航空金属零件在完成机械加工后,部分产品还需要经过磨料喷射等表面处理工序,以满足后续工艺要求。与普通机械搬运不同,这类加工环境中存在持续运动的高速颗粒,设备周围还可能积聚细小金属粉尘。对于安装在处理区域内的工业机器人,外部环境带来的影响并不局限于表面污染。
机械臂的关节、密封部位以及外露电缆,都可能受到磨料反复冲击。如果设备长期运行,而关键部位缺少适当防护,颗粒冲刷和粉尘沉积可能加快相关零件的磨损,增加清洁和维修工作。
美国一家位于中西部地区的航空制造企业,在航空器起落装置相关零件的表面处理过程中遇到了这一问题。
根据机器人防护产品制造商Roboworld公开的客户案例,该企业使用专用Wheelabrator表面处理设备完成金属零件加工。设备运行时,高速磨料和空气中的金属颗粒持续接触工业机器人,逐渐损伤机器人外部涂层,并影响密封件和电缆的使用状态。
企业希望在保留原有自动化处理方式的情况下,提高机器人对磨蚀环境的适应能力。防护方案既需要减轻颗粒对机械臂的直接冲击,也不能明显妨碍机器人正常运动,否则新增防护结构就可能影响原有加工节拍和运动范围。
Roboworld为此设计了定制Robosuit机器人防护服,并将其与耐磨防护帘组合使用。
这套方案采用两种不同的防护结构。防护帘用于在磨料喷射区域与机器人之间形成相应屏障,减少高速颗粒直接进入机器人工作位置;Robosuit则贴合机械臂的外部轮廓,保护关节、线缆及其他敏感机械连接部位。
两种结构的功能并不完全相同。
防护帘承担较大范围的颗粒隔离任务,机器人防护服则针对机械臂自身的运动结构提供局部保护。对于具有多个旋转关节的工业机器人,单纯在设备外部设置固定防护板,未必能够覆盖所有运动位置;而只给机器人穿上柔性防护服,也不能保证防护材料能够长期承受所有方向的高速磨料冲击。
因此,这类表面处理设备需要结合磨料运动方向、机器人安装位置和实际作业范围,确定适当的防护结构。
Robosuit属于根据具体机器人和工艺条件定制的柔性防护产品。制造商在设计前需要了解机械臂的外形尺寸、运动方式、工作环境及需要接触的污染物,再选择相应的防护材料和结构。
对于喷射表面处理设备,防护服需要考虑的因素包括颗粒磨蚀、粉尘进入、机械臂关节运动以及外露电缆的保护。
如果防护服仅按照机器人静止时的外形制作,可能无法满足实际运行要求。六轴工业机器人在工作过程中,不同关节需要反复旋转,部分轴之间的距离和相对角度也会变化。当机械臂伸展、弯曲或改变末端姿态时,防护材料必须具有足够的运动余量。
如果防护服过于紧绷,可能在关节反复运动时产生局部拉伸,甚至影响机械臂动作;如果预留空间过大,则可能出现材料松垂、与周围设备发生干涉或在运动中被意外夹住的情况。
因此,机器人防护服的设计不只是选择一种耐磨布料,还需要结合运动轨迹确定覆盖范围、连接位置和活动余量。
在实际应用中,机械臂关节处通常属于需要重点检查的区域。
这些位置既存在相对运动,又可能受到外部颗粒影响。如果防护材料在关节转动处长期摩擦或折叠,局部磨损速度可能高于其他部位。对于需要高频率重复作业的表面处理机器人,防护服的接缝位置和柔性连接结构应与机械运动方式保持协调。
Roboworld官方资料介绍,Robosuit采用定制化设计,能够根据不同机器人型号及工作环境选择防护材料。对于喷射处理设备,制造商提供完整防护服、独立防护帘,以及局部覆盖机器人上臂的组合方案。
在本次航空零件处理案例中,防护系统采用耐磨橡胶类防护帘与定制机械臂防护服配合。官方资料确认,防护帘使用具有较高耐磨能力的Hypalon材料,而防护服则根据机器人结构进行贴合设计。
