韓秀榮　李建春　劉盛康

（1.寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧波 315800；2.寧波精盟機(jī)械有限公司，寧波 315207）

基于壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)計(jì)和研究

韓秀榮李建春劉盛康

（1.寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧波 315800；2.寧波精盟機(jī)械有限公司，寧波 315207）

本文研究壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動(dòng)化技術(shù)，用取出機(jī)械手、定位機(jī)械手、分揀機(jī)械手等模擬人的動(dòng)作完成制品取出、沖裁、分揀等動(dòng)作，真正實(shí)現(xiàn)壓鑄生產(chǎn)流程的全自動(dòng)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，縮短生產(chǎn)周期，最終達(dá)到在減少人工的同時(shí)提高壓鑄產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率的目的，從而提高企業(yè)的市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

壓鑄產(chǎn)品沖裁自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)

1壓鑄產(chǎn)業(yè)概況

壓鑄（壓力鑄造）是一種生產(chǎn)效率快、尺寸精度高、適合大規(guī)模生產(chǎn)的鑄造方式［1］。壓鑄產(chǎn)品應(yīng)用行業(yè)廣泛，機(jī)械化程度較高，工藝過(guò)程規(guī)范，重復(fù)的簡(jiǎn)單動(dòng)作較多，對(duì)鑄件精度要求較高。隨著CAMCAE軟件的模擬與仿真在鑄造行業(yè)的應(yīng)用，鑄造條件如溫度、流速、壓力等的要求越來(lái)越精確，促使鑄造機(jī)器人在鑄造行業(yè)迅速發(fā)展。

1.1國(guó)際上壓鑄生產(chǎn)的自動(dòng)化程度已經(jīng)達(dá)到較高水平

早在1970年，瑞士就已經(jīng)成批生產(chǎn)一種帶自動(dòng)澆注裝置、自動(dòng)取件機(jī)械手和輔助切邊裝置的全自動(dòng)400鋁合金壓鑄機(jī)，基本實(shí)現(xiàn)了無(wú)人操作。美國(guó)Unimatoin公司生產(chǎn)的專(zhuān)用鑄造機(jī)器人，其機(jī)械手臂的工作半徑可達(dá)5m，可以操作2臺(tái)1200t的壓鑄機(jī)。此款機(jī)器人除了壓鑄外，還可以按照程序設(shè)定對(duì)模具噴涂料、取鑄件和檢查等，從而實(shí)現(xiàn)鑄造自動(dòng)化。國(guó)際上比較成熟的壓鑄機(jī)器人，如應(yīng)用在鑄造行業(yè)的FANUC鑄造專(zhuān)家型系列機(jī)器人等，都基本實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)能力以及動(dòng)作精巧度的極大突破。

1.2國(guó)內(nèi)壓鑄生產(chǎn)自動(dòng)化與國(guó)際的差距

我國(guó)的壓鑄生產(chǎn)始于20世紀(jì)40年代中后期。1956年起，我國(guó)開(kāi)始擁有自己設(shè)計(jì)制造的壓鑄機(jī)；20世紀(jì)90年代以后，我國(guó)壓鑄機(jī)的發(fā)展非常迅速，壓鑄機(jī)的設(shè)計(jì)水平、技術(shù)參數(shù)、性能指標(biāo)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、制造品質(zhì)等都有不同程度的提高，有的已經(jīng)達(dá)到或接近國(guó)外先進(jìn)水平。江蘇中聯(lián)鋁業(yè)有限公司2011年開(kāi)始導(dǎo)入重力鑄造機(jī)器人系統(tǒng)，現(xiàn)已有10多組澆鑄機(jī)器人系統(tǒng)投入生產(chǎn)。另外，力勁科技集團(tuán)的壓鑄自動(dòng)化單元也提供了很好的壓鑄產(chǎn)品自動(dòng)化解決方案?？傊覈?guó)壓鑄配套生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化程度還非常低，與發(fā)達(dá)國(guó)家尚存在較大差距。一些大的壓鑄企業(yè)，自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)往往從國(guó)外成套進(jìn)口；而一些中小型壓鑄企業(yè)，由于資金問(wèn)題，無(wú)力購(gòu)買(mǎi)昂貴的自動(dòng)化設(shè)備，很多工序依然依靠人工操作，嚴(yán)重影響其工作效率和生產(chǎn)效益。因此，如何吸取國(guó)際先進(jìn)工藝經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)方法，開(kāi)展與其相關(guān)的理論和實(shí)驗(yàn)研究，使我國(guó)的壓鑄產(chǎn)品生產(chǎn)自動(dòng)化水平與國(guó)際接軌，最終到達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平，迫在眉睫。

2基于壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)計(jì)

