機器人滾邊在汽車行業(yè)中的實際運用

當前，車身門蓋內(nèi)外板的連接通常都使用包邊工藝，使用傳通模具和壓機進行沖壓包邊時，由于外板的包邊輪廓要根據(jù)車身外形的變化而變化， 沿整個輪廓包邊的角度也不同，包邊過渡急劇的區(qū)域和包邊角度過大的區(qū)域，包邊都會非常困難。同時，傳統(tǒng)的沖壓包邊模具占地多，成本高，柔性差。為縮短汽車開發(fā)周期、提高產(chǎn)品競爭力，新型內(nèi)外板的連接技術—機器人滾邊技術逐漸應用于車身生產(chǎn)中。

1 機器人滾邊技術及現(xiàn)狀

機器人滾邊系統(tǒng)主要包括三大部分：滾邊夾具系統(tǒng)、滾輪系統(tǒng)、機器人及其控制系統(tǒng)。滾邊夾具系統(tǒng)用于將待滾邊鋼板固定在滾邊模具上，而滾輪系統(tǒng)中，滾邊頭固定在工業(yè)機器人上，滾邊頭上面的滾輪根據(jù)折疊加工步驟的不同進行選取，通過滾輪將外部鋼板的邊緣繞里面的鋼板進行彎曲。機器人及其控制系統(tǒng)主要用于控制滾輪的運動軌跡，以及機器人與其它相關系統(tǒng)間的通信，可根據(jù)車身外形變化設定程序，以滿足不同零件形狀的滾邊需求。在滾邊時，滾邊頭通過壓力裝置將壓力傳給滾輪，通過滾輪施加作用力將工件在沖壓過程中預留的翻邊向內(nèi)側翻折，從而將外板的待包邊緊緊壓緊內(nèi)板，使外板和內(nèi)板被整合成一體。

與傳統(tǒng)的沖壓包邊相比，機器人滾邊由于模具數(shù)量少，包邊單元的投資和維護費用都相對較低，且其開發(fā)時間和投入使用的準備時間比較短。 另外滾邊系統(tǒng)具有極高的靈活性，不同型號可以在同一個制造單元中生產(chǎn)，滾邊機器人還可以在制造單元中進行其他抓取和涂膠等任務。滾邊零件的成形精度高，便面質(zhì)量好。因此，機器人滾邊技術已經(jīng)成為塑性加工領域的一個研究熱點，這得益于國內(nèi)外許多科研機構和大型汽車制造企業(yè)的深入研究。現(xiàn)在國內(nèi)外一些先進的汽車制造企業(yè)已將此項技術應用于制造外掛件，如車門，后蓋和發(fā)動機罩，其它的應用領域包括天窗開口，以及輪罩包邊。

2 滾邊機器人現(xiàn)實應用案例

本案例中，零件為發(fā)動機蓋，將零件外板和內(nèi)板利用機器人滾邊壓合在一起。

2.1 工藝方法

本案例中，零件上下側采用三次滾壓成型法，每次壓合角度依次為30°、60°、90°，左右采用，四次滾壓成型的工藝過程，每次壓合角度依次為30°、90°、120°、180°。從以上可以看出本案例為明顯的歐式壓合風格。

2.2 機器人的選型

選擇機器人時只需確定兩大參數(shù)即機器人的承載大小和機器人的工作范圍，機器人的工作范圍根據(jù)我們的工藝布局和模擬仿真結果來確定，機器人承載大小則根據(jù)工藝要求，機器人需要抓多重的物體、機器人工作過程中需施加多大的力及機器人運行速度，目前所采用的滾壓工藝方法對機器人的要求只需計算機器人的滾壓力即可。機器人滾壓過程中，在相同部位，初壓和終壓的壓合力不同，在不同部位的滾壓力也不同，根據(jù)經(jīng)驗和所了解的多家滾邊設備制造廠家所測試結果表明機器人滾邊壓合所用最大的滾邊壓合力小于200kg，所以本案例中選擇的是能提供 200kg 滾壓力的 ABB品牌機器人。

2.3 滾邊壓合速度

這是機器人滾邊壓合的關鍵參數(shù)，一般情況下，機器人的滾邊速度設置在平均 200mm/s，在滾邊曲率變化大、翻邊角度大的區(qū)域，機器人滾邊速度要慢一些， 通常在 50～

50mm/s，相對平直、曲率變化小、翻邊角度小的區(qū)域滾邊速度可適當增大一般在200～300mm/s，機器人軌跡優(yōu)化較好的也可以達到500mm/s。

