高速铁路接触网简统化铝合金零部件锻造自动化生产线

摘要

本发明公开了高速铁路接触网简统化铝合金零部件锻造自动化生产线，包括加热炉、锻造机以及控制柜，在所述的锻造机内设有模具，在所述的加热炉和锻造机之间设有抓取坯料的上料机械手，在所述的锻造机下料一侧设有抓取锻件的下料机械手，在所述的下料机械手上设有喷气嘴和喷淋嘴，在所述的喷气嘴上连接有空压机，所述的喷淋嘴连接有脱模剂输送装置，所述的喷气嘴用于清除模具型腔内杂质，所述的喷淋嘴用于向模具型腔内喷涂脱模剂。解决生产过程中人工操作方式、生产效率低、安全系数低等困难问题，提高生产效率、产品质量、降低人工成本及劳动强度。

说明书

技术领域

本发明涉及自动化生产线，尤其涉及高铁接触网简统化铝合金零部件的锻造自动化生产线领域。

背景技术

高速铁路接触网中简统化铝合金产品锻造过程中坯料加热、锻造、锻造节拍控制、产品脱模各工序一直都是生产制造企业的难点。传统的生产制造过程中各工序均采用人工操作方式，各设备之间无连续性，均为孤岛生产模式。模具润滑采用传统的涂刷方式，造成型腔润滑不均匀，特别是针对新型简统化铝合金锻件带独立单双耳及铆接柱台的结构方式，不是没有润滑剂就是润滑剂存积太多，导致粘模或成形差，生产效率低，安全系数低。

随着我国经济高速发展，人工成本逐渐增加，加之锻造行业环境噪声、震动、烟雾污染、热辐射、易灼伤等比较恶劣，招工更是难上加难。这一系列的问题促使锻造行业迫切需要采用自动化技术替代人工锻造模式。企业若想在市场占有一定份额，必须以自动化、高效率、精密、环保节能为发展方向，提高效率，降低生产成本。

发明内容

未解决现有技术中的不足，提供一种降低劳动强度，提高生产效率，安全系数高的自动化锻造生产线，本发明所采用的技术方案是：

高速铁路接触网简统化铝合金零部件锻造自动化生产线，包括加热炉、锻造机以及控制柜，在所述的锻造机内设有模具，在所述的加热炉和锻造机之间设有抓取坯料的上料机械手，在所述的锻造机下料一侧设有抓取锻件的下料机械手，在所述的下料机械手上设有喷气嘴和喷淋嘴，在所述的喷气嘴上连接有空压机，所述的喷淋嘴连接有脱模剂输送装置，所述的喷气嘴用于清除模具型腔内杂质，所述的喷淋嘴用于向模具型腔内喷涂脱模剂。

进一步的，还包括有冲压机，在所述的冲压机和锻造机之间设有传送带。

进一步的，在所述的加热炉和上料机械手之间设有二次定位装置，所述的二次定位装置包括支架，在所述的支架上倾斜设置有V型槽道，在所述的V型槽道内壁上设有一组万向滚珠，在所述的V型槽道上还设有定位块。

进一步的，在所述的V型槽道上至少间隔设置一对定位块；在所述的支架上安装有能检测棒材温度的测温传感器。

进一步的，所述的加热炉为天然气射流加热炉，所述的加热炉包括炉体，在所述的炉体内设有带V型槽的输送带；在所述的炉体靠上料机械手一端设有通过液压控制开闭的炉门，在所述的炉门上设有温度监测仪，在所述的炉体靠近炉门一端的两侧设有一对位置相对的透视窗，在所述的炉体外部设有光栅传感器，所述的光栅传感器与透视窗相对。

进一步的，在所述的炉体顶部沿输送带传动方向设有一对风机，在所述的炉体内顶部设有一对与各风机相对加热元件，在所述的加热元件下方均设有楔形喷风箱，在所述的炉体内靠近输送带位置的两侧设有导风板；在所述的透视窗上安装有耐高温玻璃。

