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大型鑄鋼件非加工面采用機器人進行打磨處理的智能系統(tǒng)搭建及設置意見(討論稿)

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大型鑄鋼件非加工面采用機器人進行打磨處理的智能系統(tǒng)搭建及設置意見(討論稿)

 

 

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四川智能創(chuàng)新鑄造有限公司

2022年7月


 

  

一、 適用范圍

二、 設置目標

三、 系統(tǒng)構成

3.1 主體部分

3.2 工作部分

3.3視覺識別和打磨軌跡編程系統(tǒng)

3.4 控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

3.5 打磨工藝控制

3.6 擴展服務

四、系統(tǒng)工作流程

五、系統(tǒng)效率及預期效益

六、價值預期

七、總結

7.1配置更低要求

7.2系統(tǒng)優(yōu)勢

 


  

本文以基本機器人智能打磨工作站的配置進行介紹,并補充說明可提供的擴展服務。

大型鑄鋼件非加工面(工件表面不需要加工而直接鑄造成型和使用的表面)的打磨是鑄鋼件生產(chǎn)中必不可少的重要工序,現(xiàn)階段幾乎全部采用人工樹脂砂輪打磨。該工序工作量大,工人勞動條件處于極度的臟、累、苦、險狀況中,存在極大的職業(yè)健康風險,行業(yè)現(xiàn)已明顯出現(xiàn)人力資源短缺。盡快提升該工序的自動化、智能化水平已是鑄造行業(yè)的發(fā)展共識。

一、適用范圍

鑄鋼件非加工面機器人智能打磨工作站適合于鑄鋼件各類毛坯面即非加工面的智能化打磨。

通用機器人打磨工作站適用范圍如下:

 

要素項目

適用范圍

打磨鑄鋼件材質

鑄造碳鋼;鑄造低、中、高、合金鋼

打磨面的預處理

毛坯面經(jīng)過清砂和拋丸處理

打磨面形狀

平面、斜面、弧面和敞開的曲面等

打磨覆蓋范圍

機器人前部約2000×1500mm矩形區(qū)域

打磨面的質量水平

毛坯面打磨光滑(平整),可以達到粗糙度Ra3.2-6.3μm,能夠滿足無損檢查和后期的涂裝要求

打磨工作效率

2.5-3.5/小時

1 適用范圍

標準單臺設備場地及外部能源需求(未擴展)

 

需求項

內(nèi)容

備注

場地尺寸

6000mm×5000mm


電源要求

380V三相交流電 50HZ


水源要求

常用自來水


氣源要求

0.6MPa


耗材砂輪材質

樹脂砂輪

平板砂輪和碗型砂

輪線,速度35-50mps

2 場地及能源需求

標準打磨工作站機器人安裝于固定位置。本系統(tǒng)可進行擴展,詳細內(nèi)容查看3.6擴展服務。

二、設置目標

1.  替代大中型鑄鋼件生產(chǎn)過程中人工打磨工序,保障操作者職業(yè)健康安全。

2.  系統(tǒng)控制實現(xiàn)人機交互智能化,操作方便。

3.  打磨質量滿足無損探傷及后期涂裝要求。

4.  打磨質量高于人工,打磨效率高于人工,預定打磨區(qū)域可做選取、增減。

5.  通過遠程數(shù)據(jù)平臺,進行數(shù)據(jù)處理,監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)。

6.  打磨工藝參數(shù)可設置,適用多種鑄鋼件整體打磨工藝的優(yōu)化。

7.  (系統(tǒng)機器人)打磨面積占比整體打磨面積60%及以上。

8.  提供擴展服務,打磨系統(tǒng)適應多種生產(chǎn)環(huán)境,提升廠房利用率。

9.  提升鑄造打磨工序自動化、智能化水平。

10. 打磨系統(tǒng)符合鑄造廠區(qū)環(huán)保規(guī)定。

11. 整體設備穩(wěn)定可靠,可在2-3年內(nèi)收回投資。

三、系統(tǒng)構成

智能自動化打磨系統(tǒng)以工作站方式運行。標準打磨工作站主要由:主體部分、工作部分、控制部分、視覺識別系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、打磨運動軌跡自動生成部分等構成。

3.1 主體部分

主體部分主要由品牌工業(yè)機器人、PLC總控制柜、管線包構成。

 

機器人選型

工業(yè)機器人主要選擇現(xiàn)有Fanuc(發(fā)那科)、ABB、KUKA(庫卡)、Yaskawa(安川)四大品牌機器人和其他國產(chǎn)知名機器人等。打磨工作部分設備整體重量40-80KG,最遠打磨點距離機器人中心1500mm,可選取機器人范例如下:

KUKA-KR QUANTEC系列高負載機器人,此系列能覆蓋90-300kg的負載范圍,機器人臂展范圍3000mm。

圖片1.png 

1 庫卡KR210 2700 機器人外觀圖

ABB-IRB-6700機器人系列,負載為150kg 至300kg,工作范圍為 2600 mm 至 3200 mm.

