1、实验室喷涂机器人的应用及发展趋势摘 要：实验室喷涂机器人是研发汽车涂料的主要设备之一，本文介绍了现阶段实验室采用的喷涂机器人的结构、原理，总结分析了国内喷涂机器人的发展现状，指出了适应性、安全化以及标准化的发展趋势，为加快我国喷涂机器人的发展提供参考依据。 关键词：涂料；喷涂机器人；结构原理；发展趋势 中图分类号： TP242.2 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160132012 1 引言 随着城市化的普及，人们经济收入的增加，生活水平的提高，人们对汽车的需求及购买力度越来越大，汽车需求量飞速增长，汽车车身涂装是汽车制造中主要的生产工艺之一，它不仅能够提高汽车产品的
2、耐蚀性，延长汽车使用寿命，它还最直接地体现了汽车外表面颜色、光泽和亮度等质量的优劣，是人们对汽车质量最直观的评价1，所以它对汽车市场竞争力有着最直接的影响。在这种需求的驱动下，研究汽车涂料具有很大的现实意义。实验室汽车喷涂机器人是根据生产线上的需求来模拟喷涂效果，是研发供生产线上使用涂料的重要设备。 2 汽车喷涂机器人的发展现状 在国外，20 世纪 60 年代末，挪威 Trallfa 公司发明了历史上第 1 台喷涂机器人，随着时间的推移，国外机器人喷涂技术已相当成熟。例如瑞士的 ABB 、日本的安川 MOTOMAN 和 FANUC、德国的 KUKA、法国的史陶比尔以及美国的 ADEPT 是世界
3、上处于领先的喷涂机器人。其中瑞士ABB 公司生产的静电喷涂机器人最为著名。ABB 公司在喷涂机器人设计制造方面具有丰富的经验，除此之外 ABB 公司还有其他的喷涂技术，所以ABB 公司的产品被汽车行业广泛使用2-4。 在国内，喷涂机器人起步比较晚，于 1990 年前后，北京机械工业自动化研究所机器人中心开始了对喷涂机器人的研究，我国研究机器人是在国外研究的基础上进行的，在此过程中还研发了不少周边技术。2000以年来由于国内汽车发展迅速，许多制造公司也在设计制造我国自己的喷涂机器人，在此同时国外的 MOTOMAN 公司与我国北京首钢集团合作；瑞士 ABB 公司在京沪建立分公司，以销售喷涂机器人和
4、工业机器人为主5-8，目前喷涂机器人已经是我国需求最多的机器人之一，而我国在这方面相对落后，目前来看，我国大部分都是采用的国外的喷涂机器人，有的照搬国外的生产线，还存在维修，保养等问题，从而影响喷涂的发展。所以，设计制造出我国自己的喷涂机器人是非常迫切和必要的9。 3 实验室喷涂机器人结构及原理 3.1 实验室喷涂机器人的的整体结构 实验室喷涂机器人的主要结构分为 6 个部分如图 1 所示： 主体机 中控机 送料仓（升降舱）转向头（1.旋杯，2.喷枪）背板 X轴滑道。 3.2 汽车涂料实验机的工作原理 常见的涂料喷涂机构：依据涂料雾化的原理可分为喷枪和旋杯 2 大类。依据加电的方式还可以分为内
5、部加电和外部加电 2 大类。其中最常用的喷涂类型有：手工喷枪喷涂，手工高流量低气压气喷枪 HVLP 的喷涂，手工静电喷枪喷涂，自动涂料实验机气喷枪，间接加电旋杯（水性色漆）喷涂，直接加电旋杯（溶剂型色漆或水性色漆）喷涂等。 3.2.1 汽车实验机喷枪的工作原理 气喷枪的工作原理是利用大流量的雾化空气把油漆雾化成小液滴，利用压缩空气控制油漆小液滴和喷涂扇面的大小达到精确控制喷涂的目的。喷嘴的结构如图 2。 为了获得良好的喷涂效果，喷枪喷嘴的尺寸和合适的顶针的选用取决于涂料的类型，不能超出规定的最大的出漆量如表 1。 3.2.2 汽车涂料实验机旋杯的工作原理 旋杯是通过高压空气驱动高转速气马达，由
