淺析涂裝機(jī)器人的老化更換

葛永茂

江蘇悅達(dá)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(chǎn)過(guò)程中，噴涂機(jī)器人發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，不僅大大的提高了噴涂作業(yè)效率，同時(shí)也提升了汽車涂裝外觀品質(zhì)。但是涂裝生產(chǎn)線噴涂機(jī)器人隨著使用年限的增加，故障發(fā)生率及維護(hù)成本逐年上升，且因技術(shù)進(jìn)步，噴涂機(jī)器人的升級(jí)換代，維護(hù)備品廠家斷產(chǎn)等因素逐漸影響噴涂機(jī)器人的正常使用。為保證工廠的的整體生產(chǎn)，確保企業(yè)綜合效益，根據(jù)生產(chǎn)線噴涂機(jī)器人老化程度，現(xiàn)況及問(wèn)題點(diǎn)，合理規(guī)劃及推進(jìn)噴涂機(jī)器人老化更換。

2 現(xiàn)況分析

（1）我司2工廠中涂機(jī)器人于2006年底安裝，至今已經(jīng)使用15年，目前使用的機(jī)器 人PX2900，霧 化 器ACCUBELL 608 因設(shè)備故障頻繁，原廠停止生產(chǎn)導(dǎo)致設(shè)備維護(hù)，備件采購(gòu)更換等一系列問(wèn)題，亟需進(jìn)行更新?lián)Q代。

（2）目前涂裝生產(chǎn)線中涂產(chǎn)能72 UPH，節(jié)拍時(shí)間50秒，配置10臺(tái)PX2900 機(jī)器人；通過(guò)DOCKING裝置進(jìn)行清洗換色。

（3）現(xiàn)有節(jié)拍分析：以目前生產(chǎn)最大車型為例，機(jī)器人相關(guān)噴涂動(dòng)作運(yùn)行時(shí)間及綜合利用率統(tǒng)計(jì)如下表。

從上表可以看出，雖然有十臺(tái)機(jī)器人，但總噴涂動(dòng)作時(shí)間短，清洗換色時(shí)間長(zhǎng)，機(jī)器人綜合節(jié)拍利用率不高。

①節(jié)拍利用率低主要是因?yàn)榍逑磽Q色填充時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；由于目前霧化器為涂料內(nèi)加電式 樣ACCUBELL608，ACCUBELL608霧化器配置帶活塞泵的涂料容器，在機(jī)器人完成當(dāng)前工件噴涂后運(yùn)行至清洗換色碼頭（DOCKING）進(jìn)行換色清洗并添加適用于后續(xù)車身所需噴涂容量的涂料，這樣霧化器在噴涂過(guò)程中與涂料供應(yīng)系統(tǒng)脫離連接，以保證霧化器內(nèi)的已充電涂料與接地的涂料供應(yīng)系統(tǒng)徹底絕緣，從而實(shí)現(xiàn)靜電噴涂。Accubell 608換色清洗時(shí)間通常由以下部分構(gòu)成：

表2

從上表可以看出，換色清洗時(shí)間長(zhǎng)除了與換色序列本身時(shí)間長(zhǎng)以外，還和進(jìn)出碼頭動(dòng)作時(shí)間，以及油漆填充量，槍站流量與壓力等有關(guān)。

②噴漆室輸送鏈鏈速快，在可利用的噴涂 節(jié)拍中，現(xiàn)有PX2900地支式機(jī)器人動(dòng)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(dǎo)致涂料利用不充分。成型空氣一個(gè)作用是調(diào)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(qū)域變窄，漆霧集中，涂膜變厚。如果成型空氣壓力過(guò)大，那么漆霧反彈加劇，就易于污染旋杯；成型空氣壓力過(guò)小時(shí)，其對(duì)噴幅影響小，噴涂區(qū)域增大，涂膜變薄，同時(shí)也易造成旋杯的污染。成型空氣的另一個(gè)作用是，進(jìn)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(duì)霧化影響較大。吐出量增大、黏度增大會(huì)使霧化變差；成型空氣量增大，會(huì)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(duì)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(zhuǎn)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(lái)控制噴漆圖案的形狀和大小，油漆從機(jī)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(fèi)較大；發(fā)現(xiàn)油漆出漆霧化效果不好，成型不均勻，導(dǎo)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(zhì)量合格，只能加大流量來(lái)滿足漆膜厚度要求。

綜上所述，在推進(jìn)老化機(jī)器人項(xiàng)目時(shí)，須針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)改善。

