一种圆形组件端面喷涂自动生产线的设计

2016-03-02郑广建

制造业自动化 2016年4期

关键词：喷漆喷枪套筒

郑广建

（中核（天津）机械有限公司，天津 300300）

0 引言

随着汽车制造工艺的发展，传统的人工喷涂方式已经不能满足汽车生产线的要求，喷涂生产线作为一种先进的涂装生产设备，能够避免危害工作人员健康，提高经济效益和喷涂质量。自动涂装涂层控制精度一般在0.01mm左右。

本文所述的一种圆形组件端面的涂层厚度要求控制在μm级，涂层的均匀性要求较高，且要求表面洁净，无杂质附着，因此，目前生产中常使用手动喷涂方法完成。

工件手动喷涂存在以下问题：

1）工件端面喷涂操作全部依靠操作人员手动操作，自动化程度不高，生产效率低；

2）操作人员手持喷枪喷涂，涂层厚度依靠人员的经验来保证，控制精度不高，工件发黑层返工量大；

3）工件端面喷涂操作在半封闭的喷涂室进行，操作人员长期接触涂料，操作人员需佩戴防毒面具。

因此，解决以上生产中存在的问题，提高生产的自动化程度，降低操作人员的劳动强度及生产成本，成为企业目前急需解决的问题。

1 技术方案

基于高效、自动化的设计要求，根据工件端面喷涂的位置特点和工艺要求，仿效人工端面发黑的操作步骤，设计和规划自动喷涂生产线。工件自动喷涂生产线包括工件传送装置、工件旋转装置、喷枪控制装置、喷涂系统、电控系统等部分。

1.1 工件传送装置

工件传送装置由支架、轨道槽、输送链、链条、驱动电机、轴承座、上支撑座、下支撑座、链轮等部分组成。图1是工件传送装置示意图。

图1 工件传送装置示意图

如图1所示，支架由50×50方钢焊接而成，并支架下端设置有可调支脚，可以调节支架的水平及高度；上端输送链的下部设置有轨道槽，其可以防止链条左右窜动，有效保证输送链传动平稳；驱动电机减速机选用斜齿轮蜗轮蜗杆减速机，其结构紧凑，运行平稳；设置在支架上的光电传感器用于检测工件的具体位置，为控制系统提供位置信息。

输送链的上端安装有上支撑座、下支撑座，用于支撑工件上、下端；上支撑座、下支撑座由聚四氟乙烯材料加工而成。图2是工件传送装置俯视图。

图2 工件传送装置俯视图

1.2 工件旋转装置

工件旋转装置设置在工件传送装置的中间位置。工件旋转装置采用齿轮机构驱动，双层套筒旋转结构，实现工件自动旋转。图3为工件旋转装置示意图。

图3 工件旋转装置示意图

工件旋转装置主要包括驱动机构、旋转机构、保护机构等。

驱动机构包括托举气缸、托板、电机固定板、电机、主动齿轮、连接齿轮、从动齿轮；

旋转机构包括轴承、固定座、外套筒、轨道槽、内套筒；保护机构包括端盖、挡漆板、保护垫。

工件旋转装置设计思路如下：

1）驱动机构采用齿轮传动机构，实现工件的旋转；

2）旋转机构采用双层半圆筒结构，双层半圆筒之间设置轴承，保证工件旋转平稳；

3）保护机构采用硅胶材料，有效调节圆形工件的径向尺寸误差。

其结构示意图，如图4所示。

图4 工件旋转装置结构示意图

其中，1为托举气缸；2为托板；3为电机固定板；4为电机；5为主动齿轮；6为连接齿轮；7为轴承；8为固定座；9为外套筒；10为端盖；11为挡漆板；12为保护垫；13为轨道槽；14为内套筒；15为微型气缸；16为销子；17为销孔。

图5是轴承固定机构局部放大图。

图5 轴承固定机构局部放大图

托举气缸安装在设备基座上，托举气缸的活塞杆一端与托板连接；电机固定板固定在托板上，电机固定在电机固定板上；电机的输出轴上设置有主动齿轮，连接齿轮与主动齿轮啮合；

从动齿轮设置在内套筒的中部，内套筒的外部周向还设置有两个轨道槽，内套筒的端部设置有卡槽，保护垫设置在内套筒的内部端面上；

外套筒上设置有固定座，轴承固定在固定座上，轴承的厚度尺寸与轨道槽的宽度相互配合；

端盖固定在外套筒上，端盖的内端面卡在内套筒端部设置的卡槽中，确保旋转装置平稳旋转，挡漆板固定在端盖上。

微型气缸固定在设备基座上，微型气缸的端部设置有销子，从动齿轮上设置有销孔，销子的外径与从动齿轮上设置的销孔内径相互配合。

图6是微型气缸运动示意图。

图6 微型气缸运动示意图

如图6所示，销子离开销孔，工件的外径与保护垫接触，在电机的驱动下，主动齿轮旋转，带动内套筒旋转，从而工件自动旋转，工件开始喷涂；当工件完成喷涂后，电机减速，销子在微型气缸的驱动下向下运动，销子位于从动齿轮上设置的销孔时，内套筒被卡住，工件停止旋转。

1.3 喷枪控制装置

喷枪控制装置包括步进电机、丝杠导轨。喷枪设置在Z轴步进电机上，Z轴步进电机控制喷枪的旋转；Z轴步进电机安装在固定板上，X轴、Y轴步进电机控制固定板沿X轴、Y轴方向直线平移。如图7所示。

图7 喷枪控制装置示意图

Z轴步进电机下端安装一把自动喷漆枪，通过三轴编程，可使喷漆枪在水平面内实现三自由度运动，精确控制喷枪的角度、速度和轨迹，达到最佳的喷漆效果，满足工件发黑的工艺要求。

1.4 喷漆系统

喷漆系统主要由定量供漆系统、喷涂室、风管、离心风机、漆雾过滤柜等组成。

定量供漆系统由储漆罐、蠕动泵、喷枪以及压缩空气管路系统组成。储漆罐带有振动器，可防止油漆沉淀。在配套的压缩空气管路中设有油水分离器、干燥过滤器、电磁阀、节流阀、减压阀等。分二路控制，一路用于喷漆前吹扫工件，另一路用于喷漆，通过PLC自动控制。

喷漆室外壳采用不锈钢板制作，喷漆室内装有防爆照明灯，可以透过观察窗随时观察工件喷涂情况。喷漆室内两侧吸风口须上下设置，随夹套可分可合，减少漆雾逃逸。喷涂室内部结构示意图，如图8所示。

两个机械手喷漆装置固定在喷涂室的上部，对分式夹套上半部分固定在喷涂室内，工件端部防护装置分布在对分式夹套的两端。

喷涂室通过滑道固定在传送链支架上，喷涂室整体可在传送链支架上滑动，喷漆室两侧罩壳可快速拆卸，方便工件旋转装置的日常维护。

工件完成喷涂后，逃逸的喷漆由离心风机通过管道吸入干式漆雾过滤柜。干式漆雾过滤柜中使用专用玻璃纤维过滤材料，高效、安全而且经济。喷漆室内只进入一个工件，喷漆室的设计应确保漆雾不易出喷漆室，并且尽量避免漆雾粘附到输送链表面。喷漆室两端气动门改善密封，下方增加进气过滤装置。为了避免漆雾外逸喷漆室除必要的开口外尽可能封闭，同时采用必要的装置防治灰尘等杂物进入喷漆室。工件进出处采用气动活动门，工件进出后随时关闭。