鋼管接箍智能加工線中全自動運輸系統(tǒng)

徐 剛，張海軍，趙專東，張 娜

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京 100176）

近年來工業(yè)協(xié)作機器人、物聯(lián)網(wǎng)、機器視覺等新技術(shù)迅速興起并且日趨成熟，為鋼鐵企業(yè)發(fā)展智能化工廠提供了有力的技術(shù)支撐［1-11］。如何實現(xiàn)鋼管加工車間的智能無人化操作，提高生產(chǎn)加工效率，降低勞動強度成為目前亟需解決的問題，筆者憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗與實踐，提出一種鋼管接箍智能加工車間全自動運輸系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，快速高效地實現(xiàn)長管接箍毛坯到成品接箍入庫這一工藝流程，實現(xiàn)了智能無人化操作，提高了生產(chǎn)加工效率，大大降低了勞動強度?，F(xiàn)對該全自動運輸系統(tǒng)進行介紹。

1 基本結(jié)構(gòu)

鋼管接箍智能加工車間全自動運輸線，包括桁架機器人以及沿預(yù)設(shè)物料輸送方向順序布置的上料切斷裝置、外圓粗車裝置、螺紋加工裝置、接箍打碼探傷裝置、磷化處理裝置和成品庫。桁架機器人能將上料切斷裝置的出口端得到的接箍短坯輸送至外圓粗車裝置的入口端，以實現(xiàn)對接箍短坯進行粗車外圓加工；桁架機器人能將外圓粗車裝置的出口端得到的接箍車坯輸送至螺紋加工裝置的入口端，以實現(xiàn)對接箍車坯進行鏜孔和螺紋加工；桁架機器人能將螺紋加工裝置的出口端得到的鋼管接箍輸送至接箍打碼探傷裝置的入口端，以實現(xiàn)對鋼管接箍進行打碼和磁粉探傷；桁架機器人能將接箍打碼探傷裝置的出口端得到的打碼探傷后的鋼管接箍輸送至磷化處理裝置的入口端，以實現(xiàn)對打碼探傷后的鋼管接箍進行磷化處理；桁架機器人能將磷化處理裝置的出口端得到的成品接箍輸送至成品庫中。鋼管接箍智能加工車間平面如圖1 所示。

圖1 鋼管接箍智能加工車間平面示意

2 桁架機器人結(jié)構(gòu)

桁架機器人包括多個桁架以及能滑動地設(shè)在各桁架上的多個機器人，各桁架分別對應(yīng)上料切斷裝置、外圓粗車裝置、螺紋加工裝置、接箍打碼探傷裝置、磷化處理裝置和成品庫設(shè)置。

桁架包括第一縱向桁架，在第一縱向桁架的第一側(cè)沿其長度方向間隔地垂直設(shè)有第一橫向桁架、第二橫向桁架和第三橫向桁架，上料切斷裝置、外圓粗車裝置和螺紋加工裝置分別對應(yīng)第一橫向桁架、第二橫向桁架和第三橫向桁架設(shè)置；在第一縱向桁架的底部且對應(yīng)第一橫向桁架、第二橫向桁架和第三橫向桁架的位置分別設(shè)有第一移位倉、第二移位倉和第三移位倉；在第一橫向桁架、第二橫向桁架和第三橫向桁架上分別設(shè)有第一橫移機器人、第二橫移機器人和第三橫移機器人，在第一縱向桁架上對應(yīng)第一移位倉和第二移位倉之間的區(qū)域以及第二移位倉與第三移位倉之間的區(qū)別分別設(shè)有第一縱移機器人和第二縱移機器人；在第一縱向桁架的第二側(cè)沿預(yù)設(shè)物料輸送方向順序設(shè)有第四橫向桁架、第二縱向桁架、第三縱向桁架和第五橫向桁架，第四橫向桁架對應(yīng)第三移位倉設(shè)置，接箍打碼探傷裝置對應(yīng)第四橫向桁架設(shè)置，磷化處理裝置設(shè)在第二縱向桁架和第三縱向桁架之間，成品庫對應(yīng)第五橫向桁架設(shè)置；在第四橫向桁架、第二縱向桁架、第三縱向桁架和第五橫向桁架上分別設(shè)有第四橫移機器人、第一縱移抓筐機器人、第二縱移抓筐機器人和橫移抓筐機器人；在第四橫向桁架和第二縱向桁架的對接處設(shè)有第一料筐存放機構(gòu)，在第三縱向桁架和第五橫向桁架的對接處設(shè)有第二料筐存放機構(gòu)。

