機(jī)械手拋丸機(jī)在鑄件清理中的應(yīng)用與改進(jìn)

張利欣，尹德秀 ，張 利

（1.一拖（洛陽(yáng)）鑄鍛有限公司，河南 洛陽(yáng) 471004；2.中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司工藝材料研究所，河南 洛陽(yáng) 471004）

一拖（洛陽(yáng)）鑄鍛有限公司是專業(yè)生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋的鑄造企業(yè)，擁有德國(guó)原裝進(jìn)口的KW線、靜壓線各一條，年生產(chǎn)鑄件10萬(wàn)t。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，就如何快速、經(jīng)濟(jì)、高效地清理這些帶深孔的缸體、缸蓋鑄件，一直是一件非常令人頭痛的事情。以前，我公司主要是利用Q384D拋丸機(jī)清理鑄件，由于該設(shè)備在清理不同形狀、不同尺寸的工件時(shí)，需每次更換相應(yīng)的工裝件，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因而使得產(chǎn)能受限。此外，由于該設(shè)備使用時(shí)間較長(zhǎng)以及拋丸室的密封和拋頭定位性能下降，造成工件表面光潔度不高，難以滿足客戶對(duì)鑄件表面精度的要求。

為適應(yīng)市場(chǎng)需求，公司在2002年從德國(guó)DISA公司購(gòu)進(jìn)一臺(tái)DV2-450機(jī)械手拋丸機(jī)用于清理工部的鑄件清理。從總體上來(lái)講，該拋丸機(jī)對(duì)缸體、缸蓋等難清理鑄件的表面和內(nèi)腔清理效果十分明顯，且操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，因而使得我公司的產(chǎn)能和清理質(zhì)量得到了顯著提高。

1 工作原理

DV2-450機(jī)械手拋丸機(jī)主要由輥道系統(tǒng)、拋丸室系統(tǒng)、殘余砂丸傾倒裝置三個(gè)部分組成。這三個(gè)部分，能夠確保在拋丸清理的同時(shí)，進(jìn)行其他批次工件的裝卸，從而可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、高速的生產(chǎn)運(yùn)行。

1.1 輥道系統(tǒng)

控制工藝如圖1所示。

控制原理：見(jiàn)空就走，到位即停。工件運(yùn)行位置由光電開關(guān)檢測(cè) （圖1中用實(shí)心圓形指示燈表示），PLC程序控制，操作屏顯示運(yùn)行狀況。所有輥道均可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)及正反轉(zhuǎn)控制（圖1中用空心橢圓型指示燈表示）。整個(gè)輥道系統(tǒng)共14段，輥道1～8主要用于上工件，控制系統(tǒng)選用西門子200，動(dòng)態(tài)模擬顯示（燈顯）；輥道 9～12（即 DISA 1～4 輥道）主要用于識(shí)別工件類型、工件定位及運(yùn)轉(zhuǎn)工件，控制系統(tǒng)選用西門子300，與主機(jī)控制聯(lián)動(dòng)；輥道13#、14#主要用于運(yùn)送拋丸清理好的工件。

控制程序：上工件→輥道1#→8#順序啟動(dòng)。

圖1 控制工藝示意圖

工件 → 輥道9#（檢測(cè)工件上輥道）→輥道10#（檢測(cè)工件長(zhǎng)度：4缸體、6缸體識(shí)別，工件在輥道中心定位）→ 輥道11#、輥道12#（檢測(cè)工件到預(yù)拋丸位、運(yùn)轉(zhuǎn)工件）→ 輥道13#拋后鑄件輸送、定位 →輥道14#殘余丸砂傾倒、工件輸送輥道→下工件。

1.2 拋丸室系統(tǒng)

