汽車機器人滾邊技術概述

鄭亞菲　李奎江　劉瑩琦　王楠　王靜靜

摘 要：隨著汽車行業(yè)競爭的加劇，汽車的外觀造型越來越重要。人們選擇汽車的一個非常重要因素就是外觀造型，因此，汽車車身外觀件的外觀質量重要性不必多說。門蓋、翼子板、頂蓋及側圍輪罩等零件的內外板連接技術很大程度上決定了零件的外觀質量。機器人滾邊技術因為其研發(fā)制造周期短，結構簡單，占地面積小，易實現(xiàn)柔性生產，包邊品質穩(wěn)定，設備一次性投入小等優(yōu)點逐步代替了手工包邊、壓力機模具包邊、專機包邊等工藝，是汽車車身外觀件成形技術的發(fā)展方向。

關鍵詞：汽車機器人 滾邊技術 內外板連接

1 引言

汽車的外觀造型是顧客選擇汽車的一個重要因素，而作為汽車外觀件的四門兩蓋的外觀質量非常重要。四門兩蓋的內外板連接技術應用好壞在很大程度上決定了四門兩蓋等汽車外觀件的質量。機器人滾邊技術因其產品品質穩(wěn)定、調試周期較短等優(yōu)點獲得了不少汽車制造企業(yè)的首選。因此汽車機器人滾邊技術成為汽車行業(yè)廣泛關注的一項焦點問題，并圍繞其展開了大量的探究。

2 汽車機器人滾邊技術概述

汽車機器人滾邊技術是指通過控制安裝在機器人上的滾邊工具（滾輪系統(tǒng)），在固定的滾邊胎模夾具上，按預先設定的程序和軌跡，沿著已翻邊的外板邊緣對外板進行多次反復滾壓，從而使外板包裹住內板，完成折邊壓合的一種連接技術。[1]

汽車機器人滾邊系統(tǒng)主要包括三大部分：滾邊夾具系統(tǒng)、滾輪系統(tǒng)、機器人及其控制系統(tǒng)。

2.1 滾邊夾具系統(tǒng)

滾邊夾具系統(tǒng)由胎膜及定位夾緊部分組成，胎膜采用整體鑄造數(shù)控加工而成，它的精度直接影響著車門的整體尺寸精度。定位夾緊部分包括車門外板件的定位夾具及車門內板件的定位夾具。外板件的定位方式首選孔定位，其次是型面定位，外板件的定位夾緊單元一般與胎模共用一個BASE，而內板件的定位方式一般多采用胎模夾具夾緊。

2.2 滾輪系統(tǒng)

滾輪系統(tǒng)是整個系統(tǒng)中結構相對比較簡單的部分，由各種不同形狀的滾輪組合而成。由于滾邊技術本身的特點，滾邊過程一般分為2-4次順序完成，因此滾輪通常設計有45°輪、90°輪、成形輪、專用特殊輪。

2.3 機器人及其控制系統(tǒng)

機器人滾邊及其控制系統(tǒng)是在沒有工人的參與下可以使機器人、夾具等可以按照所希望的空間軌跡進行運動的控制系統(tǒng)。[2]機器人控制系統(tǒng)用于控制機器人、滾邊夾具和轉動架臺的動作，以及機器人與滾邊夾具、換槍架臺、安全光柵和安全門等系統(tǒng)之間的通信，控制協(xié)調整個滾邊工作站系統(tǒng)中所有工作單元間的動作及順序，并對整個系統(tǒng)進行故障檢測及報警監(jiān)視。

3 汽車機器人滾邊工藝

3.1 汽車機器人滾邊工藝

汽車機器人滾邊工藝是通過壓輪在金屬薄板邊上以不同的角度移動而使薄板邊發(fā)生彎曲，從而達到所期望的包邊角度。[3]其主要種類有平包邊、水滴包邊、向內傾角式包邊和敞開式包邊。滾邊工藝分為包前狀態(tài)、預包狀態(tài)和終包狀態(tài)。

（1）包前狀態(tài)：將經過沖壓翻邊的板件材料折疊到180°。

（2）預包狀態(tài)：綜合考慮生產節(jié)拍，根據(jù)板件材料和板件的內外部幾何結構，機器人帶動滾輪的進給量和角度必須控制在預壓完成狀態(tài)線與終包狀態(tài)線30°～45°夾角范圍內，這樣預包時得到的水平方向和垂直方向的分力才能使翻邊獲得較好的狀態(tài)。

（3）終包狀態(tài)：通過機器人的運動軌跡將翻邊完全壓貼，此時內板件的外型面與滾邊模具的型面完全吻合。在這個過程中機器人的進給壓力應盡可能地垂直于被包件表面。

3.2 包邊類型

包邊的方式選擇有許多因素，其中之一因素是提供良好的視覺效果。不同的包邊方式取決于其所處的位置、材料，以及其他的產品要求。包邊的類型有以下五種：

3.2.1 普通圓角的平包邊

該包邊方式適用于一般部位，呈現(xiàn)不太好的視覺效果，從不同角度看過去間隙是不一樣的。

3.2.2 改進后的平包邊

該包邊方式適用于高要求的特殊區(qū)域，呈現(xiàn)出非常好的視覺效果，從不同角度看過去間隙都是一樣。

3.2.3 水滴包邊

該包邊方式主要使用于半密封形式的對策。

3.2.4 向內傾角式包邊

該包邊方式適用于車門拐角處等無法正常進行包邊的特殊要求區(qū)域。

3.2.5 敞開式包邊

該包邊方式適用于車門拐角處等無法正常進行包邊的特殊要求區(qū)域。

3.3 包邊尺寸要求

設計及制造部門需對外板包邊的尺寸進行計算和評估，確保最終總成件的包邊尺寸符合要求。外板包邊尺寸包括但不限于：包邊高度、包邊角度、咬合損失量。一般情況下，外板的包邊角度90°≤FA≤110°。如果是頂蓋天窗包邊，外板的包邊角度FA=180°。