2.4 壓邊模

本案例中滾邊底模采用整體鑄造形式， 底模具有強度好，裝配調(diào)試方便，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。滾邊底模具有高的穩(wěn)定性和耐磨性能，做表面淬火，以滿足耐磨性能的要求并且在熱處理過程中變形較小具有較高的穩(wěn)定性。 底模使用球鐵材料，在整體加工后做表面淬火，硬度在HRC50 以上，滾邊底模是鏤空結構。

2.5 滾頭

本案例采用機械柔性滾頭，連接在機器人六軸上，滾頭主要有機器人連接法蘭、基板、滾壓輪組等組成。

2.6 滾邊軌跡模擬編程

應用機器人滾邊壓合技術必須掌握計算機模擬仿真技術，目前國內(nèi)廣泛應用的仿真軟件是 Robcod。使用 Robcod軟件按照工藝要求做出離線程序，模擬實際的工作狀況，做到預先檢查干涉，驗證工藝節(jié)拍。在現(xiàn)場調(diào)試時，將離線程序?qū)氲綑C器人中，大并且可以將調(diào)試好的機器人控制程序?qū)氲接嬎銠C中，找出離線程序和在線程序差異，總結經(jīng)驗，提高機器人滾邊壓合的編程水平。

3 機器人滾邊技術在實際應用中遇到的問題

3.1 對沖壓件質(zhì)量要求高

沖壓件的翻邊高度一般要控制在11mm以下， 在曲率變化大形狀陡變區(qū)域翻邊高度控制在 4mm 左右為宜。沖壓件的最大外形尺寸與滾邊壓合后的總成外形尺寸變化不大，壓合預留量為 0~0.1mm。采用機器人滾邊壓合對工件的內(nèi)板要求也較高，在工件內(nèi)外板的結合面，要求工件內(nèi)板平整，無明顯波浪、凹坑、凸起等缺陷.當沖壓件發(fā)生不穩(wěn)定時，會導致各種包邊不良，對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大，也給后期調(diào)試帶來較大的工作量。

3.2 機器人滾邊生產(chǎn)效率低于傳統(tǒng)包邊壓力機。

在本案例中機器人每滾邊生產(chǎn)單個零件節(jié)拍為2分鐘30秒，且大部分軌跡較好的滾邊速度已經(jīng)優(yōu)化大 500mm/s，而傳統(tǒng)的壓力機生產(chǎn)單個零件生產(chǎn)節(jié)拍為 30 秒。從中可以看出，如果對生產(chǎn)速度較高、滾邊量大的零件，并不一定適合機器人滾邊這種生產(chǎn)方式。

3.3 典型滾邊不良的處理

發(fā)動機蓋板兩個下角經(jīng)常出現(xiàn)滾邊皺褶或擠出現(xiàn)場積累的解決經(jīng)驗： （1）滾邊順序上，建議不要采取一圈完整滾下來的方式，而是首先對角落滾壓再對平坦區(qū)域滾壓的方式；（2）跟第一種方法類似，也是先處理角落的難點，但是通過在滾邊的夾具上增加定位臺面，相應的在機器人臂的滾輪旁邊增加配合定位面，讓機器人臂以該臺面定位用滾輪先把角落的地方壓一下（注意是壓而不是滾），然后再周圈滾邊。

3.4 常見包邊不良的處理

機器人包邊不良大部分原因是由于沖壓件外板翻邊預留變短和內(nèi)板尺寸變小，導致現(xiàn)象為包邊被擠出。在沖壓件模具短期內(nèi)不能修復情況下的處理方法:修改機器人預包邊角度，通過角度的調(diào)整來來彌補零件翻邊和內(nèi)板的尺寸變化。

3.5 對維護技術人員的要求

目前機器人滾邊的調(diào)試對技術人員的要求較高，應用機器人滾邊壓合不僅要熟知機器人滾邊壓合工藝、熟練掌握應用機器人技術，而且還要對出現(xiàn)不同的包邊質(zhì)量問題拿出對策。

4 結束語

機器人滾邊壓合技術是多方面技術結合到一起的一項柔性化生產(chǎn)技術，要想掌握這項技術，必須在多方面打好基礎，并將其融合在一起，這樣才能真正發(fā)揮其效用，在實際運用總結經(jīng)驗不斷完善，從而推動國內(nèi)汽車制造業(yè)的發(fā)展。(end)