原标题：铸件清理打磨自动化技术应用 没了怪现象
摘要：铸件的清理——即去除铸件的浇冒口和飞边，是铸造生产中不可缺少的一道工序；由于此环节机械化和自动化的程度不高，存在着工作效率低、劳动强度大、作业环境污染严重、安全隐患大等众多问题。本文介绍的利用高刚性机械手打磨加工中心、数控多轴向机床、非标数控、冲压剪缘及机器人等全序列设备对铁素体铸件毛刺飞边去除的方法是近年来最先进的铸件清理方法之一，该方法能有效地提高生产效率和改善作业现场的环境，对相关企业的生产有很大的促进作用。
关键词：浇冒口；毛刺飞边去除；高刚性机械手臂；铸造打磨生产线
众所周知，中国是个铸造业大国，其中铸件的清理是铸造生产中不可缺少的一道关键工序，但在生产过程中由于机械化和自动化的程度低，严重制约着中国的制造业发展，也是中国只能称为铸造业大国而非“铸造业强国”的关键原因之一。
国外基于劳动力的缺乏和工业化的发达，借鉴机械加工设备的经验开发出了一些铸件清理设备应用于部分高端铸件打磨现场，投入使用后取得了一定的效果，但也存在着一些问题。
（1）中国国内铸造工况的实际情况与国外是有一定的区别的，其中包括人员管理问题，工件精度问题，铸件品种问题。
例如：国内外工件铸造精度不同，国外是修磨，而国内是磨削。设备现场使用工况难度远超国外现场。
（2）设备价格十分昂贵，难以普及并广泛应用。
基于这样一个环境背景，我们通过六年多的时间，从机床与机器人原理结构入手，不断从底层开发，推出了铸造件清理打磨全序列设备的解决方案，并在国内多家知名企业予以应用，取得良好效果。包括高刚性机械手臂打磨加工中心、数控磨削机床、机器人打磨设备、非标类设备、冲压剪缘设备等等，填补了行业空白。解决了铸件打磨所产生的粉尘污染，并且使产品废品率基本为零，铁屑回收率趋近于百分之百。完全达到了车间无污染、无工伤、无不良品的目的，在节能减排的大前提下，有效的做到了减员增效。这些都完全顺应了我国现阶段发展的需求。
一、原始处理方法及危害
铸件后处理、清理工序，大多数企业还是以传统的锤击和普通砂轮机研磨方式为主。这种方式存在着工作效率低下、劳动强度大、作业环境恶劣、安全隐患严重、成品质量残次不齐、和由此带来的人力资源紧张诸多问题；难以与造型及浇注的高效率相适应，严重影响了造型线的效率发挥；如何提高铸件清理工作效率，尤其是去除铸件的浇冒口和飞边毛刺工作的效率，是铸造工作者一直在探索和迫在眉睫需要解决的问题。
二、自动化进程的瓶颈与解决方法
经过我们几年来的调查研究，国内后处理打磨领域自动化进程推进的十分缓慢，总结下来有以下几点原因。
（1）整体打磨设备技术路线的模糊。
说到铸件打磨，首先应考虑的是采取何种方式进行打磨，即产品技术路线。我司从高刚性机械手臂以及机床形式形式两条技术路线同时开发并应用。取得了较好的实际使用效果。
（2）打磨设备所涉及的的关键技术问题包括，打磨路径灵活性能力、打磨耗材的基础工艺、切削与磨削刚性与对应的加工效率、设备控制系统技术、被打磨铸件金相稳定性、设备体积。而且以上诸多技术问题相互关联。
举例：耗材（金刚石砂轮）的开发。耗材是荒磨领域的灵魂，之前国外技术一直对国内保密，因此我们的技术路线初期规划就是从耗材开始突破，同步进行设备的技术攻克。经过六年多年的踏实实践，我们已经掌握了机电性能及耗材的匹配的核心工艺，有助于推进后处理打磨领域的自动化进程。而仅仅一个耗材问题就与设备刚性、柔性、控制等等核心技术参数发生联动反应，其中大量的数据需要一个较长的应用时间积累。
（3）单机设备，不能系统解决问题。
目前市场多以单机设备为主，局限性大，需要客户自助选择，要用工件去适应设备，我们认为这是不合理的。