下面針對各種類型包邊的尺寸要求做詳細說明。

（1）直線段平包邊，見圖1。

（2）圓弧（伸長）段平包邊，見圖2。

（3）帶凸臺（＜40mm）的平包邊，見圖3。

（4）凸臺（＞40mm）的平包邊，見圖4。

（5）水滴包邊。水滴包邊半徑要求：如果包邊外邊緣和鄰近邊緣或表面的間隙大于40mm，那么包邊的凸緣部分的R≥2.5mm。

對于水滴包邊，要求外板的內角半徑Ri=3.0+0.5mm，RL=1.0±0.05mm，外板的翻邊高度FH應比普通滾邊的翻邊高度大2.5mm，其余參數(shù)與普通滾邊參數(shù)相同。

4 機器人滾邊成形技術容易出現(xiàn)的問題

4.1 尖角上翹

兩側尖角處滾邊完成后，出現(xiàn)尖角上翹的情況，尖角上翹面差不符合零部件設計要求，檢具檢測無法通過。此缺陷產生原因主要是：

（1）內外板板件結構設計不合理。從板件結構上來說，內板板件尖角處的強度較小，滾邊過程中容易出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象。解決的方法是盡可能增大內板板件強度，可以在尖角處的內板上設置一些加強筋，同時減小終包邊應力。

（2）內外版板件尺寸精度差。解決的方法是要對外板尖角進行控制，外板單件翻邊長度應均勻過渡。

（3）滾邊夾具定位不精準。滾邊過程中固定夾緊裝置對尖角區(qū)域內外板的無法有效作用，出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，從而導致垂直方向變形，引起尖角上翹。解決的方法是加強對尖角區(qū)域的內外板設置固定夾緊裝置。

4.2 波浪起皺

波浪起皺缺陷多出現(xiàn)在曲面曲邊的情況下，例如車門包邊、機艙蓋的后部等部位。此缺陷產生原因主要是：

（1）外板件的翻邊長度設定不合理。一般情況下，普通包邊的翻邊長度不超過10mm，水滴包邊的翻邊長度在13mm～16mm范圍內。超過該翻邊長度，包邊過程中板件發(fā)生彎曲變形產生的應力無法釋放，從而引起板件波浪起皺。解決的方法是按照既有經驗設定翻邊長度。

（2）滾邊壓力過大。例如在車門包邊的過程中，滾邊壓力設置過大，而車門板件材料剛性較差，受力程度較弱，導致車門板件在包邊過程中受力不均勻，從而引起板件波浪起皺。解決的方法是合理設置滾邊壓力，滾邊壓力的大小是根據(jù)實際經驗和滾邊設備生產廠家的試驗結果所得。

5 機器人滾邊成形的優(yōu)缺點

5.1 優(yōu)點

（1）機器人滾邊設備一次性投入小。由于機器人滾邊設備可重復應用，安裝、拆除、轉運都相對更加便捷，能夠很好地降低成本。

（2）適應性強，整體柔性化更高，符合現(xiàn)階段汽車行業(yè)的柔性化發(fā)展需求。[4]可適用于大角度（130°）包邊需求。

（3）結構簡單，占地面積小，可有效降低空間占用率。

（4）研發(fā)制造周期短。當前的汽車迭代加快，要求新車型開發(fā)周期盡可能縮短，而機器人滾邊成形工藝的調試周期較短，可滿足新車型開發(fā)時間緊、任務重的需求。

（5）產品品質穩(wěn)定。與手工包邊、壓力機模具包邊、專機包邊等包邊工藝相比較，產品品質穩(wěn)定。對于車身外觀件的質量提升來說，機器人滾邊成形工藝能夠有效地提升車身外觀件的質量。

5.2 缺點

（1）沖壓件對包邊質量影響較大。

（2）生產效率略低，生產節(jié)拍沒有手工包邊、壓力機模具包邊、專機包邊等包邊工藝快。

6 結束語

綜上所述，汽車機器人滾邊技術的發(fā)展及應用對汽車制造企業(yè)的工藝水平提高有著十分重要的意義。因此，在未來的發(fā)展過程中，汽車行業(yè)技術人員要致力于不斷地提高機器人滾邊工藝的生產效率，降低沖壓件對包邊質量的影響，改善機器人滾邊成形技術出現(xiàn)的問題，不斷優(yōu)化機器人滾邊技術，讓這項技術能夠更好發(fā)揮作用，提升汽車外觀件質量。

參考文獻：

[1]李紅華，孫忠濤，孫保根，等．包邊技術概述及機器人滾邊技術探討[J]．金屬加工（冷加工），2022（08）：5-10．

[2]朱路生．汽車天窗包邊機構及工藝研究[D]．合肥：合肥工業(yè)大學機械電子工程，2014．

[3]王作兵，何卓，邱勝苗，等．機器人滾邊工藝的研究與應用[J]．汽車工藝師，2018（11）：35-38．

[4]李彥賀，李金山，羅光盛．汽車后背門機器人滾邊工藝優(yōu)缺點[J]．汽車工藝師，2020（09）：24-26．