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工程案例研究

蜡模焊接组树自动化-欣志机器人

信息来源:THINK浏览次数:8515发布时间:2015-3-14 16:00:11
    消失模铸造通常采用蜡模法或泡沫模型法。由于批量化生产的便利性和精度一致性,蜡模铸造法被广泛应用于精密铸造行业。随着机器人与自动化系统的推广深入,消失模铸造领域已有广泛成熟的机器人自动化应用技术:如沾浆、喷砂、切浇口、修毛刺等。而在作业精度要求高、工作量大的前道蜡模焊接组树、清洗环节,目前很多企业仍然沿用传统的人工焊接组树工艺。

本案为上海欣志为江苏某铸造厂提供的KUKA机器人自动化焊接组树生产线。在用户工厂内,原本每天需要4位技能熟练的工人师傅完成的约1800个蜡模粘接作业,经过机器人自动化蜡模组树改造后,由现有的2台KUKA机器人KR6 R900即可高效完成,在对焊接的一致性有显著提高的前提下,为产能的扩充争取了宽广的提升空间。


【用户的需求与Think-Automation提供的初步方案】
采用自动化系统替代人工完成蜡模与浇口棒焊接的组树工作,不仅要保证焊接质量,还要尽可能降低失误率。
工艺流程:压蜡机出蜡模》冷却》浇口棒上料定位》蜡模焊接组树》检修》蜡模树件清洗、烘干》挂件周转。
产品种类:约10多类型号,尺寸及组树形式均有差别,要尽可能满足不同批次间的柔性制造切换。
投入产出比要求:改造前2组4人工每天8小时完成约6000件蜡模的粘接。 自动化改造后至少要满足现有产能,并使得设备系统投入成本可控。

根据用户需求,考虑到传统非标自动化设备设计制造成本高,且生产柔性低等因素,欣志公司提议考虑采用机器人实现上述蜡模焊接组树作业,并获得了用户的认可。在设备投入成本方面,初步的投入预估80万左右,也在客户方的基本承受范围之内。因此,项目很快进入了开发投入前的关键实验论证。


【机器人焊接蜡模实验及改进】

实验一期:机器人工采用烙铁焊接。
可行性:差。
原因分析:烙铁抽放机构与机器人粘接蜡模配合动作难度大,难以协调一致,烙铁清理工作自动化改造不便。

实验二期:机器人采用加热器加热蜡模后焊接。
可行性:较差。
原因分析:机器人缺乏如人工动作的灵活性与作业中的及时纠正纠偏,导致焊接不牢,焊接变形等不合格品增多。

实验三期:机器人采用粘接蜡焊接蜡模。
可行性:较为可行。
需要改进的细节:粘接蜡防滴漏,粘接焊口的圆弧过渡。
改进工艺细节后的实验:基本满足用户的品质需要。



【项目设计阶段的问题与解决提案】

1.蜡模与浇口棒的夹取问题:
起初的气爪夹取方案在实际焊接作业中会发生机械干涉,容易损伤蜡模,且焊接位置与夹取部位距离太近容易造成焊接质量下降及工装污染,因此通过Think-Automation与用户双方的通力合作,经过轮番改进,最终采用了气爪夹取+真空吸附的双抓手配合方式,得以有效解决这一关键难题。

2.浇口棒的精准定位与变位问题:
Think-Automation针对用户主要产品的浇口棒外形及多个蜡模轮生组树构型特点,设计了伺服变位机构,浇口棒由机器人夹取后定位放置在变位机机构内,变位机伺服与机器人系统协同,按照程序设定旋转变位。

3.蜡模小尾巴的修建处理:
压蜡机压制出的蜡模带有“小尾巴”,Think-Automation为其设计了气动剪刀,在粘接前进行修建作业。

4.蜡模焊接组树后的清洗问题:
整套系统包含有蜡模清洗专用清洗槽、烘干槽。机器人抓取焊接组树完成的树形结构进行主动清洗、烘干作业。

5.多批次柔性生产切换问题:
系统针对轮生组树结构的大多数批次产品设计,可满足最主要的品类生产,另有个别构造特殊、批量小的组数结构需要单独由人工完成。

6.与前后道工艺的自动衔接问题:
压蜡机制蜡模后,需要经过一段时间的冷却,Think-Automation设计了水冷快速冷却装置,可有机器人直接从压蜡机取出后进入后续作业,亦可根据生产需要从外部进料。
组树件结构清气烘干后,由机器人挂装在周转盘,未来将衔接到悬挂链进入后续作业。目前可有人工将悬挂架转移到其他工位进行后续浸浆喷砂作业。


【本案最终交付的机器人蜡模焊接组树生产线设备配置】

1、2台基于PC Windows控制系统控制的KUKA机器人KR6 R900,该型号机器人属于KUKA创新造型:高速、敏捷、小空间、低功耗。
2、机器人手抓:气动夹爪及真空吸盘。
3、浇口棒定位工装及伺服变位机;
4、专用蜡尾切除修剪机构;
5、焊接工作台及焊料工装;
6、送料定位工装、周转暂存装置;
7、清洗槽、烘干槽;
8、气动锁紧伺服悬挂架;
9、系统及电气控制柜、触屏操作面板及急停按钮;
10、安全围栏及双回路安全门。


【机器人作业改造后带来的效益】

Think-Automation为用户提供的本套KUKA机器人蜡模焊接组树系统,开国内业界先河,成功攻克若干技术难点并实现批量生产的自动化。不仅完全满足了客户对于产能的预期,在组树焊接质量与一致性方面也较人工有了很大的提高。
简而言之,采用机器人作业的蜡模焊接组树生产线,具有灵活性高、作业周期短、一致性好、品质高、稳定性强等特点。预计该套设备将在1.5年内即可回收成本,为企业产能扩大、效益提高带来显著成效,获得了用户方多层面员工的一致认可,并先后吸引不少同业及设备制造商前去参观交流。

更多项目信息及机器人在蜡模组树焊接工艺中的应用开发,请联系上海欣志机器人公司业务部门咨询,Think-Automation为您提供量身定制的机器人自动化解决方案。

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