賈秀芹，姜亦曉，原秀晶

（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261100）

按應用場景分類，工業(yè)機器人主要分為焊接、裝配、噴涂、處理和搬運五大類。其中，噴涂機器人則主要分為涂裝、點膠和噴漆；目前噴涂機器人主要應用于3C行業(yè)（電腦、通訊、及電子產品領域）、汽車制造行業(yè)、夾具行業(yè)等。用機器人代替人工作業(yè)是目前工業(yè)自動化發(fā)展的趨勢。將噴涂機器人應用于鑄造行業(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，利用機器人噴涂型腔，不僅重復精度好，提高了工作的生產效率，降低了勞動成本，還提高了噴涂質量。國內工業(yè)機器人的總體水平在未來長期時間將處于穩(wěn)定上升區(qū)，而兩極分化趨勢愈顯。

1 造型線型腔噴涂設備介紹

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

噴涂簡要工作流程如圖2：造型線給出砂型對應產品號——機器人控制系統(tǒng)讀取產品號調用相應機器人噴涂程序——造型線給出允許噴涂信號——機器人開始噴涂——噴涂完畢——放行造型線——造型線移箱，開始下一個循環(huán)。

圖1 系統(tǒng)布局圖

圖2 系統(tǒng)流程圖

1.1 噴涂機器人系統(tǒng)

圖3 機器人本體

噴涂機器人系統(tǒng)是噴涂工作的執(zhí)行者，由機器人、機器人控制柜、示教器、管線包、噴涂夾具、機器人防護服等組成，實現(xiàn)系統(tǒng)噴涂、點火、火焰檢測等功能。機器人系統(tǒng)可儲存、調用多套不同產品工藝參數(shù)，機器人收到切換品種信號時，自動切換。

機器人采用的是ABB六軸六關節(jié)機器人（圖3），每個軸又分別由伺服電機、減速機及其相應的手腕體組成。由六個轉軸組成的空間六桿開鏈機構，理論上可達到運動范圍內空間任何一點，每個轉軸均帶有一個齒輪箱，機械手運動精度 (綜合)達正負0.05mm至正負0.2mm。

1.2 噴涂系統(tǒng)

噴涂系統(tǒng)可通過自動調節(jié)壓縮空氣壓力間接調節(jié)涂料供給量和噴槍噴幅寬度，與機器人運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套用于噴涂時另一套可以進行清洗和人工涂料準備，手動切換。涂料罐設置有過濾網(wǎng)、取樣口和排污口；設置有自動攪拌裝置，防止涂料沉淀；設置有低料位檢測和報警裝置。涂料在涂料罐內充分攪拌，經(jīng)過濾后利用輸送裝置進行輸送，經(jīng)調節(jié)和穩(wěn)壓輸送到自動噴槍，霧化噴涂至砂型表面；系統(tǒng)設置堵槍檢測和報警裝置。

圖4 簡要原理圖

系統(tǒng)帶有噴槍清洗和管路清洗功能，生產期間停線時間過長，機器人自動行進到清洗收集處，開啟噴槍泄壓，泄壓完畢進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。生產結束時手動開啟管路清洗功能，機器人自動行走至清洗收集器處，自動開啟卸料閥，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，干凈后關閉。清洗收集桶設置有料位檢測、報警裝置和排污口，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技術分別與ABB機器人和HMI等通訊（圖6），構成噴涂控制網(wǎng)絡。完成相應工序、故障處理、安全預警、與造型線聯(lián)鎖等功能，實現(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、報警功能。從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動化操作流程。噴涂全過程實現(xiàn)自動控制。噴涂過程連續(xù)可控，噴涂軌跡根據(jù)造型線生產件號的不同可以進行自動切換。

圖5 控制系統(tǒng)

圖6 硬件組態(tài)

圖7 造型線型腔噴涂設備

2 總結

機器人善于完成重復的，單調的，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，機器人的出現(xiàn)大大解放了人類的生產力。機器人的發(fā)展是社會發(fā)展的結果，也是社會發(fā)展的必然趨勢[2]。為了適應社會發(fā)展和企業(yè)發(fā)展的需要，濰柴動力鑄鍛有限公司在2018年開展鑄造工序自動化提升項目，將5套造型線砂型噴涂設備成功應用于鑄鍛公司5條大件缸體自動化造型生產線（圖7），代替人工進行砂型噴涂，減少了勞動力，提高了鑄造工序自動化水平。