用于大型风电产品的自动化喷涂装置的制作方法

本技术方案属于机械加工技术领域，具体是一种用于大型风电产品的自动化喷涂装置。

背景技术：

对于大型工件进行喷涂(喷漆或喷锌等)的技术现状是，大型工件(如某些风力发电机机舱组件，其形状不规则且复杂，有些工件的内腔壁上也需要喷涂。尺寸较大最宽处达到5米多，单件毛坯重量达到50吨左右)需要由喷漆工人手动喷漆。采用人工喷涂方式，不便作业，而且，喷涂过程中产生的污染对作业人员伤害较大。对于该类工件的喷涂，自动化喷涂是个趋势。但是，对于形状复杂、喷涂的作业面也很复杂，如果体积和质量都很大的工件，自动化喷涂方案实施起来要解决的技术问题更是非常复杂和多样。

技术实现要素：

技术问题分析：

1、在喷涂过程中，对漆面厚度均匀度的控制主要是控制喷枪与工件表面之间的间距(喷涂压力较容易控制)。

这个距离的控制方法可以是，采用激光等测距仪等实时测距装置实时测量/调整喷枪的动作。但该方法的难点主要在于，喷涂过程中产生的粉尘或液滴对实时测距装置有影响，例如污染激光、红外线、超声波等的发射源、发射和反射路径，造成测量不准确。为了达到准确测量，测距单元的设计投入很大，除了对硬件进行防护外，还要采用软件进行校对。不建议采用。

本喷涂装置采用计算机软件，按照工件模型(3D制图软件制作)来模拟和规划喷枪的喷涂轨迹，并依此对喷漆进行自动化控制。这种方式可以从根本上回避现有的实时测距硬件设备不适于喷涂生产的缺陷。但是，这种方式对工件在自动化喷涂设备上的定位准确性要求较高。这就对工件的定位夹具的定位效果要求很高。

而且对于大型、异型工件的定位难度更大，再考虑到生产效率、生产标准化，难度就更大了。

2、在喷涂过程中，环境污染问题也是不可忽视的。因为，喷漆或锌等的微小颗粒必然会对作业现场产生污染，伤害人及设备，同时，浓度达到一定程度后，会增加爆燃事故隐患。

本技术方案具体为：

一种用于大型风电产品的自动化喷涂装置，包括喷枪、喷枪动作牵引机构、工件动作牵引机构、现场空气净化系统和控制系统；所述控制系统控制喷枪、喷枪动作牵引机构、工件动作牵引机构和现场空气净化系统的动作；

所述喷枪动作牵引机构有1套或多套，每套喷枪动作牵引机构上连接有喷枪；所述工件动作牵引机构有1套；

喷枪动作牵引机构位于工件动作牵引机构旁；所述现场空气净化系统的吸风口朝向喷枪动作牵引机构；

设三维坐标系，其中x轴、y轴和原点o构成面xoy是水平的；

所述工件动作牵引机构包括固定底座、工作台和治具底板；工作台滑动连接在固定底座上，治具底板可拆卸地连接在工作台上；工作台的滑动方向为x轴方向，且工作台的表面是水平的；所述工作台本身围绕其中线转动，转动轴平行于y轴；

所述喷枪动作牵引机构包括地面轨道、竖直轨道和喷枪支承轨道；喷枪支承轨道与竖直轨道滑动连接，控制系统控制下，滑动方向为垂直于水平面；竖直轨道的底端与地面轨道滑动连接，控制系统控制下，滑动方向与水平面平行；喷枪支承轨道上滑动连接有喷枪支承机构，控制系统控制下，滑动方向与水平面平行；

喷枪支承结构包括固定段、第一活动段和第二活动段；固定段的首端通过相互垂直的两个转轴连接第一活动段的尾端，第一活动段的首端通过相互垂直的两个转轴连接第二活动段的尾端，第二活动段的首端连接喷枪，控制系统控制各个转轴的动作。

本喷涂装置，通过控制系统(例如工控机+PLC等)控制多个滑动、转动机构的动作，进而灵活调整喷枪的位置、角度等，使得整个喷涂过程得以自动化完成。喷枪的路径规划由工件模型的计算机模拟实现。

另外，由于喷涂的距离要求远低于精加工中，铣刀等于工件位置要求的苛刻性，所以，正常情况下，喷涂膜的厚度都非常均匀。

所述喷枪动作牵引机构有2套，2套喷枪动作牵引机构分别位于工件动作牵引机构的左右两边。通过2套喷枪动作牵引机构提供2台喷枪，对于一般工件来说，比1台喷枪的喷涂效率要高，而较多喷枪的话，相互之间的会有干扰，简化了路径规划难度。

