機(jī)器人滾邊系統(tǒng)淺析

郭松亮 李艷鵬 楊焱 邢文濤 郭艷杰

摘 要：機(jī)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(xì)介紹了機(jī)器人滾邊系統(tǒng)，為天窗頂蓋機(jī)器人滾邊提供參考。

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

中圖分類號：TP242.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)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(jìn)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(fèi)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(jìn)先進(jìn)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(fēng)換氣、改善車內(nèi)環(huán)境，降溫節(jié)能、降噪除霧等優(yōu)點(diǎn)深受廣大消費(fèi)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(jī)器人滾邊技術(shù)是指采用機(jī)器人臂上安裝的滾邊頭，對放置在胎膜上的內(nèi)外板件進(jìn)行滾壓達(dá)到連接的目的[1-2]。機(jī)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(diǎn)。 目前此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外的一些先進(jìn)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(jī)器人滾邊工藝過程進(jìn)行質(zhì)量控制顯得尤為重要。本文主要通過機(jī)器人系統(tǒng)、滾邊過程等方面進(jìn)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(jī)器人滾邊技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供參考[3]。

2 機(jī)器人滾邊系統(tǒng)介紹

機(jī)器人滾邊系統(tǒng)主要由滾邊胎膜系統(tǒng)、滾頭系統(tǒng)、機(jī)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(jī)構(gòu)啟動后開始進(jìn)行滾邊。滾邊胎膜系統(tǒng)主要由胎膜和定位機(jī)構(gòu)及一些檢測機(jī)構(gòu)組成。

與常用夾具一樣，滾邊定位機(jī)構(gòu)通常包含BASE、加緊機(jī)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(qiáng)度，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有利于前期項(xiàng)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(jī)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(dá)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(jì)時多采用鏤空的結(jié)構(gòu)形式。

滾頭系統(tǒng)是裝配在機(jī)器人六軸上，按照預(yù)先輸入的程序進(jìn)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(jī)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(hù)成本低。與其配套的機(jī)器人可免管線包、免水氣連接，使用裸機(jī)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(jìn)行加工以滿足滾邊功能，其次，滾輪設(shè)計(jì)時還應(yīng)考慮機(jī)器人滾邊軌跡的流暢性，降低調(diào)試難度。

天窗頂蓋機(jī)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(jìn)行滾邊的工藝過程。滾邊角度分別為135°、90°、45°、0°，順序?yàn)槭孜蚕嘟?，往?fù)運(yùn)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(diǎn)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(shí)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(qiáng)度。國內(nèi)滾輪材質(zhì)一般都采用日本進(jìn)口材料且經(jīng)過嚴(yán)格、先進(jìn)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(jī)器人及其控制系統(tǒng)一般由機(jī)器人、機(jī)器人PLC柜、機(jī)器人控制柜、HMI觸摸屏控制盒及安全防護(hù)裝置等部分組成。作為滾邊作業(yè)的執(zhí)行者，機(jī)器人的選取也很重要。目前主流的機(jī)器人品牌有KUKA、ABB、FANUC、MOTOMAN等。在機(jī)器人選型時一般會從控制軸、機(jī)器人額定負(fù)載、有效工作范圍、安裝形式幾個方面進(jìn)行分析。機(jī)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(fù)雜性，一般會選取六軸工業(yè)機(jī)器人;機(jī)器人工作范圍、安裝形式要依據(jù)項(xiàng)目具體的現(xiàn)場布局進(jìn)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(jī)器人布置在工位上方則需要選擇下探式機(jī)器人。機(jī)器人工作范圍需要運(yùn)用仿真軟件進(jìn)行模擬分析。Robcod是目前國內(nèi)運(yùn)用最為廣泛的仿真模擬軟件。通過Robcod模擬，可以獲得并導(dǎo)出一個按照工藝要求做出的離線程序達(dá)到模擬現(xiàn)場滾邊作業(yè)的目的。不僅可以了解機(jī)器人的工作范圍還可以驗(yàn)證滾邊過程中有無干涉點(diǎn)、工藝節(jié)拍是否滿足生產(chǎn)等信息。機(jī)器人額定負(fù)載是指機(jī)器人的最大載荷，需要根據(jù)具體的項(xiàng)目來定。根據(jù)行業(yè)內(nèi)天窗頂蓋滾邊經(jīng)驗(yàn)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(jī)器人選型手冊選擇承載力為210KG的工業(yè)機(jī)器人最為合適。本案例機(jī)器人型號為承載力210KG的KUKA機(jī)器人。

3 結(jié)語

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

參考文獻(xiàn)

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