近年來，隨著中國制造業(yè)整體水平的快速提升，在鑄造行業(yè)的鑄鋼件后處理加工工序中，傳統(tǒng)鑄件澆冒口切割都是采用人工操作，而這個(gè)環(huán)節(jié)正日益成為一個(gè)行業(yè)難題，亟待通過自動化方式來實(shí)現(xiàn)解決。

而這方面目前所面臨的問題點(diǎn)如下：

1、  隨著制造業(yè)勞動力老齡化的迫近，勞動強(qiáng)度大，工作條件惡劣，具有安全及健康隱患的人工澆冒口清理工作崗位已經(jīng)越來越不受歡迎，60-70年代的老員工面臨退休或轉(zhuǎn)崗，而80-90后的年輕工人拒絕接受這類工作。

2、 中國環(huán)保及安全監(jiān)管力度與日劇增，手工切割、火焰氣割等傳統(tǒng)方式在環(huán)保和安全方面均不達(dá)標(biāo)，整改要求日益迫切。

3、 由于鑄造產(chǎn)業(yè)已經(jīng)大比例的從歐美日等發(fā)達(dá)國家遷移出來，鑄件后處理方面沒有更新的國外技術(shù)方法可供參考，自動化應(yīng)用技術(shù)亟待通過自身的努力獲得突破。

隨著這一需求的日漸增強(qiáng)，目前市場上逐漸涌現(xiàn)出機(jī)器人切割和專機(jī)切割的解決方案。以下，筆者將結(jié)合自身的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，對此分別做分析解釋，拋磚引玉，供業(yè)內(nèi)人士共同研討。

機(jī)器人切割 — 錯(cuò)誤的捷徑

毋庸置疑，機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是在三維空間內(nèi)的輕拿輕放，多維變位，快速移動，以及具備較高的定位精度。利用這些優(yōu)勢，機(jī)器人已經(jīng)在搬運(yùn)碼垛、上下料、焊接、拋光打磨等領(lǐng)域樹立了自己無可撼動的統(tǒng)治地位。但是，將機(jī)器人用于澆冒口的自動切割，卻是進(jìn)入了一個(gè)誤區(qū)。

1、  首先，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)上分析，機(jī)器人的手臂轉(zhuǎn)動采用伺服電機(jī)及精密的RV齒輪減速器，這種結(jié)構(gòu)方式使機(jī)器人具備了較高的精度，但由于其精密度較好，顯然無法耐受長期的沖擊性。

就鑄件切割的工況而言，實(shí)際上加工強(qiáng)度是非常大的，如果讓機(jī)器人來做這個(gè)活，其結(jié)果是機(jī)器人關(guān)節(jié)會不斷遭受超負(fù)載沖擊，最終會導(dǎo)致精密齒輪擠壓形變，精度受損直至徹底損壞。這種精度損傷會從鋸片的損耗上反映出來，快則幾個(gè)星期就看到效果，慢則幾個(gè)月表現(xiàn)就非常明顯了，而且會呈越來越嚴(yán)重的趨勢，這顯然會給機(jī)器人維護(hù)保養(yǎng)、以及后期使用成本帶來巨大難題。

2、 從外部結(jié)構(gòu)上來分析，機(jī)器人不論夾持工件還是夾持刀具進(jìn)行切割工作，都會遇到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的難題。

首先，這里先明確一下自動切割用主軸電機(jī)的配置，通常來說，如果切割鋼、不銹鋼、特種合金等黑色金屬工件，則一般要采用22KW以上的電機(jī)。

1）.如果采用機(jī)器人夾持工件方式，由于帶澆冒口的毛坯鑄件非常復(fù)雜及形狀不規(guī)則，使得夾具設(shè)計(jì)在工件基準(zhǔn)支撐位、壓緊位置、以及上料方式方面都存在較大的難題。這些難題在簡單工件上可以克服，但在復(fù)雜工件上是難以克服的。

