工業(yè)機(jī)器人在鋁合金汽車壓鑄件生產(chǎn)中的應(yīng)用

樊 偉

（重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 涪陵400800）

1 引 言

近年來，我國的汽車行業(yè)的市場需求提升較快，各種類型的汽車銷量增長大幅度提升。目前我國汽車行業(yè)正處于快速發(fā)展階段，市場競爭極為激烈，汽車的改革創(chuàng)新變化可謂是日新月異，琳瑯滿目的各類車型、人性化的配置選擇、低成本的資金投入讓汽車制造行業(yè)有了更高的要求。特別是鋁合金壓鑄產(chǎn)品市場需求高漲，歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家轉(zhuǎn)而向發(fā)展中國家采購鑄件鋁合金汽車配件。主要采用重力壓鑄，傳統(tǒng)的作業(yè)模式是人工脫模和上下料。環(huán)境溫度高，搬運(yùn)強(qiáng)度大。而且鑄件品質(zhì)難以保證鑄件容易產(chǎn)生縮松、縮孔等缺陷，成型過程中造成晶粒尺寸不均勻等缺陷，這些缺陷影響了配件的壽命。工業(yè)機(jī)器人作為集多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要自動化裝備，以其高度的柔性化在現(xiàn)代鑄造產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用日趨廣泛。使用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行汽車配件生產(chǎn)，極大地提高了鑄件質(zhì)量，解放了工人勞動力。因此，解決工業(yè)機(jī)器人在鋁合金汽車壓鑄件生產(chǎn)中的應(yīng)用迫在眉睫。

2 汽車壓鑄件的典型應(yīng)用

（1）發(fā)動機(jī)缸體。發(fā)動機(jī)是汽車的“心臟”，汽車質(zhì)量的好壞關(guān)鍵在于發(fā)動機(jī)是否質(zhì)量好。而發(fā)動機(jī)的核心部件就是缸體。早期的缸體主要采用低壓鑄造或砂型鑄造，但從目前對汽車發(fā)動機(jī)對比分析來看，大部分主流車型及汽車廠商均采用鋁合金壓鑄缸體。雖然鋁合金壓鑄缸體較前兩種制造方式的成本高，但隨著石油價格的不斷攀升及汽車輕量化要求的不斷發(fā)展，鋁合金壓鑄缸體越來越廣泛地被汽車廠商所采用。由于鋁合金的導(dǎo)熱性能較鑄鐵好，使用鋁制氣缸蓋和氣缸體可以改善發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)，提高其熱效率，更大地改善和提高發(fā)動機(jī)的工作效率。缸體的鑄造工藝極其復(fù)雜，被譽(yù)為鋁合金壓鑄技術(shù)中的“金字塔”，掌握了缸體的制造技術(shù)及工藝就基本掌握了壓鑄技術(shù)的“核心機(jī)密”。

（2）支架類零件。此類零件主要用于汽車發(fā)動機(jī)、變速器等關(guān)鍵部件的連接，雖然表面上看不如缸體、缸蓋等關(guān)鍵，但本質(zhì)上此類零件質(zhì)量的好壞對整個汽車的安全性具有決定性的作用。此類零件在壓鑄生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的主要問題是變形。

3 系統(tǒng)的總體設(shè)計

文章所述是工業(yè)機(jī)器人在鋁合金汽車壓鑄件兩大模塊。主要是由1 套PLC 總控系統(tǒng)、1 臺沖床、1 臺油壓機(jī)、1 臺6 軸機(jī)器人及60kg 機(jī)械手（脫模）、1 套脫模系統(tǒng)、1 臺6 軸機(jī)器人及60kg 機(jī)械手（自動上下料）、1 臺加工中心及其它相關(guān)設(shè)備組成。

4 脫模系統(tǒng)的設(shè)計

拆卸壓鑄模具的過程中存在藥品粉末或顆粒，容易引起爆炸；此外，組成模具的內(nèi)部組件嵌入到外圍的壓鑄設(shè)備中，內(nèi)部組件與物料之間產(chǎn)生較大的粘著力，人工拆卸勞動強(qiáng)度大；整個壓鑄設(shè)備布置在地下升降臺上面，手動作業(yè)存在安全危險，因此針對模具拆中存在易爆、人工勞動強(qiáng)度大、不安全等情況，設(shè)計一種脫模系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)壓鑄模具的自動拆卸是十分必要的。結(jié)合目前制造裝備中相關(guān)自動化技術(shù)的應(yīng)用情況，設(shè)計6 軸工業(yè)機(jī)器人自動脫模系統(tǒng)的總體設(shè)計。

4.1 脫模工序及技術(shù)要求

6 軸工業(yè)機(jī)器人自動脫模系統(tǒng)的工作對象是一組壓鑄模具，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

每個內(nèi)部組件上安裝有兩個M10 緊固螺栓，安裝的定銷、松動銷和起吊螺栓均為一個。整個壓鑄模具嵌裝在外圍的圓柱形設(shè)備中，需要拆卸的零部件為定位。

圖1 脫模系統(tǒng)的工作對象

銷、緊固螺栓以及內(nèi)部組件，具體的脫模工序如下：

（1）拆除軸向緊固螺栓，總共有20 個型號為M10 的緊固螺栓，均勻分布在直徑465mm 的圓周上。

（2）拆除內(nèi)部組件上的定位銷，將其從圓柱形設(shè)備中拔出，總共有10 個定位銷均勻布置在直徑645mm 的圓周上，每拆除一個定位銷，拆除一個內(nèi)部組件。

