桁架机器人在铸造3D 打印砂芯流水线中的应用

马 睿，刘 轶，黄部东，杨光明，闫 涛

（共享智能铸造产业创新中心有限公司，宁夏银川 750021）

铸造业中车间物流是生产效率、信息集成、安全等重要影响因素。对于多品种，大吨位的产品车间物流通常以吊车或有轨电动平车实现，存在生产效率低、安全隐患大、智能化水平低等问题，不能满足智能制造的发展要求。随着3D 打印的发展，越来越多的砂芯使用3D 打印机直接打印成型，使用桁架机器人，可解决砂芯的抓取、运输、浸涂、自动存储等一系列问题，解决传统铸造物流存在的问题，推进铸造业向绿色化、智能化发展。

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，其过程在于先铺设一层厚度在0.3mm 左右的砂子作为打印基层，通过喷头选择性的根据需求喷射粘结剂，将零件的截面形状“印刷”在砂子上，上一层粘结完毕后，工作箱下降一个高度，继续进行铺砂、打印、逐层堆叠，最终形成3D 打印砂芯（如图1）。

2 桁架机器人在砂芯流水线中的应用

图1 3D 打印砂芯基本原理

桁架机器人在砂芯流水线上主要包括以下工位（图2）：落砂工位主要负责将砂芯从3D 打印机工作箱中顶起，清理砂芯吊把周围余砂；清砂工位主要负责砂芯表面浮砂的清理；浸涂工位主要负责在砂芯表面涂层，保证砂芯放置；下料工位主要负责砂芯的放置，以满足后续入库；清洗工位主要负责手爪的清洗。由于在每个工位对砂芯的放置方式要求不同，需要桁架在执行XYZ 三轴运行的同时，还可以实现对砂芯的夹取，砂芯绕吊把本身的翻转以及砂芯在XY 平面内绕Z 轴的360 度旋转。整个桁架包含4 个直线控制和2 个旋转控制。

图2 桁架机器人在砂芯流水线上的应用

2.1 桁架机器人在砂芯抓取位的应用

由于砂芯的单件小批量特性，3D 打印砂芯根据砂芯的大小在工作箱中是随机布置的，布置方式多种多样，如图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机器人的重复定位精度，而是桁架机器人的定位精度。因此砂芯抓取对于桁架机器人的定位要求极高。程序需要根据砂芯在工作箱中的位置判断砂芯大小，砂芯位置以及决定抓取顺序，桁架按照程序给定的列表实现一一抓取，抓取节拍需要和生产节拍相符合。

图3 砂芯在工作箱中的分布及抓取

2.2 桁架机器人在其他工位的应用

砂芯在桁架部位完成抓取以后，通过对吊把进行旋转清除浮砂，进而通过桁架的XYZ 联动将砂芯转运至清砂小车，此时砂芯竖直放置，进入自动吹砂房进行自动吹砂，吹砂完成后进入手工吹砂清理死角，并检验吹砂表面质量。

吹砂完成后，桁架再次根据坐标抓取砂芯，通过XYZ 联动将砂芯抓取至浸涂工位，浸涂池中为砂芯涂料，桁架通过Z 轴垂直下降再上升的方式涂料，并通过砂芯吊把旋转的方式将涂料混合均匀，保证砂芯表面涂料厚度和质量。

涂料完成后，桁架将砂芯搬运至下料工位，利用坐标值完成砂芯安全放置在砂芯托盘上，放置完成后，砂芯会随着托盘进入立体库存放，后续需要时提取。

放置完毕砂芯后，桁架手爪被涂料包裹，不利于后期抓取，因此需要运行至清洗工位，对手爪进行清洗，去除涂料，到落砂工位进行下一次抓取，如此反复循环。进而实现桁架机器人在整个砂芯清理、浸涂流水线上的作业。

3 结语

目前，我公司的桁架机器人已经在生产线上实现了全流程自动化抓取，极大的减少了人工搬运和流涂的安全隐患，提高了生产效率，减少了人工成本，为铸造业向着绿色化、智能化发展增加了浓厚的一笔。