解决这一问题，我们的理念是：必须为用户拿出全序列系统的解决方案。针对用户的厂区、产品等特点，给出专业化的整体规划，包括设备的选型、物流的构建、工序的衔接等等，将资源合理利用，节省用户选型、分析、规划等等的运行成本。其中又以设备的选型为核心。
举例：某种铸件为达到更好的打磨效果，可以通过冲压、打磨加工中心、非标设备组合而成。
我们要清晰的看待如何完成自动化打磨，其中还涉及到智能激光照排与物流规划功能。现今市场上激光技术的成熟为我们提供了铸件识别、磨削后检测两个关键辅助检测功能。而机械手以及桁架物流的广泛推广又使得实现智能化工厂得到了很好地保障。
（4）市场应用问题。
市场应用现状是制约国内产品发展的最大障碍，很多制造商设备没有经过用户的实际生产，没有使用现场，就没有说服力。这些也是在我们技术开发初期就考虑到的，良好的用户使用感受，是我们现在生存的根基。
（5）几种常用打磨设备的功能特点。
单双主轴的机床打磨设备
特点：刚性强、加工速度快，精度高，通用性强。机床形式具备可自带旋转夹具功能，可适应水平与垂直方向360度旋转打磨。
不足：体积大，物流连接受制约,装配与维护复杂。
三关节托举机械臂
特点：加工灵活性强，体积小，可满足小件小合模线浇口打磨，针对于中小件通用性强。
不足：刚性差、加工速度慢，工件加工重量受限制，无法完成垂直方向360度旋转加工。尤其是在长时间使用后，因磨削力较大，会出现关键关节核心不交劳损，因刚性弱的问题导致的磨削偏差，需定期进行程序修正。
同时因刚性问题导致加工速度下降，会导致砂轮与磨削面接触时间过长，而形成的铸件表面磨糊状态，金相撞变后会导致后续加工费用提升。
图1是高刚性正常打磨及打磨金相转变后的对比，后者维氏硬度达到600HV以上，后续机加工损坏刀具严重。
承载力问题上，如为了加大承载力而加大机械臂结构尺寸可以从表面上提升打磨铸件重量，但是末端刚性还是不强，则还会出现速度慢、金相影响的问题。
高刚性托举机械臂（中屹铭科技开发产品）
特点：同时具备机床的高刚性与机械手的柔性，可完成大工件、大浇冒口快速加工。功能已经超越国内外企业产品。
优势：单机标准化，在固定尺寸下加工工件重量远高于三关节机械手臂，两种标准机型（加工范围Φ500*350,Φ750*450）可适应1-100公斤和60-15公斤铸造件打磨。刚性接近于机床形式。整体功能优势明显，超越国外设备。
敞开式机器人打磨单元
特点：适用于缸体缸盖及大工件，尤其是铸铝件。物流方面比较优越。
不足：但是在铸铁件拿举或者换刀库的形式磨削过程中，刚性差，打磨过程中抖动严重，质量隐患大。
三、打磨工序解决方案应注意的一些问题
首先要把磨削问题放在首位，把磨削所涉及的各类参数掌握好。这需要多年的现场经验以及数据累加。
不同的磨削设备适应不同的工件。要注意通用性，设备合理搭配性。
物流问题十分关键，要能做到一人多机、一人一条生产线的生产能力。要具备主机、辅助设备搭配使用，并具备很好的通用型。
打磨设备的实际功效不单单是打磨，是一个需要“看前序加工能力与技术管理水平，为后序省钱的关键工序”，打磨精度提升，为后续会节约很多。。
甲方铸造件形态以及合模线、浇口与设备定型有重要关系。
磨削生产线的运营成本包括：设备合理搭配以及选型、全自动与半自动线的不同理念、物流合理性、综合能耗、人员操作、设备维护、耗材费用、安全系数。开发与生产能力亦是基础保障！
综述：打磨设备是新的产品领域，不是设备厂主导，而是铸造厂现场实际情况作为主导。最关键的是具备科学的选型路线以及合理的投入
