原创《机器人水切割技术在汽车内饰件中的应用》：本文关于水切割论文范文,可以做为相关论文参考文献,与写作提纲思路参考。
摘 要：随着消费者对车内舒适宽绰空间要求的不断提高,由局部平面和不规则的空间曲面组合而成的非织造材料汽车内饰件加工遇到前所未有的挑战.为了实现复杂工件上满足定位孔、安装孔的精准切割的需求,本文设计的机器人水切割系统采用六自由度机械臂驱动 400MPa 的超高压射流水刀切割汽车内饰件,内饰件参数采用数字化录入系统,可以实现较高的作业效率、精确地作业轨迹、一致的切割参数,同时满足汽车制造业柔性化、批量化的要求.
关键词：高压；机器人；水切割；控制；安全
1 绪论
水切割作为一种冷态加工方法,与切割材料无机械接触,无热聚集,所以不会破坏材料的内部组织.切缝窄,材料损耗小,清洁无污染,切割介质成本低等明显优势.现已在军工、航空航天、纺织工业、水下作业以及汽车内饰件等高、尖、难技术领域做到以推广应用.在机器人技术和自动控制的辅助下,水切割不断向超高压、高柔性、高精度方向发展.水切割设备和机器人技术相结合可以实现不规则形状工件的精确切割,只要调整相应的控制程序,就可以满足各种形状另加的加工工艺要求.这种具备高自动化和柔性化的机器人水切割是未来加工的必然趋势.
汽车内饰件传统的加工方法,是按照型面特征设计专用刀具和模具,设计要求高且成本昂贵.汽车内饰件现在大量使用非织造材料,而且数量还在不断增加.非织造材料在切割过程中会产生大量悬浮的纤维飞尘,使做到工作环境情况极为恶劣.如果不能有效控制,严重影响工人的身心健康；工件的加工质量和参数一致性受材料各向异性的限制,汽车顶棚内饰的生产技术急需突破.
本文根据汽车顶棚和仪表盘切割工艺要求分析、设计了基于相位式增压泵和ABB六自由度关节式机器人的水切割工作站,对加工工作站系统构成进行简单介绍,讨论了高压水路和机器人系统结合后的工作原理,分析了汽车仪表盘的具体切割切割工艺及编程,设定了仪表板切割工艺参数.实践证明该系统性能稳定、工件切割质量好、生产效率高,适合推广应用.
2 整体结构设计规划
机器人水切割主要的功能系统模块包括：①六轴工业机器人.②水切割系统.③双工位工装与定位系统.④废水废渣收集系统.⑤真空吸尘系统.⑥工件数据输入系统.⑦信号检测和控制系统,以求最大化的满足生产工艺要求,提高生产生产效率.在这个工作站,双工位工装的设置,可以交替上下料,提高工作效率并且满足生产定位.根据工件的设计基准、工件位姿关系,把工件安装在定位工装上；水刀安置于机器人第六轴末端进行固定,根据工件的空间曲线变化和流体型面的走向,机器人可以实时响应,适时调整切割路线,精准切割复杂零件,实现各类工件复杂多变的生产要求；通过真空吸附装置有效控制非织造材料在加工過程中产生的四处纷飞的粉尘；控制检测系统及内置的各类传感器实时监控加工过程中工件的具体位姿,以及操作人员是否在安全区间操作,保证了人身安全的同时检测生产质量；最后经过废水废渣回收系统,对排放的污水水和切割废料统一收集整理,避免乱排乱放引起环境污染.
3 水切割系统工作原理
水切割技术,是利用水或是添加了磨料的水,经过水泵至增压器,流经储液蓄能器保证高压液体持续且流动平稳,最后通过人造宝石喷嘴高速射出,形成 300至900 米/秒的高速液体流,直接作用于工件表面,水流压力克服材料的强度极限,就达到去除材料的切削目的.值做到一提的是,水切割系统用水需要进行过滤、软化处理,以保证切割喷嘴宝石环的使用寿命.水切割系统构成如下图所示.
水切割系统构成示意图
4 水切割机器人关键技术
4.1 机器人选型及控制
汽车顶棚和仪表盘的形状不规则,曲线和流体型面难以切割成型.在汽车顶棚上往往需要开多个孔以满足安装前后顶灯、全景天窗的配置需求.水切割现场环境湿度较大,工作场合工况复杂恶劣,选用 ABB公司的IRB-2400 六自由度防水机器人实现水切割,能够适应产品需求柔性变化,以满足不同空间型位切割的速度和位姿要求.
