一文讀懂機(jī)器人滾邊技術(shù)及其市場應(yīng)用

當(dāng)前，車身門蓋內(nèi)外板的連接通常都使用包邊工藝，使用傳通模具和壓機(jī)進(jìn)行沖壓包邊時，由于外板的包邊輪廓要根據(jù)車身外形的變化而變化，沿整個輪廓包邊的角度也不同，包邊過渡急劇的區(qū)域和包邊角度過大的區(qū)域，包邊都會非常困難。同時，傳統(tǒng)的沖壓包邊模具占地多，成本高，柔性差。為縮短汽車開發(fā)周期、提高產(chǎn)品競爭力，新型內(nèi)外板的連接技術(shù)—機(jī)器人滾邊技術(shù)逐漸應(yīng)用于車身生產(chǎn)中。

1.機(jī)器人滾邊技術(shù)及現(xiàn)狀

機(jī)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(jī)器人及其控制系統(tǒng)。滾邊夾具系統(tǒng)用于將待滾邊鋼板固定在滾邊模具上，而滾輪系統(tǒng)中，滾邊頭固定在工業(yè)機(jī)器人上，滾邊頭上面的滾輪根據(jù)折疊加工步驟的不同進(jìn)行選取，通過滾輪將外部鋼板的邊緣繞里面的鋼板進(jìn)行彎曲。機(jī)器人及其控制系統(tǒng)主要用于控制滾輪的運動軌跡，以及機(jī)器人與其它相關(guān)系統(tǒng)間的通信，可根據(jù)車身外形變化設(shè)定程序，以滿足不同零件形狀的滾邊需求。在滾邊時，滾邊頭通過壓力裝置將壓力傳給滾輪，通過滾輪施加作用力將工件在沖壓過程中預(yù)留的翻邊向內(nèi)側(cè)翻折，從而將外板的待包邊緊緊壓緊內(nèi)板，使外板和內(nèi)板被整合成一體。

與傳統(tǒng)的沖壓包邊相比，機(jī)器人滾邊由于模具數(shù)量少，包邊單元的投資和維護(hù)費用都相對較低，且其開發(fā)時間和投入使用的準(zhǔn)備時間比較短。另外滾邊系統(tǒng)具有極高的靈活性，不同型號可以在同一個制造單元中生產(chǎn)，滾邊機(jī)器人還可以在制造單元中進(jìn)行其他抓取和涂膠等任務(wù)。滾邊零件的成形精度高，便面質(zhì)量好。因此，機(jī)器人滾邊技術(shù)已經(jīng)成為塑性加工領(lǐng)域的一個研究熱點，這得益于國內(nèi)外許多科研機(jī)構(gòu)和大型汽車制造企業(yè)的深入研究。現(xiàn)在國內(nèi)外一些先進(jìn)的汽車制造企業(yè)已將此項技術(shù)應(yīng)用于制造外掛件，如車門，后蓋和發(fā)動機(jī)罩，其它的應(yīng)用領(lǐng)域包括天窗開口，以及輪罩包邊。

2.滾邊機(jī)器人現(xiàn)實應(yīng)用案例

本案例中，零件為發(fā)動機(jī)蓋，將零件外板和內(nèi)板利用機(jī)器人滾邊壓合在一起。

2.1工藝方法

本案例中，零件上下側(cè)采用三次滾壓成型法，每次壓合角度依次為30°、60°、90°，左右采用，四次滾壓成型的工藝過程，每次壓合角度依次為30°、90°、120°、180°。從以上可以看出本案例為明顯的歐式壓合風(fēng)格。

2.2機(jī)器人的選型

選擇機(jī)器人時只需確定兩大參數(shù)即機(jī)器人的承載大小和機(jī)器人的工作范圍，機(jī)器人的工作范圍根據(jù)我們的工藝布局和模擬仿真結(jié)果來確定，機(jī)器人承載大小則根據(jù)工藝要求，機(jī)器人需要抓多重的物體、機(jī)器人工作過程中需施加多大的力及機(jī)器人運行速度，目前所采用的滾壓工藝方法對機(jī)器人的要求只需計算機(jī)器人的滾壓力即可。機(jī)器人滾壓過程中，在相同部位，初壓和終壓的壓合力不同，在不同部位的滾壓力也不同，根據(jù)經(jīng)驗和所了解的多家滾邊設(shè)備制造廠家所測試結(jié)果表明機(jī)器人滾邊壓合所用最大的滾邊壓合力小于200kg，所以本案例中選擇的是能提供200kg滾壓力的ABB品牌機(jī)器人。

