曾凡林 （一汽-大眾汽車有限公司成都分公司，四川成都 610100）

0 引言

UBS（Under Body Sealing，車身底部的焊縫涂膠）噴涂機器人廣泛應(yīng)用于涂裝車間PVC（聚氨乙烯）工序噴涂工藝，對車身防腐起到至關(guān)重要的作用。其工作效率高、工作量大、噴涂精準，得到主機廠的認可。日趨激烈的汽車行業(yè)競爭以及日漸理性的汽車消費市場，對PVC 噴涂質(zhì)量提出了更高的標準。本研究通過自主設(shè)計UBS 噴涂機器人噴嘴，提高噴涂質(zhì)量、降低成本。過濾，除去其中的雜質(zhì)，防止堵塞UBS 噴涂機器人噴嘴，造成停臺。經(jīng)過過濾站的膠會到達增壓站。增壓站將1 級輸膠管道膠壓（7 MPa）增壓至2 級輸膠管道膠壓（25 MPa），增壓之后膠就會送到生產(chǎn)線上的機器人站。經(jīng)過長距離的運輸，在機器人站還會對膠進行第2 次過濾。按照UBS 噴涂機器設(shè)置參數(shù)匹配不同的壓力進行調(diào)節(jié)。通過UBS 噴涂機器人3D 槍上的噴嘴將PVC 膠噴涂到車身，滿足相應(yīng)的工藝質(zhì)量要求。

圖1 為供膠系統(tǒng)供膠流程圖。

1 UBS 噴涂機器人面臨的問題及原因分析

1.1 UBS 噴涂機器人噴涂工藝介紹

UBS 為PVC 涂料，起到防護車身的作用。PVC 涂料的主要成分為聚氯乙烯樹脂，通過添加增塑劑、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 膠運送到供膠站，通過1 級輸膠管道把PVC 膠輸送進過濾站，過濾站對PVC 膠進行

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 噴涂機器人面臨的問題

1.2.1 設(shè)備能力有限

噴涂到車身的PVC 膠膜厚不均（圖2），隨著UBS機器人溫控系統(tǒng)膠溫的波動和PVC 膠的變化，PVC膠膜厚不均的情況更加嚴重。為了保證質(zhì)量，通過編輯UBS 機器人程序進行二次噴涂，以滿足工藝質(zhì)量要求。這樣會增加PVC 膠成本、機器人硬件磨損和UBS 機器人噴涂節(jié)拍超標。

圖2 UBS 機器人噴涂PVC 膠到車身的狀態(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 機器人霧化效果更好，噴涂膜厚更加均勻，UBS 機器人采用高壓（25 MPa）噴涂，但PVC膠經(jīng)過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，UBS 機器人高壓沖擊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UBS機器人無法實現(xiàn)車身邊緣位置的噴涂，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行補膠后，才能滿足車身工藝質(zhì)量的要求，大大增加了人工成本。

針對上述問題，機器人生產(chǎn)廠家給出的解決方案是為每臺UBS 機器人增加計量缸，其改造費用高達500 萬元人民幣（共計10 臺機器人、2 款車型），經(jīng)過多次協(xié)商，價格無法降低，被國外的技術(shù)卡住了脖子。同時在生產(chǎn)線全天滿負荷運行的生產(chǎn)模式下，停產(chǎn)改造不現(xiàn)實。

1.3 UBS 噴涂機器人噴涂PVC 膠膜厚不均勻原因 分析

通過魚刺圖（圖3）分析PVC 膠膜厚不均勻的原因：1）人的方面，人員按照標準操作卡進行工作，不會導(dǎo)致UBS 噴涂機器人噴涂PVC 膠膜厚不均勻，為非要因；2）設(shè)備方面，UBS 機器人仿形程序姿態(tài)順滑，無抖動，為非要因；3）機器人膠溫控制范圍設(shè)置滿足生產(chǎn)需求，膠溫波動范圍均在設(shè)置參數(shù)范圍內(nèi)，為非要因；4）通過更新調(diào)壓器和測試，發(fā)現(xiàn)調(diào)壓器工作無問題，為非要因；5）材料方面，測試PVC 膠黏度在工藝許可范圍內(nèi)，為非要因；6）方法方面，過濾網(wǎng)運輸使用套筒包裹且塑料密封，防止雜質(zhì)隨著過濾網(wǎng)進入到供膠系統(tǒng)內(nèi)，為非要因；7）使用不同的機器人噴嘴進行噴涂測試，發(fā)現(xiàn)存在不同的膜厚狀態(tài)，因此噴嘴為要因。

圖3 魚刺圖Figure 3 Fishbone diagram

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

2 自主設(shè)計UBS 噴涂機器人噴嘴并成型運用

從改進機器人噴嘴出發(fā)對UBS 噴涂機器人進行工藝優(yōu)化，其噴嘴設(shè)計思路為：針對設(shè)備能力有限、高壓噴涂、噴嘴霧化3 項問題實行一一針對優(yōu)化，改進噴嘴、降低機器人噴涂壓力、噴嘴平流噴涂。

1）改進噴嘴，將原先類似于“橢圓形”的UBS 機器人噴嘴開口形狀設(shè)計為“長方形”，可提升PVC 膠膜厚的均勻性和一致性。

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

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 機器人噴嘴Figure 4 The UBS robot nozzle

自主設(shè)計的UBS 噴涂機器人噴嘴試驗參數(shù)見表1。

表1 自主設(shè)計的UBS 噴涂機器人噴嘴試驗參數(shù)Table 1 Test parameters of self-designed UBS robot nozzle

UBS 噴涂機器人在不同噴涂距離下的噴板效果見圖5。

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

圖5 的噴涂結(jié)果無法滿足工藝質(zhì)量要求，于是在此基礎(chǔ)上不斷更改噴嘴孔徑、噴嘴開口、噴嘴高度3項參數(shù)，用UBS 機器人進行噴板測試，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)過機器人噴板測試，結(jié)果能夠滿足工藝需求（圖6）。

表2 自主設(shè)計的UBS 噴涂機器人的噴嘴尺寸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)計的UBS 噴涂機器人噴嘴進行車身噴涂并經(jīng)過質(zhì)保同事驗證，符合批量放行標準。

3 結(jié)語

自主設(shè)計的UBS 站機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/車處理時間；UBS機器人站節(jié)拍節(jié)約7 s。

（3） 成本方面，機器人噴涂壓力降低4.5 MPa，延長了設(shè)備使用壽命；各類費用（包括PVC 膠材料、噴嘴成本、罩衣、危廢等）共計節(jié)約174.8 萬/a。

（4） 該產(chǎn)品已獲得實用新型專利證書，專利號：ZL202022394984X。