1、地铁门窗框自动涂胶、安装玻璃设备研制摘 要随着城市轨道交通的大力发展，列车的需求量也迅速地展开，其中与列车相配套列车门的需求是突飞猛进，轨道交通门生产的特点是小批量、多品种。地铁门玻璃窗不仅是整列车外观件，直接影响列车整体的美观性，且其涂胶、装配的质量也牵涉到产品使用和乘客安全。因此，在该工序采用数字化设备显得尤为重要，既能保证产品质量与一致性，又可提高生产效率、节省人工和耗材费用。此文详细论述了作者将自动供胶系统、机器人和传输定位夹具等集成后实现对地铁门板进行自动涂胶、装配玻璃、刮胶等功能。 关键词涂胶 安装玻璃 供胶系统 机器人 自动 中图分类号：TF046.6 文献标识码：A 文章编号：
2、1009-914X（2016）02-0298-01 引言 随着城市轨道交通的大力发展，列车的需求量也迅速地展开，其中与列车相配套列车门的需求是突飞猛进，轨道交通门生产的特点是小批量、多品种。地铁门玻璃窗不仅是整列车外观件，直接影响列车整体的美观性，且其涂胶、装配的质量也牵涉到产品使用和乘客安全。因此，在该工序采用数字化设备显得尤为重要，既能保证产品质量与一致性，又可提高生产效率、节省人工和耗材费用。本文详细论述了作者将自动供胶系统、机器人和传输定位夹具等集成后实现对小批量、多品种的地铁门板进行自动涂胶、装配玻璃、刮胶等功能。 1 国内外机器人发展现状 1.1 工业机器人国内外发展现状 在国外，
3、工业机器人技术日趋成熟，己经成为一种标准设备而得到工业界广泛应用。目前，国际上工业机器人主要分为日系和欧系品牌。国际上工业机器人技术在制造业应用范围越来越广阔，其标准化、模块化、网络化和智能化的程度也越来越高，功能越来越强。在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套装备己成为自动化装备的主流及未来的发展方向，大大推动了相关行业的快速发展，提升了制造技术水平。 1.2 项目背景 1.2.1.项目主要技术指标 人工上门板至准备工位，机器人工作站完成涂窗框结构胶、抓取玻璃玻璃并安放玻璃至窗框内； 人工上门板至准备工位，机器人工作站完成门板外侧玻璃周边填密封胶，并换爪刮胶； 机器人工作站涂结构胶和安装玻
4、璃（即以上两个过程）的结果满足招标方玻璃粘接通用操作规程中的相关规定、招标方图纸要求；过程满足 DIN6701-2、DIN 6701-4、 粘接现场安全规范等相关要求。 1.2.2 设备主要性能指标 机器人本体：工作半径至少 2650mm，以便实现结构胶、密封胶工位的双工位来回切换工作。抓取力量50kg； 供胶系统：2 台供胶系统，一台使用天山品牌胶，为单组份供胶系统，一台使用西卡品牌胶，为双组份供胶系统。除胶枪外其余部件均需有加热系统。需配有分装系统在机器人故障时也可手动灌胶进行手动操作； 供胶系统施胶速度需满足 126mm/s。两台供胶系统均需配流量控制系统（PCF） ； 涂结构胶和密封胶
5、的定位方式均为机械定位，均以窗框型材内侧定位； 控制系统、传感器、驱动器等采用西门子等国外一线品牌。 2 系统设计依据 2.1 产品参数 单个门板（成品）最大重量不大于 75kg，玻璃最大重量不超过50kg。 玻璃尺寸（长度最小 600mm，最大 1000mm；宽度最小 300mm，最大500mm） 。 其中，窗框大小公差为-0.3mm+0.6mm。玻璃大小公差为1mm。 所有窗框为同一种型材，玻璃厚度均为同一种厚度，密封胶条均为同一种胶条。 玻璃的平面度：0.2mm 涂胶位置窗框的平面度：0.2mm 2.2 生产节拍设定 3 分钟生产完成南北两个打胶工位各一件门板的涂结构胶工序、玻璃装配、涂
