熱處理自動物料裝備

張志鵬

(江蘇豐東熱技術(shù)有限公司， 江蘇 鹽城 224100)

隨著熱處理向自動化、信息化、智能化的不斷發(fā)展[1]，對熱處理各環(huán)節(jié)之間工件轉(zhuǎn)運(yùn)、輸送過程的自動化精確控制程度要求日益提高，各型熱處理自動化物料裝備應(yīng)運(yùn)而生，本文從物料輸送、物料存儲和物料布放收集3個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域收集了當(dāng)前熱處理物料裝備的最前沿應(yīng)用案例，對設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、主要技術(shù)參數(shù)、功能要求、應(yīng)用成效等方面進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，以期為廣大熱處理工作者在進(jìn)行熱處理工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)及生產(chǎn)流程優(yōu)化改造提供幫助，助力熱處理行業(yè)自動化水平進(jìn)步及熱處理品質(zhì)提升。

1 物料輸送設(shè)備

物料輸送設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)存儲區(qū)、作業(yè)區(qū)、設(shè)備區(qū)之間以及設(shè)備間的自動物料輸送(如圖1(a)所示)，替代人工進(jìn)行熱處理物料的搬送[2]。輸送裝置主要包括有軌制導(dǎo)車(Rail guided vehicle,RGV)、自動導(dǎo)引車(Auto-guided vehide, AGV)、輥筒輸送機(jī)、鏈條輸送機(jī)、提升機(jī)(升降機(jī))和頂升機(jī)。各輸送設(shè)備應(yīng)能與熱處理設(shè)備、倉儲設(shè)備協(xié)調(diào)動作，完成物料的自動輸送。各輸送設(shè)備的輸送載荷、有效尺寸及輸送速度應(yīng)保持一致。輸送設(shè)備應(yīng)配置必要的傳感器、掃碼器或RFID閱讀裝置，以便對輸送物料進(jìn)行識別及防錯。

1.1 有軌制導(dǎo)車

有軌制導(dǎo)車(如圖1(b)所示)在熱處理行業(yè)俗稱移動料車、推拉小車(PPC)，是在固定軌道上運(yùn)行的，主要完成熱處理設(shè)備間的物料轉(zhuǎn)運(yùn)，實(shí)現(xiàn)物料橫向和縱向的移動運(yùn)輸，有些料車還能實(shí)現(xiàn)翻鉤、推拉轉(zhuǎn)換等功能。在大部分熱處理現(xiàn)場，RGV的軌道都是直線設(shè)置的，特殊情況可根據(jù)需要設(shè)置彎道，甚至是環(huán)形設(shè)置。RGV的主要技術(shù)指標(biāo)包括載貨尺寸、工作高度、額定負(fù)載、橫向移動速度、橫向定位精度、縱向移動速度和縱向定位精度等。

圖1 物料輸送示意圖(a)及有軌制導(dǎo)車(b)和自動導(dǎo)引車(c)Fig.1 Schematic diagram of material transportation(a) and rail guided vehicle(b) and auto-guided vehicle(c)

橫向和縱向移動裝置是RVG的最基本配置。橫向移動裝置包括減速機(jī)、變頻器和位置檢測裝置等，可實(shí)現(xiàn)橫向移動的高低速控制和精確定位——正常橫向移動時(shí)高速行走，接近目標(biāo)設(shè)備時(shí)通過變頻器改為低速行走?？v向移動裝置包括減速機(jī)、位置檢測裝置(一般采用電子凸輪)及必要的控制部件，有特殊要求時(shí)可設(shè)置變頻器，在空載時(shí)高速運(yùn)行，滿載時(shí)低速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行效率與可靠性的兼顧。

最新的熱處理有軌制導(dǎo)車還采取了以下措施增加可靠性：①設(shè)置物料有無的檢測，增加RGV的搬送驗(yàn)證，以便及時(shí)確認(rèn)物料是否搬送完成；②設(shè)置爐前位置檢測與激光距離檢測的雙重驗(yàn)證，防止出現(xiàn)因?qū)ξ徊徽碌脑O(shè)備故障；③設(shè)置“物料搬送”遠(yuǎn)程一鍵操作功能，可與制造執(zhí)行系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)無人操作，減少對人員的依賴；④設(shè)置RFID或二維碼閱讀器，對搬送的物料進(jìn)行識別防錯，杜絕物料搬送錯誤。

