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第 4 卷
2016 年
9 月刊
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第 4 卷- 2016 年 9 月刊
标准化和模块化设计 – 特性与效益



图1:空气式喷丸机常用的真空回收系统


图2:Empire ProFinish手动喷砂存储箱已成为自动化产品的模块基础





图3:ProFinish 6060 Platform用于开发相同尺寸的Rotary Head Machine


图4:源于喷砂存储箱中ProFormer范围内的Empire ProBot

简介

  在基本层面上,喷射清理和抛喷丸强化设备遵循的设计原则类似。区别在于抛喷丸强化设备改进控制、检查和测量工序,以符合抛喷丸强化规范。机器设计标准化有多种好处。它可确保整个组织及同一组织中不同地理位置的过程保持一致。设计的标准化配合模块化,可轻松适应现有的成功设计,缩放设备比例,获得更多功能。例如Empire ProFinish的存储箱生产线,我们将讨论其在改良存储箱、半自动或全自动机器方面的演变过程,这种演变一直遥遥领先机器人学领域。

  为充分了解并发挥此概念的特性与效益,将使用一个逻辑步骤来了解抛喷丸设备的关键领域及其设计对最终产品的影响。

抛喷丸设备的设计原理

  抛喷丸设备通常可用下列的分支系统来定义:

• 抛喷丸附件(也指介质存储箱或介质隔间)
• 介质再生和回收系统
• 抛喷丸系统(如喷嘴、抛丸器和相关附件;机器人、喷嘴移动夹具和相关附件)
• 通风和除尘装置
• 工件传送配置
• 控件

  抛喷丸附件可特指已处理的产品。因此,与机器的其他部分相比,它们可能需要更多的制造时间,花费更大的努力。这也是要将模块化概念应用到这部分设备中的原因。为集中研究当前主题,此讨论仅限空气式喷丸清洁和喷丸设备。

  根据使用介质的类型和尺寸,介质再生和回收系统可以是真空式或机器式。真空回收系统按照其容量划分,随回收的介质磨料量不同而有所不同(从喷嘴排出后)。

  喷丸系统或介质推进系统可以是吸送式或压送式。虽然喷嘴和软管等基础组件会因其尺寸和材料而不同,喷嘴机械手和机器人等其他附件确是为了适应应用而定制的。

  筒、袋滤室等过滤器的类型将是一种区分因素,无需更改标准除尘器设计。常用于爆炸物质的灰尘处理,它的设计本身就有挑战。

  工件传送配置是特定部件,通常按照终端用户的偏好决定。可以是标准长度的滚筒式输送机、转盘、带式输送机等。

  按照电气给料机的数量和处理特性规范控件。除非是复杂的喷丸强化机器,大部分制造商都按照他们的既定流程设计控件。

  按照Empire ProFinish生产线及其遵循的模块,进行更加详细的检查。

按照Empire ProFinish存储箱确定模块化

  其中一些最成功的产品线是多年来终端用户认可的产品线。认可的基础无非就是它们的功能、美观性,适用性及较少的价格基础。ProFinish存储箱生产线体现了这种基于价值的认可。因此,我们选择讨论这条生产线,通过模块化和标准化设计原则论证产品线的演变过程。

  此生产线的存储箱尺寸变化已发展多年,其中,存储箱的最小尺寸是ProFinish 2636(26"宽x36"深),最大尺寸是7272(72"宽x72"深)。所有尺寸变化在此范围内的存储箱都采用了共同受欢迎的设计原则,如:

  存储箱采用手动固定螺栓的手柄环,确保密封紧实,能加更换速度,且无需任何工具,还能更改扶手,改善操作员的舒适度和效率。

  高强度手动倾斜泛光灯提供照明,让喷丸介质精确流动,采用双屏门,防止开启时介质溢出,减少源头噪音,包括采用顺应OSHA的安全门开关。此范围内的存储箱尺寸是市场要求此类尺寸(3648、4848和6060)的结果。同时,结合使用存储箱以增加其长度,从而可处理更长的零件。

