摘 要

高炉冷却壁铸件在投入正式使用之前要进行飞边清理作业，目前国内的大多企业依然是人工进行飞边清理，人工清理作业效率低、作业环境差，而且对于工人的身体有很大危害，所以必须要进行飞边清理作业的自动化开发。本文主要设计了高炉冷却壁铸件飞边清理机器人系统，着重设计了机器人夹持刀具的前端装置，因为铸件飞边有着不规则的特点，故前端装置设计了以下几个创新点：

（1）采用纯机械的设计，现在大部分的前端装置都是利用气缸进行刀具头的浮动，利用气缸驱使，响应慢不能及时作出反应，而利用纯机械的设计就很好地规避了这一缺点。

（2）利用轴向的压簧与碟簧相互配合，实现了刀具头的纵向浮动；利用横向的压簧通过与万向节的配合实现了横向的角度摆动。

（3）利用快换式钻夹头作为快换装置，可以采用市面上购买的刀具，不需要专门制作专用刀具。

通过对铸件飞边的特性分析，确定了刀具的参数，进而确定高速电机的型号和前端装置的各个尺寸设计，并利用软件进行三维建模。为了便于大型铸件的加工，专门设计了可以转动的转台，为冷却壁铸件飞边的清理提供了更加方便快捷的加工方式。最后利用仿真进行前端装置优化，得到了更加合理的尺寸配合。

关键词：铸件飞边清理；前端装置；机器人系统设计；仿真优化

Abstract

Before the blast furnace cooling wall castings are put into official use, flash cleaning operations are required. At present, most domestic enterprises still carry out flash cleaning manually. The efficiency of manual cleaning operations is low, the operating environment is poor, and it is very harmful to the workers' health It is necessary to carry out the automated development of the flashing cleaning operation. This article mainly designs the blast furnace cooling wall casting flash cleaning robot system, and focuses on the design of the front end device of the robot clamping tool. Because the casting flash has irregular characteristics, the front end device has designed the following innovations:

(1) Using pure mechanical design, most of the front-end devices now use air cylinders to float the cutter head, driven by air cylinders, slow response and unable to respond in time, and the use of pure mechanical design avoids this well Disadvantages.

(2) The axial compression spring and the disc spring are used to cooperate with each other to realize the longitudinal floating of the cutter head; the lateral compression spring is used to realize the horizontal angle swing through the cooperation with the universal joint.

(3) Using the quick-change drill chuck as a quick-change device, you can use commercially available knives, no need to make special tools.

Through the analysis of the characteristics of the casting flash, the parameters of the tool are determined, and then the model of the high-speed motor and the size design of the front-end device are determined, and the software is used for three-dimensional modeling. In order to facilitate the processing of large-scale castings, a turntable can be specially designed to provide a more convenient and fast processing method for the cleaning of the cooling wall casting flash. Finally, simulation is used to optimize the front-end device, and a more reasonable size fit is obtained.

Keywords: Casting flash cleaning; front-end device; robot system design; simulation optimization

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外发展现状及趋势 1

1.2.1 国内外铸件飞边清理作业的发展现状 1

1.2.2铸件飞边清理方法研究现状 3

1.2.3 现阶段依然存在的问题 3

1.3 研究的基本内容、目标、采用的技术方案及措施 4

1.3.1 研究的基本目标 4

1.3.2 研究内容 4

1.3.3 采用的技术方案与措施 4

第2章 冷却壁铸件飞边特性分析及刀具的选择 5

2.1 冷却壁铸件飞边特征分析 5

2.2 冷却壁铸件飞边清理工艺设计 6

2.2.1 飞边的清理过程分析 6

2.2.2 飞边清理工具 6

2.2.3 飞边清理相关参数 7

第3章 前端装置设计及建模 9

3.1 高速电机的选型及设计 9

3.2 转轴设计 10

3.3 快换装置选择 12

3.4 外壳及端盖设计 13

3.4.1 顶部端盖设计 13

3.4.2 外壳设计 14

3.5 本章小结 15

第4章 机器人的选型及转台设计 16

4.1 机器人选型 16

4.2 工作转台设计及建模 17

4.2.1 高炉冷却壁铸件建模 17

4.2.2 转台设计 17

4.3 本章小结 20

第5章 机械仿真运动及其改进 21

5.1 机械仿真运动的方法及具体实施 21

5.2 仿真时的注意事项 22

5.3 总装配体动画过程截图 22

第6章 结论与展望 24

6.1 结论 24

6.2 展望 24

参考文献 25

致谢 26

第1章 绪论

1.1 研究背景

在现在的2020年，铸件在铸造之后的清理依然是人工处理，而对于现在的现实情况而言，人工费不断上涨，如需大量人工来进行铸件的飞边清理，那成本费必然会提高，而这也大大提高了铸造企业的负担，同时清理工作车间的环境也很难保证，清理车间在进行清理工作时，难免会产生很多粉尘在漂浮在空气中，随着呼吸进入人体，对工人的身体健康有很大的影响，造成很大的危害，所以很多工作于此的工人大多有哮喘等职业病，而公司为了预防职业病的发生以及工伤赔付，进一步的提高了成本费，对于所有参加工作的工人来说，工作环境和工作强度决定了对于此工作的选择和看法，如果相比于清理车间环境更加干净，工作强度更加低，那么想当然会选择后者，而这也造成了企业的招工难的问题。另外，人工进行的飞边清作业理受环境影响，清理质量很难保证统一，这些都成为了企业的负担。

为了可以有效解决以上难点，提出了利用机器人代替人工作业，机器人有其独特的优越性，在可以替代人工的情况下还可以保证清理质量，相信这将是未来发展的重要板块。

1.2 国内外发展现状及趋势

铸件飞边清理在中国从人工清理到现在也有很长一段时间了，但是铸件飞边清理工作的自动化仅仅从2010年开始局部应用，但国外关于这项工作的发展也仅有十年左右的时间。考虑到当下的国内劳动市场的供需矛盾，我国对于铸件飞边清理工作的自动化程度也会逐渐加深，应用范围及覆盖面也会逐渐扩大。

1.2.1 国内外铸件飞边清理作业的发展现状

自清理飞边作业发展以来，大部分工厂都采用人工清理，人工清理作业质量难以统一，而且工作时间长，作业工件数少，作业环境充满粉尘等一系列的问题，国内外对于铸件飞边清理自动化作业的研究投入了大量的资金。分为专门用于清理的设备和利用机器人进行的飞边清理。