摘要：本文介紹一種機(jī)器人衛(wèi)生潔具施釉系統(tǒng)的構(gòu)成和系統(tǒng)中主要組件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理。
關(guān)鍵詞：機(jī)器人；衛(wèi)生潔具；噴涂施釉
引言：
施釉是陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的一個(gè)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(guò)噴槍噴涂到產(chǎn)品坯體上。噴釉產(chǎn)生的釉層厚度比較均勻，便于操作，尤其適合衛(wèi)生潔具這類體型較大、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品施釉。噴釉時(shí)噴槍與坯體的距離、角度、噴槍移動(dòng)速度等決定了施釉的質(zhì)量，這就對(duì)操作工人提出了很高的要求，另外噴涂粉塵對(duì)操作工人也十分有害。所以采用機(jī)器人代替人工噴釉是個(gè)很好的選擇，不僅能保證施釉質(zhì)量，還可大大提高工作效率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保障工人身體安全。
近年來(lái)機(jī)器人施釉已越來(lái)越多的被生產(chǎn)企業(yè)所采用，本文是以我公司為某生產(chǎn)企業(yè)開(kāi)發(fā)和實(shí)施的衛(wèi)生潔具機(jī)器人施釉系統(tǒng)的工程實(shí)例為背景，介紹和闡述一種典型的機(jī)器人施釉系統(tǒng)。
1 工程的實(shí)施背景
目前，國(guó)內(nèi)有200多家衛(wèi)生潔具生產(chǎn)企業(yè)，其施釉作業(yè)普遍采用人工方式，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，工效低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。而在國(guó)外機(jī)器人施釉已是比較成熟的技術(shù)，已被廣泛使用。國(guó)內(nèi)也有企業(yè)從國(guó)外引進(jìn)機(jī)器人施釉系統(tǒng)，但成本很高且作業(yè)方式不太適合國(guó)情。
我公司利用自己的機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)合國(guó)內(nèi)唐山、北京等衛(wèi)生潔具生產(chǎn)企業(yè)實(shí)際需要開(kāi)發(fā)研制的機(jī)器人施釉系統(tǒng)已被廣泛使用。
2 系統(tǒng)構(gòu)成和主要機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理
機(jī)器人施釉系統(tǒng)主要由一臺(tái)機(jī)器人、兩套轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺(tái)、一套收釉裝置、一套工作間、一套噴釉系統(tǒng)及一套電氣控制系統(tǒng)組成，如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)構(gòu)成示意圖
1操作盤(pán)A 2操作盤(pán)B 3轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺(tái)B 4收釉裝置 5工作間 6機(jī)器人HP20D
7機(jī)器人基座 8 PLC控制柜 9變壓器 10機(jī)器人控制柜DX100 11轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺(tái)A
該系統(tǒng)設(shè)有A、B兩個(gè)工位。每個(gè)工位設(shè)置有一套轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺(tái)，兩套轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)稱設(shè)置。每個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)通過(guò)轉(zhuǎn)臂動(dòng)作可轉(zhuǎn)到噴涂施釉工位和裝卸件工位。當(dāng)一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)到噴涂施釉工位，機(jī)器人對(duì)該轉(zhuǎn)臺(tái)上工件進(jìn)行噴涂工作時(shí)，另一轉(zhuǎn)臺(tái)可以轉(zhuǎn)出工作間、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)回到工作間內(nèi)的噴涂工位，等機(jī)器人噴涂完前一轉(zhuǎn)臺(tái)上工件后，馬上對(duì)該轉(zhuǎn)臺(tái)上的工件進(jìn)行噴涂。機(jī)器人如此交叉作業(yè)，可以提高機(jī)器人的使用效率。
下面結(jié)合工程實(shí)例詳細(xì)介紹該系統(tǒng)各部分主要組件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理。
2.1機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