所述现场空气净化系统还包括过滤器、出风口和吸收池；现场空气净化系统的吸风口构成阵列形状；吸风口阵列所在平面垂直于水平面，且都朝向工件动作牵引机构；吸风口阵列的所在平面上设有由控制系统控制开合的百叶窗；吸风口阵列通过风管连接过滤器进风口，过滤器的出风口连接吸收池。本净化系统的吸风面积较大，基本可以完全覆盖工件本身以及喷溅在空中的涂料、金属颗粒。通过过滤和吸收池(根据涂料化学性质，变换吸收池内的吸收液，极大可能地降低排放气体中的杂质。)

为了进一步提高喷涂的精准性，提高喷涂膜的厚度均匀性，对工件定位机构的精确性要进一步加强，为此，提供如下技术方案：

所述工件动作牵引机构中，治具底板可拆卸地连接在工作台上，二者之间通过夹持装置锁定或松开；

所述工作台的中心位置连接有垂直向上的定位销柱，治具底板的中心位置设有与定位销柱对应的定位销孔；

工作台的边缘连接有辅助定位块，辅助定位块的一面是斜面，对于同一边缘上的辅助定位块，其斜面在同一平面；各个辅助定位块的斜面所在平面围成的空间是上口大、下口小的喇叭状空腔；各个斜面的倾斜程度相同；在工作台和治具底板是配合的状态下，治具底板在喇叭状空腔内，且治具底板的底面的各个边缘抵住对应辅助定位块的斜面；

所述夹持装置有多个，它们分别装在工作台的边缘上；所述治具底板的边缘设有与夹持装置对应的定位机构；

所述治具底板上可拆卸地装有多组用于连接工件的支撑块。

(本定位装置的原理是，先把工件吊装、定位在治具底板上，这个治具底板跟随工件的坯料—>喷涂—>烤漆—>成品的整个过程；

再把治具底板吊装到工作台上，在这个具体过程中，控制吊车逐渐下落，人工微调使销柱和销孔对准，继续下落，治具底板进入喇叭状空腔中，治具底板的边缘触碰到任一个或任几个斜面，在逐步下落，直到治具底板完全落下，各个斜面托住治具底板，此时，治具底板自然处于水平状态，无需再采用外力进行调整。

最后，用夹持装置锁紧治具底板和工作台。

在自动化喷涂过程中，工件动作牵引机构的固定底座在控制系统的控制下进行转动、平移等多维度动作。)

进一步，所述工件动作牵引机构中，支撑块通过螺栓连接在治具底板上。

(治具底板上的各组支撑块用于对应支撑不同型号工件。对于喷涂工艺来说，工件的喷涂面可能在底面，通过支撑块架空工件，给喷涂设备留有底面喷涂作业空间。各组支撑块的外型对应不同型号工件的特定支撑位置，确保工件的整体保持良好姿态，便于转运和喷涂作业。

对于底面无需喷涂的工件，则可以不用装配支撑块，直接把工件落在在治具底板上，并用预设的定位螺栓等机构进行定位。)

进一步，所述工件动作牵引机构中，夹持装置是压头，压头的结构为：包括主体板、操作杆、压杆和连接杆；

所述主体板的下部设有工作台连接机构；通过该连接机构，压头与工作台连接；

所述压杆是由首尾顺次连接的压杆的第一段和压杆的第二段构成，压杆整体为“L”型；所述操作杆整体为“L”型；

“L”型操作杆的弯折处转动连接于连接杆的首端，且弯折处朝向连接杆，连接杆的末端转动连接于主体板顶部的末端；

压杆的第二段的末端转动连接于主体板顶部的首端；“L”型压杆的折弯处转动连接于操作杆前端，且压杆的折弯处朝向操作杆；压杆的第一段的首端连接有用于压住工件的压块；

所述压杆与主体板之间的第一转动轴、连接杆与主体板之间的第二转动轴、连接杆与操作杆之间的第三转动轴、操作杆与压杆之间的第四转动轴，它们是相互平行的；

主体板顶部的中间位置设有下凹；操作杆前端围绕连接杆的首、末端转动的路径途经下凹的中空；

在非锁定状态，从压杆的重心引出的垂线在第一转动轴的后部；

在锁定状态：从第三转动轴轴心引出的垂线在第二转动轴和第四转动轴之间；

所述治具底板的边缘的定位机构是台阶，在锁定状态下，所述压块压在台阶上。

压头的动作原理是，首先，主体板通过工作台连接机构固定在工作台上(工作台上设有成系列的多个通孔即可，主体板可以根据工件的外型结构，通过螺栓固定在适当位置)；人力压操作杆后部，此时操作杆以围绕第三转动轴转动为主；当第四转动轴与第三转动轴的高度接近时，操作杆以围绕第二转动轴转动为主，操作杆对压杆有个前推的趋势(对压杆施以向前的力)，压杆则围绕第一转动轴转动，压杆的第一段的首端的压块下压到工件的合适位置上。由杠杆原理，操作杆后部的力臂足够长的话，人力是可以较为轻松作业。

