本文來自微信公眾號“工信頭條”，作者/機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。
沖壓、焊接、涂裝、總裝，是汽車制造的四大工藝。工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和應(yīng)用，在提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化工藝水平等方面具有明顯優(yōu)勢，為汽車制造業(yè)提供了新的機(jī)遇和發(fā)展空間。
汽車制造業(yè)是技術(shù)密集型、資金密集型和勞動密集型產(chǎn)業(yè)，工業(yè)機(jī)器人在汽車制造業(yè)中扮演了重要的角色，在沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大生產(chǎn)車間均有不同程度的運(yùn)用，總體應(yīng)用率已達(dá)90%以上。
沖壓自動化生產(chǎn)線
所謂沖壓，是指將不同模具裝到機(jī)床上，通過施加壓力，使金屬板材產(chǎn)生塑性變形和分離的過程。沖壓自動化生產(chǎn)線能獲得所需形狀和尺寸的汽車部件，這些部件一般分為汽車覆蓋件和汽車結(jié)構(gòu)件。據(jù)統(tǒng)計，有60%~70%的汽車零件都是由沖壓工藝生產(chǎn)出來的，不同零部件的制造需要用到不同模具，平均每種車型需要2000套模具左右。
沖壓分為成形和分離兩大類，每一類又包括許多不同工序，所有工件都需經(jīng)過沖壓成形，然后再經(jīng)過沖壓分離如沖孔、切邊、翻邊等工序完成制造，因此沖壓車間的標(biāo)準(zhǔn)化極高。
上料機(jī)器人運(yùn)載料垛到拆垛位置，料垛通過傳送裝置穿過清洗機(jī)、涂油機(jī)，到達(dá)對中臺，經(jīng)過對中定位后的板料方可送入壓機(jī)。在一道沖壓工序完成后，下料機(jī)器人將其取出，送入下一道沖壓工序，循環(huán)往復(fù)。當(dāng)最后一次沖壓分離完成后，下料機(jī)器人將零件直接放置在線尾輸送帶上，碼垛機(jī)器人將零件分區(qū)域碼垛。在后續(xù)工序中，零散的車框架將被運(yùn)往焊裝車間，拼合成初具雛形的車身。
圖1零散的車框架和汽車零件
焊裝車間
焊裝車間一般都與沖壓車間連接在一起，方便物料運(yùn)輸。焊接車間是使用機(jī)器人最多的車間，大部分為焊接機(jī)器人，還有少量的涂膠、包邊機(jī)器人等。據(jù)悉，一輛轎車的焊接點(diǎn)可達(dá)5000~6000個。不同于沖壓車間，焊接車間具有定制化的特征，如果生產(chǎn)的車型改變，則需要重新設(shè)置控制系統(tǒng)和夾具。
圖2機(jī)器人焊接車身
機(jī)器人激光焊接技術(shù)在焊接車間中被廣泛應(yīng)用。激光焊接技術(shù)是以高能激光束為熱源，使其沖擊焊件接頭，通過熔化釬料或母材，完成板材間連接的一種熱連接技術(shù)。目前，白車身激光焊接中應(yīng)用較為廣泛的兩種焊接方式為激光釬焊和激光熔焊。相比冷連接和傳統(tǒng)點(diǎn)焊工藝，激光焊接可以沿任意軌跡進(jìn)行焊接，激光光束能量密度高，熱影響區(qū)域小，焊縫深寬比大，焊接變形小。機(jī)器人激光焊接具有速度快、生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢，應(yīng)用在輕量化鋁合金連接中，可進(jìn)一步實現(xiàn)成本降低及車身輕量化。
涂裝車間
汽車在涂裝車間被噴涂上各種各樣的個性化顏色，近年來，汽車車身顏色逐漸豐富。其實，涂裝并不只為了外表美觀，還為了使車身具有防腐、密封的功能。
伴隨工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對汽車美學(xué)和使用性能的要求越來越高，傳統(tǒng)的人工噴涂方式已經(jīng)不能適應(yīng)汽車涂裝工藝的發(fā)展。在應(yīng)用上，噴涂機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)很多，如噴涂穩(wěn)定性較強(qiáng)，可以按照事先設(shè)計好的方案進(jìn)行噴涂，受外部環(huán)境的影響很小，而且對某些具有高重復(fù)率的噴涂工作，可以達(dá)到很高的完成率。機(jī)器人噴涂技術(shù)可以在很大程度上彌補(bǔ)人工噴涂的缺陷，使工作效率和噴涂質(zhì)量得到一定的提升。與此同時，該技術(shù)還可以減少對人力、物力資源的浪費(fèi)，幫助企業(yè)更好地進(jìn)行成本預(yù)算控制。