本系統(tǒng)所選用的Motoman-HP20D機(jī)器人，是日本株式會(huì)社安川電機(jī)當(dāng)前最先進(jìn)的機(jī)器人，包括機(jī)器人本體、機(jī)器人控制柜（YASNAC DX100）、示教盒（P.P）三部分及供電電纜。
Motoman-HP20D機(jī)器人采用的新型交流伺服電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、高輸出、響應(yīng)快、高可靠性等特點(diǎn)。因此，使HP20機(jī)器人本體更緊湊、更靈活。同時(shí)，具有了更大的運(yùn)動(dòng)空間和更好的穩(wěn)定性，以及可以適應(yīng)各種工藝姿態(tài)的卓越性能。
機(jī)器人本體為全軸防塵、防水型。
機(jī)器人控制柜YASNAC DX100的基本功能是控制機(jī)器人本體的六個(gè)軸，而在本系統(tǒng)中增加了對(duì)兩個(gè)外部軸的控制。
2.2轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理
轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺(tái)主要由轉(zhuǎn)臂基座(3)、轉(zhuǎn)臂(2)、轉(zhuǎn)臺(tái)(1)、轉(zhuǎn)臂驅(qū)動(dòng)氣缸(1)及轉(zhuǎn)臂緩沖器(5)等組成。如圖2所示。轉(zhuǎn)臂采用氣缸驅(qū)動(dòng)，通過(guò)
電磁閥組件控制，在轉(zhuǎn)臂的兩個(gè)極限位置上設(shè)有緩沖裝置、定位塊和極限開(kāi)關(guān)。轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)速由氣缸調(diào)速閥調(diào)節(jié)。
圖2轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺(tái)示意圖
1轉(zhuǎn)臺(tái) 2轉(zhuǎn)臂 3轉(zhuǎn)臂基座 4轉(zhuǎn)臂驅(qū)動(dòng)氣缸 5轉(zhuǎn)臂緩沖器 6密封板 7擋板
轉(zhuǎn)臂用于支承轉(zhuǎn)臺(tái)并使轉(zhuǎn)臺(tái)在裝卸工位和噴涂工位之間轉(zhuǎn)換。如圖3所示：轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)角度約60度；轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)到裝卸工位時(shí)，人工在轉(zhuǎn)臺(tái)上裝卸工件；轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)到噴涂工位時(shí)，機(jī)器人對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)上的工件進(jìn)行噴涂施釉工作。
圖3 轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺(tái)工作示意圖
1工作間 2室內(nèi)收釉漏斗 3轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺(tái) 4轉(zhuǎn)臂護(hù)罩5室外收釉漏斗
轉(zhuǎn)臺(tái)用于支撐工件并使工件在水平面上回轉(zhuǎn)，便于機(jī)器人對(duì)其圓周各面均勻噴釉。轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)方式采用1.3kw伺服電機(jī)，并作為機(jī)器人外部軸由機(jī)器人統(tǒng)一控制，所以在機(jī)器人施釉同時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)可以很完美的配合機(jī)器人的噴涂動(dòng)作，達(dá)到較高的施釉質(zhì)量。伺服電機(jī)和RV減速機(jī)采用直聯(lián)方式，以減小轉(zhuǎn)臺(tái)的外型尺寸。轉(zhuǎn)臺(tái)最大承載約60Kg。
轉(zhuǎn)臺(tái)在設(shè)計(jì)上充分考慮了防塵、防水，除了選用防護(hù)等級(jí)較高的電機(jī)和減速機(jī)外，還在結(jié)構(gòu)上做了防飛濺防護(hù)。另外轉(zhuǎn)臺(tái)除通過(guò)轉(zhuǎn)臂內(nèi)部通到工作間外的電纜通道外，自身完全封閉，所有聯(lián)接處都設(shè)置了密封膠圈。
2.3 工作間的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
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(jié)構(gòu)；后半部分為機(jī)器人部分，采用型鋼焊接框架貼有機(jī)玻璃板結(jié)構(gòu)。工作室外形尺寸為：長(zhǎng)3200mm×寬4200mm×高2500mm。
工作間后部開(kāi)有兩扇維護(hù)門(mén)，用于人員進(jìn)入工作間對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)和噴釉系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，也用于將室內(nèi)收釉小車(chē)?yán)龉ぷ鏖g。維護(hù)門(mén)設(shè)有安全鎖，用于工作間進(jìn)出門(mén)的安全防范，當(dāng)操作人員打開(kāi)安全鎖進(jìn)入工作室時(shí)，機(jī)器人會(huì)停止工作，保證操作人員的安全。
