CN105499025B - 一种往复式自动喷涂机及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种往复式自动喷涂机及其控制方法，喷涂机包括机架以及安装有喷枪和导轨的枪架，枪架设于所述机架上，导轨上设置有沿导轨作往复运动的摆头装置，喷枪沿摆头装置的移动方向可转动的连接在摆头装置上。本发明的喷涂机能够同步进行往复水平移动和喷枪的摆头转动，能够减少导轨两端位置对应待喷涂表面的涂料厚度，使喷涂厚度更均匀。
Description
技术领域
本发明涉及喷涂设备领域，特别是涉及一种往复式自动喷涂机及其控制方法。
背景技术
喷涂机是采用喷涂技术的专用涂装设备，可以在需要喷涂的表面作稳定连续的往复运动实现自动的均匀喷涂。涂料输送过程中，增压后的涂料经高压软管输送到喷涂机的喷枪内，由喷枪将涂料瞬间雾化后释放到被涂物体表面。常规的喷涂机主要由供料装置、喷枪、雾化发生源构成，喷涂设备适用于皮具手袋、礼品包装、家具、鞋业、汽车制造等行业中。
现有的喷涂机的往复运动喷涂一般是在两端之间作先加速再匀速后减速的往复过程，喷涂过程中喷枪的朝向的固定向下不动的，在加减速的过程中由于速度较慢，容易导致喷涂厚度不均。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种往复式喷涂机及其控制方法，代替施工人员的手工喷涂，此喷涂机喷枪可以摆动，以保证整个喷涂路径上的涂料厚度均匀。
本发明实现上述目的所采用的技术方案是：
根据本发明的一个方面，提供了一种往复式自动喷涂机，包括机架以及安装有喷枪和导轨的枪架；枪架设于机架上，导轨上设置有沿导轨作往复运动的摆头装置，喷枪沿摆头装置的移动方向可转动的连接在摆头装置上。
进一步的，机架上还设有控制器，用于通过第一驱动机带动摆头装置沿导轨水平直线移动，以及在摆头装置平移速度变化时控制喷枪进行摆头或复位。
进一步的，摆头装置包括第二驱动机，第二驱动机通过摆动轴与喷枪连接并控制喷枪的转动。
进一步的，第一驱动机设于枪架一端，用于通过导轨来带动摆头装置进行匀速或双向变速运动。
进一步的，机架中部设置有转盘，转盘由转向驱动装置控制，枪架通过连接架固定于所述转盘上；喷涂机还包括固设于连接架上的送料管线和用于缠绕送料管线的卷筒，卷筒一端设有卷筒驱动电机。
进一步的，机架的下部两侧还对称的设有四个走行轮，并设有与走行轮连接的走行轮驱动电机，控制器与走行轮驱动电机连接，走行轮驱动电机用于控制走行轮的行进和转向。
进一步的，喷枪包括喷嘴，喷嘴的朝向与喷嘴中轴线垂直于待喷涂表面向下的复位起始位置相对；或在摆头装置到达导轨两端时，喷嘴的朝向与转动后的喷枪的喷嘴中轴线与复位起始位置保持一定夹角的限位终止位置相对。
根据本发明的另一方面，还提供了该往复式自动喷涂机的控制方法，包括以下步骤：
控制摆头装置沿导轨做水平直线的往复运动；当摆头装置在导轨上加速运动时，控制喷枪的喷嘴向复位起始位置进行复位向下转动；当摆头装置在导轨上减速运动时，控制喷枪的喷嘴向限位终止位置进行摆头向上转动；当摆头装置在导轨上匀速运动时，控制喷枪的喷嘴处于垂直于待喷涂表面向下的复位起始位置不动。
进一步的，喷枪的喷嘴在复位向下转动过程或摆头向上转动过程均按照预设角加速度转动；喷枪的喷嘴在复位向下转动过程或摆头向上转动过程均为单向转动，单向转动的方向与摆头装置的平移方向一致。
进一步的，在摆头向上转动过程中，喷枪的喷嘴由复位起始位置转动至限位终止位置；在复位向下转动过程中，喷枪的喷嘴由限位终止位置转动至复位起始位置。
本发明采用上述技术方案所具有的有益效果是：
本发明的摆头装置可以在往复运动的加减速过程中，控制喷枪进行摆动，减少在加减速过程中喷枪所朝向的表面的涂料喷量，以减少匀速段和加减速段的涂料厚度误差，使得喷涂整体厚度更加均匀。
附图说明
图1为本发明一个实施例中往复式喷涂机的立体结构示意图一；
图2为图1的主视图；
图3为图1的右视图；
图4为图1的俯视图；
图5为本发明另一个实施例中往复式喷涂机的立体结构示意图二；
图6为本发明的摆头和复位示意图。
