国产工业机器人打磨系统设计_贾时成
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参考文献 [1] 庞明 . 机器人设计与实现 [M]. 北京：
科学出版社，2007. 基金项目：国家高技术研究发展计划（863 计划） 项目名称：面向建材行业的经济型工业 机器人应用示范 课题编号：2014AA041601
- 150 - 中国新技术新产品
复性工作，导致工作效率低，工作连续性
2.2 机器人设计参数
无法保持稳定。
（1）基本参数
国外有机器人在打磨行业的应用，但
ER50-C20 型 机
昂贵的价格和售后服务使很多厂家忘却止 器 人 末 端 最 大 负 载： 步。国产工业机器人在打磨和抛光行业中 50kg， 最 大 臂 展 半 径：
图 1 铸管承口自动打磨系统三维仿真
王兆存 （山钢集团莱芜分公司技术中心，山东 莱芜 271104）
摘 要：船体用结构钢按照用途可分为一般船舶用和特种船舶用，一般船舶主要使用一般强度和高强度钢，特种船舶如
液化气船使用低温韧性钢，散装化学品船使用奥氏体不锈钢和双相不锈钢及复合钢。本文主要论述了 AH36 高强船体结
构用钢板冶炼生产工艺流程。研究了转炉、精炼、连铸以及轧制生产中的生产工艺。
（1）因打磨现场的工作环境恶劣，火花 上的力反馈自适应系统，
与粉尘对人体伤害使从业者减少；（2） 实时反馈加工受力状态，
随经济发展，工人的工资与材料费用增加， 使系统能实现均匀磨削，
使成本提升；（3）工作时工人依照经验 提高被加工表面质量一
判断是否加工完成，因此加工质量无法保 致性，实现复杂形状工
证；（4）因工人无法长时间集中去做重 件磨削抛光自动化。
DNV、KR、 AH32 ≥ 315 440~570 RIAN
≥ 22
50~60 50~60
0 ≥ 38 d=3a ≥ 41
注：试样应尽量保留材料原轧制面，当受试验机能力限制时，对于板材，可将试样
受压面机加工减薄至 25mm，而试样受拉面应为材料原轧制面。
精 炼） — 板 坯 连 铸 —4300mm 宽 厚 板 成 材—（缓冷）—收集一入库
工业技术
China
New
2014 ＮＯ.02（下） Technologies and Products
中国新技术新产品
国产工业机器人打磨系统设计
贾时成 孙英飞 （安徽埃夫特智能装备有限公司，安徽 芜湖 241007）
摘 要：本文介绍工业机器人在打磨和抛光等行业中的应用分析，介绍 EFORT 机器人自动打磨抛光系统的设计思路和控
启动托轮电机和启动打磨工具命令，进行
铸管承口的打磨工序。机器人完成打磨后，
图 2 自动打磨系统流程控制图
回到安全区域发给 PLC 打磨任务完成命
中国新技术新产品 - 149 -
中国新技术新产品
2014 ＮＯ.02（下） China New Technologies
and
Products
工业技术
AH36 高强船体结构用钢板冶炼生产研究与应用
令，机器人调用对刀补偿程序，由于打磨 过程中对打磨工具的磨损，需要对打磨工 具进行相应补偿，同时 PLC 接受到打磨任 务完后，启动铸管输送装置输送出打磨过 的铸管工件，PLC 进入下一循环周期。
结语 该铸管承口自动打磨系统已连续运 行数月，状况良好，打磨铸管承口不仅打
