一种全自动铝活塞硬质阳极氧化系统的制作方法

本发明涉及阳极氧化设备技术领域，尤其是一种全自动铝活塞硬质阳极氧化系统。

背景技术：

铝有“20世纪的金属”之称，它的最大优点是重量轻，铝和铝合金还具有较高的机械强度、易于加工，其具有优良的导热性、导电性和无磁性等一系列优点，因此被广泛地用在航空、日用五金、仪器仪表及机器制造等行业。铝及其合金表面很容易生成一层极薄的氧化膜，在大气中有一定的抗蚀能力，但这层氧化膜是非晶的，它使铝件表面失去原有的光泽，且膜层疏松多孔，抗蚀能力不强，还极易沾染上污渍。为了提高铝零件的防腐蚀能力，增加零件耐磨性，铝及铝合金制品通常需要进行硫酸阳极氧化处理或硬质阳极氧化处理。

在汽车行业，目前绝大部分活塞仍旧采用铝合金材质。活塞长期工作在摩擦和高温环境之中，为了改善活塞的使用性能，人们正在采用多种工艺方法，比如：磷化、在活塞摩擦副表面涂石墨、表面镀锡、在环部镶嵌铸铁镶圈、采用钢材质活塞等等，近年来，国内外又把阳极氧化技术应用到铝活塞上，对铝活塞局部进行阳极氧化，如对顶部燃烧室氧化，可以提高燃烧室部位的抗高温性能，对活塞环槽进行氧化，可极大地提高活塞的抗磨性能和头部抗高温性能。

在zl201210136679.8中，公开了一种铝活塞硬质阳极氧化设备，这种设备虽然操作简单，选择性灵活，但是其上下料操作及氧化后的清洗漂洗等等工作均是采用人工手动操作，整体氧化工艺效率较低，无法形成整体系统化智能自动化的操作，这也是难以适应现代化生产加工需求的。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有的铝活塞硬质阳极氧化设备存在的上述不足之处，提供一种操作更加智能自动化、效率更高的全自动铝活塞硬质阳极氧化系统。

本发明的具体方案是：一种全自动铝活塞硬质阳极氧化系统，包括有主机骨架、模具、模架、氧化槽、沉淀槽、流体输送自动控制系统、氧化液过滤除渣系统、电气控制系统、氧化液冷却系统、清洗槽、漂洗槽、排污系统、整机防护系统以及踏步，其中模具并排设有若干组，每组模具中均设有两个模具工位，在模具上方还设有桁架机械手，该桁架机械手用于向各个模具转运活塞工件；所述清洗槽和漂洗槽设置在氧化区域外部，其中清洗槽与模具布置在一条直线上，清洗槽一侧部装有工件翻转转移机构a，工件翻转转移机构a与一水平移动机构相连并通过水平移动机构的推动将活塞工件从清洗槽转移到漂洗槽，与所述漂洗槽并排还设有一烘干槽，烘干槽与漂洗槽之间设有工件翻转转移机构b，在所述清洗槽的前部还设有一上下料翻转机构；还设有一移载机系统，移载机系统用于上料和下料，移载机系统的上设有料框校正机构，在移载机系统与上下料翻转机构之间区域内还设有一上下料机器人系统；上述各系统均与电气控制系统进行通信控制连接。

本发明中所述桁架机械手具有设在模具上方的桁架轨道，桁架轨道上安装有可自行移动的机械手座，机械手座上并排装有两组工件夹持机构，每组工件夹持机构均包括有两个气动手爪。

本发明中所述工件翻转转移机构a包括有翻转轴和装在翻转轴上的并排布置的两个气爪；所述工件翻转转移机构b包括有180°翻转轴和装在180°翻转轴上的并排布置的两个气爪。

本发明中上下料翻转机构包括有工件翻转转移机构c，每个工件翻转转移机构c可同时抓取两个活塞工件，在上下料翻转机构的左右两边分别设有上料台和下料台，上料台和下料台上各自均设有两个工件放置位。

