CN102962437B - 活塞自动浇注装置及方法 - Google Patents

Abstract

活塞自动浇注装置及方法，涉及活塞生产技术领域，特别是属于一种活塞自动浇注的专用装置及方法。包括铝液炉（1）、镶圈渗铝炉（8）、盐芯保温炉（9）和舀料机器人（14）、自动活塞铸造机（6）、出毛坯装置和控制装置（11）。其特征在于，舀料机器人的横臂前端设有悬臂（2），悬臂的底端设有浇勺（15），安装有第三电动机以及与之配合的浇勺倾转机构。取件机械手由臂部、机身和夹持手构成，臂部前端设有夹持手。活塞自动浇注的方法，包括过滤网放置和自动送丝、合模、舀料和浇注、冷却、开模、出毛坯等步骤。具有机械化程度高、产品合格率高、经济效益好的积极效果。

Description

活塞自动浇注装置及方法

技术领域

本发明涉及活塞生产技术领域，特别是属于一种活塞自动浇注的专用装置及方法。

背景技术

活塞是发动机等的重要机械零件，发动机的更新换代带来活塞技术的迅猛发展，活塞的轻量化、高强度、高耐磨度、高精密度要求使得活塞结构越来越复杂，且在铸造时需要完成的工艺越来越多。目前，国内很多活塞企业还是以手工模具为主，采用金属型上抽芯重力铸造工艺。手工模具结合手工浇注的产品生产方法存在诸多缺陷，如生产效率较低、合格产品的出品率低，而且生产中工人劳动强度比较大，这些问题的存在以及活塞技术的发展促使了传统手工工艺的逐渐被淘汰，并对活塞铸造设备提出了更高的要求。随着工业机器人技术日趋成熟，用机器人代替操作工人进行浇注作业，对于提高生产的机械化程度，改善工人的劳动条件，提高铸件质量都有着显著的促进作用。

发明内容

本发明的目的即在于提供一种新型的活塞自动浇注装置及方法，以达到提高生产效率、提高机械化程度、改善社会经济效益的目的。

本发明所公开的活塞自动浇注装置，包括铝液炉、镶圈渗铝炉、盐芯保温炉和舀料机器人、自动活塞铸造机、出毛坯装置和控制装置，所谓的舀料机器人由基座、前臂、横臂组成，前臂与基座之间设有第一电动机和由第一电动机驱动的旋转机构；自动活塞铸造机具有活塞浇铸自动组合模具以及实现模具自动组合与拆分的动作机构、过滤网配送装置、自动送丝机构；过滤网配送装置由过滤网盒和输送部件构成，输送部件上设置有定位部件和切割部件，输送部件尾端与翻转放置机构相连接，其相对一侧设置有自动送丝机构；出毛坯装置由取件机械手和水槽组成。其特征在于，舀料机器人的横臂前端设有悬臂，悬臂由丝杠和浇勺部构成，丝杠安装在横臂前端的螺孔内；悬臂上端安装有第二电动机和与之相应的悬臂伸缩传动机构；悬臂的底端处为浇勺部，设有浇勺，安装有第三电动机以及与之配合的浇勺倾转机构；上述的取件机械手由臂部、机身和夹持手构成，臂部位于机身上端，其外部两侧具有导轨，臂部与机身之间安装有第四电动机和平移传动机构，以实现臂部相对于机身的平移伸缩；臂部前端设有夹持手；取件机械手机身自上而下分为上体架、支撑架和底座三部分，上体架安装在支撑架外部，并且支撑架外侧设有导轨，上体架与支撑架之间设有第二液压缸，可以实现上体架的自由升降；支撑架与基座之间设有第五电动机以及由其驱动的旋转机构，可以实现支撑架绕底座的旋转或摆动；所述的控制装置采用PLC控制器，其输入端连接数据输入装置、传感模块以及舀料机器人、取件机械手、自动活塞铸造机的通讯接口，其输出端连接到上述所有电机的驱动电路和上述所有液压缸的控制电磁阀。