磨效果良好，保证产品一致性，不仅改善 恶劣的工作环境，提高了生产率。该铸管 承口自动打磨系统的成功运行开启国产工 业机器人在打磨业的应用，相信不久的将 来，打磨和抛光业中会看到更多国产机器 人的身影。
1.2 化学成分 该钢种的化学成分国家标准如表 1 所示。 1.3 力学性能及工艺性能要求（见表 2） 2 冶炼工艺 2.1 转炉冶炼 2.1.1 入炉铁水条件 铁水脱硫严格执行工艺规程，脱硫 完毕扒净铁水表面的渣。所有合金及原材 料必须符合技术标准要求。 2.1.2 冶炼工艺 要 求 铁 水 计 量 准 确， 严 格 装 入 量， 装入量误差 ±2 吨。采用自产废钢，不得 使用渣钢。转炉使用优质的石灰、白云石。 冶炼过程中控制合适的枪位和加料时机， 渣料于终点前 3 分钟加完。采用高拉补吹， 终点压枪时间不低于 60 秒。底吹模式采 用 E 模式。造渣制度，采用单渣工艺冶炼， 终渣碱度控制在 R=3.0~3.5，做到初期早 化渣，过程渣化好，终渣化透。必须使用 红净钢包。 2.2 精炼操作
制原理，介绍硬件配置和软件控制设计思想及打磨刀具磨损补偿等。
关键词：工业机器人；打磨；抛光
中图分类号：TP242.2
文献标识码：B
DOI:10.13612/j.cnki.cntp.2014.04.122
1 引言
性， 可 以 极 大 提 高 生 产
在打磨业人工进行作业较多。这种 效率和成品率，同时又
打磨方式能提升产品质量但也存在缺点： 用安装在磨削抛光设备
系统由 PLC 作为主控单元，由 PLC 控制机器人、铸管固定装置、托轮电机、 铸管管径识别装置和打磨工具等协调运
动。PLC 主要实现和机器人相互通信逻辑
判断等功能，启动 PLC 后启动机器人，由
PLC 控制机器人、固定装置、管径识别装
置和打磨工具等动作。机器人正常运行则
反馈给 PLC 一个运行正常信号，机器人自
船级社名称
牌号
屈服强 抗拉强度 伸长率 /%
冲击功 /J
度 /MPa /MPa L0=5.65 √ S0 厚度 mm 温度 /℃
180°冷弯 纵向 b=30mm
莱芜分公司对该钢种进行了试制，各项性
CCS、GL、
≤ 50
≥ 31
能指标达到了要求。 1 工艺流程及化学成分 1.1 工艺流程 铁水预处理—转炉—LF 精炼—（RH
2146mm。 （2）各轴最大速度和活动范围 表1
最大单 轴速度
最大运动范围
一轴 130° /sec -180° ~~ +180°
二轴 130° /sec -135° ~~ +80°
三轴 130° /sec -80° ~~ +225°
四轴 五轴 六轴
250° /sec -360° ~~ +360° 250° /sec -120° ~~ +120° 355° /sec -360° ~~ +360°
2.2.1 LF 精炼 钢包到精炼后立即进行吹氩、测温。 氩气压力、流量以渣面翻动且不露钢水为 宜。根据实际情况加入脱氧剂、造渣剂等 进行造渣。出站前顶渣必须为黄白渣或白 渣，黄白渣或白渣保持时间不低于 10 分 钟，终渣碱度尽量控制在 2.2 以上。加料 通电 7~10 分钟，且顶渣化好后，取样分析、 测温，根据化学成分，进行成分调整。如 果成分铝、钛不足，采用铝粒或铝线进行 增铝，用钛线增钛。 2.2.2 RH 精炼操作 RH 精炼采用本处理模式。RH 处理 时避免化学升温，确保纯脱气时间大于 5 分钟。钢水出站前，喂入 200~300mSi~Ca 线进行钙化处理；喂线后进行“软吹”， 软吹时间不得低于 25 分钟，软吹要求包 内钢液微动，钢水不得裸露。RH 冶炼周 期控制在 30~55 分钟（根据实际调整）。 钢包到精炼后立即进行测温、定氧、吹氩。 氩气压力、流量以渣面轻微翻动不露钢水 为宜。 2.3 连铸操作 中包温度按中下限要求执行，以降