3 噴涂機(jī)器人，霧化器工藝設(shè)計(jì)及選擇

（1）工廠涂裝機(jī)器人全為YASKAWA品牌，為利于后期機(jī)器人的技術(shù)服務(wù)及新車型導(dǎo)入時(shí)示教一致性，參照機(jī)器人最新技術(shù)發(fā)展，選用YASKAWA MPX3500噴涂機(jī)器人，6軸垂直多關(guān)節(jié)式樣，機(jī)械手本體和機(jī)械手臂構(gòu)造可實(shí)現(xiàn)多方向安裝，動(dòng)作范圍大，動(dòng)作更加靈活、便利；L軸和機(jī)器人底座提供不同的安裝和電纜入口選項(xiàng)，使機(jī)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(yùn)動(dòng)平穩(wěn)而快速，手腕可快速調(diào)整方向。機(jī)器人在真實(shí)噴涂工作之前可以先通過(guò)虛擬仿真與離線編程軟件MotoSim來(lái)驗(yàn)證制定的噴涂工藝。 噴涂機(jī)器人在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中主要是修改噴涂參數(shù)和噴涂軌跡，主要的噴涂工藝參數(shù)包括：高壓、流量、整形空氣和轉(zhuǎn)速等均在此軟件中設(shè)定。噴涂參數(shù)和噴涂軌跡都是通過(guò)可視化人機(jī)界面軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)被涂物3D模擬。此類3D軟件的應(yīng)用縮短了項(xiàng)目周期，MotoSim噴漆軟件通過(guò)提供鏡像（噴房的左/右面）、路徑切換功能等大大簡(jiǎn)化了編程。很多工作可通過(guò)離線編程來(lái)完成，相比以前用示教盤在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試能夠節(jié)約很多時(shí)間。

在機(jī)器人出現(xiàn)故障時(shí)，為了減少因修復(fù)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，可將發(fā)生故障的機(jī)器人進(jìn)行屏蔽，也就是通常我們說(shuō)的降級(jí)模式。常用Transfer功能，當(dāng)同一側(cè)機(jī)器人發(fā)生故障，短時(shí)間無(wú)法修復(fù)時(shí)，可將模塊中的程序通過(guò)Transfer功能傳送到同一側(cè)其他機(jī)器人實(shí)現(xiàn)噴涂。修改后有時(shí)會(huì)出現(xiàn)機(jī)器人跟不上鏈速，可降低鏈速來(lái)解決。

（2）為改善現(xiàn)節(jié)拍利用率低，須優(yōu)化清洗換色及涂料填充時(shí)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(shù)和外部充電功能，在生產(chǎn)力、傳遞效率和漆面質(zhì)量等方面都可以提供優(yōu)異的性能。每根充電棒上面都適用具有專利的雙放電點(diǎn)設(shè)計(jì)，改善了單點(diǎn)的充電不足與靜電排斥漆霧對(duì)于槍身污染的阻止，優(yōu)化旋杯清靜潔頻率，提高了生產(chǎn)效率。旋杯涂著效率高、抗污性強(qiáng)、磁吸杯頭易拆裝、空氣軸承壽命長(zhǎng)。

①選用外加電霧化器，換色清洗的系統(tǒng)設(shè)置決定了清洗溶劑及涂料的消耗量，同時(shí)清洗換色時(shí)間也是對(duì)節(jié)拍時(shí)間的重要占用，只有減少清洗換色時(shí)間，才能使節(jié)拍利用率提升，從而充分發(fā)揮MPX3500噴涂機(jī)器人的動(dòng)作范圍大的優(yōu)勢(shì)。本方案通過(guò)選用多齒輪泵MGP（Multi Gear Pump）式樣以達(dá)成清洗換色時(shí)間節(jié)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(jù)涂料特點(diǎn)及使用顏色較少而最新開(kāi)發(fā)的一種清洗換色單元。其采用換色閥，調(diào)壓器，齒輪泵一體化安裝，減少了軟管連接，優(yōu)化換色清洗步驟。MGP運(yùn)行動(dòng)作為正常噴涂時(shí)機(jī)器人根據(jù)待噴涂車型顏色，選擇對(duì)應(yīng)顏色的離合器吸合后，伺服電機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)齒輪泵進(jìn)行涂料傳輸?shù)届F化器后進(jìn)行噴涂過(guò)程。如因顏色變化需進(jìn)行換色清洗時(shí)，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(shí)間。清洗換色可有效控制在5S以內(nèi)。

圖1

② 選 用SAMES PPH707 EXT MT與MGP涂料供應(yīng)系統(tǒng)，以最大車種噴涂動(dòng)作時(shí)間270.8S，單臺(tái)機(jī)器人平均節(jié)拍利用率分析如下表1：

