李俊峰,張東強,張辰

(長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北保定 071000)

0 引言

隨著汽車市場進入紅海，各大車企紛紛投放大量新車型以提高競爭力。這時，每款車型是否能及時上市，上市后是否能及時更新?lián)Q代就成為一款車型是否成功的一個重要因素。為此，各大車企采用柔性化線體對多種車型在同一條生產(chǎn)線體上進行生產(chǎn)。以五門一蓋的包邊工藝為例，傳統(tǒng)一般使用液壓機通過包邊模進行包邊，但在柔性線體上，由于液壓機占用空間大，車型切換困難，在多車型共線時無法滿足車型切換需求。如今已被切換方便、使用空間小、調試周期短的機器人滾邊工藝所替代。

1 滾邊工藝

滾邊工藝即機器人滾邊工藝(Robot Hemming Process),是一種依靠程序控制機器人，帶動機器人上的輥邊工具，對其放置在胎模上的車門、機蓋等制件進行包邊的工藝[1]。其中，輥邊工具、胎模及胎模上的夾具是滾邊工藝的重點和難點。

2 滾邊工具

滾邊工具是連接在機器人端頭的機構，主要由連桿、滾軸、滾輪這三部分組成(圖1)，是實現(xiàn)機器人滾邊的重要組成部分。

圖1 滾邊工具

2.1 連桿

連桿是將滾軸與機器人連接起來的部分，是力量傳輸和控制的關鍵部件。按結構形式主要分為剛性結構(圖2)、彈簧式結構(圖3)和氣控式結構(圖4)。剛性結構在實際應用時，由于周圍沒有管線、軌跡調試靈活，適用于空間狹小、軌跡復雜的滾邊。但由于是剛性接觸，滾頭在接觸胎?；蛑萍r力量很大，對滾邊工具的壽命和機器人的精度都有很大的影響。彈簧式結構是在剛性結構的基礎上，在內部增加彈簧，以保證滾輪在剛性接觸時有一個緩沖力。這種結構的滾邊力源為彈簧力，彈簧的壓縮量靠裝配精度來保證，裝配精度直接影響著力源大小，導致滾邊壓力不可控，調試困難。最后一種為氣控式結構，它是在彈簧式結構的基礎上，將彈簧更換成氣缸，由可編程序控制器(Progammable Logic Controller，PLC)系統(tǒng)控制比例閥，通過比例閥更改氣壓的大小來控制滾邊壓力。這樣因滾壓力引起品質問題時可不更改軌跡，通過更改輸入氣壓來解決，縮短調試周期。且滾邊力是由氣缸控制，只要氣壓恒定，對其裝配精度要求不高。因此，氣控式結構被廣泛應用。

圖2 剛性結構 圖3 彈簧式結構

圖4 氣控式結構

2.2 滾軸

滾軸在使用過程中沖擊力大，因此，對材料的韌性和抗疲勞強度要求都很高，通過各種材質性能對比和實際生產(chǎn)驗證。42CrMo具有高強度的韌性，抗疲勞極限和抗多次沖擊能力強，可用于滾軸。

2.3 滾輪

滾輪是直接接觸制件的部位，它的精度直接影響著產(chǎn)品質量。在實際生產(chǎn)過程中，滾輪與板件摩擦，當生產(chǎn)一定數(shù)量后，滾輪開始磨損變小，接觸面偏移，產(chǎn)品質量下降。因此，在量產(chǎn)時，每生產(chǎn)5 000臺份后，需要對滾輪直徑進行測量，當磨損量大于0.2 mm時，就需要更換新的滾輪，以保證產(chǎn)品質量。

3 夾具定位

滾邊是由機器人完成機蓋內外板包合的工藝，在滾邊之前，內外板是分開的，因此，在夾具定位設計時，內外板需要分別進行控制定位。

3.1 內板定位及夾緊

通常內板采用孔定位的方式進行定位，為保證最終車門總成精度，減少公差累計，選取的內板定位孔需與內板檢具、焊裝內板總成夾具和總成檢具的定位孔保持一致。而在沖壓生產(chǎn)制件時，定位孔的孔精度會比其他孔的孔位精度高一些，故內板定位孔直接沿用前工序的定位孔即可。

