定位精度也要達(dá)到要求，即誤差小于0.5mm。鑒于機(jī)器人自動(dòng)下芯工藝的提出在世界尚屬首次，沒有任何技術(shù)資料或方案參考，主要設(shè)備廠家西班牙的LORAMENDI公司和德國(guó)的HWS公司對(duì)玉柴提出的機(jī)器人自動(dòng)下芯方案，均表示世界上還沒有任何鑄造廠家采用機(jī)器人自動(dòng)下芯工藝。

2.砂芯的定位精度

玉柴鑄造中心制芯工部的設(shè)計(jì)是從取芯、組芯、浸涂、搬運(yùn)及下芯都采用機(jī)器人自動(dòng)完成，全過程消除了人為的干預(yù)，每臺(tái)機(jī)器人使用不同的夾持孔及定位孔，從而保證了砂芯的定位精度。為了保證砂芯在托盤上及在下芯機(jī)器人夾具上的定位精度，其中專門設(shè)計(jì)一個(gè)用于下芯機(jī)器人夾具的定位孔，這是下芯精度能否到達(dá)要求的關(guān)鍵一步。該定位孔的位置設(shè)計(jì)在砂箱的分型面以上，目的就是避免下型模與機(jī)器人夾具產(chǎn)生干涉。

3.砂箱定位精度

采用傳統(tǒng)下芯機(jī)下芯的定位系統(tǒng)是一個(gè)粗定位系統(tǒng)，其定位精度達(dá)不到要求，因此必須重新設(shè)計(jì)一個(gè)新的定位系統(tǒng)。機(jī)器人自動(dòng)下芯系統(tǒng)中要求砂箱的定位精度非常高，要確保每個(gè)砂箱的定位一致。由于定位系統(tǒng)的定位精度要求高，德國(guó)HWS公司原來的定位系統(tǒng)都達(dá)不到要求。于是，玉柴鑄造廠提出了采用X、Y、Z三維定位方式，保證砂箱在X、Y、Z三個(gè)方向的定位精度，從而使得整個(gè)砂箱的定位精度達(dá)到要求。另外，新定位系統(tǒng)對(duì)砂箱定位面的加工精度也提出了高要求。

4.工業(yè)機(jī)器人及其夾具

機(jī)器人采用的是型號(hào)為IRB7600的ABB機(jī)器人，具有最佳的軌跡精度和重復(fù)定位精度（RP=0.08～0.09mm）。夾具設(shè)計(jì)要求主體芯的夾頭與輔助芯的夾頭集成在一起。夾頭是下芯精度的保證，集成夾具則是效率的保證。主體芯夾頭是采用兩個(gè)圓餅加8個(gè)輔助的支撐塊來對(duì)砂芯進(jìn)行精確定位，輔助芯的夾頭則采用角度來夾持，巧妙地避開了與下型模的干涉。主體芯夾頭和輔助芯夾頭集成在一個(gè)夾具上，兩個(gè)夾頭互相垂直，利用機(jī)器人的第五軸來進(jìn)行變換；在機(jī)器人返回的路徑上進(jìn)行夾頭變換，這樣就提高了整個(gè)下芯機(jī)器人的工作效率。

圖2 機(jī)器人自動(dòng)下芯工藝

5.調(diào)試

采用機(jī)器人下芯工藝涉及到三方設(shè)備的信號(hào)交換，即砂芯輸送輥道與機(jī)器人的信號(hào)交換，以及機(jī)器人與造型線的信號(hào)交換。信號(hào)交換包括通信信號(hào)交換及安全回路信號(hào)交換，必須要求機(jī)器人與輥道、造型線的信號(hào)交換準(zhǔn)確無誤，避免機(jī)器人在輥道上夾空或在造型線出現(xiàn)重復(fù)下芯故障。另外，砂箱定位的精度直接影響到下芯的精度，因此在帶砂芯調(diào)試之前，首先必須測(cè)試砂箱的定位精度。為此，在機(jī)器人上安裝測(cè)試的工裝，編寫一個(gè)專門用于測(cè)試砂箱的程序，對(duì)每個(gè)砂箱進(jìn)行測(cè)試。完成上述工作后，進(jìn)行機(jī)器人帶砂芯在線調(diào)試：為了在示教機(jī)器人的時(shí)候更加快速直觀及下芯精度更高，分別在外型模和砂芯的模具上做對(duì)應(yīng)的刻度線，在調(diào)試機(jī)器人時(shí)只需對(duì)準(zhǔn)外型模及砂芯上的刻度線即可。相對(duì)應(yīng)的刻度線做得越精確，機(jī)器人下芯精度也就越高。

6.機(jī)器人下芯工藝應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

目前，鑄造行業(yè)大量應(yīng)用機(jī)器人作業(yè)，其中采用機(jī)器人自動(dòng)下芯工藝具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：

（1）簡(jiǎn)化下芯流程 采用機(jī)器人下芯后，其流程由原來人工下芯機(jī)的七步減少到機(jī)器人的兩步，生產(chǎn)效率得到了極大的提高。

（2）減少下芯夾具 大量減少了下芯夾具機(jī)組芯胎具的使用，由于機(jī)器人下芯夾具是通用夾具，因此機(jī)器人夾具可以覆蓋同類產(chǎn)品的不同機(jī)型。

（3）鑄件精度高 機(jī)器人下芯的高精度確保了鑄件的高精度，生產(chǎn)出來的鑄件壁薄、質(zhì)量好，實(shí)現(xiàn)了鑄件的輕量化。