2.3滾邊壓合速度

這是機(jī)器人滾邊壓合的關(guān)鍵參數(shù)，一般情況下，機(jī)器人的滾邊速度設(shè)置在平均200mm/s，在滾邊曲率變化大、翻邊角度大的區(qū)域，機(jī)器人滾邊速度要慢一些，通常在50～150mm/s，相對平直、曲率變化小、翻邊角度小的區(qū)域滾邊速度可適當(dāng)增大一般在200～300mm/s，機(jī)器人軌跡優(yōu)化較好的也可以達(dá)到500mm/s。

2.4壓邊模

本案例中滾邊底模采用整體鑄造形式，底模具有強(qiáng)度好，裝配調(diào)試方便，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。滾邊底模具有高的穩(wěn)定性和耐磨性能，做表面淬火，以滿足耐磨性能的要求并且在熱處理過程中變形較小具有較高的穩(wěn)定性。底模使用球鐵材料，在整體加工后做表面淬火，硬度在HRC50以上，滾邊底模是鏤空結(jié)構(gòu)。

2.5滾頭

本案例采用機(jī)械柔性滾頭，連接在機(jī)器人六軸上，滾頭主要有機(jī)器人連接法蘭、基板、滾壓輪組等組成。

2.6滾邊軌跡模擬編程

應(yīng)用機(jī)器人滾邊壓合技術(shù)必須掌握計算機(jī)模擬仿真技術(shù)，目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的仿真軟件是Robcod。使用Robcod軟件按照工藝要求做出離線程序，模擬實際的工作狀況，做到預(yù)先檢查干涉，驗證工藝節(jié)拍。在現(xiàn)場調(diào)試時，將離線程序?qū)氲綑C(jī)器人中，大并且可以將調(diào)試好的機(jī)器人控制程序?qū)氲接嬎銠C(jī)中，找出離線程序和在線程序差異，總結(jié)經(jīng)驗，提高機(jī)器人滾邊壓合的編程水平。

3.機(jī)器人滾邊技術(shù)在實際應(yīng)用中遇到的問題

3.1對沖壓件質(zhì)量要求高

沖壓件的翻邊高度一般要控制在11mm以下，在曲率變化大形狀陡變區(qū)域翻邊高度控制在4mm左右為宜。沖壓件的最大外形尺寸與滾邊壓合后的總成外形尺寸變化不大，壓合預(yù)留量為0~0.1mm。采用機(jī)器人滾邊壓合對工件的內(nèi)板要求也較高，在工件內(nèi)外板的結(jié)合面，要求工件內(nèi)板平整，無明顯波浪、凹坑、凸起等缺陷.當(dāng)沖壓件發(fā)生不穩(wěn)定時，會導(dǎo)致各種包邊不良，對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大，也給后期調(diào)試帶來較大的工作量。

3.2機(jī)器人滾邊生產(chǎn)效率低于傳統(tǒng)包邊壓力機(jī)。

在本案例中機(jī)器人每滾邊生產(chǎn)單個零件節(jié)拍為2分鐘30秒，且大部分軌跡較好的滾邊速度已經(jīng)優(yōu)化大500mm/s，而傳統(tǒng)的壓力機(jī)生產(chǎn)單個零件生產(chǎn)節(jié)拍為30秒。從中可以看出，如果對生產(chǎn)速度較高、滾邊量大的零件，并不一定適合機(jī)器人滾邊這種生產(chǎn)方式。