第一縱向桁架包括并列間隔排布的兩個第一縱向單桁架，在每個第一縱向單桁架上對應(yīng)第一移位倉和第二移位倉之間的區(qū)域以及第二移位倉與第三移位倉之間的區(qū)域分別設(shè)有一個第一縱移機器人和一個第二縱移機器人。

第二橫向桁架包括并排間隔排布的至少兩個第二橫向單桁架，在每個第二橫向單桁架上分別設(shè)有一個第二橫移機器人；在每個第二橫向單桁架的一側(cè)沿其長度方向均間隔設(shè)有至少兩個外圓粗車裝置，外圓粗車裝置的進口端和出口端位于同一側(cè)，且其進口端垂直于第二橫向單桁架的長度方向設(shè)置。

第三橫向桁架包括并排間隔排布的至少兩個第三橫向單桁架，在每個第三橫向單桁架上分別設(shè)有一個第三橫移機器人；在每個第三橫向單桁架的其中一側(cè)沿其長度方向間隔設(shè)有多個螺紋加工裝置，螺紋加工裝置的進口端和出口端位于同一側(cè)，且其進口端垂直于第三橫向單桁架的長度方向設(shè)置。

第三橫向桁架包括三個第三橫向單桁架，第三移位倉包括沿第一縱向桁架的長度方向間隔排布的第三前移位倉和第三后移位倉；第二縱移機器人設(shè)在第二移位倉和第三前移位倉之間，在每個第一縱向單桁架上且位于第三前移位倉和第三后移位倉之間分別設(shè)有一個第四縱移機器人，第四橫向桁架正對第三后移位倉設(shè)置；其中一個第三橫向單桁架正對第三前移位倉設(shè)置，并在該第三橫向單桁架靠近外圓粗車裝置的一側(cè)設(shè)有至少兩個螺紋加工裝置；另外兩個第三橫向單桁架正對第三后移位倉設(shè)置，并在另外兩個第三橫向單桁架相對的外側(cè)沿其長度方向分別間隔設(shè)有至少兩個螺紋加工裝置。雙爪機器人與桁架配合的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 雙爪機器人與桁架配合的結(jié)構(gòu)示意

第一前移位倉、第一后移位倉、第二移位倉、第三前移位倉和第三后移位倉均為多向傳送帶。多向傳送帶可以采用德國的多向傳送帶（Cellular Conveyor，簡稱Celluveyor，又稱作蜂窩式輸送機）。該多向傳動帶是一種高度靈活的模塊化輸送和定位系統(tǒng)，由一個個六邊形模塊組成，每個模塊都包含三個萬向輪，且每個輪子下方都有一個小型電機，每個輪子都可以獨立活動，通過改變各輪轂速度的線性組合，可控制運動系統(tǒng)中心合速度大小和方向，使貨物可在傳送平臺上實現(xiàn)360°全方位自由移動，且可以設(shè)定不同的貨物分揀路線，具體的移動路線可以由電腦程序進行設(shè)定。多向傳送帶如圖3 所示。

圖3 多向傳送帶示意

第四橫向桁架包括并排間隔排布的前橫向單桁架和后橫向單桁架，在前橫向單桁架和后橫向單桁架上分別設(shè)有一個第四橫移機器人；前橫向單桁架正對第三移位倉設(shè)置，后橫向單桁架正對第一料筐存放機構(gòu)設(shè)置；在前橫向單桁架和后橫向單桁架之間沿其長度方向間隔設(shè)有多個接箍打碼探傷裝置，接箍打碼探傷裝置的進口端正對前橫向單桁架設(shè)置，接箍打碼探傷裝置的出口端正對后橫向單桁架設(shè)置。

第一料筐存放機構(gòu)包括回筐縱移鏈、第一支架以及縱向移位架，回筐縱移鏈設(shè)在第二縱向桁架的底部并能沿第二縱向桁架的長度方向傳送，回筐縱移鏈的入口端和出口端分別靠近第五橫向桁架和第四橫向桁架設(shè)置，橫移抓筐機器人能將成品庫的空筐輸送至回筐縱移鏈的入口端；在第一支架上設(shè)有能上下移動的提升板，提升板包括對稱設(shè)在回筐縱移鏈兩側(cè)并能與回筐縱移鏈的上表面平齊的兩個子提升板；縱向移位架設(shè)在回筐縱移鏈的出口端上方并能沿第二縱向桁架的長度方向縱向移動，縱向移位架能在提升板上移后與提升板的上表面平齊；在第一支架上設(shè)有用于驅(qū)動提升板上下移動的第一驅(qū)動機構(gòu)，在第二縱向桁架的底部設(shè)有用于驅(qū)動縱向移位架縱向移動的第二驅(qū)動機構(gòu)。

