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吊鏈式拋丸清理機裝卸工件的研究

LANMU:CHANPINWENDA YUEDU:1273

摘要:介紹了幾種吊鏈式拋丸清理機的特點,針對目前人工裝卸工件現狀,研發了6自由度關節機器人、 滾珠絲杠移動工作臺和工件測量定位系統等,保持機器人與吊鏈同步移動,機器人底座相對吊鏈靜止時懸掛工 件,避免了工件與吊鉤發生碰撞或干涉現象。
關鍵詞:吊鏈;拋丸清理機;工件;吊鉤;機器 中圖分類號:TG23 文獻標識碼:A 文章編號:1674—6694(2014)

拋丸清理機按吊鏈式拋丸清理機的吊鏈行走 方式不同,可分為吊鏈連續式、吊鏈步進式和積放式拋丸清理機。吊鏈連續式拋丸清理機的吊鏈連續 勻速行走,工件在隨吊鏈行走的過程中完成裝上、 拋丸清理、卸下等工序,該拋丸清理機連續作業,生 產效率高,適應性廣,但每鉤清理時間不可調節,如 圖1所示;吊鏈步進式拋丸清理機的吊鉤脈動前 進,一步一鉤或多鉤,工件在裝卸區和拋丸區分別 處于停止狀態,實現定點裝卸和定點拋丸工序,該 拋丸清理機裝卸和拋丸時問可調,生產靈活性強, 提高了彈丸利用率和生產效率,缺點是不如連續式 生產效率高;積放式拋丸清理機的吊鉤采用積放鏈 輸送,吊鉤在不同區段行走速度不同,吊鏈在拋丸 區內停留時間和裝卸工件時間可靈活調整,以方便 裝卸工件和提高拋丸清理效率,操作靈活性大,對 于發動機缸體缸蓋、電機殼體表面及內腔較復雜的 工件,清理效果尤為突出。

吊鏈式拋丸清理機的工件吊掛在連接吊鏈的 吊鉤上,工件相互之間不接觸,并間隔一定的距離, 工件各表面暴露在外,鋼丸可以直接拋打在工件表 面上,拋打效果好,清理時間短,生產效率高。上述 三種形式的吊鏈式拋丸清理機都適合各種批量、不 同復雜程度的中等鑄件、鍛件、合金件等表面上的 殘砂、夾雜、氧化皮和鐵銹的清理,自動化程度和生 產效率高,清理效果好。

1工件裝卸現狀
無論哪種形式的吊鏈式拋丸清理機,其工件的 裝卸都是在拋丸清理室外某一位置進行。目前清理 稍大一些的工件是采用人工操作電葫蘆或行車裝 卸,對于中等工件(如幾十公斤重的工件)是采用人 手搬運裝上或卸下,由于吊鉤一般吊在吊鏈上,并 位于地面一定的高度,搬運工人需要將工件舉升到 相應高度進行裝卸,長時間工作會造成工人勞動強 度大,生產效率低,對工人的身心造成一定的傷害, 所以人工裝卸難以滿足高速、自動化生產線的要

2工件自動裝卸

針對吊鏈式拋丸清理機人工裝卸工件的現狀, 研發了吊鏈裝卸工件機器人系統,考慮到吊鏈通過 式拋丸清理機的吊鉤是連續勻速移動的,所以研發 的吊鏈裝卸工件機器人系統由6自由度關節機器 人、滾珠絲杠移動工作臺和工件測量定位系統等三 部分組成。

2.1 6自由度關節機器人用來裝卸搬運工件。6自由度關節機器人裝在滾珠絲杠移 動工作臺上,滾珠絲杠副帶動機器人直線移動,用 來保持機器人與吊鏈同步移動的狀態下裝卸工件, 避免工件與吊鉤發生碰撞或干涉現象,工件測量定 位系統用來將輸送來的工件進行準確定位,為機器 人裝卸工件做好準備。

2.16自由度關節機器人的研發

6自由度關節機器人運動靈活、位置準確、裝卸 速度快,特別適合中等工件的裝卸搬運。研發的6 自由度關節機器人較大裝卸質量為50 kg,機器人 由6臺伺服電機和6臺減速機組成,分別控制6個 關節的運動。機器人本體的主要零部件,如底座、腰 部、大臂、小臂、腕部等采用鑄件精加工而成,腕部 部分零件采用鑄鋁合金材料,減輕了腕部重量和大 小臂承受的力矩,提高了機器人的承載能力。課題 組對機器人結構進行了三維建模和優化,研發了機 器人控制系統,開發了控制系統軟件,進行了機器 12人運動學和動力學分析。

