高速车车体机器人自动打磨过量处理措施研究

李子禹 孙克安 王保仲

摘要：使用人工智能代替人类进行劳动的思路，在不少行业中得到了应用，现代社会中，机器人越来越常见，工业机器人的用途也越来越广泛。工业领域内已经利用机器人打磨进行工业作业了，以现在的研究程度来看，机器人打磨技术还不够完善，不能为工厂带来太多的经济收益。但是这些都是相对的，机器人打磨技术的成熟是需要时间的，在不久的将来机器人打磨势必能够取代现在的人工打磨，为工厂提高打磨效率，达到资源的最大化利用。机器人等高端智能领域的技术发展程度，是国家综合科研领域实力的体现。中车唐山机车车辆有限公司高速车车体制造过程中的生产现场需 要。中车唐山公司建立起的高速动车组车体智能制造产线以车体制造关键工艺装备和系统的研制为引导,实现高速动车组车体制造关键工艺装备的系统设备集成。随着我公司科技进步及对劳动力不足的需求，对打磨工艺也提出了更高要求。侧墙长大焊缝人工打磨，不仅需要大量人工，在打磨过程中铝屑、粉尘还会对人体产生危害，使操作工有职业病潜在风险。而且人工打磨纹路不均匀，宽度不一致，外观不漂亮。使用机器人自动焊缝打磨设备进行打磨，不仅解放了大量的劳动力，并且打磨效果一致性变的更好，体现了精益生产的自动化。

关键词：工业机器人    控制技术    打磨系统    故障处理及措施   

随着现代社会工业化进程的不断加深，机械行业已经迎来了长足的发展，人们身边的机械加工物品越来越多。日常用品很多都需要经过打磨才符合人们的审美观点，但是手工打磨的传统打磨方法实在是太耗费时间，新手打磨出的工作面平整度可能达不到工艺要求，而且各个同类物品之间还会存在一定的差异性，这是手工打磨的物品可能存在的弊端。所以当前工业上的研究目标就在于将机器人在产品打磨领域投入使用，代替人力去进行一些繁琐的工作，机器人能够在很多不利于人类工作的环境下完美完成预设工作，也能保证制作产品的标准性，深入研究机器人打磨系统控制技术，能够提高机器人打磨的工作效率，为工厂带来更大的经济效益。

工业机器人技术自21世纪60年代初问世以来，短短的50年取得了巨大的进步。目前我公司在自动焊接、检测等工序已使用大量机器人，目前正在进行的高速车车体新模式是我公司这两年的重点项目。已成为公司未来发展的重要平台。侧墙焊缝打磨机器人是这个项目中的第一个应用成果。在项目的试生产过程中，暴露出设备和实际生产产品不匹配、检测环节时间过长、打磨质量不佳等问题。

一、机器人自动打磨过量带来的影响

（一）原因分析

1、自动焊缝打磨设备打磨压力是一成不变的，容易造成起始部位气缸突然落下产生的巨大冲击力使侧墙打磨过量的问题，

2、侧墙焊缝打磨机器人打磨时压力是根据侧墙整体设定的，打磨压力是固定的。焊缝打磨采用先铣刀后打磨的方式，打磨初期打磨片还没有磨损去除量过大和气缸下降的冲击力等综合因素导致打磨起始位置打磨过量

（二）当前现状

上世纪六十年代，工业机器人在这个世界首次出现，在那之后，世界上很多国家都投入了一定的人力物力来进行机器人方面的研究，也涌现出了很多的专业公司，中国在这个领域属于新人，想要追上世界上先进国家还需要进行不断的努力。针对机器人研究的属于高端的研究，该项研究能够给在于一定程度上反映国家在科技领域的综合能力。日本和德国等国家作为工业大国，对机器人领域有很多的研究，这些国家的科研资金投入也是巨量的，中国虽然在机器人领域的研究时间比较短，但是还是取得了一定的进展，在机器人打磨技术的研究领域，我国还是有一些发言权的。[1]中国目前正在努力实现经济赶超，而经济发展绝对避不开工业领域的进步，机器人替代人类。