同时我们开发了高刚性机械臂，机床（单双主轴）两种主流打磨设备，属国内外为首创。
四、打磨解决方案中关键设备
1.高刚性托举机械手打磨加工中心（可达到七轴加工能力）
高刚性托举机械手打磨加工中心，可达到七轴加工能力，见图2。
经过多年现场经验，我司发现制约打磨现场的两个核心技术指标就是柔性与刚性，如何有效的使这两个功能同时集结于一种设备上，我司开发出高刚性机械臂。
其主要技术特点为，具备机床的高刚性与机械臂的柔性，使得体积更小，加工速度更快，如图3、图4所示。设备机械结构为国内外首创。
尤其是控制系统为自主研发，使得设备编程与工件加工更加便捷有效。设备稳定性大大增强，适应铸件打磨工况更为广阔，维护费用低廉。
6年的后处理打磨实践经验，所有设备均拥有自主核心知识产权。尤其是机械结构、数控系统及源程序的开发，核心技术均自有掌握。设备已经完成了从“与国外设备性价比之争”到“产品结构及磨削功能超越国外设备”的突破与跨越。
同一设备加工工件成功案例：见图5。
2.多轴向数控磨削机床
（1）单主轴形式（可达到六轴向加工能力），见图6。
设备采用机床加工形式，稳定可靠、刚性强。设备各轴向运动采用数控伺服系统控制，位置运动及加工精度高。主轴砂轮具有自主产权的工艺制成，加工安全性能大大提高。数控多轴向磨削机床属于通用设备，根据不同的铸件品种通过更换工装夹具达到互换性。设备配备除尘装置可以很好地改善生产加工环境。先进的磨削加工形式，避免了对工件的损害，免除了后加工的探伤环节。
（2）五轴双主轴形式（以六轴三联动为基础，总轴数可扩展到12轴向），见图7。
采用五轴双主轴设备，适用于复杂多面铸件，如缸体类、复杂圆盘类，可以从两个主轴方向同时加工复杂曲面。为国内外首创，使得我们在机床磨削领域的技术能力得到了很好验证。
3.机器人打磨单元
针对较为复杂孔、洞类工件或是较为大型的工件的打磨，我们推荐使用机器人打磨单元（如图8所示）。机器人打磨单元主要由多关机机械臂配合高转速主轴组成，机械臂以4-6关键为主，高速主轴配以金刚石砂轮片打磨，达到了最佳的灵活性。
此外，我们也产试过采用机器人抓取铸件的磨削方式，但这种工作方式局限性较大。考虑到机械臂的刚性，大工件不适宜采用机械臂抓取；小工件可以适用，但其效率远没有数控磨削机床高，且造价较高。因此我们只有在特定用户、特殊情况下，才会推荐客户使用机器人抓取工件打磨的方式。
4.非标打磨设备
在使用设备解决了劳动强度大、作业环境恶劣、安全隐患严重、成品质量残次不齐等问题后，设备产能及加工效率又成了用户所关心的重点了。作为通用性较强多轴向数控设备、机器人设备，不可能做到对任何铸件都具备较高的清理效率，因此非标打磨设备便在这样的前提下开发成功，我们会根据用户的特点，对其量身订做适合其产品线的设备，在针对某一领域内（如汽车制动领域），达到最大的兼容性。
（1）冲压剪缘设备 冲压剪缘机床有液压装置、上压模、刃口、机身、专用磨具等主要结构组成（见图9）。利用液压在工作时产生的高压力推动冲压模具将工件外缘浇冒口、毛刺、毛边去除。工作效率高、工作环境清洁。设备最大的特点是加工效率高、工作强度低、加工成品一致性好。但设备有一定局限性：由于灰铁铸件特性，不适合使用该设备；对于铸件存在强度薄弱的部位，同样不适用此设备，容易出现铸件缺陷。一般关键品铸件（如汽车制动系统）采用此类设备去除浇冒口，后序必须配有探伤机构。
