徐 剛，張海軍，趙專東，張 娜

（中冶京誠工程技術有限公司，北京 100176）

近年來工業(yè)協(xié)作機器人、物聯(lián)網、機器視覺等新技術迅速興起并且日趨成熟，為鋼鐵企業(yè)發(fā)展智能化工廠提供了有力的技術支撐［1-11］。如何實現(xiàn)鋼管加工車間的智能無人化操作，提高生產加工效率，降低勞動強度成為目前亟需解決的問題，筆者憑借多年從事相關行業(yè)的經驗與實踐，提出一種鋼管接箍智能加工車間全自動運輸系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術的缺陷，快速高效地實現(xiàn)長管接箍毛坯到成品接箍入庫這一工藝流程，實現(xiàn)了智能無人化操作，提高了生產加工效率，大大降低了勞動強度。現(xiàn)對該全自動運輸系統(tǒng)進行介紹。

1 基本結構

鋼管接箍智能加工車間全自動運輸線，包括桁架機器人以及沿預設物料輸送方向順序布置的上料切斷裝置、外圓粗車裝置、螺紋加工裝置、接箍打碼探傷裝置、磷化處理裝置和成品庫。桁架機器人能將上料切斷裝置的出口端得到的接箍短坯輸送至外圓粗車裝置的入口端，以實現(xiàn)對接箍短坯進行粗車外圓加工；桁架機器人能將外圓粗車裝置的出口端得到的接箍車坯輸送至螺紋加工裝置的入口端，以實現(xiàn)對接箍車坯進行鏜孔和螺紋加工；桁架機器人能將螺紋加工裝置的出口端得到的鋼管接箍輸送至接箍打碼探傷裝置的入口端，以實現(xiàn)對鋼管接箍進行打碼和磁粉探傷；桁架機器人能將接箍打碼探傷裝置的出口端得到的打碼探傷后的鋼管接箍輸送至磷化處理裝置的入口端，以實現(xiàn)對打碼探傷后的鋼管接箍進行磷化處理；桁架機器人能將磷化處理裝置的出口端得到的成品接箍輸送至成品庫中。鋼管接箍智能加工車間平面如圖1 所示。

圖1 鋼管接箍智能加工車間平面示意

2 桁架機器人結構

桁架機器人包括多個桁架以及能滑動地設在各桁架上的多個機器人，各桁架分別對應上料切斷裝置、外圓粗車裝置、螺紋加工裝置、接箍打碼探傷裝置、磷化處理裝置和成品庫設置。

桁架包括第一縱向桁架，在第一縱向桁架的第一側沿其長度方向間隔地垂直設有第一橫向桁架、第二橫向桁架和第三橫向桁架，上料切斷裝置、外圓粗車裝置和螺紋加工裝置分別對應第一橫向桁架、第二橫向桁架和第三橫向桁架設置；在第一縱向桁架的底部且對應第一橫向桁架、第二橫向桁架和第三橫向桁架的位置分別設有第一移位倉、第二移位倉和第三移位倉；在第一橫向桁架、第二橫向桁架和第三橫向桁架上分別設有第一橫移機器人、第二橫移機器人和第三橫移機器人，在第一縱向桁架上對應第一移位倉和第二移位倉之間的區(qū)域以及第二移位倉與第三移位倉之間的區(qū)別分別設有第一縱移機器人和第二縱移機器人；在第一縱向桁架的第二側沿預設物料輸送方向順序設有第四橫向桁架、第二縱向桁架、第三縱向桁架和第五橫向桁架，第四橫向桁架對應第三移位倉設置，接箍打碼探傷裝置對應第四橫向桁架設置，磷化處理裝置設在第二縱向桁架和第三縱向桁架之間，成品庫對應第五橫向桁架設置；在第四橫向桁架、第二縱向桁架、第三縱向桁架和第五橫向桁架上分別設有第四橫移機器人、第一縱移抓筐機器人、第二縱移抓筐機器人和橫移抓筐機器人；在第四橫向桁架和第二縱向桁架的對接處設有第一料筐存放機構，在第三縱向桁架和第五橫向桁架的對接處設有第二料筐存放機構。