本发明所公开的活塞自动浇注的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）过滤网放置和自动送丝：

步骤1-1，自动活塞铸造机过滤网配送装置的输送部件将过滤网从过滤网盒中送出；

步骤1-2，输送部件上的定位部件通过步进电机实现对过滤网的定尺，并进行固定；

步骤1-3，输送部件上的切割部件完成对过滤网的切割；

步骤1-4，切割完成的过滤网由输送部件送至翻转机构，翻转放入自动活塞铸造机模具内；

步骤1-5，自动活塞铸造机的自动送丝机构将准备好的一定长度的TiB丝送入模具内；

2）合模： 

步骤2-1：自动活塞铸造机开始合模，人工放入盐芯和镶圈，合模完成后发出信号等待浇注；

3）舀料和浇注：

步骤3-1，舀料机器人接受到信号，悬臂伸出，配合浇勺从铝液炉里舀料；

步骤3-2，浇勺倾转控制铝液体积；

步骤3-2，浇勺进入浇注位进行浇注，同时自动活塞铸造机倾转，排除模具内铝液中可能有的气泡；

步骤3-3，舀料机器人和悬臂清理模具口沿处的氧化皮；

步骤3-4，复位：舀料机器人复位待命；

4）冷却：

步骤4-1：等待预先设定的冷却时间；

5）开模：

步骤5-1：自动活塞铸造机开模动作；

6）出毛坯：

步骤6-1，取件机械手旋转到自动活塞铸造机上方，落下，抓取活塞毛坯；

步骤6-2，取件机械手上升，旋转到水槽上方，取件机械手落下，放置活塞毛坯到水槽内水淬；

步骤6-3，取件机械手回复原位。

本发明所公开的活塞自动浇注装置及方法，在使用时，自动活塞铸造机在PLC控制器控制下开始完成合模动作，之后舀料机器人的悬臂滑到移动式保温炉上方，悬臂伸出，舀料，悬臂提升，前臂绕基座旋转进入浇注位，浇勺倾转，进行浇注，浇注完成后收缩返回，并复位待命。待预先设定的冷却时间后，自动活塞铸造机开模，同时取件机械手完成支撑架旋转、臂部平移、夹持手落下、活塞毛坯抓取、夹持手上升、支撑架回转、夹持手再落下、放置活塞毛坯的动作，将活塞毛坯送入水槽中进行水淬，然后取件机械手上升归位。上述动作在PLC控制器控制下自动完成，具有机械化程度高、产品合格率高、经济效益好的积极效果。

附图说明

附图部分公开了本发明的具体实施例，其中，

图1、活塞自动浇注装置工艺布置示意图；

图2、活塞自动浇注装置左侧视图；

图3、过滤网配送装置结构示意图；

图4、本发明的工作流程图；

图5、本发明的控制原理图。

具体实施方式

本发明所提供的活塞自动浇注装置，舀料浇注工作由一套舀料机器人14自动完成。如图1所示，位于舀料机器人一侧设有铝液炉1，为移动式保温炉，用于保存铝液。其相对一侧还设置有镶圈渗铝炉8和盐芯保温炉9，其相关操作由操作工人10完成。考虑到安全因素，本发明还设有安全防护栅栏3和安全门4。

如图1、图2所示，所谓的舀料机器人其机械部分由基座、前臂、横臂构成，前臂可绕基座旋转，是通过前臂与基座之间设置的第一电动机以及由第一电动机驱动的旋转机构，如主动齿轮与齿圈的配合来实现的。舀料机器人的横臂上设有悬臂2，悬臂由丝杠和浇勺部构成，丝杠安装在横臂前端的螺孔内；悬臂上端安装有第二电动机和相应的悬臂伸缩传动机构，所述的悬臂伸缩传动机构是指丝杠减速传动机构和耐高温精密齿轮、中间齿轮、底部齿轮, 在第二电动机和上述的悬臂伸缩传动机构配合作用下，驱动悬臂连同浇勺作上下伸缩运动。悬臂的底端关节处设有浇勺部，上面设有浇勺15，安装有第三电动机以及与之配合的浇勺倾转机构，如螺纹螺杆机构、连杆机构等，以带动浇勺的倾转实现倒料动作，或者，直接使用伺服电机，也可以简单实现上述的倾转动作。舀料机器人通过倾转浇勺来控制铝液体积和清除铝液中的气泡。

活塞毛坯的铸造成型是由位于舀料机器人一侧的自动活塞铸造机6完成的。其上设有活塞浇铸自动组合模具以及实现模具自动组合与拆分的动作机构、过滤网配送装置、自动送丝机构。过滤网配送装置由过滤网盒16和输送部件20构成，输送部件上设置有定位部件18和切割部件19，输送部件尾端与翻转放置机构21相连接，其相对一侧设置有自动送丝机构22。过滤网17从过滤网盒送出到输送部件上，翻转放置机构以旋转轴为轴心，翻转将过滤网放入自动活塞铸造机模具内。其相对一侧还设置有自动送丝机构，TiB丝由自动送丝机构的卷盘送入模具内。本发明所采用的自动活塞铸造机与现有技术基本相同，故不作过多说明。

出毛坯装置位于舀料机器人的另外一侧，由取件机械手13和水槽12组成。取件机械手由机身、臂部和手部构成，臂部位于机身上端，其上设有导轨，臂部通过其与机身之间所设置的第四电动机和平移传动机构，如齿轮、齿条的配合实现自由平移；臂部前端设有夹持手，由两根向下伸出的、形状与活塞外形相配合的短杆组成，并由第一液压缸带动实现张开与夹紧。取件机械手的机身分为上体架、支撑架和底座三部分，上体架安装在支撑架外部，支撑架与基座之间设有第五电动机及相应的旋转机构，使支撑架可以绕基座旋转或摆动。支撑架外侧设有导轨，上体架与支撑架之间设有第二液压缸，驱动上体架自由升降。