进一步的，在所述的模具内设有加热棒和温度探测仪，在所述的模具内还设有顶料杆，所述的顶料杆设置在模具型腔延展边缘位置，在所述的锻造机上设有驱动顶料杆工作的顶出气缸。

进一步的，所述的锻造机为直锻后加压锻造设备。

进一步的，所述的脱模剂输送装置包括搅拌桶、配料桶、恒压乳化泵，所述的搅拌桶用于盛放脱模剂，所述的搅拌桶和配料桶之间设有将搅拌桶内脱模剂输送至配料桶内的添加自动控制器，在所述的配料桶上连接有向配料桶内输送水的进水阀，所述的配料桶与恒压乳化泵连通且之间设有加压器，在所述恒压乳化泵出液口依次连通有清洗控制器、紧急关停器和自动喷涂阀，所述的空压机连接到自动喷涂阀上，在所述的清洗控制器上连接有水管，所述的自动喷涂阀与喷淋嘴和喷气嘴连接，在所述的自动喷涂阀上还连接有回液开关控制器，所述的回液开关控制器与配料桶连通。

进一步的，所述的上料机械手包括机械手臂，在所述的机械手臂上安装有上料法兰，在所述的上料法兰上安装有延长杆，在所述的延长杆两端分别设有上料气缸和上料手爪架，在所述的上料手爪架上固定有定夹料板，在所述的上料手爪架上活动设置有与定夹料板配合的动夹料板，所述的上料气缸用于驱动动夹料板活动；在所述的定夹料板上设有与动夹料板滑动配合的导柱。

进一步的，所述的下料机械手包括机械手臂，在所述的机械手臂上安装有下料法兰，在所述的下料法兰上设有安装臂，在所述的安装臂一侧设有安装板，在所述的安装板上设有一对夹持手指，各所述的夹持手指均包括与安装板固连的安装片，在所述的安装片上设有下料气缸，在所述的下料气缸伸缩端设有推板，在所述的安装片上固定有定手指，在所述的安装片上铰接有动手指，在所述的动手指上设有拨杆，在所述的推板上设有斜槽，所述的拨杆置于斜槽内。

本发明解决生产过程中人工操作方式、生产效率低、安全系数低等困难问题。代替人工操作，实现坯料加热温度精确控制和分拣、多关节机器人夹持坯料、自动顶料、脱模剂自动配比和喷涂以及锻造的自动化生产，提高生产效率、产品质量、降低人工成本及劳动强度。

附图说明

图1为本发明整体布局图；

图2为本发明加热炉结构示意图；

图3为本发明加热炉内部结构示意图；

图4为本发明二次定位装置结构示意图；

图5为本发明模具结构示意图；

图6为本发明脱模剂输送装置系统示意图；

图7为本发明上料机械手抓取部位结构示意图；

图8为本发明下料机械手抓取部位结构示意图；

图9为本发明下料机械手机械手指结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的高速铁路接触网简统化铝合金零部件锻造自动化生产线包括有加热炉1、锻造机2以及控制柜3，在锻造机2内安装有模具4，加热炉1和锻造机2之间设有上料机械手5，上料机械手5将加热炉1内加热到指定温度的坯料取出后送至锻造机2上的模具4型腔内实施锻造成型，在锻造机2下料一侧设有下料机械手6，下料机械手6用于将锻造完成的半成品零件从模具4型腔中取出，由于在坯料放入模具4前需要对模具4型腔进行清理和喷涂脱模剂，在下料机械手6上安装有喷气嘴6-1和喷淋嘴6-2，喷气嘴6-1上连接有空压机7，空压机7输送高压气体到喷气嘴6-1，在下料机械手6的动作下通过喷气嘴6-1将模具4型腔内的杂质、氧化皮等影响锻造质量的杂物；而为了使锻造后的零件顺利从模具4中脱离，需要在模具4型腔中喷涂脱模剂，安装在下料机械手6上的喷淋嘴6-2连接有脱模剂输送装置8，脱模剂输送装置8将配比好的脱模剂输送至喷淋嘴6-2，在下料机械手6的动作下通过喷淋嘴6-2将脱模剂喷涂到模具4型腔上。该结构中加热炉1、锻造机2、上料机械手5、下料机械手6以及喷气和喷淋的工作都通过控制柜实现控制，控制采用PLC控制，安全可靠。通过上面结构从加热到下料过程几乎完全实现自动化，减小劳动强度，提高生产效率。

