淺析涂裝機器人的老化更換

葛永茂

江蘇悅達起亞汽車有限公司 江蘇省鹽城市 224002

1 引言

在汽車涂裝生產過程中，噴涂機器人發揮著越來越重要的作用，不僅大大的提高了噴涂作業效率，同時也提升了汽車涂裝外觀品質。但是涂裝生產線噴涂機器人隨著使用年限的增加，故障發生率及維護成本逐年上升，且因技術進步，噴涂機器人的升級換代，維護備品廠家斷產等因素逐漸影響噴涂機器人的正常使用。為保證工廠的的整體生產，確保企業綜合效益，根據生產線噴涂機器人老化程度，現況及問題點，合理規劃及推進噴涂機器人老化更換。

2 現況分析

（1）我司2工廠中涂機器人于2006年底安裝，至今已經使用15年，目前使用的機器 人PX2900，霧 化 器ACCUBELL 608 因設備故障頻繁，原廠停止生產導致設備維護，備件采購更換等一系列問題，亟需進行更新換代。

（2）目前涂裝生產線中涂產能72 UPH，節拍時間50秒，配置10臺PX2900 機器人；通過DOCKING裝置進行清洗換色。

（3）現有節拍分析：以目前生產最大車型為例，機器人相關噴涂動作運行時間及綜合利用率統計如下表。

從上表可以看出，雖然有十臺機器人，但總噴涂動作時間短，清洗換色時間長，機器人綜合節拍利用率不高。

①節拍利用率低主要是因為清洗換色填充時間過長；由于目前霧化器為涂料內加電式 樣ACCUBELL608，ACCUBELL608霧化器配置帶活塞泵的涂料容器，在機器人完成當前工件噴涂后運行至清洗換色碼頭（DOCKING）進行換色清洗并添加適用于后續車身所需噴涂容量的涂料，這樣霧化器在噴涂過程中與涂料供應系統脫離連接，以保證霧化器內的已充電涂料與接地的涂料供應系統徹底絕緣，從而實現靜電噴涂。Accubell 608換色清洗時間通常由以下部分構成：

表2

從上表可以看出，換色清洗時間長除了與換色序列本身時間長以外，還和進出碼頭動作時間，以及油漆填充量，槍站流量與壓力等有關。

②噴漆室輸送鏈鏈速快，在可利用的噴涂 節拍中，現有PX2900地支式機器人動作范圍受限制。

（4）霧化器ACCUBELL 608適用單成形空氣旋杯，單成型空氣出氣如圖一所示，影響出漆霧化效果，導致涂料利用不充分。成型空氣一個作用是調整漆霧流的幅度，并將漆霧推向被涂物，防止漆霧飛散和返流，污染旋杯和噴槍。成型空氣增大，噴幅減小，噴涂區域變窄，漆霧集中，涂膜變厚。如果成型空氣壓力過大，那么漆霧反彈加劇，就易于污染旋杯；成型空氣壓力過小時，其對噴幅影響小，噴涂區域增大，涂膜變薄，同時也易造成旋杯的污染。成型空氣的另一個作用是，進一步使油漆霧化效果變好。一般空氣噴涂影響霧化的各因素中，吐出量、黏度和整形空氣流速對霧化影響較大。吐出量增大、黏度增大會使霧化變差；成型空氣量增大，會使霧化變好；涂料的表面張力、密度和噴嘴的有效面積等的影響相對較小。單成型空氣旋杯只有一組成型空氣出氣孔，出氣孔分布在旋杯杯頭的四周，與旋杯杯頭的中心線成一定角度，與旋杯旋轉的速度相反，出氣整體呈螺旋狀，單成型空氣旋杯使用一組成型空氣來控制噴漆圖案的形狀和大小，油漆從機器人旋杯噴出之后，成型較大，四周有明顯地不能噴到工件上的油漆，很大一部分油漆未噴涂到工件上，浪費較大；發現油漆出漆霧化效果不好，成型不均勻，導致噴涂油漆附著不均勻，工件部分部位漆膜較薄，為使噴涂質量合格，只能加大流量來滿足漆膜厚度要求。

