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工程案例研究

蠟模焊接組樹自動化-欣志機器人

信息來源:THINK瀏覽次數:12284發布時間:2015-3-14 16:00:11
    消失模鑄造通常采用蠟模法或泡沫模型法。由于批量化生產的便利性和精度一致性,蠟模鑄造法被廣泛應用于精密鑄造行業。隨著機器人與自動化系統的推廣深入,消失模鑄造領域已有廣泛成熟的機器人自動化應用技術:如沾漿、噴砂、切澆口、修毛刺等。而在作業精度要求高、工作量大的前道蠟模焊接組樹、清洗環節,目前很多企業仍然沿用傳統的人工焊接組樹工藝。

本案為上海欣志為江蘇某鑄造廠提供的KUKA機器人自動化焊接組樹生產線。在用戶工廠內,原本每天需要4位技能熟練的工人師傅完成的約1800個蠟模粘接作業,經過機器人自動化蠟模組樹改造后,由現有的2臺KUKA機器人KR6 R900即可高效完成,在對焊接的一致性有顯著提高的前提下,為產能的擴充爭取了寬廣的提升空間。


【用戶的需求與Think-Automation提供的初步方案】
采用自動化系統替代人工完成蠟模與澆口棒焊接的組樹工作,不僅要保證焊接質量,還要盡可能降低失誤率。
工藝流程:壓蠟機出蠟模》冷卻》澆口棒上料定位》蠟模焊接組樹》檢修》蠟模樹件清洗、烘干》掛件周轉。
產品種類:約10多類型號,尺寸及組樹形式均有差別,要盡可能滿足不同批次間的柔性制造切換。
投入產出比要求:改造前2組4人工每天8小時完成約6000件蠟模的粘接。 自動化改造后至少要滿足現有產能,并使得設備系統投入成本可控。

根據用戶需求,考慮到傳統非標自動化設備設計制造成本高,且生產柔性低等因素,欣志公司提議考慮采用機器人實現上述蠟模焊接組樹作業,并獲得了用戶的認可。在設備投入成本方面,初步的投入預估80萬左右,也在客戶方的基本承受范圍之內。因此,項目很快進入了開發投入前的關鍵實驗論證。


【機器人焊接蠟模實驗及改進】

實驗一期:機器人工采用烙鐵焊接。
可行性:差。
原因分析:烙鐵抽放機構與機器人粘接蠟模配合動作難度大,難以協調一致,烙鐵清理工作自動化改造不便。

實驗二期:機器人采用加熱器加熱蠟模后焊接。
可行性:較差。
原因分析:機器人缺乏如人工動作的靈活性與作業中的及時糾正糾偏,導致焊接不牢,焊接變形等不合格品增多。

實驗三期:機器人采用粘接蠟焊接蠟模。
可行性:較為可行。
需要改進的細節:粘接蠟防滴漏,粘接焊口的圓弧過渡。
改進工藝細節后的實驗:基本滿足用戶的品質需要。



【項目設計階段的問題與解決提案】

1.蠟模與澆口棒的夾取問題:
起初的氣爪夾取方案在實際焊接作業中會發生機械干涉,容易損傷蠟模,且焊接位置與夾取部位距離太近容易造成焊接質量下降及工裝污染,因此通過Think-Automation與用戶雙方的通力合作,經過輪番改進,最終采用了氣爪夾取+真空吸附的雙抓手配合方式,得以有效解決這一關鍵難題。

2.澆口棒的精準定位與變位問題:
Think-Automation針對用戶主要產品的澆口棒外形及多個蠟模輪生組樹構型特點,設計了伺服變位機構,澆口棒由機器人夾取后定位放置在變位機機構內,變位機伺服與機器人系統協同,按照程序設定旋轉變位。

3.蠟模小尾巴的修建處理:
壓蠟機壓制出的蠟模帶有“小尾巴”,Think-Automation為其設計了氣動剪刀,在粘接前進行修建作業。

4.蠟模焊接組樹后的清洗問題:
整套系統包含有蠟模清洗專用清洗槽、烘干槽。機器人抓取焊接組樹完成的樹形結構進行主動清洗、烘干作業。

5.多批次柔性生產切換問題:
系統針對輪生組樹結構的大多數批次產品設計,可滿足最主要的品類生產,另有個別構造特殊、批量小的組數結構需要單獨由人工完成。

6.與前后道工藝的自動銜接問題:
壓蠟機制蠟模后,需要經過一段時間的冷卻,Think-Automation設計了水冷快速冷卻裝置,可有機器人直接從壓蠟機取出后進入后續作業,亦可根據生產需要從外部進料。
組樹件結構清氣烘干后,由機器人掛裝在周轉盤,未來將銜接到懸掛鏈進入后續作業。目前可有人工將懸掛架轉移到其他工位進行后續浸漿噴砂作業。


【本案最終交付的機器人蠟模焊接組樹生產線設備配置】

1、2臺基于PC Windows控制系統控制的KUKA機器人KR6 R900,該型號機器人屬于KUKA創新造型:高速、敏捷、小空間、低功耗。
2、機器人手抓:氣動夾爪及真空吸盤。
3、澆口棒定位工裝及伺服變位機;
4、專用蠟尾切除修剪機構;
5、焊接工作臺及焊料工裝;
6、送料定位工裝、周轉暫存裝置;
7、清洗槽、烘干槽;
8、氣動鎖緊伺服懸掛架;
9、系統及電氣控制柜、觸屏操作面板及急停按鈕;
10、安全圍欄及雙回路安全門。


【機器人作業改造后帶來的效益】

Think-Automation為用戶提供的本套KUKA機器人蠟模焊接組樹系統,開國內業界先河,成功攻克若干技術難點并實現批量生產的自動化。不僅完全滿足了客戶對于產能的預期,在組樹焊接質量與一致性方面也較人工有了很大的提高。
簡而言之,采用機器人作業的蠟模焊接組樹生產線,具有靈活性高、作業周期短、一致性好、品質高、穩定性強等特點。預計該套設備將在1.5年內即可回收成本,為企業產能擴大、效益提高帶來顯著成效,獲得了用戶方多層面員工的一致認可,并先后吸引不少同業及設備制造商前去參觀交流。

更多項目信息及機器人在蠟模組樹焊接工藝中的應用開發,請聯系上海欣志機器人公司業務部門咨詢,Think-Automation為您提供量身定制的機器人自動化解決方案。

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