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浅谈工业机器人油脂泄露现象与改善

2019/11/14 阅读:

摘要:工业机器人自上世纪60年代诞生以来,经过半个世纪的发展已广泛应用于各个工业生产当中。随着工业机器人行业的不断发展,各行各业对于工业机器人的质量与性能的要求也随之提高。工业机器人的各种故障分析也越来越被人们所重视,漏油脂现象是其中较为常见的故障现象之一,严重影响了工业机器人的正常使用。漏油脂现象不仅浪费大量的润滑油脂,造成经济损失,污染环境,产品形象受损,而且还威胁设备的安全使用和生产的顺利进行,严重时还会因机械结构内部的齿轮和轴承缺油脂而得不到充分的润滑,导致齿面磨损加剧以及轴承烧坏,从而引发设备事故。

关键词:工业机器人;油脂泄露

1背景介绍

1.1ABB背景介绍

ABB致力于研发、生产机器人已有40多年的历史,拥有全球200000多套机器人的安装经验。ABB是工业机器人的先行者以及世界领先的机器人制造厂商,在瑞典、挪威和中国等地设有机器人研发、制造和销售基地。ABB于1969年售出全球第一台喷涂机器人,稍后于1974年发明了世界上第一台工业电动机器人,并拥有当今最多种类、最全面的机器人产品、技术和服务。随着中国工业行业的迅猛发展,对工业机器人的需求也日益增加,ABB将持续开发出适合全球市场需求的新的机器人解决方案,以此来满足广大客户的特殊需求,帮助其提高生产效率。

1.2工业机器人

IRB460背景介绍工业机器人IRB460是ABB旗下的一款码垛机器人,是目前为止全球最快的4轴多功能工业机器人,其特点有:速度快、精度高、占地小、出产高、编程快捷方便等。使用IRB460能显著缩短各项作业的节拍时间,大幅提升生产效率。这款紧凑型4轴机器人的运动范围为2.4m,有效荷重高达110kg,其在荷重60kg条件下的操作节拍最高可达2190次循环/小时,比类似条件下的竞争产品块15%,而占地面积反而小20%。主要可应用于粮油、饲料、食品、化工、酒类、饮料、印刷等各行业的高速自动码垛、物料搬运等。

2问题描述

工业机器人IRB460是由ABB中国本土自行研发的一款码垛机器人,产品销售以来一直得到广大客户的一致好评,但应用过程中也有些常见故障被客户投诉,比如油脂泄露现象就一直在客户端频繁出现。2013年10月至11月这两个月期间,就有来自客户端的5例投诉,均是抱怨IRB460在运行工作中3轴关节处有漏油脂现象发生。油脂泄露现象是工业机器人常见的故障之一,会严重影响使用环境与产品性能,如长期缺少油脂润滑,机械结构内部磨损加剧,导致引发设备事故。此事件引起了管理层的高度重视,对此漏油脂现象立立

3原因分析

3.1原因分类

从生产工艺流程的角度将可能的原因分为以下六大类:人(操作人员的失误)、机(生产装配时所使用的工具与工装缺陷)、料(原材料质量问题)、法(装配的方法有漏洞)、环(生产环境不稳定)、设计(设计缺陷)。对以上六大类原因进行逐一分析。

3.2对操作人员的分析

在ABB每台工业机器人都有一个生产序列号,根据生产序列号可以追溯其生产日期与装配人员。所以,我通过生产序列号查找到这5台失效的机器人分别生产于2013年1月、3月、4月,其中3月和4月分别占了2台。进一步发现此5台机器人的3轴部位并非全有同一名操作人员装配完成,而是分别由3名不同的操作人员先后完成。且这3名操作人员都是经验丰富的熟练工,同时出现操作失误的概率很低,所以,我初步先排除人员操作上的失误。

3.3对生产工具与工装的分析

首先,我通过公司内部软件查阅了所有与IRB460工业机器人装配相关的非标工装图纸,然后根据图纸逐一检查生产现场的非标工装尺寸是否符合图纸要求。检查完非标工装之后,又对标准工具进行了全年的校验,比如校验扭力扳手是否有偏差,油脂加注枪的标定加注量与实际加注量是否有误差等等。经过一系列的认真比对与检查后发现,油脂加注枪的平均偏差竟然高达30%,而且基本都是上偏差。也就是说原本需要加100g的油脂量,而实际却加了将近130g的油脂量,使得油腔内的油脂量大大超过了原定设计要求的量。所以,我初步判定油脂加注枪的失效是此次油脂泄露的原因之一。

