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)
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。
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。
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
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
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。
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。
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。
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]。
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。
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)
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。