摘要：本文介紹一種機器人衛(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)特點及工作原理。
關(guān)鍵詞：機器人；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(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。噴釉時噴槍與坯體的距離、角度、噴槍移動速度等決定了施釉的質(zhì)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(zhì)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(chǎn)企業(yè)所采用，本文是以我公司為某生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)和實施的衛(wèi)生潔具機器人施釉系統(tǒng)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(tǒng)。
1 工程的實施背景
目前，國內(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，工人勞動強度大，工效低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。而在國外機器人施釉已是比較成熟的技術(shù)，已被廣泛使用。國內(nèi)也有企業(yè)從國外引進(jìn)機器人施釉系統(tǒng)，但成本很高且作業(yè)方式不太適合國情。
我公司利用自己的機器人系統(tǒng)結(jié)合國內(nèi)唐山、北京等衛(wèi)生潔具生產(chǎn)企業(yè)實際需要開發(fā)研制的機器人施釉系統(tǒng)已被廣泛使用。
2 系統(tǒng)構(gòu)成和主要機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點及工作原理
機器人施釉系統(tǒng)主要由一臺機器人、兩套轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺、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A 2操作盤B 3轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)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(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺A
該系統(tǒng)設(shè)有A、B兩個工位。每個工位設(shè)置有一套轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺，兩套轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺對稱設(shè)置。每個轉(zhuǎn)臺通過轉(zhuǎn)臂動作可轉(zhuǎn)到噴涂施釉工位和裝卸件工位。當(dāng)一個轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)到噴涂施釉工位，機器人對該轉(zhuǎn)臺上工件進(jìn)行噴涂工作時，另一轉(zhuǎn)臺可以轉(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，等機器人噴涂完前一轉(zhuǎn)臺上工件后，馬上對該轉(zhuǎn)臺上的工件進(jìn)行噴涂。機器人如此交叉作業(yè)，可以提高機器人的使用效率。
下面結(jié)合工程實例詳細(xì)介紹該系統(tǒng)各部分主要組件的結(jié)構(gòu)特點及工作原理。
2.1機器人系統(tǒng)的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)特點
本系統(tǒng)所選用的Motoman-HP20D機器人，是日本株式會社安川電機當(dāng)前最先進(jìn)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(jié)構(gòu)緊湊、高輸出、響應(yīng)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(wěn)定性，以及可以適應(yīng)各種工藝姿態(tài)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(tǒng)中增加了對兩個外部軸的控制。
2.2轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)特點及工作原理
轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺主要由轉(zhuǎn)臂基座(3)、轉(zhuǎn)臂(2)、轉(zhuǎn)臺(1)、轉(zhuǎn)臂驅(qū)動氣缸(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，通過
電磁閥組件控制，在轉(zhuǎn)臂的兩個極限位置上設(shè)有緩沖裝置、定位塊和極限開關(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)臺示意圖
1轉(zhuǎn)臺 2轉(zhuǎn)臂 3轉(zhuǎn)臂基座 4轉(zhuǎn)臂驅(qū)動氣缸 5轉(zhuǎn)臂緩沖器 6密封板 7擋板
轉(zhuǎn)臂用于支承轉(zhuǎn)臺并使轉(zhuǎn)臺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)臺轉(zhuǎn)到裝卸工位時，人工在轉(zhuǎn)臺上裝卸工件；轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)到噴涂工位時，機器人對轉(zhuǎn)臺上的工件進(jìn)行噴涂施釉工作。
圖3 轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺工作示意圖
1工作間 2室內(nèi)收釉漏斗 3轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺 4轉(zhuǎn)臂護(hù)罩5室外收釉漏斗
轉(zhuǎn)臺用于支撐工件并使工件在水平面上回轉(zhuǎn)，便于機器人對其圓周各面均勻噴釉。轉(zhuǎn)臺驅(qū)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(tǒng)一控制，所以在機器人施釉同時，轉(zhuǎn)臺可以很完美的配合機器人的噴涂動作，達(dá)到較高的施釉質(zhì)量。伺服電機和RV減速機采用直聯(lián)方式，以減小轉(zhuǎn)臺的外型尺寸。轉(zhuǎn)臺最大承載約60Kg。
轉(zhuǎn)臺在設(shè)計上充分考慮了防塵、防水，除了選用防護(hù)等級較高的電機和減速機外，還在結(jié)構(gòu)上做了防飛濺防護(hù)。另外轉(zhuǎn)臺除通過轉(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
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)；后半部分為機器人部分，采用型鋼焊接框架貼有機玻璃板結(jié)構(gòu)。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(hù)門，用于人員進(jìn)入工作間對機器人系統(tǒng)和噴釉系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，也用于將室內(nèi)收釉小車?yán)龉ぷ鏖g。維護(hù)門設(shè)有安全鎖，用于工作間進(jìn)出門的安全防范，當(dāng)操作人員打開安全鎖進(jìn)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(cè)設(shè)有兩個工件進(jìn)出口，并設(shè)有一氣缸驅(qū)動的推拉門。每個工件進(jìn)出口設(shè)置一套轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)臺，轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)到工作間內(nèi)轉(zhuǎn)臺對應(yīng)的為噴涂施釉工位，轉(zhuǎn)到工作間外轉(zhuǎn)臺對應(yīng)的工件裝卸工位，如圖3所示。哪個進(jìn)出口的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)到噴涂工位，推拉門就擋住哪個進(jìn)出口，同時另一進(jìn)出口打開。兩個噴涂工位間設(shè)有工位隔板。工位隔板、推拉門和側(cè)墻在停留在噴涂工位的轉(zhuǎn)臺周圍構(gòu)成一個較封閉的空間，對噴涂施釉工作進(jìn)行防護(hù)，防止釉漿、粉塵飛濺。機器人在封閉工位進(jìn)行噴涂作業(yè)的同時，另一轉(zhuǎn)臺可以轉(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 3轉(zhuǎn)臂護(hù)罩 4轉(zhuǎn)臂及轉(zhuǎn)臺 5機器人及其基座 6工位隔板
7推拉門 8推拉門驅(qū)動氣缸 9除塵管道接口
工作間內(nèi)每個工位的兩側(cè)墻上都設(shè)有除塵窗口，噴釉作業(yè)時釉漿霧化的粉塵可以通過除塵窗口被除塵設(shè)備吸走，以免其飄散在空氣中污染工作環(huán)境。除塵設(shè)備可以單獨配套也可以使用客戶現(xiàn)有車間除塵設(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
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(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(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(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
5室內(nèi)收釉小車 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)收釉小車放置在漏斗下方。小車采用萬向輪，可通過工作間的維護(hù)門拉出工作間進(jìn)行釉料回收。
室外收釉漏斗設(shè)置在工作間推拉門和居裝卸件工位轉(zhuǎn)臺的下方，以回收推拉門和轉(zhuǎn)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(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)簡介
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)操作盒及機器人控制柜（DX100）等組成。采用集中控制方式，通過系統(tǒng)控制柜（PLC）實現(xiàn)控制。通過操作盒可進(jìn)行系統(tǒng)的啟動、停止以及暫停、急停等運轉(zhuǎn)方式的操作。此外，系統(tǒng)運行狀態(tài)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(tǒng)及提示。
4結(jié)束語：
機器人施釉系統(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強度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)的工作效率。現(xiàn)在正被越來越多的衛(wèi)生潔具企業(yè)所采用，并已經(jīng)過適當(dāng)改造后用在了陶瓷生產(chǎn)的其它行業(yè)。
另外，機器人施釉系統(tǒng)的開發(fā)研制，也為工業(yè)機器人的廣泛使用提供了一個很好的例證。
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