打磨抛光领域的最佳合作伙伴

作者:埃夫特智能装备股份有限公司 点击数:314 发布时间:2018-11-22
在传统制造行业,抛光打磨是最基础的一道工序,但是其成本占到总成本的30%。由于劳动力成本越来越高,这种不需要文化技术的岗位,其薪酬反而越来越高,有的甚至月薪超过一万元。
打磨抛光领域的最佳合作伙伴

打磨抛光现场设备
打磨抛光现场设备

打磨抛光是现代工业机器人众多应用种类的一种,用于替代传统人工,进行工件的打磨抛光工作,主要用于工件的表面打磨、棱角去毛刺、焊缝打磨、内腔内孔去毛刺以及孔口螺纹口加工等工作,面向卫浴五金行业、IT 行业、汽车零部件、工业零件、医疗器械、木材建材家具制造和民用产品等行业。机器人打磨抛光的主要优点:提高打磨质量和产品光洁度,保证其一致性;提高生产率,一天可24 h连续生产;改善工人劳动条件,可在有害环境下长期工作;降低对工人操作技术的要求;缩短产品改型换代的周期,减少相应的投资设备;可再开发性,用户可根据不同样件进行二次编程。具有可长期进行打磨作业、保证产品的高生产率、高质量和高稳定性等特点。

在传统制造行业,抛光打磨是最基础的一道工序,但是其成本占到总成本的30%。由于劳动力成本越来越高,这种不需要文化技术的岗位,其薪酬反而越来越高,有的甚至月薪超过一万元。以卫浴行业为例,如果使用抛光打磨机器人,一年半可回收成本。另外产品品质更好,抛光打磨颜色更均匀。纵观全球产业化发展,随着人口红利的消失、产品成本降低和产品质量提高的要求等因素,打磨抛光机器人的市场前景一片光明。

当然,尽管机器人在打磨抛光领域有很多优点,但是在实际应用中仍然有一定的难度。机器人的稳定性、外围设备是否满足机器人的生产要求及现场工艺等都会影响最终生产出来的产品质量。而做为国产机器人代表,埃夫特设计出适用于卫浴行业的第一台柔性打磨机器人,填补了国内同类工业机器人空白。该型机器人的研制成功,标志着埃夫特机器人在打磨抛光领域成功的迈出了第一步。同时埃夫特机器人也涉足于一个接一个的打磨抛光项目,均取得了不错的效果。

埃夫特机器人ER50-C20
埃夫特机器人ER50-C20

埃夫特机器人ER20-C10
埃夫特机器人ER20-C10

埃夫特机器人ER3-C60
埃夫特机器人ER3-C60

Efort 打磨机器人

埃夫特机器人有各种型号,其中常被用于打磨的有三种,分别是ER3-C60、ER20-C10和ER50-C20。

在这三种型号机器人当中,ER50-C20和ER20-C10是最先被应用于打磨抛光行业的,也是比较成熟的一款产品,被广泛应用于卫浴行业的角阀和五金打磨抛光。而ER3-C60型机器人被用于小工件(3 kg以下)的打磨及抛光。抛光打磨市场很大,其中五金锻件打磨抛光市场相对成熟,针对市场规律,埃夫特打磨机器人最先被应用的领域便是卫浴行业的五金打磨,积累了宝贵经验的同时,也取得了一定的成绩,获得了甲方的高度认可。为进一步提高质量,拓宽市场打下了坚实的基础。

打磨抛光工艺分析

机器人打磨抛光在本质上是在模仿人手打磨抛光,所以仅仅有机器人是远远不够的,其现场工艺往往决定了最后生产出的产品质量,所以对现场打磨抛光工艺的熟知非常重要。

表格1 机器人参数
表格1 机器人参数

表格2 砂带的具体参数(以小角阀为例)
表格2 砂带的具体参数(以小角阀为例)

由于公司的几个打磨抛光项目的实施,也在各个方面验证了打磨抛光工艺的重要性,具体情况如下(以小角阀为例):

1. 打磨对砂带的要求很高,且粗细比(砂带型号)搭配要合理,一般是按由粗到细的顺序。在生产中根据实际情况来配置一套打磨机中砂带的条数,一般为2~4根;抛光时,抛光轮的选取同样重要,尤其是抛光轮的消耗问题,通常使用麻轮进行粗抛,使用布轮进行精抛。就小角阀而言,打磨时需要4根砂带,其中四大面分别进行粗磨、中磨和精磨;四小面进行中磨和精磨;脖子部分只进行中磨作业,然后所有部分进行粗抛和精抛作业。要求表面无碰伤、刮伤、裂痕、夹伤以及波浪皱纹等。

2. 各个待打磨抛光工件都需要用夹具与机器人相连接,且被固定于上件台上,所以选取适当的夹具很重要,夹具既要满足打磨抛光的强度要求,又要满足机器人运动的要求,不能出现大的干涉。以小角阀为例,夹具须与小角阀口径匹配,且机器人配合夹具在上件台上取件时,尽量避免触碰,所以夹具的设计应尽量简单。

3. 打磨机的使用需要用到若干动力轮,就打磨小角阀而言,需要四个动力轮,分别为主动轮、张紧轮、惰轮和接触轮。因为打磨作业基本上是在接触轮上完成,所以接触轮的选材很重要。既要考虑消耗问题,又要考虑硬度要求。通常接触轮的消耗量很小,而更应该考虑砂带的消耗量。

