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0 引言

現(xiàn)代工藝當(dāng)中對于一些金屬鑄件表面光潔度要求不斷提升,而小型的金屬鑄件,例如水龍頭等產(chǎn)品又是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡牟糠?其表面質(zhì)量會直接關(guān)系到最終的成品性能。對于廣大生產(chǎn)企業(yè)和技術(shù)人員來說,如何提升打磨工藝水平改進(jìn)表面粗糙度就成為了至關(guān)重要的問題。

1 鑄件自動打磨機(jī)器人系統(tǒng)原理

自動化的打磨系統(tǒng)配置包括機(jī)器人、夾具、輸送系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和排屑系統(tǒng)。

1.1 機(jī)器人工作原理 傳統(tǒng)的機(jī)器打磨加工設(shè)備包括普通磨床、專用磨床、數(shù)控磨床等不同類型,但工件本身在剛度、柔性方面存在差異,且不同技術(shù)方案下的通用程度、工作空間和成本等也會有所不同。但缺陷都在于人工工藝流程導(dǎo)致的效率低下問題十分顯著。

機(jī)器人系統(tǒng)主要包括機(jī)器人整體、柔性電主軸、刀具、激光檢測系統(tǒng)等構(gòu)成,其中機(jī)器人為自動化系統(tǒng)當(dāng)中的主要主體性設(shè)備,位于打磨工裝的兩側(cè),通過機(jī)器人機(jī)械臂抓取過程對工件進(jìn)行打磨,打磨完畢之后也可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在這一過程當(dāng)中機(jī)器人的動作始終貫穿于不同的生產(chǎn)步驟環(huán)節(jié),不同的軸都會使用伺服電機(jī)驅(qū)動,動作的精準(zhǔn)程度明顯比人力工作更加突出,且重復(fù)定位的精度較高,反應(yīng)靈敏度高。該機(jī)器人在設(shè)計(jì)時的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于如何在固定工件時進(jìn)行優(yōu)化,因?yàn)楣ぜ拿恳粋€面都要進(jìn)行打磨,為了保障工作效率,原則上我們?nèi)绻軌蛑苯釉谝淮窝b夾后就完成打磨過程,就可以大幅提升工作效率。對此,可以考慮設(shè)計(jì)一種特殊的液壓工裝方法,在機(jī)械臂上配置相應(yīng)的視覺掃描與監(jiān)測系統(tǒng)。相比于人工裝夾過程,一方面可以減少定位誤差引起的打磨質(zhì)量缺陷,另一方面減少拆卸式的工作消耗。機(jī)器人系統(tǒng)在自動更換夾具時也不需要對油管進(jìn)行拆卸,整個過程操作簡單。而在打磨剛性的設(shè)計(jì)方面,為了實(shí)現(xiàn)對輸送系統(tǒng)的保護(hù),我們也設(shè)計(jì)了相應(yīng)的液壓升降系統(tǒng),讓打磨前的工件高度得到提升確保剛性。以此為基礎(chǔ)進(jìn)行打磨參數(shù)的調(diào)節(jié),配合柔性電主軸系統(tǒng),整個生產(chǎn)系統(tǒng)的使用周期可以得到明顯提升,不會因?yàn)楣ぜ町惖确羌夹g(shù)因素導(dǎo)致的損失或其它誤差。對于刀具的打磨過程而言,不會對電主軸產(chǎn)生損傷,打磨質(zhì)量有所保障[1]。

1.2 輸送系統(tǒng) 輸送系統(tǒng)包括液壓升降臺與輥道組成,共同形成一個閉環(huán)循環(huán)系統(tǒng),工件在同一位置上件,然后輸送系統(tǒng)可以一直維持自動化運(yùn)轉(zhuǎn)。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中采取的是兩名技術(shù)人員分別負(fù)責(zé)上件和下料,但是經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)后的雙層輥道可以實(shí)現(xiàn)單人操作,上下件時間與機(jī)器人的工作結(jié)構(gòu)保持統(tǒng)一。

1.3 除塵系統(tǒng)功能 除塵系統(tǒng)主要是因?yàn)榇蚰ミ^程會產(chǎn)生的大量灰塵、金屬屑而設(shè)置的系統(tǒng),整個系統(tǒng)包括除塵器、風(fēng)機(jī)、控制柜等,風(fēng)管在內(nèi)部連接后可以控制風(fēng)速,讓除塵設(shè)備的過濾面積滿足相應(yīng)要求,主體設(shè)備會被安裝在車間的外部區(qū)域,整體打磨環(huán)境得到有效凈化。