关键词：AH36；冶炼；研究
中图分类号：TG333
文献标识码：B
DOI:10.13612/j.cnki.cntp.2014.04.123
造船用钢一般是指船体结构用
表 1 成分要求
钢，它指按船级社建造规范要求生 产的用于制造船体结构的钢材。船
牌号
厚度 /mm
C
Si
成分 /%
Mn
P ≤ S ≤ Als
Ti
3 打磨机器人系统设计 本文以实际应用的铸管承口自动打 磨系统为例，整体介绍一下机器人打磨系
统的设计和组成。 如图 1 所示，铸管承口自动打磨系
统三维仿真示意图。 其中：1 六自由度工业机器人，是整
个打磨系统中的主要执行者；2 铸管固定 装置，用于保证铸管相对位置不变；3 打 磨刀具，有自适应补偿功能，用于打磨铸 管承口；4 对刀平面，用于打磨磨损或换 刀过程中对机器人末端工具的校准；5 铸 管检测装置，用于识别生产线上不同的铸 管产品，从而调用不同打磨程序；6 待打 磨的球墨铸铁管；7 从动托轮装置，用于 打磨过程中对铸管传动。
尚在发展阶段，但价格便宜、服务周到， 在打磨和抛光业中占有一定市场。本文所 述的国产工业机器人是由安徽埃夫特智能 装备有限公司自主研发生产的 ER50-C20 型 工业机器人在打磨和抛光行业中的应用。
2 设计思路 2.1 行业需求 由于打磨行业的以上弊端，导致行 业劳力锐减。公司根据际客户需求，研究 开发的 ER50-C20 型工业机器人，主要面 向打磨和抛光市场。自动打磨系统主要由 工业机器人、打磨设备、力反馈控制系统、 离线编程软件、校准装置、在线控制系统 等组成，覆盖了打磨和抛光工艺的各方 面，先进技术使系统能处理各种复杂形状 的工件，且保证工件加工质量和产品一致
低过热度。冷却模式：二冷水控制 : 一 级为 Soft~cooling，二级为 Aperi。大包挂 上 长 水 口 开 浇， 全 程 保 护 浇 注； 大 包 开 浇时在中间来自百度文库冲击区加入 30~40kg 硅钙 块（ 粉）。 关 闭 塞 棒 氩 气。 拉 速 控 制： 0.95~1.5m/min。采用包晶钢保护渣或船板 钢专用保护渣。同钢种、同规格铸坯，每 一批次取一块低倍试样并进行低倍检验。 铸坯清理：对应成品规格≥ 40mm 的铸坯 上下表面，沿边部纵向进行火焰清理，清 理宽度不小于 25cm，清理深度视裂纹情 况而定，但应不小于 4mm。
结语 本文主要论述了 AH36 的生产工艺。 转炉冶炼 LG590CL 的重点是终点成分控 制，精炼操作的重点是增碳及脱氧。采用 合理的脱氧合金化制度和良好的保护浇注 措施，稳定控制中间包钢水温度、拉速、 冷却水量可以获得较低的夹杂物含量、良 好的铸坯内部质量。
参考文献 [1] 张行刚 .AH36 船板钢热轧过程中再结 晶行为的实验研究 [J]. 热加工工艺，2010 （12）：21-23.
