全自動雙工位（wèi）銑磨床設備的技術改進
2021-11-11 來（lái）源（yuán）： 寧波鋼鐵有限公司 作者：吳 江
摘要：寧鋼鋼檢站原銑磨床（chuáng）存在機械結構（gòu）複雜，使（shǐ）用過程中故障點多，製樣時間長，維修難點大等問題。文章中介紹（shào）全自動（dòng）雙工位（wèi）銑磨床設備（bèi）相對原（yuán）銑（xǐ）磨床的部分缺陷（xiàn）進行改良，增加了智能機器人用於試樣（yàng）自（zì）動製樣處理，實現優化改（gǎi）進。結果表明：全（quán）自動雙工位銑磨床設備通過（guò）總體（tǐ）技術的優化改進,實現製樣係統自動化、智能化操作，高效便捷，勞動生產（chǎn）率與生（shēng）產質量都得到（dào）很大提高，很好地（dì）滿足了寧鋼（gāng）後續產品升級及開發試樣的加工要求（qiú）。
關鍵詞：銑磨床（chuáng）；自動化；智能化
0 引言
生產高質（zhì）量的產品為（wéi）鋼鐵企業所追求，生產過程控製水平（píng）的提高，對於鋼鐵製造業的技術進步和新產（chǎn）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（néng）源、環境等方麵需求驅動了鋼鐵企業特殊檢測技術（shù）與裝備以（yǐ）及智能（néng）化的發展，檢測技術與裝備的提升（shēng）也提高了（le）鋼鐵製造水平。因而在鋼鐵（tiě）工業的激烈競爭要素中，檢測技術與裝備的（de）先進性也是重要（yào）的組成部分。製樣（yàng）銑磨床用於煉鋼（gāng）生（shēng）產過程樣品檢測的樣品銑磨製備，是整個樣品檢測（cè）流程中最重要的一個環節，樣品的製備質量和速度都直接影響著煉鋼生（shēng）產。
1、原雙（shuāng）工位銑磨床和全自動雙（shuāng）工位銑磨床設備對比分析
（1）原銑磨床采用上卡盤式（shì）夾鉗機構，精度（dù）較差，在樣品製備過程中經常出（chū）現原點無法複位，樣品（pǐn）夾持不穩定等問題，過程中進刀深度不好把（bǎ）控，偏差較大。
（2）原銑磨床床身為整體結構件，非（fēi）整體鑄造。自重不夠，剛性較差。在樣品製備過程中抖動導致樣（yàng）品銑磨（mó）質量不能符（fú）合儀器分析要（yào）求。
（3）在與送樣係統交互過程是通過 PLC 及傳（chuán）感器控製多條（tiáo）龍門傳輸機構及溜槽實現（xiàn），此項裝（zhuāng）置故障點多，維修難隻有通過人工方式送樣處理。
（4）原銑磨床單次（cì）製樣時間在 100~120s，製樣速度（dù）慢進而影響（xiǎng）整個樣品的檢驗及時性。分析速度（dù）的快（kuài）慢直接導致整個煉鋼進程。
（5）原（yuán）銑磨床在製備 40Mn\45Mn\65Mn 等係列工具鋼、刀模鋼樣品（pǐn）時，樣品銑磨深度不夠，樣品表麵有大量的凹坑裂紋，無法達到分析（xī）要（yào）求，在（zài）製樣過程中由於自身剛性不夠，會導致崩刀現象，不能滿足公（gōng）司後續產品升級（jí）及開發的新樣品製備存。
（6）新舊雙工位銑磨床的參數對比情況（kuàng）如表 1 所示。
表（biǎo）1 新舊雙工位銑磨床設備的參數對比情況分析
2、 全自動雙工（gōng）位銑磨床設備的優化改進及特點
2.1 全自動雙工位銑磨床（chuáng）設備介紹
全自動雙工位銑磨床是能（néng）同（tóng）時滿足鋼（gāng）樣、鐵樣加工的製樣設備，加工時可以采取多種冷（lěng）卻方式，確保加工後的試樣溫度滿足分析（xī）要求。全（quán）進口的高精度的動（dòng）力頭和高剛性的（de）床（chuáng）身組合使得機器運（yùn）行噪音和切削穩定性均居國際先進水平。
全自動雙工（gōng）位銑磨床在功能（néng）拓展上，易拓展為雙銑削、雙磨削、一邊銑削一邊磨削 3 種製樣設（shè）備功能。全自（zì）動（dòng）雙（shuāng）工位銑磨床采用（yòng）模塊化設計，具有銑削、砂輪磨、砂帶（dài）磨、水冷（lěng）、氣冷方式及試樣自動輸入和輸出等功能，工作性能穩定，密封可靠，能在惡劣的環境下連續使用，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，減少了夾具被粉塵汙染（rǎn），同時方便試樣在各工（gōng）序之間搬（bān）運。