为实现设备的集成化，本发明最好自备一组液压泵站，通过管路连接到取件机械手的液压缸，显然，管路上应设有电磁阀以实现有效控制。

如图5所示，本发明的控制装置11采用PLC控制器,其输入端连接舀料机器人、取件机械手和自动活塞铸造机的通讯接口、传感模块、以及数据输入装置，如键盘、按钮、旋钮等，将浇注过程中的物理信号和位置信息以及设定数据输入到PLC的中央处理器，其输出端连接到舀料机器人、取件机械手以及自动活塞铸造机的驱动电路和安全处理系统电路或者上位机输入接口，来控制现场的设备动作或上位机画面上所显示的数据。舀料机器人的控制部分可以使用ARM9控制器，采用点位伺服控制方式，对浇注速度的的控制，可以采用智能PID控制器实现。

如图1、图4所示，工作启动后，过滤网17从过滤网盒中送出，并完成定尺、切割、放置到自动活塞铸造机模具内，自动送丝机构将TiB丝放置到模具内；自动活塞铸造机合模，发出信号等待浇注；舀料机器人接收信号，悬臂配合浇勺进行舀料，浇注，浇勺倾转控制铝液体积，浇注完成后舀料机器人与悬臂自动清理氧化皮；等待预先设定的冷却时间，待铝液固定结束，自动活塞铸造机开模，同时取件机械手抓取活塞毛坯，放入水槽。

Claims (2)

1.一种活塞自动浇注装置，包括铝液炉（1）、镶圈渗铝炉（8）、盐芯保温炉（9）和舀料机器人（14）、自动活塞铸造机（6）、出毛坯装置和控制装置（11），所谓的舀料机器人由基座、前臂、横臂组成，前臂与基座之间设有第一电动机和由第一电动机驱动的旋转机构；自动活塞铸造机具有活塞浇铸自动组合模具以及实现模具自动组合与拆分的动作机构、过滤网配送装置、自动送丝机构；过滤网配送装置由过滤网盒（16）和输送部件（20）构成，输送部件上设置有定位部件（18）和切割部件（19），输送部件尾端与翻转放置机构（21）相连接，其相对一侧设置有自动送丝机构（22）；出毛坯装置由取件机械手（13）和水槽（12）组成；其特征在于，舀料机器人的横臂前端设有悬臂（2），悬臂由丝杠和浇勺部构成，丝杠安装在横臂前端的螺孔内；悬臂上端安装有第二电动机和与之相应的悬臂伸缩传动机构；悬臂的底端处为浇勺部，设有浇勺（15），安装有第三电动机以及与之配合的浇勺倾转机构；上述的取件机械手由臂部、机身和夹持手构成，臂部位于机身上端，其外部两侧具有导轨，臂部与机身之间安装有第四电动机和平移传动机构，以实现臂部相对于机身的平移伸缩；臂部前端设有夹持手；取件机械手机身自上而下分为上体架、支撑架和底座三部分，上体架安装在支撑架外部，并且支撑架外侧设有导轨，上体架与支撑架之间设有第二液压缸，可以实现上体架的自由升降；支撑架与基座之间设有第五电动机以及由其驱动的旋转机构，可以实现支撑架绕底座的旋转或摆动；所述的控制装置采用PLC控制器，其输入端连接数据输入装置、传感模块以及舀料机器人、取件机械手、自动活塞铸造机的通讯接口，其输出端连接到上述所有电机的驱动电路和上述所有液压缸的控制电磁阀。

2.一种活塞自动浇注的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）过滤网放置和自动送丝：

步骤1-1，自动活塞铸造机过滤网配送装置的输送部件将过滤网（17）从过滤网盒中送出；

步骤1-2，输送部件上的定位部件通过步进电机实现对过滤网的定尺，并进行固定；

步骤1-3，输送部件上的切割部件完成对过滤网的切割；

步骤1-4，切割完成的过滤网由输送部件送至翻转机构，翻转放入自动活塞铸造机模具内；

步骤1-5，自动活塞铸造机的自动送丝机构将准备好的一定长度的TiB丝送入模具内；

2）合模： 

步骤2-1：自动活塞铸造机开始合模，人工放入盐芯和镶圈，合模完成后发出信号等待浇注；

3）舀料和浇注：

步骤3-1，舀料机器人接受到信号，悬臂伸出，配合浇勺从铝液炉里舀料；

步骤3-2，浇勺倾转控制铝液体积；

步骤3-2，浇勺进入浇注位进行浇注，同时自动活塞铸造机倾转，排除模具内铝液中的气泡；

步骤3-3，舀料机器人和悬臂清理模具口沿处的氧化皮；

步骤3-4，复位：舀料机器人复位待命；

4）冷却：

步骤4-1：等待预先设定的冷却时间；

5）开模：

步骤5-1：自动活塞铸造机开模动作；

6）出毛坯：

步骤6-1，取件机械手旋转到自动活塞铸造机上方，落下，抓取活塞毛坯；

步骤6-2，取件机械手上升，旋转到水槽上方，取件机械手落下，放置活塞毛坯到水槽内水淬；

步骤6-3，取件机械手回复原位。