其中，1、机架；2、枪架；3、喷枪；4、导轨；5、摆头装置；6、控制器；7、第一驱动机；8、摆动轴；9、转盘；10、连接架；11、卷筒；12、卷筒驱动电机；13、走行轮；14、走行轮驱动电机；15、转向驱动装置。
具体实施方式
为清楚的说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开的应用或用途。应当理解的是，在全部的附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。
喷涂机作为自动化机械喷涂设备已在制造行业得到广泛的应用，相比于人工喷涂的方式，机械喷涂方式具有漆膜质量好、涂装效率高、附着力强、厚度均匀等优点；为了达到更好的均匀喷涂效果，喷涂机往复式的多次喷涂方式，每次单程喷涂少量涂料，往返多次叠加，使得涂料在待喷涂表面分布均匀、附着紧密。但是在往复喷涂的过程中，为了减少平移结构与枪架两端部的碰撞，喷枪在导轨的单行程上一般设定为先加速再匀速后减速的运动过程，虽然可以有效的减少撞击，但是在加减速过程中，其最大速度始终小于匀速过程中的平均速度，因此相较于匀速阶段，加减速过程中喷枪在单位长度上的滞留时间更长，在喷枪朝向以及喷涂速度不变的情况下，显然在加减速段的喷涂厚度要高于匀速阶段，不能实现均匀喷涂。
针对常规的喷涂机在导轨两端喷涂不均的问题，本发明提供了一种往复式自动喷涂机，如图1-图5所示，包括机架1以及安装有喷枪3和导轨4的枪架2；枪架2设于机架1上，导轨4上设置有沿导轨4作往复运动的摆头装置5，喷枪3沿摆头装置5的移动方向可转动的连接在摆头装置5上。本发明是将喷枪3安装于摆头装置5上，由摆头装置5完成在导轨4的往复喷涂作业，同时第二驱动机还可以控制喷枪3在加减速阶段进行单向的转动，以减少在导轨4两端运动时的喷涂厚度，使整个行程的涂料厚度相近。
本喷涂机主要用于液体橡胶防水材料的喷涂施工，液体橡胶防水材料为双组分产品，其中A组分为液体橡胶，B组分为固化剂，喷涂过程中A组分和B组分接触并迅速凝结成一道致密的防水薄膜；以往的液体橡胶喷涂施工过程中采用高压泵将液体橡胶的A、B两组分从液料桶中通过高压软管将液料送入喷枪，再由施工人员控制喷枪进行喷涂施工。因为喷枪由施工人员控制，所以喷涂后得到的防水涂膜厚度经常出现厚度不均匀的现象，除此之外，人工喷涂的效率也相对较低。
本案的摆头工作原理是：在加减速阶段，摆头装置5的第二驱动机控制喷枪3绕摆动轴8一基点以预设的角加速度进行同步转动，转动的方向与摆头装置5的平移方向一致，摆动终止时喷枪与垂直线存在相应的夹角角度，这种转动喷涂方式的喷涂面积比不加入喷枪转动方式的面积大，又因为两种喷涂方式的喷涂时间是固定相同的，所以通过转动这种方式可以有效的减少加减速段的涂料厚度。
为了实现对摆头装置5水平移动速度变化和喷枪3摆动速度的同步控制，在机架1上还设有控制器6，用于控制摆头装置5的平移速度和喷枪3绕摆头装置5的基点摆动的速度；导轨4的一端部设有第一驱动机7，用于驱动摆头装置5的往复移动，控制器6通过第一驱动机7控制导轨4带动摆头装置5水平直线移动，第二驱动电机8在摆头装置5平移速度变化时控制喷枪3进行摆头或复位，根据需要的涂料厚度，摆头装置5的水平移动速度以及变速过程都是在控制器6中预设的，根据变速过程中的加速度，再确定喷枪3的摆动速度，变速过程和摆头过程是同步同时进行的。
控制器6所控制的第一驱动机7进行匀速转动和变速转动两种工作状态，第一驱动机7匀速转动工作时控制摆头装置5在匀速段的水平移动；由于是往复式运动，摆头装置5的移动方向包括水平的左右两方向，因此第一驱动机7在变速转动工作时控制摆头装置5在加减速段的平移速度及平移方向。如图1和图5所示的两种喷涂机的结构，第一驱动机7分别是通过锯齿形回转传送带和传动螺杆带动摆头装置5的往复运动。第二驱动机可以接受摆动控制单元的指令，控制喷枪3以一定角速度进行正向或反向的非匀速转动。
