一种自动化差压铸造生产线及自动化差压铸造方法

技术领域

本发明属于差压铸造领域，具体地涉及一种例如适用于铝合金转向节的自动化差压铸造生产线和自动化差压铸造方法。

背景技术

在差压铸造领域，为满足多种产品的多样化生产，每组差压铸造单元包括1台差压铸造机，1台激光打标机，1台切边机，1台锯钻一体机作为一个铸造岛完成一款产品的铸造及粗加工。差压模具的结构形式可以为1模4腔、1模6腔或1模8腔，用以在一个铸造循环约4~5分钟内，生产4件、6件或8件铝合金铸件。再如铝合金转向节的差压铸造中，现场操作工需要在单个铸造循环内，完成差压铸造机操作的同时，人工放置过滤网，将生产出的铝合金转向节完成下料，沾水，目视检查，刻码，切边，锯钻，吹扫等工序的工作。单组差压铸造单元至少需要配备3名现场操作工来完成以上动作。

因人工参与的工序较多，生产效率极低，随着用人压力逐步增加，用人成本也在持续增长。铸造开始前，人工放置过滤网，随着生产线对效率提升的需求，一模8腔的大型差压铸造机成为一种趋势，差压铸造机的机台加大，人工放置过滤网需要人工进入机台内部使用夹钳1个1个地放置，存在极大的安全风险，且因人为疏忽导致纤维网漏放、放歪或是重叠网放置，均易导致废品的产生。

转向节下料过程由旋转托盘旋入进行接料，接料后旋出至沾水箱进行沾水工作，每个取料沾水循环，旋转托盘都会往复于差压铸造机与沾水箱之间，旋转托盘每次旋入差压铸造机接料时，会将托盘上在沾水箱工位沾水时附着的水滴带回、滴入差压铸造机模具型腔内，结果降低了模具的局部温度，破坏了模具的温度场，导致废品产生。

由于差压铸造产出快，生产效率高，人工取件、放网、沾水、刻码、切边、锯钻不仅操作强度大，而且生产效率低，成为生产瓶颈，制约铸造产出，且人工操作不当影响产品质量，人工生产效率非常低，严重影响生产的连续性，如何通过机器人替代人力及差压铸造高度自动化集成，降低人工成本，提高生产效率是一个亟需待解决的技术问题。

在该背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，在此可包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种自动化差压铸造生产线与方法，能够降低废品率及人工成本，提高生产效率。

根据本发明的一方面，提供一种自动化差压铸造生产线，其特征在于，包括：差压铸造机、前岛机器人、自动供网系统、自动沾水箱、旋转中转台和后岛机器人，所述前岛机器人的末端执行器包括安装板和分别设置在所述安装板相反两侧的取件抓手和过滤网抓手，所述自动沾水箱包括支具和用于驱动所述支具在出水的上位与沾水的下位之间进行升降的气缸，所述旋转中转台用于工件在所述前岛机器人与所述后岛机器人之间的交接，所述取件抓手用于将工件从所述差压铸造机取出并移出至所述支具上以及转移至所述旋转中转台，所述后岛机器人的末端执行器包括用于从所述旋转中转台抓持工件送入后续工位的工件抓手，所述过滤网抓手用于从所述自动供网系统抓取过滤网并放入所述差压铸造机的模具型腔内。

优选地，还包括位于所述差压铸造机上方的高空平台，在该高空平台上载置有包括液压站、冷却控制柜、电控柜中至少任一项的差压铸造附属设备，在该高空平台的下方与所述差压铸造机相邻地设置有压力控制柜。

优选地，所述自动供网系统包括振动盘、过滤网转料机构及分度盘，所述过滤网转料机构用于将放入所述振动盘中的过滤网摆放至所述分度盘上，所述分度盘的节圆同所述模具型腔相同。