為保證在滾邊過程中內板位置不會竄動，需在夾具上增加壓緊裝置。常用的壓緊方式如圖5—7所示。

圖5 氣缸壓緊方式 圖6 定位抓手壓緊方式

圖7 翻板機構壓緊方式

氣缸壓緊方式是在產(chǎn)品周圍安裝6～8個翻轉氣缸，采用壓塊對其內板進行壓緊。這種方式結構簡單成本低，維護保養(yǎng)方便。但在機器人滾邊過程中壓緊臂需隨機器人滾頭而打開防止干涉，對節(jié)拍影響較大。

定位抓手壓緊方式是將壓緊點分布在抓手上，待制件放到位后由機器人將抓手放至內板上[2]，再由2～3個氣缸壓緊抓手，使內板固定。這種方式較氣缸壓緊方式來說壓緊更牢固，穩(wěn)定性高。但由于機器人滾邊過程中需要避開氣缸壓緊位置，導致軌跡避讓點多，滾邊程序復雜，影響節(jié)拍。

翻板機構壓緊方式是在抓手定位壓緊方式的基礎上，將壓緊氣缸改為翻轉氣缸。不僅提高了壓緊的穩(wěn)定性，對機器人滾邊軌跡調試限制少，可有效提升節(jié)拍時間，提高滾邊質量[3]。

3.2 外板定位及夾緊

通常外板制件造型簡單，很少甚至沒有孔位，按內板的孔定位方式已無法實現(xiàn)。需采用邊定位和吸盤相結合的方式進行外板定位。

常用的邊定位方式有兩種，分別是翻轉導向塊定位(圖8)和彈簧塊定位(圖9)。翻轉導向塊是通過氣缸將導向塊翻轉至外板邊沿，在機器人滾邊過程中，滾頭經(jīng)過時導向塊需臨時打開避免與滾頭干涉。這種方式由于需要多次打開，外板定位精度相對較低。彈簧塊定位是定位塊由彈簧支撐安裝在外板邊沿，當機器人滾頭經(jīng)過時，定位塊被滾輪壓下，滾輪離開后，定位塊通過彈簧彈力頂起[4]。相比翻轉導向塊定位，彈簧塊定位結構簡單、成本低，不影響節(jié)拍時間，被廠家廣泛應用。

圖8 翻轉導向塊定位 圖9 彈簧塊定位

均勻支撐結構如圖10所示。

圖10 均勻支撐結構

吸盤是外板定位的輔助機構。它是通過真空發(fā)生器將吸盤和外板形成的腔體抽成真空，通過真空吸附外板，達到固定的作用。一般會在吸盤周圍設計支撐結構，當支撐不均勻時，吸盤吸力會造成外板傾斜，這樣不僅會在外板制件上留下硌痕，也會造成制件與胎模不貼合，導致滾邊質量下降[5]。因此，在吸盤位置設計時，需要在吸盤周圍均勻設計支撐結構(圖10)保證制件穩(wěn)定。

4 胎模型面主要工作部位參數(shù)

滾邊是依靠滾輪對外板進行2～4次壓合，最終完成內外板滾邊包合的工藝[6]，在滾邊過程中，胎模四周邊沿是主要工作部分，其結構樣式直接影響著滾邊質量，經(jīng)過多種車型驗證和現(xiàn)場經(jīng)驗累積，將其參數(shù)標準化，為后期設計提供方便(圖11)。

圖11 胎模型面參數(shù)

5 結束語

滾邊工藝已越來越多應用在各大車企中，為保證最終產(chǎn)品質量，需要對滾邊工藝深入分析，對滾邊工具、壓緊定位方式以及胎模結構參數(shù)等進行總結，了解每種結構對滾邊質量的影響。另外，內板法蘭面的質量和外板的翻邊高度等都對滾邊質量有影響。這就需要在整改問題的同時不斷分析總結，進而提升其工藝水平。