工业机器人在汽车制造中的应用分析

史玉红

摘要：随着科学技术的快速发展，工业机器人在我国工业生产中发挥了重要的作用，尤其是在汽车制造领域的重要性以及不可替代性表现的越来越明显。在人们消费能力不断提升的背景下，对汽车的需求量不断增加，由此对汽车制造企业的生产效率和生产质量有了更高的要求。工业机器人在汽车压铸、焊接、喷涂、搬运、装配和检测中都发挥了显著的作用，文章主要对工业机器人在汽车制造中的应用进行分析，为进一步推动工业机器人以及汽车制造行业的发展奠定良好的基础。

关键词：工业机器人;压铸;喷涂;焊接;检测

0  引言

在我国由工业大国向工业强国方向发展的背景下，工业生产领域也进行了产业转型升级调整，工业机器人作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，已经成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。工业机器人为多关节机械手或多自由度的机器装置，具有较强的自动性，通过动力装置和控制系统可在工业生产中发挥重要的作用。与传统的工业设备相比，工业机器人具有较强的易用性，智能化水平较高，生产效率和加工精度较高，尤其适用于高危环境以及生产负荷较大的工业生产中。汽车制造是一项复杂而系统的工程，不仅零部件数量和种类较多，结构较为复杂，并且生产工序较多，生产强度较大，任何一个环节出现失误，都会影响到汽车的使用性能和安全性。将工业机器人应用于汽车制造的各个环节中，既能够提高生产效率，又能够提升生产质量，是推动我国汽车制造产业发展的重要手段。

1  工业机器人在汽车压铸工件制造中的应用

压铸是汽车零件制造中的重要工序，采用传统的模具设计和制造以及压铸工艺，生产质量无法满足压铸件的标准要求，工业机器人作为先进制造业的重要设备，在精度要求不高和高速小切削量的机械加工中应用效果较好。比如在汽车发动机铝合金压铸件端盖制造中，应用工业机器人进行加工，改变了传统的加工方式，不仅提高了生产效率，而且提高铝合金压铸件产品的性能和质量。在传统的数控机床加工中，将工件固定在机床工作台面上，然后对固定在台面上的端盖工件进行六轴模式的表面加工，在端盖工件铝合金压铸件后处理、清理工序较多，且较为复杂，需要更换不同的刀具，还要调整安装角度，同时还要考虑上下料的问题，会直接降低加工效率。采用工业机器人逆向切削的加工方式，不仅节省了换刀时间，提高生产效率，而且降低了能耗。通过对汽车发动机端盖的加工工序以及所需刀具数量进行分析，然后布置相应数量的主轴，在机器人末端安装夹具来夹持端盖工件铝合金压铸件，然后通过移动端盖工件铝合金压铸件的方式进行切削。经过改进后的加工工艺，机器人不仅能够在生产线上自行抓取工件，而且还能够通过不同主轴进行相应的加工以及完成上下料的工序。工业机器人在汽车发动机端盖铝合金压铸件中采用的逆向切削加工工艺，大大提高了加工效率和加工质量。工业机器人按照编程运行，首先按照定位要求在工件架上取出工件，在气动主轴工位上对工件进行水道口、外圈分型面、内腔倒角位等进行铣削，然后将工件旋转90°，对工件的窗口位和半圆弧位的批锋等进行铣削。下一工序在电主轴工位进行，对工件进行平整水道口、铣平顶针印等进行铣削。下一工序在砂带抛光机工位上，将工件旋转180°，对工件筋条上的铸点进行打磨，最后机器人将工件按照规定位置摆放到工件周转架上。整个工艺设计布局如图1。

2  机器人在汽车焊接制造中的应用

车体焊接是汽车制造中的重要环节，因为焊接质量直接关系到车身结构的稳定性和安全性。随着人们对汽车性能以及外观设计要求的提升，在车身结构设计中，不仅改变了车身应用的材料，同时在结构形式上也做出了创新设计，由此就增加了车身焊接的难度。因为焊接需要根据施焊材料的物理性能和化学性能来选择适宜的焊接材料，然后根据结构形式确定焊接工艺。在我国汽车生产量逐步提升的背景下，大多数汽车制造企业都已经实现了流水线自动化生产，有效提升了生产效率，所以传统的焊接方式已经无法满足生产效率和焊接质量的需求。将焊接机器人应用于汽车车身焊接中，可与自动化生产线进行匹配。在一辆汽车中的焊接点会有几千个，且有些焊接点的焊接难度较大。利用焊接机器人主要是进行点焊和弧焊，根据车身材料和结构形式编制好焊接工艺程序，焊接机器人通过传感器进行定位，然后按照规划好的运动轨迹执行焊接作业，能够在有限的空间内进行多点操作，并且控制好焊接面积，有效提升焊接质量。

