UBS 噴涂機(jī)器人工藝優(yōu)化

曾凡林 （一汽-大眾汽車(chē)有限公司成都分公司，四川成都 610100）

0 引言

UBS（Under Body Sealing，車(chē)身底部的焊縫涂膠）噴涂機(jī)器人廣泛應(yīng)用于涂裝車(chē)間PVC（聚氨乙烯）工序噴涂工藝，對(duì)車(chē)身防腐起到至關(guān)重要的作用。其工作效率高、工作量大、噴涂精準(zhǔn)，得到主機(jī)廠(chǎng)的認(rèn)可。日趨激烈的汽車(chē)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)以及日漸理性的汽車(chē)消費(fèi)市場(chǎng)，對(duì)PVC 噴涂質(zhì)量提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。本研究通過(guò)自主設(shè)計(jì)UBS 噴涂機(jī)器人噴嘴，提高噴涂質(zhì)量、降低成本。過(guò)濾，除去其中的雜質(zhì)，防止堵塞UBS 噴涂機(jī)器人噴嘴，造成停臺(tái)。經(jīng)過(guò)過(guò)濾站的膠會(huì)到達(dá)增壓站。增壓站將1 級(jí)輸膠管道膠壓（7 MPa）增壓至2 級(jí)輸膠管道膠壓（25 MPa），增壓之后膠就會(huì)送到生產(chǎn)線(xiàn)上的機(jī)器人站。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的運(yùn)輸，在機(jī)器人站還會(huì)對(duì)膠進(jìn)行第2 次過(guò)濾。按照UBS 噴涂機(jī)器設(shè)置參數(shù)匹配不同的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)UBS 噴涂機(jī)器人3D 槍上的噴嘴將PVC 膠噴涂到車(chē)身，滿(mǎn)足相應(yīng)的工藝質(zhì)量要求。

圖1 為供膠系統(tǒng)供膠流程圖。

1 UBS 噴涂機(jī)器人面臨的問(wèn)題及原因分析

1.1 UBS 噴涂機(jī)器人噴涂工藝介紹

UBS 為PVC 涂料，起到防護(hù)車(chē)身的作用。PVC 涂料的主要成分為聚氯乙烯樹(shù)脂，通過(guò)添加增塑劑、填料、顏料等混合而成，其固體分大于90 %，是一種黏稠狀的材料，具有密封、隔音、降噪、抗石擊的作用。供膠流程如下：

將備用的PVC 膠運(yùn)送到供膠站，通過(guò)1 級(jí)輸膠管道把PVC 膠輸送進(jìn)過(guò)濾站，過(guò)濾站對(duì)PVC 膠進(jìn)行

圖1 供膠系統(tǒng)供膠流程圖Figure 1 Glue supply flow chart of glue supply system

1.2 UBS 噴涂機(jī)器人面臨的問(wèn)題

1.2.1 設(shè)備能力有限

噴涂到車(chē)身的PVC 膠膜厚不均（圖2），隨著UBS機(jī)器人溫控系統(tǒng)膠溫的波動(dòng)和PVC 膠的變化，PVC膠膜厚不均的情況更加嚴(yán)重。為了保證質(zhì)量，通過(guò)編輯UBS 機(jī)器人程序進(jìn)行二次噴涂，以滿(mǎn)足工藝質(zhì)量要求。這樣會(huì)增加PVC 膠成本、機(jī)器人硬件磨損和UBS 機(jī)器人噴涂節(jié)拍超標(biāo)。

圖2 UBS 機(jī)器人噴涂PVC 膠到車(chē)身的狀態(tài)Figure 2 The state of the UBS robot spraying PVC glue to the body

