汽車輪轂噴漆的自動化解決方案

趙宏劍，張 波，劉 彤，趙增強

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

1 輪轂自動噴涂工藝現狀

目前我國輪轂涂裝線的噴涂工藝多采用人工作業，隨著中國輪轂產業日趨國際化，產品質量控制、成本壓力和環保要求等方面都提出越來越高的要求，手工作業的諸多弊端嚴重制約了輪轂產業發展，噴涂機器人作為當前最先進的自動噴涂設備，是解決輪轂涂裝生產中諸多問題的最佳方案，本文針對輪轂噴涂工藝要求，闡述如何采用噴涂機器人來解決輪轂自動噴涂。

汽車輪轂涂裝線從工件輸送形式上通常分為地面輸送和懸掛輸送，生產工藝有所不同，本文以懸掛輸送線為例來闡述輪轂的噴涂工藝和裝備技術。

2 涂裝工藝要求

以國內某知名車輪制造公司實際案例參數為例，其工藝參數如下：

1）工件最大直徑：650mm；

2）輸送方式：懸掛鏈，連續輸送；

3）掛具容量：2個工件/掛；

4）工藝鏈速：2.5m/m in；

5）工件間距：970mm；

6）涂料顏色數：2色1溶劑（可根據實際需要增減）；

7）漆膜厚度：15~20μ；

8）油漆粘度范圍：15~22S（涂4杯）；

9）油漆種類：單組份或雙組份（雙組份油漆需要配備雙組份定量配比系統）；

10）面漆線工藝流程：除塵擦凈→噴面漆→噴粉室（兼作面漆流平）→噴罩光漆→罩光流平→油漆（或粉末固化）烘干→強冷；

11）面漆線工藝設計參數如表1所示。

表1 面漆線工藝設計參數

12）噴涂工藝描述：

面漆噴涂工藝：噴涂一道面漆，配置4臺機器人，輸送鏈兩側各放置2臺機器人，分別負責輪轂所在側面和部分端面的噴涂,每臺機器人配一把自動空氣噴槍。

罩光漆噴涂工藝：噴涂一道罩光漆，配置4臺機器人，輸送鏈兩側各放置2臺機器人，分別負責輪轂所在側面和部分端面的噴涂,每臺機器人配一把自動空氣噴槍。

3 應用環境

3.1 公用動力

空氣壓力：≥7 kg/cm2；

氣源流量：≥1m /m in（每臺機器人）；

>氣源質量：含油量≤0.1PPM、含水量≤1.38g/m3、含塵微粒≤1μ；

電源：4.5KW（每臺機器人） ；2 KW（每套總控系統）；3相5線380V/50Hz。

3.2 噴漆室

噴漆室可采用水旋式噴漆室或水簾式噴漆室，兩種結構各有特點，下面以面漆噴涂工位為例，介紹兩種結構噴漆室的性能特點和平面布置方式：

1）水旋式噴漆室

性能特點：漆霧凈化效果好、生產過程中的動力消耗較大、制造成本和使用維護成本較高。

圖1 水旋式噴漆室平面布置參考圖

2）水簾式噴漆室

性能特點：漆霧凈化一般、生產過程中的動力消耗小、制造成本和使用維護成本小。

圖2 水簾式噴漆室平面布置參考圖

4 裝備配置方案說明

4.1 系統構成

面漆機器人噴涂工作站系統構成

1）涂裝機器人 4臺

2）工作站控制系統 1套

3）輸送鏈同步跟蹤系統 1套

4）2色1溶 劑自動換色模組組件 4套

5）工件位置檢測與啟動開關組件 1套

6）自動靜電空氣噴槍組件 4套

7）輸供漆系統 1套

8）油漆管、氣管、接頭組件 4套

9）機器人防護服 4套

10）機器人調高底座 4件

罩光漆站的配置與面漆站相同，下面對各個主要設備進行詳細的介紹：

4.2 噴涂機器人

系統采用防爆型噴涂機器人，主要性能指標如下：

1）持重： ≥10kg

2）軸數： 6軸

3）重復精度： ≤0.3mm