检出目前位置姿态确认是否安全，如处于
安全区域则发出高电平，允许铸管输送装
置输送新的铸管工件，如进入打磨区域则
为低电平，禁止输送装置输送新的铸管工
件，PLC 发送铸管固定装置开始动作信号，
固定好铸管工件，再触发铸管管径识别装
置，判断当前铸管工件型号，PLC 同时将
这些信号发给机器人，机器人根据所发信
号，系统自动调用打磨程序。机器人发送
Nb
V
体用结构钢按照其最小屈服点划分 强度级别为：一般强度结构钢和高
AH32
GB 7122011
≤ 0.18
≤ 0.50
0.90~1.60
0.030 0.030 ≥ 0.015 ≤ 0.02
0.02~0.05
0.05~0.10
强度结构钢。中国船级社规范标准
表 2 钢板的力学性能及工艺性能
的一般强度结构钢分为：A、B、D、E 四 个质量等级。为适应市场需求，山钢集团
科学出版社，2007. 基金项目：国家高技术研究发展计划（863 计划） 项目名称：面向建材行业的经济型工业 机器人应用示范 课题编号：2014AA041601
- 150 - 中国新技术新产品
复性工作，导致工作效率低，工作连续性
2.2 机器人设计参数
无法保持稳定。
（1）基本参数
国外有机器人在打磨行业的应用，但
ER50-C20 型 机
昂贵的价格和售后服务使很多厂家忘却止 器 人 末 端 最 大 负 载： 步。国产工业机器人在打磨和抛光行业中 50kg， 最 大 臂 展 半 径：
图 1 铸管承口自动打磨系统三维仿真
王兆存 （山钢集团莱芜分公司技术中心，山东 莱芜 271104）
摘 要：船体用结构钢按照用途可分为一般船舶用和特种船舶用，一般船舶主要使用一般强度和高强度钢，特种船舶如
液化气船使用低温韧性钢，散装化学品船使用奥氏体不锈钢和双相不锈钢及复合钢。本文主要论述了 AH36 高强船体结
构用钢板冶炼生产工艺流程。研究了转炉、精炼、连铸以及轧制生产中的生产工艺。
（1）因打磨现场的工作环境恶劣，火花 上的力反馈自适应系统，
与粉尘对人体伤害使从业者减少；（2） 实时反馈加工受力状态，
随经济发展，工人的工资与材料费用增加， 使系统能实现均匀磨削，
使成本提升；（3）工作时工人依照经验 提高被加工表面质量一
判断是否加工完成，因此加工质量无法保 致性，实现复杂形状工
证；（4）因工人无法长时间集中去做重 件磨削抛光自动化。
DNV、KR、 AH32 ≥ 315 440~570 RIAN
≥ 22
50~60 50~60
0 ≥ 38 d=3a ≥ 41
注：试样应尽量保留材料原轧制面，当受试验机能力限制时，对于板材，可将试样
受压面机加工减薄至 25mm，而试样受拉面应为材料原轧制面。
精 炼） — 板 坯 连 铸 —4300mm 宽 厚 板 成 材—（缓冷）—收集一入库
工业技术
China
New
2014 ＮＯ.02（下） Technologies and Products
中国新技术新产品
国产工业机器人打磨系统设计
贾时成 孙英飞 （安徽埃夫特智能装备有限公司，安徽 芜湖 241007）
摘 要：本文介绍工业机器人在打磨和抛光等行业中的应用分析，介绍 EFORT 机器人自动打磨抛光系统的设计思路和控
启动托轮电机和启动打磨工具命令，进行
铸管承口的打磨工序。机器人完成打磨后，
图 2 自动打磨系统流程控制图
回到安全区域发给 PLC 打磨任务完成命
中国新技术新产品 - 149 -
中国新技术新产品
2014 ＮＯ.02（下） China New Technologies
and
Products
工业技术
AH36 高强船体结构用钢板冶炼生产研究与应用
令，机器人调用对刀补偿程序，由于打磨 过程中对打磨工具的磨损，需要对打磨工 具进行相应补偿，同时 PLC 接受到打磨任 务完后，启动铸管输送装置输送出打磨过 的铸管工件，PLC 进入下一循环周期。
