水性漆喷涂汽车车身在欧洲市场已被普遍应用，随着环保呼声越来越高，水性漆在中国汽车制造业中的普及应用也指日可待。在各种水性漆自动喷涂方案中，喷涂机器人因其自动化程度高而广受欢迎，但同时也对喷涂设备提出了更高的要求。为了适应机器人高灵活性的要求，这就需要喷涂设备在喷涂范围、喷涂速度和涂料传递效率等方面有更新的发展，其中，在机器人喷涂过程中发挥着重大作用、以高效率而著称的高速静电旋杯尤为关键。基于此，法国SAMES公司推出了能进行内部加电的水性漆自动喷涂系列产品：ACCUBELL、ACCUSPEED和AQUABELL，以满足这种日益增长的需求。　　

设计原理

ACCU系列喷涂设备的基本设计原理是基于涂料在喷具内部进行加电的原则，它必须满足以下几点要求：

□ 可灵活调整的喷涂扇面，以满足不同工况；

□ 高涂料传递效率；

□ 高喷涂速度，同时保持稳定的喷幅；

□ 高可靠性；

□ 快速反应时间；

□ 均匀漆膜厚度；

□ 设计紧凑，以增加可接近性。　　

ACCUSPEED喷涂系统

ACCUSPEED系统包含两个雾化器：ACCUBELL（旋杯）或ACCUGUN（喷枪）。当机器人使用其中一个雾化器喷涂工件时，另一个雾化器在雾化器更换装置内完成清洗和涂料填充工作；当机器人完成当前工件喷涂后，运行到雾化器更换装置来更换另一只雾化器，然后开始喷涂下一个工件（见图1）。

ACCUBELL旋杯

ACCUBELL是为水性漆的内部加电喷涂应用而设计的高速静电旋杯，内置空气悬浮磁纠偏涡轮、高压栅及柱塞泵（见图2）。

该旋杯由压缩空气驱动的涡轮驱动，转子支撑于无摩擦的磁性空气轴承，分别安装于转子和定子上极性相反的磁体确保转子位于轴线上高速转动，该轴承能够承受机器人在高速运动时产生的巨大动能。

配置有活塞泵的涂料容器，可在机器人完成当前工件喷涂后运行至雾化器更换装置添加适用于后续工件所需喷涂容量的涂料，这使得系统在喷涂过程中与涂料供应系统脱离连接，以保证雾化器内的已充电涂料与接地的涂料供应系统彻底绝缘。

涂料的用量由伺服电机驱动的柱塞泵来控制。电机速度由传感器记录，传感器可监控柱塞的速度和位置，从而获得涂料的用量。涂料容量采用闭环控制。伺服电机牢固地安装在机器人上，柱塞通过连杆与伺服电机连接，而非固定连接，从而保证了电机加在柱塞上的力是唯一的。　　

AQUABELL旋杯

AQUABELL也是为水性漆的内部加电喷涂应用而设计的高速静电旋杯，内置空气悬浮磁纠偏涡轮、高压栅及柱塞泵（见图3）。

与ACCUBELL旋杯不同，AQUABELL旋杯的柱塞由压缩空气驱动，借助于比例阀和内置式分压计的闭环控制(Accuflow)用来连续监控柱塞的位置，从而保证精确的涂料用量。这种集成化的设计，使涂料储存器的容量增大，可达到1500ml。

AQUABELL是为配合FANUC机器人设计的，杯头及成形空气罩与ACCUBELL完全相同。　　

VORTEX EC65喷杯

所有的旋杯都配有相同的VORTEX EC65喷杯和成形空气罩（见图4）。这种独特设计的杯头和成形空气罩的特点是：成形空气以与喷杯旋转方向相反的旋转施加在涂料上而生成涡旋形喷雾，从而使金属涂料的金属颗粒平铺在工件上。涡旋作用与静电作用相结合使得EC65喷杯杯头具有极高的涂料传递效率和漆膜的精确控制，可用于中涂、底漆、面漆、清漆等整个涂装工艺过程。

VORTEX EC65喷杯的技术参数如下:

