缸體鑄件自動(dòng)化打磨方案設(shè)計(jì)

（合肥江淮鑄造有限責(zé)任公司，安徽合肥 230031）

隨著社會(huì)的發(fā)展，就業(yè)范圍的擴(kuò)大，鑄造行業(yè)因?yàn)槭怯忻目唷⑴K、累的行業(yè)，招聘工人越發(fā)困難，清理工序升級(jí)改造迫在眉捷；另外隨著機(jī)器人集成的發(fā)展，越來越多的機(jī)器人被應(yīng)用到鑄造行業(yè)清理工序中。本文結(jié)合車間實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行缸體鑄件自動(dòng)化打磨方案設(shè)計(jì)。

1 工況介紹

缸體鑄件清理工序工藝路線如圖1 所示。

圖1 缸體鑄件清理工序工藝路線圖

缸體鑄件基本參數(shù)見表1.

表1 缸體鑄件基本參數(shù)

缸體鑄件自動(dòng)化打磨部位如圖2 所示。根據(jù)缸體清理工序流程，缸體鑄件人工打磨部位主要為上、下型出氣針/片、油底殼處內(nèi)澆口、兩個(gè)端面的披縫。

圖2 1.5TGDI 汽油機(jī)缸體毛坯缸體打磨部位示意圖

2 缸體鑄件打磨產(chǎn)能規(guī)劃

根據(jù)現(xiàn)有缸體清理流水線生產(chǎn)工藝統(tǒng)計(jì)各工序生產(chǎn)節(jié)拍見表2.

表2 清理工序節(jié)拍

通過計(jì)算機(jī)仿真模擬，打磨上、下型出氣針/片、油底殼處內(nèi)澆口，每件缸體需要120 s，根據(jù)現(xiàn)有節(jié)拍需求至少需要兩臺(tái)打磨設(shè)備（雙工位）才能匹配產(chǎn)能。按照設(shè)備開動(dòng)率85%計(jì)算，每月工作26 天，每天20 h 計(jì)算缸體年打磨量31.8 萬件，滿足現(xiàn)有需求。適當(dāng)考慮后期產(chǎn)能增長(zhǎng)需求規(guī)劃按三臺(tái)設(shè)備進(jìn)行打磨，一臺(tái)機(jī)器人進(jìn)行上下料。

3 缸體鑄件打磨（工藝）基本布局

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地需求，自動(dòng)打磨設(shè)備只能放置在手持拋丸機(jī)后面進(jìn)行布置，見圖3 方框內(nèi)。

圖3 中規(guī)劃了三臺(tái)打磨設(shè)備和一臺(tái)機(jī)器人上下料，包括了后期增加產(chǎn)能規(guī)劃，目前打磨設(shè)備區(qū)域見圖4.

圖4 中物料運(yùn)轉(zhuǎn)順序?yàn)椋焊左w鑄件經(jīng)手持拋丸機(jī)后缸蓋面朝上，經(jīng)過機(jī)動(dòng)輥道運(yùn)送圖中②位置前方光電開關(guān)處，輥道停止轉(zhuǎn)動(dòng)，支撐缸體托板升起，視覺系統(tǒng)進(jìn)行拍照定位，抓取機(jī)器人進(jìn)行抓取放置在打磨房夾具內(nèi)，夾具通過壓力開關(guān)進(jìn)行夾緊，打磨房?jī)?nèi)機(jī)器人進(jìn)行打磨，打磨好后設(shè)備窗口打開，抓取機(jī)器人取件放置圖中13 處，機(jī)動(dòng)輥道輸送到人工修整以及檢驗(yàn)區(qū)。

4 缸體鑄件打磨單元及機(jī)器人選擇

缸體鑄件打磨單元主要由一臺(tái)負(fù)載210 kg機(jī)器人（KR210 R2700）抓手進(jìn)行打磨，為減少機(jī)器人的上下料時(shí)間，打磨單元內(nèi)布置雙工位夾具；抓取機(jī)器人考慮到抓取夾具重量以及抓取缸體的重量選擇負(fù)載300 kg 機(jī)器人（KR300 R2500）.