1.4 排屑系統(tǒng)功能 在金屬屑或是灰塵被清理之后,我們需要對其進(jìn)行收集和整體處理,通過磁性排屑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)讓設(shè)備能夠延伸到打磨區(qū)域的下部,通過自動輸送的方式將廢料全部轉(zhuǎn)移至斗車之內(nèi),內(nèi)部的打磨廢料收集過程更加便捷而有效,整個設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行卻不會受到嚴(yán)重影響。

1.5 系統(tǒng)運(yùn)作過程 系統(tǒng)運(yùn)作過程為升降臺上件、液壓夾具夾緊工件、打磨工位夾具落下、激光檢測、打磨、夾具滾動返回升降臺、下件。從動作和功能的角度而言,每個循環(huán)周期只需要短短的3-4分鐘,而人工打磨的時間往往需要10分鐘左右,無論是在工作效率還是在工作誤差方面都能維持較好的水準(zhǔn)。在使用此類系統(tǒng)之后,生產(chǎn)效率大規(guī)模提升,產(chǎn)品的外觀質(zhì)量也得到了提高,實(shí)現(xiàn)了今后生產(chǎn)的綠色化和智能化[2]。

2 機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程與砂帶機(jī)設(shè)計(jì) 小型鑄件的打磨過程中對于尺寸的精度要求并不高,反而對工件打磨質(zhì)量要求較高,因此我們需要合理設(shè)計(jì)打磨工藝流程,模擬人工打磨來進(jìn)行相關(guān)的作業(yè)。機(jī)器人的打磨系統(tǒng)方案可以基于被動力控砂帶機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)定,砂帶機(jī)基座通過地腳螺釘設(shè)置在地面上,電動機(jī)、被動力調(diào)整機(jī)構(gòu)和張緊力調(diào)整機(jī)構(gòu)則被安裝至主支撐板之上,通過兩組被動力調(diào)整結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌在基座上保持運(yùn)動,進(jìn)行驅(qū)動控制。在一般生產(chǎn)過程當(dāng)中我們會使用三相異步電動機(jī),功率由工作發(fā)熱量決定,運(yùn)算轉(zhuǎn)速與頻率成正比,即:

其中n為每分鐘的運(yùn)轉(zhuǎn)速度,f為電源頻率,s為轉(zhuǎn)差率,p為磁極對數(shù)。例如圖1。

圖1 張緊力的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)

為了保持砂帶和工件在打磨過程中的接觸頻率,我們可以設(shè)計(jì)張緊力調(diào)整結(jié)構(gòu),包括調(diào)偏輪、氣缸、導(dǎo)軌組組成,以調(diào)節(jié)張緊力氣缸壓力的大小來改變砂帶的接觸剛度,適應(yīng)打磨過程中的實(shí)際需求。在正常工作的過程當(dāng)中,砂帶在張緊力調(diào)整機(jī)構(gòu)氣缸收回時安裝,在氣缸伸出后保持張緊狀態(tài),在控制柜的作用下完成驅(qū)動。此外砂帶可以在帶輪之間進(jìn)行運(yùn)動,機(jī)械臂將工件靠近砂帶時就可以進(jìn)行切削和打磨過程[3]。

2.2 末端工具設(shè)計(jì) 砂帶控制只包含固定水平方向的一維力控制,而末端力控制可以更加靈活保障良好的響應(yīng)速度而優(yōu)化打磨過程。對此我們可以考慮將機(jī)器人主體與工具法蘭、末端法蘭、力矩傳感器等進(jìn)行連接設(shè)計(jì)自動打磨系統(tǒng)。自動打磨系統(tǒng)由兩個部分組成,一部分是機(jī)器人和力傳感器為核心的主動力控制部分,另一部分則是被動力控砂帶機(jī)結(jié)構(gòu)的被動力控制部分,以主動被動配合協(xié)調(diào)的方式輔助打磨環(huán)節(jié)。

3 結(jié)語

機(jī)器人的應(yīng)用目的是為了改進(jìn)人工打磨環(huán)境惡劣、效率低、產(chǎn)品均一性較差的技術(shù)缺陷,而本次研究也針對面向金屬鑄件的機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行了分析和討論,提出了機(jī)器人系統(tǒng)及其工作原理,包括以砂帶速度、機(jī)器人、工件表面為設(shè)計(jì)要求的主被動力控制方案,旨在對未來的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn),實(shí)現(xiàn)更精確而穩(wěn)定的機(jī)器人打磨控制,為今后的打磨過程提供技術(shù)支持。