进一步，所述工件动作牵引机构中，对于压头，所述压杆的第一段和压杆的第二段相互垂直。(该结构，使锁紧和非锁紧状态都更为稳定)

进一步，所述工件动作牵引机构中，对于压头，在锁定状态，第二转动轴、第三转动轴和第四转动轴，它们的轴心在同一直线上。(该结构下，锁紧状态更加稳定，第四转动轴位置处围绕第一转动轴反向转动的趋势被更好遏制)

进一步，所述工件动作牵引机构中，对于压头，所述压杆还包括伸缩杆；伸缩杆末端可伸缩地连接在压杆的第一段的首端，压块连接在伸缩杆的首端；且在锁紧状态下，伸缩杆垂直于压杆的第一段。(可根据台阶高低，通过伸缩杆调节压块与压杆的第一段的首端之间的距离)

进一步，所述工件动作牵引机构中，对于压头，所述压块端面连接有缓冲、防滑的衬垫。(用于防止台阶滑动，定位不牢靠)

进一步，所述工件动作牵引机构中，对于压头，所述工作台连接机构包括连接板，连接板上开有通孔，连接板所在平面与第一转动轴平行。(为了适应多种治具底板和工作台之间的锁定状态，可以制成系列压头，系列压头中，连接板的位置不同，即连接板所在平面与压杆的第一段所成角度不同)

进一步，所述工件动作牵引机构中，对于压头，在锁紧状态下，压块端面与连接板所在平面相互垂直；连接板连接在工作台侧面上。

与现有技术相比，采用自动化喷涂装置，可实现一次装夹完成一台工件的全部喷涂；自动化喷涂能有效控制工件膜厚，避免人工喷涂膜厚不均匀及避免传统喷涂方式人员训练困难，喷涂可使用3D编程软件，使喷涂工艺程式化。

附图说明

图1是自动化喷涂装置的结构示意图；

图2治具底板装配在工作台上的状态结构示意图；

图3是工作台的结构示意图；

图4是压头松开状态示意图；

图5是压头半联状态(中间状态)示意图；

图6是压头锁紧状态示意图；

图中，喷枪动作牵引机构1、工件动作牵引机构2、固定底座3、工作台4、治具底板5、地面轨道6、竖直轨道7、喷枪支承轨道8、喷枪支承机构9、固定段10、第一活动段11、第二活动段12、定位销孔13、辅助定位块14、压头15、用于连接工件或支撑块的螺孔16、吊具连接机构17、主体板1501、操作杆1502、压杆1503、连接杆1504、连接板1505、压杆的第一段1506、压杆的第二段1507、压块1508、伸缩杆1509、第一转动轴1510、第二转动轴1511、第三转动轴1512、第四转动轴1513、下凹1514。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本技术方案进行说明：

如图1，一种用于大型风电产品的自动化喷涂装置，包括喷枪、喷枪动作牵引机构、工件动作牵引机构、现场空气净化系统和控制系统；所述控制系统控制喷枪、喷枪动作牵引机构、工件动作牵引机构和现场空气净化系统的动作；

所述喷枪动作牵引机构有1套或多套，每套喷枪动作牵引机构上连接有喷枪；所述工件动作牵引机构有1套；

喷枪动作牵引机构位于工件动作牵引机构旁；所述现场空气净化系统的吸风口朝向喷枪动作牵引机构；

设三维坐标系，其中x轴、y轴和原点o构成面xoy是水平的；

所述工件动作牵引机构包括固定底座、工作台和治具底板；工作台滑动连接在固定底座上，治具底板可拆卸地连接在工作台上；工作台的滑动方向为x轴方向，且工作台的表面是水平的；所述工作台本身围绕其中线转动，转动轴平行于y轴；

所述喷枪动作牵引机构包括地面轨道、竖直轨道和喷枪支承轨道；喷枪支承轨道与竖直轨道滑动连接，控制系统控制下，滑动方向为垂直于水平面；竖直轨道的底端与地面轨道滑动连接，控制系统控制下，滑动方向与水平面平行；喷枪支承轨道上滑动连接有喷枪支承机构，控制系统控制下，滑动方向与水平面平行；