5 缸體鑄件抓取面的選擇

采用機(jī)器人上下料，為方便抓取缸體，缸體抓手采用以軸瓦圓弧為導(dǎo)向，缸體兩個(gè)端面為夾緊面，再加以輔助支撐。當(dāng)缸體毛坯進(jìn)入到規(guī)定位置經(jīng)視覺系統(tǒng)識(shí)別引導(dǎo)后，機(jī)器人抓手打開放置缸體兩個(gè)端面，其中一端通過氣缸移動(dòng)進(jìn)行夾取缸體（見圖5），然后通過抓手旋轉(zhuǎn)180°放置在打磨定位夾具上（見圖6），其抓手結(jié)構(gòu)見圖7.

6 缸體鑄件打磨夾具定位點(diǎn)選擇

缸體鑄件生產(chǎn)工藝一型兩件，采用臥式澆注方式；砂芯由帽芯、水套芯、缸筒芯組合而成，砂芯為一個(gè)砂芯兩個(gè)產(chǎn)品。根據(jù)鑄造生產(chǎn)工藝特性，采用缸蓋面（砂芯形成）上三點(diǎn)作為定位面，選擇缸筒作為定位孔，缸筒采用氣缸進(jìn)行夾緊。具體工作流程為：缸體鑄件通過機(jī)器人抓取放置在夾具上，當(dāng)壓力開關(guān)壓縮后檢測(cè)信號(hào)后，缸筒夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行拉緊后夾持缸筒，機(jī)器人進(jìn)行打磨（見圖8）.

圖4 缸體鑄件自動(dòng)打磨布局圖

圖5 缸體毛坯在輥道抓取狀態(tài)

圖6 缸體毛坯放置夾具狀態(tài)

圖7 機(jī)器人抓手結(jié)構(gòu)示意圖

圖8 缸體毛坯夾緊狀態(tài)

圖9 缸體毛坯打磨夾具

為了多品種缸體毛坯進(jìn)行快速切換，所有夾具采用模塊化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)原則如圖9 所示：圖中2 夾緊缸位置不動(dòng)，然后根據(jù)缸筒間距調(diào)整圖9 中1 夾緊缸，再根據(jù)缸體鑄件缸筒間距1 與2 距離配置缸蓋面定位塊，定位塊上增加定位點(diǎn)以及壓力開關(guān)。

7 結(jié)論

缸體鑄件自動(dòng)打磨后清理人員由原來每班13人減少到6 人，人工成本每年下降約70 萬元，預(yù)計(jì)5 年多可收回投資。缸體打磨任務(wù)主要采取以檢驗(yàn)缸體為主，打磨為輔的工作模式，使缸體鑄件質(zhì)量控制更加穩(wěn)定。

由于公司場(chǎng)地原因，方案中打磨設(shè)備放置在二次拋丸后面，有條件企業(yè)可以把打磨設(shè)備放置在二次拋丸前，這樣打磨后再進(jìn)行拋丸，缸體鑄件表面質(zhì)量更美觀。

采用鑄件自動(dòng)化打磨后對(duì)產(chǎn)品尺寸要求更高，生產(chǎn)過程控制更嚴(yán)格。為方便缸體鑄件打磨，缸體鑄件打磨設(shè)備采用激光檢測(cè)，本項(xiàng)目自帶激光檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)缸體模號(hào)，調(diào)用相應(yīng)程序打磨（有需求情況下），也可以不采用激光檢測(cè)，由于本公司采用一型兩件產(chǎn)品，只有兩個(gè)模號(hào)檢測(cè)，采用激光檢測(cè)生產(chǎn)效率高。

缸體鑄件打磨夾具設(shè)計(jì)時(shí)采用砂芯面定位，可以避免缸體外模尺寸錯(cuò)型導(dǎo)致的誤差，尺寸精度更加穩(wěn)定。同時(shí)定位點(diǎn)或夾緊點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)避開砂芯分型線以及排氣塞位置，從而使定位更加準(zhǔn)確。