3.3典型滾邊不良的處理

發(fā)動機(jī)蓋板兩個下角經(jīng)常出現(xiàn)滾邊皺褶或擠出現(xiàn)場積累的解決經(jīng)驗：（1）滾邊順序上，建議不要采取一圈完整滾下來的方式，而是首先對角落滾壓再對平坦區(qū)域滾壓的方式；（2）跟第一種方法類似，也是先處理角落的難點，但是通過在滾邊的夾具上增加定位臺面，相應(yīng)的在機(jī)器人臂的滾輪旁邊增加配合定位面，讓機(jī)器人臂以該臺面定位用滾輪先把角落的地方壓一下（注意是壓而不是滾），然后再周圈滾邊。

3.4常見包邊不良的處理

機(jī)器人包邊不良大部分原因是由于沖壓件外板翻邊預(yù)留變短和內(nèi)板尺寸變小，導(dǎo)致現(xiàn)象為包邊被擠出。在沖壓件模具短期內(nèi)不能修復(fù)情況下的處理方法:修改機(jī)器人預(yù)包邊角度，通過角度的調(diào)整來來彌補(bǔ)零件翻邊和內(nèi)板的尺寸變化。

2.3絲束特性

在保證絲束總旦數(shù)或單絲旦數(shù)不變的情況下，我們分別進(jìn)行了單獨改變單絲旦數(shù)及總旦數(shù)對濾棒硬度影響的試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著單絲線密度的增加，濾棒的硬度有所增大；而且，通過增加絲束總旦數(shù)同樣而可以提高濾棒的硬度（見圖3）。因此，我們認(rèn)為，在使用單絲旦數(shù)或總旦數(shù)較高的絲束生產(chǎn)濾棒時，可適當(dāng)減少增塑劑用量。

2.4濾棒放置時間和環(huán)境。

醋酸纖維濾棒施加增塑劑后，纖維表面開始發(fā)軟，以致相互粘合，隨著增塑劑向纖維內(nèi)部滲透，纖維絲表面和接頭的粘性減少，此過程稱為“固化”。受增塑劑固化時間的影響，濾棒硬度隨放置時間的增長而增加。濾棒硬度一般在增塑劑固化2小時后達(dá)到使用要求。由圖4可以看出，濾棒放置時間達(dá)16小時后，其硬度基本上已趨于穩(wěn)定。

由于我區(qū)地處南方，屬亞熱帶濕潤氣候，年平均氣溫高、濕度大（平均在80%以上），各季節(jié)的溫濕度差異也較大。因此，為了較科學(xué)、合理地控制濾棒生產(chǎn)車間及存放環(huán)境，避免濾棒受環(huán)境溫濕度的影響，我們?nèi)斯つM了三種測試環(huán)境，以測量濾棒在這三種環(huán)境條件下，硬度的變化趨勢。試驗結(jié)果表明（見圖5），當(dāng)環(huán)境溫、濕度適中時，增塑劑固化時間快，濾棒最終硬度高。而當(dāng)環(huán)境溫、濕度都較低時，濾棒的硬度較低。

（1）濾棒的硬度隨絲束填充量的增加而增大。試驗條件下，絲束填充量以0.58～0.68g/支為宜。

（2）增塑料劑施加量對濾棒硬度有一定的影響，在試驗范圍內(nèi)，增塑劑用量控制在6～8%較為合適。增塑劑施加量如果過多，會引起醋酸纖維過分溶化，在濾棒截面形成孔洞。還會使增塑劑向煙支內(nèi)部轉(zhuǎn)移，影響產(chǎn)品吸味。

（3）濾棒的硬度隨絲束絲旦數(shù)或總旦數(shù)的增加而增加。

（4）濾棒存放時間長短及存放環(huán)境的溫濕度對其硬度同樣有較大影響。一般情況下，濾棒放置2小時后，其硬度即可達(dá)到使用要求。當(dāng)環(huán)境溫濕度適中時，增塑劑固化時間最短，濾棒最終硬度高。因此，我們要求以下環(huán)境必須滿足：（1）生產(chǎn)車間的環(huán)境控制在T：22±2℃，Rh：60±5%的范圍內(nèi)；（2）濾棒倉庫的環(huán)境控制在T：24±2℃，Rh：62±5%的范圍內(nèi)；（3）將濾棒檢驗的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化，T：22±2℃，Rh：60±5%。