1.2 自動導(dǎo)引車

自動導(dǎo)引車可以在平整的地面上進(jìn)行物料輸送，沒有了地面軌道的限制。因此，輸送范圍有了較大的擴(kuò)展，可以實(shí)現(xiàn)物料在存儲區(qū)、設(shè)備區(qū)、作業(yè)區(qū)之間的自動高效運(yùn)輸。AGV除應(yīng)具有GB/T 20721—2006《自動導(dǎo)引車通用技術(shù)條件》所規(guī)定的功能外，還應(yīng)考慮耐油污、耐熱等熱處理特殊要求，采取技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)AGV的長久可靠工作，AGV的輸送效率應(yīng)滿足熱處理工廠對物料輸送的最大節(jié)拍要求。

AGV按驅(qū)動形式可以分為單輪驅(qū)動、雙輪驅(qū)動、多輪驅(qū)動、差速驅(qū)動和全向驅(qū)動。按移載方式可以分為叉車式、牽引式、背負(fù)式、滾筒式、托盤式和舉升式等。按導(dǎo)航方式可以分為電磁感應(yīng)式、磁條引導(dǎo)式、激光引導(dǎo)式、視覺引導(dǎo)式、二維碼引導(dǎo)式和5G引導(dǎo)式等。對于所有工作高度都統(tǒng)一的熱處理應(yīng)用現(xiàn)場，采用背負(fù)式或滾筒式AGV比較合適，對于多工作高度的熱處理生產(chǎn)線，則必須用叉車式或舉升式AGV。

以雙向帶橫移滾筒AGV為例(如圖1(c)所示)，其主要技術(shù)指標(biāo)包括外形尺寸、自身質(zhì)量、載荷尺寸、額定負(fù)載、上下料形式、導(dǎo)航方式、驅(qū)動單元形式、驅(qū)動單元升降機(jī)構(gòu)、走行方向、前進(jìn)速度、側(cè)移速度、滾筒輸送速度、直線導(dǎo)引精度、停止精度、充電方式、電池能力、安全感應(yīng)距離、報(bào)警形式、安全防護(hù)裝置、使用環(huán)境、爬坡能力、允許道路凹凸高度和允許溝槽寬度等。

1.3 輸送機(jī)

輸送機(jī)可以實(shí)現(xiàn)物料的水平輸送、垂直輸送等功能，常見的有滾筒輸送機(jī)、鏈條輸送機(jī)、提升機(jī)、頂升機(jī)和頂升轉(zhuǎn)體機(jī)等。輸送機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)包括有效尺寸、工位數(shù)、載荷、輸送速度、提升速度和定位精度等。

1.3.1 滾筒輸送機(jī)

滾筒輸送機(jī)由傳動滾筒、機(jī)架、支架、驅(qū)動部等組成，主要用于水平傳送物料。適合于平板型物料，由于主要靠滾動摩擦傳送物料，因此，只適合較輕的物料。使用熱處理料盤時(shí)，由于料盤長期處于冷熱交替的工況下，變形較大，用滾筒輸送時(shí)會出現(xiàn)滾動不前、偏轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，因此不建議用于較重物料的輸送應(yīng)用場景。

圖2是用于立體自動倉庫與熱處理RGV設(shè)備間物料輸送的無動力滾筒輸送機(jī)示意圖。輸送機(jī)與RGV間的輸送靠滾筒進(jìn)行輸送，動力由RGV提供，輸送機(jī)本身無動力。與立體自動倉庫間的輸送是靠立體自動倉庫的堆垛機(jī)完成。其主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)包括外形尺寸、載荷尺寸、工作高度、額定負(fù)載和載荷裝卸方式等。

圖2 無動力滾筒輸送機(jī)示意圖Fig.2 Sketch of powerless roller conveyor

1.3.2 鏈條輸送機(jī)