（3）敲擊內(nèi)部組件下端的松動銷，使嵌入到外圍設(shè)備中的內(nèi)部組件松動。

（4）拆除內(nèi)部組件，總共有10 個內(nèi)部組件，有大瓣和小瓣的區(qū)別，大瓣和小瓣各占半，拆除內(nèi)部組件時首先要將5 個小瓣的內(nèi)部組件取出，然后剩余的5 個大瓣的內(nèi)部組件才可以取出。

在對模具進(jìn)行拆卸的過程中，為了避免模具發(fā)生損壞，同時精確的完成模具的拆卸，對脫模系統(tǒng)的設(shè)計提出了相應(yīng)的技術(shù)要求，具體技術(shù)要求如下：

（1）軸向緊固螺栓拆卸扭矩：30～70Nm 可調(diào)。

（2）內(nèi)部組件拆卸松動力范圍：200～400N。

（3）拆卸內(nèi)部組件負(fù)載能力：30～60kg。

（4）內(nèi)部組件定位銷拔出力：≦500N。

（5）拆卸模具定位精度：±1mm。

4.2 脫模系統(tǒng)的組成及工作原理

進(jìn)行脫模系統(tǒng)設(shè)計時要滿足功能完備、結(jié)構(gòu)合理、安全可靠的基本要求，同時元件要布置合理，工件盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品以便于維護(hù)，自動化程度盡量要高，系統(tǒng)操作簡單以便于工作人員快速掌握。

6 軸工業(yè)機(jī)器人自動脫模系統(tǒng)主要由工業(yè)機(jī)器人、快換裝置、拆卸工具頭、視覺定位系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和輔助裝置等部分組成，脫模系統(tǒng)拆卸模具的工位有工具頭調(diào)用工位、識別定位工位、緊固螺栓收集工位以及內(nèi)部組件放置工位。脫模系統(tǒng)的工作原理為：首先，脫模系統(tǒng)項目總控（Project Controlling，簡稱PC）端發(fā)送取視覺測量工具頭指令，工業(yè)機(jī)器人從工具架上取下視覺測量工具頭并將其送至識別定位工位，對內(nèi)部組件上的緊固螺栓和起吊螺栓進(jìn)行識別定位，并將測量數(shù)據(jù)發(fā)送至PC 端；其次，工業(yè)機(jī)器人接收并存儲PC 端發(fā)送過來的定位數(shù)據(jù)；最后，工業(yè)機(jī)器人調(diào)用定位數(shù)據(jù)，在相關(guān)指令下實(shí)現(xiàn)內(nèi)部組件的自動拆卸，脫模的流程如圖2 所示。

圖2 脫模流程圖

5 自動上下料系統(tǒng)組成及工作流程

工業(yè)機(jī)器人取件系統(tǒng)由機(jī)器人系統(tǒng)部分、打磨部分、上下料部分等組成，如圖3 所示。

圖3 自動上下料系統(tǒng)

5.1 工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)

ABB 公司的IRB6620 機(jī)器人融合了直線軸機(jī)器人和多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的各種優(yōu)點(diǎn)，增添了緊湊性、敏捷性等多種特色。是一款載150kg 的6 軸機(jī)器人，并具有ABB 多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的高運(yùn)動范圍和內(nèi)在柔韌性特點(diǎn)。該型機(jī)器人在設(shè)計上實(shí)現(xiàn)了高性能和高可靠性，能夠提高產(chǎn)量和利用率。6620 的設(shè)計舍棄了平衡汽缸，使得機(jī)器人更緊湊更敏捷。內(nèi)置式服務(wù)信息系統(tǒng)（SIS）可監(jiān)控動作機(jī)械取件及優(yōu)化服務(wù)需求。載荷和可達(dá)距離：150kg and2.2m。IRB6620 不僅可抓取較重、較大工件，更適合處理更大轉(zhuǎn)動慣性的工件。

5.2 自動上下料工作流程

（1）按下啟動按鈕，機(jī)器人伺服使能，機(jī)器人啟動，發(fā)出機(jī)器人上料開始信號。

（2）機(jī)器人接到上料開始信號，機(jī)器人搬運(yùn)工件到達(dá)壓鑄機(jī)正前方50cm 處，發(fā)出機(jī)器人上料完成信號。

（3）壓鑄機(jī)接到上料完成信號，壓鑄機(jī)門打開，壓鑄機(jī)門開到位，發(fā)出機(jī)器人送料開始信號。

（4）機(jī)器人接到送料開始信號，機(jī)器人將工件送入壓鑄機(jī)，返回壓鑄機(jī)正前方50cm 處，發(fā)出機(jī)器人送料完成信號。

（5）壓鑄機(jī)接到送料完成信號，壓鑄機(jī)門關(guān)閉，壓鑄機(jī)門關(guān)到位，壓鑄機(jī)加工開始工作，壓鑄完成后，壓鑄機(jī)門打開，壓鑄機(jī)門開到位，發(fā)出機(jī)器人取料開始信號。

（6）機(jī)器人接到取料開始信號，機(jī)器人將壓鑄機(jī)內(nèi)的工件取出，并放置指定位置后，發(fā)出機(jī)器人取料完成信號。

6 結(jié) 語

文章介紹了工業(yè)機(jī)器人在鋁合金汽車壓鑄件生產(chǎn)中的應(yīng)用。該壓鑄系統(tǒng)采用6 軸機(jī)器人完成汽車模具（壓鑄件）自動脫模與自動上下料的作業(yè)。該壓鑄系統(tǒng)采用軟硬件雙重保護(hù)，特別加強(qiáng)了操作人員安全防護(hù)工作。還優(yōu)化其生產(chǎn)工藝流程。