主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)如下：

機(jī)械手在水平位置夾持1個(gè)或2個(gè)鑄件長(zhǎng)度：最大1400mm；

兩個(gè)鑄件時(shí)單個(gè)鑄件長(zhǎng)度：最大575mm；

工件旋轉(zhuǎn)半徑：最大900mm；

清理能力：最大60t/h；

拋丸器數(shù)量：4臺(tái)；

每個(gè)拋丸器的驅(qū)動(dòng)功率：37 kW；

總拋丸量：最大 1800kg/min；

丸料拋射速度約：78 ms；

不包括除塵設(shè)備的安裝功率：188 kW；

1.2.1 拋丸室系統(tǒng)組成

1）拋丸室：清理室分1#、2#清理室，隔板分開，軸承支撐整體，電機(jī)減速器傳動(dòng)；由軋制Mn12耐磨高錳鋼板焊接制做，殼體用薄高錳鋼板，護(hù)板用厚高錳鋼板制成；裝有4臺(tái)SRD-500拋丸器，窄V帶傳動(dòng)。出于檢修的目的，拋丸室上有一帶安全裝置的檢修門，底部為鉆孔板，確保丸料和砂的混合物落入振動(dòng)給料機(jī)并進(jìn)入丸料清理系統(tǒng)。

2）轉(zhuǎn)盤：轉(zhuǎn)盤上裝有2個(gè)機(jī)械手，轉(zhuǎn)盤通過(guò)帶抱閘的齒輪電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。轉(zhuǎn)盤每次進(jìn)行180°旋轉(zhuǎn)，一個(gè)機(jī)械手進(jìn)入拋丸位置，則另一個(gè)機(jī)械手運(yùn)行到裝／卸料位置。

3）機(jī)械手：由夾爪、高壓油缸，頂桿機(jī)構(gòu)、高壓彈簧，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，6方向拋丸定位機(jī)構(gòu)及接近開關(guān)檢測(cè)系統(tǒng)組成。在清理過(guò)程中，機(jī)械手移動(dòng)工件，機(jī)械手夾持工件所需的壓力來(lái)自于壓力彈簧，工件完成清理后，通過(guò)液壓缸壓彈簧將卡爪打開。機(jī)械手上的輪轂帶有凸輪片，這些凸輪片是通過(guò)接近開關(guān)檢測(cè)機(jī)械手的實(shí)際位置。

4）震動(dòng)輸送篩：篩選出毛刺和雜物；將鋼丸送入提升機(jī)。輸送量180t/h。

5）提升機(jī)、分離器：提升量、分離量180t/h。

6）丸料閥：安裝在拋丸器給料管上部，拋丸器的丸料消耗量可通過(guò)螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

7）上卸料裝置：主要部件為帶輪的小車框、氣動(dòng)操作上升、下降的機(jī)構(gòu)、工件到位檢測(cè)接近開關(guān)及小車運(yùn)行到位檢測(cè)系統(tǒng)；運(yùn)轉(zhuǎn)小車在帶軌道的平臺(tái)上運(yùn)行，由PLC程序控制，完成工件由輥道-機(jī)械手夾爪往返運(yùn)動(dòng)的任務(wù)。拋丸機(jī)上料時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)小車向輥道運(yùn)行，將已經(jīng)在輥道上的工件舉起，然后將工件移向機(jī)械手。拋丸機(jī)卸料時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)小車向機(jī)械手移動(dòng)，將清理好的工件舉起，然后返回輥道。

8）電氣控制系統(tǒng)：操作系統(tǒng)采用西門子OP27觸摸屏，PLC采用西門子S7-314;OP27與PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接，相互通訊，OP27設(shè)定的地址與PLC的地址相對(duì)應(yīng)，因此OP27不僅能操作設(shè)備，還能顯示部件的運(yùn)動(dòng)狀況和位置狀況，能修改PLC的一些參數(shù)。由于各種鑄件拋射要求不一樣，通過(guò)OP27的參數(shù)設(shè)定，能儲(chǔ)存10種鑄件的拋射參數(shù)。拋射參數(shù)存儲(chǔ)在PLC中，拋射參數(shù)包括拋射時(shí)間、機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)時(shí)間、機(jī)械手倒丸時(shí)間、機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)開始位置、機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)寬度、鋼丸傾倒裝置轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，此外拋射參數(shù)能通過(guò)OP27實(shí)現(xiàn)在線修改。