1.2.2 高壓噴涂

為使UBS 機(jī)器人霧化效果更好，噴涂膜厚更加均勻，UBS 機(jī)器人采用高壓（25 MPa）噴涂，但PVC膠經(jīng)過(guò)高壓沖擊后存在膜厚不均勻的情況，與工藝要求的膜厚存在差異。同時(shí)，UBS 機(jī)器人高壓沖擊PVC 膠疊加區(qū)域，加重了PVC 膠膜厚不均勻的情況，且PVC 膠受沖擊后掉落，污染UBS 機(jī)器人內(nèi)室體，導(dǎo)致危廢物的產(chǎn)生。

1.2.3 噴嘴霧化

高壓霧化的噴涂方式導(dǎo)致車(chē)身外表不固定位置PVC 膠污染，增加了后續(xù)工序的工作量。同時(shí)UBS機(jī)器人無(wú)法實(shí)現(xiàn)車(chē)身邊緣位置的噴涂，需預(yù)留至少2 cm 的距離，防止PVC 膠飛濺。因此預(yù)留的 2 cm 區(qū)域，需人工使用手工槍進(jìn)行補(bǔ)膠后，才能滿(mǎn)足車(chē)身工藝質(zhì)量的要求，大大增加了人工成本。

針對(duì)上述問(wèn)題，機(jī)器人生產(chǎn)廠(chǎng)家給出的解決方案是為每臺(tái)UBS 機(jī)器人增加計(jì)量缸，其改造費(fèi)用高達(dá)500 萬(wàn)元人民幣（共計(jì)10 臺(tái)機(jī)器人、2 款車(chē)型），經(jīng)過(guò)多次協(xié)商，價(jià)格無(wú)法降低，被國(guó)外的技術(shù)卡住了脖子。同時(shí)在生產(chǎn)線(xiàn)全天滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行的生產(chǎn)模式下，停產(chǎn)改造不現(xiàn)實(shí)。

1.3 UBS 噴涂機(jī)器人噴涂PVC 膠膜厚不均勻原因 分析

通過(guò)魚(yú)刺圖（圖3）分析PVC 膠膜厚不均勻的原因：1）人的方面，人員按照標(biāo)準(zhǔn)操作卡進(jìn)行工作，不會(huì)導(dǎo)致UBS 噴涂機(jī)器人噴涂PVC 膠膜厚不均勻，為非要因；2）設(shè)備方面，UBS 機(jī)器人仿形程序姿態(tài)順滑，無(wú)抖動(dòng)，為非要因；3）機(jī)器人膠溫控制范圍設(shè)置滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，膠溫波動(dòng)范圍均在設(shè)置參數(shù)范圍內(nèi)，為非要因；4）通過(guò)更新調(diào)壓器和測(cè)試，發(fā)現(xiàn)調(diào)壓器工作無(wú)問(wèn)題，為非要因；5）材料方面，測(cè)試PVC 膠黏度在工藝許可范圍內(nèi)，為非要因；6）方法方面，過(guò)濾網(wǎng)運(yùn)輸使用套筒包裹且塑料密封，防止雜質(zhì)隨著過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入到供膠系統(tǒng)內(nèi)，為非要因；7）使用不同的機(jī)器人噴嘴進(jìn)行噴涂測(cè)試，發(fā)現(xiàn)存在不同的膜厚狀態(tài)，因此噴嘴為要因。

圖3 魚(yú)刺圖Figure 3 Fishbone diagram

經(jīng)過(guò)以上分析，確定UBS 機(jī)器人噴嘴是導(dǎo)致PVC 膠膜厚不均勻的主要原因。原UBS 機(jī)器人噴嘴開(kāi)口長(zhǎng)度為1 308 μm，寬度為401 μm，開(kāi)口形狀類(lèi)似于“橢圓形”。其特殊的形狀，導(dǎo)致UBS 機(jī)器人噴涂在車(chē)身上的PVC 膠存在“波浪形”的膜厚差異特性。高壓沖擊導(dǎo)致UBS 機(jī)器人噴嘴磨損嚴(yán)重，更加重了PVC 膠膜厚的不均。原UBS 機(jī)器人噴嘴使PVC 膠霧化噴涂在車(chē)身表面，霧化的PVC 膠受PVC 膠溫度、黏度、設(shè)備硬件磨損的影響，飛濺到車(chē)身外表的各個(gè)位置，污染車(chē)身。

