工业机器人在铝合金汽车压铸件生产中的应用

樊 伟

（重庆工贸职业技术学院，重庆 涪陵400800）

1 引 言

近年来，我国的汽车行业的市场需求提升较快，各种类型的汽车销量增长大幅度提升。目前我国汽车行业正处于快速发展阶段，市场竞争极为激烈，汽车的改革创新变化可谓是日新月异，琳琅满目的各类车型、人性化的配置选择、低成本的资金投入让汽车制造行业有了更高的要求。特别是铝合金压铸产品市场需求高涨，欧美等工业发达国家转而向发展中国家采购铸件铝合金汽车配件。主要采用重力压铸，传统的作业模式是人工脱模和上下料。环境温度高，搬运强度大。而且铸件品质难以保证铸件容易产生缩松、缩孔等缺陷，成型过程中造成晶粒尺寸不均匀等缺陷，这些缺陷影响了配件的寿命。工业机器人作为集多学科先进技术于一体的现代制造业重要自动化装备，以其高度的柔性化在现代铸造产业中应用日趋广泛。使用工业机器人进行汽车配件生产，极大地提高了铸件质量，解放了工人劳动力。因此，解决工业机器人在铝合金汽车压铸件生产中的应用迫在眉睫。

2 汽车压铸件的典型应用

（1）发动机缸体。发动机是汽车的“心脏”，汽车质量的好坏关键在于发动机是否质量好。而发动机的核心部件就是缸体。早期的缸体主要采用低压铸造或砂型铸造，但从目前对汽车发动机对比分析来看，大部分主流车型及汽车厂商均采用铝合金压铸缸体。虽然铝合金压铸缸体较前两种制造方式的成本高，但随着石油价格的不断攀升及汽车轻量化要求的不断发展，铝合金压铸缸体越来越广泛地被汽车厂商所采用。由于铝合金的导热性能较铸铁好，使用铝制气缸盖和气缸体可以改善发动机的工作状态，提高其热效率，更大地改善和提高发动机的工作效率。缸体的铸造工艺极其复杂，被誉为铝合金压铸技术中的“金字塔”，掌握了缸体的制造技术及工艺就基本掌握了压铸技术的“核心机密”。

（2）支架类零件。此类零件主要用于汽车发动机、变速器等关键部件的连接，虽然表面上看不如缸体、缸盖等关键，但本质上此类零件质量的好坏对整个汽车的安全性具有决定性的作用。此类零件在压铸生产过程中出现的主要问题是变形。

3 系统的总体设计

文章所述是工业机器人在铝合金汽车压铸件两大模块。主要是由1 套PLC 总控系统、1 台冲床、1 台油压机、1 台6 轴机器人及60kg 机械手（脱模）、1 套脱模系统、1 台6 轴机器人及60kg 机械手（自动上下料）、1 台加工中心及其它相关设备组成。

4 脱模系统的设计

拆卸压铸模具的过程中存在药品粉末或颗粒，容易引起爆炸；此外，组成模具的内部组件嵌入到外围的压铸设备中，内部组件与物料之间产生较大的粘着力，人工拆卸劳动强度大；整个压铸设备布置在地下升降台上面，手动作业存在安全危险，因此针对模具拆中存在易爆、人工劳动强度大、不安全等情况，设计一种脱模系统以实现压铸模具的自动拆卸是十分必要的。结合目前制造装备中相关自动化技术的应用情况，设计6 轴工业机器人自动脱模系统的总体设计。

4.1 脱模工序及技术要求

6 轴工业机器人自动脱模系统的工作对象是一组压铸模具，其结构如图1 所示。

每个内部组件上安装有两个M10 紧固螺栓，安装的定销、松动销和起吊螺栓均为一个。整个压铸模具嵌装在外围的圆柱形设备中，需要拆卸的零部件为定位。

图1 脱模系统的工作对象

销、紧固螺栓以及内部组件，具体的脱模工序如下：

（1）拆除轴向紧固螺栓，总共有20 个型号为M10 的紧固螺栓，均匀分布在直径465mm 的圆周上。

（2）拆除内部组件上的定位销，将其从圆柱形设备中拔出，总共有10 个定位销均匀布置在直径645mm 的圆周上，每拆除一个定位销，拆除一个内部组件。

（3）敲击内部组件下端的松动销，使嵌入到外围设备中的内部组件松动。

（4）拆除内部组件，总共有10 个内部组件，有大瓣和小瓣的区别，大瓣和小瓣各占半，拆除内部组件时首先要将5 个小瓣的内部组件取出，然后剩余的5 个大瓣的内部组件才可以取出。