负载转速：0～45000r/min

旋杯直径：65mm

成形空气流量：100～400nl/min

喷幅：100～400mm电压：20～90kV

电流：最大至100mA　　

极高的涂料传递效率

与传统的9杯自动喷涂机相比，机器人的灵活性使旋杯数量得以减少。同样，既要最大限度地优化投资费用，又要设法减少机器人的数量，这就要求大幅度地提高涂料的传递效率。这里，成形空气对喷幅的影响以及喷幅的稳定性至关重要，它对喷涂效果的影响也不容忽视。

在过去几年里，为了验证新技术的优越特性，SAMES公司与客户一起进行了若干试验。例如与Dupont公司一起为戴姆勒·克莱斯勒公司及VWN Hanover公司进行了ACCUBELL旋杯的试验。试验的主要目的是测算设备的最高涂料传递效率。

试验中，机器人的特殊性能要求及漆膜表现如漆膜均匀性、表面的光泽性和色泽等，都对实验的结果起着决定性作用。实验结果表明，使用ACCUBELL旋杯，底漆喷涂的速度可达到1000ml/min，实际涂料传递效率接近80%。试验证明，该旋杯可用于大流量的喷涂作业，当然这对涂料本身也提出了苛刻的要求。　　

汽车车身的内部喷涂

在完全自动化的喷涂生产线上，能否用机器人喷涂车身内部和焊缝区域是实现完全自动化的关键因素之一。而采用高速静电旋杯也日益成熟，成为发展的重要趋势。这是因为旋杯具有喷涂效果好、喷涂雾角中轴对称（易于轨迹编程）、规格标准化等优势。在欧洲，第一次使用机器人配置旋杯喷涂车身内部是始于标致-雪铁龙公司（PSA）Mulhouse工厂的UPM2000项目（见图5）。

同时，机器人配置旋杯喷涂车身内部在DuPont公司和美国的Fanuc公司进行了实验。实验结果表明，静电旋杯较空气喷枪可大幅省漆，喷涂效果好且质量高，该结果促使大众VWN决定采用静电旋杯来实现新型商务车T5的车身内部喷涂，该系统是由8轴机器人配置AQUABELL旋杯，已于2004年投入生产。已被成功验证的车身内部喷涂轨迹见图6。

采用车身内部喷涂的缺点是雾化器外表面很容易被漆雾污染，为此SAMES公司专门设计了用于旋杯的清洗装置（见图7）。

ACCUSPEED 1000h可靠性测试2003年，为戴姆勒·克莱斯勒公司进行的ACCUSPEED雾化器更换装置的可靠性实验，分别包含以下几个部分：

□ 在德国IPA Fraunhofer研究院进行换色、涂料定量供给及喷涂实验；

□ 在DuPont Wuppertal进行涂料传递效率的实验；

□ 在SAMES的实验室进行1000h可靠性测试。

实验的主要目的是为获得反应时间、定量供给精度、喷涂表现等系统优化的参数，实验的结果也非常令人满意：定量供给精度<2%，反应时间<100ms，1000h的测试无故障。

因为ACCUSPEED雾化器作业站远比单独的雾化器复杂，关键部件也非常多，系统只有在各部件如换色系统、定量供给设备、更换设备（推拉装置）及雾化器等全部协调作业时才会发挥作用。

实验平台的建立包括：FANUC机器人P200E、ACCUSPEED系统、涂料供给系统、喷涂工件及Primas数据采集系统。实验使用可循环使用的丙三醇和水的混合液体，其粘度与水性漆相同，使实验尽量接近于实际喷涂操作。所有的实验数据可通过网络版的Primas数据软件获得，以保证实验结果完全对戴姆勒·克莱斯勒透明，并通过Webcam对操作过程进行实时监控（见图8）。

前景展望

喷涂设备应随着喷涂机器人新的性能而变化，因为不仅大面积工件需要机器人喷涂，在一些细节之处往往也需要机器人进行喷涂。面临降低生产成本和日益严苛的环保要求，喷涂设备的涂料传递效率和喷幅的灵活性在机器人喷涂系统中显得尤为重要。

SAMES公司为适应客户的要求而专注于内部加电喷涂技术，因为内部加电不仅提高了涂料传递效率，而且取消了安装于机器人手臂中的涂料管道，喷涂路径非常灵活。SAMES专家推荐创新技术ACCUSPEED用于换色频率高且产量大的喷涂作业中，特别适合各大汽车制造厂以及与之配套的保险杠生产企业，以适应现代化多品种大批量生产的要求。