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机器人不能用于铸件浇冒口自动切割的五大原因
[ 发布日期:2020-02-28 12:39:47 | 浏览:818次 ]
当前随着国产工业机器人厂商的崛起,机器人的价格越来越低,也使工业机器人的用途越来越广泛,系统集成商们也在努力寻找机器人在工业领域的更多应用。
 
毋庸置疑,机器人的优点是在三维空间内的轻拿轻放,多维变位,快速移动,以及具备较高的定位精度。利用这些优势,机器人已经在搬运码垛、上下料、焊接、抛光打磨等领域树立了自己无可撼动的统治地位。但是,很多用户由于对于工业机器人的应用期望值过大,也导致了一些误区,将它应用在其并不适合的领域内,如铸件的浇口自动切割即是一例典型。由于我们在这个领域做得比较专业,以下就从自己所了解的角度,做一些较深入的剖析。 
 
1、 首先,从内部结构上分析,机器人的手臂转动采用伺服电机及精密的RV齿轮减速器,这种结构方式使机器人具备了较高的精度,但由于其精密度较好,显然无法耐受长期的冲击性。
 
就铸件切割的工况而言,实际上加工强度是非常大的,如果让机器人来做这个活,其结果是机器人关节会不断遭受超负载冲击,最终会导致精密齿轮挤压形变,精度受损直至彻底损坏。这种精度损伤会从锯片的损耗上反映出来,快则几个星期就看到效果,慢则几个月表现就非常明显了,而且会呈越来越严重的趋势,这显然会给机器人维护保养、以及后期使用成本带来巨大难题。

 
2、 从外部结构上来分析,机器人不论夹持工件还是夹持刀具进行切割工作,都会遇到结构设计上的难题。
 
首先,这里先明确一下自动切割用主轴电机的配置,通常来说,如果是切割铜铝等有色金属工件,一般要采用7.5-15KW的电机;如果切割钢、不锈钢、特种合金等黑色金属工件,则一般要采用22KW以上的电机。
 
1).如果采用机器人夹持工件方式,由于带浇冒口的毛坯铸件非常复杂及形状不规则,使得夹具设计在工件基准支撑位、压紧位置、以及上料方式方面都存在较大的难题。这些难题在简单工件上可以克服,但在复杂工件上是难以克服的。

 
2).如果采用机器人夹持锯片的方式,同样也存在结构方面的问题难以克服。
 
A. 如果采用电机直连方式,则发现电机的功率不能过大(不超过2.2KW),否则电机的法兰盘会与锯盘存在较大干涉,导致锯盘没有工作空间。如果采用电主轴,仍然存在扭矩过小,不适宜于切割工况的问题。
 
B. 如果采用皮带传动方式,显然,需要有电机、皮带、皮带轮、主轴、安装板等较大的机构来实现组合,而这些机构在体积上显然过于庞大,导致机器人完全无法夹持及正常工作。

 
3、 从刀具的损耗方面来分析,机器人切割的工作方式,会导致刀具的磨损快速,达不到预期寿命。根据测试过的经验数据来看,锯片的寿命在机器人切割的工况下,存在巨大的随机性和差异性,长期来看,耗材损耗完全难以估量,使用户难以接受。

 
分析其原因有二:
 
1).机器人采用手臂悬空夹持工件去碰高速锯片的工作方式,在切割过程中不断受到较强的冲击力,但由于没有较好的刚性结构保证,会持续产生一定程度的震颤,这种震颤会反作用于锯片,使锯片不断承受除刀锋之外的冲击力,使之加大了摆动及温升,结果是出现跑偏等切割质量下降的情况,同时锯片寿命快速缩短。
 
2). 一般来说,锯片这种轻薄但高速旋转的刀具比较适合垂直向下安装,类似于卧车的主轴方式。但机器人切割系统却常常会采用锯片平躺安装的结构方式,这种方式的优点是锯片与机器人的干涉较小、落料方便、节省空间等,但缺点是锯片的自重会带来旋转中的锯片边缘的摆动加大,这种看似轻微的精度漂移,实际就已经足够对高速旋转的锯片磨损和寿命产生巨大的不利影响。
 
 4、机器人切割系统从体积占用和成本方面来看,与切割专机对比也会存在较大的劣势,一般来说,机器人切割系统的成本造价会达到专机的2倍以上。
 
设计者和使用者考虑到工件、工装、切削力、刚性等综合因素,切割用机器人常常会选用负载能力在260-500KG这个级别,这种机器人显然比较庞大,这样会导致与之配套的基座基板、工作台、防护箱等的体积和占地同样都比较庞大,同时成本也相应提升,这样会使整个项目的性价比并不是很高。

 
5、最后,讲一下我对这种铸件自动切割技术发展的整体认识。
 
首先,这个行业的现状是,欧美日等发达国家在几十年前已经实现了对金属铸造这种高耗能、高污染、自动化程度低的产业整体转移,目前中国占有全球40-50%的份额,印度占有20-30%的份额,两者合计达到70-80%的全球份额,这种现状就是,中国和印度这种不发达的人口大国几乎完全承接了这个比较麻烦的产业。
 
这种产业大规模转移的结果就是,擅长于做工业自动化的这些发达国家,由于失去了本土需求的市场基础,实际上在铸造自动化方面失去了技术创新的动力与热情,尤其是在铸件后处理方面没有再做任何努力,这就是为什么我们在这方面找老外的解决方案时,结果就发现除了机器人集成系统,同样也就是手动、半自动等更落后的方式。
 
老外为什么选择用机器人呢,机器人系统简单、开发周期短啊!所以我们常常看到了德国意大利的老外用机器人做切割的案例,但需要指出的是,这些案例除了没什么技术含量外,就是一个字:贵!其实,贵也没有解决问题,老外做的机器人切割系统,我以上提到的缺点也完全都存在。
 
所以,作为需要做机器换人、产业升级、寻求高端智能装备的我们中国来说,这方面的技术提升已经不能依赖并参照发达国家了,当然,更不能依赖印度,需要我们中国人自己开动脑筋,创造性的来寻求解决方案。


 
总结一下,铸件切割这种工作虽然属于粗加工范畴,但它依然与车铣刨磨这些机械加工一样,对设备结构和刀具方面存在较高的要求,需要专机专用。而机器人作为通用设备,其结构和工作方式并不适合于切割工况,希望铸造行业的用户以及机器人系统集成商不要陷入此方面的误区,不再走弯路,避免形成资源和成本上的浪费!
 





 
 
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