汽車制造工業(yè)機器人應(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)機器人在我國工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用，尤其是在汽車制造領(lǐng)域的重要性以及不可替代性表現(xiàn)的越來越明顯。在人們消費能力不斷提升的背景下，對汽車的需求量不斷增加，由此對汽車制造企業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量有了更高的要求。工業(yè)機器人在汽車壓鑄、焊接、噴涂、搬運、裝配和檢測中都發(fā)揮了顯著的作用，文章主要對工業(yè)機器人在汽車制造中的應(yīng)用進行分析，為進一步推動工業(yè)機器人以及汽車制造行業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人；壓鑄；噴涂；焊接；檢測

引言

在我國由工業(yè)大國向工業(yè)強國方向發(fā)展的背景下，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域也進行了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級調(diào)整，工業(yè)機器人作為先進制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平和科技水平的重要標(biāo)志。工業(yè)機器人為多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的機器裝置，具有較強的自動性，通過動力裝置和控制系統(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)機器人具有較強的易用性，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。汽車制造是一項復(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)強度較大，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤，都會影響到汽車的使用性能和安全性。將工業(yè)機器人應(yīng)用于汽車制造的各個環(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，是推動我國汽車制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要手段。

1工業(yè)機器人在汽車壓鑄工件制造中的應(yīng)用

壓鑄是汽車零件制造中的重要工序，采用傳統(tǒng)的模具設(shè)計和制造以及壓鑄工藝，生產(chǎn)質(zhì)量無法滿足壓鑄件的標(biāo)準(zhǔn)要求，工業(yè)機器人作為先進制造業(yè)的重要設(shè)備，在精度要求不高和高速小切削量的機械加工中應(yīng)用效果較好。比如在汽車發(fā)動機鋁合金壓鑄件端蓋制造中，應(yīng)用工業(yè)機器人進行加工，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)控機床加工中，將工件固定在機床工作臺面上，然后對固定在臺面上的端蓋工件進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，同時還要考慮上下料的問題，會直接降低加工效率。采用工業(yè)機器人逆向切削的加工方式，不僅節(jié)省了換刀時間，提高生產(chǎn)效率，而且降低了能耗。通過對汽車發(fā)動機端蓋的加工工序以及所需刀具數(shù)量進行分析，然后布置相應(yīng)數(shù)量的主軸，在機器人末端安裝夾具來夾持端蓋工件鋁合金壓鑄件，然后通過移動端蓋工件鋁合金壓鑄件的方式進行切削。經(jīng)過改進后的加工工藝，機器人不僅能夠在生產(chǎn)線上自行抓取工件，而且還能夠通過不同主軸進行相應(yīng)的加工以及完成上下料的工序。工業(yè)機器人在汽車發(fā)動機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)機器人按照編程運行，首先按照定位要求在工件架上取出工件，在氣動主軸工位上對工件進行水道口、外圈分型面、內(nèi)腔倒角位等進行銑削，然后將工件旋轉(zhuǎn)90°，對工件的窗口位和半圓弧位的批鋒等進行銑削。下一工序在電主軸工位進行，對工件進行平整水道口、銑平頂針印等進行銑削。下一工序在砂帶拋光機工位上，將工件旋轉(zhuǎn)180°，對工件筋條上的鑄點進行打磨，最后機器人將工件按照規(guī)定位置擺放到工件周轉(zhuǎn)架上。整個工藝設(shè)計布局如圖1。

2機器人在汽車焊接制造中的應(yīng)用

車體焊接是汽車制造中的重要環(huán)節(jié)，因為焊接質(zhì)量直接關(guān)系到車身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。隨著人們對汽車性能以及外觀設(shè)計要求的提升，在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不僅改變了車身應(yīng)用的材料，同時在結(jié)構(gòu)形式上也做出了創(chuàng)新設(shè)計，由此就增加了車身焊接的難度。因為焊接需要根據(jù)施焊材料的物理性能和化學(xué)性能來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。在我國汽車生產(chǎn)量逐步提升的背景下，大多數(shù)汽車制造企業(yè)都已經(jīng)實現(xiàn)了流水線自動化生產(chǎn)，有效提升了生產(chǎn)效率，所以傳統(tǒng)的焊接方式已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量的需求。將焊接機器人應(yīng)用于汽車車身焊接中，可與自動化生產(chǎn)線進行匹配。在一輛汽車中的焊接點會有幾千個，且有些焊接點的焊接難度較大。利用焊接機器人主要是進行點焊和弧焊，根據(jù)車身材料和結(jié)構(gòu)形式編制好焊接工藝程序，焊接機器人通過傳感器進行定位，然后按照規(guī)劃好的運動軌跡執(zhí)行焊接作業(yè)，能夠在有限的空間內(nèi)進行多點操作，并且控制好焊接面積，有效提升焊接質(zhì)量。

