汽车发动机缸盖生产线中机器人毛刷去毛刺装备技术探究

摘要

在机加工过程中，汽车发动机零件（缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴、连杆以及活塞等）不可避免会产生毛刺。我国刚刚颁布了更为严格的国五排放标准，国家对汽车节能减排提出了更高要求，因此，汽车厂家都在努力提高发动机的性能，对发动机应用了更多的新技术，如涡轮增压器技术、缸内直喷技术等。这些新技术，尤其是缸内直喷技术，要求发动机缸盖加工完成后的切屑残留量必须更低。发动机的内部清洁度是评定汽车发动机总成质量的重要指标之一，这些在加工部位周围所形成的微小刺状物对产品的制造，特别是使用带来了多方面的不良影响，如微小刺状物导致发动机渗油等会直接影响汽车发动机的性能和寿命问题。其中，发动机缸盖因体积较大且形状、工艺复杂，是发动机部件中的重点去毛刺对象，加工毛刺若不彻底去除，在发动机振动的工作环境中会脱落，产生的危害远远大于残存的细小杂质。因此发动机缸盖去除毛刺技术达到了一个全新的要求。
　　而去毛刺装备自动化是该技术领域的发展趋势，采用工业机器人则是重要技术手段之一。目前国内工业机器人的应用研究已取得大的进展，开发出搬运、弧焊、喷漆、装配、点焊等机器人，并已在生产中得到直接应用。抛光、研磨等机器人的研究也已经展开，而国内在机器人去毛刺方面的技术研究处于起步阶段，与国外差距较大[1]。在生产制造过程中，去毛刺工艺是制造技术中的重要组成部分，其工作量占机械加工总工作量的比例相当大。一般情况下，去毛刺的工时占总工时的5～10％，费用却占制造加工成本的10～40％，精密零件去毛刺的费用更高达50％[2-3]。
　　本文以机器人为工作核心，以毛刷为工艺技术，针对汽车发动机缸盖毛刷去毛刺装备，主要从以下几方面展开工作:
　　1、研究缸盖加工过程中毛刺的特性，包括毛刺的种类及等级、发动机缸盖毛刺的产生机理、发动机缸盖去毛刺部位的特殊需求、发动机缸盖去毛刺技术基本现状等方面的内容。在此基础上了解已有的机器人去毛刺可选方法和方案，进行方案对比。
　　2、完成机器人毛刷去毛刺装备设计，对装备进行简要概述，包括机器人毛刷去毛刺装备的组成、机器人毛刷去毛刺装备的技术要求等方面的内容。
　　3、设计动力毛刷装置、去毛刺实验台，开展工艺参数实验，包括毛刷的功能设计、实验台设计需求及结构方案、实验台重要部件设计、实验台基于需求的静力学分析、实验台基于需求的动态分析、去毛刺工艺参数实验等方面的内容。
　　4、去毛刺机器人整机动态特性及去毛刺轨迹研究，包括机器人去毛刺整机初始动态特性分析、三爪夹具结构改进及机器人去毛刺整机动态特性分析、机器人去毛刺整机轨迹研究等方面的内容。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究目的及意义

1．2 本课题的来源、研究内容与特色

1．2．1 本课题的来源及研究内容

1．2．2 本课题的研究特色

1．3 国内外机器人去毛刺技术的研究现状与发展趋势

1．3．1 机器人高压水射流去毛刺技术

1．3．2 机器人毛刷去毛刺技术

1．4 毛刺的种类及等级

1．4．1 毛刺的分类

1．4．2 毛刺的等级

1．5 发动机缸盖毛刺的产生机理

1．5．1 孔钻加工

1．5．2 平面铣削加工

1．6 发动机缸盖去毛刺部位及去除需求

1．7 本章小结

第二章 机器人毛刷去毛刺装备概述

2．1 机器人毛刷去毛刺装备设计

2．1．1 机器人系统

2．1．2 去毛刺动力毛刷装置

2．1．3 单向阀孔去毛刺装置

2．1．4 缸盖举升定位机构

2．1．5 气动系统

2．1．6 电气系统

2．1．7 防护系统

2．2 机器人毛刷去毛刺装备的技术要求

2．2．1 装备生产平衡率相关含义及目标

2．2．2 实现装备“一个流”生产平衡过程分析

2．2．3 毛刺去除效果检测方法

2．3 本章小结

第三章 毛刷、去毛刺实验台设计及工艺参数实验

3．1 毛刷的功能设计

3．1．1 缸盖去毛刺部位特征

3．1．2 毛刷功能特征及其设计

3．2 实验台设计需求及结构方案

3．2．1 实验台设计需求

3．2．2 实验台结构方案及其工作原理

3．3 实验台重要部件设计

3．3．1 水平进给机构(X、Y向进给)

3．3．2 竖直进给机构(Z向进给)

3．3．3 实验台毛刷动力头机构(U轴旋转)

3．4 实验台基于需求的动态分析

3．4．1 实验台模态分析

3．4．2 实验台瞬态动力学分析

3．5 去毛刺工艺参数实验

3．5．1 实验目的

3．5．2 实验方法

3．5．3 实验过程与结果

3．6 本章小结

第四章 机器人去毛刺整机动态特性及去毛刺轨迹研究

4．1 机器人去毛刺整机动态特性分析

4．1．1 机器人去毛刺整机模态分析

4．1．2 机器人去毛刺整机谐响应分析

4．2 三爪夹具结构改进及机器人去毛刺整机动态特性分析

4．2．1 三爪夹具结构分析及改进

4．2．2 改进后机器人去毛刺整机模态及谐响应分析

4．2．3 改进后机器人去毛刺整机瞬态动力学分析

4．3 机器人去毛刺整机轨迹研究

4．3．1 A组三爪夹具去毛刺轨迹规划

4．3．2 B组三爪夹具去毛刺轨迹规划

4．4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