壓鑄件頂針毛邊自動化打磨系統研究應用

朱樹春 譚道常 巴黎

【摘? 要】頂針頂出機構是模具結構上必不可少的重要組成部分，模具生產過程中，頂針與頂針孔的往復運動，在模具在生產到一定程度時，頂針及頂針孔會有相應的磨損，在成型時，頂針處產品會產生毛邊，特別是壓鑄模具，毛邊硬且不易處理。為解決此問題，設計出一自動化設備，極大的提高了打磨效率，降低了人工成本的同時極大提升了打磨的穩定性。實現傳統頂針印打磨的自動化、智能化，并確立相關解決方案及先進技術專利地位。

【關鍵詞】自動化打磨;打磨設備;視覺識別系統;全自動化生產

1.項目概述

1.1研究背景

頂針頂出機構是模具結構上必不可少的重要組成部分，模具生產過程中，頂針與頂針孔的往復運動，在模具在生產到一定程度時，頂針及頂針孔會有相應的磨損，在成型時，頂針處產品會產生毛邊，特別是壓鑄模具，毛邊硬且不易處理。為解決此問題，設計出一自動化設備，實現傳統頂針印打磨的自動化、智能化，并確立相關解決方案及先進技術專利地位，成為我們研究的課題。

1.2國內外研究現狀和發展趨勢

目前，打磨頂針印毛邊主要依賴人工手工去除，人工的不穩定性決定了打磨效果不穩定，效率低，品質差。近年來，各知名企業開始陸續引入機械手打磨，穩定性略有提高，但打磨效率低，使用成本高，維護困難。此問題長期困擾壓鑄制造業，成為行業難題。

1.3項目產品主要用途

（A）多頭可單獨打磨，也可同時打磨，提升效率，并具有極大的通用性;

（B）自動上下料，自動打磨，自動清洗，自動烘烤，極大的節省人力，降低人工勞動強度;

（C）更換機種只需更換治具和調整打磨程式，可適用于任何不超過機臺設定打磨范圍的產品;

2.主要研究內容和目標

2.1主要研究內容

項目主要研究以下四個內容：

（1）研究系統視覺識別定位：研究在產品上下料時，如何通過視覺識別系統完成產品定位孔并預設定位孔自動定位.

（2）研發多頭打磨設備。研發一種通用設備，采用多頭同時打磨，且每個打磨頭可獨立控制的系統，可以根據產品需打磨位置編程打磨，打磨效率實際應用中可提升6倍以上。

（3）打磨效果提升。研究測試多種打磨頭，選擇壽命長，打磨效果好的打磨頭，可以嚴格控制打磨成本。同時導入自動化系統，剔除人力打磨的不穩定性因素，達到品質提升，效率提升，穩定性提升的效果。

2.2技術難點

（1）自動化打磨設備的開發。現階段，行業中沒有針對打磨開發過專用設備，此方面幾乎沒有可參考的經驗。通過技術分析，將打磨主軸增加到6個，分別使用數控技術控制，可使打磨主軸自由移動，主軸連接機頭，打磨頭使用彈簧夾頭連接到機頭，主軸運動時，帶動打磨頭依照預定的移動軌跡移動，達到多頭同時打磨的效果。

（2）打磨頭的選擇。現有打磨頭均未針對自動化打磨設備做過相應優化，我們測試多種型號，多種規格的打磨頭，銑刀等打磨設備，并選出其中的適合部分，再次進行優選優化，最終開發出一種適合此打磨設備的不銹鋼麻花狀打磨頭，實際應用中，打磨效果好，壽命長，極大的降低了使用成本，同時降低了更換打磨頭的頻次，進一步提升了生產效率。

2.3創新點

（1）視覺定位技術。為實現自動化上下料，就必須實現產品自動化定位，在視覺系統中定義產品定位孔并同實際定位孔進行圖像識別，系統可以自動判定產品是否已經放置到預設的打磨位置，從而最終實現全自動化打磨。

（2）多軸打磨技術。采用6根以上主軸，每根主軸都可以在x，y，z方向自由運動，均可以運動到設備允許的每個區域，通過編程可以達到6處單獨打磨，或者同時打磨，打磨效率得到巨大提升并最大化的達到設備的通用性和適用性，可以適用于不同的產品的各種位置。

（3）全自動生產技術。采用機械手自動上料，視覺識別系統自動定位，打磨設備自動打磨，機械手自動下料，超聲波清洗機，鏈式烘烤爐，可以實現全自動生產。

3.技術路線

當機械手上料到指定位置，視覺識別系統識別產品已經到位后，安全門降下，防止飛濺的毛屑濺射到空氣中污染空氣，主軸帶動6個機頭高速旋轉，按照預先編輯好的運行程式開始運動，機頭帶動彈簧夾頭夾持的不銹鋼制麻花打磨頭開始打磨，冷卻水裝置需要一直接通，試機箱內溫度一直保持安全溫度，同時可以流動的循環水可以帶走毛屑，流動的冷卻水通過打磨灰塵漏斗將廢水流動到收灰塵框內沉積。當打磨完成后，對應氣缸帶動安全門打開，機械手將打磨完成產品取走送至傳送帶上送至超聲波清洗爐內清洗，超聲波清洗爐連接鏈式烘烤爐，清洗完成的產品通過烘烤后即使烘干防止產生水漬和氧化痕跡。

設備上安裝有指示燈和操作屏，當系統待機是指示燈顯示為綠色，表示系統隨時可以正常運行，當系統正常運行時，指示燈為黃色顯示，表示設備處于運行狀態，警示非專業人員不得進入打磨區域，當系統出現錯誤時，指示燈為紅色顯示，此時需要專業人員通過操作屏參看錯誤代碼排除故障后才可繼續運行。

該設備主軸可以根據程式設定移動到治具允許范圍內的任何地方，當一個產品生產周期結束，可以更換打磨治具，調用新的打磨程式后，通過簡單調試即可完成生產機種的切換，通用性極好。

4.取得的標志性成果

通過本項目的實施，研究出自動打磨系統和自動打磨設備，每臺設備可以代替雙班12人的工作量，且打磨效果極好，一次打磨良率即可達到99.9%，遠遠超過人工打磨的效率，同時由于打磨設備的通用性，實際打磨成本極低，每片產品打磨成本可下降約1元人民幣，每年可為相關壓鑄企業帶來數千萬的人民幣效益。

5.應用前景

本項目的提出使壓鑄件由原有人工打磨機械手打磨發展為專用設備打磨，極大的提高了打磨效率，降低了人工成本的同時極大提升了打磨的穩定性。后續還可將此打磨設備應用到更多的毛邊打磨上，同樣可以應用到其余筆記本電腦、手機、平板、游戲機等產品上，市場潛力巨大。

參考文獻

[1] [德] R.伊澤曼，[德] M.明奇霍夫.動態系統辨識導論與應用[M]機械工業出版社2016.04.01

[2] 陳躍程，劉偉，鑄件清理打磨自動化技術及其應用[J]鑄造設備與工藝;2015年05期

[3] 王田苗，陶永，我國工業機器人技術現狀與產業化發展戰略[J]機械工程學報;2014年09期

[4] 王賢華，基于工業機器人的鋁合金管接頭鑄件去毛刺系統的研制[D]浙江大學;2016年

[5] 楊韜，蔡長韜，周延，馬飛達，PCB上下料機械手設計與仿真[J]機床與液壓;2017年21期