优选地，所述工件抓手包括用于抓冒口的外夹抓手和/或用于内撑内孔的内撑抓手，所述内孔为所述工件去除冒口后形成的孔。

优选地，还包括自动刻码机、切边机以及锯钻一体机中的至少任一者，用于对由所述工件抓手抓持的工件进行操作。

优选地，所述取件抓手包括：气缸、安装在气缸的爪上的夹指、安装在所述夹指中的夹爪、和安装在所述夹爪和所述夹指之间的压缩弹簧；和/或，所述过滤网抓手包括：连接构成一个整体框架的法兰一、导向杆和法兰二；连接构成一个浮动装配体的夹紧气缸、导向座、浮动弹簧和夹爪，其中，所述夹紧气缸固定在所述导向座上并设置于所述整体框架内，所述导向杆贯穿于所述导向座地安装，所述浮动弹簧设置于所述整体框架外侧，一端侧顶靠于所述法兰二，另一端侧对夹爪侧止挡部施力。

根据本发明的另一方面，提供一种自动化差压铸造方法，在任一上述的自动化差压铸造生产线中，能够实现如下步骤：在所述差压铸造机开模后由脱模油缸将工件顶出，所述取件抓手进入上模下方空间并向上方靠近，以抓住从上模顶出的工件，此时所述前岛机器人开启随动功能，在所述取件抓手随工件下落的过程中，所述过滤网抓手将预先抓持着的过滤网放入模具的下型腔内。

优选地，所述方法还包括如下步骤：所述前岛机器人将工件从所述差压铸造机移出至所述自动沾水箱的所述支具上，所述自动沾水箱由所述气缸驱动所述支具升降，将铸件浸入水箱中进行沾水操作。

优选地，所述方法还包括如下步骤：所述取件抓手由所述差压铸造机中移至所述自动沾水箱时翻转，将工件放置在支具上，将所述工件脱离所述取件抓手进行沾水，沾水完成后再由所述取件抓手抓起所述工件转移至所述旋转中转台。

优选地，所述自动化差压铸造生产线还包括能够旋入所述差压铸造机接料并旋出的旋转托盘，能够实现如下步骤：利用所述旋转托盘对工件进行抽检工作；和/或，所述自动化差压铸造生产线还包括抽检台，能够实现如下步骤：在向所述后岛机器人预约后，所述后岛机器人将工件搬运至所述抽检台进行抽检。

根据本发明，在现有差压铸造机布局，有限的空间基础上进行了改进，通过增加一个高空平台，将差压铸造附属设备（冷却控制柜、液压站、电控柜等）移至高空平台，预留差压铸造自动化单元的操作空间；而且，在差压铸造机、切边机及锯钻一体机组成的差压铸造单元中增加一套自动化设备，实现差压铸造及切边锯钻的自动化操作；最终实现一种安全，高效，无人化，智能化的差压铸造自动化单元。

附图说明

图1示意性地示出根据本发明实施例的差压附属设备高空平台布置图。

图2示意性地示出根据本发明实施例的差压铸造自动化设备组成。

图3示意性地示出根据本发明实施例的前岛机器人。

图4示意性地示出根据本发明实施例的自动供网系统。

图5示意性地示出根据本发明实施例的自动沾水箱。

图6示意性地示出根据本发明实施例的后岛机器人。

图7示意性地示出根据本发明实施例的抽检台。

图8示意性地示出一种过滤网的实例。

图9示意性地示出旋转中转台的平面布置图。

图10示意性地示出后岛机器人的外夹抓手。

图11示意性地示出后岛机器人的内撑抓手。

图12示意性地示出过滤网抓手的浮动式结构。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的示例性实施例。下文描述的和附图示出的示例性实施例旨在教导本发明的原理，使本领域技术人员能够在若干不同环境中和对于若干不同应用实施和使用本发明。因此，本发明的保护范围由所附的权利要求来限定，示例性实施例并不意在、并且不应该被认为是对本发明保护的范围的限制性描述。而且，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不一定是按照实际的比例关系绘制的，涉及到方位描述，例如上、下、左、右、顶、底等指示的方位或位置关系，皆为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。贯穿附图，相同的元件由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆或不易观察理解时，将省略常规结构或构造。另外，在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。除非另外具体说明，否则在实施例中阐述的部件和组装步骤的顺序以及数值不限制本发明的范围。本领域技术人员可以理解，本发明中的“第一”、“第二”、“步骤”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。例如某步骤二、三可以对调或并行。

