郭松亮 李艷鵬 楊焱 邢文濤 郭艷杰

摘 要：機器人滾邊工藝現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于汽車關(guān)鍵件的包邊制造中。文章詳細介紹了機器人滾邊系統(tǒng)，為天窗頂蓋機器人滾邊提供參考。

關(guān)鍵詞：機器人滾邊工藝;滾頭系統(tǒng);機器人及控制系統(tǒng);滾邊胎膜;沖壓件質(zhì)量;沖壓件設(shè)計

中圖分類號：TP242.2 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）21-172-03

Abstract： Robot roller hemming technology has been used to body-in-white key components in the manufacture of roller hemming. Based on introduction of robot roller hemming system. These provide reference for the roller hemming of sunroof during the vehicle manufacturing.

Keywords： Robot hemming process; Roller head system; Robot and control system; Hemming membrane; Stamping quality; Stamping design

CLC NO.： TP242.2 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）21-172-03

1 引言

隨著社會的進步，世界汽車發(fā)展的趨勢已由大批量生產(chǎn)向多品種、小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。為了滿足汽車消費者廣泛而多樣化的需求，適應(yīng)汽車市場的激烈競爭，必須引進先進設(shè)備及工藝技術(shù)，不斷縮短車型變換周期、豐富車型的配置。汽車天窗配置因具備時尚美觀、凸顯檔次，親近自然、沐浴陽光，抽風換氣、改善車內(nèi)環(huán)境，降溫節(jié)能、降噪除霧等優(yōu)點深受廣大消費者喜愛。包邊工藝是在天窗頂蓋總成的制造中較為常見的一種成型工藝。機器人滾邊技術(shù)是指采用機器人臂上安裝的滾邊頭，對放置在胎膜上的內(nèi)外板件進行滾壓達到連接的目的[1-2]。機器人滾邊工藝具有成本低、設(shè)備占用空間小、柔性化程度高等優(yōu)點。 目前此項技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外的一些先進的汽車生產(chǎn)企業(yè)廣泛應(yīng)用。

滾邊后的天窗頂蓋總成件質(zhì)量狀態(tài)直接影響車身裝配尺寸精度、整車表面質(zhì)量、整車美觀等性能，所以對機器人滾邊工藝過程進行質(zhì)量控制顯得尤為重要。本文主要通過機器人系統(tǒng)、滾邊過程等方面進行介紹，分析對天窗頂蓋滾邊質(zhì)量的影響因素，為天窗頂蓋機器人滾邊技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供參考[3]。

2 機器人滾邊系統(tǒng)介紹

機器人滾邊系統(tǒng)主要由滾邊胎膜系統(tǒng)、滾頭系統(tǒng)、機器人及其控制系統(tǒng)三部分構(gòu)成[4]。

滾邊胎膜主要起到定位和滾邊的作用。在生產(chǎn)過程中，將零部件放置在胎膜上，定位、夾緊機構(gòu)啟動后開始進行滾邊。滾邊胎膜系統(tǒng)主要由胎膜和定位機構(gòu)及一些檢測機構(gòu)組成。

與常用夾具一樣，滾邊定位機構(gòu)通常包含BASE、加緊機構(gòu)、定位裝置及控制系統(tǒng)組成[4]。滾邊胎膜主要有整體鑄造和鑲塊拼裝兩種形式。采用整體鑄造工藝加工而成的胎膜具有較高的強度，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有利于前期項目裝調(diào)，但是在后期的維修方面較為麻煩;鑲塊拼裝結(jié)構(gòu)的胎膜由若干體積較小的組合件構(gòu)成，不僅易于加工還減小了在熱處理過程中的變形。采用鑲塊拼裝結(jié)構(gòu)形式的胎膜拆裝方便，后期維修十分方便，已經(jīng)逐步成為主流的機器人滾邊胎膜結(jié)構(gòu)。胎膜要求具有較高的耐磨性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，一般采用熱處理后表面硬度可以達到HRC50以上的球墨鑄鐵作為原材料。為了節(jié)約成本和材料，胎膜在設(shè)計時多采用鏤空的結(jié)構(gòu)形式。