（2）采用快速進出（chū）樣（yàng）技術，加工周期（qī）短。
（3）采（cǎi）用了進口的高精度的動力頭，加工（gōng）表麵光潔度高。
（4）兩個工位可同時獨（dú）立工作，加工效率是傳統銑（xǐ）床的兩倍，並且一個工位故（gù）障後不影響另一個工位。
（5）設備加工方式齊全，銑刀銑削、砂輪磨削，有多種組（zǔ）合可選：雙銑、雙磨、一銑一磨（mó）。
（6）銑削或磨削時樣品溫升小。
（7）操作界麵友好，用戶可自定義多組加工程序（xù）。
（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功能
全自動雙（shuāng）工位銑磨床設備由（yóu）床身、傳動裝置、銑（磨）削裝置、電氣控製係統（tǒng）、自動線係統（工業機器人）等（děng）組成（chéng），各部分組成及（jí）功能如下：
（1）床身：整個床身全部采用鋼結構，強度（dù）高、自重輕、整體剛性好。
（2）傳動（dòng）裝置（zhì）：主要由絲杆、線軌、伺服電機、夾鉗、檢測裝置以及相關傳動（dòng）連接件組成。通過伺服電（diàn）機驅動絲杆，使夾鉗裝置和銑（磨（mó））削裝置平（píng）穩準（zhǔn）確的運行。氣動夾鉗可夾持試樣在銑磨（mó）床各個功能區運（yùn）行，檢測裝置主（zhǔ）要是用於（yú）檢測砂輪上升的位置、夾鉗有無樣（yàng）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（lì）頭帶（dài）動銑刀（砂輪）旋轉來銑（磨）削試樣。
（4）水冷裝置（可選功能）：主要用（yòng）於砂輪磨削後快速冷卻試樣，縮短製樣時間。
（5）電氣（qì）控製係統：控製係統主要由 PLC、伺服係統、人（rén）機界麵等組成，控製（zhì）精度高，穩定可靠。係統可（kě）設置多組加工程序，滿足不同（tóng）試樣加工，操作方便。
（6）工作流程：打開安全門，把（bǎ）試樣放在（zài）進樣台上→關上安全門，按下啟（qǐ）動按鈕，試樣隨進樣台上升→進（jìn）樣台（tái）上升到位（wèi）後夾鉗定位試樣並夾緊→夾鉗沿水平方向（X軸方（fāng）向）移動到加工（gōng）位置→銑（磨）削頭啟動，開始（shǐ）加工試樣，同時吹氣（qì）冷卻→銑（磨）削（xuē）完成後，夾鉗移到出樣台放下試樣→打（dǎ）開安全門，取出（chū）試樣。
（7）技術參數如下：名稱，雙工位自動銑磨床；型號，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（jiē） 零、 接 地； 壓 縮 空 氣，0.6Mpa、3000L/min，40µm 過濾器過濾、去油去水（shuǐ）；加工對象（xiàng），普碳鋼、鐵水、合（hé）金鋼；夾鉗類型，兩爪或三爪；工件硬度，銑削（xuē）硬度（dù）小於HRC 60；單次最大加工（gōng）深度，普碳鋼 2mm、鐵水 0.5mm、合金鋼 0.5mm；單次加工（gōng）時間，銑削 30~35s；倒角功能（néng），可以對（duì）試樣進行倒角；PLC，三（sān）菱；氣動元件，SMC；伺服（fú）電機，三菱。
（8）工業機器人簡介和技術參數如下：工業機器人能夠自動將樣（yàng）品分配至製樣（yàng）設備和分析儀器，能實現樣品的快速、準確（què）傳送，配備安（ān）全連鎖功能和安全防護裝置，可保證在人員和設備安全（quán）的前提下（xià）完（wán）成快分高性能的傳輸係統。
其由機（jī）械手、控製器、調（diào）校器、安裝底座（zuò）、夾取裝置、電源（yuán）電纜、控製電（diàn）纜、通訊電纜、安全屏障、安全門、防撞裝置等（děng）組成，具備以下特（tè）性：
①可靠（kào）性強，正常（cháng）運行時間（jiān）長，該機器人集（jí）成熟技術和經嚴格測試的創新技術於一（yī）身，具有（yǒu）平均故障間隔時間長、維護要求低、維護時間短等多項優點。
②速度快，工作循環時間短同類機器人中操作速度最快。
③精度高，零件生產質量穩定（dìng）具有極高重複（fù）定位精度±0.05mm 和軌跡精度。
④堅固耐用，適合惡劣生產環境 IP 65 防護等級。