工作間前側(cè)設(shè)有兩個(gè)工件進(jìn)出口，并設(shè)有一氣缸驅(qū)動(dòng)的推拉門(mén)。每個(gè)工件進(jìn)出口設(shè)置一套轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)到工作間內(nèi)轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)應(yīng)的為噴涂施釉工位，轉(zhuǎn)到工作間外轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)應(yīng)的工件裝卸工位，如圖3所示。哪個(gè)進(jìn)出口的轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)到噴涂工位，推拉門(mén)就擋住哪個(gè)進(jìn)出口，同時(shí)另一進(jìn)出口打開(kāi)。兩個(gè)噴涂工位間設(shè)有工位隔板。工位隔板、推拉門(mén)和側(cè)墻在停留在噴涂工位的轉(zhuǎn)臺(tái)周?chē)鷺?gòu)成一個(gè)較封閉的空間，對(duì)噴涂施釉工作進(jìn)行防護(hù)，防止釉漿、粉塵飛濺。機(jī)器人在封閉工位進(jìn)行噴涂作業(yè)的同時(shí)，另一轉(zhuǎn)臺(tái)可以轉(zhuǎn)出工作間，轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)圖
1工作間主體 2維護(hù)門(mén) 3轉(zhuǎn)臂護(hù)罩 4轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺(tái) 5機(jī)器人及其基座 6工位隔板
7推拉門(mén) 8推拉門(mén)驅(qū)動(dòng)氣缸 9除塵管道接口
工作間內(nèi)每個(gè)工位的兩側(cè)墻上都設(shè)有除塵窗口，噴釉作業(yè)時(shí)釉漿霧化的粉塵可以通過(guò)除塵窗口被除塵設(shè)備吸走，以免其飄散在空氣中污染工作環(huán)境。除塵設(shè)備可以單獨(dú)配套也可以使用客戶現(xiàn)有車(chē)間除塵設(shè)備。工作間頂部設(shè)有除塵管道接口，如圖4所示。
2.4收釉裝置的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
噴釉時(shí)會(huì)有很大一部分釉漿沒(méi)有噴到或沒(méi)有附著在工件上，所以釉漿回收裝置是系統(tǒng)必須設(shè)置的。
收釉裝置由兩套室內(nèi)收釉漏斗(6)、兩輛室內(nèi)收釉小車(chē)(5)、一套室外收釉漏斗(3)、一輛室外收釉小車(chē)(4)和工位隔板(7)、側(cè)墻板等構(gòu)成。
圖5 回收裝置結(jié)構(gòu)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(chē)
5室內(nèi)收釉小車(chē) 6室內(nèi)收釉漏斗 7工位隔板
室內(nèi)收釉漏斗設(shè)置在噴釉工位下方，室內(nèi)收釉小車(chē)放置在漏斗下方。小車(chē)采用萬(wàn)向輪，可通過(guò)工作間的維護(hù)門(mén)拉出工作間進(jìn)行釉料回收。
室外收釉漏斗設(shè)置在工作間推拉門(mén)和居裝卸件工位轉(zhuǎn)臺(tái)的下方，以回收推拉門(mén)和轉(zhuǎn)臺(tái)上滴落的釉漿。室外收釉小車(chē)回收室外收釉漏斗接存的釉料。
2.5噴釉系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介
噴釉系統(tǒng)由噴槍、供釉管路和釉罐等組成。噴釉系統(tǒng)一般由生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)自己的實(shí)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(tǒng)硬件部分主要由系統(tǒng)
控制柜（PLC）、系統(tǒng)操作盒及機(jī)器人控制柜（DX100）等組成。采用集中控制方式，通過(guò)系統(tǒng)控制柜（PLC）實(shí)現(xiàn)控制。通過(guò)操作盒可進(jìn)行系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止以及暫停、急停等運(yùn)轉(zhuǎn)方式的操作。此外，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及報(bào)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(tǒng)及提示。
4結(jié)束語(yǔ)：
機(jī)器人施釉系統(tǒng)的應(yīng)用極大減輕了衛(wèi)生潔具施釉工序上工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)的工作效率。現(xiàn)在正被越來(lái)越多的衛(wèi)生潔具企業(yè)所采用，并已經(jīng)過(guò)適當(dāng)改造后用在了陶瓷生產(chǎn)的其它行業(yè)。
另外，機(jī)器人施釉系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研制，也為工業(yè)機(jī)器人的廣泛使用提供了一個(gè)很好的例證。
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