Manutenzione preventiva dei robot industriali: gioco dei giunti, cablaggio e sostituzione del grasso

1. Ambito e scopo

Questa guida alla manutenzione fornisce un protocollo dettagliato e attuabile per la manutenzione preventiva dei robot industriali multiasse, affrontando in particolare le aree critiche della misurazione del gioco dei giunti, dell'ispezione completa del cablaggio e della sostituzione sistematica del grasso del cambio. Il rispetto di queste procedure è obbligatorio per mantenere la precisione dei robot, garantire la sicurezza operativa e prolungare la durata delle risorse robotiche negli ambienti di produzione e automazione ad alta produzione.

L'esecuzione regolare di queste attività riduce il rischio di guasti imprevisti, riduce al minimo i tempi di inattività non programmati e ottimizza le prestazioni del robot. Questa guida è applicabile ai comuni tipi di robot industriali, inclusi robot articolati, SCARA e delta, di vari produttori (ad esempio, KUKA, FANUC, ABB, Yaskawa, Universal Robots), e funge da base per protocolli di manutenzione specifici per OEM. Eseguire questa manutenzione durante i tempi di inattività programmati, in genere trimestralmente o ogni 2.000 ore operative, come determinato dal ciclo di lavoro del robot e dalle raccomandazioni del produttore.

2. Precauzioni di sicurezza

PERICOLO: presenza di energia pericolosa. La mancata osservanza delle procedure di lockout/tagout (LOTO) può provocare lesioni gravi o mortali.

OBBLIGATORIO: prima di iniziare qualsiasi manutenzione, assicurarsi che l'alimentazione del robot sia SPENTA, scollegata dalla fonte di energia e adeguatamente bloccata ed etichettata secondo gli standard ANSI/ASSE Z244.1 e OSHA 29 CFR 1910.147. Verificare lo stato di energia zero utilizzando apparecchiature di test adeguate.

AVVERTENZA: il movimento del robot può essere improvviso e inaspettato. Mantenere sempre la consapevolezza dell'area operativa del robot. Non posizionare mai parti del corpo o strumenti all'interno dell'area di lavoro senza verificare uno stato sicuro e senza energia.

AVVERTENZA: pericolo di scossa elettrica. Non aprire armadi elettrici o manomettere componenti elettrici se non qualificati e autorizzati. Utilizzare sempre strumenti adeguatamente isolati quando si lavora vicino a sistemi elettrici.

ATTENZIONE: potrebbero essere presenti superfici calde. Lasciare raffreddare sufficientemente i componenti del robot, in particolare motori e riduttori, prima di maneggiarli per evitare ustioni.

OBBLIGATORIO: indossare dispositivi di protezione individuale (DPI) adeguati, inclusi, ma non limitati a, occhiali di sicurezza (ANSI Z87.1), guanti resistenti al taglio (EN 388), stivali di sicurezza con punta in acciaio (ASTM F2413) e protezione per l'udito (EN 352-1) come richiesto dalla valutazione del rischio specifica del sito.

ATTENZIONE: rischio chimico. Quando si maneggiano grassi industriali e solventi detergenti, fare riferimento alla scheda dati di sicurezza (SDS) per le corrette procedure di manipolazione, stoccaggio e smaltimento. Utilizzare guanti resistenti agli agenti chimici (ASTM F739) e garantire un'adeguata ventilazione.

3. Strumenti e materiali richiesti

Assicurarsi che tutti gli strumenti siano calibrati e in buone condizioni di funzionamento prima di iniziare la manutenzione.

4. Lista di controllo per l'ispezione pre-manutenzione

Eseguire questi controlli prima di iniziare qualsiasi manutenzione invasiva per identificare problemi evidenti e preparare il robot per la manutenzione.