4）電源電壓： 3相380V 50Hz

5）工作環境：

6）防爆等級： 符合國標

環境溫度： 機器人5°～45°C控制柜5°～52°C

相對濕度： 最大95%

保護： 機器人IP67

控制柜IP54

遠程I/O： InterBus64/64,AB公司R10 128/128，Pro fiBus 256/256

串行接口： 西門子Modbus RS-232,RS-422,RS-485

4.3 控制系統

系統在面漆站和清漆站分別配置了一套工作站總控制系統，工作站控制系統是整個噴涂工作站的控制核心，除對四臺ABB機器人進行遠程控制，還要對其周邊設備進行集中控制。控制系統包括：工控機、PLC、人機操作界面、機器人遠程控制、工件號選擇、工件隊列顯示與修改、工作區安全檢測單元、工件到位檢測、安全檢測單元等。

系統可以通過工作站控制柜對機器人的暫停、急停、啟動等進行控制，增強了控制系統的靈活性。從設備管理角度考慮，應盡量減少操作工人對機器人的直接操作，以避免因誤操作而破壞源程序和參數設置。作站控制系統負責一切與噴漆相關的工藝，懸鏈上有無工件及通過速度等工藝信息，工作站控制系統均進行獨立判斷，懸鏈僅負責將工件輸送過噴漆間。

工作站控制系統對工件種類信息進行排隊保存（斷電記憶）。排隊長度大于懸鏈緩存工件數量。工作站控制系統具備通過操作臺手動修改顏色排隊信息的人工干預功能，并具備通過操作臺人工選擇噴漆工藝和自動選擇噴漆工藝進行工作的兩種功能。

圖3 控制系統原理框圖

4.4 輸送鏈同步跟蹤系統

輸送鏈跟蹤系統是機器人對運動中的工件進行精確作業的必備裝置，為機器人對輪轂進行精確噴涂提供相對位置數據，系統實時檢測鏈速變化并把數值傳送給機器人控制器，使機器人的噴涂動作隨鏈速的加快（減慢）而加快（減慢），始終保持示教時機器人噴槍與工件的相對位置與姿態關系，從而確保工件噴涂質量。輸送鏈同步跟蹤系統也是輸送鏈的狀態監測裝置，當監測到輸送鏈狀態異常時，會觸發系統報警或停機。

4.5 噴具

國內、外用于輪轂噴涂的噴具為空氣噴槍和靜電空氣噴槍，采用靜電空氣噴槍可以提升油漆利用率。由于輪轂結構的特殊性，噴槍選型時在滿足性能要求的前提下要選擇外形小巧的型號，靜電噴槍要選擇機器人版靜電噴槍。

4.6 自動換色、清洗模組

本系統為每臺機器人配置1套2色1溶劑的CCV自動換色閥組，用于實現自動清洗、換色，閥組中配有一路空氣閥，通過電磁閥有序的控制溶劑和空氣通路的通斷，可大大加快清洗、換色的速度，另外，換色閥應安裝在機器人手臂上，位置盡量接近噴槍，可以減少換色、清洗過程中的浪費。每個色漆模塊帶回流口，并配有逆向截止閥，可防止油漆回流、串色。

5 結束語

本文以一個汽車輪轂機器人自動噴涂典型案例為基礎，全面介紹了汽車輪轂自動化噴涂的解決方案，可為輪轂生產企業提供生產技術升級、改造的參考，對于提升產品市場競爭力會起到積極的推動作用。另外，我們在推廣輪轂生產中的噴涂自動化解決方案的同時，還在研究輪轂生產的其他環節的自動化生產裝備技術，目前，可應用機器人來解決輸送線在運動過程中的自動上件、兩條輸送鏈間在運行狀態下的工件轉掛和輸送線在運動過程中的自動下件等工作，大大降低了人員配置和人工工作量。作者將持續關注該領域的生產技術革新。

[1] 門連通,蘇關新.汽車鋁合金輪轂涂裝線的工藝及設備簡介[J].材料保護.2000,08.

[2] 王錫春.汽車涂裝工藝技術[M].化學工業出版社,2005.