浅析涂装机器人的老化更换

葛永茂

江苏悦达起亚汽车有限公司 江苏省盐城市 224002

在汽车涂装生产过程中,喷涂机器人发挥着越来越重要的作用,不仅大大的提高了喷涂作业效率,同时也提升了汽车涂装外观品质。但是涂装生产线喷涂机器人随着使用年限的增加,故障发生率及维护成本逐年上升,且因技术进步,喷涂机器人的升级换代,维护备品厂家断产等因素逐渐影响喷涂机器人的正常使用。为保证工厂的的整体生产,确保企业综合效益,根据生产线喷涂机器人老化程度,现况及问题点,合理规划及推进喷涂机器人老化更换。

(1)我司2工厂中涂机器人于2006年底安装,至今已经使用15年,目前使用的机器 人PX2900,雾 化 器ACCUBELL 608 因设备故障频繁,原厂停止生产导致设备维护,备件采购更换等一系列问题,亟需进行更新换代。

(2)目前涂装生产线中涂产能72 UPH,节拍时间50秒,配置10台PX2900 机器人;
通过DOCKING装置进行清洗换色。

(3)现有节拍分析:以目前生产最大车型为例,机器人相关喷涂动作运行时间及综合利用率统计如下表。

从上表可以看出,虽然有十台机器人,但总喷涂动作时间短,清洗换色时间长,机器人综合节拍利用率不高。

①节拍利用率低主要是因为清洗换色填充时间过长;
由于目前雾化器为涂料内加电式 样ACCUBELL608,ACCUBELL608雾化器配置带活塞泵的涂料容器,在机器人完成当前工件喷涂后运行至清洗换色码头(DOCKING)进行换色清洗并添加适用于后续车身所需喷涂容量的涂料,这样雾化器在喷涂过程中与涂料供应系统脱离连接,以保证雾化器内的已充电涂料与接地的涂料供应系统彻底绝缘,从而实现静电喷涂。Accubell 608换色清洗时间通常由以下部分构成:

表2

从上表可以看出,换色清洗时间长除了与换色序列本身时间长以外,还和进出码头动作时间,以及油漆填充量,枪站流量与压力等有关。

②喷漆室输送链链速快,在可利用的喷涂 节拍中,现有PX2900地支式机器人动作范围受限制。

(4)雾化器ACCUBELL 608适用单成形空气旋杯,单成型空气出气如图一所示,影响出漆雾化效果,导致涂料利用不充分。成型空气一个作用是调整漆雾流的幅度,并将漆雾推向被涂物,防止漆雾飞散和返流,污染旋杯和喷枪。成型空气增大,喷幅减小,喷涂区域变窄,漆雾集中,涂膜变厚。如果成型空气压力过大,那么漆雾反弹加剧,就易于污染旋杯;
成型空气压力过小时,其对喷幅影响小,喷涂区域增大,涂膜变薄,同时也易造成旋杯的污染。成型空气的另一个作用是,进一步使油漆雾化效果变好。一般空气喷涂影响雾化的各因素中,吐出量、黏度和整形空气流速对雾化影响较大。吐出量增大、黏度增大会使雾化变差;
成型空气量增大,会使雾化变好;
涂料的表面张力、密度和喷嘴的有效面积等的影响相对较小。单成型空气旋杯只有一组成型空气出气孔,出气孔分布在旋杯杯头的四周,与旋杯杯头的中心线成一定角度,与旋杯旋转的速度相反,出气整体呈螺旋状,单成型空气旋杯使用一组成型空气来控制喷漆图案的形状和大小,油漆从机器人旋杯喷出之后,成型较大,四周有明显地不能喷到工件上的油漆,很大一部分油漆未喷涂到工件上,浪费较大;
发现油漆出漆雾化效果不好,成型不均匀,导致喷涂油漆附着不均匀,工件部分部位漆膜较薄,为使喷涂质量合格,只能加大流量来满足漆膜厚度要求。

综上所述,在推进老化机器人项目时,须针对以上问题进行相关改善。

(1)工厂涂装机器人全为YASKAWA品牌,为利于后期机器人的技术服务及新车型导入时示教一致性,参照机器人最新技术发展,选用YASKAWA MPX3500喷涂机器人,6轴垂直多关节式样,机械手本体和机械手臂构造可实现多方向安装,动作范围大,动作更加灵活、便利;
L轴和机器人底座提供不同的安装和电缆入口选项,使机器人更接近物体,从而最大限度地减少安装面积。MPX3500具有出色的路径性能--运动平稳而快速,手腕可快速调整方向。机器人在真实喷涂工作之前可以先通过虚拟仿真与离线编程软件MotoSim来验证制定的喷涂工艺。

喷涂机器人在现场应用中主要是修改喷涂参数和喷涂轨迹,主要的喷涂工艺参数包括:高压、流量、整形空气和转速等均在此软件中设定。喷涂参数和喷涂轨迹都是通过可视化人机界面软件来实现,能够实现被涂物3D模拟。此类3D软件的应用缩短了项目周期,MotoSim喷漆软件通过提供镜像(喷房的左/右面)、路径切换功能等大大简化了编程。很多工作可通过离线编程来完成,相比以前用示教盘在现场调试能够节约很多时间。

在机器人出现故障时,为了减少因修复带来的经济损失,可将发生故障的机器人进行屏蔽,也就是通常我们说的降级模式。常用Transfer功能,当同一侧机器人发生故障,短时间无法修复时,可将模块中的程序通过Transfer功能传送到同一侧其他机器人实现喷涂。修改后有时会出现机器人跟不上链速,可降低链速来解决。

