機(jī)器人噴涂在鑄造行業(yè)中的應(yīng)用與創(chuàng)新

賈秀芹，姜亦曉，原秀晶

（濰柴動(dòng)力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261100）

按應(yīng)用場景分類，工業(yè)機(jī)器人主要分為焊接、裝配、噴涂、處理和搬運(yùn)五大類。其中，噴涂機(jī)器人則主要分為涂裝、點(diǎn)膠和噴漆；目前噴涂機(jī)器人主要應(yīng)用于3C行業(yè)（電腦、通訊、及電子產(chǎn)品領(lǐng)域）、汽車制造行業(yè)、夾具行業(yè)等。用機(jī)器人代替人工作業(yè)是目前工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的趨勢。將噴涂機(jī)器人應(yīng)用于鑄造行業(yè)中，代替人工用于造型線型腔噴涂，把噴涂工人從惡劣的工作環(huán)境中解救出來，利用機(jī)器人噴涂型腔，不僅重復(fù)精度好，提高了工作的生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)成本，還提高了噴涂質(zhì)量。國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的總體水平在未來長期時(shí)間將處于穩(wěn)定上升區(qū)，而兩極分化趨勢愈顯。

1 造型線型腔噴涂設(shè)備介紹

造型線型腔噴涂設(shè)備主要包括噴涂機(jī)器人系統(tǒng)、噴涂系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、配套設(shè)施等，布局圖如圖1所示。

噴涂簡要工作流程如圖2：造型線給出砂型對(duì)應(yīng)產(chǎn)品號(hào)——機(jī)器人控制系統(tǒng)讀取產(chǎn)品號(hào)調(diào)用相應(yīng)機(jī)器人噴涂程序——造型線給出允許噴涂信號(hào)——機(jī)器人開始噴涂——噴涂完畢——放行造型線——造型線移箱，開始下一個(gè)循環(huán)。

圖1 系統(tǒng)布局圖

圖2 系統(tǒng)流程圖

1.1 噴涂機(jī)器人系統(tǒng)

圖3 機(jī)器人本體

噴涂機(jī)器人系統(tǒng)是噴涂工作的執(zhí)行者，由機(jī)器人、機(jī)器人控制柜、示教器、管線包、噴涂夾具、機(jī)器人防護(hù)服等組成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)噴涂、點(diǎn)火、火焰檢測等功能。機(jī)器人系統(tǒng)可儲(chǔ)存、調(diào)用多套不同產(chǎn)品工藝參數(shù)，機(jī)器人收到切換品種信號(hào)時(shí)，自動(dòng)切換。

機(jī)器人采用的是ABB六軸六關(guān)節(jié)機(jī)器人（圖3），每個(gè)軸又分別由伺服電機(jī)、減速機(jī)及其相應(yīng)的手腕體組成。由六個(gè)轉(zhuǎn)軸組成的空間六桿開鏈機(jī)構(gòu)，理論上可達(dá)到運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)空間任何一點(diǎn)，每個(gè)轉(zhuǎn)軸均帶有一個(gè)齒輪箱，機(jī)械手運(yùn)動(dòng)精度 (綜合)達(dá)正負(fù)0.05mm至正負(fù)0.2mm。

1.2 噴涂系統(tǒng)

噴涂系統(tǒng)可通過自動(dòng)調(diào)節(jié)壓縮空氣壓力間接調(diào)節(jié)涂料供給量和噴槍噴幅寬度，與機(jī)器人運(yùn)行路徑和速度匹配間接保證鑄型著膜均勻。噴涂系統(tǒng)原理圖如圖4所示，由涂料罐、涂料過濾系統(tǒng)、涂料攪拌系統(tǒng)、輸送裝置、自動(dòng)噴槍、壓縮空氣控制系統(tǒng)、收集清洗桶、輸送管路、閥等組成。其中，涂料罐2套，1套用于噴涂時(shí)另一套可以進(jìn)行清洗和人工涂料準(zhǔn)備，手動(dòng)切換。涂料罐設(shè)置有過濾網(wǎng)、取樣口和排污口；設(shè)置有自動(dòng)攪拌裝置，防止涂料沉淀；設(shè)置有低料位檢測和報(bào)警裝置。涂料在涂料罐內(nèi)充分?jǐn)嚢瑁?jīng)過濾后利用輸送裝置進(jìn)行輸送，經(jīng)調(diào)節(jié)和穩(wěn)壓輸送到自動(dòng)噴槍，霧化噴涂至砂型表面；系統(tǒng)設(shè)置堵槍檢測和報(bào)警裝置。

圖4 簡要原理圖

系統(tǒng)帶有噴槍清洗和管路清洗功能，生產(chǎn)期間停線時(shí)間過長，機(jī)器人自動(dòng)行進(jìn)到清洗收集處，開啟噴槍泄壓，泄壓完畢進(jìn)行空氣反吹噴嘴或酒精清洗噴嘴，防止涂料沉淀和堵塞噴嘴。生產(chǎn)結(jié)束時(shí)手動(dòng)開啟管路清洗功能，機(jī)器人自動(dòng)行走至清洗收集器處，自動(dòng)開啟卸料閥，排泄管路涂料；管路涂料排空完畢后開啟壓縮空氣閥，用壓縮空氣沖洗管路；空氣沖洗管路后泵入酒精清洗，干凈后關(guān)閉。清洗收集桶設(shè)置有料位檢測、報(bào)警裝置和排污口，方便排出收集的涂料。

1.3 控制系統(tǒng)

電控系統(tǒng)（圖5）由控制柜、人機(jī)界面、電控系統(tǒng)及電氣管線等組成。電控系統(tǒng)采用西門子S7-1200系列可編程控制器[1]，通過PROFINET和PROFIBUS技術(shù)分別與ABB機(jī)器人和HMI等通訊（圖6），構(gòu)成噴涂控制網(wǎng)絡(luò)。完成相應(yīng)工序、故障處理、安全預(yù)警、與造型線聯(lián)鎖等功能，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定噴涂。

控制系統(tǒng)安全可靠、操作方便，具有多種保護(hù)、報(bào)警功能。從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化操作流程。噴涂全過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。噴涂過程連續(xù)可控，噴涂軌跡根據(jù)造型線生產(chǎn)件號(hào)的不同可以進(jìn)行自動(dòng)切換。

圖5 控制系統(tǒng)

圖6 硬件組態(tài)

圖7 造型線型腔噴涂設(shè)備

2 總結(jié)

機(jī)器人善于完成重復(fù)的，單調(diào)的，精度要求高的工作，能取代人在惡劣的環(huán)境中完成人類不能或不愿意完成的工作，機(jī)器人的出現(xiàn)大大解放了人類的生產(chǎn)力。機(jī)器人的發(fā)展是社會(huì)發(fā)展的結(jié)果，也是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢[2]。為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和企業(yè)發(fā)展的需要，濰柴動(dòng)力鑄鍛有限公司在2018年開展鑄造工序自動(dòng)化提升項(xiàng)目，將5套造型線砂型噴涂設(shè)備成功應(yīng)用于鑄鍛公司5條大件缸體自動(dòng)化造型生產(chǎn)線（圖7），代替人工進(jìn)行砂型噴涂，減少了勞動(dòng)力，提高了鑄造工序自動(dòng)化水平。