3.4对原材料质量的分析

在检查工具工装的同时,我安排将IRB4603轴油脂泄露有关的相关零部件进行尺寸检查,比如,密封盖、铸件、挡圈、等等。通过对原材料的检验来验证是否是其尺寸偏差导致了此处油脂泄露。然而,原材料的检验结果显示,所有与油脂泄露相关零部件的尺寸均在图纸要求的公差范围内,故排除了原材料对此次油脂泄露现象的影响。3.5对装配方法的分析与生产环境的分析随后,我又对IRB460的装配作业指导书进行了全面的检查,查看是否有含糊不清,模棱两可的指导说明,又或者是否存在指导书中内的相关内容与实际装配不符合的情况发生。检查后发现,不存在严重性的偏差,只是语言表达上存在些许偏差。所以,不是导致油脂泄露的主要因素。

3.6对生产环境的分析

另外,IRB4603轴的油脂加注过程对环境的要求不苛刻,也就是说装配环境,如温度、湿度等因素对3轴的油脂加注环节不会造成影响。所以,环境因素也不是导致此次油脂泄露的原因。

3.7对设计环节的分析

在完成以上一系列分析之后,我又对IRB4603轴处油脂泄露相关的图纸进行反复认真地研究,发现漏油处的密封结构不够完善,存在一定的泄露风险。装配图中显示,此处并没有使用任何油封或者O型圈,而仅仅只有一个密封盖来阻挡油脂外泄,密封盖只是一个简单的过盈密封,当腔体内温度升高,压力升高时,其密封效果将大大下降,这样的设计结构是有缺陷的。因此,我认定设计结构上的缺陷也是导致油脂泄露的主要原因。

4改善方案

4.1对工具与工装的改善

根据之前对工具工装的分析,我针对油脂加注枪进行了一系列的改进措施。首先,我先校验油脂加注枪,使油脂偏差量控制在5%以内,并贴上校验日期,今后每月都要对油脂加注枪进行一次复检,确保其偏差值能够长期稳定地控制在合理的范围内。其次,改进油脂加注抢,使其流速更稳定,便于操作人员操作。避免由于流速不稳定,从而导致操作人员多加或者少加的现象发生。在随后一段时间的关注中,发现油脂加注设备的稳定性得到了显著的提高,实际加注量与显示量之间的偏差一直保持在一个稳定的、合理的区间内。

4.2对原有设计结构的改善

工业机器人的应用强度以及应用环境复杂多变,尤其对于IRB460这种具有高速运转功能的工业机器人而言,高速的运转导致结构内部温度的增高,从而导致油腔内部的压力增大,都会导致油脂的泄露。原设计只是使用密封盖来防止油脂泄露,显然是有缺陷的。所以,我基于此处原有的机械结构,选择了骨架油封以及O型圈的结构来取代原有的密封盖的设计。骨架密封与O型圈的密封效果远远好于原先的密封盖,使此处的密封性能得到了大大的提高。随后经过一系列的性能测试,结果显示,机器人在连续运行6000小时之后都没有油脂泄露现象发生,而原先失效的那5台机器人最长的使用时间也仅仅只是2000小时。事实证明此处油封设计的改善成果是显著的。

5总结

通过这次项目,对IRB4603轴油脂泄露问题进行了全面的改善,改善后的效果是显著的。截至目前,几乎没有客户再投诉IRB4603轴油脂泄露问题。经过此次对油脂泄露问题全面而透彻的分析之后,本人对油脂泄露问题有了更为深入的了解。今后如分析同类油脂泄露问题,将更加得心应手。同时,经过这一系列的分析,也对生产工艺流程及影响产品质量的诸多因素有了更全面的认识。通过这个项目,我考虑问题的角度也更加的全面了,分析问题的思维更加的系统了。

参考文献:

[1]周琳.弧焊与点焊机器人的应用及常见问题的分析[J].内燃机与配件,2019(14):255-256.

作者:朱祥山 单位:上海ABB工程有限公司

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