表1

表3

綜合以上節(jié)拍利用率分析，適用外加電霧化器后，選用式樣二 8臺(tái)機(jī)器人可滿足72UPH產(chǎn)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(lái)控制噴出油漆漆霧的形狀。兩個(gè)成型空氣出口都提供與旋杯旋轉(zhuǎn)相對(duì)的空氣，獨(dú)立兩個(gè)管路供氣。兩組成型氣孔獨(dú)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(nèi)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(gè)同心圓內(nèi)，分為內(nèi)成型空氣及外成型空氣，兩組出氣孔出氣旋轉(zhuǎn)方向相反，外成型空氣出氣氣旋方向與旋杯旋轉(zhuǎn)方向相反，內(nèi)成型空氣出氣氣旋方向與旋杯旋轉(zhuǎn)方向相同。

圖2

4 噴涂機(jī)器人老化更換推進(jìn)實(shí)施與效果評(píng)價(jià)

為保證機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)安裝后穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)器人老化改善施工業(yè)體在其公司內(nèi)部參照涂裝現(xiàn)場(chǎng)式樣，進(jìn)行機(jī)器人預(yù)組裝及離線檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)改善，待各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)安裝要求后，提交詳細(xì)檢測(cè)報(bào)告給甲方，甲方主管部門會(huì)同設(shè)備部門業(yè)體現(xiàn)場(chǎng)再確認(rèn)，一致檢查合格后；模塊化拆除運(yùn)輸至老化改善現(xiàn)場(chǎng)。2021年國(guó)慶假期間，依據(jù)事先規(guī)劃的施工方案；多部門協(xié)同，精心組織施工，按計(jì)劃順利完成10臺(tái)舊機(jī)器人拆除，8臺(tái)新機(jī)器人安裝，并對(duì)新安裝的噴涂機(jī)器人進(jìn)行了全車種噴涂示教、實(shí)車試噴涂確認(rèn)，參數(shù)調(diào)整；確認(rèn)生產(chǎn)節(jié)拍、噴涂品質(zhì)滿足工藝要求。

在使用雙成型空氣旋杯后：涂料從機(jī)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(fèi)較?。话l(fā)現(xiàn)油漆出漆霧化效果好，成型均勻，導(dǎo)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(duì)涂裝線油漆消耗率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，相同車身膜厚涂料節(jié)減15.0%（涂料單臺(tái)使用量1.27kg/臺(tái)→1.08 kg/臺(tái)）。

表4

MGP清洗換色涂料管路短，清洗換色耗時(shí)短且清潔劑消耗低，同時(shí)因管道內(nèi)殘余涂料小，換色清洗導(dǎo)致的浪費(fèi)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(jīng)濟(jì)效益。

本次改善活動(dòng)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(xiàn)況及根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)選擇最優(yōu)方案。

（2）過(guò)程中與改善業(yè)體常時(shí)溝通，問(wèn)題點(diǎn)相互相協(xié)商改善，隨時(shí)掌握方案詳細(xì)推進(jìn)現(xiàn)況，確保按計(jì)劃日程推進(jìn)。

（3）施工前車間內(nèi)部物流路徑預(yù)先檢討，干涉部位可行對(duì)應(yīng)方案與資材準(zhǔn)備。

（4）利用平時(shí)生產(chǎn)空余時(shí)間進(jìn)行設(shè)備外圍壓縮空氣管道，管線橋架等基礎(chǔ)工作，重視預(yù)組裝及離線檢測(cè)，方可在假期間完成安裝及調(diào)試，才不影響現(xiàn)生產(chǎn)。

（5）預(yù)組裝及離線檢測(cè)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車預(yù)示教實(shí)施，保證老化現(xiàn)場(chǎng)改造時(shí)現(xiàn)場(chǎng)示教順利實(shí)施。

（6）雙成形空氣旋杯外加電霧化器與MGP適用，減少噴涂機(jī)器人投資費(fèi)用20%且換色清洗費(fèi)用節(jié)減效果顯著，成本、資源節(jié)約化化實(shí)施達(dá)成。

5 結(jié)語(yǔ)

機(jī)器人噴涂是確保車輛涂裝品質(zhì)的重要結(jié)構(gòu)要素，并且在車輛涂裝過(guò)程中起著重要作用。隨著現(xiàn)階段噴涂機(jī)器人廣泛使用，汽車需求量上升的同時(shí)消費(fèi)者對(duì)質(zhì)量要求也隨之提高，在保證產(chǎn)能與質(zhì)量的前提下，需對(duì)噴涂機(jī)器人進(jìn)行常規(guī)維護(hù)保養(yǎng)，同時(shí)根據(jù)維護(hù)實(shí)際及維護(hù)成本，必要時(shí)實(shí)施機(jī)器人老化更換，這樣才能為涂裝品質(zhì)的穩(wěn)定與提升保駕護(hù)航。