汽車輪轂噴漆的自動化解決方案

趙宏劍，張 波，劉 彤，趙增強(qiáng)

（北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

1 輪轂自動噴涂工藝現(xiàn)狀

目前我國輪轂涂裝線的噴涂工藝多采用人工作業(yè)，隨著中國輪轂產(chǎn)業(yè)日趨國際化，產(chǎn)品質(zhì)量控制、成本壓力和環(huán)保要求等方面都提出越來越高的要求，手工作業(yè)的諸多弊端嚴(yán)重制約了輪轂產(chǎn)業(yè)發(fā)展，噴涂機(jī)器人作為當(dāng)前最先進(jìn)的自動噴涂設(shè)備，是解決輪轂涂裝生產(chǎn)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(jī)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(chǎn)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(shù)。

2 涂裝工藝要求

以國內(nèi)某知名車輪制造公司實際案例參數(shù)為例，其工藝參數(shù)如下：

1）工件最大直徑：650mm；

2）輸送方式：懸掛鏈，連續(xù)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(shù)：2色1溶劑（可根據(jù)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(tǒng)）；

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(qiáng)冷；

11）面漆線工藝設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 面漆線工藝設(shè)計參數(shù)

12）噴涂工藝描述：

面漆噴涂工藝：噴涂一道面漆，配置4臺機(jī)器人，輸送鏈兩側(cè)各放置2臺機(jī)器人，分別負(fù)責(zé)輪轂所在側(cè)面和部分端面的噴涂,每臺機(jī)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(jī)器人，輸送鏈兩側(cè)各放置2臺機(jī)器人，分別負(fù)責(zé)輪轂所在側(cè)面和部分端面的噴涂,每臺機(jī)器人配一把自動空氣噴槍。

3 應(yīng)用環(huán)境

3.1 公用動力

空氣壓力：≥7 kg/cm2；

氣源流量：≥1m /m in（每臺機(jī)器人）；

>氣源質(zhì)量：含油量≤0.1PPM、含水量≤1.38g/m3、含塵微?！?μ；

電源：4.5KW（每臺機(jī)器人） ；2 KW（每套總控系統(tǒng)）；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(jié)構(gòu)各有特點，下面以面漆噴涂工位為例，介紹兩種結(jié)構(gòu)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(chǎn)過程中的動力消耗較大、制造成本和使用維護(hù)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(chǎn)過程中的動力消耗小、制造成本和使用維護(hù)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(tǒng)構(gòu)成

面漆機(jī)器人噴涂工作站系統(tǒng)構(gòu)成

1）涂裝機(jī)器人 4臺

2）工作站控制系統(tǒng) 1套

3）輸送鏈同步跟蹤系統(tǒng) 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(guān)組件 1套

6）自動靜電空氣噴槍組件 4套

7）輸供漆系統(tǒng) 1套

8）油漆管、氣管、接頭組件 4套

9）機(jī)器人防護(hù)服 4套

10）機(jī)器人調(diào)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(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的介紹：

4.2 噴涂機(jī)器人

系統(tǒng)采用防爆型噴涂機(jī)器人，主要性能指標(biāo)如下：

1）持重： ≥10kg

2）軸數(shù)： 6軸

3）重復(fù)精度： ≤0.3mm

4）電源電壓： 3相380V 50Hz

5）工作環(huán)境：

6）防爆等級： 符合國標(biāo)

環(huán)境溫度： 機(jī)器人5°～45°C控制柜5°～52°C

相對濕度： 最大95%

保護(hù)： 機(jī)器人IP67

控制柜IP54

遠(yuǎn)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(tǒng)

系統(tǒng)在面漆站和清漆站分別配置了一套工作站總控制系統(tǒng)，工作站控制系統(tǒng)是整個噴涂工作站的控制核心，除對四臺ABB機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，還要對其周邊設(shè)備進(jìn)行集中控制?？刂葡到y(tǒng)包括：工控機(jī)、PLC、人機(jī)操作界面、機(jī)器人遠(yuǎn)程控制、工件號選擇、工件隊列顯示與修改、工作區(qū)安全檢測單元、工件到位檢測、安全檢測單元等。

系統(tǒng)可以通過工作站控制柜對機(jī)器人的暫停、急停、啟動等進(jìn)行控制，增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的靈活性。從設(shè)備管理角度考慮，應(yīng)盡量減少操作工人對機(jī)器人的直接操作，以避免因誤操作而破壞源程序和參數(shù)設(shè)置。作站控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)一切與噴漆相關(guān)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(tǒng)均進(jìn)行獨立判斷，懸鏈僅負(fù)責(zé)將工件輸送過噴漆間。

工作站控制系統(tǒng)對工件種類信息進(jìn)行排隊保存（斷電記憶）。排隊長度大于懸鏈緩存工件數(shù)量。工作站控制系統(tǒng)具備通過操作臺手動修改顏色排隊信息的人工干預(yù)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(jìn)行工作的兩種功能。

圖3 控制系統(tǒng)原理框圖

4.4 輸送鏈同步跟蹤系統(tǒng)

輸送鏈跟蹤系統(tǒng)是機(jī)器人對運動中的工件進(jìn)行精確作業(yè)的必備裝置，為機(jī)器人對輪轂進(jìn)行精確噴涂提供相對位置數(shù)據(jù)，系統(tǒng)實時檢測鏈速變化并把數(shù)值傳送給機(jī)器人控制器，使機(jī)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(jī)器人噴槍與工件的相對位置與姿態(tài)關(guān)系，從而確保工件噴涂質(zhì)量。輸送鏈同步跟蹤系統(tǒng)也是輸送鏈的狀態(tài)監(jiān)測裝置，當(dāng)監(jiān)測到輸送鏈狀態(tài)異常時，會觸發(fā)系統(tǒng)報警或停機(jī)。

4.5 噴具

國內(nèi)、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(jié)構(gòu)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(jī)器人版靜電噴槍。

4.6 自動換色、清洗模組

本系統(tǒng)為每臺機(jī)器人配置1套2色1溶劑的CCV自動換色閥組，用于實現(xiàn)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(yīng)安裝在機(jī)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(jié)束語

本文以一個汽車輪轂機(jī)器人自動噴涂典型案例為基礎(chǔ)，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(chǎn)企業(yè)提供生產(chǎn)技術(shù)升級、改造的參考，對于提升產(chǎn)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(chǎn)中的噴涂自動化解決方案的同時，還在研究輪轂生產(chǎn)的其他環(huán)節(jié)的自動化生產(chǎn)裝備技術(shù)，目前，可應(yīng)用機(jī)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(tài)下的工件轉(zhuǎn)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(xù)關(guān)注該領(lǐng)域的生產(chǎn)技術(shù)革新。

[1] 門連通,蘇關(guān)新.汽車鋁合金輪轂涂裝線的工藝及設(shè)備簡介[J].材料保護(hù).2000,08.

[2] 王錫春.汽車涂裝工藝技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2005.