工業(yè)機(jī)器人在拔除澆冒口過(guò)程中的應(yīng)用

徐宗平，丁淑海，馮勛波

（青島鑫科機(jī)械科技有限公司，山東青島 266400）

0 前言

工業(yè)機(jī)器人動(dòng)作靈活、定位準(zhǔn)確、不知疲倦，在各行業(yè)中不斷被開發(fā)應(yīng)用，特別是在高溫、污染、高強(qiáng)度、高危險(xiǎn)的勞動(dòng)場(chǎng)合，越來(lái)越得到廣泛應(yīng)用，在降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少安全事故的同時(shí)，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

在鑄造行業(yè)，由于產(chǎn)品利潤(rùn)率低、環(huán)境惡劣（主要是粉塵太多），再加上投資較大，使用后保養(yǎng)、維修費(fèi)用也高，鑄造企業(yè)很少采用工業(yè)機(jī)器人來(lái)參與工作。除上述原因外，鑄造產(chǎn)品還存在產(chǎn)品種類多、批量小、外形不一致、尺寸偏差大等因素，使得機(jī)器人應(yīng)用于鑄造生產(chǎn)線也存在一定難度。

但作為工業(yè)新秀的機(jī)器人，其使用優(yōu)勢(shì)是人類無(wú)法比擬的，特別是一些高端鑄造生產(chǎn)線，有些惡劣的工作崗位不使用機(jī)器人代替人工確實(shí)可惜。青島鑫科機(jī)械科技有限公司研發(fā)了一條自動(dòng)化的V 法鑄造生產(chǎn)線，根據(jù)用戶澆冒口的特點(diǎn)，推薦使用了一款專用的拔澆口和冒口的機(jī)器人。

1 現(xiàn)有的拔除澆冒口方式

該用戶鑄件達(dá)30 種類型，澆口和冒口數(shù)量以及位置不統(tǒng)一，有的鑄件一個(gè)澆口兩個(gè)冒口，有的鑄件一個(gè)澆口一個(gè)冒口；但澆口和冒口有一個(gè)共同特點(diǎn)是又扁又長(zhǎng)，對(duì)稱有兩個(gè)鉤取的橫桿，如圖1 所示。

圖1 澆口和冒口樣式

該用戶當(dāng)前是用人工拔除澆冒口，方法是做了兩個(gè)小撓鉤，雙手手持撓鉤，將撓鉤插入澆冒口橫桿處的凹窩中，轉(zhuǎn)90°，使撓鉤正好鉤到橫桿下方，雙手同時(shí)用力提起，拔出后放置到旁邊。經(jīng)測(cè)試，用力在30kg～90kg 之間。有時(shí)一次不能提起，需要加大力氣再次使勁提，再提不起來(lái)就需要將澆冒口水平晃動(dòng)一下，使?jié)裁翱诎l(fā)生松動(dòng)，再拔出來(lái)。該用戶原生產(chǎn)線生產(chǎn)效率為8 型/h，每型多的有3 個(gè)澆口和冒口，一小時(shí)共拔24 個(gè)澆冒口，其勞動(dòng)強(qiáng)度之大，可想而知。

2 機(jī)器人拔除澆冒口

為了降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)線效率，向用戶推薦使用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行拔澆冒口。

首先機(jī)器人需完成的工作：（1）由于是V 法造型工藝，澆冒口是埋在砂子里面，上平面與砂平面相平，被2 層薄膜蓋住，拔澆冒口前必須先將薄膜沿澆冒口邊沿切開；（2）拿走切下的薄膜；（3）用專門夾具模擬人工勾住澆冒口橫桿；（4）用足夠大的力量將澆冒口提起來(lái)，放置到指定的位置。

其次機(jī)器人拔澆冒口存在的難點(diǎn)：（1）用戶有近30 種制品，即30 種不同的澆冒口位置；（2）澆冒口插入后再加砂埋起來(lái)會(huì)有水平位置的偏差，最大偏移量達(dá)30mm；（3）由于是木制澆冒口，周圍是石英砂，必須選擇合適的刀具進(jìn)行切割；（4）切下的薄膜采用什么方式拿到指定地點(diǎn)。

2.1 設(shè)計(jì)方案

通過(guò)走訪用戶，調(diào)研機(jī)器人生產(chǎn)廠家，確立了以下設(shè)計(jì)方案。

2.1.1 機(jī)器人的選擇

根據(jù)所需要完成的動(dòng)作，選用6 軸垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人；在拔澆冒口測(cè)試中得知最大拔起力為90kg，為防止試驗(yàn)的片面性，經(jīng)與用戶確認(rèn)，機(jī)器人選擇載荷180kg 的，如圖2 所示。

圖2 機(jī)器人樣式

2.1.2 機(jī)器人夾具的設(shè)計(jì)

機(jī)器人廠家專門設(shè)計(jì)了一款?yuàn)A具，該夾具有兩個(gè)小鉤，使用伺服電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)小鉤，使小鉤間距可以按設(shè)定的程序調(diào)整間距；每個(gè)小鉤的軸可以使用90°旋轉(zhuǎn)汽缸推動(dòng)旋轉(zhuǎn)，如圖3 所示。

圖3 拔澆冒口的夾具

2.1.3 難題解決

（1）澆冒口位置偏差的解決策略：使用對(duì)位視覺(jué)相機(jī)，直接定位當(dāng)前澆冒口位置。

（2）30 多種制品的解決策略：使用30 套程序，每套程序?qū)?yīng)一種制品澆冒口。用戶在更換模具時(shí)，在控制柜中選擇更換的模具型號(hào)。如更換前生產(chǎn)線使用的是A、B、C 三種模具，系統(tǒng)便按A、B、C 三種的程序工作，如果將A 換成D，在總控程序中將A 換成D，機(jī)器人也同樣會(huì)執(zhí)行D 程序。

2.1.4 切膜

經(jīng)過(guò)一系列試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)使用超聲波切刀能夠很好的將兩層薄膜切開。切下薄膜之后，使用一臺(tái)小型吸風(fēng)機(jī)，將切下的薄膜吸附在吸盤上，轉(zhuǎn)移到指定位置，關(guān)閉風(fēng)機(jī)，薄膜掉落。

通過(guò)以上設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人取代人工拔澆冒口的工作，使該處高強(qiáng)度的人工勞動(dòng)得以解放，而且工作效率更高。