那宇 曲科锦 王川
中车成都机车车辆有限公司 四川省成都市 610500
摘要：腻子打磨是保证车体涂装外表面平整、美观的重要环节，人工打磨目前虽能满足工艺要求，但存在工作量大、制造周期长、效率和质量难以提升、数字化程度低等不足之处。目前，国内轨道交通建设飞速发展，对车辆的需求量增加，对产品质量的要求提高，且在国家大力发展工业4.0的趋势下，利用机器人代替人工，提高生产效率和产品质量，实现自动化已成为企业发展的需求。本文结合腻子打磨工艺现状，对人工操作的现状和发展趋势进行分析，针对人工操作中的难点提出了自动化改进措施，并对腻子打磨自动化的优势和实现自动化的技术难点进行了展望。
关键词：腻子打磨；工艺现状；自动化展望
1 绪论
在车体涂装过程中，腻子是填充施工面的孔隙及矫正施工面的曲线偏差，为获得完美涂装效果打好基础的一种装饰性的厚浆状涂料，涂在底漆上用以消除被涂物表面高低不平的缺陷，使用少量助剂、漆基，大量填料及适量的着色颜料配制而成，所用颜料主要是炭黑、铁红、铬黄等。填料主要是滑石粉、重碳酸钙等。用于填补局部有凹陷的工作表面，也可在全部表面刮涂，通常是在底漆层干透后，涂于底漆层表面，腻子层是中涂涂装前必不可少的一道涂层，其平整度很大程度上决定着车体外表面的平整度。打磨是腻子施工过程中必不可少的一个环节，每遍腻子刮涂后都需进行打磨，打磨可修整腻子刮涂过程中出现的微小瑕疵，比如腻子交界处的接茬、局部刮涂过薄或过厚留下的痕迹等，因打磨后腻子表面结构更加均匀一致，可使后续涂层看起来更加平整、美观。
近几年，国内城市轨道交通建设飞速发展，未来将有86个城市，超过3万公里的城市轨道交通建设规划，对于城市轨道交通车辆的需求量也水涨船高，加上市场对于产品质量的要求不断提升，保质保量高效地生产出令客户满意的产品，不仅是我们努力的方向，也是未来的发展趋势。现阶段所使用的腻子打磨工艺虽能满足生产的需要，但从长远分析，其将会向自动化发展。
2 人工打磨腻子工艺现状
当前工艺所要求的腻子打磨方式为工人手持直径150mm的风动打磨机配（80～240）#磨片进行打磨。在腻子工序需要进行6遍打磨：对焊缝和凹陷部位用腻子找补，腻子实干后进行打磨；四遍整车刮涂腻子，每一遍刮涂的腻子实干后都需进行打磨；对腻层打磨后的裂纹、气孔、扫痕等缺陷部位用腻子找补，最后全车打磨。全车打磨为腻子打磨最重要步骤，对整车平整度要求高，表面平整度不大于0.5mm/1m。打磨耗时长约为4小时。
2.1人工操作现状分析
（1）腻子打磨工作量较大，以侧墙为例，侧墙长约为22m，高约为2.5m，除去侧门和侧窗的面积，需要打磨的面积约为55㎡。
（2）腻子打磨工艺周期长，平均每遍腻子打磨时间约为3小时。
（3）腻子打磨的厚度与打磨时的接触压力、磨具的移动速度等因素相关，工人在打磨过程中凭借经验操作，对于打磨厚度不易把控，容易产生人为误差，影响局部平整度。
（4）腻子打磨效率和质量因人而异，受外界环境和身心状态影响较大，难以提升。
（5）腻子打磨存在职业危害，腻子打磨过程中产生的粉尘与呼吸道和眼睛黏膜长期接触，危害人体健康。
2.2人工操作发展趋势分析
（1）人工成本增加，导致产品生产成本增加，利润降低。
（2）国民健康意识提升，多数人将不愿从事对身体健康有害的工作，企业在劳保用品和设备上的投入增加。
（3）市场对于产品质量的要求提升，仅靠人力将越来越难满足要求。
（4）科学技术的进步和生产力的发展，使大多数体力劳动由机器代替，由人工向智能发展趋势加快。
3 自动化打磨腻子展望
在地铁生产过程中，由于腻子打磨存在工作量较大、工艺周期长、精度要求高、存在职业伤害、人工成本不断提高以及质量把控不好等因素，加之在国家大力发展工业4.0的趋势下，利用机器人代替人工，提高生产效率和产品质量，实现自动化已成为企业发展的需求。
