全自動（dòng）雙（shuāng）工位銑磨床設備的技術改進
2021-11-11 來源： 寧（níng）波鋼鐵（tiě）有限公司 作者：吳 江
摘（zhāi）要（yào）：寧鋼鋼檢（jiǎn）站原銑磨床存（cún）在機械結構複雜，使用過程中（zhōng）故障點多，製樣時間長，維修難點大（dà）等問題。文章中介紹全自動雙工位銑磨床設備相對原銑磨床的部分缺（quē）陷進行改良，增（zēng）加了智能機器人用於試樣自動製樣處（chù）理，實現優化改進。結果表明：全自動雙工位銑磨床設備通過總（zǒng）體技術的優（yōu）化改進,實現製樣係統自動化、智能化操作，高效便捷，勞（láo）動生產率與生產質量都得到很大提高，很（hěn）好地滿足了寧鋼後續產品升級及開發試樣的加工要求。
關（guān）鍵詞：銑磨床（chuáng）；自動化（huà）；智能化
0 引（yǐn）言
生產高（gāo）質量的產品為（wéi）鋼（gāng）鐵企業所追求，生產（chǎn）過程（chéng）控製水（shuǐ）平的提高，對於（yú）鋼鐵製造業的技術進步和新產品開發有著舉足輕重的作用。其中，檢測裝備是生產過程中控製的關鍵之一，鋼鐵企業在產品、能源、環境等方麵需求驅動了鋼（gāng）鐵企業特殊（shū）檢測技術與裝備以及智能化的發展，檢測技術（shù）與裝備的提升也提高（gāo）了鋼鐵製造水平。因而在鋼鐵工（gōng）業的激烈競爭要素中，檢測技術與裝備的先進性也是（shì）重要的組成部（bù）分。製（zhì）樣銑磨床用於煉鋼生產過程樣品檢測的樣品銑磨製備，是整個樣品檢測流程中最重要（yào）的一個（gè）環節，樣品的製備質量和速度都直（zhí）接影響著煉鋼生產。
1、原雙工位銑磨床和（hé）全自動雙工位銑磨床設備對比（bǐ）分析
（1）原銑磨床采用（yòng）上卡盤式夾鉗機構，精度較差，在樣品製（zhì）備過程中（zhōng）經常出現原點無法複位，樣品夾持不穩定等問題，過程中（zhōng）進刀深度不（bú）好把控，偏差較大。
（2）原銑磨床床身為整體結構件，非整體鑄造。自重不夠，剛性較差。在樣品製備過程中抖動（dòng）導致樣品（pǐn）銑磨質量不（bú）能符合儀器分析要求。
（3）在與送樣係統交互（hù）過程是通過 PLC 及傳（chuán）感器控製多條龍門（mén）傳輸機構及溜槽實現，此項裝置故障點多，維修難隻有通過（guò）人工方式送樣處理。
（4）原銑磨床單（dān）次製（zhì）樣時間在 100~120s，製樣速度慢進而影響整個樣品的檢驗及時性。分（fèn）析速度的快慢直接導致整個（gè）煉（liàn）鋼進程。
（5）原銑磨床在製備（bèi） 40Mn\45Mn\65Mn 等（děng）係（xì）列工具鋼、刀模（mó）鋼樣品時（shí），樣品銑（xǐ）磨深度不夠，樣品（pǐn）表麵有大量的凹（āo）坑裂紋，無法達到分析要求，在製樣過程中由於自身剛性不夠，會（huì）導致崩刀現象，不能滿足公司後續（xù）產品升級及開發的新樣品（pǐn）製備存。
（6）新舊雙工位（wèi）銑磨床的參數對比情況如表 1 所示。
表1 新舊雙工位銑磨床設備的參數對比情況分析
2、 全自（zì）動雙工位銑磨床設備的優化改進（jìn）及特點
2.1 全自動雙工位銑磨床設備介紹
全自動雙工位銑磨床是能同時滿足鋼樣、鐵樣加工（gōng）的製樣設備，加工時可以采（cǎi）取多（duō）種冷卻方式，確保加工後的試樣溫度（dù）滿足分析要求。全進口（kǒu）的高精度的動力頭和高剛性的床身組合使得機器運行噪音和切削穩（wěn）定性均居國際先進水平。
全自（zì）動雙工位銑磨床在功能拓展上，易拓展為（wéi）雙銑削、雙磨削、一邊銑削一邊磨削 3 種製樣（yàng）設備（bèi）功能（néng）。全自動雙工位銑磨床采用模塊化設計，具有銑（xǐ）削、砂輪磨、砂帶磨、水冷、氣冷方式及試樣自動輸入和輸出等功能（néng），工作性能（néng）穩定，密封可靠，能在惡劣（liè）的（de）環境下連續使用，壽命長、維護簡單、操作（zuò）方便。其主要特點如下。
（1）夾具處於上方（fāng），減少了夾具被粉塵汙染，同時方便試樣在各工序之間（jiān）搬運。
（2）采用快速（sù）進出樣技術，加工周（zhōu）期短。
