一种智能熔炼系统及其作业方法
阅读说明：本技术 一种智能熔炼系统及其作业方法 (Intelligent smelting system and operation method thereof ) 是由 李增群 姜华夏 徐向阳 王琳琳 于 2020-04-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种智能熔炼系统及其作业方法,涉及铸造技术领域。本发明包括AGV转运设备、自动浇注设备、自动压箱设备、球化烤包、自动翻箱设备、浇冒口去除设备、落砂设备、抛丸设备和积放设备,所述自动浇注设备的内部包括桶形浇注包、倾转机构、横移机构、提升机构、浇注车体、轨道系统、控制及操作系统、安全系统和电缆装置,所述自动压箱设备的内部包括立柱、横梁、升降机构、压箱机构、横移机构和升降与横移驱动机构。本发明通过紧凑布置生产区域,使得设备之间合理布局,从而能够实现减少生产设备数量、缩短工艺路线,以达到提效降本、绿色生产的需求。(The invention discloses an intelligent smelting system and an operating method thereof, and relates to the technical field of casting. The automatic casting machine comprises AGV transferring equipment, automatic casting equipment, automatic box pressing equipment, a spheroidizing ladle, automatic box turning equipment, casting head removing equipment, shakeout equipment, shot blasting equipment and accumulating equipment, wherein the automatic casting equipment internally comprises a barrel-shaped casting ladle, a tilting mechanism, a transverse moving mechanism, a lifting mechanism, a casting vehicle body, a track system, a control and operation system, a safety system and a cable device, and the automatic box pressing equipment internally comprises an upright post, a cross beam, a lifting mechanism, a box pressing mechanism, a transverse moving mechanism and a lifting and transverse moving driving mechanism. The invention can realize the reduction of the number of production equipment and the shortening of the process route by compactly arranging the production areas and reasonably arranging the equipment, thereby meeting the requirements of efficiency improvement, cost reduction and green production.)
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，具体为一种智能熔炼系统及其作业方法。
背景技术
随着机械制造业的不断发展，作为获得毛坯、半成品、成品的铸造业已进入快速发展时期。绿色、高效、节能、环保、安全等已成为铸造企业未来的发展方向，熔炼浇注、打箱清理作为铸件生产的关键工序。也必须要符合上述铸造业发展的要求。