结语 该铸管承口自动打磨系统已连续运 行数月，状况良好，打磨铸管承口不仅打
磨效果良好，保证产品一致性，不仅改善 恶劣的工作环境，提高了生产率。该铸管 承口自动打磨系统的成功运行开启国产工 业机器人在打磨业的应用，相信不久的将 来，打磨和抛光业中会看到更多国产机器 人的身影。
1.2 化学成分 该钢种的化学成分国家标准如表 1 所示。 1.3 力学性能及工艺性能要求（见表 2） 2 冶炼工艺 2.1 转炉冶炼 2.1.1 入炉铁水条件 铁水脱硫严格执行工艺规程，脱硫 完毕扒净铁水表面的渣。所有合金及原材 料必须符合技术标准要求。 2.1.2 冶炼工艺 要 求 铁 水 计 量 准 确， 严 格 装 入 量， 装入量误差 ±2 吨。采用自产废钢，不得 使用渣钢。转炉使用优质的石灰、白云石。 冶炼过程中控制合适的枪位和加料时机， 渣料于终点前 3 分钟加完。采用高拉补吹， 终点压枪时间不低于 60 秒。底吹模式采 用 E 模式。造渣制度，采用单渣工艺冶炼， 终渣碱度控制在 R=3.0~3.5，做到初期早 化渣，过程渣化好，终渣化透。必须使用 红净钢包。 2.2 精炼操作
制原理，介绍硬件配置和软件控制设计思想及打磨刀具磨损补偿等。
关键词：工业机器人；打磨；抛光
中图分类号：TP242.2
文献标识码：B
DOI:10.13612/j.cnki.cntp.2014.04.122
1 引言
性， 可 以 极 大 提 高 生 产
在打磨业人工进行作业较多。这种 效率和成品率，同时又
打磨方式能提升产品质量但也存在缺点： 用安装在磨削抛光设备
系统由 PLC 作为主控单元，由 PLC 控制机器人、铸管固定装置、托轮电机、 铸管管径识别装置和打磨工具等协调运
动。PLC 主要实现和机器人相互通信逻辑
判断等功能，启动 PLC 后启动机器人，由
PLC 控制机器人、固定装置、管径识别装
置和打磨工具等动作。机器人正常运行则
反馈给 PLC 一个运行正常信号，机器人自
船级社名称
牌号
屈服强 抗拉强度 伸长率 /%
冲击功 /J
度 /MPa /MPa L0=5.65 √ S0 厚度 mm 温度 /℃
180°冷弯 纵向 b=30mm
莱芜分公司对该钢种进行了试制，各项性
CCS、GL、
≤ 50
≥ 31
能指标达到了要求。 1 工艺流程及化学成分 1.1 工艺流程 铁水预处理—转炉—LF 精炼—（RH
2146mm。 （2）各轴最大速度和活动范围 表1
最大单 轴速度
最大运动范围
一轴 130° /sec -180° ~~ +180°
二轴 130° /sec -135° ~~ +80°
三轴 130° /sec -80° ~~ +225°
四轴 五轴 六轴
250° /sec -360° ~~ +360° 250° /sec -120° ~~ +120° 355° /sec -360° ~~ +360°
2.2.1 LF 精炼 钢包到精炼后立即进行吹氩、测温。 氩气压力、流量以渣面翻动且不露钢水为 宜。根据实际情况加入脱氧剂、造渣剂等 进行造渣。出站前顶渣必须为黄白渣或白 渣，黄白渣或白渣保持时间不低于 10 分 钟，终渣碱度尽量控制在 2.2 以上。加料 通电 7~10 分钟，且顶渣化好后，取样分析、 测温，根据化学成分，进行成分调整。如 果成分铝、钛不足，采用铝粒或铝线进行 增铝，用钛线增钛。 2.2.2 RH 精炼操作 RH 精炼采用本处理模式。RH 处理 时避免化学升温，确保纯脱气时间大于 5 分钟。钢水出站前，喂入 200~300mSi~Ca 线进行钙化处理；喂线后进行“软吹”， 软吹时间不得低于 25 分钟，软吹要求包 内钢液微动，钢水不得裸露。RH 冶炼周 期控制在 30~55 分钟（根据实际调整）。 钢包到精炼后立即进行测温、定氧、吹氩。 氩气压力、流量以渣面轻微翻动不露钢水 为宜。 2.3 连铸操作 中包温度按中下限要求执行，以降