喷枪支承结构包括固定段、第一活动段和第二活动段；固定段的首端通过相互垂直的两个转轴连接第一活动段的尾端，第一活动段的首端通过相互垂直的两个转轴连接第二活动段的尾端，第二活动段的首端连接喷枪，控制系统控制各个转轴的动作。

本例中，所述喷枪动作牵引机构有2套，2套喷枪动作牵引机构分别位于工件动作牵引机构的左右两边。

所述现场空气净化系统还包括过滤器、出风口和吸收池；现场空气净化系统的吸风口构成阵列形状；吸风口阵列所在平面垂直于水平面，且都朝向工件动作牵引机构；吸风口阵列的所在平面上设有由控制系统控制开合的百叶窗；吸风口阵列通过风管连接过滤器进风口，过滤器的出风口连接吸收池。

如图2、3，所述工件动作牵引机构中，治具底板可拆卸地连接在工作台上，二者之间通过夹持装置锁定或松开；

所述工作台的中心位置连接有垂直向上的定位销柱，治具底板的中心位置设有与定位销柱对应的定位销孔；

工作台的边缘连接有辅助定位块，辅助定位块的一面是斜面，对于同一边缘上的辅助定位块，其斜面在同一平面；各个辅助定位块的斜面所在平面围成的空间是上口大、下口小的喇叭状空腔；各个斜面的倾斜程度相同；在工作台和治具底板是配合的状态下，治具底板在喇叭状空腔内，且治具底板的底面的各个边缘抵住对应辅助定位块的斜面；

所述夹持装置有多个，它们分别装在工作台的边缘上；所述治具底板的边缘设有与夹持装置对应的定位机构；所述治具底板上可拆卸地装有多组用于连接工件的支撑块。支撑块可以通过螺栓连接在治具底板上。

本例中，治具底板和工作台都是近似正方形。辅助定位块共四块，它们两两一组均布在工作台的成对的边上。作为夹持装置的压头，也有四块，它们分别装在一块辅助定位块旁边。

本例的图3中，为了更好说明针对底面无需喷涂和需要喷涂的工件的治具底板，未显示支撑块，仅显示支撑块/工件定位螺孔及位置。

如图4～6，压头包括主体板、操作杆、压杆和连接杆；所述主体板的下部设有工作台连接机构；所述压杆是由首尾顺次连接的压杆的第一段和压杆的第二段构成，压杆整体为“L”型；所述操作杆整体为“L”型；“L”型操作杆的弯折处转动连接于连接杆的首端，且弯折处朝向连接杆，连接杆的末端转动连接于主体板顶部的末端；压杆的第二段的末端转动连接于主体板顶部的首端；“L”型压杆的折弯处转动连接于操作杆前端，且压杆的折弯处朝向操作杆；压杆的第一段的首端连接有用于压住工件的压块；所述压杆与主体板之间的第一转动轴、连接杆与主体板之间的第二转动轴、连接杆与操作杆之间的第三转动轴、操作杆与压杆之间的第四转动轴，它们是相互平行的；主体板顶部的中间位置设有下凹；操作杆前端围绕连接杆的首、末端转动的路径途经下凹的中空；在非锁定状态，从压杆的重心引出的垂线在第一转动轴的后部；在锁定状态：从第三转动轴轴心引出的垂线在第二转动轴和第四转动轴之间。所述治具底板的边缘的定位机构是台阶，在锁定状态下，所述压块压在台阶上。

本例中，所述压杆的第一段和压杆的第二段相互垂直。在锁定状态，第二转动轴、第三转动轴和第四转动轴，它们的轴心在同一直线上。所述压杆还包括伸缩杆；伸缩杆末端可伸缩地连接在压杆的第一段的首端，压块连接在伸缩杆的首端；且在锁紧状态下，伸缩杆垂直于压杆的第一段。所述压块端面连接有缓冲、防滑的衬垫。所述工作台连接机构包括连接板，连接板上开有通孔，连接板所在平面与第一转动轴平行，而且，在锁紧状态下，压块端面与连接板所在平面相互垂直。伸缩杆在实现时候，可以采用在压杆的第一段首端开设通孔，并且在伸缩杆的后部设外螺纹，伸缩杆穿在通孔内，且在通孔两端分别旋螺母加以固定。

本例中，中间定位销柱/销孔结构，用于保证治具底板中心与工作台中心重合。四个装在工作台边上的斜面，使得治具底板下落的过程中得到约束，保证治具底板的边和工作台的边平行。通过中间定位孔和四个斜面的约束，保证工件每次上料时相对于工作台的位置的误差尽可能小。