汽車(chē)制造工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用分析

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摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用，尤其是在汽車(chē)制造領(lǐng)域的重要性以及不可替代性表現(xiàn)的越來(lái)越明顯。在人們消費(fèi)能力不斷提升的背景下，對(duì)汽車(chē)的需求量不斷增加，由此對(duì)汽車(chē)制造企業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量有了更高的要求。工業(yè)機(jī)器人在汽車(chē)壓鑄、焊接、噴涂、搬運(yùn)、裝配和檢測(cè)中都發(fā)揮了顯著的作用，文章主要對(duì)工業(yè)機(jī)器人在汽車(chē)制造中的應(yīng)用進(jìn)行分析，為進(jìn)一步推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人以及汽車(chē)制造行業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；壓鑄；噴涂；焊接；檢測(cè)

引言

在我國(guó)由工業(yè)大國(guó)向工業(yè)強(qiáng)國(guó)方向發(fā)展的背景下，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域也進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)調(diào)整，工業(yè)機(jī)器人作為先進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平和科技水平的重要標(biāo)志。工業(yè)機(jī)器人為多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，具有較強(qiáng)的自動(dòng)性，通過(guò)動(dòng)力裝置和控制系統(tǒng)可在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要的作用。與傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備相比，工業(yè)機(jī)器人具有較強(qiáng)的易用性，智能化水平較高，生產(chǎn)效率和加工精度較高，尤其適用于高危環(huán)境以及生產(chǎn)負(fù)荷較大的工業(yè)生產(chǎn)中。汽車(chē)制造是一項(xiàng)復(fù)雜而系統(tǒng)的工程，不僅零部件數(shù)量和種類較多，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且生產(chǎn)工序較多，生產(chǎn)強(qiáng)度較大，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤，都會(huì)影響到汽車(chē)的使用性能和安全性。將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于汽車(chē)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)中，既能夠提高生產(chǎn)效率，又能夠提升生產(chǎn)質(zhì)量，是推動(dòng)我國(guó)汽車(chē)制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要手段。

1工業(yè)機(jī)器人在汽車(chē)壓鑄工件制造中的應(yīng)用

壓鑄是汽車(chē)零件制造中的重要工序，采用傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)和制造以及壓鑄工藝，生產(chǎn)質(zhì)量無(wú)法滿足壓鑄件的標(biāo)準(zhǔn)要求，工業(yè)機(jī)器人作為先進(jìn)制造業(yè)的重要設(shè)備，在精度要求不高和高速小切削量的機(jī)械加工中應(yīng)用效果較好。比如在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金壓鑄件端蓋制造中，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行加工，改變了傳統(tǒng)的加工方式，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且提高鋁合金壓鑄件產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。在傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床加工中，將工件固定在機(jī)床工作臺(tái)面上，然后對(duì)固定在臺(tái)面上的端蓋工件進(jìn)行六軸模式的表面加工，在端蓋工件鋁合金壓鑄件后處理、清理工序較多，且較為復(fù)雜，需要更換不同的刀具，還要調(diào)整安裝角度，同時(shí)還要考慮上下料的問(wèn)題，會(huì)直接降低加工效率。采用工業(yè)機(jī)器人逆向切削的加工方式，不僅節(jié)省了換刀時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，而且降低了能耗。通過(guò)對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋的加工工序以及所需刀具數(shù)量進(jìn)行分析，然后布置相應(yīng)數(shù)量的主軸，在機(jī)器人末端安裝夾具來(lái)夾持端蓋工件鋁合金壓鑄件，然后通過(guò)移動(dòng)端蓋工件鋁合金壓鑄件的方式進(jìn)行切削。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的加工工藝，機(jī)器人不僅能夠在生產(chǎn)線上自行抓取工件，而且還能夠通過(guò)不同主軸進(jìn)行相應(yīng)的加工以及完成上下料的工序。工業(yè)機(jī)器人在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋鋁合金壓鑄件中采用的逆向切削加工工藝，大大提高了加工效率和加工質(zhì)量。工業(yè)機(jī)器人按照編程運(yùn)行，首先按照定位要求在工件架上取出工件，在氣動(dòng)主軸工位上對(duì)工件進(jìn)行水道口、外圈分型面、內(nèi)腔倒角位等進(jìn)行銑削，然后將工件旋轉(zhuǎn)90°，對(duì)工件的窗口位和半圓弧位的批鋒等進(jìn)行銑削。下一工序在電主軸工位進(jìn)行，對(duì)工件進(jìn)行平整水道口、銑平頂針印等進(jìn)行銑削。下一工序在砂帶拋光機(jī)工位上，將工件旋轉(zhuǎn)180°，對(duì)工件筋條上的鑄點(diǎn)進(jìn)行打磨，最后機(jī)器人將工件按照規(guī)定位置擺放到工件周轉(zhuǎn)架上。整個(gè)工藝設(shè)計(jì)布局如圖1。