6、驱动带动杯口带有齿纹的高速旋杯来雾化涂料。在此同时控制旋杯周围的成形空气来控制漆雾扇面的大小，以达到精确控制喷涂的目的。旋杯的结构原理图 3。 4 喷涂机器人的发展趋势 4.1 适应性发展趋势 为了追求最好的喷涂过程中的灵活性和效率，从 21 世纪起汽车工业开始使用机器人来代替喷涂机械，与此同时开始使用机器人进行涂料的开发。 与传统的机械喷涂相对比，采用自动喷涂机器人喷涂有 2 个最突出的优点：可以减少大约 35%的喷枪数量；提高了喷涂效益。为了适应高速喷涂，在内表面喷涂和第 2 层金属漆喷涂时都要采用高速旋杯来喷涂。随着社会的发展，人们生活水平的提高 ，汽车行业的迅速发展，汽车型号和车体设计
7、在不断变化。为了适应这一变化，只有利用好喷涂机器人才可能实现这种迅速发展要求。 机器人的作用是控制喷枪或者旋杯，使之在喷涂过程中与工件表面保持最佳的角度和一定的距离（一般为 200250mm） 。为了突破这一难度，工程师利用三维专门的软件对喷涂机器人进行三维模型处理，确定喷枪的移动路径和工件的移动路径，相应的喷涂参数。然后将这些数据输人机器人中控器，来控制喷涂机器人的整个喷涂过程。 4.2 安全环保 今天人们的环保意识日益增强，安全性越来越高，人们称环保效果好的涂料生产厂为“绿色工厂” ，技术陈旧的涂料生产厂为“褐色工厂” 。无论是新建绿色工厂还是改造褐色工厂，建立喷涂机器人全自动喷涂，模拟生
8、产线喷涂都是十分必要的。 4.3 零部件标准化 欧美发达国家生产的喷涂机器人基本上都已经实现了社会化大协作和零部件的系列化“专业化”标准化生产8，而我国生产的零部件品种单一、结构简单、制造粗糙、装配精度不合格，严重制约了涂料研发的发展，因此，我国要加快开发研制零部件，使零部件生产标准化。 5 结论 在汽车行业速度发展的情况下，设计制造出我国自己的适应性强的机器人是我国国情的新型喷涂机器人是必然要求。我国应该借鉴外国成功的经验和先进的技术，加快对喷涂机器人的设计与制造，以提高喷涂机器人的实用性和先进性。 参考文献 1林鸣玉，汽车涂装技术M.北京：北京理工大学出版社，1998. 2孙学俭，于国辉，
9、周文乔等，对世界工业机器人发展特点的分析J.机器人技术与应用，2002（3）：8-9. 3金茂菁，曲忠萍，张桂华.国外工业机器人发展态势分析J.机器人技术与应用，2001（2）：1. 4原魁.摩登制造之工业机器人工业机器人发展现状与趋势J.现代零部 件，2007（1）：33-38. 5Torgny Brog.rdh， Present and future robot control developmentAnindustrial perspectiveJ.Annual Reviews in Control，2007，31（1）： 69-79. 6姚志良.我国工业机器人发展的几点思考J.机器人技术与应用，2005（3）：28-29. 7陈佩云，金茂菁等，我国工业机器人发展现状J.机器人技术与应用，2001（1）：2-5. 8金茂菁，曲忠萍等，国外工业机器人发展态势分析J.机器人技术与应用，2001（2）：6-8. 9原魁，摩登制造之工业机器人工业机器人发展现状与趋势J.现代零部件，2007（1）：33-38. 作者简介：刘传辉，男，硕士，研究方向：喷涂机器人的研究应用与发展。