规模铸造企业生产一般配有自动化生产线，可大规模批量生产，也可小批量规模试制。而熔炼浇注过程采用熔化→出铁→保温→转运→浇注的方式实现，整个过程需要人控制行车吊运铁液包来回转运铁液，高空作业、重体力劳动、劳动环境差、危险性高、效率低等问题也随之而来。铸件清理工艺包含冷却、打箱、砂处理、精整四个工序，浇注线铸件凝固后通过辊道输送方式进入冷却线，冷却后通过人力或机械将砂型打碎，从砂箱取出，散砂落砂破碎回收进行再生，铸件取出进行抛丸、浇冒口去除，大批量生产条件下,会采取辊道输送的方式将砂箱送至在落砂床上解箱，再吊取铸件,转运至抛丸工序（小批量所有转运采用吊运方式）。此过程虽然效率高、但是安全隐患大、扬尘严重,是铸造厂脏乱差的典型代表工序。
综上，目前已有的熔炼工艺布置方式或可满足生产节拍需求，但是传统的方式只根据铸件本身的特点来选择生产设备已达不到铸造业绿色、高效的发展要求，铸件产能、生产方式、物流方向和方式等，都是要考虑的重要因素。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能熔炼系统及其作业方法，具备环保无烟尘，效率高，的优点，解决了传统的熔炼浇注整个过程需要人控制行车吊运铁液包来回转运铁液，高空作业、重体力劳动、劳动环境差、危险性高、效率低等的问题。
本发明为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一种智能熔炼作业方法，包括以下步骤：
S1、熔炼：接渣盘→炉前扒渣→回渣盘→接铁水包（烤包器处）→炉前出铁→球化（球化站）→后倾扒渣（扒渣位）→自动浇注→回铁水包（烤包器处）
a、：炉台（电炉一、电炉二）、球化站、烤包器、扒渣位呈一字形布置，浇注位对侧布置。
b、：炉台与球化站、烤包器、扒渣位对侧布置，两侧均可设置浇注线。
S2、转运：使用潜入式AGV转运砂型、铸件，物流方向如下：组芯工位→炉前缓存区→浇注工位→冷却区→翻箱机→冷却区（空托盘）→组芯工位（空托盘）使用AGV，通过修改软件，即可改变现场物流路线以及方向，可有效避免传统辊道线/RGV输送产生的高成本（设备多、设备基础造价高）、物流路线无法调整、维保工作量大等问题。整个转运过程无人参与，相对于人工搬运的低效率，叉车及拖车路径、速度、安全的未知性，AGV的行驶路径和速度可控，定位停车准，从而大大提高了物料搬运的效率，同时，AGV管理系统，可以对AGV小车进行全程监控，可靠性得到提高。在熔炼车间这种高危作业空间，AGV具有较完善的安全防护能力，有智能化的交通路线管理，安全与避碰，多级警示，紧急制动，故障报告等，降低人工作业的风险。
S3、压箱浇注：使用全自动浇注设备，该自动浇注设备由桶形浇注包、倾转机构、横移机构、提升机构、浇注车体、轨道系统、控制及操作系统、安全系统、电缆装置等组成。具有X(纵移)、Y(横移)、Z(升降)、A(倾转浇注及扒渣)四个运动自由度。自动浇注设备为Y(横移)、Z(升降)、A(倾转浇注及扒渣)三轴联动的自动自动浇注设备。机载视觉识别系统通过智能相机连续拍照或光学传感器检测，将浇口杯铁液直径通过工业以太网实时反馈给PLC系统，通过PID控制伺服浇注速度，实现满杯浇注。称重系统检测浇注重量及自动收包，视觉系统和称重系统配合实现自动浇注。自动浇注设备在运行中保证浇注时浇口杯快速充满（满杯浇注），且能做到每箱浇注过程中液面平稳。
S4、浇注工作流程：
a、自动浇注设备接受智能单元控制系统浇注指令，运行至扒渣工位接扒渣斗。
b、自动浇注设备移动至电炉工位，人工对电炉内铁液进行扒渣。
c、自动浇注设备移动至扒渣工位——渣斗退回至扒渣滚道上。
d、自动浇注设备运行至进出包辊道线接浇包。
e、自动浇注设备移动到电炉出铁工位接铁液。
f、自动浇注设备提升倾转机构挂包，自动浇注设备移动至扒渣工位，渣斗移动到自动浇注设备上，人工对浇包内的铁液扒渣。
g、自动浇注设备运动至待浇注工位，倾转机构倾转，同时提升机构提升、横移机构横移，三轴联动进行自动浇注，浇注完成后进入下一工位浇注。
h、浇包内铁液浇完后，自动浇注设备运行至残铁倾倒工位，倾倒剩余铁液（如有）。
i、自动浇注设备运行至进出包辊道，将浇包放回，进入下一循环，并上传本次浇注数据至智能单元控制系统。
S5、压箱工作流程：
a、压箱系统接收智能单元系统压箱指令。
b、根据智能单元系统提供的压箱坐标，压箱机构下压至指定位置并锁死。