6、门板外侧密封胶、刮门板外侧密封胶。 （3 分钟内含机器人移动、玻璃和门板定位等辅助时间，不包括人工上下料时间） 。 2.3 工作环境及能源配置 环境：温度 -10-40， 湿度 20%-80%（不结露） 电源：三相五线制 交流 380V10% 、220V10% 50Hz 压缩空气压力：4-6kg/?O，流量 10m？/min。 3 系统各重要组件详述 3.1 系统布局组成介绍 3.2 涂胶系统 供胶系统主体请选用固瑞克公司产品。西卡胶使用一套双组分自动涂胶系统，天山胶使用一套单组分自动涂胶系统。 单组分涂胶系统主要包含： 1.GRACO 双立柱 55 加仑供胶机一台； 2.气动回吸胶枪两只；
7、3.防湿气胶管两套； 4.8 区加热系统（含电控柜） ； 5.PCF 精确供胶系统（含远端用户界面，每只胶枪有单独的流体盘可自动切换流量模式） ； 6.支装胶分注系统（可在需要时不依靠机器人系统实现 200 升桶装胶定量分装到支胶包装后对我方产品进行施胶，也可实现对我方门板内侧面密封胶施胶） 。 双组分涂胶系统主要包含： 1. GRACO 双组分涂胶机一套； 2. 气动回吸胶枪两只； 3. 气动双组分胶枪 1 只（含手柄） ，含胶管 7.6m； 4. 防湿气胶管两套； 5. 8 区加热系统（含电控柜） ； 6. PCF 精确供胶系统（含远端用户界面，每只胶枪有单独的流体盘可自动切换流量模式）
8、； 3.3 机器人系统 3.3.1 机器人本体 机器人采用安川机器人 MOTOMAN-ES165D。该机器人满足本项目工艺和现场定制要求，且该品牌机器人国内有一定占有率，性价比较高。具体参数如下： 3.3.2 机器人手爪 机器人手爪采用吸盘方式进行玻璃的吸取，气动元件采用 SMC 公司产品。 3.4 涂结构胶拖动小车 涂结构胶移栽拖动小车由门板小车移栽单元、结构胶窗框定位机构等构成。 结构胶窗框定位方式为中心定位，定位面为窗框型材内沿四周，粘接胶涂打区域与预计胶型如下图所示。胶型为底边 14mm，高度 14mm 的等腰三角形。 涂结构胶机器人工作站相关要求： 定位工装移动至人工上门板位置，人工
9、将门板放在通用夹具上，夹具需通用我方相关所有产品（产品尺寸参照第一条中“产品外形尺寸” ） ，产品换型时无需人工调整。门板摆放的状态需满足系统施胶前定位的要求，且有防错功能，一旦人工摆放门板不符合系统要求的状态，系统报警，要有相应的报警号，无法进行下一步工作。 产品上线后，整个过程无需人工参与，系统通过上述过程进行定位后，可自动生成程序进行涂胶、安装玻璃等动作。 机器人通过快换接头抓取结构胶胶枪，完成涂结构胶动作。施胶位置满足我方图纸（图纸需作为合同附件提供） 、工艺以及节拍等要求。 机器人回到快换接头支架处通过快换接头自动放下结构胶胶枪，换上玻璃端拾器，抓取玻璃，放置在门板窗框位置。玻璃与窗
10、框周边间隙需均匀。玻璃端拾器抓取玻璃需平稳可靠，不得出现玻璃掉落现象。在空压机故障而造成的气源丢失的情况下，端拾器需自动将玻璃送回玻璃临时存放架，整个系统报警并停机，待故障解决按复位后继续正常运行。在前一块玻璃安放至窗框指定位置后，下一块才可进入窗框定位的相应位置。 玻璃安装至窗框内后机器人端拾器在未与玻璃分离时，玻璃上表面需和门板外侧表面平齐，允差为0.5。 工位两端有防超程装置。 涂完结构胶后系统可自动清理胶嘴上的残胶，清理装置下有残胶收集装置，便于人工定期集中处理。 在玻璃安放完成后，夹具开出至线尾，人工将门板取下，夹具重新开至线首，准备下一次涂胶。 3.5 涂密封胶拖动小车 涂密封胶拖
11、动小车由门板小车移栽单元和对中调整举升机构等组成。涂密封胶定位方式和胶型要求： 涂密封胶定位需以窗框型材内侧为定位基准。密封胶的窗框定位方式也为中心定位，定位位置为窗框内沿，粘接胶涂胶区域与预计胶型如下图所示。 在涂密封胶时，为了保证涂胶质量，胶嘴需在密封胶胶缝中心线正上方允许误差范围内 涂门板外侧密封胶相关要求： 定位工装移动至人工上门板位置，人工将门板放在通用夹具上，夹具需通用我方相关所有产品（产品尺寸参照第一条中“产品外形尺寸” ） 。门板摆放的状态满足系统施胶前定位的要求，且有防错功能，一旦人工摆放门板不符合系统要求的状态，系统报警，无法进行下一步工作。 定位工装由驱动装置运送至机器人
