ABB公司新型喷涂机器人及其应用

AT&M
AT & M 视 界
FIELD
OF
VISION
ABB公司新型喷涂机器人及其应用
喷涂机器人具有效率高、通用性强和工作可靠等优点，在汽车涂装生产过程中得到了广泛应 用。柔性化、节省投资和能耗、高度集成化成为研发新一代机器人关注的重点。介绍了ABB公司 IRB5500新型喷涂机器人的性能特点，并将其与同类型产品进行了比较，还介绍了该新型喷涂机器 人在中国重汽新驾驶室涂装线的应用情况。
机械工业第四设计研究院
马力
戴
曰 文
中国重汽济南卡车股份有限公司 张永军

1 ABB公司新型喷涂机器人的特点
IRB 5500喷涂机器人是ABB公司为汽车工业量 身定制的最新型喷涂机器人，在喷涂范围（即机器人 可以达到的喷涂区域）、喷涂效率、集成性和综合性 价比等方面具有较为突出的优势，其主要特点如下。 1.1 喷涂范围大、喷涂效率高
在热成形领域中，通过材料的研发和部件性能的
局部调整可以改善模压淬火部件的性能。除此之外，
降低制造成本和缩短加工周期就是一个主要目标。
目前，人们正在进行这种热成形工艺开发，并在批
量生产的条件下对其进行验证，这种工艺能在使用
现有半成品的情况下将制造周期缩减25%以上。通
过半成品以及加热策略的进一步研发，可以发挥其
汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 17
AT&M
AT & M 视 界
FIELD
OF
VISION
表1 IRB5500 机器人和同类机器人产品的对比
项目 TCP速度（喷涂速度）/m·s-1 加速度/m·s-2 质量/kg 工作范围
旋杯型号 旋杯上漆率/% 每台机器人（包括机器人控制柜） 的电消耗/kW·h-1 重复定位精度/mm 换色时间/s 换色涂料损耗/mL 节拍时间
基础的要求也较为简单，只要在安装前根据机器人的 静载荷和动载荷要求准备好单个支撑基础就可以了； 而且厂家提供的机器人在出厂前根据现场参数及车型 已经进行过离线模拟调试，安装后只需对机器人的喷 涂参数和喷涂轨迹作进一步的优化就可以了。如此大 大减少了现场安装/调试人员的数量、节约了安装/调 试的时间，降低了安装/调试的综合成本。 1.3 IRB 5500机器人可以降低喷房的长度和宽度
中涂 色漆 清漆
中涂 色漆 清漆
表2 选择喷涂机器人的具体数据对比
老型号机器人方案
设计方案（理论值）
2 200（L）×2 500（W）×2 700（H）
18
12 JPH（12台车/h）
12 JPH
12
8
70～80
80～85
20～25
8～12
85～120
35～45
40
40
20
20
40/40
40/40
250
（下转第25页）
18 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M
2010年第11期
SHOP
生 产现场
SOLUTION
（a）
将这两种MBW®变体选取相同的热轧带钢厚度（2.0 mm和2.2 mm），通过芬嫩特罗普市内的3号热镀膜 设备（FBA 3）进行了热镀铝试验。此后，这两种牌 号钢以50%左右的冷轧变形率冷轧到1.5 mm和1.6 mm厚度，然后同样在3号热镀膜设备上进行了AS涂 膜。首批项目表明，可以用新研发的牌号钢进一步减 轻质量。
4 600（最小）
项目 工件尺寸/mm 工件喷涂面积/m2 产能 机器人数量/台 喷涂效率/％ 单组分换色时间/s 双组分清漆换色时间/s 中涂漆膜厚度/μm 金属漆膜厚度/μm 双组分清漆厚度/μm
机器人运动速度/ mm·s-1
机器人负载率/%
每站每台机器人平均 油漆流量/mL·min-1
耗电量/kW 喷漆室宽度/m 喷漆室长度/m 空调送风量/m3·h-1 喷漆室循环水量/m3·h-1 每台机器人的安装时间 每个车型的调试时间
3 IRB 5500新型喷涂机器人的实际 应用
图7 IRC5P喷涂机器人控制系统
2008年，由机械工业第四设计研究院总承包的中 国重汽新驾驶室涂装线经过综合比较和反复论证，最 终确定选用ABB公司的IRB 5500新型喷涂机器人，这 是国内首条采用ABB公司IRB 5500新型喷涂机器人的 涂装线。该项目已经于2009年2月建成投产，IRB 5500 新型喷涂机器人系统也于2009年4月开始投入使用。下 面通过对本项目的设计、安装和调试阶段的工作进行 介绍和总结，简要说明IRB 5500新型喷涂机器人系统 的实际应用情况，具体数据的对比及分析结果见表2。
3 展望
（b） 图9 MBW®1500、MBW®1700和MBW®1900
制造的原型部件和硬度变化曲线
铝的AS涂膜上。因此，在研发可以热成形的新牌号 材料时的目标就是使其也能够使用AS涂膜加工。首 先是针对MBW®1700和MBW®1900这两个牌号生产 出厚度为2.0 mm和2.2 mm的不带涂膜的热轧带钢， 此后所面临的挑战就是使用AS进行涂膜的可能性。