⑤效率高，工業機器人有（yǒu）相應的設定程序，當工業機器人夾（jiá）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（néng）快速恢（huī）複正（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（duō）種安（ān）裝選項，係統運行自動按照任務（wù）的要求來進行智能優化機器人的運行路徑，可以有效節省係統運行時間，如係統空閑時機器人（rén）處於試樣輸（shū）入窗口待機位置等。
⑦技術參數如（rú）下：技術參額定負（fù）載（kg），不小於（yú） 20；結構形式，串（chuàn）聯；工作半徑（mm），不小於 1600；重複精度（mm），±0.04；最大工作（zuò）範圍（第一軸），±170°；第二軸，+85°/-65°；第三（sān）軸，+70°/-180°；第四軸，±300°；第五軸，±120°；第六（liù）軸，±360°；最大速度（第一軸），100°/s；第二軸，90°/s；第三軸，90°/s；第四軸，170°/s；第（dì）五（wǔ）軸，120°/s；第（dì）六軸，190°/s；本體重量（kg），320；安裝方式，地麵。
3、全自動雙（shuāng）工位銑磨床在寧鋼實驗室的應用
3.1 風動送樣係統樣品排出（chū）方式（shì）
因使用的是雙厚度（dù）樣品和球拍樣品兩種狀態，所以無法使用機器人智能手臂同時處（chù）理，經過現場改造，將雙厚度樣品建立了獨（dú）立的樣品排除機構，再使用機器人手臂搬取樣品，球拍樣可直接從風動送樣器中搬取。
風動（dòng）送樣（yàng）係統到達後氣缸打（dǎ）開同時會將風動送樣器蓋子（zǐ）拔開，機（jī）器人夾鉗會將風動送樣（yàng）器夾（jiá）取（qǔ）到特製的旋轉平台，通過紅外線定位後，采用升降氣缸夾鉗把（bǎ）樣品夾出，再由機器（qì）人智能手臂進行搬取樣品到銑（xǐ）磨床製（zhì）樣工位。
3.2 機器人運行方式
因改造（zào）前 11 套風動送樣係（xì）統一字排開安裝放置，故機器人手臂的旋轉和伸展無法滿足所（suǒ）有風動送樣係統的使用距離。在現場布局（jú）中采用將兩台雙工位銑（xǐ）磨床與風動送樣係統（tǒng）平行擺放（fàng），在銑磨床和風（fēng）動送（sòng）樣（yàng）係統之間鋪設軌道，智能機器人安置與軌道上實（shí）現機（jī）器人的左右行走，用於實現所有風動送樣（yàng）係統的處理（lǐ）需要。
為了節省時（shí）間（jiān），在係統軟件中設（shè）定了優先順序，根據樣（yàng）品的緊急情況命令機器人優先處理緊急樣品。根據銑（xǐ）磨床工位的空閑情況以及智（zhì）能（néng）機器人距（jù）離（lí）工位的距離遠（yuǎn）近，選（xuǎn）擇最近的空閑工位處理樣品，將樣品製備耗時（shí）降到最低。
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，減少試樣檢（jiǎn）驗分析周期，縮短單爐冶煉（liàn）試樣等待（dài）時間，減少合金、電極、耐火材料等冶煉用輔料及氣、電等能（néng）源介質的消耗，提高了自動化、信（xìn）息化、智能化（huà）水平，使操作更加規範化、流（liú）程化，為數據智（zhì）能化煉鋼提（tí）供檢驗數據（jù）提供有力支持，為全麵實現智慧寧鋼打（dǎ）下（xià）基礎。其實現（xiàn）的主要目標如下（xià）：
（1）實現了檢驗室自動化管理，改善檢驗崗位職工作業環（huán）境、降低勞動強度和安全風險，提高勞動（dòng）生產率。
（2）實現了檢（jiǎn）驗數據信息化管理，將人工數據轉移改為數據自動采集（jí），避免了人為因素對檢（jiǎn）驗過程幹（gàn）擾，降低數據（jù）錯誤率，使得最終報出的檢（jiǎn）測數據更客（kè）觀真實。
（3）實現（xiàn）了自動送樣、自動製樣，確保製樣質量的（de）可靠性，更能代表試樣的穩定性，提高樣品分析結果的重複性。
通過上述目標的達成，建立支撐（chēng）寧鋼質量把控（kòng）完整的自動化、信息化架構。寧鋼檢化（huà）驗可在此基礎上，經過持續不斷的完善和補充（chōng），建設基於互聯網、機器人、大數據分析等技術的智慧製造模式（shì），有利（lì）於提升寧鋼的核（hé）心競爭力。
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