綜上所述，在推進老化機器人項目時，須針對以上問題進行相關改善。

3 噴涂機器人，霧化器工藝設計及選擇

（1）工廠涂裝機器人全為YASKAWA品牌，為利于后期機器人的技術服務及新車型導入時示教一致性，參照機器人最新技術發展，選用YASKAWA MPX3500噴涂機器人，6軸垂直多關節式樣，機械手本體和機械手臂構造可實現多方向安裝，動作范圍大，動作更加靈活、便利；L軸和機器人底座提供不同的安裝和電纜入口選項，使機器人更接近物體，從而最大限度地減少安裝面積。MPX3500具有出色的路徑性能--運動平穩而快速，手腕可快速調整方向。機器人在真實噴涂工作之前可以先通過虛擬仿真與離線編程軟件MotoSim來驗證制定的噴涂工藝。 噴涂機器人在現場應用中主要是修改噴涂參數和噴涂軌跡，主要的噴涂工藝參數包括：高壓、流量、整形空氣和轉速等均在此軟件中設定。噴涂參數和噴涂軌跡都是通過可視化人機界面軟件來實現，能夠實現被涂物3D模擬。此類3D軟件的應用縮短了項目周期，MotoSim噴漆軟件通過提供鏡像（噴房的左/右面）、路徑切換功能等大大簡化了編程。很多工作可通過離線編程來完成，相比以前用示教盤在現場調試能夠節約很多時間。

在機器人出現故障時，為了減少因修復帶來的經濟損失，可將發生故障的機器人進行屏蔽，也就是通常我們說的降級模式。常用Transfer功能，當同一側機器人發生故障，短時間無法修復時，可將模塊中的程序通過Transfer功能傳送到同一側其他機器人實現噴涂。修改后有時會出現機器人跟不上鏈速，可降低鏈速來解決。

（2）為改善現節拍利用率低，須優化清洗換色及涂料填充時間。選用SAMES PPH707 EXT MT新版外加電霧化器，該霧化器采用Hi-TE噴涂技術和外部充電功能，在生產力、傳遞效率和漆面質量等方面都可以提供優異的性能。每根充電棒上面都適用具有專利的雙放電點設計，改善了單點的充電不足與靜電排斥漆霧對于槍身污染的阻止，優化旋杯清靜潔頻率，提高了生產效率。旋杯涂著效率高、抗污性強、磁吸杯頭易拆裝、空氣軸承壽命長。

①選用外加電霧化器，換色清洗的系統設置決定了清洗溶劑及涂料的消耗量，同時清洗換色時間也是對節拍時間的重要占用，只有減少清洗換色時間，才能使節拍利用率提升，從而充分發揮MPX3500噴涂機器人的動作范圍大的優勢。本方案通過選用多齒輪泵MGP（Multi Gear Pump）式樣以達成清洗換色時間節減且可有效減少清洗溶劑及涂料消耗量。MGP如圖1所示：其是根據涂料特點及使用顏色較少而最新開發的一種清洗換色單元。其采用換色閥，調壓器，齒輪泵一體化安裝，減少了軟管連接，優化換色清洗步驟。MGP運行動作為正常噴涂時機器人根據待噴涂車型顏色，選擇對應顏色的離合器吸合后，伺服電機通過齒輪傳動帶動齒輪泵進行涂料傳輸到霧化器后進行噴涂過程。如因顏色變化需進行換色清洗時，只需要清潔霧化器末端較短的涂料公共通道及杯頭，因此可以最大限度減少清洗溶劑及涂料損耗，縮短換色時間。清洗換色可有效控制在5S以內。