鏈條輸送機(jī)是以鏈條作為牽引和承載體輸送物料，鏈條輸送機(jī)的輸送能力大，主要輸送托盤、大型周轉(zhuǎn)箱等。鏈條輸送機(jī)由輸送鏈條組件、機(jī)架、驅(qū)動部等組成，主要用于水平傳送物料。輸送鏈條組件包括輸送鏈條、滑道和張緊機(jī)構(gòu)等，輸送鏈條呈環(huán)形鏈接，由張緊機(jī)構(gòu)拉直鏈條，鏈條在托架上滑行，主要載荷由鏈條托架支撐[3]。因此，可以輸送較重的物料。由于物料與鏈條間沒有相對位移，物料與鏈條同步前進(jìn)，沒有打滑或歪斜等問題。因此，特別適合熱處理畸變較大的物料輸送。

圖3是用于立體自動倉庫入庫物料輸送的雙工位鏈條輸送機(jī)示意圖，物料靠叉車送入鏈條輸送機(jī)，自動進(jìn)入立體自動倉庫對接位后，由堆垛機(jī)輸送至立體自動倉庫。其主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)包括外形尺寸、載荷尺寸、工作高度、額定負(fù)載、輸送速度、載荷裝卸方式等。

圖3 雙工位鏈條輸送機(jī)示意圖Fig.3 Sketch of double station chain conveyor

1.3.3 提升機(jī)(升降機(jī))

提升機(jī)主要由提升機(jī)框架、垂直提升系統(tǒng)、水平驅(qū)動系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)等構(gòu)成，主要完成物料的垂直運(yùn)輸，如圖4所示，其主要技術(shù)指標(biāo)包括提升方式、提升載荷質(zhì)量、提升載荷外形尺寸、提升高度、提升站點(diǎn)數(shù)、提升速度、水平輸送速度和提升機(jī)外形尺寸等。

圖4 提升機(jī)示意圖Fig.4 Sketch of lifter

提升機(jī)框架由型材框架、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等構(gòu)成，是提升機(jī)的結(jié)構(gòu)支撐。常見的垂直提升系統(tǒng)有鏈條提升和鋼絲繩提升兩種形式，鏈條提升高度要比鋼絲繩提升高度小得多。提升動力一般是由減速機(jī)提供的，也有氣缸和油缸提供的。提升機(jī)可以有多個(gè)垂直站點(diǎn)位置，常用于不同樓層或者不同工作高度的設(shè)備間的物料輸送。提升機(jī)的水平驅(qū)動系統(tǒng)可根據(jù)工作情況進(jìn)行適當(dāng)設(shè)置，可分為內(nèi)驅(qū)和外驅(qū)兩種形式。內(nèi)驅(qū)是指提升機(jī)自帶水平驅(qū)動系統(tǒng)，可將走滾筒、自走鏈條輸送機(jī)設(shè)置在水平工作平面，實(shí)現(xiàn)物料的水平輸送。外驅(qū)是指提升機(jī)不帶水平驅(qū)動系統(tǒng)，由外部的驅(qū)動系統(tǒng)完成提升機(jī)上物料的水平輸送，常見的外部輸送裝置包括RGV的推拉裝置、叉車或叉車型AGV、立體自動倉庫的堆垛機(jī)等，利用這些外部水平輸送裝置實(shí)現(xiàn)物料的水平輸送。提升機(jī)的安全保護(hù)裝置主要由安全鉗、極限檢測、緩沖器和安全護(hù)欄等構(gòu)成。

1.3.4 頂升機(jī)

頂升機(jī)主要應(yīng)用于在小范圍內(nèi)將物料舉升，配合其他輸送設(shè)備對物料進(jìn)行輸送，如舉升后由堆垛機(jī)或叉車叉取走，也可以接收這些設(shè)備的物料搬入后放下，配合特殊的旋轉(zhuǎn)平臺，可以將物料舉升后旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)物料輸送方向的改變，如圖5所示。頂升機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)包括頂升方式、頂升載荷質(zhì)量、頂升載荷外形尺寸、頂升高度和頂升機(jī)外形尺寸等。