关键词：AH36；冶炼；研究
中图分类号：TG333
文献标识码：B
DOI:10.13612/j.cnki.cntp.2014.04.123
造船用钢一般是指船体结构用
表 1 成分要求
钢，它指按船级社建造规范要求生 产的用于制造船体结构的钢材。船
牌号
厚度 /mm
C
Si
成分 /%
Mn
P ≤ S ≤ Als
Ti
3 打磨机器人系统设计 本文以实际应用的铸管承口自动打 磨系统为例，整体介绍一下机器人打磨系
统的设计和组成。 如图 1 所示，铸管承口自动打磨系
统三维仿真示意图。 其中：1 六自由度工业机器人，是整
个打磨系统中的主要执行者；2 铸管固定 装置，用于保证铸管相对位置不变；3 打 磨刀具，有自适应补偿功能，用于打磨铸 管承口；4 对刀平面，用于打磨磨损或换 刀过程中对机器人末端工具的校准；5 铸 管检测装置，用于识别生产线上不同的铸 管产品，从而调用不同打磨程序；6 待打 磨的球墨铸铁管；7 从动托轮装置，用于 打磨过程中对铸管传动。
尚在发展阶段，但价格便宜、服务周到， 在打磨和抛光业中占有一定市场。本文所 述的国产工业机器人是由安徽埃夫特智能 装备有限公司自主研发生产的 ER50-C20 型 工业机器人在打磨和抛光行业中的应用。
2 设计思路 2.1 行业需求 由于打磨行业的以上弊端，导致行 业劳力锐减。公司根据际客户需求，研究 开发的 ER50-C20 型工业机器人，主要面 向打磨和抛光市场。自动打磨系统主要由 工业机器人、打磨设备、力反馈控制系统、 离线编程软件、校准装置、在线控制系统 等组成，覆盖了打磨和抛光工艺的各方 面，先进技术使系统能处理各种复杂形状 的工件，且保证工件加工质量和产品一致
低过热度。冷却模式：二冷水控制 : 一 级为 Soft~cooling，二级为 Aperi。大包挂 上 长 水 口 开 浇， 全 程 保 护 浇 注； 大 包 开 浇时在中间来自百度文库冲击区加入 30~40kg 硅钙 块（ 粉）。 关 闭 塞 棒 氩 气。 拉 速 控 制： 0.95~1.5m/min。采用包晶钢保护渣或船板 钢专用保护渣。同钢种、同规格铸坯，每 一批次取一块低倍试样并进行低倍检验。 铸坯清理：对应成品规格≥ 40mm 的铸坯 上下表面，沿边部纵向进行火焰清理，清 理宽度不小于 25cm，清理深度视裂纹情 况而定，但应不小于 4mm。
结语 本文主要论述了 AH36 的生产工艺。 转炉冶炼 LG590CL 的重点是终点成分控 制，精炼操作的重点是增碳及脱氧。采用 合理的脱氧合金化制度和良好的保护浇注 措施，稳定控制中间包钢水温度、拉速、 冷却水量可以获得较低的夹杂物含量、良 好的铸坯内部质量。
参考文献 [1] 张行刚 .AH36 船板钢热轧过程中再结 晶行为的实验研究 [J]. 热加工工艺，2010 （12）：21-23.
检出目前位置姿态确认是否安全，如处于
安全区域则发出高电平，允许铸管输送装
置输送新的铸管工件，如进入打磨区域则
为低电平，禁止输送装置输送新的铸管工
件，PLC 发送铸管固定装置开始动作信号，
固定好铸管工件，再触发铸管管径识别装
置，判断当前铸管工件型号，PLC 同时将
这些信号发给机器人，机器人根据所发信
号，系统自动调用打磨程序。机器人发送
Nb
V
体用结构钢按照其最小屈服点划分 强度级别为：一般强度结构钢和高
AH32
GB 7122011
≤ 0.18
≤ 0.50
0.90~1.60
0.030 0.030 ≥ 0.015 ≤ 0.02
0.02~0.05
0.05~0.10
强度结构钢。中国船级社规范标准
表 2 钢板的力学性能及工艺性能
的一般强度结构钢分为：A、B、D、E 四 个质量等级。为适应市场需求，山钢集团