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机器人自动喷漆房涂装系统在铁路机车喷漆中的使用

江苏机器人自动喷漆房、机器人自动涂装房、喷漆自动流水线厂家,为大型铁路机车、客运车厢、大型客车、特种车辆等设计制造机器人自动喷漆涂装房,可用于初次喷漆和二次翻新涂装的喷漆作业,采用喷漆机器人配合PLC控制系统,全程自动喷漆,减轻人工作业量,喷漆涂装效果稳定,喷漆面均匀,产品在各大铁路系统均有使用,环保安全、效率高。

机车喷漆房

随着工业自动化控制水平的不断提高,自动喷漆机器人在喷漆房制造方面应用越来越广 ,尤其在对复杂构造的工件喷漆 、漆膜均匀度等质量要求比较高的喷漆涂装上 ,具有6个伺服控 制轴和流 量控制系统 的喷漆机器 人可以高 效高 质量的完成任务。本文详细的介绍了我司针对铁路机车研发的机器人自动喷涂系统设备结构、功能及工作原理 。

铁路机车车体尺寸较大,长度一般在 12—14米 , 高 度 一 般 在 3—5 米 , 传 统 工 艺 采 用 人 工 喷 涂 , 通常有 占用劳动力多、劳动强度大、喷涂质量不 稳定 、效率低等不可避免 的问题 ,且手工喷涂环 境危害人身健康 ,逐渐被现代工业所摒弃。因此 我们采用喷漆机器人并配 以必要的外围辅助设备 进 行喷涂工作 ,获得了 良好的效果。本文将介 绍 铁 路机车机 器人 自动喷涂 系统 的整体 结构构成 、 工作原理及控制 系统。

1 系统基本配置

此机器人 自动喷涂 系统主要 由以下五部分构成 :防爆喷涂机器人、机器人水平 移动装置 、机 器人垂直升降装置、总控 系统和集中供漆系统。

机器人水平移动 装置由交流伺服 电机经减速 机减速后 ,通过齿轮 、齿条传动,拖动安装有机 器人升降装置的滑板 ,带动滑板沿 直线导轨做直 线运动。机器人移动装置的传动及 导向部件均采 用迷 宫式结构 全长 防护 ,可在 漆雾环境下 使用, 如图 1所示。

喷漆机器人水平移动设备
喷漆机器人水平移动设备

机器人升降装置 由带抱闸的防爆 电机 、减速 机组拖动,带动托架 (机器人固定在托架上)经直 线导轨导 向上下移动 ,其位置 只有上、下两个位 置,由机器人控制柜进行开关量控制。将根据不同车型,确定不同的喷涂位置如图 2所示。

喷漆机器人上下移动装置
喷漆机器人上下移动装置

集中供漆 系统 包括油漆循环 系统、液压油供 给 系统、油漆热交换系统 等。油漆循环 系统将油 漆输送到各个工位 ,并保证油漆始终流动、减 少 沉淀。液压油供给 系统是给液压输漆泵 的马达提 供动力用液压油。油漆热 交换 系统是通过冷热 水供给来调节、控制油漆的温度。

总控系统由六部分构成:PLC控制系统 、机器 人控制 系统、人机 界面、伺服 电机控制 系统、变 频电机控制 系统和控制面板。前 5部分均 与 PLC 系统进行直接的信息交换。PLC系统相当一个信 息 中转站、命令 控制器及状 态显示器 ,对整个系 统进行控制。

防爆喷涂机器人系统主要完成在 自动 喷涂过 程 中对 自动喷涂运动轨迹 进行控制 ,可以对喷枪 开、关进行 自动 控制 。针对不 同的喷涂轨迹可以 设置成相应的程序号 ,机器人可 以接受总控 系统 发来 的程序号命令 ,调用相应 的喷涂程序。机 器 人喷涂轨迹程序,可结合 系统 内部指令和点对点 的人工示教完成。

2 工作原理 系统的总体设计采用了两台机器人在工件的

两面对称喷涂,每一 台机器人负责喷涂工件表面 的一半面积。每一台机器人安装在伺服移动导轨 上 ,以满 足被喷工件 长度方 向喷涂 的技 术要 求。 由于工件高度达4.5米,机器人在同一个水平方 向喷涂是满足不 了高度喷涂要求的,所 以,在机 器人 的移动导轨上再增加一个升 降 自由度 ,在喷 涂 的过程 中,根据喷涂 的需求及时地抬高机器人 的喷涂位置 ,以满足工件高度喷涂 的需要 ,垂直 高度驱动采用变频控制,水平移动方向采用伺服 控制 系统。机器 人喷涂 系统 ,对每一台机 器人所 包含的全范围喷涂方式 ,采用长度方 向分段喷涂, 高度方向分为两层喷涂。

