基于伺服控制鑄造生產(chǎn)線自動澆注系統(tǒng)設(shè)計

王淼 吳蘭蘭

本項目應(yīng)用于鑄造生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)機(jī)器生產(chǎn)代替人工生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，減輕工人的勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)安全性;實(shí)現(xiàn)機(jī)器澆注代替人工澆注，提高了鋼水的利用率，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益;實(shí)現(xiàn)自動控制澆注動作與澆注流量，達(dá)到精確定量澆注的目的，，提高產(chǎn)品的合格率，降低能耗。

早期的鑄造生產(chǎn)線主要有兩種：一種是模具擺放在生產(chǎn)線上，由人工澆注;另外一種以引進(jìn)的鑄造自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，這種模具擺放在12行3列的空間上，鋼液澆注以及隨流孕育等工序均由人工實(shí)現(xiàn)。在鋼液澆注過程中工人往往承受著高溫烘烤、吸著粉塵、更是受著噪音的影響，制約著整個鑄造系統(tǒng)生產(chǎn)效率的提高。

先把模具制造機(jī)將模具成型放在傳送帶上，當(dāng)傳送帶布置好3列26行的模具時鋼液自動澆注系統(tǒng)將歸位，設(shè)計的鋼液自動澆注設(shè)備主要包括：X向行走機(jī)構(gòu)將進(jìn)行一行一行的澆注、Y向行走機(jī)構(gòu)控制澆注設(shè)備在生產(chǎn)線上的列交換，Z向行走機(jī)構(gòu)控制鋼包是否到位澆注角度是否合適。

伺服控制流程如下：系統(tǒng)上點(diǎn)初始化，X、Y計數(shù)器清零，檢查鋼包是否到位，鋼包到位調(diào)用澆鑄子程序?qū)δ＞哌M(jìn)行澆注，鋼包不到位系統(tǒng)將返回檢查鋼包是否到位，直到鋼包自動調(diào)節(jié)完成。鋼包檢測到位無誤X計數(shù)器加一自動澆注設(shè)備到下個工位進(jìn)行下一個循環(huán)，但X計數(shù)器大于25是系統(tǒng)X清零Y加1，澆注設(shè)備到達(dá)下一列模具系統(tǒng)再次從X為零位置開始，直到Y(jié)等于2生產(chǎn)線上的兩列三列模具澆注完成系統(tǒng)將回到原點(diǎn)。

自動澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下：

本項目應(yīng)用在自動澆鑄生產(chǎn)線上，已經(jīng)達(dá)到了減少工人勞動力、提高安全性和降低澆鑄廢品率。整個過程的信號出來是用的卡爾曼定理，用積分分離式PID控制算法實(shí)現(xiàn)自動到鋼水，經(jīng)過一年時間的運(yùn)行系統(tǒng)相對可靠。本項目運(yùn)用齒輪齒條機(jī)構(gòu)設(shè)計發(fā)明了該自動澆注系統(tǒng)在X/Y/Z方向上的行走功能。本項目設(shè)計的維修護(hù)欄有利于設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題的維護(hù)。

本系統(tǒng)選用四軸數(shù)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)X＼Y＼Z方向及鋼包角度的檢測及自動控制。X方向行走采用變頻減速器來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的調(diào)速控制，可實(shí)現(xiàn)X方向勻速加速、減速運(yùn)行。Y方向行走機(jī)構(gòu)選擇伺服電機(jī)以保證澆注系統(tǒng)的位置精度。Z方向行走機(jī)構(gòu)選擇伺服電機(jī)確保鋼包提取鐵水時位置準(zhǔn)確，避免互相撞擊。鋼包固定支架通過鋼包吊架與總體支架相連，鋼包支架通過鏈輪與總體支架上的伺服電機(jī)相連，起到控制鋼包澆注角度的控制。

鑄造行業(yè)跟隨國家政策處于高速發(fā)展階段，基于伺服控制鑄造生產(chǎn)線自動澆注系統(tǒng)的市場需求前景大，市場總值高，并且順應(yīng)發(fā)展的趨勢，可解決企業(yè)的部分工序用工難問題，企業(yè)對設(shè)備投入的回收周期短，屬于市場的新機(jī)遇，可實(shí)現(xiàn)投資方與供應(yīng)方的雙贏目的，本項目大力推廣。

（作者單位：泉州信息工程學(xué)院）