桁架機器人在鑄造3D 打印砂芯流水線中的應用

馬 睿，劉 軼，黃部東，楊光明，閆 濤

（共享智能鑄造產業創新中心有限公司，寧夏銀川 750021）

鑄造業中車間物流是生產效率、信息集成、安全等重要影響因素。對于多品種，大噸位的產品車間物流通常以吊車或有軌電動平車實現，存在生產效率低、安全隱患大、智能化水平低等問題，不能滿足智能制造的發展要求。隨著3D 打印的發展，越來越多的砂芯使用3D 打印機直接打印成型，使用桁架機器人，可解決砂芯的抓取、運輸、浸涂、自動存儲等一系列問題，解決傳統鑄造物流存在的問題，推進鑄造業向綠色化、智能化發展。

1 3D 打印砂芯基本原理

3D 砂芯打印采用的原理是3DP 成型原理，其過程在于先鋪設一層厚度在0.3mm 左右的砂子作為打印基層，通過噴頭選擇性的根據需求噴射粘結劑，將零件的截面形狀“印刷”在砂子上，上一層粘結完畢后，工作箱下降一個高度，繼續進行鋪砂、打印、逐層堆疊，最終形成3D 打印砂芯（如圖1）。

2 桁架機器人在砂芯流水線中的應用

圖1 3D 打印砂芯基本原理

桁架機器人在砂芯流水線上主要包括以下工位（圖2）：落砂工位主要負責將砂芯從3D 打印機工作箱中頂起，清理砂芯吊把周圍余砂；清砂工位主要負責砂芯表面浮砂的清理；浸涂工位主要負責在砂芯表面涂層，保證砂芯放置；下料工位主要負責砂芯的放置，以滿足后續入庫；清洗工位主要負責手爪的清洗。由于在每個工位對砂芯的放置方式要求不同，需要桁架在執行XYZ 三軸運行的同時，還可以實現對砂芯的夾取，砂芯繞吊把本身的翻轉以及砂芯在XY 平面內繞Z 軸的360 度旋轉。整個桁架包含4 個直線控制和2 個旋轉控制。

圖2 桁架機器人在砂芯流水線上的應用

2.1 桁架機器人在砂芯抓取位的應用

由于砂芯的單件小批量特性，3D 打印砂芯根據砂芯的大小在工作箱中是隨機布置的，布置方式多種多樣，如圖3 所示，砂芯1、2、3、4 尺寸各不相同，位置和方向也各不相同，此刻需要考量的不是桁架機器人的重復定位精度，而是桁架機器人的定位精度。因此砂芯抓取對于桁架機器人的定位要求極高。程序需要根據砂芯在工作箱中的位置判斷砂芯大小，砂芯位置以及決定抓取順序，桁架按照程序給定的列表實現一一抓取，抓取節拍需要和生產節拍相符合。

圖3 砂芯在工作箱中的分布及抓取

2.2 桁架機器人在其他工位的應用

砂芯在桁架部位完成抓取以后，通過對吊把進行旋轉清除浮砂，進而通過桁架的XYZ 聯動將砂芯轉運至清砂小車，此時砂芯豎直放置，進入自動吹砂房進行自動吹砂，吹砂完成后進入手工吹砂清理死角，并檢驗吹砂表面質量。

吹砂完成后，桁架再次根據坐標抓取砂芯，通過XYZ 聯動將砂芯抓取至浸涂工位，浸涂池中為砂芯涂料，桁架通過Z 軸垂直下降再上升的方式涂料，并通過砂芯吊把旋轉的方式將涂料混合均勻，保證砂芯表面涂料厚度和質量。

涂料完成后，桁架將砂芯搬運至下料工位，利用坐標值完成砂芯安全放置在砂芯托盤上，放置完成后，砂芯會隨著托盤進入立體庫存放，后續需要時提取。

放置完畢砂芯后，桁架手爪被涂料包裹，不利于后期抓取，因此需要運行至清洗工位，對手爪進行清洗，去除涂料，到落砂工位進行下一次抓取，如此反復循環。進而實現桁架機器人在整個砂芯清理、浸涂流水線上的作業。

3 結語

目前，我公司的桁架機器人已經在生產線上實現了全流程自動化抓取，極大的減少了人工搬運和流涂的安全隱患，提高了生產效率，減少了人工成本，為鑄造業向著綠色化、智能化發展增加了濃厚的一筆。