本发明中所述上下料机器人系统包括有通过cnc程序控制的机器人和机器人控制柜，该机器人的手爪用于抓取活塞工件。

本发明中所述移载机系统包括有上料辊道、下料辊道、移载机构和提升机构，其中上料辊道和下料辊道并排布置且分布在上下料机器人系统的两边，对应于上料辊道和下料辊道各设有一台料框提升机，该料框提升机的提升部前面连接有料框承载台，该料框承载台随着料框提升机一起升降；所述移载机构设置在上料位置前部的主机骨架上，该移载机构包括有纵向安装在主机骨架上的移载机轨道，移载机轨道上装有可控制自行移动的料框抓取机构，所述料框抓取机构包括有丝杆升降机构和装在丝杆升降机构中的丝杆座上的料框气动夹持机械手，所述料框校正机构设置在料框抓取机构底部并随其一起移动。

本发明中所述承载台为矩形框结构，矩形框结构上设有若干隔开布置的纵向承载条，所有纵向承载条连同矩形框结构可以一起在上料辊道或下料辊道的辊缝中隐藏升降。

本发明中所述料框校正机构包括有设置在料框抓取机构底部的气缸臂，气缸臂下端装有固定连接有一校正气缸，该校正气缸的活塞端部朝向装载活塞工件的料框布置。

本发明中在移载机系统的外部还设有废品放置工位和料框转换工位，废品放置工位用于存放加工不合格产品，料框转换工位则用于临时存放料框。

本发明中所述清洗槽的两侧设有振荡装置，用于工件清洗时在工件表面形成水流。

本发明全过程由cnc程序控制，上料下料及其它各个工序均采用自动化设备进行控制操作，运行可靠，故障率低，工艺先进，而且该设备通用性强，只需根据被氧化的活塞大小，更换不同的模具即可满足不同活塞的阳极氧化，完全实现了全自动运行，大大降低了操作人员的劳动强度，保证了氧化层的质量。

附图说明

图1是本发明的内部总体结构示意图；

图2是本发明的侧面剖开示意图；

图3是本发明的俯视示意图；

图4是本发明俯视方向另一视图；

图5是本发明整体后视图；

图6是本发明中氧化液冷却系统的冷却站示意图；

图7是本发明中模架示意图；

图8是活塞工件环槽氧化模具示意图；

图9是活塞工件头部氧化模具示意图；

图10是活塞工件头部氧化模具的另一示意图；

图11是活塞工件头部局部氧化模具示意图。

图中：1—料框，2—校正气缸，3—移载机轨道，4—丝杆升降机构，5—料框气动夹持机械手，6—机器人，7—上料台，8—上下料翻转机构，9—下料台，10—气动手爪，11—桁架轨道，12—模具，13—模架，14—主机骨架，15—电气控制系统，16—沉淀槽，17—流体输送自动控制系统，18—氧化槽，19—踏步，20—上料辊道，21—料框承载台，22—料框提升机，23—机器人控制柜，24—下料辊道，25—料框转换工位，26—废品放置工位，27—烘干槽，28—工件翻转转移机构b，29—漂洗槽，30—氧化液过滤除渣系统，31—排污系统，32—工件翻转转移机构a，33—清洗槽，34—气动控制系统，35—整机防护系统，36—氧化液冷却系统，37—水平移动机构。

具体实施方式

参见图1-图11，本发明是一种全自动铝活塞硬质阳极氧化系统，包括有主机骨架14、模具12、模架13、氧化槽18、沉淀槽16、流体输送自动控制系统17、氧化液过滤除渣系统30、电气控制系统15、氧化液冷却系统36、清洗槽33、漂洗槽29、排污系统31、整机防护系统35以及踏步19，其中模具并排设有若干组，每组模具中均设有两个模具工位，在模具上方还设有桁架机械手，该桁架机械手用于向各个模具转运活塞工件；所述清洗槽和漂洗槽设置在氧化区域外部，其中清洗槽与模具布置在一条直线上，清洗槽一侧部装有工件翻转转移机构a32，工件翻转转移机构a与一水平移动机构37相连并通过水平移动机构的推动将活塞工件从清洗槽转移到漂洗槽，与所述漂洗槽并排还设有一烘干槽27，烘干槽与漂洗槽之间设有工件翻转转移机构b28，在所述清洗槽的前部还设有一上下料翻转机构8；还设有一移载机系统，移载机系统用于上料和下料，移载机系统的上设有料框校正机构，在移载机系统与上下料翻转机构之间区域内还设有一上下料机器人系统；上述各系统均与电气控制系统进行通信控制连接。