5. Procedura dettagliata

5.1. Misurazione del gioco articolare

Il gioco articolare, o perdita di movimento, è il gioco tra ingranaggi o componenti che si ingranano all'interno di un giunto. Un gioco eccessivo indica usura e riduce la precisione del robot, con conseguente scarsa precisione del percorso e potenziale instabilità. Questa procedura si concentra sulla misurazione del gioco sugli assi primari (J1-J3) che in genere sono soggetti ai carichi e all'usura più elevati. Fare riferimento alla documentazione OEM per posizioni specifiche dei giunti e punti di prova.

1. Preparare il robot per la misurazione:

   OBBLIGATORIO: assicurarsi che il robot sia in uno stato LOTO sicuro e diseccitato. Posizionare manualmente il braccio del robot in modo tale che il giunto da misurare sia accessibile e possa essere spostato liberamente senza ostacoli. Per i giunti orizzontali, posizionare il braccio quasi orizzontale per ridurre al minimo l'influenza gravitazionale durante la misurazione. Per giunti verticali, posizione tale da consentire il movimento contro gravità per il precarico.

   Errore comune: tentare la misurazione senza un LOTO adeguato. Ciò rischia di lesioni e fornisce dati imprecisi a causa della potenziale resistenza del motore.

2. Montaggio del comparatore:

   Fissare saldamente la base magnetica del comparatore a una parte rigida e non mobile della base del robot o a una struttura fissa adiacente al giunto. Posizionare la punta della sonda del comparatore perpendicolare a una superficie pulita e piana sulla parte mobile del giunto (ad esempio, la maglia o la flangia successiva) nel raggio pratico più lontano dal centro di rotazione del giunto. Ciò massimizza la lettura dello spostamento per una migliore risoluzione.

   Errore comune: montare l'indicatore su una parte flessibile o troppo vicino al centro del giunto, portando a valori di gioco sottostimati.

3. Giunto di precarico e indicatore zero:

   Applicare manualmente una forza leggera e costante (ad esempio, 5-10 N / 1-2 lbf) al collegamento del braccio del robot in una direzione di rotazione del giunto target per "precaricare" gli ingranaggi e rimuovere qualsiasi gioco esistente in quella direzione. Mantenendo questo precarico, azzerare il comparatore. Assicurarsi che la forza applicata sia costante e non causi la deflessione della struttura stessa del robot.

   Indicatore visivo: l'ago del quadrante si posiziona su "0" senza deriva.

4. Misurare il gioco:

   Rilascia la forza di precarico. Quindi, applicare la stessa forza leggera e costante nella direzione opposta di rotazione del giunto target. Osservare attentamente e registrare lo spostamento massimo indicato sul comparatore prima che il giunto inizi a muoversi. Questa lettura è il gioco lineare. Convertire questo spostamento lineare in gioco angolare (gradi o minuti d'arco), se necessario, utilizzando il raggio dal centro del giunto al punto di contatto dell'indicatore.

   Esempio: se l'indicatore è montato a 200 mm dal centro del giunto e legge uno spostamento di 0,2 mm, il gioco angolare è di circa (0,2 mm / (2 * pi * 200 mm)) * 360 gradi = 0,057 gradi o 3,4 minuti d'arco.

   Errore comune: applicazione di una forza eccessiva durante la misurazione, che può mascherare un vero gioco o introdurre una deflessione strutturale, producendo letture false e basse. Ripeti la misurazione più volte per coerenza.

5. Registrare e valutare:

   Registrare il gioco misurato per ciascun giunto (J1, J2, J3, ecc.) nel registro di manutenzione. Confrontare questi valori con le specifiche del produttore del robot per un gioco accettabile. Il gioco accettabile tipico per gli assi maggiori è 0,05° - 0,2° (3-12 minuti d'arco). I valori che superano i limiti OEM indicano un'usura significativa degli ingranaggi, che richiedono ulteriori indagini, potenziale regolazione o sostituzione della scatola del cambio.

   Indicatore visivo: letture coerenti in più prove.