4. 抛光机的使用需要与工业蜡配合,且所选取的抛光轮需要满足抛光机的动平衡,当机器人夹取工件进行抛光作业时,需要满足工件的抛光要求,不能出现大的干涉。就小角阀而言,一般抛光进行一次,就要使用一次蜡。

5. 打磨抛光时,是由机器人夹取工件,再在打磨机、抛光机上进行打磨抛光,所以打磨机、抛光机的稳定性至关重要,稳定性包括:动平衡、干涉情况及砂带是否跑偏等。且打磨机、抛光机要留有较大的空间以满足机器人的运动要求。根据实际生产要求,有时需加延时系统。

6. 机器人的稳定性关乎全局,机器人的稳定性分为运动稳定、程序稳定等,因为机器人打磨对机器人精度要求很高,所以机器人的性能稳定性非常重要。

7. 打磨抛光是一个系统的工程,要求把机器人、打磨机、抛光机以及配套的自动化装备作为一个有机的整体,且待生产的工件的一致性较好,只有这些要求全部达到才能生产出合格的产品。任何一个环节没有达到要求,都会使生产出的产品不合格。而通常甲方对产品的要求都很高,不允许出现大批量的残次品。现场打磨抛光时,首先考虑的便是打磨机和抛光机的设计,其次是夹具的设计,接着是上件台的设计,这些设计都要注意干涉和稳定性问题。从机器人在上件台上夹取工件开始,到机器人夹取工件在打磨机、抛光机上进行打磨抛光,分别进行粗磨、中磨、精磨、粗抛以及精抛等,再到机器人将工件放在上件台上结束,整个过程需连贯统一。

现场调试测试情况

该项目主要调试的是小角阀打磨抛光,难度较大,所以具有一定的示范性。下面是一些现场具体调试测试情况:

1. 此项目在启动之后,由于对工艺流程的了解,进展较顺利。然而甲方所生产的每批次件的一致性较差,给我们生产调试带来了诸多困难。因为机器人打磨精度要求很高,所以任何微小的误差都可能造成产品不合格。因为埃夫特机器人具有重复编程和离线编程等功能,最终解决了这些问题。此外,因为一开始就考虑了耗材的问题,所以对于材料的使用一直都很顺利。

2. 因为项目启动前进行了仿真操作,所以现场操作未出现干涉情况,经过一段时间的验证与思考,发现仿真和实际情况还是有一定的差距。所以,设备在设计时我们应更多的考虑仿真与实际的差别,更多的考虑细节。

3. 抛光补偿问题一直以来都是很有难度的,这次在现场我们进行了尝试,采用机器人补偿,尝试用机器人世界坐标系进行补偿,初步效果不错,所以后期准备详细机器人补偿方案,备案伺服补偿方式,一切以甲方要求为准。

4. 该套打磨设备,采用了四条不同型号的砂带,用的是埃夫特柔性打磨机器人。首先进行小角阀粗磨加工,使用60或80号砂去掉表面的粗糙面和坑洼;再用180或240号砂带进行中磨,把表面磨细和修整外形轮廓;接下来用320或400号砂带进行三次磨削,使表面趋于较理想外观和线条清晰、结构匀称;紧接用600或800号砂带进行精加工,使表面达到理想外观轮廓,光洁无瘕庇,并已定型为真实外观实体;最后进行布伦抛光(加腊)使表面光滑明亮,各线条更流畅顺滑。就现场观察来看,打磨效果很好,机器精度和运动控制都很到位。

此次现场调试的小角阀还是很具有代表性的,在业内也算难度比较大的,所以目前所取得的成绩已经很不容易,未来还要形成标准化、规模化的生产模式,对电气调试人员和机械设计人员要求更加严格,努力取得客户的信任。该项目尽管在调试及试生产过程中遇到了一些困难,不过由于对打磨抛光工艺较了解,最终的结果是得到客户高度肯定的。而埃夫特所研制的柔性打磨机器人再一次取得了不错的成绩,在得到客户赞许的同时,也积累了宝贵的经验。

成本分析

根据现场所了解的情况,下面简单做一下用户成本收益分析:以小角阀打磨抛光为例,广东地区打磨抛光工人月工资8 000~11 000元不等,计10 000元左右每人每月。分日班和夜班,12小时制,每班2人。一台国产打磨抛光机器人,加上打磨系统、夹具、打磨抛光设备、配套设备及安装调试维护保养等费用计100万元以内。一台打磨机器人24小时不间断作业可以替代2班,每班2 人等于实际替代4名打磨抛光工人作业,考虑机器人效率比人工慢,一台机器人实际代替3人。3名工人的年工资等于10 000×3×12=360 000元左右,再考虑每年的设备保养费用,固如果使用打磨抛光机器人替换传统人工仅需3年左右就可收回成本。

对于机器人打磨抛光而言,在国内目前还处于萌芽状态。正是由于这种状态,已有小部分企业表示愿意尝试使用机器人代替传统人工进行打磨抛光作业。个人分析认为珠三角地区多为中小型民营企业,这些民营企业家都有种开拓进取的精神,而现代科技制造与新工艺、新技术和新工具的使用与革新与公司领导人的思维和远见有密不可分的关系。尽管用机器人打磨调试现阶段还存在一些问题,但是使用机器人打磨抛光是一个趋势,只有顺应趋势,才能在未来的打磨抛光市场占据有利的位置。而埃夫特机器人正是站在这样的高度上,依托柔性打磨机器人平台,进一步拓宽和发展机器人打磨抛光市场。