2.2滾珠絲杠移動工作臺的開發

對于吊鏈連續通過式拋丸清理機,工件連續勻 速移動,機器人機座靜止、各關節轉動懸掛工件,容 易發生工件與吊鉤碰撞現象。為保持機器人與吊鏈 同步移動,課題組開發了滾珠絲杠移動工作臺,采 用伺服電機驅動絲杠轉動,帶動螺母和工作臺移 動,機器人裝在工作臺上隨著一起移動。將滾珠絲 杠驅動系統、吊鏈控制系統與機器人控制系統連接 在一起,就實現了整個系統的控制。工作臺底座采 用鑄件制造而成,滾珠絲杠副和滾動直線導軌副等 零部件外購,經過安裝和調試完成了滾珠絲杠移動 工作臺的開發。

機器人要將工件準確放置到吊鉤上,需要“知 道”工件的形狀和位置,課題組分析研究了各種工 件的形狀,針對不同形狀的工件采用相應的測量和 定位方法。對于發動機缸體、缸蓋類的長方體工件 采用輥道輸送,工件壓下行程開關,輥道停止轉動, 工件到達前定位面,側面氣缸推動工件到達另一定 位面,工件在兩個相互垂直的定位面上進行定位, 松開氣缸后工件就可以被機器人抓走。對于其他形 狀的工件,采用機器視覺技術,用雙目相機進行視 覺定位,然后進行圖像處理和識別定位,較后傳送 給機器人控制系統進行抓取工件。

2.3工件搬運夾持器

吊鏈式拋丸清理機清理的工件形狀多種多樣, 機器人的末端夾持器要能夠準確有效地夾持和搬 運工件,到達位置后快速卸下工件。課題組研發了 發動機缸體缸蓋夾持器、圓柱形工件搬運夾持器、 薄板電磁吸盤夾持器和三通閥門搬運夾持器等。圓 柱形工件搬運夾持器采用三個徑向均布的氣缸完 成對工件的夾緊,如圖 a)所示;對于薄板類工件 采用電磁吸盤吸住工件;對于鑄鐵件三通閥門采用三個卡爪分別勾住三個孑L、中間桿頂住閥門體,完 成對三通閥門的定位夾緊,如圖 b)所示。 工件搬運夾持器
a)圓柱形工件夾持器 b)三通閥門夾持器
圖4工件搬運夾持器
3結束語

吊鏈式拋丸清理機適合于各種批量、不同復雜 程度的中等鑄件、鍛件、合金件等工件表面的清理, 目前工件的輸送和拋丸清理都已實現自動化,但將 工件裝到吊鉤上和從吊鉤上卸下還是由人工完成, 工人的勞動強度大,裝卸時間長,生產效率低,不適 合高速、大批量生產。本文提出了在吊鏈式拋丸清 理機上采用機器人裝卸工件的思想,將機器人裝在 滾珠絲杠移動工作臺上,保持機器人與吊鏈以相同 的速度移動懸掛工件,機器視覺檢測和定位工件, 研發的吊鏈裝卸工件機器人系統,經在吊鏈式拋丸 清理機上裝卸工件應用,效果良好,滿足生產的要 求,減輕了工人的勞動強度,提高了生產效率和自 動化水平。

參考文獻:
〔1〕王守仁,翟永真.淺談鑄件清理過程中的拋丸清理設備〔J〕.機械 工業標準化與質量,2011(11):46-49. 〔2〕徐金成,范俊生,王瑞國,翟永真,等.鑄件清理設備的發展歷程 及現狀〔J〕.中國鑄造裝備與技術,2012(2):28—32. 〔3〕張利欣,尹德秀,張利艦械手拋丸機在鑄件清理中的應用與改 進〔J〕.鑄造設備與工藝,2010(2):8—10. 〔4〕閻學成.0485型500 kg步進吊鏈拋丸清理機的設計、試制與應 用〔J〕.鑄造設備研究,1995(2):39-43.

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