2 自主設(shè)計(jì)UBS 噴涂機(jī)器人噴嘴并成型運(yùn)用

從改進(jìn)機(jī)器人噴嘴出發(fā)對(duì)UBS 噴涂機(jī)器人進(jìn)行工藝優(yōu)化，其噴嘴設(shè)計(jì)思路為：針對(duì)設(shè)備能力有限、高壓噴涂、噴嘴霧化3 項(xiàng)問(wèn)題實(shí)行一一針對(duì)優(yōu)化，改進(jìn)噴嘴、降低機(jī)器人噴涂壓力、噴嘴平流噴涂。

1）改進(jìn)噴嘴，將原先類(lèi)似于“橢圓形”的UBS 機(jī)器人噴嘴開(kāi)口形狀設(shè)計(jì)為“長(zhǎng)方形”，可提升PVC 膠膜厚的均勻性和一致性。

2）降低機(jī)器人噴涂壓力，減少UBS 噴涂機(jī)器人噴嘴及設(shè)備硬件的磨損、消除PVC 膠污染車(chē)身的問(wèn)題。

3）噴嘴平流噴涂，消除霧化噴涂導(dǎo)致的膜厚不均現(xiàn)象，增加噴嘴出膠口的表面口徑，增加其出膠流量。

根據(jù)以上的分析思路，制作出一款自主研發(fā)的噴嘴成型（圖4）。

圖4 UBS 機(jī)器人噴嘴Figure 4 The UBS robot nozzle

自主設(shè)計(jì)的UBS 噴涂機(jī)器人噴嘴試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 自主設(shè)計(jì)的UBS 噴涂機(jī)器人噴嘴試驗(yàn)參數(shù)Table 1 Test parameters of self-designed UBS robot nozzle

UBS 噴涂機(jī)器人在不同噴涂距離下的噴板效果見(jiàn)圖5。

圖5 不同的噴涂距離對(duì)噴板效果的影響Figure 5 Influence of different spraying distance on spray plate effect

圖5 的噴涂結(jié)果無(wú)法滿(mǎn)足工藝質(zhì)量要求，于是在此基礎(chǔ)上不斷更改噴嘴孔徑、噴嘴開(kāi)口、噴嘴高度3項(xiàng)參數(shù)，用UBS 機(jī)器人進(jìn)行噴板測(cè)試，查看噴涂狀態(tài)并不斷優(yōu)化。最終按照表2 參數(shù)制作噴嘴，且經(jīng)過(guò)機(jī)器人噴板測(cè)試，結(jié)果能夠滿(mǎn)足工藝需求（圖6）。

表2 自主設(shè)計(jì)的UBS 噴涂機(jī)器人的噴嘴尺寸Table 2 Nozzle sizes of self-designed UBS spraying robot

圖6 最終的噴板結(jié)果Figure 6 Final spray plate result

使用自主設(shè)計(jì)的UBS 噴涂機(jī)器人噴嘴進(jìn)行車(chē)身噴涂并經(jīng)過(guò)質(zhì)保同事驗(yàn)證，符合批量放行標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語(yǔ)

自主設(shè)計(jì)的UBS 站機(jī)器人噴嘴取得了以下應(yīng)用成果：

（1） 質(zhì)量方面，噴涂膜厚均勻。

（2） 效率方面，額外降低6 s/車(chē)處理時(shí)間；UBS機(jī)器人站節(jié)拍節(jié)約7 s。

（3） 成本方面，機(jī)器人噴涂壓力降低4.5 MPa，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命；各類(lèi)費(fèi)用（包括PVC 膠材料、噴嘴成本、罩衣、危廢等）共計(jì)節(jié)約174.8 萬(wàn)/a。

（4） 該產(chǎn)品已獲得實(shí)用新型專(zhuān)利證書(shū)，專(zhuān)利號(hào)：ZL202022394984X。