為了方便操作和維修，DV2-450機(jī)械手拋丸機(jī)通過(guò)OP27編輯了大量的消息和故障信息，通過(guò)消息提示，操作人員能很方便地知道操作錯(cuò)誤，通過(guò)故障提示，維修人員能很快知道故障原因。OP27還能存儲(chǔ)故障原因、故障發(fā)生時(shí)間、故障消除時(shí)間。

1.2.2 工作過(guò)程

工件依次進(jìn)入1#—8#上料輥道，進(jìn)入9#和10#輥道進(jìn)行4、6缸缸體的識(shí)別，定位卡具夾緊定位，進(jìn)入11#、12#輥道，運(yùn)轉(zhuǎn)小車將待清理的鑄件輸送上1#機(jī)械手夾爪上，夾爪夾緊閉合，清理室轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)180°使鑄件進(jìn)入拋丸清理室；同時(shí)2#機(jī)械手將已清理完鑄件轉(zhuǎn)到上、卸料工位。運(yùn)轉(zhuǎn)小車把鑄件送回11#、12#輥道上，工件進(jìn)入13#輥道，進(jìn)入丸砂傾倒裝置(14#輥道)，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)、震動(dòng)倒出鑄件內(nèi)腔殘留鋼丸，把干凈的工件送出，工件清理完畢。

在清理的過(guò)程中，機(jī)械手夾爪做360°旋轉(zhuǎn)，也可在特定角度搖擺拋丸，這主要是根據(jù)鑄件的外形特征來(lái)進(jìn)行選擇“旋轉(zhuǎn)”、“搖擺”，實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄件的指定部位進(jìn)行重點(diǎn)拋丸清理。清理室1#、2#交替工作，完成循環(huán)，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的拋丸清理。

1.3 殘余砂丸傾倒裝置

經(jīng)過(guò)清理的鑄件經(jīng)11#、12#輥道后，自動(dòng)進(jìn)入殘余砂丸傾倒裝置，由氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并振動(dòng)，將鑄件內(nèi)殘余的砂丸倒出。該裝置自動(dòng)控制并與拋丸機(jī)互鎖，且?guī)в袖撏枋占?，將倒出的鋼丸輸送至拋丸機(jī)的螺旋給料器。

2 存在的問(wèn)題

這臺(tái)機(jī)械手拋丸機(jī)在我公司的生產(chǎn)中居于非常重要的地位，一旦停產(chǎn)將造成重大的損失，然而經(jīng)過(guò)多年的連續(xù)運(yùn)行，設(shè)備故障率開始逐步提高，有的電氣元件需更新?lián)Q代，但是，由于該設(shè)備所有電氣元件、機(jī)械備配件均為進(jìn)口件，采購(gòu)周期長(zhǎng)，維修費(fèi)用高，有的備配件價(jià)格是國(guó)產(chǎn)同類產(chǎn)品的10倍，不僅給正常的設(shè)備維修造成許多困難，也給正常生產(chǎn)帶來(lái)隱患，這種情況在公司曾出現(xiàn)過(guò)幾次，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)。

3 問(wèn)題的改進(jìn)

針對(duì)目前該設(shè)備存在的問(wèn)題和滿足生產(chǎn)最大化的需要，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造，在充分考慮到改造成本、改造時(shí)間、選擇通用性強(qiáng)、備件購(gòu)買方便、質(zhì)量可靠，維護(hù)方便，現(xiàn)場(chǎng)合理施工、減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)間等因素的基礎(chǔ)上，進(jìn)行技術(shù)改造。