本实施例中所述桁架机械手具有设在模具上方的桁架轨道11，桁架轨道上安装有可自行移动的机械手座，机械手座上并排装有两组工件夹持机构，每组工件夹持机构均包括有两个气动手爪10。

本实施例中所述工件翻转转移机构a包括有翻转轴和装在翻转轴上的并排布置的两个气爪；所述工件翻转转移机构b包括有180°翻转轴和装在180°翻转轴上的并排布置的两个气爪。

本实施例中上下料翻转机构8包括有工件翻转转移机构c，每个工件翻转转移机构c可同时抓取两个活塞工件，在上下料翻转机构的左右两边分别设有上料台7和下料台9，上料台和下料台上各自均设有两个工件放置位。

本实施例中所述上下料机器人系统包括有通过cnc程序控制的机器人6和机器人控制柜23，该机器人的手爪用于抓取活塞工件。

本实施例中所述移载机系统包括有上料辊道20、下料辊道24、移载机构和提升机构，其中上料辊道和下料辊道并排布置且分布在上下料机器人系统的两边，对应于上料辊道和下料辊道各设有一台料框提升机22，该料框提升机的提升部前面连接有料框承载台21，该料框承载台随着料框提升机一起升降；所述移载机构设置在上料位置前部的主机骨架上，该移载机构包括有纵向安装在主机骨架上的移载机轨道，移载机轨道上装有可控制自行移动的料框抓取机构，所述料框抓取机构包括有丝杆升降机构4和装在丝杆升降机构中的丝杆座上的料框气动夹持机械手5，所述料框校正机构设置在料框抓取机构底部并随其一起移动。

本实施例中所述承载台为矩形框结构，矩形框结构上设有若干隔开布置的纵向承载条，所有纵向承载条连同矩形框结构可以一起在上料辊道或下料辊道的辊缝中隐藏升降。

本实施例中所述料框校正机构包括有设置在料框抓取机构底部的气缸臂，气缸臂下端装有固定连接有一校正气缸2，该校正气缸的活塞端部朝向装载活塞工件的料框1布置。

本实施例中在移载机系统的外部还设有废品放置工位26和料框转换工位25，废品放置工位用于存放加工不合格产品，料框转换工位则用于临时存放料框。

本实施例中所述清洗槽的两侧设有振荡装置，用于工件清洗时在工件表面形成水流，有利于清洗干净，在实际使用中，可以选择振荡气缸进行振荡使用。

本系统在实施时，在模具和活塞工件之间经进气口通压缩空气到密封圈而局部密封的措施，通过流体输送自动控制系统在该密闭空间内吸入、流过、排空各种药液，同时由阳极氧化电源控制通断电，对活塞的环槽或顶部或顶部局部进行活化、氧化、清洗等工艺。

模具配有啮合夹具用于压紧模具并与活塞连接而形成阳极，啮合夹具由阴极板压紧头、回转压紧机构、翻转机构等组成，配备电气控制系统，该设备所有动作通过plc控制，可以自动运行；还设有氧化液冷却系统，用于保证氧化槽中的氧化液的温度；流体输送自动控制系统由流量计、角座阀、流体输送泵、气动两通球阀等组成；在主机下部设有整机防护系统，确保人身安全。

下面结合附图对本发明工作过程作进一步详述：

首先，人工将堆码好的装有活塞工件的料框（堆码层数1-20层可调）推入移载机系统的上料辊道，上料辊道将料框移到指定的机器人上料位置，由校正气缸推动将可能未堆码好的料框进行校正(通过校正气缸推动料框进行校正)。

