喷涂机器人：提高效率的智能选择

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：喷涂机器人广泛用于汽车车体、家电产品和各种塑料制品的喷涂作业，一般分为液压喷涂机器人和电动喷涂机器人两类。图8-14所示为液压喷涂机器人作业系统组成。液压喷涂机器人的结构为六轴多关节式，工作空间大，腰部的回转采用液压马达驱动，手臂采用油缸驱动。电动喷涂机器人一般有6个轴，工作空间大，手臂质量轻，结构简单，惯性小，轨迹精度高。所以，防爆系统的设计是电动喷涂机器人的重要组成部分，绝不可掉以轻心。

喷涂机器人广泛用于汽车车体、家电产品和各种塑料制品的喷涂作业，一般分为液压喷涂机器人和电动喷涂机器人两类。图8-14所示为液压喷涂机器人作业系统组成。

pagenumber_ebook=333,pagenumber_book=323

图8-14　液压喷涂机器人作业系统组成

1—操作手；2—液压站；3—机器人控制柜；4，12—防暴器；5—传送带；6—电动机；7—测速电动机；8—喷枪；9—高压静电发生器；10—塑粉回收装置；11—粉桶；13—电源；14—气源；15—烘道

（1）液压喷涂机器人。液压喷涂机器人的结构为六轴多关节式，工作空间大，腰部的回转采用液压马达驱动，手臂采用油缸驱动。手部采用柔性手腕结构，可绕臂的中心轴沿任意方向做±110°转动，而且在转动状态下可绕腕中心轴扭转420°。由于腕部不存在奇异位形，所以能喷涂形态复杂的工件并具有很高的生产率。

（2）电动喷涂机器人。近年来，由于交流伺服电动机的应用和高速伺服技术的发展，在喷涂机器人中采用电动机驱动已经成为可能。电动喷涂机器人的电动机多采用耐压或内压防爆结构，限定在1级危防环境（在通常条件下有生成危险气体介质的可能）和2级危险环境（在异常条件下有生成危险气体介质的可能）下使用。电动喷涂机器人一般有6个轴，工作空间大，手臂质量轻，结构简单，惯性小，轨迹精度高。电动喷涂机器人具有与液压喷涂机器人完全一样的控制功能，只是驱动改用交流伺服电动机，维修保养十分方便。

喷涂机器人的成功应用，给企业带来了非常明显的经济效益，产品质量得到了大幅度的提高，产品合格率达到99%以上，大大提高了劳动生产率，降低了成本，提高了企业的竞争力和产品的市场占有率。

1.防爆功能的实现

当喷涂机器人采用交流或直流伺服电动机驱动时，电动机运转可能会产生火花，电缆线与电器接线盒的接口等处，也可能会产生火花，而喷涂机器人用于在封闭的空间内喷涂工件内外表面，涂料的微粒在此空间中形成的雾是易燃易爆的，如果机器人的某个部件产生火花或温度过高，就会引燃喷涂间内的易燃物质，引起大火，甚至爆炸，造成不必要的人员伤亡和巨大的经济损失。所以，防爆系统的设计是电动喷涂机器人的重要组成部分，绝不可掉以轻心。

喷涂机器人的电动机、电器接线盒、电缆线等都应封闭在密封的壳体内，使它们与危险的易燃气体隔离，同时配备一套空气净化系统，用供气管向这些密封的壳体内不断地运送清洁的、不可燃的、高于周围大气压的保护气体，以防止外界易燃气体的进入。机器人按此方法设计的结构称为通风式正压防爆结构。

2.净化系统

机器人通电前，净化系统先进入工作状态，将大量的带压空气输入机器人密封腔内，以排除原有的气体，清吹过程中空气压力为5 N，流量为10～32 m3／h，快速清洁操作过程为3～5 min，将机器人腔内原有的气体全部换掉，这样机器人电动机及其他部件通电时就能安全工作了。

快速清洁操作完成以后，净化系统进入维持工作状态，在这种状态下，此系统在机器人内维持一个非常微弱的正压力。一旦腔体有少量的泄漏，不断输入的带压气体进入腔内防止易燃气体的进入，如果泄漏过大，净化系统则无法保持一个正压力，易燃气体会进入机器人腔内。当腔内压力低于0.7 N时，低压报警开关被触发，开关信号使得控制面板上的警报发光二极管显示，表示净化系统需要维修。当压力低于0.5 N时，低压压力开关合上，使得控制器切断机器人的动力源。

3.喷涂对象分析

被喷涂零件的形状、几何尺寸是自动喷涂线上的主要设计依据。

（1）分析被喷涂零件的几何特征尺寸。一般几何特征尺寸是指最大喷涂面上的轮廓尺寸，根据这些参数选择喷涂设备的最大喷涂行程。

（2）进行喷涂区域划分，计算喷涂面积。一般按近似六面体划分区域，并计算出每个区域的面积。根据喷涂面积大小和喷涂形面特征确定喷涂设备的类型。对较平整的喷涂面，可选择喷涂机喷涂，而对形面较复杂或喷涂面法线方向尺寸变化较大的作业面，则可选择机器人喷涂。

4.喷涂工艺及参数分析

生产厂家根据被喷零件性能、作用及外观要求确定涂层质量要求。同时，根据这些要求又确定了满足质量保证的喷涂材料和工艺过程。自动喷涂线则必须按照这些要求和工艺过程来进行喷涂作业。

（1）根据涂层厚度和质量要求决定喷涂遍数。

（2）依据涂料材料的流动性和输送链的速度确定流平时间与区间距离。

（3）按照涂层光泽度要求和涂料物理性能（如黏度、电导率等）确定喷枪类型。

（4）根据节拍时间和喷涂设备的速度（空气喷枪为0.5～0.8 m／s，静电旋杯为0.3～0.5 m／s），喷涂形状重叠（1／4～1／3），计算每台设备在一个节拍内的喷涂面积，比较这个计算结果与喷涂区域分配面积大小，如果计算结果小于喷涂区域分配面积，说明喷涂设备的喷涂能力不足，需要增加设备。扩大喷涂能力的方法之一是在一台设备上安装多支喷枪。

5.喷涂线设备选型

（1）输送链。涂装线的输送链，对于前处理和电泳工位一般选用悬挂链，对于涂层光泽度要求较高的喷涂、流平、烘干段，选用地面链；对于需仰喷的喷涂零件和光泽度要求不高的喷涂，选用悬挂链，这种链消耗动力少、维修方便。选用输送链时，还应满足承载能力和几何尺寸的要求。

（2）喷具。喷具的选择主要取决于涂层的质量要求和涂料性能参数。表8-2所示为几种喷具的主要参数比较。

表8－2　几种喷具的主要参数比较

pagenumber_ebook=335,pagenumber_book=325