2.1我國(guó)中小型壓鑄企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀——半自動(dòng)化壓鑄生產(chǎn)線(xiàn)

目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)中小型壓鑄企業(yè)還屬于半自動(dòng)化生產(chǎn)，即使用自動(dòng)化的壓鑄機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品成型，而其產(chǎn)品的取出、運(yùn)輸、切邊、分揀仍為人工操作。一般壓鑄產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)流程如圖1所示。

此種半自動(dòng)壓鑄生產(chǎn)線(xiàn)存在部分問(wèn)題：第一，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)條件惡劣，高溫、油霧等嚴(yán)重影響工人健康；第二，隨著整個(gè)社會(huì)人工成本劇增，使企業(yè)的生產(chǎn)成本不斷上升；第三，因?yàn)檫@種生產(chǎn)配套設(shè)備自動(dòng)化水平不高，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較低，所以企業(yè)利潤(rùn)直線(xiàn)下降。因此，這種半自動(dòng)的壓鑄產(chǎn)品生產(chǎn)方式已不能滿(mǎn)足企業(yè)生產(chǎn)需要，企業(yè)迫切需要完成壓鑄生產(chǎn)的全自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

圖1半自動(dòng)化壓鑄產(chǎn)品生產(chǎn)流程

2.2實(shí)現(xiàn)壓鑄產(chǎn)品全自動(dòng)化——設(shè)計(jì)壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)

根據(jù)我國(guó)大多數(shù)中小型壓鑄企業(yè)的具體情況，設(shè)計(jì)一套壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)。將原來(lái)復(fù)雜的功能要求分解成不同的動(dòng)作組合——取出機(jī)械手、定位機(jī)械手、分揀機(jī)械手等，使得整個(gè)動(dòng)作流程清晰，操作周期縮短，降低生產(chǎn)成本。壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)如圖2所示。

壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的主要優(yōu)點(diǎn)為：第一，充分體現(xiàn)人本主義，改善壓鑄產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)工人的工作狀況，把工人從繁重和危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來(lái)；第二，在生產(chǎn)過(guò)程中剔除人為的不確定性，提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率；第三，實(shí)現(xiàn)機(jī)器代人，減少用

工人數(shù)，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)生產(chǎn)利潤(rùn)。壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)流程如圖3所示。

圖2壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)

圖3壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)流程

2.3壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的研究?jī)?nèi)容和設(shè)計(jì)

分析

壓鑄產(chǎn)品自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)主要涉及制品取出、定位、運(yùn)輸、沖裁、分揀等各個(gè)環(huán)節(jié)，要求定位精準(zhǔn)，運(yùn)輸過(guò)程平穩(wěn)，同時(shí)進(jìn)行有效冷卻、沖裁制品外形精準(zhǔn)以及制品分揀正確迅速等。

主要研究?jī)?nèi)容包括：取件機(jī)械手的設(shè)計(jì)制造、仿真與優(yōu)化的研究；機(jī)械手精細(xì)動(dòng)作控制研究；制品取出后，順利放入下一道工序的二次定位研究。如圖4所示。

圖4產(chǎn)品壓鑄成型、取出產(chǎn)品并旋轉(zhuǎn)到位

定位機(jī)械手的設(shè)計(jì)制造、仿真與優(yōu)化研究，定位方式及精準(zhǔn)度的研究，滑塊式緩沖運(yùn)輸線(xiàn)的設(shè)計(jì)制造、仿真與優(yōu)化研究，運(yùn)輸制品定位方法和冷卻方式的研究，如圖5所示。

圖5產(chǎn)品緩沖輸送線(xiàn)位置、緩沖線(xiàn)產(chǎn)品由機(jī)械手移入模具

分揀機(jī)械手的設(shè)計(jì)制造、仿真與優(yōu)化研究，機(jī)械手動(dòng)作精準(zhǔn)度的研究和殘次品的辨別與分揀研究，如圖6所示。

圖6分揀機(jī)械手夾取沖裁好的產(chǎn)品，釋放到相應(yīng)的出料口

2.4壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的試制

通過(guò)和寧波某鑄件生產(chǎn)公司合作，開(kāi)發(fā)了一套壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)。

（1）壓鑄機(jī)。完成產(chǎn)品的壓鑄機(jī)，由客戶(hù)自行提供。

（2）取件機(jī)械手。本裝置完成產(chǎn)品的壓鑄模內(nèi)取出工作，并準(zhǔn)確移送至下一操作位置。本機(jī)械手采用兩軸伺服配置，取出主臂可提供制品旋轉(zhuǎn)功能；垂直手臂輔助將產(chǎn)品放置在緩沖線(xiàn)上。