3機器人在汽車零件搬運和裝配中的應(yīng)用

搬運機器人是汽車制造中應(yīng)用最為普遍，也是最簡單的工序。由于汽車零件的數(shù)量和種類較多，所以在零件搬運和裝配作業(yè)中的工作量較大。如果采用人工搬運和裝配，不僅生產(chǎn)效率較低，而且在搬運和裝配的過程中還可能影響到零件質(zhì)量?？稍诎徇\機器人的末端法蘭盤安裝定點抓放裝置，通過傳感器和控制等技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，能夠控制機器人到指定地點抓取汽車零件，然后將其放置到指定位置，整個過程耗時較短，效率較高。在機器人末端可安裝不同型號的抓放裝置執(zhí)行器，然后根據(jù)零件形狀和大小的不同，對抓放裝置進行調(diào)整，能夠滿足不同形狀和大小的零件搬運，提高搬運機器人的應(yīng)用范圍。在汽車裝配工序中，裝配機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機器人在汽車噴涂制造中的應(yīng)用

汽車噴涂主要包括車體外部噴漆和車身連接處涂膠，隨著汽車保有量的增加，人們對汽車外觀的美觀度有了更高的要求，同時汽車廠商在汽車車體的外形設(shè)計相對越來復(fù)雜，由此就加大了汽車噴涂的難度。汽車噴涂對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，同時還會對操作人員造成一定的身體傷害。利用噴涂機器人來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的汽車噴涂工藝，不僅能夠提高噴涂效率，而且能夠進一步提升噴涂質(zhì)量，確保整體噴涂的均勻性。噴涂機器人主要由機器人本體、噴涂設(shè)備、計算機和相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成，目前汽車制造企業(yè)多采用六軸六關(guān)節(jié)機器人，每個軸都有獨立的伺服電機、減速機和手腕體組成，柔性度更高，能夠在各個方面上進行彎曲和旋轉(zhuǎn)，從而能夠?qū)ぜ?nèi)部進行噴涂作業(yè)，有效提升噴涂質(zhì)量和效率。在噴涂作業(yè)前，根據(jù)噴涂要求編寫車身噴涂程序，為機器人安裝適合的噴漆槍、噴漆泵、膠槍和膠泵等工具，在實際噴涂作業(yè)時，機器人會根據(jù)車身的形狀和需要噴涂的面積來自主選擇適合的噴漆工具，根據(jù)車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，然后在氣流的帶動下均勻的噴灑在工件的表面。噴涂作業(yè)對工作環(huán)境有較高的要求，必須在無塵車間進行，在噴涂生產(chǎn)線中主要包括噴槍、噴漆車間、供漆室、烘干車間、霧化廢水、廢氣處理設(shè)備等。在噴涂自動化生產(chǎn)線中，降低了惡劣工作環(huán)境中對人體的傷害，同時也提升了噴涂質(zhì)量，提高油漆的利用率，減少廢棄油漆和廢棄溶劑的排放，減少對環(huán)境的污染。汽車車身噴涂作業(yè)如圖2。

5機器人在汽車出廠前的檢測

在汽車出廠前需要進行安全性檢測，而安全性能檢測需要獲取較高精度的數(shù)據(jù)信息，并且在碰撞測試中具有很高的危險性，所以利用機器人進行出廠前檢測既能夠滿足數(shù)據(jù)信息要求，又能夠降低危險系數(shù)。檢測機器人通過測量控制模塊和視覺傳感模塊的結(jié)合應(yīng)用，能夠獲取汽車零部件的圖像信息，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)進行對比，可測算出零部件是否符合規(guī)定要求，從而提高汽車的安全系數(shù)。碰撞測試是汽車安全性能檢測中最為重要的環(huán)節(jié)，在車內(nèi)設(shè)置碰撞測試機器人，模擬人在車內(nèi)的狀態(tài)，隨著汽車行駛速度的增加來調(diào)整機器人的模式，使其適應(yīng)汽車的行駛速度。在汽車發(fā)生意外碰撞時，機器人能夠及時記錄汽車在不同等級碰撞下的數(shù)據(jù)信息。然后通過對碰撞數(shù)據(jù)的分析，能夠更加詳細(xì)的了解汽車的安全性能，為進一步提升汽車的安全系數(shù)提供科學(xué)合理的參考依據(jù)。

6結(jié)語

汽車制造是我國工業(yè)領(lǐng)域中的重要產(chǎn)業(yè)，將工業(yè)機器人應(yīng)用于汽車制造的各個環(huán)節(jié)中，對提升汽車制造水平具有顯著的作用。工業(yè)機器人的應(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，縮短了汽車生產(chǎn)周期，為制造企業(yè)贏得了更加寶貴的時間，對于搶占市場先機更有優(yōu)勢。工業(yè)機器人的自動化和智能化程度較高，所以在實際生產(chǎn)過程中，能夠不斷提升加工工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，更容易達到設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)要求，從而提升汽車制造企業(yè)的核心競爭力。為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，工業(yè)機器人技術(shù)也在不斷的調(diào)整和優(yōu)化，會推動汽車制造業(yè)的進一步發(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