在该生产线中还可以增加锻件后续加工设备，如图1中设置有冲压机9用于对半成品锻件冲裁飞边，在冲压机9和锻造机2之间设置传送带10，下料机械手6将半成品锻件从模具4中取出后放置到传送带10上，通过传送带10输送至冲压机9，提高物流周转效率。

由于配料在加热炉1中很难定位，上料机械手5在抓取坯料时坯料在机械手上位置无法确定，为了避免机械手将坯料放入模具中室位置不准确而无法锻造成型，需要对坯料先进行定位后再放入模具中，因此如图1所示在加热炉1出料口一侧设有二次定位装置11，如图4所示该二次定位装置11包括有支架11-1，在支架11-1上倾斜设置有V型槽道11-2，在V型槽道11-2内壁设有一组万向滚珠11-3，在V型槽道11-2上还设有定位块11-4，上料机械手5从加热炉1内将坯料取出后放置到V型槽道11-2上，万向滚珠11-3在V型槽道11-2内壁设置实现对坯料支撑，由于万向滚珠11-3呈V型排布从而对坯料沿径向移动，坯料在重力作用下沿V型槽道11-2移动直至一端顶靠在定位块11-4上实现定位，通过机械手再次抓取定位装置上的坯料，使坯料在机械手上的位置准确，从而当机械手将坯料放置到模具中时能够准确定位。

当需要在模具中同时放置多个坯料时，同样可以通过一个二次定位装置实现对两个坯料的定位，如图4所示定位两个坯料的结构，只需要在V型槽道11-2上间隔设置两个定位块11-4，上料机械手5从加热炉1内拿出两个坯料同时放置到V型槽道11-2上，两个坯料分别通过两个定位块11-4实现定位，上料机械手5再次抓取二次定位装置11中的两个坯料在机械手上的位置准确，机械手放置坯料到模具中能够确保两个坯料落入指定位置。

为了方便检测坯料温度是否符合锻造要求，在支架11-1上还设有测温传感器11-5用于检测坯料的温度，只有检测到温度合格的坯料上料机械手5才将其送入模具4中进行锻造。如果检测温度达不到锻造温度，则上料机械手5将坯料抓取后放置到回收箱中供下次回炉加热。

加热炉1为天然气射流加热炉实现环保高效对坯料的加热，如图2所示该加热炉1包括有炉体1-1，炉体1-1内设有输送带1-2，输送带1-2表面设有V型槽，设置V型槽能够对放置在输送带1-2上的坯料实现限位，在炉体1-1靠近上料机械手5一端设有炉门1-3，只有在上料机械手5从加热炉1内抓取坯料时炉门才会处于开启状态，平时处于关闭状态使炉内保温，该炉门1-3可通过液压杆驱动开启或关闭。由于坯料在到达指定位置后需要通过上料机械手5抓取，因此需要获知坯料是否到达了指定位置，该结构中通过光栅传感器1-5实现判断，在炉体1-1靠炉门1-3一端的两侧设有透视窗1-4，在透视窗1-4位置设置光栅传感器1-5，当输送带1-2输送坯料到达指定位置光栅传感器1-5就会透过透视窗1-4检测到坯料，输送带1-2就会停止工作，炉门1-3打开，上料机械手5从加热炉1内取出加热好的坯料，一般同一水平上会放置多个坯料，当上料机械手5将所有坯料抓取完后光栅传感器1-5感应不到坯料，之后输送带1-2继续前进直至下一组坯料被光栅传感器1-5感应到。为了避免炉内高温破坏光栅传感器1-5，在透视窗1-4位置安装耐高温玻璃，既能使光栅传感器1-5对炉内坯料实时检测，又能防止炉内温度损坏光栅传感器1-5。为了能够获知待抓取的坯料是否达到锻造温度，需要对炉内温度实施监测，在炉门1-3上安装温度监测仪方便对炉内温度实施监测，且检测位置处于坯料出料口一端，能够更加准确的获知坯料出炉温度。