3.1 進(jìn)口電氣元件逐步用國(guó)產(chǎn)替代

將電氣元件，如感應(yīng)開關(guān)、拋丸器用的保險(xiǎn)選用國(guó)產(chǎn)普通感應(yīng)開關(guān)、空氣開關(guān)代替，這樣既節(jié)約費(fèi)用，又節(jié)省安裝空間，且與其他設(shè)備具有相似性和兼容性。這樣改造使用至今，效果很好（原電氣系統(tǒng)中用的磁插保險(xiǎn)座，安裝方式特殊，通用性差，價(jià)格高，極不實(shí)用）

3.2 拋丸器易損件、清理室護(hù)板用國(guó)產(chǎn)件替代

我公司已將拋丸器葉片、定向套等易損件用國(guó)產(chǎn)件替代，清理室護(hù)板采用國(guó)產(chǎn)Mn13耐磨高錳鋼板代替。這些國(guó)產(chǎn)備配件價(jià)格僅為進(jìn)口件的20%～30%經(jīng)試用效果良好，有效地降低了維修費(fèi)用。

3.3 上卸料小車增加臺(tái)面丸砂清掃裝置

設(shè)備在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，拋丸機(jī)上卸料時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)小車在軌道上需在機(jī)械手和輥道之間根據(jù)檢測(cè)信號(hào)做往返運(yùn)動(dòng)。由于剛經(jīng)過(guò)拋丸處理的鑄件，其內(nèi)腔和溝槽處會(huì)帶有很多丸砂，這些丸砂隨運(yùn)轉(zhuǎn)小車的移動(dòng)不停散落在軌道上，時(shí)間一長(zhǎng)，小車經(jīng)常運(yùn)行不到位，這時(shí)每次都需要將設(shè)備設(shè)為手動(dòng)狀態(tài)，恢復(fù)各到位信號(hào)后，才可以繼續(xù)連續(xù)工作，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。為此，公司在上卸料運(yùn)轉(zhuǎn)小車車框的前后各加兩個(gè)推掃裝置，小車移動(dòng)時(shí)能迅速處理散落的丸砂。這一改造使運(yùn)轉(zhuǎn)小車的運(yùn)行更加順暢，保證了整臺(tái)設(shè)備的生產(chǎn)節(jié)拍。

3.4 殘余砂丸傾倒裝置翻轉(zhuǎn)臺(tái)定位改造

拋丸清理好的工件自動(dòng)進(jìn)入殘余砂丸傾倒裝置，轉(zhuǎn)盤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。原電氣控制轉(zhuǎn)盤采用普通電機(jī)，抱閘制動(dòng)控制，轉(zhuǎn)盤總是不能準(zhǔn)確到位（與后續(xù)輥道不能平穩(wěn)接軌），經(jīng)常跑偏。現(xiàn)采用變頻器控制，平穩(wěn)減速，準(zhǔn)確定位，已徹底解決這一難題。

3.5 設(shè)備周圍增加鋼丸防飛裝置

拋丸設(shè)備隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，其密封性降低，鋼丸四處飛丸現(xiàn)象顯現(xiàn)，加之操作顯示臺(tái)在機(jī)械手正對(duì)面，每次當(dāng)一個(gè)清理室鑄件清理完，另一個(gè)清理室正在進(jìn)行拋丸工作，運(yùn)轉(zhuǎn)小車上下鑄件時(shí)，飛丸非常嚴(yán)重，不僅存在有重大安全隱患，而且浪費(fèi)嚴(yán)重。針對(duì)這一困擾，我們?cè)谠O(shè)備四周加上有機(jī)玻璃框架，既不擋操作工視線，又有效阻擋了飛丸，效果良好。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，公司已經(jīng)完成了對(duì)該拋丸機(jī)的改造工作，改造完成后，備配件采購(gòu)周期縮短，維修費(fèi)用大幅降低，同時(shí)該設(shè)備的功能也更加完善，設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，并使得公司的產(chǎn)能和清理質(zhì)量得到了明顯的提高，且收到了良好的效果。