滾頭系統(tǒng)是裝配在機器人六軸上，按照預先輸入的程序進行滾邊作業(yè)的關(guān)鍵部件。如圖3所示，滾頭系統(tǒng)包括機器人連接法蘭、基板和專業(yè)滾輪組成?！皬椈蓧嚎s式”為目前主流的滾頭結(jié)構(gòu)形式，其結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，裝配調(diào)試快捷，維護成本低。與其配套的機器人可免管線包、免水氣連接，使用裸機極大節(jié)省投入稱本。滾輪一般由專用滾輪（45°）、壓合輪和指狀輪組成。滾輪通常沒有通用的，滾輪的造型和大小取決于產(chǎn)品，滾輪需要根據(jù)產(chǎn)品需求進行加工以滿足滾邊功能，其次，滾輪設(shè)計時還應(yīng)考慮機器人滾邊軌跡的流暢性，降低調(diào)試難度。

天窗頂蓋機器人滾邊一般采用六道滾邊和四道滾邊兩種工藝[3]。圖4為天窗頂蓋采取四道序工藝進行滾邊的工藝過程。滾邊角度分別為135°、90°、45°、0°，順序為首尾相接，往復運動。其中45°滾輪完成前兩道序的滾邊，主要起到翻邊的作用;指狀輪完成第三道工序，主要起到點壓的作用，針對天窗頂蓋包邊困難的四個拐角區(qū)域效果較好;壓合輪完成最后一道工序，起到壓實內(nèi)外板的作用。滾邊過程中，滾頭將壓力傳遞給滾輪，滾輪與板件直接接觸并產(chǎn)生相互作用力，所以要求滾輪具有較高的韌性、耐磨性和強度。國內(nèi)滾輪材質(zhì)一般都采用日本進口材料且經(jīng)過嚴格、先進的熱處理工藝，滾輪表面硬度一般控制在56-60HRC之間。

如圖5所示，機器人及其控制系統(tǒng)一般由機器人、機器人PLC柜、機器人控制柜、HMI觸摸屏控制盒及安全防護裝置等部分組成。作為滾邊作業(yè)的執(zhí)行者，機器人的選取也很重要。目前主流的機器人品牌有KUKA、ABB、FANUC、MOTOMAN等。在機器人選型時一般會從控制軸、機器人額定負載、有效工作范圍、安裝形式幾個方面進行分析。機器人控制軸數(shù)目越多其靈活性及操作性越好，考慮到天窗頂蓋作業(yè)內(nèi)容的復雜性，一般會選取六軸工業(yè)機器人;機器人工作范圍、安裝形式要依據(jù)項目具體的現(xiàn)場布局進行選擇。一般情況下都會選擇地面安裝的形式，如果因布局受限，需要將機器人布置在工位上方則需要選擇下探式機器人。機器人工作范圍需要運用仿真軟件進行模擬分析。Robcod是目前國內(nèi)運用最為廣泛的仿真模擬軟件。通過Robcod模擬，可以獲得并導出一個按照工藝要求做出的離線程序達到模擬現(xiàn)場滾邊作業(yè)的目的。不僅可以了解機器人的工作范圍還可以驗證滾邊過程中有無干涉點、工藝節(jié)拍是否滿足生產(chǎn)等信息。機器人額定負載是指機器人的最大載荷，需要根據(jù)具體的項目來定。根據(jù)行業(yè)內(nèi)天窗頂蓋滾邊經(jīng)驗及滾邊設(shè)備制造廠家測試結(jié)果，完成天窗頂蓋滾邊作業(yè)最大的壓合力在200KG以內(nèi)，參照機器人選型手冊選擇承載力為210KG的工業(yè)機器人最為合適。本案例機器人型號為承載力210KG的KUKA機器人。

3 結(jié)語

本文從胎膜系統(tǒng)、滾頭系統(tǒng)、機器人及其控制系統(tǒng)三個部分對機器人滾邊系統(tǒng)進行了詳細介紹，為業(yè)界同事了解機器人滾邊系統(tǒng)提供有利參考。天窗頂蓋的機器人滾邊工藝是多項技術(shù)相結(jié)合的一種柔性化制造工藝，這項技術(shù)的運用與進一步發(fā)展需要行業(yè)內(nèi)工程師不斷地學習與交流。

參考文獻

[1] 劉殿福.機器人滾邊壓合技術(shù)應(yīng)用[J].汽車與配件，2011（02）：28-30.

[2] 龔彪.淺談機器人滾邊在汽車行業(yè)中的實際運用[J].大眾科技， 201214（06）：136-137+128.

[3] 王立影，楊冬，梅楊虹，王芝斌.機器人滾邊零件質(zhì)量控制因素分析[J].汽車與配件，2010（37）：20-22.

[4] 朱路生.汽車天窗包邊機構(gòu)及工藝研究[D].合肥工業(yè)大學，2014.