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鑄鋼件“冒口”采用機器人進行切割處理的智能系統(tǒng)搭建及設置意見(討論稿)

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鑄鋼件“冒口”采用機器人進行切割處理的智能系統(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視覺系統(tǒng)部分和切割軌跡程序

3.3控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

四、 系統(tǒng)工作流程

五、 系統(tǒng)效率及預計實現(xiàn)效益

六、 推廣價值預計

6.1 降本增效 3年收回投資

6.2改善傳統(tǒng)切割環(huán)境 保障職業(yè)健康

6.3推動鑄造行業(yè)智能化發(fā)展,邁向產業(yè)智能化升級之路

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切割工作站的配置進行介紹,并補充說明可提供的擴展服務。

冒口切割鑄鋼件清理過程中的重要工序,現(xiàn)階段其幾乎全部采用人工手持氣體割槍進行切割。設定300mm(直徑或厚度)的切割厚度可以滿足大部分鑄鋼件(約60-70%鑄鋼件)冒口的切割需要。冒口切割工序工作量大,操作環(huán)境惡劣、安全風險高、人工切割質量差,且“用工難”等困境已極大的限制了鑄造行業(yè)的發(fā)展。運用自動化、智能化技術設備代替人工作業(yè)已是鑄造行業(yè)的發(fā)展方向之一。

一、適用范圍

通用機器人視覺智能火焰切割工作站適用于中大型鑄鋼件300直徑(或厚度)以內冒口的切割作業(yè),適用工作范圍如下表1

 

標準火焰切割工作站

適用范圍

冒口直徑(厚度) mm

300mm 常溫下切割,熱態(tài)切割需加防護措施

切割部位預處理

切割線周圍30mm范圍內殘砂和殘渣必須清理干凈

切割鑄鋼件材質

鑄造碳鋼、鑄造低、中合金鋼

切割工作范圍

機器人前部約2500×1800mm矩形區(qū)域

切割面的質量水平

切割面平整,不影響機械加工,冒口根留高一致性好,留高3-10mm

切割速度

 60-120mm/分鐘

1 機器人火焰切割適用范圍參數(shù)表

切割工作范圍可通過擴展變位機,增加切割機器人等方式提高。詳細布置見3.4擴展服務。

場地及外部能源需求:

 

需求項

內容

場地尺寸

5000mm×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

燃氣(丙烷、天然氣)壓力≥0.3MPa,氧氣壓力≥1MPa;

環(huán)保措施

粉塵處理 污廢處理

吊裝設備

滿足工件吊裝擺放需求

通風及照明設備

滿足現(xiàn)場需求

2 機器人火焰切割外部需求明細表

 

二、設置目標

1.  降低澆冒口切割工序中人工工作量,保障操作者職業(yè)健康安全。

2.  控制系統(tǒng)人機交互智能化,操作方便。

3.  切割面平整留高一致,便機械加工和打磨。

4.  切割質量遠高于人工,切割效率基本與人工一致,對鑄件擺放無嚴格要求。

5.  利用遠程數(shù)據(jù)平臺,進行生產數(shù)據(jù)處理,并監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)。

6.  切割工藝參數(shù)可設置,適用多種鑄鋼件冒口切割工藝的優(yōu)化,切割消耗低于人工。

7. 提升鑄造冒口切割工序自動化,智能化水平。

8. 切割系統(tǒng)符合鑄造廠區(qū)環(huán)保規(guī)定。

9. 整體設備穩(wěn)定可靠,可在2-3年內收回投資。

三、系統(tǒng)構成

鑄鋼件冒口視覺火焰切割工作站主要由:主體部分、視覺部分、軟件控制部分等構成,總體效果圖如下圖所示:

 

圖片4.png 

1 大中鑄鋼件視覺火焰切割工作站示意效果圖

主要具有以下三點優(yōu)勢:

1)擺放定位方面:本工作站采用高精度視覺相機對鑄件冒口進行定位,鑄件只需擺放至預先設定范圍內,不需嚴格確定擺放位置。但鑄件需姿態(tài)調整,使鑄件形成一定的氣割角度45°。