加热炉1的加热原理如图3所示，在炉体1-1顶部设有一对风机1-6，在炉体1-1内顶部设有一对加热元件1-7，各加热元件1-7与各风机1-6相对，天然气燃烧使加热元件1-7升温，风机1-6将气流输送通过加热元件产生热气流，在各加热元件1-7下方还设有楔形喷风箱1-8，在炉体1-1内还设有导风板1-9，导风板1-9安装在炉体1-1两侧且靠近输送带1-2，热气流输送方向如图3所示，风机1-6将受到加热元件1-7加热后的气流吹响炉体1-1两侧，气流通过炉体1-1内壁向下流动至导风板1-9，导风板1-9将气流输送至传送带10上的坯料，对坯料实施加热，气流在炉体1-1中部又形成上升，通过楔形喷风箱1-8回到加热元件1-7处继续加热。

由于锻造过程需要保持较高温度，不仅要求坯料温度达到锻造要求，对模具4也有温度要求，模具4过低会影响坯料温度，从而导致锻造不合格，如图5所示在模具4内设有加热棒4-1和温度探测仪4-2，模具4温度设定有上下限，当温度探测仪4-2检测到温度过低时加热棒4-1则会对模具4实施加热，而当温度达到上限后加热棒4-1则会停止加热，从而使模具4始终保持在合理的温度范围内，满足锻造要求。为了方便锻造件从模具4型腔内脱离，在模具4内还设顶料杆4-3，顶料杆4-3设置在靠近型腔延展边缘，通过对锻件飞边的顶靠实现锻件从型腔内脱离，在未顶料状态下顶料杆4-3端部与型腔平齐，顶料杆4-3根据锻件结构设置数量和顶出位置，一般需要同时对锻件两个相对的边缘实施顶出，为了能够驱动顶料杆4-3工作，需要在锻造机2上设置顶出气缸，顶出气缸驱动顶料杆4-3伸缩实现顶料。当顶料杆4-3为多个时，这组顶料杆4-3固定在一个顶料板上，顶出气缸驱动顶料板使各顶料杆4-3实现同步顶出工作。

该生产线中的锻造机为直锻后加压锻造设备，在锻打坯料后不直接复位，而是短暂施加一定压力，保证模具4型腔中的料充型饱满。直锻加压锻造通过控制柜中的控制程序操作锻锤复位时间，减缓锻锤落下后材料本身的反弹，保证了锻造产品的致密度，提高了产品的性能。锻造位置尺寸及顶料装置满足双工位锻造需求，实现两工位交替锻造生产，提高了锻造效率。