布局改进：传统的差压铸造单元由差压铸造机1，旋转托盘及沾水箱，刻码机，切边机，和锯钻一体机组成，其中，接料后的旋转托盘旋入沾水箱，并降入水箱进行铸件的沾水，该传统的单元存在如背景技术部分所述的技术问题，如效率低、安全风险高、废品率高等。

本申请发明人通过锐意进取，在传统的差压铸造单元布局基础上做出改进。其中，如图1所示，增加一个位于差压铸造机1上方的高空平台30，将差压铸造附属设备诸如液压站3、冷却控制柜4、电控柜5等移至高空平台30。

如此，可为高空平台30下方的低空平台39上的差压铸造自动化设备40预留可操作的空间，这样的高低式平台布置具有如下优势：液压站3布置在高空平台30，与位于差压铸造机1上方的差压铸造机模具开合油缸距离较近，响应速度更快，有效提升了差压铸造机1的响应时间；压力控制柜2留在低空平台39，加压系统距离差压铸造机1炉体较近，使得差压压力波动较小，提升了模具充型控制精度，同时也提升了产品的合格率。

自动化设备总体构成：根据本发明实施例的自动化差压铸造生产线，可通过如图2所示的差压铸造自动化设备40来实现，其包括：差压铸造机1、旋转托盘16，终端安装有取件放网双抓手的前岛机器人6（例如可以选型FANUC270等六自由度机器人），自动供网系统7，自动沾水箱8，旋转中转台9，终端安装有内撑抓手及外夹抓手的后岛机器人10（例如可以选型FANUC210等六自由度机器人），自动刻码机11，切边机12，吹扫装置13、锯钻一体机14以及抽检台15。通过上述技术方案：可实现机器人自动取件、放过滤网，自动沾水、自动刻码、以及切边锯钻的自动搬运。

在此，图2所示基本对应于图1所示低空平台39上的差压铸造自动化设备40，为便于就主要组成部分进行说明，局部省略地示意性示出各单元。

具体地，以生产线上的一模4腔差压模具为例对各单元之间的交接实现详细进行说明，该模具中的4型腔分度圆直径650mm，均匀分布。

前岛机器人及其浮动抓取及放网装置：前岛机器人6的末端执行器包含：分别设置在安装板51的上、下相反两侧的取件抓手17和过滤网抓手18，分别由图3所例示出的同为分度圆650mm且均匀分布的4组抓取夹爪及4组放网夹爪构成。优选地，取件抓手17设置成浮动式结构，例如包括：气缸、安装在气缸的爪上的夹指、安装在夹指中的夹爪、和安装在夹爪和夹指之间的压缩弹簧。优选地，过滤网抓手18设置成浮动式结构，例如包括：连接构成一个整体框架的法兰一29、导向杆38和法兰二31；连接构成一个浮动装配体的夹紧气缸44、导向座42、浮动弹簧43和夹爪，其中，夹紧气缸44固定在导向座42上并设置于整体框架内，导向杆38贯穿于导向座42起导向作用，浮动弹簧43设置于整体框架外侧，一端侧顶靠于法兰二31，另一端侧对夹爪侧止挡部施加浮动式复位作用力，从而实现浮动装配体相对于整体框架的浮动。基于压缩弹簧或浮动弹簧的浮动式结构有利用于消除部件靠近过程中的刚性接触。

在差压铸造机1开模后由脱模油缸将工件（亦即铸件）顶出，同时取件抓手17进入上模下方空间并向上方靠近，以抓住从上模顶出的4个工件，此时机器人开启随动功能，避免刚性接触造成机器人夹爪的压伤；在取件抓手17随工件下落的过程中，过滤网抓手18将预先抓持着的过滤网放入模具的下型腔内，一次4只完成对四个型腔的放网，可大大提升生产效率。

