機(jī)器人技術(shù)在轎車(chē)車(chē)身涂膠工藝中的應(yīng)用

婁 潔戴龍泉

（1.蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院 安徽蕪湖 241006；2.奇瑞汽車(chē)股份有限公司 安徽蕪湖 241008）

機(jī)器人技術(shù)在轎車(chē)車(chē)身涂膠工藝中的應(yīng)用

婁 潔1戴龍泉2

（1.蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院 安徽蕪湖 241006；2.奇瑞汽車(chē)股份有限公司 安徽蕪湖 241008）

轎車(chē)車(chē)身的制造過(guò)程中，車(chē)身涂膠是提高整車(chē)乘坐舒適性和美觀性的重要方法。目前車(chē)身涂膠工藝中人工操作比例過(guò)大，導(dǎo)致工作效率不高，涂膠質(zhì)量難以控制，存在安全隱患等問(wèn)題，而機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用很好的解決了上述問(wèn)題。

機(jī)器人；車(chē)身；涂膠；工藝

汽車(chē)的乘坐舒適性和減震降噪性能成為人們新的關(guān)注熱點(diǎn)。在整個(gè)轎車(chē)車(chē)身的制造過(guò)程中，門(mén)蓋的表面積較大，約占了整車(chē)表面的63%，在板材較薄、尺寸較大的門(mén)蓋外板和內(nèi)板、防撞梁、加強(qiáng)筋之間存在有一定的縫隙，[1]在汽車(chē)行駛過(guò)程中，由于路面沖擊的來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)而易產(chǎn)生噪聲。為了解決上述問(wèn)題并使車(chē)輛外觀美觀，通常在這些部位使用減震密封膠和折邊膠來(lái)削弱行車(chē)過(guò)程中的震動(dòng)、沖擊和噪聲。

一、轎車(chē)車(chē)身涂膠工藝現(xiàn)狀

在目前轎車(chē)車(chē)身四門(mén)涂膠及包邊壓合工藝中，人工操作的比例較大。以某車(chē)型為例，其工藝為：由人工將四門(mén)外板件分別放入各自涂膠工裝臺(tái)，并由人工手動(dòng)對(duì)外板件涂折邊膠、隔震膠，涂膠完成之后再將內(nèi)板件與外板件扣合，扣合完成后手動(dòng)將工件放入包邊壓機(jī)壓膜內(nèi)，按下啟動(dòng)按鈕壓機(jī)開(kāi)始?jí)汉希瑝汉贤瓿珊笤偈謩?dòng)將成品工件從壓膜內(nèi)取出。

（一）涂膠工藝現(xiàn)狀。

1.前門(mén)涂膠工藝。折邊膠：型號(hào)為E56，涂膠直徑為3mm，涂膠長(zhǎng)度為沿車(chē)門(mén)四周共計(jì)3070mm，膠中心離邊距為7mm，涂膠狀態(tài)為條狀，涂膠量約22CC，涂膠位置為外板內(nèi)側(cè)。

隔震膠：型號(hào)為Z69，高度為8～12mm和18～22mm，直徑為20mm共21點(diǎn)，直徑為30mm共8點(diǎn)，涂膠狀態(tài)為點(diǎn)狀，涂膠量最大約125CC，涂膠位置為內(nèi)板和外板之間（圖1a）。

圖1 前后門(mén)隔振膠涂膠位置

2.后門(mén)涂膠工藝。折邊膠：型號(hào)為E56，涂膠直徑為3mm，涂膠長(zhǎng)度沿車(chē)門(mén)四周共計(jì)2930mm，膠中心離邊距為7mm，涂膠狀態(tài)為條狀，涂膠量約為21CC，涂膠位置為外板內(nèi)側(cè)。

隔震膠：型號(hào)為Z69，高度為8～12mm和18～22mm，直徑為20mm共24點(diǎn)，直徑為30mm共6點(diǎn)，涂膠狀態(tài)為點(diǎn)狀，涂膠量最大約為120CC，涂膠位置為內(nèi)板和外板之間（圖1b）。