圖5 頂升機(jī)示意圖Fig.5 Sketch of climbing machine

2 物料存儲設(shè)備

物料存儲設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)熱處理物料在生產(chǎn)線中的臨時(shí)存儲功能，存儲設(shè)備主要有液壓升降臺、固定中繼臺、平面?zhèn)}庫、立體自動倉庫及出入庫對接臺等。

2.1 中繼臺

中繼臺可以實(shí)現(xiàn)物料在生產(chǎn)線的暫存，既可以是物料進(jìn)入或離開生產(chǎn)線時(shí)的臨時(shí)存放，也可以是工序間的臨時(shí)存放。中繼臺可以是固定臺，也可以是升降臺，便于操作工人現(xiàn)場裝卸料，如圖6所示。中繼臺的驅(qū)動，既可以是被動式的，也可以是主動式的，其主要技術(shù)指標(biāo)包括額定載荷、載貨尺寸、工作高度和輸送速度(如有)等，對于升降臺還有升降行程、垂直升降定位精度、加載(滿載)沉降和升降速度等。

圖6 固定臺(a)和升降臺(b)示意圖Fig.6 Sketch of fixed platform(a) and lifting platform(b)

2.2 平面?zhèn)}庫

平面?zhèn)}庫由若干個(gè)自帶驅(qū)動的中繼臺組成，可實(shí)現(xiàn)物料的集中存儲與輸送。圖7是某工廠的平面?zhèn)}庫布置圖，該平面?zhèn)}庫由50個(gè)自帶驅(qū)動的固定臺組成，其中有25個(gè)庫位用于待處理品倉庫，另外25個(gè)庫位用于已處理品倉庫，輔以APS自動排產(chǎn)軟件及MES系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)熱處理生產(chǎn)線內(nèi)的無人化生產(chǎn)，降低勞動強(qiáng)度，防錯防呆，減少對人的依賴程度。

圖7 平面?zhèn)}庫布置圖Fig.7 Layout drawing of the plane warehouse

平面?zhèn)}庫相對于立體倉庫具有設(shè)備投資低、設(shè)備故障率低和維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)主要是進(jìn)入倉庫的物料只能順序流動，先入先出，不能變更優(yōu)先出庫順序，另外還有存儲密度低，空間利用率低等。

2.3 立體自動倉庫

立體自動倉庫是自動化物料存儲的主要設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)物料自動存取，能快速存取任意位置的物料，降低員工勞動強(qiáng)度，減少出錯概率，還可與熱處理設(shè)備進(jìn)行無縫銜接，實(shí)現(xiàn)無人操作等功能(如圖1(a)所示)。立體自動倉庫存儲密度高，空間利用率高[4]。相對于平面?zhèn)}庫，立體倉庫的缺點(diǎn)是設(shè)備投資大，維護(hù)復(fù)雜，對維護(hù)人員素質(zhì)要求高。

立體自動倉庫一般包括貨架、堆垛機(jī)、控制柜及倉庫控制系統(tǒng)(WCS)等，如圖8所示。一套WCS軟件可控制并管理多個(gè)立體倉庫。堆垛機(jī)應(yīng)滿足JB/T 7016—2017《巷道堆垛起重機(jī)》的要求，控制柜中的變頻器應(yīng)單獨(dú)設(shè)置，控制柜應(yīng)能在≤50 ℃的溫度范圍內(nèi)可靠工作。貨架應(yīng)滿足JB/T 11270—2011《立體倉庫組合式鋼結(jié)構(gòu)貨架》和JB/T 5323—2017《立體倉庫焊接式鋼結(jié)構(gòu)貨架 技術(shù)條件》的要求，貨架可配置接油盤，防止熱處理工件相互污染。