主要技術(shù)參數(shù)：X軸行程1300mm；Z軸行程400mm；Y軸行程120mm；R軸角度90°；驅(qū)動(dòng)方式為X、Z軸伺服，Y軸（引拔）、R軸（旋轉(zhuǎn)）氣動(dòng)；最大載荷5kg；最小取出時(shí)間 1.5s；工作氣壓 5～7Bar；耗氣量 10nL/cycle；電源AC380V，50Hz。

（3）定位機(jī)械手。本裝置接取取件機(jī)械手上的產(chǎn)品，并將其定位于緩沖線(xiàn)上。緩沖線(xiàn)采用滑塊式輸送，每個(gè)滑塊對(duì)產(chǎn)品都采取仿形定位。機(jī)械手將適當(dāng)位置上的產(chǎn)品放置到?jīng)_壓模具上。本機(jī)械手采用單軸伺服配置。

主要技術(shù)參數(shù)：Y1軸行程500mm；Z1軸行程120mm；緩沖滑塊7Piece；驅(qū)動(dòng)方式為Y1軸伺服，Z1軸（上下）氣動(dòng)，滑塊氣動(dòng)；最小放件時(shí)間1.0s；工作氣壓5～7Bar；耗氣量15nL/cycle；電源AC380V，50Hz；耗電量0.5kVA。

（4）液壓機(jī)。本機(jī)對(duì)產(chǎn)品實(shí)行沖裁操作。主要技術(shù)參數(shù)：沖壓行程300mm；容模間距450mm×300mm；模板間距100mm×400mm；驅(qū)動(dòng)方式為液壓（快速設(shè)計(jì)）；沖壓力3Ton；沖壓時(shí)間3.0s；吹氣氣壓5～7Bar；耗氣量30nL/cycle；系統(tǒng)壓力6.3MPa；電機(jī)功率7.5kW；電源AC380V，50Hz。

（5）分揀機(jī)械手。本裝置在液壓機(jī)沖裁完成后，將產(chǎn)品和水口一并夾取并移出液壓機(jī)，分別將其放置在相應(yīng)的物流通道上，完成對(duì)產(chǎn)品的分類(lèi)處理。本機(jī)械手采用單軸伺服配置。

主要技術(shù)參數(shù)：Z2軸行程120mm；驅(qū)動(dòng)方式為Y2軸伺服，Z2軸（上下）氣動(dòng)；最小取件時(shí)間 1.0s；工作氣壓5～7Bar；耗氣量5nL/cycle；電源AC380V，50Hz；耗電量0.5kVA。

2.5壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)試制結(jié)果

該壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)投產(chǎn)以后，將使每條生產(chǎn)線(xiàn)工人由原來(lái)的5人減少為1人，大大降低了用工數(shù)量，同時(shí)將生產(chǎn)效率提高50%左右，且大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

3結(jié)論

研究應(yīng)用壓鑄產(chǎn)品水口沖裁自動(dòng)化技術(shù)，用自動(dòng)化設(shè)備代替人工勞動(dòng)。具體地，用取出機(jī)械手、定位機(jī)械手、分揀機(jī)械手等模擬人的動(dòng)作完成制品取出、沖裁、分揀等動(dòng)作，真正實(shí)現(xiàn)壓鑄生產(chǎn)流程的全自動(dòng)化，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，縮短生產(chǎn)周期，以達(dá)到減少人工、提高壓鑄產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率的目的，最終提高企業(yè)的市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

［1］付宏生.壓鑄成型工藝與模具［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［2］郭平.自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)安裝與調(diào)試［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2015.

［3］何存興.FANUC機(jī)器人在壓鑄領(lǐng)域自動(dòng)化解決方案［J］.金屬加工：熱加工，2013，（5）：5.

The Research and Design of Blanking Die Casting Products Nozzle Automatic Production Line Based on

HAN Xiurong，LI Jianchun，LIU Shengkang
（1.Ningbo Polytechnic，Ningbo 315800；2.Ningbo Union Machinery Co.Ltd，Ningbo 315207）

Because of the high labor risk and labor environment，the die casting industry is in urgent need of the machine automation. In this paper，the die casting nozzle blanking automation technology is studied，and the manual labor is replaced by the automatic equipment. Specifically，remove manipulator，mechanical hands，sorting machinery hand simulate human action completed products out，blanking，sorting action，achieve automation of die casting production process，improve the stability of the product quality，shorten the production cycle，and ultimately achieve in reducing artificial and at the same time，improve the production quality and the production efficiency of the die casting products，so as to improve the enterprise's core competitiveness in the market.

die casting products，punching，automatic production line

2015年浙江省教育廳一般科研項(xiàng)目（Y201534690）。