圖1

② 選 用SAMES PPH707 EXT MT與MGP涂料供應系統，以最大車種噴涂動作時間270.8S，單臺機器人平均節拍利用率分析如下表1：

表1

表3

綜合以上節拍利用率分析，適用外加電霧化器后，選用式樣二 8臺機器人可滿足72UPH產能要求，從而有效降低投資成本。

③SAMES PPH707 EXT MT外 加 電 霧化器適用雙成本空氣，雙成型空氣旋杯使用兩組成型空氣來控制噴出油漆漆霧的形狀。兩個成型空氣出口都提供與旋杯旋轉相對的空氣，獨立兩個管路供氣。兩組成型氣孔獨立控制，以獲得更好的圖案控制，減少二次“重影”圖案，并提高滲透至深孔內的能力。雙成型空氣旋杯有兩組出漆孔，如圖2所示：分布在一個同心圓內，分為內成型空氣及外成型空氣，兩組出氣孔出氣旋轉方向相反，外成型空氣出氣氣旋方向與旋杯旋轉方向相反，內成型空氣出氣氣旋方向與旋杯旋轉方向相同。

圖2

4 噴涂機器人老化更換推進實施與效果評價

為保證機器人現場安裝后穩定運行，機器人老化改善施工業體在其公司內部參照涂裝現場式樣，進行機器人預組裝及離線檢測，對檢測過程中出現的各種問題進行相應改善，待各項參數指標符合設計及現場安裝要求后，提交詳細檢測報告給甲方，甲方主管部門會同設備部門業體現場再確認，一致檢查合格后；模塊化拆除運輸至老化改善現場。2021年國慶假期間，依據事先規劃的施工方案；多部門協同，精心組織施工，按計劃順利完成10臺舊機器人拆除，8臺新機器人安裝，并對新安裝的噴涂機器人進行了全車種噴涂示教、實車試噴涂確認，參數調整；確認生產節拍、噴涂品質滿足工藝要求。

在使用雙成型空氣旋杯后：涂料從機器人旋杯噴出之后，成型較小，大部分油漆噴涂到工件上，浪費較小；發現油漆出漆霧化效果好，成型均勻，導致噴涂油漆附著均勻，減小流量也同樣能滿足漆膜厚度要求。使用雙成型空氣前后，對涂裝線油漆消耗率進行了統計，相同車身膜厚涂料節減15.0%（涂料單臺使用量1.27kg/臺→1.08 kg/臺）。

表4

MGP清洗換色涂料管路短，清洗換色耗時短且清潔劑消耗低，同時因管道內殘余涂料小，換色清洗導致的浪費也大幅降低，MGP式樣使用用涂料及清洗率使用量大幅減少，取得了顯著的經濟效益。

本次改善活動得以順利完成，主要是做好了以下工作：（1）事前檢討充分，充分分析現況及根據現有技術選擇最優方案。

（2）過程中與改善業體常時溝通，問題點相互相協商改善，隨時掌握方案詳細推進現況，確保按計劃日程推進。

（3）施工前車間內部物流路徑預先檢討，干涉部位可行對應方案與資材準備。

（4）利用平時生產空余時間進行設備外圍壓縮空氣管道，管線橋架等基礎工作，重視預組裝及離線檢測，方可在假期間完成安裝及調試，才不影響現生產。

（5）預組裝及離線檢測時現場實車預示教實施，保證老化現場改造時現場示教順利實施。

（6）雙成形空氣旋杯外加電霧化器與MGP適用，減少噴涂機器人投資費用20%且換色清洗費用節減效果顯著，成本、資源節約化化實施達成。

5 結語

機器人噴涂是確保車輛涂裝品質的重要結構要素，并且在車輛涂裝過程中起著重要作用。隨著現階段噴涂機器人廣泛使用，汽車需求量上升的同時消費者對質量要求也隨之提高，在保證產能與質量的前提下，需對噴涂機器人進行常規維護保養，同時根據維護實際及維護成本，必要時實施機器人老化更換，這樣才能為涂裝品質的穩定與提升保駕護航。