羅光盛，鄒傳利，劉冬

奇瑞商用車（安徽）有限公司 安徽蕪湖 241000

汽車白車身的制造中，柔性化與智能化的生產(chǎn)線構建，是當今提高產(chǎn)品競爭力的關鍵要素之一。焊裝門蓋件的內外板連接越來越廣泛地使用滾邊工藝，而傳統(tǒng)的內外板壓合工藝建設周期長、成本高、切換時間長且柔性差，而且使用傳統(tǒng)模具和壓機壓合時，隨著外板的翻邊輪廓線角度不同，翻邊角度過大的部位以及翻邊過渡急劇的區(qū)域，壓合實物質量相對較差。為提高產(chǎn)品競爭力，縮短車型開發(fā)周期，柔性化高、成本較低的機器人滾邊技術逐漸應用于焊裝門蓋件的生產(chǎn)中。

機器人滾邊系統(tǒng)構成

機器人滾邊系統(tǒng)的組成主要有工業(yè)機器人、滾邊胎模系統(tǒng)、滾邊工具、PLC控制系統(tǒng)及滾邊輔助系統(tǒng)等五部分。

滾邊機器人按照預定的程序和軌跡控制滾邊工具，在規(guī)定的滾邊壓力和時間下完成滾邊工藝操作，是滾邊工藝執(zhí)行的主體。滾邊機器人一般要求是線性重復精度＜0.2mm，負載200kg及以上，并保證良好的滾邊位置和角度可達性。公司某產(chǎn)線滾邊系統(tǒng)選用ABB品牌IRB 6700-235/2.65、IRB 6700-200/2.60兩種規(guī)格機器人。

滾邊胎模系統(tǒng)由下胎模和上壓模組成。下胎模在機器人滾邊工藝過程中用于穩(wěn)定外板形態(tài)的型面支撐的工裝，主要構成為胎模型面、胎模架、輔助支撐塊及加強筋。胎膜面需要完全隨外板型面狀態(tài)設計，對強度及表面粗糙度有較高的要求，下胎模與外板一般采用孔或型面定位，并在外板布置一定數(shù)量的吸盤使其盡可能與下胎模貼合。上壓模用于將鈑金固定在胎膜上，同時防止在機器人滾邊過程中鈑金件竄動的定位工裝。上壓模一般采用連貫式結構，與內板之間采用孔定位，并在胎模周圍布置一定數(shù)量的壓料板，保證滾邊作業(yè)時零件處于壓緊、穩(wěn)定的狀態(tài)。

滾邊工具一般由1個或1個以上的滾輪及滾邊壓力裝置集成，滾輪由于與工件接觸，要承受較大的壓力，且與工件有相對運動，因此對滾輪的材質要求較高，要求滾輪具有較高的屈服強度和抗拉強度，耐磨性能好。常用的滾輪有90°輪、45°輪、30°輪、成形輪以及專用輪，一般滾邊工具為多角度滾輪集成結構用于不同角度滾壓工作。在選用滾輪時需根據(jù)零件結構和部位，選用不同規(guī)格尺寸的滾輪。

PLC控制系統(tǒng)主要將傳感器收集到的各種信號，通過PLC程序控制機器人的運動軌跡、胎模系統(tǒng)的夾緊動作等。輔助系統(tǒng)包括上件臺、抓手、光柵及安全圍欄等附件，主要輔助完成滾邊作業(yè)任務，并保證人員操作安全。

柔性化滾邊島的布局設計

機器人滾邊系統(tǒng)中，機器人、滾邊工具、控制模塊及部分輔助系統(tǒng)是共用的，不同零件的切換，胎模系統(tǒng)、上下件臺、抓手及滾邊程序各不相同，滾邊程序的切換易于實現(xiàn)，因此只要滾邊胎模、上下件臺及抓手可切換即可實現(xiàn)柔性化的生產(chǎn)模式。

柔性切換方式的主要評價維度是多車型、精確性、切換便利性。為達到柔性化要求，滾邊下胎模一般通過底座柔性的方式切換，上下件臺則通過線下工位切換。滾邊上壓模和抓手通過機器人切換盤切換，切換盤屬于標準設備，可直接安裝使用，滿足精確便利切換的要求。胎模切換系統(tǒng)，通過平移或轉動胎模的位置，實現(xiàn)工作位和存儲位的安全隔離，滿足不同車型生產(chǎn)需求。

滾邊胎模切換的方式有轉臺和滑臺兩種。轉臺常用三面體或四面體結構，通過伺服電動機驅動夾具旋轉實現(xiàn)平臺/車型切換。其優(yōu)點為切換速度快、精度高，但因轉臺上胎模為立體擺放，一般一套胎模最多允許兩臺機器人同時工作，無法滿足高節(jié)拍要求；滑臺切換是采用伺服電動機帶動胎模夾具在軌道上滑移切換車型，應用形式主要有直線、T形及十字形切換滑臺，實際應用中一般是多種滑臺的組合使用。其優(yōu)點為胎模平放，可滿足多臺機器人同時操作，易于實現(xiàn)高節(jié)拍，缺點為占地面積加大。

滾邊柔性化，除了車型或零件種類柔性化，即完成多種車型零件的滾邊，另一方面還需要工藝柔性化，即根據(jù)工藝需要，滾邊島可以完成除滾邊外的其他工藝，如涂膠、點焊等。以上正是滾邊島設計過程中重點考慮的要素。

