桁架機(jī)器人在鑄造3D 打印砂芯流水線中的應(yīng)用

馬 睿，劉 軼，黃部東，楊光明，閆 濤

（共享智能鑄造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司，寧夏銀川 750021）

鑄造業(yè)中車間物流是生產(chǎn)效率、信息集成、安全等重要影響因素。對(duì)于多品種，大噸位的產(chǎn)品車間物流通常以吊車或有軌電動(dòng)平車實(shí)現(xiàn)，存在生產(chǎn)效率低、安全隱患大、智能化水平低等問題，不能滿足智能制造的發(fā)展要求。隨著3D 打印的發(fā)展，越來越多的砂芯使用3D 打印機(jī)直接打印成型，使用桁架機(jī)器人，可解決砂芯的抓取、運(yùn)輸、浸涂、自動(dòng)存儲(chǔ)等一系列問題，解決傳統(tǒng)鑄造物流存在的問題，推進(jìn)鑄造業(yè)向綠色化、智能化發(fā)展。

1 3D 打印砂芯基本原理

3D 砂芯打印采用的原理是3DP 成型原理，其過程在于先鋪設(shè)一層厚度在0.3mm 左右的砂子作為打印基層，通過噴頭選擇性的根據(jù)需求噴射粘結(jié)劑，將零件的截面形狀“印刷”在砂子上，上一層粘結(jié)完畢后，工作箱下降一個(gè)高度，繼續(xù)進(jìn)行鋪砂、打印、逐層堆疊，最終形成3D 打印砂芯（如圖1）。

2 桁架機(jī)器人在砂芯流水線中的應(yīng)用

圖1 3D 打印砂芯基本原理

桁架機(jī)器人在砂芯流水線上主要包括以下工位（圖2）：落砂工位主要負(fù)責(zé)將砂芯從3D 打印機(jī)工作箱中頂起，清理砂芯吊把周圍余砂；清砂工位主要負(fù)責(zé)砂芯表面浮砂的清理；浸涂工位主要負(fù)責(zé)在砂芯表面涂層，保證砂芯放置；下料工位主要負(fù)責(zé)砂芯的放置，以滿足后續(xù)入庫；清洗工位主要負(fù)責(zé)手爪的清洗。由于在每個(gè)工位對(duì)砂芯的放置方式要求不同，需要桁架在執(zhí)行XYZ 三軸運(yùn)行的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)砂芯的夾取，砂芯繞吊把本身的翻轉(zhuǎn)以及砂芯在XY 平面內(nèi)繞Z 軸的360 度旋轉(zhuǎn)。整個(gè)桁架包含4 個(gè)直線控制和2 個(gè)旋轉(zhuǎn)控制。

圖2 桁架機(jī)器人在砂芯流水線上的應(yīng)用

2.1 桁架機(jī)器人在砂芯抓取位的應(yīng)用

由于砂芯的單件小批量特性，3D 打印砂芯根據(jù)砂芯的大小在工作箱中是隨機(jī)布置的，布置方式多種多樣，如圖3 所示，砂芯1、2、3、4 尺寸各不相同，位置和方向也各不相同，此刻需要考量的不是桁架機(jī)器人的重復(fù)定位精度，而是桁架機(jī)器人的定位精度。因此砂芯抓取對(duì)于桁架機(jī)器人的定位要求極高。程序需要根據(jù)砂芯在工作箱中的位置判斷砂芯大小，砂芯位置以及決定抓取順序，桁架按照程序給定的列表實(shí)現(xiàn)一一抓取，抓取節(jié)拍需要和生產(chǎn)節(jié)拍相符合。

圖3 砂芯在工作箱中的分布及抓取

2.2 桁架機(jī)器人在其他工位的應(yīng)用

砂芯在桁架部位完成抓取以后，通過對(duì)吊把進(jìn)行旋轉(zhuǎn)清除浮砂，進(jìn)而通過桁架的XYZ 聯(lián)動(dòng)將砂芯轉(zhuǎn)運(yùn)至清砂小車，此時(shí)砂芯豎直放置，進(jìn)入自動(dòng)吹砂房進(jìn)行自動(dòng)吹砂，吹砂完成后進(jìn)入手工吹砂清理死角，并檢驗(yàn)吹砂表面質(zhì)量。

吹砂完成后，桁架再次根據(jù)坐標(biāo)抓取砂芯，通過XYZ 聯(lián)動(dòng)將砂芯抓取至浸涂工位，浸涂池中為砂芯涂料，桁架通過Z 軸垂直下降再上升的方式涂料，并通過砂芯吊把旋轉(zhuǎn)的方式將涂料混合均勻，保證砂芯表面涂料厚度和質(zhì)量。

涂料完成后，桁架將砂芯搬運(yùn)至下料工位，利用坐標(biāo)值完成砂芯安全放置在砂芯托盤上，放置完成后，砂芯會(huì)隨著托盤進(jìn)入立體庫存放，后續(xù)需要時(shí)提取。

放置完畢砂芯后，桁架手爪被涂料包裹，不利于后期抓取，因此需要運(yùn)行至清洗工位，對(duì)手爪進(jìn)行清洗，去除涂料，到落砂工位進(jìn)行下一次抓取，如此反復(fù)循環(huán)。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)桁架機(jī)器人在整個(gè)砂芯清理、浸涂流水線上的作業(yè)。

3 結(jié)語

目前，我公司的桁架機(jī)器人已經(jīng)在生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)了全流程自動(dòng)化抓取，極大的減少了人工搬運(yùn)和流涂的安全隱患，提高了生產(chǎn)效率，減少了人工成本，為鑄造業(yè)向著綠色化、智能化發(fā)展增加了濃厚的一筆。