c、压箱装置向智能单元反馈压箱完毕信号。
d、当前浇注工位浇注完毕后，根据智能单元下达的压箱时间指令，压箱装置维持压箱状态，达到规定压箱时间后，压箱装置恢复初始位置。
e、压箱装置向智能单元反馈完成归位指令，并上传压箱数据至智能单元控制系统。
S6、打箱砂处理、抛丸：
a、打箱抛丸流程：呼叫翻箱→AGV转运芯包至翻箱/推箱机→自动翻箱/推箱→铸件抓取→翻箱/推箱机回位→AGV转回空托盘→铸件抛丸→报工。
b、抓件机械手工作流程：铸件抓取(落砂机)→抛丸上件→抛丸下件→去浇冒口→铸件放置托盘。
一种智能熔炼系统，包括AGV转运设备、自动浇注设备、自动压箱设备、球化烤包、自动翻箱设备、浇冒口去除设备、落砂设备、抛丸设备和积放设备，所述自动浇注设备的内部包括桶形浇注包、倾转机构、横移机构、提升机构、浇注车体、轨道系统、控制及操作系统、安全系统和电缆装置，所述自动压箱设备的内部包括立柱、横梁、升降机构、压箱机构、横移机构和升降与横移驱动机构。
与现有技术相比，该智能熔炼系统及其作业方法具备如下有益效果：
1、本发明通过紧凑布置生产区域，使得设备之间合理布局（图1），从而能够实现减少生产设备数量、缩短工艺路线，以达到提效降本、绿色生产的需求。
2、本发明通过自动浇注设备运行范围内，可直接到达烤包工位、出铁工位，扒渣工位、球化工位、浇注工位，可以有效利用厂房空间，缩短了铁液转运流。浇注流程缩短，可以有效解决铁液温降问题，并且可以适当降低出铁温度，减小电炉运行功率，同时减少烘包次数以及时长，从而降低生产成本。铁水转运及浇注，均使用自动自动浇注设备，减少人工操作，有效降低劳动强度并保证作业安全。炉前浇注工艺集中，有利于炉台、扒渣工位、浇注工位球化站做集中除尘处理，以保证浇注过程中无烟尘散逸，达到环保要求。
3、本发明落砂工序过程扬尘大，作业环境差，一直以来都是工人最不愿意工作的场所，本方法对此工序进行了高度集成，通过将打箱、转件、抛丸设备紧凑布置，且落砂设备紧邻铸件冷却区、与抛丸设备、收集工位围绕机械手环形布置，后续精整、检测、喷漆采用积放链输送的方式形成闭环，铸件不落地，提高生产节拍。如此布置方式，使扬尘点集中，便于除尘处理。使用抓件机械手代替辊道输送或吊运，节省空间且操作者只需在机械手驾驶室里即可完成翻箱、打箱、抛丸、浇冒口去除、转件等一系列流程，同时可监控设备状态，发现异常也可及时处理，极大降低工人劳动强度以及改善作业环境。
附图说明
图1为本发明结构熔炼生产整体布局图；
图2为本发明结构浇注区整体布局图；
图3为本发明结构浇注区水平布局图；
图4为本发明结构浇注区对侧布局图；
图5为本发明结构打箱区整体布局图；
图6为本发明结构后处理环线布局图；
图7为本发明结构转运AGV及托盘结构示意图；
图8为本发明结构自动浇注机示意图；
图9为本发明结构自动压箱机示意图；
图10为本发明结构翻箱状态示意图。
具体实施方式
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种智能熔炼作业方法，包括以下步骤：
S1、熔炼：接渣盘→炉前扒渣→回渣盘→接铁水包（烤包器处）→炉前出铁→球化（球化站）→后倾扒渣（扒渣位）→自动浇注→回铁水包（烤包器处）
a、：炉台（电炉一、电炉二）、球化站、烤包器、扒渣位呈一字形布置，浇注位对侧布置。
b、：炉台与球化站、烤包器、扒渣位对侧布置，两侧均可设置浇注线。
S2、转运：使用潜入式AGV转运砂型、铸件，物流方向如下：组芯工位→炉前缓存区→浇注工位→冷却区→翻箱机→冷却区（空托盘）→组芯工位（空托盘）使用AGV，通过修改软件，即可改变现场物流路线以及方向，可有效避免传统辊道线/RGV输送产生的高成本（设备多、设备基础造价高）、物流路线无法调整、维保工作量大等问题。整个转运过程无人参与，相对于人工搬运的低效率，叉车及拖车路径、速度、安全的未知性，AGV的行驶路径和速度可控，定位停车准，从而大大提高了物料搬运的效率，同时，AGV管理系统，可以对AGV小车进行全程监控，可靠性得到提高。在熔炼车间这种高危作业空间，AGV具有较完善的安全防护能力，有智能化的交通路线管理，安全与避碰，多级警示，紧急制动，故障报告等，降低人工作业的风险。