應用實例

基于傳統(tǒng)的滑臺設計，公司探索了一種前后蓋柔性滾邊島的布局設計，并運用在某生產(chǎn)線上。已知某滾邊工作島設計輸入條件及要求如下。

1）年產(chǎn)能15萬臺。

2）具備3款SUV車型前蓋、后蓋柔性共線滾邊能力。

3）布局精益。

4）機器人利用率高，投資成本低。

1.布置方式

基于公司產(chǎn)能計算方式：年最大產(chǎn)能=設計JPH×日最大有效工作時間（20.83h，兩班）×設備可動率（90%）×295天（每周單休+國家法定節(jié)假日），經(jīng)計算設計JPH為27.1，故設計節(jié)拍滿足120s即可。根據(jù)轉臺及滑臺切換的特點評估，并經(jīng)仿真確認，轉臺切換無法滿足目標節(jié)拍要求，故選用滑臺切換方式。結合同時滿足三款車型前蓋、后蓋柔性共線滾邊及精益布局的要求，初步形成該滾邊島布置（見圖1）。

該設計創(chuàng)新點為結合三車型的切換，采用了“回”字形滑臺（見圖2）。如圖1所示，前蓋胎模M1/3/5及后蓋胎模M2/4/6分別橫向排布，其中M1與M2為前蓋、后蓋工作位，機器人R2與R3置于工作位之間進行滾邊作業(yè)，R1與R4分別實施前、后蓋的抓件及滾邊。將M3與M6之間、M4與M5之間聯(lián)通后分別設置存儲位，達到占地面積小、精益布局的目的。

圖1 滾邊島布置示意

圖2 回形滑臺示意

2.胎模切換系統(tǒng)

胎模切換系統(tǒng)（見圖3）為實現(xiàn)柔性化快速切換的主要機構?；匦位_上安裝有萬向輪、夾緊導向、固定凸輪等裝置，使胎?？赏ㄟ^回形滑臺四周安裝的驅動電動機、插銷帶動，夾緊導向由氣缸、凸輪組及連接機構組成，可通過氣缸控制切換滑臺在X或Y方向滑行。

圖3 胎模切換系統(tǒng)

員工作業(yè)時確認胎模是否在相應工位，如不在工位，在控制面板選擇所需車型，滑臺通過PLC程序自動滑行切換?；械轿缓笸ㄟ^傳感器以及機械限位反饋信號，達到多車型胎?？焖佟⒕珳是袚Q、柔性滾邊的目的。

3.上件置臺定位機構

根據(jù)不同車型上件置臺切換所需，設計置臺定位機構，如圖4所示。其中定位機構框架通過標準地腳板固定在地面上，定位銷、兩組定位基準塊、兩組夾緊單元共同確保置臺水平兩個方向定位精度，保證置臺到預定位置后定位穩(wěn)定；六組滾子機構使置臺快速切換，保證置臺Z向精度，起到置臺承力及切換對中過程中的導向作用；兩個緩沖器，在置臺切換對中過程起到緩沖撞擊作用，另外每種車型對應一個傳感器，通過其反饋的上件臺車型信息，達到車型防錯目的。通過此定位機構，使不同車型的上件置臺實現(xiàn)快速柔性化切換，并實現(xiàn)柔性切換、精確定位、機器人易于抓取件的目的。

圖4 上件置臺定位機構及定位示意

應用此定位機構的優(yōu)點：柔性化強，布置空間小，可滿足多種車型零件上件的切換生產(chǎn)；切換步驟簡單，切換效率較高；可擴展性強，如增加車型，只需在機構上增加相應車型識別傳感器，投資成本低，實用性強。

4.工藝柔性

基于產(chǎn)品設計和工藝要求，前蓋、后蓋滾邊前需涂膠，前蓋滾邊定義單邊點焊。為滿足工藝柔性，新增2套涂膠設備及2臺搬運機器人實施涂膠作業(yè)，前蓋單邊點焊則通過取件臺集成單邊點焊夾具及PLC程序實現(xiàn)自動焊接，人工僅需裝件、取件。另外綜合考慮物流轉運便捷、人員走動少等因素對布局進行優(yōu)化，形成最終平面布局，如圖5所示。

圖5 整體作業(yè)平面布局

此滾邊島系統(tǒng)設計已成熟應用于公司某生產(chǎn)線，總結其優(yōu)點如下：

1）柔性化好、占地小，可滿足3種車型前蓋和后蓋切換生產(chǎn)。

2）生產(chǎn)效率高，在120s以內可完成一個前蓋和一個后蓋兩個件的生產(chǎn)。

3）機器人利用率高。僅用4臺滾邊機器人和2臺涂膠機器人，完成高節(jié)拍多車型的涂膠、滾邊、抓取件工作，人工僅需上件、取件，極大地降低了人工作業(yè)強度。

4）新車型投入時改造量小，便于導入車型。

5）投資成本低，適用性強，便于普及應用。

結語

機器人滾邊是汽車制造中多項技術融合的一項生產(chǎn)工藝，它有著柔性化高、成形質量穩(wěn)定和設備投資成本低等優(yōu)點，尤其是隨著車身造型的多元化發(fā)展，允許大翻邊角度成形的滾邊工藝將是車身外觀件包邊的發(fā)展方向和趨勢。要想熟練掌握這項技術，工程技術人員必須融合多方面的基礎技術，并在實際運用中不斷驗證總結經(jīng)驗，從而推動整體工藝水平的發(fā)展。