（3）采用了進口的高精度（dù）的動（dòng）力頭，加（jiā）工表麵光潔度高。
（4）兩個工位可同時獨立工作，加工效率是（shì）傳統銑床的兩倍，並且一個工位故障後不影響另一個工位。
（5）設（shè）備加工（gōng）方式齊（qí）全（quán），銑刀銑削、砂輪磨削，有多種組合可選：雙銑、雙磨、一銑一磨。
（6）銑削或（huò）磨削時（shí）樣（yàng）品溫升小。
（7）操作界麵友好，用戶可自定（dìng）義（yì）多組加工程序。
（8）故障率低，維護方便。
2.2 全自動雙工位銑磨床設備基本構成及（jí）功能
全自動雙工位銑磨床設備由床身、傳動裝置、銑（磨）削裝置、電氣控製係（xì）統、自（zì）動線係統（工業機器人）等組成，各（gè）部分組成及功能（néng）如下：
（1）床（chuáng）身：整個床身全部采用鋼結構（gòu），強度高、自重輕、整（zhěng）體剛性好。
（2）傳（chuán）動（dòng）裝置：主要由絲杆、線軌、伺服電機、夾鉗、檢測裝（zhuāng）置以（yǐ）及相關（guān）傳動連接件組成。通過伺服（fú）電機驅動絲（sī）杆（gǎn），使夾鉗裝置和銑（磨）削裝置平（píng）穩準確的運行。氣動夾鉗可夾持試樣在銑磨床各個功能區運行，檢測裝置主要是用於檢（jiǎn）測砂（shā）輪上升的位置、夾鉗有無樣等，防止夾鉗被誤磨損（sǔn）。
（3）銑（磨）削裝置：主要由動力頭、銑刀（砂輪）等部分組成，通過動力頭帶動銑刀（砂輪）旋轉來銑（磨）削試樣。
（4）水冷裝置（zhì）（可選功能）：主要用於砂輪磨削後快速（sù）冷（lěng）卻試樣，縮（suō）短製樣時間。
（5）電氣控製係統：控製（zhì）係統主要由 PLC、伺（sì）服係統、人機界麵等組成，控製精度高，穩定可靠。係統可設置多組加工程序，滿足不同試（shì）樣加（jiā）工，操作方便。
（6）工作流程：打開安全門（mén），把試（shì）樣放在進樣台上→關上安全門，按下（xià）啟動按鈕，試樣隨進樣台上升→進樣台上升（shēng）到位後夾鉗定位試樣並夾緊→夾鉗沿水平方（fāng）向（X軸方向）移動到（dào）加工位置→銑（磨）削頭啟動，開始加（jiā）工試（shì）樣，同時吹氣冷卻→銑（磨）削完成後，夾鉗（qián）移到出樣台放下試樣→打開安全門，取出試樣。
（7）技術參數如下：名（míng）稱，雙工位自動銑磨床（chuáng）；型（xíng）號，MLF-MILL-02M； 尺 寸， 長 1900 mm× 高 2200 mm× 深2300mm；重量，5200kg；電源，3 相 380V 交流、50Hz、20kW、 接 零、 接 地； 壓 縮 空 氣，0.6Mpa、3000L/min，40µm 過濾器過濾（lǜ）、去油去（qù）水；加工對（duì）象，普碳鋼、鐵水、合金鋼；夾鉗類型，兩爪或三（sān）爪；工件硬度，銑削硬度小於（yú）HRC 60；單次最大加工深度，普碳鋼 2mm、鐵水 0.5mm、合金鋼 0.5mm；單次加工時間（jiān），銑削 30~35s；倒角功能，可以對試樣進行倒角；PLC，三菱；氣動元件，SMC；伺服電機（jī），三菱。
（8）工業機器人簡介和技術參數如下：工業機器人能夠自（zì）動將樣品（pǐn）分配至製（zhì）樣設備和分析儀器，能實現樣品的快速、準確傳送，配備安全連鎖功能和安全防護裝置，可保證在（zài）人員和設備安全的前提下完成（chéng）快分高性能的傳輸係統。
其（qí）由機械手、控製器、調校器、安（ān）裝底座、夾取裝置、電源電纜、控製電纜、通訊電纜、安全屏障、安全門、防撞裝置等組成，具（jù）備以下特性：
①可靠性強，正常運行時間長，該機器人集成熟技術（shù）和經嚴格測試的創新技術於一身，具有平均（jun1）故（gù）障間隔時（shí）間長、維護要求低、維護時間短（duǎn）等多項優點。
②速（sù）度快，工作循環時間短同類機器人（rén）中操作速度最（zuì）快。
③精度高，零件生產質量穩（wěn）定具有極高重複定位精度±0.05mm 和軌跡（jì）精度。
④堅固耐用，適合惡（è）劣生產環境 IP 65 防護等級。
