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機器人在衛生潔具施釉工序上的應用

發布日期:2012-12-23  瀏覽 次  字體大小: 【

摘要:本文介紹一種機器人衛生潔具施釉系統的構成和系統中主要組件的結構特點及工作原理。

關鍵詞:機器人;衛生潔具;噴涂施釉

 0引言:

施釉是陶瓷產品生產過程的一個重要工序。施釉方法有噴釉、浸釉、澆釉、涂刷釉等。其中噴釉是利用壓縮空氣將釉漿通過噴槍噴涂到產品坯體上。噴釉產生的釉層厚度比較均勻,便于操作,尤其適合衛生潔具這類體型較大、形狀復雜的產品施釉。噴釉時噴槍與坯體的距離、角度、噴槍移動速度等決定了施釉的質量,這就對操作工人提出了很高的要求,另外噴涂粉塵對操作工人也十分有害。所以采用機器人代替人工噴釉是個很好的選擇,不僅能保證施釉質量,還可大大提高工作效率,減輕工人勞動強度,保障工人身體安全。

近年來機器人施釉已越來越多的被生產企業所采用,本文是以我公司為某生產企業開發和實施的衛生潔具機器人施釉系統的工程實例為背景,介紹和闡述一種典型的機器人施釉系統。

1工程的實施背景

目前,國內有200多家衛生潔具生產企業,其施釉作業普遍采用人工方式,工人勞動強度大,工效低,產品質量不穩定。而在國外機器人施釉已是比較成熟的技術,已被廣泛使用。國內也有企業從國外引進機器人施釉系統,但成本很高且作業方式不太適合國情。

我公司利用自己的機器人系統結合國內唐山、北京等衛生潔具生產企業實際需要開發研制的機器人施釉系統已被廣泛使用。

2系統構成和主要機構的結構特點及工作原理

機器人施釉系統主要由一臺機器人、兩套轉臂及轉臺、一套收釉裝置、一套工作間、一套噴釉系統及一套電氣控制系統組成,如圖1所示。

圖1 系統構成示意圖

1操作盤A  2操作盤B  3轉臂及轉臺B 4收釉裝置 

5工作間  6機器人HP20D  7機器人基座  8 PLC控制柜 

9變壓器  10機器人控制柜DX100  11轉臂及轉臺A

該系統設有A、B兩個工位。每個工位設置有一套轉臂及轉臺,兩套轉臂及轉臺對稱設置。每個轉臺通過轉臂動作可轉到噴涂施釉工位和裝卸件工位。當一個轉臺轉到噴涂施釉工位,機器人對該轉臺上工件進行噴涂工作時,另一轉臺可以轉出工作間、轉到裝卸件工位,并在人工卸下噴涂好的工件、換上新的待噴涂工件后再轉回到工作間內的噴涂工位,等機器人噴涂完前一轉臺上工件后,馬上對該轉臺上的工件進行噴涂。機器人如此交叉作業,可以提高機器人的使用效率。

下面結合工程實例詳細介紹該系統各部分主要組件的結構特點及工作原理。

2.1機器人系統的構成和結構特點

本系統所選用的Motoman-HP20D機器人,是日本株式會社安川電機當前最先進的機器人,包括機器人本體、機器人控制柜(YASNAC DX100)、示教盒(P.P)三部分及供電電纜。

 Motoman-HP20D機器人采用的新型交流伺服電機,具有結構緊湊、高輸出、響應快、高可靠性等特點。因此,使HP20機器人本體更緊湊、更靈活。同時,具有了更大的運動空間和更好的穩定性,以及可以適應各種工藝姿態的卓越性能。

機器人本體為全軸防塵、防水型。

機器人控制柜YASNAC DX100的基本功能是控制機器人本體的六個軸,而在本系統中增加了對兩個外部軸的控制。

2.2轉臂及轉臺的結構特點及工作原理

轉臂及轉臺主要由轉臂基座(3)、轉臂(2)、轉臺(1)、轉臂驅動氣缸(1)及轉臂緩沖器(5)等組成。如圖2所示。轉臂采用氣缸驅動,通過電磁閥組件控制,在轉臂的兩個極限位置上設有緩沖裝置、定位塊和極限開關。轉臂的轉速由氣缸調速閥調節。

圖2轉臂及轉臺示意圖

1轉臺  2轉臂  3轉臂基座  4轉臂驅動氣缸

5轉臂緩沖器  6密封板  7擋板

 

轉臂用于支承轉臺并使轉臺在裝卸工位和噴涂工位之間轉換。如圖3所示:轉臂回轉角度約60度;轉臺轉到裝卸工位時,人工在轉臺上裝卸工件;轉臺轉到噴涂工位時,機器人對轉臺上的工件進行噴涂施釉工作。

圖3 轉臂及轉臺工作示意圖

1工作間  2室內收釉漏斗  3轉臂及轉臺

 4轉臂護罩5室外收釉漏斗

 