圖8 立體自動倉庫Fig.8 Automatic warehouse

對于自動立體倉庫的貨物入口區(qū)輸送裝置，應(yīng)具備以下檢測或功能：貨架位置檢測、貨位虛實(shí)探測功能、貨物尺寸超差檢測、X方向停車減速/止擋功能、防沖出液壓緩沖裝置、Y方向停車減速/止擋功能、Y方向超速防墜落系統(tǒng)、堆垛機(jī)載荷檢測、斷繩、松繩檢測功能、貨叉中心檢測、貨叉力矩限制保護(hù)功能、超載/欠載保護(hù)、載貨臺照明、維修用爬梯或安全護(hù)籠、安全圍欄、機(jī)上控制急停裝置、巷道端頭急停裝置、安全門機(jī)電連鎖急停裝置、水平及垂直安全聯(lián)鎖、貨叉安全聯(lián)鎖、故障報(bào)警功能、故障自診斷功能與輸送機(jī)連鎖功能。

立體倉庫重要技術(shù)指標(biāo)包括立庫外形尺寸(寬×高×深)、庫容要求、出入庫需求量、額定負(fù)載、走行速度(滿載、空載、加速度)、升降速度(滿載、空載、加速度)、貨叉伸縮速度(滿載、空載、加速度)、巷道寬度、載貨尺寸、提升機(jī)構(gòu)、提升行程、水平行走定位精度、垂直升降定位精度、伸叉定位精度、伸叉滿載撓度(全伸)、貨叉形式、通訊方式、操作方式、行走定位方式、升降定位方式、驅(qū)動方式、作業(yè)形式、供電方式、速度控制方式和噪音等。

3 物料布放收集設(shè)備

對于連續(xù)生產(chǎn)的熱處理爐(如網(wǎng)帶爐)，為保證物料布放均勻或規(guī)則，需要工人連續(xù)在網(wǎng)帶爐入口端進(jìn)行物料布放，在出口端進(jìn)行物料收集管理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)人工，還容易出錯。采用物料布放收集設(shè)備來完成這些簡單繁重而且重復(fù)的工作，不僅可以節(jié)省人工，還能提高生產(chǎn)效率和降低差錯。

3.1 物料布放設(shè)備

在熱處理爐入口設(shè)置的物料布放設(shè)備有兩個(gè)層次的要求，第一個(gè)層次的要求是布放均勻，一般的各型上料機(jī)、布料機(jī)即可滿足要求；第二個(gè)層次的要求是布放規(guī)則，是更高的要求，如要求整齊碼放、規(guī)則疊放、穿桿掛放等，則需要特殊的專用設(shè)備來完成，如多層布料機(jī)、自動碼料機(jī)等。

3.1.1 磁性上料布料機(jī)

磁性上料布料機(jī)包括磁性上料機(jī)和振動布料機(jī)兩部分，主要適用于小工件的上料布料。磁性上料機(jī)由機(jī)架、滑道、驅(qū)動網(wǎng)帶、強(qiáng)磁鐵等組成，如圖9所示。若干強(qiáng)磁鐵安裝在驅(qū)動網(wǎng)帶上組成一個(gè)環(huán)形的驅(qū)動組件，驅(qū)動組件緊貼在滑道下方，靠強(qiáng)磁鐵的吸力可以帶動滑道上方的工件向上運(yùn)動，工件到達(dá)滑道上方時(shí)，由于強(qiáng)磁鐵與滑道的距離逐漸增大，磁鐵的吸力逐漸變小，最終工件與滑道分離，從而實(shí)現(xiàn)物料輸送的目的。由于物料的輸送是靠磁鐵的吸力來完成的，因此，磁性上料機(jī)不適合輸送單重比較大的物料。磁性上料機(jī)可以大致將物料平鋪在網(wǎng)帶爐上，為保證布料更均勻，可接振動布料機(jī)，實(shí)現(xiàn)均勻布料。磁性上料布料機(jī)主要可調(diào)節(jié)的就是輸送速度，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動帶的輸送速度來調(diào)節(jié)物料輸送量。磁性上料布料機(jī)布料比較均勻，在未配置振動布料機(jī)時(shí)工作噪音比較小，其主要技術(shù)參數(shù)包括出料口寬度、出料口高度和最大處理能力等。

圖9 磁性上料機(jī)示意圖Fig.9 Sketch of magnetic feeder

3.1.2 翻轉(zhuǎn)上料布料機(jī)

