新型機器人涂裝系統(tǒng)擁有非常先進的技術,不僅可以對車輛的內(nèi)外表面進行全自動的噴涂,而且能保證極高的涂裝質量。目前,涂裝系統(tǒng)的絕緣性已經(jīng)發(fā)展到可以讓水性基的油漆進行直接上電式噴涂,并可對車輛內(nèi)部進行靜電噴涂。然而由于具備了眾多新的先進功能,設備必然會變得非常復雜,需要訓練有素的工作人員進行操作和維護,這就使新設備的推廣變得困難重重。由此誕生了新型機器人涂裝系統(tǒng),可以同時實現(xiàn)提高生產(chǎn)效率和降低復雜程度的雙重目標。
瘦身——機器人的運動軸簡化
提到涂裝機器人必然要談到它的運動軸和相關性能,包括是否容易進入噴涂位置,在已有的噴涂間里安裝是否方便合算,占用空間大小和是否節(jié)約生產(chǎn)成本等。涂裝機器人既可以應用于工件靜/動的噴涂模式,也可以應用于工件移動的噴涂模式。在前種模式中機器人必須增加一個運動軸,在后種模式中由于車體連續(xù)地通過噴涂區(qū),機器人不需要另設運動軸。
出于這個原因,不包括七軸的機器人成為杜爾公司訂單的主流,這種機器人不但可以減少業(yè)主的投資成本,還在很多方面降低了設備的復雜程度,簡化了運動控制系統(tǒng)的編程,去除了故障率較高的可移動電纜,維護工作也變得簡單了。
圖1 以移動模式工作的機器人涂裝站,由兩臺懸掛的機器人進行外表面噴涂
圖1中,手軸部分可以選擇用兩軸而不是三軸,來連接產(chǎn)生勻稱的霧化噴涂扇面的高速旋轉的霧化器設備,這樣不僅簡化設備結構,而且只需要兩個軸的驅動系統(tǒng)。
采用集成式換色技術
新型機器人涂裝系統(tǒng)擁有的先進應用技術也具有提高效率的巨大潛力,其中一個就是減少換色時的損失。如今,換色裝置與霧化器在技術和應用上的差距越來越小,如何實現(xiàn)進一步的節(jié)能降耗?人們采用了把換色裝置整合在霧化器里的方法。
杜爾公司生產(chǎn)的用于涂裝車身的EcoBell2系統(tǒng)就應用了集成式換色技術。該系統(tǒng)采用EcoBell2 ICC型霧化器(見圖2),在這種霧化器中安裝了集成式換色裝置,這個裝置可以轉換7種顏色,每種顏色的涂料都通過一個單獨的計量泵供應。這些計量泵不需要清洗,所有的計量泵通過一個氣動切換離合器連接到伺服馬達上,這樣這個多泵的系統(tǒng)實際上只需要一個伺服馬達。如果系統(tǒng)需要的顏色超過7種時,還可以外接附加的換色裝置。
圖2 帶集成式換色裝置的新型霧化器(左)和外部的上電系統(tǒng)(右)
采用集成式換色系統(tǒng)可以在換色過程中大幅度減少涂料和清洗劑的消耗,這樣做雖然稍微增加了設備的復雜程度,但與其帶來的好處相比是微不足道的。采用普通霧化器換色時一般要消耗40ml涂料,采用新型霧化器更換涂料時其消耗量可以降到6ml,這不僅使涂料的消耗量降低了85%,還使清洗劑的消耗量有了同樣程度的降低。
在此我們以有8個涂裝機器人的色漆底漆站為例,估算一下集成式換色技術在實際生產(chǎn)過程中的效益。如果采用傳統(tǒng)的換色系統(tǒng)每換一次色要消耗近320ml涂料,而涂裝一個車體所用涂料的總量約為1040ml(以涂裝面積9m2計算,體積固化比為25%,著漆率為75%),這就是說換色過程中的涂料消耗超過了噴涂用涂料的30%。這樣,顏色的使用頻率和顏色的多少就決定了換色的損失,如果想在不采用新型EcoBell2 ICC系統(tǒng)的情況下把換色的損失降低一半,就必須將著漆率在現(xiàn)在的基礎上再提高15%,顯然這樣高的比例用目前的技術是根本達不到的。
在降低涂料消耗的同時,集成式換色系統(tǒng)還能把換色的時間從12s減少到6s,減少了一半的時間。這就意味著能縮短涂裝每個工件的周期,據(jù)統(tǒng)計這相當于增加了5%的生產(chǎn)力。如果一個工廠每小時涂裝30臺車輛,每天工作20h,那么每天就能多涂裝30臺車輛。新型霧化器在巴塞羅那的尼桑公司已得到使用(見圖3)。
圖3 巴塞羅那的尼桑公司使用了新型霧化器
提高內(nèi)噴和細節(jié)噴涂的著漆率
雖然采用靜電旋杯噴涂車內(nèi)表面比空氣噴槍噴涂提高了著漆率,但水基涂料運用靜電噴涂必須保證設備的電絕緣性,這就大大增加了設備的復雜程度和成本。由于這個原因,很多生產(chǎn)廠家不得不放棄了靜電噴涂技術,著漆率又降回到傳統(tǒng)空氣噴槍的水平。
采用新型鐘形旋杯式霧化器和定形氣流環(huán)技術能很容易地聚集噴射的涂料,大幅度提高著漆率,使氣動霧化器以一種全新的方式工作。杜爾公司的EcoBell系列產(chǎn)品(見圖4)用于內(nèi)噴涂生產(chǎn)時平均提高著漆率15%,已經(jīng)成功應用于很多項目中。采用這種霧化器時不需要靜電加電和系統(tǒng)絕緣,設備相對簡單很多。
圖4 EcoBell2 HD型霧化器可用于靜電或非靜電式內(nèi)部噴涂
提高噴涂的著漆率不僅能降低涂料的用量,而且由于減少了噴涂過程中的“不粘附噴涂物”,生產(chǎn)環(huán)境變得更為清潔,這在環(huán)境保護越來越重要的今天顯得猶為重要。此外設備的清洗間隔時間也可以延長,又進一步提高了生產(chǎn)效率。
圖5 EcoBell2 HD新型霧化器噴涂塑料裝飾件時能達到很高的著漆率
聚集噴射涂料的特點使EcoBell2 HD型霧化器還可以應用于其他場合,如噴涂塑料的裝飾部件(見圖5),這種部件往往形狀復雜,而且只有很小的面積需要噴涂。由于這種霧化器具有高度的靈活性,所以能夠適應部件復雜的外形,有效地進行噴涂。圖6所示曲線表示在汽車發(fā)動機的機艙內(nèi)噴涂時霧化器的運動軌跡。
圖6 曲線表示霧化器的運動軌跡
結語
以上這些例子說明了采用機器人涂裝系統(tǒng)時如何能夠在盡量降低設備復雜程度的條件下提高生產(chǎn)效率。以一個每天涂裝1000臺車體的工廠為例,以每個車體的涂裝面積為9m2計算,如果生產(chǎn)效率提高1%就意味著每臺車體降低成本30元,這還不包括減少設備維護量所帶來的節(jié)約。