機(jī)器人噴涂系統(tǒng)主要包括機(jī)器人手臂、移動滑軌、高速靜電旋杯、集中供調(diào)漆，及其他輔助控制系統(tǒng)。以蔚來新能源汽車南京涂裝試制線為例，該試制線布置有兩個涂裝室，每個涂裝室內(nèi)布置兩臺由ABB生產(chǎn)的IRB 5500型噴涂機(jī)器人。該噴涂機(jī)器人典型加速度可達(dá)24m/s，結(jié)合高流量的噴涂裝置，將實際水平工作范圍擴(kuò)大到6m，高精度的噴涂控制技術(shù)可以顯著降低涂料耗用量，同時盡最大可能消除過噴現(xiàn)象，提高涂裝品質(zhì)。
汽車總裝車間
總裝車間用于汽車整車的裝配，按照生產(chǎn)線布置，借助人力和設(shè)備，將各種零件組裝成汽車整車，如使用工業(yè)機(jī)器人安裝擋風(fēng)玻璃和座椅等，具有作業(yè)內(nèi)容多、安裝零件多、使用工具多、技術(shù)要求多的特點(diǎn)?？傃b車間用到的機(jī)器人有立柱式機(jī)械手、懸掛式機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)器人和自動導(dǎo)引車等。
圖3汽車自動化裝配
零件裝配方式具有多樣化的特征，步驟和動作要求更是不一而同。如通過螺栓螺母連接、膠釘連接、卡扣卡爪連接、卡箍連接、扎帶捆扎、不干膠黏合、過盈配合等。不同裝配連接方式有不同的安裝技術(shù)要求，如力矩、距離、角度、間隙、段差，有時各項品質(zhì)要求相互影響制約，需在裝配時綜合判斷。正是這些多因素的影響，總裝車間實現(xiàn)全機(jī)器人自動化較為困難，但隨著定位精度、夾具接口標(biāo)準(zhǔn)化和機(jī)器人感知技術(shù)的發(fā)展和提升，機(jī)器人已逐步成為汽車總裝車間中不可或缺的一員。
為提升生產(chǎn)線定位精度，生產(chǎn)線節(jié)拍一般采用快進(jìn)、靜止、快出的作業(yè)方式，形成靜止的裝配作業(yè)區(qū)，便于裝配車體的定位。此外，總裝車間的搬運(yùn)機(jī)器人還受限于夾持點(diǎn)數(shù)量及夾持機(jī)構(gòu)的剛度，多種作業(yè)夾具的需求限制了機(jī)器人的通用性。如果將機(jī)器人本體與各類作業(yè)夾具間的連接設(shè)計為通用的手部接口，就可以很好地解決這一難題。如將機(jī)器人本體設(shè)計為接口的公端、作業(yè)夾具設(shè)計為接口的母端。機(jī)器人可以通過此通用接口，根據(jù)夾持安裝零件的需要，與各類型作業(yè)夾具實現(xiàn)快速的自動連接。
總裝車間還需要機(jī)器人感知技術(shù)對裝配過程及結(jié)果進(jìn)行檢測。早期的機(jī)器人只能根據(jù)設(shè)定的程序或是根據(jù)示教軌跡，進(jìn)行動作的循環(huán)重復(fù)。隨著各類傳感器技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人能通過傳感器，收集并感知各種自身內(nèi)部狀態(tài)，如角度、位移、速度、加速度、力和力矩等，并把狀態(tài)從信號轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人自身或者機(jī)器人之間能夠理解和應(yīng)用的數(shù)據(jù)、信息，從而實現(xiàn)機(jī)器人感知能力。機(jī)器人具備感知這些自身狀態(tài)的能力后，就能夠根據(jù)實時感知的信息對自身的動作進(jìn)行及時調(diào)整，對出現(xiàn)的偏差進(jìn)行及時修正，實現(xiàn)機(jī)器人動作過程的閉環(huán)控制。
視覺感知技術(shù)是工業(yè)機(jī)器人感知技術(shù)發(fā)展的新方向。在機(jī)器人本體上增設(shè)的攝像頭，可以對裝配產(chǎn)品的局部拍攝照片，通過視覺識別技術(shù)測量數(shù)據(jù)，或與數(shù)據(jù)庫中的海量標(biāo)準(zhǔn)照片比對，從而判斷裝配產(chǎn)品的品質(zhì)等級。同樣，機(jī)器人可以通過其感知到的信息，及時調(diào)整動作并修正偏差。
工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域，表現(xiàn)出智能化、低成本和高安全性等顯著優(yōu)勢，彌補(bǔ)傳統(tǒng)人工操作所存在的不足。未來，在機(jī)器人技術(shù)的賦能下，汽車生產(chǎn)線將向高效率、柔性化的方向發(fā)展，滿足汽車產(chǎn)品多品種、小批量和更新?lián)Q代快的需求，汽車產(chǎn)業(yè)將在促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)增長方面發(fā)揮更加重要的作用。