轉臺用于支撐工件并使工件在水平面上回轉,便于機器人對其圓周各面均勻噴釉。轉臺驅動方式采用1.3kw伺服電機,并作為機器人外部軸由機器人統一控制,所以在機器人施釉同時,轉臺可以很完美的配合機器人的噴涂動作,達到較高的施釉質量。伺服電機和RV減速機采用直聯方式,以減小轉臺的外型尺寸。轉臺最大承載約60Kg。

轉臺在設計上充分考慮了防塵、防水,除了選用防護等級較高的電機和減速機外,還在結構上做了防飛濺防護。另外轉臺除通過轉臂內部通到工作間外的電纜通道外,自身完全封閉,所有聯接處都設置了密封膠圈。

 

2.3工作間的構成和結構特點

工作間主體分為兩部分。前半部分為噴釉部分,全部為不銹鋼結構;后半部分為機器人部分,采用型鋼焊接框架貼有機玻璃板結構。工作室外形尺寸為:長3200mm×寬4200mm×高2500mm。

工作間后部開有兩扇維護門,用于人員進入工作間對機器人系統和噴釉系統進行維護,也用于將室內收釉小車拉出工作間。維護門設有安全鎖,用于工作間進出門的安全防范,當操作人員打開安全鎖進入工作室時,機器人會停止工作,保證操作人員的安全。

工作間前側設有兩個工件進出口,并設有一氣缸驅動的推拉門。每個工件進出口設置一套轉臂轉臺,轉臂轉到工作間內轉臺對應的為噴涂施釉工位,轉到工作間外轉臺對應的工件裝卸工位,如圖3所示。哪個進出口的轉臺轉到噴涂工位,推拉門就擋住哪個進出口,同時另一進出口打開。兩個噴涂工位間設有工位隔板。工位隔板、推拉門和側墻在停留在噴涂工位的轉臺周圍構成一個較封閉的空間,對噴涂施釉工作進行防護,防止釉漿、粉塵飛濺。機器人在封閉工位進行噴涂作業的同時,另一轉臺可以轉出工作間,轉到裝卸件工位,以便人工卸下噴涂好的工件并換上新的待噴涂工件。

圖4  工作間結構圖

1工作間主體 2維護門  3轉臂護罩  4轉臂及轉臺

5機器人及其基座  6工位隔板  7推拉門

 8推拉門驅動氣缸  9除塵管道接口

工作間內每個工位的兩側墻上都設有除塵窗口,噴釉作業時釉漿霧化的粉塵可以通過除塵窗口被除塵設備吸走,以免其飄散在空氣中污染工作環境。除塵設備可以單獨配套也可以使用客戶現有車間除塵設備。工作間頂部設有除塵管道接口,如圖4所示。

2.4收釉裝置的構成和結構特點

噴釉時會有很大一部分釉漿沒有噴到或沒有附著在工件上,所以釉漿回收裝置是系統必須設置的。

收釉裝置由兩套室內收釉漏斗(6)、兩輛室內收釉小車(5)、一套室外收釉漏斗(3)、一輛室外收釉小車(4)和工位隔板(7)、側墻板等構成。

圖5  回收裝置結構圖

1除塵管道接口  2除塵窗板  3室外收釉漏斗  4室外收釉小車

5室內收釉小車  6室內收釉漏斗  7工位隔板

室內收釉漏斗設置在噴釉工位下方,室內收釉小車放置在漏斗下方。小車采用萬向輪,可通過工作間的維護門拉出工作間進行釉料回收。

室外收釉漏斗設置在工作間推拉門和居裝卸件工位轉臺的下方,以回收推拉門和轉臺上滴落的釉漿。室外收釉小車回收室外收釉漏斗接存的釉料。

2.5噴釉系統和電氣控制系統簡介

噴釉系統由噴槍、供釉管路和釉罐等組成。噴釉系統一般由生產企業根據自己的實際情況確定。噴槍和釉路采用電磁閥壓縮空氣控制。

電氣控制系統硬件部分主要由系統控制柜(PLC)、系統操作盒及機器人控制柜(DX100)等組成。采用集中控制方式,通過系統控制柜(PLC)實現控制。通過操作盒可進行系統的啟動、停止以及暫停、急停等運轉方式的操作。此外,系統運行狀態及報警可在操作盒上顯示。操作盒上采用可中、英文切換的操作系統及提示。

4結束語:

機器人施釉系統的應用極大減輕了衛生潔具施釉工序上工人的勞動強度,提高了產品質量和企業的工作效率。現在正被越來越多的衛生潔具企業所采用,并已經過適當改造后用在了陶瓷生產的其它行業。

另外,機器人施釉系統的開發研制,也為工業機器人的廣泛使用提供了一個很好的例證。

 

參考文獻:

[1] 吳宗澤主編. 機械設計師手冊[M]. 北京: 機械工業出版社, 2002.1.

[2] 張浩吳. 工廠與車間自動化生產設備與系統[M].上海: 上海科學技術文獻出版社, 2000.4.

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