随后，机器人将工件从差压铸造机1移出至自动沾水箱8的支具23上，自动沾水箱8由气缸驱动支具23升降，将铸件浸入水箱中进行沾水操作。如后文参见图5所述，工件由气缸进行自动升降沾水可实现干湿分离，避免末端执行器上沾水、水滴滴入模具型腔内部。

自动供网系统：如图4所示，自动供网系统7包括振动盘19、过滤网转料机构20及分度盘21，用于进行例如纤维网形式的过滤网32（参见图8）的自动供应。

根据一个实施例，可通过人工将过滤网32放入振动盘19中，经由过滤网转料机构20将过滤网32摆放至分度盘21上，即可供过滤网抓手18在分度盘上抓取过滤网32。

振动盘19可采用现有的振动盘，将纤维网放入振动盘19的圆盘中，通过调整振动频率，将纤维网有序的振出来，以上为圆振段；由圆振段振出来的纤维网姿态各异，或重叠网，可通过光纤检测出姿态不正确的纤维网或重叠网进行吹扫。

分度盘21的节圆同模具型腔节圆相同，根据产品的需求，例如可在分度盘21中放置9种不同规格的纤维过滤网。可将节圆直径为650mm的圆盘进行等分（本分度盘21进行了24等分），再由伺服电机驱动，每次旋转15度，由转料机构20将振动盘19上的单只纤维网转移至分度盘21的固定位置。然后分度盘21每转动15度，填补下一个纤维网空位，直至填满分度盘21，再由过滤网抓手18进行抓取，一次取4个。

自动沾水箱：如图5所示，自动沾水箱8包含水箱本体22及水箱本体上的支具23，支具23由气缸34驱动在2个工作位置之间进行升降，即，一个上位，此时工件出水，另一个下位，此时工件浸入自动沾水箱8。自动沾水箱8用气缸34顶升支具23到上位时，工件33由前岛机器人6放置到支具23上，从而达到干湿分离。

取件抓手17由差压铸造机1中取料后，移至自动沾水箱8，取件抓手17翻转180度，将工件33放置在支具23上，支具23上面有导向轮和挡板定位，并且相应于工件33底部设有定位杆，基本不受横向外力。

如此，不必像传统那样将托盘也同时沾水，在此可以将工件33脱离前岛机器人6的取件抓手17去沾水，而避免将动取件抓手17沾水，只需要由气缸34驱动支具23降入水中进行沾水。沾水完成后再由机器人的取件抓手17抓起，转移至衔接的旋转中转台9，旋转中转台9作为前后岛的衔接转料工作。

旋转中转台：前岛机器人6将自动沾水箱8中沾完水的工件，转移至旋转中转台9，后岛机器人10由靠近旋转中转台9的内侧取件后，旋转中转台9旋转180度，将后续工件由靠近前岛机器人6的外侧旋转至内侧，再由后岛机器人10进行取料工作；另，转台180度旋转，还为了便于人工在外侧上料（当前岛出现问题时，后岛继续运转，再旋转至后岛内侧。由此，旋转中转台9实现了工件在前岛机器人6与后岛机器人10之间的交接。

综上，此自动化过程实现了纤维网的自动供应并实现了铸造、取件、取网、放网、冷却的一体化控制系统，称之为差压前岛铸造自动化单元，其中，取网工序为预先准备，由过滤网抓手18在分度盘21上进行抓取，此动作在前岛机器人6的整套抓手（取件抓手17和过滤网抓手18）伸入差压铸造机1取件之前完成。

后岛机器人：如图6、10、11所示，后岛机器人10的末端执行器包含工件抓手，用于从旋转中转台9抓持工件送入后续工位，在此例示出2个抓冒口35的外夹抓手24及2个内撑内孔36的内撑抓手25，其功能是完成铸件的切边、刻码、锯钻、吹扫、下料及抽检时的搬运工作。外夹抓手24由旋转中转台9中取2件转向节放置到切边机12中进行切边，按照工艺流程，再由自动刻码机11进行激光刻码、由锯钻一体机14对工件进行钻孔等粗加工，最后由吹扫装置13进行吹扫。由机器人每次取放2件，代替了原人工每次取放1件，转料效率提升了1倍。