如图6所示的与下料机械手6上的喷淋嘴6-2连接的脱模剂输送装置8包括：搅拌桶8-1、配料桶8-2、恒压乳化泵8-3，脱模剂置于搅拌桶8-1中，搅拌桶8-1能对脱模剂实施搅拌防止沉淀，由于脱模剂过于黏稠需要稀释后才能够喷涂在模具型腔内使用，在搅拌桶8-1和配料桶8-2之间设有将搅拌桶8-1内脱模剂输送至配料桶8-2内的添加自动控制器8-4，在配料桶8-2上连接有向配料桶8-2内输送水的进水阀8-5，通过添加自动控制器8-4和进水阀8-5分别向配料桶8-2内输送脱模剂和水，从而脱模剂进行稀释以满足使用要求，该配料过程通过控制系统实现脱模剂和水为1:15-1:20的配比关系进行配比，配料桶8-2与恒压乳化泵8-3连通且之间加压器8-6，加压器8-6为恒压乳化泵8-3加压，使恒压乳化泵8-3为后续喷涂保持恒定压力，在恒压乳化泵8-3出液口依次连通有清洗控制器8-7、紧急关停器8-8和自动喷涂阀8-9，清洗控制器8-7上连接有水管8-10，需要清洗时通过水管8-10将水通入清洗控制器8-7内，清洗控制器8-7能够对从恒压乳化泵8-3到喷淋嘴6-2之间的管路进行清洗，避免管路堵塞以保证喷涂润滑效果可靠稳定，自动喷涂阀8-9与喷淋嘴6-2和喷气嘴6-1连接，在自动喷涂阀8-9上还连接有回液开关控制器8-11，回液开关控制器8-11与配料桶8-2连通，紧急关停器8-8和回液开关控制器8-11做为自动喷涂阀8-9和喷淋嘴6-2异常特殊情况下应急处理装置，控制混合脱模剂紧急关停或循环进入配料桶8-2中，回液开关控制器8-11处于常开状态，当自动喷涂阀8-9与喷淋嘴6-2接通后，回液开关控制器8-11就会关闭实现喷涂，不进行喷涂作业时配比好的脱模剂能够在配料桶8-2内实现循环，避免凝结结块。空压机7也连接在自动喷涂阀8-9上，通过自动喷涂阀8-9切换通路位置实现空压机7与喷气嘴的连通。

上料机械手5包括有机器人手臂和安装在机器人手臂上的抓取部位，如图7所示的上料机械手5的抓取部位包括上料法兰5-1，上料法兰5-1将抓取部位与机器人手臂连接在一起，在上料法兰5-1上安装有延长杆5-2，在延长杆5-2两端分别设有上料气缸5-3和上料手爪架5-4，在上料手爪架5-4上固定有定夹料板5-5，在上料手爪架5-4上活动设置有与定夹料板5-5配合的动夹料板5-6，上料气缸5-3用于驱动动夹料板5-6活动，在定夹料板5-5上设有与动夹料板5-6滑动配合的导柱5-7。由于上料机械手5需要从加热炉1内抓取坯料，为避免高温破坏机器人手臂上的精密零部件和传感器设计了延长杆5-2，延长杆5-2上伸入加热炉1内的抓取结构均为机械结构，不会受高温影响，抓取时上料气缸5-3驱动动夹料板5-6向定夹料板5-5一侧移动实现对坯料抓取动作。

下料机械手6同样也包括有机器人手臂和安装在机器人手臂上的抓取部位，如图8所示下料抓取部位包括有将抓取部位安装到机械手臂上的下料法兰6-3，在下料法兰6-3上设有安装臂6-4，在安装臂6-4一侧设有安装板6-5，在安装板6-5上设有一对夹持手指，如图9所示夹持手指6-6包括与安装板6-5固连的安装片6-61，在安装片6-61上设有下料气缸6-62，在下料气缸6-62伸缩端设有推板6-63，在安装片6-61上固定有定手指6-64，在安装片6-61上还铰接有动手指6-65，在动手指6-65上设有拨杆6-66，在推板6-63上设有斜槽6-67，拨杆6-66置于斜槽6-67内，当下料气缸6-62驱动推板6-63移动时斜槽6-67就会对拨杆6-66提供一个与移动方向垂直的分力使拨杆6-66向定手指6-64一侧移动，该拨杆6-66实际的运动轨迹为绕动手指6-65铰接处为圆心做圆弧运动，该过程使动手指6-65和定手指6-64相互靠近从而夹持零件，通过一对夹持手指能够更稳固的夹持零件。下料机械手6中的喷淋嘴6-2和喷气嘴6-1安装在安装臂6-4端部位置。