翻轉(zhuǎn)上料布料機(jī)由提升翻轉(zhuǎn)上料機(jī)、振動布料機(jī)和稱重布料機(jī)等構(gòu)成，如圖10所示。提升翻轉(zhuǎn)上料機(jī)由料斗、提升架、鋼絲繩和減速機(jī)等構(gòu)成，物料投入料斗后，料斗在鋼絲繩的牽引下沿提升架向上提升，到達(dá)提升架上方時(shí)料斗自動翻轉(zhuǎn)，物料進(jìn)入振動布料機(jī)，振動布料機(jī)實(shí)現(xiàn)物料的均勻輸送布料，再經(jīng)稱重布料機(jī)實(shí)現(xiàn)更為均勻的布料并完成物料的計(jì)量。翻轉(zhuǎn)式上料布料機(jī)結(jié)構(gòu)簡單可靠，其主要技術(shù)參數(shù)包括出料口寬度、出料口高度和最大處理能力等。

圖10 翻轉(zhuǎn)上料布料機(jī)示意圖Fig.10 Schematic diagram of turnover feeding machine

3.1.3 多層布料機(jī)

多層布料機(jī)用于軸承內(nèi)外圈熱處理爐自動上料，如圖11(a)所示。具體工作流程為叉車將料箱放置于提升翻料機(jī)上，將物料翻倒在水平大皮帶上，大皮帶將物料移送至爬坡皮帶，移載放置于產(chǎn)品進(jìn)料線，再繼續(xù)傳送至震動進(jìn)料裝置，呈3層整列排布(如圖11(b)所示)進(jìn)入不銹鋼網(wǎng)帶，傳送至熱處理爐。

圖11 多層布料機(jī)示意圖(a)及其軸承圈多層排布效果(b)Fig.11 Sketch of multi-layer feeder(a) and its multi-layer arrangement effect of bearing rings(b)

3.1.4 自動穿桿機(jī)

在熱處理應(yīng)用中，對于不規(guī)則有孔的小零件，為保證較好的加工品質(zhì)及較大的裝爐量，通常需要將這些零件套在桿子上并水平掛放在料框上，然而，由于此類零件小、數(shù)量多，有時(shí)每一爐可達(dá)上萬件，這樣的裝料工作全依靠人工來進(jìn)行時(shí)，工作量大，非常費(fèi)時(shí)，效率低。自動穿桿機(jī)正是為解決這個(gè)問題開發(fā)出來的。

凸輪自動裝料機(jī)可實(shí)現(xiàn)凸輪類小零件的自動收集、穿桿和轉(zhuǎn)運(yùn)等，由料箱、提升組件、凸輪料輸送裝置、穿桿機(jī)構(gòu)和凸輪移送裝置等組成，如圖12(a)所示。物料投入料箱后，提升組件推動多級推板上升，將料箱中的物料提升至出料板上，多級推板在提升組件的帶動下往復(fù)運(yùn)動，不斷地將料箱中的物料輸送至出料板，再從出料板有序輸出至凸輪輸送裝置，凸輪輸送裝置設(shè)置導(dǎo)料槽和擋板，保證凸輪順序輸出至穿桿機(jī)構(gòu)[5]，如圖12(b)所示。穿桿機(jī)構(gòu)設(shè)置收料桿，將凸輪料等物料穿套至收料桿上，如圖12(c)所示。收料桿將物料收集后集中運(yùn)出，既能保證凸輪料的整齊有序收集，也能提高凸輪料的轉(zhuǎn)移效率[6]。收料桿凸輪收集到一定數(shù)量后，由凸輪移送裝置將凸輪整批移走，再次為下一批穿桿作業(yè)做準(zhǔn)備。

圖12 凸輪自動裝料機(jī)示意圖(a)及其物料輸送、收集效果(b, c)Fig.12 Schematic diagram of the cam automatic loading machine(a) and its material conveying and collection effect(b, c)