傳統(tǒng)切割工藝

2）.如果采用機(jī)器人夾持鋸片的方式，同樣也存在結(jié)構(gòu)方面的問題難以克服。

A. 如果采用電機(jī)直連方式，則發(fā)現(xiàn)電機(jī)的功率不能過大（不超過2.2KW），否則電機(jī)的法蘭盤會與鋸盤存在較大干涉，導(dǎo)致鋸盤沒有工作空間。如果采用電主軸，仍然存在扭矩過小，不適宜于切割工況的問題。

B. 如果采用皮帶傳動方式，顯然，需要有電機(jī)、皮帶、皮帶輪、主軸、安裝板等較大的機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)組合，而這些機(jī)構(gòu)在體積上顯然過于龐大，導(dǎo)致機(jī)器人完全無法夾持及正常工作。

3、 從刀具的損耗方面來分析，機(jī)器人切割的工作方式，會導(dǎo)致刀具的磨損快速，達(dá)不到預(yù)期壽命。根據(jù)測試過的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，鋸片的壽命在機(jī)器人切割的工況下，存在巨大的隨機(jī)性和差異性，長期來看，耗材損耗完全難以估量，使用戶難以接受。

分析其原因有二：

1）.機(jī)器人采用手臂懸空夾持工件去碰高速鋸片的工作方式，在切割過程中不斷受到較強(qiáng)的沖擊力，但由于沒有較好的剛性結(jié)構(gòu)保證，會持續(xù)產(chǎn)生一定程度的震顫，這種震顫會反作用于鋸片，使鋸片不斷承受除刀鋒之外的沖擊力，使之加大了擺動及溫升，結(jié)果是出現(xiàn)跑偏等切割質(zhì)量下降的情況，同時(shí)鋸片壽命快速縮短。

2). 一般來說，鋸片這種輕薄但高速旋轉(zhuǎn)的刀具比較適合垂直向下安裝，類似于臥車的主軸方式。但機(jī)器人切割系統(tǒng)卻常常會采用鋸片平躺安裝的結(jié)構(gòu)方式，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是鋸片與機(jī)器人的干涉較小、落料方便、節(jié)省空間等，但缺點(diǎn)是鋸片的自重會帶來旋轉(zhuǎn)中的鋸片邊緣的擺動加大，這種看似輕微的精度漂移，實(shí)際就已經(jīng)足夠?qū)Ω咚傩D(zhuǎn)的鋸片磨損和壽命產(chǎn)生巨大的不利影響。

4、機(jī)器人切割系統(tǒng)從體積占用和成本方面來看，與切割專機(jī)對比也會存在較大的劣勢，一般來說，機(jī)器人切割系統(tǒng)的成本造價(jià)會達(dá)到專機(jī)的2倍以上。

設(shè)計(jì)者和使用者考慮到工件、工裝、切削力、剛性等綜合因素，切割用機(jī)器人常常會選用負(fù)載能力在260-500KG這個(gè)級別，這種機(jī)器人顯然比較龐大，這樣會導(dǎo)致與之配套的基座基板、工作臺、防護(hù)箱等的體積和占地同樣都比較龐大，同時(shí)成本也相應(yīng)提升，這樣會使整個(gè)項(xiàng)目的性價(jià)比并不是很高。

鑄件自動切割機(jī)

綜上所述，可以明確機(jī)器人并不適用于鑄鋼件的自動化切割。但是，為什么我們看到，來自國外的技術(shù)方案卻往往采用機(jī)器人方式呢？

我的理解，黑色金屬鑄造這個(gè)行業(yè)的現(xiàn)狀是，歐美日等發(fā)達(dá)國家在幾十年前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對金屬鑄造這種高耗能、高污染、自動化程度低的產(chǎn)業(yè)整體轉(zhuǎn)移，目前中國占有全球40-50%的份額，印度占有20-30%的份額，兩者合計(jì)達(dá)到70-80%的全球份額，這種現(xiàn)狀就是，中國和印度這種不發(fā)達(dá)的人口大國幾乎完全承接了這個(gè)比較麻煩的產(chǎn)業(yè)。