⑤效（xiào）率高，工業機器（qì）人有相應的設定程序，當（dāng）工業機器人夾取試樣或者分析過程出現中斷時，工業機器人有固定的複位途徑，並能快速恢複（fù）正（zhèng）常工作。
⑥通用性佳，柔性化集成和生產采用後彎式設計，提供多種安裝選（xuǎn）項，係統運行自動按照任務的（de）要求來進行智能優化機器人的運行路徑，可以有效節省係（xì）統運行時間，如係統空閑時機器人處於（yú）試樣輸入窗（chuāng）口待機位置等。
⑦技術參數如下：技術參額定負載（kg），不小於 20；結構形式，串聯；工作半徑（mm），不（bú）小於 1600；重複精度（mm），±0.04；最大工作範圍（第一軸），±170°；第二軸，+85°/-65°；第三軸，+70°/-180°；第四軸，±300°；第五軸，±120°；第六軸，±360°；最大速度（dù）（第一軸），100°/s；第二軸，90°/s；第三軸，90°/s；第四軸，170°/s；第（dì）五軸（zhóu），120°/s；第六軸，190°/s；本體重量（kg），320；安裝方式，地麵。
3、全自動雙工位銑磨（mó）床（chuáng）在寧鋼實驗（yàn）室（shì）的應用
3.1 風動（dòng）送樣係統樣品（pǐn）排出方式（shì）
因使用的是雙（shuāng）厚度樣（yàng）品和球（qiú）拍樣品（pǐn）兩種（zhǒng）狀態，所（suǒ）以無法使用機器人智能手臂同時處理，經過現場改造，將雙厚度樣品建立（lì）了獨立的樣品排除機構，再使用機器人手臂搬取樣品（pǐn），球拍樣可直接從風動送樣器中搬取。
風動送（sòng）樣係統到達後氣缸打開同時會將風動送樣（yàng）器蓋子拔（bá）開，機器人夾鉗會將風動送樣器夾取到特製的旋轉平台，通過紅（hóng）外線定位後，采用升降氣缸夾鉗把樣品夾（jiá）出，再由機器人智能手臂進行搬取樣品（pǐn）到銑磨床製樣工（gōng）位。
3.2 機器人運行方式（shì）
因改造前 11 套風（fēng）動送樣係統一字排開安裝放置（zhì），故機器人手臂的旋轉和伸展無法滿足所有風動送樣（yàng）係統的使用距離。在（zài）現場布局中采用將兩台雙工（gōng）位（wèi）銑磨床與風動送樣係統平行擺放，在銑（xǐ）磨床和風（fēng）動送樣係統之間（jiān）鋪設軌道，智能機器人安置與軌道上實現機器人的左右行走，用於實現所有風動送樣係（xì）統的處理需要。
為了節（jiē）省時間，在係統軟（ruǎn）件中設定了優先順序，根（gēn）據樣品的緊急情況命令機器人優先處理緊急樣品。根據銑磨床工位的空閑（xián）情況以及智能機器人（rén）距離（lí）工位的距離遠近，選擇最近的空閑工位處理樣品，將樣品製備耗時降到最（zuì）低。
4、結語
改造後的雙工位銑磨床投運後有利於降低生產消耗成本，減少（shǎo）試樣檢驗（yàn）分析周期，縮短單爐冶煉試樣等待（dài）時間，減少合金（jīn）、電極、耐火材料等冶（yě）煉（liàn）用輔料及氣、電（diàn）等能源介質的消（xiāo）耗，提高了自動化、信息化、智（zhì）能化水平，使操作更加規範（fàn）化、流程化，為數據智能化煉鋼提供檢驗數（shù）據提供有力支持，為（wéi）全（quán）麵實現智（zhì）慧寧鋼打下基礎。其實現的主要目標如下：
（1）實現了檢驗室（shì）自動化管理，改善檢驗崗位職工作業環境、降低勞（láo）動強度和安全風險，提高勞動生產（chǎn）率。
（2）實現了檢驗數據信（xìn）息化管理，將人工數據轉移（yí）改為數據自動采（cǎi）集，避免了人為因素對檢驗過程（chéng）幹擾，降低數據錯誤率，使得最終報出的檢測數據更客觀真實。
（3）實現了自動送樣、自動製樣，確保製樣（yàng）質量（liàng）的可（kě）靠性，更能代表試樣的（de）穩定性，提高樣品（pǐn）分析結果的重複性。
通過上述目標的（de）達（dá）成，建立支撐寧鋼質量把控完整的自動化、信息化架構。寧鋼檢化驗可在此基礎（chǔ）上，經過持續（xù）不斷的完善和（hé）補（bǔ）充，建設基於互聯（lián）網、機器人、大數據（jù）分析（xī）等技術的智慧（huì）製造模式，有利於提升寧鋼的核心（xīn）競爭力。
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