2)程序設計方面:操作者確認鑄件切割冒口起點和終點,系統(tǒng)自動識別并生成切割軌跡程序。

3)切割質量和效率方面:機器人切割的坡口光潔度好,外形美觀,切割效率高。

3.1主體部分

主體部分主要由品牌工業(yè)機器人、專用割槍、鑄件切割區(qū)域構成。

3.1.1 工業(yè)機器人

為保證火焰切割工作的正常進行,需配套有工業(yè)機器人,可以采用Fanuc(發(fā)那科)、ABB、KUKA(庫卡)、Yaskawa(安川)等知名品牌的機器人。要求機器人負載50kg以上,臂展2500~3000mm。

3.1.2 專用割槍

根據(jù)用戶的使用場景,本工作站推薦使用梅賽爾的MS932原裝射吸式割槍,其燃氣類型可以使用乙炔、丙烷、天然氣、液化氣等,本工作站主要使用丙烷,其主要優(yōu)勢如下:

① 更高的切割速度,提升約30%-40%;

② 更低的氧氣消耗,降低30%-40%

③ 更長的割嘴使用壽命,提高大約4-5倍;

④ 更換方便,可以實現(xiàn)快速更換;

⑤ 更低的熱變形,更小的割縫,減小割縫10-15%。

圖片5.png 

 

2 MS932原裝射吸式割槍

3.1.3 火焰切割工藝

選取氣割(火焰切割)工藝,具有切割鋼鐵速度快、尺寸公差低、經濟實惠、設備費用低、設備便攜、操作簡便、可手動可自動等優(yōu)點。需配套煙氣控制和排風設施。

 

氣割(火焰切割)工藝參數(shù)

數(shù)值范圍

切割氧氣壓力

0.5~1.0 MPa 受切割點參數(shù)影響

切割天燃氣壓力

0.2~0.3 MPa 受切割點參數(shù)影響

割槍移動速度

1~2mm/s   受切割點參數(shù)影響

3 火焰切割工藝參數(shù)

3.2視覺系統(tǒng)部分和切割軌跡程序

采用3D工業(yè)相機獲得加工鑄件表面的點云圖像及坐標數(shù)據(jù),在交互界面選取切割冒口區(qū)域。自動編程生成出機器人切割軌跡程序,具有使用靈活、采樣精度高、對鑄件適應性強的優(yōu)點。

3.3控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

機器人智能自動化切割軟件部分主要包括總控制程序,視覺視覺定位算法,切割路徑自動生成算法,本地數(shù)據(jù)采集及傳輸算法,云端數(shù)據(jù)處理軟件。

 

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

切割軌跡自生成算法

根據(jù)視覺識別定位生成的圖像數(shù)據(jù),自動生成切割運動軌跡

本地數(shù)據(jù)采集

通過ACCESS數(shù)據(jù)庫采集生產過程中的設備參數(shù)、切割工件參數(shù)、切割工藝參數(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,并配置生產數(shù)據(jù)管理軟件,生成多項報表,可監(jiān)控監(jiān)控生產設備的運行狀態(tài).

4 控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)模塊及功能

四、系統(tǒng)工作流程

1.清理干凈鑄件冒口切割線附近50mm左右部位的殘砂、粘砂等;將鑄件擺放到指定作業(yè)范圍內(約2500×1500,并形成一定的氣割角度≥45°,切割面偏離機器人。

2.打開電源,登錄系統(tǒng),輸入鑄件相關參數(shù)。

3.啟動掃描系統(tǒng),視覺相機調整為拍照姿態(tài)后開始掃描,對鑄件表面進行掃描同時完成定位。

4.人工在操作界面確認切割冒口的起點和終點位置,系統(tǒng)自動形成切割程序。

5.進入切割流程,打開丙烷或天然氣及氧氣開關,預先進行切割槍校準點火,逐個冒口進行切割作業(yè),直至選取的冒口全部切割完成。需要切割該鑄件

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