3.2 物料收集設(shè)備

熱處理爐的出口一般需要設(shè)置物料收集設(shè)備，如自動裝料卸料設(shè)備、料箱碼垛設(shè)備。

3.2.1 自動裝料及卸料

在熱處理周期爐中，裝卸料一直靠人工作業(yè)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因此，采用機(jī)器人自動裝卸料一直是熱處理從業(yè)者的渴望。但由于產(chǎn)品的多樣性，很難用一臺機(jī)器人來完成所有物料的裝卸作業(yè)，加上熱處理料盤料框長期承受劇烈的冷熱交替變化，料盤料框變形嚴(yán)重，機(jī)器人很難適應(yīng)這樣的不確定性，因此，機(jī)器人自動裝卸料也就成了奢望。然而，對于單一物料大批量生產(chǎn)的情況，自動裝卸料還是有可能實(shí)現(xiàn)的。

圖13是半軸輥棒調(diào)質(zhì)生產(chǎn)線的平面布置圖，設(shè)備由裝卸料機(jī)器人、進(jìn)料輸送臺、輥棒加熱爐、轉(zhuǎn)移小車、淬火水槽、輥棒回火爐、回火冷卻水槽和出料輸送臺等構(gòu)成。作業(yè)開始時(shí)，作業(yè)人員用叉車將待處理半軸托架送入指定的裝料位，關(guān)上工位安全門后，機(jī)器人自動開始將托架內(nèi)的半軸抓取到裝卸料臺上的耐熱料框上，機(jī)器人可根據(jù)設(shè)定的順序依次抓取工件并疊放，每次的抓取路徑均不一樣。耐熱料框裝滿后，機(jī)器人停止作業(yè)，輸送裝置自動將料框送入加熱爐內(nèi)，準(zhǔn)備進(jìn)行下一步的卸料作業(yè)。同樣，如果回火爐的物料回火結(jié)束并完成冷卻到達(dá)輸送臺后，出料輸送臺自動將物料輸送到裝卸料臺。機(jī)器人自動將物料依次從耐熱料框上抓取到托架上，當(dāng)全部半軸抓取完成后，空耐熱料框留在裝卸料位，準(zhǔn)備進(jìn)行下一步的裝爐作業(yè)，如此循環(huán)。

圖13 半軸輥棒調(diào)質(zhì)生產(chǎn)線平面布置圖Fig.13 Layout drawing of half-shaft roller bar quenching and tempering production line

3.2.2 料箱自動碼垛

網(wǎng)帶爐末端一般設(shè)置接料料箱，用于收集處理完成的物料，料箱接滿后需要人工移走料箱并放置新的空箱，這就需要在網(wǎng)帶爐末端安排專人來更換料箱，常常因?yàn)楦鼡Q不及時(shí)而導(dǎo)致溢料，溢出的物料需要按落下品處置，因此，如果能自動完成料箱的更換，可減少人員配置、降低物料損耗、提高工效。

圖14是設(shè)置在網(wǎng)帶爐末端的料箱自動碼垛裝置。

料箱自動碼垛裝置由碼垛機(jī)器人、空箱儲料輸送輥道、滿箱儲料輸送輥道和稱重裝置等構(gòu)成。系統(tǒng)啟動時(shí)，空箱輸送輥道前進(jìn)，送空箱進(jìn)入料斗下放接料位，控制網(wǎng)帶爐的振動布料機(jī)送料；當(dāng)料箱達(dá)到設(shè)定的滿箱質(zhì)量時(shí)，振動布料機(jī)停止送料；輸送機(jī)將滿箱送至滿箱輸送輥道；當(dāng)滿箱輸送輥道檢測到有料時(shí)，碼垛機(jī)器人將滿箱抓取至料箱碼垛區(qū)域，當(dāng)滿箱碼垛到一定數(shù)量時(shí)，由人工將料箱轉(zhuǎn)移至下一作業(yè)區(qū)域。

4 結(jié)語

隨著中國制造2025行動的不斷推進(jìn)，熱處理智能制造技術(shù)將不斷在我國各個(gè)領(lǐng)域落地生根，各種自動物料裝備將不斷涌現(xiàn)，這將為提升熱處理自動化水平、降低勞動強(qiáng)度、保證熱處理品質(zhì)提供了裝備技術(shù)保障。