机器人喷涂技术在客车涂装中的应用

吉学刚 王成国 时维报 ∣文

继整车电泳漆技术在客车涂装中的风靡，在乘用车领域应用日渐成熟的机器人喷涂技术也开始在客车涂装领域崭露头角，并有大显身手之势。

随着客车产品批量的增加及人们对环保意识的不断增强，涂装生产线工作环境差、劳动强度大的工序将逐步面临用工紧张、成本居高的双重困难境地，因此其作业方式被自动化技术所取代成为时代发展的必然选择。继整车电泳漆技术在客车涂装中的风靡，在乘用车领域应用日渐成熟的机器人喷涂技术也开始在客车涂装领域崭露头角，并有大显身手之势。例如行业先锋宇通客车，早已与德国杜尔(DURR)公司合作，率先在中涂、面漆及二遍清漆中成功采用机器人喷涂，开创了客车涂装新纪元；筹备建设之中的亚星新能源客车生产基地中涂喷漆室也完全按照机器人喷涂进行设置与规划，目前机器人项目已确定与国际知名公司发那科(FANUC)合作，其设备正在做安装前的加工与组装。

机器人喷涂的主要优势

涂装机器人能模仿人的手、手腕和手臂完成复杂动作，并且具备行走功能，其运行轨迹程序通过在线或离线示教功能进行编制，不同车型运行轨迹及油漆品种/颜色的切换可通过车体识别系统自动完成或通过操作机器人控制软件手动完成，非常方便迅速，涂膜厚度可通过调整油漆施工固含、喷涂流量、喷枪速度、扇面搭接、喷幅大小等进行控制。采用涂装机器人喷涂的主要优势如下。

(1)替代人工在高污染环境操作，解放劳动力，改善用工条件，且至少提高效率1倍，节拍时间可压缩至20 min以内。

(2)由于采用超高速旋杯静电喷涂，油漆利用率超过75%，较空气喷涂提高近1倍，不仅大幅节约涂装材料成本，还减少了环境污染及污水处理、废气排放、漆渣处理、滤棉更换等治污综合费用。

(3)涂装机器人喷涂工艺所配备的集中输调漆系统对涂料输送提供恒温控制，同时对油漆黏度(稀释比)进行自动化调控，确保油漆雾化效果及涂膜流平性。

(4)喷幅大小可根据不同部位的需求进行适时调节，有效减少“空喷”现象，枪距及枪速、扇面重叠能做到均衡控制，从而确保涂膜厚度的均一性。

(5)由于采用机器人喷涂受人为不稳定因素的影响制约较小，可有效避免手工喷涂常出现的涂膜厚薄不一、漏底、流挂、“桔皮”等问题，可大幅提升涂装质量。

喷漆室的基本设置

客车涂装应用机器人喷涂的喷漆室基本设置如下。

(1)需设置人工补喷室、机器手操作室及流平室，一般为三连体设置，中间隔离采用快速升降门。补喷室主要完成对磨穿至基材的部位补喷免磨耐蚀底漆，以及机器人所无法触及的门体周边及内里子等部位提前进行预喷；设置流平室的目的主要是防止因烘烤过急而出现溶剂泡等涂膜缺陷，若节拍时间允许也可在机器手操作室内进行短时间流平；另外，中涂漆喷涂流平时间较短，且外观性能要求相对于面漆较低，可不设置流平室，因此流平室的设置可依据具体需求而定。

(2)喷涂室壁板设置成全景玻璃式，便于机器人运行过程中的监视，一旦出现异常便于及时发现而采取相应措施。

(3)喷漆室内取消手工喷涂所采用的框式升降操作平台或三维小车，同时可在一定程度上削减室内光照度，但需设置人员出入禁止光电管、车位校验装置、喷涂系统误碰自停装置等，以提高操作安全性。

(4)隔离门开启、辊床输送、机器人运行及消防灭火装置间应设置互锁控制机构，并有紧急调停按钮。

(5)机器手为壁挂式设置，每侧1台，应考虑喷漆室侧骨架的承重需求。

(6)由于采用静电旋杯喷涂，漆雾飘逸减少，喷漆室风速及风压降低，车身进出通道完全可以采用软体卷式快速升降门，便于布置且体现生产的高效化。

(7)机器人的布置尺寸需参照喷漆室尺寸、车体尺寸及车身下底边的离地尺寸、各运动轴自由度等，行走轴采用防爆结构。

静电旋杯对油漆材料的要求

(1)客车涂装一般采用双组分溶剂涂料，需增强涂料的导电性，一般通过添加静电稀释剂(二丙酮醇、乳酸丁酯、低碳醇类、酮类)，控制电阻率保持在15～40 MΩ。

(2)为避免因刮腻子部位产生电屏蔽而影响油漆吸附效果，腻子应采用导电腻子(烘干2～3 mm/2 MΩ以下)。

表1 设置中涂机器人需依据的参数及要求

另外，目前喷涂机器人主要品牌有杜尔、ABB、发那科、安川(MOTOMAN)、川崎(KAWASAKI)等。旋杯主要品牌有萨麦斯(SAMES)、ITW兰氏等。

机器人喷涂系统主要组成包括6轴机器人、行走轨道(第7轴)、机器人控制柜、示教盘、旋杯、集中输调漆、喷涂电控柜、软件控制系统。客车喷涂机器人根据不同配置，单体喷漆室总预算约在600万～800万元(配备2台机器人)，其中行走轨道约1万美元/m，机器人约25万美元/台。

投入及产出经济效益分析

按中涂漆测算，设备投入及产出经济效益如下。

(1)中涂漆价格为45元/kg(包含固化剂及稀释剂综合费用)。

(2)若现有空气喷枪油漆利用率40%，静电旋杯油漆利用率为80%，按10 m大客车计算，目前单车油漆消耗平均约为15 kg/车，改用静电旋杯油漆利用率提高近1倍，油漆消耗减少15×0.4/0.8＝7.5 kg/车。

按产能1万辆/年计算，年油漆消耗量减少7.5 kg/车×1万=75 t，折算成人民币为75 t×45元/kg＝337.5万元。

若单体喷漆室机器人投资700万元，预计2年左右即可完全收回总投资。