3.發(fā)蓋涂膠工藝。折邊膠：型號(hào)為E56，涂膠直徑為3mm，涂膠長(zhǎng)度沿發(fā)蓋四周共計(jì)3300mm，膠中心離邊距為7mm，涂膠狀態(tài)為條狀，涂膠量約為23CC，涂膠位置為外板內(nèi)側(cè)。

隔震膠：型號(hào)為Z69，高度為8～12mm，涂膠狀態(tài)為條狀，涂膠長(zhǎng)度為2700mm，涂膠量約為305CC，涂膠位置為內(nèi)板和外板之間（見(jiàn)圖2）。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋隔振膠涂膠位置

（二）當(dāng)前涂膠工藝存在的問(wèn)題。從以上四門(mén)及發(fā)蓋涂膠的要求和工藝可以看出，當(dāng)前的涂膠工藝流程存在較為明顯的缺點(diǎn)，具體表現(xiàn)在：

1.人工涂膠操作環(huán)節(jié)多，不利于工作效率的提高，影響車(chē)身件產(chǎn)能輸出。

2.人工涂膠質(zhì)量控制較為困難，容易導(dǎo)致涂膠不均勻及涂膠質(zhì)量問(wèn)題，造成車(chē)身返修浪費(fèi)。

3.涂膠時(shí)，彎腰擠膠頻繁，人機(jī)工程傷害大，并存在安全隱患。

4.對(duì)于復(fù)雜形狀的零件，人工涂膠幾乎無(wú)法完成。[2]

二、機(jī)器人在涂膠工藝中的應(yīng)用

隨著科技的飛速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)在越來(lái)越廣的領(lǐng)域中普及開(kāi)來(lái)，為解決上述涂膠工藝中存在的問(wèn)題，可使用機(jī)器人技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)更高自動(dòng)化程度的工藝流程和更高靈活性的操作，但需對(duì)現(xiàn)有操作設(shè)備和工裝進(jìn)行以下改進(jìn)設(shè)計(jì)。

（一）上件臺(tái)工裝。上件臺(tái)工裝采用滑移臺(tái)，滿足左右門(mén)共用。定位塊、支撐塊采用藍(lán)色MC尼龍材料，上件臺(tái)上的工件定位采用外板型面仿形定位，加真空吸盤(pán)固定，裝有檢測(cè)開(kāi)關(guān)，檢測(cè)工件的有無(wú)及左右門(mén)切換，工裝臺(tái)高度不大于800mm，充分考慮人機(jī)操作原理。人工將工件外板放至上件臺(tái)并按下上件完成，滑移臺(tái)將工件運(yùn)送至機(jī)器人涂膠位置，機(jī)器人開(kāi)始對(duì)工件進(jìn)行折邊膠、隔震膠涂膠，涂膠完成后滑移臺(tái)再將工件運(yùn)送至上件位置，人工對(duì)工件內(nèi)外板進(jìn)行扣合，扣合完成將工件搬運(yùn)至壓機(jī)上件臺(tái)。前后門(mén)各2套滑移臺(tái)工裝（左右門(mén)共用，見(jiàn)圖3），發(fā)蓋為一套工裝。

圖3 上件滑移臺(tái)

（二）四門(mén)壓機(jī)改造、增設(shè)自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)。四門(mén)壓機(jī)（圖4）由原人工上下件改為自動(dòng)滑移上下件，人工將扣合完成的工件放入壓機(jī)上件滑移臺(tái)，并按下上件完成后滑移臺(tái)將自動(dòng)將工件輸送至壓機(jī)壓模位置，壓機(jī)開(kāi)始對(duì)工件進(jìn)行壓合（前門(mén)壓機(jī)增加模具定位槽共4個(gè)并同時(shí)提供定位鍵，需現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)位置），壓合完成后壓機(jī)自動(dòng)將工件頂升，再由下件滑移臺(tái)將工件滑出，人工下件，按下下件完成結(jié)束一次循環(huán)。自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)輸送總成板件平穩(wěn)，滿足四門(mén)人工放件要求，員工放件方便，自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)滿足左右門(mén)通用。