机器人控制柜是工作站系统的控制核心,它完成机器人的运动控制以实现工件精确定位切割,并通过机器人控制柜的通用I/O接口实现工作站按钮管理和外部动作控制,例如打开和关闭切割头、启动真空吸附和抽风除尘装置等.机器人模拟量输出口控制变量柱塞泵的恒压控制系统实现高压水切割压力的无级调节,以满足不同厚度工件的切割要求.机器人控制柜和增压泵控制系统通过RS232串口连接实现通讯,当增压泵或机器人系统出现故障或急停时,系统将同时将其关闭以保证工作站安全.汽车仪表板上的定位孔和仪表板工作台定位柱配合完成工件精确定位.
机器人控制柜为IRC M2000/Base Ware OS 4.0,控制柜带有RS232,RS422接口和两个Ethernet通道,可与PC进行通信,实现文件交换.机器人控制器可以配备不同的通讯模块实现不同的通讯联接.本系统采用以太网连接方式进行程序上下载,上载的程序可以在Windows自带的记事本中进行编辑.机器人配备了支持多任务Base Ware OS操作系统,用于控制整个机器人的运作,如运动控制、编程/运行机器人应用程序和通讯等.
4.2 基于三维重建的机器人切割轨迹规划
工作站切割的工件为汽车顶棚和软质仪表板,而仪表板外层采用ABS高分子材料,或者是PVC真空吸塑成型,缓冲材料为PU泡沫,骨架材料采用ABS.由于每批仪表板加工成型后的形状和实际尺寸会有误差,所以每批工件切割之前要检测定位点,精确定位检测程序会根据仪表板上的定位标识来判断这批工件是否在切割精度范围之内,否则应对切割程序进行切割点在线调整以适应工件的变化.
高压水射流无论处于什么加工角度,都必须严格保证垂直于加工表面,尽量减小水射流发生散射,以免留下毛刺和飞边.在充分了解非织造材料特性的基础上,建立切割系统的运动仿真模型,运用计算机建模仿真技术,设计规划高压水切割系统的资源配置,动态模拟射流和高水压对加工效率的影响.参照三维模型生成切割工位某个点或线的法面或法线,去发现系统方案隐藏的问题,经过反复运算、修改和调整参数,针对各种工位进行规划线路,对于整体生产线运动部件动作的顺序执行和运动轨迹,运用干涉分析法进行充分优化,从而提高生产效率.
5 故障与安全
安全设施和故障应对系统相当重要,可采取以下防范措施：
（1）操作区域设置有安全护栏、安全门等检查保护措施,系统要想正常开机运行,必须关闭安全门,以免出现操作人员误入、误操作设备,造成误伤.
（2）设备启动前,系统首先自检、初始化,使运动部件回归原位,为执行相应的加工工艺做准备.
（3）高压水泵和机器人,以及其他设备之间的动作能可靠互锁,以确保设备安全运行.
（4）故障处理报警器实时监测机械手是否移动到位,检测水压是否正常,若有异常情况立即发出报警信号.
（5）生产线故障处理系统实时监测水泵增压器、机械手、冷水系统装置、水软化处理装置、废水处理系统装置、定位及滑动工作台等设备的工作状态,如有故障快速响应,发出报警信号,及时停止故障设备以及正在运行的工序,工程师查询现场情况后,后续工位完成此次操作后,停止,等待下次运行启动；
6 结语
通过系统的智能设计与参数智能输入,规划了机械手的运动空间和运行轨迹,最大切割速度可达 每秒钟200 mm,切缝只有 0.2 mm 左右,切割误差小,定位精度高,系统稳定性好,响应速度快,人机交互性好.操作过程安全、环保、智能,能有效保障操作人员的安全,特别适合自动化流水切割,是非织造汽车内饰件生产技术的一次有效提升和改进.
绿色环保是这个时代的主旋律,顺应时代潮流的水切割技术的应用范围将不断扩大.智能机器人技术也在不断完善,水切割技术与机器人技术的有机结合将会有更大的发展空间.随着水切割机器人的智能化、模块化和标准化程度的提高,在消防、防爆、采掘业等领域中,水切割的优势将会更加凸显.
参考文献：
[1]杨志,陈世明,张毅军,李满.高压水射流技术的发展及应用[J].机械管理开发,2009,5（24）：87-90.
[2]刘丽萍,王祝炜.高压水射流技术及其在汽车工业的应用[J].汽车技术,2000（2）：18-19.
[3]杨志,陈世明,张毅军,李满.高压水射流技术的发展及应用[J].机械管理开发,2009,5（24）：87-90.
水切割论文参考资料：
结论：机器人水切割技术在汽车内饰件中的应用为适合水切割论文写作的大学硕士及相关本科毕业论文，相关水切割开题报告范文和学术职称论文参考文献下载。
