淺談機(jī)器人滾邊工藝及關(guān)鍵參數(shù)

包邊工藝是汽車制造業(yè)中一種十分重要的金屬連接工藝，由于其獨(dú)特的成形美觀性，通常代替點(diǎn)焊等工藝作為車身外觀覆蓋件的最后一道工序[1]。而相對(duì)于其他較為傳統(tǒng)的包邊工藝，機(jī)器人滾邊工藝因其柔性高、自動(dòng)化程度高、機(jī)械機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲小、成本較低及占地布局小等優(yōu)點(diǎn)，在車身制造行業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用[2]。

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，汽車開發(fā)周期不斷縮短，新車型層出不窮，機(jī)器人滾邊工藝更適應(yīng)如今小批量、多品種的生產(chǎn)模式。研究機(jī)器人滾邊工藝以及優(yōu)化機(jī)器人滾邊質(zhì)量對(duì)汽車制造等領(lǐng)域具有巨大的意義，可縮短汽車開發(fā)周期、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，使其在市場(chǎng)中占據(jù)更有利地位，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)朝著更高效、更優(yōu)質(zhì)的方向發(fā)展。

機(jī)器人滾邊介紹

1.常見的機(jī)器人滾邊工藝

機(jī)器人滾邊工藝通常是指機(jī)器人抓持滾輪工具，使其在零件翻邊處以不同的角度移動(dòng)而使薄板邊發(fā)生彎曲，達(dá)到所期望的滾邊角度。機(jī)器人滾邊設(shè)備包括胎模夾具、機(jī)器人、滾輪工具和電控系統(tǒng)等[3]，如圖1所示。

1）胎模夾具由胎模和定位夾緊部分組成。胎模根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)及外板的型面采用整體鑄造數(shù)控加工而成，設(shè)計(jì)中對(duì)外板有定位作用，它的精度直接影響著包邊件的整體尺寸精度。定位夾緊部分包括外板的定位夾具及內(nèi)板的定位夾具，需要保證在包邊過(guò)程中內(nèi)、外板不產(chǎn)生移動(dòng)或者相互竄動(dòng)，確保零件的位置穩(wěn)定性。

2）機(jī)器人依據(jù)預(yù)定的程序和軌跡，控制安裝在機(jī)器人上的滾輪工具，沿著已翻邊的外板的邊緣對(duì)外板進(jìn)行多次反復(fù)滾壓，通過(guò)滾輪與外板邊緣的相互作用，使邊緣材料發(fā)生塑性變形，從而使外板包裹住內(nèi)板，完成包邊。機(jī)器人的動(dòng)作程序是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，通過(guò)電控系統(tǒng)控制夾具夾緊單元與機(jī)器人軌跡配合，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離無(wú)斷點(diǎn)的滾邊軌跡。

3）滾邊工具又稱“滾頭”，是與待包邊零件直接接觸進(jìn)行滾壓操作的設(shè)備，主要由滾輪組件和連接組件兩部分構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

通常一套滾輪組件會(huì)包含多個(gè)不同形狀的滾輪，如錐形滾輪（一般作為預(yù)包邊輪）、圓柱滾輪（一般作為“終包輪”）以及水滴包邊輪等4，而連接組件又分為剛性連接和彈性連接兩種。

剛性連接滾輪無(wú)緩沖，機(jī)器人通過(guò)位移變化控制滾輪壓力，對(duì)機(jī)器人調(diào)試技術(shù)要求較高。彈性連接滾輪通過(guò)彈簧、氣囊或氣缸等壓力調(diào)節(jié)緩沖裝置，可在滾邊過(guò)程中調(diào)節(jié)滾邊壓力。

4）電控系統(tǒng)除了控制協(xié)調(diào)整個(gè)滾邊系統(tǒng)中各個(gè)單元之間的動(dòng)作及順序，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)和報(bào)警監(jiān)視，還可以實(shí)現(xiàn)不同車型不同零件的滾邊胎模夾具的切換，滿足柔性化需求。

2.滾邊工藝關(guān)鍵參數(shù)