這種產(chǎn)業(yè)大規(guī)模轉(zhuǎn)移的結(jié)果就是，擅長于做工業(yè)自動化的這些發(fā)達(dá)國家，由于失去了本土需求的市場基礎(chǔ)，實(shí)際上在鑄造自動化方面失去了技術(shù)創(chuàng)新的動力與熱情，尤其是在鑄件后處理方面沒有再做任何努力，這就是為什么我們在這方面找老外的解決方案時(shí)，結(jié)果就發(fā)現(xiàn)除了機(jī)器人集成系統(tǒng)，同樣也就是手動、半自動等更落后的方式。

老外為什么選擇用機(jī)器人呢，機(jī)器人系統(tǒng)簡單、開發(fā)周期短啊！所以我們常常看到了德國意大利的老外用機(jī)器人做切割的案例，但需要指出的是，這些案例除了沒什么技術(shù)含量外，就是一個(gè)字：貴！其實(shí)，貴也沒有解決問題，老外做的機(jī)器人切割系統(tǒng)，我以上提到的缺點(diǎn)也完全都存在。

總結(jié)一下，鑄件切割這種工作雖然屬于粗加工范疇，但它依然與車銑刨磨這些機(jī)械加工一樣，對設(shè)備結(jié)構(gòu)和刀具方面存在較高的要求，需要專機(jī)專用。而機(jī)器人作為通用設(shè)備，其結(jié)構(gòu)和工作方式并不適合于切割工況，希望鑄造行業(yè)的用戶以及機(jī)器人系統(tǒng)集成商不要陷入此方面的誤區(qū)，不再走彎路，避免形成資源和成本上的浪費(fèi)！

鑄件自動化切割機(jī)專為鑄件切割而生 — 設(shè)備商要明確難點(diǎn)所在。

說到自動化切割專機(jī)，各設(shè)備供應(yīng)商當(dāng)然是八仙過海，各顯其能，各有各的方案，各有各的道理。筆者在這里以圓盤切割專機(jī)作為討論對象，提一些技術(shù)準(zhǔn)則，以提供設(shè)備開發(fā)者進(jìn)行參考。

鑄件自動切割機(jī)

1、  切割專機(jī)要具備機(jī)床般的強(qiáng)度和剛性。

對比以上機(jī)器人方案的劣勢，一個(gè)技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)就是機(jī)器人手臂的懸空結(jié)構(gòu)輸于剛性欠佳，結(jié)果導(dǎo)致一系列問題的產(chǎn)生。

首先要深刻認(rèn)識到切割是一項(xiàng)加工強(qiáng)度極高、沖擊性極強(qiáng)的加工作業(yè)，因此，切割專機(jī)要充分借鑒機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式，使設(shè)備的具備較高的剛性，并在此基礎(chǔ)上將運(yùn)動機(jī)構(gòu)的精度做到向機(jī)床看齊，是確保該設(shè)備具備穩(wěn)定性和低刀具耗用的基礎(chǔ)。

2、 切割專機(jī)需要具備可靠的自身防護(hù)能力。

要知道鑄鋼件的作業(yè)其本質(zhì)實(shí)際上是一種磨削而非切削作業(yè)，磨削產(chǎn)生的副產(chǎn)品是細(xì)微而無孔不入的粉屑，而這是對設(shè)備運(yùn)動機(jī)構(gòu)最大的威脅。

對比機(jī)床而言，那種將運(yùn)動機(jī)構(gòu)開放式的結(jié)構(gòu)是不適用于磨削工況的。合理的解決方案是該防護(hù)的防護(hù)、該疏導(dǎo)的疏導(dǎo)、該簡化的簡化……。說起來容易，實(shí)際執(zhí)行起來確實(shí)有一大堆的技術(shù)細(xì)節(jié)和技術(shù)難題。