5.2. Ispezione del cablaggio

I cablaggi dei robot sono soggetti a flessioni, torsioni e sollecitazioni ambientali costanti. I danni a questi cablaggi possono portare a funzionamento intermittente, errori di comunicazione e guasto completo del robot. Un'ispezione approfondita è fondamentale.

1. Ispezione visiva per danni esterni:

   Con il robot LOTO, ispezionare attentamente l'intera lunghezza di tutti i cablaggi (alimentazione, comunicazione, I/O) dalla base del robot attraverso ciascun giunto fino all'effettore finale. Prestare particolare attenzione alle aree in cui i cavi si flettono maggiormente, passano attraverso le guide dei cavi o sono esposti a bordi taglienti.

   • Cerca segni di sfregamento, tagli, abrasioni, schiacciamenti o attorcigliamenti nella giacca esterna.
   • Ispezionare le aree in cui i cavi appaiono allungati o scoloriti, indicando surriscaldamento o esposizione chimica.
   • Verificare il corretto instradamento e il fissaggio dei cavi.

   Indicatore visivo: le guaine dei cavi sono lisce, intatte e mantengono il colore originale. Le fascette per cavi sono sicure ma non troppo strette.

   Errore comune: trascurare la parte inferiore o le sezioni difficili da raggiungere dell'imbracatura, dove spesso si verificano danni. Usa una torcia e uno specchio se necessario.

2. Ispeziona connettori e serracavo:

   Esamina tutti i connettori elettrici sul controller del robot, sui motori, sui sensori e sull'effettore finale. Assicurarsi che siano completamente inseriti, bloccati e privi di corrosione, perni piegati o segni di surriscaldamento. Controllare l'integrità e il corretto funzionamento di tutti i meccanismi di scarico della trazione (ad esempio pressacavi, fascette, condotti flessibili). Il serracavo danneggiato trasferisce lo stress direttamente ai conduttori del cavo.

   Indicatore visivo: i connettori sono puliti, serrati e non danneggiati. I componenti del pressacavo siano intatti e fissati saldamente.

   Errore comune: non verificare le condizioni interne dei connettori muovendoli delicatamente per verificare la presenza di collegamenti allentati; concentrarsi esclusivamente sull'aspetto esteriore.

3. Test di continuità e resistenza di isolamento (facoltativo, ma consigliato):

   Per cavi sospetti o come parte di una diagnostica dettagliata, utilizzare un multimetro per testare la continuità e la resistenza di isolamento.

   • Continuità: scollegare entrambe le estremità del cavo sospetto. Impostare il multimetro in modalità continuità. Testare la continuità di ogni conduttore da un capo all'altro. La resistenza dovrebbe essere vicina a 0 Ohm.
   • Resistenza di isolamento: utilizzare un megaohmmetro (tester della resistenza di isolamento) per linee di alimentazione e comunicazione critiche. Test tra ciascun conduttore e terra e tra conduttori adiacenti. Consultare le specifiche OEM per la resistenza di isolamento minima accettabile (tipicamente >1 Gigaohm per cavi nuovi, >1 Megaohm per cavi operativi).

   Errore comune: testare la continuità su circuiti sotto tensione. Togliere sempre la tensione e LOTO prima di qualsiasi test elettrico.

4. Sostituire le fascette danneggiate e reinstradarle:

   Tagliare e sostituire eventuali fascette usurate, rotte o eccessivamente strette. Assicurarsi che vengano applicate nuove fascette per consentire il corretto movimento del cavo e non serrarle eccessivamente, il che potrebbe comprimere le guaine dei cavi e ridurre la flessibilità. Reinstradare eventuali cavi che mostrano segni di posizionamento errato o potenziali futuri urti.

   Azione: utilizzare fascette di dimensioni adeguate per corrispondere all'installazione originale.