机器人只是根据程序对工件进行打磨，完成规定任务，不同尺寸和形状的工件夹取方法很有可能相同，这就容易引起加工精度低等现象。对于一些要求不高的物品来说，这些加工误差可以被忽略，但是对于一些精密仪器来说，这样的误差是不能容忍的。引起这样的问题的主要原因是机器人打磨的控制系统有漏洞，当前很多机器人的控制系统都是属于开环控制，系统中没有反馈机制，机器人只需要按照系统指示工作到底，至于工作结果如何，系统并没有一个评定。当下最值得研究的问题，就是如何为机器人打磨系统添加合适的反馈机制，让机器人能够时刻根据打磨进度和打磨要求及时调整工作。

由于侧墙焊缝打磨机器人在国内还是首次应用，使用中出现了各种各样的问题。此项目就是为了解决缝打磨机器人在打磨起始位置打磨过量和重复再启动打磨过量这两项问题。改善前打磨压力是一成不变的，容易造成起始部位气缸突然落下产生的巨大冲击力使侧墙打磨过量的问题，

二、如何提升机器人自动打磨技术

（一）通过对PLC程序的优化，针对打磨初期进行分段压力控制。同时对输入的压力值进行计算，按百分比对实际输出压力值进行控制。这种程序优化，既可以控制输入压力过大不能动态调节的弊端，又能针对每一段焊缝对其压力进行针对性的控制的作用，从而保证侧墙焊缝打磨机器人打磨时整体保有正确的压力。通过增加新的控制程序，对输入的压力值进行数值运算、逻辑运算，分为三段进行压力控制，第一段为初始焊缝打磨压力控制，第二段为过渡焊缝压力打磨控制，第三段为正常连续焊缝打磨控制。

（二）通过HMI输入打磨所需要的压力值，可以随着生产需求进行设定。

（三）摸索出侧墙焊缝打磨合理的起始打磨压力，制定出合理的对策。采用新的方法后，打磨后的效果满足要求，所有加工表面相对侧墙表面高度全部合格，为后道附件的安装顺利进行，提供了质量保证。

四、总结

未来的工业领域，机器人全面替代人类进行一些高强度高难度以及重复性工作基本已成定局，抓住机会抢占先机是时代对中国研究人员提出的要求。文章正文对机器人的发展进行了简要分析，并对机器人打磨系统控制技术的改进提出了一点自己的看法，但是该项技术还存在不少需要深入研究才有可能解决的问题，比如坐标系如何建立以及控制核心如何确保精准度等问题，这些都是阻碍机器人打磨技术发展的不利因素，如何处理是当下机器人打磨领域急需思考的问题。

综上所述，通过对机器人焊缝打磨系统PLC程序的创新优化，大大提高了焊缝打磨质量，使在机器人进行打磨时打磨片与焊缝的相对压力更加精确，打磨效果更佳。极大的提高了打磨质量，使改进后质量合格率相对于改进前提高了50%，减少了机器人打磨完成之后返修率，取得了良好的经济效益。同时也避免了人工对HMI数据的频繁修改，提升了效率，可实现自动化连续可靠运行。改进后的工艺在350标动项目中得到应用，取得了良好的实际效果。改善后通过优化、改善PLC程序构架，使用了动态打磨压力，有效避免了打磨起始部位打磨过量的问题。可应用到与之相匹配的到所有智能打磨机器人设备当中，有效提高产品质量，大大减少了后期因为质量问题产生的损失，提高了加工智能化、自动化水平。

解决了侧墙焊缝打磨机器人打磨过量的质量问题（250高速动车组、350高速动车组、厦门地铁等所有使用智能机器人打磨的设备）。 同时，大幅减少了因打磨过量后的返修量，及手工加工的劳动量，提高了生产效率和打磨质量。经过经验积累。还掌握了合理的打磨压力参数与工艺，积累了类似自动打磨机器人的数据和经验。为以后生产此类项目顺利量产和类似结构产品的制造，能够提供坚实的技术基础和工艺方法保障。

参考文献：

[1]于复生，徐升明，杜桂林，等.基于S7-200PLC的散热片自动化装配的控制系统设计[].组合机床与自动化加工技术，2015（11)：107-109.

[2]李勇波，杨扬，何佳，等.基于PLC和触摸屏的光纤预制棒加工专用机床改造[].组合机床与自动化加工技术，2016（7)：121-123.

[3]王超，徐力生，徐蒙，等.基于PLC的灌浆压力自动控制系统设计与试验研究].中南大学学报（自然科学版），2017,44（10)：40554062.

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