3、 切割專機(jī)需要具備高度的柔性。

這種柔性重點(diǎn)體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

1）、設(shè)備要適應(yīng)異形工件的切割要求，盡量做到一次裝夾，完成多位置多角度的切割作業(yè)。

眾所周知，鑄造工件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度一般是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于機(jī)床加工件的，而機(jī)床則是通過三軸、四軸、五軸來劃分，一般五軸機(jī)就已經(jīng)是高端的數(shù)控加工中心了。而對于鑄件切割設(shè)備來說，三軸一般是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，四軸也具有較大的局限性，五軸才基本夠用，最好是能做到六軸，給工件和刀具提供足夠的加工維度。因此，這一點(diǎn)就是對設(shè)備的柔性結(jié)構(gòu)提出了較高的難度要求。

2）、設(shè)備要適應(yīng)快速換模換件的生產(chǎn)需求。

現(xiàn)在制造企業(yè)小批量、多品種的生產(chǎn)的方式已經(jīng)成為了新常態(tài)，因此，任何一個(gè)設(shè)備如果在快速換模換件上存在缺陷，都將降低用戶對設(shè)備的使用效率。

因此，設(shè)備的設(shè)計(jì)一是要在加工模具或工裝上多花心思，使用戶能夠?qū)崿F(xiàn)快速更換；二是要在控制軟件的可調(diào)整性可調(diào)用性上多做工作，使用戶能快速的存儲及調(diào)用不同的加工參數(shù)配方。

4、 切割專機(jī)需要具備編程的便利性。

1）、首先，一定要做到專而不獨(dú)，用戶可以對切割工藝進(jìn)行自主編程。

2）、由于鑄件天然具備不一致性和復(fù)雜性，因此數(shù)控機(jī)代碼的編程方式較難適用于切割工況，而所見即所得的機(jī)器人試教編程的方式具備較強(qiáng)的合理性。

5、 切割專機(jī)需要具備對刀具強(qiáng)大的駕馭能力。

切割所需的鋸片針對鑄件的材質(zhì)不同，在材質(zhì)上和規(guī)格上的差異性和跨度都會比較大。

從材質(zhì)上說，鋸片可以有硬質(zhì)合金、金剛石、樹脂砂輪等；從規(guī)格尺寸上，常見的切割鋸片直徑從300-600mm不一而足。

因此，一個(gè)可用性及穩(wěn)定性較高的切割專機(jī)，應(yīng)該均能駕馭以上材質(zhì)和規(guī)格的切割刀具，做到能輸出較強(qiáng)的工作轉(zhuǎn)矩、提供較高的主軸精度、具備連續(xù)性的刀具消耗補(bǔ)償、具備刀具的過載和安全保護(hù)措施等。而這些都是維持刀具穩(wěn)定進(jìn)行切割加工的必要條件。

6、 其他：安全、精度、效率、自動化、人機(jī)工程學(xué)等要求。

作為一個(gè)完整的具備合理性和可用性的設(shè)備，這些方面的要求也非常設(shè)備，可以參考借鑒較為成熟的數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行融合性的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

鑄件自動打磨機(jī)應(yīng)用案例

最后總結(jié)一下：

針對鑄鋼件的自動化切割技術(shù)方案，以上提到似乎都是誤區(qū)和困難，實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破和成熟應(yīng)用的難度依然很大，但結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)， 痛點(diǎn)就是起點(diǎn)，痛點(diǎn)、難點(diǎn)全都是機(jī)會……設(shè)備廠商要具備嘗試和努力的勇氣和信心，用戶方也需要對技術(shù)要求有合理的把握。

今天及未來，作為需要做機(jī)器換人、產(chǎn)業(yè)升級、尋求高端智能裝備的我們中國來說，鑄件的自動化切割技術(shù)的開發(fā)和提升已經(jīng)不能指望國外了，需要我們中國人自己開動腦筋，為此桂業(yè)科技積極的來為鑄造企業(yè)尋求解決方案。

市場在哪里，技術(shù)就在哪里，相信以中國市場的龐大和持續(xù)需求，一定也能在這個(gè)領(lǐng)域逐漸孕育出成功的技術(shù)和產(chǎn)品，來解決各行各業(yè)的制造業(yè)難題，也讓我們拭目以待！