关于发动机缸体机器人最终清洗机的优化

摘要：汽车发动机缸体是发动机中结构最复杂的零件， 其清洁度高低直接关系到发动机整体的质量水平。机器人最终清洗机为发动机缸体缸盖生产线上重要的辅机设备，本文介绍了发动机缸体生产线上的一种新型的机器人最终清洗机。详细介绍缸体机器人最终清洗机的各个工位的功能。根据实际工艺和生产要求，通过优化清洗流程、修改机器人程序、优化机器人轨迹、修改优化PLC程序，使机器人最终清洗机满足工艺质量和生产要求。

关键词：发动机;缸体;机器人;清洗机

1.清洗机概述

清洗机是发动机生产线上重要的辅机设备，主要目的是用来对发动机各个零部件的清洗。随着机器人的广泛应用，针对最终清洗机的严格要求和柔性模块式生产的方式，目前先进的发动机生产线都采用机器人来进行最终清洗。

机器人最终清洗机优点：与传统的辊道传送式清洗相比，第一，机器人最终清洗机拥有高柔性度，机器人可以将缸体进行360度无死角清洗，清洗精度成倍提高。第二，机器人清洗机比传统的清洗机拥有更快的清洗速度，直接提高生产效率。第三，由于机器人的高柔性，可以将清洗工位设计的更紧凑，模块化。更能适应汽车行业快速革新生产线。

2.最终清洗机的结构和各个工位的功能

缸体机器人最终清洗机一般由机器人、七个清洗工位、两个辅助工位构成。图1为机器人最终清洗机结构图。

图1 机器人最终清洗机结构图

2.1机器人

第一台为搬运机器人，主要负责从上游工位搬运毛坯到预清洗工位，再搬运清洗完成的工件到输送辊道。第二台为清洗机器人，主要负责将工件从与清洗工位夹起，依次到各个清洗工位进行清洗，然后放下工件。

2.2 七个清洗工位

清洗工位分别是：预清洗工位、低压浪涌清洗工位、高压插管工位、高压喷嘴工位、精清洗工位、真空干燥工位、鼓风冷却工位。预清洗工位主要对缸体进行初步的表面冲洗。低压浪涌清洗工位配有浪涌储水箱和环形固定喷嘴，在机器人抓取缸体进入浪涌工位时，提前注满储水池并打开电磁阀控制喷嘴喷水洗去缸体大部分油污和铝屑。高压插管工位由一根长管构成，主要插入缸体的主油道进行高压清洗。高压喷嘴清洗工位由是高压喷嘴构成，机器人抓住缸体，旋转缸体以方便高压喷嘴对各部位进行清洗。精清洗工位是与其他清洗工位独立的工位，独立循环水箱为缸体进行最终清洗。

2.3 两个辅助工位

辅助工位分别是：主循环水箱、精清洗循环水箱。主循环和精清洗循环水箱都是负责清洗液的过滤，主循环水箱为主清洗工位提供清洗液，精清洗循环水箱单独为精清洗工位提供清洗液。

3.最终清洗机的优化

项目初期，最终清洗机清洗工艺顺序为：预清洗、高压喷嘴清洗、高压插管清洗、低压浪涌清洗、精清洗。清洗完成后的缸体螺纹孔中残留铝屑，清洁度未达标。同时生产节拍为126秒，超过项目设计的120秒标准节拍。

3.1 清洗顺序的优化

针对清洗后的缸体上面残留铝屑的问题，调整机器人程序，将清洗顺序改为：预清洗工位、低压浪涌清洗工位、高压插管工位、高压喷嘴工位、精清洗工位。因为缸体在最初进入清洗室时，上面残留大量油污和铝屑，通过浪涌水箱里充足的清洗液，去除大部分铝屑，然后再进行高压定点清洗。防止最初的高压清洗将铝屑冲进缸体内部，堵塞螺纹孔。图2 为清洗机器人离线仿真验证方案可行性。图3为实际修改机器人程序后，清洗流程优化前后对比图。

图2 清洗机器人清洗流程离线仿真

图3 清洗流程优化前后对比图

3.2 机器人程序优化

1）由于清洗顺序的调整，必须进行机器人程序优化。主要修改机器人主程序中对清洗子程序调用的顺序来调整清洗顺序。

2）调整机器人抓起缸体后在高压喷嘴处悬停移动的速度，由最初的2m/s的移动速度改为1m/s的移动速度，对较深的螺纹孔处悬停定点清洗0.5秒，使喷嘴清洗的时间加长。同时优化机器人轨迹，加快非关键点的机器人清洗速度，删去不必要的姿态变换，缩短整个生产节拍。

3.3 PLC程序优化

缸体由上缸体和下缸体组成，清洗流程的修改，将低压浪涌清洗改为第二步清洗，导致浪涌储水池的时间不够，机器人每次需要等待蓄水池蓄满水。因此通过修改PLC程序，利用定时器和传感器的配合，优化低压水池的装水和排水逻辑。在搬运机器人抓取上缸体毛坯时，触发储水池蓄水。使清洗机器人在抓取上缸体来到浪涌储水池时水池蓄满清洗液，直接进入进行清洗。在清洗完成后，立刻打开电磁阀排掉脏的清洗液。在机器人清洗上缸体到清洗第四步高压喷嘴清洗时，立刻打开电磁阀开始蓄水，为下缸体的清洗做好准备。使机器人抓取下缸体后能直接进入浪涌清洗工位清洗。

以此经过长达三周，每天清洗200台缸体的测试，工件清洁度测试合格，生产节拍优化为116秒。

4.结语

本项目基于国内知名汽车制造企业的发动机生产线，介绍了一种全新的机器人最终清洗机系统。针对实际工艺和生产要求，对整个系统进行优化。21世纪汽车工业正在步入能按照用户要求进行柔性模块式生产的方式，传统加工工艺不能满足新生产方式的需要，这个机器人清洗技术的应用提供了一个机遇，机器人清洗技术在汽车领域中一定会有更大的发展，成为汽车工业中重要的加工方法。

参考文献：

[1]肖南峰.工业机器人[M]. 北京：机械工业出版社，2011.

[2]高晓林.多工位自动化生产线的控制研究[J].机械工程与自动化，2012，No2：144-146

[3]张效祖.工业机器人的现状与发展趋势[J].世界制造技术与装备市场. 2004，06：33-36.

[4]孙良欣.中国清洗行业现状与发展趋势展望[ J].洗净技术. 2003（ 1）.

[5]崔勇.缸体鼓轮式清洗机[ J]. 组合机床与自动化加工技术. 1998（ 9）.

[6]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（6）.