  此类存储箱的标准介质回收系统是真空型。回收容量从400 CFM扩大到1200 CFM。ProFinish存储箱通风系统的容量和回收装置相同。介质回收系统在传统上和功能上已成为ProFinish范围内最具补偿性的设计。回收装置可以调整,以控制细小、中等或粗糙磨料的回收过程,同时去除分离不想要的介质,从而减少介质成本,获得一致、高品质的结果。回收装置也是由工厂安装,有多种可延长使用寿命的磨损衬里可供选择,如Urethane和Ultrawear。

  ProFinish存储箱采用吸送式或压送式介质推进系统制造而成。此设计还提供备用装备,以便在将来需要更改应用时进行切换。

  工件传送系统开始时的较小直径为18",可手动调整到48"的动力和旋转版。多种不限制其功能的排列组合使其成为一种通用产品。这一背景有助于按照市场需求,建立ProFinish Modified的另一条生产线。

  设计模块化准确采用相同的存储箱尺寸、回收装置和通风系统容量。设计通用性有助于控制设计和制造成本。但是,终端用户的需求带来了对其他功能的要求,包括:屋顶槽、传递通道、内侧连接存储箱等特殊工件传送装置。有时会用车厢(快速到达)甚至机器人等自动喷嘴固定和传送配置代替手动喷砂功能。需要注意的是,模块化设计允许持续使用标准尺寸和容量的附件、回收和通风系统,适合所有ProFinish Modified存储箱。改进的生产线进一步扩展至目录友好型产品,并迅速建立成标准机器。例如,Cell Machine(CMM)、内联喷砂系统(ILS)和篮式机器(BB)。所有这些机器都可自动移动喷嘴,并携带多个喷嘴。再者,重要的预先设计的存储柜、回收、通风和喷砂系统有助于加快此产品线的“入市时间”。

通过ProFinish平台进入机器人学领域

  在所有基础ProFinish存储箱版本中,无论是采用手动喷砂、改良或自动化方法处理(如内联机器),其具有独特设计特点的存储箱尺寸、回收装置和除尘器均相同。此方法随后证明了自己,可将其成功设计扩展至机器人学领域。RBT-36和RBT-60分别采用ProFinish 3648和6060存储箱。唯一变化的方面是喷嘴暴露在零件中的方式。机器人取代了操作最初版本存储箱喷嘴时的操作员。机器人系统随附的一些明显附加物包括:

• 喷丸强化的流程控制包
• 准确定位零件的伺服驱动台
• 确认伺服台上零件位置的视觉系统
• 计算机辅助控件

  20世纪50年代和60年代规范存储箱的简单概念引发了模块化思考,现已在使用机器人处理复杂航空器部件和医学植入方面发挥重大作用,所有这些都采用了相同的存储箱模块!

  这一概念在Empire方面为客户和制造商创造了巨大效益。

  注意:图4展示的是来源于存储箱ProFormer系列中的Empire ProBot。此设计允许使用单一附件覆盖存储箱、回收装置、除尘器和机器人控制器,便于在未来需要时进行安装和重置。

对于制造商(Empire)
• 降低制造成本,设计简易可伸缩,部件范围广,在有应用需求时可混合搭配使用。
• 缩短交货时间,减少库存标准模块的机会(例如,回收装置、除尘器、存储箱附件等)。
• 注重设计领域创新的机会为终端用户带来价值(例如零件和工件传送、紧固、控制和培训)

对于终端用户
• 和Empire这种有70多年历史的公司贸易往来,其客户多年来已购买多种机器。大多数机器仍然操作正常,用户操作和维护机器等舒适度越来越高。对于这类客户,他们非常欢迎模块化概念,因为自动化手动流程的吸引力一直很大。
• 这类终端用户现在可选择久经考验的产品,因为设计核心相对未变。
• 成本优势和备件与现有储存箱的通用性
• 因零件类型改变而带来的工件传送或喷嘴配置的小变化很容易适应。
• 根据对它们的熟悉度选择重装(使用Empire提供的部件)

总结

  此论文以Empire ProFinish生产线为切入点,它是一种源于手动喷砂的产品。在此情况下,它有助于获得一系列设计优良的存储箱。模块化概念可进一步扩展到控件、隔声板、机械回收系统和双重工件传送配置中。下一代模块化可能不仅包含设备。可能扩展到培训、服务和维护程序中。还可扩展到不同的控制系统包,比当前的实用性更加直观。模块化设计的未来给供应商和客户带来很多希望和效益。



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