在对模具进行拆卸的过程中，为了避免模具发生损坏，同时精确的完成模具的拆卸，对脱模系统的设计提出了相应的技术要求，具体技术要求如下：

（1）轴向紧固螺栓拆卸扭矩：30～70Nm 可调。

（2）内部组件拆卸松动力范围：200～400N。

（3）拆卸内部组件负载能力：30～60kg。

（4）内部组件定位销拔出力：≦500N。

（5）拆卸模具定位精度：±1mm。

4.2 脱模系统的组成及工作原理

进行脱模系统设计时要满足功能完备、结构合理、安全可靠的基本要求，同时元件要布置合理，工件尽量采用标准化产品以便于维护，自动化程度尽量要高，系统操作简单以便于工作人员快速掌握。

6 轴工业机器人自动脱模系统主要由工业机器人、快换装置、拆卸工具头、视觉定位系统、控制系统、监控系统和辅助装置等部分组成，脱模系统拆卸模具的工位有工具头调用工位、识别定位工位、紧固螺栓收集工位以及内部组件放置工位。脱模系统的工作原理为：首先，脱模系统项目总控（Project Controlling，简称PC）端发送取视觉测量工具头指令，工业机器人从工具架上取下视觉测量工具头并将其送至识别定位工位，对内部组件上的紧固螺栓和起吊螺栓进行识别定位，并将测量数据发送至PC 端；其次，工业机器人接收并存储PC 端发送过来的定位数据；最后，工业机器人调用定位数据，在相关指令下实现内部组件的自动拆卸，脱模的流程如图2 所示。

图2 脱模流程图

5 自动上下料系统组成及工作流程

工业机器人取件系统由机器人系统部分、打磨部分、上下料部分等组成，如图3 所示。

图3 自动上下料系统

5.1 工业机器人系统

ABB 公司的IRB6620 机器人融合了直线轴机器人和多关节型机器人的各种优点，增添了紧凑性、敏捷性等多种特色。是一款载150kg 的6 轴机器人，并具有ABB 多关节型机器人的高运动范围和内在柔韧性特点。该型机器人在设计上实现了高性能和高可靠性，能够提高产量和利用率。6620 的设计舍弃了平衡汽缸，使得机器人更紧凑更敏捷。内置式服务信息系统（SIS）可监控动作机械取件及优化服务需求。载荷和可达距离：150kg and2.2m。IRB6620 不仅可抓取较重、较大工件，更适合处理更大转动惯性的工件。

5.2 自动上下料工作流程

（1）按下启动按钮，机器人伺服使能，机器人启动，发出机器人上料开始信号。

（2）机器人接到上料开始信号，机器人搬运工件到达压铸机正前方50cm 处，发出机器人上料完成信号。

（3）压铸机接到上料完成信号，压铸机门打开，压铸机门开到位，发出机器人送料开始信号。

（4）机器人接到送料开始信号，机器人将工件送入压铸机，返回压铸机正前方50cm 处，发出机器人送料完成信号。

（5）压铸机接到送料完成信号，压铸机门关闭，压铸机门关到位，压铸机加工开始工作，压铸完成后，压铸机门打开，压铸机门开到位，发出机器人取料开始信号。

（6）机器人接到取料开始信号，机器人将压铸机内的工件取出，并放置指定位置后，发出机器人取料完成信号。

6 结 语

文章介绍了工业机器人在铝合金汽车压铸件生产中的应用。该压铸系统采用6 轴机器人完成汽车模具（压铸件）自动脱模与自动上下料的作业。该压铸系统采用软硬件双重保护，特别加强了操作人员安全防护工作。还优化其生产工艺流程。