12、涂胶工位，产品上线后，整个过程无需人工参与，系统通过上述过程进行定位后，可自动生成程序进行涂胶、刮胶等动作。 机器人通过快换接头抓取密封胶胶枪，完成涂密封胶动作，涂完密封胶后系统可自动清理胶嘴上的残胶，清理装置下有残胶收集装置，便于人工定期集中处理。 工位末端需有防超程装置。 3.6 玻璃对中机构 玻璃对中机构完成玻璃的二次精确定位，玻璃定位装置的人工上料侧需在机器人工作站外，便于人工上玻璃，不得对车间人流、物流有所阻碍。玻璃定位位置在工作站内的合适位置，便于机器人抓取。 3.7 控制系统 控制系统采用德国西门子中高端 S7-300 以上系列 PLC 为控制器。系统底层采用 Profibus-
13、DP 通讯。整套控制系统不仅满足当前的我方需要，实现了单工位涂胶的自动化作业，更为日后建设数字化工厂预留了非常切合实际的软、硬件接口。日后建设数字化工厂，可直接将该系统接入到数字化工厂主干网络。 3.8 设备通用配置要求 3.8.1.系统安全要求 3.8.2.1 安全防护围栏 在危险部位（部分）粘贴安全防护标识。 3.8.2.2 电气防护 在每个冲床、折弯上料单元均增加了电子光栅，人碰触后立即停机并进行报警；另外在系统中对吸盘的真空度也进行了检测，若真空度不能满足要求，机器人立即暂停。 3.8.2.3 急停防护 在外围一共布置了 9 套急停防护措施，操作人员在操作范围内在最短距离进行相关设备急
14、停，确保人员人生安全。 4 总结与展望 5.1 效益分析 5.1.1. 刮胶量节省 机器人打胶比人工打胶平均每扇门可省 10.51g，按一年 4 万扇计算，共可省胶 42 万 g。 按照天山和西卡胶用量为 1：1 计算，每年共可省用胶费用 31500 元。5.1.2. 用胶量节省 经济效益 要求：每年节省用胶采购费用46 万 现状：经 SAP 系统导出，客室门班组 2014 年全年领出天山支装胶33250 支，按单价 49 元/支计算，共计 1629250 元。西卡支装胶 19656 支，按 79 元/支计算，共计 1552824 元。 西卡桶装胶目前售价 21395 元/桶，单价 0.09
15、元/g，较支装胶 0.11元/g 降低 18%，则西卡胶全年节省采购成本 1552824X18%=279500 元； 天山桶装胶目前售价 13818 元/桶，单价 0.06 元/g，较支装胶 0.069元/g 降低 13%，则天山胶全年节省采购成本 1629250X13%=211802 元。 按照 2014 年全年用量合计未来可节省采购成本211802+279500=491302 元，达到预期目标。 5.1.3.刮胶量减少 根据验收测算数据，每扇门可扇 10.51g 胶量计算，按照每年生产西卡胶门扇 20000 扇，天山胶门扇 20000 扇计算，如下： 合计省胶费用为 3.4 万。 最终结论
16、：通过投入该设备，效益如下 1） 设备达到预期设计指标，功能性符合要求，节省成本效益总共约为 522805.4 元/年； 2） 设备布局和人员节省需重新对粘接工序未来 3 年的需求进行规划并实施； 3） 还需进一步进行工艺研究，提高窗框及蒙皮尺寸一致性，为自动化设备创造更大效益打下基础。 参考文献： 1 林绳宗.ABB 首次提供汽车装配线交钥匙工程J.国内外机电一体化技术，2001 2 林景山.开放式全电动折弯机数控系统的研究与开发D.广州：华南理工大学，2011. 3 李江吴，陈佳品，李振波.毫米级微装配机器人控制系统设计J.仪器仪表学报，2009.5 4 高宏涛.折弯机数控技术的研究D.合肥：合肥工业大学，2009. 5 王越超，王昶，谈大龙.精密 1 号装配机器人控制系统的设计与实现J.机器人，1997.1 6 李团结.机器人技术M.北京：电子工业出版社，2009 7 陈立新.工业机器人在冲压自动化生产线的应用R.机械设计与制造，2010（10）：94-96 8 卢长龙.基于 ARM9 的折弯机控制器的研究与开发D.无锡：江南大学，2009.
