机器人在发动机缸体清洗中的应用.docx

( 天津雷沃动力股份有限公司，天津 300402)摘 要: 介绍了机器人清洗机的设备构造及特点，详细叙述了各工位的具体工作过程。工件上下料采用机器人抓取的形式，清洗、去毛刺和吹干等过程均为自动。经生产实践证明，在发动机生产加工线上采用 机器人清洗机能适应多品种切换的清洗需要，可以有效地提高缸体清洁度，符合环保、节能、降低成 本的要求，并提高了生产率，最终达到柔性生产的需求。关键词: 机器人清洗机 发动机缸体 清洗 环保application of robot in engine cylinder cleaningmei jie，song yi，xiao chunlin，tai jingde( tianjin lovol engines co. ，ltd，tianjin 300402，chn)abstract: the composition and characteristics of robot washer and each stations processes and operations were intro-duced in detail . the cylinder was transferred by robot between up and down process station ，the clean- ing ，the deburring ，blow process and so on were used the completely automatic work of robot . it can be proved by practice prodution that the application of the robot washer has used in the cylinder clean in engine production processing ，adapted the variety changing ，flexible ，enhanced cylinder cleanliness ， improved the productivity and environmental protection grade ，and saved the economical investment in effectively.keywords: robot; engine cylinder; cleaning; environmental protection近年来，随着国际环保部门针对汽车尾气颁布了更高的排放标准，日趋激烈的市场竞争对汽车零部件 质量水平提出了越来越高的要求。绿色动力成为了市 场上的“宠儿”，柔性生产和精益制造成为广大制造企 业的理念。清洁度作为汽车产品质量及可靠性的重要 指标，已经引起了人们的高度重视。在加工过程中，附 着于零部件表面的杂质会影响精加工工序的准确定 位，进而影响零部件的尺寸精度; 在装配过程中，少量 的铸造型砂、细小的切屑都会损坏发动机总成等部件， 进而影响发动机的性能及寿命。因此，如何提高清洁 度已经成为国际汽车制造业所面临的一个重要课题。 现在提出的一项新技术机器人清洗机是清洗领域 的一次革命，也是柔性清洗的一个里程碑。本文首先 对传统的清洗机做简单的介绍，重点分析机器人清洗 机如何在发动机生产过程中发挥至关重要的作用以及 工作流程。进、特点突出、使用范围较广、发展也较快。现已经历了喷淋式清洗、沉浸式清洗、超声波清洗、蒸发脱脂清 洗和激光清洗等几个阶段。经过对清洗机喷射系统等 相关技术的深入研究表明，水射流高压清洗是清洗机 领域的一项新技术，如今国外一些优质清洗机的清洗 压力已达到 60 mpa，水射流高压清洗技术的机器人清 洗机采用纯水清洗，在不损伤零部件、且保证清洁度的 同时提高了清洗效率，是目前国际上占绝对优势的一 项清洗技术，到目前为止，高压水射流清洗已经成为西 方发达国家的主流清洗技术，占到清洗业市场份额的80% 。在发动机缸体的传统生产线加工过程中，需要对 缸体内外表面和孔系中的珩磨油、切屑、石墨粉和杂质 等进行清洗以及除去缸体的毛刺。随着欧三排放标准 的实施，发动机可靠性的高低与整机清洁度质量密切 相关，因此对缸体清洁度的要求越来越高，传统清洗机 在设计时均采用定点定位、紊流、烘干等十多个工位， 虽然能够满足要求，但成本高、机床体积大、调整及维 修困难。而机器人清洗机在满足清洁度的要求下可以清洗技术及清洗机的国内外发展现状清洗机是一款典型的现代化清洗设备，其技术先1很好地解决上述问题。也可以根据被清洗部位的不同，设计不同类型、不同压力的清洗喷嘴。如表 1 所示为传统清洗机和机器人清洗机在清洗发动机时的各项性能指标。表 1 发动机缸体的清洁度调查表中: 为规格中心值， = ( 规格上限 + 规格下限) /2; 为取样过程标准差; cpk 为工艺能力指数。由规格 公差 t( t = 规格上限 规格下限) 和取样过程标准差 可计算出 cpk 值( cpk = t / ( 6 ) ) 。cpk 的评级标 准: a + + 级 cpk2. 0 特优，可考虑成本的降低; a + 级 2. 0 cpk1. 67 优，应当保持之; a 级 1. 67 cpk1. 