S3、压箱浇注：使用全自动浇注设备，该自动浇注设备由桶形浇注包、倾转机构、横移机构、提升机构、浇注车体、轨道系统、控制及操作系统、安全系统、电缆装置等组成。具有X(纵移)、Y(横移)、Z(升降)、A(倾转浇注及扒渣)四个运动自由度。自动浇注设备为Y(横移)、Z(升降)、A(倾转浇注及扒渣)三轴联动的自动自动浇注设备。机载视觉识别系统通过智能相机连续拍照或光学传感器检测，将浇口杯铁液直径通过工业以太网实时反馈给PLC系统，通过PID控制伺服浇注速度，实现满杯浇注。称重系统检测浇注重量及自动收包，视觉系统和称重系统配合实现自动浇注。自动浇注设备在运行中保证浇注时浇口杯快速充满（满杯浇注），且能做到每箱浇注过程中液面平稳。
S4、浇注工作流程：
a、自动浇注设备接受智能单元控制系统浇注指令，运行至扒渣工位接扒渣斗。
b、自动浇注设备移动至电炉工位，人工对电炉内铁液进行扒渣。
c、自动浇注设备移动至扒渣工位——渣斗退回至扒渣滚道上。
d、自动浇注设备运行至进出包辊道线接浇包。
e、自动浇注设备移动到电炉出铁工位接铁液。
f、自动浇注设备提升倾转机构挂包，自动浇注设备移动至扒渣工位，渣斗移动到自动浇注设备上，人工对浇包内的铁液扒渣。
g、自动浇注设备运动至待浇注工位，倾转机构倾转，同时提升机构提升、横移机构横移，三轴联动进行自动浇注，浇注完成后进入下一工位浇注。
h、浇包内铁液浇完后，自动浇注设备运行至残铁倾倒工位，倾倒剩余铁液（如有）。
i、自动浇注设备运行至进出包辊道，将浇包放回，进入下一循环，并上传本次浇注数据至智能单元控制系统。
S5、压箱工作流程：
a、压箱系统接收智能单元系统压箱指令。
b、根据智能单元系统提供的压箱坐标，压箱机构下压至指定位置并锁死。
c、压箱装置向智能单元反馈压箱完毕信号。
d、当前浇注工位浇注完毕后，根据智能单元下达的压箱时间指令，压箱装置维持压箱状态，达到规定压箱时间后，压箱装置恢复初始位置。
e、压箱装置向智能单元反馈完成归位指令，并上传压箱数据至智能单元控制系统。
S6、打箱砂处理、抛丸：
a、打箱抛丸流程：呼叫翻箱→AGV转运芯包至翻箱/推箱机→自动翻箱/推箱→铸件抓取→翻箱/推箱机回位→AGV转回空托盘→铸件抛丸→报工。
b、抓件机械手工作流程：铸件抓取(落砂机)→抛丸上件→抛丸下件→去浇冒口→铸件放置托盘，其中，传统铸造的落砂工序，一般是采用天车将浇注完成的芯包冷却后从冷却工位吊装到落砂工位进行破碎落砂。采用天车吊装在高空输送，存在很大的安全隐患，对车间空间有一定要求，需要操作工人合作完成，人力成本高，效率低。随着铸造业的不断发展，铸件生产的自动化程度越来越高，传统的采用吊车的落砂工序对3D打印无箱造型技术已不实用，因此本着便利安全的原则，本工序采用AGV输送小车和翻箱机结合实现自动输送翻箱至落砂机进行落砂处理。针对于裸浇砂型或套箱砂型，使用翻箱或推箱的方式，将砂型送入落砂床，在落砂床上进行落砂，使用抓件机械手进行铸件抓取，翻转，将铸件内腔散砂倒入落砂床后，继续使用机械手将铸件挂于抛丸机吊钩上，进行抛丸，抛丸结束，取件进行浇冒口去除。
一种智能熔炼系统，包括AGV转运设备、自动浇注设备、自动压箱设备、球化烤包、自动翻箱设备、浇冒口去除设备、落砂设备、抛丸设备和积放设备，自动浇注设备的内部包括桶形浇注包、倾转机构、横移机构、提升机构、浇注车体、轨道系统、控制及操作系统、安全系统和电缆装置，其中，自动浇注设备为Y(横移)、Z(升降)、A(倾转浇注及扒渣)三轴联动的自动自动浇注设备。机载视觉识别系统通过智能相机连续拍照或光学传感器检测，将浇口杯铁液直径通过工业以太网实时反馈给PLC系统，通过PID控制伺服浇注速度，实现满杯浇注。称重系统检测浇注重量及自动收包，视觉系统和称重系统配合实现自动浇注。自动浇注设备在运行中保证浇注时浇口杯快速充满（满杯浇注），且能做到每箱浇注过程中液面平稳，自动压箱设备的内部包括立柱、横梁、升降机构、压箱机构、横移机构和升降与横移驱动机构。立柱及横梁采用的 H 型钢加工而成，导向机构由直线导轨组成，升降机构采用滚珠丝杠，伺服电机驱动控制升降，升降行程。横移采用直线导轨和连接支架组成，横移范围±400-650mm，距离 250mm，横移机构的移动采用伺服电机驱动。压箱机构与砂型接触部分采用浮动连接，以达到最好的压紧效果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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