2 IRB 5500机器人与同类产品的对比
ABB IRB5500新型喷涂机器人与某厂家新一代
图5 IRB 5500机器人的现场安装步骤
16 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M
2010年第11期
AT&M
AT & M 视 界
FIELD
OF
VISION
图6 IRB 5500机器人安装尺寸图 壁挂式喷涂机器人的综合对比结果见表1。
图2 IRB 5500的臂长范围 悬臂较高的加速度（柔性喷涂机器人IRB5500的最 大加速度为24 m/s2，而传统机器人的最大加速度只 有14 m/s2）和喷涂时较高的运动速度，再加上配备 有高流量的雾化器，使得IRB 5500喷涂机器人在整 个喷涂轨迹中能够始终保持稳定的运行速度，而不 需要加速和减速过程，保证了涂层喷涂的均匀性； 同时避免了频繁的开、关枪，最多可节省20%的循 环时间和15%的喷涂材料。与传统的喷涂机器人相 比，每台柔性喷涂机器人IRB 5500可以完成较多的 工作（见图4），并能够在最大的工作范围内非常灵 活地喷涂各种工件，特别是在喷涂大型工件时的优 势更为明显。鉴于以上优点，在同样的喷涂面积和 生产节拍下，采用IRB 5500机器人的数量可较传统 机器人减少20% 30%。
从本项目目前实际应用的情况来看，在保证产 品质量和产能的前提下，在因机器人数量减少而节 省设备投资方面，在因喷漆室尺寸减小而大幅度降 低生产线的设备投资以及能耗方面，在由模块化制 造和安装/调试而大幅缩短制造/安装周期方面，都 基本达到了IRB 5500机器人的技术/经济指标要求，
2010年第11期
汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 15
AT&M
AT & M 视 界
FIELD
OF
VISION
图3 不同型号机器人工作范围的对比图
（a）传统机器人的数量
（b）IRB5500机器人的数量 图4 相同生产情况下，传统机器人与
IRB 5500新型机器人所需数量的对比 1.2 结构简单、安装方便
IRB 5500机器人采用壁 挂式安装方式，现场根据图5 所示的安装步骤可以实现快 速组装，一般1台机器人的 全部安装工作可以在8 h内完 成；机器人对喷漆设备支撑
如图6所示，与以往的机器人相比，IRB 5500机 器人具有喷涂工作范围大、机器人的手臂在顶部安装 （旋转范围大）、安装台数少等诸多优点，因此在相 同规模的生产线上采用新型机器人，可以使喷房的宽 度和长度减少约1/3，相应地也减少了送风量和排风 量，这样不仅降低了设备的初期投资费用，而且还大 大降低了喷涂时所需的能源消耗，可以有效降低机器 人的长期运行成本。再加上机器人数量的减少，提高 了整个油漆的使用效率（机器人数量越多越浪费油 漆），在降低了涂料使用成本的同时，减少了VOC的 排放量，达到了节能和环保的双重目的。 1.4 先进的集成式喷涂机器人控制系统
壁挂式柔性喷涂机器人IRB 5500的立式安装效 果见图1、臂长范围见图2。
图1 IRB 5500的立式安装效果 IRB 5500喷涂机器人独特的设计结构使之具备 了较大的工作范围。与传统的机器人相比，喷涂工 作区域的长度由原来的4 5 m增加到了6 m，几种 不同型号机器人工作范围的详细对比见图3。机器人 2010年第11期
4 结束语
ABB公司的IRB 5500新型喷涂机器人由于具有
卓越的性能和独特的喷涂解决方案优势，因此在上
市不到1年的时间内，被多家国际知名汽车企业（如
Audi、BMW、Daimler和Honda等公司）所采纳应
用，至今在全球已经售出了140多台。对国内的汽车
企业而言，IRB 5500新型喷涂机器人在实际生产中的
该EEC指令由《汽车文摘》杂志编辑部负责向汽车行业各企业推广销售，价格为7500元／套，欢迎各企业
来电咨询购买。
联系人：杜女士 电 话：0431:85789859
传 真：0431:85789810
E-mail:dll_
2010年第11期
汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 25
他潜力。伴随着部件成本的降低，新的制造工艺在
技术上的实现将会使热成形的车身部件数量进一步
增加。
AT &M
（上接第18页） IRB 5500新型喷涂机器人在实际生产过程中表现出 了明显的优势。
由于IRB 5500新型喷涂机器人在国内是首次应 用，因此曾经在仿真示教和各种参数的配合等方面遇 到了一些问题，但最终这些问题都得到了圆满的解 决。当然，IRB 5500新型喷涂机器人高度集成化和功 能更加复杂的特点，也对使用者和管理者的素质提出 了更高的要求。
柔性 喷漆室宽度/mm
ABB 5500 机器人 2（最大） 24（最大） 540