在人机操作界面输入相应的工件号及颜色号 之后 ,启动系统 ,水平移动装置的伺服控制 系统 开始相对于工件找零点以确定启喷点,零点到位 后总控系统 自动给机器人控制系统发出启动命令、 程序号 ,机器人 收到 后发 回反馈信号 ,通 知伺服 系统运动至第一个启喷位置。伺服系统移动到位 后通过与 PLC系统交互信号给机器人控制 系统发 一 个伺服到位信号,此时,机器人开始按预先示 教程序进行第一步分段喷涂。机器人完成第一部分喷涂后,反馈给 PLC系统让伺服系统运动至第 二 个 启 喷 位 置 , 伺 服 系 统 移 动 到 位 后 通 过 与 PL C 系统 交互信号给机器人控制 系统发下一个伺服到 位信号,机器人再进行第二步分段喷涂。如此重 复直到工件下半部分喷涂完成。完成 后,总控系 统再通知垂直移动装置的变频控制系统运动至工 件上半部分启喷位置。到位后通过与 PLC系统交互信号给 机器人控制 系统发一 个变频到位 信号, 这时机器人 系统配合水平移动装置 完成工件上半 部分喷涂,原理与工件下半部分喷涂类似 。当完 成喷涂回到结束 点时,总控 系统通知变频控制系 统运动至起始安全位置,整个工件喷涂结束,系 统处于准备好状态 ,等待下一个喷涂命令的到来。

3 控制系统

控制系统 采用进 口可编程控制器作为 中央控制单元 ,对机器人 、机器人直线移动装置 、机器 人 垂直升降装置 、集 中供漆系统 等设备进行总体 协 调与控制。上位采用触摸屏,具有故障显示功 能,便于设备排除故障。总控 系统与机器人 系统 问实时交互状态信息,确保机器人协调有序工作。

控制 系统的主要结构分为 6大块 ,相互 间通 信方式为 :

1)人 机 界 面 。

2)PLC 系 统 : 人 机 界 面 与 PLC 系 统 采 用 PROFIBUS—DP通信。

3)机 器 人 系 统 : 机 器 人 系 统 与 PLC 系 统 采 用 I/o 开 关 量 通 信 。

4)伺 服 系 统 :PLC 系 统 与 伺 服 系 统 采 用 I/O 开 关量通信。

5)变 频 控 制 系 统 : 变 频 控 制 与 PLC 系 统 采 用 I/O开关量通信。

6)控 制 面 板 I/O 按 钮 输 入 直 接 接 入 PLC 系 统 的输入口。

总控系统 可实现功能:发送给机器人控制命 令,以及接收机器人工作过程 中返回的状态信息; 与上位机 进行信 息交换 ,接受上位机发来 的各种 命令并对其 进行相应的处理 ,向上位机发送各种 状态信息 ;对人机界面的输入按钮及输 出指示进 行控制,对报警指示灯进行控制 ;对外部 的各种 输 入输 出信息 (如移动装置的限位信号、零点信 号、工件到位信号、故障信号等)进行处理 ;上位 机触摸屏可实现 系统工作状态监控、参数设定及 修改、参数显示 、报警信息显示、故障复位等工 作。机器人伺服直线移动装置共含有 2台伺服 电 机,采用进 口伺服控制 系统 ,可以精确控制水平 方 向的位移 ,及 时反馈运动过程 中的状态,并且 重复精度高。

系统前期准备工作 由总控系统发命令来完成。 如系统找伺服零点 ,找工作原点 ,发出启动命令 等。当总控 系统 发完启动命令后 ,后面 的一切工作由机器人喷涂系统自动完成, PLC系统这时只是起到一个承上启下的作用、实时传寄信息的功能。一个自动工作周期完成后,机器人给上位机发工作结束命令,这时,各个功能单元均处于自动工作方式的待命状态,等待上位机新的工作命令的发送。
总控界面功能主要是:
1)可以显示系统在工作过程中的工作状态(如机器人,变频器,伺服系统的各种状态信息);
2)程序号和颜色号的编制修改和发送;
3)手动功能下的功能操作(如换色操作,清洗操作)。
重要的功能操作可以由操作面板上的功能按i直接操作。

控制界面
控制界面

4结束语

通过给运动轨迹固定的工业机器人增加外部轴,可以加大机器人的工作范围,从而在大型工件喷涂领域得以广泛应用。本文介绍的铁路机车机器人喷涂系统,安全防护等级高,操作简洁方便,喷涂效果稳定,极大程度上降低了工人的劳动强度及改善了工作环境,提高了工作效率,已在用户现场成功应用并获得好评。

我司可设计自造各类大型环保喷漆房,机器人自动喷漆房,应用于风电塔筒、机车涂装、客车涂装等行业。

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