然后，上下料机器人系统启动，在视觉系统的辅助下（判断有无活塞及活塞姿态）夹紧活塞并将其放入上下料翻转机构的原位。当每个料框的活塞全部取走后，移载机系统的直角坐标机械手将空料框夹紧并移至移载机系统的下料辊道处，以便装载氧化完成且质量合格的活塞。

第三步，上下料翻转机构启动，夹紧活塞并翻转180°，让活塞处于正确的阳极氧化姿态。

第四步，桁架机械手的上料机构启动，首先z轴启动向下运动，然后启动夹紧活塞，z轴复位，横向移动将活塞运至模具上方，z轴再启动向下运动将活塞放入模具，z轴复位。

第五步，模架中的啮合夹具启动，压紧活塞并形成阳极。模具的进气口通压缩空气到密封圈箍紧活塞，在活塞与模具之间形成局部密闭的阳极氧化空间，模架翻转机构启动，将模具和啮合夹具及活塞整体倾斜一定的角度（以便活化、氧化或清洗等各种药液能更有效地流回槽体，防止窜液）。

第六步，流体输送自动控制系统启动并与槽体连通。此时，流体输送自动控制系统的分配阀首先与活化槽连通，流体输送自动控制系统自动从活化槽中抽取药液，对密闭空间内的活塞部位进行活化处理；然后，分配阀与水洗槽连通，流体输送自动控制系统自动从水洗槽中抽取药液对密闭空间内的活塞部位进行水洗；然后，分配阀与氧化槽连通，流体输送自动控制系统自动从氧化槽中抽取药液，同时，阳极氧化电源启动，对密闭空间内的活塞部位进行阳极氧化处理；然后，分配阀与清洗槽连通，流体输送自动控制系统自动从清洗槽中抽取药液对密闭空间内的活塞部位进行清洗；然后，分配阀与漂洗槽连通，流体输送自动控制系统自动从漂洗槽中抽取药液对密闭空间内的活塞部位进行漂洗；每个工艺工程完成后，角座阀及气动两通球阀打开，通过压缩空气或重力作用将模具与管路中的药液排除，避免窜液。以上工艺步骤可根据客户要求增减活化清洗的次数，氧化过程中，设有自动监控活塞氧化质量的传感器及检测机构（此步工艺在现有技术中已有披露过）。

第七步，氧化完成，桁架机械手的下料机构启动，首先z轴启动向下运动，然后a轴启动夹紧活塞，z轴复位，x轴启动，将活塞运至工件翻转转移机构a及清洗槽上方，z轴再启动向下运动将活塞放入清洗槽，z轴复位。

第八步，活塞在清洗槽中进行第1次外部浸泡清洗，清洗槽中设有振荡装置以保证清洗效果。

第九步，工件翻转转移机构a将活塞夹紧并翻转90°，再通过水平移动机构将活塞移至外部漂洗槽处，工件翻转转移机构a翻转90°将活塞放入漂洗槽漂洗，工件翻转转移机构a复位。

第十步，工件翻转转移机构b启动，夹紧活塞并翻转180°将活塞工件放入烘干槽中，让活塞处于正确的机器人下料姿态，同时，通过压缩空气吹水系统启动将活塞吹干。

第十一步，机器人系统将氧化好的活塞取出并放入移载机系统中的下料辊道上的空的料框中，堆码好活塞的料框（堆码层数1-20层可调）由下料滚道送至及其外部。

在设备运行过程中，若监控到活塞氧化质量不合格，则由机器人将不合格的活塞装入废品放置工位上的空料框中并计数，料框装满，再将其整体移至机外。

本实施例中的各个气动手爪或是机械手、气爪、机器人等等均是可以采用现有技术中的机械手来实现，可以从市场上直接购买安装使用，也可以定制设计，机械手的形状大小及其控制运行的程序也是可以灵活植入，但并不影响本发明的本质原理。

本发明全过程由cnc程序控制，上料下料及其它各个工序均采用自动化设备进行控制操作，运行可靠，故障率低，工艺先进，工艺过程中效率大大提升，而且该设备通用性强，只需根据被氧化的活塞大小，更换不同的模具即可满足不同活塞的阳极氧化，完全实现了全自动运行，大大降低了操作人员的劳动强度，保证了氧化层的质量。