机器人喷涂在汽车涂装中的应用

王尧1张恩宇2

江苏省226500

摘要：当今社会科技水平突飞猛进，电器自动化程度越来越高。自动化生产线已成为当今社会的主流，随着工业机器人在各行各业中的广发应用，从而进一步提高了生产线的自动化程度。机器人加静电旋杯的喷涂方式也成了涂装行业倍受青睐的喷涂技术，尤其是在汽车涂装界，现在国内汽车制造业的涂装车间也都开始采用机器人喷涂，甚至一些老旧生产线也经过技改后使用机器人喷涂。

关键词：机器人；汽车；喷涂；涂料

喷涂机器人在汽车涂装中采用硬件设备为基础，软件系统集成，达到按控制数据喷涂的目的。汽车车体多样性、生产的持续性和涂装车间工艺的复杂性都会对喷涂机器人系统的全面、高效、稳定功能提出较高的要求。

一、机器人喷涂基本原理

机器人喷涂系统由机器人本体、机器人控制系统、旋杯系统、气动控制、PLC控制以及人机界面监控等部分组成，同时还有相关的车型、颜色自动识别系统和同步跟踪系统。机器人的动作由机器人自身控制，旋杯的动作由旋杯控制器控制。机器人动作靠前期仿形采集数据编辑好固定程序，同时与输送链进行同步配合才能进行喷涂动作。PLC用来协调机器人及雾化器2个系统的工作，传递2个系统间信号，通过传送链编码器确定车身位置控制机器人的启动和关闭。通过人机界面来监视系统的运行情况，并通过人机界面将一些参数输入PLC来调整系统的运行。通过外部设备信号确定系统能否安全运行，例如传送链停止，机器人会等待在设定位置。

二、机器人仿形流程

仿形是机器人喷涂中非常重要的一项任务，机器人喷涂动作就是通过仿形按预先设定好的轨迹程序来完成的，轨迹程序是通过很多个LIN点组成的，机器人程序在2个LIN点之间默认为直线移动，如LIN（P1）→UN（P2）→UN（P3）→UN（P．-?·）。仿形流程：车身区域划分→仿形路径设计→仿形姿势设计→仿形示教→仿形路径测试→仿形姿势优化→喷涂工艺参数预设→涂料试喷→测量试喷漆膜工艺参数→优化喷涂路径和喷涂工艺参数→仿形完成。机器人仿形流程中的注意事项：

1.静电旋杯雾幅。不同机器人所搭配的静电旋杯品牌和型号是不一样的，静电旋杯的最佳雾幅由旋杯厂家提供。

2.漆雾重叠率。一般中涂、清漆、单色漆采用三重叠的喷涂方式，即重叠率为2／3；金属漆、珠光漆采用四重叠的喷涂方式，即重叠率为3／4；这是由涂料的不同性能所决定的。

3.喷涂区域划分和喷涂时间。根据生产节拍和车身的喷涂面积对各机器人的喷涂面积进行划分，在保证喷涂覆盖车身的基础上，对各机器人的喷涂时间进行合理分配。机器人的喷涂时间=实际喷涂时间+喷涂间隙等待时间+换色时间+清洗时间+跟踪传送链等待时间。

三、喷涂机器人系统的优越性

现代的汽车工业不仅在规格和式样上不断更新，对工厂的生产能力也不断提出了更高的要求，且品质要求日益提高，传统的人工喷涂已经很难适应这些高要求了。机器人内表面的自动喷涂系统的高效性、稳定性、灵活性正好解决了这一问题。采用机器人喷涂的五大优点为：①良好的喷涂效率能使车体的上漆率达到85%以上，减少了不必要的浪费；②很大程度上减少了工作环境对人体的伤害和对环境的污染；③生产速度提高了5倍，降低了生产成本，提高了企业的利润率；④车体表面喷涂均匀，膜厚可控性强，易调整；⑤机器人软件三维模拟系统和模块化集成使企业管理更加轻松、快捷。

四、机器人喷涂工艺参数

1.旋杯转速。旋杯的转速决定了涂料的雾化质量，进而影响到漆面的表观效果。旋杯的转速增大，雾化效果增强，漆雾越细腻，漆面平整度越好，表观效果越好，反之，旋杯转速减小，涂料雾化效果差，漆面平整度越差，表观效果越差。但是随着旋杯转速的增大，还会产生一些弊端，例如，漆雾会增大，漆膜会变薄；同时还会有油漆漆雾在车身上反弹的现象发生，这些会影响到涂料的利用率。对于不同的涂料组成和涂料流量，为了达到最佳的传输效率和喷漆喷型控制，应将旋杯转速设置为达到正常雾化质量的最低值。一般金属闪光漆所要求的旋杯转速为30～35kr／min；中涂、实色漆、清漆所要求的旋杯转速为35。60kr／min。