3.1 针对人工打磨腻子工艺现状进行的自动化改进措施
（1）对于人工操作中腻子打磨厚度不易把控的难点，可在关键位置增加检测传感器，并结合机器人运动控制，实现打磨过程的力位混合控制，实现恒力打磨，再通过选用适合腻子打磨、质量和打磨效率较高的打磨工具，控制一定的转速和给进量，可保证腻子打磨厚度的稳定和一致性。
（2）对于人工操作中腻子打磨工作量大、工艺周期长的难点，可用自动化机器人代替人工。采用激光扫描测量设备，测量车体表面轮廓数据，通过平整度分析算法和软件，自动提取出平整度超限的区域数据，并对超限区域进行规整化处理，自动规划和修正打磨轨迹。同时确定磨片使用的稳定时间，再加上打磨质量的检测和系统内部的计算逻辑，综合确定磨片的寿命；磨片在自动更换过程中使用传感器进行检测，来保证更换过程的准确执行和成功率。通过以上两方面，保证腻子打磨过程的自动化。
（3）对于腻子打磨平整度要求高，人工操作熟练度要求较高的难点，采用3D激光测量设备，结合匹配性算法模块，研制打磨过程中车体表面平整度测量系统，满足车体平整度≤0.5mm/m的精度要求。
3.2 实现自动化打磨腻子的技术难点
3.2.1 自适应力控制技术
基于实现打磨面相对一致的目的,需要一种具备自适应能力的接触压力控制措施,来满足车体表面打磨均匀、细腻、无扫痕等制造要求。自适应力控制技术的研究以及自适应力控制技术与机械手的集成，是实现打自动化的前提。
3.2.2 自动打磨腻子工艺技术
（1）打磨工具选型试验：通过对比试验确定适合腻子打磨、质量和效率较高的打磨工具。
（2）打磨工具系统设计：基于机械手的使用接口,集成工具、驱动机构、接口法兰、粉尘处理等,形成打磨工具系统,并与机械手进行集成。
（3）打磨工艺参数试验：研究转速、进给量、打磨压力与腻子去除量之间的关系，通过对比试验，确定对应的打磨工艺参数。
（4）连续打磨试验：集成自适应力控制装置、打磨工具系统,制作模拟部件进行连续的自动打磨试验,验证打磨的稳定性和成型的一致性,并进行参数的持续优化。
3.2.3 快速检测装置与自动打磨系统集成技术
（1）基于检测的打磨轨迹控制技术：研究扫描结果和模型比对为基础的定位、打磨轨迹修正、打磨过程轨迹监测和修正等技术。
（2）检测试验：通过选型、对比和改造，完成快速检测装置研发，解决检测效率问题，完成检测策略制定和测点空间构型的计算方法，以满足打磨后系统平整度≤0.5mm/m精度要求。
（3）系统集成：完成检测装置和机械手系统的集成。
3.3 自动化打磨腻子优势分析
相比于人工操作，使用机器人进行腻子打磨操作具有较多优势。
（1）打磨效率方面：机器人可实现24小时不间断工作，且打磨速度比人工快，可以有效提高作业效率；人需要休息，且有固定的工作时间，其工作效率与人的熟练程度，身心状态等都有关系。
（2）打磨质量方面：机器人可对打磨过程进行有效地检测和控制，能保证较高的腻子平整度，无需人工测量平整度数值，平整度数值可通过机器人检测得到；人工打磨凭借经验操作，对操作熟练度要求较高，无法有效地保证平整度，作业后需人工测量并记录测量点的平整度，还需用强光手电检查表面，找出不平处进行处理。
（3）成本方面：机器人购买时投入较多，但后期仅需少量维护费用，使用寿命一般可达15年以上；人工成本则相对较高，不仅需要支付工资，还需要支付五险一金。
（4）稳定性方面：机器人为公司固定资产，不会流失；腻子打磨对健康有危害，愿意从事的人较少，且人员流动性大。
4 结语
针对当前地铁车辆膩子打磨过程中普遍存在的工作量大、制造周期长、效率和质量难以提升、数字化程度低等难题,以机器人自动化生产线作为解决思路，突破基于工业机器人的地铁车身腻子打磨工艺技术,可作为以后试验发展方向。
参考文献
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