轉(zhuǎn)盤式真空涂覆機(jī)設(shè)計(jì)

呂升鋒，謝龍戌，劉冀鴻

（東莞益謙機(jī)械設(shè)備科技有限公司，廣東東莞 523770）

0 引言

目前，噴涂技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于各行各業(yè)，最具代表性的就是噴涂機(jī)器人的應(yīng)用。噴涂機(jī)器人進(jìn)行噴涂作業(yè)具有速度快、重復(fù)定位精度高、柔性高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)[1]。但是由于噴涂不均勻、噴涂厚度不均勻、厚度不易控制、成本高、控制復(fù)雜等缺點(diǎn)[2]，不適合轉(zhuǎn)盤的涂覆。

本文設(shè)計(jì)一款新型轉(zhuǎn)盤式真空涂覆機(jī)，主要應(yīng)用于平板件表面噴涂技術(shù)領(lǐng)域。工件的胚體加工完畢后需要對(duì)其表面進(jìn)行噴涂處理，提高工件表面的物理性能和化學(xué)性能。根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境，工件表面的噴涂質(zhì)量要求也不相同，要求工件表面噴涂后涂層均勻、無砂眼、無氣孔[3]。而傳統(tǒng)工藝噴涂后的工件表面存在涂層不均勻、有砂眼及氣孔的現(xiàn)象，影響生產(chǎn)質(zhì)量，制約生產(chǎn)效率[4]。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的工件表面涂層不均勻、有砂眼、有氣孔的缺點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一款新型轉(zhuǎn)盤式真空涂覆機(jī)，該機(jī)提高了噴涂后涂層的均勻性及準(zhǔn)確性，減少砂眼、氣孔的存在。

1 轉(zhuǎn)盤式真空涂覆機(jī)結(jié)構(gòu)

本文所設(shè)計(jì)的真空涂覆機(jī)主要包括機(jī)臺(tái)模組、轉(zhuǎn)盤模組、刮刀、水平及升降組件、密封罩。

機(jī)臺(tái)模組主要由底部KF法蘭與外界抽真空設(shè)備（真空泵）連通，用以抽真空[5]。

轉(zhuǎn)盤模組置于機(jī)臺(tái)之上，其上方放置待涂覆工件，轉(zhuǎn)盤可實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)并能夠在任何位置實(shí)現(xiàn)停止。

水平及升降組件位于機(jī)臺(tái)上。水平方向可移動(dòng)至待噴涂工件合適處。之后，通過接收到的反饋信號(hào)，升降組件驅(qū)動(dòng)刮刀靠近或遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)盤。

密封罩與機(jī)臺(tái)模組之間放置有密封圈，兩者通過螺栓聯(lián)接在一起，保證一定的氣密性。

上述所述機(jī)臺(tái)模組、轉(zhuǎn)盤模組、刮刀、水平及升降組件均位于密封罩內(nèi)。機(jī)臺(tái)底部設(shè)有通孔與外界抽真空設(shè)備（真空泵）連通，實(shí)現(xiàn)工作環(huán)境的真空狀態(tài)。

圖1 轉(zhuǎn)盤式真空涂覆機(jī)結(jié)構(gòu)

2 轉(zhuǎn)盤式真空涂覆機(jī)工作過程

本文設(shè)計(jì)的真空涂覆機(jī)主要包括機(jī)臺(tái)模組、轉(zhuǎn)盤模組、刮刀、水平及升降組件、密封罩。

進(jìn)行涂覆工作之前，首先需對(duì)設(shè)備進(jìn)行抽真空處理；其次，由水平移動(dòng)模組附件驅(qū)動(dòng)刮刀組件至合適位置，開始進(jìn)行涂覆工作，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤模組運(yùn)動(dòng)，并由傳感器讀出響應(yīng)距離信號(hào)并反饋；最后升降組件讀出相應(yīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)刮刀升降，在刮刀的作用下，使得工件表面的涂層均勻分布，提高工件表面涂裝質(zhì)量。

上述實(shí)驗(yàn)中，所有部件均需置于真空環(huán)境中，避免空氣內(nèi)雜質(zhì)對(duì)涂層的影響。

3 控制方案

依據(jù)此次轉(zhuǎn)盤式真空涂覆機(jī)的設(shè)計(jì)功能要求，在本次設(shè)計(jì)中采用PLC作為主控制器，主要利用觸摸屏進(jìn)行通信，并采用傳感器等采集信息進(jìn)行反饋，從而建立一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。主要工作原理：利用傳感器等設(shè)備采集距離位置數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)信息反饋給控制器；通過觸摸屏輸入信號(hào)控制PLC，將獲取的數(shù)據(jù)信息傳送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件，從而完成涂覆工藝流程[6]。其控制方案設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 控制方案設(shè)計(jì)的流程

在控制方案中，主要以PLC作為核心，由傳感器等采集數(shù)據(jù)信息并反饋至控制器；控制器在對(duì)反饋的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理分析并傳送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)控制操作[7]；其次，觸摸屏可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，用戶可通過觸摸屏的系統(tǒng)選擇，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)[8]。

4 性能參數(shù)測(cè)試

4.1 涂層測(cè)厚儀

涂層測(cè)厚儀可無損測(cè)量磁性金屬基體（如鋼、鐵、合金和硬磁性鋼等）上非磁性涂層的厚度及非磁性金屬基體上非導(dǎo)電覆層的厚度[9]。

本次實(shí)驗(yàn)中采用Surfix系列分體分離式探頭涂層測(cè)厚儀，外置分離探頭，具有磁性渦流2種測(cè)量原理[10]。測(cè)量誤差小、可靠性高、穩(wěn)定性好，是控制和保證產(chǎn)品質(zhì)量必不可少的檢測(cè)儀器，如圖3所示。

圖3 PHNIX涂層測(cè)厚儀測(cè)量

4.2 涂覆檢測(cè)

（1）在本次試驗(yàn)中，涂覆結(jié)束之后，將轉(zhuǎn)盤涂層均勻劃分為9個(gè)區(qū)域，劃分區(qū)域如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)盤區(qū)域劃分

（2）在每個(gè)區(qū)域，取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。使用菲尼克斯涂層測(cè)試儀檢測(cè)涂層厚度，檢測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析如圖5所示。從圖中可以看出其檢測(cè)厚度數(shù)據(jù)均在1 mm附近，驗(yàn)證本次設(shè)計(jì)涂覆涂層的準(zhǔn)確性及均勻性。

圖5 檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)

（3）通過在真空環(huán)境中涂覆涂層與之前在大氣環(huán)境中涂覆涂層的對(duì)比，可以看出在真空環(huán)境中涂覆涂層無明顯氣孔，如圖6所示。從圖中可以看出大氣環(huán)境中涂層的氣孔明顯多于真空環(huán)境中涂層的氣孔。通過觀測(cè)，驗(yàn)證本次設(shè)計(jì)涂覆涂層無明顯氣孔的特性。

圖6 檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語

本文基于現(xiàn)有涂覆設(shè)備，設(shè)計(jì)制造了一款轉(zhuǎn)盤式真空涂覆機(jī)。通過運(yùn)用涂層測(cè)厚儀實(shí)測(cè)以及對(duì)比方法研究表明，為提高現(xiàn)有的涂覆設(shè)備噴涂后涂層的均勻性、準(zhǔn)確性，搭建可靠的控制系統(tǒng)，如PLC控制、光柵反饋系統(tǒng)等。此外，為避免涂層氣孔的存在，提高涂層的質(zhì)量，保證產(chǎn)品的使用性能要求，可在真空環(huán)境中進(jìn)行涂覆。