第一支架包括對稱設(shè)在回筐縱移鏈兩側(cè)的兩組導(dǎo)柱，兩個子提升板分別滑動連接在兩組導(dǎo)柱上；第一驅(qū)動機構(gòu)包括兩組第一液壓缸，兩組第一液壓缸的缸體分別與兩組導(dǎo)柱固定連接，兩組第一液壓缸的活塞桿分別與兩個子提升板固定連接。

第二縱向桁架包括并列間隔排布的兩個第二縱向單桁架，第一縱移抓筐機器人能滑動地安裝在兩個第二縱向單桁架之間；在兩個第二縱向單桁架底部之間連接有橫梁，縱向移位架能滑動地設(shè)在橫梁上。抓筐機器人與桁架配合的結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 抓筐機器人與桁架配合的結(jié)構(gòu)示意

縱向移位架為帶有滾輪的平板車；或者縱向移位架為縱移平板，并在橫梁上設(shè)有第一滑軌，第二驅(qū)動機構(gòu)能驅(qū)動縱移平板沿第一滑軌往復(fù)移動。

第二驅(qū)動機構(gòu)為第二液壓缸，第二液壓缸的缸體與橫梁固定連接，第二液壓缸的活塞桿與縱向移位架固定連接。

第二料筐存放機構(gòu)包括橫向移位架和第三驅(qū)動機構(gòu)，橫向移位架設(shè)在第三縱向桁架的底部且正對第五橫向桁架的位置，并能沿第五橫向桁架的長度方向橫向移動，第三驅(qū)動機構(gòu)設(shè)在第三縱向桁架的底部并能驅(qū)動橫向移位架橫向移動。

在第三縱向桁架的底部設(shè)有伸入第五橫向桁架底部的固定板，固定板的長度方向沿第五橫向桁架的長度方向延伸，橫向移位架能滑動地設(shè)在固定板上；第三驅(qū)動機構(gòu)為第三液壓缸，第三液壓缸的缸體與固定板固定連接，第三液壓缸的活塞桿與橫向移位架固定連接。

橫向移位架為帶有滾輪的平板車；或者橫向移位架為橫移平板，并在固定板上設(shè)有第二滑軌，第三驅(qū)動機構(gòu)能驅(qū)動橫移平板沿第二滑軌往復(fù)移動。

第二料筐存放機構(gòu)包括存放板，存放板設(shè)在第三縱向桁架的底部且正對第五橫向桁架的位置，橫移抓筐機器人包括能滑動地設(shè)在第五橫向桁架上的滑動主體以及設(shè)在滑動主體下方的夾爪；在滑動主體的底端設(shè)有偏移板，偏移板遠離第二縱向桁架的一端與滑動主體的底部固定連接，偏移板靠近第二縱向桁架的一端伸出滑動主體的外側(cè)，夾爪固定在偏移板靠近第二縱向桁架的一端底部。

成品庫內(nèi)設(shè)有平行間隔排布的多個產(chǎn)品縱移鏈，各產(chǎn)品縱移鏈的長度方向均垂直于第五橫向桁架的長度方向；橫移抓筐機器人能將第二料筐存放機構(gòu)內(nèi)的鋼管接箍輸送至各產(chǎn)品縱移鏈上，并能將空筐從產(chǎn)品縱移鏈上取下并輸送至第一料筐存放機構(gòu)內(nèi)。

3 結(jié)語

鋼管接箍智能加工車間全自動運輸系統(tǒng)通過桁架機器人來銜接“長管接箍毛坯上料—切斷機下料—粗車外圓加工—鏜孔—螺紋加工—打碼—磁粉探傷—磷化—成品入庫”這一工藝流程，實現(xiàn)了無人化智能制造。除了物料進出車間需要人工操作外，即長管吊車上料臺架、成品出庫裝運人工協(xié)調(diào)，車間內(nèi)部各工序?qū)崿F(xiàn)全智能化加工，銜接連貫，簡便快捷，大大降低了勞動強度，減少現(xiàn)場操作人員20%以上，提高生產(chǎn)效率5%以上，提高產(chǎn)品合格率2%以上，經(jīng)濟效益顯著。智能制造技術(shù)已經(jīng)成為世界制造業(yè)發(fā)展的客觀趨勢，各大中型鋼鐵企業(yè)都已開啟智能工廠的建設(shè)征程。