33 良，能力良好，状态稳定，但应尽力提升为 a + 级; b 级 1. 33 cpk 1. 0 一般，状态一般; c 级 1. 0 cpk0. 67 差，制程不良较多; d 级 0. 67 cpk 不可接 受，其能力太差。从表 1 可以看出水射流机器人清洗机的各项性能 指标均比传统清洗机优越，cpk 值达到了 a + + 级。 机器人清洗机在采用纯水高压清洗方法时对缸体上的 珩磨油、切屑、石墨粉和杂质均能快速清洗掉，并且还 能够轻松去除缸体的毛刺，有效地保证了缸体的清洁 度，适应多品种的切换要求，提高生产率，更重要的是 降低了生产成本。如图 1 所示。器人清洗机的结构对比。机器人清洗机包括上料工位、清洗工位、下料工位和吹干工位，各工位间工件的 传送采用机器人传送。采用高压水去毛刺和清洗，无 任何化学清洗剂或热水，降低设备的操作和维护成本， 通过简单的设备却可以实现更高的可靠性，包含机器由图 1 可以看出，机器人清洗机在相同的投资资金上，成本的回报期较传统清洗机短，在相同时间内较 传统清洗机运营成本少。通过对比可以看出，机器人 无疑在将来的发动机缸体清洗的市场中前景广阔，并 且应用日益广泛。机器人清洗设备构造及特点2机器人清洗机由传输、水射流清洗机器人、清洗、除油、杀菌、除雾、排屑、过滤、送风、控制和安全回路等 几大系统组成。如图 2 和图 3 所示为传统清洗机和机 35 发动机缸体参数指标规格spec机器人清洗机传统清洗机cpkcpk有压力要求的油孔残留颗粒重量 / mg有压力要求的油孔残留颗粒最大尺寸 / m 无压力要求的油孔残留颗粒重量 / mg 水套孔残留颗粒重量 / mg112 50020251 . 07841 . 611 . 20 . 45411 . 280 . 417 . 3619 . 64 . 7919 . 34 . 491 2468 . 996 . 532 . 612443 . 533 . 770 . 831 . 711 . 041 . 63人柔性技术的标准解决单元。设备构造简单，灵活性好，模块化组合有效地节省 了设备的占用空间; 营运成本较低，纯水清洗环保节 能，节省了投资资本; 符合多品种切换的柔性生产，提 高了生产率; 机器人运行平稳，定位精确，重复误差小; 机器人抓具调换方便，可以适应多品种的切换抓取; 有 效地保证设备安全工作和手动操作。下面对具有特色的系统进行详细介绍。2. 1水射流清洗机器人系统水射流清洗机器人为高性能 6 轴机器人，并配备 正压平衡装置、专用手腕、水射流型保护装置和标准工 业计算机等组成，具有远程诊断、模拟、编程、检测、存 储、安全保护和 plc 等功能。特定的负载和运动惯量 的设计，使机器人运动速度和特性达到最优。机械结 构采用模块化设计，其可调机械手臂使机器人系统具 有更大的活动空间和柔韧性，可以在高度腐蚀性的清 洗环境下使用，不需额外的护罩保护。视觉系统由红色环形光源、高性能镜头相机和分 析处理系统等硬件构成; 视觉系统将被摄取目标转换 成图像信号，图像处理软件根据像素分布和亮度、颜色 等信息，将这些信号进行各种运算后，转换为目标的特 征，进而实现对工件的识别和定位功能，并根据这些来 控制机器人等设备的动作。工件夹具主要由支撑框架、夹紧机构、引导销、工 位检测传感器、辅助压紧装置及卡盘等部件组成。其 工作过程为: 工件夹具在机器人的带动下，利用定位销 柱可以准确地对准工件上的销孔; 接着夹子末端伸入 工件后张开，其末端倒钩接触到工件内壁上表面，辅助 压紧工件，实现工件的稳定抓取。该抓具调换方便、定 位准确、承载量大、安全可靠，可以适应多品种的切换 抓取，达到了柔性生产的需求。采用机器人上下料，符合多品种切换的柔性生产， 提高了生产率。机器人运行平稳，定位精确，环保节 能，可靠性高，重复误差小，灵活性好，其模块化组合有 效地节省了设备所占用的空间。统和安全门系统。急停系统的使用目的是在紧急条件下，可以实现所有设备立即停止工作并切断电源; 安全 门系统的作用是当清洗机处于安全模式时，允许操作 者进入工作站里面，进行机器人示教的手动操作。工作流程如图 4 所示是发动机缸体的清洗工作流程，包括 上料工位、清洗工位、吹干工位和下料工位。3( 1) 上料工位 当检测传感器检测到托盘和工件到位后，清洗室的门就会自动打开; 机器人通过视觉系 统对托盘上工件的类型空间位置进行视觉定位; 然后 机器人根据不同产品切换程序，抓取缸体并将其运送 到清洗室。( 2) 清洗工位 机器人抓取缸体，并将其运送到 清洗室旋转喷嘴应用区域，首先旋转喷嘴对缸体所有 表面及大部分螺纹孔和盲孔进行清洗; 接着直流喷射 喷嘴对曲轴孔、凸轮轴孔、主油道及缸体底面上润滑油 孔进行清洗和去毛刺; 然后低压大流量的喷嘴重点清 洗水套; 最后触针式喷嘴清洗细长的油孔; 机器人把工 件送到一组独立的吹气喷嘴边上并摇晃工件，去掉附 着的水分。( 3) 吹干工位 清洗后的缸体，由机器人运送至 吹干工位; 利用高压空气对工件面上的孔有针对性地 进行吹干; 利用空气对缸体整体进行彻底的吹干。( 4) 下料工位 吹干完成后，机器人直接抓取工 件; 通过视觉系统对托盘的空间位置进行视觉定位; 之 后机器人将工件放置到输送线的托盘上。