机架1中部设置有转盘9，转盘就通过转向驱动装置15来控制，枪架2通过连接架10固定于转盘9上，控制器6可控制转向驱动装置15，转向驱动装置通过控制转盘9转动从而控制枪架2的转动，通过调整喷枪与机架的相对位置，可以适应不同空间场合下的喷涂作业；喷涂机还包括固设于连接架10上的卷筒11，卷筒11由卷筒驱动电机12带动缠绕送料管线，送料管线用于从储料罐输送涂料至喷枪3。
除摆头装置5的往复水平移动和喷枪3的摆动，本发明的喷涂机还可以按照预定路线进行移动喷涂，机架1的下部两侧还对称的设有多个走行轮13，并设有与走行轮13连接的走行轮驱动电机14和减速装置，控制器6与走行轮驱动电机14、减速装置连接，为走行轮13提供前进动力以及实现减速刹车以及转向功能。
为了更好的理解喷枪3的摆动过程，本发明喷枪3所包含的喷嘴的朝向与喷嘴中轴线中轴线垂直于待喷涂表面向下的复位起始位置相对应；或者在摆头装置5到达导轨4两端时，喷嘴的朝向与转动后的喷枪3的喷嘴中轴线与复位起始位置保持一定夹角的限位终止位置相对应。上述的复位起始位置以及限位终止位置是喷枪3的喷嘴相对于摆头装置5的位置，其中，限位终止位置不是固定的，这取决于摆头装置5的水平加速度以及喷枪3摆动的角速度。在本案的一个实施例中，当摆头装置的匀速阶段水平速度为1m/s时，喷枪垂直向下；减速阶段中，当摆头运行到导轨4边缘速度为0时，摆头的偏斜角度达到最大值8.13°或0.0452π。
本发明还提供了一种往复式自动喷涂机的控制方法，包括以下步骤：
控制器6控制第一驱动机7使导轨4做水平直线的往复运动，从而控制摆头装置5的往复运动，并预设了匀速阶段的速度和变速阶段的加速度，在导轨4的同一端时，加速阶段和减速阶段的加速度方向相同；
当摆头装置5在导轨4上加速运动时，控制喷枪3的喷嘴向复位起始位置进行复位向下转动，喷枪3的喷嘴同时向待喷涂表面喷射涂料；
当摆头装置5在导轨4上减速运动时，控制喷枪3的喷嘴向限位终止位置进行摆头向上转动，喷枪3的喷嘴同时向待喷涂表面喷射涂料；
当摆头装置5在导轨4上匀速运动时，控制喷枪3的喷嘴处于垂直于待喷涂表面向下的复位起始位置不动，喷枪3的喷嘴同时向待喷涂表面喷射涂料。
该控制方法中，喷枪3的喷嘴在复位向下转动过程或摆头向上转动过程均按照预设角加速度转动，以逐渐提高摆动过程中的水平分速度，扩大涂料的附着面积，使喷涂更均匀。
喷枪3的喷嘴在复位向下转动过程或摆头向上转动过程均为单向转动，单向摆转的方向与摆头装置5的平移方向一致。
为了更好的说明本发明的摆头装置5控制喷枪3摆动的方式，下面结合图6所示的一个实施例进行说明：
图中，匀速段为D-D’段，变速段为A-D和D’-A’，在一个单程中，设A-D为加速段，D’-A’为减速段；在匀速阶段，喷涂的朝向是沿D-E(同D’-E’)的垂直于待喷涂表面向下，在加速段A-D，由于前一个单程平移的减速段已经将喷枪3摆动为如A-C的朝向，因此在加速段由A移动至D处的过程中，喷枪3逐渐由C点的限位位置摆动至B点的复位起始位置，并在其后的匀速段保持A-B的朝向，直至另一端的减速段；在减速段D’-A’，喷枪3同样以摆头装置5的摆动轴为基点，逐渐从B’摆动至限位终止位置C’。
在上述加速段的摆动过程中，A-D的加速过程和C-B的摆动过程是同步开始同步结束的；加速段的摆动过程中，A’-D’的加速过程和C’-B’的摆动过程也是是同步开始同步结束的；在两端的限位终止位置A-C与复位起始位置A-B的夹角和限位终止位置A’-C’与复位起始位置A’-B’的夹角都为a不变。
喷涂机控制装置控制喷枪3的转动角度是根据加减速段的距离以及初始速度来进行设定的，具体的设定计算方式为：根据动能定理F*L＝(mv2-mv0 2)/2和F＝m*a，可以推得VD 2-VA 2＝2a水平*LBE，其中，VA＝0，则加减速段的距离为LBE＝VD 2/(2a水平)，运行的时间t＝VD/a水平，为了保证涂膜厚度的均匀性，要求在时间t内转动的喷枪的喷涂面积是喷枪不转动时喷涂面积的2倍，即LCE＝2LBE＝2LCB，取喷枪的轴向长度为LAB，那么喷枪在导轨两端与垂线所形成的夹角角度为α＝arctan(LCB/LAB)。