如图6所示，固定在末端执行器左边的两个三爪气缸式外夹抓手24向内侧移动，通过外夹抓手24内侧横向尖状凸起抓取左右对称的两个工件的冒口外侧，如图10所示。固定在右边的两个三爪气缸式内撑抓手25向外移动，通过内撑抓手25外侧网型尖状凸起内撑左右对称的两个工件锯钻后的内孔36，如图11所示。

外夹抓手24将工件由旋转中转台9处抓取过来以后，放入切边机12（此过程为抓持冒口），再由切边机12中转移至自动刻码机11（此过程仍为抓持冒口），最后由自动刻码机11挪入锯钻床，将冒口去掉，并且钻中心孔，所形成的内孔36由内撑抓手25取料，以将工件转移走。

自动刻码机：所述的自动刻码机11，为去人工化全自动在线刻码，上位机集中控制激光器、PLC、读码器；可实时修改刻码参数；定焦刻码清晰稳定保证后序读码效果，后岛机器人夹持工件进行刻码，可适应不同刻码位置，工艺柔性及兼容性较好。二维码统一管理系统，实现与集团数字化智能制造无缝对接。

以上过程实现了切边、锯钻、刻码、吹扫及下料的全自动化搬运，降低了工人的劳动强度，提升了工作效率，以上称之为差压后岛铸造自动化单元，由后岛自动化集成单元代替人工，实现差压刻码，切边、锯钻粗加工、吹扫等工序的自动化，减少2名人工操作手，节约用人成本，提高生产效率。

抽检台：如图7所示，抽检台15可在人工预约后岛机器人10后，后岛机器人将切边、锯钻后的转向节搬运至抽检台15进行后岛自动化运行的抽检，及时发现有问题缺陷的工件。

旋转托盘：利用旋转托盘16对铸造缺陷的工件进行抽检工作，人工预约抽检工作后，旋转托盘16旋入差压铸造机1接料并旋出，人工进行差压铸造工件的抽检工作，旋转托盘16为原人工操作的接料托盘，实现自动化后，将其功能变更为抽检及烫模废品的下料。烫模废品在此指的是每新更换模具后，均需进行模具预热烫模，会产生烫模废品，可由此旋转托盘16取出。

智能控制：为实现上述自动化差压铸造生产线的自动运行控制，本发明人自主开发DMS数据处理系统，以实现对这些差压铸造装备的远程控制、实时报警、数据交换、工艺交互等先进功能，将整个产线数据进行汇总分析，提高生产效率。其中，由此实现的数字制造系统可利用SIMATIC WinCC软件的自身优势，实时与可编程控制器进行通讯，获得实时数据，针对设备类及工艺类数据进行高密度、无差错采集存储，并可通过可视化画面（曲线、图表、文本等）显示出用户所需要的数据信息，高效、实时、归档存储、随时读取追溯、人性化界面、灵活性编程。使差压铸造更加“智能化”。

特有的技术效果：根据本发明可以预期获得的有益效果包括：本发明提供的创新方法：可代替人工实现铸造、取件、放网、冷却、切边、刻码直至锯钻的全流程一体化控制系统，大幅减少现场操作人员，节约用人成本，同时减少人为因素对产品质量的影响，通过对工艺过程的优化调整，可进一步提高生产过程的稳定性，从而提高产品质量。解决了现有传统差压铸造存在的实际问题，如取件存在滴水，取件放网难度大且存在安全风险等问题。机器人及自动化装置代替人工，提升产品的生产效率。

尽管已经参考各种具体实施例描述了本发明，但是应当理解，可以在所描述的发明构思的精神和范围内做出变形。因此，意图是本发明不限于所描述的实施例，而是将具有由所附权利要求的语言所定义的全部范围。对于方法实施例而言，由于其与系统实施例基本对应，相关处可参见系统实施例部分的说明。