控制系统机器人清洗控制系统采用 plc 进行控制，主要完 成清洗系统各部分之间的协调和控制、发动机缸体的 清洗工作。控制系统提供的工件加工状态信号，包括 启动、停止、暂停和急停等运转状态，均可以通过操作 台进行控制，且系统运行状态及系统报警等由操作台 的指示灯指示或触摸屏上显示。2. 2清洗介质清洗剂经历了简单型、组合型、专用方便型三个发 展阶段。第一阶段所用的清洗剂主要是盐酸、硝酸、硫 酸、氢氟酸、氢氧化钠等。酸洗缓蚀剂品种少、性能差， 仅适用于某种耐腐蚀金属的洗涤; 第二阶段主要是组 合型清洗剂，如渗透剂、剥离剂、催化剂、三价铁离子还4安全回路系统安全回路系统包括两个独立的线路系统: 急停系2. 3 36 原剂和铜离子抑制剂等; 第三阶段是简单的专用方便型清洗剂、特殊污垢专用清洗剂、低剂量清洗剂的大量 应用。水射流清洗机器人清洗机采用纯水高压清洗，通 过工件的距离、与工件表面形成的水射流角度和水的 压力来有效去除油污和切屑等杂质，预洗压力为 0. 5 1 mpa，清洗压力为 15 20 mpa，去毛刺压力为 40 60 mpa，没有化学清洗剂，无需加泡沫材料、热水等，降低了电能的消耗。发动机缸体的材质主要为铸铁和铝质，在使用纯 水清洗、吹干完成后，可保证 5 7 天不发生锈蚀。如 果需要库存，需要加少量的防锈剂进行清洗。planning : methods and problems. electronic manufacturing technologysymposium，1995 ( 10 ) : 52 58conway. process variables in the reflow soldering of surfacemount. elec- tronic manufacturing technology symposium，1990 ( 8 ) : 385 394gu p. hashemian m，sosale s. an integrated modular design methodol- ogy for life cycle engineering. cirp annals manufacturing technol- ogy，1997 ，46 ( 1 ) : 71 74leckbee j. curry r. mcdonald k. cravey r. grimmis a. an ad vanced modelof a high pressure liquid dielectric switch for directed ener- gy applications. digest of technical papers ieee international pulsed power conference，2003 ，2 : 1389 1393高书移. 专用清洗机在汽车工业中的应用. 组合机床与自动化加工 技术，1993 ( 6 ) : 2 13崔勇. 国内清洗机行业的现状及应重视的问题. 组合机床与自动化 加工技术，1998 ( 1 ) : 46 48姚得强. 发动机制造中缸体的典型清洗工艺 与 装 备. 清 洗 世 界，2007 ，23 ( 6 ) : 12 16郭彤梅. 中国工业清洗剂市场现状. 清洗世界，2006 ，22 ( 2 ) : 17 21 黎海. 发动机生产线物流系统. 汽车制造业，2009 ( 12 ) : 28 31 王绍俊. 机械制造工艺设计手册. 北京: 机械工业出版社，1985 .第一作者: 梅杰，男，1985 年生，工程师，主要从事234565结语7机器人清洗机具有构造简单、灵活性好、占用空间小、可靠性高、运营成本低、节能环保、精度高、柔性高、 产品质量高和投资少等诸多优点，因此机器人在发动 机缸体清洗中已广泛应用。该项技术已经在国内大型 发动机厂应用，故发展机器人清洗机，对提高我国汽车 工业、发动机行业的产品质量、生产效率、经济效益、国 际市场竞争能力等具有重要的意义。参 考 文 献1 kiritsis . d. a review of knowledge based expert systems for process8910发动机制造工艺设备开发与建设。( 编辑 蔡云生)( 收稿日期: 2009 07 31 )书讯数控铣工速成与提高( 机械工人速成与提高丛书)潘恩彩，易独清 编著，2008 年出版。邮购价: 38 元本书是专门为数控铣工编写的，是 机械工人速成与提高丛书 中的一本。主要内容包括: 数控铣床概述、数控铣削工艺分析、数控铣削加工编程技术、宏程序的应用、数控铣削加工实训、数控铣床自动编程与仿真加工以及数控铣床的检验与保养。本书根据 国内数控技术及数控机床的应用情况，针对岗前或在岗培训需要和自学的机械工人或职业院校机械类专业学生的特点，突出数控 技术的实用性和数控机床的操作性，力求做到理论与实践的最佳结合。本书的主要读者对象是数控铣工，也可供中等职业学校机械类学生使用。机电一体化系统设计禁忌( 机械设计禁忌丛书)高安邦等编著，2008 年 1 月出版邮购价: 77 元本书从实用的角度出发，详尽介绍了机电一体化系统中各关键技术的设计理念和方法; 然后再针对实用的设计理念和方法，介绍了有关设计应注意的问题。本书注重理论联系实际，为了使读者在设