連桿鍛造自動化系統研究

文/李磊，李志新·連云港杰瑞自動化有限公司

本文以連桿為研究對象，以降低工人勞動強度、提高生產效率為出發點，設計連桿鍛造自動化系統。結合棒料分流滑道和機器人手爪進行空間坐標定位，實現機器人自動化上下料功能。

目前，在連桿生產線中，一般都采用人工方式，不僅勞動強度大而且危險性極高，易出現被連桿碰傷、砸傷和燙傷的情況。使用機器人代替人工實現自動化生產，不僅可以大大降低工人勞動強度，而且還能提高生產安全性。

通過在中頻爐出料口增加棒料分流滑道，使工件毛坯能夠準確的定位，利用機器人手爪抓取工件毛坯進行生產，從而實現連桿自動化生產。

連桿鍛造自動化系統的組成

自動化系統由1 臺4000t 鍛壓機、1 臺400t 切邊壓力機、1 臺400t 摩擦壓力機、1 臺中頻爐與去氧化皮裝置、1 套自動脫模劑配比站、4 臺FANUC 的R-2000iC/165F 機器人、1 臺噴霧機器人、1 套人員進出安全門、安全圍欄、急停按鈕以及電氣控制系統集成等組成，布局圖如圖1 所示。

圖1 總體布局圖

工作流程

⑴中頻爐棒料加熱。

⑵棒料分流滑道定位。

⑶R1機器人抓取定位棒料放入4000t鍛壓機鍛造。

⑷R2 從4000t 鍛壓機抓取精鍛件放入400t 切邊壓力機切除飛邊。

⑸R3 噴霧機器人噴涂石墨潤滑。

⑹R4 從400t 切邊壓力機抓取切邊件放入400t 摩擦壓力機整形。

⑺R5 從400t 摩擦壓力機抓取整形件下料。

自動化與人工生產雙模式

由于考慮到生產線兼顧人工生產的需要，棒料需要從主壓機側窗口流入壓力機，本系統設計棒料分流滑道(圖2)，便于滿足人工生產要求。

圖2 分流滑道示意圖

主要技術描述

系統中機器人R1 手爪的設計需要考慮工件的兼容性，將夾爪的手指塊設計為上手指塊與下手指塊，夾取圓棒料時使用上手指塊，當鐓粗后工件直徑變大，采用下手指塊夾取(圖3)。采用油缸驅動，夾持更穩定。

圖3 手爪抓取棒料示意圖

預鍛和終鍛，分別由R1 和R2(熱模鍛壓力機側窗位置)兩臺機器人實現。其中R1 機器人負責將棒料放置到預鍛模上；R2 機器人負責將鍛件由預鍛模放置到終鍛模上。終鍛成形后，再由R2 從終鍛模放置到切邊壓力機中。

生產線充分考慮了鍛件定位、脫模、粘模等問題，以及生產的穩定性和連續性。同時，對設備可能出現的滑車、悶車等問題，應用安全技術防錯，防范設備對機器人的傷害。

兩臺機器人均布置在壓力機合適位置。不影響換模、修模，以及新產品試制。

噴吹脫模劑，由機器人實現。噴吹效果達到不粘模、脫模需要。滿足不產生鍛件磕碰傷、充不滿等缺陷要求。

機器人工作區域進行安全隔離，防護欄高度2 米，在規范、方便的位置設置安全門。安全門與機器人聯鎖，確保在機器人停機后方可打開。

在安全圍擋懸掛箱附近設置4 個產品檢測平臺窗口。檢測平臺放置在圍擋內，臺面規格均為600mm×400mm×15mm，材質Q235，采取角架方式固定到圍擋上，堅固耐用。

自動脫模劑配比站

自動脫模劑配比站是生產線的一個重要設備，可實現自動配比、自動加熱、自動攪拌、自動清洗等功能，保證工件成形飽滿、不粘模。內桶由3mm不銹鋼制成，直徑1200mm，高1100mm，容積1000L，底部采用橢圓封頭，無縫焊接。底部中央處設有50mm 排污閥，可以由觸摸屏控制，自動排污。底部側面留有20mm出液孔，連接隔膜泵。上沿向下100mm處安裝流量計。骨架采用50mm×50mm×2mm不銹鋼方管焊接而成，底部采用3mm不銹鋼板托底，下設φ100mm福馬輪，萬向帶鎖緊。

設備外尺寸2000mm×1300mm×1800mm，采用1mm 不銹鋼板折成。內桶上蓋采用3mm 不銹鋼板，并用50mm×50mm×2mm不銹鋼方管作為支架，攪拌電機功率3kW，主軸采用φ60mm 不銹鋼，攪拌葉輪采用5mm 不銹鋼板焊接而成。減速比10:1，運用變頻器控制攪拌速度。

加熱系統，采用半導體加熱，內壁為不銹鋼材質，功率8kW，桶內加熱采用不銹鋼管間接加熱。加熱溫度可調，桶內液溫可調，傳熱采用350W 不銹鋼泵頭循環泵循環加熱。

進水、進脫模劑采用智能全自動控制，管直徑25mm，氣動閥控制開關。原脫模劑出劑口25mm，用隔膜泵加壓，根據設定自動控制進水量及進脫模劑量；若原脫模劑粘度較大且易干，避免損壞隔膜泵及管道，可向不銹鋼內桶人工進料，通過液位計自動計量及自動計算進水量，也可以自行設定進水量。使用時按配比設定進入量，并且與攪拌站配套，當攪拌桶內缺液警示時，自動進水補充脫模劑，當到達上限位置時自動停止。該系統可根據脫模劑特性，柔性配置。

攪拌站自動清洗，在頂口處50mm設有多個噴頭，進入手動模式就可以自動清洗，清洗時間自行設定。

蓄氣罐100L，給隔膜泵與氣動閥提供穩定氣壓。

自動脫模劑配比站與自動化控制系統通訊，具有存儲不同品種產品配方功能，并能跟自動化機器人程序關聯。

總控系統

整個電氣控制系統采用三菱邏輯控制器(PLC)進行控制。該控制系統可以完成機器人與各外圍設備的信息通訊，使整個工作站可以有序的進行生產。主控制柜采用三菱PLC，并配置CC-Link 通訊模塊。電氣控制系統和機器人控制柜之間通過CC-Link 進行通訊，進行機器人動作控制和數據傳輸。

操作站觸屏獨立安裝于壓力機的右前方，觸屏距地面高度約1600mm。操作盤上裝有主要操作選擇開關、按鈕、指示燈、觸摸屏(12 英寸)等。觸摸屏上具備連續生產中快速微調機械手抓取和擺放產品位置(X，Y，Z 三個方向平移和旋轉)的功能，偏移值關聯對應的件號程序。不停機微調，需要設極限位置。

中文觸摸屏界面實時顯示機器的運行狀態、檢測開關狀態，計數器、計時器及其設定；計數器、設備運行時間統計和關鍵零部件維護保養提醒功能；設備故障點報警顯示，可以引導操作及維修，提高生產效率。

結束語

本文以連桿為研究目標，闡述了整個系統組成和各組成部件的結構形式，實現了連桿鍛造自動化系統的機器人搬運技術生產應用，不僅提高了勞動生產率，而且大大減輕了工人的勞動強度。