（1）翻邊高度（ ′_Fh） ）造型表面與翻邊邊緣之間的沿翻邊方向的距離，通常用 |F_h? 表示，如圖3所示。

（2）翻邊角度 （F_a） ）外板件和內(nèi)板搭接邊側(cè)方向與外板翻邊側(cè)方向之間的夾角，通常用 |F_a| 表示，如圖4所示。

（3）滾邊縮進(jìn)及縮進(jìn)量補(bǔ)償滾邊過(guò)程中外板受滾輪滾壓作用力，向受力方向進(jìn)行移動(dòng)，造成滾邊后外板輪廓向內(nèi)發(fā)生移動(dòng)的變化稱為滾邊縮進(jìn)（Rollin，簡(jiǎn)稱Ri），如圖5所示。

為了彌補(bǔ)滾邊縮進(jìn)的影響，在制作外板展開數(shù)據(jù)時(shí)將滾邊縮進(jìn)的量補(bǔ)償?shù)綌?shù)據(jù)中，即為縮進(jìn)量補(bǔ)償。

（4）滾邊壓力 滾邊時(shí)滾輪對(duì)外板滾邊處施加的作用力。（5）滾邊速度 滾邊時(shí)滾輪相對(duì)外板件的移動(dòng)速度。（6）壓入角指滾輪中心軸線（TCP方向）與工件翻邊表面法線（RTP方向）的夾角，如圖6所示。

（7）滾輪與胎模之間的距離是指胎模邊緣線上的各點(diǎn)即滾輪的目標(biāo)點(diǎn)，稱為機(jī)器人目標(biāo)點(diǎn)RTP。滾輪母線上的點(diǎn)稱為機(jī)器人工具中心點(diǎn)TCP，兩點(diǎn)之間的距離，通常稱為TCP-RTP距離，如圖7所示。

機(jī)器人滾邊參數(shù)建議

1.滾邊縮進(jìn)及縮進(jìn)量補(bǔ)償

相對(duì)于專機(jī)包邊與模具包邊，機(jī)器人滾邊縮進(jìn)量較小，翻邊高度降低時(shí)縮進(jìn)量亦隨之降低，直至不包時(shí)縮進(jìn)量為0，翻邊高度最大時(shí)對(duì)應(yīng)的縮進(jìn)量見表1推薦。

V1數(shù)據(jù)階段焊裝沖壓需達(dá)成一致意見，V2版本的外板展開數(shù)據(jù)需體現(xiàn)縮進(jìn)量補(bǔ)償。

2.滾邊壓力

滾邊壓力由零件的材料、厚度和形狀決定，預(yù)滾邊壓力和終滾邊壓力一般會(huì)存在差異。常用零件材料的滾邊，機(jī)器人滾邊壓力建議參考值見表2。

3.滾邊速度

滾邊速度由零件的形狀決定，平滑滾邊處的滾邊速度機(jī)器人設(shè)定參考值見表3，最終以滿足滾邊質(zhì)量要求為準(zhǔn)，但最大不超過(guò) 1400mm/s 。其他區(qū)域以滿足最終滾邊質(zhì)量要求而定。

4.滾邊次數(shù)

滾邊工藝是通過(guò)裝在機(jī)器人上的滾輪，對(duì)翻邊進(jìn)行多次滾壓從而完成折邊。滾邊次數(shù)及壓入角推薦見表4。

表3機(jī)器人滾邊速度建議值 （鋼、鋁）

（單位：mm）

表4滾邊次數(shù)及壓入角建議值 （鋼、鋁）

結(jié)語(yǔ)

由于汽車生產(chǎn)模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦m合機(jī)器人滾邊工藝發(fā)展應(yīng)用的小批量、多品種模式，機(jī)器人滾邊工藝必將獲得更加廣泛的應(yīng)用。本文對(duì)機(jī)器人滾邊工藝進(jìn)行了較為完善的介紹，并為機(jī)器人滾邊調(diào)試提供了關(guān)鍵參數(shù)的建議。希望能為機(jī)器人滾邊工藝的調(diào)試提供指導(dǎo)，提升機(jī)器人滾邊工藝的質(zhì)量水平，為該領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展提供了理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。

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