圖片2.png 

2  ABB-IRB-6700 機器人外觀圖

 

3.2 工作部分

工作部分主要由打磨頭、壓力傳感器等部分構成。打磨頭有恒力平板砂輪打磨頭和碗型砂輪打磨頭等多種,選用樹脂砂輪為打磨耗材。

 

打磨頭類型

打磨區(qū)域及作業(yè)環(huán)境

軌跡運動

平板砂輪打磨頭

曲率半徑較大的(600)打磨面,操作空間充裕

直線往復運動

碗型砂輪打磨頭軸向

曲率半徑較小的(約<600)打磨面,相對有“干涉”的打磨面, 立面等;

運動軌跡可設置,可進行曲線運動

碗型砂輪打磨頭徑向

狹小操作空間 鑄件內(nèi)腔 等其它打磨面

3 打磨頭類型、打磨區(qū)域及作業(yè)環(huán)境和軌跡運動

3.3視覺識別和打磨軌跡編程系統(tǒng)

視覺識別定位系統(tǒng)主要由視覺相機和相機快換機構兩部分構成。相機快換機構固定在機器人第六軸末端上,完成對鑄件的位置、外形尺寸等掃描工作并自動生成視覺圖像。

通過操作者交互人工選取打磨區(qū)域后,系統(tǒng)通過視覺程序后處理,實現(xiàn)自動打磨程序的生成。機器人打磨工作前,視覺相機通過快換機構置于安全位置。

打磨軌跡的編程系統(tǒng)依托視覺識別系統(tǒng)。視覺識別系統(tǒng)采集到的需打磨部位圖像數(shù)據(jù)由操作者進行點取確認打磨范圍,然后在線自動編程生成。

3.4 控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

機器人智能自動化打磨軟件部分主要包括總控制程序、視覺定位算法、打磨軌跡自動生成算法、本地數(shù)據(jù)采集及傳輸算法、云端數(shù)據(jù)處理軟件等。

 

模塊

模塊功能

總控制程序

C#編寫控制交互界面,上位機通過以太網(wǎng)控制于PLC、機器人、視覺進行聯(lián)動控制

視覺識別定位算法

通過視覺相機拍攝圖像,編寫圖像擬合程序:生成高精度圖像數(shù)據(jù):識別工件尺寸、工件位置、工件類型

打磨軌跡自生成算法

根據(jù)視覺識別定位生成的圖像數(shù)據(jù),在操作者點取的打磨區(qū)域自動生產(chǎn)打磨運動軌跡

本地數(shù)據(jù)采集

通過ACCESS數(shù)據(jù)庫采集生產(chǎn)過程中的設備參數(shù)、打磨工件參數(shù)、打磨工藝參數(shù)、成本消耗、工作量信息等

云端數(shù)據(jù)處理

通過數(shù)據(jù)遠程傳輸至云端服務器,并配置生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理軟件,生成多項報表可監(jiān)控監(jiān)控生產(chǎn)設備的運行狀態(tài).


4 控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)模塊及功能

3.5 打磨工藝控制

打磨工藝控制是實現(xiàn)自動化打磨質量的重要因素。操作者可選擇在交互界面輸入工藝參數(shù)或使用已驗證的默認參數(shù)進行打磨,系統(tǒng)通過控制機器人移動參數(shù)和PLC控制打磨工具頭相結合,實現(xiàn)打磨運動軌跡,詳細打磨工藝參數(shù)如下表

 

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    打磨工藝參數(shù)

    數(shù)值范圍

    備注

    打磨頭電機轉速

    3000~8000rpm

    按砂輪直徑和線速度設定

    打磨移動速度

    100~300mm/s

    與鑄件材料和毛坯面質量相關

    變軌道寬

    6~20mm

    與打磨面形狀等相關

    打磨壓力

    15~30kg

    與毛坯面

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