3  机器人在汽车零件搬运和装配中的应用

搬运机器人是汽车制造中应用最为普遍，也是最简单的工序。由于汽车零件的数量和种类较多，所以在零件搬运和装配作业中的工作量较大。如果采用人工搬运和装配，不仅生产效率较低，而且在搬运和装配的过程中还可能影响到零件质量。可在搬运机器人的末端法兰盘安装定点抓放装置，通过传感器和控制等技术的结合应用，能够控制机器人到指定地点抓取汽车零件，然后将其放置到指定位置，整个过程耗时较短，效率较高。在机器人末端可安装不同型号的抓放装置执行器，然后根据零件形状和大小的不同，对抓放装置进行调整，能够满足不同形状和大小的零件搬运，提高搬运机器人的应用范围。在汽车装配工序中，装配机器人可在有限的作业空间内提升柔韧性和灵活性，保证汽车装配作业的精度和质量，既能够降低装配成本，又能够提高装配效率和质量。

4  机器人在汽车喷涂制造中的应用

汽车喷涂主要包括车体外部喷漆和车身连接处涂胶，随着汽车保有量的增加，人们对汽车外观的美观度有了更高的要求，同时汽车厂商在汽车车体的外形设计相对越来复杂，由此就加大了汽车喷涂的难度。汽车喷涂对厚度和均匀度有较高的要求，使用传统的喷涂方式，很难控制精准度，同时还会对操作人员造成一定的身体伤害。利用喷涂机器人来代替传统的汽车喷涂工艺，不仅能够提高喷涂效率，而且能够进一步提升喷涂质量，确保整体喷涂的均匀性。喷涂机器人主要由机器人本体、喷涂设备、计算机和相应的控制系统组成，目前汽车制造企业多采用六轴六关节机器人，每个轴都有独立的伺服电机、减速机和手腕体组成，柔性度更高，能够在各个方面上进行弯曲和旋转，从而能够对工件内部进行喷涂作业，有效提升喷涂质量和效率。在喷涂作业前，根据喷涂要求编写车身喷涂程序，为机器人安裝适合的喷漆枪、喷漆泵、胶枪和胶泵等工具，在实际喷涂作业时，机器人会根据车身的形状和需要喷涂的面积来自主选择适合的喷漆工具，根据车体需要密封部位的特殊性选择相应的涂胶工具和工艺程序。喷涂机器人的工作原理主要是利用大量的压缩空气气流将油漆等涂料雾化成细小的液滴，然后在气流的带动下均匀的喷洒在工件的表面。喷涂作业对工作环境有较高的要求，必须在无尘车间进行，在喷涂生产线中主要包括喷枪、喷漆车间、供漆室、烘干车间、雾化废水、废气处理设备等。在喷涂自动化生产线中，降低了恶劣工作环境中对人体的伤害，同时也提升了喷涂质量，提高油漆的利用率，减少废弃油漆和废弃溶剂的排放，减少对环境的污染。汽车车身喷涂作业如图2。

5  机器人在汽车出厂前的检测

在汽车出厂前需要进行安全性检测，而安全性能检测需要获取较高精度的数据信息，并且在碰撞测试中具有很高的危险性，所以利用机器人进行出厂前检测既能够满足数据信息要求，又能够降低危险系数。检测机器人通过测量控制模块和视觉传感模块的结合应用，能够获取汽车零部件的图像信息，然后将其转换为相应数据与安全零部件的标准进行对比，可测算出零部件是否符合规定要求，从而提高汽车的安全系数。碰撞测试是汽车安全性能检测中最为重要的环节，在车内设置碰撞测试机器人，模拟人在车内的状态，随着汽车行驶速度的增加来调整机器人的模式，使其适应汽车的行驶速度。在汽车发生意外碰撞时，机器人能够及时记录汽车在不同等级碰撞下的数据信息。然后通过对碰撞数据的分析，能够更加详细的了解汽车的安全性能，为进一步提升汽车的安全系数提供科学合理的参考依据。

6  结语

汽车制造是我国工业领域中的重要产业，将工业机器人应用于汽车制造的各个环节中，对提升汽车制造水平具有显著的作用。工业机器人的应用能够替代传统设备或者操作人员完成繁重且重复性高的生产，大大降低了人为操作中可能产生的失误，提高了生产效率，缩短了汽车生产周期，为制造企业赢得了更加宝貴的时间，对于抢占市场先机更有优势。工业机器人的自动化和智能化程度较高，所以在实际生产过程中，能够不断提升加工工艺水平和产品质量，更容易达到设计的标准要求，从而提升汽车制造企业的核心竞争力。为了满足工业生产的需求，工业机器人技术也在不断的调整和优化，会推动汽车制造业的进一步发展。

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