(2)为改善现节拍利用率低,须优化清洗换色及涂料填充时间。选用SAMES PPH707 EXT MT新版外加电雾化器,该雾化器采用Hi-TE喷涂技术和外部充电功能,在生产力、传递效率和漆面质量等方面都可以提供优异的性能。每根充电棒上面都适用具有专利的双放电点设计,改善了单点的充电不足与静电排斥漆雾对于枪身污染的阻止,优化旋杯清静洁频率,提高了生产效率。旋杯涂着效率高、抗污性强、磁吸杯头易拆装、空气轴承寿命长。

①选用外加电雾化器,换色清洗的系统设置决定了清洗溶剂及涂料的消耗量,同时清洗换色时间也是对节拍时间的重要占用,只有减少清洗换色时间,才能使节拍利用率提升,从而充分发挥MPX3500喷涂机器人的动作范围大的优势。本方案通过选用多齿轮泵MGP(Multi Gear Pump)式样以达成清洗换色时间节减且可有效减少清洗溶剂及涂料消耗量。MGP如图1所示:其是根据涂料特点及使用颜色较少而最新开发的一种清洗换色单元。其采用换色阀,调压器,齿轮泵一体化安装,减少了软管连接,优化换色清洗步骤。MGP运行动作为正常喷涂时机器人根据待喷涂车型颜色,选择对应颜色的离合器吸合后,伺服电机通过齿轮传动带动齿轮泵进行涂料传输到雾化器后进行喷涂过程。如因颜色变化需进行换色清洗时,只需要清洁雾化器末端较短的涂料公共通道及杯头,因此可以最大限度减少清洗溶剂及涂料损耗,缩短换色时间。清洗换色可有效控制在5S以内。

图1

② 选 用SAMES PPH707 EXT MT与MGP涂料供应系统,以最大车种喷涂动作时间270.8S,单台机器人平均节拍利用率分析如下表1:

表1

表3

综合以上节拍利用率分析,适用外加电雾化器后,选用式样二 8台机器人可满足72UPH产能要求,从而有效降低投资成本。

③SAMES PPH707 EXT MT外 加 电 雾化器适用双成本空气,双成型空气旋杯使用两组成型空气来控制喷出油漆漆雾的形状。两个成型空气出口都提供与旋杯旋转相对的空气,独立两个管路供气。两组成型气孔独立控制,以获得更好的图案控制,减少二次“重影”图案,并提高渗透至深孔内的能力。双成型空气旋杯有两组出漆孔,如图2所示:分布在一个同心圆内,分为内成型空气及外成型空气,两组出气孔出气旋转方向相反,外成型空气出气气旋方向与旋杯旋转方向相反,内成型空气出气气旋方向与旋杯旋转方向相同。

图2

为保证机器人现场安装后稳定运行,机器人老化改善施工业体在其公司内部参照涂装现场式样,进行机器人预组装及离线检测,对检测过程中出现的各种问题进行相应改善,待各项参数指标符合设计及现场安装要求后,提交详细检测报告给甲方,甲方主管部门会同设备部门业体现场再确认,一致检查合格后;
模块化拆除运输至老化改善现场。2021年国庆假期间,依据事先规划的施工方案;
多部门协同,精心组织施工,按计划顺利完成10台旧机器人拆除,8台新机器人安装,并对新安装的喷涂机器人进行了全车种喷涂示教、实车试喷涂确认,参数调整;
确认生产节拍、喷涂品质满足工艺要求。

在使用双成型空气旋杯后:涂料从机器人旋杯喷出之后,成型较小,大部分油漆喷涂到工件上,浪费较小;
发现油漆出漆雾化效果好,成型均匀,导致喷涂油漆附着均匀,减小流量也同样能满足漆膜厚度要求。使用双成型空气前后,对涂装线油漆消耗率进行了统计,相同车身膜厚涂料节减15.0%(涂料单台使用量1.27kg/台→1.08 kg/台)。

表4

MGP清洗换色涂料管路短,清洗换色耗时短且清洁剂消耗低,同时因管道内残余涂料小,换色清洗导致的浪费也大幅降低,MGP式样使用用涂料及清洗率使用量大幅减少,取得了显著的经济效益。

本次改善活动得以顺利完成,主要是做好了以下工作:(1)事前检讨充分,充分分析现况及根据现有技术选择最优方案。

(2)过程中与改善业体常时沟通,问题点相互相协商改善,随时掌握方案详细推进现况,确保按计划日程推进。

(3)施工前车间内部物流路径预先检讨,干涉部位可行对应方案与资材准备。

(4)利用平时生产空余时间进行设备外围压缩空气管道,管线桥架等基础工作,重视预组装及离线检测,方可在假期间完成安装及调试,才不影响现生产。

(5)预组装及离线检测时现场实车预示教实施,保证老化现场改造时现场示教顺利实施。

(6)双成形空气旋杯外加电雾化器与MGP适用,减少喷涂机器人投资费用20%且换色清洗费用节减效果显著,成本、资源节约化化实施达成。

机器人喷涂是确保车辆涂装品质的重要结构要素,并且在车辆涂装过程中起着重要作用。随着现阶段喷涂机器人广泛使用,汽车需求量上升的同时消费者对质量要求也随之提高,在保证产能与质量的前提下,需对喷涂机器人进行常规维护保养,同时根据维护实际及维护成本,必要时实施机器人老化更换,这样才能为涂装品质的稳定与提升保驾护航。

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