第一縱向桁架包括并列間隔排布的兩個第一縱向單桁架，在每個第一縱向單桁架上對應第一移位倉和第二移位倉之間的區(qū)域以及第二移位倉與第三移位倉之間的區(qū)域分別設有一個第一縱移機器人和一個第二縱移機器人。

第二橫向桁架包括并排間隔排布的至少兩個第二橫向單桁架，在每個第二橫向單桁架上分別設有一個第二橫移機器人；在每個第二橫向單桁架的一側沿其長度方向均間隔設有至少兩個外圓粗車裝置，外圓粗車裝置的進口端和出口端位于同一側，且其進口端垂直于第二橫向單桁架的長度方向設置。

第三橫向桁架包括并排間隔排布的至少兩個第三橫向單桁架，在每個第三橫向單桁架上分別設有一個第三橫移機器人；在每個第三橫向單桁架的其中一側沿其長度方向間隔設有多個螺紋加工裝置，螺紋加工裝置的進口端和出口端位于同一側，且其進口端垂直于第三橫向單桁架的長度方向設置。

第三橫向桁架包括三個第三橫向單桁架，第三移位倉包括沿第一縱向桁架的長度方向間隔排布的第三前移位倉和第三后移位倉；第二縱移機器人設在第二移位倉和第三前移位倉之間，在每個第一縱向單桁架上且位于第三前移位倉和第三后移位倉之間分別設有一個第四縱移機器人，第四橫向桁架正對第三后移位倉設置；其中一個第三橫向單桁架正對第三前移位倉設置，并在該第三橫向單桁架靠近外圓粗車裝置的一側設有至少兩個螺紋加工裝置；另外兩個第三橫向單桁架正對第三后移位倉設置，并在另外兩個第三橫向單桁架相對的外側沿其長度方向分別間隔設有至少兩個螺紋加工裝置。雙爪機器人與桁架配合的結構如圖2 所示。

圖2 雙爪機器人與桁架配合的結構示意

第一前移位倉、第一后移位倉、第二移位倉、第三前移位倉和第三后移位倉均為多向傳送帶。多向傳送帶可以采用德國的多向傳送帶（Cellular Conveyor，簡稱Celluveyor，又稱作蜂窩式輸送機）。該多向傳動帶是一種高度靈活的模塊化輸送和定位系統(tǒng)，由一個個六邊形模塊組成，每個模塊都包含三個萬向輪，且每個輪子下方都有一個小型電機，每個輪子都可以獨立活動，通過改變各輪轂速度的線性組合，可控制運動系統(tǒng)中心合速度大小和方向，使貨物可在傳送平臺上實現(xiàn)360°全方位自由移動，且可以設定不同的貨物分揀路線，具體的移動路線可以由電腦程序進行設定。多向傳送帶如圖3 所示。

圖3 多向傳送帶示意

第四橫向桁架包括并排間隔排布的前橫向單桁架和后橫向單桁架，在前橫向單桁架和后橫向單桁架上分別設有一個第四橫移機器人；前橫向單桁架正對第三移位倉設置，后橫向單桁架正對第一料筐存放機構設置；在前橫向單桁架和后橫向單桁架之間沿其長度方向間隔設有多個接箍打碼探傷裝置，接箍打碼探傷裝置的進口端正對前橫向單桁架設置，接箍打碼探傷裝置的出口端正對后橫向單桁架設置。

第一料筐存放機構包括回筐縱移鏈、第一支架以及縱向移位架，回筐縱移鏈設在第二縱向桁架的底部并能沿第二縱向桁架的長度方向傳送，回筐縱移鏈的入口端和出口端分別靠近第五橫向桁架和第四橫向桁架設置，橫移抓筐機器人能將成品庫的空筐輸送至回筐縱移鏈的入口端；在第一支架上設有能上下移動的提升板，提升板包括對稱設在回筐縱移鏈兩側并能與回筐縱移鏈的上表面平齊的兩個子提升板；縱向移位架設在回筐縱移鏈的出口端上方并能沿第二縱向桁架的長度方向縱向移動，縱向移位架能在提升板上移后與提升板的上表面平齊；在第一支架上設有用于驅動提升板上下移動的第一驅動機構，在第二縱向桁架的底部設有用于驅動縱向移位架縱向移動的第二驅動機構。