同时，对于设定摆头向上转动过程中的角加速度a’,在减速段，喷枪3的最大线速度为从复位起始位置开始转动的水平线速度V线，该水平线速度即为摆头装置5的匀速段速度，最大角速度为ωE＝V线/r,在转动至最高点时的线速度为0，则a’＝Δω/Δt＝V线/(r*t),其中，r为喷枪的轴向长度，t为摆头装置在减速段的运行时间；同理也可得加速段的角加速度。因此，使用人员可以根据匀速段的水平移动速度来通过控制器6预设喷枪的角加速度和摆动角度。
综上所述，以上所述内容仅为本发明的实施例，仅用于说明本发明的原理，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种往复式自动喷涂机，包括机架(1)以及安装有喷枪(3)和导轨(4)的枪架(2)；所述枪架(2)设于所述机架(1)上，其特征在于，
所述导轨(4)上设置有沿所述导轨(4)作往复运动的摆头装置(5)，所述喷枪(3)沿所述摆头装置(5)的移动方向可转动的连接在所述摆头装置(5)上；
所述摆头装置(5)包括第二驱动机，所述第二驱动机通过摆动轴(8)与所述喷枪(3)连接并控制所述喷枪(3)的转动；在加减速阶段，所述第二驱动机控制喷枪(3)绕所述摆动轴(8)一基点以预设的角加速度进行同步转动，转动的方向与所述摆头装置(5)的平移方向一致，摆动终止时所述喷枪(3)与垂直线存在相应的夹角角度；
其中，所述机架(1)上还设有控制器(6)，用于通过第一驱动机(7)带动所述摆头装置(5)沿所述导轨(4)水平直线移动，以及在摆头装置(5)平移速度变化时控制喷枪(3)进行摆头或复位。
2.根据权利要求1所述的往复式自动喷涂机，其特征在于，所述第一驱动机(7)设于所述枪架(2)一端，用于通过导轨(4)来带动所述摆头装置(5)进行匀速或双向变速运动。
3.根据权利要求1所述的往复式自动喷涂机，其特征在于，所述机架(1)中部设置有转盘(9)，转盘(9)由转向驱动装置(15)控制，所述枪架(2)通过连接架(10)固定于所述转盘(9)上；所述喷涂机还包括固设于所述连接架(10)上的送料管线和用于缠绕所述送料管线的卷筒(11)，所述卷筒(11)一端设有卷筒驱动电机(12)。
4.根据权利要求1所述的往复式自动喷涂机，其特征在于，所述机架(1)的下部两侧还对称的设有四个走行轮(13)，并设有与所述走行轮(13)连接的走行轮驱动电机(14)；所述控制器(6)与所述走行轮驱动电机(14)连接，所述走行轮驱动电机(14)用于控制走行轮的行进和转向。
5.根据权利要求1所述的往复式自动喷涂机，其特征在于，所述喷枪(3)包括喷嘴，所述喷嘴的朝向与所述喷嘴中轴线垂直于待喷涂表面向下的复位起始位置相对；或在所述摆头装置(5)到达所述导轨(4)两端时，所述喷嘴的朝向与转动后的喷枪(3)的喷嘴中轴线与所述复位起始位置保持一定夹角的限位终止位置相对。
6.一种如权利要求1-5任意一项所述的往复式自动喷涂机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
控制摆头装置(5)沿所述导轨(4)做水平直线的往复运动；
当所述摆头装置(5)在所述导轨(4)上加速运动时，控制所述喷枪(3)的喷嘴向复位起始位置进行复位向下转动；
当所述摆头装置(5)在所述导轨(4)上减速运动时，控制所述喷枪(3)的喷嘴向限位终止位置进行摆头向上转动；
当所述摆头装置(5)在所述导轨(4)上匀速运动时，控制所述喷枪(3)的喷嘴处于垂直于待喷涂表面向下的复位起始位置不动。
7.根据权利要求6所述的往复式自动喷涂机的使用方法，其特征在于，所述喷枪(3)的喷嘴在复位向下转动过程或摆头向上转动过程均按照预设角加速度转动；所述喷枪(3)的喷嘴在复位向下转动过程或摆头向上转动过程均为单向转动，单向转动的方向与所述摆头装置(5)的平移方向一致。
8.根据权利要求6所述的往复式自动喷涂机的使用方法，其特征在于，在所述摆头向上转动过程中，所述喷枪(3)的喷嘴由复位起始位置转动至限位终止位置；在所述复位向下转动过程中，所述喷枪(3)的喷嘴由限位终止位置转动至复位起始位置。
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