圖4 四門(mén)壓機(jī)

（三）膠槍、涂膠系統(tǒng)改進(jìn)。方案采用機(jī)器人抓槍進(jìn)行涂膠，膠管采用平衡吊裝置進(jìn)行吊裝，涂膠系統(tǒng)采用諾信涂膠系統(tǒng)，左右前門(mén)工位折邊膠使用S100伺服定量計(jì)膠槍，隔震膠S165伺服定量計(jì)膠槍；后門(mén)及發(fā)蓋工位折邊膠采用S100伺服定量計(jì)膠槍，隔震膠采用S300伺服定量計(jì)膠槍。S300伺服定量計(jì)需要單獨(dú)一個(gè)安裝支架。膠泵采用雙柱式升降機(jī)構(gòu)，折邊膠采用單泵方式供膠，隔震膠采用雙泵切換方式供膠。膠桶規(guī)格為5加侖，桶內(nèi)直徑為285mm。涂膠系統(tǒng)采用水循環(huán)加熱，涂膠速度根據(jù)機(jī)器人速度變化而變化，四門(mén)隔震膠采用定量打點(diǎn)涂膠。涂膠系統(tǒng)與機(jī)器人通訊方式采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線，每個(gè)工位采用一套涂膠系統(tǒng)，前門(mén)S100伺服定量計(jì)折邊膠和S165伺服定量計(jì)隔震膠共用，后門(mén)及發(fā)蓋S100伺服定量計(jì)折邊膠和S300伺服定量計(jì)隔震膠共用。

（四）機(jī)械人主要設(shè)備。

1.機(jī)器人選型分析?？紤]該方案為機(jī)器人帶動(dòng)2把膠槍進(jìn)行涂膠，分別為折邊膠膠槍和隔震膠膠槍，要求機(jī)器人帶載能力不小于130Kg，根據(jù)方案布局，要求機(jī)器人工作半徑不小于2500mm（見(jiàn)圖5），再考慮膠管充膠后的質(zhì)量、以及對(duì)涂膠質(zhì)量的要求，要求機(jī)器人的出膠量與機(jī)器人末端速度實(shí)時(shí)匹配，因此選用ER210-C40型號(hào)機(jī)器人進(jìn)行涂膠。

圖5 涂膠機(jī)器人工作半徑

2.涂膠機(jī)選型分析。涂膠機(jī)膠槍采用伺服定量計(jì)膠槍。經(jīng)發(fā)蓋涂膠項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)及涂膠初步計(jì)算分析，折邊膠采用S100伺服定量計(jì)，前門(mén)隔震膠采用S165伺服定量計(jì)膠槍，后門(mén)和發(fā)蓋隔震膠采用S300伺服定量計(jì)膠槍，涂膠系統(tǒng)為折邊膠和隔震膠共用一套。圖6為涂膠機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)。

圖6 涂膠機(jī)現(xiàn)場(chǎng)

（五）機(jī)器人涂膠風(fēng)險(xiǎn)分析及改進(jìn)工藝。針對(duì)四門(mén)發(fā)蓋涂膠，機(jī)器人抓槍進(jìn)行涂膠，因發(fā)蓋與左右后門(mén)為同一個(gè)工位存在風(fēng)險(xiǎn)，因此對(duì)后門(mén)和發(fā)蓋涂膠工位風(fēng)險(xiǎn)分析如下。

1.涂膠區(qū)域過(guò)大，膠管在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)有彎折扭曲，與機(jī)器人手臂會(huì)有摩擦。在進(jìn)行大范圍涂膠時(shí)機(jī)器人需帶動(dòng)膠管來(lái)回運(yùn)動(dòng)，這樣膠管接頭處容易松動(dòng)導(dǎo)致發(fā)生滲膠現(xiàn)象。

2.諾信涂膠膠管采用水循環(huán)加熱，加重了膠管重量，膠管吊裝在空中，在機(jī)器人高速運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的碰撞摩擦，可能導(dǎo)致水循環(huán)加熱外包裝及膠管損壞。