（2）四面磨削设备 针对于汽车缸体、缸盖等铸件的规则平面的清理，多在第一序采用四面磨削设备（见图10）。利用该设备将规则平面进行一次性成型清理，效率高，减轻后序清理工作的压力。其弊端在于局限性较大，仅适用于规则铸件或规则面的清理；且不能独立完成铸件的所有面的清理工作。因此，我们建议，在使用四面磨削设备的同时，须在后序配合其他多轴向机床设备、机器人设备或非标类其他设备，共同完成复杂逐渐的清理工作，利用全序列化理念，达成产线的自动化运行。
（3）圆盘类磨削设备 根据客户的需求，针对圆盘类铸件规格多样、批量大等特点，我们也拿出了具有针对性的解决方案。
单机圆盘打磨设备： 针对常规用户的常规圆盘类铸件的清理（如刹车盘、飞轮等），我们建议使用生产线模式（见图11），具有高的性价比及效率。
利用机床原理，两个伺服轴向配合对圆盘的外缘进行磨削。主轴采用小功率伺服主轴，带动金刚石砂轮片（见图12）完成加工工作。
通过式圆盘磨削生产线：利用流水线原理，在一台设备上完成对刹车盘等圆盘类铸件的内孔、外缘的磨削工作。两序间利用简易机械臂倒序，达到最佳生产节拍。外缘采用大功率主轴带动金刚石砂轮完成，如图13所示。
（4）快速成型设备 在我们开发过程中，总会遇到一些批量较大、曲线较复杂的铸件，如果用通用设备加工，会很大程度的影响加工效率。针对这类铸件，我们建议使用快速成型设备。成型设备特点是加工效率高，将复杂的问题简单化去解决；缺点是设备的延展性较差，针对性较强，只能在某一类特定领域内进行兼容。
凸轮轴磨削设备：针对压缩机类凸轮轴铸件（见图14），其特点就是批量极大，处理起来很费时费力。凸轮轴磨削设备（见图15）采用仿形砂轮，可一次对4组铸件同时进行加工，单次加工节拍不超过10秒，配合流程架输送，单件节拍仅为2.5秒左右。
汽车刹车钳成型设备：同样采用仿形砂轮片，对刹车钳内口进行磨削（见图16），一次成型，提高生产效率。配合冲压设备使用，能够达成完美的生产节拍。
5.常规打磨设备及耗材
常规砂轮机及砂轮片（见图17）是铸造厂后处理车间不可缺少的设备之一，其灵活性是任何设备无法比拟的，同时其弊端也很多：噪音、粉尘、危险性强等。
因此在使用常规打磨设备打磨铸件时，我们建议使用金刚石砂轮片。金刚石砂轮片的优点：自身不产生粉尘、不爆裂、寿命长、不消耗等等。其运行成本也远低于常规砂轮片。但国内目前金刚石砂轮市场参差不齐，我们也是通过几年的材料领域的技术积累，才使得金刚石砂轮得到成功的推广。
金刚石砂轮优势对比：见附表。
6.自动化物流生产线及辅助设备
在全序列解决理念下，自动化物流生产线（见图18）不可或缺。根据用户的厂区状况，结合产品的特点，利用有效的物流生产线将不同的设备排列组合，达到最佳生产状况，达成节拍的同时，节省人力。
五、实际使用现场及规划
案例1：某大型合资企业8组设备生产线成功使用现场，见图19。
案例2：某大型国企曲轴自动化打磨生产线成功使用现场，见图20。
案例3: 复杂型面压盘自动化打磨生产线，见图21。
序内解决方案：见图22。
结束语
天津中屹铭科技有限公司历经六年多在铸造打磨领域默默耕耘，目前是国内外唯一的具备机床与高刚性机械手两种打磨形式设备的生产企业。具备自有知识产权40余项。
国产设备始终有一个怪现象，就是一直在与同类进口产品对比性价比，其意义为就是以低质量低价格取胜。我公司产品的产品原则为在铸造打磨领域首先做到功能超越，其次价格更为优惠。
在清理打磨技术在实际使用中，我们会针对行业现状、产品实际情况、凭借扎实稳健的实际应用以及技术积累，为改善实际生产一线工件打磨质量、提升效率而不懈努力。以最合理的资金投入为广大铸造企业提供最大的效能。
☞来源：《金属加工（热加工）》
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