5. Risultati documentali:

   Fotografa qualsiasi danno riscontrato e registrane la posizione e la gravità nel registro di manutenzione. Prendere nota di eventuali cavi o connettori che richiedono una sostituzione immediata o un ulteriore monitoraggio.

5.3. Sostituzione del grasso del cambio

Il grasso lubrifica gli ingranaggi interni, i cuscinetti e le guarnizioni dei riduttori del robot. Nel corso del tempo, il grasso si degrada a causa dello stress da taglio, dei cicli termici e della contaminazione, perdendo le sue proprietà lubrificanti. La sostituzione regolare è essenziale per prevenire l'usura prematura e guasti catastrofici al cambio. Fare riferimento ai manuali OEM per i tipi esatti di grasso, le quantità e gli intervalli per ciascun modello di robot e giunto specifico.

1. Identificare i punti di riempimento e scarico del grasso:

   Individuare i tappi di riempimento e scarico del grasso sui riduttori del robot. Si tratta in genere di bulloni a testa esagonale o raccordi specializzati. Alcuni riduttori possono essere sigillati a vita, mentre altri (soprattutto gli assi più grandi) hanno protocolli di sostituzione specifici. Fare riferimento al manuale tecnico del robot (ad esempio, controller FANUC CR-7iA R-30iB Mate Plus, controller KUKA KR C4).

   Errore comune: presupporre che tutti i giunti utilizzino lo stesso grasso o abbiano punti di scarico/riempimento accessibili. Verificare con la documentazione OEM.

2. Preparazione per l'estrazione del grasso:

   Posizionare un contenitore per rifiuti adatto direttamente sotto il tappo di scarico per raccogliere il grasso esaurito. Assicurarsi che il contenitore sia abbastanza grande da contenere il volume previsto (ad esempio, 50-500 ml / 1,7-17 fl oz per canna, a seconda delle dimensioni del robot). Per alcune articolazioni potrebbe essere necessaria una siringa o una pompa per l'estrazione.

   ATTENZIONE: il grasso esaurito può contenere particelle metalliche e altri contaminanti. Maneggiare e smaltire secondo le normative ambientali locali.

3. Scaricare il grasso vecchio:

   Rimuovere il tappo di scarico. Lasciare che il grasso vecchio venga scaricato completamente per un tempo sufficiente. Articolare manualmente il giunto del robot lentamente (se possibile e sicuro farlo dopo la verifica LOTO, eventualmente utilizzando un rilascio manuale del freno o una procedura OEM specifica) per aiutare a espellere il grasso residuo. Osservare le condizioni del grasso drenato: colore scuro, consistenza granulosa o scaglie metalliche eccessive indicano un'usura accelerata e richiedono un'ulteriore ispezione degli interni della scatola del cambio.

   Azione: in caso di grasso molto contaminato, l'OEM può consigliare un lavaggio con grasso nuovo.

   Indicatore visivo: il flusso del grasso vecchio si interrompe o si riduce notevolmente.

4. Pulire le porte di scarico e riempimento:

   Pulire eventuali residui di grasso dalle filettature del tappo di scarico e dalle superfici di tenuta utilizzando un panno privo di lanugine e un solvente detergente. Ispezionare l'O-ring o la guarnizione sul tappo di scarico per eventuali danni; sostituire se necessario per evitare future perdite. Reinstallare il tappo di scarico, serrandolo al valore di coppia specificato dall'OEM.

   Esempio di coppia (tappo di scarico M8): 25 Nm (18,4 piedi-libbre) per alloggiamenti in alluminio, 35 Nm (25,8 piedi-libbre) per acciaio. Consultare sempre il manuale OEM.

   Errore comune: stringere eccessivamente il tappo di scarico, cosa che può danneggiare le filettature o rompere la scatola del cambio. Un serraggio insufficiente porta a perdite.