2.流量。流量是决定漆膜厚度的最直接因素，随流量的增大，出漆量增大，漆膜增厚；但流量过大时会产生一些弊端：雾化难、漆粒粗，会产生滴漆、流挂和气泡等漆膜缺陷，进而影响漆面的表观效果；反之随流量的减小，出漆量减小，漆膜减薄。流量值的设定按上述流量的计算公式可以得出，对于金属闪光漆，一般采用2道喷涂方式：静电旋杯雾化+空气雾化，这2道喷涂的流量比在3：1左右。在不同区域的仿形搭接区和一些边角的弧面区，应注意流量的调整，如按正常的流量设定，可能会出现涂料流挂的缺陷。

3.成型空气。成型空气又叫整形空气，它从旋杯杯头后侧均匀分布的小孔中喷出，主要作用是限制漆雾的大小，也就是漆雾的幅度。成型空气压力越高，喷幅越小；漆雾在车身上的反弹力越大，反之压力越小，喷幅越大，漆雾在车身上的反弹力越小。在相同流量的条件下，成型空气的大小直接影响漆膜的叠加率，从表现上看就是漆膜的薄厚。一般成型空气压力控制在0．3～0．5MPa。

4.静电电压。静电旋杯喷涂的原理是以接地的工件为正极，静电旋杯喷枪为负极，在高压电源的高电压作用下，喷枪（或喷盘、喷杯）的端部与工件之间就形成一个高压静电场。涂料微粒所受到的电场力与静电场的电压、涂料微粒的带电量成正比，而与喷枪和工件间的距离成反比。电压的大小直接影响静电涂装的静电效应、喷涂形状的尺寸、涂料有效利用率、涂膜的均匀性、进入空腔区域的缠绕和渗透。当旋杯到车身的距离一定时，升高电压会加强静电场的电场力，此时工件表面部位的电力线密度升高，使得涂料的上漆率增加，涂料膜厚增加。但是电压不是越高越好，在喷涂中，当其电场强度超过4500V／cm时，会产生火花放电，同时在车身的折角、边缘部位的锐角处，容易出现流挂、气泡和发花等涂膜缺陷。当电压过低时，会影响油漆的雾化效果，这时喷出的油漆就成雪花状的散团，降低涂料的有效利用率，膜厚也会变薄。汽车涂装中比较适应的静电高压参数范围为50一85kV，根据金属漆、中涂漆和清漆而有所不同。由于金属漆的电阻值低、导电性好，通常设置为50．65kv。中涂漆与清漆设置为70～85kV。对于边角部位，为避免边缘静电效应，通常设置为45～50kV。另外根据机器人静电电压的要求，应对油漆电阻进行相应的调整，以达到机器人喷涂的需求。

5.轴承空气压力。静电旋杯的涡轮轴承是一种以空气为润滑剂的新类型滑动轴承，它需要提供给轴承的空气压力保持在O．55MPa以上，一般旋杯的涡轮轴承的空气压力在0．55一o．70MPa，在任何情况下轴承的空气压力都不得低于O．55MPa。

6.枪距（喷涂距离）。根据不同机器人厂家的要求，枪距也各有不同，一般为200～300cm。枪距过小容易造成流挂等问题，而且可能会使机器人与工件之间形成通路，造成打火而引起火灾；枪距过大则造成涂料的利用率降低，增大涂装成本。

总之，采用机器人加静电旋杯的喷涂技术相对传统的手工喷涂具有很大的优势：机器人能做到人体难以适应的高强度、快节拍连续作业；能够适应对人体有害的喷涂操作；涂料的利用率会较普通的空气喷涂的30％提升至80％以上，涂料单台消耗会下降30％以上，大大节约喷涂成本；另外机器人喷涂会大大降低流挂、虚喷等涂膜缺陷，漆面的平整度和表观效果等外观性能有一个明显的提升。

参考文献：

［1］杨德威.浅谈机器人喷涂在汽车涂装中的应用.2017.

［2］李红强.机器人自动喷涂系统系统研究报告.2017.