針對(duì)以上風(fēng)險(xiǎn)分析，在膠管接頭處進(jìn)行密封改進(jìn)，并對(duì)膠管接頭處進(jìn)行加固，避免滲膠現(xiàn)象出現(xiàn)；對(duì)膠管布局進(jìn)行改進(jìn)，使膠管受力最小化，確保機(jī)器人在高速運(yùn)動(dòng)中不會(huì)對(duì)膠管拉扯力過(guò)大，減小膠管受力。因?yàn)槟z管重量及吊裝原因，因此膠管使用壽命將會(huì)降低，膠管、加熱水管均為易損件。

三、實(shí)施效果

（一）涂膠工作效率有效提升。機(jī)器人涂膠通過(guò)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)控制，能夠精確控制涂膠位置、出膠流量和運(yùn)行速度，能夠保證統(tǒng)一均勻的膠形，達(dá)到理想的涂膠效果[3]。機(jī)器人的使用可實(shí)現(xiàn)某些人工難以觸及的位置涂膠，也可對(duì)控制復(fù)雜的空間運(yùn)行軌跡，尤其在涂膠點(diǎn)較多的車(chē)型中，能有效提高涂膠質(zhì)量和效率。

（二）減少人工使用，提升涂膠質(zhì)量。使用機(jī)器人涂膠，大大減少涂膠過(guò)程中的人工參與，借助于機(jī)器人的精確控制，使得出膠均勻，可有效改善產(chǎn)品的外表美觀度。

（三）消除隱患，有效降低安全風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)器人涂膠減少了人工使用，降低了人機(jī)工程傷害，同時(shí)通過(guò)生產(chǎn)線工藝優(yōu)化，消除與焊接干涉引起的割傷、碰傷等安全隱患。[1]

四、結(jié)語(yǔ)

機(jī)器人在涂膠工藝中的應(yīng)用和改進(jìn)使得涂膠效率和涂膠質(zhì)量均大幅提升，其自動(dòng)控制還大幅降低了人力使用成本；機(jī)器人涂膠均勻穩(wěn)定，返修率低，將對(duì)了用膠成本。在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)器人涂膠雖操作簡(jiǎn)單，但需注意各工藝參數(shù)的設(shè)定應(yīng)合理正確，操作人員也應(yīng)具備極高的安全意識(shí)和質(zhì)量意識(shí)，時(shí)刻監(jiān)控涂膠質(zhì)量。由于機(jī)器人涂膠的各種優(yōu)勢(shì)明顯，在各主機(jī)廠的涂膠工藝中將廣泛應(yīng)用。

[1]翟尚榮，劉立華.一種門(mén)蓋整體式多點(diǎn)涂膠裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015(12):11-12.

[2]孫穎，葉玉杰，高振元，等.機(jī)器人涂膠滾邊工作站[J].自動(dòng)化博覽，2008(9):74-75.

[3]成華，滑德富.涂膠機(jī)器人在艾瑞澤7白車(chē)身上的應(yīng)用[J].汽車(chē)生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)，2014(5):42-44.

[責(zé)任編輯 鄭麗娟]

Robot Technology Application in Car Body Glue Process

Lou Jie1Dai Longquan2

(1.School of Automotive Engineering,Wuhu Institute of Technology,Wuhu,Anhui 241006;2.Chery Automobile Co.,LTD,Wuhu,Anhui 241008)

Car body coating is an important method to improve the ride comfort and aesthetics of the vehicle during the manufacturing process of the car body.At present,the proportion of manual operation is too large in the body coating process,resulting in inefficient work,difficult to control the quality of coating,and there are potential safety problems.Robot technology is a good solution to the above problems.

robot;body;coating

U466

A

2095-0438（2017）02-0147-04

2016-09-02

婁潔(1976-)，女，山東臨沂人，蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院副教授，碩士，研究方向:汽車(chē)及零部件設(shè)計(jì)、新能源汽車(chē)技術(shù)。

安徽省教育廳自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(KJ2014A282)；蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級(jí)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（wzykj2016A03）。