第一支架包括對稱設在回筐縱移鏈兩側的兩組導柱，兩個子提升板分別滑動連接在兩組導柱上；第一驅動機構包括兩組第一液壓缸，兩組第一液壓缸的缸體分別與兩組導柱固定連接，兩組第一液壓缸的活塞桿分別與兩個子提升板固定連接。

第二縱向桁架包括并列間隔排布的兩個第二縱向單桁架，第一縱移抓筐機器人能滑動地安裝在兩個第二縱向單桁架之間；在兩個第二縱向單桁架底部之間連接有橫梁，縱向移位架能滑動地設在橫梁上。抓筐機器人與桁架配合的結構如圖4 所示。

圖4 抓筐機器人與桁架配合的結構示意

縱向移位架為帶有滾輪的平板車；或者縱向移位架為縱移平板，并在橫梁上設有第一滑軌，第二驅動機構能驅動縱移平板沿第一滑軌往復移動。

第二驅動機構為第二液壓缸，第二液壓缸的缸體與橫梁固定連接，第二液壓缸的活塞桿與縱向移位架固定連接。

第二料筐存放機構包括橫向移位架和第三驅動機構，橫向移位架設在第三縱向桁架的底部且正對第五橫向桁架的位置，并能沿第五橫向桁架的長度方向橫向移動，第三驅動機構設在第三縱向桁架的底部并能驅動橫向移位架橫向移動。

在第三縱向桁架的底部設有伸入第五橫向桁架底部的固定板，固定板的長度方向沿第五橫向桁架的長度方向延伸，橫向移位架能滑動地設在固定板上；第三驅動機構為第三液壓缸，第三液壓缸的缸體與固定板固定連接，第三液壓缸的活塞桿與橫向移位架固定連接。

橫向移位架為帶有滾輪的平板車；或者橫向移位架為橫移平板，并在固定板上設有第二滑軌，第三驅動機構能驅動橫移平板沿第二滑軌往復移動。

第二料筐存放機構包括存放板，存放板設在第三縱向桁架的底部且正對第五橫向桁架的位置，橫移抓筐機器人包括能滑動地設在第五橫向桁架上的滑動主體以及設在滑動主體下方的夾爪；在滑動主體的底端設有偏移板，偏移板遠離第二縱向桁架的一端與滑動主體的底部固定連接，偏移板靠近第二縱向桁架的一端伸出滑動主體的外側，夾爪固定在偏移板靠近第二縱向桁架的一端底部。

成品庫內設有平行間隔排布的多個產品縱移鏈，各產品縱移鏈的長度方向均垂直于第五橫向桁架的長度方向；橫移抓筐機器人能將第二料筐存放機構內的鋼管接箍輸送至各產品縱移鏈上，并能將空筐從產品縱移鏈上取下并輸送至第一料筐存放機構內。

3 結語

鋼管接箍智能加工車間全自動運輸系統(tǒng)通過桁架機器人來銜接“長管接箍毛坯上料—切斷機下料—粗車外圓加工—鏜孔—螺紋加工—打碼—磁粉探傷—磷化—成品入庫”這一工藝流程，實現(xiàn)了無人化智能制造。除了物料進出車間需要人工操作外，即長管吊車上料臺架、成品出庫裝運人工協(xié)調，車間內部各工序實現(xiàn)全智能化加工，銜接連貫，簡便快捷，大大降低了勞動強度，減少現(xiàn)場操作人員20%以上，提高生產效率5%以上，提高產品合格率2%以上，經濟效益顯著。智能制造技術已經成為世界制造業(yè)發(fā)展的客觀趨勢，各大中型鋼鐵企業(yè)都已開啟智能工廠的建設征程。