5. Aggiungi nuovo grasso:

   rimuovi il tappo di riempimento del grasso. Utilizzando una pistola o una siringa per grasso industriale pulita, iniettare il tipo e la quantità specificati dall'OEM di nuovo grasso robotico nell'apertura di riempimento. È fondamentale utilizzare l'esatto tipo di grasso specificato dal produttore per garantire la compatibilità e le corrette proprietà di lubrificazione. La miscelazione di grassi incompatibili può causare guasti ai cuscinetti o deterioramento delle guarnizioni.

   Esempio di tipo di grasso: FANUC in genere specifica Klüberfood NH1 11-220, Mobil SHC 220 o equivalente.

   Esempio di quantità (per canna): J1: 300-400 g, J2: 250-350 g, J3: 150-250 g. Le articolazioni più piccole (J4-J6) in genere richiedono meno, ad esempio 50-100 g. Fare sempre riferimento al manuale OEM per le quantità precise. Un riempimento eccessivo può causare la rottura dei sigilli.

   Indicatore visivo: il grasso inizia a fuoriuscire da una porta di sfiato (se presente) o raggiunge il livello specificato. Interrompere immediatamente il riempimento quando è pieno per evitare una pressurizzazione eccessiva.

6. Reinstallare il tappo di riempimento e serrare:

   Pulire il tappo di riempimento e le superfici di tenuta. Ispezionare e sostituire l'O-ring/guarnizione se necessario. Reinstallare il tappo di riempimento, serrandolo al valore di coppia specificato dall'OEM.

   Esempio di coppia (tappo di riempimento M8): 25 Nm (18,4 ft-lb).

7. Documentare la sostituzione del grasso:

   Registrare la data, il numero di serie del robot, i giunti sottoposti a manutenzione, il tipo di grasso utilizzato e la quantità applicata nel registro di manutenzione. Questi dati sono fondamentali per tenere traccia della cronologia e della conformità della manutenzione.

6. Lista di controllo per la verifica post-manutenzione

Dopo aver completato la manutenzione, verificare il corretto funzionamento e la sicurezza del robot prima di tornare in produzione.

7. Guida alla risoluzione dei problemi

Questa tabella fornisce i sintomi comuni riscontrati dopo la manutenzione del robot o durante il funzionamento, insieme alle probabili cause e alle azioni correttive.

8. Programma di manutenzione consigliato

Questo programma fornisce linee guida generali. Fare riferimento alle raccomandazioni OEM specifiche in base al modello di robot, all'applicazione e all'ambiente operativo. Cicli pesanti o ambienti difficili possono richiedere frequenze maggiori.

9. Riferimento alle parti di ricambio

Mantenere uno stock di pezzi di ricambio critici riduce i tempi di inattività. Fare riferimento all'elenco delle parti OEM del robot per le specifiche esatte. Visita il Catalogo elettronico UNITEC-D per un'ampia gamma di ricambi industriali.

10. Riferimenti

• ANSI/ASSE Z244.1 - Controllo dell'energia pericolosa - Lockout/Tagout e metodi alternativi
• OSHA 29 CFR 1910.147 - Il controllo dell'energia pericolosa (lockout/tagout)
• ISO 13850 - Sicurezza del macchinario - Funzione di arresto di emergenza - Principi di progettazione
• ANSI B11.0 - Sicurezza delle macchine - Requisiti generali e valutazione dei rischi
• EN 388 - Guanti di protezione contro rischi meccanici
• ANSI Z87.1 - Dispositivi personali di protezione degli occhi e del viso in ambito professionale ed educativo
• ASTM F2413 - Specifiche standard per i requisiti prestazionali per calzature protettive (di sicurezza) con puntale
• EN 352-1 - Protezioni dell'udito - Requisiti generali - Parte 1: Cuffie antirumore
• ASTM F739 - Metodo di prova standard per la permeazione di liquidi e gas attraverso i materiali degli indumenti protettivi in condizioni di contatto continuo
• Manuali di manutenzione specifici del produttore del robot (ad esempio, KUKA, FANUC, ABB, Yaskawa)