2機(jī)器人在汽車(chē)焊接制造中的應(yīng)用

車(chē)體焊接是汽車(chē)制造中的重要環(huán)節(jié)，因?yàn)楹附淤|(zhì)量直接關(guān)系到車(chē)身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。隨著人們對(duì)汽車(chē)性能以及外觀設(shè)計(jì)要求的提升，在車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅改變了車(chē)身應(yīng)用的材料，同時(shí)在結(jié)構(gòu)形式上也做出了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，由此就增加了車(chē)身焊接的難度。因?yàn)楹附有枰鶕?jù)施焊材料的物理性能和化學(xué)性能來(lái)選擇適宜的焊接材料，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)形式確定焊接工藝。在我國(guó)汽車(chē)生產(chǎn)量逐步提升的背景下，大多數(shù)汽車(chē)制造企業(yè)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了流水線自動(dòng)化生產(chǎn)，有效提升了生產(chǎn)效率，所以傳統(tǒng)的焊接方式已經(jīng)無(wú)法滿足生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量的需求。將焊接機(jī)器人應(yīng)用于汽車(chē)車(chē)身焊接中，可與自動(dòng)化生產(chǎn)線進(jìn)行匹配。在一輛汽車(chē)中的焊接點(diǎn)會(huì)有幾千個(gè)，且有些焊接點(diǎn)的焊接難度較大。利用焊接機(jī)器人主要是進(jìn)行點(diǎn)焊和弧焊，根據(jù)車(chē)身材料和結(jié)構(gòu)形式編制好焊接工藝程序，焊接機(jī)器人通過(guò)傳感器進(jìn)行定位，然后按照規(guī)劃好的運(yùn)動(dòng)軌跡執(zhí)行焊接作業(yè)，能夠在有限的空間內(nèi)進(jìn)行多點(diǎn)操作，并且控制好焊接面積，有效提升焊接質(zhì)量。

3機(jī)器人在汽車(chē)零件搬運(yùn)和裝配中的應(yīng)用

搬運(yùn)機(jī)器人是汽車(chē)制造中應(yīng)用最為普遍，也是最簡(jiǎn)單的工序。由于汽車(chē)零件的數(shù)量和種類較多，所以在零件搬運(yùn)和裝配作業(yè)中的工作量較大。如果采用人工搬運(yùn)和裝配，不僅生產(chǎn)效率較低，而且在搬運(yùn)和裝配的過(guò)程中還可能影響到零件質(zhì)量?？稍诎徇\(yùn)機(jī)器人的末端法蘭盤(pán)安裝定點(diǎn)抓放裝置，通過(guò)傳感器和控制等技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，能夠控制機(jī)器人到指定地點(diǎn)抓取汽車(chē)零件，然后將其放置到指定位置，整個(gè)過(guò)程耗時(shí)較短，效率較高。在機(jī)器人末端可安裝不同型號(hào)的抓放裝置執(zhí)行器，然后根據(jù)零件形狀和大小的不同，對(duì)抓放裝置進(jìn)行調(diào)整，能夠滿足不同形狀和大小的零件搬運(yùn)，提高搬運(yùn)機(jī)器人的應(yīng)用范圍。在汽車(chē)裝配工序中，裝配機(jī)器人可在有限的作業(yè)空間內(nèi)提升柔韌性和靈活性，保證汽車(chē)裝配作業(yè)的精度和質(zhì)量，既能夠降低裝配成本，又能夠提高裝配效率和質(zhì)量。