需要注意,项目资料没有公开防护服所有部位的具体材料构成,因此不能将防护帘的材料参数直接认定为整套机器人防护服的技术规格。
对于磨料喷射工艺,材料耐磨性还需要结合实际冲击条件评价。
不同磨料的硬度、颗粒尺寸、喷射速度及接触角度都会影响防护材料的磨损状态。即使两套设备采用相同名称的表面处理工艺,其磨料类型和设备布置不同,也可能造成防护服使用寿命的差异。
因此,制造商针对特定工况选用的材料,不应直接视为适用于所有喷砂、喷丸和抛丸设备的通用方案。
机器人外露电缆的保护同样是防护设计的重要内容。
机械臂末端通常需要连接相应执行装置,电缆和气管可能沿机器人本体或外部支架布置。当磨料颗粒持续冲击电缆表面时,外部护套可能逐渐磨损。如果线缆在机器人运动中还需要反复弯曲,机械疲劳和外部磨蚀就可能同时存在。
机器人防护服能够减少部分外露线缆直接接触磨料的机会,但不能代替线缆本身的弯曲寿命设计。线缆仍应按照机器人运动范围和制造商规定布置,并在必要位置保留适当的活动空间。
对外露连接器、固定支架及其他辅助部件,也需要检查防护覆盖是否完整,避免只保护机器人主体而遗漏相邻的关键连接位置。
在航空零件表面处理现场,防护服安装后的检查不能仅限于确认外观是否完整。
机器人应在适当的安全调试条件下,验证各运动轴及实际工作路径。工程人员需要观察防护服是否被过度拉伸,是否与工作夹具、喷射设备或其他机械结构发生干涉,以及末端工具是否能够按照原有程序到达指定位置。
对于高速或复杂运动轨迹,还需要考虑防护材料的惯性和摆动情况。防护服增加的重量及其分布,也应纳入机器人允许负载和机械运行条件的检查范围。
虽然防护服可以帮助隔离外部污染物,但它本身也属于需要维护的设备部件。
当高速磨料长期冲击同一区域时,防护帘或防护服可能出现表面磨损、局部破损及接缝老化。如果防护结构已经形成穿孔,细小颗粒仍可能进入内部并积聚在机器人表面。
因此,维护人员应根据现场颗粒浓度和设备运行时间,检查高磨损位置、关节折叠区域及防护结构的固定部位。
清理时还应避免直接采用可能损伤防护材料的处理方式。对于已经磨损严重的防护部件,应根据制造商要求进行修复或更换,而不能仅因为机器人暂时能够正常运行,就长期忽略防护失效问题。
机器人防护服还不能替代整套表面处理设备的安全防护。
高速磨料喷射可能对人员造成伤害,因此人员进入、喷射装置启停及设备检修仍需要符合相应的机械安全要求。机器人防护服的主要作用是减少污染物与机械臂之间的直接接触,不属于用于人员隔离的安全围栏,也不能代替设备联锁和其他必要的保护措施。
Roboworld公布的航空制造案例显示,防护服及防护帘投入使用后,客户反馈机器人和相关部件的磨损减少,设备维护间隔有所延长,表面处理单元的运行状态也得到改善。
制造商没有公布改造前后的具体停机小时数、维修费用或防护服使用寿命。因此,这些改善应作为该客户的实际应用反馈,而不能直接转换为适用于所有设备的维护成本节约比例。
这一案例的工程意义,在于将机器人防护服作为自动化设备整体防护的一部分进行设计。
对于航空金属零件磨料喷射加工,机器人需要按照既定程序完成操作,而防护服必须适应机械臂的运动。通过将局部机器人防护与外围耐磨防护帘结合,可以减少高速磨料直接接触关键机械部件的机会,并为长期维护创造更好的条件。
机器人防护服并不参与机械臂的位置控制,也不会提高机器人自身的定位精度。它的主要价值,是根据实际工艺环境提供适当的外部防护,降低污染物对机器人结构和连接部件造成不利影响的可能性。
对于其他存在金属颗粒、喷射磨料或粉尘的工业生产单元,这种防护思路具有参考价值。但具体材料、覆盖范围、安装结构和维护周期仍需根据机器人型号与加工工况确定,不能简单照搬其他设备的防护配置。