4機(jī)器人在汽車(chē)噴涂制造中的應(yīng)用

汽車(chē)噴涂主要包括車(chē)體外部噴漆和車(chē)身連接處涂膠，隨著汽車(chē)保有量的增加，人們對(duì)汽車(chē)外觀的美觀度有了更高的要求，同時(shí)汽車(chē)廠商在汽車(chē)車(chē)體的外形設(shè)計(jì)相對(duì)越來(lái)復(fù)雜，由此就加大了汽車(chē)噴涂的難度。汽車(chē)噴涂對(duì)厚度和均勻度有較高的要求，使用傳統(tǒng)的噴涂方式，很難控制精準(zhǔn)度，同時(shí)還會(huì)對(duì)操作人員造成一定的身體傷害。利用噴涂機(jī)器人來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的汽車(chē)噴涂工藝，不僅能夠提高噴涂效率，而且能夠進(jìn)一步提升噴涂質(zhì)量，確保整體噴涂的均勻性。噴涂機(jī)器人主要由機(jī)器人本體、噴涂設(shè)備、計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成，目前汽車(chē)制造企業(yè)多采用六軸六關(guān)節(jié)機(jī)器人，每個(gè)軸都有獨(dú)立的伺服電機(jī)、減速機(jī)和手腕體組成，柔性度更高，能夠在各個(gè)方面上進(jìn)行彎曲和旋轉(zhuǎn)，從而能夠?qū)ぜ?nèi)部進(jìn)行噴涂作業(yè)，有效提升噴涂質(zhì)量和效率。在噴涂作業(yè)前，根據(jù)噴涂要求編寫(xiě)車(chē)身噴涂程序，為機(jī)器人安裝適合的噴漆槍、噴漆泵、膠槍和膠泵等工具，在實(shí)際噴涂作業(yè)時(shí)，機(jī)器人會(huì)根據(jù)車(chē)身的形狀和需要噴涂的面積來(lái)自主選擇適合的噴漆工具，根據(jù)車(chē)體需要密封部位的特殊性選擇相應(yīng)的涂膠工具和工藝程序。噴涂機(jī)器人的工作原理主要是利用大量的壓縮空氣氣流將油漆等涂料霧化成細(xì)小的液滴，然后在氣流的帶動(dòng)下均勻的噴灑在工件的表面。噴涂作業(yè)對(duì)工作環(huán)境有較高的要求，必須在無(wú)塵車(chē)間進(jìn)行，在噴涂生產(chǎn)線中主要包括噴槍、噴漆車(chē)間、供漆室、烘干車(chē)間、霧化廢水、廢氣處理設(shè)備等。在噴涂自動(dòng)化生產(chǎn)線中，降低了惡劣工作環(huán)境中對(duì)人體的傷害，同時(shí)也提升了噴涂質(zhì)量，提高油漆的利用率，減少?gòu)U棄油漆和廢棄溶劑的排放，減少對(duì)環(huán)境的污染。汽車(chē)車(chē)身噴涂作業(yè)如圖2。

5機(jī)器人在汽車(chē)出廠前的檢測(cè)

在汽車(chē)出廠前需要進(jìn)行安全性檢測(cè)，而安全性能檢測(cè)需要獲取較高精度的數(shù)據(jù)信息，并且在碰撞測(cè)試中具有很高的危險(xiǎn)性，所以利用機(jī)器人進(jìn)行出廠前檢測(cè)既能夠滿足數(shù)據(jù)信息要求，又能夠降低危險(xiǎn)系數(shù)。檢測(cè)機(jī)器人通過(guò)測(cè)量控制模塊和視覺(jué)傳感模塊的結(jié)合應(yīng)用，能夠獲取汽車(chē)零部件的圖像信息，然后將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)數(shù)據(jù)與安全零部件的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，可測(cè)算出零部件是否符合規(guī)定要求，從而提高汽車(chē)的安全系數(shù)。碰撞測(cè)試是汽車(chē)安全性能檢測(cè)中最為重要的環(huán)節(jié)，在車(chē)內(nèi)設(shè)置碰撞測(cè)試機(jī)器人，模擬人在車(chē)內(nèi)的狀態(tài)，隨著汽車(chē)行駛速度的增加來(lái)調(diào)整機(jī)器人的模式，使其適應(yīng)汽車(chē)的行駛速度。在汽車(chē)發(fā)生意外碰撞時(shí)，機(jī)器人能夠及時(shí)記錄汽車(chē)在不同等級(jí)碰撞下的數(shù)據(jù)信息。然后通過(guò)對(duì)碰撞數(shù)據(jù)的分析，能夠更加詳細(xì)的了解汽車(chē)的安全性能，為進(jìn)一步提升汽車(chē)的安全系數(shù)提供科學(xué)合理的參考依據(jù)。

6結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)制造是我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域中的重要產(chǎn)業(yè)，將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于汽車(chē)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)中，對(duì)提升汽車(chē)制造水平具有顯著的作用。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用能夠替代傳統(tǒng)設(shè)備或者操作人員完成繁重且重復(fù)性高的生產(chǎn)，大大降低了人為操作中可能產(chǎn)生的失誤，提高了生產(chǎn)效率，縮短了汽車(chē)生產(chǎn)周期，為制造企業(yè)贏得了更加寶貴的時(shí)間，對(duì)于搶占市場(chǎng)先機(jī)更有優(yōu)勢(shì)。工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化和智能化程度較高，所以在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，能夠不斷提升加工工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，更容易達(dá)到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求，從而提升汽車(chē)制造企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)也在不斷的調(diào)整和優(yōu)化，會(huì)推動(dòng)汽車(chē)制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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作者：史玉紅 蔡麗娟 羅富娟 單位：重慶電訊職業(yè)學(xué)院